LÝ THUYẾT VẬT LÝ
TÓM TẮT KIẾN THỨC VẬT LÝ 12 CB CHƯƠNG I: DAO ĐỘNG CƠ DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA – CÁC ĐỊNH NGHĨA Dao động: chuyển động có giới hạn khơng Dao động tuần hoàn: trạng thái dao động (tọa độ, gian, lặp lặp lại xung quanh vị trí cân vận tốc, gia tốc ) lặp lại sau khoảng (VTCB = vị trí có hợp lực tác dụng lên vật thời gian 0) Chu kì: thời gian ngắn mà trạng thái chuyển động chất điểm (hay vật) lặp lại cũ (hay thời gian mà chất điểm hay vật thực Tần số: số dao động toàn phần (hay số chu kì) mà chất điểm hay vật thực 2π dao động toàn phần): T ( s ) = , đơn vị thời gian (giây): f ( Hz ) = / T ω => ω = 2π/T = 2πf t T = ( n : số dao động ) n Dao động điều hịa: Dao động tuần hồn hình sin (hay cosin), có li độ: x = A cos(ωt + ϕ )(m) Trong A, ω, ϕ đại lượng khơng thay đổi Lưu ý: li độ viết dạng: x = A sin(ωt + ϕ )(m) CÁC THUỘC TÍNH CỦA MỘT DAO ĐỘNG ĐIỀU HỊA Đoạn thẳng có giới hạn hai vị trí Khoảng cách đại số từ vị trí cân Quỹ đạo Li độ biên đến vị trí xét Gốc tọa độ O: vị trí cân Khoảng cách đại số từ gốc tọa độ đến Tọa độ Trục tọa độ: đoạn thẳng bị giới hạn vị trí xét: Hệ quy hai vị trí biên, với O trung điểm x = A cos(ωt + ϕ )(m) chiếu chiều dương Khi chọn gốc tọa độ O vị trí cân Gốc thời gian: t0 = thời điểm bắt x vừa li độ vừa tọa độ đầu xét v(t ) = x '(t ) = −ω A sin(ωt + ϕ ) a (t ) = v' (t ) = x" (t ) v(t ) = ω A cos(ωt + ϕ + π / 2)(m / s ) a = −ω A cos(ωt + ϕ )(m / s ) Vận tốc Độ lớn vận tốc gọi tốc độ; giá Gia tốc Luôn hướng vị trí cân tỉ lệ trị vận tốc số đo đại số vận với li độ tốc Có chiều ln hướng vị trí cân Đặc trưng Hợp lực (còn gọi lực kéo về) có độ cuả a = x" (t ) = −ω x lớn tỉ lệ với li độ: Fhl ( N ) = −mω x DĐĐH Gồm đàn hồi hay trọng lực Thế 2 Động Wđ = mv = mω A sin (ωt + ϕ ) ( J ) 2 2 Wt = mω A cos (ωt + ϕ ) (J) W = Wt + Wđ = mω A2 (J) (không đổi) ( m : kg ; A : m ) Cơ không đổi nghĩa bảo tồn Có hai tình huống: Cơ - Khơng có lực cản mơi trường hay lực ma sát (hệ dao động tự do) - Có lực cản môi trường hay lực ma sát bổ sung đặn, tuần hoàn bù đủ số lượng bị hao hụt (hệ dao động trì) Quan hệ A, v, x, a: A2 = x + (v / ω ) hay A2 = (a / ω ) + (v / ω ) Trang /// QUY LUẬT BIẾN ĐỔI TRONG DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA P2 O Đại lượng Li độ: x Tại VTCB: O xmin = Tại VT biên: P1, P2 xmax = ± A Vận tốc: v vmax = ± ω A vmin = Gia tốc: a amin = amax = ± ω2 A Thế năng: Wt Động năng: Wđ Cơ năng: W Wt(min) = Wđ(max) = W Giá trị không đổi Wt(max) = W Wđ(min) = Giá trị không đổi Từ O P1 x>0 v > (do chiều CĐ chiều +) a < (do hướng VTCB) Tăng Giảm Giá trị không đổi P1 /// X Từ O P2 x (do hướng VTCB) Giảm Tăng Giá trị không đổi QUAN HỆ GIỮA DAO ĐỘNG ĐIỂU HÒA VÀ CHUYỂN ĐỘNG TRÒN ĐỀU DĐĐH xem hình chiếu chuyển động trịn chất điểm (chuyển động quay quanh gốc O vectơ) đường kính quỹ đạo trịn tâm O, bán kính r = A CĐ TRỊN ĐỀU D.Đ ĐIỀU HỊA Bán kính quỹ đạo hay độ dài A (m) Biên độ vectơ quay OM α = ωt + ϕ (rad) Góc quay thời gian t Pha dao động sau thời gian t ω (rad/s) T = 2π/ω (s) Tốc độ góc hay tốc độ quay Chu kì quay: T = 2π r / v Tần số góc Chu kì dao động:T = 1/f Góc quay ban đầu lúc t0 = Pha ban đầu lúc t0 = ϕ (rad) (v: tốc độ dài) CON LẮC LÒ XO CON LẮC ĐƠN Định Vật nặng khối lượng m, kích thước Định Vật nặng khối lượng m, kích thước nhỏ nghĩa nhỏ chất điểm, gắn vào đầu nghĩa chất điểm, treo đầu sợi dây mảnh, lị xo có độ cứng k không co dãn, dài l x = A cos(ωt + ϕ )(m) Li độ Li độ Li độ cong: s = S0 cos(ωt + ϕ )(m) ; s = lα (α : rad ) Li độ góc : α = α0 cos(ωt + ϕ )(rad ) Điều - Biên độ không vượt giới hạn Điều - Biên độ nhỏ ứng với góc lệch kiện đàn hồi lị xo kiện dây treo α ≤ 100 để sin α ≈ α ( rad ) DĐĐH - Khơng có ma sát hay lực cản DĐĐH - Khơng có ma sát hay lực cản Tần số Tần số l m g (m / s ) k ( N / m) ω= ω= T = 2π ; T = 2π ; ; ; góc góc m (kg ) l ( m) g k Chu Chu k