Tổng hợp lý thuyết môn vật lý lớp 12 đầy đủ bản 3 filw word

CHƯƠNG I DAO ĐỘNG CƠ I DAO ĐỘNG ĐIỀU HOÀ Lý thuyết + Dao động chuyển động lặp lặp lại vật quanh vị trí đặc biệt gọi vị trí cân Vị trí cân thường vị trí vật đứng yên + Dao động tuần hoàn dao động mà trạng thái chuyển động vật lặp lại cũ sau khoảng thời gian (gọi chu kì dao động T) Trạng thái chuyển động xác định vị trí chiều chuyển động + Dao động điều hịa dao động li độ vật hàm côsin (hay sin) thời gian + Phương trình dao động điều hồ: x = Acos(t + ), đó: x li độ hay độ dời vật khỏi vị trí cân bằng; đơn vị cm, m; A biên độ dao động, dương; đơn vị cm, m;  tần số góc dao động, ln dương; đơn vị rad/s; (t + ) pha dao động thời điểm t; đơn vị rad;  pha ban đầu dao động, dương, âm 0; đơn vị rad + Điểm P dao động điều hòa đoạn thẳng ln ln coi hình chiếu điểm M chuyển động trịn lên đường kính đoạn thẳng + Chu kì T dao động điều hịa khoảng thời gian để thực dao động toàn phần; đơn vị giây (s) + Tần số f dao động điều hịa số dao động tồn phần thực giây; đơn vị héc (Hz) 2 + Liên hệ , T f:  = T = 2f + Vận tốc đạo hàm bậc li độ theo thời gian:  v = x' = - Asin(t + ) = Acos(t +  + ) � Véc tơ v hướng theo chiều chuyển động; vật chuyển động theo chiều dương v > 0; vật chuyển động ngược chiều dương v < + Gia tốc đạo hàm bậc vận tốc (đạo hàm bậc hai li độ) theo thời gian: a = v' = x’’ = - 2Acos(t + ) = - 2x � Véc tơ a ln hướng vị trí cân bằng, có độ lớn tỉ lệ với độ lớn li độ + Li độ x, vận tốc v, gia tốc a biến thiên điều hòa tần số  v sớm pha so với x, a ngược pha so với x � � + Khi từ vị trí cân biên: |v| giảm; |a| tăng; v  a � � + Khi từ biên vị trí cân bằng: |v| tăng; |a| giảm; v  a + Tại vị trí biên (x =  A): v = 0; |a| = amax = 2A + Tại vị trí cân (x = 0): |v| = vmax = A; a = + Đồ thị biểu diễn phụ thuộc li độ, vận tốc gia tốc vật dao động điều hòa theo thời gian đường hình sin + Quỹ đạo chuyển động vật dao động điều hòa đoạn thẳng Công thức + Li độ: x = Acos(t + )  + Vận tốc: v = x’ = - Asin(t + ) = Acos(t +  + ) + Gia tốc: a = v’ = x’’ = - 2Acos(t + ) = - 2x 2 + Liên hệ tần số góc, chu kì tần số:  = T = 2f v2 a2 v2 + Công thức độc lập: A2 = x2 +  =  +   + Những cặp lệch pha (x v hay v a) thỏa mãn công thức elip: x2 v2 v2 a2    2 A2 vmax vmax amax =1 + Lực kéo (hay lực hồi phục): Fhp = - kx = - m2x = ma; ln ln hướng phía vị trí cân Fhp max = kA vật qua vị trí biên (x =  A); Fhp = vật qua vị trí cân + Trong chu kì, vật dao động điều hịa quãng đường 4A Trong chu kì, vật quãng đường 2A Trong phần tư chu kì, tính từ biên vị trí cân vật quãng đường A, tính từ vị trí khác vật qng đường  A + Quãng đường lớn nhất; nhỏ vật dao động điều hòa T khoảng thời gian < t < :   Smax = 2Asin ; Smin = 2A(1 - cos ); với  = t * Vòng tròn lượng giác dùng để giải số câu trắc nghiệm dao động điều hòa + Thời gian ngắn để vật từ vị trí x1 đến vị trí x2:  Dùng vòng tròn lượng giác: t =  x x | cos1 ( )  cos 1 ( ) | A A  Bấm máy: t = s A 2vmax   + Tốc độ trung bình: vtb = t ; chu kì vtb = T + Quãng đường từ t1 đến t2: Tính: t2 – t1 = nT + t; dựa vào góc quét  = t. đường trịn lượng giác để tính St; sau tính S = n.4A + St + Đồ thị dao động điều hòa: * Đồ thị li độ - thời gian: - Biên độ A: giá trị cực đại x theo trục Ox - Chu kì T: khoảng thời gian hai thời điểm gần mà T x = |x| = A từ suy T Cũng dựa vào vòng tròn lượng giác giá trị x vào thời điểm t = thời điểm t cho độ thị để tính T 2 - Tần số góc, tần số:  = T ; f = T  - Pha ban đầu : x0 = x tăng t tăng  = - ; x0 =  x giảm t tăng  = ; x0 = A  = 0; x0 = - A  = ; x0 A A  = x tăng t tăng  = - ; x0 = x giảm t tăng  A 2 A  = ; x0 = - x tăng t tăng  = - ; x0 = - A 2 x giảm t tăng  = ; x0 = x tăng t tăng A A    = - ; x0 = x giảm t tăng  = ; x0 =  x tăng t tăng  = - ; A  x0 = x giảm t tăng  = Trên đồ thị hình vẽ đồ thị li độ - thời gian dao động điều hòa: A1 = cm; A2 = cm; A3 = cm; T T1 = T2 = T3 = T = 2 = 2.0,5 = (s); 2  = T = 2 rad/s;   1 = - ; 2 = - ; 3 = * Đồ thị vận tốc – thời gian: - Vận tốc cực đại vmax: giá trị cực đại v theo trục Ov - Chu kì T: khoảng thời gian hai thời điểm gần mà T v = |v| = vmax từ suy T Cũng dựa vào vịng trịn lượng giác giá trị v vào thời điểm t = thời điểm t cho độ thị để tính T 2 T T - Tần số góc, tần số:  = ;f= vmax - Biên độ dao động: A =  - Gia tốc cực đại: amax = 2A Trên đồ thị hình vẽ đồ thị vận tốc – thời gian hai dao động điều hòa: - Vận tốc cực đại vmax: vmax1 = 4π cm/s; vmax2 = 2π cm/s - Chu kì T: T1 T2  2 = 0,2 s  T1 = T2 = 0,4 s - Tần số góc : 2 1 = 2 = 0, = 5π (rad/s) - Biên độ A: 4 2 A1 = 5 = 0,8 cm; A2 = 5 = 0,4 cm - Gia tốc cực đại amax: amax1 = 2.A1 = (5π)2.0,8 = 200 (cm/s2) = (m/s2); a max2 = 2.A2 = (5π)2.0,4 = 100 (cm/s2) = (m/s2) * Sử dụng chức SOLVE máy tính cầm tay fx-570ES để tìm đại lượng chưa biết biểu thức: Bấm MODE Nhập biểu thức chứa đại lượng chưa biết (gọi X): Đưa dấu = vào biểu thức cách bấm ALPHA CALC; đưa đại lượng chưa biết (gọi X) vào biểu thức cách bấm ALPHA ); nhập xong bấm SHIFT CALC = chờ … kết Nếu phương trình có nhiều nghiệm bấm tiếp SHIFT CALC máy Solve for X; nhập số chẳng hạn -1 bấm =; máy nghiệm khác (nếu có) Lưu ý: Phương trình bậc thường có nghiệm; phương trình bậc thường có nghiệm Nếu sau bấm tiếp SHIFT CALC máy Solve for X; nhập số khác bấm = máy nghiệm khác Nếu nhập số khác mà máy số phương trình có nghiệm * Viết phương trình dao động điều hịa nhờ máy tính fx-570ES biết x0 v0: Bấm máy: MODE (để diễn phức), SHIFT MODE (để dùng v0 đơn vị góc rad), nhập x0 -  i (nhập đơn vị ảo i: bấm ENG) = SHIFT =; hiển thị A    x = Acos(t + ) Lưu ý: tính  (nếu chưa có) phải xác định dấu x v0 10 + Thuyết lượng tử ánh sáng: - Ánh sáng tạo thành hạt gọi phôtôn - Mỗi ánh sáng đơn sắc có tần số f, phơtơn giống nhau, hc phôtôn mang lượng:  = hf =  gọi lượng tử lượng - Trong chân không phôtôn bay với tốc độ c = 3.10 m/s dọc theo tia sáng - Mỗi lần nguyên tử hay phân tử phát xạ hay hấp thụ ánh sáng chúng phát hay hấp thụ phơtơn Phôtôn tồn trạng thái chuyển động, phơtơn đứng n + Hiện tượng quang điện xảy có hấp thụ phơtơn ánh sáng kích thích để làm bật electron khỏi bề mặt kim loại Công thức hc + Năng lượng phôtôn ánh sáng:  = hf =  hc + Cơng electron, giới hạn quang điện: A = 0 hc e + Cơng electron tính eV: A = 0 80 + Giới hạn quang điện cơng electron có đơn vị eV: 0 hc = eA hc hc   + Công thức Anhxtanh: hf = = A + Wđmax = + mv 0max + Động ban đầu electron quang điện: W đ0max = hc �1 � �  � � 0 � + Tốc độ ban đầu cực đại electron quang điện: v 0max = 2hc �1 � �  � me � 0 � + Điện cực đại cầu kim loại cô lập bị chiếu chùm xạ có  < 0: Vmax = hc �1 � hc �1 � �  � �  � e � 0 � e �  0 � hc + Công suất nguồn sáng, hiệu suất lượng tử: P = n   ; H = ne n 81 * Cách gọi số Vật lí máy tính cầm tay fx-570ES: Nhấn SHIFT nhấn mã số số (có nắp máy) Ví dụ: SHIFT 06 ta h = 6,625.10-34 J.s; SHIFT 28 ta c = 299792458 m/s  3.108 m/s SHIFT 23 ta e = 1,6.10-19 C; SHIFT 03 ta me = 9,1.10-31 kg; II QUANG ĐIỆN TRONG QUANG – PHÁT QUANG LAZE Lý thuyết + Chất quang dẫn: Là chất trở nên dẫn điện có ánh sáng thích hợp chiếu vào + Hiện tượng quang dẫn: Là tượng điện trở chất bán dẫn giảm mạnh có ánh sáng thích hợp chiếu vào + Quang điện trở: Là điện trở làm chất quang dẫn + Hiện tượng quang điện trong: Là tượng phôtôn ánh sáng kích thích bị hấp thụ giải phóng electron liên kết thành electron tự (electron dẫn) chuyển động khối chất bán dẫn Giới hạn quang điện chất quang dẫn nằm vùng hồng ngoại + Pin quang điện pin chạy lượng ánh sáng Nó biến đổi trực tiếp quang thành điện 82 + Pin quang điện hoạt động dựa vào tượng quang điện xảy bên cạnh lớp chặn + Suất điện động pin quang điện nằm khoảng từ 0,5 V đến 0,8 V Hiệu suất pin quang điện vào khoảng 10% + Pin quang điện ứng dụng máy đo ánh sáng, vệ tinh nhân tạo, máy tính bỏ túi, … + Hiện tượng quang – phát quang: Là phát quang chất có ánh sáng thích hợp chiếu vào + Huỳnh quang: Là phát quang có thời gian ngắn (dưới 10 -8 s), thường xảy với chất lỏng chất khí + Lân quang: Là phát quang có thời gian dài (10 -8 s trở lên), thường xảy với chất rắn + Đặc điểm quang phát quang: Bước sóng ánh sáng phát quang dài bước sóng ánh sáng kích thích: hq > kt + Laze: Là nguồn sáng phát chùm sáng cường độ lớn dựa ứng dụng tượng phát xạ cảm ứng + Đặc điểm tia laze: Tia laze chùm sáng kết hợp, có tính đơn sắc, chùm song song (có tính định hướng cao), có cường độ lớn + Ứng dụng: Dùng dao mỗ phẩu thuật tinh vi (phẩu thuật mắt, mạch máu), sử dụng tác dụng nhiệt để chữa số 83 bệnh da, sử dụng liên lạc vô tuyến, liên lạc vệ tinh, điều khiển tàu vũ trụ, khoan, cắt vật liệu, ngắm đường thẳng, đo khoảng cách, … Công thức hc + Năng lượng kích hoạt giới hạn quang điện trong: A =  + Đặc điểm ánh sáng phát quang: pq > kt hay fpq < fkt hc + Công suất chùm laze đơn sắc: P = n  III MẪU NGUYÊN TỬ BO Lý thuyết Hai tiên đề Bo cấu tạo nguyên tử: + Tiên đề trạng thái dừng: Nguyên tử tồn số trạng thái có lượng xác định, gọi trạng thái dừng Khi trạng thái dừng ngun tử khơng xạ Trong trạng thái dừng nguyên tử, electron chuyển động quanh hạt nhân quỹ đạo có bán kính hồn tồn xác định gọi quỹ đạo dừng + Tiên đề xạ hấp thụ lượng nguyên tử: 84 - Khi nguyên tử trạng thái dừng có lượng E n chuyển sang trạng thái dừng có lượng E m thấp phát phơtơn có lượng hiệu:  = hfnm = En – Em - Ngược lại, nguyên tử trạng thái dừng có lượng E m mà hấp thụ phơtơn có lượng hiệu E n – Em chuyển lên trạng thái dừng có lượng En cao + Với nguyên tử hiđrô electron chuyển động quỹ đạo dừng có tên gọi K (n = 1), L (n = 2), M (n = 3), ứng với mức lượng EK, EM, EM, Trong trạng dừng có lượng thấp EK (quỹ đạo K: r = r0) trạng thái dừng Công thức + Bán kính quỹ đạo dừng electron ngun tử hiđrơ: rn = n2r0; n  N*; r0 = 5,3.10-11 m bán kính Bo + Năng lượng trạng thái dừng nguyên tử hiđrô: 13,6 En = - n (eV); n  N* + Tần số bước sóng xạ quang phổ vạch phát hc Ecao  Eth E  Eth h xạ nguyên tử hiđrô: f = ;  = cao 85 Chú ý: Khi lượng trạng thái dừng cho với đơn vị eV phải đổi đơn vị J cách nhân với e = 1,6.1019 + Số vạch tối đa phát electron chuyển từ quỹ đạo dừng thứ n quỹ đạo dừng (quỹ đạo K với n = 1): N = n(n – 1) CHƯƠNG VII HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ I TÍNH CHẤT VÀ CẤU TẠO HẠT NHÂN Lý thuyết + Hạt nhân gồm có Z prơtơn A – Z (A: số nuclơn); kí hiệu: A Z X Các hạt nhân có số prơtơn Z khác số nơtron N (khác số khối A) gọi đồng vị + Đơn vị khối lượng: Trong vật lí hạt nhân người ta dùng loại đơn vị khối lượng: kg, u MeV/c 2: u = 1,66055.10-27 kg  931,5 MeV/c2 + Hệ thức Anhxtanh lượng khối lượng: E = mc2 86 + Một hạt có khối lượng m trạng thái nghĩ chuyển động m0 với tốc độ v, khối lượng tăng lên thành m với m = 1 v2 c2 + Năng lượng toàn phần: E = mc2 + Năng lượng nghĩ: E0 = m0c2 Động hạt: Wđ = E = E0 Công thức A + Hạt nhân Z X, có A nuclơn; Z prơtơn có N = (A – Z) nơtron m + Số hạt nhân m gam chất đơn nguyên tử: N = A NA m0 + Khối lượng tương đối tính: m = 1 v2 c2 m0 + Năng lượng toàn phần: E = mc2 = 1 v2 c c2 + Năng lượng nghỉ: E0 = m0c2 + Động Wđ = E – E0 = mc2 – m0c2 = ( 1 v2 c -1)m c2 87 II NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT HẠT NHÂN PHẢN ỨNG HẠT NHÂN Lý thuyết + Lực tương tác nuclôn gọi lực hạt nhân (là tương tác hạt nhân tương tác mạnh) Lực hạt nhân phát huy tác dụng hai nuclôn cách khoảng nhỏ kích thước hạt nhân (khoảng 10-15 m) + Khối lượng cùa hạt nhân nhỏ khối lượng tổng nuclôn tạo thành hạt nhân đó: m = Zmp + (A – Z)mn – mX > + Năng lượng liên kết hạt nhân lượng tối thiểu cần thiết để tách nuclôn hạt nhân thành nuclơn riêng lẻ; đo tích độ hụt khối m với c2: Wlk = m.c2 + Năng lượng liên kết riêng hạt nhân lượng liên Wlk kết tính nuclơn ( = A ) hạt nhân + Mức độ bền vững hạt nhân tùy thuộc vào lượng liên kết riêng hạt nhân, hạt nhân có lượng liên kết riêng lớn bền vững Các hạt nhân có số khối A khoảng từ 50 đến 80 có lượng liên kết riêng lớn lượng liên kết riêng hạt nhân đầu bảng cuối bảng tuần hoàn, lượng liên kết 88 riêng hạt nhân lớn vào cở 8,8 MeV/nuclôn (của hạt nhân sắt 56 28 Fe) + Phản ứng hạt nhân trình dẫn đến biến đổi hạt nhân + Có loại phản ứng hạt nhân: Phản ứng hạt nhân tự phát phản ứng hạt nhân kích thích + Các định luật bảo toàn phản ứng hạt nhân: bảo toàn điện tích (ngun tử số Z); bảo tồn số nuclơn (số khối A); bảo toàn lượng toàn phần; bảo tồn động lượng Trong phản ứng hạt nhân khơng có bảo toàn khối lượng + Năng lượng phản ứng hạt nhân: W = (mtrước - msau)c2: W > tỏa lượng; W < thu lượng Công thức + Độ hụt khối, lượng liên kết, lượng liên kết riêng: Wlk m = Zmp + (A – Z)mn – mhn; Wlk = m.c ;  = A + Các định luật bảo toàn phản ứng: A4 Z4 A1 Z1 A2 A3 X1 + Z X2  Z X3 + X4 Bảo tồn số nuclơn: A1 + A2 = A3 + A4 Bảo tồn điện tích: Z1 + Z2 = Z3 + Z4 89     Bảo toàn động lượng: m1 v1 + m2 v = m3 v3 + m4 v Bảo toàn lượng toàn phần: (m1 + m2)c + K1 + K2 = (m3 + m4)c + K3 + K4; với Ki = miv i 2 động hạt nhân thứ i + Năng lượng toả thu vào phản ứng hạt nhân: W = (mA + mB - mC - mD)c2 = WlkC + WlkD - WlkA - WlkB = CAC + DAD - AAA - BAB W > 0: tỏa lượng; W < 0: thu lượng III PHÓNG XẠ Lý thuyết + Phóng xạ: Là tượng hạt nhân không bền vững tự phát phân rã, phát tia phóng xạ biến đổi thành hạt nhân khác + Đặc tính q trình phóng xạ: Hồn toàn nguyên nhân bên gây ra, tuyệt đối khơng phụ thuộc vào tác động bên ngồi + Định luật phóng xạ: Mỗi chất phóng xạ đặc trưng thời gian T gọi chu kì bán rã Cứ sau chu kì số nguyên tử chất biến đổi thành chất khác + Biểu thức định luật phóng xạ: 90 N = N0  t T = N0e-t m = m0  t T ln 0,693  T = m0e-t; với  = T + Các dạng phóng xạ: - Phóng xạ : Tia  dòng hạt nhân li He 1 - Phóng xạ -: Tia - dịng electron - Phóng xạ +: Tia + dịng pơzitron e e - Phóng xạ : Tia  sóng điện từ có bước sóng ngắn (tần số lớn), khơng mang điện Phóng xạ  thường xảy phản ứng hạt nhân, phóng xạ  hay phóng xạ -, phóng xạ + Các hạt  chuyển động với tốc độ cỡ 2.107 m/s; hạt - + chuyển động với tốc độ xấp xĩ tốc độ ánh sáng hạt  (là phôtôn) chuyển động với tốc độ tốc độ ánh sáng Công thức + Số hạt nhân, khối lượng chất phóng xạ cịn lại sau thời gian t: t t N = N0 T = N0e-t; m(t) = m0 T = m0e-t + Số hạt nhân tạo thành sau thời gian t: t N’ = N0 – N = N0 (1 – T ) = N0(1 – e-t) 91 + Tỉ số số hạt nhân tạo thành số hạt nhân phóng xạ cịn lại  N ' 1  t  N T sau thời gian t: t T   e  t e  t + Khối lượng chất tạo thành sau thời gian t: A' A' t T m’ = m0 A (1 – ) = m0 A (1 – e-t) + Tỉ số khối lượng chất tạo thành khối lượng chất phóng  m' A '   t  m A T xạ lại sau thời gian t: t T  A '  e  t A e  t + Liên hệ số phóng xạ  chu kì bán rã T:  = ln T  0, 693 T IV PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH PHẢN ỨNG NHIỆT HẠCH Lý thuyết + Phân hạch: Là tượng hạt nhân nặng thành hai mãnh nhẹ + Đặc điểm: Sinh đến nơtron toả lượng lớn + Phân hạch lượng cở 235 U tác dụng nơtron tỏa 200 MeV trì theo trình dây chuyền 92 (trong điều kiện khối lượng 235 U đủ lớn) Các sản phẩm phân hạch hạt nhân chứa nhiều nơtron phóng xạ - Số nơtron phát phân hạch gây phân hạch gọi hệ số nhân nơtron k: Nếu k < phản ứng dây chuyền khơng xảy ra; k = phản ứng dây chuyền xảy khơng tăng vọt điều khiển được; k > phản ứng dây chuyền tăng vọt không điều khiển dẫn đến vụ nổ nguyên tử Khối lượng tối thiểu chất phân hạch để phản ứng phân hạch trì gọi khối lượng tới hạn Với lượng tới hạn cỡ 15 kg; với 239 94 235 92 U khối Pu khối lượng tới hạn cỡ kg Phản ứng dây chuyền có điều khiển tạo lò phản ứng hạt nhân: Dùng điều khiển có chứa bo, cađimi để điều khiển cho số nơtron sinh quay lại kích thích phản ứng phân hạch + Phản ứng nhiệt hạch: Là phản ứng kết hợp hai hạt nhân nhẹ thành hạt nhân nặng + Đặc điểm: Là phản ứng toả lượng + Điều kiện để xảy phản ứng nhiệt hạch: Các phản ứng kết hợp khó xảy (do hạt nhân tích điện dương nên đẩy nhau) Muốn chúng tiến lại gần kết hợp chúng 93 phải có động lớn để thắng lực đẩy Culông, muốn cần phải có nhiệt độ cao + Là nguồn gốc lượng Mặt Trời + Năng lượng nhiệt hạch, với ưu việt không gây ô nhiễm (sạch) nguyên liệu dồi nguồn lượng tương lai Công thức + Liên hệ động lượng động năng: W đ = mv2; p2 = 2mWđ + Năng lượng tỏa thu vào phản ứng hạt nhân: W = (m1 + m2 – m3 – m4)c2 = W3 + W4 – W1 – W2 = A33 + A44 – A11 – A22 94 ... Hai nguồn kết hợp pha hai nguồn đồng + Hai sóng hai nguồn kết hợp phát hai sóng kết hợp + Giao thoa sóng tổng hợp hai hay nhiều sóng kết hợp khơng gian, có vị trí biên độ sóng tổng hợp tăng cường... dao động thành phần, sau vẽ véc tơ tổng hai véc tơ Véc tơ tổng véc tơ quay biểu diễn dao động tổng hợp + Cơng thức tính biên độ pha ban đầu dao động tổng hợp: 23 A1 sin 1  A2 sin  A2 = A + A... kA vật qua vị trí biên (x =  A); Fhp = vật qua vị trí cân + Trong chu kì, vật dao động điều hịa quãng đường 4A Trong chu kì, vật quãng đường 2A Trong phần tư chu kì, tính từ biên vị trí cân vật