Giáo án Vật lý 12 - DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ pps

DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ

I / MỤC TIÊU :
 Hiểu cấu tạo của mạch dao động LC và khái niệm dao động điện từ.
 Thiết lập của công thức về dao động điện từ riêng của mạch LC (các
biểu thức phụ thuộc thời gian của điện tích, cường độ dòng điện, hiệu
điện thế, năng lượng điện từ)
 Hiểu nguyên nhân làm tắt dần dao động và nguyên tắc tạo ra dao động
duy trì.
 Hiểu sự tương tự điện  cơ.
II / CHUẨN BỊ :
1 / Giáo viên :
Vẽ trên giấy khổ lớn Hình 29.1b và hình minh họa dao động điện từ
tắt dần (hình 29.5 SGK)
2 / Học sinh :
 Ôn lại dao động cơ học ( Dao động cơ học, dao động tắt dần, dao động
duy trì ).
 Ôn lại định luật Ôm cho các loại mạch điện, năng lượng tụ điện tích điện (
năng lượng điện trường) và năng lượng ống dây có dòng điện (năng lượng từ
trường )
III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY  HỌC :

Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên
Hoạt động 1 :
HS : Điện trường.

HS : Từ trường.

HS : Là mạch điện khép kín gồm một
tụ điện có điện dung C và một cuộn
dây thuần cảm có độ tự cảm L.

HS : Hiệu điện thế

HS : Tụ điện sẽ phóng điện và tạo
nên dòng điện.

GV : Khi một tụ điện tích điện thì
nó năng lượng gì ?
GV : Khi một cuộn cảm mang dòng
điện thì nó tích lũy năng lượng gì ?
GV : Quan sát hình 29.1a và nêu
định nghĩa mạch dao động ?

GV : Nếu ban đầu ta tích điện cho
tụ điện C thì trong mạch giữa hai
bản tụ điện xuất hiện cái gì ?
GV : Khi nối tụ điện với cuộn dây L
thì xuất hiện tượng gì ?
HS : Biến thiên tuần hoàn.
HS : Biến thiên tuần hoàn.

Hoạt động 2 :
HS : i =
dt
dq
=q’

HS : e =  L
di
dt

HS : u
AB
= e – r.i = e

HS : u
AB
=
q
c

HS : q” +
1
LC
.q = 0

HS : q = q
o
cos(t + )

HS : Nêu định nghia dao động diện từ
?
HS : T =
2
2
LC



 và f =

GV : Dòng điện này có đặc điểm gì
?
GV : Hiệu điện thế giữa hai đầu
cuộn dây và giữ hai bản tụ điện có
đặc điểm gì ?

GV : Em hãy cho biết biểu thức
cường độ dòng điện qua mạch ?

GV : Em hãy cho biết biểu thức suất
điện động tự cảm ?
GV : Em hãy cho biết biểu thức
hiệu điện thế ở hai đầu đoạn mạch ?
GV : Em hãy cho biết biểu thức
hiệu điện thế ở hai đầu tụ điện ?
GV : Hướng dẫn học sinh biến đổi
để dẫn tới phương trình vi phân bậc
2 ?
GV : Giới thiệu nghiệm của phương
trình vi phân bậc 2 ?
1 1
2
T
LC


Hoạt động 3 :
HS : W
C
=

22
2
1
cos
2 2
o
q
q
C C
 (t + )
HS : W
L
=
2
2
1
2 2
o
q
Li
C
 sin
2
(t + )
HS : W = W
C
+ W
L
=
2

2
o
q
C
=const
HS : Trong quá trình dao động điện
từ, có sự chuyển đổi từ năng lượng
điện trường thành năng lượng từ
trường và ngược lại, nhưng tổng của
chúng thì không đổi.
Hoạt động 4 :
HS : Nêu kết luận.
HS : Nêu kết luận
Hoạt động 5 :
HS : Phương trình vi phân
HS : Tần số góc
HS : Phương trình dao động điều hòa
GV : Dao động diện từ là gì ?
GV : Viết công thức chu kỳ và tần
số dao động riêng của dao động điện
từ tự do của mạch dao động LC ?
GV : Em hãy cho biết biểu thức
năng lượng điện trường ( W
C
) tích
lũy trong tụ điện được xác định như
thế nào ?
GV : Em hãy cho biết biểu thức
năng lượng từ trường ( W
L

) tích lũy
trong cuộn cảm được xác định như
thế nào ?
GV : Em hãy cho biết biểu thức
năng lượng điện từ của mạch dao
động ?

GV : Nêu nhận xét ?

GV : Dao động điện từ tắt dần là gì
?
HS : Phương trình vận tốc
HS : Năng lượng

GV : Dao động điện từ duy trì là gì
?

GV : GV hướng dẫn cho HS thấy
những đặc điểm giống nhau giữa
dao động điện từ và dao động cơ
học (GV hướng dẫn HS lập bảng so
sánh như ở SGK).



IV / NỘI DUNG :
1. Dao động điện trong mạch LC.
 Mạch LC gồm một tụ điện có điện dung C mắc nối tiếp với một cuộn
dây thuần cảm có độ tự cảm L thành một mạch điện kín. Mạch LC
còn được gọi là mạch dao động.

 Muốn cho mạch dao động hoạt động, ta tích điện cho tụ điện rồi cho
nó phóng điện trong mạch, tạo nên dòng điện có cường độ biến thiên
tuần hoàn trong mạch, hiệu điện thế giữa hai bản của tụ điện và giữa 2
đầu cuộn cảm biến đổi tuần hoàn. Quá trình này gọi là dao động điện.
2. Khảo sát định lượng dao động điện trong mạch dao động C.
Chọn chiều dương trong mạch là chiều đi qua cuộn cảm từ B đến A
như hình vẽ. Nếu dòng điện chạy theo chiều đó thì cường độ i > 0 , nếu đi
theo chiều ngược lại thì i < 0.
Ta có : i = q’
Dòng điện i chạy trong cuộn cảm sinh ra suất điện động tự cảm :
e = -L
di
dt
(1)
Theo định luật Ôm :
u
AB
= e – r.i {r = 0 vì cuộn dây thuần cảm
=> u
AB
= e = -L
di
dt
(2)
Mặt khác, u
AB
cũng là hiệu điện thế giữa hai bản tụ điện, nên ta có :
u
AB
=

q
c
(3)
Từ (1), (2) và (3), suy ra :
q
c
= -L
di
dt
= -Lq”
=> q” +
1
LC
.q = 0 (4)
 Pt (4) có nghiệm : q = q
o
cos(t + )
 Vậy điện tích của bản A biến đổi điều hòa theo thời gian với tần số
góc  =
1
LC

 Cường độ dòng điện chạy trong cuộn cảm và hiệu điện thế u
AB
giữa
hai bản tụ điện cũng biến đổi điều hòa theo thời gian với cùng tần số
góc  :
i = q’ = -q
o
sin(t + )

u
AB
=
o
q
q
C C

cos(t + )
 Nếu trong quá trình xảy ra dao động không có tác dụng điện từ bên
ngoài lên mạch LC thì dao động đó là dao động điện tự do (dao động
riêng) của mạch dao động LC.
 Sự biến thiên tuần hoàn của điện trường giữa hai bản tụ và từ trường
trong cuộn cảm trong mạch dao động được gọi là dao động điện từ.
 Chu kỳ và tần số dao động riêng của dao động điện từ tự do của mạch
dao động LC là :
T =
2
2
LC



 và f =
1 1
2
T
LC



3. Năng lượng điện từ của mạch dao động LC
 Trong quá trình dao động điện từ, năng lượng điện từ (năng lượng
toàn phần) của mạch dao động là tổng năng lượng điện trường tích lũy
trong tụ điện (W
C
) và năng lượng từ trường tích lũy trong cuộn cảm
(W
L
)
 W
C
=
22
2
1
cos
2 2
o
q
q
C C
 (t + )
 W
L
=
2
2
1
2 2
o

q
Li
C
 sin
2
(t + )
 Năng lượng điện từ :
W = W
C
+ W
L
=
2
2
o
q
C
=const
Vậy : trong quá trình dao động điện từ, có sự chuyển đổi từ năng lượng điện
trường thành năng lượng từ trường và ngược lại, nhưng tổng của chúng thì
không đổi.
4. Dao động điện từ tắt dần :
 Dao động điện từ tắt dần trong mạch dao động LC là : dao động điện
từ có các biên độ dao động của điện tích, của cường độ dòng điện và
của hiệu điện thế giảm dần theo thời gian.
 Nguyên nhân là do trong thực tế, các mạch dao động LC đều có điện
trở R nên trong mạch luôn có nhiệt lượng tỏa ra làm năng lượng toàn
phần bị giảm liên tục.
5. Dao động điện từ duy trì :
Dao động điện từ duy trì là dao động điện từ của mạch dao động đã

được bù đắp năng lượng để nó không bị tắt dần.
Cách phổ biến để tạo ra dao động điện từ duy trì là dùng mạch
tranzito. Máy tạo ra dao động duy trì còn gọi là máy phát dao động dùng
tranzito.

V / CỦNG CỐ VÀ DẶN DÒ :
Trả lời câu hỏi 1, 2, 3 và làm bài tập 1,
Xem bài 32