g kì kì f = f = Tần số Tần số 2π m 2π l Thế Thế 1 Wt = kx = kA2 cos (ωt + ϕ ) (J) Wt = mgh = mgl (1 − cos α ) ≈ mglα (J) năng 2 Động Động 2 2 Wđ = mv = kA sin (ωt + ϕ ) (J) Wđ = mv (J) năng 2 2 2 Cơ Cơ W = Wtđ+ W = mgl (1 − cos α ) = mglα / = W = Wt + Wđ = kA / = mω A / năng mvmax / Lưu ý Lưu ý -Vận tốc lắc: ∆l Lò xo DĐ thẳng đứng: T = 2π v = gl (cos α − cos α ) g ( ∆l độ biến dạng lò xo Trang Lực căng dây: Fc = mg (3 cos α − cos α ) hệ cân bằng) PHƯƠNG PHÁP THIẾT LẬP PHƯƠNG TRÌNH DAO ĐỘNG Dạng PT Xác định ω Xác định A Xác định ϕ x = A cos(ωt + ϕ ) TỔNG HỢP DAO ĐỘNG ĐIỂU HÒA - PHƯƠNG PHÁP FRESNEL Một vật thực đồng thời DĐĐH Điều kiện phương (cùng tần số): x = x1 + x2 A = A12 + A2 + A1 A2 cos(ϕ2 − ϕ1 ) Từ T, f, hệ dao động,… Từ điều kiện ban đầu (x0, v0), chiều dài quỹ đạo,… t0 = khi: • x0 = A : ϕ = • x0 = - A: ϕ = π • x0 = v0 > 0: ϕ = - π / • x0 = v0 < 0: ϕ = π / • v0 > 0: ϕ < (với ϕ < π ) • v0 < 0: ϕ > Công thức Sử dụng phép cộng vectơ Cần lưu ý A1 sin ϕ1 + A2 sin ϕ2 A1 cos ϕ1 + A2 cos ϕ2 uur uu uuu u ur Vẽ vectơ quay OM OM biểu diễn x1 x2 giản đồ Thực phép cộng vectơ, tính A ϕ A1 − A2 ≤ A ≤ A1 + A2 tan ϕ = -2 DĐ pha: A = A1 + A2 -2 DĐ ngược pha: A = A1 − A2 ϕ = ϕ1 A1 > A2 ;ϕ = ϕ2 A > A1 -Khi A1 = A2: ϕ = ½ (ϕ1 + ϕ2) DAO ĐỘNG TẮT DẦN, DAO ĐỘNG CƯỠNG BỨC, CỘNG HƯỞNG DĐ TỰ DO Dao động mà chu kì hay tần số khơng Định nghĩa phụ thuộc yếu tố bên hệ Nguyên nhân Do nội lực bên hệ Phụ thuộc vào đặc Chu kì (tần tính cấu tạo hệ số) gọi chu kì riêng (tần số riêng) Biên độ (năng lượng) Tính chất dao động Trang Khơng đổi Dao động điều hịa DĐ TẮT DẦN Dao động có biên độ giảm dần theo thời gian Do lực cản môi trường làm tiêu hao lượng Khơng có Giảm dần theo thời gian Dao động khơng tuần hồn DĐ DUY TRÌ Dao động có biên độ không đổi nhờ lượng dự trữ bên hệ Do lượng dự trữ bên hệ bổ sung cho hệ cách đặn, tuần hoàn nên khơng đổi Bằng chu kì riêng (tần số riêng) Khơng đổi Dao động tuần hồn trì lâu dài DĐ CƯỠNG BỨC Dao động tác dụng ngoại lực tuần hoàn Do ngoại lực tuần hồn chi phối dao động Bằng chu kì (tần số) ngoại lực tuần hoàn Thay đổi phụ thuộc vào biên độ ngoại lực độ chênh lệch tần số dao động cưỡng tần số riêng Có thể có cộng hưởng (hiện tượng biên độ dao động tăng đến cực đại fcb = friêng) CHƯƠNG II: SÓNG CƠ SÓNG CƠ VÀ SỰ TRUYỀN SÓNG CƠ SĨNG CƠ Sóng dao động Phương Định nghĩa lan truyền theo thời gian truyền sóng mơi trường -Sóng ngang: Phương dao động P.trình DĐ vng góc với phương truyền nguồn sóng (sóng mặt chất lỏng, sóng O (biết sóng dây đàn hồi, sóng trước) bề mặt vật rắn) PT sóng Phân loại -Sóng dọc: Phương dao động M ( OM = x1 ) trùng với phương truyền sóng (sóng truyền vật rắn, lỏng, PT sóng N ( ON = x2 ) khí) Sóng khơng truyền Môi chân không, truyền trường Điều kiện mơi trường rắn, truyền pha lỏng, khí sóng dao động Bằng chu kì tần số dao động Chu kì, tần phần tử có sóng số sóng truyền qua Điều kiện Biên độ Bằng biên độ dao động ngược pha sóng phần tử có sóng truyền qua dao động -Phụ thuộc vào chất môi trường truyền: mật độ phân tử, Tốc độ tính đàn hồi nhiệt độ Với Độ lệch pha truyền môi trường định tốc độ (hiệu số sóng truyền sóng xác định pha) -Cơng thức: v (m/s) = s / t Bước sóng (đại lượng đặc trưng cho sóng) -Quãng đường sóng truyền chu kì -Khoảng cách ngắn hai vị trí phương truyền sóng, dao động pha với -Công thức: λ (m) = vT = v / f = 2πv / ω -Tỉ lệ với bình phương biên độ sóng -Sóng thẳng: (trên dây) NL không đổi dọc theo phương truyền sóng Năng -Sóng phẳng: (trên bề mặt) NL lượng sóng giảm tỉ lệ với quãng đường truyền sóng -Sóng cầu: (khơng gian) NL giảm tỉ lệ với bình phương qng đường truyền sóng Trang Lưu ý PHƯƠNG TRÌNH SĨNG N O M v uO = A cos(ωt + ϕ ) = A cos(2π / T + ϕ ) uM = A cos(2πt / T + ϕ − 2πx1 / λ ) u N = A cos(2πt / T + ϕ + 2πx2 / λ ) -Những vị trí dao động pha (trên phương truyền sóng) hiệu đường từ nguồn sóng