Tóm tắt lí thuyết và Công thức Dao động điện từ - Vật lí 12 |Blog Góc Vật lí

Blog Góc Vật lí giúp các bạn Tóm tắt lí thuyết và Công thức Dao động điện từ - Vật lí 12.

Sau khi đọc xong bạn bài này, cần cố gắng trả lời được các câu hỏi trọng tâm dưới đây nhé.

1. Mạch dao động điện từ LC là gì?
2. Định luật biến thiên của điện tích của một bản tụ điện và cường độ dòng điện trong mạch dao động.
3. Viết được công thức tính chu kì và tần số dao động riêng của mạch LC.
4. Trong mạch dao động điện từ gồm tụ điện (C, U, Q) mắc nối tiếp với cuộn dây (F, I, Q).
5. Nâng cao hơn một chút, ta có thể ghép bộ tụ điện hoặc bộ cuộn cảm vào mạch bạn nhé.

Bây giờ, ta sẽ hệ thống lí thuyết Dao động điện từ.

1. Cấu tạo và hoạt động của mạch dao động LC

Nhìn vào hình trên, ta thấy cấu tạo của mạch dao động gồm: một cuộn cảm có độ tự cảm L (H) mắc nối tiếp với tụ điện có điện dung C (F)thành một mạch điện kín.

Muốn cho mạch dao động hoạt động, ta tích điện cho tụ điện rồi cho nó phóng điện trong mạch. Tụ điện sẽ phóng điện qua lại nhiều lần, tạo ra một dòng điện xoay chiều trong mạch. dòng điện qua cuộn dây sẽ sinh ra từ trường, và như vậy, năng lượng Điện ở tụ C và năng lượng Từ ở cuộn dây L biến đổi qua lại với nhau tạo ra dao động điện - từ trong mạch.

2. Mạch dao động điện từ LC

Mạch dao động lý tưởng có điện trở r = 0
Tóm  tắt nguyên lí hoạt động của mạch dao động như sau (bạn xem hình vẽ màu xanh nhé):

+ Cấp năng lượng cho mạch bằng cách dùng nguồn điện không đổi có điện áp  U0 để tích điện Q0= C.U0 cho tụ C.

+ Khép kín mạch dao động thì điện tích trên tụ C (hay điện trường giữa hai bản tụ) và dòng điện qua L (hay từ trường trong lòng cuộn dây) biến thiên điều hòa theo thời gian. Ta nói mạch có một dao động điện từ.

3. Định luật biến thiên của điện tích của một bản tụ điện và cường độ dòng điện trong mạch dao động.

- Điện tích trên tụ C: q = Q₀cos(ωt + φ) => q biến thiên điều hòa theo thời gian với tần số góc:

$\omega =\frac{1}{\sqrt{LC}}$

- Dòng điện qua L: i = q’ = -ωQ₀sin(ωt + φ) = I₀cos(ωt + φ + π/2) với biên độ,

$Io=\omega Qo=\frac{Qo}{\sqrt{LC}}$

=> i biến thiên cùng tần số nhưng nhanh pha hơn q một góc π/2

- Các hiệu điện thế (điện áp) tức thời:

$u_C=\frac{q}{C}=\frac{Qo}{C}cos(\omega t+\phi )=U_{0}cos(\omega t+\phi );$$u_L=-u_C=-\frac{Qo}{C}cos(\omega t+\phi )=-U_{0}cos(\omega t+\phi )$ 

Khi dao động điều hòa với chu kì  

tần số  , trong mạch LC cũng có các đại lượng biến đổi nhưng độc lập với thời gian:

.

Năng lượng điện từ trong mạch dao dộng lý tưởng 

4. Năng lượng điện từ trong mạch dao động LC:

* Năng lượng điện trường tập trung trong tụ điện:

* Năng lượng từ trường tập trung trong cuộn cảm:

Vậy: Năng lượng điện trường và năng lượng từ trường biến thiên tuần hoàn với tần số góc ω’ = 2ω và chu kì T'=T/2.

* Năng lượng điện từ trong mạch:

Như vậy, trong mạch dao động LC lý tưởng: năng lượng của mạch được bảo toàn, bạn nhé.

Sau đây là một vài chú ý quan trọng, cũng là các công thức giúp bạn giải nhanh bài toán Dao động điện từ để chinh phục thành công kì thi THPT quốc gia phân môn Vật lí.

+ Mạch dao động có tần số góc w, tần số f và chu kỳ T thì W_đ và W_t biến thiên với tần số góc 2ω, tần số 2f và chu kỳ T/2.

+ Khoảng thời gian giữa hai lần liên tiếp năng lượng điện trường bằng năng lượng từ trường là T/4

+ Tính nhanh năng lượng điện, năng lượng từ:    

+ Mạch dao động có điện trở thuần R  ≠  0 thì dao động sẽ tắt dần. 

+ Để duy trì dao động, cần cung cấp cho mạch một năng lượng có công suất:

$\mathrm{P=}$

+ Liên hệ giữa các giá trị cực đại: W = $\frac{{Q_0}^2}{2C}=\frac{1}{2}C{U}_0^2=\frac{1}{2}L{I_0}^2$

          => Q₀ = CU₀ = I_0$\sqrt{LC}$=I₀/ω;  

U₀ = Q₀/C = I_{0$\sqrt{\frac{L}{C}}$};  

I₀ = ωQ₀= U_{0$\sqrt{\frac{C}{L}}$};

+ Liên hệ giữa giá trị cực đại với tức thời:

=> Tính nhanh các giá trị tức thời u, i:   

=>   Tính nhanh giá trị cực đại I₀, U₀:

+ Liên hệ giữa các giá trị tức thời:

- Nếu cho (q₁, i₁) và (q₂, i₂) 

- Nếu cho (u₁, i₁) và (u₂, i₂) 

Sau khi hệ thống lí thuyết về Dao động điện từ với các công thức thường dùng, bạn hãy cố gắng trả lời các câu hỏi mục tiêu và làm các bài tập mẫu về Dao động điện từ thường gặp trong đề thi tphpt quốc gia nhé. 

1. Mạch dao động điện từ LC là gì?
2. Định luật biến thiên của điện tích của một bản tụ điện và cường độ dòng điện trong mạch dao động.
3. Viết được công thức tính chu kì và tần số dao động riêng của mạch LC.
4. Trong mạch dao động điện từ gồm tụ điện (C, U, Q) mắc nối tiếp với cuộn dây (F, I, Q).
5. Nâng cao hơn một chút, ta có thể ghép bộ tụ điện hoặc bộ cuộn cảm vào mạch bạn nhé.

Các dạng bài tập về Dao động điện từ thường gặp trong đề thi THPT quốc gia môn vật lí:

Dạng 1: Viết biểu thức q, i, u_c, u_L, W_c, W_L

Dạng 2: Xác định các giá trị cực đại và tức thời của q, i, u_c, u_L, W_c, W_L, xác định Δq, Δt... 

Dạng 3: Thêm bớt một linh kiện vào mạch dao động

Nội dung liên quan:  Vật lí 12,  Blog Góc Vật lí trong loạt bài về Thu và phát sóng điện từ.

Bài viết Tóm tắt lí thuyết và Công thức Dao động điện từ - Vật lí 12 này thuộc chủ đề Dao động điện từ  - Vật lí 12 - luyện thi THPT quốc gia, bạn có đóng góp về nội dung bài viết này xin hãy để lại nhận xét cuối bài viết hoặc liên hệ với Admin Góc Vật lí: Bùi Công Thắng nha. Chúc bạn thành công!

Bài đề xuất cho bạn:

Một con lắc lò xo gồm lò xo có độ cứng 20 N/m và viên bi có khối lượng 0,2 kg dao động điều hòa. Tại thời điểm t, vận tốc và gia tốc của viên bi lần lượt là 20 cm/s và m/s2. Biên độ dao động của viên bi là

Một con lắc lò xo gồm lò xo có độ cứng 20 N/m và viên bi có khối lượng 0,2 kg dao động điều hòa. Tại thời điểm t, vận tốc và gia tốc của viên bi lần lượt là 20 cm/s và 2căn3  m/s². Biên độ dao động của viên bi là bao nhiêu?

con lắc lò xo 20 N/m và viên bi 0,2 kg dao động điều hòa. Tại thời điểm t, vận tốc và gia tốc  là 20 cm/s và 2căn3 m/s². Biên độ dao động là

Bài viết này thuộc chủ đề Con lắc lò xo-Vật lí 12, bạn có đóng góp về nội dung bài viết này xin hãy để lại nhận xét cuối bài viết hoặc liên hệ với Admin Góc Vật lí: Bùi Công Thắng nha. Chúc bạn thành công!

