Cách giải Bài tập Sự lan truyền của điện từ trường trong các môi trường

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 ≈ 3.10⁸m/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 chân không, sóng điện từ tần số f thì có bước sóng là 

* 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  và hướng truyền sóng 

+ Sóng điện từ là sóng ngang: (theo đúng thứ tự hợp thành tam diện thuận). Khi quay từ  sang  thì chiều tiến của đinh ốc là C.

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

* 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  cùng phương với phương truyền sóng còn vectơ cảm ứng từ

 vuông góc với vectơ cường độ điện trường .

B. Vectơ cường độ điện trường  và vectơ cảm ứng từ  luôn cùng phương với phương truyền sóng.

C. Vectơ cường độ điện trường  và vectơ cảm ứng từ  luôn vuông góc với phương truyền sóng.

D. Vectơ cảm ứng từ  cùng phương với phương truyền sóng còn vectơ cường độ điện trường

 vuông góc với vectơ cảm ứng từ .

Hướng dẫn

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 B₀ = 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:(theo đúng thứ tự hợp thành tam diện thuận).

Khi quay từ  sang  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: