Chọn đến phần học sinh cần nhanh chóng thông qua mục lục bằng cách click đến phần đó
Câu hỏi mở đầu trang 82
Đề bài: Thang sóng điện từ bao gồm rất nhiều vùng như hồng ngoại, tử ngoại, ánh sáng nhìn thấy,… Sóng điện từ được tạo thành và lan truyền như thế nào?
Lời giải:
Sóng điện từ được tạo thành và lan truyền dựa trên mối liên hệ giữa điện trường biến thiên và từ trường biến thiên (kết luận của Maxwell):
- Điện trường biến thiên tại một điểm sẽ sinh ra từ trường biến thiên ở vùng lân cận.
- Từ trường biến thiên này lại sinh ra điện trường biến thiên ở vùng lân cận khác.
- Cứ như thế, quá trình chuyển hoá qua lại giữa điện trường và từ trường lan truyền trong không gian → tạo thành sóng điện từ.
Sóng điện từ có thể lan truyền trong mọi môi trường, kể cả chân không.
I. Liên hệ giữa điện trường biến thiên và từ trường biến thiên
Hoạt động trang 82
Đề bài: So sánh sự giống nhau và khác nhau giữa điện trường gây ra bởi điện tích đứng yên và điện trường xoáy.
Lời giải:
• Giống nhau:
Cả hai đều là điện trường, tác dụng lực điện lên các điện tích đặt trong nó.
• Khác nhau:
| Đặc điểm | Điện trường tĩnh (do điện tích đứng yên gây ra) | Điện trường xoáy |
|---|---|---|
| Nguồn gốc | Do các điện tích đứng yên gây ra | Do từ trường biến thiên theo thời gian sinh ra |
| Đường sức điện | Là những đường không khép kín, xuất phát từ điện tích dương và kết thúc ở điện tích âm | Là những đường cong khép kín |
| Nơi tồn tại | Ở xung quanh các điện tích đứng yên | Trong vùng không gian có từ trường biến thiên |
Câu hỏi trang 83
Đề bài: So sánh điểm khác nhau cơ bản giữa điện từ trường với điện trường, từ trường.
Lời giải:
- Điện trường: chỉ có thành phần điện trường, tồn tại xung quanh các điện tích đứng yên hoặc trong không gian có điện tích.
- Từ trường: chỉ có thành phần từ trường, tồn tại xung quanh nam châm hoặc dòng điện (điện tích chuyển động).
- Điện từ trường: là trường thống nhất bao gồm cả điện trường biến thiên và từ trường biến thiên cùng tồn tại trong không gian, có mối liên hệ chặt chẽ và chuyển hoá qua lại lẫn nhau.
Điểm khác nhau cơ bản:
- Điện trường và từ trường (khi tĩnh) tồn tại độc lập, không chuyển hoá cho nhau.
- Điện từ trường có cả hai thành phần biến thiên cùng tồn tại và chuyển hoá liên tục cho nhau; không thể tách rời điện trường biến thiên khỏi từ trường biến thiên.
II. Mô hình sóng điện từ
Hoạt động trang 84
Đề bài:
- Nêu mô hình sóng điện từ.
- Hãy cho biết phương truyền sóng điện từ trong Hình 19.6.
- Dựa vào mô hình sóng điện từ, hãy chứng tỏ sóng điện từ là sóng ngang, có thể lan truyền trong chân không.
Lời giải:
1. Mô hình sóng điện từ:
- Nếu tại một điểm O có một điện trường biến thiên $\vec{E}_1$, thì ở vùng lân cận sẽ xuất hiện một từ trường biến thiên $\vec{B}_1$.
- Từ trường biến thiên $\vec{B}_1$ này lại sinh ra một điện trường biến thiên $\vec{E}_2$ ở vùng lân cận khác, rồi $\vec{E}_2$ lại sinh ra $\vec{B}_2$…
- Cứ như thế, điện trường và từ trường liên tục chuyển hoá cho nhau và lan truyền trong không gian.
- Quá trình lan truyền điện từ trường trong không gian được gọi là sóng điện từ.
2. Phương truyền sóng điện từ trong Hình 19.6:
Trong Hình 19.6, sóng điện từ lan truyền theo trục Ox (theo mũi tên “Phương truyền sóng”).
Phương truyền sóng có phương vuông góc với mặt phẳng chứa vectơ cường độ điện trường $\vec{E}$ và vectơ cảm ứng từ $\vec{B}$.
3. Chứng minh sóng điện từ là sóng ngang và có thể lan truyền trong chân không:
• Sóng điện từ là sóng ngang:
Tại mỗi điểm trong không gian sóng điện từ truyền qua:
- Vectơ cường độ điện trường $\vec{E}$ vuông góc với phương truyền sóng.
- Vectơ cảm ứng từ $\vec{B}$ cũng vuông góc với phương truyền sóng.
→ Cả $\vec{E}$ và $\vec{B}$ đều dao động vuông góc với phương truyền sóng → sóng điện từ là sóng ngang.
• Sóng điện từ lan truyền được trong chân không:
- Bản chất của sóng điện từ là sự lan truyền của điện từ trường (sự chuyển hoá qua lại giữa điện trường biến thiên và từ trường biến thiên).
- Điện trường và từ trường có thể tồn tại trong chân không (không cần môi trường vật chất).
- → Sóng điện từ có thể lan truyền được trong chân không.
Câu hỏi trang 85
Đề bài:
- Sóng điện từ khác sóng cơ ở điểm nào?
- Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về sóng điện từ?A. Sóng điện từ là điện từ trường lan truyền trong không gian.
B. Sóng điện từ không lan truyền được trong chân không.
C. Sóng điện từ là sóng ngang.
D. Tại một điểm trong không gian truyền sóng điện từ, vectơ $\vec{E}$ và vectơ $\vec{B}$ luôn đồng pha nhau.
Lời giải:
1. Sóng điện từ khác sóng cơ ở các điểm sau:
| Đặc điểm | Sóng điện từ | Sóng cơ |
|---|---|---|
| Bản chất | Là sự lan truyền của điện từ trường trong không gian | Là sự lan truyền dao động cơ học của các phần tử vật chất |
| Môi trường truyền | Truyền được trong mọi môi trường, kể cả chân không | Chỉ truyền được trong các môi trường vật chất (rắn, lỏng, khí); không truyền được trong chân không |
| Loại sóng | Luôn là sóng ngang | Có thể là sóng ngang hoặc sóng dọc |
2. Phát biểu sai là: B. Sóng điện từ không lan truyền được trong chân không.
Giải thích: Sóng điện từ có thể lan truyền trong chân không, đây chính là điểm khác biệt cơ bản với sóng cơ.
Các phát biểu A, C, D đều đúng theo lý thuyết đã học:
- A. Đúng: sóng điện từ chính là điện từ trường lan truyền trong không gian.
- C. Đúng: sóng điện từ luôn là sóng ngang (đã chứng minh ở câu Hoạt động trang 84).
- D. Đúng: tại mỗi điểm truyền sóng, $\vec{E}$ và $\vec{B}$ luôn đồng pha, cùng đạt cực đại và cùng bằng 0 tại cùng thời điểm.
Em có thể
Mô tả được sự lan truyền sóng điện từ trong không gian
Lời giải:
Sự lan truyền sóng điện từ trong không gian được mô tả như sau:
- Bước 1: Tại một điểm O, xuất hiện một điện trường biến thiên $\vec{E}_1$.
- Bước 2: Điện trường biến thiên $\vec{E}_1$ sinh ra ở vùng lân cận một từ trường biến thiên $\vec{B}_1$ (theo kết luận của Maxwell).
- Bước 3: Từ trường biến thiên $\vec{B}_1$ lại sinh ra một điện trường biến thiên $\vec{E}_2$ ở vùng lân cận khác.
- Bước 4: Cứ tiếp tục như vậy: $\vec{E}_2 \to \vec{B}_2 \to \vec{E}_3 \to \vec{B}_3 \to \dots$
Kết quả: điện trường và từ trường liên tục chuyển hoá qua lại và lan truyền ra không gian xung quanh → hình thành sóng điện từ.
Trong quá trình lan truyền, tại mỗi điểm trong không gian:
- Vectơ $\vec{E}$ và vectơ $\vec{B}$ luôn vuông góc với nhau.
- Cả $\vec{E}$ và $\vec{B}$ đều vuông góc với phương truyền sóng.
- $\vec{E}$ và $\vec{B}$ biến thiên điều hoà và luôn đồng pha.
Sử dụng mô hình sóng điện từ giải thích được tính chất của sóng điện từ
Lời giải:
Dựa vào mô hình sóng điện từ đã học, ta có thể giải thích được các tính chất của sóng điện từ:
• Sóng điện từ là sóng ngang:
Vì tại mỗi điểm, cả $\vec{E}$ và $\vec{B}$ đều vuông góc với phương truyền sóng → phương dao động vuông góc phương truyền → là sóng ngang.
• Sóng điện từ truyền được trong chân không:
Vì bản chất là sự lan truyền của điện từ trường — mà điện trường và từ trường có thể tồn tại trong chân không không cần môi trường vật chất.
• Tốc độ trong chân không bằng tốc độ ánh sáng:
Trong chân không, sóng điện từ lan truyền với tốc độ $c \approx 3 \cdot 10^8$ m/s. Bước sóng: $\lambda = cT = \dfrac{c}{f}$.
• Mang năng lượng khi lan truyền:
Điện trường và từ trường đều mang năng lượng nên trong quá trình lan truyền, sóng điện từ mang theo năng lượng.
• Tuân theo các quy luật giống sóng cơ:
Sóng điện từ có các tính chất giống sóng cơ như truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ, giao thoa, nhiễu xạ. Đây là cơ sở cho các ứng dụng như truyền hình, radio, viễn thông, radar…
Thầy Phạm Trần Quốc Anh
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Vật Lý THPT
Trình độ: Cử nhân Sư phạm Vật lý, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 9+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Lê Quí Đôn