Giải chi tiết Vật lí 11 kết nối mới bài 11: Sóng điện từ
Giải bài 11: Sóng điện từ sách Vật lí 11 kết nối tri thức. Phần đáp án chuẩn, hướng dẫn giải chi tiết cho từng bài tập có trong chương trình học của sách giáo khoa. Hi vọng, các em học sinh hiểu và nắm vững kiến thức bài học.
MỞ ĐẦU
Câu hỏi: Chỉ với một chiếc điện thoại thông minh hay chiếc máy tính được kết nối với internet, ta có thể trao đổi thông tin với nhau trên khắp toàn cầu. Vậy tại sao thông tin lại có thể lan truyền được trong không gian?
Hướng dẫn trả lời:
Vì các thiết bị như điện thoại thông minh, máy tính đều sử dụng sóng điện từ mà sóng điện từ có thể lan truyền trong không gian.
I. SÓNG ĐIỆN TỪ
Câu hỏi: Một vệ tinh thông tin (vệ tinh địa tĩnh) chuyển động trên quỹ đạo tròn ngay phía trên xích đạo của Trái Đất, quay cùng hướng và cùng chu kì tự quay của Trái Đất ở độ cao 36 600 km so với đài phát trên mặt đất. Đài phát nằm trên đường thẳng nối vệ tinh và tâm Trái Đất. Coi Trái Đất là một hình cầu có bán kính R = 6 400 km. Vệ tinh nhận sóng truyền hình từ đài phát rồi phát lại tức thời tín hiệu đó về Trái Đất. Biết sóng có bước sóng $\lambda$ = 0,5 m; 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 một điểm trên mặt Trái Đất, vẽ hình minh hoạ.
Hướng dẫn trả lời:
Khoảng cách từ vệ tinh đến điểm xa nhất trên mặt Trái Đất là $L=\sqrt{h^{2}-R^{2}}\approx 42521,05$ (km)
Khoảng thời gian lớn nhất mà sóng truyền hình đi từ đài phát đến một điểm trên mặt Trái Đất là:
$t=\frac{(36600+42521,05).10^{3}}{3.10^{8}}\approx 0,264$ (s)
II. THANG SÓNG ĐIỆN TỪ
1. Ánh sáng nhìn thấy
Câu hỏi: So sánh tần số của ánh sáng đỏ và ánh sáng tím.
Hướng dẫn trả lời:
Ta có: $\lambda$ đỏ > $\lambda $ tím $\Rightarrow \frac{v}{f_{d}}>\frac{v}{f_{t}}\Rightarrow f_{d}<f_{t}$
Vậy tần số của ánh sáng đỏ nhỏ hơn tần số của ánh sáng tím.
2. Tia hồng ngoại (IR)
3. Tia tử ngoại (UV)
4. Sóng vô tuyến
Câu hỏi 1: Giải thích tại sao mỗi khi cho phóng hồ quang người thợ hàn cần mặt nạ che mặt (Hình 11.5).
Hướng dẫn trả lời:
Vì bức xạ phát ra từ hồ quang điện lúc hàn điện chứa rất nhiều tia tử ngoại có thể làm hỏng giác mạc của mắt và gây ung thư da, do đó thợ hàn phải có mặt nạ chuyên dụng che mắt và mặt lúc thao tác hàn.
Câu hỏi 2: Giải thích tại sao Mặt Trời là một nguồn năng lượng khổng lồ phát ra tia tử ngoại mà con người và các sinh vật trên Trái Đất vẫn có thể sinh sống dưới ánh nắng mặt trời được.
Hướng dẫn trả lời:
Ánh sáng Mặt Trời bị hấp thụ một phần trên bầu khí quyển Trái Đất và được cản lại nhờ tầng Ozon, chỉ một phần nhỏ hơn tới được bề mặt Trái Đất, nên con người vẫn có thể sống được dưới ánh Mặt Trời.
5. Tia X (tia Rơn ghen)
6. Tia gamma ($\gamma $)
Hoạt động 1: Bảng 11.1 cho biết phạm vi của bước sóng trong chân không của các dải chính tạo nên thang sóng điện tử.
Hãy xác định phạm vi của tần số tương ứng với các dải bước sóng đó.
Hướng dẫn trả lời:
| Loại bức xạ | Phạm vi bước sóng | Phạm vi tần số (Hz) |
| Sóng vô tuyến | Từ 1 mm đến 100 km | Từ 3000 đến $3.10^{11}$ |
| Sóng vi ba | Từ 1 mm đến 1m | Từ $3.10^{8}$ đến $3.10^{11}$ |
| Tia hồng ngoại | Từ 0,76 $\mu m $ đến 1mm | Từ $3.10^{11}$ đến $3,95.10^{14}$ |
| Ánh sáng nhìn thấy | Từ 0,38 $\mu m $ đến 0,76 $\mu m $ | Từ $3,95.10^{14}$ đến $7,89.10^{14}$ |
| Tia tử ngoại | Từ 10 nm đến 400 nm | Từ $7,5.10^{14}$ đến $3.10^{16}$ |
| Tia X | Từ 30 pm đến 3 nm | Từ $10^{17}$ đến $10^{19}$ |
Hoạt động 2: Nêu tên sóng điện từ trong chân không ứng với mỗi bước sóng.
a) 1 km
b) 3 cm
c) 5 $\mu m$
d) 500 nm
e) 50 nm
g) $10^{-12}$ m
Hướng dẫn trả lời:
a) 1 km là sóng vô tuyến
b) 3 cm là sóng vi ba
c) 5 $\mu m$ là tia hồng ngoại
d) 500 nm là ánh sáng nhìn thấy
e) 50 nm là tia tử ngoại
g) $10^{-12}$ m là tia X
Hoạt động 3: Nêu lại sóng điện từ ứng với mỗi tần số sau:
a) 200 kHz
b) 100 MHz
c) $5.10^{14}$ Hz
d) $10^{18}$ Hz
Hướng dẫn trả lời:
a) 200 kHz là sóng vô tuyến
b) 100 MHz là sóng vi ba
c) $5.10^{14}$ Hz là ánh sáng nhìn thấy
d) $10^{18}$ Hz là tia X