CH¦¥NG I DAO §éNG C¥ NguyÔn Quang §«ng §H Th¸i Nguyªn Mobile 0974974888 1 Sæ tay vËt lý 12 dµnh cho häc sinh «n thi tèt nghiÖp THPT vµ luyÖn thi ®¹i häc NguyÔn Quang §«ng §H Th¸i Nguyªn Mobile 0974974[.]
Nguyễn Quang Đông ĐH Thái Nguyên Mobile: 0974974888 Sổ tay vật lý 12 dành cho học sinh ôn thi tốt nghiệp THPT luyện thi đại học Nguyễn Quang Đông ĐH Thái Nguyên Mobile: 0974974888 Mục lục Trang Cấu trúc đề thi TNTHPT TSĐH 2010 Hớng dẫn chuẩn bị thi thi trắc nghiệm môn vật lý CHƯƠNG I: dao động CHƯƠNG II: sóng học sóng âm 17 CHƯƠNG III: dòng điện xoay chiều 21 CHƯƠNG IV: dao động sóng điện từ 28 CHƯƠNG V: sóng ánh sáng 31 CHƯƠNG VI: lợng tử ánh sáng 35 CHƯƠNG VII: vật lý hạt nhân 39 CHƯƠNG VIII: từ vi mô đến vĩ mô 44 Mong nhận đợc ý kiến đóng góp để tài liệu đợc hoàn chỉnh Email: nguyenquangdongtn@gmail.com Mobile: 0974974888 Nguyễn Quang Đông ĐH Thái Nguyên Mobile: 0974974888 Ch CẤU TRÚC ĐỀ THI TS ĐH, CĐ I PHẦN CHUNG CHO TẤT CẢ THÍ SINH [40 câu] Dao động Sóng Dịng điện xoay chiều Nội dung kiến thức Số câu • Dao động điều hồ • Con lắc lị xo • Con lắc đơn • Năng lượng lắc lị xo lắc đơn • Dao động tắt dần, dao động trì, dao động cưỡng • Hiện tượng cộng hưởng • Tổng hợp hai dao động điều hoà phương, tần số Phương pháp giản đồ Fre-nen • Thực hành: Chu kì dao động lắc đơn • • • • Đại cương sóng, truyền sóng Sóng âm Giao thoa sóng Phản xạ sóng Sóng dừng mơ đến Sóng ánh sáng • • • • • • • Dao động điện từ Mạch dao động LC Điện từ trường Sóng điện từ Truyền thơng (thơng tin liên lạc) sóng điện từ Tán sắc ánh sáng Nhiễu xạ ánh sáng Giao thoa ánh sáng Bước sóng màu sắc ánh sáng Các loại quang phổ Tia hồng ngoại, tia tử ngoại, tia X Thang sóng điện từ Thực hành: Xác định bước sóng ánh sáng • Các hạt sơ cấp • Hệ Mặt Trời Các thiên hà vĩ mô Tổng 40 II PHẦN RIÊNG [10 câu] Thí sinh làm hai phần (phần A B) A Theo chương trình Chuẩn [10 câu] Chủ đề Sóng sóng âm Dịng điện xoay chiều Dao động sóng điện từ Sóng ánh sáng Lượng tử ánh sáng Hạt nhân nguyên tử Từ vi mô đến vĩ mô Tổng 10 B Theo chương trình Nâng cao [10 câu] Chủ đề Động lực học vật rắn • Hiện tượng quang điện ngồi Định luật giới hạn quang điện • Thuyết lượng tử ánh sáng Lưỡng tính sóng hạt ánh sáng • Hiện tượng quang điện • Quang điện trở Pin quang điện Lượng • Hiện tượng quang phát quang tử • Sơ lược laze ánh • Mẫu nguyên tử Bo quang phổ vạch sáng nguyên tử hiđrô Số câu Dao động Dao • • • sóng • từ Từ vi • Đại cương dịng điện xoay chiều • Đoạn mạch điện xoay chiều có R, L, C R, C mắc nối tiếp Cộng hưởng điện • Cơng suất dịng điện xoay chiều Hệ số cơng suất • Máy biến áp.Truyền tải điện • Máy phát điện xoay chiều • Động khơng đồng ba pha • Thực hành: Khảo sát đoạn mạch RLC nối tiếp động Số câu • Cấu tạo hạt nhân nguyên tử Khối lượng hạt nhân Độ hụt khối Lực hạt nhân • Năng lượng liên kết, lượng liên kết riêng Hạt • Hệ thức khối lượng lượng nhân ngun • Phóng xạ • Phản ứng hạt nhân tử • Phản ứng phân hạch • Phản ứng nhiệt hạch MÔN VẬT LÝ NĂM 2010 Chủ đề Nội dung kiến thức Số câu Dao động Sóng Dao động sóng điện từ Dịng điện xoay chiều Sóng ánh sáng Lượng tử ánh sáng Sơ lược thuyết tương đối hẹp Hạt nhân nguyên tử Từ vi mô đến vĩ mô Tổng 10 Nguyễn Quang Đông ĐH Thái Nguyên Mobile: 0974974888 CẤU TRÚC ĐỀ THI TN THPT Chủ đề MÔN VẬT LÝ NĂM 2010 Hạt nhân nguyên I PHẦN CHUNG CHO TẤT CẢ THÍ SINH [32 câu] Chủ đề Dao động Sóng Dịng điện xoay chiều Dao động sóng điện từ Sóng Ánh sáng Nội dung kiến thức tử Số câu • Dao động điều hồ • Con lắc lị xo • Con lắc đơn • Năng lượng lắc lị xo lắc đơn • Dao động tắt dần, dao động trì, dao động cưỡng • Hiện tượng cộng hưởng • Tổng hợp hai dao động điều hoà phương, tần số Phương pháp giản đồ Fre-nen • Thực hành: Chu kì dao động lắc đơn • • • • Sóng Sự truyền sóng Phương trình sóng Sóng âm Giao thoa sóng Phản xạ sóng Sóng dừng • Cấu tạo hạt nhân nguyên tử Khối lượng h nhân Độ hụt khối Lực hạt nhân • Năng lượng liên kết, lượng liên kết riêng • Hệ thức khối lượng lượng • • • • Phóng xạ Phản ứng hạt nhân Phản ứng phân hạch Phản ứng nhiệt hạch Từ vi mơ đến • Các hạt sơ cấp • Hệ Mặt Trời Các thiên hà vĩ mô Tổng 32 II PHẦN RIÊNG [8 câu]: Thí sinh học chương trình làm phần dành riêng cho chương trình A Theo chương trình Chuẩn [8 câu] Chủ đề • Đại cương dịng điện xoay chiều • Đoạn mạch điện xoay chiều có R, L, C có R, L, C mắc nối tiếp Cộng hưởng điện • Cơng suất dịng điện xoay chiều Hệ số cơng suất • Máy biến áp Truyền tải điện • Máy phát điện xoay chiều • Động khơng đồng ba pha • Thực hành: Khảo sát đoạn mạch RLC nối tiếp • Dao động điện từ Mạch dao động LC • Điện từ trường • Sóng điện từ • Truyền thơng (thơng tin liên lạc) sóng điện từ Số câu Nội dung kiến thức Số câu Dao động Sóng sóng âm Dịng điện xoay chiều Dao động sóng điện từ Sóng ánh sáng Lượng tử ánh sáng Hạt nhân nguyên tử Từ vi mơ đến vĩ mơ Tổng • • • • • • • Tán sắc ánh sáng Nhiễu xạ ánh sáng Giao thoa ánh sáng Bước sóng màu sắc ánh sáng Các loại quang phổ Tia hồng ngoại, tia tử ngoại, tia X Thang sóng điện từ Thực hành: Xác định bước sóng ánh sáng B Theo chương trình Nâng cao [8 câu] Chủ đề Động lực học vật rắn Số câu Dao động Sóng Lượng tử ánh sáng • Hiện tượng quang điện ngồi Định luật giới hạn quang điện • Thuyết lượng tử ánh sáng Lưỡng tính sóng h ánh sáng • Hiện tượng quang điện • Quang điện trở Pin quang điện • Hiện tượng quang phát quang • Sơ lược laze • Mẫu nguyên tử Bo quang phổ vạch nguyên tử hiđrơ Dao động sóng điện từ Dịng điện xoay chiều Sóng ánh sáng Lượng tử ánh sáng Sơ lược thuyết tương đối hẹp Hạt nhân nguyên tử Từ vi mô đến vĩ mô Tổng Nguyễn Quang Đông ĐH Thái Nguyên Mobile: 0974974888 Hớng dẫn chuẩn bị thi thi trắc nghiệm môn vật lý I Chuẩn bị kiến thức quan trọng Có thể nói hình thức thi trắc nghiệm khách quan, phần chuẩn bị kiến thức quan trọng nhất, nói khâu định: Có kiến thức có tất cả, việc làm quen với hình thức trắc nghiệm đơn giản Học sinh nên dùng 99% thời gian cho chuẩn bị kiến thức cần 1% làm quen với hình thức thi trắc nghiệm Câu trắc nghiêm đợc sử dụng loại câu trắc nghiệm nhiều lựa chọn, loại câu trắc nghiêm gồm phần: Phần mở đầu (câu dẫn): Nêu nội dung vấn đề câu hỏi phải trả lời Phần thông tin: Nêu câu trả lời để giải vấn đề Trong phơng án này, có phơng án đúng, học sinh phải đợc phơng án Trong năm gần sử dụng loại câu trắc nghiệm cã lùa chän: A, B, C vµ D vµ có phơng án Các phơng án khác đợc đa vào có tác dụng gây nhiễu thí sinh Nội dung câu trắc nghiệm lý thuyết toán Đề thi gồm nhiều câu, rải khắp chơng trình Vật lý lớp 12, trọng tâm, cần học toàn nội dung chơng trình môn học (Theo hớng dẫn ôn tập Bộ giáo dục đào tạo), không đợc bỏ qua nội dung nào, tránh đoán tủ, học tủ Tuy nhiên học thuộc lòng toàn lý thuyết, thuộc câu chữ nh việc thi tự luận trớc Học để thi trắc nghiệm phải hiểu kĩ nội dung kiến thức bản, ghi nhớ định luật, định nghĩa, nguyên lý, công thức, tính chất, ứng dụng Phải nắm vững kĩ giải dạng tập sách giáo khoa sách tập Một số loại câu trắc nghiệm môn vật lý thờng gặp: a Câu lý thuyết yêu cầu nhận biết Đây câu trắc nghiệm yêu cầu thí sinh nhận công thức, định nghĩa, định luật, tính chất, ứng dụng đà học Ví dụ (Đề TSĐH 2009): Bớc sóng khoảng cách hai điểm A phơng truyền sóng mà dao động hai điểm ngợc pha B gần phơng truyền sóng mà dao động hai điểm pha C gần mà dao động hai điểm pha D phơng truyền sóng mà dao động hai điểm pha PP: Đối với câu trắc nghiệm loại này, sau đọc xong phần dẫn thí sinh cần đọc tất phơng án phần lựa chọn để nhận phơng án Từ ví dụ cho thấy để chuẩn bị thi trắc nghiệm phải học thuộc nhớ kiến thức đơn hiểu đủ nh số ngời lầm tởng b Câu lý thuyết yêu cầu phải hiểu vận dụng đợc kiến thức vào tình mới: Đây câu trắc nghiệm đòi hỏi thí sinh không nhớ kiến thức mà phải hiểu vận dụng đợc kiến thức vào tình cụ thể Ví dụ (Đề TSĐH 2009): Một mạch dao động điện từ LC lí tởng gồm cuộn cảm độ tự cảm L tụ điện có điện dung thay đổi đợc từ C1 đến C2 Mạch dao động có chu kì dao động riêng thay đổi đợc A tõ 4π LC1 ®Õn 4π LC2 B tõ 2π LC1 ®Õn 2π LC2 C tõ LC1 ®Õn LC2 D tõ LC1 ®Õn LC2 Khi tìm lời giải, nhớ công thức tính chu kì dao động mạch daoo động T = LC cha đủ, phải hiểu đợc mối quan hệ định lợng đại lợng có mặt công thức tìm đợc phơng án PP: Với loại câu này, có yêu cầu tính toán đơn giản nh ví dụ sau đọc xong phần dẫn, không nên đọc phần lựa chọn mà nên thực phép tính để tìm phơng án trả lời, sau so sánh phơng án với phơng án phần lựa chọn câu trắc nghiệm để định phơng án cần chọn c Bài toán: Khác với toán đề tự luận, câu trắc nghiệm thờng toán cần từ dùng đến phép tính, công thức tìm đáp số Ví dụ (Đề TSĐH 2009): Một lắc lò xo gồm lò xo nhẹ vật nhỏ dao động điều hòa theo phơng ngang với tần số góc 10 rad/s Biết động (mốc vị trí cân vật) vËn tèc cđa vËt cã ®é lín b»ng 0,6 m/s Biên độ dao động lắc Nguyễn Quang Đông ĐH Thái Nguyên A cm B cm Mobile: 0974974888 D 12 cm C 12 cm PP: Với loại câu trắc nghiệm sau ®äc xong phÇn dÉn, nÕu ®äc phÇn lùa chän có đáp số sai hấp dẫn thí sinh, làm ảnh hởng đến cách giải nh cách tính toán thí sinh dẫn đến làm sai câu trắc nghiệm Do nên tiến hành theo quy trình sau: - Đọc đầu toán phần dẫn - Giải toán để tìm đáp số - So sánh đáp số tìm đợc với đáp số có phần lựa chọn - Chọn phơng án II Hớng dẫn làm kiểm tra, thi phơng pháp trắc nghiệm nêu số điểm cách làm trắc nghiệm môn vật lý: Cần chuẩn bị bút chì, bút mực (bi), gọt bút chì, tẩy, máy tính đồng hồ để theo dõi làm Nên dùng loại bút chì mềm (2B đến 6B), không nên gọt đầu bút chì nhọn, đầu bút chì nên để dẹt, phẳng để nhanh chóng tô đen ô trả lời Khi tô đen ô đà chọn, cần cầm bút chì thẳng đứng để tô đợc nhanh Nên có vài bút chì đà gọt sẵn để dự trữ làm Đừng nghĩ đến việc mang tài liệu vào phòng thi trông chờ vào giúp đỡ thí sinh khác phòng thi, đề có hình thức khác dài, câu có phút để trả lời nên phải tận dụng toàn thời gian làm kịp Khi nhận đề, cần kiểm tra xem: đề thi có đủ số câu trắc nghiệm nh đà ghi đề không, nội dung đề có đợc in rõ ràng không(Có từ thiếu chữ, nét không ) Tất trang có mà đề không Khi làm câu trắc nghiệm, thí sinh cần đọc kĩ nội dung câu trắc nghiệm, phải đọc hết trọn vẹn câu trắc nghiệm, phần dẫn lùa chän A, B, C, D ®Ĩ lùa chän phơng án dùng bút chì tô kín ô tơng ứng với chữ A B, C, D phiếu trả lời trắc nghiệm Làm đợc câu trắc nghiệm thí sinh nên dùng bút chì tô ô trả lời phiếu trả lời trắc nghiệm, tơng ứng với câu trắc nghiệm Tránh làm toàn câu đề giấy nháp đề thi tô vào phiếu trả lời, dễ bị thiếu thời gian, tô vội vàng dẫn đến nhầm lẫn! Tránh việc tô ô trở lên cho câu trắc ngiệm trờng hợp câu không đợc chấm điểm Thời gian thử thách làm trắc nghiệm Thí sinh phải khẩn trơng, tiết kiệm thời gian, phải tập trung cao, vận dụng kiến thức, kĩ để nhanh chóng định câu trả lời Nên để phiếu trả lời trắc nghiệm phía tay cầm bút (thờng bên phải), đề thi trắc nghiệm phía (bên trái), tay trái giữ vị trí câu trắc nghiệm làm, tay phải dò tìm số câu trả lời tơng ứng phiếu trả lời trắc nghiệm có phơng án tô vào ô trả lời đợc lựa chọn (tránh tô nhầm sang dòng câu khác) Nên bắt đầu làm từ câu trắc nghiệm số Lần lợt lớt qua nhanh, định làm câu cảm thấy dễ chắn, đồng thời đánh dấu đề thi câu cha làm đợc Lần lợt thực đến câu trắc nghiệm cuối đề Sau quay trở lại giải câu tạm thời bỏ qua Khi thực vòng hai khẩn trơng: nên làm câu tơng đối dễ hơn, lần bỏ qua câu khó để giải đợt thứ ba, thời gian Không nên dành nhiều thời gian cho câu đó, cha giải đợc nên chuyển sang câu khác, tránh để xảy tình trạng mắc câu mà bỏ qua hội giành điểm câu hỏi khác khả phía sau Khi làm câu trắc nghiệm, phải đánh giá để loại bỏ phơng án sai tập trung cân nhắc phơng án lại phơng án Thông thờng phơng án nhiễu có phơng án dễ nhầm với phơng án khó phân biệt Do cần loại hai phơng án sai dễ nhận thấy, phải lựa chọn hai phơng án xác suất cao (tăng từ 25% lên 50%) Cần ý có câu hỏi phần tập, có câu không thiết phải tính toán đợc phơng án tỉnh táo loại phơng án sai 10 Cố gắng trả lời tất câu trắc ngiệm đề thi để có hội giành điểm cao nhất; không nên để trống câu không trả lời 11 Để tránh sơ suất làm môn Vật lý, không sa vào bẫy phơng án nhiễu chọn đợc câu cần chọn, cần lu ý: - Đọc thật kĩ, không bỏ sót từ phần dẫn để nắm thật nội dung mà đề thi yêu cầu trả lời - Khi đọc phần dẫn cần đặc biệt ý từ phủ định nh không, không đúng, sai - Đọc phơng án lựa chọn, không bỏ phơng án Hết sức tránh tình trạng vừa đọc xong phơng án thí sinh cảm thấy dừng không đọc tiếp phơng án lại Nguyễn Quang Đông ĐH Thái Nguyên Mobile: 0974974888 CHƯƠNG I: DAO Động I loại dao động Dao động: chuyển động lặp lặp lại quanh vị trí cân (Thờng vị trí vật đứng yên) Dao động tuần hoàn: Dao động vật gọi tuần hoàn sau khoảng thời gian (Gọi chu kỳ) vật trở lại vị trí cũ theo hớng cũ Dao động điều hoà: a Định nghĩa: Dao động diều hoà dao động li độ vật hàm cos (hoặc sin) thời gian - Phơng trình: x = Acos(t + ) (1) + x : Li độ dao động, khoảng cách từ gốc toạ độ (VTCB) đến vị trí vật thời điểm t xét (cm) Giá trị: − A ≤ x ≤ A + A: Biªn độ dao động, li độ cực đại, số dơng Biên độ lớn lợng dao động lớn Năng lợng vật dao động điều hoà tỉ lệ với bình phơng biên độ Biên độ A phụ thuộc kích thích ban đầu + : Tần số góc dđ (rad/s), số dơng Đặc trng cho biến thiên nhanh chậm trạng thái dao động điều hoà Tần số góc dao động lớn trạng thái dao động biến đổi nhanh phụ thuộc đặc tính hệ dao động Biết ta tính đợc chu kỳ T tần số f: - Chu kì T: Là khoảng thời gian ngắn để vật trở lại vị trí cũ theo hớng cũ, thời gian để vật thực đợc dao động toàn phần T= t = (trong n số dao động toàn phần vật thực thời gian t) n Đơn vị chu kì giây (s) - Tần số f: Là số dao động toàn phần thực đợc giây Đơn vị lµ HÐc (Hz) f= ω 2π + (ωt + ϕ) : Pha dao động thời điểm t xét Pha dao động dơng, âm Nó cho phép xác định trạng thái dao động thời điểm t + : Pha ban đầu dao động (rad) số dơng, âm Dùng để xác định trạng thái ban đầu dđ phơ thc viƯc chän mèc thêi gian Chó ý: Dao động điều hoà trờng hợp riêng dao động tuần hoàn, dao động tuần hoàn không điều hoà b Vận tốc vật dao động điều hoà: v = x’ = -ωAsin(ωt + ϕ) = ωAcos(ωt + ϕ +π/2) => |v|max = ωA ë VTCB |v|min = vị trí biên (2) => So sánh (1) (2) thấy v biến đổi điều hoà với tần số góc nhng nhanh pha so với x rút hệ thức độc lập thêi gian: ω2 A = ω2 x + v Chó ý : v lu«n cïng chiỊu víi chiều chuyển động, vật chuyển động theo chiều dơng v > 0, theo chiều âm v < c Gia tốc vật dao động điều hoà: a = v’ = x’’ = -ω2Acos(ωt + ϕ) = ω2Acos(ωt + ϕ + π) = -ω2x (3) NguyÔn Quang Đông ĐH Thái Nguyên Mobile: 0974974888 => |a|max = 2A vị trí biên, |a|min = VTCB => a hớng vị trí cân => So sánh (1) (2) (3) thấy a nhanh pha so với x (tức ngợc pha x), a lu«n nhanh pha 2 víi v Tõ (2) (3) có hệ thức độc lập thời gian: A = a ω2 π so + v2 d Cơ (năng lợng) vật dao động điều hoµ: W = Wđ + Wt = mω A2 = (W®)max = (Wt)max = const mv = mω A2sin (ωt + ϕ ) = Wsin (ωt + ϕ ) 2 1 Wt = mω x = mω A2 cos (ωt + ϕ ) = Wco s (ωt + ϕ ) 2 Chó ý: Dao động điều hoà có tần số góc , tần số f, chu kỳ T động biến thiên với tần số góc 2, tần số 2f, chu kỳ T/2 Nếu chọ gốc VTCB động cực đại (ở VTCB) cực đại (ở vị trí biên) - Khoảng thời gian hai lần liên tiếp động T/4 - Động trung bình thời gian nT/2 ( nN*, T chu kỳ dao động) là: Với Wđ = W = mω A2 e Tổng hợp dao động điều hoà: * Độ lệch pha hai dao động tần số: x1 = A1sin(ωt + ϕ1) vµ x2 = A2sin(ωt + ϕ2) + Độ lệch pha dao động x1 so với x2: ∆ϕ = ϕ1 - ϕ2 NÕu ∆ϕ > ⇔ > x1 nhanh pha x2 Nếu ∆ϕ < ⇔ ϕ1 < ϕ2 th× x1 chËm pha x2 + Các giá trị đặc biệt ®é lƯch pha: ∆ϕ = 2kπ víi k ∈ Z : hai dao ®éng cïng pha ∆ϕ = (2k+1)π víi k Z : hai dao động ngợc pha ∆ϕ = (2k + 1) víi k ∈ Z : hai dao động vuông pha * Tổng hợp hai dao động điều hoà phơng tần số: x1 = A1cos(ωt + ϕ1) vµ x2 = A2cos(ωt + ϕ2) đợc dao động điều hoà phơng tần sè x = Acos(ωt + ϕ) Trong ®ã: A2 = A12 + A22 + A1 A2 cos(ϕ − ϕ1 ) A sin ϕ1 + A2 sin ϕ tan ϕ = víi với ϕ1 ≤ ϕ ≤ ϕ2 ( ϕ1 ≤ ϕ2 ) A1cosϕ1 + A2 cosϕ * NÕu ∆ϕ = 2k π (x1, x2 cïng pha) ⇒ AMax = A1 + A2 * NÕu ∆ϕ = (2k+1) π (x1, x2 ng−ỵc pha) ⇒ AMin = |A1 - A2| ` ⇒ |A1 - A2| ≤ A ≤ A1 + A2 Chó ý: Khi ®· viÕt đợc phơng trình x = Acos(t + ) việc xác định vận tốc, gia tốc vật giống nh với dao động điều hoà bình thờng * Trờng hợp tổng hợp nhiều dao động điều hoà phơng cïng tÇn sè x1; x2;…; xn x = x1 + x2 + …+ xn = Acos( ωt + ϕ ) Tìm biên độ A : chiếu xuống trục ox: Chiếu xuèng trôc oy: Ax = A1cosϕ1 + A2 cosϕ2 + + An cosϕ n Ay = A1 sin ϕ1 + A2 sin ϕ + + An sin n Nguyễn Quang Đông ĐH Thái Nguyên => Biên ®é dao ®éng tỉng hỵp: Mobile: 0974974888 A = A x2 + A y2 Pha ban đầu dao động tỉng hỵp: tgϕ = Ay Ax Chó ý: Tỉng hỵp hai dao động điều hoà phơng, tần số áp dụng trờng hợp tổng quát - Ngoài phơng pháp trên, A1 = A2 = A cộng lợng giác tìm đợc phơng trình dao động tổng hợp: x1 + x2 = A1co s (ωt + ϕ1 ) + A2 co s (ωt + ϕ2 ) = A cos ϕ1 − ϕ2 ϕ + ϕ2 ⎞ ⎛ co s ⎜ ωt + ⎟ ⎠ ⎝ - Cã thÓ trùc tiếp vẽ giản đồ véc tơ để thu đợc kết Một số dạng tập dao động điều hoà: Dạng 1: Tính thời gian để vật chuyển động từ vị trí x1 đến x2: B1: Vẽ đờng tròn tâm O, bán kính A vẽ trục Ox nằm ngang hớng sang phải trục vuông góc với Ox O B2: Xác định vị trí tơng ứng vật chuyển động tròn đều: Khi vật dao động điều hòa x1 vật chuyển động tròn M đờng tròn Khi vật dao động điều hòa x2 vật chuyển động tròn N đờng tròn B3: Xác định góc quét Góc quét = MON (theo chiều ngợc kim đồng hồ) Sử dụng kiến thức hình học để tìm giá trị (rad) B4: Xác định thời gian chuyển động t = với tần số gốc dao động điều hòa (rad/s) Dạng 2: Qung ®−êng vËt ®i ®−ỵc tõ thêi ®iĨm t1 ®Õn t2 ⎧ x = Aco s(ωt1 + ϕ ) ⎧ x2 = Aco s(ωt2 + ϕ ) (v1 vµ v2 chØ cần xác định dấu) Xác định: v ⎩v1 = −ω Asin(ωt1 + ϕ ) ⎩v2 = −ω Asin(ωt2 + ϕ ) Ph©n tÝch: t2 – t1 = nT + ∆t (n ∈N; < ∆t < T) QuÃng đờng đợc thời gian nT S1 = 4nA, thời gian t S2 QuÃng đờng tỉng céng lµ S = S1 + S2 Chó ý : + NÕu ∆t = T/2 th× S2 = 2A + Tính S2 cách định vị trí x1, x2 chiều chuyển động vật trục Ox + Trong số trờng hợp giải toán cách sử dụng mối liên hệ dao động điều hoà chuyển động tròn đơn giản S + Tốc độ trung bình vật tõ thêi ®iĨm t1 ®Õn t2: vtb = víi S quÃng đờng tính nh t2 t1 + QuÃng đờng chu kỳ 4A; 1/2 chu kỳ 2A QuÃng đờng l/4 chu kỳ A vật từ VTCB đến vị trí biên ngợc lại Thời gian từ x =0 đến x= A/2 ngợc lại T/12 Thời gian từ x = A/2 đến x= A ngợc lại T/6 Dạng 3: Bài toán tính qung đờng lớn nhỏ vật đợc khoảng thời gian < ∆t < T/2 - VËt cã vËn tèc lín nhÊt qua VTCB, nhá nhÊt qua vị trí biên nên khoảng thời gian quÃng đờng đợc lớn vật gần VTCB nhỏ gần vị trí biên Nguyễn Quang Đông ĐH Thái Nguyên Mobile: 0974974888 - Sử dụng mối liên hệ dao động điều hoà M2 M1 chuyển đờng tròn P - Gãc quÐt ∆ϕ = ω∆t ∆ϕ - Qu·ng ®−êng lín nhÊt vËt ®i tõ M1 ®Õn A M2 ®èi xøng qua trơc sin (h×nh 1) x O P1 P2 A A ∆ϕ S Max = 2A sin - Qu·ng ®−êng nhá nhÊt vËt ®i tõ M1 ®Õn M2 ®èi xøng qua trơc cos (h×nh 2) H×nh ∆ϕ S Min = A(1 − cos ) Chó ý :: + Trong tr−êng hỵp ∆t > T/2 T T¸ch ∆t = n + ∆t ' T ®ã n ∈ N * ;0 < ∆t ' < T Trong thêi gian n qu·ng ®−êng 2nA Trong thời gian t quÃng ®−êng lín nhÊt, nhá nhÊt tÝnh nh− trªn + Tèc độ trung bình lớn nhỏ khoảng thời gian t: S S vtbMax = Max vtbMin = Min víi SMax; SMin tÝnh nh− trªn ∆t ∆t M2 O ∆ϕ A P x M1 H×nh Dạng 4: Viết phơng trình dao động điều hoà + Bớc 1: Viết phơng trình dạng tổng quát: x = Acos(t + ) + Bớc 2: Xác định A, ω, ϕ v a a 2π = 2π f = max = max = max * TÝnh ω: ω = A A v max T 2 E vmax amax chieu dai quy dao lmax − lmin ⎛v⎞ = = = = * TÝnh A: A = ⎜ ⎟ + x = ω ω 2 k ⎝ω ⎠ ⎧ x = Acos(ωt0 + ϕ ) * TÝnh dựa vào điều kiện đầu: lúc t = t0 (th−êng t0 = 0) ⎨ ⇒ϕ ⎩v = −ω Asin(ωt0 + ϕ ) Chó ý : + VËt chun ®éng theo chiều dơng v > 0, ngợc lại v < + Trớc tính cần xác định rõ thuộc góc phần t thứ đờng tròn lợng giác (thờng lấy - < ) * Chuyển dạng sin => cos ngợc lại: + Đổi thành cos: - cos = cos( + π) ± sinα = cos(α ∓ π/2) + §ỉi thµnh sin: ± cosα = sin(α ± π/2) - sinα = sin( + ) Dạng 5: Tính thời điểm vật qua vị trí đ biết x (hoặc v, a, Wt, Wđ, F) lần thứ n * Giải phơng trình lợng giác lấy nghiệm t (Với t > phạm vi giá trị k ) * Liệt kê n nghiệm (thờng n nhỏ) * Thời điểm thứ n giá trị lớn thứ n Chú ý :+ Đề thờng cho giá trị n nhỏ, n lớn tìm quy luật để suy nghiệm thứ n 10 Nguyễn Quang Đông ĐH Thái Nguyên Mobile: 0974974888 CHƯƠNG VI: lợng tử ánh sáng Năng lợng lợng tử ánh sáng (hạt phôtôn) - Năng lợng lợng tử ánh sáng (hạt ph«t«n): ε = hf = hc = mc λ Trong đó: h = 6,625.10-34 Js số Plăng; c = 3.108m/s vận tốc ánh sáng chân không; f, tần số, bớc sóng ánh sáng (của xạ) m khối lợng phôtôn Chú ý: Khi ánh sáng truyền lợng tử ánh sáng không bị thay đổi, không phụ thuộc khoảng cách tới nguồn sáng - Thuyết lợng tử ánh sáng: + ánh đợc tạo thành hạt gọi phôtôn + Với as đơn sắc có tần số f, phôtôn đếu giống nhau, phôtôn mang lợng hf + Trong chân không phôtôn bay ®i víi vËn tèc c = 3.108 m/s däc theo tia sáng + Mỗi lần nguyên tử hay phân tử phát xạ hay hấp thụ ánh sáng chúng phát hay hấp thụ phôtôn Chú ý: phôtôn tồn trạng thái chuyển động phôtôn đứng yên Hiện tợng quang điện - Hiện tợng quang điện ngoài: Hiện tợng ánh sáng làm bật êlectron khỏi mặt kim loại gọi tợng quang điện - Hiện tợng quang điện (quang dẫn): Hiện tợng ánh sáng giải phóng êlectron liên kết thành êlectron dẫn lỗ trống tham gia vào trình dẫn điện, gọi tợng quang điện - Định luật giới hạn quang điện: Đối với kim loại, ánh sáng kích thích phải có bớc sóng ngắn giới hạn quang điện kim loại đó, gây đợc tợng quang điện => Các tợng quang điện định luật quang điện chứng tỏ ánh sáng có tính chất hạt - ứng dụng tợng quang điện tế bào quang điện, dụng cụ để biến đổi tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện, quang điện trở, pin quang điện * Công thøc Anhxtanh mv hc ε = hf = = A + Max λ hc Trong ®ã A = công thoát kim loại dùng làm catốt 0 giới hạn quang điện kim loại dùng làm catốt v0Max vận tốc ban đầu electron quang điện thoát khỏi catốt f, tần số, bớc sóng ánh sáng kích thích 35 Nguyễn Quang Đông ĐH Thái Nguyên Mobile: 0974974888 * Để dòng quang điện triệt tiêu UAK Uh (Uh < 0), Uh gọi hiệu điện hm mv02Max eU h = L−u ý: Trong mét sè bµi toán ngời ta lấy Uh > ®é lín * XÐt vËt c« lËp vỊ ®iƯn, cã điện cực đại VMax khoảng cách cực đại dMax mà electron chuyển động điện trờng cản có cờng độ E đợc tính theo công thức: e VMax = mv02Max = e Ed Max * Víi U hiệu điện anốt catốt, vA vận tốc cực đại electron đập vào anốt, vK = v0Max vận tốc ban đầu cực đại electron rời catốt thì: 1 e U = mv A2 − mvK2 2 * HiÖu suất lợng tử (hiệu suất quang điện) n H= n0 Với n n0 số electron quang điện bứt khỏi catốt số phôtôn đập vào catốt mét kho¶ng thêi gian t n ε n hf n hc Công suất nguồn xạ: p = = = λt t t q ne C−êng độ dòng quang điện bÃo hoà: I bh = = t t I bh ε I bh hf I bh hc ⇒H = = = pe pe pλ e * Bán kính quỹ đạo electron chuyển động với vËn tèc v tõ tr−êng ®Ịu B Gm JG mv R= , α = (v,B) e B sin α XÐt electron võa rêi khái catèt th× v = v0Max G JG mv Khi v ⊥ B ⇒ sin α = ⇒ R = eB L−u ý: HiƯn t−ỵng quang điện xảy đợc chiếu đồng thời nhiều xạ tính đại lợng: Vận tốc ban đầu cực đại v0Max, hiệu điện hÃm Uh, điện cực đại VMax, đợc tính ứng với xạ có Min (hoặc fMax) * Đối với tia Rơnghen X: - Cờng độ dòng điện ống Rơnghen: i = Ne Với N số electron tới đập đối catoots giây - Định lí động năng: Eđ Eđo = eUAK Với Eđ = mv2/2 động electron trớc đập vào đối catôt Eđo = mvo2/2 động cđa electron sau bøt khái cat«t, th−êng Eđo = - Định luật bảo toàn lợng: Eđ = + Q = hf + Q (động electron biến thành lợng tia X làm nóng đối catôt) Với lợng tia X Q nhiệt lợng làm nóng đối catôt - Bớc sóng nhỏ xạ ống Rơnghen phát ứng với trờng hợp toàn động electron Eđ (ngay trớc đập vào đối catôt) biến thành lợng tia X: Tõ E® = ε + Q = hf + Q ==> E® ≥ hf = hc/λ ==> λ ≥ hc/ Eđ 36 Nguyễn Quang Đông ĐH Thái Nguyên Mobile: 0974974888 ==> λmin = hc/ E® Víi: h = 6,625.10-34 Js số Plăng, c = 3.108m/s vận tốc as chân không Quang trở pin quang ®iƯn: - Quang ®iƯn trë lµ ®iƯn trë lµm b»ng chÊt quang dÉn §iƯn trë cđa nã cã thĨ thay đổi từ vài mêgaôm không đợc chiếu sáng xuống đến vài chục ôm đợc chiếu sáng - Pin quang điện (còn gọi pin mặt trời) nguồn điện chạy lợng as Nó biến đổi trực tiếp quang thành điện Pin hoạt động dựa vào tợng quang điện xảy bên cạnh lớp chặn Sự phát quang: - Sự phát quang số chất có khả hấp thụ as có bớc sóng để phát as có bớc sóng khác - Đặc điểm phát quang: kéo dài thời gian sau tắt as kích thích - Huỳnh quang: Là phát quang chất lỏng chất khí, có đặc điểm as phát quang tắt nhanh sau tắt as kích thích ánh sáng huỳnh quang có bớc sóng dài bớc sóng as kích thích: hq > kt - Lân quang: Là phát quang chất rắn, có đặc điểm as phát quang kéo dài khoảng thời gian sau tắt as kích thích ứng dụng: chế tạo loại sơn biển báo giao thông, tợng phát sáng Tiên đề Bo - Quang phổ nguyên tử Hiđrô * Tiên đề Bo hc ε = hf mn = = Em − En λmn * Bán kính quỹ đạo dừng thứ n electron nguyên tử hiđrô: rn = n2r0 Với r0 =5,3.10-11m bán kính Bo (ở quỹ đạo K) * Năng lợng electron nguyên tử hiđrô: 13, En = − (eV ) Víi n ∈ N* P n O * Sơ đồ mức lợng - DÃy Laiman: N»m vïng tư ngo¹i N øng víi e chun từ quỹ đạo bên quỹ đạo K M Chú ý: Vạch dài LK e chuyển từ L K Vạch ngắn K e chuyển từ ∞ L → K - D·y Banme: Mét phÇn n»m vùng tử ngoại, phần nằm vùng ánh sáng nhìn thấy ứng với e chuyển từ quỹ đạo bên quỹ đạo L Vùng ánh sáng nhìn thấy có vạch: K Vạch đỏ H ứng với e: M → L V¹ch lam Hβ øng víi e: N L Laiman Vạch chàm H ứng với e: O → L V¹ch tÝm Hδ øng víi e: P L 37 Em nhận phôtôn hfmn En phát phôtôn hfmn Em > En n=6 n=5 n=4 n=3 Pasen Hδ H H H n=2 Banme n=1 Nguyễn Quang Đông ĐH Thái Nguyên Mobile: 0974974888 Chú ý: Vạch dài ML (Vạch đỏ H ) Vạch ngắn L e chuyÓn tõ ∞ → L - D·y Pasen: N»m vùng hồng ngoại ứng với e chuyển từ quỹ đạo bên quỹ đạo M Chú ý: Vạch dài nhÊt λNM e chun tõ N → M V¹ch ng¾n nhÊt λ∞M e chun tõ ∞ → M Mối liên hệ bớc sóng tần số vạch quang phổ nguyên từ hiđrô: λ13 = λ12 + λ23 vµ f13 = f12 +f23 (nh cộng véctơ) Sơ lợc laze: - Laze phiên âm LASER, nghĩa máy khuyếch đại as phát xạ cảm ứng - Laze nguồn sáng phát chùm sáng có cờng độ lớn dựa ứng dụng hện tợng phát xạ cảm ứng - Đặc điểm tia laze có tính đơn sắc, tính định hớng, tính kết hợp cao cờng độ lớn - Tùy vào vật liệu phát xạ ngời ta chế tạo laze khí, laze rắn laze bán dẫn Đối với laze rắn, laze rubi (hồng ngọc) Al2O3 có pha Cr2O3 màu đỏ tia laze as đỏ hồng ngọc ion crôm phát chuyển từ trạng thái kích thích trạng thái Lỡng tính sóng hạt ánh sáng: - ánh sáng võa cã tÝnh chÊt sãng, võa cã tÝnh chÊt h¹t Vậy ánh sáng có lỡng tính sóng hạt - Khi bớc sóng as ngắn (thì lợng phôtôn lớn), t/c hạt thể đậm nét: Tính đâm xuyên, td quang điện, td iôn hóa, td phát quang Ngợc lại bớc sóng as dài (thì lợng phôtôn nhỏ), t/c sóng thể đậm nét: dễ quan sát thấy tợng giao thoa, tợng tán sắc as 38 Nguyễn Quang Đông ĐH Thái Nguyên Mobile: 0974974888 CHƯƠNG VII Hạt nhân nguyên tử Cấu tạo hạt nhân nguyên tử, đơn vị khối lợng nguyên tử: a) Cấu tạo hạt nhân nguyên tử: - Cấu tạo: + Hạt nhân nguyên tử đợc cấu tạo từ prôtôn (mang điện tích nguyên tố dơng), nơtron (trung hoà điện), gọi chung nuclôn + Hạt nhân nguyên tố có nguyên tử số Z chứa Z prôton N nơtron; A = Z + N đc gọi số khối + Các nuclôn liên kết với lực hạt nhân Lực hạt nhân chất với lực tĩnh điện hay lực hấp dẫn; loại lực truyền tơng tác nuclôn hạt nhân (lực tơng tác mạnh) Lực hạt nhân phát huy tác dụng phạm vi kích thớc hạt nhân (cỡ 10-15m) - Đồng vị: Các nguyên tử mà hạt nhân có số prôton Z nhng khác số nơtron N gọi đồng vị b) số đơn vị hay dùng VLHN: - Đơn vị khối lợng nguyên tử: Đơn vị u có giá trị 12 khối lợng nguyên tử đồng vị 126 C , cụ thÓ: Mev 1u = 931,5 c2 ==> 1uc2 = 931,5MeV - u xấp xỉ khối lợng nuclôn, nên hạt nhân có số khối A có khối lợng xấp xỉ A(u) - Đơn vị lợng: eV = 1,6.10-19J ==> MeV = 106.1,6.10-19J = 1,6.10-13J 1u = 1,66055.10-27kg - số đơn vị n/tử th−êng gỈp: ; mP = 1,67262.10-27 kg = 1,00728 u ; mn = 1.67493.10-27 kg = 1,00866 u ; me = 9,1.10-31 kg = 0,0005486 u HÖ thøc Anhxtanh, độ hụt khối, lợng liên kết: - Hạt nhân có khối lợng nghỉ m0, chuyển động với vận tốc v, có lợng toàn phần tính theo công thức:E = m0c2 + K (Động năng: K= m.v2/2) - Một vật có khối lợng m0 trạng thái nghỉ, chuyển động với vận tốc v, khối lợng vật tăng m0 lên thành m với m = v2 - c2 - HÖ thøc Anhxtanh: E = mc2 ==> K = E – E0 ; Víi E0 = m0c2 lợng nghỉ vật - Độ hụt khối: Khối lợng hạt nhân nhỏ tổng khối lợng nuclôn tạo thành gọi độ hụt khối hạt nhân đó: m = [Z.mp + (A Z).mn] mx - Sự tạo thành hạt nhân toả lợng tơng ứng ELK = mc2, gọi lợng liên kết hạt nhân (vì muốn tách hạt nhân thành nuclôn cần tốn lợng ELK) - Hạt nhân có lợng liên kết riêng = ELK/A lớn bền vững Phản ứng hạt nhân 39 Nguyễn Quang Đông ĐH Thái Nguyên Mobile: 0974974888 a Phản ứng hạt nhân trình biến đổi hạt nhân, Phản ứng hạt nhân đợc chia làm hai loại: + Phản ứng hạt nhân tự phát: trình tự phân rà hạt nhân không bền vững thành hạt nhân khác A C + D Trong A: hạt nhân mẹ; C: hạt nhân con; D: tia phóng xạ (, , ) + Phản ứng hạt nhân kích thích: trình hạt nhân tơng tác với thành hạt nhân khác A+BC+D - Phơng trình phản ứng: A1 Z1 X + ZA22 X → A3 Z3 X + ZA44 X Trong số hạt hạt sơ cấp nh nuclôn, electrôn, phôtôn - Trờng hợp đặc biệt phóng xạ: X1 X2 + X3; X1 hạt nhân mẹ, X2 hạt nhân con, X3 hạt b Các định luật bảo toàn phản ứng hạt nhân: + Bảo toàn số nuclôn (số khối): A1 + A2 = A3 + A4 + Bảo toàn điện tích (nguyên tử số): Z1 + Z2 = Z3 + Z4 JJG JJG JJG JJG JG JG JG JG + Bảo toàn động lợng: p1 + p2 = p3 + p4 hay m1 v1 + m v2 = m v3 + m v4 + Bảo toàn lợng toàn phần: K X1 + K X + ∆E = K X + K X Trong đó: E lợng phản ứng hạt nhân K X = mx vx2 động chuyển động hạt X Chú ý: - Không có định luật bảo toàn khối lợng - Mối quan hệ động lợng pX động KX hạt X là: p X2 = 2mX K X - Khi tÝnh vËn tèc v