HỆ THỐNG CÔNG THỨC VẬT LÝ LỚP 12 NÂNG CAO & CƠ BẢNTập hợp các công thức trong sách giáo khoa một cách có hệ thống theo từng phần.Đưa ra một số công thức, kiến thức chưa ghi trong sách giáo khoa nhưng được suy ra khi giải một sốbài tập điển hình. SÁCH CUNG CẤP -NGUỒN TƯ LỆU:1. Vật lí 12 – Những bài tập hay và điển hình – Nguyễn Cảnh Hòe – NXB ĐHQG Hà Nội – 2008.2. Vật lí 12 – Cơ bản – Vũ Quang (chủ biên) – NXB GD – Năm 2008.3. Vật lí 12 – Nâng cao – Vũ Thanh Khiết (chủ biên) – NXB GD – Năm 2008.4. Nội dung ôn tập môn Vật lí 12 – Nguyễn Trọng Sửu – NXB GD – Năm 2010.5. Bài giảng trọng tâm chương trình chuẩn Vật lí 12 – Vũ Thanh Khiết – NXB ĐHQG Hà Nội – 2010.
Trang 1HỆ THỐNG CÔNG THỨC VẬT LÝ LỚP 12 NÂNG CAO & CƠ BẢN
Tập hợp các công thức trong sách giáo khoa một cách có hệ thống theo từng phần
Đưa ra một số công thức, kiến thức chưa ghi trong sách giáo khoa nhưng được suy ra khi giải một số
bài tập điển hình
SÁCH CUNG CẤP -NGUỒN TƯ LỆU:
1 Vật lí 12 – Những bài tập hay và điển hình – Nguyễn Cảnh Hòe – NXB ĐHQG Hà Nội – 2008
2 Vật lí 12 – Cơ bản – Vũ Quang (chủ biên) – NXB GD – Năm 2008
3 Vật lí 12 – Nâng cao – Vũ Thanh Khiết (chủ biên) – NXB GD – Năm 2008
4 Nội dung ôn tập môn Vật lí 12 – Nguyễn Trọng Sửu – NXB GD – Năm 2010
5 Bài giảng trọng tâm chương trình chuẩn Vật lí 12 – Vũ Thanh Khiết – NXB ĐHQG Hà Nội – 2010
HỆ THỐNG CÔNG THỨC VẬT LÝ LỚP 12 NÂNG CAO
C1 Động lực học vật rắn_( và so sánh với Động lực học chất điểm)_8tiết
Các khái niệm , phương trình ,định
luật
Chuyển động QUAY biến đổi đều (trục quay,chiều quay không đổi )
~ ~ Chuyển động THẲNG biến đổi đều (chiều chuyển động không đổi )
“công thức định nghĩa” =hằng số ; (=0 ↔ quay đều) a= hằng số ; (a=0 ↔ chuyển động đều)
Phương trình Tọa độ =o+wot+ t2
x=xo+vot+ at2
Phương trình độc lập “khử t” w-wo
2
= 2(-o) v-vo2 = 2a(x-xo)
a.*MômenĐộnglượng_*Độnglượng
b Định luật BảoToàn:
*MômenĐộnglượng_*Độnglượng
Mi=0(điều kiện) ↔
Li=Ii wi =0 ; và chọn chiều(+)
fmasat=0(điều kiện) ↔
pi=mi vi =0 ; và chọn chiều(+)
MômenQuántínhI và khốilượng m
Ý nghĩa của I và m
I=miri2 ; ↓ m= ; ↓
↑mức quán tính của vật Chuyển động QUAY
↑mức quán tính của vật Chuyển động THẲNG
Phương trình Động lực học I=M hay dạng # = M ma=F hay dạng # = F
Động năng
Định lý Động năng
W =1
1
2mv
W=W2-W1=Acủa ngọai lực ; A=F.s=F.r= Fr.=M. ; thẳng ↔ hiển nhiên r.=s
[ x , y , z ]: đ.v
của x , y, z [ w=φ]: rad s ; [ =∆ω∆ ]: rad s ; [I=miri
2 ]: kgm2 ; [L=Iw]: kgm
s ; [W]: Jun ~ ([ A=F.s]: N.m)
C2,3, được xem như VẬT LÝ LỚP 12 CƠ BẢN :
HỆ THỐNG CÔNG THỨC VẬT LÝ LỚP 12 CƠ BẢN
MỤC LỤC
I Dao động cơ
II Sóng cơ và sóng âm III Dòng điện xoay chiều
IV Dao động điện từ
V Tính chất sóng của ánh sáng
VI Lượng tử ánh sáng VII Vật lí hạt nhân
Trang 2* -sin=cos(+ )
* sin= -cos(+ )
* cos=sin(+ )
I DAO ĐỘNG CƠ
1 Dao động điều hòa(DĐĐH)
*Li độ(pt dao động ): x = Acos(wt + )
*Vận tốc(pt vận tốc): v = x’ = -wAsin(wt + ) = wAcos(wt + + ) ;
Vận tốc sớm pha so với li độ
*Gia tốc: a = v’ = -w2 Acos(wt + ) = -w2x;
amax = w2A (ởVTBiên ~ Fphục hồi MAX)
Gia tốc ngược pha với li độ (sớm pha
2
so với vận tốc)
*Liên hệ giữa tần số góc, chu kì và tần số: w = = 2f ;
(Tương quan với CĐ tròn đều: )
*Công thức độc lập: A 2 = x 2 + 2↔ A2 = + 2 ; a = -w2 x
*Ở vịtrí cânbằng{pha( wt + ) = +k } : x = 0 ; |v| = vmax = wA và a = 0
*Ở vịtrí biên{pha( wt + )=0+k } : x = A ; v = 0 và |a| = amax = w2A
động điều hòa đi được
Trong một chu kì (1T) 4A
Trong một
phần tư chu kì
( )
( hình phải )
_a) tính từ vị trí biên hoặc vị trí cân bằng
A _ b) còn tính từ vị trí khác
*khác A
* dài nhất là 2A,
* ngắn nhất là (2 - 2)A
*Quãng đường lớn nhất và nhỏ nhất vật đi được trong khoảng thời gian :
vật có Vmax khi đi qua VTCB và Vmin khi đi qua VTBiên nên trong cùng một khoảng thời
gian quãng đường đi S càng lớn khi vật càng
ở gần VTCB và S càng nhỏ khi càng gần
VTBiên Tương quan giữa DĐĐH và chuyển động
tròn đều và “cùng t cùng “, ta có:
Smax = 2Asin ; Smin = 2A(1 - cos ) ( hình bên trái)
Vd: ~Smax €VTCB,mà nên∆= ,nên ( )
Trang 3(vẫn gỏ vàođược kìa … ruoitrau – Web:CaoNguyªnM©yTr¾ng -
*Tính vtb của vật DĐĐH trong khoảng thời gian t : Ta xác định góc quay được trong t này trên đường tròn , từ đó tính quãng đường s đi được trong t đó và tính vântốc trungbình
theo vtb = .
*Tính t , S khi vật từ li độ X1 đến X2 , (hình phải ):
không bị<0 | thôi đó }
Tính tmin (ứng với 1 0 , 2 ):
thay =min ; hay tính 1 , 2 theo x và A ,ví dụ:
Tính tmax (ứng với ’1 0 , ’2 ):
thay=max= ; hay … …
* Tính Smin ; Smax khi vật từ li độ X1 đến X2 ; ví dụ:
Smax= ba đoạn (A-x1)+(2A)+(A-|x2|)
*Phương trình động lực học của vật DĐĐH: x’’ + w 2 x = 0 ; {với: CLlòxo: w2
= , CLđơn:w2
*Cơ năng của vật DĐĐH: E = mw 2 A 2 ; {với: CLloxo: w2 = , CLđon: w2 = }
Động năng: Wđ = Esin 2 (wt + ) mw2A2sin2(w +) ; { ~ }
Thế năng: Wt = Ecos 2 (wt + ) … ; { ~ }
Wt và Wđ của vật DĐĐH biến thiên điều hòa có: tần số góc w’ = 2w,f’ = 2f và T’=
{ ← cos 2 a= cos2a + cos0 ; ← cos acosb= cos(a+ ) + cos( a-b) }
2 Con lắc lò xo
*Phương trình động lực : m x’’=-kx ; { x’’ + 2 x = 0}
*Phương trình dao động: x = Acos(wt + )
A
x o
( lấy nghiệm "-"
khi v 0 > 0; lấy nghiệm "+" khi v 0 < 0) ; (với x0 và v0 là li độ và vận
tốc tại thời điểm ban đầu t = 0) ( hình phải )
Trang 4Thế năng: Wt =
2
1
kx2 = 2
1
kA2cos2(w + )
Động năng: Wđ =
2
1
mv2 = 2
1
mw2A2sin2(w +) =
2
1
kA2sin2(w + )
W t và W đ của vật DĐĐH biến thiên điều hòa với tần số góc w’ = 2w, tần số f’ = 2f và với chu kì T’=
Trong một chu kì có 4 lần động năng và thế năng bằng nhau nên khoảng thời gian giữa hai lần liên tiếp động năng và thế năng bằng nhau là
4
T
Động năng và thế năng của vật dao động điều hòa bằng nhau tại
vị trí có li độ x =
2
A
Cơ năng: W = Wt + Wđ =
2
1
kx2 +
2
1
mv2 =
2
1
kA2 =
2
1
mw2A2
Lực đàn hồi của lò xo: F = k(l – lo) = kl
Con lắc lò xo treo thẳng đứng: lo =
k
mg
; w =
o
l
g
Chiều dài cực đại của lò xo: lmax = l0 + l0 + A
Chiều dài cực tiểu của xo: lmin = l0 + l0 – A
Lực đàn hồi cực đại: Fmax = k(A + l0)
Lực đàn hồi cực tiểu: Fmin = 0 nếu A l0; Fmin = k(l0 – A) nếu A < l0
Độ lớn của lực đàn hồi tại vị trí có li độ x:
Fđh= k|l0 + x| với chiều dương hướng xuống
Fđh = k|l0 - x| với chiều dương hướng lên
Lực kéo về: F = - kx
Lò xo ghép nối tiếp: 1 1 1
2 1
k k
k Độ cứng giảm, tần số giảm
Lò xo ghép song song: k = k1 + k2 + Độ cứng tăng, tần số tăng
3 Con lắc đơn
Phương trình dao động: s = Socos(wt + ) hay = 0cos(wt + ); với s = .l ; S0 = 0.l (với và 0 tính
ra rad)
Tần số góc, chu kì, tần số: w =
l
g
; T = 2
g
l
; f =
l
g
2
1
Động năng: Wđ =
2
1
mv2 = mgl(cos - cos0)
Thế năng: Wt = mgl(1 - cos)
Cơ năng: W = mgl(1 - cos0)
Nếu o 100 thì: Wt =
2
1
mgl2; Wđ =
2
1
mgl(20 - 2); W =
2
1
mgl20; và o tính ra rad
Cơ năng của con lắc đơn dao động điều hòa: W = Wd + Wt = mgl(1 - coso) =
2 1
mgl20
Trang 5Vận tốc khi đi qua vị trí có li độ góc : v = 2 gl (cos cos 0)
Vận tốc khi đi qua vị trí cân bằng ( = 0): |v| = vmax = 2 gl ( 1 cos 0)
Nếu o 100 thì: v = gl ( 02 2); vmax = o gl ; và o tính ra rad