Bạn muốn tìm kiếm gì không?

Một sóng hình sin có biên độ A truyền theo phương Ox từ nguồn O với chu kì T, có bước sóng λ. Gọi M, N là hai điểm nằm trên Ox ở cùng một phía với O sao cho OM – ON = 5λ/6. Các phần tử môi trường tại M, N đang dao động. Tại thời điểm t phần tử môi trường tại M đang ở vị trí cân bằng và đi xuống. Sau khoảng thời gian ngắn nhất bằng bao nhiêu thì N lên vị trí cao nhất?

Góc vật lí giới thiệu bài toán rất thường gặp trong chủ đề Sóng cơ - Vật lí 12.

Đây là bài tập mẫu có lời giải thuộc dạng toán "Dao động của hai phần tử trên cùng một phương truyền sóng"

Đề bài:

Một sóng hình sin có biên độ A (coi như không đổi) truyền theo phương Ox từ nguồn O với chu kì T, có bước sóng λ.  Gọi M, N là hai điểm nằm trên Ox ở cùng một phía với O sao cho OM – ON = 5λ/6 .  Các phần tử môi trường tại M, N đang dao động. Tại thời điểm t phần tử môi trường tại M đang ở vị trí cân bằng và đi xuống.  Sau khoảng thời gian ngắn nhất bằng bao nhiêu thì N lên vị trí cao nhất?

Lời giải chi tiết:

Ta có OM - ON = 5λ/6. N sớm pha hơn M là φM = π/3

Độ lệch pha giữa M và N:  φM = π/3

Nên khoảng thời gian cần tìm là: t = T/6+T/4+T/4 = 11T/12. 

Bài viết này thuộc chủ đề Sóng cơ - Dao động của hai phần tử trên cùng một phương truyền sóng, bạn có đóng góp về nội dung bài viết này xin hãy để lại nhận xét cuối bài viết hoặc liên hệ với Admin Góc Vật lí: Bùi Công Thắng nha. Chúc bạn thành công!

Bạn muốn tìm kiếm gì không?

Sóng có tần số 20 Hz truyền trên mặt thoáng nằm ngang của một chất lỏng, với tốc độ 2 m/s, gây ra các dao động theo phương thẳng đứng của các phần tử chất lỏng. Hai điểm M và N thuộc mặt thoáng chất lỏng cùng phương truyền sóng, cách nhau 22,5 cm. Biết điểm M nằm gần nguồn sóng hơn. Tại thời điểm t, điểm N hạ xuống thấp nhất. Hỏi sau đó thời gian ngắn nhất là bao nhiêu thì điểm M sẽ hạ xuống thấp nhất?

Bài tập Sóng cơ - dạng toán "Độ lệch pha dao động của 2 điểm trên phương truyền sóng" Vật lí 12 luyện thi đại học

Đề bài:

Sóng có tần số 20 Hz truyền trên mặt thoáng nằm ngang của một chất lỏng, với tốc độ 2 m/s, gây ra các dao động theo phương thẳng đứng của các phần tử chất lỏng.  Hai điểm M và N thuộc mặt thoáng chất lỏng cùng phương truyền sóng, cách nhau 22,5 cm.  Biết điểm M nằm gần nguồn sóng hơn.  Tại thời điểm t, điểm N hạ xuống thấp nhất.  Hỏi sau đó thời gian ngắn nhất là bao nhiêu thì điểm M sẽ hạ xuống thấp nhất?

