BÀI TẬP CHƯƠNG 34

SÓNG ĐIỆN TỪ

Quick quizs

QQ 34.1. Trong một mạch RC, tụ điện bắt đầu phóng điện.

(i) Trong quá trình phóng điện, khoảng không gian giữa hai bản của tụ điện. Xuất

hiện:

(a) Dòng điện dẫn nhưng không có dòng điện dịch

(b) Dòng điện dịch nhưng không có dòng điện dẫn

(c) Cả hai dòng điện dẫn và dòng điện dịch

(d) Không xuất hiện dòng điện

(ii) Trong cùng một vùng không gian, xuất hiện:

(a) Điện trường nhưng không có từ trường

(b) Từ trường nhưng không có điện trường

(c) Cả hai điện và từ trường

(d) Không xuất hiện điện trường hay từ trường

QQ 34.2. Độ lệch pha giữa các dao động sin của

điện trường và từ trường trong hình 34.8 là bao nhiêu?

(a) 180°

(b) 90°

(c) 0

(d) không thể xác định

QQ 34.3. Một sóng điện từ lan truyền theo chiều âm của trục y. Điện trường tại

một điểm trong không gian được định hướng theo chiều dương của trục x. Từ trường

tại điểm đó hướng theo chiều nào?

(a) chiều âm của trục x

(b) chiều dương của trục y

(c) chiều dương của trục z

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

cuu d

uong

than

cong

. com

(d) chiều âm của trục z

QQ 34.4. (Đọc thêm) Để tối đa hóa áp suất bức xạ lên buồm của một tàu vũ trụ

sử dụng năng lượng mặt trời, buồm nên dùng các tấm:

(a) rất đen để hấp thụ nhiều ánh sáng càng tốt

(b) rất sáng bóng để phản xạ ánh sáng mặt trời càng nhiều càng tốt.

QQ34.5. Nếu ăng-ten trong hình 34.11 đại diện

cho nguồn phát của một trạm radio ở xa, hướng nào

sẽ là tốt nhất cho một ăng-ten di động của bạn được

đặt bên phải của hình?

(a) lên-xuống dọc theo trang giấy,

(b) trái-phải dọc theo trang giấy,

(c) vuông góc với trang giấy.

QQ34.6. Trong nhiều bếp, lò vi sóng được sử dụng để nấu thức ăn. Các tần số

của lò vi sóng khoảng 1010 Hz. Bước sóng của các lò vi sóng khoảng:

(a) ki lô mét (b) mét (c) cm (d) micromet

QQ34.7. Một sóng radio tần số 105 Hz được sử dụng để truyền âm với tần số

103 Hz. Bước sóng của sóng radio khoảng

(a) ki lô mét (b) mét, (c) cm, hoặc (d) micromet

Objective Questions

OQ34.1. Một hạt bụi hình cầu có bán kính 0,2 µm ở khoảng cách r1 so với mặt

trời. Lực hấp dẫn của Mặt trời trên hạt chỉ cân bằng lực do áp suất bức xạ từ ánh

sáng Mặt trời.

(i) Giả sử hạt được di chuyển đến một khoảng cách 2r1 từ mặt trời và giải

phóng. Tại vị trí này, lực tác dụng lên hạt?

(ii) Bây giờ giả sử hạt được chuyển trở lại vị trí ban đầu của nó là cách khoảng

r1, nén để nó tạo một quả cầu với mật độ cao hơn đáng kể, và rồi thả ra. Trong trường

hợp này, lực tác dụng lên nó?

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

cuu d

uong

than

cong

. com

(a) hướng về phía Mặt trời

(b) hướng xa mặt trời

(c) 0

(d) không thể xác định khi không biết khối lượng hạt

Trả lời: i) c ii) a

OQ34.2. Một nguồn nhỏ phát ra sóng điện từ với một tần số đơn vào chân

không, bằng nhau ở mọi hướng.

(i) Khi làn sóng di chuyển, tần số của nó

(a) tăng lên (b) giảm (c) không đổi

Sử dụng cùng lựa chọn, trả lời cùng một câu hỏi về (ii) bước sóng, (iii) tốc độ,

(iv) cường độ, và (v) biên độ của điện trường.

Trả lời: (i) c (ii) c (iii) c (iv) b (v) b

OQ34.3. Một lò vi sóng điển hình hoạt động ở một tần số 2,45 GHz. Bước sóng

liên kết với các sóng điện từ trong lò?

(a) 8.20 (b) 12,2 cm (c) 1,2.108 m (d) 8,2.10-9 (e) không có câu trả lời

OQ34.4. Một sinh viên làm việc với một thiết bị truyền như Heinrich Hertz

nhằm điều chỉnh các điện cực để tạo ra sóng điện từ với một nửa tần số như trước.

(i) Cô ấy nên làm thế nào với điện dung C? (a) tăng gấp bốn (b) tăng gấp đôi (c)

giảm một nửa (d) giảm còn một phần tư. ii) Cô ấy nên làm thế nào với bước sóng?

Chọn từ các khả năng giống như trong phần (i).

(i) a (ii) b

OQ34.5 Giả sử bạn tích điện một lược bằng cách cho nó chạy qua tóc và sau

đó giữ lược bên cạnh một thanh nam châm. Có phải điện và từ trường sinh ra tạo

thành một làn sóng điện từ? (a) Có, nhất thiết. (b) Có, vì chúng có thể làm được vì

các hạt mang điện tích bên trong thanh nam châm. (c) có thể, nhưng chỉ khi điện

trường của lược và từ trường của nam châm vuông góc. (d) có thể, nhưng chỉ khi cả

lược và nam châm đang di chuyển. (e) có thể, nếu là lược hoặc nam châm hoặc cả

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

cuu d

uong

than

cong

. com

hai đang tăng tốc. (Vì tăng tốc, thay đổi điện trường, hoặc thay đổi từ trường có

thể là nguồn của một sóng điện từ phát ra.)

OQ34.6. Câu nào dưới đây là đúng về sóng điện từ đi qua chân không?

(a) Tất cả sóng có bước sóng giống nhau.

(b) Tất cả các sóng đều có cùng tần số lan truyền sóng.

(c) Tất cả các sóng đi với vận tốc 3.108 m /s .

(d) điện trường và từ trường giao thoa vuông góc với nhau và vuống góc với

phương truyền sóng

(e) Tốc độ của sóng phụ thuộc vào tần số của chúng

OQ34.7. Một sóng điện từ phẳng với một tần số đơn di chuyển trong chân

không theo hướng x dương. Tín hiêu là đều trên mặt phẳng Oyz. (i) Làn sóng khi di

chuyển có tần số (a) tăng, (b) làm giảm, hoặc (c) không đổi. Sử dụng các lựa chọn

tương tự, trả lời một câu hỏi về (ii) bước sóng của nó, (iii) tốc độ, (iv) cường độ, và

(v) biên độ từ trường.

Tất cả C

OQ34.8. Giả sử biên độ của điện trường trong một mặt phẳng sóng điện từ là

E1 và biên độ của từ trường là B1. Nguồn của sóng sau đó được điều chỉnh để biên

độ của điện trường tăng gấp đôi thành 2E1. (i) Điều gì xảy ra với biên độ từ trường

trong quá trình này? (a) Nó lớn hơn. (b) Nó lớn gấp hai lần. c) Nó có thể giữ nguyên.

(d) giảm một nửa. e) giảm 4 lần. (ii) Điều gì xảy ra đến cường độ của sóng? Chọn từ

cùng các khả năng như một phần (i)

(i) b (ii) a

OQ34.9. Sóng điện từ với một Bmax =1,5.10-7 T. vậy có độ lớn điện trường? (a)

0.5. 10-15 N / C (b) 2.10-5 N / C (c) 2,2.104 N / C (d) 45,0 N / C e) 22,0 N / C (dùng

Emax = cBmax)

OQ34.10. (i) Sắp xếp các loại sóng theo bước sóng của chúng từ lớn đến nhỏ:

(a) tia gamma, (b) sóng vi-ba, c) sóng vô tuyến, (d) ánh sáng nhìn thấy, (e) tia X. (ii)

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

cuu d

uong

than

cong

. com

Sắp xếp các loại sóng theo tần số của chúng cao xuống thấp nhất. (iii) Sắp xếp các

loại sóng tốc độ của chúng trong chân không từ nhanh nhất đến chậm nhất.

(i) c > b > d > e > a (ii) a > e > d > b > c (iii) a = b = c = d = e.

OQ34.11. Xem xét một làn sóng điện từ di chuyển

trong hướng y dương. Từ trường gắn liền với sóng ở một

số vị trí tại một số điểm tức thời trong x hướng âm như thể

hiện trong hình OQ34.11. Hướng của điện trường tại vị trí

này và tại thời điểm này?

(a) hướng dương x (b) hướng y dương (c) hướng z dương

(d) hướng z âm (e) hướng y âm.

Conceptual Questions

CQ34.4. Liệt kê ít nhất ba sự khác biệt giữa sóng âm và sóng ánh sáng.

