A. LÝ THUYẾT: I. Dao động tuần hoàn. 1. Dao động: là chuyển động có giới hạn trong không gian, lặp đi lặp lại nhiều lần quanh vị trí cân bằng. 2. Dao động tuần hoàn: + Là dao động mà sau những khoảng thời gian bằng nhau nhất định vật trở lại vị trí và chiều chuyển động như cũ (trở lại trạng thái ban đầu). + Chu kì dao động: là khoảng thời gian ngắn nhất để trạng thái dao động lặp lại như cũ hoặc là khoảng thời gian vật thực hiện một dao động toàn phần. T = (s) với N là số dao động thực hiện trong thời gian Δt + Tần số là số dao động toàn phần mà vật thực hiện được trong một giây hoặc là đại lượng nghịch đảo của chu kì. Với : f = (Hz) hay ω = 2πf (rads) II. Dao động điều hoà: 1. Định nghĩa: Dao động điều hòa là dao động trong đó li độ của vật là một hàm cosin (hoặc sin) của thời gian. 2. Phương trình dao động x = Acos(ωt + φ). (cm) hoặc (m). Với T = Các đại lượng đặc trưng trong dao động điều hoà: Li độ x (m; cm) (toạ độ) của vật; cho biết độ lệch và chiều lệch của vật so với VTCB O. Biên độ A > 0(m cm;): (độ lớn li độ cực đại của vật); cho biết độ lệch cực đại của vật so với VTCB O. ▪ Pha ban đầu φ(rad) ): xác định li độ x vào thời điểm ban đầu t0 =0 hay cho biết trạng thái ban đầu của vật vào thời điểm ban đầu t0 = 0 .Khi đó: x0 = Acosφ Pha dao động (ωt + φ) (rad): xác định li độ x vào thời điểm t hay cho biết trạng thái dao động (vị trí và chiều chuyển động) của vật ở thời điểm t. ▪ Tần số góc ω (rads): cho biết tốc độ biến thiên góc pha. 3. Phương trình vận tốc của vật dao động điều hòa: Vận tốc: v = = x’ v = ωAcos(ωt+φ) = ωAcos(ωt + φ+ π2) (cms) hoặc (ms) Nhận xét: ▪ Vận tốc của vật luôn cùng chiều với chiều chuyển động; vật chuyển động theo chiều dương v > 0 ; vật chuyển động ngược chiều dương v < 0; ▪ Vận tốc của vật dao động điều hòa biến thiên điều hòa cùng tần số nhưng sớm pha hơn so với với li độ ▪ Vận tốc đổi chiều tại vị trí biên; li độ đổi dấu khi qua vị trí cân bằng. ▪ Ở vị trí biên (xmax = ± A ): Độ lớn vmin =0 ▪ Ở vị trí cân bằng (xmin = 0 ): Độ lớn vmax = ω.A. ▪ Quỹ đạo dao động điều hoà là một đoạn thẳng 4. Phương trình gia tốc của vật dao động điều hòa: Gia tốc a = = v= x; a =ω2Acos(ωt + φ) = ω2x hay a =ω2Acos(ωt + φ ± π) (cms2) hoặc (ms2) Nhận xét: ▪ Gia tốc của vật dao động điều hòa biến thiên điều hòa cùng tần số nhưng ngược pha với li độ hoặc sớm pha π2 so với vận tốc. ▪ Vecto gia tốc luôn hướng về VTCB O và có độ lớn tỉ lệ với độ lớn của li độ. ▪ Ở vị trí biên (xmax =±A ), gia tốc có độ lớn cực đại : |amax|=ω2.A . ▪ Ở vị trí cân bằng (xmin = 0 ), gia tốc bằng amin = 0 . ▪ Khi vật chuyển động từ VTCB ra biên thì vật chuyển động chậm dần v.a < 0 hay a và v trái dấu. ▪ Khi vật chuyển động từ biên về VTCB thì vật chuyển động nhanh dần v.a > 0 hay a và v cùng dấu. 5. Lực trong dao động điều hoà : Định nghĩa: là hợp lực của tất cả các lực tác dụng lên vật dao động điều hòa còn gọi là lực kéo về hay lực hồi phục Đặc điểm: Luôn hướng về VTCB O Có độ lớn tỉ lệ với độ lớn li độ nhưng có dấu trái dấu với li độ x. Fhp = ma =mω2x = k x = m.ω2A2cos(ωt +φ) (N) Nhận xét: ▪ Lực kéo về của vật dao động điều hòa biến thiên điều hòa cùng tần số nhưng ngược pha với li độ(cùng pha với gia tốc). ▪ Vecto lực kéo về đổi chiều khi vật qua VTCB O và có độ lớn tỉ lệ thuận với độ lớn của gia tốc. ▪ Ở vị trí biên (xmax =±A ) |Fmax |= k|xmax |= mω2.A = kA . ▪ Ở vị trí CB O (xmin = 0 ) |Fmin| = k|xmin| =0 . 6. Đồ thị của dao động điều hòa : Giả sử vật dao động điều hòa có phương trình là: x = Acos(ωt + φ). Để đơn giản, ta chọn φ = 0, ta được: x = Acosωt . v = x = Aωsinωt = Aωcos(ωt + π2) a = ω2x = ω2Acosωt Một số giá trị đặc biệt của x, v, a như sau: t 0 T4 T2 3T4 T x A 0 A 0 A v 0 ωA 0 ωA 0 a ω2A 0 ω2A 0 ω2A Đồ thị của dao động điều hòa là một đường hình sin. ▪ Đồ thị cũng cho thấy sau mỗi chu kì dao động thì tọa độ x, vận tốc v và gia tốc a lập lại giá trị cũ. CHÚ Ý: Đồ thị của v theo x: → Đồ thị có dạng elip (E) Đồ thị của a theo x: → Đồ thị có dạng là đoạn thẳng Đồ thị của a theo v: → Đồ thị có dạng elip (E) 7. Công thức độc lập với thời gian a) Giữa tọa độ và vận tốc (v sớm pha hơn x góc π2)
Các chuyên đề lý thuyết vật lý 12 CHƯƠNG I: DAO ĐỘNG CƠ CHỦ ĐỀ ĐẠI CƯƠNG VỀ DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA A LÝ THUYẾT: I Dao động tuần hồn Dao động: chuyển động có giới hạn không gian, l ặp lặp l ại nhi ều l ần quanh v ị trí cân Dao động tuần hoàn: + Là dao động mà sau khoảng thời gian nh ất đ ịnh v ật tr l ại v ị trí chi ều chuyển động cũ (trở lại trạng thái ban đầu) + Chu kì dao động: khoảng thời gian ngắn để trạng thái dao động l ặp l ại nh cũ ho ặc khoảng thời gian vật thực dao động toàn phần T= (s) với N số dao động thực thời gian Δt + Tần số số dao động toàn phần mà vật thực m ột giây đ ại l ượng nghịch đảo chu kì Với : f = (Hz) hay ω = 2πf (rad/s) II Dao động điều hoà: Định nghĩa: Dao động điều hịa dao động li độ vật hàm cosin (ho ặc sin) thời gian Phương trình dao động x = Acos(ωt + φ) (cm) (m) Với T = ⇒ Các đại lượng đặc trưng dao động điều hoà: Li độ x (m; cm) (toạ độ) vật; cho biết độ lệch chiều lệch vật so với VTCB O Biên độ A > 0(m cm;): (độ lớn li độ cực đại vật); cho biết độ lệch cực đại c vật so