 Giải chi tiết:

Ta có thể tính được Bước sóng λ = v/f = 2/20 = 0,1m = 10cm

- Độ lệch pha giữa hai điểm M và N $\Delta \phi =\frac{2\pi d}{\lambda }=\frac{2\pi .22,5}{10}=4,5\pi$

Do độ lệch pha giữa hai điểm bằng số lẻ lần π/2 => M và N dao động vuông pha với nhau, mà M nằm gần nguồn sóng hơn => M dao động sớm pha hơn N góc π/2.

Biểu diễn hai điểm M, N tại thời điểm t trên vòng tròn lượng giác.

Như vậy tại thời điểm t, nếu N đang hạ xuống vị trí thấp nhất thì M đang ở VTCB và có xu hướng đi lên (như hình vẽ)

Và để M hạ xuống Vị trí thấp nhất thì cần khoảng thời gian Δt = 3T/4  = 3/80 s

Bài viết này thuộc chủ đề Bài tập Sóng cơ - dạng toán "Độ lệch pha dao động của 2 điểm trên phương truyền sóng" trong Vật lí 12, bạn có đóng góp về nội dung bài viết này xin hãy để lại nhận xét cuối bài viết hoặc liên hệ với Admin Góc Vật lí: Bùi Công Thắng nha. Chúc bạn thành công!

Bạn muốn tìm kiếm gì không?

Hai điểm P, Q nằm trên một phương truyền của một sóng cơ có tần số 12,5 Hz. Sóng truyền từ P đến Q. Khoảng cách giữa P và Q bằng 1/8 bước sóng. Tại thời điểm t li độ dao động tại P bằng 0 thì li độ tại Q sẽ bằng 0 sau thời gian ngắn nhất là

Bài tập Sóng cơ trong đề thi thpt quốc gia môn vật lí

Hai điểm P, Q nằm trên một phương truyền của một sóng cơ có tần số 12,5 Hz.  Sóng truyền từ P đến Q. Khoảng cách giữa P và Q bằng 1/8 bước sóng.  Tại thời điểm t li độ dao động tại P bằng 0 thì li độ tại Q sẽ bằng 0 sau thời gian ngắn nhất là 

A. 0,04 s.                                B. 0,02 s.                           C. 0,01 s.                           D. 0,08 s.  

Ta có dễ dàng T= 1/f = 1/12,5 và

Sóng từ P đến Q cách nhau 1/8 bước sóng nên mất thời gian 1/8 chu kì. t = T/8 = 0,01 s.

Đáp án C bạn nhé

Bài viết này nằm trong chủ đề các dạng bài tập Sóng cơ trong đề thi thpt quốc gia môn vật lí 12.

Blog Góc Vật lí chúc bạn thành công!

Link bài này: Bài tập Sóng cơ trong đề thi thpt quốc gia môn vật lí

Xem thêm 

Bài tập Vật lí chủ đề Sóng cơ

• Sóng dừng: Tóm tắt lý thuyết và công thức sóng dừng vật lí 12 quan trọng

• 115 bài tập tự luận Luyện thi PTQG phần Sóng cơ

• Bài tập Sóng cơ trong đề thi thpt quốc gia môn vật lí

Bạn muốn tìm kiếm gì không?

Một cái loa nhỏ được coi như nguồn điểm, phát công suất âm thanh 0,1W. Cường độ âm tại điểm cách loa 400m là

Đề thi này được trích trong đề thi thử của năm học 2011 - 2012 và cũng được đề cập tới trong Diễn đàn hỗ trợ kiến thức vật lí. nhưng có nhiều bạn hỏi nên Góc vật lí xin gửi tới các bạn đang Luyện thi nội dung Sóng Âm - Vật lí 12 câu trả lời chính xác cụ thể như sau.

Đề bài: Một cái loa nhỏ được coi như nguồn điểm, phát công suất âm thanh 0,1W. Cường độ âm tại điểm cách loa 400m là 

A.    I ≈ 4.98.10^-8W/m².

B.     I ≈ 1,6.10^-4W/m².

C.     I ≈ 1,6.10^-2W/m².

D.    I ≈ 1,6W/m².

Nhiều bạn đã tham khảo đáp án có lẽ bị nhầm mà chọn kết quả là I ≈ 1,6.10-8W/m2.
Đây là bài toán cơ bản dễ thuộc chủ đề Sóng Âm của Vật lí 12 với công thức tính :
Kí hiệu: I
Đơn vị: W/m^2
Công thức tính cường độ âm:

 

Vậy dễ dàng tính được kết quả bài toán trên là

 I ≈ 4.98.10^-8 W/m² phải không nào? Chọn câu trả lời A bạn nhé.