đến chúng: d = d − d1 = k λ (k ∈ Z ) -Những vị trí dao động ngược pha (trên phương truyền sóng) hiệu khoảng cách từ chúng đến nguồn sóng: d = d − d1 = (2k +1)λ / (k ∈ Z ) ĐLP hai vị trí phương truyền sóng: ∆ϕ = 2πd / λ với d = d − d1 -Sóng mặt chất lỏng (như nước): +Điểm nhơ lên cao gọi đỉnh sóng +Điểm hạ xuống thấp gọi hõm sóng +Đỉnh hay hõm sóng di chuyển với tốc độ v dọc theo phương truyền sóng +Thời gian n lần nhơ lên cao (n-1) chu kì sóng +Khoảng cách đỉnh (hoặc hõm) sóng cạnh bước sóng λ -Sóng phản xạ: sóng đến gặp vật cản (giới hạn mơi trường truyền sóng) ln phản xạ lại +Tại vật cản cố định: sóng phản xạ ln ngược pha với sóng tới +Tại vật cản tự do: sóng phản xạ ln pha với sóng tới GIAO THOA SĨNG- SĨNG DỪNG GIAO THOA SĨNG Sóng có vị trí dao động với biên độ cực đại đứng yên (biên độ cực tiểu) cố định không gian Có hai hay nhiều sóng kết hợp gặp Giao thoa sóng tổng hợp sóng kết hợp tạo thành vị trí cố định có biên độ tăng cường giảm bớt SÓNG DỪNG Sóng có vị trí bụng (biên Hiện Hiện tượng độ dao động cực đại) vị trí tượng nút (đứng yên) cố định Điều kiện Đặc điểm chung: Khoảng cách nút (hoặc bụng) sóng cạnh Định ½ λ nghĩa Hai đầu cố định: (2 nút sóng): l = k λ / 2; k ∈ N* Phương trình sóng điểm có giao Với k số bụng sóng, k + thoa hai sóng kết hợp pha: số nút sóng π uM = A cos(πd / λ ) cos 2πt − ( d1 + d ) Lý thuyết Một đầu cố định (nút) đầu λ Sóng dừng tự (bụng): Trong đó: d = d − d1 hiệu đường truyền dây hay l = (k + / 2)λ / 2; k ∈ N sóng từ hai nguồn đến điểm xét cột khí Với k số bụng sóng khơng có chiều dài l tính đầu tự = số bụng Điều kiện Hiệu khoảng cách từ nguồn sóng kết ngun để vị trí hợp đến vị trí số ngun lần => số bụng sóng = số nút sóng cực đại bước sóng: d = d − d1 = k λ (k ∈ Z) = k +1 giao thoa Hai đầu tự (cột khí): (2 bụng sóng): l = k λ / 2; k ∈ N* Với k số nút sóng, k + số bụng sóng Giao thoa sóng tới Nguyên nhân sóng phản xạ vật Hiệu khoảng cách từ nguồn sóng kết hay mơi trường đàn hồi hợp đến vị trí số ngun lẻ lần Sóng tới sóng phản xạ ln Điều kiện nửa bước sóng: tần số với điều kiện để vị trí thích hợp mơi trường (tốc cực tiểu d = d − d1 = (k +1/ 2)λ (k ∈ Z) Giải thích độ v chiều dài l) sóng giao thoa ngun nhân pha ngược pha nên trở thành sóng kết hợp có tượng giao thoa SĨNG ÂM Định nghĩa Nguồn âm Phân loại Mơi trường truyền âm Tốc độ truyền âm Trang Sóng âm dao động lan truyền môi trường khí, lỏng, rắn (Sóng âm truyền chất khí, chất lỏng sóng dọc) Vật phát dao động âm Âm thanh: âm nghe được, có Hạ âm: khơng nghe Siêu âm: không nghe f từ 16 20000 Hz được, có f < 16 Hz được, có f > 20.000 Hz - Âm không truyền chân khơng - Âm truyền qua chất khí, lỏng, rắn; truyền qua vật liệu xốp (chất cách âm) - Phụ thuộc vào chất môi trường truyền âm (mật độ phân tử, tính đàn hồi, nhiệt độ) Đối với môi trường định, tốc độ truyền âm có giá trị xác định - Tốc độ truyền âm giảm dần từ môi trường rắn lỏng khí (vr > vl > vk ) ĐẶC TRƯNG VẬT LÝ (khách quan) - Nhạc âm: tần số xác định - Tạp âm: khơng có tần số xác định Tần số âm Cường độ âm mức cường độ âm ĐẶC TRƯNG SINH LÝ (cảm thụ chủ quan) Gắn liền với tần số âm Độ cao Âm bổng có tần số cao âm trầm Cường độ âm I: lượng lượng truyền qua đơn vị diện tích đặt vng góc với phương truyền âm đơn vị thời gian P I có đơn vị W/m2 I = ng 4π d Mức cường độ âm: L( B ) = lg( I / I ) hay L(dB) = 10lg(I/I0 ) -12 Độ to I0 = 10 (W/m ) cường độ âm chuẩn (f0 = 1000 Hz); 1B = 10dB Khi ta có: I2 = n ⇒ ∆L = L2 − L1 = lg n I1 Đồ thị Phổ âm: tập hợp âm (f0) họa âm dao động (2f0; 3f0; 4f0;…) Âm phát từ nhạc âm (nhạc cụ khác có phổ âm khác âm) Đồ thị dao động âm: tổng đồ thị tất họa âm (phổ âm) Phép tính logarit lg1 = 0; lg10 = 1; 1g 10n = n Gắn với mức cường độ âm Ngưỡng nghe tai người từ đến 130 dB Sắc thái âm Liên hệ mật thiết với đồ thị dao động âm, giúp ta Âm sắc phân biệt âm tần số phát từ nhạc