Bài 11. Sóng điện từ trang 21, 22 SBT Vật lí 11 Kết nối tri thức với cuộc sống

11.1

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.

Phương pháp giải:

Sử dụng thang sóng điện từ

Lời giải chi tiết:

Từ thang sóng điện từ ta có

Đáp án : B

11.2

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.

Phương pháp giải:

Dựa vào tính chất của sóng điện từ

Lời giải chi tiết:

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

Đáp án : B

11.3

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

Phương pháp giải:

Sử dụng thang sóng điện từ

Dựa vào tính chất của sóng điện từ.

Lời giải chi tiết:

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

11.4

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.

Phương pháp giải:

Dựa vào thang sóng điện từ

Lời giải chi tiết:

Từ thang sóng điện từ ta có

Đáp án : B

11.5

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.

Phương pháp giải:

Bước sóng là khoảng cách giữa hai ngọn sóng liên tiếp :\(\lambda  = v.T = \frac{v}{f}\)

Lời giải chi tiết:

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

Đáp án : B

11.6

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

Phương pháp giải:

Bước sóng là khoảng cách giữa hai ngọn sóng liên tiếp :\(\lambda  = v.T = \frac{v}{f}\)

Lời giải chi tiết:

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

Đáp án : A

11.7

Một sóng ánh sáng có bước sóng \({\lambda _1}\) và tốc độ \({v_1}\) khi truyền trong chân không. Khi đi vào trong tấm thuỷ tinh có bước sóng \({\lambda _2}\) và tốc độ \({v_2}\). Biểu thức nào dưới đây biểu diễn đúng mối liên hệ giữa \({v_2}\) với \({\lambda _1}\),  \({\lambda _2}\)và \({v_1}\)?

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. \({v_2} = {\lambda _2}{\lambda _1}{v_1}\)  

Phương pháp giải:

Bước sóng là khoảng cách giữa hai ngọn sóng liên tiếp :\(\lambda  = v.T = \frac{v}{f}\)

Tính chất của sóng điện từ

Lời giải chi tiết:

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

11.8

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.

Phương pháp giải:

Sử dụng thang sóng điện từ

Lời giải chi tiết:

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.

11.9

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.

Phương pháp giải:

Bước sóng là khoảng cách giữa hai ngọn sóng liên tiếp :\(\lambda  = v.T = \frac{v}{f}\)

Lời giải chi tiết:

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 \(\lambda  = \frac{v}{f} = \frac{{{{3.10}^8}}}{{{{10}^7}}} = 30m\)

11.10

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.

Phương pháp giải:

Quãng đường truyền tín hiệu \(S = v.t = c.t\)

Lời giải chi tiết:

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 :

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

11.11

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.

Phương pháp giải:

Quãng đường truyền tín hiệu \(S = v.t = c.t\)

Lời giải chi tiết:

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 \(\overline v  = \frac{{{S_1} - {S_2}}}{{\Delta t}} = 5m/s\)

11.12

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.\({10^{24}}\) kg và chu kì quay quanh trục của nó là 24 h, hằng số hấp dẫn G =\(6,{67.10^{ - 11}}N.{m^2}/k{g^2}\).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?

Phương pháp giải:

Lực hấp dẫn \({F_{hd}} = \frac{{GmM}}{{{{\left( {R + h} \right)}^2}}}\)

Lực hướng tâm : \({F_{ht}} = \frac{{m{v^2}}}{{R + h}}\)

Lời giải chi tiết:

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 \(v = \omega \left( {R + h} \right) = \frac{{2\pi (R + h)}}{T}\)

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

=> \({(R + h)^2} = \frac{{6,{{67.10}^{ - 11}}.{{\left( {86400} \right)}^2}{{.6.10}^{24}}}}{{4{\pi ^2}}} = 7,{47.10^{22}}\left( {{m^3}} \right) =  > R + h = 4,{21.10^4}km\)

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

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 \({81^0}{20'}\)Đ theo hướng Tây đến kinh độ \({81^0}{20'}\)T.