Bài viết này thuộc chủ đề Sóng Âm của Vật lí 12, bạn có đóng góp về nội dung bài viết này xin hãy để lại nhận xét cuối bài viết hoặc liên hệ với Admin Góc Vật lí: Bùi Công Thắng nha. Chúc bạn thành công!

Sóng dừng: Tóm tắt lý thuyết và công thức sóng dừng vật lí 12 quan trọng | Blog Góc Vật lý

Sóng dừng: Tóm tắt lý thuyết và công thức sóng dừng  vật lí 12 quan trọng 

>>>Tải file word bài viết này

Bạn đang xem: Tóm tắt lý thuyết và công thức sóng dừng vật lí 12 trên Blog Góc Vật lí

Liên quan: Bài tập cơ bản về Con lắc đơn

Tóm tắt lí thuyết Sóng dừng

Khi sóng truyền đi trong môi trường vật chất với vận tốc v, bước sóng  λ và tần số f  gặp vật cản sẽ thay đổi hướng truyền! 

Ta đã biết, sóng có tần số (f) từ nguồn O truyền tới điểm M sẽ có vận tốc (v) xác định bằng thương số giữa quãng đường sóng truyền đi được trong 1 chu kỳ  (là λ) với thời gian đi hết quãng đường đó (là T) : v=λf=λ/T .Sóng từ O gọi là sóng tới.

Sóng tới là gì?

Sóng tới là sóng lan truyền đến một điểm trên phương truyền sóng.

Nếu trên đường truyền, sóng gặp vật cản bị phản xạ lại và 'quay trở lại' môi trường tới. Sóng này gọi là Sóng phản xạ.

Sóng phản xạ là gì?

Sóng phản xạ là sóng khi lan truyền thì gặp một vật cản, bật ngược trở lại môi trường tới. Nếu sóng là hàm số u(t), thì: u(phản xạ) = - u(tới) 

Đặc điểm của Sóng phản xạ: 

Giả sử năng lượng sóng không hao hụt trong quá trình truyền sóng. Khi đó:

• Sóng phản xạ có cùng biên độ, cùng tần số với sóng tới. 

• Nếu vật cản di động: Sóng phản xạ cùng pha sóng tới.

• Nếu vật cản cố định: Sóng phản xạ ngược pha với sóng tới.

Sóng phản xạ và sóng tới nếu truyền theo cùng một phương thì có thể giao thoa với nhau và tạo ra sóng dừng.

Theo wikipedia, sóng dừng hay còn được gọi là sóng đứng, hoặc sóng tĩnh là một loại sóng dao động theo thời gian nhưng có biên độ đỉnh sóng không di chuyển trong không gian.

Các phần tử điểm mà tại đó biên độ là tối thiểu được gọi là các nút sóng và các phần tử có biên độ tối đa được gọi là các bụng sóng.

Khi Sóng tới giao thoa với Sóng Phản xạ tạo thành các bụng sóng và nút sóng cố định ta có một hệ sóng dừng như hình minh họa dưới đây.

Với hệ sóng dừng trên dây có các nút sóng, bụng sóng và ta có thể đếm được số lượng các bó sóng.

Ví dụ về Sóng dừng 2 đầu dây là nút: N-N

Ví dụ về Sóng dừng có 1 đầu dây là nút, 1 đầu dây là bụng: N-B

Đặc điểm của Sóng dừng:

• Sóng dừng là sóng có các bụng và nút sóng cố định.

• Sóng dừng là sự giao thoa giữa sóng tới và sóng phản xạ.

• Bụng sóng là những điểm có biên độ dao động cực đại A=2a

• Nút sóng là những điểm có biên độ dao động cực tiểu A=0

Phương trình sóng dừng

• Xét sóng dừng trên dây đàn hồi. Sóng nguồn âm tại A.