cụ khác Lg A.B = lgA + lg B Lg (A/B) = lg A – lg B HÀM LƯỢNG GIÁC CỦA CÁC GÓC ĐẶC BIỆT Sin a 0 30 π/6 1/2 45 π/4 2/2 Cos a 3/2 2/2 Tan a 0+ /3 Góc a Độ rad 60 π/3 3/2 1/2 90 π/2 135 3π/4 2/2 150 5π/6 1/2 180 π 0 120 2π/3 3/2 - 1/2 − /2 − 3/2 -1 +∞ − -1 − /3 0- CÔNG THỨC BIẾN ĐỔI LƯỢNG GIÁC THƯỜNG DÙNG TRONG VẬT LÝ 12 sin ωt = sin(ωt + 2kπ ) = − sin(ωt + π ) sin ωt = cos(ωt − 0,5π ) cos ωt = cos(ωt + 2kπ ) = − cos(ωt + π ) cos ωt = sin(ωt + 0,5π ) tan ωt = tan(ωt + kπ ) cos a = cos(−a) 1 − sin ωt = cos(ωt + 0,5π ) cos a = (1 + cos 2a); sin a = (1 − cos 2a) 2 a −b a+b cos a cos b = [ cos(a + b) + cos(a − b)] cos a + cos b = cos cos 2 Trang ĐỔI ĐƠN VỊ ƯỚC SỐ CỦA ĐƠN VỊ … 1p….(pico….) 10-12… 1n…(nano…) 10-9… 1µ…(micro…) 10-6… 1m…(mili…) 10-3… 1c…(centi…) 10-2… 1d…(deci…) 10-1… 1G…(giga…) 109… 1T…(tira…) 1012… BỘI SỐ CỦA ĐƠN VỊ … 1da…(deca…) 10… 1h…(hecto…) 102… 1k…(kilo…) 103… 1M…(mega…) 106… DẠNG ĐỔ THỊ CỦA HÀM SỐ COSIN (thường gặp) VÂN GIAO THOA TRÊN MẶT CHẤT LỎNG + Trường hợp giao thoa sóng mặt chất lỏng, khoảng cách hai cực đại giao thoa (hay hai cực tiểu giao thoa cạnh đoạn thẳng nối nguồn sóng S1 S2 ½λ + Số vị trí cực đại giao thoa cực tiểu giao thoa đoạn nối nguồn sóng (l = S1S ) ( S1 ; S2 pha ) l l Số cực đại : − ≤ k ≤ ;(k ∈ Z ) λ λ l l Số cực tiểu : − − ≤ k ≤ − ;(k ∈ Z ) λ λ CHƯƠNG III : ĐIỆN XOAY CHIỀU Từ thông qua cuộn dây : φ = NBScos(ωt + ϕ ) NGUYÊN TẮC TẠO DÒNG ĐIỆN Suất điện động cảm ứng : e = -φ’=NBSωsin(ωt +ϕ ) XOAY CHIỀU ⇒ dòng điện xoay chiều : i = I cos(ωt + ϕ i ) CÁC GIÁ TRỊ HIỆU DỤNG VÀ CỰC ĐẠI CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU CƠ BẢN Trang I= I0 (A) ; E = E0 (V) ; U = U0 (V) 2 I Mạch điện có R : R Cho u = U0cos(ωt + ϕu) ⇒ i = I0cos(ωt + ϕu) U Với : I = R Điện áp tức thời đầu R pha với CĐDĐ : ϕ = ϕu - ϕi = II Mạch điện có C :(nếu mắc vào đầu C mạch chiều dịng điện không qua) Cho u = U0cosωt π ⇒ i = I cos(ωt + ) C Với : Z C =ω C U0 0 = I ZC Điện áp tức thời đầu C chậm pha π so với CĐDĐ : ϕ = ϕu - ϕi = - π/2 III Mạch điện có L :(nếu mắc vào mạch chiều L khơng có tác dụng cản trở dòng điện bằng cảm kháng mà dây dẫn) L Cho u = U0cosωt π ⇒ i = I cos(ωt − ) Z L = ωL U0 Với : I = Z L Điện áp tức thời đầu L sớm pha π so với CĐDĐ: ϕ = ϕu ϕi = π/2 SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN R-L-C CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN i = I cos ωt ( A) ĐIỆN ÁP u = U cos(ωt + ϕ )(V ) U I = AB ; U AB = U R + (U L − U C ) Z AB ĐỊNH LUẬT OHM Z AB = TỔNG TRỞ ĐỘ LỆCH PHA GIỮA ĐIỆN ÁP VÀ CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN CỘNG HƯỞNG ĐIỆN CÔNG SUẤT ĐIỆN TIÊU THỤ R + (Z L − ZC )2 ϕ = ϕu − ϕi ⇒ tan ϕ = U L − U C Z L − ZC = UR R π π ≤ϕ ≤ 2 Điều kiện: Mạch có đủ RLC, R cho trước không đổi điện áp hai đầu đoạn mạch ổn định khơng đổi thỉ mạch có cộng hưởng : ZL = ZC hay φ = Hệ quả: Z = R; LCω2 = 1; Imax = U/R; Pmax = U2 / R U2 P = UI cos ϕ = RI = R ; hệ số công suất : R UR R cos ϕ = = U AB Z AB − Lưu ý: - Mạch có ZL > ZC : φ > 0; mạch có tính cảm kháng - Mạch có Z C > ZL : φ > 0; mạch có tính dung kháng Trang - Mạch có ZL ZC thay đổi ( L, C ω thay đổi được) P max ZL = ZC; φ = cosư = - Mạch có L C khơng đổi; có tần số ω ZL > ZC Để ZL = ZC (cộng hưởng điện) ω < ω1 nghĩa phải giảm tần số - Mạch có L C khơng đổi; có tần số ω ZL < ZC Để ZL = ZC (cộng hưởng điện) ω > ω1 nghĩa phải tăng tần số CÁC MÁY SẢN XUẤT VÀ SỬ DỤNG ĐIỆN XOAY CHIỀU MÃY BIẾN ÁP MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU MỘT PHA BA PHA - Phần cảm: nam châm điện p cặp cực, cực N S bố trí xen kẻ mặt trụ trịn, tạo từ -Hai cuộn dây có trường vịng dây khác - Phần ứng: gồm 2p quấn quanh cuộn dây giống lõi gồm mắc nối tiếp cho sắt mỏng pha suất điện động NGUYÊN silic ghép sát cộng nhau, bố trí TẮC mặt trụ trịn có CẤU (Cuộn nối với trục xun tâm TẠO nguồn có N1 vịng quay đối xứng, gọi cuộn sơ nơi