Đề cương ôn tập vật lý đại cương 1 HUST

Đề cương ôn tập vật lý đại cương 1 HUST Đề cương ôn tập vật lý đại cương 1 HUST Đề cương ôn tập vật lý đại cương 1 HUST Đề cương ôn tập vật lý đại cương 1 HUST Đề cương ôn tập vật lý đại cương 1 HUST Đề cương ôn tập vật lý đại cương 1 HUST Đề cương ôn tập vật lý đại cương 1 HUST Đề cương ôn tập vật lý đại cương 1 HUST Đề cương ôn tập vật lý đại cương 1 HUST Đề cương ôn tập vật lý đại cương 1 HUST Đề cương ôn tập vật lý đại cương 1 HUST Đề cương ôn tập vật lý đại cương 1 HUST Đề cương ôn tập vật lý đại cương 1 HUST Đề cương ôn tập vật lý đại cương 1 HUST Đề cương ôn tập vật lý đại cương 1 HUST Đề cương ôn tập vật lý đại cương 1 HUST

Dao động điện từ (bài tập về dao động điện từ tắt dần)

Câu h ỏi lý thuyết:

(Chứng minh, giải thích, trình bày)

Chương 1: Trường tĩnh điện

- Áp dụng định lý O-G xác định vecto 𝐸⃗ , 𝐷⃗⃗ của:

• mặt cầu mang điện

• mặt phẳng mang điện

• hai mặt phẳng mang điện

• mặt trụ dài vô hạn mang điện đều

Chương 2: Vật dẫn

- Điều kiện và tính chất của vật dẫn cân bằng tĩnh điện

- Giải thích hiện tượng điện hưởng

Chương 3: Điện môi

- Thế nào là phân tử phân cực, không phân cực

- Giải thích sự phân cực điện môi (sự phân cực electron và sự phân cực định hướng)

- Dùng thuyết miền phân cực giải thích sự phân cực và tính điện trễ của điện đặc biệt)

Chương 4: Từ trường không đổi

- So sánh 3 loại vật liệu từ: Nghịch từ, thuận từ, sắt từ

- Giải thích quá trình từ hóa của chất sắt từ, giải thích tính chất của chất từ dư

Chương 7: Trường điện từ

- Nội dung và thành lập phương trình định lượng của hai luận điểm của Macxoen

Chương 8: Dao động điện từ

- Đặc điểm và thành lập phương trình của dao động điện từ: tắt dần, cưỡng bức

Chương 9: Sóng điện từ

- Áp suất sóng điện từ

Ph ần 2: Lý thuyết

Chương 1: Trường Tĩnh Điện:

1.Định luật Coulomb (culông):

Lực tương tác giữa hai điện tích điểm có phương nằm trên đường thẳng nối hai điện tích,

có chiều (2 điện tích cùng dấu thì đẩy nhau, khác dấu thì hút nhau) có độ lớn tỉ lệ thuận tích số

độ lớn của hai điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng

𝑟: là khoảng cách giữa hai điện tích

2 Phát bi ểu,chứng minh định lý O-G:

Phát biểu: Điện thông qua một mặt kín bằng tổng đại số các điện tích chứa trong mặt kín

ấy

Chứng minh: chi tiết giáo trình trang 30 đến 35

TH1: Mặt S bao quanh q:

𝛼 là góc giữa 𝑂𝑀⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝑣à 𝑛⃗

Chọn chiều dương là chiều pháp tuyến n hướng ngoài mặt S có Ω=∫𝑆 ⅆ𝛺 =4π

Điện thông gửi qua diện tích S bao quanh q: ∅𝑒=∫𝑆 ⅆ∅𝑒=𝑞

4𝜋∫𝑆 ⅆ𝛺 = q

TH2:Mặt S không bao quanh q:

Dựng hình nón O tiếp xúc với mặt kín S và chia S thành 2 phần S1 và S2

∫𝑆 ⅆ𝛺=∫𝑆1 ⅆ𝛺+∫𝑆2 ⅆ𝛺 Trong đó ∫𝑆1 ⅆ𝛺=∫𝑆2 ⅆ𝛺 =ΔΣ nên ∅𝑒=𝑞

4𝜋(ΔΣ- ΔΣ)=0

⇨ Điều phải chứng minh

3 Áp d ụng định lý O-G xác định vecto cường độ điện trường 𝐸⃗ , vecto cảm ứng điện 𝐷⃗⃗ trong các trường hợp sau:

Mặc dù đây thuộc phần lý thuyết nhưng nó liên quan trực tiếp đến bài tập và gần như là một dạng bài tập Các bước làm chung của dạng này như sau:

Tìm độ lớn sẽ được thực hiện theo các bước sau:

- Bước 1: Chọn mặt kín bao quanh đối tượng, sao cho các phần của đối tượng thỏa mãn 𝐸⃗ // 𝑛⃗ hoặc 𝐸⃗ ⊥ 𝑛⃗ (trong đó 𝐸⃗ là vectơ cường độ điện trường, 𝑛⃗ là vectơ pháp tuyến của mặt kín)

● Mặt cầu ฀ Chọn mặt cầu đồng tâm

● Mặt phẳng vô hạn tích điện đều ฀ Chọn mặt trụ

⇨ Nên các chứng mình bên dưới chỉ tìm và biểu diễn 𝐷⃗⃗ hoặc 𝐸⃗

- Bài toán yêu cầu xác định vecto nên cần chú ý xác định điểm đặt, phương, chiều, việc chỉ tìm độ lớn sẽ không lấy được tối đa điểm

a, Mặt cầu mang điện đều

Vectơ cảm ứng điện từ 𝐷⃗⃗ :

o Điểm đặt tại tâm O

o Phương trùng với 𝑛⃗

o Chiều : 𝐷⃗⃗ cùng chiều với 𝑛⃗ nếu 𝜎 > 0

𝐷⃗⃗ ngược chiều với 𝑛⃗ nếu 𝜎 < 0

Chọn mặt trụ kín S qua M có các đường sinh vuông góc với mặt phẳng, hai đáy song song bằng nhau, M nằm trên mặt phẳng đáy, 2 đáy cách đều mặt phẳng

Mặt kín S bao quanh 1 lượng điện tích 𝛥𝑞 = 𝜎 𝛥𝑆

o Chiều : 𝐷⃗⃗ cùng chiều với 𝑟 nếu 𝜎 > 0

𝐷⃗⃗ ngược chiều với 𝑟 nếu 𝜎 < 0

⬄ 𝐷 = −𝜎2

c, Mặt trụ dài vô hạn tích điện đều

Ch ọn mặt kín (𝑆) là mặt trụ đồng trục với mặt trụ tích điện, bán kính r thỏa mãn M

n ằm trên mặt xung quanh của mặt (𝑆)

Vectơ cảm ứng điện 𝐷⃗⃗ :

o Điểm đặt tại M

o Phương trùng với 𝑟

o Chiều : hướng ra ngoài nếu 𝜆 > 0

hướng vào trong nếu 𝜆 < 0

Theo nguyên lý chồng chất điện trường, tại mọi điểm trong điện trường ta đều có

Theo nguyên lý chồng chất điện trường, tại mọi điểm trong điện trường ta đều có

⃗⃗⃗⃗⃗ do mặt phẳng tích điện dương gây ra

Theo nguyên lý chồng chất điện trường, tại mọi điểm trong điện trường ta đều có:

1.Điều kiện vật dẫn cân bằng tĩnh điện:

- Vectơ cường độ điện trường tại mọi điểm bên trong vật dẫn phải bằng không: 𝐸⃗ 𝑡𝑟=0

- Thành phần tiếp tuyến Et của vectơ cường độ điện trường tại mọi điểm trên mặt vật dẫn phải bằng không (tại mọi điểm trên mặt vật dẫn vecto cường độ điện trường vuông góc với mặt vật dẫn) 𝐸⃗ 𝑡=0; 𝐸⃗ = 𝐸⃗ 𝑛

2.Tính chất vật dẫn cân bằng tĩnh điện:

- T/c 1: Vật dẫn cân bằng tĩnh điện là một khối đẳng thế.Mặt vật dẫn là một mặt đẳng

thế: 𝑉𝑀 − 𝑉𝑁=∫𝑀𝑁 𝐸⃗ ⅆ𝑆 =0

- T/c 2: Nếu truyền điện tích q cho vật dẫn cân bằng tinh điện,qsex được phân bố trên bề

mặt vật dẫn ,bên trong vật dẫn điện tích bằng không

- T/c 3: Sự phân bố điện tích trên mặt vật dẫn chỉ phụ thuộc vào hình dạng vật dẫn

3.Hi ện tượng điện hưởng :

Hiện tượng các điện tích xuất hiện trên vật dẫn (lúc đầu không mang điện) khi đặt trong điện trường ngoài gọi là hiện tượng điện hưởng

Giải thích:

Giả sử khi đặt một vật dẫn chưa mang điện (BC) trong điện trường ngoài 𝐸⃗ 0 (do quả cầu kim loại mang điện dương gây ra) thì dưới tác dụng của lực điện trường tuân theo định luật Culong ,các electron trong vật dẫn sẽ chuyển dời có hướng, ngược chiều điện trường.Kết quả là trên các

mặt giới hạn B,C của vật dẫn xuất hiện các điện tích trái dấu Các điện tích này là điện tích cảm ứng

Chương 3: Điện môi

1.Th ế nào là phân tử phân cực và phân tử không phân cực ?

Phân tử phân cực là loại phân tử không có sự đối xứng electron xung quanh hạt nhân.Các

trọng tâm điện tích âm và dương cách nhau một đoạn l Phân tử là một lưỡng cực điện có momen điện pe≠0 Phân tử phân cực giống như một lưỡng cực cứng khi đặt trong điện trường ngoài

P hân tử không phân cực là loại phân tử có sự đối xứng electron xung quanh hạt nhân.Các

trọng tâm điện tích âm và dương trùng nhau.Phân tử không phải là một lưỡng cực điện , momen điện pe=0.Phân tử khi đặt trong điện trường ngoài giống như một lưỡng cực đàn hồi

2.Giải thích sự phân cực điện môi (phân cực electron và phân cực định hướng)

1.Điện môi cấu tạo bởi phân tử phân cực

(sự phân cực định hướng) 2.Điện môi cấu tạo bởi phân tử không phân cực (sự phân cực electron)

● Khi chưa đặt trong điện trường ngoài

● Khi đặt trong điện trường ngoài 𝐸⃗ 0 ≠0

thì mômen điện của lưỡng cực phân

tử 𝑝 𝑒≠0 và chịu tác động

- Định hướng theo hướng điện trường

ngoài ∑𝐷𝑀 𝑝 𝑒 ≠0

- chuyển động nhiệt của phân tử 𝑝 𝑒, 𝐸⃗ 0

gần song song với nhau

Kết quả:Trong lòng khối điện môi không

xuất hiện điện tích.Mà trên bề mặt giới hạn

có xuất hiện các điện tích trái dấu là điện tích

- Định hướng theo hướng 𝐸⃗ 0

- 𝑝 𝑒↑↑𝐸⃗ 0

Kết quả :Trên các mặt giới hạn của khối

điện môi xuất hiện các điện tích liên kết trái dấu

● Sự phân cực điện môi cấu tạo bởi phân tử không phân cực là sự phân cực của từng

● Quá trình phân cực do sự định hướng

của các lưỡng cực phân tử theo 𝐸⃗ 0nên

gọi là sự phân cực định hướng

phân tử -sự dịch chuyển các electron nên gọi là sự phân cực electron

3.Dùng thuyết miền phân cực để giải thích sự phân cực và tính điện trễ của điện môi đặc biệt

● Khối tinh thể điện môi secnhet gồm nhiều miền phân cực tự nhiên Trong mỗi miền, sự tương tác của các hạt làm cho mômen điện của các phân tử song song với nhau:

không giảm tới không mà giảm đến giá trị khác không.Đó là nguyên nhân dẫn đến tính điện trễ của điện môi đặc biệt

Chương 4: Từ trường không đổi

● Xác định 𝐵⃗ , 𝐻⃗⃗ của dòng điện hữu hạn,vô hạn và dòng điện tròn

1 Dòng điện hữu hạn, vô hạn:

Chứng minh chi tiết giáo trình trang 134

Vectơ cảm ứng từ do đoạn AB sinh ra:

Chia dòng điện I thành vô số các phần tử 𝐼ⅆ𝑙

Tất cả các phần tử 𝐼ⅆ𝑙 gây ra tại M các vectơ ⅆ𝐵⃗ cùng phương, cùng chiều và đi vào trong

𝑙

𝑅 = 𝑐𝑜𝑡𝜃 và 𝑟 ≡ 𝑆𝑖𝑛𝜃𝑅

Từ đó ra giá trị ⅆ𝑙, r Thay vào biểu thức độ lớn B, ta được kết quả:

Trường hợp dòng điện thẳng vô hạn 𝜃1= 0,𝜃2=π khi đó B= 𝜇𝜇0

2𝜋𝑅 H=

𝐼 2𝜋𝑅

2 Dòng điện tròn:

Ph ần 4: Đề tham khảo:

Cấu trúc đề thi:

- Hình thức thi: tự luận trên giấy

- Thời gian làm bài 90 phút

- Gồm 2 câu lý thuyết và 2 câu bài tập, mỗi câu 2,5 điểm

Cho 2 mặt phẳng kim loại A, B vô hạn, song song, tích điện đều cách nhau khoảng d = 1 cm có

mật độ điện mặt lần lượt là 𝜎A = 10-9 C/cm2 , 𝜎B = −13⋅10-9 C/cm2 Khoảng không gian giữa hai

bản đổ đầy chất điện môi 𝜀 = 2 Tính

1 Hiệu điện thế giữa hai bản phẳng trên

2 Mật độ điện tích liên kết trên bề mặt khối điện môi

1 Nêu đặc điểm và thành lập phương trình dao động điện từ tắt dần

2 Cho mạch kín mắc nối tiếp (RLC) với C = 4,05 𝜇F, L = 10-3 H và R = 40𝛺 Mạch này có phải là mạch dao động điện từ tắt dần không? Tại sao?

Câu 3: (2,5 điểm)

Cho mặt phẳng vô hạn điện tích đều với mật độ 𝜎 (𝜎 <0)

1 Xây dựng biểu thức tính D tại một điểm bên ngoài mặt phẳng

2 Tính giá trị của D Biết 𝜎 = -2.10-9 C/cm2

Câu 4: (2,5 điểm)

Một sợi dây dài vô hạn tích điện tích đều đặt trong không khí, có mật độ điện dài (C/m) Điểm

M trong điện trường của dây, cách sợi dây một khoảng r

1 Xây dựng biểu thức tính E tại M

2 Một điện tích điểm q = 23⋅10-9 C nằm cách một sợi dây một khoảng r1 = 4cm; dưới tác

dụng của điện trường do sợi dây gây ra, điện tích dịch chuyển theo hướng đường sức điện trường đến khoản r2 =2cm, khi đo lực điện trường thực hiện một công A=50.10-7 J Tính 𝜆 của dây

Phát biểu nội dung luận điểm thứ nhất của Maxwell, trình bày cơ sở luận điểm thành lập

phương trình Maxwell – Faraday dạng tích phân

Câu 3: (2,5 điểm)

Cho mặt phẳng vô hạn điện tích điện với mật độ 𝜎 (𝜎 <0)

1 Xây dựng công thức tính E tại một điểm bên ngoài mặt phẳng

2 Tính giá trị của E Biết rằng mặt phẳng đặt trong môi trường có hằng số điện môi 𝜀 = 6

Chương 5: Hiện tượng cảm ứng điện từ

1 So sánh hiện tượng cảm ứng điện từ và hiện tượng tự cảm

Hiện tượng cảm ứng điện từ Hiện tượng tự cảm

Khái

niệm Khi làm cho từ thông gửi qua mạch kín thay đổi thì trong mạch

xuất hiện dòng điện cảm ứng

฀ Hiện tượng này là hiện tượng

cảm ứng điện từ

Thay đổi cường độ dòng điện trong mạch điện để

từ thông do chính dòng điện đó gửi qua diện tích của mạch thay đổi ,trong mạch xuất hiện dòng điện cảm ứng do sự cảm ứng dòng điện trong mạch sinh ra (dòng điện tự cảm)

฀ Hiện tượng này là hiện tượng tự cảm

Trong thời gian dt từ thông gửi

qua vòng dây biến thiên một

lượng d∅m

Nội dung định luật cơ bản của

hiện tượng cảm ứng điện từ:

Suất điện động luôn bằng về trị

số nhưng trái dấu với tốc độ biến

thiên của từ thông gửi qua diện

tích của mạch điện

Suất điện động tự cảm

∅𝑚=LI (L là độ tự cảm) Trong mạch điện đứng yên và không thay đổi hình dạng,suất điện động tự cảm luôn tỉ lệ thuận nhưng trái dấu với tốc độ biến thiên cường độ dòng điện trong mạch

● Giả sử dòng điện cao tần đang đi từ dưới lên trên Dòng điện sinh ra trong lòng dây dẫn một từ trường và các đường cảm ứng từ B.Vì dòng điện đang biến đổi ,từ trường do nó sinh ra biến đổi.Xét tiết diện S bất kì chứa trục đối xứng của dây thì từ thông gửi qua tiết diện thay đổi nên trong tiết diện xuất hiện dòng điện tự cảm khép kín

Khi dòng điện cao tần tăng ,dòng điện tự cảm xuất hiện trong dây dẫn chống lại sự tăng của dòng điện cao tần trong ruột dây.Làm thuận lợi sự tăng dòng điện cao tần chạy bề mặt ngoài dây

đó ฀ Dòng điện cao tần hầu như chỉ chạy ở lớp bề mặt của dây đó

Khi I tăng người ta cũng chứng minh kết quả như trên

Chương 6: Vật liệu từ

1.Thành l ập tỉ số từ cơ:

1.1 Tỉ số từ cơ orbital của electron:

Xét một nguyên tử cô lập chưa đặt trong từ trường ngoài.Coi electron trong nguyên tử chuyển động quỹ đạo tròn bán kính r,tâm trùng với hạt nhân.Gọi f và v là tần số và bán kính của

e trên quỹ đạo: f= 𝑣

2𝜋𝑟 Dòng điện tương đương với sự chuyển động của e: i=ef=2𝜋𝑟𝑒𝑣 Dòng điện có momen từ orbital của electron:

𝑝 𝑚=i𝑆 (S là vectơ diện tích của dòng điện S=𝜋𝑟2)

1.2 Tỉ số từ cơ spin của electron:

Ngoài momen từ orbital và momen động lượng orbital (chuyển động hạt nhân) e còn có momen từ riêng hay momen từ spin 𝑝 𝑚𝑠và momen cơ riêng hay spin 𝑙 𝑠.Tỉ số từ cơ spin của e: 𝑝 𝑚

𝑙 = − 𝑚𝑒

2.Hiệu ứng nghịch từ:

Khi đặt nguyên tử trong từ trường ngoài 𝐵⃗ 0 do chuyển động tuế sai của các e, ngoài mômen

từ nguyên tử có thêm momen từ phụ ∆𝑝 𝑚ngược chiều với 𝐵⃗ 0.Hiệu ứng trên gọi là hiệu ứng nghịch

từ

3.Ngh ịch từ,thuận từ,sắt từ:

Định

nghĩa Là chất khi bị từ hóa sinh ra từ trường phụ hướng ngược

chiều với từ trường ngoài và

B’ <<B0 B<B0

Là chất khi bị từ hóa sinh

ra từ trường phụ cùng chiều với từ trường ngoài và B’<<B0

B>B0

Là chất khi bị từ hóa sinh ra

từ trường phụ cùng hướng với từ trường ngoài và B’>>B0

𝑝 𝑚𝑖 = 0

∑𝑐á𝑐 𝑝ℎâ𝑛 𝑡ử

𝑝 𝑚𝑖 = 0

● Khi đặt trong từ trường ngoài :𝑝 𝑚có khuynh hướng sắp xếp ngược hướng từ trường ngoài

∑𝑐á𝑐 𝑛𝑔𝑢𝑦ê𝑛 𝑡ử

𝑝 𝑚𝑖 ≠ 0

∑𝑐á𝑐 𝑝ℎâ𝑛 𝑡ử

𝑝 𝑚𝑖 ≠ 0

● Khi chưa đặt trong

từ trường ngoài:

𝑝 𝑚 do chuyển động nhiệt hỗn loạn

∑𝑐á𝑐 𝑛𝑔𝑢𝑦ê𝑛 𝑡ử

𝑝 𝑚𝑖 = 0

∑𝑐á𝑐 𝑝ℎâ𝑛 𝑡ử

𝑝 𝑚𝑖 = 0

● Khi đặt trong từ trường ngoài:

𝑝 𝑚 có khuynh hướng sắp xếp theo hướng từ trường ngoài

∑𝑐á𝑐 𝑛𝑔𝑢𝑦ê𝑛 𝑡ử

𝑝 𝑚𝑖 ≠ 0

∑𝑐á𝑐 𝑝ℎâ𝑛 𝑡ử

𝑝 𝑚𝑖 ≠ 0

t/c1:Từ độ J của sắt từ không tỉ lệ thuận với cường

độ từ trường ngoài H

t/c2: Độ từ thẩm tỉ đối của chất sắt từ phụ thuộc vào cường độ từ trường ngoài

H một cách phức tạp

t/c3:Mọi chất sắt từ đều có tính từ dư

t/c4:Hiện tượng từ giảo, khi chất sắt từ bị từ hóa mạnh,hình dạng và kích thước bị biến dạng gọi là hiện tượng từ giảo

t/c5: Nhiệt độ Curi,có một nhiệt độ giới hạn Tc gọi là nhiệt độ Curi

T<Tc:Chất sắt từ vẫn giữ nguyên tính sắt từ

T>Tc:Chất sắt từ chuyển thành chất thuận từ

4 Gi ải thích quá trình từ hóa của chất sắt từ và tính chất của chất sắt từ dư bằng thuyết

mi ền từ hóa:

Quá trình từ hóa của chất sắt từ:

● Vật sắt từ được cấu tạo bởi vô số các miền nhỏ có kích thước 10-6m gọi là Domen từ

● Mỗi miền có lực tương tác trao đổi ,làm momen từ spin định hướng song song với nhau tạo thành các miền từ hóa bão hòa

● Mỗi 𝑝 𝑚 𝑚𝑖ề𝑛≠0 Domen miền sắp xếp hỗn loạn: ∑𝑡𝑜à𝑛 𝑣ậ𝑡 𝑝 𝑚 𝑚𝑖ề𝑛 = 0 Khi đặt trong điện từ trường ngoài : ∑𝑡𝑜à𝑛 𝑣ậ𝑡 𝑝 𝑚 𝑚𝑖ề𝑛 ≠0

Lớp chuyển tiếp giữa hai miền gọi là vách miền Từ đó gây ra hiện tượng từ hóa

Giải thích tính chất của sắt từ:

Khi từ trường ngoài H =0, momen từ của các miền bổ chính lẫn nhau khối sắt từ chưa có từ tính

Khi tăng từ trường ngoài H lên quá trình từ hóa của sắt từ chia thành 2 giai đoạn:

Giai đoạn 1:Dịch chuyển vách miền Giai đoạn 2:momen từ quay theo hướng từ

trường ngoài

● Khi tăng từ trường từ giá trị không

(nếu từ trường yếu)

- miền hợp với từ trường ngoài H

góc nhọn -miền thuận lợi-được mở

rộng

- miền hợp với H góc tù-miền

không thuận lơi-sẽ bị thu hẹp

● Nếu tiếp tục tăng H, miền thuận

lợi mở rộng cho tới khi các miền

không thuận lợi mất hẳn

฀ Quá trình dịch chuyển vách miền là

● Vì quá trình từ hóa là bất thuận nghịch (trừ trường hợp H yếu)nên khi giảm H về 0 momen

từ các miền từ hóa vẫn giữ lại một sự định hướng nào đó chứ không trở lại trạng thái hỗn độn như ban đầu.Vì vậy đó là nguyên nhân của tính từ dư trong sắt từ

Chương 7:Trường điện từ

1.Nội dung và thành lập phương trình định lượng của hai luận điểm Maxwell

Phát

biểu luận ● Bất kì từ trường nào biến đổi theo thời gian cũng sinh ra một điện ● Bất kì một điện trường nào biến

đổi theo thời gian cũng sinh ra một