Kiến thức giáo khoa Vật Lý 12 C THEPHYSICS Trang 1/28 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - Naêm hoïc:2010-2011 Kiến thức giáo khoa Vật Lý 12 C THEPHYSICS Trang 2/28 PHẦN A KIẾN THỨC CƠ BẢN TRONG HỌC KÌ I Phần 1: Động lực học Vật rắn . A. Tóm tắt kiến thức. 1. Chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định. a. Đại cương về chuyển động quay. - Một vật rắn bất kỳ quay quanh một trục cố định, chuyển động này có 2 đặc điểm: Mỗi điểm trên vật đều vạch ra 1 đường tròn vuông góc với trục quay, có bán kính bằng khoảng cách từ điểm đó đến trục quay và có tâm nằm ở trên trục quay. Mọi điểm của vật đều quay được những góc bằng nhau trong cùng một khoảng thời gian. - Tọa độ góc là hàm số của thời gian: t - Ta quy ước: Chọn chiều dương là chiều quay của vật. Đơn vị của tọa độ góc là Radian (rad). - Tốc độ góc tại thời điểm t bằng đạo hàm của li độ góc tại thời điểm ấy: t . Đơn vị là Rađian/giây s rad . - Gia tốc góc tại thời điểm t bằng đạo hàm của tốc độ góc tại thời điểm ấy: t . Đơn vị là 2 s rad . b. Các phương trình của chuyển động quay. - Vật rắn quay đều: t 0 - Chuyển động quay có gia tốc góc không đổi theo thời gian: .2 2 1 . 2 0 2 2 00 0 tt t const Chú ý: Vật quay nhanh dần nếu 0 ; vật quay chậm dần nếu 0 . c. Vận tốc và gia tốc – Các phương trình chuyển động của một điểm nằm trên vật quay. - Liên hệ giữa tốc độ dài và tốc độ góc: r v . - Khi vật rắn quay đều: mỗi điểm trên vật có một gia tốc hướng tâm: r r v a n 2 2 - Khi vật rắn quay không đều: gia tốc có hai thành phần: Thành phần hướng tâm n a , có độ lớn r r v a n 2 2 Thành phần tiếp tuyến t a : ra t . Vậy: gia tốc toàn phần của điểm đó: nt aaa ; nó có độ lớn 22 nt aaa . Theo phương tiếp tuyến điểm đó chuyển động nhanh dần đều với gia tốc t a . Các phương trình theo độ dài: Kiến thức giáo khoa Vật Lý 12 C THEPHYSICS Trang 3/28 savv tatvss tavv consta t t t t .2 2 1 2 0 2 2 00 0 2. Định luật II Newton cho sự quay của vật. - Mômen lực: dFM . . Đơn vị Nm. - Công của lực F có mômen M làm vật quay: 2 1 A Md 2 1 t t M dt - Công suất : dA d P M M I dt dt Phương trình cơ bản của động lực học vật rắn (định luật II Newton). .IM trong đó: M là tổng tất cả các mômen ngoại lực tác dụng lên vật; là gia tốc góc của vật quay quanh trục cố định; I là mômen quán tính của vật đối với trục quay. Mômen quán tính của các vật đặc biệt: Thanh mảnh, có khối lượng m và chiều dài l quay quanh trục vuông góc và đi qua tâm: 2 12 1 mlI Vành tròn hoăc trụ rổng bán kính R quay quanh trục của nó: 2 mRI . Đĩa tròn mỏng hoặc trụ đặc quay quanh trục của nó: 2 2 1 mRI Khối cầu đặc đồng chất quay quanh một đường kính bất kỳ: 2 5 2 mRI . Quả cầu rổng quay quanh một đường kính bất kỳ: 2 2 3 I mR Ống trụ dày có bán kính các mặt là 1 2 , R R quay quanh trục của nó: 2 2 1 2 1 2 I m R R Tấm đồng chất hình chữ nhật quay quanh trục vuông góc và đi qua tâm: 2 2 1 12 I m a b Chú ý: Các vật đặc biệt khác có thể tính mômen quán tính của nó bằng phương pháp “vi phân”: Chia nhỏ vật thành vô số các phần tử nhỏ có khối lượng mdm ở Cách trục quay một khoảng r. Mômen quán tính của phần tử đó đối với trục quay sẽ bằng: 2 .rdmdI . Từ đó suy ra mômen quán tính của cả vật đối với trục quay: vatCa dII . Bằng phương pháp này ta có thể tính được mômen quán tính của tất cả các vật đặc biệt. • Vật quay quanh 1 trục song song và cách trục đối xứng một đoạn d (Nguyên lý Huy ghen: 2 0 dmII 0 I là mômen quán tính của vật đối với trục đối xứng. 3. Mômen động lượng, Định luật bảo toàn mômen động lượng. Động năng của vật rắn quay quanh một trục cố định. Kiến thức giáo khoa Vật Lý 12 C THEPHYSICS Trang 4/28 - Mômen động lượng của vật rắn quay quanh trục cố định: .IL . Đơn vị smkg /. 2 . - Dạng khác của phương trình cơ bản động lực học của vật rắn quay quanh trục cố định: dt dL M - Khi tổng mômen các lực tác dụng vào vật bằng 0 thì mômen động lượng được bảo toàn: constL hay trường hợp vật (hoặc hệ vật) có mômen quán tính I thay đổi mô mômen động lượng L I là hằng số; hay 1 1 1 2 2 2 L I I L - Động năng của vật rắn quay quanh một trục cố định: W đ 2 2 1 I . - Động năng của vật rắn vừa quay vừa chuyển động tịnh tiến: W đ 2 2 1 1 2 2 I mv - Định lý động năng: W đ W sau W trước nl A - Cơ năng của hệ kín được bảo toàn: 2 2 1 1 2 2 mgh I mv const B. Phương pháp giải toán: Dạng 1: Các bài toán về chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định. Phương pháp: - Sử dụng các công thức cho chuyển động quay không đều: .2 2 1 . 2 0 2 2 00 0 tt t const r v . r r v a n 2 2 - Khi vật rắn quay không đều xét một điểm trên vật gia tốc có hai thành phần: r r v a n 2 2 t a : ra t . - Gia tốc toàn phần của điểm đó: nt aaa ; nó có độ lớn 22 nt aaa . - Theo phương tiếp tuyến điểm đó chuyển động nhanh dần đều với gia tốc t a . Các phương trình theo độ dài: savv tatvss tavv consta t t t t .2 2 1 2 0 2 2 00 0 Chú ý: Có thể coi chuyển động chậm dần đều đến dừng là ngược lại của chuyển động nhanh dần đều từ trạng thái nghỉ. Chuyển động nhanh dần đều 0 ; chuyển động chận dần đều 0 . Dạng 2: Định luật II Newton cho sự quay của vật. Kiến thức giáo khoa Vật Lý 12 C THEPHYSICS Trang 5/28 Phương pháp: Sử dụng các công thức: - dFM . - .IM Chú ý đến mômen quán tính của các vật cơ bản Ngoài ra: Các vật đặc biệt khác có thể tính mômen quán tính của nó bằng phương pháp “vi phân”: • Vật quay quanh 1 trục song song và cách trục đối xứng một đoạn d (Nguyên lý Huy ghen) : 2 0 dmII 0 I là mômen quán tính của vật đối với trục đối xứng. Dạng 3: Mômen động lượng, định luật bảo toàn mômen động lượng. Động năng của vật rắn quay quanh một trục cố định. Phương pháp: Áp dụng các công thức: - 2 1 A Md 2 1 t t M dt - d P M M I dt .IL . - Mômen động lượng được bảo toàn khi tổng mômen ngoại lực tác dụng vào vật hoặc hệ vật bằng không: constL hay trường hợp vật (hoặc hệ vật) có mômen quán tính I thay đổi mômen động lượng L I là hằng số, hay 1 1 1 2 2 2 L I I L - Động năng của vật rắn quay quanh một trục cố định: W đ 2 2 1 I . - Động năng của vật rắn vừa quay vừa chuyển động tịnh tiến: W đ 2 2 1 1 2 2 I mv - Định lý động năng: W đ W sau W trước nl A - Cơ năng của hệ kín được bảo toàn: 2 2 1 1 2 2 mgh I mv const Kiến thức giáo khoa Vật Lý 12 C THEPHYSICS Trang 6/28 CHƯƠNG I DAO ĐỘNG CƠ HỌC 1.Các định nghĩa về dao động cơ Dao động cơ học. -Dao động cơ học là sự chuyển động của một vật quanh một vị trí xác định gọi là vị trí cân bằng. Dao động tuần hoàn -Dao động tuần hoàn là dao động mà trạng thái của vật được lặp lại như cũ, theo hướng cũ sau những khoảng thời gian bằng nhau xác định (Chu kì dao động) Dao động điều hòa -Dao động điều hòa là dao động mà li độ của vật được biểu thị bằng hàm cos hay sin theo thời gian. 2.Phương trình dao động điều hòa Phương trình li độ -Phương trình cos( )( ) x A t cm Với: +x: li độ dao động hay độ lệch khỏi vị trí cân bằng. (cm) +A: Biên độ dao động hay li độ cực đại (cm) + : tần số góc của dao động (rad/s) + : pha ban đầu của dao động (t=0) + ( ) t : pha dao động tại thời điểm t. (rad) Phương trình vận tốc -Phương trình ' sin( ) cos( )( ) 2 v x A t A t cm => Vận tốc nhanh pha hơn li độ góc 2 Phương trình gia tốc - Phương trình 2 2 ' '' cos( ) cos( )( ) a v x A t A t cm => Gia tốc nhanh pha hơn vận tốc góc 2 , nhanh pha hơn li độ góc 3.Các đại lượng trong dao động cơ Chu kì dao động T(s) - Là khoảng thời gian ngắn nhất để vật thực hiện được một dao động toàn phần Tần số dao động f(Hz) - Là số lần dao động trong một đơn vị thời gian 1 f T Mối quan hệ giữa chu kì, tần số và tần số góc. -Biểu thức 2 2 f T 4.Năng lượng trong dao động cơ - Cơ năng = Động năng + Thế năng W = W đ + W t Động năng W đ 2 2 2 2 2 2 1 1 1 . . sin ( ) sin ( ) 2 2 2 mv m A t kA t Kiến thức giáo khoa Vật Lý 12 C THEPHYSICS Trang 7/28 k m N P F v = 0 k F = 0 m N P k m N P F v O A A x Thế năng W t 2 2 2 1 1 . cos ( ) 2 2 k x kA t Định luật bảo toàn cơ năng W = W đ + W t = 2 2 2 1 1 . . . 2 2 k A m A = W đmax = W tmax = const 5.Con lắc lò xo Cấu tạo -Con lắc lò xo gồm một là xo có độ cứng k(N/m) có khối lượng không đáng kể, một đầu cố định, đầu còn lại gắng vào vật có khối lượng m. Phương trình dao động của con lắc lò xo Phương trình li độ -Phương trình cos( )( ) x A t cm Với: +x: li độ dao động hay độ lệch khỏi vị trí cân bằng. (cm) +A: Biên độ dao động hay li độ cực đại (cm) + : tần số góc của dao động (rad/s) + : pha ban đầu của dao động (t=0) + ( ) t : pha dao động tại thời điểm t. (rad) Phương trình vận tốc -Phương trình ' sin( ) cos( )( ) 2 v x A t A t cm => Vận tốc nhanh pha hơn li độ góc 2 Phương trình gia tốc - Phương trình 2 2 ' '' cos( ) cos( )( ) a v x A t A t cm => Gia tốc nhanh pha hơn vận tốc góc 2 , nhanh pha hơn li độ góc Tần số góc -Tần số góc của con lắc lò xo k m (rad/s) Chu kì -Chu kì của con lắc 1 2 2 m T f k Tần số -Tần số dao động của con lắc lò xo 1 1 2 2 k f T m 6.Con lắc đơn Cấu tạo Kiến thức giáo khoa Vật Lý 12 C THEPHYSICS Trang 8/28 - x max = A - a max = 2 A - v min = 0 - W đ = 2 1 . 