hình thành suất cấp Cuộn có N2 điện động cảm ứng vịng gọi cuộn hình sin thứ cấp) Trong hai phần đó, phần đứng yên gọi stato phần lại quay quanh trục hình trụ trịn, gọi rơ-to NGUYÊN - Cảm ứng điện Cảm ứng điện từ TẮC từ {Từ thông qua HOẠT {Tốc độ biến cuộn dây làm ĐỘNG thiên từ thông cuộn dây xuất điểm lõi suất điện động sắt hay qua hình sin suất điện vịng dây động phần ứng nhau: Φ0 = BS có 2p cuộn dây: Trang - Phần cảm: nam châm điện cặp cực rô-to, tạo từ trường - Phần ứng: cuộn dây giống nhau, riêng biệt, bố trí mặt trụ trịn, có trục đồng quy tâm quay lệch 2π/3 (rad), stato, nơi hình thành suất điện động xoay chiều hình sin - Cảm ứng điện từ {Từ thông qua cuộn dây làm cuộn dây xuất suất điện động hình sin cuộn dây đặt lệch 2π/3 (rad) ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA - Stato: cuộn dây giống nhau, riêng biệt, bố trí mặt trụ trịn, có trục đồng quy tâm quay lệch 2π/3 (rad), có dịng điện xoay chiều pha, tạo từ trường quay - Rô-to: khung nhơm bố trí đối xứng tạo thành mặt trụ trịn tạo có hình dạng lồng sóc - Từ trường quay - Cảm ứng điện từ (Wb) } CÔNG THỨC (Máy biến áp lý tưởng) Cuộn thứ cấp không tải: U1 N1 = U N2 Cuộn thứ cấp có tải: U1 I N1 = = U I1 N e = E0 sin ωt (V) E0 = 2pNBSω (V) Tần số dòng điện: f = np f (Hz): Tần số dòng điện n : số vòng quay rô- to giây P: số cặp cực phần cảm P ≈ P2 ỨN G DỤNG - Gỉam hao phí điện truyền tải xa: Pphát Php = r U phát - Truyển tải điện năng: tăng áp nơi phát giảm áp nơi tiêu thụ - Biến áp hàn điện Tạo dòng điện pha nên có suất điện động biên độ, tần số lệch pha 2π/3 (rad) } e1 = E0 cos ωt e2 = E0 cos(ωt 2π/3) e3 = E0 cos(ωt + 2π/3) - Mắc hình sao: dây trung hòa dây pha U dây = U pha Khi tải đối xứng ith = - Mắc tam giác: dây pha Tải phải đối xứng Tạo dịng điện pha Tần số quay rơ- to ln nhỏ tần số góc dịng điện pha (hay ωrơ-to < ωdịng điện ) - Quay máy công cụ - Quạt máy pha động điện dùng điện xoay chiều pha dịng điện xoay chiều pha biền đổi thành pha vng góc CHƯƠNG IV : DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ MẠCH DAO ĐỘNG I Mạch dao động : Cuộn cảm có độ tự cảm L mắc nối tiếp với tụ điện C thành mạch kín II Dao động điện từ tự mạch dao động : Biến thiên điện tích dịng điện : q = Q0 cos(ωt + ϕ) (C ) i = ωQ0 cos(ωt + ϕ + ξ C π π C Với ω = ) ( A) = I cos(ωt + ϕ + ); I = ωQ0 = ωCU = U 2 L *Dòng điện qua L biến thiên điều hịa sớm pha điện tích tụ điện C góc + q - L điện LC π 2 Chu kỳ tần số riêng mạch dao động : T = 2π LC f = 2π LC + Máy phát máy thu sóng điện từ sử dụng mạch dao động LC tần số sóng điện từ phát thu tần số riêng mạch c λ = c.T = = 2π c LC + Bước sóng sóng điện từ thu f III Năng lượng điện từ : Tổng lượng điện trường tụ điện lượng tử trường cuộn cảm gọi lượng điện từ Trang 10 W = Wđ + Wt = số + Năng lượng điện từ trường * Lưu ý: + Năng lượng điện từ trường không đổi + Năng lượng điện trường lượng từ trường biến thiên tuần hoàn theo thời gian với chu kỳ T/2, tần số 2f T + Cứ sau thời gian lượng điện lại lượng từ + Hệ thức liên hệ I = U C = ωQ0 L + Công suất cần cung cấp để mạch không bi tắt dần công suất tỏa nhiệt: ω 2C 2U 02 U RC P =I R= R= 2L ĐIỆN TỪ TRƯỜNG I Mối quan hệ điện trường từ trường : - Nếu nơi có từ trường biến thiên theo thời gian nơi xuất điện trường xốy -Nếu nơi có điện trường biến thiên theo thời gian nơi xuất từ trường xốy -Dịng điện dịch: Điện trường biến thiên theo thời gian làm xuất từ trường xốy Điện trường tương đương dịng điện gọi dòng điện dịch II Điện từ trường : Điện trường biến thiên từ trường biến thiên liên quan mật thiết với hai thành phần trường thống gọi điện từ trường Trong điện từ trường : + E,B biến thiên điều hoà tần số pha + E , B vng góc Trang 11 Đại lượng x Sự tương tự dao động điện dao động Đại lượng điện Dao động Dao động điện q x” + ω x = q” + ω 2q = ω= k m ω= v i m L x = Acos(ωt + ϕ) q = q0cos(ωt + ϕ) k 1/C v = x’ = -ωAsin(ωt + ϕ) i = q’ = -ωq0sin(ωt + ϕ) F u v A2 = x + ( ) ω i q0 = q + ( )2 ω µ R W=Wđ + Wt W=Wđ + Wt LC SĨNG ĐIỆN TỪ I Sóng điện từ : Định nghĩa : Sóng điện từ điện từ trường lan truyền khơng gian Đặc điểm sóng điện từ : - Sóng điện từ lan truyền chân không Tốc độ c = 3.108 m/s - Sóng điện từ sóng ngang - Dao động điện trường từ trường điểm đồng pha - Sóng điện từ phản xạ khúc xạ ánh sáng - Sóng điện từ mang lượng - Sóng điện từ bước sóng từ vài m đến vài km dùng thông tin vô tuyến gọi sóng vơ tuyến II Sự truyền sóng vơ tuyến khí : Các phân tử khơng khí hấp thụ mạnh sóng dài, sóng trung, sóng cực ngắn nhiên cố số vùng sóng ngắn bị hấp thụ Sóng ngắn phản xạ tốt tầng điện li Thang sóng điện từ Tên sóng Sóng dài Bước sóng > 3000m Đặc tính Bị tầng điện li phản xạ, dùng thơng tin truyền truyền hình mặt đất, thơng tin nước Sóng trung 200m – Bị tầng điện li phản xạ, dùng thông tin truyền 3000m truyền hình mặt đất Sóng ngắn 50m – 200m Bị tầng điện li phản xạ, dùng thơng tin truyền truyền hình mặt đất Sóng ngắn 10m – 50m Bị tầng điện li phản xạ, dùng thơng tin truyền truyền hình mặt đất Sóng cực 0,01m – 10m Khơng bị phản xạ tầng điện li, truyền thông qua vệ ngắn tinh NGUN TẮC THƠNG TIN LIÊN LẠC BẰNG SĨNG VÔ TUYẾN I Nguyên tắc chung : Phải dùng sóng điện từ cao tần để tải thơng tin gọi sóng mang Phải biến điệu sóng mang : “Trộn” dao động âm tần với sóng mang Ở nơi thu phải tách dao động âm tần khỏi sóng mang Khuếch đại tín hiệu thu II Sơ đồ khối máy phát : Micrô, mạch phát sóng cao tần, mạch biến điệu, mạch khuếch đại ăng ten III Sơ đồ khối máy thu : Anten, mạch khuếch đại dao động điện từ cao tần, mạch tách sóng, mạch khuếch đại dao động điện từ âm tần loa Trang 12 Thang sóng điện từ : Sóng vơ tuyến, tia hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy, tia tử ngoại, tia X tia gamma có chất sóng điện từ, khác tần số (hay) bước sóng ( thứ tự giảm dân ) Trang 13 CHƯƠNG VI: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG -THUYẾT LƯỢNG TỬ NÁNG LƯỢNG THUYẾT LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG (Planck: năm 1900) ( Einstein: năm 1905) Lượng lượng mà lần nguyên 1.Ánh sáng tạo thành hạt phôton tử hay phân tử hấp thụ hay phát xạ có giá 2.Mỗi ánh sáng đơn sắc có tần số định nên trị hoàn toàn xác định hf phơton giống nhau, có lượng: ε = hf ε = hf 3.Trong chân không phôton bay dọc theo tia sáng + h = 6,625.10-34 (J.s): số Planck với tốc độ c ≈ 3.108 (m/s) + f (Hz) tần số sóng ánh sáng bị hấp 4.Mỗi lần nguyên tử hay phân tử phát xạ hay hấp thụ hay phát xạ thụ ánh sáng chúng phát hấp thụ phơton + ε (J) lượng tử lượng Lưu ý: -Phôton tồn trạng thái chuyển động Phôton lượng tử lượng ; khơng có khối lượng nghỉ -Ánh sáng vừa có chất sóng điện từ vừa có tính hạt phơton Khả giao thoa thể tính sóng, khả đâm xun,… thể tính hạt Bước sóng lớn (tần số nhỏ) tính sóng rõ ngược lại QUANG ĐIỆN NGỒI QUANG ĐIỆN TRONG Hiện tượng electron bề mặt kim loại thoát Hiện tượng điện trở bán dẫn giảm bán dẫn khỏi kim loại chiếu sáng thích chiếu sáng thích hợp hợp Điều kiện: λ( ánhsáng ) ≤ λ0 ( bándan ) (ĐLQĐ) λ( ánhsáng ) ≤ λ0 ( kimloai ) (ĐLQĐ) Điều kiện: Giải thích: Mạng tinh thể bán dẫn hấp thụ chuyển Giải thích: Electron tải điện hấp thụ hóa lượng phơton thành cơng làm đứt liên kết chuyển hóa lượng phơton thành giải phóng electron tải đồng thời hình thành lỗ trống cơng electron (thắng lực liên kết mang điện dương Electron lỗ trống chuyển động mạng tinh thể kim loại ngồi) tự mạng tinh thể tham gia vào trình động ban đầu lớn cần thiết để dẫn điện tách hẵn bề mặt kim loại (thắng lực điện) MẪU NGUYÊN TỬ BOHR 1.Tiên đề trạng thái dừng: Nguyên tử tồn trạng thái có lượng xác định gọi trạng thái dừng Ở trạng thái dừng, nguyên tử không phát lượng; electron chuyển động quanh hạt nhân quỹ đạo có bán kính hồn tồn xác định gọi quỹ đạo