hay động K thờng áp dụng quy tắc hình bình hµnh JG JJG JJG JJ G JJG n VÝ dơ: p = p1 + p2 biÕt ϕ = p1 , p2 JJG p1 p = p12 + p22 + p1 p2 cosϕ hay (mv) = (m1v1 ) + (m2v2 ) + 2m1m2v1v2 cosϕ hay mK = m1 K1 + m2 K + m1m2 K1 K cosϕ JJ G JG JJ G JG n n T−¬ng tù biÕt φ1 = p1 , p hc φ = p2 , p JJG JJG Trờng hợp đặc biệt: p1 p2 p = p12 + p22 JJG JG JJG JG T−¬ng tù p1 ⊥ p hc p2 ⊥ p K v m A v = (p = 0) ⇒ p1 = p2 ⇒ = = ≈ K v2 m1 A1 T−¬ng tù v1 = v2 = - Năng lợng phản ứng hạt nhân: E = (M0 - M)c2 Trong đó: M = mX1 + mX tổng khối lợng hạt nhân trớc phản ứng 40 JG p JJG p2 Nguyễn Quang Đông ĐH Thái Nguyên Mobile: 0974974888 M = mX + mX tổng khối lợng hạt nhân sau phản ứng Chú ý: + Nếu M0 > M phản ứng toả lợng E dới dạng động hạt X3, X4 phôtôn Các hạt sinh có độ hụt khối lớn nên bền vững + Nếu M0 < M phản ứng thu lợng |E| dới dạng động hạt X1, X2 phôtôn Các hạt sinh có độ hụt khối nhỏ nên bền vững - Trong phản ứng hạt nhân A1 Z1 X + ZA22 X → A3 Z3 X + ZA44 X Các hạt nhân X1, X2, X3, X4 có: Năng lợng liên kết riêng tơng ứng 1, 2, 3, Năng lợng liên kết tơng ứng ELK1, ELK2, ELK3, ELK4 ; Độ hụt khối tơng ứng m1, m2, m3, m4 Năng lợng phản ứng hạt nhân : E = A33 +A4ε4 - A1ε1 - A2ε2 ∆E = ELK3 + ELK4 – ELK1 – ELK2 ∆E = (∆m3 + ∆m4 - m1 - m2)c2 Hiện tợng phóng xạ: - Định nghĩa: Là trình phân huỷ tự phát hạt nhân không bền vững Quá trình phân huỷ kèm theo tạo hạt kèm theo phát xạ điện từ Hạt nhân tự phân huỷ gọi hạt nhân mẹ Hạt nhân đợc tạo thành sau phân huỷ gọi hạt nhân - Quy tắc dịch chuyển phãng x¹ + Phãng x¹ α ( 24 He ): ZA X → 24 He + ZA−−42Y - So víi hạt nhân mẹ, hạt nhân lùi ô bảng tuần hoàn có số khối giảm đơn vị - Là hạt nhân Hêli ( 24 H e ), mang điện tích dơng (+2e) nên bị lệch âm bay qua tụ điện - Chuyển động với tốc độ cỡ 2.107m/s, quÃng đờng đợc không khí cỡ 8cm, vật rắn cỡ vài mm => khả đâm xuyên kém, có khả iôn hãa chÊt khÝ m¹nh + Phãng x¹ β- ( −01e ): ZA X → −10 e + Z +A1Y - So với hạt nhân mẹ, hạt nhân tiến ô bảng tuần hoàn có số khối - Thực chất phóng xạ - hạt nơtrôn biến thành hạt prôtôn, hạt electrôn phản hạt nơtrinô: n p + e + - Bản chất tia phóng xạ - hạt electrôn ( 10 e ), mang điện tích âm (-1e) nên bị lệch phía dơng tụ - Hạt nơtrinô (v) không mang điện, không khối lợng (hoặc nhỏ) chuyển động với vận tốc ánh sáng hầu nh không tơng tác với vật chất - Phãng víi vËn tèc gÇn b»ng vËn tèc as - Iôn hóa chất khí yếu tia - Khả đâm xuyên mạnh, đợc vài mét không khí vài mm kim loại + Phãng x¹ β+ ( +01e ): ZA X → +10 e + Z A1Y - So với hạt nhân mẹ, hạt nhân lùi ô bảng tuần hoàn vµ cã cïng sè khèi - Thùc chÊt cđa phãng xạ + hạt prôtôn biến thành hạt nơtrôn, hạt pôzitrôn hạt nơtrinô: p n + e+ + v 41 Nguyễn Quang Đông ĐH Thái Nguyên Mobile: 0974974888 - Bản chất (thực chất) tia phóng xạ + hạt pôzitrôn (e+), mang điện tích dơng (+e) nên lệch phía âm tụ điện (lệch nhiều tia đối xứng víi tia β-) - Phãng víi vËn tèc gÇn b»ng vËn tèc as - I«n hãa chÊt khÝ yÕu tia - Khả đâm xuyên mạnh, đợc vài mét không khí vài mm kim loại + Phóng xạ gamma (hạt phôtôn) - Có chất sóng điện từ có bớc sóng rắt ngắn (< 0,01nm) Là chùm phôtôn có lợng cao - Hạt nhân sinh trạng thái kích thích có mức lợng cao E1 chuyển xuống mức hc lợng thấp E2 đồng thời phóng phôtôn có lợng: = hf = = E1 E - Là xạ điện từ không mang điện nên không bị lệch điện trờng từ trờng - Có t/c nh tia Rơnghen, có khả đâm xuyên lớn, đợc vài mét bê tông vài centimét chì nguy hiểm - Trong phóng xạ biến đổi hạt nhân phóng xạ thờng kèm theo phóng xạ Định luật phóng xạ: - Số nguyên tử (hạt nhân) chất phóng xạ lại sau thời gian t: t N N = N T = N e−λt = k0 - Số hạt nguyên tử bị phân rà số hạt nhân đợc tạo thành số hạt ( e- e+) N = N − N = N (1− e−λt ) đợc tạo thành: m = m0 - Khối lợng chất phóng xạ lại sau thời gian t: Trong ®ã: t T = m0 e−λt = m0 2k + N0, m0 số nguyên tử (hạt nhân), khối lợng chất phóng xạ ban đầu + T chu kỳ bán rà T = + = ln khoảng thời gian nửa số hạt nhân phân rà ln2 0, 693 = số phóng xạ, đặc trng cho chất phóng xạ xét T T + T không phụ thuộc vào tác động bên (nh nhiệt độ, áp suất ) mà phụ thuộc chất bên chất phóng xạ t + k = T : số chu kì bán rà thời gian t - Khối lợng chất bị phóng xạ sau thời gian t: - Phần trăm chất phóng xạ bị phân rÃ: m = m0 m = m0 (1− e−λt ) ∆m = 1− e−λt m0 −t m = T = e−λt - PhÇn trăm chất phóng xạ lại: m0 - Khối lợng chất đợc tạo thành sau thời gian t: m1 = 42 AN A ∆N A1 = (1− e−λt ) = m0 (1− e−λt ) NA NA A Nguyễn Quang Đông ĐH Thái Nguyên Mobile: 0974974888 Trong đó: A, A1 số khối chất phóng xạ ban đầu chất đợc tạo thành NA = 6,022.10-23 mol-1 số Avôgađrô Chú ý: Trờng hợp phóng xạ +, - A = A1 m1 = m - Độ phóng xạ H: Là đại lợng đặc trng cho tính phóng xạ mạnh hay yếu lợng chất phóng xạ, đo số phân rà gi©y − H = H t T = H e−λt = λ N = H0 2k Với: H0 = N0 độ phóng xạ ban đầu Đơn vị: + Becơren (Bq); 1Bq = phân r·/gi©y ; + Curi (Ci); Ci = 3,7.1010 Bq Chú ý: Khi tính độ phóng xạ H, H0 (Bq) chu kỳ phóng xạ T phải đổi đơn vị giây(s) - ứng dụng đồng vị phóng xạ: phơng pháp nguyên tử đánh dấu, khảo cổ định tuổi cổ vật dựa vào lợng cacbon 14 Phản ứng phân hạch, phản ứng nhiệt hạch: a Phản ứng phân hạch: - Phản ứng phân hạch: hạt nhân nặng hấp thụ nơtron vỡ thành hai hạt nhân nhẹ hơn, kèm theo vài nơtrôn Năng lợng tỏa phản ứng cỡ 210 MeV Sự phân hạch 1g 235U giải phóng lợng 8,5.1010J tơng đơng với lợng 8,5 than dầu tỏa cháy hết - Phản ứng dây truyền: Gọi k hệ số nhân nơtrôn, số nơtrôn lại sau p. h.n đến kích thích h.n khác Khi k xảy phản ứng phân hạch dây chuyền: + Khi k < 1, phản ứng phân hạch dây chuyền tắt nhanh + Khi k = 1, phản ứng phân hạch dây chuyền tự trì lợng phát không đổi theo thời gian + Khi k > 1, phản ứng phân hạch dây chuyền tự trì lợng phát tăng nhanh gây bùng nổ - Khối lợng tới hạn: khối lợng tối thiểu chất phân hạch để phản ứng phân hạch dây chuyền trì Với 235U khối lợng tới hạn cỡ 15 kg, với 239Pu vào cỡ kg b Phản ứng nhiệt hạch (p. tổng hợp h.n): - Hai hay nhiều hạt