Bài tập trắc nghiệm Dao động và sóng điện từ vật lý 12 có đáp án

Bài tập trắc nghiệm Dao động và sóng điện từ vật lý 12 có đáp án
Chủ đề: Điện từ trường
Phương pháp giải bài tập Điện từ trường
Bài toán về sự lan truyền của điện từ trường trong các môi trường
Phương pháp giải bài tập về mạch chọn sóng cực hay có lời giải
50 bài tập trắc nghiệm Điện từ trường chọn lọc có đáp án chi tiết (phần 1)
50 bài tập trắc nghiệm Điện từ trường chọn lọc có đáp án chi tiết (phần 2)
Chủ đề: Sóng điện từ - Thông tin liên lạc
Dạng 2 : Bài tập Sóng điện từ trong đề thi Đại học có giải chi tiết
Dạng 1: Tìm các đại lượng đặc trưng của sóng điện từ
Dạng 2: Tìm khoảng giới hạn cho mạch chọn sóng
Dạng 3: Tụ xoay có điện dung thay đổi
80 bài tập trắc nghiệm Sóng điện từ chọn lọc có đáp án chi tiết (phần 1)
80 bài tập trắc nghiệm Sóng điện từ chọn lọc có đáp án chi tiết (phần 2)
80 bài tập trắc nghiệm Sóng điện từ chọn lọc có đáp án chi tiết (phần 3)
Bài tập trắc nghiệm Dao động và sóng điện từ
50 câu trắc nghiệm Dao động và sóng điện từ có lời giải chi tiết (cơ bản - phần 1)
50 câu trắc nghiệm Dao động và sóng điện từ có lời giải chi tiết (cơ bản - phần 2)
60 câu trắc nghiệm Dao động và sóng điện từ có lời giải chi tiết (nâng cao - phần 1)
60 câu trắc nghiệm Dao động và sóng điện từ có lời giải chi tiết (nâng cao - phần 2)


Chủ đề: Điện từ trường
Phương pháp giải bài tập Điện từ trường
1. Phương pháp
Năng lượng điện trường tập trung trong tụ điện:

Năng lượng từ trường tập trung trong cuộn cảm

Năng lượng của mạch dao động:

Quan hệ: Io = ωQo = ωCUo
2. Ví dụ
Ví dụ 1: Điện tích trên bản cực của tụ điện dao động điều hòa với phương trình q
= Qocos(2πt/T). Năng lượng điện trường biến đổi
A. tuần hoàn với chu kì 2T.
B. tuần hoàn với chu kì T/4.
C. tuần hoàn với chu kì T.
D. tuần hoàn với chu kì T/2.
Hướng dẫn:


Chọn D
Ví dụ 2: Một mạch dao động LC có năng lượng 35.10 -6J và điện dung của tụ điện
C là 2,5μF. Tìm năng lượng tập trung tại cuộn cảm khi hiệu điện thế giữa hai bản
cực của tụ điện là 3V.
A. 247,75.10-6 j
B. 1,125.10-5 j
C. 1,125.10-6 j
D. 24,75.10-6 j
Hướng dẫn:
Năng lượng điện trường:

Năng lượng từ trường:

Đáp án D
Ví dụ 3: Cường độ dòng điện trong mạch dao động là i = 12cos(2.10 5t) mA. Biết
độ tự cảm của mạch là L = 20mH và năng lượng của mạch được bảo toàn. Lúc i =
8mA thì hiệu điện thế u giữa hai bản tụ có giá trị bao nhiêu?
A. 45,3V
B. 16,4V

C. 35,8V


D. 80,5V
Hướng dẫn:

Chọn C
Ví dụ 4: Mạch giao động có hiệu điện thế cực đại hai đầu tụ là . Khi năng lượng
từ trường bằng 3 năng lượng điện trường thì hiệu điện thế hai đầu tụ là

Hướng dẫn:
Ta có: E = Et + Eđ → Khi Et = 3Eđ → E = 4Eđ

Ví dụ 5: Một mạch dao động gồm một tụ có điện dung C = 10 μF và một cuộn
cảm có độ tự cảm L = 1 H, lấy π 2 = 10. Khoảng thời gian ngắn nhất tính từ lúc
năng lượng điện trường đạt cực đại đến lúc năng lượng từ bằng một nữa năng
lượng điện trường cực đại là
A. 1/400 s
B. 1/300 s
C. 1/200 s
D. 1/100 s
Hướng dẫn:


Eđ max thì φu = 0, khi Et = Eđ max/2 = Eđ (u = U0/√2) thì φu = π/4.
→ t = T/8 = 0,02/8 = 1/400 s.
Bài toán về sự lan truyền của điện từ trường trong các môi trường
A. Phương pháp giải
Sự lan truyền của điện từ trường trong các môi trường.
1. Đặc điểm của điện từ trường trong sóng điện từ.

* Mỗi biến thiên theo thời gian của từ trường sinh ra trong không gian xung quanh
một điện trường xoáy biến thiên theo thời gian, ngược lại mỗi biến thiên theo thời
gian của điện trường cũng sinh ra một từ trường biến thiên theo thời gian trong
không gian xung quanh.
* Điện trường biến thiên và từ trường biến thiên cùng tồn tại trong không gian.
Chúng có thể chuyển hóa lẫn nhau trong một trường thống nhất được gọi là điện
từ trường.
* Sóng điện từ là điện từ trường lan truyền trong không gian. Vận tốc lan truyền
của sóng điện từ trong chân không bằng vận tốc ánh sáng (c ≈ 3.10 8m/s). Sóng
điện từ lan truyền được trong các điện môi. Tốc độ lan truyền của sóng điện từ
trong các điện môi nhỏ hơn trong chân không và phụ thuộc vào hằng số điện môi.
Trong

là

chân

không,

sóng

điện

từ

tần

số

f

thì

có

bước

sóng


* Sóng điện từ là sóng ngang. Trong quá trình lan truyền
luôn luôn vuông
góc với nhau và vuông góc với phương truyền sóng. Tại mỗi điểm dao động của
điện trường và từ trường trong sóng điện từ luôn cùng pha với nhau.
* Phương pháp xác định chiều

+ Sóng điện từ là sóng ngang:
diện thuận). Khi quay từ

sang

và hướng truyền sóng

(theo đúng thứ tự hợp thành tam
thì chiều tiến của đinh ốc là C.


+ Ngửa bàn tay phải theo hướng truyền sóng, ngón cái hướng theo
ngón hướng theo

thì bốn

.

* Khi sóng điện từ gặp mặt phân cách giữa hai môi trường thì nó cũng bị phản xạ
và khúc xạ như ánh sáng. Ngoài ra cũng có hiện tượng giao thoa, nhiễu xạ... sóng
điện từ.
* Công thức xác định độ lệch pha của sóng tại hai điểm M, N trong không gian

nằm trên phương truyền sóng là:
Ví dụ 1 (ĐH 2008): Ðối với sự lan truyền sóng điện từ thì
A. Vectơ cường độ điện trường
vectơ cảm ứng từ

cùng phương với phương truyền sóng còn

vuông góc với vectơ cường độ điện trường

.

B. Vectơ cường độ điện trường
với phương truyền sóng.

và vectơ cảm ứng từ

C. Vectơ cường độ điện trường
phương truyền sóng.

và vectơ cảm ứng từ

D. Vectơ cảm ứng từ
độ điện trường

luôn vuông góc với

cùng phương với phương truyền sóng còn vectơ cường

vuông góc với vectơ cảm ứng từ
Hướng dẫn

luôn cùng phương

.


Chọn C.
Sóng điện từ là sóng ngang. Trong quá trình lan truyền
và
luôn luôn vuông góc với nhau và vuông góc với phương truyền sóng. Tại mỗi
điểm dao động của điện trường và từ trường trong sóng điện từ luôn cùng pha với
nhau.
Ví dụ 2: Tại bưu điện huyện Hoằng Hóa, Thanh Hóa có một máy đang phát sóng
điện từ coi biên độ sóng không đổi khi truyền đi với cảm ứng từ cực đại là B 0 =
0,15T và cường độ điện trường cực đại là 10 V/m. Xét một phương truyền có
phương thẳng đứng hướng lên. Vào thời điểm t, tại điểm M trên phương truyền,
vectơ cảm ứng từ có
A. độ lớn 0,06T và hướng về phía Tây.
B. độ lớn 0,06T và hướng về phía Đông.
C. độ lớn 0,09T và hướng về phía Đông.
D. độ lớn 0,09T và hướng về phía Bắc.

Hướng dẫn
Chọn C.
Trong sóng điện từ thì dao động của điện trường và của từ trường tại một điểm
luôn luôn đồng pha với nhau nên luôn có:


Sóng điện từ là sóng ngang:
thuận).
Khi quay từ

sang

(theo đúng thứ tự hợp thành tam diện

thì chiều tiến của đinh ốc là C.

Ngửa bàn tay phải theo hướng truyền sóng (hướng thẳng đứng dưới lên), ngón cái
hướng theo

thì bốn ngón hướng theo

.

Ví dụ 3 (Đề MH 2017): Một sóng điện từ có chu kỳ T, truyền qua điểm M trong
không gian, cường độ điện trường và cảm ứng từ tại M biến thiên điều hòa với gia
strij cực đại lần lượt là E0 và B0. Thời điểm t = t0, cường độ điện trường tại M có
độ bằng 0,5E0. Đến thời điểm t = t0 + 0,25T, cảm ứng từ tại M có độ lớn là:


Hướng dẫn

Chọn D.
Hai thời điểm t1=t0 và t2=t0+0,25T lệch nhau T/4 nên dao động của điện trường tại
hai thời điểm này vuông pha nhau. Do vậy ta có:

Tại một điểm trên phương truyền sóng thì cường độ điện trường và cảm ứng từ
luôn cùng pha nên:


Ví dụ 4 (ĐH CĐ 2010): Trong thông tin liên lạc bằng sóng vô tuyến, người ta sử
dụng cách biến điệu biên độ, tức là làm cho biên độ của sóng điện từ cao tần (gọi
là sóng mang) biến thiên theo thời gian với tần số bằng tần số của dao động âm
tần. Cho tần số sóng mang là 800 kHz. Khi dao động âm tần có tần số 1000 Hz
thực hiện một dao động toàn phần thì dao động cao tần thực hiện được số dao
động toàn phần là
A. 800.
B. 1000.
C. 625.
D. 1600.
Hướng dẫn
Chọn A.
Thời gian để dao động âm tần có tần số 1000 Hz thực hiện một dao động toàn
phần là:
∆t = T1 = 1/f1 = 1/1000 = 10-3s.
Trong khoảng thời gian này, dao động cao tần thực hiện được số dao động toàn
phần là:

2. Ứng dụng sóng điện từ trong định vị và đo vận tốc, khoảng cách.


* Đo khoảng cách:

Trong đó ∆t là khoảng thời gian
từ lúc phát sóng cho đến lúc thu được sóng phản xạ.
* Đo vận tốc: Giả sử có một vật đang chuyển động về phía người quan sát. Để đo
vận tốc của vật đó ta thực hiện phép đo khoảng cách ở hai điểm cách nhau một
khoảng thời gian ∆t.

Ví dụ 4: Từ Trái Đất, một ăng ten phát ra những sóng cực ngắn đên Mặt Trăng.
Thời gian từ lúc ăngten phát sóng đến lúc nhận sóng phản xạ trở lại là 2,56s. Hãy
tính khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trăng. Biết tốc độ của sóng điện từ trong
không khí c = 3.108m/s.
A. 386000km.
B. 384000km.
C. 388000km.
D. 387000km.
Hướng dẫn
Chọn B.
Khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trăng là:


Ví dụ 5: Quỹ đạo địa tĩnh là quỹ đạo tròn bao quanh Trái Đất, ngay phía trên
đường xích đạo. Vệ tinh địa tĩnh là vệ tinh quay trên quỹ đạo địa tĩnh với vận tốc
góc bằng vận tốc góc của sự tự quay của Trái Đất. Biết vận tốc dài của vệ tinh trên
quỹ đạo là 3,07 km/s. Bán kính trái đất bằng 6378 km. Chu kỳ sự tự quay của Trái
Đất là 24 giờ. Sóng điện từ truyền thẳng từ vệ tinh đến điểm xa nhất trên trái đất
mất thời gian
A. 0,119 s
B. 0,162 s
C. 0,280 s
D. 0,139 s.
Hướng dẫn