dừng Nguyên tử H: bán kính quỹ đạo dừng : r = n2 r0 (r0= 5,3.10-11 m) 2.Tiên đề xạ hấp thụ lượng nguyên tử: -Từ trạng thái dừng có En chuyển sang trạng thái dừng có lượng E m (nhỏ hơn) nguyên tử phát phôton: ε = En – Em = hfmn -Từ trạng thái dừng có Em (nhỏ hơn) mà hấp thụ phơton có lượng bằng: ε = En – Em = hfmn nguyên tử chuyển sang trạng thái dừng có lượng En (lớn hơn) 3.Giải thích quang phổ vạch nguyên tử Hidro: - Ở trạng thái bản, electron Hidro chuyển động quỹ đạo K (n =1) -Sau kích thích, e nguyên tử Hidro từ quỹ đạo có lượng lớn E K L, M, N, O, P có khả chuyển quỹ đạo có lượng có bán kính nhỏ (năng lượng nhỏ hơn) đồng thời phát phôton: ε = Ecao – Ethấp = hf = hc / λ Mỗi phơton ứng với sóng ánh sáng đơn sắc hay vạch quang phổ -Chùm ánh sáng trắng truyền xun qua khí H phơton ánh sáng trắng phù hợp với khả hấp thụ H bị hấp thụ đồng thời tạo thành vạch tối dãi quang phổ liên tục QUANG - PHÁT QUANG LASER Hiện tượng chất hấp thụ Laser nguồn sáng có cường độ lớn phát xạ cảm ứng phơton (ánh sáng kích thích) Phát xạ cảm ứng: Một nguyên tử trạng thái kích thích phát phơton có bước sóng lớn sẵn sàng phát phơton có lượng ε = hf, bắt gặp phôton (ánh sáng huỳnh quang) có lượng ε’ = ε bay lướt qua ngun tử giải phóng Trang 14 Huỳnh quang: chất khí, lỏng ngừng phát quang sau tắt ánh sáng kính thích Lân quang: chất rắn tiếp tục phát quang thời gian ngắn sau tắt ánh sáng kích thích Đặc điểm: ε as > ε hq ⇒ f as > f hq ⇒ λas < λhq phơton có lượng ε bay phương với ε’ Hiện tượng diễn theo cấp số nhân có cơng bội (lần đầu ε’ kích thích ngun tử giải phóng phôton ε tạo thành phôton; lần hai ε’ ε kích thích ngun tử giải phóng phơton; lần ba phơton kích thích ngun tử giải phóng phơton;…theo cấp số n2) Đặc điểm LASER: a) Cường độ lớn (số phôton phát theo cấp số nhân) b) Đơn sắc cao (tất phơton nên sóng ánh sáng có giá trị λ) c) Định hướng cao (song song tuyệt đối) d) Kết hợp cao (dễ dàng giao thoa) Ứng dụng: -Trong y học: Laser dùng làm dao mổ (vi phẩu thuật) -Trong thông tin liên lạc: Truyền tin cáp quang -Trong công nghiệp: Dùng khoan cắt xác -Trong trắc địa: Đo đạc, vẽ đồ,… -Trong công nghệ: Dùng đọc đĩa CD, VCD LƯU Ý: 1.Công thức EINSTEIN tượng quang điện: ε = A + Wđ max Trong đó: ε = hf = hc / λ lượng phơton chùm ánh sáng kích thích (J) A = hc / λ0 cơng electron kim loại chiếu sáng (J) eV = 1,6.10-19J Wđ0 max = ½ mv20max động ban đầu cực đại electron quang điện (J) h = 6,625.10-34 (J.s) số Planck c = 3.108 (m/s) λ bước sóng chùm ánh sáng kích thích (m) λ0 giới hạn quang điện kim loại (m) m = 9,1.10-31 (kg) khối lượng electron quang điện v0max tốc độ ban đầu cực đại electron quang điện e = 1,6.10-19 (C) điện tích electron (điện tích ngun tố) 2.Mơ hình tạo thành quang phổ phát xạ Hidro: Trang 15 CHƯƠNG VII: HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ TÍNH CHẤT VÀ CẤU TẠO HẠT NHÂN 1/.Cấu tạo hạt nhân: Hạt nhân mang điện tích dương, cấu tạo nuclon: A hạt Có hai loại nuclon: +Proton: mang điện tích dương, qp = +1,6.10-19 (C), khối lượng mp = 1836 me, có Z hạt +Nơtron: không mang điện, khối lượng gần khối lượng proton, có (A – Z) hạt Kích thước: đường kính d ≈ 10-15 (m) - Kí hiệu: ZA X (A: số khối; Z: điện tích) Đơn vị khối lượng hạt nhân (u): 12 + u = 1/12 khối lượng nguyên tử C (1u = 1,66055.10-27 kg) + MeV/ c2 Khối lượng hạt: Proton Nơtron Electron 1,00728u 1,00866u 0,0005486u Khối lượng hạt nhân: m = M – Z.me (M: khối lượng nguyên tử) Năng lượng nghỉ: E = m.c2 ( 1u = 931,5 MeV/ c2 ; 1u c2 = 931,5 MeV ; -13 1MeV= 1,6.10 J ) THUYẾT TƯƠNG ĐỐI m= m0 1− v2 c2 Năng lượng liên kết hạt nhân: ( m : khối lượng tương đối tinh ; m0: khối lượng nghỉ ) NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN WLK = [ Zm p + ( A − Z )mn − m]c WLK ' = WLK / A Hạt có W’lk lớn bền PHẢN ỨNG HẠT NHÂN: A + B C + D 1/.Các định luật bảo tồn: ĐLBT điện tích (Z): ZA + ZB = ZC + ZD ĐLBT số khối (A): Au + ur = u r +u rD uA AB AC A r u u u p A + pB = pC + pD ĐLBT động lượng: - Năng lượng liên kết riêng: - ĐLBT lượng: ( K A + E A ) + ( K B + EB ) = ( K C + ED ) + ( K D + ED ) W = ( m truoc - msau )c 2/.Năng lượng tỏa thu phản ứng hạt nhân: PƯHN tỏa lượng khi: mtrước > msau PƯHN thu lượng khi: mtrước < msau (m tổng khối lượng hạt nhân tham gia phản ứng) PHÓNG XẠ -Tia β+ chùm hạt pozitron, tốc độ gần 1/ Hiện tượng phóng xạ: Q trình hạt nhân khơng tốc độ ánh sáng, đâm xuyên mạnh tia α, bền vững tự động phân rã tạo thành hạt nhân con, lệch chiều điện trường hạt kèm theo sóng điện từ -HN vị trí lùi so với HN mẹ 2/ Các dạng phóng xạ: d) Phóng xạ γ: Sóng điện từ chùm hạt photon có A lượng lớn, bước sóng ngắn, khơng lệch a) Phóng xạ α: ZA X → Z − Y + He −2 điện trường Nguyên nhân hạt nhân -Tia α dòng hạt nhân He , tốc độ cỡ sinh từ phóng xạ α, β có lượng lớn nên 2.107 (m/s), đâm xuyên yếu, lệch chiều tự giải phóng photon trình trở trạng điện trường thái có lượng nhỏ Đâm xuyên mạnh -Hạt nhân vị trí lùi so với HN mẹ (hơn tia X), nguy hiểm độc hại ~ b) Phóng xạ β-: ZA X → Z +A Y + −1 e + ν người Trang 16 -Tia β- chùm hạt electron, tốc độ gần 3/.Định luật phóng xạ: N = N −t / T = N e −λt tốc độ ánh sáng, đâm xuyên mạnh tia α, m( g ) = m0 −t / T = m0 e −λt ; λ = 0,693 / T lệch ngược chiều điện trường m ( g ) = NA / N A = NA / 6,022.10 23 - HN vị trí tiến so với HN mẹ (m khối lượng chất phóng xạ, N số hạt nhân) c) Phóng xạ β+: ZA X → Z −A Y + e + ν Số hạt nhân phân rã sau t: ∆N = N − N Khối lượng chất phân rã sau t: ∆m = m0 − m ĐỒNG VỊ PHÓNG XẠ NHÂN TẠO Ngồi đồng vị phóng xạ tự nhiên cịn có đồng vị phóng xạ nhân tạo tạo từ phản ứng hạt nhân nhân tạo Đồng vị phóng xạ dùng làm nguyên tử đánh dấu để khảo sát tồn tại, phân bố, 14 vận chuyển nguyên tố phóng xạ bên động thực vật Đồng vị C có chu kì bán rã khoảng 5730 năm tồn bên thực vật dùng để xác định tuổi cổ sinh vật PHÂN HẠCH 1/.Phản ứng phân hạch: U hay Pu có khả hấp thụ nơtron chuyển sang trạng thái kích thích U* hay Pu* khơng bền Từ trạng thái kích thích, U* hay Pu* tự tách thành hai mảnh giải phóng k nơtron (k = 1, 2, 3) Dạng PT : n + X → X* → Y + Z + k.n 2/ Đặc điểm: a) Năng lượng phân hạch tỏa lớn Mỗi lần nguyên tử (một hạt nhân) U phân hạch tỏa cỡ 200 (MeV) b) Quá trình phân hạch trình phản ứng dây chuyền nơtron sinh từ phản ứng trở thành tác nhân phản ứng sau Số lần phân hạch thứ n phát triển theo cấp số nhân kn +k < 1: hạn; PƯ tắt nhanh +k = 1: tới hạn; PƯ tự trì, lượng tỏa khơng đổi, kiểm sốt +k > 1: vượt hạn; PƯ tự trì, lượng tỏa tăng trưởng nhanh, dội khơng kiểm sốt Điều kiện để k ≥ : m ≥ mth 3/ Phản ứng có điều khiển: (k = 1) Trong nhà máy điện hạt nhân Để điều khiển phản ứng người ta dùng điều khiển chứa B hay Cd để hấp thụ bớt n Trang 17 NHIỆT HẠCH 1/ Phản ứng nhiệt hạch: Quá trình hạt nhân nhẹ tổng hợp thành hạt nhân nặng 1 H + H → He + n + 17,6 MeV 2/ Đặc điểm; a) Năng lượng nhiệt hạch: tỏa nhiều lượng phân hạch (năng lượng tỏa tổng hợp g He lớn gấp 20 lần lượng phân hạch g U gấp 200 triệu lần lượng tỏa đốt g C) c) Cần nhiệt độ cao để phản ứng xảy 3/ Ưu điểm lượng nhiệt hạch so với lượng phân hạch: dồi dào, vô tận Sạch gây nhiễm cho mơi trường ... 1/2 90 π/2 135 3π/4 2/2 150 5π/6 1/2 180 π 0 120 2π/3 3/2 - 1/2 − /2 − 3/2 -1 +∞ − -1 − /3 0- CÔNG THỨC BIẾN ĐỔI LƯỢNG GIÁC THƯỜNG DÙNG TRONG VẬT LÝ 12 sin ωt = sin(ωt + 2kπ ) = − sin(ωt + π )... (hiện tượng biên độ dao động tăng đến cực đại fcb = friêng) CHƯƠNG II: SÓNG CƠ SÓNG CƠ VÀ SỰ TRUYỀN SĨNG CƠ SĨNG CƠ Sóng dao động Phương Định nghĩa lan truyền theo thời gian truyền sóng mơi... động hình sin cuộn dây đặt lệch 2π/3 (rad) ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA - Stato: cuộn dây giống nhau, riêng biệt, bố trí mặt trụ trịn, có trục đồng quy tâm quay lệch 2π/3 (rad), có dịng điện