0 2 mv - W tmax = 2 2 1 1 2 2 kx kA - W = W đ + W t = W tmax - F đhmax = k.x max = k.A - Chuyển động đổi chiều tại biên dao động. - x min = 0 - v max = . A - a min = 0 - W đmax = 2 2 max 1 1 . 2 2 mv kA - W tmin = 2 1 0 2 kx - W = W đ + W t = W đmax - F đhmin = k.x min = 0 - Lực đàn hồi và gia tốc đổi chiều tại vị trí cân bằng - A x<0,a>0 VTCB +A x>0,a<0 Sơ đồ tóm lược dao động cơ -Gồm một sợi dây không giãn có độ dài l, khối lượng không đáng kể, một đầu cố định, đầu còn lại được gắng vào một vật có khối lượng m. Con lắc dao động với biên độ góc nhỏ ( 0 10 ) Phương trình dao động Lực kéo về với li độ góc nhỏ. sin t s P mg mg mg l Phương trình dao động 0 cos( )( ) s S t cm Tần số góc g l (rad/s) Tần số dao động 1 1 2 2 g f T l Chu kì dao động 1 2 2 l T f g Năng lượng của con lắc đơn Động năng của con lắc W đ = 2 1 . 2 m v Thế năng của con lắc (Chọn gốc thế năng tại VTCB và con lắc có li độ góc ) (1 cos ) t W mgl Cơ năng của con lắc W = 2 1 . 2 m v + (1 cos ) mgl = const 7 Dao động tắt dần, dao động cưỡng bức, cộng hưởng Dao động tắt dần -Dao động mà biên độ giảm dần theo thời gian M l α > 0 α < 0 O + T P n P t P s = lα C Kiến thức giáo khoa Vật Lý 12 C THEPHYSICS Trang 9/28 -Dao động tắt dần càng nhanh nếu độ nhớt môi trường càng lớn. Dao động duy trì: -Nếu cung cấp thêm năng lượng cho vật dao động để bù lại phần năng lượng tiêu hao do ma sát mà không làm thay đổi chu kì dao động riêng của nó, khi đó vật dao động mãi mãi với chu kì bằng chu kì dao động riêng của nó, gọi là dao động duy trì. Đặc điểm Ngoại lực tác dụng để cho dao động duy trì được thực hiện bỡi một cơ cấu nằm trong hệ dao động. Dao động cưỡng bức -Nếu tác dụng một ngoại biến đổi điều hoà F = F 0 sin(t + ) lên một hệ. Lực này cung cấp năng lượng cho hệ để bù lại phần năng lượng mất mát do ma sát . Khi đó hệ sẽ gọi là dao động cưỡng bức Đặc điểm Dao động của hệ là dao động điều hoà có tần số bằng tần số ngoại lực. Biên độ của dao động không đổi Biên độ dao động cưỡng bức phụ thuộc vào: +Biên độ ngoại lực điều hòa tác dụng vào hệ. +Tần số ngoại lực và độ chênh lệch giữa tần số dao động của ngoại lực và tần số dao động riêng của hệ. Ngoại lực tuần hoàn do một cơ cấu ngoài hệ tác động vào vật. Hiện tượng cộng hưởng -Nếu tần số ngoại lực (f) bằng với tần số riêng (f 0 ) của hệ dao động tự do, thì biên độ dao động cưỡng bức đạt giá trị cực đại. Tầm quan trọng của hiện tượng cộng hưởng : -Dựa vào cộng hưởng mà ta có thể dùng một lực nhỏ tác dụng lên một hệ dao động có khối lượng lớn để làm cho hệ này dao động với biên độ lớn -Dùng để đo tần số dòng điện xoay chiều, lên dây đàn… 8. Tổng hợp dao động -Tổng hợphai dao động điều hòa cùng phương, cùng tần số có các phương trình lần lượt là:x 1 = A 1 cos(t + 1 ), và x 2 = A 2 cos(t + 2 ) sẽ là một phương trình dao động điều hòa có dạng: x = Acos(t + ).Với: Biên độ: A 2 = A 2 2 + A 1 2 +2A 1 A 2 cos( 2 – 1 ) Pha ban đầu: 1 1 2 2 1 1 2 2 sin sin tan cos cos A A A A Ảnh hưởng của độ lệch pha : Nếu: 2 – 1 = 2k A = A max = A 1 +A 2 . :Hai dao động cùng pha Nếu: 2 – 1 =(2k+1) A=A min = A - A 1 2 :Hai dao động ngược pha Nếu 2 – 1 = 1 ( ) 2 k A = 2 2 1 2 A + A :Hai dao động vuông pha 6. Các bước giải bài toán tìm li độ dao động sau thời điểm t một khoảng thời gian t. Biết tại thời điểm t vật có li độ x = x 0 . * Từ phương trình dao động điều hoà: x = Acos(t + ) cho x = x 0 Lấy nghiệm t + = (ứng với x đang tăng, vì cos(t + ) > 0) hoặc t + = - (ứng với x đang giảm) với 2 2 * Li độ sau thời điểm đó t giây là:x =Acos(t + ) hoặc x =Acos( - + t)=Acos(t - ) CHƯƠNG II SÓNG CƠ VÀ SÓNG ÂM P P 1 P 2 x M 1 M 2 M O Kiến thức giáo khoa Vật Lý 12 C THEPHYSICS Trang 10/28 1.Các khái niệm về sóng Sóng cơ -Sóng cơ là dao động cơ được lan truyền trong không gian theo thời gian trong môi trường vật chất. Sóng ngang -Sóng ngang là sóng có phương dao động của các phần tử sóng vuông góc với phương truyền sóng. Sóng ngang truyền được trong môi trường rắn và trên mặt nước. Sóng dọc -Sóng dọc là sóng có phương dao động của các phần tử sóng trùng với phương truyền sóng. Sóng dọc truyền được trong các môi trường rắn, lỏng, khí 2.Các đại lượng đặc trưng của sóng Vận tốc truyền sóng v: -Là vận tốc truyền pha dao động. Trong môi trường xác định thì tốc độ truyền sóng là xác định. Tốc độ truyền sóng phụ thuộc vào bản chất môi trường truyền sóng Chu kì sóng T: -Chu kì sóng là chu kì dao động của các phần tử vật chất khi có sóng truyền qua, chu kì sóng là chu kì dao động và cũng là chu kì của nguồn sóng. Tần số sóng f: -Tần số sóng là tần số của các phần tử dao động khi có sóng truyền qua. Chu kì sóng là tần số dao động và cũng là tần số của nguồn sóng 1 ( ) f Hz T Bước sóng (m): -Bước sóng là quãng đường sóng truyền được trong một chu kì . v vT f -Bướcc sóng là khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên phương dao động cùng pha. Biên độ sóng A: -Biên độ sóng là biên bộ dao động của các phần tử sóng khi có sóng truyền qua. Năng lượng sóng -Năng lượng sóng 2 2 1 2 W m A (J) Độ lệch pha -Nếu hai điểm M và N trong mội trường truyền sóng và cách nguồn sóng 0 lần lược là d M và d N : 2 2 M N d d d *Chú ý: -Nếu hai điểm M và N cùng nằm trên một phương truyền sóng thì: 2 MN *Nếu . 2 . d k k thì hai điểm đó dao động cùng pha. . d k với k Z *Nếu 2 1 . 2 2 1 . d k k thì hai điểm đó dao động ngược pha. . d k *Nếu . 2 . 2 2 d k k thì hai điểm đó dao động vuông pha. . d k với k Z Phương trình sóng -Phương trình sóng tại một điểm trong môi trường truyền sóng là phương trình dao động của điểm đó. . Kiến thức giáo khoa Vật Lý 12 C THEPHYSICS Trang 1/28 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - Naêm hoïc: 2010 - 2011 Kiến thức giáo khoa Vật Lý 12 C THEPHYSICS. sự quay của vật. Kiến thức giáo khoa Vật Lý 12 C THEPHYSICS Trang 5/28 Phương pháp: Sử dụng các công thức: - dFM . - .IM Chú ý đến mômen quán tính của các vật cơ bản . KIẾN THỨC CƠ BẢN TRONG HỌC KÌ I Phần 1: Động lực học Vật rắn . A. Tóm tắt kiến thức. 1. Chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định. a. Đại cương về chuyển động quay. - Một vật