Tóm tắc nội dung môn Vật Lý Đại Cương

TÓM TẮT LÝ THUYẾT VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG BÀI 1: ĐIỆN TRƯỜNG TĨNH Định luật bảo toàn điện tích: - Định luật bảo tồn điện tích: Tổng đại số điện tích hệ lập khơng đổi - Mật độ điện tích phân bố thể tích hay mật độ điện khối, kí hiệu ,  định nghĩa là: dq dV (C/m3) dq điện tích chứa yếu tố thể tích dV vật mang điện - Mật độ điện tích mặt phân bố bề mặt hay mật độ điện mặt, kí hiệu ,  định nghĩa là: dq dS (C/m2) dq điện tích chứa yếu tố diện tích bề mặt dS vật mang điện - Mật độ điện tích phân bố dọc theo chiều dài hay mật độ điện dài, kí hiệu ,  định nghĩa là: dq d (C/m) dq điện tích chứa yếu tố chiều dài d vật mang điện Định luật Coulomb: Lực tương tác hai điện tích điểm q1, q2 đứng yên cách khoảng cách r, chịu tác dụng lực tĩnh điện: F k q1.q2 Với: k = o =  r (N) = 9.10 (Nm2/C2): hệ số tỉ lệ; 4 o = 8,85.10 – 12 (F/m): số điện 36.10 : số điện môi môi trường BÀI 2: ĐIỆN TRƯỜNG TĨNH Điện trường: vùng mơi trường xung quanh điện tích Q tác dụng lực lên điện tích q khác đặt nó:  E  F q (V/m) Điện trường: Gây bởi: a Một điện tích điểm: (V/m) Q>0: E hướng xa Q Q Tại tâm O: x=  E=0 c Mặt rộng vơ hạn, tích điện với mật độ điện tích mặt σ> 0: Điện trường điểm M trục, cách tâm đoạn x: E || 2o (với   8.85.1012 F/m) Chứng tỏ điện trường mặt rộng vô hạn không phụ thuộc vào khoảng cách từ điểm khảo sát M đến mặt phẳng d Thanh dài (dây dài) vơ hạn, tích điện với mật độ dài λ> 0: Điện trường điểm M cách đoạn a: E 2k |  | a e Khối cầu tâm O, bán kính a, tích điện với mật độ khối ρ > 0: - Điện trường điểm M nằm khối cầu: Engồi  kQ r (Nhận thấy cơng thức tính điện trường điểm nằm ngồi khối cầu giống điện tích điểm đặt tâm gây ra.) - Điện trường điểm M nằm khối cầu: Etrong  r 30 Điện thông- thông lượng điện cảm: - E  Điện thông:  dE  (S)    E.d S  (S)  EdScos  (V.m) (S) Nếu E điện trường S mặt phẳng:  E  E.S.cos    D  0 E (C/m2) - Điện cảm: - Thông lượng điện cảm :  D   d (S ) Định lý Gauss: E   E.d s  (S ) D  Q Trong ( S )    D.d s   Q Trong ( S ) (S ) D   Dd S   D.dS.cos  (S ) (S ) (C) BÀI 3: ĐIỆN THẾ- HIỆU ĐIỆN THẾ Công lực điện trường: Công lực điện trường để di chuyển điện tích q từ điểm M đến N : (J) Điện thế: a Điện điểm M điện tích Q gây ra: VM  - Nếu gốc điện vô  C  => VM  kQ C  rM kQ  rM - Hiệu điện : VMN  VM  VN  AMN  q VM  VN  b Khối cầu tâm O, bán kính a, tích điện với mật độ khối 𝝆: - Điện điểm N khối cầu: VN  VA  - kQ kQ   rN  rA Điện điểm M khối cầu:  rM VM  V0   ; 6  rA VA  V0   6 Lưu ý: Gốc điện A => VA= c Mặt rộng vơ hạn, tích điện với mật độ mặt 𝝈 >0 : V  Điện M cách mặt phẳng khoảng cách x: x 2 Mối liên hệ E V : Độ lớn vectơ cường độ điện trường, độ giảm điện đơn vị chiều dài dọc theo đường