• Phương trình sóng tới điểm B:

• Phương trình sóng phản xạ tại điểm B:

• Phương trình sóng tới điểm M: (sớm pha hơn điểm B)

                                       

• Phương trình sóng phản xạ tại M: (Chậm pha hơn sóng phản xạ tại B)

                               

• Tại M nhận được sóng tới và sóng phản xạ, phương trình dao động tổng hợp tại M là: uM=uM+u'M . Dùng công thức lượng giác “cosa+cosb”, ta được:

Hoặc viết lại là:

• Công thức biên độ của dao động sóng tổng hợp là:

                        

• Khoảng cách giữa hai bụng sóng liên tiếp là:  λ/2                   

• Khoảng cách giữa hai nút sóng liên tiếp là: λ/2                       

• Nếu M là nút sóng thì vị trí của các nút sóng được tính thông qua biểu thức: d = k2.                                   

• Nếu M là bụng sóng thì vị trí bụng tính bởi công thức:

d =(k+0,5)2 hay d = (2k+1)4. 

Với k là số bụng sóng có trên đoạn MB, không tính nửa bụng tại M.

Điều kiện có sóng dừng

• Điều kiện có sóng dừng khi hai đầu dây đều là nút sóng, lúc đó chiều dài dây (L) phải thỏa mãn:  

L = kλ/2 (k là số tự nhiên lớn hơn 0)

Trong trường hợp này:

• Số bụng sóng = số bó sóng = k

• Số nút sóng = k+1

Sóng dừng trên màng rung với 1 bó sóng, 1 bụng sóng và 2 nút cố định ở rìa

Sóng dừng có họa âm cao hơn trên màng đĩa với hai đường nút cắt nhau tại tâm đĩa.

Trong chương trình Vật lí PHPT hiện nay, ta hầu như chỉ gặp các bài toán về sóng dừng trên dây đàn hồi hoặc dạng bài toán giao thoa sóng âm với cột không khí.

Ta làm bài toán dạng điều kiện có sóng dừng trên dây để hiểu rõ hơn phần tóm tắt lí thuyết sóng dừng vừa rồi nhé. 

VD: Trên một sợi dây dài 2 m đang có sóng dừng với tần số 100 Hz, người ta thấy ngoài 2 đầu dây cố định còn có 3 điểm khác luôn đứng yên. Tốc độ truyền sóng trên dây là bao nhiêu?

A. 100 m/s. B. 40 m/s. C. 80 m/s. D. 60 m/s.

Đây là dạng toán cơ bản về Sóng dừng trên dây đàn hồi. Ta thấy, điều kiện sóng dừng trên dây với hai đầu cố định là: L=kλ/2. 

Trong đó: Số bụng sóng B = số bó sóng n = k; Số nút sóng N = k+1.

Các điểm đứng yên là các điểm nút nên tổng số nút trên dây là:  

N = 2 + 3 = 5  ⇒ k=4.

Suy ra: 2 = 4.λ/2 ⇒ λ = 1m. 

Vậy tốc độ truyền sóng trên dây là: v = λ.f = 1.100 = 100m/s. Chọn A

Bạn có thể xem thêm ví dụ khác về cách Xác định chiều dài dây - sóng dừng 

• Điều kiện có sóng dừng khi một đầu dây là nút, một đầu là bụng, chiều dài dây phải thỏa mãn:  L = (2k+1)λ/4

Với Số bụng (B), số nút (N), số bó (n): 

• Khi hai đầu là nút sóng, thì: 

• B=n

• N=B+1 

• Khi một đầu là nút sóng, một đầu là bụng, thì: N = B = n 

Ứng dụng của sóng dừng là gì?

Sóng dừng có công dụng như sau:

• Quan sát hiện tượng giao thoa giữa sóng tới và sóng phản xạ.

• Đo tốc độ truyền sóng.

• Đo bước sóng.

Bài viết này thuộc chủ đề Sóng dừng trong Vật lí 12, bạn có đóng góp về nội dung bài viết này xin hãy để lại nhận xét cuối bài viết hoặc liên hệ với Admin Góc Vật lí: Bùi Công Thắng nha. Chúc bạn thành công! 

Bạn muốn tìm kiếm gì không?