Bài tập về vệ tinh địa tĩnh lớp 11 (có lời giải)

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 \(2,5{\rm{\;s}}\). Biết tốc độ của sóng vô tuyến này là \({3.10^8}{\rm{\;m}}/{\rm{s}}\) và có tần số \({10^7}{\rm{\;Hz}}\). Tính:

(a) Khoảng cách từ Mặt Trăng tới Trái Đất.

(b) Bước sóng của sóng vô tuyến đã sử dụng.

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 \(6400{\rm{\;km}}\). 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 \({\rm{c}} = {3.10^8}{\rm{\;m}}/{\rm{s}}\). Tính khoảng thời gian lớn nhất mà sóng truyền hình đi từ đài phát đến Trái Đất.

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 \(80\mu {\rm{s}}\). Sau hai phút, đo lần thứ hai, thời gian từ lúc phát đến lúc nhận lần này là \(76\mu {\rm{s}}\). Tính tốc độ trung bình của vật. Coi tốc độ của sóng điện từ trong không khí bằng \(3 \cdot {10^8}{\rm{\;m}}/{\rm{s}}\).

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 \(6400{\rm{\;km}}\), khối lượng là \({6.10^{24}}{\rm{\;kg}}\) và chu kì quay quanh trục của nó là \(24{\rm{\;h}}\), hằng số hấp dẫn \({\rm{G}} = 6,67 \cdot {10^{ - 11}}{\rm{\;N}} \cdot {{\rm{m}}^2}/{\rm{k}}{{\rm{g}}^2}\). Sóng cực ngắn \({\rm{f}} > 30{\rm{MHz}}\) phát từ vệ tinh truyền thẳng đến các điểm nằm trên xích đạo Trái Đất trong khoảng kinh độ nào?

Biết cường độ của vi sóng tối đa không gây nguy hiểm cho cơ thể người khi bị phơi nhiễm là 1,5 W/m². Một radar phát vi sóng có công suất 10 W, xác định khoảng cách tối thiểu từ người đến radar để đảm bảo an toàn cho người?

Một trạm không gian đo được cường độ của bức xạ điện từ phát ra từ một ngôi sao bằng 5,0.10³ W/m². Cho biết công suất bức xạ trung bình của ngôi sao này bằng 2,5.10²⁵ W. Giả sử ngôi sao này phát bức xạ đẳng hướng, tính khoảng cách từ ngôi sao này đến trạm không gian.

Một máy phát sóng vô tuyến AM đẳng hướng trong không gian. Ở khoảng cách 30,3 km từ máy phát này, ta nhận được sóng có cường độ bằng 4,42.10^-6 W/m². Tính công suất của máy phát này.

Hệ thống định vị toàn cầu (GPS - Global Positioning System) gồm 24 vệ tinh nhân tạo. Mỗi vệ tinh thực hiện hai vòng quay quanh Trái Đất trong một ngày ở độ cao 2,02.10⁷ m đối với mặt đất và phát tín hiệu điện từ đẳng hướng có công suất 25 W về phía mặt đất. Một trong các tín hiệu điện từ này có tần số 1575,42 MHz.

(a) Tính cường độ tín hiệu điện từ nhận được ở trạm thu sóng tại một vị trí trên mặt đất ngay ở phía dưới một vệ tinh.

(b) Trạm thu sóng nhận được tín hiệu có bước sóng bằng bao nhiêu?

Một tín hiệu của sóng siêu âm được gửi đi từ một chiếc tàu xuống đáy biển theo phương thẳng đứng. Sau 0,8 giây, tàu nhận được tín hiệu phản xạ từ đáy biển. Cho biết tốc độ truyền của sóng siêu âm trong nước biển bằng 1,6.10³ m/s. Độ sâu của đáy biển tại nơi khảo sát bằng bao nhiêu?

Một còi báo động phát sóng âm trong một môi trường đẳng hướng. Tại vị trí cách còi một khoảng bằng 75,0 m, cường độ âm đo được bằng 0,010 W/m². Ở khoảng cách 15,0 m, cường độ âm bằng bao nhiêu?

Cho các phát biểu về đặc điểm chuyển động và quỹ đạo của vệ tinh địa tĩnh:

Xét sự truyền sóng điện từ giữa Trái Đất và vệ tinh địa tĩnh:

Cho các phát biểu liên quan đến cường độ sóng và năng lượng sóng điện từ truyền từ vệ tinh:

Xét một anten parabol đặt tại đài mặt đất thu tín hiệu từ vệ tinh địa tĩnh:

Cho các phát biểu liên quan đến bước sóng \(\lambda \) và tần số \(f\) của sóng truyền qua vệ tinh:

Xét vùng phủ sóng của vệ tinh địa tĩnh trên bề mặt Trái Đất:

Xét năng lượng và công suất của sóng điện từ gửi từ đài phát mặt đất lên vệ tinh:

Cho các phát biểu về ứng dụng và hạn chế của vệ tinh địa tĩnh:

Cho các phát biểu về mối liên hệ giữa cường độ sóng \(I\) và biên độ điện trường \({E_0}\):

Cho các phát biểu liên quan đến bài toán truyền thông tin bằng sóng điện từ từ vệ tinh: