bài giảng vật lý b

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG  ThS. GVC. PHAN VĂN TIẾN TS. GVC. LÊ VĂN HẢO VẬT LÝ B Nha Trang, 2015 1 MỤC LỤC Chương 1: ĐỘNG HỌC CHẤT ĐIỂM 7 §1. Các khái niện mở đầu . 1. Chuyển động cơ . 2. Q đạo . 3. Hệ qui chiếu . 4. Chất điểm . §2. Các phương pháp xác đònh vò trí chất điểm . 1. Toạ độ cong . 2. Toạ độ Descartes . 3. Vectơ toạ độ . 4. Toạ độ góc . 5. Vectơ dòch chuyển vi phân . §3. Vận tốc . 1. Vận tốc trung bình . 2. Vận tốc đại số . 3. Vectơ vận tốc . 4. Vectơ vận tốc góc . §4. Vectơ gia tốc . 1. Vectơ gia tốc . 2. Vectơ gia tốc góc . 3. Vectơ gia tốc tiếp tuyến và pháp tuyến . §5. Tổng hợp vận tốc và gia tốc . §6. Chuyển động thẳng với gia tốc không đổi . 1. Phương trình vận tốc . 2. Phương trình chuyển động . §7. Chuyển động trong trọng trường đều . Bài tập Chương 1 Chương 2 : CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA ĐỘNG LỰC HỌC 18 §1. Các khái niệm mở đầu . 1. Chất điểm cô lập . 2. Hệ qui chiếu quán tính . 3. Lực . 4. Khối lượng . 5. Động lượng . §2. Đònh luật Newton thứ nhất . §3. Đònh luật Newton thứ hai . §4. Đònh luật Newton thứ ba . §5. Đònh luật bảo toàn động lượng . §6. Đònh luật bảo toàn mômen động lượng . §7. Lực quán tính . §8. Đònh luật hấp dẫn của Newton . §9. Đònh luật Coulomb về tương tác tónh điện . 1. Điện tích nguyên tố . 2 2. Điện tích điểm . 3. Đònh luật Coulomb . §10.Các lực liên kết . 1. Lực căng . 2. Lực ma sát trượt . 3. Trọng lượng . §11. Đònh lí động năng . 1. Động năng . 2. Công . 3. Phát biểu đònh lí động năng . 4. Chứng minh đònh lí động năng . §12. Đònh lí thế năng . 1. Trường lực thế . 2. Thế năng . 3. Đònh lí thế năng . §13. Đònh luật bảo toàn cơ năng . 1. Cơ năng . 2. Đònh luật bảo toàn cơ năng . §14. Cơ học tương đối . 1. Phép biến đổi Galileo . 2. Nguyên lí tương đối Galileo . 3. Thuyết tương đối hẹp của Einstein . 4. Pháp biến đổi Lorentz . 5. Động học tương đối . 6. Động lực học tương đối . 7. Năng lượng theo lí thuyết tương đối . Bài đọc thêm: Hàn ma sát Bài tập Chương 2 Chương 3: NHIỆT HỌC 41 §1. Các khái niệm mở đầu . 1. Chuyển động nhiệt . 2. Nhiệt độ . 3. p suất . 4. Kmol . §2. Phương trình trạng thái khí lí tưởng . 1. Khí lí tưởng . 2. Đònh luật Boyle – Mariotte . 3. Đònh luật Gay Lussac . 4. Đònh luật Charles . 5. Phương trình trạng thái khí lý tưởng . §3. Nội năng khí lí tưởng . 1. Nội năng khí lí tưởng . 2. Số bậc tự do của phân tử . 3. Đònh luật phân bố đều năng lượng theo các bậc tự do . 4. Biểu thức nội năng khí lí tưởng . 3 5. Đònh luật bảo toàn năng lượng . §4. Các quá trình nhiệt . 1. Hệ nhiệt động . 2. Trạng thái cân bằng . 3. Quá trình cân bằng . 4. Quá trình thuận nghòch và không thuận nghòch . §5. Công và nhiệt . 1. Năng lượng của hệ . 2. Công . 3. Nhiệt lượng . §6. Nguyên lí thứ nhất của nhiệt động học . 1. Phát biểu . 2. Hệ quả. 3. Ứng dụng . a/. Quá trình đẳng tích . b/. Quá trình đẳng áp . c/. Quá trình đẳng nhiệt . d/. Quá trình đoạn nhiệt §7. Động cơ nhiệt và máy lạnh . 1. Động cơ nhiệt . 2. Máy lạnh . §8. Chu trình Carnot . 1. Chu trình Carnot . 2. Hiệu suất động cơ nhiệt chạy theo chu trình Carnot . 3. Hiệu suất máy lạnh chạy theo chu trình Carnot . §9. Nguyên lí thứ hai của nhiệt động học . 1. Phát biểu nguyên lý thứ hai của nhiệt động học . 2. Đònh lí Carnot . 3. Biểu thức đònh lượng của nguyên lí thứ hai . 4. Entropi . 5. Phát biểu nguyên lí thứ hai của nhiệt động học theo Entropi . §10. Ý nghóa thống kê của Entropi . 1. Trạng thái vó mô của hệ . 2. Trạng thái vi mô của hệ . 3. Trọng số thống kê . 4. Ý nghóa thống kê của Entropi . Bài đọc thêm: Máy điều hòa nhiệt độ Bài tập Chương 3 Chương 4: TRƯỜNG LỰC 61 §1. Trường hấp dần . 1. Trường hấp dẫn . 2. Chứng minh trường hấp dẫn là trường lực thế . 3. Thế năng của một chất điểm trong trọng trường . §2. Trường tónh điện . 1. Trường tónh điện . 4 2. Vectơ cường độ điện trường. 3. Vectơ cảm ứng điện . 4. Chứng minh trường tónh điện là trường lực thế . 5. Thế năng của một điện tích điểm trong điện trường . 6. Điện thế . 7. Hiệu điện thế . §3. Đònh lí O-G của điện trường . 1. Đường sức điện trường . 2. Điện thông . 3. Phát biểu đònh lí O-G của điện trường . 4. Ứng dụng . §4. Vật dẫn . 1. Vật dẫn . 2. Điều kiện cân bằng tónh điện của vật dẫn . 3. Các tính chất của vật dẫn ở trạng thái cân bằng tónh điện . 4. Tụ điện phẳng . §5. Điện sinh vật . §6. Từ trường . 1. Dòng điện . 2. Cường độ dòng điện . 3. Vectơ mật độ dòng điện . 4. Phần tử dòng điện . 5. Từ trường . 6. Đònh luật Biot – Savart – Laplace . 7. Vectơ cường độ từ trường . 8. Từ trường của dòng điện . §7. Đònh lí O-G của từ trường . 1. Đường sức từ . 2. Từ thông . 3. Phát biểu đònh lí O- G của từ trường . §8. Đònh lý Ampere . 1. Phát biểu đònh lí Ampere . 2. Ứng dụng . §9.Đònh Ampere về tương tác từ . 1. Đònh luật Ampere . 2. Lực Lorentz . Bài đọc thêm: Cá chình điện Bài tập Chương 4 Chương 5: TRƯỜNG ĐIỆN TỪ 84 §1. Hiện tượng cảm ứng điện từ . 1. Hiện tượng cảm ứng điện từ . 2. Đònh luật Lenx . 3. Nguồn điện . 4. Công của từ lực . 5. Phương trình cơ bản của hiện tượng cảm ứng điện từ . 5 6. Hiện tượng tự cảm . §2. Luận điểm thứ nhất của Maxwell . 1. Phát biểu . 2. Phương trình Maxwell- Faraday . §3. Luận điểm thứ hai của Maxwell . 1. Phát biểu . 2. Dòng điện dòch . 3. Dòng điện toàn phần . 4. Phương trình Maxwell- Ampere . §4. Trường điện từ . 1. Khái niệm trường điện từ . 2. Năng lượng của điện trường . 3. Năng lượng của từ trường . 4. Năng lượng của trường điện từ . 5. Các phương trình Maxwell . Bài đọc thêm: Hoạt động của lò vi sóng Bài tập Chương 5 Chương 6: LÍ THUYẾT LƯNG TỬ 96 §1. Bức xạ nhiệt . 1. Bức xạ nhiệt . 2. Những đặc điểm của bức xạ nhiệt . 3. năng suất bức xạ toàn phần . 4. Năng suất bức xạ đơn sắc . 5. Hệ số hấp thụ đơn sắc . 6. Đònh luật Kirchhoff . 7. Đường cong thục nghiệm của hàm ( ) Tf , λ . 8. Thuyết lượng tử năng lượng và công thức Planck . 9. Các đònh luật của vật đen tuyệt đối . §2. Thuyết lượng tử ánh sáng của Einstein . 1. Thuyết lượng tử ánh sáng của Einstein . 2. Hiện tượng quang điện . 3. Các đònh luật quang điện . 4. Giải thích các đònh luật quang điện . 5. Photon . §3. Lưỡng tính sóng hạt của ánh sáng . §4. Laser . 1. Bức xạ ngẫu nhiên . 2. Bức xạ cảm ứng . 3. Môi trường khuếch đại ánh sáng . 4. Cấu tạo cơ bản và nguyên lí hoạt động của Laser . 5. Các tính chất của ánh sáng Laser . 6. Ứng dụng của ánh sáng Laser . Bài đọc thêm: Súng Laser Bài tập Chương 6 6 Chương 7: CƠ HỌC LƯNG TỬ 108 §1. Lưỡng tính sóng hạt của vi hạt . 1. Giả thuyết De broglie . 2. Hàm sóng De broglie . 3. Ý nghóa thống kê của hàm sóng . §2. Nguyên lí bất đònh Heisenberg . §3. Phương trình Schrodinger . 1. Phương trình Schrodinger 2. Chuẩn hoá hàm sóng . 3. Điều kiện của hàm sóng . §4. Hạt trong giếng thế . §5. Nguyên tử Hydro . 1. Thế năng của hạt e - trong nguyên tử H . 2. Phương trình Schrodinger của hạt e - trong nguyên tử H . 3. Hàm sóng của hạt e - trong nguyên tử H . 4. Năng lượng của hạt e - trong nguyên tử H . 5. Quang phổ H . 6. Mật độ xác suất của hạt e - trong nguyên tử H . 7. Kích thước và hình dạng nguyên tử H ở trạng thái cơ bản . 8. Kích thước và hình dạng nguyên tử H ở trạng thái 2p . Bài đọc thêm: Tiểu sử Louis de Broglie Bài tập Chương 7 Tài liệu tham khảo 121 7 Chương 1 : Đ ỘNG HỌC CHẤT Đ IỂM §1.Các khái niệm mở đầu : 1. Chuyển động cơ học : Chuyển động cơ học là sự thay đổi vò trí của một vật này đối với một vật khác 2. Qũi đạo : Qũi đạo là đường đi của vật trong không gian. 3. Hệ qui chiếu : Hệ qui chiếu là một vật hay một hệ vật được qui ước đứng yên, để làm mốc khảo sát chuyển động của một vật khác . Người ta gắn vào hệ qui chiếu một hệ toạ độ để xác đònh vò trí của vật trong không gian và một đồng hồ để xác đònh thời gian . Trong hệ đơn vò SI đơn vò thời gian là giây ( s ) . 4. Chất điểm : Nếu vật có kích thước nhỏ không đáng kể so với khoảng cách từ nó đến hệ qui chiếu . Hay vật chuyển động tònh tiến . Trong những trường hợp đó vật được biểu diễn bằng chất điểm . § 2 . Các phương pháp xác đònh vò trí chất điểm : 1. Toạ độ cong : Trên q đạo tuỳ ý chọn một điểm O làm gốc ( hệ qui chiếu ) và một chiều dương ( + ) tuỳ ý . Khi đó vò trí chất điểm M trên q đạo được xác đònh duy nhất bằng khoảng cách OM = s theo q đạo, s được gọi là toạ độ cong . Trường hợp chất điểm chuyển động trên q đạo thẳng , vò trí chất điểm M được xác đònh theo toạ độ thẳng x = OM . Khi chất điểm M chuyển động s , x là hàm của thời gian .Ta có : s = f (t) , x = f (t) ( 1 – 1) Biểu thức ( 1- 1) là phương trình chuyển động của chất điểm . Trong hệ đơn vò SI đơn vò chiều dài là mét ( m ) . 2. Toạ độ Descartes : Gắn vào hệ qui chiếu O một hệ toạ độ vuông góc OXYZ . Khi đó vò trí của chất điểm M trong không gian được xác đònh bỡi ba toạ độ x,y,z . Ta có : x = f (t) , y = g (t) , z = h (t) . (1 – 2) Các biểu thức (1-2) là phương trình chuyển động của chất điểm . Phương trình q đạo của chất điểm được suy từ các phương trình chuyển động (1- 2) . M O s O X x 8 3. Vectơ toạ độ : Vò trí của chất điểm M có thể được xác đònh bằng vectơ toạ độ → r còn gọi là bán kính vectơ , có gốc tại hệ qui chiếu O , có ngọn tại chất điểm M . Vectơ toạ độ → r được khai triển trong hệ toạ độ OXYZ như sau : →→→→ ++= kzjyixr ( 1- 4 ) 4. Toạ độ góc : Trường hợp chất điểm M chuyển động trên q đạo tròn bán r . Vò trí của chất điểm M có thể được xác đònh bằng góc quay θ . Với θ = ( →→ OMOO, ) . Trong hệ đơn vò SI đơn vò của θ là rad . Ta có ∩ OM = s = r θ ( 1 – 5 ) 5. Vectơ dòch chuyển vi phân : Trên q đạo lấy một đoạn ds rất ngắn xem như thẳng . Trên ds tạo vectơ → ds cùng chiều với chiều chuyển động của chất điểm M . Vectơ → ds được gọi là vectơ dòch chuyển vi phân . Trong khoảng thời gian dt = t 2 – t 1 rất nhỏ, ta có độ biến thiên hay gia số của vectơ toạ độ → r : →→→ −= 12 rrdr ( 1- 6 ) Dễ dàng chứng minh được : → ds = dr ( 1 – 7 ) § 3 . Vận tốc : 1. Vận tốc trung bình : Vận tốc trung bình là khoảng đường trung bình chất điểm M đi được trong một giây ( s ) . t s v ∆ ∆ = ( 1 – 8 ) Vận tốc trung bình không phản ảnh được mức độ nhanh chậm của chất điểm M tại từng thời điểm . Trong hệ đơn vò SI đơn vò của vận tốc là ( m/ s) . Z z M r Y y O X x j k M s O ’ O r θ → i 9 2. Vận tốc đại số : Vận tốc đại số v được đònh nghóa bằng đạo hàm toạ độ cong s hay toạ độ thẳng x theo thời gian : v = dt ds ( 1- 9 ) v = dt dx ( 1 –10 ) Vận tốc đại số v đặc trưng cho mức độ nhanh chậm của chất điểm M tại từng thời điểm . Nếu v > 0 chất diểm M chuyển động theo chiều dương (+) của q đạo . Nếu v < 0 chất diểm M chuyển động theo chiều âm (-) của q đạo . 3. Vectơ vận tốc v : Vectơ vận tốc v là đại lượng vật lí đặc trưng cho mức độ nhanh chậm và phương chiều chuyển động của chất điểm M tại từng thời điểm , có phương trùng với phương tiếp tuyến với q đạo có chiều cùng chiều chuyển động của chất điểm, được đònh nghóa : dt ds v → → = ( 1 – 11 ) Theo (1-7) ta có : dt dr v → → = ( 1 – 12 ) Vậy vectơ vận tốc → v bằng đạo hàm vectơ toạ độ → r theo thời gian Theo (1-4) và (1-12) ta có : →→→→ ++= k dt dz j dt dy i dt dx v ( 1 – 13 ) Trong đó dt dz dt dy dt dx ,, là vận tốc của hình chiếu của chất điểm M trên ba trục OXYZ. Mặt khác vectơ vận tốc → v có thể khai triển trong hệ OXYZ . →→→→ ++= kvjvivv zyx ( 1 – 14 ) Trong đó v x , v y , v z là hình chiếu của vectơ vận tốc → v lên ba trục toạ độ OXYZ . Từ (1-13) và (1-14) suy ra : dt dz v dt dy v dt dx v zyx === ;; ( 1 – 15 ) Ta có môđun hay độ lớn của vectơ vận tốc → v :  → v  = 222 zyx vvv ++ ( 1 – 16 ) 4. Vectơ vận tốc góc : [...]... điểm tại thời điểm ban đầu t = 0 b- Sau bao lâu kể từ lúc t = 0, chất điểm có vận tốc v = 35m/s? Lúc đó tọa độ chất điểm là bao nhiêu? 1-5 Một vật < /b> chuyển động thẳng thay đổi đều đi hết quãng đường AB trong 8 giây Vận tốc của vật < /b> khi qua A là 5m/s, khi qua B là 15 m/s Tìm chiều dài của quãng đường AB 1-6 Phải ném một vật < /b> theo phương thẳng đứng từ độ cao h = 40m với vận tốc vo b ng bao nhiêu để nó rơi... trạng thái b căng Khi sợi dây ở trạng thái b căng , tại mọi điểm trên sợi dây có lực căng T , có độ lớn giống nhau Độ lớn của lực căng T b ng độ lớn của lực kéo căng tác dụng ở hai đầu dây 2 Lực ma sát trượt : Một vật < /b> A ở trên mặt phẳng nằm ngang B Tác dụng lên A một lực nằm ngang F sao cho A vẫn còn nằm yên trên B Khi đó A tác dụng lên B một lực nén S Theo đònh luật Newton thứ ba mặt B tác dụng... vào vò trí đầu (1) và vò trí cuối (2) , không phụ thuộc đường cong chuyển dời (1 → 2) a (1) ● ● b Ta có : A1a2 = A 1b2 ⇒ A1a2 – A 1b2 = 0 Hay : A = (2) ⇒ A1a2 + A 2b1 = 0 → → ⇒ A1a 2b1 = 0 ( 2 – 34 ) ∫ F ds c Vậy công của lực thế dòch chuyển theo đường cong kín (c) b t kì b ng không Biểu thức ( 2 -34 ) là biểu thức toán học diễn tả tính chất thế của trường lực thế Lực hấp dẫn , lực tónh điện là lực thế... quán tính khác nhau Phép biến đổi Galileo không phù hợp với tiêu đề 2 4 Phép biến đổi Lorentz Phép biến đổi Lorentz được xây dựng sao cho nó bao hàm phép biến đổi Galileo và phù hợp với hai tiên đề của lý < /b> thuyết tương đối Theo phép biến đổi Galileo thì phép biến đổi Lorentz có thể viết : x = α ( x’ + vt’ ) y = y’ z = z’ Hay : x’ = β ( x – vt ) y’ = y z’ = z Từ tiên đề 1 của lý < /b> thuyết tương đối dễ dàng... giống nhau trên các hệ qui chiếu quán tính khác nhau Phát biểu 2 : Các phương trình cơ học b t biến đối với phép biến đổi Galileo 3 Thuyết tương đối hẹp của Einstein (1905) Tiên đề 1 : Nguyên lý < /b> tương đối Einstein : Các quy luật vật < /b> lý < /b> xảy ra giống nhau trên các hệ qui chiếu quán tính khác nhau Suy ra các hệ qui chiếu quán tính tương đương nhau Phép biến đổi Galileo không phù hợp với tiêu đề 1 Tiên đề... của biến cố trong hệ mà nó chuyển động 6 Động lực học tương đối a Khối lượng Theo lý < /b> thuyết tương đối khối lượng quán tính m của một vật < /b> phụ thuộc vào vận tốc v : m= mo 2 1− v ( 2 – 44 ) c2 Trong đó : mo là khối lượmg khi v = 0 được gọi là khối lượng nghỉ của vật < /b> b Động lượng Động lượng của vật < /b> theo lý < /b> thuyết tương đối : → → p = mv = → mo v 2 1− v ( 2 - 45 ) c2 33 a Phương trình động lực học cơ b n... điện tích e = -1,6 10-19 C b/ Hạt proton ( p ) : * Có khối lượng mp = 1,672 10-27 Kg * Có điện tích Qp = 1,6 10-19 C c/ Hạt Neutron ( n ) : * Có khối lượng mn = 1,674 10-27 Kg * Có điện tích Qn = 0 B nh thường trong một nguyên tử số hạt electron ( Ne ) và số hạt proton ( Np ) b ng nhau Trên một vật < /b> nếu Ne > Np : vật < /b> mang điện tích âm ( - ) Trên một vật < /b> nếu Ne < Np : vật < /b> mang điện tích dương (... ngược với chiều chuyển động của vật < /b> , có độ lớn được xác đònh b ng thực nhgiệm: fms = kN ( 2 – 25 ) Trong đó k là hệ số ma sát động phụ thuộc vào b n chất của vật < /b> và trạng thái b mặt tiếp xúc , N là thành phần pháp tuyến của phản lực R Lực ma sát động fms nhỏ hơn lực ma sát nghỉ cực đại fso 24 → → R N A → → fS F B → → P S 3 Trọng lượng : Trọng lượng là đại lượng lực mà vật < /b> tác dụng lên giá đỡ hay dây... dương ( + ) Giá trò điện tích của một vật < /b> mang điện được xác đònh b ng : 22 Q = n eo ( 2 – 20 ) -19 Trong đó n = 1 , 2 ,3 ,4 … ; eo = 1,6 10 C là điện tích nguyên tố 2 Điện tích điểm : Nếu kích thước của vật < /b> mang điện nhỏ không đáng kể , so với khoảng cách từ nó đến điểm khảo sát hay so với kích thước của vật < /b> mang điện khác , thì vật < /b> mang điện đó được biểu diễn b ng khái miệm điện tích điểm Từ thực... của vật < /b> , do lực quán tính Coriolis chi phối Trong tính toán người ta thường lấy gia tốc trọng trường đều go = 9.81m/s2 Vì b n kính trái đất R lớn , nên mọi chất điểm chuyển động tự do gần mặt đất có gia tốc g giống nhau và b ng go Tương tác hấp dẫn tuân theo đònh luật Newton III § 9 Đònh luật Coulomb về tương tác tónh điện 1 Điện tích nguyên tố Mọi nguyên tử đều được cấu tạo từ ba hạt cơ b n . 3. Phát biểu đònh lí O-G của điện trường . 4. Ứng dụng . §4. Vật dẫn . 1. Vật dẫn . 2. Điều kiện cân b ng tónh điện của vật dẫn . 3. Các tính chất của vật dẫn ở trạng thái cân b ng tónh. Maxwell . B i đọc thêm: Hoạt động của lò vi sóng B i tập Chương 5 Chương 6: LÍ THUYẾT LƯNG TỬ 96 §1. B c xạ nhiệt . 1. B c xạ nhiệt . 2. Những đặc điểm của b c xạ nhiệt . 3. năng suất b c xạ. điểm ban đầu t = 0. b- Sau bao lâu kể từ lúc t = 0, chất điểm có vận tốc v = 35m/s? Lúc đó tọa độ chất điểm là bao nhiêu? 1-5 Một vật chuyển động thẳng thay đổi đều đi hết quãng đường AB trong