công thức vật lí 12 cơ bản

 Lý thuyết – Công thức Lý 12CB – Dương Văn Đổng – Bình Thuận  Chương I DAO ĐỘNG CƠ I DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA Lý thuyết + Dao động chuyển động lặp lặp lại vật quanh vị trí đặc biệt gọi vị trí cân Vị trí cân thường vị trí vật đứng yên + Dao động tuần hoàn dao động mà trạng thái chuyển động vật lặp lại cũ sau khoảng thời gian Trạng thái chuyển động xác định vị trí chiều chuyển động + Dao động điều hòa dao động li độ vật hàm côsin (hay sin) thời gian + Phương trình dao động điều hoà: x = Acos(ωt + ϕ), đó: x li độ hay độ dời vật khỏi vị trí cân bằng; đơn vị cm, m; A biên độ dao động, dương; đơn vị cm, m; ω tần số góc dao động; đơn vị rad/s; (ωt + ϕ) pha dao động thời điểm t; đơn vị rad; ϕ pha ban đầu dao động, dương, âm không; đơn vị rad + Một điểm dao động điều hòa đoạn thẳng luôn coi hình chiếu điểm tương ứng chuyển động tròn đường kính đoạn thẳng + Chu kì T dao động điều hòa khoảng thời gian để thực dao động toàn phần; đơn vị giây (s) + Tần số f dao động điều hòa số dao động toàn phần thực giây; đơn vị héc (Hz) 2π + Liên hệ ω, T f: ω = T = 2πf + Vận tốc đạo hàm bậc li độ theo thời gian: π v = x' = - ωAsin(ωt + ϕ) = ωAcos(ωt + ϕ + ) Véc tơ vận tốc hướng theo chiều chuyển động; vật chuyển động theo chiều dương v > 0; vật chuyển động ngược chiều dương v < + Gia tốc đạo hàm bậc vận tốc (đạo hàm bậc hai li độ) theo thời gian: a = v' = x’’ = - ω2Acos(ωt + ϕ) = - ω2x  Lý thuyết – Công thức Lý 12CB – Dương Văn Đổng – Bình Thuận  → + a hướng vị trí cân bằng, có độ lớn tỉ lệ với độ lớn li độ + Li độ x, vận tốc v, gia tốc a biến thiên điều hòa tần số π vận tốc sớm pha so với với li độ, gia tốc ngược pha với li độ π (sớm pha so với vận tốc) → → → → + Khi từ vị trí cân biên: |v| giảm; |a| tăng; v  a + Khi từ biên vị trí cân bằng: |v| tăng; |a| giảm; v  a + Tại vị trí biên (x = ± A): v = 0; |a| = amax = ω2A + Tại vị trí cân (x = 0): |v| = vmax = ωA; a = + Đồ thị biểu diễn phụ thuộc li độ, vận tốc gia tốc vật dao động điều hòa theo thời gian đường hình sin + Quỹ đạo chuyển động vật dao động điều hòa đoạn thẳng Công thức + Li độ: x = Acos(ωt + ϕ) π + Vận tốc: v = x’ = - ωAsin(ωt + ϕ) = ωAcos(ωt + ϕ + ) + Gia tốc: a = v’ = x’’ = - ω2Acos(ωt + ϕ) = - ω2x 2π + Liên hệ tần số góc, chu kì tần số: ω = T = 2πf v2 a2 v2 + Công thức độc lập: A2 = x2 + ω = ω + ω π + Những cặp lệch pha (x, v hay v, a) thỏa mãn công thức x2 v2 v2 a2 + =1 + =1 Elip: A vmax ; vmax amax + Lực kéo (hay lực phục hồi): Fph = - kx = - mω2x = ma; luôn hướng phía vị trí cân Fhp max = kA vật qua vị trí biên (x = ± A); Fhp = vật qua vị trí cân  Lý thuyết – Công thức Lý 12CB – Dương Văn Đổng – Bình Thuận  + Trong