v ới VTCB O ▪ Pha ban đầu φ(rad) ): xác định li độ x vào thời điểm ban đầu t0 =0 hay cho biết trạng thái ban đầu vật vào thời điểm ban đầu t0 = Khi đó: x0 = Acosφ Pha dao động (ωt + φ) (rad): xác định li độ x vào thời điểm t hay cho biết trạng thái dao động (vị trí chiều chuyển động) vật thời điểm t ▪ Tần số góc ω (rad/s): cho biết tốc độ biến thiên góc pha Phương trình vận tốc vật dao động điều hòa: Vận tốc: v = = x’ ⇒ v = -ωAcos(ωt+φ) = ωAcos(ωt + φ+ π/2) (cm/s) (m/s) Nhận xét: ▪ Vận tốc vật chiều với chiều chuyển động; vật chuy ển động theo chi ều d ương ⇒ v > ; vật chuyển động ngược chiều dương ⇒ v < 0; ▪ Vận tốc vật dao động điều hòa biến thiên ều hòa t ần s ố nh ưng s ớm pha h ơn với với li độ ▪ Vận tốc đổi chiều vị trí biên; li độ đổi dấu qua vị trí cân ▪ Ở vị trí biên (xmax = ± A ): Độ lớn vmin =0 ▪ Ở vị trí cân (xmin = ): Độ lớn vmax = ω.A ▪ Quỹ đạo dao động điều hoà đoạn thẳng Phương trình gia tốc vật dao động điều hòa: so Gia tốc a = = v'= x''; a =-ω2Acos(ωt + φ) =- ω2x hay a =ω2Acos(ωt + φ ± π) (cm/s2) (m/s2) Nhận xét: ▪ Gia tốc vật dao động điều hòa biến thiên ều hòa t ần s ố nh ưng ng ược pha v ới li đ ộ sớm pha π/2 so với vận tốc ▪ Vecto gia tốc hướng VTCB O có độ lớn tỉ lệ với độ lớn li độ ▪ Ở vị trí biên (xmax =±A ), gia tốc có độ lớn cực đại : |amax|=ω2.A ▪ Ở vị trí cân (xmin = ), gia tốc amin = ▪ Khi vật chuyển động từ VTCB biên vật chuyển động ch ậm d ần ⇒v.a < hay a v trái dấu ▪ Khi vật chuyển động từ biên VTCB vật chuyển đ ộng nhanh d ần ⇒v.a > hay a v dấu Lực dao động điều hoà : Định nghĩa: hợp lực tất lực tác dụng lên vật dao đ ộng ều hòa g ọi l ực kéo hay lực hồi phục Đặc điểm: - Luôn hướng VTCB O - Có độ lớn tỉ lệ với độ lớn li độ có dấu trái d ấu với li độ x Fhp = ma =-mω2x = - k x = - m.ω2A2cos(ωt +φ) (N) Nhận xét: ▪ Lực kéo vật dao động điều hòa biến thiên điều hòa tần số ngược pha với li độ(cùng pha với gia tốc) ▪ Vecto lực kéo đổi chiều vật qua VTCB O có độ lớn tỉ lệ thuận với độ lớn gia tốc ▪ Ở vị trí biên (xmax =±A ) ⇒ |Fmax |= k|xmax |= mω2.A = kA ▪ Ở vị trí CB O (xmin = ) ⇒ |Fmin| = k|xmin| =0 Đồ thị dao động điều hòa : - Giả sử vật dao động điều hịa có phương trình là: x = Acos(ωt + φ) - Để đơn giản, ta chọn φ = 0, ta được: x = Acosωt ⇒ v = x ' = - Aωsinωt = Aωcos(ωt + π/2) ⇒ a = - ω2x = - ω2Acosωt Một số giá trị đặc biệt x, v, a sau: t T/4 x A 0 -ωA v 3T/4 T -A A ωA a -ω A ωA - ω2A Đồ thị dao động điều hòa đường hình sin ▪ Đồ thị cho thấy sau chu kì dao động tọa độ x, v ận t ốc v gia t ốc a l ập l ại giá tr ị cũ T/2 CHÚ Ý: Đồ thị v theo x: → Đồ thị có dạng elip (E) Đồ thị a theo x: → Đồ thị có dạng đoạn thẳng Đồ thị a theo v: → Đồ thị có dạng elip (E) Cơng thức độc lập với thời gian a) Giữa tọa độ vận tốc (v sớm pha x góc π/2) ⇒ b) Giữa gia tốc vận tốc: hay ⇔ v2 = ω2A2 ⇔ a2 = ω4A2 - ω2v2 10 Độ lệch pha dao động điều hòa: Khái niệm: hiệu số pha dao động Kí hiệu: Δφ = φ2 - φ1 (rad) - Δφ =φ2 - φ1 > Ta nói: đại lượng nhanh pha(hay sớm pha) đại l ượng đ ại l ượng chậm pha (hay trễ pha) so với đại lượng - Δφ =φ2 - φ1 < Ta nói: đại lượng chậm pha (hay trễ pha) đại lượng ngược lại - Δφ = 2kπ Ta nói: đại lượng pha - Δφ =(2k + 1)π Ta nói: đại lượng ngược pha - Δφ =(2k+1) Ta nói: đại lượng vuông pha Nhận xét: ▪ V sớm pha x góc π/2; a sớm pha v góc π/2; a ngược pha so với x CHỦ ĐỀ CON LẮC LÒ XO A LÝ THUYẾT Cấu tạo: Con lắc lị xo gồm lị xo có độ cứng k, khối lượng không đáng k ể, m ột đ ầu g ắn c ố định, đầu gắn với vật nặng khối lượng m đặt theo phương ngang treo thẳng đứng + Con lắc lò xo hệ dao động điều hòa Lực kéo về: Lực gây dao động điều hịa ln ln hướng vị trí cân đ ược gọi lực kéo hay lực hồi phục Lực kéo có độ lớn tỉ lệ với li độ l ực gây gia t ốc cho v ật dao đ ộng điều hòa Biểu thức đại số lực kéo về: Fkéo = ma = -mω2x = -kx - Lực kéo lắc lò xo không phụ thuộc vào khối lưng vật Phương trình dao động : x = A.cos(ωt + φ) Với: ω = Chu kì tần số dao động lắc lò xo: T = Năng lượng lắc lò xo a) Động năngcủa vật : = 2π Wđ = mv2 = mω2A2sin2(ωt + φ) b) Thế vật: Wt = kx2 = c) Cơ năng: kA2cos2(ωt+φ) W = Wđ + Wt = =hằng số mA2ω2 = kA2 = Wđ max = Wt max = W f = = Chú ý - Vậy động vật dao động điều hịa biến thiên với tần số góc ω’=2ω, tần số f’=2f chu kì T’= T/2 - Cơ lắc tỉ lệ với bình phương biên độ dao động - Cơ lắc lị xo khơng phụ thuộc vào khối lượng vật - Cơ lắc bảo toàn bỏ qua ma sát - Động vật đạt cực đại vật qua VTCB cực tiểu vị trí biên - Thế vật đạt cực đại vị trí biên cực tiểu vật qua VTCB Lực đàn hồi vật vị trí có li độ x a Tổng quát Fđh(x) = k.|Δℓ| = K|Δℓ0 ±x| ▪ Dấu (+) chiều dương trục tọa độ hướng xuống ▪ Dấu (-) chiều dương trục tọa độ hướng lên ▪ Δℓ0 độ biến dạng lị xo(tính từ vị trí C) đến VTCB O ▪ Δℓ = Δℓ0 ± x độ biến dạng lị xo (tính từ vị trí C đến vị trí có li độ x ▪ x li độ vật (được tính từ VTCB O) b Lực đàn hồi cực đại cực tiểu Fđhmax; Fđhmin Lực đàn hồi cực đại Fđhmax = K(Δl + A) A) * Lực đàn hồi cực đại vật vị trí thấp quỹ đạo(Biên dưới) Lực đàn hồi cực tiểu ▪ Khi A ≥ Δl : Fđhmin =0 * Lực đàn hồi cực tiểu vật vị trí mà lị xo khơng biến dạng Khi Δl = → |x| = Δl ▪ Khi A < Δl : Fđhmin = K(Δl - A) * Đây lực đàn hồi vật vị trí cao quỹ đạo CHÚ Ý: Khi lị xo treo thẳng đứng vị trí cân ta ln có K.Δl0 = m.g ⇒ ω2 = ⇒ T= - Khi lắc lò xo đặt mặt sàn nằm ngang Δl =0 Khi lực đàn hồi lực kéo (Fkéo về)max = kA ⇔ Vật vị trí biên (Fkéo về)min = kA ⇔ Vật vị trí cân O Khi ta có: Fđh(x) = Fkéo = k|x| ⇒ - Lực tác dụng lên điểm treo lực đàn hồi Chiều dài lị xo vật vị trí có li độ x lx = ℓ0 + Δl0 ± x - Dấu ( + ) chiều dương trục tọa độ hướng xuống - Dấu ( -) chiều dương trục tọa độ hướng lên - Chiều dài cực đại: lmax = l0 + Δl0 + A - Chiều dài cực tiểu: lmin = l0 + Δl0 - A ⇒ A = Chú ý Khi lò xo nằm ngang Δl =0 → (MN : chiều dài quĩ đạo) CHỦ ĐỀ 3: CON LẮC ĐƠN A LÝ THUYẾT: Mô tả: Con lắc đơn gồm vật nặng treo vào sợi dây khơng giãn, vật nặng kích thước không đáng kể so với chiều dài sợi dây, s ợi dây kh ối lượng không đáng kể so với khối lượng vật nặng Chu kì, tần số tần số góc: T = 2π ;ω= ;f= Nhận xét: Chu kì lắc đơn + tỉ lệ thuận bậc l; tỉ lệ nghịch bậc g + phụ thuộc vào l g; không phụ thuộc biên độ A m + ứng dụng đo gia tốc rơi tự (gia tốc trọng trường g) Phương trình dao động: Điều kiện dao động điều hoà: Bỏ qua ma sát, lực cản α0 ứng với tụ ta xét tích điện dương i > ứng với dòng điện chạy đến tụ mà ta xét + Công thức độc lập với thời gian: II SÓNG ĐIỆN TỪ Điện từ trường: Mỗi biến thiên theo thời gian từ trường sinh khơng gian xung quanh ện trường xốy biến thiên theo thời gian, ngược lại bi ến thiên theo thời gian điện trường sinh từ trường bi ến thiên theo thời gian không gian xung quanh Điện trường biến thiên từ trường biến thiên tồn không gian Chúng chuyển hóa lẫn trường thống gọi điện từ trường Sóng điện từ - Thơng tin liên lạc vơ tuyến Sóng điện từ điện từ trường lan truyền không gian a) Đặc điểm sóng điện từ + Sóng điện từ lan truyền chân không với v ận t ốc b ằng v ận t ốc ánh sáng (c ≈ 3.108m/s) Sóng điện từ lan truyền điện môi Tốc độ lan truy ền c sóng ện t điện mơi nhỏ chân không phụ thuộc vào số điện mơi + Sóng điện từ sóng ngang Trong q trình lan truy ền ln ln vng góc với vng góc với phương truyền sóng Tại ểm dao động c ện tr ường t tr ường pha với + Khi sóng điện từ gặp mặt phân cách hai mơi trường b ị ph ản x khúc x ánh sáng Ngồi có tượng giao thoa, nhiễu xạ sóng ện từ + Sóng điện từ mang lượng Khi sóng điện từ truyền đến anten, làm cho electron tự anten dao động + Nguồn phát sóng điện từ đa dạng, tia lửa ện, c ầu dao đóng, ngắt m ạch ện, tr ời sấm sét b) Thơng tin liên lạc sóng vơ tuyến Sóng vơ tuyến sóng điện từ dùng vơ tuyến, có bước sóng từ vài m đ ến vài km Theo bước sóng, người ta chia sóng vơ tuyến thành loại: sóng cực ngắn, sóng ngắn, sóng trung sóng dài Tầng điện li lớp khí bị ion hóa mạnh ánh sáng Mặt Tr ời n ằm kho ảng độ cao từ 80 km đếm 800 km, có ảnh hưởng lớn đến truyền sóng vơ tuyến ện + Các phân tử khơng khí khí hấp thụ mạnh sóng dài, sóng trung sóng c ực ngắn hấp thụ vùng sóng ngắn Các sóng ngắn phản xạ tốt tầng điện li mặt đất + Sóng dài: có lượng nhỏ nên khơng truyền xa Ít bị n ước h ấp th ụ nên đ ược dùng thông tin liên lạc mặt đất nước + Sóng trung: Ban ngày sóng trung bị tần điện li hấp thụ mạnh nên không truy ền xa đ ược Ban đêm bị tần điện li phản xạ mạnh nên truyền xa đ ược Đ ược dùng thông tin liên l ạc vào ban đêm + Sóng ngắn: Có lượng lớn, bị tần điện li mặt đất phản xạ mạnh Vì t m ột đài phát mặt đất sóng ngắn truy ền t ới n m ặt đ ất Dùng thông tin liên lạc mặt đất + Sóng cực ngắn: Có lượng lớn không bị tần điện li phản xạ hay hấp th ụ Đ ược dùng thôn tin vũ trụ Nguyên tắc chung thông tin liên lạc sóng vơ tuyến điện: Biến điệu sóng mang: Biến âm (hoặc hình ảnh) muốn truyền thành dao động điện từ có tần số thấp gọi tín hiệu âm tần (hoặc tín hiệu thị tần) Trộn sóng: Dùng sóng điện từ tần số cao (cao tần) để mang (sóng mang) tín hiệu âm tần thị tần xa Muốn phải trộn sóng điện t âm t ần th ị t ần v ới sóng ện t cao t ần (biến điệu) Qua anten phát, sóng điện từ cao tần biến điệu truyền khơng gian Thu sóng: Dùng máy thu với anten thu để chọn thu lấy sóng điện từ cao tần muốn thu Tách sóng: Tách tín hiệu khỏi sóng cao tần (tách sóng) r ồi dùng loa đ ể nghe âm truyền tới dùng hình để xem hình ảnh Khuếch đại: Để tăng cường độ sóng truyền tăng cường độ c tín hi ệu thu đ ược người ta dùng mạch khuếch đại c) Sơ đồ khối máy phát vô tuyến thu vô tuyến đơn giản Ăng ten phát: khung dao động hở (các vòng dây cuộn L b ản t ụ C xa nhau), có cu ộn dây mắc xen gần cuộn dây máy phát Nhờ cảm ứng, x sóng ện t t ần s ố máy phát phát ngồi khơng gian Ăng ten thu: khung dao động hở, thu nhi ều sóng, có t ụ C thay đ ổi Nh s ự cộng hưởng với tần số sóng cần thu ta thu sóng điện từ có f = f0 d) Bước sóng điện từ thu phát: λ = cT = = 2πc Với: c = 3.108m/s vận tốc ánh sáng chân không Lưu ý: Mạch dao động có L biến đổi từ L min Lmax C biến đổi từ CMin CMax bước sóng λ sóng điện từ phát (hoặc thu) + λMin tương ứng với LMin CMin + λMax tương ứng với LMax CMax Chương VI: SÓNG ÁNH SÁNG CHỦ ĐỀ 1: TÁN SẮC ÁNH SÁNG + GIAO THOA ÁNH SÁNG A LÝ THUYẾT CẦN NHỚ: I TÁN SẮC ÁNH SÁNG: Thuyết song ánh sáng: - Ánh sáng có chất sóng điện từ - Mỗi ánh sáng sóng có tần số f xác định, tương ứng với màu xác định - Ánh sáng khả kiến có tần số nằm khoảng 3,947.1014 Hz (màu đỏ) đến 7,5.1014 Hz (màu tím) - Trong chân khơng ánh sáng truyền với vận tốc v = c =3.108 m/s Trong chân khơng, ánh sáng nhìn thấy có bước sóng: λtím ≈ 0,38 μm (tím) λđỏ ≈ 0,76 μm (đỏ) Trong môi trường khác chân khơng, vận tốc nhỏ nên bước sóng λ= v/f nhỏ n lần Với n = n gọi chiết suất môi trường Tán sắc ánh sáng: a) Tán sắc ánh sáng: phân tách chùm ánh sáng phức tạp thành chùm sáng đơn sắc đơn giản (Hay tượng ánh sáng trắng bị tách thành nhiều màu t đỏ đến tím khúc xạ mặt phân cách hai môi trường suốt) gọi tượng tán sắc ánh sáng Dãi sáng nhiều màu từ đỏ đến tím gọi quang phổ ánh sáng trắng, gồm mà u chính: đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím Nguyên nhân tượng tán sắc ánh sáng: (Giải thích) Nguyên nhân tượng tán sắc ánh sáng - Chiết suất chất suốt ánh sáng đ ơn sắc khác khác tăng lên từ đỏ đến tím Hay chiết suất mơi trường suốt biến thiên theo màu sắc ánh sáng tăng dần từ màu đỏ đến màu tím (nđỏ < ncam < nvàng < nlục < nlam < nchàm < ntím ) Cụ thể: Ứng dụng: Giải thích số tượng tự nhiên (cầu vồng … ) Ứng dụng máy quang ph ổ lăng kính để phân tích chùm sáng phức tạp thành chùm đơn sắc đơn giản Ánh sáng đơn sắc- Ánh sáng trắng: a) Ánh sáng đơn sắc: Ánh sáng đơn sắc ánh sáng có bước sóng (tần số) màu sắc xác đ ịnh, khơng bị tán sắc mà bị lệch qua lăng kính Một chùm ánh sáng đơn sắc truyền từ môi trường sang môi trường khác, tần số màu sắc khơng bị thay đổi - Bước sóng ánh sáng đơn sắc: + Trong chân không: (hoặc gần dung không khí): v = c = 3.108 m/s ⇒ λ0 =c/f + Trong mơi trường có chiết suất n: v < =c = 3.108 m/s ⇒ λ = v/f Do n > ⇒ λ < λ0 Một ánh sáng đơn sắc qua nhiều môi trường suốt: - Không đổi: Màu sắc, tần số, không tán sắc - Thay đổi: Vận tốc v = , bước sóng n = Nhiều ánh sáng đơn sắc qua môi trường: - Ánh sáng bước sóng lớn Lệch chiết suất nhỏ; nhanh ( Chân dài chạy nhanh) khả PXTP ít(dễ ngồi) Với n = A + - Bước sóng nhỏ Lệch nhiều chiết suất lớn, chậm ( Chân ngắn chạy chậm), khả PXTP cao b) Ánh sáng trắng: Ánh sáng trắng hỗn hợp nhiều ánh sáng đ ơn sắc khác có màu bi ến thiên liên tục từ đỏ đến tím Bước sóng ánh sáng trắng: 0,38 μm ≤ λ ≤ 0,76 μm II GIAO THOA ÁNH SÁNG: Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng: - Hiện tượng truyền sai lệch so với truyền thẳng ánh sáng gặp v ật c ản tượng nhiễu xạ ánh sáng - Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng gi ải thích th ừa nhận ánh sáng có tính chất sóng - Mỗi ánh sáng đơn sắc coi sóng có bước sóng tần số chân khơng hoàn toàn xác định gọi Hiện tượng giao thoa ánh sáng: Hiện tượng giao thoa ánh sáng : tượng hai sóng ánh sáng kết hợp gặp khơng gian, vùng hai sóng gặp xuất vạch sáng ( vân sáng ) xen kẻ vạch tối (vân tối ): gọi vân giao thoa a Vị trí vân sáng vân tối vùng giao thoa + Khoảng cách hai khe: a = S1S2 + Khoảng cách từ đến hai khe : D = OI (là đường trung trực S1S2) + Vị trí điểm M vùng giao thoa xác định b ởi : x = OM; d = S1M; d2 = Vùng giao S2M thoa + Hiệu đường đi: + Độ lệch pha hai sóng điểm: Nếu M vân sáng thì: Hai sóng từ S1 S2 truyền đến M hai sóng pha d2 - d1 = k.λ với k = 0, ± 1, ± 2,… Trong đó: + λ: bước sóng ánh sáng đơn sắc + k = (x = 0): vân sáng (vân sáng trung tâm) + k = ± 1: vân sáng bậc + k = ± 2: vân sáng bậc ………………… Nếu M vân tối thì: Hai sóng từ S1 S2 truyền đến M hai sóng ngược pha d2 - d1 = với k’ = 0, ± 1, ± 2,… Trong đó: + k ' = 0; -1: vân tối bậc + k' = 1; -2: vân tối bậc + k '= 2; -3: vân tối bậc …………………… 2- Khoảng vân i: khoảng cách hai vân sáng (hay hai vân tối) liên ti ếp n ằm c ạnh Kí hiệu: i i = x(k+1) - xk = (k +1) -k ⇒i= Chú ý: Bề rộng khoảng vân i phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng Số vân sáng vân tối phần nửa nửa vân sáng trung tâm hoàn toàn gi ống h ệt , đối xứng xen kẻ cách đặn CHỦ ĐỀ 2: QUANG PHỔ VÀ CÁC LOẠI TIA A LÝ THUYẾT: I MÁY QUANG PHỔ- CÁC LOẠI QUANG PHỔ: Máy quang phổ lăng kính: a Khái niệm: Là dụng cụ dùng để phân tích chùm ánh sáng phức tạp tạo thành thành phần đơn sắc b Cấu tao: Máy quang phổ gồm có phận chính: - Ống chuẩn trực: gồm thấu kính hội tụ L1 khe hẹp S tiêu điện thấu kính để tạo chùm tia song song - Hệ tán sắc (gồm hệ lăng kính): có nhiệm vụ làm tán sắc ánh sáng - Buồng tối: gồm gồm thấu kính hội tụ L kính ảnh phim ảnh nằm tiêu di ện thấu kính để thu ảnh quang phổ Các loại quang phổ: a Quang phổ phát xạ: Quang phổ phát xạ chất quang phổ ánh sáng ch ất phát đ ược nung nóng đến nhiệt độ cao Quang phổ phát xạ chia làm hai loại quang phổ liên tục quang phổ vạch Quang phổ liên tục: Định nghĩa: Quang phổ liên tục mộ dãi màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím Nguồn gốc phát sinh (Nguồn phát) Quang phổ liên tục chất r ắn, ch ất l ỏng ho ặc ch ất khí có áp suất lớn, phát bị nung nóng Đặc điểm: - Quang phổ liên tục gồm dãy có màu thay đổi cách liên tục - Quang phổ liên tục không phụ thuộc thành phần cấu tạo nguồn sáng phụ thuộc nhi ệt độ Ứng dụng: dùng để đo nhiệt độ vật có nhiệt độ cao thiên thể xa Quang phổ vạch: Định nghĩa: Quang phổ vạch phát xạ hệ thống vạch màu riêng l ẻ, ngăn cách khoảng tối Nguồn phát: Quang phổ vạch phát xạ chất áp suất thấp phát ra, b ị kích thích b ằng nhiệt hay điện Đặc điểm: - Quang phổ vạch nguyên tố khác khác v ề s ố l ượng v ạch, v ề v ị trí (hay bước sóng) độ sáng tỉ đối vạch - Quang phổ vạch nguyên tố hóa học đặc trưng cho ngun tố Ứng dụng: dùng để xác định thành phần cấu tạo nguồn sáng b QUANG PHỔ HẤP THỤ Định nghĩa: Quang phổ vạch hấp thụ vạch hay đám vạch t ối nằm n ền c m ột quang phổ liên tục Nguồn phát: Quang phổ vạch hấp thụ chất nung nóng áp suất thấp đặt đ ường c nguồn phát quang phổ liên tục phát Đặc điểm: - Quang phổ hấp thụ chất khí chứa vạch hấp thụ đặc trưng cho chất khí - Điều kiện để thu quang phổ vạch hấp thụ nhiệt độ c chất ph ải nh ỏ h ơn nhi ệt đ ộ nguồn phát quang phổ liên tục Ứng dụng: dùng để xác định thành phần cấu tạo nguồn sáng Chú ý: Chất rắn, chất lỏng, chất khí cho quang phổ hấp thụ Quang ph ổ h ấp th ụ c chất khí chứa vạch hấp thụ, quang phổ c ch ất l ỏng, ch ất r ắn ch ứa đám v ạch (đám vạch gồm nhiều vạch hấp thụ nối tiếp với cách liên tục) I TIA HỒNG NGOẠI VÀ TIA TỬ NGOẠI Phát tia hồng ngoại tử ngoại: - Ở ngồi quang phổ nhìn thấy được, đầu đỏ tím, cịn có nh ững b ức x mà m khơng nhìn thấy, phát nhờ mối hàn cặp nhiệt điện bột huỳnh quang - Bức xạ khơng trơng thấy ngồi vùng màu đỏ gọi xạ (hay tia) hồng ngoại - Bức xạ không nhìn thấy ngồi vùng tím gọi xạ (hay tia) tử ngoại Bản chất tính chất: Bản chất: - Tia hồng ngoại tia tử ngoại có chất với ánh sáng (sóng điện từ) Tính chất - Tuân theo định luật truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ, gây giao thoa, nhi ễu x - Miền hồng ngoại trải từ bước sóng 760nm đến khoảng vài milimét, cịn mi ền t ngo ại tr ải t bước sóng 380nm đến vài nanơmét TIA HỒNG NGOẠI a Cách tạo ra: - Mọi vật có nhiệt độ cao 0K phát tia hồng ngoại - Để phân biệt tia hồng ngoại vật phát vật ph ải có nhi ệt đ ộ cao h ơn nhi ệt đ ộ môi trường Nguồn phát: Nguồn hồng ngoại thơng dụng bóng đèn dây tóc, bếp ga, b ếp than, ốt h ồng ngo ại, Mặt trời… b Tính chất Ứng dụng: - Tác dụng nỗi bật tác dụng nhiệt sưởi ấm; sấy khô, dùng bệnh viện - Tia hồng ngoại có khả gây số phản ứng hóa học, làm đen kính ảnh ứng dụng vào việc chế tạo phim ảnh hồng ngoại để chụp ảnh ban đêm, thiên thể … - Tia hồng ngoại biến điệu sóng điện từ cao tần điều khiển từ xa(Remote) - Ngoài tia hồng ngoại ứng dụng trong quân sự: ống nhòm h ồng ngo ại, camera hồng ngoại để quan sát quay phim ban đêm, tên l ửa t ự đ ộng tìm m ục tiêu phát tia hồng ngoại TIA TỬ NGOẠI a Nguồn phát: Vật có nhiệt độ cao 20000C phát tia tử ngoại Mặt trời, hồ quang điện… b Tính chất Ứng dụng: - Tác dụng lên phim ảnh - Kích thích phát quang nhiều chất tìm vết nứt bề mặt sản phẩm kim looại, đèn huỳnh quang - Kích thích nhiều phản ứng hóa học biến đổi O2 thành O3 ; tổng hợp vitamin D … - Làm ion hóa khơng khí nhiều chất khí khác - Gây tương quang điện - Tác dụng sinh học diệt tế bào, vi khuẩn tiệt trùng thực phẩm, dụng cụ y tế; chữa bệnh còi xương - Bị nước, thủy tinh hấp thụ mạnh truyền qua thạch anh Sự hấp thụ tia tử ngoại - Thủy tinh hấp thụ mạnh tia tử ngoại; - Tần ôzôn hấp thụ hầu hết tia có bước sóng 300nm II TIA X (TIA RƠN-GHEN Nguồn phát: Mỗi chùm electron có lượng lớn, đập vào vật rắn (kim loại có ngun tử lượng lớn) vật phát tia X Cách tạo tia X: Ống Culítgiơ: Ống thủy tinh chân khơng, dây nung, anốt, catốt - Dây nung FF’: nguồn phát electron - Catốt K : Kim loại có hình chỏm cầu - Anốt A: Kim loại có nguyên tử lượng lớn, chịu nhiệt cao Hiệu điện UAK cỡ vài chục kilơvơn BẢN CHẤT VÀ TÍNH CHẤT CỦA TIA X a Bản chất: Tia X có chất sóng điện từ, có bước sóng λ = 10-8 m 10-11 m b Tính chấtỨng dụng: - Tác dụng bật Tia X tính đâm xuyên : Xuyên qua nhơm vài cm, khơng qua chì vài mm tìm khuyết tật vật đúc; kiểm tra hành lí, nghiên cứu cấu trúc vật rắn - Tia X làm đen kính ảnh Chuẩn đốn chữa số bệnh y học hình ảnh(chụp X quang) - Tia X làm phát quang số chất chất dùng làm quan sát chiếu điện - Tia X làm ion hóa khơng khí (rất yếu); gây tượng quang điện Tia X tác dụng sinh lí, hủy diệt tế bào Chữa ung thư ngồi da III THANG SĨNG ĐIỆN TỪ Sóng vơ tuyến, tia hồng ngoại, ánh sáng nhìn th ấy, tia tử ngoại, tia X tia gamma có chất sóng điện từ, khác tần số (hay bước sóng) nên chúng có m ột s ố s ự khác tính chất tác dụng Miền Sóng vơ tuyến Tia Ánh sáng Tia Tia X Tia Gamma SĐT hồng ngoại nhìn thấy tử ngoại - 11 λ (m) 3.104 ÷ 10-4 10- ÷ 7,6.10-7 7,6.10- ÷ 3,8.10-7 3,8.10-7 ÷ 10-9 10-8 ÷ 10- 11 Dưới 10 CHƯƠNG VI LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG CHỦ ĐỀ 1: HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN THUYẾT LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG – HIỆN TƯỢNG QUANG DẪN – HIỆN TƯỢNG PHÁT QUANG A LÝ THUYẾT I HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN(NGOÀI) Khái niệm: Hiện tượng chiếu ánh sáng làm bật electron khỏi bề mặt kim loại gọi tượng quang điện (ngoài) Định luật giới hạn quang điện: Đối với kim loại, ánh sáng kích thích phải có bước sóng λ ngắn giới hạn quang điệnλ0 kim loại gây tượng quang điện.(λ ≤ λ0 ) Thuyết lượng tử: a) Giả thuyết Plăng: Lượng lượng mà lần nguyên tử (phân tử) hấp thụ hay phát xạ có giá trị hồn tồn xác định hf, f tần số ánh sáng bị hấp thụ hay phát ra, h số b) Lượng tử lượng: ε= hf = Với h = 6,625.10-34 (J.s): gọi số Plăng c) Thuyết lượng tử ánh sáng - Chùm ánh sáng chùm hạt, hạt gọi phôtôn (l ượng t l ượng) Năng lượng lượng tử ánh sáng (hạt phôtôn) ε = hf = Trong đó: h = 6,625.10-34 Js số Plăng c = 3.10 8m/s vận tốc ánh sáng chân không.; f, λ tần số, bước sóng ánh sáng (của xạ); m khối lượng c photon ε phụ thuộc vào tần số ánh sáng, mà không phụ thuộc khoảng cách từ tới nguổn - Với ánh sáng đơn sắc, phôntôn giống nhau, phôtôn mang l ượng ε = hf - Trong chân không, phôtôn bay dọc theo tia sáng với tốc độ c = 3.108 (m/s) - Cường độ chùm sáng tỉ lệ với số photon nguồn phát đơn vị thời gian - Khi nguyên tử, phân tử hay electron phát xạ hay hấp th ụ ánh sáng, có nghĩa chúng phát xạ hay hấp thụ phôtôn Chú ý: + Chùm sáng dù yếu chứa nhiều phơtơn, nên ta nhìn chùm sáng liên tục + Các phôton tồn trạng thái chuyển động, khơng có photon đứng yên Giải thích định luật giới hạn quang điện: Theo Einstein, phôton bị hấp thụ truy ền toàn l ượng cho m ột êlectron Năng l ượng ε dùng để: - cung cấp cho êlectron cơng A để thắng đ ược l ực liên k ết v ới m ạng tinh th ể thóat khỏi bề mặt kim loại - Truyền cho động ban đầu Wđ0max - Truyền phần lượng cho mạng tinh thể Đối với êlectron n ằm b ề m ặt kim loại động có giá trị cực đại khơng phần lượng cho mạng tinh thể Theo định luật bảo toàn lượng, ta có: ε = hf = At + Wđ0max hay = A t + m e v II HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN TRONG Chất quang dẫn: hất dẫn điện không bị chiếu sáng tr thành dẫn ện t ốt b ị chiếu ánh sáng thích hợp Hiện tượng quang điện trong: Hiện tượng ánh sáng giải phóng electron liên k ết để chúng trở thành electron dẫn đồng thời tạo lỗ trống tham gia vào trình d ẫn ện, g ọi tượng quang điện Chú ý: Năng lượng cần thiết cung cấp để xảy quang điện nhỏ quang điện Quang điện trở: - Là điện trở làm chất quang dẫn - Cấu tạo: Gồm sợi dây chất quang dẫn gắn đế cách điện - Điện trở quang điện trở thay đổi từ vào M khơng chiếu sáng xuống vài chục ôm chiếu sáng Pin quang điện: Pin quang điện nguồn điện quang đ ược bi ến đ ổi tr ực ti ếp thành ện Ho ạt động pin dựa tượng quang điện số chất bán dẫn (đồng ôxit, sêlen, silic, ) Suất điện động pin thường có giá trị từ 0,5 V đến 0,8 V Pin quang điện (pin mặt trời) trở thành nguồn cung c ấp ện cho vùng sâu vùng xa, vệ tinh nhân tạo, tàu vũ trụ, máy đo ánh sáng, máy tính bỏ túi … So sánh tượng quang điện quang điện trong: Quang điện Quang điện Quang dẫn Mẫu nghiên cứu Kim loại Chất bán dẫn Định nghĩa - Các electron bật khỏi bề mặt kim Xuất electron dẫn lỗ trống loại chuyển động lòng khối bán dẫn (Quang dẫn) Đặc điểm - Tất KL kiềm số KL kiềm - Tất bán dẫn có λ0 nằm thổ có λ0 thuộc ánh sáng nhìn thấy, cịn vùng hồng ngoại lại nằm tử ngoại Ứng dụng - Tế bào quang điện ứng dụng Quang điện trở: Là linh kiện mà thiết bị tự động hóa máy đếm chiếu ánh sáng điện trở giảm đột ngột xung ánh sáng từ vài nghìn Ơm xuống cịn vài Ơm Pin quang điện: Là nguồn điện chuyển hóa quang thành điện (QĐ tạo hạt dẫn, nhờ khuếch tán nên tạo lớp điện tích tạo thành nguồn điện) III HIỆN TƯỢNG QUANG – PHÁT QUANG I Hiện tượng quang–Phát quang Sự phát quang - Có số chất hấp thụ lượng dạng đó, có kh ả phát b ức x điện từ miền ánh sáng nhìn thấy hấp thụ ánh sáng có bước sóng để phát ánh sáng có bước sóng khác Các tượng gọi phát quang - Tính chất quan trọng phát quang cịn kéo dài th ời gian sau t ánh sáng Huỳnh quang lân quang- So sánh tượng huỳnh quang lân quang: So sánh Hiện tượng huỳnh quang Hiện tượng lân quang Vật liệu phát quang Chất khí chất lỏng Chất rắn Rất ngắn, tắt nhanh sau tắt as Kéo dài khoảng thời gian sau Thời gian phát quang kích thích tắt as kích thích (vài phần ngàn giây đến vài giờ, tùy chất) As huỳnh quang ln có bước sóng dài Biển báo giao thơng, đèn ống Đặc điểm - Ứng as kích thích (năng lượng nhỏ dụng hơn- tần số ngắn hơn) Định luật Xtốc phát quang (Đặc điểm ánh sáng huỳnh quang) Ánh sáng phát quang có bước sóng λhq dài bước sóng ánh sáng kích thích λkt: Εhq < εkt h.jhq < h.fkt λhq > λkt Ứng dụng tượng phát quang Sử dụng đèn ống để thắp sáng, hình c dao đ ộng kí ện t ử, tivi, máy tính Sử dụng sơn phát quang quét biển báo giao thông CHỦ ĐỀ 2: MẪU NGUYÊN TỬ BO- TIA LA ZE A LÝ THUYẾT I MẪU NGUYÊN TỬ BO Mơ hình hành tinh ngun tử: Rutherford đề xướng mẫu hành tinh nguyên tử a) Mẫu hành tinh nguyên tử Rutherford: Hạt nhân tâm nguyên tử, mang điện dương electron chuyển động quanh hạt nhân theo quỹ đạo tròn elip (giống hành tinh chuyển động quanh Mặt Tr ời ) Lượng tử số n Bán kính: rn = n r0 r0 4r0 9r0 16r0 25r0 36r0 Năng lượng trạng thái dừng Hidro: En = (eV) Khối lượng nguyên tử tập trung hạt nhân - - - - Qhạt nhân= b) Thiếu sót: Khi xạ phát quang phổ liên tục Tính bền vững ngun tử (Vì khơng rơi vào hạt nhân) c) Khắc phục: Mẫu ngun tử Bo gồm: mơ hình hành tinh nguyên tử hai tiên đề Bo Các tiên đề Bohr cấu tạo nguyên tử a) Tiên đề trạng thái dừng: Nguyên tử tồn số trạng thái có l ượng xác đ ịnh, g ọi tr ạng thái d ừng 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 hoàn toàn xác định gọi quỹ đạo dừng Đối với ngun tử hyđrơ, bán kính quỹ đạo dừng tăng tỷ lệ thuận với bình phương số nguyên liên tiếp Cơng thức tính quỹ đạo dừng electron nguyên tử hyđrô: Rn = n2.r0 với r0 = 0,53 = 5.3.10-11 m gọi bán kính Bo (lúc e quỹ đạo K) n =1,2,3… Chú ý: - Năng lượng trạng thái dừng Hidro: En = (eV) b) Tiên đề xạ hấp thụ lượng nguyên tử Khi ngun phát phơton chuyển từ trạng thái dừng có mức lượng cao ( En ) trạng thái dừng có mức lượng thấp ( Em )thì phát phơtơn có lượng hiệu En - Em : Ngược lại, nguyên tử trạng thái dừng có l ượng mà hấp th ụ đ ược m ột phơtơn có lượng hiệu En - Em chuyển lên trạng thái dừng có lượng cao En ⇒ Sự chuyển từ trạng thái dừng Em sang trạng thái dừng En ứng với nhảy electron từ quỹ đạo dừng có bán kính r m sang quỹ đạo dừng có bán kính rn ngược lại Năng lượng phôton bị nguyên tử phát (hay hấp thụ ) có giá trị ε = hfnm = Quang phổ phát xạ hấp thụ Hidro: - Khi electron chuyển từ mức lượng cao xuống mức l ượng thấp phát m ột phơtơn có lượng: hf = Ecao - Ethấp c - Mỗi phơtơn có tần số f ứng với sóng ánh sáng có bước sóng λ = c/f ứng với vạch quang phổ phát xạ (có màu hay vị trí định) Điều lí giải quang phổ phát xạ hiđrơ quang phổ vạch - Ngược lại, nguyên tử hidrô mức lượng thấp mà nằm vùng ánh sáng tr ắng hấp thụ phơtơn để chuyển lên mức lượng cao làm n ền quang ph ổ liên t ục xu ất hi ện vạch tối (Quang phổ hấp thụ nguyên tử hidrô quang phổ vạch) Kết luận: - Quang phổ Hidro quang phổ vạch (hấp thụ phát xạ) Trong quang ph ổ c Hidro có vạch nằm vùng ánh sáng nhìn thấy: đỏ lam chàm tím - Nếu chất hấp thụ ánh sáng có bước sóng (hay có t ần s ố nào) phát bước sóng (hay tần số ấy) CHƯƠNG VII: HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ - SỰ PHÓNG XẠ CHỦ ĐỀ 1: CẤU TẠO HẠT NHÂN- NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT – PHẢN ỨNG HẠT NHÂN A LÝ THUYẾT I CẤU TẠO CỦA HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ Cấu tạo hạt nhân nguyên tử: Hạt nhân nguyên tử cấu tạo từ hạt nuclơn Có loại nuclơn : Prơtơn, kí hiệu p, mang điện tích dương +1,6.10-19C; mp = 1,672.10-27kg nơ tron, kí hiệu n , khơng mang điện tích; mn = 1,674.10-27kg Nếu nguyên tố X có số thứ tự Z bảng tuần hồn Menđêlêép hạt nhân chứa Z proton N nơtron Kí hiệu : X Với : Z gọi nguyên tử số A = Z + N gọi số khối hay số nuclon Kích thước hạt nhân: hạt nhân nguyên tử xem hình cầu có bán kính phụ thuộc vào số khối A theo cơng thức: R = R0 đó: R0 = 1,2.10-15m Đồng vị: nguyên tử mà hạt nhân chúng có số prơtơn Z, số khối A khác Ví dụ: Hidrơ có ba đồng vị H; H ( D); H ( T) + đồng vị bền: thiên nhiên có khoảng 300 đồng vị loại + đồng vị phóng xạ (khơng bền): có khoảng vài nghìn đồng vị phóng xạ tự nhiên nhân tạo Đơn vị khối lượng nguyên tử: kí hiệu u; 1u = 1,66055.10 -27kg Khối lượng nuclơn xấp xỉ 1u 1(u)= Người ta cịn dùng ( = 1,66055.10-27 (kg) ) làm đơn vị đo khối lượng Ta có 1(u)= 931,5( )= 1,66055.10-27 (kg) Một số hạt thường gặp Tên gọi Prơtơn Kí hiệu p Công thức Chi Hy-đrô nhẹ Đơteri D Hy-đrô nặng Tri ti T Hy-đrô siêu nặng Anpha α Hạt nhân Hê li Bêta trừ β- Electron Bêta cộng β+ Nơtrôn n Poozitrôn(Phản hạt electron) Không mang điện Nơtrinô v Không mang điện; m0 =0; v=c Lực hạt nhân: Lực hạt nhân lực hút mạnh nuclôn hạt nhân Đặc điểm lực hạt nhân : - tác dụng khoảng cách nuclơn ≤ 10-15(m) - khơng có chất với lực hấp dẫn lực tương tác tĩnh điện; lực tương tác mạnh II NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT CỦA HẠT NHÂN : Khối lượng lượng: Hệ thức lượng Anh-xtanh: E = m.c2 Với c = 3.108 m/s vận tốc ás chân khơng Theo Anhxtanh, vật có khối lượng m0 trạng thái nghỉ chuyển động với tốc độ v, khối lượng tăng lên thành m với m= Trong m0 gọi khối lượng nghỉ m gọi khối lượng động Một hạt có khối lượng nghỉ m0 (năng lượng nghỉ tương ứng E0 = m0.c2 ) chuyển động với vận tốc v có động K = ⇒ lượng toàn phần E = mc2 xác đinh theo công thức: (1) với v ≤c E=E0+K hay K = E-E0 = (m-m0)c2 = Khối lượng hạt nhân đo đơn vị: 1(u) = 931,5( ; 1u = 931,5 ) = 1,66055.10-27(kg) Độ hụt khối hạt nhân : Khối lượng hạt nhân mhn nhỏ tổng khối lượng nuclơn m0 tạo thành hạt nhân lượng Δm Khối lượng hạt Khối lượng Z Khối lượng N=(A-Z) Tổng khối lượng nuclon nhân X proton notron mX Z.mp (A-Z).mn m0 = Z.mp +(A-Z).mn n Độ hụt khối Δm= m0 - mX = (2) Năng lượng liên kết hạt nhân ( ): Năng lượng liên kết hạt nhân lượng tỏa t h ợp nuclôn riêng l ẻ thành m ột h ạt nhân (hay lượng thu vào để phá vỡ hạt nhân thành nuclon riêng rẽ) (3) Wlk =Δm.c2= c2 Năng lượng liên kết riêng : lượng liên kết tính bình qn cho nuclơn có h ạt nhân (không 8,8MeV/nuclôn) (4) Năng lượng liên kết riêng lớn hạt nhân bền vững Các hạt có số khối trung bình từ 50 đến 95 III PHẢN ỨNG HẠT NHÂN: Định nghĩa: Phản ứng hạt nhân trình biến đổi hạt nhân, thường chia làm loại: + Phản ứng hạt nhân tự phát (ví dụ: phóng xạ ) + Phản ứng hạt nhân kích thích (ví dụ: phản ứng phân hạch, phản ứng nhiệt hạch ) Các định luật bảo toàn phản ứng hạt nhân: + Bảo tồn điện tích + Bảo toàn số nuclon (bảotoàn số A ) + Bảo toàn lượng toàn phần + Bảo toàn động lượng Lưu ý: phản ứng hạt nhân bảo tồn khối lượng, bảo tồn động năng, bảo toàn số nơtron Năng lượng phản ứng hạt nhân Gọi: + M0 = mA + mB tổng khối lượng nghỉ hạt nhân trước phản ứng + M = mC + mD tổng khối lượng nghỉ hạt nhân sau phản ứng + tổng độ hụt khối hạt trước phản ứng + độ hụt khối hạt sau phản ứng - Ta có lượng phản ứng xác định: Wpư = ΔE=(M0-M).c2 = = = + M0 > M WPƯ =ΔE > 0: phản ứng toả nhiệt + M0 < M WP.Ư =ΔE < 0: phản ứng thu nhiệt CHÚ Ý: ▪ Phóng xạ ; phản ứng phân hạch; phản ứng nhiệt hạch phản ứng tỏa lượng ▪ Nhiệt tỏa thu vào dạng động hạt A,B C, D ▪ Chỉ cần tính kết ngoặc nhân với 931MeV ▪ Phản ứng tỏa nhiệt Tổng khối lượng hạt tương tác > Tổng khối lượng hạt tạo thành CHỦ ĐỀ 2: SỰ PHÓNG XẠ + PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH + PHẢN ỨNG NHIỆT HẠCH A LÝ THUYẾT: I SỰ PHÓNG XẠ: Khái niệm: loại phản ứng hạt nhân tự phát hi ện t ượng h ạt nhân không bền vững tự phát phân rã, phóng x gọi tia phóng x bi ến đổi thành hạt nhân khác Q trình phân rã phóng xạ q trình d ẫn đến biến đổi hạt nhân CHÚ Ý: + Tia phóng xạ khơng nhìn thấy có tác dụng lý hố ion hố mơi trường, làm đen kính ảnh, gây phản ứng hố học + Phóng xạ phản ứng hạt nhân tỏa lượng + Quy ước gọi hạt nhân tự phân hủy gọi hạt nhân mẹ, hạt nhân đ ược t ạo thành sau phân hủy gọi hạt nhân + Hiện tượng phóng xạ hoàn toàn nguyên nhân bên h ạt nhân gây ra.không phụ thuộc vào yếu tố lý hố bên ngồi (ngun t phóng x n ằm h ợp ch ất khác có nhiệt độ, áp suất khác xảy phóng xạ loại) Phương trình phóng xạ: Trong đó: + X hạt nhân mẹ; Các loại phóng xạ: Tên gọi Bản chất Y hạt nhân con; Z tia phóng xạ Phóng xạ Alpha (α) Là dịng hạt nhân Hêli ( He) Phóng Bêta: có loại βvà β+ β : dòng electron( e) - β+: dòng pơzitron( e) β-: Phương trình Tốc độ Khả Ion hóa Rút gọn: Ví dụ: Vd: Rút gọn β+ : v ≈ 2.107 m/s Mạnh Phóng Gamma (γ) Là sóng điện từ có λ ngắn (λ≤10-11m), dịng phơtơn có lượng cao Sau phóng xạ α β xảy q trình chuyển từ trạng thái kích thích trạng thái phát phơ tơn Ví dụ: v ≈ 3.108 m/s v= c = 3.108 m/s Yếu tia α β + Đâm xuyên mạnh + Đi vài cm + Smax = vài m khơng khí tia α β Có thể xun khơng khí (Smax = 8cm); Khả đâm xuyên + Xuyên qua kim loại dày vài qua vài m bê-tông vài μm vật rắn (Smax mm vài cm chì = 1mm) Trong điện trường Lệch Mạnh yếu tia α Lệch nhiều tia alpha Cịn có tồn hai loại hạt Chú ý Trong chuổi phóng xạ αthường kèm theo phóng xạ β không tồn nơtrinô đồng thời hai loại β nơtrinô phản Không bị lệch Không làm thay đổi hạt nhân Định luật phóng xạ: a) Đặc tính q trình phóng xạ: - Có chất trình biến đổi hạt nhân - Có tính tự phát khơng điều khiển được, khơng chịu tác động c bên - Là q trình ngẫu nhiên, thời điểm phân hủy khơng xác định b) Định luật phóng xạ: Chu kì bán rã: khoảng thờ i gian đ ẻ 1/2 s ố hạt nhân nguyên tử biến đổi thành hạt nhân khác T = λ: Hằng số phóng xạ (s-1) Định luật phóng xạ: Số hạt nha n (khói lượ ng) phóng xạ giảm theo qui luật hàm số mũ Từ định luật phóng xạ,ta suy hệ thức tương ứng sau : Gọi No, mo số nguyên tử khối lượng ban đầu chất phóng xạ; N, m số nguyên tử khối lượng chất thời điểm t, ta có: Số hạt (N) Khối lượng (m) Trong trình phân rã, số hạt nhân phóng Trong q trình phân rã, khối lượng hạt xạ giảm theo thời gian tuân theo định luật hàmnhân phóng xạ giảm theo thời gian tuân số mũ theo định luật hàm số mũ N = m= N0: số hạt nhân phóng xạ thời điểm ban m0: khối lượng phóng xạ thời điểm ban đầu đầu N(t): số hạt nhân phóng xạ cịn lại sau thời m(t): khối lượng phóng xạ cịn lại sau thời gian t gian t Trong đó: gọi số phóng xạ đặc trưng cho loại chất phóng xạ Phóng xạ nhân tạo (ỨNG DỤNG):người ta thường dùng hạt nhỏ (thường nơtron) bắn vào hạt nhân để tạo hạt nhân phóng xạ nguyên tố bình thường Sơ đồ phản ứng thơng thường là đồng vị phóng xạ trộn vào với tỉ lệ định phát tia phóng xạ, dùng làm nguyên tử đánh dấu,giúp người khảo sát s ự v ận chuy ển, phân b ố, tồn nguyên tử X Phương pháp nguyên tử đánh dấu dùng nhiều y học, sinh học, dùng để định tuổi thực vật chết , nên người ta th ường nói đồng hồ trái đất II PHẢN ỨNG NHIỆT HẠCH Cơ chế phản ứng nhiệt hạch : a) Phản ứng nhiệt hạch phản ứng hay nhiều hạt nhân nhẹ tổng hợp lại thành hạt nhân nặng b) Điều kiện thực hiện: để có phản ứng nhiệt hạch xảy ra: ▪ Nhiệt độ cao khoảng 50 triệu độ đến100 triệu độ ▪ Mật độ hạt nhân (n) plasma phải đủ lớn ▪ Thời gian trì trạng thái plasma nhiệt độ cao 100 triệu độ Năng lượng nhiệt hạch: + Phản ứng nhiệt hạch phản ứng toả lượng + Người ta quan tâm đến phản ứng : ; + Tính theo phản ứng phản ứng nhiệt hạch toả l ượng ph ản ứ ng pha n hạch, tính theo khối lượng nhiên liệu phản ứng nhi ệt hạch toả l ượng nhi ều h ơn phản ứng phân hạch + Năng lượng nhiệt hạch nguồn gốc lượng hầu hết Năng lượng nhiệt hạch Trái Đất : + Người ta tạo phản ứng nhiệt hạch Trái Đất thử bom H nghiên cứu tạo phản ứng nhiệt hạch có điều khiển không gây ô nhiễm (sạch ) + Năng lượng nhiệt hạch Trái Đất có ưu điểm: khơng gây ô nhiễm (sạch) nguyên liệu dồi nguồn lượng kỷ 21 ... Cơ lắc bảo toàn bỏ qua ma sát - Động vật đạt cực đại vật qua VTCB cực tiểu vị trí biên - Thế vật đạt cực đại vị trí biên cực tiểu vật qua VTCB Lực đàn hồi vật vị trí có li độ x a Tổng quát Fđh(x)... trí cân (xmin = ), gia tốc amin = ▪ Khi vật chuyển động từ VTCB biên vật chuyển động ch ậm d ần ⇒v.a < hay a v trái dấu ▪ Khi vật chuyển động từ biên VTCB vật chuyển đ ộng nhanh d ần ⇒v.a > hay... A LÝ THUYẾT: Mô tả: Con lắc đơn gồm vật nặng treo vào sợi dây khơng giãn, vật nặng kích thước khơng đáng kể so với chiều dài sợi dây, s ợi dây kh ối lượng không đáng kể so với khối lượng vật nặng