Chuyên đề Luyện thi Dao động điều hòa16221

Chuyên đề luyện thi đại học DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA Lý thuyết vật lí 12 I MỘT SỐ KHÁI NIỆM: -Vị trí cân : Là vị trí Fhl = (thường vị trí vật đứng yên) - Dao động : Là chuyển động qua lại quanh vị trí cân (VTCB) -Nếu sau khoảng thời gian (gọi chu kì) , vật trở lại vị trí cũ theo hướng cũ dao động vật tuần hồn -Dao động điều hịa dao động li độ vật hàm côsin (hay sin ) thời gian Phương trình DĐ: x =A cos( t  o ) (m) + x : Là li độ thời điểm t(m) Cho biết độ lệch vật so với VTCB thời điểm t +A >0: Biên độ , giá trị cực đại li độ (m) số +  >0: Tần số góc dao động (rad/s) Chuyển động trịn gọi tốc độ góc số + o : Pha ban đầu (rad), pha dđ to=0 Phụ thuộc vào mốc thời gian hệ quy chiếu +( t  o ) : Pha dao động thời điểm t (rad) *Chú ý : + Phương trình dao động điều hịa gốc tọa độ chọn trùng VTCB Nếu gốc tọa độ chọn vị trí khác dao động gọi dao động tuần hoàn x =A cos( t  o ) + C (m) + Một điểm dao động điêu hòa đoạn thẳng ln ln coi hình chiếu điểm tương ứng chuyển động trịn lên đường kính đoạn thẳng - Chu kì :( T) DĐĐH khoảng thời gian để vật thực dao động toàn phần (hay khoảng thời gian ngắn mà trạng thái dao động lặp lại cũ ) (s) - Tần số : (f ) DĐĐH số dao động toàn phần thực giây (Hz) - Tần số góc  : đại lượng liên hệ với chu kì T hay tần số f hệ thức :  = 2π/T=2πf -Cơng thức tính vận tốc gia tốc tức thời vật DĐĐH : v= x’ = -ωA sin( t  o ) (m/s) + a, v chiều dương >0 a= v’ = x’’ = -ω2 A cos( t  o ) = -ω2 x(m/s2) + a, v ngược chiều dương v = vmax =ωA -Vị trí biên x=  A => v=0 x x v = => Vận tốc trung bình chu kì : v=0 -Vận tốc trung bình t s =>Tốc độ trung bình chu kì : v = 4A/T t v -Gia tốc trung bình : atb = t -Quỹ đạo hình ảnh đường s=2A -Tốc độ trung bình v= PHẠM THỊ MAI HIÊN THPH HỒNG QUỐC VIỆT ThuVienDeThi.com Chuyên đề luyện thi đại học Lý thuyết vật lí 12 II CON LẮC LỊ XO Cấu tạo :Con lắc lò xo gồm vật nhỏ có khối lượng m gắn vào đầu xo có độ cứng k có khối lượng khơng đáng kể ; đầu lò xo giữ cố định Vật m trượt mp nằm ngang không ma sát k m -ω= ; T = 2π = : k độ cứng (N/m) , m khối lượng (kg) Chu kì lắc m k f lị xo khơng phụ thuộc vào yếu tố bên 1 1 -Động : Wđ = mv2= mω2A2sin2( t  o ) = mω2A2 - mω2A2cos(2 t  2o ) = Kx2 +C 2 4 1 1 - Thế : Wt= kx2 = kA2cos2( t  o ) =- kA2 + kA2cos(2 t  2o ) = Kx2 +C 2 4 => Dao động tuần hoàn với tần số ω’= 2ω 1 - Cơ : W= Wđ + Wt = kA2 = m ω2 A2 = số =>cơ bảo toàn Fc = Fms = 2 Con lắc lò xo treo thẳng đứng , vật đặt lò xo, mp nghiêng mp ngang: k g - Treo thẳng đứng , vật đặt lò xo : VTCB: KΔlo = mg => ω2 =  m lo -Δlo độ giãn treo thẳng đứng; độ nén vật đặt lị xo k g - Trên mp nghiêng góc α so với mp ngang : KΔlo = mgsinα => ω2 =  m lo sin  α -Trên mp ngang: Δlo =0 Lực : *Lực phục hồi hay lực hồi phục :( lực gây dao động cho vật ) lực để đưa vật vị trí cân Là hợp lực lực tác dụng lên vật xét phương dao động , hướng vị trí cân Fhp= x ma = -kx = -m ω2x, có độ lớn Fhp= ma =k x = m ω2 *Lực đàn hồi lực xuất lị xo bị biến dạng Có xu hướng đưa vật vị trí lị xo khơng biến dạng Độ lớn : Fđh = k∆l=k l  l o ∆l : Độ biến dạng lò xo Fđh =K(Δlo + x) * Khi lò xo nằm ngang Fđh = Fph *Treo thẳng đứng mp nghiêng góc α so với mp ngang Fđh =K(Δlo + x) + Fđhmax =K(Δlo + A) Δlo - A 0 4.Ghép lò xo: 1 1 +) song song Khệ = k1 +k2 +… kn =>     T T1 T2 Tn +) nối tiếp 1 1     => T  T12  T22   Tn2 k k1 k kn PHẠM THỊ MAI HIÊN THPH HOÀNG QUỐC VIỆT ThuVienDeThi.com Chuyên đề luyện thi đại học 5.Cắt lị xo: Lý thuyết vật lí 12 k1Δl1 = k2Δl2 = … =knΔln = k0Δl0 III.CON LẮC ĐƠN: -Con lắc đơn gồm vật nặng có kích thước nhỏ , có khối lượng m , treo đầu sợi dây mềm khơng dãn có độ dài l có khối lượng khơng đáng kể g l -Chu kì :ω = => T= 2 l g -Điều kiện để lắc đơn dao động iu hũa : α -Vận tốc v2= 2gl ( cosα – cosαo) -Lực căng dây : T=mg( 3cosα – 2cosαo) +)khi α < 10o v  gl(   ) 2 γ= Ω’ = α’’ = -ω2 αo cos( t  o ) = -ω2 α 3 T  mg(1    ) 2 o +)VTCB: : v2= 2gl ( – cosαo) ; Tmax= mg(3 - 2cosαo) α=0 +)VT Biên: v=0 ; Tmin =mg cosαo 1.Năng lượng dao động điều hòa : Trong dao động điều hòa vật dao động bảo tồn Có biến đổi qua lại ng nng v th nng 1 -Động năng: Wđ = mv2= mω2A2sin2( t  o ) 2 t -Thế : Wt=mgh=mgl(1-cos( mgl ( α A1  A  A  A1  A T an = A1 sin 1 + A2 sin 2 A1cos1 + A2cos2 sin  = A1 sin 1 + A2 sin 2 A cos = A1cos1 + A2cos2 A PHẠM THỊ MAI HIÊN THPH HOÀNG QUỐC VIỆT ThuVienDeThi.com Chuyên đề luyện thi đại học Lý thuyết vật lí 12 Độ lệch pha : + Δφ= 2kπ ( chẵn lần π) hai dao động pha A=A1+ A2 + Δφ= (2k+1)π ( lẻ lần π) hai dao động ngược pha A=A1- A2  2 + Δφ= + kπ ( rưỡi lần π) hai dao động vuông pha A= A1  A SÓNG CƠ I.MỘT SỐ KHÁI NIỆM : 1.Định nghĩa : Sóng lan truyền dao động môi trường vật chất theo thời gian + Khi sóng truyền có pha dao động phần tử vật chất lan truyền cịn phần tử vật chất dao động xung quanh vị trí cân cố định 2.Sóng dọc sóng ngang: +) Sóng dọc sóng phần tử mơi trường dao động theo phương trùng với phương truyền sóng Sóng dọc truyền chất rắn , lỏng , khí +) Sóng ngang sóng phần tử mơi trường dao động theo phương vng góc với phương truyền sóng Sóng ngang truyền mặt nước chất rắn 3.Các đại lượng đặc trưng sóng : a Vận tốc sóng : ( v ) vận tốc truyền pha dao động Trong môi trường xác định v = const b Chu kì tần số : Tất phần tử môi trường có sóng truyền qua dao động với chu kì tần số chu kì tần số nguồn dao động gọi chu kì tần số sóng f=1/T c Bước sóng : λ quãng đường mà sóng truyền chu kì λ= v.f Hay bước sóng khoảng cách hai điểm gần dao động pha phương truyền sóng d Biên độ sóng : Biên độ dao động phần tử môi trường điểm asóng = Adao động = A e.Năng lượng sóng :Năng lượng dđ phần tử mơi trường có sóng truyền qua Q trình truyền sóng q trình truyền lượng f.Độ lệch pha: : d - Trên phương truyền sóng: : Δφ = 2  d  dM - M , N có khoảng cách đến nguồn O dM ,dN : ΔφMN = 2 N  Phương trình sóng : -PT sóng điểm mơi trường truyền sóng PT DĐ điểm -PTS nguồn O : uo= Uo cos (ωt) => pts M cách O khoảng x : uM= UoM cos (ωt- 2x /  ) - Phương trình sóng hàm tuần hồn thời gian khơng gian 5.Tính tuần hồn sóng : PHẠM THỊ MAI HIÊN THPH HỒNG QUỐC VIỆT ThuVienDeThi.com Chuyên đề luyện thi đại học Lý thuyết vật lí 12 * Tại điểm M xác định x= const uM hàm biến thiên ĐH theo thời gian với chu kì T *Tại thời điểm XĐ t=const: uM hàm biến thiên ĐH khơng gian theo biến x với chu kì λ II SĨNG ÂM: 1.Định nghĩa sóng âm : Sóng âm sóng truyền mơi trường :Rắn , lỏng , khí -Tốc độ truyền âm : Tốc độ truyền âm chất lỏng lớn chất khí nhỏ chất rắn + Nguồn âm : Là vật dao động Tần số DĐ nguồn tần số sóng âm 2.Đặc điểm : +Âm nghe ( âm ) có tần số từ 16Hz - >20 000 Hz Âm có tần số 16Hz gọi hạ âm Âm có tần số 20 000Hz gọi siêu âm +Âm nhạc có tần số xác định Âm không truyền chân không Trong môi trường âm truyền với tốc độ xác định +Về phương diện vật lí âm đặc trưng tần số , cường độ âm ( hay mức cường độ âm ) , đồ thị dao động âm + Về phương diện sinh lí âm đặc trưng : âm sắc , độ to , độ cao + Sóng âm sóng dọc mơi trường lỏng , khí vừa sóng dọc vừa sóng ngang mơi trương rắn có dao động lệch III.