nhân nhẹ, kết hợp với thành hạt nhân nặng Phản ứng xảy nhiệt độ cao, nên gọi phản ứng nhiệt hạch Con ngời thực đợc phản ứng dới dạng không kiểm soát đợc (bom H) - Điều kiện để p. kết hợp h.n xảy ra: + Phải đa hỗn hợp nhiên liệu sang trạng thái plasma cách đa nhiệt độ lên tới 108 độ + Mật độ hạt nhân plasma phải đủ lớn + Thời gian trì trạng thái plasma nhiệt độ cao phải đủ lớn 43 Nguyễn Quang Đông ĐH Thái Nguyên Mobile: 0974974888 CHƯƠNG VIII Từ vi mô đến vĩ mô I Các hạt sơ cấp: Thế giới vi mô, vĩ mô đợc xếp theo kích thớc lớn dần: Hạt sơ cấp, hạt nhân nguyên tử, nguyên tử, phân tử, hành tinh, hệ Mặt Trời, thiên hà Hạt sơ cấp: Là hạt có kích thớc khối lợng nhỏ hạt nhân nguyên tử - Các hạt sơ cấp gồm: phôtôn , electron e-, pôzitron e+, prôtôn p, nơtrôn n, nơtrinô - Các hạt sơ cấp đợc chia làm ba loại: + phôtôn + Các leptôn: Có khối lợng từ đến200 me Bao gồm: nơtrinô , electron e-, pôzitron e+, mêzôn + Các hađrôn: Có khối lợng 200me Đợc chia thành ba nhóm con: ã Mêzôn , K: Có khối lợng 200me nhng nhỏ khối lợng nuclôn ã Nuclôn p, n ã Hipêron: Có khối lợng lớn khối lợng nuclôn Nhóm nuclôn hipêron đợc gọi barion - Tất hađrôn đợc cấu tạo từ hạt nhỏ hơn, gọi quac Có loại quac (kí hiệu là: u, e 2e d, s, c, b, t) cïng víi ph¶n quac tơng ứng Các quac có mang điện phân số: , - Phần lớn hạt sơ cấp tạo thành cặp gồm hạt phản hạt Phản hạt có khối lợng nghỉ spin nh hạt nhng đặc trng khác có trị số độ lớn trái dấu - Chú ý: + Sắp xếp theo thứ tự tăng dần khối lợng hạt sơ cấp đà biết: Phôtôn, leptôn, mêzôn barion + Các hạt sơ cấp phôton, leptôn, hađrôn + Hạt prôton có cấu tạo quac nên prôton bị phá vỡ Bốn loại tơng tác vũ trụ: mạnh, điện từ, yếu, hấp dẫn - Tơng tác hấp dẫn: Là tơng tác hạt (các vật) có khối lợng khác không Bán kính lớn vô cùng, lực tơng tác nhỏ.Vd: Trọng lực, lực hút TĐ mặt trăng - Tơng tác điện từ: tơng tác hạt mang điện phôtôn với hạt mang điện Bán kính lớn vô hạn, lực tơng tác mạnh tơng tác hấp dẫn cỡ 1038 lần Tơng tác điện từ chất lực Culông, lực điện từ, lực Lo ren, lực ma sát, lực liên kết hóa học - Tơng tác yếu leptôn: Đó tơng tác leptôn B¸n kÝnh t¸c dơng rÊt nhá cì 10−18 m , lực tơng tác yếu tơng tác hấp dẫn cỡ 1011 lần Ví dụ: trình phân rà : p → n + e+ + ve ; ~ n p + e- + ve - Tơng tác mạnh: Là tơng tác hadrôn; không kể trình phân rà chúng Bán kính tác dụng nhỏ cỡ 1015 m , lực tơng tác yếu tơng tác hấp dẫn cỡ 102 lần Một trờng hợp riêng tơng tác mạnh lực hạt nhân Kích thớc nguyên tử, hạt nhân, prôton lần lợt lµ: 10-10m, 10-14m, 10-15m - Theo thø tù kÝch th−íc giảm dần: Phân tử > nguyên tử > hạt nhân > nuclôn > quac 44 Nguyễn Quang Đông ĐH Thái Nguyên Mobile: 0974974888 II mặt trời hệ mặt trời: Hệ mặt trời: Gồm Mặt Trời hành tinh, tiểu hành tinh vệ tinh, chổi thiên thạch - Các hành tinh: Thủy tinh, Kim tinh, Trái Đất, Hỏa tinh, Mộc tinh, Thổ tinh, Thiên Vơng tinh, Hải Vơng tinh - Để đo đơn vị hành tinh ngời ta dùng đơn vị thiên văn: 1ủvtv = 150.106 km - Năm ánh sáng: quÃng đờng mà as đợc năm naờm aựnh saựng = 9,46.10 12 Km - Các hành tinh quay quanh mặt trời theo chiều thuận phẳng, Mặt Trời hành tinh tự quay quanh quay theo chiều thuận trừ Kim tinh Mặt Trời: - Là thiên thể trung tâm hệ mặt trời Có bán kính > 109 lần bk trái đất; khối lợng = 333 000 lần kl TĐ - Có khối lợng lớn, lực hấp dẫn Mặt Trời có vai trò định hình thành, phát triển chuyển động hệ - Là cầu khí nóng sáng, khoảng 75% hiđrô 23% heli Nhiệt độ bề mặt 6000K, lòng đến hàng chục triệu độ Trong lòng mặt trời xảy p. nhệt hạch p. tổng hợp hạt nhân hiđrô thành hn heli - Công suất phát xạ Mặt Trời P = 3,9.1026 W A E Lu ý: Công suất xạ mặt trời P = 3,9.1026W, Mà P = t = t ==> E = P.t ==> Khối Lợng mặt trời giảm : m = E/c2 = Pt/c2 Trái Đất: - Cấu tạo: Trái Đất có dạng hình cầu, bán kính xích đạo 6378km , bán kính hai cực 6357km , khối lợng riêng trung bình 5515kg/m + Lõi Trái Đất: bán kính 3000km ; chủ yếu sắt, niken; nhiệt ®é kho¶ng 3000 - 4000 C + Vá Trái Đất: dày khoảng 35km ; chủ yếu granit; khối lợng riêng 3300kg/m - vài số liệu TĐ: KL = 5,98.1024kg, BK quĩ đạo quanh mặt trời 150.106km Chu kì quay quanh trục 23h56ph004giây Chu kì quay quanh mặt trời 365,2422 ngày Góc nghiêng 23027 Hành tinh chuyển động xung quanh Mặt Trời theo quỹ đạo xác định - Các hành tinh: Thủy tinh, Kim tinh, Trái Đất, Hỏa tinh, Mộc tinh, Thổ tinh, Thiên Vơng tinh, Hải Vơng tinh - Các hành tinh có kích thớc nhỏ cỡ vài trăm km nhỏ gọi tiểu hành tinh - Vệ tinh chuyển động quanh hành tinh - Những hành tinh thuộc nhóm Trái Đất là: Thuỷ tinh, Kim tinh, Trái Đất Hoả tinh Đó hành tinh nhỏ, rắn, có khối lợng riêng tơng đối lớn Nhiệt độ bề mặt tơng đối cao - Những hành tinh thuộc nhóm Mộc tinh là: Mộc tinh, Thổ tinh, Hải vơng tinh Thiên vơng tinh Chúng hành tinh lớn, khối khí nhân rắn xung quanh chất lỏng Nhiệt độ bề mặt tơng đối thấp 45 Nguyễn Quang Đông ĐH Thái Nguyên Mobile: 0974974888 - Các đặc trng hành tinh Thiên thể Khoảng cách đến Mặt Trời (đvtv) Bán kính (km) Khối lợng (so với Trái Đất) Khối lợng riêng (103kg/m3) Chu kì tự quay Chu kì chuyển động quanh Mặt Trời Số vệ tinh đă biết Thủy tinh 0,39 2440 0,052 5,4 59 ngµy 87,0 ngµy Kim tinh 0,72 6056 0,82 5,3 243 ngµy 224,7 ngµy Trái Đất 6375 5,5 23g56ph 365,25 ngày (1 năm) Hỏa tinh 1,52 3395 0,11 3,9 24g37ph 1,88 năm Mộc tinh 5,2 71,490 318 1,3 9g50ph 11,86 năm > 30 Thổ tinh 9,54 60,270 95 0,7 14g14ph 29,46 năm 19 Thiên Vơng tinh 19,19 25,760 15 1,2 17g14ph 84,00 năm 15 Hải Vơng tinh 30,07 25,270 17 1,7 16g11ph 164,80 năm >8 Sao chổi thiên thạch: - Sao chổi: Là khối khí đóng băng lẫn với đá, có đờng kính vài km, chuyển động quanh Mặt Trời theo quỹ đạo elíp dẹt mà mặt trời tiêu điểm Khi chổi cđ quĩ đạo gần mặt trời vật chất bị nóng sáng bay thành đám khí bụi quanh Đám khí bụi bao quanh bị áp suất as mặt trời gây đẩy dạt phía đối diện với mặt trời tạo thành đuôi chổi Đứng Trái Đất ta nhìn thấy đầu đuôi chổi: đầu chổi gần mặt trời, đuôi chổi xa Mặt Trời - Thiên thạch: Là tảng đá chuyển động quanh mặt trời Trờng hợp thiên thạch bay bầu khí trái đất bị ma sát mạnh nêu nóng sáng bốc cháy, để lại vết dài mà ta gọi băng III thiên hà: Các sao: - Sao thiên thể nóng sáng giống nh Mặt Trời Các xa, đà biết gần cách đến hàng chục tỉ km (trên năm as); xa cách xa đến 14 tỉ năm ánh sáng ( naờm aựnh saựng = 9, 46.1012 Km ) - Độ sáng sao: Độ sáng mà ta nhìn thấy thực chất độ rọi sáng lên ngơi mắt ta, phụ thuộc vào khoảng cách độ sáng thực Độ sáng thực lại phụ thuộc vào công suất xạ Độ sáng khác Chẳng hạn Sao Thiên Lang có công suất xạ lớn Mặt Trời 25 lần; sáng có công suất xạ nhỏ Mặt Trời hàng vạn lần - Các loại đặc biệt: Đa số tồn trạng thái ổn định; có kích thớc, nhiệt độ, không đổi mét thêi gian dµi - Ngoµi ra; ng−êi ta đà phát thấy có số đặc biệt nh− biÕn quang, míi, n¬tron, … + Sao biến quang có độ sáng thay đổi, có hai loại: - Sao biến quang che khuất hệ đôi (gồm vệ tinh), độ sáng tổng hợp mà ta thu đợc biến thiên có chu kì - Sao biến quang nén dÃn có độ sáng thay đổi thực theo chu kì xác định + Sao có độ sáng tăng đột ngột lên hàng ngàn, hàng vạn lần sau từ từ giảm Lí thuyết cho pha đột biến tr#nh biến hóa hệ + Punxa, nơtron xạ lợng có phần xạ lợng thành xung sóng vô tuyến 46 Nguyễn Quang Đông ĐH Thái Nguyên Mobile: 0974974888 - Sao nơtron đợc cấu tạo hạt nơtron với mật độ lớn 1014 g/cm - Punxa (pulsar) lơi nơtron với bán kính 10km tự quay với tốc độ góc 640 voứng/s phát sóng vô tuyến Bức xạ thu đợc Trái Đất có dạng xung sáng giống nh sáng hải đăng mà tàu biển nhận đợc Thiên hà: - Thiên hà hệ thống gồm nhiều tinh vân - Thiên hà có dạng xoắn ốc - Các tồn Vũ trụ thành hệ tơng đối độc lập với Mỗi hệ thống nh gồm hàng trăm tỉ gọi thiên hà a Các loại thiên hà: - Thiên hà xoắn ốc có hình dạng dẹt nh đĩa, có cánh tay xoắn ốc, chứa nhiều khí - Thiên hà elip có hình elip, chứa khí có khối lợng trải dải rộng Có loại thiên hà elip nguồn phát sóng vô tuyến điện mạnh - Thiên hà không định hình trông nh đám mây (thiên hà Ma gien-lăng) b Thiên Hà chúng ta: - Thiên Hà thiên hà xoắn ốc, có đờng kính khoảng 90 nghìn năm ánh sáng có khối lợng khoảng 150 tỉ khối lợng Mặt Trời Nó hệ phẳng giống nh đĩa dày khoảng 330 năm ánh sáng, chứa vài trăm tỉ - Hệ Mặt Trời nằm cánh tay xoắn rìa Thiên Hà, cách trung tâm khoảng 30 nghìn năm ánh sáng Giữa có bụi khí - Phần trung tâm Thiên Hà có dạng hình cầu dẹt gọi vùng lồi trung tâm đợc tạo già, khí bụi - Ngay trung tâm Thiên Hà có nguồn phát xạ hồng ngoại nguồn phát sóng vô tuyến điện (tơng đơng với độ sáng chừng 20 triệu nh Mặt Trời phóng luồng gió mạnh) - Từ Trái Đất, nhìn đợc hình chiếu thiên hà vòm trời gọi dải Ngân Hà nằm theo hớng Đông Bắc Tây Nam trời c Nhóm thiên hà Siêu nhóm thiên hà: - Vũ trụ có hàng trăm tỉ thiên hà, thiên hà thờng cách khoảng mời lần kích thớc Thiên Hà Các thiên hà có xu hớng hợp lại với thành nhóm từ vài chục đến vài nghìn thiên hà - Thiên Hà thiên hà lân lận thuộc Nhóm thiên hà địa phơng, gồm khoảng 20 thành viên, chiếm thể tích không gian có đờng kính gần triệu năm ánh sáng Nhóm bị chi phối chủ yếu ba thiên hà xoắn ốc lớn: Tinh vân Tiên Nữ (thiên hà Tiên Nữ M31 hay NGC224); Thiên Hà chúng ta; Thiên hà Tam giác, thành viên lại Nhóm thiên hà elip thiên hà không định hình tí hon - khoảng cách cỡ khoảng 50 triệu năm ánh sáng Nhóm Trinh Nữ chứa hàng nghìn thiên hà trải rộng bầu trời chòm Trinh Nữ - Các nhóm thiên hà tập hợp lại thành Siêu nhóm thiên hà hay Đại thiên hà Siêu nhóm thiên hà địa phơng có tâm nằm Nhóm Trinh Nữ chứa tất nhóm bao quanh nó, có nhóm thiên hà địa phơng IV thuyết vụ nổ lớn (BIG BANG) Định luật Hớp-bơn: Tốc độ lùi xa thiên hà tỉ lệ với khoảng cách thiên hà chúng ta: v = Hd ; năm ánh sáng = 9,46.1012 Km ⎨ −2 H 1, 7.10 m/s.nă m n h saự n g = 47 Nguyễn Quang Đông ĐH Thái Nguyên Mobile: 0974974888 Thuyết vụ nổ lớn (Big Bang): - Theo thut vơ nỉ lín, vị trơ b¾t đầu dăn nở từ điểm kì dị Để tính tuổi bán kính vũ trụ, ta chọn điểm kì dị làm mốc (gọi điểm zêrô Big Bang) - Tại thời điểm định luật vật lí đà biết thuyết tơng đối rộng không áp dụng đợc Vật lí học đại dựa vào vật lí hạt sơ cấp để dự đoán tợng xảy thời điểm t p = 1043 s sau Vụ nổ lớn gọi thời điểm Planck - thời điểm Planck, kích thớc vụ trụ 10 35 m , nhiệt độ 1032 K mật độ 1091 kg/cm Các trị số cực lớn cực nhỏ gọi trị số Planck Từ thời điểm Vũ trụ dÃn nở nhanh, nhiệt độ Vũ trụ giảm dần Tại thời điểm Planck, Vũ trụ bị tràn ngập hạt có lợng cao nh electron, notrino quark, lợng 1015 GeV - Tại thời điểm t = 10 s , chuyển động quark phản quark đà đủ chậm để lực tơng tác mạnh gom chúng lại gắn kết chúng lại thành prôtôn nơtrôn, lợng trung bình hạt vũ trụ lúc 1GeV - Tại thời điểm t = phuựt , hạt nhân Heli đợc tạo thành Trớc đó, prôtôn nơtrôn đă kết hợp với để tạo thành hạt nhân đơteri 12 H Khi đó, đă xuất hạt nhân đơteri 12 H , triti 13 H , heli He bền Các hạt nhân hiđrô hêli chiếm 98% khối lợng thiên hà, khối lợng khối lợng hêli có khối lợng 4 hiđrô Điều chứng tỏ, thiên thể, thiên hà có chung nguồn gốc hạt nhân nặng chiếm 2% thiên thể, có - Tại thời điểm t = 300000 naờm , loại hạt nhân khác đă đợc tạo thành, tơng tác chủ yếu chi phối vũ trụ tơng tác điện từ Các lực điện từ gắn electron với hạt nhân, tạo thành nguyên tử H He - Tại thời điểm t = 109 naờm , nguyên tử đà đợc tạo thành, tơng tác chủ yếu chi phối vũ trụ tơng tác hấp dẫn Các lực hấp dẫn thu gom nguyên tử lại, tạo thành thiên hà ngăn cản thiên hà tiếp tục nở Trong thiên hà, lực hấp dẫn nén đám nguyên tử lại tạo thành Chỉ có khoảng cách thiên hà tiếp tục tăng lên - Tại thêi ®iĨm t = 14.109 năm , vị trơ ë trạng thái nh với nhiệt độ trung bình T = 2,7K ============================================================= Bảng quy đổi theo luỹ thõa 10 Thõa sè 1012 109 106 103 102 101 Tªn tiỊn tè Tera Giga Mega Kilo Hecto Deca Ký hiÖu T G M K H D Thõa sè 10-1 10-2 10-3 10-6 10-9 10-12 48 Tªn tiỊn tè dexi centi mili micro nano pico Ký hiÖu d c m µ n p