Giải Vật Lý 12 Bài 20. Mạch dao động
Chương IV. DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ Bài 20. MẠCH DAO ĐỘNG A. KIẾN THỨC CẦN NẮM VỮNG Mạch dao động Cấu tạo Gồm tụ điện c được mắc với cuộn dây có hệ số tự cảm L. Như hình vẽ. Hoạt động Ban đầu tích điện cho tụ c và khóa K mở. Sau đó đóng khóa K để tạo thành một mạch kín ta gọi đó là mạch dao động. Lúc này tụ phóng điện qua cuộn cảm L, dòng điện trong mạch sẽ biến đổi. Nhờ có tụ phóng và nạp điện kết hợp với hiện tượng tự cảm xuất hiện một dao động điện trên mạch dao động. Dao động điện từ trong mạch dao động Bỏ qua điện trở thuần trên mạch dao động. - Sự phụ thuộc của điện tích q trên tụ và cường độ dòng điện i trên mạch theo thời gian. * q = Qo.sin(cot + ọ) Với co = _7=u * i = q’ = Q0.co.cos(cot + ) và i 0 tụ nạp điện. Điện tích __ 1 riêng co = ■_ Vũc trên tụ q cũng như dòng điện trên mạch biến thiên điều hòa theo tần số được gọi là dao động điện từ trên mạch dao động. Năng lượng dao động điện từ: wt là năng lượng từ trường tập trung trên cuộn cảm L: Wt = 4-L.i2 = 4.L.[Q0.co.cos(cot + cp)]2 - ^-.cos2(cot + cp) 1 2 2 2 c Năng lượng điện trường Wđ tập trung trên tụ điện C: wd =ị.-í = ị.ậ..sin2(cot + cp) đ 2 c 2 c Năng lượng dao động điện từ trong mạch dao động: W(J) = Wt + wđ= lư Kết luận: Khi chỉ cung cấp một năng lượng ban đầu và để cho dao động: cường độ dòng điện và điện tích trên tụ của mạch dao động biến thiên điều hòa theo tần số. Năng lượng của mạch dao động gồm năng lượng từ trường trên cuộn cảm và năng lượng điện trường trên tụ điện. Năng lượng điện trường và từ trường chuyển hóa lẫn nhau đều có giá 1 Qn trị cực đại là77-—7- với Qo là điện tích cực đại của c. Năng lượng dao động của mạch dao động là không đổi khi bỏ qua hao phí năng lượng và không bức xạ sóng điện từ. Trong thực tế, trong mạch LC luôn có điện trở thuần R làm tiêu hao điện năng dẫn tới dao động bị tắt dần. Nếu R quá lớn thì sự chuyển hóa điện từ trong mạch không còn là tuần hoàn nữa. Muốn duy trì được dao động điện từ trong mạch, cần phải bù năng lượng cho mạch đủ với phần bị tiêu hao sau mỗi chu kì. Khi đó ta sẽ có một hệ tự dao động. Ta có thể sử dụng đặc tính điều khiển của tranzito để tạo dao động duy trì. B. HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI VÀ GIẢI BÀI TẬP Bài 1. Mạch dao động là gì? Trả lời Một mạch kín gồm một hay nhiều tụ điện mắc nôì tiếp với một cuộn cảm tạo thành khung dây (hay mạch) dao động. Ọ ộ O 5 P 1 Bài 2. Nêu định luật biến thiên của điện tích của một bản tụ điện và cường độ dòng điện trong mạch dao động. Trả lời Ta có: • q = q0coscot , 271) • i = i0cos cot+ — k 3 7 Điện tích q của một bản tụ điên và cường độ dòng điện I trong mạch dao động biến thiên điều hòa theo thời gian, dòng điện I trong mạch nhanh pha hơn điện tích q trên môi ban tụ một góc (p = —. Bài 3. Viết công thức tính chu kì và tần số’ dao động riêng của mạch dao động. Trả lời co • Công thức tính chu kì dao động riêng: T = — = 271VẼC với Cù = -4= Công thức tính tần số dao động riêng: f = 1 w 1 - T ~ 271 ~ 271VẼC Bài 4. Dao động điện từ tự do là gì? Trả lời Sự biến thiên điều hòa theo thời gian của điện tích q của mỗi bản tụ điện và cường độ dòng điện i (hoặc cường độ điện trường E và cảm ứng từ B) trong mạch dao động được gọi là dao động điện từ tự do trong mạch. Bài 5. Tụ điện c và cuộn cảm L trong một mạch dao động được mắc với nhau như thế nào? c và L mắc nốì tiếp với nhau vì chịu cùng một dòng điện. c và L mắc song song với nhau vì chịu cùng một hiệu điện thế. c. Có thể coi c và L mắc nôi tiếp hoặc song song với nhau đều được. D. Không thể coi c và L mắc nôì tiếp hoặc song song với nhau được. Trả lời Chọn câu A. c và L mắc nổì tiếp với nhau vì chịu cùng một dòng điện. Bài 6. Sự biến thiên của dòng điện i trong mạch dao động lệch pha như thế nào so với sự biến thiên của điện tích q của một bản tụ điện? A. i cùng pha với q. B. i ngược pha với q. . 71 ,. _ . , ~ n 7Ĩ l 2j Từ (1) và (2) => Chọn câu c. Bài 7. Nếu tăng số’ vòng dây của cuộn cảm thì chu kì của dao động điện từ sẽ thay đổi như thế nào? A. Tăng. B. Giảm. c. Không đổi. D. Không đủ cơ sở để trả lời. Trả lời Khi số’ vòng dây tăng thì độ tự cảm của cuộn dây tăng => chu kì dao động của mạch dao động tăng => Chọn câu A. Bài 8. Tính chu kì và tần số dao động riêng của một mạch dao động, biết tụ điện trong mạch có điện dung là 120pF và cuộn cảm đó có độ tự cảm là 3mH. Giải c = 120pF = 120.10“12F L = 3mH = 3.10_3H Chu kì dao động riêng của mạch dao động. T = 271VẼC = 2ka/120.10’I2.3.10-s = 271.1 O’7 (s) « 3,77.10’6 (s) 1 If)7 Tần sô' dao động: f = £- = = 0,0265.1 o7 Hz . T 1271