ĐẶC TRƯNG VẬT LÝ CỦA ÂM THANH: 1.Cường độ âm I : Đại lượng đo lượng lượng mà sóng âm Truyền qua đơn vị diện tích vng góc với phương truyền âm đơn vị thời gian Đơn vị W/m2 W P  ; P công suất âm st t -Ngưỡng nghe :cđộ âm nhỏ mà tai người cịn nghe rõ Ngưỡng nghe  tần số âm Âm có f từ 1000Hz >5000 Hz có n nghe Io = 10-12 W/m2 , f = 50Hz =>Io=10-7W/m2 -Ngưỡng đau : cđộ âm cực đại mà tai người cịn nghe có cảm giác đau nhức Đối với f âm có ngưỡng đau ứng với cđ âm I = 10W/m2 -Miền nghe miền nằm ngưỡng nghe ngưỡng đau I I b Mức cường độ âmL : L( B)  lg ; L(dB)  10 lg (Đơn vị Ben hay đềxiben ) I0 I0 Âm chuẩn có f = 1000Hz I0 = 10-12W/m2 I , Io cđ âm điểm ta xét cđ âm chuẩn Âm họa âm : - Khi nhạc cụ phát âm có tần số f0 ( âm ) đồng thời phát âm có tần số 2f0, 3f0, 4f0…( họa âm) tập hợp họa âm tạo thành phổ nhạc âm - Tổng hợp đồ thị dđộng tất họa âm ta có đồ thị dao động nhạc âm đặc trưng vật lý âm IVĐẶC TRƯNG SINH LÍ CỦA ÂM: Độ cao: Đặc trưng sinh lí âm phụ thuộc vào tần số âm , không  vào lượng âm PHẠM THỊ MAI HIÊN THPH HOÀNG QUỐC VIỆT ThuVienDeThi.com Chuyên đề luyện thi đại học Lý thuyết vật lí 12 +Tần số lớn : Âm cao +Tần số nhỏ : Âm trầm Độ to : Đặc trưng sinh lí âm  vào f mức cđộ âm I Hai âm có hai đặc tính vật lí giống độ to  Mức cường độ âm lớn nghe to Âm sắc: Đặc trưng sinh lí âm giúp ta phân biệt âm nguồn âm # phát Âsắc liên quan mật thiết với đồ thị dao động âm  vào f biên độ âm =>  vào phổ âm V.SÓNG DỪNG, GIAO THOA , NHIỄU XẠ SĨNG : 1.Sóng dừng: l = AB a Định nghĩa : Sóng có nút bụng sóng Nút sóng Bụng sóng λ/2 λ/4 λ/2 cố định khơng gian gọi sóng dừng A • • • • • • • B b.Tính chất : +Khoảng cách nút liên tiếp bụng liên tiếp λ / +Khoảng cách nút bụng liên tiếp λ / c.Điều kiện sóng dừng : l  k  / ; (k = 1, 2, k= số bó sóng) + Trên sợi dây có đầu cố định (2 nút): l  (k  1) / ;(k =0, 1, k= số bó sóng) + Trên sợi dây có đầu tự (2 bụng ): + Sóng dừng sợi dây có đầu cố định, đầu tự do: l  (2k  1) / ;(k =0, 1, k= số bó sóng) d.Ứng dụng: Có thể XĐ tốc độ truyền sóng dây 2.Tổng hợp sóng dừng : a Phản xạ có đổi dấu: Phản xạ sóng dây ( hay vật cản ) cố định phản xạ có đổi dấu b.Phản xạ khơng đổi dấu : Phản xạ sóng dây ( hay vật cản ) di động phản xạ khơng đổi dấu c.Sự tổng hợp sóng tới sóng phản xạ sóng dừng : Xét trường hợp tổng hợp sóng tới sóng phản xạ sợi dây chiều dài l Giả sử phương trình sóng tới đầu A : u A  A cos(ωt) Phương trình tổng hợp sóng tới sóng phản xạ điểm M dây : +Trong phản xạ đổi dấu : M dây cách vật cản cố định khoảng x là: x π 2πl π  )cos(ωt   ) λ λ λ λ λ  x π Biên aM = 2a cos  2π   => M bụng x = k  M nút x = k  λ 2 +Trong phản xạ không đổi dấu : M dây cách vật cản tự khoảng x là: u M  2a cos(2π k=0 ,1 … x 2πl x t l u M  2a cos(2π )cos(ωt  )  2a cos(2π )cos2π(  ) λ λ λ T λ PHẠM THỊ MAI HIÊN THPH HOÀNG QUỐC VIỆT ThuVienDeThi.com Chuyên đề luyện thi đại học Lý thuyết vật lí 12 λ λ λ  x Biên aM = 2a cos  2π  => M bụng x = k M nút x = k  k=0 ,1 … 2  λ 3.Giao thoa sóng: * Hai nguồn kết hợp:là hai nguồn dao động có tần số , phương dao động có độ lệch pha không đổi theo thời gian ( hay pha) *Hai sóng nguồn kết hợp phát sóng kết hợp , sóng kết hợp phải thỏa mãn điều kiện : pha , điểm chúng gặp phải có độ lệch pha không đổi theo thời gian *Hai nguồn kết hợp pha gọi hai nguồn đồng *Hiện tượng giao thoa tượng đặc trưng sóng a.Định nghĩa : Hiện tượng sóng kết hợp gặp điểm xác định , luôn tăng cường , làm yếu (triệt tiêu) gọi giao thoa sóng b Giải thích : + Những điểm đứng yên : sóng gặp triệt tiêu +Những điểm dao động mạnh : sóng gặp tăng cường c.Phương trình giao thoa sóng : +PT sóng nguồn u1 = u2 = A cos(ωt  φ) M cách nguồn khoảng d1 , d2 d d π(d1  d ) ) +pt sóng tổng hợp M uM =u1M +u2M = 2a cos(π )cos(ωt  φ  λ λ (d  d ) Biên: A M  2A cos =  d Cực đại cực tiểu giao thoa : * Vị trí cực đại:d2 – d1 = k =>Những điểm dđ có biên độ cực đại điểm mà hiệu đường sóng từ nguồn truyền tới số nguyên lần bước sóng  *Vị trí cực tiểu : d  d  (k  ) +Những điểm dđ có biên độ triệt tiêu điểm mà hiệu đường sóng từ nguồn truyền tới số nguyên lẻ lần nửa bs  AB AB k *Số cực đại giao thoa AB :  dấu lấy đoạn λ λ AB AB  k  dấu lấy đoạn *Số cực tiểu giao thoa AB:  λ λ 4.Nhiễu xạ: Hiện tượng sóng gặp vật cản lệch khỏi phương truyền thẳng sóng vịng qua vật cản gọi nhiễu xạ sóng I.MẠCH DAO ĐỘNG : DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ 1.Định nghĩa :Mạch dao động gồm tụ điện C mắc nối tiếp với cuộn cảm L thành mạch điện kín Mạch dao động lí tưởng có điện trở khơng Biến thiên điện tích q tụ cường độ dòng điện i cuộn cảm : PHẠM THỊ MAI HIÊN THPH HOÀNG QUỐC VIỆT ThuVienDeThi.com Chuyên đề luyện thi đại học Lý thuyết vật lí 12 * q  q cos(ωt  φ) : Biến thiên điều hòa theo thời gian P với tần số góc ω  C K LC π i  I0 cos(ωt  φ  ) : Biến thiên điều hòa theo thời gian L *Dòng điện qua cuộn dây L mạch LC biến thiên điều hịa tần số với điện tích tụ điện C  C Uo sớm pha điện tích góc : q = Cu ; i=q’ ; Io = L 3.Dao động điện từ :Sự biến thiên điều hòa cường độ điện trường cảm ứng từ mạch dao động gọi dao động điện từ tự mạch *Chu kì tần số riêng mạch : T  2 LC f  2 LC Năng lượng điện từ :Tổng lượng điện trường tụ điện lượng từ trường cuộn cảm gọi lượng điện từ :W = Wđ + Wt = Wđmax = Wtmax q2 1 Wd  CU o2  q o U o  o :Tích tụ điện *Năng lượng điện trường : 2 2C Wt  LIo :Tích cuộn dây *Năng lượng từ trường : *Công suất tiêu thụ P = RI2 với I= Io/ : Cường độ dòng điện hiệu dụng II MỐI QUAN HỆ GIỮA ĐIỆN TRƯỜNG VÀ TỪ TRƯỜNG: 1.Từ trường biến thiên điện trường xoáy : a.Điện trường xốy: ĐT có đường sức đường cong khép kín gọi ĐT xốy b.Từ trường biến thiên: Nếu nơi có từ trường biến thiên theo thời gian nơi xuất điện trường xoáy - Nếu nơi có điện trường biến thiên theo thời gian nơi xuất từ trường (xốy) c.So sánh dòng điện dẫn dòng điện dịch : +Giống nhau: Cả hai sinh xung quanh điện từ trường +Khác nhau: Dịng điện dẫn dịng chuyển dời có hướng hạt mang điện tích ; cịn dịng điện dịch điện trường biến thiên , khơng có hạt mang điện tích chuyển động 2.Điện từ trường thuyết điện từ Mác – xoen: *Điện từ trường : Mỗi biến thiên theo thời gian từ trường sinh khơng gian xung quanh điện trường xốy biến thiên theo thời gian , ngược lại , : Mỗi biến thiên theo thời gian điện trường sinh từ trường xoáy biến thiên theo thời gian không gian xung quanh -Điện trường biến thiên từ trường biến thiên liên quan mật thiết với hai thành phần trường thống gọi điện từ trường , mối liên hệ điện tích , điện trường ,t trường III SÓNG ĐIỆN TỪ : Định nghĩa : Sóng điện từ q trình lan truyền điện từ trường không gian theo thời gian Đặc điểm sóng điện từ : - Sóng điện từ lan truyền chân không Tốc độ c = 3.108 m/s = tốc độ ánh sáng PHẠM THỊ MAI HIÊN THPH HOÀNG QUỐC VIỆT ThuVienDeThi.com Chuyên đề luyện thi đại học Lý thuyết vật lí 12 ur uur r - Sóng điện từ sóng ngang có E  B  v theo qui tắc tam diện thuận (qui tắc vặn đinh ốc :quay đinh ốc tiến theo chiều vận tốc chiều quay đinh ốc theo chiều từ E sang B) - Dao động điện trường từ trường điểm ln đồng pha - Sóng điện từ tn theo quy luật truyền thẳng , phản xạ khúc xạ, giao thoa , nhiễu xạ sáng - Sóng điện từ mang lượng , lượng tỉ lệ với lũy thừa bậc bốn tần số - Sóng điện từ có bước sóng từ vài m đến vài km dùng thơng tin vơ tuyến gọi sóng vơ tuyến -Nguồn phát sóng điện từ đa dạng v  *Trong chân không :   cT  c / f Trong mơi trường vật chất có chiết suất n :  '   ;n= f n v/c 3.Các loại sóng điện từ : Sóng dài (> 1000m); Sóng trung (1000m -> 200m); Sóng ngắn 1( 200m -> 50m) Sóng ngắn 2(50m -> 10m); Sóng cực ngắn(10m-> 0,01m) -Tầng điện li độ cao khoảng 80 đến 800km mặt đất , tấng khí phân tử bị ion hóa tia mặt trời tia vũ trụ Nó có khả dẫn điện nên phản xạ sóng điện từ mặt kim loại -Sóng dài bị nước hấp thụ nên chúng dùng thông tin liên lạc nước Trên mặt đất lượng thấp nên khơng truyền xa -Sóng trung: truyền theo bề mặt trái đất , ban ngày bị tầng điện li hấp thụ mạnh nên không truyền xa , ban đêm tầng điện li phản xạ sóng trung nên chúng truyền xa dùng để nghe đài vào ban đêm rõ -Sóng ngắn tầng điện li phản xạ mặt đất , mặt đất lại phản xạ lần thứ hai lên tầng điện li….vì đài phát với cơng suất lớn truyền sóng điểm mặt đất -> dùng truyền hình mặt đất -Sóng cực ngắn khơng bị phản xạ mà truyền qua tầng điện li , truyền thẳng từ nơi phát đến nơi thu Vì sóng cực ngắn dùng để thông tin cự li vài chục km truyền thông qua vệ tinh 4.Mạch dao động hở -Ăng ten: *Mạch dao động LC, trình dao động điện trường biến thiên tập trung hầu hết tụ điện , từ trường biến thiên tập trung hầu hết cuộn dây không xạ ngồi gọi mạch dao động kín *Trong mạch dao động hở điện từ trường khơng cịn bị đóng khung giới hạn LC mà lan tỏa khơng gian thành sóng điện từ có khả xa * Ăng ten dạng mạch dao động hở Có loại ăng ten dùng để phát sóng ,có loại ăng ten dùng để thu sóng điện từ IV.NGUN TẮC THƠNG TIN LIÊN LẠC BẰNG SĨNG ĐIỆN TỪ( SĨNG VƠ TUYẾN): Nguyên tắc chung : Biến âm muốn truyền thành dao động điện tần số thấp gọi tín hiệu âm tần 2.Phải dùng sóng điện từ cao tần để tải tín hiệu âm tần xa gọi sóng mang qua mạch biến điệu sóng mang : “Trộn” sóng âm tần với sóng mang dùng ăng ten phát Dùng máy thu với ăngten thu để chọn thu lấy sóng điện từ cao tần Ở nơi thu phải tách sóng âm tần khỏi sóng mang Khuếch đại tín hiệu thu Sơ đồ khối máy phát : Micrô, phát sóng cao tần, mạch biến điệu, mạch khuếch đại cao tần ăng ten phát 3.Sơ đồ khối máy thu :Anten thu , mạch khuếch đại dao động điện từ cao tần 10 PHẠM THỊ MAI HIÊN THPH HOÀNG QUỐC VIỆT ThuVienDeThi.com Chuyên đề luyện thi đại học Lý thuyết vật lí 12 ( mạch chọn sóng ), mạch tách sóng, mạch khuếch đại dao động điện từ âm tần loa 4.Truyền thông cáp : Ngày ngồi việc sử dụng sóng điện từ truyền tin khơng gian , người ta cịn sử dụng nhiều loại dây dẫn để truyền sóng điện từ > cáp Sự tương tự dao động điện dao động Đại lượng x Đại lượng điện q Dao động x” +  2x = v i m L x = Acos(t + ) q = q0cos(t + ) k C v = x’ = -Asin(t + ) i = q’ = -q0sin(t + ) F u v A2  x  ( ) i q02  q  ( ) µ R W=Wđ + Wt W=Wđ + Wt Wđ Wt (WC) Wt Wđ (WL)  k m   mv Wt = kx2 Wđ = Dao động điện q” +  2q = LC  Li q2 Wđ = 2C Wt = DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU I Khái niệm dòng điện xoay chiều ( dòng AC): -Dòng điện có cường độ biến thiên điều hịa theo thời gian theo quy luật hàm sin hay cosin gọi dòng điện xoay chiều : i  I cos( t  i ) Với I , Io , ω , φi … -Suất điện động xoay chiều biến đổi điều hòa theo thời gian theo đluật hàm sin hay cosin : e = Eo cos(t +φ) với e , Eo , -Hiệu điện xoay chiều ( điện áp xoay chiều) biến đổi điều hòa theo thời gian theo định luật hàm sin u = Uo cos(t +φ) với u , Uo , … II Nguyên tắc tạo dịng điện xoay chiều : Từ thơng biến thiên qua cuộn dây :  = NBScos(t +φ ) Xuất suất điện động cảm ứng : e = NBSsin(t +φ)  dòng điện xoay chiều( dòng điện cảm ứng ) : i  I cos(t  ) III Giá trị hiệu dụng :-Cường độ hiệu dụng dòng điện xoay chiều đại lượng có giá trị cường độ dịng điện khơng đổi cho qua điện trở R, cơng suất tiêu thụ R dịng điện khơng đổi ( dịng DC) cơng suất trung bình tiêu thụ R dịng điện xc nói I  I / Tương tự : E  EO / U  U o / -Các dụng cụ đo :ampe kế vôn kế đo giá trị hiệu dụng dòng điện xoay chiều IV Dòng điện xoay chiều loại mạch điện Mạch điện có điện trở R : R Cho u = U0cost  i = I0cost U Với : I  => Định luật Ôm Điện áp tức thời đầu R pha với CĐDĐ R C Mạch điện có C : 11 PHẠM THỊ MAI HIÊN THPH HOÀNG QUỐC VIỆT ThuVienDeThi.com Chuyên đề luyện thi đại học Lý thuyết vật lí 12  Cho u = U0cost  i  I cos(t  ) Với : ZC  : Dung kháng C U  I  => Điện áp tức thời đầu C chậm pha so với CĐDĐ ZC Mạch điện có L ( cuộn dây cảm ) :  Cho u = U0cost  i  I cos(t  ) Với : ZL  L : Cảm kháng U  I  => Điện áp tức thời đầu L nhanh pha so với CĐDĐ ZL Mạch có R , L , C mắc nối tiếp : R L L C U0 Z u  U cos t  i  I cos( t  i ) Z  ZC *Độ lệch pha : tan   L -Liên hệ u i :  R i  I cos t  u  U cos( t  u ) + Nếu ZL > ZC : Mạch có tính cảm kháng => φ> u sớm pha i + Nếu ZL < ZC : Mạch có tính dung kháng => φ< u trễ pha i + Nếu ZL = ZC  LC2 = :Cộng hưởng điện => φ= - u pha với I = Imax =U/R ; u = uR ; UL =UC ; cosφ=1 ; Z=R -Công suất tiêu thụ đạt cực đại Pmax * Chú ý:Nếu u = const thay đổi R I điện áp hiệu dụng hai đầu cac phần tử thay đổi U Z U Z U R  st hay C L  L  st ) L  L  st ( tương tự với L R  U C ZC UR R U C ZC 2 *Tổng trở : Z  R  ( Z L  Z C ) - Định luật Ôm : I  *Chú ý : Trong mạch khơng có phần tử bỏ phần giá trị đại lượng liên quan tới phần tử cơng thức V Công suất mạch điện xoay chiều : -Công suất thức thời : P = ui -Công suất trung bình : P = UIcos -Điện tiêu thụ : W = Pt -Nếu mạch LRC csuất tiêu thụ mạch cơng suất hao phí P = UIcos =RI2 Nếu mạch có dụng cụ điện csuất tiêu thụ ≠ c suất tỏa nhiệt Pmạch = Ptiêu thụ có ích + Phao phí tỏa nhiệt R VI Hệ số công suất : k = Cos = (  cos  1) Z P P2  Php  rI  -Ý nghĩa : I  => Nếu Cos nhỏ hao phí đường dây lớn U cos  U cos  MÁY BIẾN ÁP - TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG ĐI XA I Máy biến áp ( hay máy biến ): Định nghĩa : Máy biến áp Là thiết bị có khả biến đổi điện áp xoay chiều *lưu ý: Máy biến áp không làm thay đổi tần số dòng điện xc Cấu tạo : Gồm khung sắt non có pha silíc ( Lõi biến áp) gồm nhiều thép mỏng ghép cách điện để giảm hao phí điện dịng Fu-co đóng vai trò mạch từ , cuộn dây dẫn có số vịng khác quấn cạnh khung thường đồng có điện trở nhỏ Các cuộn dây thường làm đồng, đặt cách điện với cách điện với lõi - Cuộn dây nối với nguồn điện gọi cuộn sơ cấp có N1 vịng 12 PHẠM THỊ MAI HIÊN THPH HỒNG QUỐC VIỆT ThuVienDeThi.com Chuyên đề luyện thi đại học Lý thuyết vật lí 12 - Cuộn dây nối với tải tiêu thụ gọi cuộn thứ cấp N2 (khác N1) vòng Nguyên tắc hoạt động : Dựa tượng cảm ứng điện từ Dòng điện xoay chiều cuộn sơ cấp gây biến thiên từ thông cuộn thứ cấp làm phát sinh dòng điện xoay chiều cuộn thứ cấp Công thức : N1, U1, I1 số vòng dây, hiệu điện thế, cường độ dòng điện cuộn sơ cấp U N2  N2, U2, I2 số vòng dây, hiệu điện thế, cường độ dòng điện cuộn sơ cấp U1 N1 N2 N -  : Máy tăng áp   U1 N1 I 5.Ứng dụng : Truyền tải điện năng, nấu chảy kim loại, hàn điện … II Bài toán truyền tải điện xa :-Công suất máy phát : Pphát = Uphát.I = Ptiêu thụ + Phao phí -Cơng suất hao phí : Phaophí = rI2 = rP2phát U 2phát = lP2phát SU 2phát => Giảm hao phí có cách : + Giảm r : Bằng cách tăng tiết diện dây cách tốn chi phí +Tăng U : Bằng cách dùng máy biến thế, cách có hiệu MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU I Máy phát điện xoay chiều pha : -Nguyên tắc hoạt động: dựa tượng cảm ứng điện từ: từ thông qua vịng dây biến thiên điều hồ, vịng dây xuất suất điện động cảm ứng xoay chiều -Giải thích: Nếu từ thơng qua vịng dây biến thiên cuộn dây có N vịng giống nhau, xuất suất điện động xoay chiều cuộn dây -Máy phát điện xoay chiều pha: *Cấu tạo: có phận là: -Phần cảm: phần tạo từ trường nam châm điện nam châm vĩnh cữu -Phần ứng: cuộn dây xuất suất điện động cảm ứng máy hoạt động -Phần cố định stato, phần quay roto *Hoạt động: Cách 1: phần ứng quay, phần cảm cố định -Stato nam châm đặt cố định, roto khung dây quay quanh trục từ trường tạo stato - Để dẫn dòng điện mạch ngoài, dùng vành khuyên đặt đồng trục & quay với khung dây Mỗi vành khuyên có quét tì vào Khi khung dây quay, vành khuyên trượt quét ,dao động truyền từ khung dây qua quét Cách 2: phần cảm quay,phần ứng cố định -Roto nam châm điện ni dịng điện chiều, stato gồm nhiều cuộn dây có lõi sắt xếp thành vịng tròn Tần số dòng điện xoay chiều : f = pn ; Trong : p số cặp cực, n số vòng /giây II Máy phát điện xoay chiều pha: hệ thống dòng điện xoay chiều gây suất điện động xoay chiều có tần số biên độ lệch pha đôi 2 / *Cấu tạo: stato có cuộn dây riêng rẽ, hồn tồn giống nhau, quấn lõi sắt đặt lệch 120 độ vòng tròn Roto nam châm điện 13 PHẠM THỊ MAI HIÊN THPH HOÀNG QUỐC VIỆT ThuVienDeThi.com Chuyên đề luyện thi đại học Lý thuyết vật lí 12 *Nguyên tắc hoạt động: dựa tượng cảm ứng điện từ , roto quay suất điện động cảm ứng xuất cuộn dây có biên độ, tần số lệch pha 2 / Nếu nối đầu dây cuộn với mạch giống ta có hệ dịng điện biên độ, tần số lệch pha pha 2 / -Mắc hình Ud = Up , Id = Ip -Mắc hình tam giác : Id = Ip , Ud = Up III.Động không đồng pha: *Nguyên tắc hoạt động: Dựa tượng cảm ứng điện từ (Tác dụng từ trường quay) *Cấu tạo: -Stato có cuộn dây giống quấn lõi sắt bố trí lệch 1/3 vịng trịn -Roto hình trụ tạo nhiều thép mỏng ghép cách điện với nhau, rãnh xẻ mặt ngồi roto có đặt kim loại Hai đầu nối vào vành kim loại tạo thành lồng Lồng cách điện với lõi thép có tác dụng nhiều khung dây đặt lệch tạo thành roto lồng sóc *Hoạt động: Khi mắc cuộn dây stato với nguồn điện pha từ trường quay tạo thành có tốc độ góc tần số góc dịng điện Từ trường quay tác dụng lên dòng điện càm ứng khung dây roto làm roto quay với tốc độ nhỏ tốc độ góc quay từ trường ’Tmôi trường - Có 50% lượng Mặt Trời thuộc vùng hồng ngoại - Các vật bị nung nóng Lý thuyết vật lí 12 - Ống Culítgiơ : Ống thủy tinh chân không, dây nung, anốt, catốt Dây nung : nguồn phát electron Catốt K : Kim loại có hình chỏm cầu Anốt : Kim loại có ngun tử lượng lớn, chịu nhiệt cao( Platin; Vơnfram) Đốt nóng K làm phát dòng electron Dưới hiệu điện UAK = vài chục ngàn vôn e tia K tăng tốc thu động lớn, e đập vào đối K gặp nguyên tử xuyên sâu vào lớp bên vỏ nguyên tử Rồi tương tác với e lớp hay hạt nhân nguyên tử làm phát sóng điện từ * Tác dụng mạnh lên phim * Khả đâm xuyên Tia X có bước ảnh sóng ngắn khả đâm xun * Làm ion hóa khơng khí mạnh, xun qua vật * Gây phản ứng quang chắn sáng thông thường Các kim loại có hóa, quang hợp khối lượng riêng lớn khả * Tác dụng sinh lí: hủy diệt cản tia X tốt Tia X dễ dàng tế bào da, diệt khuẩn… xuyên qua tầm Cu Al dày vài cm * Gây tượng quang bị cản chì dày vài mm điện quang điện * Tác dụng mạnh lên phim ảnh, làm ion số kim loại hóa khơng khí * Bị nước thủy tinh hấp * Tác dụng làm phát quang nhiều chất thụ mạnh Truyền qua ( * Gây tượng quang điện hầu hết suốt) thạch anh kim loại * Làm phát quang số * Tác dụng sinh lí : diệt vi khuẩn, hủy chất diệt tế bào * Sấy khô, sưởi ấm * Khử trùng * Chiếu điện, chụp điện dùng y tế để * Điều khiển từ xa, thiết bị nghe nước uống, thực chẩn đốn bệnh nhìn phẩm, dụng cụ y * Chữa bệnh ung thư * Chụp ảnh bề mặt Trái Đất từ vệ tế * Kiểm tra khuyết tật vật đúc, dị bọt khí, tinh * Chữa bệnh còi vết nứt kim loại * Quân (tên lửa tự động tìm mục xương * Kiểm tra hành lí hành khách máy bay tiêu phát tia hồng ngoại, * Xác định vết Nghiên cứu cấu trúc vật rắn camera hồng ngoại, ống nhòm hồng nứt bề mặt *Dùng huỳnh quang, máy đo liều ngoại vào ban đêm…) kim loại lượng tia X -Có chất sóng điện từ Khơng bị lệch điện Có chất sóng điện từ Khơng bị trường từ trường(có chất với ánh sáng ) lệch điện trường từ trường -Tuân theo định luật truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ, gây giao thoa, nhiễu xạ -Phát nhờ mối hàn cặp nhiệt điện bột huỳnh quang * Tác dụng nhiệt bật * Gây số phản ứng hóa học * Có thể biến điệu sóng điện từ cao tần *Gây tượng quang điện số chất bán dẫn *Tác dụng lên loại kính ảnh đặc biệt gọi kính ảnh hồng ngoại *Bị nước hấp thụ mạnh LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG 1.Thí nghiệm Hec xơ: Thí nghiệm tượng quang điện ngồi với kim loại mang điện tích âm Hiện tượng quang điện ( tượng quang điện): a - Định nghĩa: Hiện tượng ánh sáng làm bật electron khỏi bề mặt kim loại gọi tượng quang điện (ngoài) 18 PHẠM THỊ MAI HIÊN THPH HOÀNG QUỐC VIỆT ThuVienDeThi.com Chuyên đề luyện thi đại học Lý thuyết vật lí 12 - Các electron bị bật ngồi gọi electron quang điện hay quang electron - Định luật giới hạn quang điện: Đối với kim loại, ánh sáng kích thích phải có bước sóng  ngắn hay giới hạn quang điện 0 kim loại gây tượng quang điện - Lượng tử lượng: Là phần lượng xác định mà lần nguyên tử (hay phân tử ) hấp thụ hay phát xạ b.Các định luật quang điện:  Định luật I giới hạn quang điện: Hiện tượng quang điện xảy ánh sáng kích thích chiếu vào kim loại có bước sóng nhỏ giới hạn quang điện kim loại   0 ( λ0 nằm miền tử ngoại)  Định luật II cường độ dòng quang điện bão hòa: Đối với ánh sáng thích hợp (có   0 ), cường độ dòng quang điện bão hòa tỉ lệ thuận với cường độ chùm sáng kích thích  Định luật III động cực đại quang electron: Động ban đầu cực đại quang electrong không phụ thuộc cường độ chùm sáng kích thích, mà phụ thuộc bước sóng ánh sáng kích thích chất kim loại Thuyết lượng tử ánh sáng a Giả thuyết Plăng: Lượng lượng mà lần nguyên tử hay phân tử hâp thụ hay phát xạ có giá trị hoàn toàn xác định gọi lượng tử lượng Lượng tử lượng kí hiệu  có giá trị:   hf Với f tần số ánh sáng bi hấp thụ hay phát xạ h = 6,625 1034 (J.s): gọi số Plăng b Thuyết lượng tử ánh sáng( phô tôn):  Chùm ánh sáng chùm photon (các lượng tử ánh sáng) Mỗi photon có lượng xác định   hf Cường độ chùm sáng tỉ lệ với số photon phát 1s (giây)  Phân tử, nguyên tử, electron… phát xạ hay hấp thụ ánh sáng có nghĩa chúng phát xạ hay hấp thụ photon  Các photon bay dọc theo tia sáng với tốc độ c = 3.108m/s chân không Lưỡng tính sóng hạt ánh sáng : Ánh sáng vừa có tính chất sóng vừa có tính chất hạt Vậy ánh sáng có lưỡng tính sóng - hạt Phương trình AnhXTanh hc e = hf = = mc l c= vận tốc ánh sáng chân khơng f,  tần số, bước sóng ánh sáng (của xạ) m khối lượng phôtôn a Tia Rơnghen (tia X) Bước sóng nhỏ tia Rơnghen hc l Min = Eđ 3.108m/s mv02 mv = eU+ Trong Eđ = động electron đập vào đối catốt (đối âm cực) 2 U hiệu điện anốt catốt 19 PHẠM THỊ MAI HIÊN THPH HOÀNG QUỐC VIỆT ThuVienDeThi.com Chuyên đề luyện thi đại học Lý thuyết vật lí 12 v vận tốc electron đập vào đối catốt v0 vận tốc electron rời catốt (thường v0 = 0) m = 9,1.10-31 kg khối lượng electron b Hiện tượng quang điện *Công thức Anhxtanh e = hf = Trong A = hc l hc l = A+ mv02Max cơng kim loại dùng làm catốt 0 giới hạn quang điện kim loại dùng làm catốt v0Max vận tốc ban đầu electron quang điện khỏi catốt f,  tần số, bước sóng ánh sáng kích thích * Để dịng quang điện triệt tiêu Uh( gọi hiệu điện hãm): eU h = mv02Max Lưu ý: Trong người ta lấy Uh > * Xét vật cô lập điện, có điện cực đại VMax khoảng cách cực đại dMax mà electron chuyển động điện trường cản có cường độ E tính theo cơng thức: e VMax = mv02Max = e Ed Max c Tế bào quang điện: Gồm bình cầu thạch anh ( suốt với tia tử ngoại) Bên chân khơng, có điện cực Anot (A) Catot (K) Anot vòng dây kim loại, catot kim loại có dạng hình chỏm cầu Hiện tượng quang điện trong: a Chất quang dẫn - Là chất bán dẫn có tính chất cách điện khơng bị chiếu sáng trở thành dẫn điện bị chiếu sáng: Ge, Si, PbS, PbSe, PbTe, CdS… b Hiện tượng quang điện 20 PHẠM THỊ MAI HIÊN THPH HOÀNG QUỐC VIỆT ThuVienDeThi.com ... v.T -Phân biệt dao động cưỡng bøc vµ dao động trì : dao động cưỡng bøc ngoại lực độc lập với hệ , dao động trì ngoại lực điều khiển dao động qua cấu V.TỔNG HỢP DAO ĐỘNG : Hai dao động : x =x1 +... tần số khơng đổi Đặc điểm Dao động tắt dần Dao động trì Dao động cưỡng Định nghĩa Dao động có biên độ giảm Dao động trì dần theo thời gian gọi dao cách giữ cho biên động tắt dần độ không đổi... chu kì dao động riêng gọi dao động trì ( sù tù dao ®éng) Ngun nhân Ngun nhân làm dao động Cách trì dao động tắt dần lực ma sát cung cấp lượng cho lực cản môi trường hệ để thắng công lực Dao động