Sóng âm Sóng ánh sáng

sóng dọc sóng ngang

đòi hỏi môi trường Không đòi hỏi môi trường

trong không khí di chuyển ở hàng trăm

m/s (343m/s)

trong không khí di chuyển ở hàng trăm

triệu m/s (3.108m/s)

Tốc độ của âm thanh qua môi trường,

phụ thuộc vào chất liệu của môi

trường, có thể nhanh hoặc chậm so với

trong không khí.

Tốc độ ánh áng qua các môi trường

thấp hơn ở môi trường chân không

(phụ thuộc chiết xuất)

CQ34.6. Khi ánh sáng (hoặc bức xạ điện từ khác) đi xuyên qua trên một khu

vực nhất định, (a) nó dao động như thế nào? (b) Sóng vận chuyển cái gì?

(a) Các trường điện và từ của sóng ánh sáng dao động theo thời gian tại mỗi điểm

trong không gian, là sự kết hợp (nhân vector) của dao động điện trường và từ

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

cuu d

uong

than

cong

. com

trường vuông góc với nhau, lan truyền trong không gian như sóng, giống như những

người hâm mộ thể thao trong sân vận động tạo ra các "làn sóng".

(b) Sóng vận chuyển năng lượng.

CQ34.10. Sóng vô tuyến tác động gì đến các điện tích trong ăng ten thu để cung

cấp tín hiệu cho radio trên xe hơi của bạn?

Xét một thanh kim loại điển hình là ăng-ten cho một chiếc xe hơi. Các điện tích

trong thanh hưởng ứng với phần điện trường của sóng mang. Sự thay đổi biên độ

sóng tới làm cho các điện tử trong thanh dao động với biên độ của sóng mang.

Tương tự, đối với biến điệu tần số, sự thay đổi của tần số sóng mang gây rung

động biên độ không đổi của các điện tử trong thanh với cùng tần số của sóng mang.

CQ34. 11. Mô tả ý nghĩa vật lý của Poynting

vector.

Sóng điện từ mang năng lượng. Khi sóng điện

từ truyền trong không gian, sóng điện từ có thể

truyền năng lượng đến các vật trên đường truyền.

Tốc độ truyền năng lượng bởi 1

sóng điện từ được mô tả bởi véc-tơ, S , gọi là véctơ Poynting. Véctơ Poynting được

định nghĩa:

Hướng của véc-tơ Poynting là hướng truyền. Độ lớn của véc-tơ Poynting phụ

thuộc vào thời gian. Độ lớn đạt giá trị cực đại lúc đầu tiên như Evà B. Độ lớn của

vec-tơ thể hiện tốc độ năng lượng truyền qua 1 đơn vị diện tích bề mặt vuông góc

với phương truyền sóng. Do đó, độ lớn thể hiện công suất trên 1 đơn vị diện tích.

Đơn vị trong hệ đơn vị quốc tế SI của véc-tơ Poynting là J/(s.m2) = W/m2.

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

cuu d

uong

than

cong

. com

PROBLEM

BÀI P34.1. Xét trường hợp như hình 34.1. Một điện

trường 300V/m được giới hạn trong vòng tròn đường kính

d = 10cm, hướng từ trong ra, vuông góc với mặt phẳng.

Nếu trường tăng với tỷ lệ 20V/m.s. Tìm hướng và độ lớn

của từ trường tại điểm P cách tâm vòng tròn 15cm.

Giải:

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

cuu d

uong

than

cong

. com

Bài P34.4. Một electron di chuyển qua điện trường không đều

E 2,50i 5,00j V m và một từ trường không đều B 0,400k T .

Hãy xác định gia tốc của electron khi nó di chuyển với vận tốc v 10,0i m s .

Giải:

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

cuu d

uong

than

cong

. com

Bài P34.5. Một proton di chuyển xuyên qua vùng chứa điện trường đều E =

50j V/m và từ trường đều B = (0.2i +0.3j + 0.4k) T. Xác định gia tốc của proton

khi nó có vận tốc 200i m/s

Giải:

Bài P34.7. Giả sử bạn đang đứng ở vị trí cách trạm phát sóng vô tuyến là

180 m. (a) Bạn đứng cách trạm phát bao nhiêu lần giá trị bước sóng khi chúng phát

ra sóng vô tuyến với tần số 1150 AM? (Tần số băng tần AM được tính bằng

kilohertz.) (b) Nếu trạm phát này có tần số là 98,1 FM thì giá trị này là bao nhiêu?

(Tần số băng tần FM được tính bằng megahertz.)

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

cuu d

uong

than

cong

. com

Giải:

Bài P34.8. Máy đo nhiệt độ được sử dụng trong vật lý trị liệu phát ra bức xạ

điện từ mang lại hiệu quả cao trong việc hấp thụ trong mô. Tần số của máy là

27,33 MHz. Giá trị bước sóng mà máy phát ra là bao nhiêu?

Giải:

Bài P34.10. Ánh sáng đỏ phát ra từ đèn lazer heli – neon có bước sóng

632.8nm. Tìm tần số sóng ánh sáng này?

Giải:

Bài P34.12. Một sóng điện từ trong chân không có biên độ điện trường

220V/m. Tìm biên độ từ trường tương ứng?

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

cuu d

uong

than

cong

. com

Giải:

Bài P34.15. Hình 34.15 biểu diễn quá trình lan truyền sóng điện từ phẳng theo

phương x. Giả sử bước sóng của sóng điện từ

là 50,0 m và điện trường dao động trong mặt

phẳng xy với biên độ 22,0 V/m. Hãy tính:

(a) Tần số của sóng.

(b) Từ trường B khi điện trường có giá trị cực

đại hướng theo chiều âm của trục y.

(c) Viết biểu thức của B theo vector đơn vị, với các giá trị của maxB , k và ω và độ

lớn của B dưới dạng biểu thức: maxB B cos kx t

Giải:

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

cuu d

uong

than

cong

. com

Bài P34.19. Trong đơn vi SI, thành phần điện trường của sóng điện từ được

mô tả qua biểu thức:

Ey = 100 sin (107x - ωt)

Tìm biên độ từ trường tương ứng của dao động, bước sóng và tần số sóng.

Giải:

Bài 34.20. Ở khoảng cách nào so với Mặt trời thì cường độ ánh sáng mặt

trời gấp ba lần giá trị so với tại mặt đất. (Khoảng cách trung bình từ Mặt trời đến

Trái đất là 1,496.1011 m.)

Giải:

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

cuu d

uong

than

cong

. com

Bài P34.21. Nếu cường độ của ánh sáng mặt trời chiếu xuống mặt đất (trong

điều kiện trời trong) là 1000W/m2. Tính năng lượng sóng điện từ trên một đơn vị

thể tích. (Mật độ năng lượng)

Giải:

Bài P34.22. Công suất của mặt trời trên một mét vuông bề mặt trái đất khoảng

1000W. Vào mùa đông, công suất còn 100W/m2. Hoạt động của con người trên một

đơn vị diện tích vào khoảng 10W/m2 hoặc ít hơn.

a. Một gia đình bốn người trả 66 đô la cho công ty điện mỗi 30 ngày một lần cho

600 kWh, có kích thước sàn là 13,0 m x 9,50 m. Tính toán công suất trên mỗi đơn

vị diện tích được sử dụng bởi gia đình này.

b. Một chiếc xe rộng 2,10 m và dài 4,90 m đi 55,0 dặm/h sử dụng xăng có “buồng

đốt trong” 44,0 MJ/kg với 25,0 dặm/gal. Một gallon xăng có khối lượng 2,54 kg.

Tìm công suất trên một đơn vị diện tích được sử dụng bởi xe.

c. Giải thích tại sao việc sử dụng trực tiếp năng lượng mặt trời là không thực tế khi

chạy một chiếc ô tô thông thường?

d. Nêu một số cách sử dụng năng lượng mặt trời thực tế hơn.

Giải:

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

cuu d

uong

than

cong

. com

Bài P34.23. Một kế hoạch xây dựng cơ sở chuyển đổi bức xạ mặt trời thành

năng lượng điện. Cộng đồng yêu cầu 1 MW và hệ thống được lắp đặt có hiệu suất

30,0% (tức là 30,0% năng lượng mặt trời trên bề mặt được chuyển thành năng

lượng hữu ích). Giả sử ánh sáng mặt trời có cường độ không đổi 1000 W/m2, diện

tích được sử dụng trong quá trình thu năng lượng mặt trời là bao nhiêu?

Giải:

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

cuu d

uong

than

cong

. com

Bài P34.25. Một tia laser có công suất cao được sử dụng trong bầu khí quyển

của Trái đất, điện trường của tia laser có thể làm ion hóa không khí, biến nó thành

một dạng plasma dẫn phản xạ ánh sáng laser. Trong không khí khô ở 0oC và 1 atm,

sự cố về điện xảy ra khi điện trường có biên độ trên khoảng 3,00 MV/m.

(a) Cường độ chùm tia laser là bao nhiêu để tạo ra một điện trường cực đại như trên?

(b) Ở cường độ cực đại này, giá trị công suất nào được cung cấp cho một chùm tia

hình trụ với đường kính 5,00 mm?

Giải:

Bài 34.27. Chùm tia laser công suất cao trong các nhà máy được sử dụng để

cắt xuyên qua vải và kim loại. Một tia laser như vậy có đường kính chùm tia là 1,00

mm và tạo ra điện trường có biên độ 0,700 MV/m tại bia vật liệu. Hãy xác định:

(a) Biên độ từ trường được tạo ra.

(b) Cường độ của chùm tia laser.

(c) Công suất của chùm tia laser.

Giải:

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

cuu d

uong

than

cong

. com

Bài P34.32. Khoảng các từ sóng điện từ công suất 100W đến nguồn điểm có

Emax = 15V/m là bào nhiêu?

Giải:

Bài P34.34. Tại một vị trí trên Trái Đất, giá trị rms của từ trường gây ra bởi

bức xạ mặt trời là 1,80 mT. Từ giá trị này, tính (a) điện trường rms do bức xạ mặt

trời, (b) mật độ năng lượng trung bình của thành phần bức xạ điện từ tại vị trí này,

và (c) cường độ trung bình của vector Poynting đối với bức xạ mặt trời.

Rms: Giá trị hiệu dụng

Giải:

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

cuu d

uong

than

cong

. com

Bài P34.36. Một sóng vô tuyến lan truyền với công suất 25,0 W/m2. Mặt

phẳng diện tích A vuông góc với phương truyền sóng. Giả sử bề mặt là một chất

hấp thụ sóng hoàn toàn, hãy xác định áp suất bức xạ trên mặt phẳng đó.

Giải:

Bài P34.37. Một đèn laser neon-helium có công suất 15,0 mW phát ra chùm

tia tiết diện tròn có đường kính 2,00 mm.

(a) Hãy tìm điện trường cực đại trong chùm tia.

(b) Tổng năng lượng chứa trong 1,00 m chiều dài của chùm tia là bao nhiêu?

(c) Tìm động lượng trên 1,00 m chiều dài của chùm tia.

Giải:

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

cuu d

uong

than

cong

. com

Bài 34.40. Cường độ ánh sáng mặt trời ở khoảng cách bằng khoảng cách từ

Trái Đất tới Mặt trời là 1370W / m2. Giả sử Trái đất hấp thụ tất cả ánh sáng mặt

trời chiếu tới.

a) Tìm lực mà Mặt trời tác dụng trên Trái Đất do áp suất bức xạ.

b) Giải thích cách lực này so sánh với lực hấp dẫn của Mặt trời.

Giải:

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

cuu d

uong

than

cong

. com

Bài P34.44. Sóng tần số cực thấp (ELF) có thể xuyên qua đại dương là

phương tiện duy nhất được dùng để liên lạc với các tàu ngầm ở xa. Hãy tính độ dài

một phần tư bước sóng của ăng-ten để tạo ra sóng ELF có tần số 75,0 Hz vào

không khí.

Giải:

Bài P34.50. Hãy xác định độ lớn của tần số và phân loại sóng điện từ có độ dài bước

sóng bằng:

(a) Chiều cao của một người 1,7 m.

(b) Độ dày của một tờ giấy: 6.10-5 m.

Giải:

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

cuu d

uong

than

cong

. com

Bài P34.51.

Giải:

Bài P34.52.

Giải:

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

cuu d

uong

than

cong

. com

Bài P52.55.

Giải:

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

cuu d

uong

than

cong

. com

Bài P34.X. Một người quan sát ở cách một nguồn sáng điểm có công suất P

bằng 250W là 1,8 m. Tính các giá trị hiệu dụng của điện trường và từ trường do

nguồn sáng gây ra tại vị trí của người quan sát. Thừa nhận rằng nguồn bức xạ đều

đặn theo mọi hướng.

ĐS: 7VE 48,1 , B 1,6.10 T

m

Bài P34.Y. Khi nạp điện vào một tụ điện phẳng song song bản cực tròn đường

kính 20 cm, mật độ dòng điện dịch trong miền giữa hai bản cực là đồng đều và bằng

20 A/m2.

(a) Tính độ lớn B của từ trường tại khoảng cách r = 50 mm so với trục đối xứng của

miền này.

(b) Tính dE dt trong miền này.

ĐS: (a) 0,63 μT, (b) 2,3.1012 V/m.s

CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt

cuu d

uong

than

cong

. com