Chọn
D.
Vận tốc dài của vệ tinh địa tĩnh trên quỹ đạo: v = ω.h.
Suy ra độ cao của vệ tinh:


Sóng điện từ truyền thẳng từ vệ tinh đến điểm xa nhất trên trái đất là điểm A với
quảng đường đi của sóng là:
Thời gian truyền là:

Ví dụ 6: Một ăng-ten ra đa phát ra sóng điện từ đến một máy bay đang bay về
phía ra đa. Thời gian từ lúc ăng ten phát đến lúc sóng phản xạ trở lại là 120μs,
ăng-ten quay với tốc độ 0,6 vòng/s. Ở vị trí của đầu vòng quay tiếp theo ứng với
hướng của máy bay, ăng-ten lại phát sóng điện từ, thời gian từ lúc phát đến lúc
nhận lần này là 116 μs. Tính vận tốc trung bình của máy bay, biết tốc độ truyền
sóng điện từ trong không khí bằng 3.108m/s.
A. 1296km/h.
B. 1000km/h.


C. 350km/h.
D. 1100km/h.
Hướng dẫn
Chọn A.

Ta có:

Suy ra vận tốc trung bình của máy bay:
Trong đó ∆t là khoảng thời gian giữa hai lần đo liên tiếp, đúng bằng thời gian 1
vòng quay của ra đa.

Ví dụ 7: Vệ tinh Vinasat-I được đưa vào sử dụng từ tháng 4/2008, đứng yên so
với mặt đất ở một độ cao xác định trong mặt phẳng Xích đạo Trái Đất; đường
thẳng nối vệ tinh với tâm Trái Đất đi qua kinh tuyến 132 oĐ. Coi Trái Đất như một
quả cầu, bán kính là 6370 km; Khối lượng là 6.10 24 kg và chu kì quay quanh trục
của nó là 24h; hằng số hấp dẫn G = 6,67.10 -11N.m2/kg2. 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 nào dưới đây:
A. Từ kinh độ 85o20’Đ đến kinh độ 85o20’T.


B. Từ kinh độ 50o40’Đ đến kinh độ 146o40’T.
C. Từ kinh độ 81o20’Đ đến kinh độ 81o20’T.
D. Từ kinh độ 48o40’Đ đến kinh độ 144o40’Đ.
Hướng dẫn
Chọn B.

Với vệ tinh địa tĩnh (đứng yên so với Trái Đất), lực hấp dẫn đóng vai trò là lực
hướng tâm nên ta có:

Vùng phủ sóng nằm trong miền giữa hai tiếp tuyến kẻ từ vệ tinh với Trái Đất.


Ta có:
Do vậy vùng phủ sóng nằm trong miền từ kinh độ 132 oĐ – 81o20’ = 50o40’Đ đến
kinh độ 360o – (132o + 81o20’) = 146o40’T.
B. Ví dụ minh họa
C. Bài tập vận dụng
Câu 1 (ĐH 2009): Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về sóng điện từ?
A. Sóng điện từ là sóng ngang.

B. Khi sóng điện từ lan truyền, vecto cường độ điện trường luôn vuông góc với
vecto cảm ứng từ.
C. Khi sóng điện từ lan truyền, vecto cường độ điện trường luôn cùng phương với
vecto cảm ứng từ.
D. Sóng điện từ lan truyền được trong chân không

Với vệ tinh địa tĩnh (đứng yên so với Trái Đất), lực hấp dẫn đóng vai trò là lực
hướng tâm nên ta có:

Vùng phủ sóng nằm trong miền giữa hai tiếp tuyến kẻ từ vệ tinh với Trái Đất.