Sức căng của sợi dây khi đi qua vị trí có li độ góc :
T = mgcos +
l
mv2
= mg(3cos - 2cos0)
TVTCB = Tmax = mg(3 - 2cos0); Tbiên = Tmin = mg cos0
Nếu o 100: T = 1 + 20 -
2
3
2; Tmax = mg(1 + 20); Tmin = mg(1 -
2
2
o
)
Con lắc đơn có chu kì T ở độ cao h, nhiệt độ t Khi đưa tới độ cao h’, nhiệt độ t’ thì ta có :
2
t R
h
T
; với T = T’ - T, R = 6400 km là bán kính Trái Đất, h = h’ - h, t = t’ - t, là hệ số
nở dài của thanh treo con lắc Với đồng hồ đếm dây sử dụng con lắc đơn: Khi T > 0 thì đồng hồ chạy
chậm, T < 0 thì đồng hồ chạy nhanh.Thời gian chạy sai trong một ngày đêm (24 giờ): t =
'
86400
T
T
Con lắc đơn chịu thêm các lực khác ngoài trọng lực :
Trọng lực biểu kiến:
'
P =
P +
F
Gia tốc rơi tự do biểu kiến:
'
g =
g +
m F
Khi đó: T = 2
'
g
l
Thường gặp: Lực điện trường
F= q
E ; lực quán tính:
F = - m
a Các trường hợp đặc biệt:
F có phương ngang thì g’ = 2 ( )2
m
F
g Khi đó vị trí cân bằng mới lệch với phương thằng đứng
góc có: tan =
P
F
F có phương thẳng đứng hướng lên thì g’ = g -
m
F
F có phương thẳng đứng hướng xuống thì g’ = g +
m
F
Chu kì của con lắc đơn treo trong thang máy:
Trang 6Khi thang máy đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều : T = 2
g
l
Khi thang máy đi lên nhanh dần đều hoặc đi xuống chậm dần đều với gia tốc có độ lớn là a (
a hướng
lên): T = 2
a g
l
Khi thang máy đi lên chậm dần đều hoặc đi xuống nhanh dần đều với gia tốc có độ lớn là a (
ahướng
xuống): T = 2
a g
l
4 Dao động cưởng bức, cộng hưởng
Con lắc lò xo dao động tắt dần với biên độ ban đầu là A, hệ số ma sát :
Quảng đường vật đi được đến lúc dừng lại: S =
g
A mg
kA
w
2
2 2 2
Độ giảm biên độ sau mỗi chu kì: A =
k
mg
4
= 4 2
w
g
Số dao động thực hiện được: N =
mg
A mg
Ak A
A
w
4
2
Hiện tượng công hưởng xảy ra khi f = f0 hay w = w0 hay T = T0
5 Tổng hợp các dao động điều hoà cùng phương cùng tần số
Nếu: x1 = A1cos(wt + 1) và x2 = A2cos(wt + 2) thì
x = x1 + x2 = Acos(wt + ) với A và được xác định bởi:
A2 = A12 + A22 + 2 A1A2 cos (2 - 1); tan =
2 2 1 1
2 2 1 1
cos cos
sin sin
A A
A A
+ Hai dao động cùng pha (2 - 1 = 2k): A = A1 + A2
+ Hai dao động ngược pha (2 - 1)= (2k + 1)): A = |A1 - A2|
+ Nếu độ lệch pha bất kỳ thì: | A1 - A2 | A A1 + A2
Trường hợp biết một dao động thành phần x1 = A1cos(wt + 1) và dao động tổng hợp là x = Acos(wt + ) thì dao động thành phần còn lại x2 = A2cos(wt + 2) với A2 và 2 được xác định bởi:
A22 = A2 + A12 - 2 AA1 cos ( - 1); tan =
1 1
1 1
cos cos
sin sin
A A
A A
Trường hợp vật tham gia nhiều dao động điều hòa cùng phương cùng tần số thì ta có:
Ax = Acos = A1cos1 + A2cos2 + A3cos3 + …
Ay = Asin = A1sin1 + A2sin2 + A3sin3 + …
A = A x2 A2y và tan =
x
y A A
Trang 7II SÓNG CƠ VÀ SÓNG ÂM
1 Sóng cơ
Liên hệ giữa vận tốc, chu kì, tần số và bước sóng: = vT =
f
v
Năng lượng sóng: W =
2
1
mw2A2 Tại nguồn phát O phương trình sóng là u0 = acos(wt + ) thì phương trình sóng tại M trên phương truyền
sóng là: uM = acos(wt + - 2
OM
) = acos(wt + - 2
x
)
Độ lệch pha của hai dao động giữa hai điểm cách nhau một khoảng d trên phương truyền sóng: =
d
2
2 Giao thoa sóng
Nếu tại hai nguồn S1 và S2 cùng phát ra 2 sóng giống hệt nhau: u1 = u2 = Acoswt và bỏ qua mất mát năng lượng khi sóng truyền đi thì thì sóng tại M (với S1M = d1; S2M = d2) là tổng hợp hai sóng từ S1 và S2 truyền tới sẽ có phương trình là:
uM = 2Acos
(d 2 d1)
cos(wt -
(d 2 d1)
)
Độ lệch pha của hai sóng từ hai nguồn truyền tới M là: =
2 d 2 d1
Tại M có cực đại khi d2 - d1 = k; cực tiểu khi d2 - d1 = (2k + 1)
2
Số cực đại (gợn sóng) giữa 2 nguồn S1 và S2 dao động cùng pha: k =
2 1
2 S S
; với k Z
Trên đoạn thẳng S1S2 nối hai nguồn, khoảng cách giữa hai cực đại hoặc hai cực tiểu liên tiếp (gọi là khoảng vân i) là: i =
2
Trường hợp sóng phát ra từ hai nguồn lệch pha nhau = 2 - 1 thì số cực đại và cực tiểu trên đoạn thẳng là số các giá trị của k ( z) tính theo công thức:
Cực đại:
2
S S < k <
2
S S
Cực tiểu:
1
2
S S < k <
1
2
S S
3 Sóng dừng
Khoảng cách giữa 2 nút hoặc 2 bụng liền kề của sóng dừng là
2
Khoảng cách giữa nút và bụng liền kề của sóng dừng là
4
Trang 8
Hai điểm đối xứng nhau qua bụng sóng luôn dao động cùng pha, hai điểm đối xứng nhau qua nút sóng luôn dao động ngược pha
Điều kiện để có bụng sóng tại điểm M cách vật cản cố định một khoảng d là:
d = k
2
+
4
; với k Z
Điều kiện để có nút sóng tại điểm M cách vật cản cố định một khoảng d là:
d = k
2
; k Z
Điều kiện để có bụng sóng tại điểm M cách vật cản tự do một khoảng d là:
d = k
2
; với k Z
Điều kiện để có nút sóng tại điểm M cách vật cản tự do một khoảng d là:
d = k
2
+
4
; k Z
Điều kiện để có sóng dừng trên sợi dây có chiều dài l:
Hai đầu là hai nút: l = k
2
Một đầu là nút, một đầu là bụng: l = (2k + 1)
4
4 Sóng âm
Mức cường độ âm: L = lg
0
I I
Cường độ âm chuẩn: I0 = 10-12W/m2
Cường độ âm tại điểm cách nguồn âm (có công suất P) một khoảng R là: I = 2
4 R
P
Tần số sóng âm do dây đàn phát ra (hai đầu cố định): f = k
l
v
2 ; k = 1, âm phát ra là âm cơ bản, k = 2, 3,
4, …, âm phát ra là các họa âm
Tần số sóng âm do ống sáo phát ra (một đầu bịt kín, một đầu để hở):
f = (2k + 1)
l
v
4 ; k = 0, âm phát ra là âm cơ bản, k = 1, 2, 3, …, âm phát ra là các họa âm
Trang 9III DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU
Cảm kháng của cuộn dây: ZL = wL
Dung kháng của tụ điện: ZC =
C
w
1
Tổng trở của đoạn mạch RLC: Z = R 2 (ZL- ZC)2
Định luật Ôm: I =
Z
U
; Io =
Z
U O
Các giá trị hiệu dụng:
2
o I
2
o U
U ; UR = IR; UL = IZL; UC = IZC
Độ lệch pha giữa u và i: tan =
R
Z
=
R C
L
w
w 1
Công suất: P = UIcos = I2R Hệ số công suất: cos =
Z
R
Điện năng tiêu thụ ở mạch điện: W = A = P.t
Biểu thức của u và i:
Nếu i = Iocos(wt + i) thì u = Uocos(wt + i + )
Nếu u = Uocos(wt + u) thì i = Iocos(wt + u - )
Trường hợp điện áp giữa hai đầu đoạn mạch là u = Uocos(wt + ) Nếu đoạn mạch chỉ có tụ điện thì i = Iocos(wt + +
2
) = - I0sin(wt + ) hay đoạn mạch chỉ có cuộn cảm thì i = Iocos(wt + -
2
) = I0sin(wt
+ ) Khi đó ta sẽ có:
2 0
2 2 0
2
U
u I
i
= 1
ZL > ZC thì u nhanh pha hơn i; ZL < ZC thì u chậm pha hơn i
Cực đại do cộng hưởng điện: Khi ZL = ZC hay w =
LC
1
thì u cùng pha với i ( = 0), có cộng hưởng
điện Khi đó Imax =
R
U
; Pmax =
R
U2
Cực đại của P theo R: R = |ZL – ZC| Khi đó Pmax =
|
| 2 2
C
L Z Z
U
= R
U
2
2
Cực đại của UL theo ZL: ZL =
C
C Z
Z
R2 2
Khi đó ULmax =
R
Z R
U 2 C2
Cực đại UL theo w: w = 2 2
2
2
C R
Cực đại của UC theo ZC: ZC =
L
L Z
Z
R2 2
Khi đó UCmax =
R
Z R
U 2 L2
Trang 10
Cực đại UC theo w: w = 2
2 2
1
L
R
Mạch ba pha mắc hình sao: Ud = 3Up; Id = Ip
Mạch ba pha mắc hình tam giác: Ud = Up; Id = 3Ip
Máy biến áp:
1
2
U
U
=
2
1
I
I
=
1
2
N
N
Công suất hao phí trên đường dây tải: Php = rI2 = r(
U
P
)2 = P2 2
U
r
Khi tăng U lên n lần thì công suất hao phí Php giảm đi n2 lần
Hiệu suất tải điện: H =
P
P
P hp
Độ giảm điện áp trên đường dây tải điện: U = Ir
Từ thông qua khung dây của máy phát điện: = NBScos(wt + ) = 0 cos(wt + )
Suất động trong khung dây của máy phát điện:
e = -
dt
d
= - ’ = wNBSsin(wt + ) = E0 cos(wt + -
2
)
Tần số dòng điện do máy phát điện xoay chiều 1 pha có p cặp cực khi rôto quay với tốc độ n vòng/giây là:
f = pn (Hz); khi rô to quay với tốc độ n vòng/phút là: f =
60
pn
(Hz)
Trong 1 giây dòng điện xoay chiều có tần số f đổi chiều 2f lần
Máy phát điện xoay chiều 3 pha mắc hình sao: Ud = 3Up Mắc hình tam giác: Ud = Up
Tải tiêu thụ mắc hình sao: Id = Ip Mắc hình tam giác: Id = 3Ip
Công suất tiêu thụ trên động cơ điện: I2r + P = UIcos
IV DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ
Chu kì, tần số, tần số góc của mạch dao động:
T = 2 LC ; f =
LC
2
1
; w =
LC
1
Bước sóng điện từ: Trong chân không: =
f
c
; trong môi trường có chiết suất n: =
nf
c
Mạch chọn sóng của máy thu vô tuyến thu được sóng điện từ có bước sóng:
=
f
c
= 2c LC Nếu mạch chọn sóng có L và C biến đổi thì bước sóng mà máy thu vô tuyến thu được sẽ thay đổi trong giới hạn từ min = 2c LminCmin đến max = 2c LmaxCmax
Biểu thức điện tích trên tụ: q = qocos(wt + ) Khi t = 0 nếu tụ điện đang tích điện: q tăng thì i = q’ > 0
< 0 Khi t = 0 nếu tụ điện đang phóng điện: q giảm thì i = q’ < 0 > 0