Giáo án vật lý 12 - Bài tập về dao động điện từ

BÀI TẬP VỀ DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ I. Mục tiêu: 1) Kiến thức: - Củng cố kiến thức và công thức cơ bản về dao động điện từ, vận dụng vào việc giải bài tập cơ bản. - Biết phân tích đồ thị để rút ra nhiều nội dung thể hiện rõ bản chất vật lí và các giá trị định lượng thiết yếu của dao động điện từ. 2) Kĩ năng: - Rèn luyện kĩ năng phân tích, tổng hợp kiến thức. - Biết so sánh sự tương quan của kiến thức về dao động cơ học và dao động điện từ. - Luyện tập kĩ năng tính toán. II. Chuẩn bị: 1)GV: - Vẽ hình 22.1 SGK trên giấy khổ lớn. - Phiếu học tập có nội dung bài toán luyện tập. Bài 1. Một mạch dao động LC có tụ điện 25pF và Câuộn cảm 10-4H. Biết ở thời điểm ban đầu của dao động, cường độ dòng điện có giá trị cực đại bằng 40mA. Tìm Biểu thức của cường độ dòng điện, của điện tích trên bản cực tụ điện và Biểu thức của hiệu điện thế giữa hai bản cực của tụ điện. Bài 2. Mạch dao động gồm tụ điện C = 50F và một Câui6n5 dây có độ tự cảm L = 5mH. a) Tính năng lượng toàn phần của mạch điện và điện tích cực đại trên bản tụ khi hiệu điện thế cực đại giữa hai bản tụ là 6V. Tính năng lượng điện trường, năng lượng từ trường và cường độ dòng điện trong mạch ở thời điểm mà hiệu điện thế giữa hai bản tụ bằng 4V. Coi điện trở thuần trong mạch không đáng kể. b) Nếu Câuộn dây có điện trở R = 0,1, muốn duy trì dao động điều hòa trong mạch với hiệu điện thế cực đại trên tụ điện vẫn bằng 6V thì phải bổ sung cho mạch một năng lượng có công suất bằng bao nhiêu? Bài 3. Bài tập SGK trang 126. 2)HS: Ôn tập kiến thức về dao động điện từ. II. Tổ chức các hoạt động dạy học: Hoạt động 1. (5’) Kiểm tra – Ôn tập kiến thức. Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung GV nêu câu hỏi kiểm tra. Mạch LC có điện tích trên bản tụ Bàiến thiên điều hòa theo pt: q = q0cos(t + ). Xác định: 1) Độ lệch pha giữa hđt trên bản tụ và cường độ dòng điện trên mạch. 2) Cường độ dòng điện cực đại và hđt cực đại giữa hai -Suy nghĩ cá nhân, tìm câu trả lời. -Trình bày kết quả trên Từ q = q0cos(t + ). 0 0 cos( ) sin( ) qu t C i q t            Ta có: ( ; ) 0 0 0 0 2 à U u i qI q v C        bản tụ. bảng. Hoạt động 2. (35’) Giải bài tập: Bài tập 1. -GV hướng dẫn HS tóm tắt đề bài toán, nêu câu hỏi gợi ý: H1. Viết Biểu thức tổng quát của cường độ dòng điện trong mạch. Áp dụng điều kiện ban đầu của cường độ dòng điện trong mạch. H2. cường độ dòng điện và điện tích trong mạch lệch pha như thế nào? Suy ra góc lệch pha của u và i? -Cá nhân độc lập suy nghĩ, phân tích đề bài toán. + Đã Biết: C = 25pF = 25.10-12F L = 10-4H -Viết Biểu thức i trong mạch. -Thảo luận nhóm, xác định pha ban đầu . -Viết Biểu thức q, u. * Tính 71 2.10 /rad s LC    -Tính góc : khi t = 0: i = I0 = 4.10-2A. Từ i = I0cos(t + )  = 0  phương trình i: i = 4.10-2cos(2.10-7t)A * q chậm pha 2  so với i: 7 0 cos 2.10 2 q q t C      với 90 0 2.10 Iq C    * Phương trình: 0 cos 2 u U t         với 0 0 9 80 80 cos 2.10 2 qU V C u t V         Bài tập 2. -Yêu cầu HS làm bài tập 2 trong phiếu học tập trên giấy nêu câu hỏi gợi ý và yêu cầu HS lên bảng trình bày kết quả. H1. Năng lượng toàn phần của mạch LC gồm những năng lượng nào? Nêu công thức tính. H2. Năng lượng từ trường, năng lượng điện trường xác định bằng công thức nào? H3. Khi hiệu điện thế giữa hai bản tụ đạt giá trị cực đại năng lượng điện trường của mạch thế nào? H4. Khi mạch có điện trở, nhiệt lượng tỏa ra trên mạch trong thời gian t -Cá nhân suy nghĩ độc lập, trình bày bài giải. -Thực hiện tính toán, trình bày kết quả trên bảng khi được GV yêu cầu. -Nhận xét cách giải bài toán của HS khác. a) Khi u đạt cực đại U0: 2 0 0 1 2C W W CU  Với C = 50.10-6F U0 = 6V  W = 9.10-4J Q0 = CÂU0 = 3.10-4C * Khi u = 4V: -Năng lượng điện trường: 2 41 4.10 2C W Cu J  -Năng lượng từ trường: WL = W = WC = 5.10-4J -Mặt khác: 21 0, 45 2L W Li i A   b) Mạch có R khác 0: năng lượng xác định thế nào? H5. Đại lượng I trong công thức có ý nghĩa gì? Xác định thế nào? GV trình bày đại lượng 0 2 II  -Trả lời.Q = RI2t. Ghi nhận kiến thức mới GV Câung cấp. 0 2 II  Thực hiện Bàiến đổi từ hướng dẫn của GV. cần Câung cấp bằng nhiệt lượng tỏa ra trên mạch: Q= RI2t. -Trong 1 giây: công suất cần Câung cấp: P = RI2. Với 0 2 II  P = 1,8,10-4W Bài 3. Phân tích đồ thị để rút ra kết luận về kiến thức. H1. Dao động được mô tả bằng đồ thị trên là dao động gì? So sánh Bàiên độ trong chu kì đầu và các chu kì sau đó. H2. Xác định chu kì của dao động, từ đó suy ra tần số của dao động. Quan sát hình vẽ đã phóng to đồ thị dao động tắt dần (hình 21.2 SGK) rút ra nhận xét từ gợi ý của GV. -Bàiên độ U0 giảm: dao động điện từ tắt dần. + Sau mỗi chu kì, hđt giảm 1,4V; 0,6V; 0,3V: Bàiên độ giảm không đều. + Khi t = 0: u = 3,4V Chọn đáp án C, vì: khi t = 3s, ta có: u = 0. Do đó: H3. Xác định hiệu điện thế tại thời điểm t = 3s. Suy ra năng lượng điện trường, năng lượng từ trường tại thời điểm đó. 2 21 1 (3,4) 2 2 11,56 C C W Cu C W C     + Thời điểm t = 3s u = 0  WC = 0; WL = W0L. + T  0,6s  f  1,6Hz 21 0 2C L C W Cu W W W      WL đạt cực đại. Hoạt động 3. (5’) Vận dụng - củng cố: GV nêu: 1) Bài tập về nhà: Mạch dao động có độ tự cảm L và tụ có C thay đổi được. Khi tụ có điện dung C1 thì tần số riêng của mạch là f1 = 60MHz, khi điện dung của tụ là C2 thì tần số riêng của mạch là f2 = 80MHz. Khi ghép các tụ C1 và C2 song song thì tần số riêng của mạch là: A. 100MHz B. 140MHz C. 20MHz D. 48MHz. 2) Nhận xét về cách giải và nội dung cơ bản của các bài toán. Yêu cầu HS chuẩn bị cho tiết học sau. III. Rút kinh nghiệm – Bổ sung: