Giải SBT Vật lí 11 Kết nối mới bài 11: Sóng điện từ
Hướng dẫn giải bài 11: Sóng điện từ SBT Vật lí 11 Kết nối tri thức. Đây là sách bài tập nằm trong bộ sách "Kết nối tri thức với cuộc sống" được biên soạn theo chương trình đổi mới của Bộ giáo dục. Hi vọng, với cách hướng dẫn cụ thể và giải chi tiết học sinh sẽ nắm bài học tốt hơn.
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.
Trả lời:
Đáp án đúng: B
Tia X có bước sóng từ 30 pm đến 3 nm, tia tử ngoại có bước sóng từ 1 nm đến 380 nm, tia hồng ngoại có bước sóng từ 0,76 μm đến 1mm, vi sóng có bước sóng từ 1 mm đến 1m.
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 $1.10^{17}$ đến $1.10^{19}$ |
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.
Trả lời:
Đáp án đúng: D
Khi truyền từ không khí vào nước thì tần số của sóng điện từ không thay đổi còn tốc độ của các sóng điện từ đều giảm dần nên bước sóng cũng giảm ($\lambda=\frac{v}{f}$).
11.3. Nội dung nào sau đây tóm tắt đúng đặc điểm của sóng điện từ, tính từ sóng vô tuyến đến tia γ 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
Trả lời:
Đáp án đúng: C
Từ thang đo sóng điện từ ta có: tính từ sóng vô tuyến đến tia γ 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 = 3.108m/s
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.
Trả lời:
Đáp án đúng: B
Từ thang sóng điện từ ta có: Tia hồng ngoại có bước sóng từ 0,76 μm đến 1mm
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.
Trả lời:
Đáp án đúng: B
Bước sóng của sóng là: $\lambda=\frac{v}{f}=\frac{3.10^{8}}{10^{8}}=3$ m
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.
Trả lời:
Đáp án đúng: A
Bước sóng của sóng radio này là $\lambda=\frac{v}{f}=\frac{3.10^{8}}{10^{6}}=300$ m
11.7. Một sóng ánh sáng có bước sóng λ1 và tốc độ v1 khi truyền trong chân không. Khi đi vào trong tấm thuỷ tinh có bước sóng λ2 và tốc độ v2. Biểu thức nào dưới đây biểu diễn đúng mối liên hệ giữa v2 với λ1, λ2 và v1?
A. $v_{2}=\frac{λ_{1}}{λ_{2}}.v_{1}$
B. $v_{2}=\frac{λ_{2}}{λ_{1}}.v_{1}$
C. $v_{2}=\frac{λ_{2}λ_{1}}{v_{1}} $
D. $v_{2}= λ_{2}λ_{1}v_{1}$
Trả lời:
Đáp án đúng: B
Khi sóng truyền từ môi trường này sang môi trường khác thì từ tần số không thay đổi nên ta có:
$\frac{v_{1}}{f_{1}}=\frac{v_{2}}{f_{2}}\Rightarrow v_{2}=\frac{\lambda_{2}}{\lambda_{1}}v_{1}$
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 dấu 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.
Trả lời:
a) Dựa vào thang sóng điện từ ta có: A – tia tử ngoại; B – tia hồng ngoại.
b) Tia X bước sóng ngắn có khả năng đâm xuyên mạnh nên được ứng dụng trong việc chụp X quang chẩn đoán hình ảnh trong y học.
c) Hai đặc điểm khác nhau giữa sóng âm và sóng điện từ:
- Sóng điện từ là sóng ngang, sóng âm là sóng dọc,
- Sóng điện từ truyền được trong chân không, sóng âm không 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.
Trả lời:
a) Khoảng cách từ Trái Đất tới Mặt Trăng: $d = \frac{ct}{2} = \frac{3.10^{8}.2,5}{2} =3,75.10^{8}$m
b) Bước sóng của sóng vô tuyến đã sử dụng: $\lambda = \frac{c}{f} =\frac{3.10^{8}}{10^{7}} = 30$ m.
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.
Trả lời:
Thời gian lớn nhất mà sóng truyền hình đi từ đài phát đến Trái Đất chính là thời gian sóng đi từ đài phát đến vệ tinh sau đó từ vệ tinh truyền về Trái Đất theo phương tiếp tuyến với Trái Đất. Khoảng cách lớn nhất đó là:
$d= QM +36 600 = \sqrt {(36 600+6 400)^{2} -6 400^{2} +36 600} \approx 79 121$km
Khoảng thời gian lớn nhất mà sóng truyền hình đi từ đài phát đến vệ tinh rồi quay lại Trái Đất là: $t= \frac{d}{c}=\frac{79 121 000}{3.10^{8}} \approx 0,26s$.
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 đến 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.
Trả lời:
Khoảng cách giữa vật và anten trong lần đo thứ nhất là:
$d_{1} = \frac{c t_{1}}{2} = \frac{3.10^{8}.80.10^{- 6}}{2} = 12 000$m
Khoảng cách giữa vật và anten trong lần đo thứ hai là:
$d_{2} = \frac{c t_{2}}{2} = \frac{3.10^{8}.76.10^{- 6}}{2} = 11 400$m
$\Rightarrow\overline{v} = \frac{d_{2} - d_{1}}{\Delta t} = \frac{12 000-11400}{2}=300$ m/s.
11.12*. Giả sử một vệ tinh truyền thông đang 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 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$^{2}$/kg$^{2}$. 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?
Trả lời:
Quỹ đạo của vệ tinh quanh Trái Đất được mô tả như hình
Vì vệ tinh địa tĩnh đứng yên so với Trái Đất, lực hấp dẫn là lực hướng tâm, nên ta có:
$F_{hd} = F_{ht}\Leftrightarrow G \frac{Mm}{r^{2}}=m(\frac{2\pi}{T})^{2}r$
$\Rightarrow\sqrt[3]{GM(\frac{T}{2\pi})^{2}}=\sqrt[3]{6,67.10^{-11}.6.10^{24}(\frac{24.60.60}{2\pi})^{2}}\approx 42,3.10^{6}$
Vùng phủ sóng nằm trong miền giữa hai tiếp tuyến kẻ từ vệ tinh tới Trái Đất. Do vậy, ta xác định được:
$cos\varphi=\frac{R}{r}\approx\frac{1}{7}\Rightarrow\varphi\approx81°20'$
Từ 81°20' kinh độ tây đến kinh độ đông.