Tổng hợp lý thuyết vật lí 12 cơ bản

KIẾN THỨC VẬT LÝ 12 CƠ BẢN  DAO ĐỘNG CƠ CHƯƠNG : DAO ĐỘNG CƠ CHỦ ĐỀ 1: ĐẠI CƯƠNG DAO ĐỘNG ĐIỀU HỊA A TĨM TẮT LÍ THUYẾT Chu kì, tần số, tần số góc: + Chu kì T dao động điều hịa khoảng thời gian để thực dao động toàn phần; đơn vị giây (s) + Tần số f dao động điều hịa số dao động tồn phần thực giây; đơn vị héc (Hz) 2 + Liên hệ , T f:  = = 2f T Dao động: a Dao động cơ: Chuyển động qua lại quanh vị trí đặc biệt, gọi l{ vị trí c}n b Dao động tuần ho{n: Sau khoảng thời gian gọi l{ chu kỳ, vật trở lại vị trí cũ theo hướng cũ c Dao động điều hòa: l{ dao động li độ vật l{ h{m cosin (hay sin) theo thời gian Phương trình dao động điều hòa (li độ): x = Acos(t + ) + x: Li độ, đo đơn vị độ d{i cm m + A = xmax: Biên độ (ln có gi| trị dương) + Quỹ đạo dao động l{ đoạn thẳng d{i L = 2A +  (rad/s): tần số góc;  (rad): pha ban đầu; (t + ): pha dao động + xmax = A, |x|min = Phương trình vận tốc: v = x’= - Asin(t + ) + v chiều với chiều chuyển động (vật chuyển động theo chiều dương v > 0, theo chiều }m v < 0) π + v sớm pha so với x Tốc độ: l{ độ lớn vận tốc |v|= v + Tốc độ cực đại |v|max = A vật vị trí c}n (x = 0) + Tốc độ cực tiểu |v|min= vật vị trí biên (x= A ) Phương trình gia tốc: a = v’= - 2Acos(t + ) = - 2x + a có độ lớn tỉ lệ với li độ v{ hướng vị trí c}n π + a ln sớm pha so với v ; a x ngược pha + Vật VTCB: x = 0; vmax = A; amin = + Vật biên: x = ±A; vmin = 0; amax = A2 Hợp lực t|c dụng lên vật (lực hồi phục, lực k o về): F = ma = - m ω2 x =- kx  + F có độ lớn tỉ lệ với li độ v{ ln hướng vị trí c}n + Dao động đổi chiều hợp lực đạt gi| trị cực đại + Fhpmax = kA = m ω2 A : vị trí biên + Fhpmin = 0: vị trí c}n C|c hệ thức độc lập: 2 x  v  2  v  a)   +  =  A = x + a) đồ thị (v, x) l{ đường elip    ω  A   Aω  b) a = - 2x b) đồ thị (a, x) l{ đoạn thẳng qua gốc tọa độ 2 2 a v  a   v  c)  +  =1  A = + 2  c) đồ thị (a, v) l{ đường elip Aω ω ω Aω     d) F = -kx 2 F2 v2  F   v   A = + e)  + =    m 2ω4 ω2  kA   Aω  d) đồ thị (F, x) l{ đoạn thẳng qua gốc tọa độ e) đồ thị (F, v) l{ đường elip KIẾN THỨC VẬT LÝ 12 CƠ BẢN  DAO ĐỘNG CƠ Chú ý: * Với hai thời điểm t1, t2 vật có c|c cặp gi| trị x1, v1 x2, v2 ta có hệ thức tính A & T sau: 2 2 x12 - x22 v 22 - v 12  x1   v   x   v  + = +  = 2          A2 Aω  A   Aω   A   Aω  v 22 - v12 x12 - x22 ω=  T = 2π 2 x12 - x22 v2 - v1 x2 v - x2 v v  A = x12 +   = 22 22 v2 - v1 ω * Sự đổi chiều đại lượng:   C|c vectơ a , F đổi chiều qua VTCB  Vectơ v đổi chiều qua vị trí biên * Khi từ vị trí cân O vị trí biên:  Nếu a  v  chuyển động chậm dần  Vận tốc giảm, ly độ tăng  động giảm, tăng  độ lớn gia tốc, lực kéo tăng * Khi từ vị trí biên vị trí cân O:  Nếu a  v  chuyển động nhanh dần  Vận tốc tăng, ly độ giảm  động tăng, giảm  độ lớn gia tốc, lực kéo giảm * Ở đ}y khơng thể nói l{ vật dao động nhanh dần “đều” hay chậm dần “đều” dao động l{ loại chuyển động có gia tốc a biến thiên điều hịa khơng phải gia tốc a l{ số ƣợ t n o n Tính qu~ng đường vật dđđh: + Trong chu kì, vật dao động điều hịa quãng đường 4A +Trong nửa chu kì, vật quãng đường 2A + Qu~ng đường cực đại, cực tiểu:  Trong trường hợp t < T/2 : Δφ  Qu~ng đường lớn : Smax = 2Asin Δφ Qu~ng đường nhỏ : Smin = 2A(1- cos ) T T  Trong trường hợp t > T/2 : tách t  n  t ' , n  N* ; t '  2 T - Trong thời gian n qu~ng đường l{ 2nA - Trong thời gian t’ qu~ng đường lớn nhất, nhỏ tính cách Chú ý: + Nhớ số trường hợp t < T/2 để giải nhanh b{i to|n: t=T/3 t=T/4 t=T/6 Smax A A√ A√ Smin A A(2-√ ) A(2-√ )  10 Vận tốc trung bình = x  x1 ; t  t1 Tốc độ trung bình = s t KIẾN THỨC VẬT LÝ 12 CƠ BẢN  DAO ĐỘNG CƠ 11 Hai vật dao động tần số, vuông pha (độ lệch pha Δφ = 2k +1 π ) 2 x  x  - Đồ thị biểu diễn phụ thuộc chúng có dạng elip, nên ta có :   +   =  A1   A  * Đặc biệt: Khi A = A1 = A (hai vật có biên độ vật hai thời điểm kh|c nhau), ta có: x12  x 22  A ; v1 = ωx ; v2 = ωx1 12 Công thức tính biên độ v{ pha ban đầu dao động tổng hợp: A sin 1  A sin 2 A2  A12  A22  2A1A2 cos(2  1 ) ; tan   A1 cos 1  A cos 2 a Ảnh hưởng độ lệch pha:  = 2 - 1 (với 2 > 1) -   k2 : A  A1  A  -   (2k  1) : A  A1  A   2 -   (2k  1) : A  A1  A  -   const : A1  A  A  A1  A b Dùng máy tính tìm phương trình (dùng cho FX 570ES trở lên) Chú ý: Trước tiên đưa dạng h{m cos trước tổng hợp - Bấm chọn MODE m{n hình hiển thị chữ: CMPLX - Chọn đơn vị đo góc l{ rad bấm: SHIFT MODE m{n hình hiển thị chữ R - Nhập: A1 SHIFT (-) φ1 + A2 SHIFT (-) φ2 m{n hình hiển thị : A1  1 + A2  2 ; sau nhấn = - Kết hiển thị số phức dạng: a+bi ; bấm SHIFT = hiển thị kết quả: A   ****************************************** CHỦ ĐỀ 2: CON LẮC LÒ XO I ĐẠI CƯƠNG VỀ CON LẮC LÒ XO: Phương trình dao động: x = Acos(t + ) Chu kì, tần số, tần số góc v{ độ biến dạng: + Tần số góc, chu kỳ, tần số:   + k = mω k m ; T  2 m k ;f k 2 m Chú ý: 1N/cm = 100N/m + Nếu lò xo treo thẳng đứng: T  2  m Với   2 k g  mg k Nhận x t: Chu kì lắc lị xo + tỉ lệ với bậc m; tỉ lệ nghịch với bậc k + phụ thuộc v{o m k; không phụ thuộc v{o A (sự kích thích ban đầu) m N  Trong khoảng thời gian, hai lắc thực N1 N2 dao động: =   m1  N  Chu kì v{ thay đổi khối lượng: Gắn lò xo k v{o vật m1 chu kỳ T1, v{o vật m2 T2, vào vật khối lượng m3 = m1 + m2 chu kỳ T3, v{o vật khối lượng m4 = m1 – m2 (m1 > m2) chu kỳ T4 Ta có: T32 = T12 + T22 T42 = T12 - T22 (chỉ cần nhớ m tỉ lệ với bình phương T ta có cơng thức này) Chu kì v{ thay đổi độ cứng: Một lị xo có độ cứng k, chiều d{i l cắt th{nh c|c lị xo có độ cứng k1, k2, v{ chiều d{i tương ứng l{ l1, l2… có: kl = k1l1 = k2l2 (chỉ cần nhớ k tỉ lệ nghịch với l lò xo) KIẾN THỨC VẬT LÝ 12 CƠ BẢN  DAO ĐỘNG CƠ  Ghép lò xo: 1 = + + k k1 k  treo vật khối lượng thì: T2 = T12 + T22 * Song song: k = k1 + k2 + … 1  treo vật khối lượng thì: = + + T T1 T2 (chỉ cần nhớ k tỉ lệ nghịch với bình phương T l{ ta có cơng thức này) II LỰC HỒI PHỤC (KÉO VỀ), CHIỀU D[I LÒ XO V[ LỰC Đ[N HỒI Lực hồi phục: l{ nguyên nh}n l{m cho vật dao động, hướng vị trí c}n v{ biến thiên điều hịa tần số với li độ Lực hồi phục CLLX không phụ thuộc khối lượng vật nặng Fhp = - kx = -mω2x (Fhpmin = 0; Fhpmax = kA) Chiều dài lò xo: Với l0 l{ chiều d{i tự nhiên lò xo * Khi lò xo nằm ngang: l0 = Chiều d{i cực đại lò xo : lmax = l0 + A Chiều d{i cực tiểu lò xo : lmin = l0 - A * Khi lắc lò xo treo thẳng đứng: Chiều d{i vật vị trí c}n : lcb = l0 + l0 Chiều d{i cực đại lò xo : lmax = l0 + l0 + A Chiều d{i cực tiểu lò xo : lmin = l0 + l0 – A g mg Với l0    k  Lực đàn hồi: xuất lò xo bị biến dạng v{ đưa vật vị trí lị xo khơng bị biến dạng a Lị xo nằm ngang: VTCB trùng với vị trí lị xo khơng bị biến dạng + Fđh = kx = k l (x = l : độ biến dạng; đơn vị mét) + Fđhmin = 0; Fđhmax = kA b Lò xo treo thẳng đứng: - Ở vị trí c}n (x = 0) : F = kl0 - Lực đ{n hồi cực đại (lực kéo): FKmax = k(l0 + A) (ở vị trí thấp nhất) - Lực đ{n hồi cực tiểu: * Nếu A < l0  FMin = k(l0 - A) = FKmin (ở vị trí cao nhất) * Nếu A ≥ l0  FMin = (ở vị trí lị xo không biến dạng: x = l0) * Nối tiếp: Tính thời gian lị xo dãn - nén chu kì: a Khi A > l : Trong chu kỳ lò xo d~n (hoặc nén) lần b Khi l ≥ A: Trong chu kỳ lò xo dãn KIẾN THỨC VẬT LÝ 12 CƠ BẢN  DAO ĐỘNG CƠ III NĂNG LƯỢNG DAO ĐỘNG CỦA CLLX Lưu ý: Khi tính lượng phải đổi khối lượng kg, vận tốc m/s, ly độ mét 1 a Thế năng: Wt = kx2 = mω2x2 = mω2A2cos2(ωt + φ) 2 1 b Động năng: Wđ = mv2 = mω2A2sin2(ωt + φ) 2 1 c Cơ năng: W  Wt  Wd  kA  m2 A  const 2 Nhận x t: + Cơ bảo to{n v{ tỉ lệ với bình phương biên độ + Khi tính động vị trí có li độ x thì: Wđ = W – Wt = k(A2 - x2 ) + Dao động điều ho{ có tần số góc l{ , tần số f, chu kỳ T Wđ Wt biến thiên với tần số góc 2, tần số 2f, chu kỳ T/2 + Trong chu kỳ có lần Wđ = Wt, khoảng thời gian hai lần liên tiếp để Wđ = Wt là T/4 + Thời gian từ lúc Wđ = Wđ max (Wt = Wt max) đến lúc Wđ = Wđ max /2 (Wt = Wt max /2) T/8 a max v A + Khi Wđ  nWt  W  Wđ  Wt  (n  1)Wt  x   ; a ; v   max n 1 n 1 1 n Lưu ý : Khi viết phương trình dao động điều ho{ x = Acos(t + φ) (cm) *Tại t=0: - Vật theo chiều dương v >   < ; theo chiều }m v <   > Ví dụ: Tại t = + Vật biên dương: = + Vật qua VTCB theo chiều dương: =  / + Vật qua VTCB theo chiều }m: =  / + Vật qua A/2 theo chiều dương: = -  / + Vật qua vị trí –A/2 theo chiều }m: =  / + Vật qua vị trí -A /2 theo chiều dương: = - 3 / , * Dùng máy tính FX570 ES X|c định kiện: tìm , v{ thời điểm ban đầu (t = 0) tìm x0 v0 ;  v0   A  x 02 ) Chú ý: lấy dấu “+” vật chuyển động theo chiều dương  + Mode v + Nhập: x0 - i (chú ý: chữ i máy tính – bấm ENG) ω + Ấn: SHIFT = M|y tính hiện: A   Với ( KIẾN THỨC VẬT LÝ 12 CƠ BẢN  DAO ĐỘNG CƠ CHỦ ĐỀ 3: CON LẮC ĐƠN I ĐẠI CƢƠNG VỀ CON ẮC ĐƠN Chu kì, tần số v{ tần số góc: T  2 g ;  g ;f g 2 Nhận x t: Chu kì lắc đơn + tỉ lệ thuận với bậc l ; tỉ lệ nghịch với bậc g + phụ thuộc v{o l g; không phụ thuộc biên độ A v{ m Phương trình dao động: s = S0cos(  t + ) α = α0cos(t + ) Với s = αl, S0 = α0l  v = s’ = -S0sin(t + ) = -lα0sin(t + ) ; v max  .s0  .l ; v   at = v’ = -2S0cos(t + ) = -2lα0cos(t + ) = -2s = -2αl = -gα G tố gồm thành phần : gia tốc tiếp tuyến gia tốc pháp tuyến (gia tốc hướng tâm) a t  2s  g VTCB :a  a n 2  a  a  a   t n v an   g( 02   ) VTB :a  a t l Lưu ý: + Điều kiện dao động điều ho{: Bỏ qua ma s|t, lực cản v{ 0 A2 | f1 - f0| < | f2 - f0| B) Để cho hệ dao động với biên độ cực đại rung mạnh nước sóng s|nh mạnh xảy cộng hưởng s s Khi đó: f  f  T = T0  = T0  vận tốc cộng hưởng: v = T0 v KIẾN THỨC VẬT LÝ 12 CƠ BẢN SÓNG CƠ CHƯƠNG : SÓNG CƠ CHỦ ĐỀ 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ SÓNG CƠ Kh|i niệm sóng cơ, sóng ngang, sóng dọc a Sóng cơ: l{ dao động lan truyền môi trường vật chất  khơng truyền chân khơng - Khi sóng lan truyền, c|c ph}n tử vật chất dao động chỗ, pha dao động v{ lượng sóng chuyển dời theo sóng Qu| trình truyền sóng l{ qu| trình truyền lượng - Trong mơi trường đồng tính v{ đẳng hướng, c|c phần tử gần nguồn sóng nhận sóng sớm (tức l{ dao động nhanh pha hơn) c|c phần tử xa nguồn b Sóng dọc: l{ sóng có phương dao động trùng với phương truyền sóng Sóng dọc truyền chất khí, lỏng, rắn Ví dụ: Sóng }m truyền khơng khí hay chất lỏng c Sóng ngang: l{ sóng có phương dao động vng góc với phương truyền sóng Sóng ngang truyền chất rắn mặt chất lỏng Ví dụ: Sóng mặt nước C|c đặc trưng sóng a Chu kì (tần số sóng): l{ đại lượng khơng thay đổi sóng truyền từ môi trường n{y sang môi trường kh|c b Tốc độ truyền sóng: l{ tốc độ lan truyền dao động mơi trường; Nói chung, tốc độ truyền sóng chất rắn lớn chất lỏng cịn chất lỏng lớn chất khí v c Bước sóng: λ = vT = Với v(m/s); T(s); f(Hz)  ( m)  Qu~ng đường truyền sóng: S = v.t f - ĐN1: Bước sóng l{ khoảng c|ch hai điểm gần phương truyền sóng dao động pha - ĐN2: Bước sóng quãng đường sóng lan truyền chu kì Chú ý: + Khoảng c|ch hai sóng liên tiếp l{  ; Khoảng c|ch n sóng l{ (n – 1)  Phương trình sóng + Nếu phương trình sóng n u n O uO = Acos(t + ) p ƣơn trìn són tạ M 2 x OM phương truyền sóng là: uM = Acos (t +  - 2 ) = Acos (t +  )   + Đ lệch pha giữ ểm M, N c ng phương truyền thời điểm: 2 d ∆φ = Với d = MN: khoảng cách hai điểm M, N  Trường hợp Nếu hai điểm M, N dao động pha Độ lệch pha Δφ = 2kπ Khoảng cách d = MN d = kλ k = 1, 2, … Nếu hai điểm M, N dao Nếu hai điểm M, N động ngược pha dao động vuông pha  Δφ = (2k +1) Δφ = (2k +1)π d = (k+0,5)  k = 0, 1, 2… d = (k+0,5)  k = 0, 1, 2… Khoảng cách gần dmin = λ dmin = λ/2 dmin = λ/4  Bài toán: Cho khoảng c|ch, độ lệch pha điểm, v1 ≤ v ≤ v2 f1 ≤ f ≤ f2 Tính v f: Dùng m|y tính, bấm MODE ; nhập h{m f(x) = v f theo ẩn x = k ; cho chạy nghiệm (từ START đến END 10 ; chọn STEP (vì k nguyên), nhận nghiệm f(x) khoảng v f Chú ý: Trong tượng truyền sóng sợi d}y, d}y kích thích dao động nam ch}m điện với tần số dòng điện f tần số dao động dây 2f KIẾN THỨC VẬT LÝ 12 CƠ BẢN SĨNG CƠ CHỦ ĐỀ 2: SĨNG ]M Sóng âm l{ sóng truyền c|c mơi trường khí, lỏng, rắn (Âm không truyền chân không) - Trong chất khí v{ chất lỏng, sóng }m l{ sóng dọc - Trong chất rắn, sóng }m gồm sóng ngang v{ sóng dọc ]m nghe có tần số từ 16Hz đến 20 000Hz m{ tai người cảm nhận Âm n{y gọi âm - Siêu âm: l{ sóng }m có tần số > 20 000Hz - Hạ }m: l{ sóng }m có tần số < 16Hz Nguồn }m l{ c|c vật dao động ph|t }m Dao động }m dao động cưỡng có tần số tần số nguồn ph|t Tốc độ truyền }m: - Trong môi trường định, tốc độ truyền }m không đổi - Tốc tốc truyền }m phụ thuộc v{o tính đ{n hồi, mật độ nhiệt độ môi trường - Tốc độ: vrắn > vlỏng > vkhí Khi sóng âm truyền từ khơng khí vào nước vận tốc tăng bước sóng tăng d d  Chú ý: Thời gian truyền }m môi trường: t  với vkk vmt l{ vận tốc truyền }m v kk v mt không khí v{ mơi trường C|c đặc trưng vật lý }m (tần số, cường độ (hoặc mức cường độ }m), lượng v{ đồ thị dao động }m) a Tần số }m: L{ đặc trưng quan trọng Khi }m truyền từ môi trường n{y sang môi trường khác tần số khơng đổi, tốc truyền }m thay đổi, bước sóng sóng }m thay đổi W P b Cường độ }m I(W/m2) I = = : điểm l{ đại lượng đo lượng m{ sóng t.S S }m tải qua đơn vị diện tích đặt điểm đó, vng góc với phương truyền sóng đơn vị thời gian + W (J), P (W) l{ lượng, công suất ph|t }m nguồn; S (m2) l{ diện tích miền truyền }m + Với sóng cầu S l{ diện tích mặt cầu S = 4πR2  Khi R tăng k lần I giảm k2 lần c Mức cường độ }m: I   L(dB)  10 lg I0 L I  1010 I0 với I0 = 10-12W/m2 l{ cường độ }m chuẩn L  L(dB)  L  L1  10 lg I2 I   10 10  Khi I tăng 10n lần L tăng thêm 10n (dB) I1 I1 Chú ý: Khi hai }m chêch lệch L2 – L1 = 10n (dB) I2 = 10n.I1 = a.I1 ta nói: số nguồn }m b}y đ~ tăng gấp a lần so với số nguồn }m lúc đầu R  I R I  L  L1  10 lg  20 lg      10 I1 R2 I1  R  L2  L1 10 a  lg a  lg b b Đặc trưng sinh lí }m: (3 đặc trưng l{ độ cao, độ to v{ }m sắc) - Độ cao }m gắn liền với tần số }m (Độ cao âm tăng theo tần số âm) - Độ to }m l{ đặc trưng gắn liền với mức cường đô }m (Độ to phụ thuộc vào tần số mức cường độ âm) - ]m sắc gắn liền với đồ thị dao động }m, giúp ta ph}n biệt c|c }m ph|t từ c|c nguồn }m, nhạc cụ kh|c (Âm sắc phụ thuộc vào tần số biên độ hoạ âm) Chú ý c|c công thức to|n: lg10x = x; a = lgx  x = 10a ; lg KIẾN THỨC VẬT LÝ 12 CƠ BẢN SÓNG CƠ CHỦ ĐỀ 3: GIAO THOA SĨNG Hiện tượng giao thoa sóng: l{ tổng hợp hay nhiều sóng kết hợp khơng gian, có chỗ biên độ sóng tăng cường (cực đại giao thoa) triệt tiêu (cực tiểu giao thoa) Hiện tượng giao thoa l{ tượng đặc trưng sóng Điều kiện giao thoa: Hai nguồn sóng ph|t hai sóng tần số v{ có hiệu số pha khơng đổi theo thời gian gọi l{ hai nguồn kết hợp Lí thuyết giao thoa: Giao thoa hai sóng ph|t từ hai nguồn sóng kết hợp S1, S2 c|ch khoảng l  Hai nguồn biên độ, pha: u1 = u2 = Acos(ωt + φ) + Nếu O l{ trung điểm đoạn S1S2 O c|c điểm nằm đường trung trực đoạn S1S2 dao động với biên độ cực đại v{ bằng: AMmax = 2A + Khi M  2k  d1 - d2 = kλ AMmax = 2A; 1  Khi M  (2k  1)  d1 - d2 =  k +  λ AMmin = 2   Điều kiện có ự giao thoa:   d2 - d1 = kλ  0;   ;  2 ;  3 ;  4 ọi tên: CĐ0; CĐ1; CĐ2;  Điều kiện có ự t ểu giao thoa: CĐ3; CĐ4;   d2 - d1 = (k + 0,5)λ  0,5 ;  1,5 ;  2,5 ; ọi tên: CT1; CT2; CT3; d  d1 : λ + Nếu k nguyên M thuộc v}n cực đại bậc k Ví dụ: k =  M thuộc v}n cực đại bậc + Nếu k bán nguyên M thuộc v}n cực tiểu thứ k + k = 2,5  M thuộc v}n cực tiểu thứ + Hai điểm M, N c|ch hai nguồn S1, S2 l{ d1M, d2M, d1N, d2N d d d d Ta đặt k M = 2M 1M ;  k N = 2N 1N v{ giả sử: kM < kN λ λ Cực đại: k < M k < kN   Cực tiểu: kM < (k + 0,5) < kN + Muốn biết điểm M thuộc v}n cực đại hay v}n cực tiểu, ta xét tỉ số k = π  d -d  Hai nguồn biên độ, ngược pha: Δφ = ±π ; A M = 2A cos  π ±  λ 2  Trong trường hợp hai nguồn dao động ngược pha kết giao thoa “ngược lại’’ với kết thu hai nguồn dao động pha + Nếu O l{ trung điểm đoạn S1S2 O c|c điểm nằm đường trung trực đoạn S1S2 dao động với biên độ cực tiểu v{ bằng: AMmin = + Khi d1 - d2 = kλ AMmin = 0; 1  Khi d1 - d2 =  k +  λ AMmax = 2A 2  + Xét điểm nằm đường nối hai nguồn S1 S2  Khoảng cách hai điểm dao động cực đại (cực tiểu) gần bằng:   Khoảng cách điểm cực đại điểm cực tiểu gần bằng:  KIẾN THỨC VẬT LÝ 12 CƠ BẢN  DAO ĐỘNG V[ SÓNG ĐIỆN TỪ CHỦ ĐỀ 2: SÓNG ĐIỆN TỪ Điện từ trường - Khi từ trường biến thiên theo thời gian sinh điện trường xo|y (l{ điện trường m{ c|c đường sức bao quanh c|c đường cảm ứng từ) Ngược lại điện trường biến thiên theo thời gian sinh từ trường xo|y (l{ từ trường m{ c|c đường cảm ứng từ bao quanh c|c đường sức điện trường) - Dòng điện qua cuộn d}y l{ dòng điện dẫn, dòng điện qua tụ điện l{ dòng điện dịch (l{ biến thiên điện trường tụ) - Điện trường v{ từ trường l{ mặt thể kh|c loại trường l{ điện từ trường Sóng điện từ: l{ điện từ trường lan truyền không gian điện từ trường biến thiên tuần ho{n theo thời gian a Đặc điểm sóng điện từ: - Sóng điện từ lan truyền chân khơng với tốc độ c = 3.108 m/s - Sóng điện từ l{ sóng ngang có th{nh phần l{ th{nh phần điện E v{ th{nh phần từ B vng góc với v{ vng góc với phương truyền sóng + Cac vectơ E , B v lap tam dien thuan: xoay đinh ốc để vectơ E trùng vectơ B chiều tiến đinh ốc trùng với chiều vectơ v + C|c phương không gian: mặt đất, hướng mặt phương Bắc, lúc tay tr|i hướng T}y, tay phải hướng Đơng Vì vậy: giả sử vectơ E cực đại v{ hướng phía T}y vectơ B cực đại (do pha) v{ hướng phía Nam (như hình vẽ) - Dao động điện trường v{ từ trường điểm ln đồng pha - Cũng có c|c tính chất giống sóng học: phản xạ, khúc xạ, giao thoa Truyền tốt c|c môi trường thường theo thứ tự: Chân khơng > khí > lỏng > rắn Khi truyền từ khơng khí v{o nước: f khơng đổi; v  giảm - Sóng điện từ mang lượng - Sóng điện từ bước sóng từ v{i m đến v{i km dùng thông tin vô tuyến gọi l{ sóng vơ tuyến: Loại sóng Sóng dài Tần số - 300 KHz Bước sóng 105 - 103 m Sóng trung 0,3 - MHz 103 - 102 m Sóng ngắn - 30 MHz 10 - 10 m Sóng cực ngắn 30 - 30000 MHz 10 - 10-2 m Đặc tính Năng lượng nhỏ, bị nước hấp thụ, dùng thông tin liên lạc nước Ban ng{y tầng điện li hấp thụ mạnh, ban đêm bị hấp thụ => ban đêm nghe đ{i sóng trung rõ ban ng{y Năng lượng lớn, bị tầng điện li v{ mặt đất phản xạ nhiều lần => thông tin mặt đất kể ng{y v{ đêm Có lượng lớn, khơng bị tầng điện li hấp thụ, xuyên qua tầng điện li nên dùng thông tin vũ trụ, vơ tuyến truyền hình KIẾN THỨC VẬT LÝ 12 CƠ BẢN DAO ĐỘNG V[ SÓNG ĐIỆN TỪ  Nguyên tắc chung việc thông tin truyền sóng vơ tuyến a) Ph|t v{ thu sóng điện từ: Dựa v{o nguyên tắc cộng hượng điện từ mạch LC (f = f0) - Để phát sóng điện từ người ta mắc phối hợp m|y ph|t dao động điều ho{ với ăngten (l{ mạch dao động hở) - Để thu sóng điện từ người ta mắc phối hợp ăngten với mạch dao động có tần số riêng điều chỉnh (để xảy cộng hưởng với tần số sóng cần thu) b) Nguyên tắc chung: a Phải dùng sóng điện từ cao tần để tải thơng tin gọi l{ sóng mang b Phải biến điệu c|c sóng mang: “trộn” sóng }m tần với sóng mang c Ở nơi thu phải t|ch sóng }m tần khỏi sóng mang d Khuếch đại tín hiệu thu Lưu ý: Sóng mang co bien đo bang biên độ sóng }m tần, co tan so bang tần số sóng cao tần c) Sơ đồ khối m|y ph|t vô tuyến điện đơn giản: Máy phát Máy thu 5 (1): Micrô (2): Mạch ph|t sóng điện từ cao tần (3): Mạch biến điệu (4): Mạch khuyếch đại (5): Anten phát (1): Anten thu (2): Mạch khuyếch đại dao động điện từ cao tần (3): Mạch t|ch sóng (4): Mạch khuyếch đại dao động điện từ }m tần (5): Loa KIẾN THỨC VẬT LÝ 12 CƠ BẢN SÓNG ÁNH SÁNG  CHƯƠNG : SÓNG ÁNH SÁNG CHỦ ĐỀ 1: T\N SẮC \NH S\NG Tính chất sóng |nh s|ng * Hiện tượng t|n sắc |nh s|ng: L{ tượng |nh s|ng bị t|ch th{nh nhiều m{u kh|c qua mặt ph}n c|ch hai môi trường suốt * \nh s|ng đơn sắc l{ |nh s|ng có m{u định, có bước sóng định v{ khơng bị t|n sắc truyền qua lăng kính   v c c Bước sóng |nh s|ng đơn sắc   , truyền ch}n không        f f  v n * Chiết suất môi trường suốt phụ thuộc v{o m{u sắc |nh s|ng Trong mơi trường : nđỏ < < ntím  vđỏ > > vtím * Khi truyền qua c|c mơi trường suốt kh|c vận tốc |nh s|ng thay đổi, bước sóng |nh s|ng thay đổi cịn tần số |nh s|ng khơng thay đổi nên m{u sắc không đổi * \nh s|ng trắng l{ tập hợp vơ số |nh s|ng đơn sắc có m{u biến thiên liên tục từ đỏ đến tím Bước sóng |nh s|ng trắng: 0,4 m    0,76 m * Cầu vồng l{ kết t|n sắc |nh s|ng Mặt Trời chiếu qua c|c giọt nước mưa T|n sắc qua lăng kính – phản xạ to{n phần - Khi chùm |nh s|ng trắng hẹp từ khơng khí v{o mơi trường có chiết suất n thì: rđỏ > r > rtím - Khi chùm |nh s|ng trắng hẹp từ mơi trường có chiết suất n khơng khí thì: igh đỏ > igh > igh tím Có trường hợp xảy ra: + Khi i < igh tím: Tất c|c tia ló ngo{i khơng khí với rđỏ < r < rtím + Khi i > igh đỏ: Tất c|c tia phản xạ to{n phần mặt ph}n c|ch, chùm tia phản xạ l{ chùm |nh s|ng trắng + Khi i = igh lục: Tia Lục s|t mặt ph}n c|ch O H C|c tia ló ngo{i khơng khí l{: Đỏ, Cam, V{ng Dd C|c tia phản xạ to{n phần: Lam, Ch{m, Tím Dt ® - Tính bề rộng quang phổ quan s|t m{n A nhỏ: ΔL =  Dt - Dđ  =  n t - n đ  A rad T (với = OH : l{ khoảng c|ch từ lăng kính đến m{n) ***************************** CHỦ ĐỀ 2: GIAO THOA ÁNH SÁNG Hiện tượng giao thoa |nh s|ng Kh|i niệm: Hiện tượng giao thoa |nh s|ng l{ tượng chồng chất hai (hay nhiều) sóng kết hợp, kết l{ trường giao thoa xuất xen kẽ miền s|ng, miền tối Điều kiện: Cũng sóng có c|c sóng |nh s|ng kết hợp tạo tượng giao thoa Nguồn s|ng kết hợp l{ nguồn ph|t |nh s|ng có tần số v{ có độ lệch pha không đổi theo thời gian - Đối với |nh s|ng đơn sắc: V}n giao thoa l{ vạch s|ng tối xen kẽ c|ch - Đối với |nh s|ng trắng: V}n s|ng trung t}m có m{u trắng, quang phổ bậc có m{u cầu vồng, tím trong, đỏ ngo{i Từ quang phổ bậc trở lên khơng rõ nét có phần c|c m{u chồng chất lên Giao thoa khe Young với |nh s|ng đơn sắc H M Trong đó: a = S1S2 l{ khoảng c|ch hai khe s|ng D = OI l{ khoảng c|ch từ hai khe s|ng S1, S2 đến d1 x S m{n quan s|t Điều kiện : D >> a d S1M = d1; S2M = d2 a O D I x = OM l{ (toạ độ) khoảng c|ch từ v}n trung S2 t}m đến điểm M ta xét Thí nghiệm giao thoa Young KIẾN THỨC VẬT LÝ 12 CƠ BẢN ax D - Tại M l{ vị trí v}n s|ng: d = k λD  xs = k = ki; k  Z a k = 0: Vân sáng trung tâm k = 1: V}n s|ng bậc k = 2: V}n s|ng bậc - Tại M l{ vị trí v}n tối: d = (k + 0,5) λD  x t = (k +0,5) = (k +0,5)i; k  Z a - Khoảng v}n: l{ khoảng c|ch hai v}n s|ng (hoặc tối) liên tiếp xs = k i λD  i=  i a x t =  k + 0,5 i = (2k +1) - Hiệu đường đi: Δd = d2 - d1 = SÓNG ÁNH SÁNG  Tối thứ Sáng thứ 4, k=4, bậc Tối thứ i i Sáng thứ 3, k=3, bậc Tối thứ Sáng thứ 2, k=2, bậc Tối thứ Sáng thứ 1, k=1, bậc Tối thứ Vân sáng TT, k= Tối thứ Sáng thứ 1, k= -1, bậc Tối thứ i i Sáng thứ 2, k= -2, bậc Tối thứ Sáng thứ 3, k= -3, bậc Tối thứ  V}n s|ng v{ v}n tối liên tiếp c|ch Sáng thứ 4, k= -4, bậc i đoạn l{: Tối thứ  Giữa n v}n s|ng liên tiếp có (n – 1) khoảng v}n Ứng dụng: ia - Đo bước sóng |nh s|ng: λ = D - Giao thoa mỏng vết dầu loang, m{ng x{ phòng Giao thoa với |nh s|ng trắng Bề rộng quang phổ liên tục bậc k: hay khoảng c|ch v}n tím bậc k đến v}n đỏ bậc k (λ - λ )D x k  k (i đ  i t )  k d t a 5.Khi nguồn S phát hai ánh sáng đơn sắc có bước sóng 1  : + Trên m{n có hai hệ v}n giao thoa ứng với |nh s|ng có bước sóng 1 v{ bước sóng  + Ở vị trí v}n trung t}m hai v}n s|ng trùng xS1 = xS2 = + Tại c|c vị trí M, N … hai v}n lại trùng xS1 = xS2  k1λ1 = k λ : M{u v}n s|ng M, N… giống m{u v}n s|ng O - - CHỦ ĐỀ 3: C\C LOẠI QUANG PHỔ V[ C\C LOẠI TIA BỨC XẠ M|y quang phổ: L{ dụng cụ dùng để ph}n tích chùm |nh s|ng phức tạp tạo th{nh th{nh phần đơn sắc M|y quang phổ gồm có phận chính: + Ống chuẩn trực: để tạo chùm tia song song + Hệ t|n sắc: để t|n sắc |nh s|ng + Buồng tối: để thu ảnh quang phổ KIẾN THỨC VẬT LÝ 12 CƠ BẢN SÓNG ÁNH SÁNG  C|c loại quang phổ v{ c|c loại tia xạ: QP liên tục QP vạch phát xạ Định nghĩa L{ dải m{u biến thiên liên tục từ đỏ đến tím L{ hệ thống c|c vạch m{u riêng rẽ nằm tối Nguồn phát C|c chất rắn, chất lỏng v{ chất khí |p suất lớn bị nung nóng C|c chất khí hay |p suất thấp bị kích thích nóng sáng Tính chất Ứng dụng - Khơng phụ thuộc chất vật, phụ thuộc nhiệt độ vật - Nhiệt độ c{ng cao, miền ph|t sáng vật mở rộng vùng ánh sáng có bước sóng ngắn Đo nhiệt độ vật Nguyên tố khác có quang phổ vạch riêng kh|c số lượng, vị trí m{u sắc, độ s|ng tỉ đối c|c vạch (vạch quang phổ khơng có bề rộng) QP vạch hấp thụ L{ hệ thống vạch tối riêng rẽ quang phổ liên tục Do chiếu chùm ánh s|ng qua khối khí hay nung nóng nhiệt độ thấp nhiệt độ nguồn s|ng trắng Tia hồng ngoại Tia tử ngoại Tia X L{ xạ khơng nhìn thấy có bước sóng d{i bước sóng tia đỏ (d{i 0,76m) L{ xạ khơng nhìn thấy có bước sóng ngắn bước sóng tia tím (ngắn 0,38m) Là sóng điện từ có bước sóng ngắn, từ 10-8m ÷ 10-11m Mọi vật có nhiệt độ cao nhiệt độ mơi trường lị than, lị điện, đèn d}y tóc… C|c vạch tối xuất vị trí c|c vạch m{u quang phổ vạch ph|t xạ - T|c dụng nhiệt - G}y số phản ứng hóa học - Có thể biến điệu sóng cao tần - G}y tượng quang điện số chất b|n dẫn X|c định th{nh phần (nguyên tố), h{m lượng c|c th{nh phần vật - Sấy khô, sưởi ấm - Điều khiển từ xa - Chụp ảnh bề mặt Tr|i Đất từ vệ tinh - Qu}n (tên lửa tự động tìm mục tiêu, camera hồng ngoại, ống nhịm hồng ngoại…) C|c vật bị nung nóng đến 2000oC; đèn thủy ng}n, hồ quang điện - T|c dụng lên phim ảnh, L{m ion hóa khơng khí, g}y phản ứng quang hóa, quang hợp, g}y tượng quang điện - T|c dụng sinh lí: hủy diệt tế b{o da, diệt khuẩn… - Bị nước v{ thủy tinh hấp thụ mạnh - Khử trùng nước uống, thực phẩm - Chữa bệnh còi xương - X|c định vết nức bề mặt kim loại Ống rơnghen, ống cu-lít-giơ - Khả đ}m xuyên mạnh T|c dụng mạnh lên phim ảnh, l{m ion hóa khơng khí, làm phát quang nhiều chất, g}y tượng quang điện hầu hết kim loại - Tác dụng diệt vi khuẩn, hủy diệt tế b{o - Chiếu điện, chụp điện dùng y tế để chẩn đo|n bệnh - Chữa bệnh ung thư - Kiểm tra vật đúc, dị bọt khí, vết nứt kim loại - Kiểm tra h{nh lí h{nh kh|ch máy bay Chú ý: Mặt trời l{ nguồn ph|t quang phổ liên tục quang phổ mặt trời m{ ta thu mặt đất lại l{ quang phổ vạch hấp thụ khí mặt trời Thang sóng điện từ: Miền SĐT Tia Gamma Tia X Tia tử ngoại  (m) Dưới 10-11 10-8 10-11 3,8.10-7 10-9 Ánh sáng nhìn thấy Tia hồng ngoại 7,6.10-7 3,8.10-7 10-3 7,6.10-7 Sóng vô tuyến 3.104 10-4 KIẾN THỨC VẬT LÝ 12 CƠ BẢN  LƯỢNG TỬ \NH S\NG CHƯƠNG : LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG CHỦ ĐỀ 1: QUANG ĐIỆN NGO[I Định nghĩa: Hiện tượng |nh s|ng l{m bật c|c êlectron khỏi mặt kim loại gọi l{ tượng quang điện (hay gọi l{ tượng quang điện ngo{i) C|c electron bị bật tượng n{y gọi l{ c|c electron quang điện hay quang electron Định luật giới hạn quang điện: Đối với kim loại, |nh s|ng kích thích phải có bước sóng  nhỏ giới hạn quang điện 0 kim loại (  0) g}y tượng quang điện Chú ý: Nếu chiếu đồng thời xạ λ1 , λ v{ xạ g}y tượng quang điện ta tính to|n với xạ có bước sóng bé Giả thuyết Plăng: Lượng lượng m{ lần nguyên tử hay ph}n tử hấp thụ ph|t xạ có gi| trị ho{n to{n x|c định, gọi l{ lượng tử lượng v{ kí hiệu chữ ε : ε = hf = hc λ Trong đó: h = 6,625.10-34 J.s gọi l{ số Plăng Giới hạn quang điện: λ  hc kim loại l{ đặc trưng riêng kim loại v{ l{ A bước sóng lớn |nh s|ng kích thích Trong đó: A l{ công tho|t êléctrôn (đơn vị: Jun) Thuyết lượng tử |nh s|ng (thuyết phôtôn) Anh-xtanh + Ánh s|ng tạo th{nh c|c hạt gọi l{ phôtôn + Với |nh s|ng đơn sắc có tần số f, c|c phôtôn giống nhau, phôtôn mang lượng ε = hf + Phôtôn tồn trạng thái chuyển động Trong chân không, phôtôn bay với tốc độ c = 3.108 m/s dọc theo c|c tia s|ng + Mỗi lần nguyên tử hay ph}n tử ph|t xạ hấp thụ |nh s|ng chúng ph|t hay hấp thụ phôtôn + Năng lượng phôtôn nhỏ Một chùm s|ng dù yếu chứa nhiều phôtôn nhiều nguyên tử, ph}n tử ph|t Vì ta nhìn thấy chùm s|ng l{ liên tục + Khi |nh s|ng truyền đi, c|c lượng tử không bị thay đổi, không phụ thuộc khoảng c|ch tới nguồn s|ng Lưỡng tính sóng - hạt |nh s|ng Ánh s|ng vừa có tính chất sóng, vừa có tính chất hạt Ta nói |nh s|ng có lưỡng tính sóng - hạt Trong tượng quang học, tính chất sóng thể rõ tính chất hạt lại mờ, v{ ngược lại Thể tính chất sóng ● Hiện tượng giao thoa ● Hiện tượng nhiễu xạ ● Hiện tượng t|n sắc… Thể tính chất hạt ● Hiện tượng quang điện ● Hiện tượng g}y ph|t quang ● Tính đ}m xuyên, g}y ion hóa chất khí… Cơng suất xạ nguồn s|ng: P = n f ε Với nf l{ số phôtôn nguồn ph|t 1s Động lượng photon: p = m phc = Công thức Anh-xtanh: h ε = ; Với mph l{ khối lượng tương đối tính photon λ c ε = A + mv20max 1  2hc  -   λ λ  ; với h.c = 1,9875.10-25  v 0max = m 10 Cho hiệu điện UAK đặt v{o tế b{o quang điện, tính vận tốc e đập v{o Anot - Khi electron tăng tốc: - Khi electron bị giảm tốc: 1 mv2 - mv02 = e.UAK  mv2 -(ε - A) = e.UAK  vận tốc v 2 1 mv2 - mv20 = -e UAK  vận tốc v 2 Lưu ý đổi đơn vị: MeV = 106 eV ; eV = 1,6.10-19 J ; MeV = 1,6.10-13 J ; A = 10-10 m KIẾN THỨC VẬT LÝ 12 CƠ BẢN LƯỢNG TỬ \NH S\NG  11 Tính điện cầu cô lập điện Trường hợp chiếu xạ có bước sóng   0 v{o cầu kim lọai cô lập, c|c êléctrôn quang điện bứt khỏi cầu, điện tích dương cầu tăng dần nên điện V cầu tăng dần Điện V = Vmax c|c êléctrôn quang điện bứt khỏi cầu bị lực điện trường hút trở lại cầu - Áp dụng định lí động với lưu ý vt = 0, VM = Vmax , VN = V∞ = , ta có: m.v 20max = e.Vmax - Áp dụng cơng thức Anh-xtanh, ta có: Vmax = h c -A λ e - Đối với cầu kim loại b|n kính R, ta tính điện tích cực đại Qmax cầu: Vmax  k Qmax ; với k = 9.109 (Nm2 / C2 ) R 12 Cường độ dòng quang điện b~o hòa: I bh  13 Hiệu suất lượng tử: H  q  n e e ; Với ne l{ số eléctron bứt khỏi K 1s t ne nf 14 Điều kiện để dòng quang điện triệt tiêu: UAK  Uh (Uh < 0), Uh gọi l{ hiệu điện h~m eU h = mv0Max hc 1  e.U h = hf – A  U h = ( - ) e λ λ0 Lưu ý: Trong số b{i to|n người ta lấy Uh > l{ độ lớn *************************** CHỦ ĐỀ 2: MẪU BO Tiên đề (Tiên đề trạng th|i dừng): Nguyên tử tồn số trạng th|i có lượng x|c định, gọi l{ c|c trạng th|i dừng Khi c|c trạng th|i dừng nguyên tử không xạ v{ không hấp thụ lượng Tiên đề (Tiên đề xạ v{ hấp thụ lượng nguyên tử ): Khi nguyên tử chuyển từ trạng th|i dừng có lượng En sang trạng th|i dừng có lượng Em nhỏ ngun tử ph|t phơtơn có lượng En hiệu En – Em:  = hfnm = En – Em hấp thụ xạ Ngược lại, nguyên tử trạng th|i dừng có lượng Em m{ hấp thụ phơtơn có lượng hfmn hfnm hiệu En – Em chuyển lên trạng th|i dừng có Em lượng cao En Chú ý: Nếu phơtơn có lượng hf mn mà E n < hf mn < E m ngun tử khơng nhảy lên mức lượng n{o m{ trạng th|i dừng ban đầu Hệ quả: Ở trạng th|i dừng c|c electron nguyên tử chuyển động quỹ đạo có b|n kính ho{n to{n x|c định gọi l{ quỹ đạo dừng - Đối với nguyên tử Hiđrô, b|n kính quỹ đạo dừng tăng tỉ lệ với bình phương c|c số nguyên liên tiếp: rn = n2r0 , với n l{ số nguyên r0 = 5,3.10-11 m, gọi bán kính Bo Quỹ đạo Bán kính K (n = 1) r0 Trạn t (t n tạ bền vữn ) L (n = 2) r0 M (n = 3) r0 Hấp thụ lượng Bức xạ lượng N (n = 4) 16 r0 O (n = 5) 25 r0 Trạn t kí ( ỉ t n tạ tron t P (n = 6) 36 r0 t í n ỡ 10-8s) KIẾN THỨC VẬT LÝ 12 CƠ BẢN LƯỢNG TỬ \NH S\NG  Tính lượng electron quỹ đạo dừng thứ n: En = - 13,6 (eV) Với n  N* n2 → Năng lượng ion hóa nguyên tử hi đrô từ trạng th|i bản: E0 = 13,6(eV)= 21,76.10-19 J Quỹ đạo Năng lượng K (n = 1) L (n = 2) M (n = 3) N (n = 4) O (n = 5) 13,  13,  2 13,  13,  13,  5 Tính bước sóng dịch chuyển hai mức lượng: Cho bước sóng n{y tính bước sóng kh|c: P (n = 6)  13, 62 hc hc = Em - En  λ mn = λ mn Em - En 1 ; f13 = f12 + f23 (như cộng véctơ) = + λ 13 λ 12 λ 23 Tính b|n kính quỹ đạo dừng thứ n: rn = n2r0 ; với r0 = 5,3.10-11m l{ b|n kính Bo (ở quỹ đạo K) Khi electron chuyển mức lượng, tìm số vạch ph|t ra: - Vẽ sơ đồ mức lượng, vẽ c|c vạch ph|t xạ đếm - Hoặc dùng cơng thức: N  C2n ; C2n l{ tổ hợp chập n 9* Tính vận tốc v{ tần số quay electron chuyển động quỹ đạo dừng n: Lực Culông electron v{ hạt nh}n giữ vai trò lực hướng t}m k k 2,2.106 Vận tốc electron: v = e = (m / s) ; với me rn n Tần số quay electron: ω = 2π.f = e2 v2 nên: = m e rn rn2 k = 9.109 (Nm2 / C2 )  -31 me = 9,1.10 kg v v  f 2π.rn rn 10* Cường độ dòng điện ph}n tử electron chuyển động quỹ đạo g}y ra: I = (vì electron chuyển động quỹ đạo trịn nên t = T) - - q e e = = ω t T 2π KIẾN THỨC VẬT LÝ 12 CƠ BẢN  LƯỢNG TỬ \NH S\NG CHỦ ĐỀ 3: QUANG ĐIỆN TRONG, QUANG PH\T QUANG & LAZE I HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN TRONG Chất quang dẫn v{ tượng quang điện a) Chất quang dẫn: l{ chất dẫn điện không bị chiếu s|ng v{ trở th{nh chất dẫn điện tốt bị chiếu |nh s|ng thích hợp b) Hiện tượng quang điện trong: * Kh|i niệm: Hiện tượng chiếu |nh s|ng thích hợp v{o khối chất b|n dẫn, l{m giải phóng c|c êlectron liên kết chúng trở th{nh c|c êlectron dẫn đồng thời tạo c|c lỗ trống tham gia v{o qu| trình dẫn điện gọi l{ tượng quang điện * Ứng dụng: Hiện tượng quang điện ứng dụng quang điện trở v{ pin quang điện Chú ý: ● Khi nói đến tượng quang điện ln nhớ tới chất b|n dẫn, cịn với tượng quang điện ngo{i phải l{ kim loại ● Bức xạ hồng ngoại g}y tượng quang điện số chất b|n dẫn Trong khơng thể g}y tượng quang điện ngo{i kim loại n{o Quang điện trở - Quang điện trở l{ điện trở l{m chất quang dẫn Nó có cấu tạo gồm sợi d}y chất quang dẫn gắn đế c|ch điện - Quang điện trở ứng dụng c|c mạch điều khiển tự động Pin quang điện - Pin quang điện (còn gọi l{ pin Mặt Trời) l{ nguồn điện chạy lượng |nh s|ng Nó biến đổi trực tiếp quang th{nh điện * Ứng dụng: Pin quang điện ứng dụng c|c m|y đo |nh s|ng, vệ tinh nh}n tạo, máy tính bỏ túi… Được lắp đặt v{ sử dụng miền núi, hải đảo, nơi xa nh{ m|y điện II HIỆN TƯỢNG QUANG – PHÁT QUANG Kh|i niệm ph|t quang Hiện tượng xảy số chất có khả hấp thụ |nh s|ng có bước sóng n{y để ph|t |nh s|ng có bước sóng kh|c Chất có khả ph|t quang gọi l{ chất ph|t quang Ví dụ: Nếu chiếu chùm |nh s|ng tử ngoại v{o ống nghiệm đựng dung dịch fluorexêin (chất diệp lục) dung dịch n{y ph|t |nh s|ng m{u lục (hình vẽ) Ở đ}y, |nh s|ng tử ngoại |nh s|ng kích thích, cịn |nh s|ng m{u lục l{ fluorexêin ph|t l{ ánh sáng phát quang Th{nh c|c đèn ống thơng thường có phủ lớp bột ph|t quang Lớp bột n{y ph|t quang |nh s|ng trắng bị kích thích |nh s|ng gi{u tia tử ngoại thủy ng}n đèn ph|t lúc có phóng điện qua Chú ý: ☻Ngo{i tượng quang – ph|t quang cịn có c|c tượng ph|t quang sau: hóa – phát quang (ở đom đóm); điện – ph|t quang (ở đèn LED); ph|t quang catơt (ở m{n hình ti vi) ☻Sự ph|t s|ng đèn ống l{ quang - ph|t quang vì: đèn ống có tia tử ngoại chiếu v{o lớp bột ph|t quang phủ bên th{nh ống đèn ☻Sự ph|t s|ng đèn d}y tóc, nến, hồ quang l{ quang - phát quang Đặc điểm tượng ph|t quang: bước sóng  ' |nh s|ng phát quang lớn bước sóng  |nh s|ng kích thích: λ ' > λ (hay ε ' < ε  f ' < f) III SƠ LƯỢC VỀ LAZE Định nghĩa, đặc điểm, ph}n loại v{ ứng dụng laze - Laze l{ nguồn s|ng ph|t chùm s|ng cường độ lớn dựa việc ứng dụng tượng ph|t xạ cảm ứng - Một số đặc điểm tia laze: + Tia laze có tính đơn sắc cao + Tia laze l{ chùm s|ng kết hợp (c|c phơtơn chùm có tần số v{ pha) + Tia laze l{ chùm s|ng song song (có tính định hướng cao) + Tia laze có cường độ lớn Chú ý: Tia laze khơng có đặc điểm cơng suất lớn, hiệu suất laze nhỏ KIẾN THỨC VẬT LÝ 12 CƠ BẢN  LƯỢNG TỬ \NH S\NG - C|c loại laze: + Laze rắn, laze rubi (biến đổi quang th{nh quang năng) + Laze khí, laze He – Ne, laze CO2 + Laze b|n dẫn, laze Ga – Al – As, sử dụng phổ biến (bút bảng) - Một v{i ứng dụng laze: Laze ứng dụng rộng r~i nhiều lĩnh vực + Y học: dùng dao mổ phẩu thuật mắt, chữa bệnh ngo{i da… + Thông tin liên lạc: sử dụng vô tuyến định vị, liên lạc vệ tinh, truyền tin c|p quang… + Công nghiệp: khoan, cắt, tôi, x|c c|c vật liệu cơng nghiệp KIẾN THỨC VẬT LÝ 12 CƠ BẢN VẬT LÝ HẠT NH]N  CHƯƠNG : HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ I HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ Cấu tạo hạt nhân:  m p  1,67262.10 27 kg  Z proâtoân  19 q p  1,6.10 C  A Z X tạo nên từ  mn  1,67493.10 27 kg   N  ( A - Z ) nơtrôn  q p  : không mang điện  m p  1,007276u Đơn vị khối lượng nguyên tử ( u ): 1u  1,66055.1027 kg   mn  1,008665u Các công thức liên hệ: m  NA  m : khối lượng n  A ; A: khối lượng mol(g/mol) hay số khối (u)  NA    Số mol  N: số hạt nhân nguyên tử n  N ;   N  mN A   N A N A  6,023.1023 nguyên tử/mol A II NĂNG ƢỢNG HẠT NHÂN m0  Zm p  ( A  Z )mn : khoái lượng nuclôn riêng lẻ Độ hụt khối:  m  m0  m ( m k ố lƣợn ạt n ân) Hệ thức Einstein: E  mc2 ; 1uc  931,5 MeV ; 1MeV  1,6.10 13 J Năng lượng liên kết, lượng liên kết riêng: a Năng lượng liên kết: Elk  mc2 Elk : tính cho nuclôn A Chú ý: + Hạt nhân có lượng liên kết riêng lớn bền vững + Hạt nhân có số khối khoảng từ 50 đến 95, lượng liên kết riêng chúng có giá trị lớn vào khoảng 8,8 MeV/nu III PHÓNG XẠ Địn n ĩ : Hiện tượng hạt nhân không bền , tự phát phân rã phát tia phóng xạ biến đổi thành hạt nhân khác gọi tượng phóng xạ Đặc điểm : Hiện tượng phóng xạ hoàn toàn nguyên nhân bên hạt nhân gây nên, khơng phụ thuộc vào yếu tố bên ngồi : nhiệt độ , áp suất, điện từ trường… N0  N   N 0e t t  ln  2T ; với   : số phân rã Định luật phóng xạ:  m T ( s )   t m   m0 e t   2T b Năng lượng liên kết riêng: Elkrieng  t T * Số nguyên tử chất phóng xạ cịn lại sau thời gian t : N N N e t * Số hạt nguyên tử bị phân rã số hạt nhân tạo thành số hạt ( e- e+) N N0 N N (1 e t ) tạo thành: * Khối lượng chất phóng xạ cịn lại sau thời gian t : m m0 Trong đó: N0, m0 số nguyên tử, khối lượng chất phóng xạ ban đầu t T m0 e t KIẾN THỨC VẬT LÝ 12 CƠ BẢN  VẬT LÝ HẠT NH]N T chu kỳ bán rã (là thời gian để lượng chất phóng xạ giảm nửa); ln2 0, 693 số phóng xạ  T không phụ thuộc vào tác động bên mà phụ T T thuộc chất bên chất phóng xạ * Khối lượng chất bị phóng xạ sau thời gian t : m m0 m m0 (1 e t ) m * Phần trăm chất phóng xạ bị phân rã: e t m0 t m T Phần trăm chất phóng xạ cịn lại: e t m0 * Khối lượng chất tạo thành sau thời gian t : Ac N Ac N mc Ac (1 e t ) m0 (1 e t ) NA NA Am Trong đó: Am, Ac số khối chất phóng xạ ban đầu (mẹ) chất tạo thành (con) NA = 6,022.10-23 mol-1 số Avơgađrơ Lưu ý: Trường hợp phóng xạ +, - Ac = Am  mc = m Độ phóng xạ H: Là đại lượng đặc trưng cho tính phóng xạ mạnh hay yếu lượng chất phóng xạ, đo số phân rã giây t H H T H e t N H0 = N0 độ phóng xạ ban đầu Đơn vị: Becơren (Bq); 1Bq = phân rã/giây Curi (Ci); Ci = 3,7.1010 Bq Lưu ý: Khi tính độ phóng xạ H, H0 (Bq) chu kỳ phóng xạ T phải đổi đơn vị giây(s) H0 ln   t  H  t  H e ; với   T (s) : số phân rã * Cơng thức độ phóng xạ:  2T  10  H   N ; H   N (Bq); 1Ci  3,7.10 Bq Các tia phóng xạ: a Tia  : 24 hạt 24 He * Những tính chất tia α : + Bị lệch điện trường, từ trường + Phóng từ hạt nhân phóng xạ với tốc độ khoảng 2.107m/s + Có khả iơn hố mạnh ngun tử đường đi, lượng nhanh, tối đa 8cm khơng khí , khả đâm xun yếu, khơng xun qua bìa dày cỡ 1mm     laø pozitron ( e) : p  n  e + b Tia  : có hai loại   ,   1  laø electron ( 1 e) : n  p  e + * Những tính chất tia β : + Bị lệch điện trường, từ trường nhiều tia  + Phóng từ hạt nhân với tốc độ gần tốc độ ánh sang + Có khả iơn hố môi trường, yếu tia α , tia β có khả qng đường dài khơng khí ( cỡ vài m ) khả đâm xuyên tia β mạnh tia α , xun qua nhơm dày vài mm * Lưu ý : Trong phóng xạ β có giải phóng hạt nơtrino phản nơtrino c Tia  : * Bản chất sóng điện từ có bước sóng cực ngắn   1011 m , hạt photon có lượng cao * Những tính chất tia γ : + Không bị lệch điện trường, từ trường + Phóng với tốc độ tốc độ ánh sáng + Có khả iơn hố mơi trường khả đâm xun cực mạnh KIẾN THỨC VẬT LÝ 12 CƠ BẢN VẬT LÝ HẠT NH]N  IV PHẢN ỨNG HẠT NHÂN A3 A1 A2 A4 Phương trình phản ứng: Z1 X Z2 X Z3 X Z4 X Trong số hạt hạt sơ cấp nuclôn, eletrôn, phôtôn Trường hợp đặc biệt phóng xạ: X1  X2 + X3 X1 hạt nhân mẹ, X2 hạt nhân con, X3 hạt   Các định luật bảo toàn phản ứng hạt nhân + Bảo toàn số nu lôn (số k ố ) A1 + A2 = A3 + A4 + Bảo tồn ện tí (n un tử số) Z1 + Z2 = Z3 + Z4 + Bảo toàn n lƣợn p1 p2 p3 p4 hay m1 v1 m v2 + Bảo toàn năn lƣợn K X1 K X E K X3 K X m v3 m v4 Năng lương tỏa thu v{o phản ứng hạt nh}n: Xét phản ứng: AZ11 X1  AZ22 X  AZ33 X3  AZ44 X Giả thiết hạt AZ22 X đứng yên Ta có: E =  m1 + m  - (m3 + m )  c =  Δm3 + Δm  -  Δm1 + Δm   c =  ΔE3 + ΔE  -  ΔE1 + ΔE  =  A3ε3 + A4ε  -  A1ε1 + A 2ε  =  K3 + K  -  K1 + K  + Nếu E > 0: phản ứng tỏa lượng + Nếu E < 0: phản ứng thu lượng B{i to|n vận dụng c|c định luật bảo to{n: * Tổng qu|t: dùng để tính góc phương chuyển động c|c hạt  P3 *  P1 1  2 O = * *  P4 * TH1: Hai hạt bay theo phương vng góc  P3  P1 * *  P4 O = * TH2: Hai hạt sinh có vectơ vận tốc * = * * m1v1 = m3.v3 + m4.v4 * TH3: Hai hạt sinh giống nhau, có động  P3 * O  P1 1  = *  P4 * TH4: Phóng xạ (hạt mẹ đứng yên, vỡ th{nh hạt con) * * = KIẾN THỨC VẬT LÝ 12 CƠ BẢN  VẬT LÝ HẠT NH]N Chú ý: Khi tính vận tốc c|c hạt thì: - Động c|c hạt phải đổi đơn vị J (Jun) (1MeV = 1,6.10-13J) - Khối lượng c|c hạt phải đổi kg (1u = 1,66055.10-27kg) Quy tắc dịch chuyển phóng xạ A + Phóng xạ  ( 24 He ): ZA X He Z 2Y So với hạt nhân mẹ, hạt nhân l i ô bảng tuần hồn có số khối giảm đơn vị A + Phóng xạ - ( 01e ): ZA X 1e Z 1Y + So với hạt nhân mẹ, hạt nhân tiến bảng tuần hồn có c ng số khối + Thực chất phóng xạ - hạt nơtrơn biến thành hạt prôtôn, hạt electrôn hạt n p e v nơtrinô: Lưu ý: - Bản chất (thực chất) tia phóng xạ - hạt electrơn (e-) - Hạt nơtrinô (v) không mang điện, không khối lượng (hoặc nhỏ) chuyển động với vận tốc ánh sáng không tương tác với vật chất A + Phóng xạ + ( 01e ): ZA X 1e Z 1Y So với hạt nhân mẹ, hạt nhân l i bảng tuần hồn có c ng số khối + Thực chất phóng xạ + hạt prôtôn biến thành hạt nơtrôn, hạt pôzitrôn hạt p n e v nơtrinô: Lưu ý: Bản chất (thực chất) tia phóng xạ + hạt pơzitrơn (e+) + Phóng xạ  (hạt phôtôn) Hạt nhân sinh trạng thái kích thích có mức lượng E1 chuyển xuống mức lượng hc E2 đồng thời phóng phơtơn có lượng : hf E1 E2 * Lưu ý: Trong phóng xạ  khơng có biến đổi hạt nhân  phóng xạ  thường kèm theo pxạ   Hai loại phản ứng tỏa lượng : - P ản ứn n ệt : + Hai hạt nhân nhẹ có (số khối A < 10), Hidro, heli… hợp lại thành hạt nhân nặng Vì tổng hợp hạt nhân xảy nhiệt độ cao nên phản ứng gọi phản ứng nhiệt hạch Ví dụ : 21H  31He  24 He  01n tỏa lượng khoảng 18MeV + Ngoài điều kiện nhiệt độ cao, phải thỏa mãn hai điều kiện để phản ứng tổng hợp hạt nhân xảy Đó : mật độ hạt nhân n phải đủ lớn, đồng thời thời gian t trì nhiệt độ cao (cỡ 108K) phải đủ dài Lo-sơn (Lawson) chứng minh điều kiện nt  1014 s / cm3 + Phản ứng nhiệt hạch lòng mặt trời nguồn gốc lượng chúng + Trên Trái Đất người thực phản ứng nhiệt hạch dạng khơng kiểm sốt Đó gọi nổ bom nhiệt hạch hay bom H Năng lượng tỏa phản ứng nhiệt hạch lớn lượng tỏa phản ứng phân hạch nhiều Nhiên liệu nhiệt hạch coi vô tận thiên nhiên - P ản ứn p ân : + Một hạt nhân nặng hấp thụ notron chậm (notron nhiệt) vỡ thành hai mảnh nhẹ (có khối lượng c ng cỡ) Phản ứng gọi phản ứng phân hạch + Đặc điểm : Sau phản ứng có notron phóng ra, phân hạch giải phóng lượng lớn Người ta gọi lượng hạt nhân + Phản ứng phân hạch dây chuyền : Các nơtron sinh sau phân của urani lại bị hấp thụ hạt nhân urani khác gần thế, phân hạch tiếp diễn thành dây chuyền Số phân hạch tăng lên nhanh thời gian ngắn, ta có phản ứng phân hạch dây chuyền Trên thực tế notron sinh nhiều nguyên nhân khác nên không tiếp tục tham gia vào phản ứng phân hạch Muốn phản ứng dây chuyền xảy ta phải xét tới số notron trung bình s cịn lại sau lần phân hạch (hệ số notron) + Nếu s 1thì dịng notron tăng lên liên tục theo thời gian, dẫn tới vụ nổ ngun tử Đó phản ứng dây chuyền khơng điều khiển Để giảm thiểu số notron bị nhằm đảm bảo k  , khối lượng nhiên liệu hạt nhân cần phải có giá trị tối thiểu, gọi khối lượng giới hạn mth