Ta có:
Do vậy vùng phủ sóng nằm trong miền từ kinh độ 132 oĐ – 81o20’ = 50o40’Đ đến
kinh độ 360o – (132o + 81o20’) = 146o40’T.
B. Ví dụ minh họa
C. Bài tập vận dụng
Câu 1 (ĐH 2009): Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về sóng điện từ?
A. Sóng điện từ là sóng ngang.
B. Khi sóng điện từ lan truyền, vecto cường độ điện trường luôn vuông góc với
vecto cảm ứng từ.
C. Khi sóng điện từ lan truyền, vecto cường độ điện trường luôn cùng phương với
vecto cảm ứng từ.
D. Sóng điện từ lan truyền được trong chân không
Hiển thị lời giải
Hướng dẫn
Chọn
C. Trong quá trình lan truyền
và
luôn luôn vuông góc với nhau và vuông

góc với phương truyền sóng. Tại mỗi điểm dao động của điện trường và từ trường
trong sóng điện từ luôn cùng pha với nhau.
Câu 2: Một sóng điện từ lan truyền trong chân không. Tại một điểm, khi thành
phần
từ
trường
biến
thiên
điều
hòa
theo
phương


trình
hòa theo phương trình:

thì thành phần điện trường biến thiên điều

Hiển thị lời giải
Hướng dẫn
Chọn A.
Tại mỗi điểm dao động của điện trường và từ trường trong sóng điện từ luôn cùng
pha với nhau.
Câu 3: Tại một điểm có sóng điện từ truyền qua, cảm ứng từ biến thiên theo
phương trình B = B0.cos(2π.106t) (t tính bằng s). Kể từ lúc t = 0, thời điểm đầu
tiên để cường độ điện trường tại điểm đó bằng 0 là
A. 0,33 μs.
B. 0,25 μs
C. 1,00 μs

D. 0,50 μs
Hiển thị lời giải
Hướng dẫn
Chọn B.
Phương trình của cường độ điện trường: E = E0.cos(2π.106t)

Chu kì:
Biểu diễn trên đường tròn lượng giác ta xác định được kể từ lúc t = 0, thời điểm
đầu tiên cường độ điện trường bằng 0 là: t=T/4=1/4=0,25μs.
Câu 4 (ĐH 2012): Tại Hà Nội, một máy đang phát sóng điện từ. Xét một phương
truyền có phương thẳng đứng hướng lên. Vào thời điểm t, tại điểm M trên phương
truyền, vectơ cảm ứng từ đang có độ lớn cực đại và hướng về phía Nam. Khi đó
vectơ cường độ điện trường có
A. độ lớn cực đại và hướng về phía Tây.
B. độ lớn cực đại và hướng về phía Ðông.
C. độ lớn bằng không.
D. độ lớn cực đại và hướng về phía Bắc.
Hiển thị lời giải
Hướng dẫn
Chọn
A.


+ Ngửa bàn tay phải theo hướng truyền sóng thẳng đứng hướng lên, bốn ngón
hướng theo
có hướng về phía Nam, ta xác được ngón cái hướng theo
hướng về phía Tây.
+

và

có

đồng pha nên khi B cực đại thì E cực đại.

Câu 5 (ĐH 2016): Khi nói về sóng điện từ, phát biểu nào sau đây đúng ?
A. Sóng điện từ truyền được trong chân không.
B. Sóng điện từ là sóng dọc.
C. Trong sóng điện từ, điện trường và từ trường tại mỗi điểm luôn biến thiên điều
hòa lệch pha nhau 0,5π.
D. Sóng điện từ không mang năng lượng.
Hiển thị lời giải
Hướng dẫn
Chọn
A.
* Sóng điện từ là sóng ngang, mang năng lượng. Trong quá trình lan truyền
và
luôn luôn vuông góc với nhau và vuông góc với phương truyền sóng. Tại
mỗi điểm dao động của điện trường và từ trường trong sóng điện từ luôn cùng pha
với nhau.
Câu 6: Trên đỉnh núi Hàm Rồng nhìn về phía Bắc thấy một cột tiếp sóng điện
thoại, sóng do cột này truyền đến vị trí người đứng ở đỉnh núi theo phương ngang.
Biết tại thời điểm t máy đo của người này ghi được vectơ điện trường
có độ
lớn 2V/m và đang hướng thẳng đứng lên trên. Hỏi độ lớn và phương chiều của


vectơ cảm ứng từ

3mT, E0 = 4V/m

ở thời điểm này. Biết giá trị cực đại của B, E lần lượt là B 0 =

A. Cảm ứng từ có độ lớn 2mT hướng về phía Đông.
B. Cảm ứng từ có độ lớn 2mT hướng về phía Tây.
C. Cảm ứng từ có độ lớn 1,5mT hướng về phía Tây.
D. Cảm ứng từ có độ lớn 1,5mT hướng về phía Đông.
Hiển thị lời giải
Hướng dẫn
Chọn
C.
Sử dụng quy tắc vặn đinh ốc ta xác định được chiều của cảm ứng từ hướng về
phía Tây (lưu ý ở đây sóng điện từ truyền theo hướng Nam)
Mặt khác do điện trường và từ trường biến thiên điều hòa cùng pha với nhau nên

ta có:
Câu 7 (THPTQG 2017): Một sóng điện từ truyền qua điểm M trong không gian.
Cường độ điện trường và cảm ứng từ tại M biến thiên điều hòa với giá trị cực đại
lần lượt là E0 và B0 . Khi cảm ứng từ tại M bằng 0,5B 0 thì cường độ điện trường
tại đó có độ lớn là:
A. 2E0
B. E0
C. 0,25E0


D. 0,5E0.
Hiển thị lời giải
Hướng dẫn
Chọn

D.
Tại một điểm trên phương truyền sóng thì cường độ điện trường và cảm ứng từ

luôn cùng pha nên:

.

Câu 8. Tại một điểm có sóng điện từ truyền qua, cảm ứng từ biến thiên theo
phương trình B = B0.cos(2π.10-8.t + π/3) (B0 > 0, t tính bằng s). Kể từ lúc t = 0,
thời điểm đầu tiên để cường độ điện trường tại điểm đó bằng 0 là:

Hiển thị lời giải
Hướng dẫn
Chọn C.
Tại một điểm trên phương truyền sóng thì cường độ điện trường và cảm ứng từ
luôn cùng pha nên: E = E0.cos(2π.10-8.t + π/3).
E = 0 ↔ cos(2π.10-8.t + π/3) = 0 ↔ 2π.10-8.t+π/3=π/2+kπ ↔t=10-8/12+(10-8/2).k
Kể từ lúc t = 0, thời điểm đầu tiên để E = 0 ứng với k = 0. Suy ra t =10-8/12 s.
Câu 9 (Đề MH 2019): Một sóng điện từ lan truyền trong chân không dọc theo
đường thẳng từ điểm M đến điểm N cách nhau 45 m. Biết sóng này có thành phần


điện trường tại mỗi điểm biến thiên điều hòa theo thời gian với tần số 5 MHz. Lấy
c = 3.108 m/s. Ở thời điểm t, cường độ điện trường tại M bằng 0. Thời điểm nào
sau đây cường độ điện trường tại N bằng 0?
A. t + 225 ns.
B. t + 230 ns.
C. t + 260 ns.
D. t + 250 ns.
Hiển thị lời giải

Hướng dẫn
Chọn
D.
Bước sóng của sóng điện từ: λ = c/f = 3.108/(5.106) = 60m
Chu kỳ sóng: T = 1/f = 2.10-7s = 200ns
→

Độ

lệch

pha

của

sóng

tại

M

và

N

là:
Vì sóng truyền từ M đến N nên Sóng tại M sớm pha hơn sóng tại N một góc là:
3π/2 rad.

Sử dụng vòng tròn biểu diễn điện trường biến thiên điều hòa tại M và N ứng với
các thời điểm t, t1, t2. Ta nhận thấy điện trường tại N bằng 0 vào các thời điểm:
t1 = t + T/4 + k.T/2 = t + 200/4 + k.200/2 = t + 50 + k.100 (ns) (k là số nguyên, k =
0, 1, 2…)
Đáp án D: t + 250 ns là thỏa mãn.
Câu 10: Trong thông tin liên lạc bằng sóng vô tuyến, người ta sử dụng cách biến
điệu biên độ, tức là làm cho biên độ của sóng điện từ cao tần (gọi là sóng mang)
biến thiên theo thời gian với tần số bằng tần số của dao động âm tần. Cho tần số
sóng mang là 800 kHz. Khi dao động âm tần có tần số 1000 Hz thực hiện 4 dao
động toàn phần thì dao động cao tần thực hiện được số dao động toàn phần là
A. 800.
B. 1000.
C. 3200.
D. 1600.
Hiển thị lời giải
Hướng dẫn