Sách bài tập Vật lí 11 Bài 11 (Kết nối tri thức): Sóng điện từ

Bài 11.1 trang 21 SBT Vật lí 11: Theo thứ tự bước sóng tăng dần thì sắp xếp nào dưới đây là đúng?

A. Vi sóng, tia tử ngoại, tia hồng ngoại, tia X.

B. Tia X, tia tử ngoại, tia hồng ngoại, vi sóng.

C. Tia tử ngoại, tia hồng ngoại, vi sóng, tia X.

D. Tia hồng ngoại, tia tử ngoại, vi sóng, tia X.

Lời giải:

Từ thang sóng điện từ ta có

Loại bức xạ	Phạm vi bước sóng
Sóng vi ba	Từ 1mm đến 1m
Tia hồng ngoại	Từ 0,76 $\mu m$ đến 1mm
Tia tử ngoại	Từ 10 nm đến 400nm
Tia X	Từ 30 pm đến 3nm

Đáp án : B

Bài 11.2 trang 21 SBT Vật lí 11: Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về sóng điện từ?

A. Tất cả các sóng điện từ đều truyền trong chân không với tốc độ như nhau.

B. Sóng điện từ đều là sóng ngang.

C. Chúng đều tuân theo các quy luật phản xạ, khúc xạ.

D. Khi truyền từ không khí vào nước thì tần số, bước sóng và tốc độ của các sóng điện từ đều giảm.

Lời giải:

Sóng điện từ truyền được trong chất rắn , lỏng , khí và chân không nên nó không phải sóng ngang

Đáp án : B

Bài 11.3 trang 21 SBT Vật lí 11: Nội dung nào sau đây tóm tắt đúng đặc điểm của sóng điện từ, tính từ sóng vô tuyến đến tia $\gamma$ trong thang của sóng điện từ?

Tần số Bước sóng Tốc độ trong chân không

A. tăng dần giảm dần giảm dần

B. giảm dần tăng dần tăng dần

C. tăng dần giảm dần không đổi

D. giảm dần tăng dần không đổi

Lời giải:

Từ thang đô sóng điện từ ta có : tính từ sóng vô tuyến đến tia $\gamma$ thì tần số tăng dần và biên độ giảm dần .

Sóng điện từ truyền trong chân không với tốc độ bằng tốc độ của ánh sáng c= 3. ${10}^8$ m/s

Đáp án : C

Bài 11.4 trang 21 SBT Vật lí 11: Sóng điện từ có bước sóng nào dưới đây thuộc về tia hồng ngoại?

A.7. ${10}^{-2}$ m.

B.7. ${10}^{-6}$ m.

C. 7. ${10}^{-9}$ m.

D. 7. ${10}^{-12}$ m.

Lời giải:

Từ thang sóng điện từ ta có

Loại bức xạ	Phạm vi bước sóng
Tia hồng ngoại	Từ 0,76 $\mu m$ đến 1mm

Đáp án : B

Bài 11.5 trang 21 SBT Vật lí 11: Một sóng vô tuyến có tần số ${10}^8$ Hz được truyền trong không trung với tốc độ 3. ${10}^8$ m/s. Bước sóng của sóng đó là

A.1,5 m.

B. 3 m.

C. 0,33 m.

D. 0,16 m.

Lời giải:

Theo đề bài ta có : $\lambda =\frac{v}{f}=\frac{{3.10}^8}{{10}^8}=3m$

Đáp án : B

Bài 11.6 trang 21 SBT Vật lí 11: Sóng vô tuyến truyền trong không trung với tốc độ 3. ${10}^8$ m/s. Một đài phát sóng radio có tần số ${10}^6$ Hz. Bước sóng của sóng radio này là :

A. 300 m.

B. 150 m.

C. 0,30 m.

D. 0,15 m

Lời giải:

Theo đề bài ta có : $\lambda =\frac{v}{f}=\frac{{3.10}^8}{{10}^6}=300m$

Đáp án : A

A. $v_2=\frac{{\lambda }_1}{{\lambda }_2}.v_1$

B. $v_2=\frac{{\lambda }_2}{{\lambda }_1}.v_1$

C. $v_2=\frac{{\lambda }_2.{\lambda }_1}{v_1}$

D. $v_2={\lambda }_2{\lambda }_1{v}_1$

Lời giải:

Khi sóng truyền từ môi trường này sang môi trường khác thì tần số không thay đổi => $\frac{v_1}{{\lambda }_1}=\frac{v_2}{{\lambda }_2}=>v_2=\frac{{\lambda }_2}{{\lambda }_1}{v}_1$

Đáp án : B

Bài 11.8 trang 22 SBT Vật lí 11: Thang của sóng điện từ được biểu diễn theo bước sóng tăng dần như Hình 11.1.

a) Xác định các loại bức xạ được đánh dầu A, B.

b) Mô tả ngắn gọn một ứng dụng của tia X trong thực tiễn.

c) Chỉ ra hai đặc điểm khác nhau giữa sóng điện từ và sóng âm.

Lời giải:

a) Dựa vào thang đo sóng điện từ ta thấy A là tia tử ngoại ; B là tia hồng ngoại

b) Ứng dụng của tia X trong thực tiễn là chụp X- quang trong y học : Các chùm tia X xuất phát từ máy chụp X quang sẽ đi xuyên qua bề mặt đối tượng, ví dụ như cơ thể người, rồi tiếp tục xuyên qua các bộ phận bên trong và cuối cùng sẽ tạo thành ảnh chụp trên các tấm phim đen trắng.

c) Hai đặc điểm khác nhau giữa sóng điện từ và sóng âm là :

- Sóng âm là sóng cơ còn sóng điện từ không phải sóng cơ

- Sóng âm không truyền được trong chân không còn sóng điện từ thì truyền được trong chân không.

Bài 11.9 trang 22 SBT Vật lí 11: Sóng vô tuyến ngắn có thể được sử dụng để đo khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trăng, bằng cách phát một tín hiệu từ Trái Đất tới Mặt Trăng và thu tín hiệu trở lại, đo khoảng thời gian từ khi phát đến khi nhận tín hiệu. Khoảng thời gian từ khi phát tới khi nhận được tín hiệu trở lại là 2,5 s. Biết tốc độ của sóng vô tuyến này là 3.${10}^8$ m/s và có tần số ${10}^7$ Hz. Tính:

a) Khoảng cách từ Mặt Trăng tới Trái Đất.

b) Bước sóng của sóng vô tuyến đã sử dụng.

Lời giải:

a) Thời gian truyền đi $t=\frac{T}{2}=\frac{2,5}{2}=1,25s$

Khoảng cách từ Mặt Trăng tới Trái Đất $S=v.t={3.10}^8.1,25=3,{75.10}^{8}m$

b) Bước sóng của sóng vô tuyến đã sử dụng $\lambda =\frac{v}{f}=\frac{{3.10}^8}{{10}^7}=30m$

Bài 11.10 trang 22 SBT Vật lí 11: Một vệ tinh địa tĩnh ở độ cao 36 600 km so với một đài phát hình trên mặt đất, nằm trên đường thẳng nối vệ tinh và tâm Trái Đất. Coi Trái Đất là một hình cầu có bán kính 6 400 km. Vệ tinh nhận sóng truyền hình từ đài phát rồi phát lại tức thời tín hiệu đó về Trái Đất. Biết tốc độ truyền sóng c = 3. ${10}^8$m/s. Tính khoảng thời gian lớn nhất mà sóng truyền hình đi từ đài phát đến Trái Đất.

Lời giải:

Thông tin được đài phát phát đi, vệ tinh thu nhận tín hiệu đó và phát trở lại trái đất. Các điểm trên mặt đất sẽ nhận được thông tin đó thông qua đầu thu tín hiệu.

Khoảng thời gian lớn nhất mà sóng truyền hình đi từ đài phát đến một điểm trên mặt Trái Đất tương ứng với thời gian sóng truyền từ điểm D đến A sau đó từ A về B.

Độ dài đoạn AB là :

$AB=\sqrt{A{C}^2-B{C}^2}=\sqrt{{\left(h+R\right)}^2-R^2}=42521,1km$

Khoảng thời gian lớn nhất mà sóng truyền hình đi từ đài phát đến Trái Đất là :

$t=t_{DA}+t_{AB}=\frac{AD}{c}+\frac{AB}{c}=0,264s$

Bài 11.11 trang 22 SBT Vật lí 11: Một anten radar phát ra những sóng điện từ đến vật đang chuyển động về phía radar. Thời gian từ lúc anten phát sóng đến lúc nhận sóng phản xạ từ vật trở lại là 80 $\mu s$. Sau hai phút, đo lần thứ hai, thời gian từ lúc phát đền lúc nhận lần này là 76 $\mu s$. Tính tốc độ trung bình của vật. Coi tốc độ của sóng điện từ trong không khí bằng 3. ${10}^8$m/s.

Lời giải:

Lần 1 : $S_1={3.10}^8.\frac{t_1}{2}=12000m$

Lần 2 : $S_2={3.10}^8.\frac{t_2}{2}=11400m$

=> tốc độ trung bình của vật $\overline{v}=\frac{S_1-S_2}{\mathrm{\Delta }t}=5m/s$

Bài 11.12 trang 22 SBT Vật lí 11: Giả sử một vệ tỉnh truyền thông đang đứng yên so với mặt đất ở một độ cao xác định trong mặt phẳng xích đạo Trái Đất, đường thẳng nói vệ tinh với tâm Trái Đất đi qua kinh tuyến số 0 hoặc kinh tuyến gốc. Coi Trái Đất như một quả cầu bán kính 6 400 km, khối lượng là 6.

Trái Đất trong khoảng kinh độ nào?

Lời giải:

Lực hấp dẫn đóng vai trò lực hướng tâm tác dụng lên vệ tinh . Chuyển động tròn đều trên quỹ đạo bán kính R + h => $F_{ht}=F_{hd}$

=> $\frac{m{v}^2}{R+h}=\frac{GmM}{{\left(R+h\right)}^2}$ với $v=\omega \left(R+h\right)=\frac{2\pi (R+h)}{T}$

=> $\frac{GmM}{{\left(R+h\right)}^2}=\frac{m4{\pi }^2(R+h)}{T^2}=>{\left(R+h\right)}^2=\frac{G{T}^{2}M}{4{\pi }^2}$

=>$(R+h{)}^2=\frac{6,{67.10}^{-11}.{\left(86400\right)}^2{.6.10}^{24}}{4{\pi }^2}=7,{47.10}^{22}\left(m^3\right)$

$=>R+h=4,{21.10}^{4}km$

$\cos \alpha =\frac{R}{R+h}=\frac{6400}{42100}\approx 0,15=>\alpha =81,3^0={81}^0{20}^{\prime }$

Sóng cực ngắn (f > 30 MHz ) phát từ vệ tinh truyền thẳng đến các điểm nằm trên xích đạo trái đất trong khoảng kinh độ từ kinh độ ${81}^0{20}^{\prime }$Đ theo hướng Tây đến kinh độ ${81}^0{20}^{\prime }$T.

Lý thuyết Sóng điện từ

I. Sóng điện từ

- Sóng điện từ là điện từ trường lan truyền trong không gian. Sóng điện từ là sóng ngang

- Tốc độ của tất cả các sóng điện từ truyền trong chân không có giá trị 3.10⁸m/s, đúng bằng tốc độ ánh sáng trong chân không

=> Ánh sáng là sóng điện từ

- Sóng điện từ gồm một dải rộng tần số (hoặc bước sóng), gọi là thang sóng điện từ

II. Thang sóng điện từ

- Sự khác nhau về bước sóng (hay tần số) của các loại sóng điện từ đã dẫn đến sự khác nhau về tính chất và công dụng của chúng

1. Ánh sáng nhìn thấy

- Quang phổ của ánh sáng nhìn thấy là một dải màu biến thiên liên tục từ tím đến đỏ.

- Bước sóng của ánh sáng nhìn thấy nằm trong khoảng từ 0,38μm đến 0,76μm, ánh sáng đỏ có bước sóng dài nhất khoảng 0,76μm, ánh sáng tím có bước sóng ngắn nhất khoảng 0,38μm

- Nguồn phát: Mặt Trời, một số loại đèn, tia chớp, ngọn lửa,…

2. Tia hồng ngoại (IR)

- Tia hồng ngoại là sóng điện từ không nhìn thấy có bước sóng nằm trong khoảng từ 0,76μm đến 1nm

- Nguồn phát tia hồng ngoại: Vật có nhiệt độ cao hơn môi trường xung quanh thì phát được tia hồng ngoại ra môi trường

- Nguồn thông dụng là bóng đèn dây tóc, bếp gas, bếp than, diot hồng ngoại,…

- Tia hồng ngoại có tính chất tuân theo định luật truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ và gây được hiện tượng nhiễu xạ, giao thoa như ánh sáng thông thường. Đặc trưng nổi bật của tia hồng ngoại là tác dụng nhiệt

3. Tia tử ngoại (UV)

- Tia tử ngoại là sóng điện từ không nhìn thấy có bước sóng nằm trong khoảng từ 10 nm đến 400 nm.

- Nguồn phát tia tử ngoại: Vật có nhiệt độ trên 2000°C thì phát được tia tử ngoại, nhiệt độ của vật càng cao thì bước sóng tử ngoại càng nhỏ. Hồ quang điện, đèn hơi thuỷ ngân là nguồn phát tia tử ngoại mạnh.

- Tia tử ngoại có tính chất tác dụng lên phim ảnh, kích thích sự phát quang của nhiều chất, làm ion hoá không khí, có tác dụng sinh học..

4. Sóng vô tuyến

- Sóng vô tuyến có bước sóng nằm trong khoảng từ 1 mm đến 100 km.

- Chúng được phát ra từ an ten và được sử dụng để "mang" các thông tin như âm thanh, hình ảnh đi rất xa.

- Sóng này bị phản xạ bởi tầng điện li trước khi tới máy thu

- Trong đó, sóng VHF (Very High Frequency) (bước sóng rất ngắn) tử 1 m đến 10 m và sóng UHF (Ultra High Frequency) (bước sáng cực ngắn) từ 10 cm đến 1 m có thể truyền thẳng đến máy thu, không bị phản xạ bởi tầng điện li. Chúng được sử dụng cho các đài phát thanh và truyền hình địa phương.

- Sóng vi ba (bước sóng khoảng vài cm) được sử dụng cho viễn thông quốc tế và chuyển tiếp truyền hình qua vệ tinh thông tin và cho mạng điện thoại di động qua tháp vi ba.

5. Tia Rơn ghen (Tia X)

- Tia X có bước sóng nhỏ hơn tia tử ngoại (khoảng từ 30 pm đến 3 nm)

- Nguồn phát tia X: Tia X được tạo ra khi các electron chuyển động với tốc độ cao tới đập vào tấm kim loại có nguyên tử lượng lớn trong ống tia X

6. Tia Gamma (γ)

- Tia gamma có bước sóng nhỏ nhất trong thang sóng điện tử, khoảng từ 10^-5 nm đến 0,1 nm

- Trong y học, tia gamma được dùng trong phẫu thuật, điều trị các căn bệnh liên quan đến khối u, dị dạng mạch máu, các bệnh chức năng của não.

- Bên cạnh lĩnh vực y tế, tia gamma còn được ứng dụng trong lĩnh vực công nghiệp, Tia gammua giúp phát hiện các khuyết tật bằng hình ảnh rõ ràng với độ chính xác cao.

Sơ đồ tư duy về “Sóng điện từ”