sức điện trường : E   dV dn Trong hệ tọa độ Descartes: E   grad V  E x i  E y j  E z k  ( V V V i  j  k ) x y z - Điện trường : U12  V1  V2  E.d (d khoảng cách mặt điện thế) - Lưu thông cuả vecto cường độ điện trường: E.dl VM  VN  VMN  Đường cong kín :   Ed (L)  0 BÀI 4: VẬT DẪN Vật dẫn vật kim loại Tính chất vật dẫn: - Trong lịng vật dẫn khơng có điện trường Etrong=0 - Tồn vật dẫn khối đẳng - Vecto cường độ điện trường E vng góc với bề mặt vật dẫn, có độ lớn E   0 - Điện tích phân bố bề mặt vật dẫn Hiện tượng mũi nhọn bị dần điện tích tạo thành gió điện gọi hiệu ứng mũi nhọn Hiện tượng xuất điện tích cảm ứng bề mặt vật dẫn đặt vật dẫn điện trường gọi tượng điện hưởng Khi nối hai cầu lại chúng trở thành vật dẫn , V1  V2 vật dẫn mặt đẳng Điện dung vật dẫn cô lập: C  Q V Điện dung vật dẫn lập phụ thuộc vào hình dạng, kích thước vật dẫn a Tụ phẳng: C   S d (F) 1F  106  F  109 nF  1012 pF Với S: diện tích hai cực (m2) d :khoảng cách hai cực (m)   8,85.1012 F / m C: điện dung (F) b Tụ cầu: C  4   R1.R2 R2  R1 R1: bán kính trong; R2: bán kính c Tụ trụ: C  2   l R  ln    R1  ( : chiều cao trụ) Ghép tụ: a Ghép nối tiếp: Q  Q1  Q2  Q3   Qn U  U1  U  U   U n 1 1      Ctd C1 C2 C3 Cn Nếu tụ giống Ctd  C n b Ghép song song: Q  Q1  Q2  Q3   Qn U  U1  U  U   U n Ctd  C1  C2  C3   Cn Nếu tụ giống nhau: Ctd  nC Năng lượng tụ điện: W  CU 2 Năng lượng điện trường: Nơi có điện trường nơi có lượng W 1   dV    E dV   EDdV E (V) (V) (V) 1 E mật độ lượng điện trường: E  0 E  ED 2 BÀI 5: TỪ TRƯỜNG TĨNH Từ thông cho biết số lượng đường sức từ gởi qua mặt (S)  dm   (S) m  (S)  BdScos α    B.d S (S) Trong hệ SI, đơn vị đo từ thông vêbe (Wb)   So sánh Điện trường E Từ trường H Điện trường - Xung quanh điện tích có điện trường Từ trường - Xung quanh dịng điện có từ trường - Đặc trưng cho điện trường điểm - Đặc trưng cho từ trường điểm   vectơ cường độ điện trường E vectơ cảm ứng từ B - Vectơ cường độ điện trường gây - Vectơ cảm ứng từ gây yếu tố  điện tích điểm: E  k  Q r dòng điện: d B  - Hằng số điện: 0 = 8,85.10 – 12 F/m - Hệ số điện môi:  0  Id , r   4r  - Hằng số từ: 0 = 4.10 –7 H/m - Hệ số từ môi:      - Vectơ cảm ứng điện: D  0 E - Vectơ cảm ứng từ: B  0 H - Đường sức điện - Đường sức từ - Điện thông E: cho biết số lượng đường - Từ thông m: cho biết số lượng đường sức sức điện trường E gửi qua mặt S: E   E.dS  E.dS.cos  m  (S)  B.dS  B.dS.cos  (S)    - Lực điện trường: F  q E - Định lý Gauss: từ B gửi qua mặt S:  E.dS  (s) q    - Lực từ: d F   Id , B   trong(S) - Định lý Gauss: 0 - Lưu thông vectơ cđđt:  B.dS  (s)  (AB) E.d  U AB - Lưu thông vectơ cđtt:  Hd   I (C) k k Xác định cảm ứng từ dòng điện: a Cảm ứng từ dòng điện thẳng: B .0 I  cos 1  cos   4 h + Dòng điện dài, hay điểm khảo sát nằm gần dòng điện: BM  .0 I 2 h + Dòng điện dài, điểm khảo sát nằm đường vng góc với dịng điện tai đầu: BM  .0 I 4 h + Điểm khảo sát nằm đường thẳng chứa dòng điện: BM  b Cảm ứng từ điểm M cách tâm O trục vịng điện trịn bán kính R, khoảng h: BM  .0 I R 2  R  h2  32 + Cảm ứng từ tâm O (h=0) : B0  .0 I 2R + Nếu cung trịn chắn góc α tâm : B0( )  .0 I  4 R c Cảm ứng từ lòng ống dây: với: n: mật độ dòng (vòng/m) L : chiều dài ống dây (m) N : số vòng dây quấn ống (vòng) + Dây Soneloid: n  N .0 n.I B N H    n.I  I L .0 .0 L Vậy: Từ trường lòng ống dây Soneloid từ trường + Dây Torid: n  .0 n.I N B N H    n.I  I 2 r .0 .0 2 r Vậy: Từ trường lịng ống dây Teroid từ trường khơng Tác dụng từ trường lên dòng điện:  Tác dụng từ trường lên đoạn dòng điện thẳng: Lực từ F có: + Phương vng góc với mặt phẳng chứa dòng I B + Chiều theo quy tắc tay trái + Độ lớn F  BI sin  + Điểm đặt trung điểm đoạn dòng điện I      F  d F  I( x B)  Tác dụng từ trường lên đoạn dòng điện cong    F  I L'  B với L'    d tổng vectơ độ dời từ điểm a đến điểm b (ab) Nếu đường cong kín F=0  Tác dụng từ trường lên khung dây : Mômen lực từ tác dụng khung lên khung dây: M  N.B.I S.sin  đó: α góc vevtơ n B N số vòng dây, B cảm ứng từ (T) I cường độ dịng điện (A), S diện tích khung dây (m2)  Lực tương tác dòng điện thẳng dài vô hạn: F .0 I1.I l 2 d Lực tương tác đơn vị chiều dài: f  F  .0 I1.I 2 d + Hai dòng điện song song chiều: hút + Hai dòng điện song song ngược chiều: đẩy  Công lực từ: A12  I 2  1   I m Mạch tịnh tiến từ trường A=0 BÀI 6: CHUYỂN ĐỘNG CỦA HẠT ĐIỆN TRONG TỪ TRƯỜNG Tác dụng từ trường lên điện tích chuyển động- Lực Lorentz:  Hạt mang điện chuyển động từ trường chịu tác dụng lực từ, lực gọi lực Lotentz: F  qv  B Các đặc điểm lực Lorentz:  Có phương vng góc với v B  Có chiều theo quy tắc bàn tay trái điện tích dương, quy tắc bàn tay phải điện tích âm: Đặt bàn tay trái (hoặc phải) cho đường cảm ứng từ hướng xuyên qua lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến bốn ngón tay chiều v , ngón tay chỗi 900 chiều lực Lorentz  Độ lớn: F  q vB sin  , với  góc v B  Điểm đặt điện tích q Chuyển động hạt điện tích từ trường đều: a Nếu vecto vận tốc đầu v song song với B :  F =0 điện tích chuyển động thẳng theo hướng cũ b Nếu vecto vận tốc đầu v vng góc với B :  Điện tích chuyển động trịn với lực Lorents hướng vào tâm, có: - Độ lớn: F  q Bv  man  m - Bán kính quỹ đạo: r v2 r mv qB 2 m - Chu kỳ quay: T  q B c Nếu vecto vận tốc ban đầu tạo với B góc 𝜽: Quỹ đạo điện trường đường xoắn lò xo, với - Bán kính xoắn lị xo: r  mv mv0 sin   qB qB - Chu kỳ T  2 m qB Bước xoắn h  v/ / T  v0cos 2 m qB Hiệu ứng Hall: Khi vật dẫn có dịng điện chạy qua đặt từ trường tác dụng lực từ làm xuất chuyển động phụ hạt tải điện Do chuyển động phụ mà hạt tải điện bị dịch chuyển hai bề mặt vật dẫn tạo nên hiệu điện Hiện tượng gọi hiệu ứng Hall, hiệu điện xuất hai bề mặt vật dẫn trường hợp gọi hiệu điện Hall BÀI 7: CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ Định luật Lenz: Định luật khẳng định: “Dòng điện cảm ứng mạch kín phải có chiều cho từ trường mà sinh chống lại nguyên sinh nó.” Định luật Faraday suất điện động cảm ứng: Suất điện động cảm ứng trị số trái dấu với tốc độ biến thiên từ thông qua mạch:    d m dt Trong đó,  m     Bd S từ thông qua mạch (S) a) Khung dây quay từ trường đều: Nếu mạch điện có N vịng dây quấn khung cứng thì:   N d m dt Nếu vòng dây thẳng từ trường m  BScos  , ta có:   N dm d ( B.S cos  )  N dt dt Suất điện động cực đại: 0  NBS b) Đoạn dây dẫn chuyển động từ trường đều:  | d m |  Bv sin  dt Nếu mạch hở hai đầu đoạn MN có hiệu điện thế: U   Hệ số tự cảm:  m  LI đó, L hệ số tỉ lệ, gọi hệ số tự cảm hay độ tự cảm mạch điện - Hệ số từ cảm ống dây Soneloid: L  - Năng lượng từ trường: W  LI m I  .0 N S BÀI 8-9: SĨNG ĐIỆN TỪ VÀ GIAO THOA ÁNH SÁNG - Sóng điện từ truyền chân không, với vận tốc c= 3.108m/s - Sóng điện từ truyền mơi trường chiết suất n, với vận tốc: v  - Bước sóng sóng điện từ chân khơng là: c n  - Bước sóng truyền mơi trường chiết suất n là:   0 n  Khi truyền từ môi trường sang môi trường khác: Chỉ vận tốc v bước sóng λ thay đổi, chu kỳ T tần số f không đổi Quang lộ: Quang lộ ánh sáng thời gian t quãng đường mà ánh sáng truyền chân không khoảng thời gian đó: L  ct  c s  ns v Trong hệ SI, đơn vị đo quang lộ mét (m) Giao thoa: Hiện tượng hai hay nhiều sóng ánh sáng gặp nhau, tạo nên không gian dải sáng, tối xen kẽ gọi giao thoa ánh sáng Những dải sáng tối gọi cực đại cực tiểu giao thoa, hay vân giao thoa; chúng tương ứng với giá trị cực đại cực tiểu cường độ ánh sáng a Điều kiện để có có giao thoa: hai sóng phải hai sóng kết hợp có phương truyền sóng Sóng kết hợp: sóng ánh sáng có tần số độ lệch pha không đổi theo thời gian b Giao thoa hai nguồn điểm: - Điều kiện để có cực đại giao thoa: Tại điểm mà hiệu quang lộ hai sóng tới số nguyên lần bước sóng cho cực đại giao thoa: L2 – L1 = k với k = 0, 1, 2, …, gọi bậc giao thoa - Điều kiện để có cực tiểu giao thoa: Tại điểm mà hiệu quang lộ hai sóng tới số bán nguyên lần bước sóng cho cực tiểu giao thoa L2 – L1 = (k + 0,5) Giao thoa Young: Gọi khoảng cách hai vân sáng liên tiếp hai vân tối liên tiếp khoảng vân i, thì: i  D a Với:  bước sóng, D: khoảng cách từ khe tới màn, a: khoảng cách hai khe Khi đó, vị trí vân sáng phải thỏa cơng thức: xs = ki vị trí vân tối phải thỏa công thức: xt = (k + 0,5)i Giao thoa phản xạ: Sóng điện từ bị đảo pha 1800 phản xạ từ bề mặt mơi trường có chiết suất lớn mơi trường tới Nếu phản xạ từ bề mặt mơi trường có chiết suất nhỏ chiết suất mơi trường tới tia phản xạ không bị đảo pha Giao thoa hai mỏng: Hiệu ứng giao thoa thường quan sát lớp mỏng như: ván dầu mặt nước, bong bóng xà phịng, nước kính,…là kết giao thoa hai chùm tia phản xạ hai bề mặt mỏng - Nêm không khí: vân giao thoa mặt nêm đoạn thẳng song song nằm mặt nêm, cách khoảng vân i: nêm) Toạ độ vân sáng bậc k: x s  (k  0,5) Toạ độ vân tối bậc k: x t  k i  (α: góc nghiêng 2  2  2 - Vân tròn Newton: Vân giao thoa vòng sáng tối xen kẽ, Newton khám phá nên gọi vân trịn Newton Vị trí vân sáng thỗ điều kiện: d  (k  0,5) Vị trí vân tối thoã điều kiện: d  k   Bán kính vân sáng thứ k: rs  2Rd  (k  0,5)R Bán kính vân tối thứ k: rt  2Rd  kR BÀI 10: NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng: tượng ánh sáng bị lệch khỏi phương truyền thẳng môi trường đồng tính gần vật cản Nguyên lý Fresnel: Biên độ pha nguồn thứ cấp biên độ pha nguồn thực gây vị trí nguồn thứ cấp Để tính biên độ sóng tổng hợp nguồn sáng điểm S0 gây điểm quan sát M, ta dùng phương pháp đới cầu Fresnel Nhiễu xạ FRESNEL qua lỗ tròn: Giả sử lỗ tròn chứa n đới cầu Fresnel biên độ sóng tổng hợp điểm M là: aM  a1 a n  2 cường độ sáng điểm M là: a a  I  (a M )    n  2 2 2 Lấy dấu “+” số đới cầu chứa lỗ tròn số lẻ lấy dấu “–“ số đới cầu chứa lỗ tròn số chẵn - Nếu lỗ tròn lớn thì: I  a1  I0 a a  - Nếu lỗ tròn chứa số lẻ đới cầu Fresnel I  (a M )    n   I0 : Điểm M điểm 2 2 sáng a a  - Nếu lỗ trịn chứa số lẻ đới cầu Fresnel I  (a M )    n   I0 : Điểm M tối 2 2 - Các đới cầu Fresnel có diện tích diện tích đới cầu là: S  - Bán kính đới cầu Fresnel thứ k là: rk  2Rh k  Với: k: đới cầu thứ k; R: bán kính mặt cầu : bước sóng ánh sáng nguồn S0 phát ra; b: khoảng cách từ điểm kháo sát M đến mặt đới kRb Rb Rb Rb Nhiễu xạ FRESNEL qua đĩa tròn chắn sáng: Các vân nhiễu xạ vòng trịn, tâm ảnh nhiễu xạ ln điểm sáng ứng với vị trí đĩa trịn (E) Biên độ sóng tổng hợp điểm M là: aM  a m1 a  a m1   2 2  a m1    : M điểm sáng   Cường độ sáng M: I  (a M )   Nhiễu xạ FRAUNHOFER qua n khe hẹp: Ảnh nhiễu xạ có cực đại chính, cực đại phụ, cực tiểu (hay cực tiểu nhiễu xạ), cực tiểu phụ - Các cực tiểu ứng với góc nhiễu xạ  thỏa cơng thức: sin   k  b Trong đó:  bước sóng ánh sáng; b độ rộng khe hẹp; k = 1, 2, 3, … - Vị trí cực đại thỏa cơng thức: sin   k  d với k = 0, 1, 2, 3, …, gọi bậc cực đại Cực đại bậc khơng, ứng với k =  = 0, nằm trùng với tiêu điểm F thấu kính L2, ta gọi cực đại trung tâm - Giữa hai cực đại có (n-2) cực đại phụ (n-1) cực tiểu phụ Để quan sát cực đại  < d Cường độ ảnh nhiễu xạ qua khe Cực đại Cực tiểu (cực tiểu nhiễu xạ) Cực đại phụ sin Cực tiểu phụ Hình 10.13: Phân bố cường độ ảnh nhiễu xạ qua khe hẹp