chu kì, vật dao động điều hòa quãng đường 4A Trong chu kì, vật quãng đường 2A Trong phần tư chu kì, tính từ biên vị trí cân vật quãng đường A, tính từ vị trí khác vật quãng đường ≠ A + Quãng đường lớn nhất; nhỏ vật dao động điều hòa T khoảng thời gian < ∆t < : ∆ϕ ∆ϕ Smax = 2Asin ; Smin = 2A(1 - cos ); ∆ϕ = ω∆t ∆s A 2vmax = π + Tốc độ trung bình: vtb = ∆t ; chu kì vtb = T + Các vị trí đặc biệt (ghi nhớ để viết nhanh phương trình dao động): Vị trí cân x = 0: |v| = v max = ωA; Wđ = Wđmax; a = 0; Wt = 0; π chọn t = x = ϕ = ± (ϕ > v < 0; ϕ < v > 0) Vị trí biên x = ± A: v = 0; |a| = amax = ω2A; Wđ = 0; Wt = Wtmax; chọn t = x = A ϕ = 0; chọn t = x = - A ϕ = π A A vm ax ; Wđ = 3Wt; chọn t = x = ϕ Vị trí x = ± : |v| = π A 2π = ± ; x = - ϕ = ± (v > ϕ < 0; v < ϕ > 0) vm ax A A Vị trí x = ± : |v| = ; Wđ = Wt; chọn t = x = π 3π A ϕ = ± ; x = - ϕ = ± vm ax A A Vị trí x = ± : |v| = ; Wđ = Wt; t = x = π 5π A ϕ = ± ; x = - ϕ = ± + Đọc, tính số liệu dao động điều hoà đồ thị cho: - Biên độ A: giá trị cực đại x theo trục Ox  Lý thuyết – Công thức Lý 12CB – Dương Văn Đổng – Bình Thuận  - Chu kì T: khoảng thời gian hai thời điểm gần mà T x = |x| = A 2π - Tần số góc, tần số: ω = T ; f = T π - Pha ban đầu ϕ: x0 = x tăng t tăng ϕ = - ; x0 = x π A giảm t tăng ϕ = ; x0 = A ϕ = 0; x0 = - A ϕ = π; x0 = π A x tăng t tăng ϕ = - ; x0 = x giảm t tăng π A 2π A ϕ = ; x0 = - x tăng t tăng ϕ = - ; x0 = - x giảm A 2π π t tăng ϕ = ; x0 = x tăng t tăng ϕ = - ; A A π x0 = x giảm t tăng ϕ = ; x0 = x tăng t A π π tăng ϕ = - ; x0 = x giảm t tăng ϕ = Ví dụ đồ thị hình vẽ ta có: T A1 = cm; A2 = cm; A3 = cm; T1 = T2 = T3 = T = 2 = 2.0,5 = (s);  Lý thuyết – Công thức Lý 12CB – Dương Văn Đổng – Bình Thuận  2π π π ω = T = 2π rad/s; ϕ1 = - ; ϕ2 = - ; ϕ3 =  Lý thuyết – Công thức Lý 12CB – Dương Văn Đổng – Bình Thuận  + Đường tròn lượng giác dùng để giải nhanh số câu trắc nghiệm: II CON LẮC LÒ XO Lý thuyết + Con lắc lò xo gồm lò xo có khối lượng không đáng kể, có độ cứng k đầu gắn cố định, đầu gắn với vật nặng có kích thước không đáng kể có khối lượng m k + Phương trình dao động: x = Acos(ωt + ϕ); với ω = m + Lực gây dao động điều hòa luôn hướng vị trí cân gọi lực kéo hay lực phục hồi Lực kéo có độ lớn tỉ lệ với li độ lực gây gia tốc cho vật dao động điều hòa, viết dạng đại số: F = - kx = - mω2x Lực kéo lắc lò xo không phụ thuộc vào khối lượng vật + Lực đàn hồi có tác dụng đưa vật vị trí lò xo không bị biến dạng Với lúc lò xo nằm ngang lực đàn hồi lực kéo  Lý thuyết – Công thức Lý 12CB – Dương Văn Đổng – Bình Thuận  1 + Động năng: Wđ = mv = mω2A2sin2(ωt + ϕ) 1 + Thế (mốc vị trí cân bằng): Wt = kx2 = kA2cos2(ωt + ϕ) 1 + Cơ năng: W = Wt + Wđ = kA2 = mω2A2 = số + Cơ lắc tỉ lệ với bình phương biên độ dao động + Cơ lắc bảo toàn bỏ qua ma sát A + Wđ = Wđ x = ± ; khoảng thời gian hai lần liên tiếp để T Wđ = Wđ + Li độ, vận tốc, gia tốc, lực kéo biến thiên điều hòa tần số + Thế năng, động vật dao động điều hòa biến thiên tuần hoàn tần số tần số lớn gấp đôi tần số li độ, vận tốc, gia tốc + Khi vật từ vị trí cân biên: Wđ ; Wt  + Khi vật từ biên vị trí cân bằng: Wđ ; Wt  + Tại vị trí cân (x = 0): Wt = 0; Wđ = Wđmax = W + Tại vị trí biên (x = ± A): Wđ = 0; Wt = Wtmax = W Công thức + Phương trình dao động: x = Acos(ωt + ϕ) k m k + Tần số góc, chu kỳ, tần số: ω = m ; T = 2π k ; f = 2π m 1 + Thế năng: Wt = kx2 = kA2cos2(ω + ϕ) 1 2 2 + Động năng: Wđ = mv = mω A sin (ω +ϕ) = kA2sin2(ω + ϕ) + Thế động vật dao động điều hòa biến thiên tuần T hoàn với ω’ = 2ω; f’ = 2f; T’ =  Lý thuyết – Công thức Lý 12CB – Dương Văn Đổng – Bình Thuận  1 1 + Cơ năng: W = Wt + Wđ = kx2 + mv2 = kA2 = mω2A2 Wd  A  =  ÷ −1 W x t + Tỉ số động năng: Wt  x  = ÷ + Tỉ số năng: W  A  Wd x = 1−  ÷  A + Tỉ số động năng: W A n + Vị trí có Wđ = nWt: x = ± n + ; v = ± ωA n + ωA n A n +1 ; v = ± n +1 + Vị trí có Wt = nWđ: x = ± + Lực đàn hồi lò xo: F = k(l – l0) = k∆l g mg ∆l0 + Con lắc lò xo treo thẳng đứng: ∆l0 = k ; ω = Chiều dài cực đại lò xo: lmax = l0 + ∆l0 + A Chiều dài cực tiểu lò xo: lmin = l0 + ∆l0 – A Chiều dài lò xo li độ x: l = l0 + ∆l0 + x chiều dương hướng xuống; l = l0 + ∆l0 - x chiều dương hướng lên Lực đàn hồi cực đại: Fmax = k(A + ∆l0) Lực đàn hồi cực tiểu: A ≥ ∆l0: Fmin = 0; A < ∆l0: Fmin = k(∆l0 – A) Độ lớn lực đàn hồi vị trí có li độ x: Fđh= k|∆l0 + x| chiều dương hướng xuống Fđh = k|∆l0 - x| chiều dương hướng lên + Lực tác dụng lên điểm treo lò xo lực đàn hồi: F = k|∆l0 + x| Con lắc lò xo nằm ngang: ∆l0 = 0; mg g Con lắc lò xo treo thẳng đứng: ∆l0 = k = ω ;  Lý thuyết – Công thức Lý 12CB – Dương Văn Đổng – Bình Thuận  mg sin α k Con lắc lò xo nằm mặt phẵng nghiêng góc α: ∆l0 = k1k2 + Hai lò xo ghép: nối tiếp: k = k1 + k2 ; song song: k = k + k + Lò xo cắt thành nhiều đoạn: kl = k1l1 = k2l2 = = knln * Viết phương trình dao động nhờ máy tính fx-570ES có x0 v0: + Tính tần số góc ω (nếu chưa có) + Thao tác máy: SHIFT MODE (màn hình xuất Math) MODE (màn hình xuất CMPLX để diễn phức) SHIFT v0 MODE (chọn đơn vị đo góc rad), nhập x - ω i (bấm ENG để nhập đơn vị ảo i) = (hiễn thị kết dạng a + bi) SHIFT = (hiễn thị kết dạng A ∠ ϕ) Phương trình dao động: x = A(cosωt + ϕ) III CON LẮC ĐƠN Lý thuyết + Con lắc đơn gồm sợi dây có khối lượng không đáng kể, không dãn, chiều dài l; đầu gắn cố định, đầu gắn vật nặng có kích thước không đáng kể có khối lượng m + Phương trình dao động lắc đơn sinα ≈ α (rad): s S0 s = S0cos(ωt + ϕ) α = α0 cos(ωt + ϕ); α = l ; α0 = l l g g + Chu kì, tần số, tần số góc: T = 2π g ; f = 2π l ; ω = l + Chu kì dao động lắc đơn không phụ thuộc vào khối lượng vật nặng mà phụ thuộc vào độ cao, độ sâu so với mặt đất, phụ thuộc vào vĩ độ địa lí Trái Đất phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường 4π 2l + Xác định gia tốc rơi tự nhờ lắc đơn: g = T + Khi lắc đơn dao động điều hòa có chuyển hóa qua lại động tổng chúng tức bảo toàn bỏ qua ma sát + Khi vật chuyển động từ vị trí cân biên: Wđ ; Wt   Lý thuyết – Công thức Lý 12CB – Dương Văn Đổng – Bình Thuận  + Khi vật chuyển động từ biên vị trí cân bằng: Wđ ; Wt  + Tại vị trí cân (α = 0): Wt = 0; Wđ = Wđmax = W + Tại vị trí biên (α = ± α0): Wđ = 0; Wt = Wtmax = W Công thức + Phương trình dao động: s = S0cos(ωt + ϕ) hay α = α0cos(ωt + ϕ); với s = αl; S0 = α0l; (α α0 tính rad) l g g g + Tần số góc, chu kì, tần số: ω = l ; T = 2π ; f = 2π l + Vận tốc qua vị trí có li độ góc α: v = gl (cos α − cos α ) Vận tốc qua vị trí cân bằng: |v| = vmax = gl (1 − cos α ) gl (α − α ) 2 ; vmax = α0 gl ; α α0 tính rad mv + Sức căng sợi dây: Tα = mgcosα + l = mg(3cosα - 2cosα0) TVTCB = Tmax = mg(3 - 2cosα0); Tbiên = Tmin = mg cosα0 α 02 2 α0 ≤ 100: T = + α - α2; Tmax = mg(1 + α ); Tmin = mg(1 - ) + Chu kỳ lắc đơn thay đổi theo độ cao, độ sâu so với mặt đất: h - Khi đưa lên độ cao h: Th = T(1 + R ); 1d - Khi đưa xuống độ sâu d: Td = (1 + R ) + Chu kỳ lắc đơn thay đổi theo nhiệt độ: T2 = T1(1 + α(t2 – t1)); α hệ số nở dài T2 h T + Khi đưa lên cao mà nhiệt độ thay đổi: = + α(t – t ) + R Nếu α0 ≤ 100: v = 10  Lý thuyết – Công thức Lý 12CB – Dương Văn Đổng – Bình Thuận  (λ d − λt ) D a + Bề rộng quang phổ bậc n: ∆ xn = n * Dùng máy tính fx-570ES để giải toán tìm xạ cho vân sáng, vân tối giao thoa với sáng trắng: Bấm MODE (màn hình f(X) =); nhập giá trị λ theo k: k đóng vai trò biến X nhập vào cách bấm ALPHA ); bấm = (màn hình Start?); bấm giá trị ban đầu X (thường 1); bấm = (màn hình End?); bấm giá trị cuối X (thường 9); bấm = (màn hình Step?); bấm giá trị bước nhảy (thường 1); bấm = (xuất bảng (3 cột) giá trị λ theo k; bấm dấu ∇ (xuống); ∆ (lên) để chọn giá trị k (X) λ (f(X)) thích hợp * Dùng máy tính fx-570ES hổ trợ giải toán giao thoa nhiều ánh sáng đơn sắc: + Tìm bội số chung nhỏ (BCNN) ước số chung lớn (ƯCLN) hai số a b: Bấm a:b = ta phân số giản lược c:d BCNN a b a*d ƯCLN a b a:c Ví dụ: Tìm ƯCLN λ1 = 0,45 µm λ2 = 0,60 µm: bấm 0,45:0,60 = ; ƯCLN 0,45:3 = 0,15 Khi k1λ1 = k2λ2 là: 3k1 = 4k1 (0,45:0,15 = 3; 0,6:0,15 = 4) Tìm BCNN 4: Bấm 3:4 = ; BCNN 3*4 = 12 Khi ta viết: 3k1 = 4k2 = 12n; với k n ∈ N + Tìm bội số chung nhỏ (BCNN) ước số chung lớn (ƯCLN) ba số a, b c: Tìm bội số chung nhỏ a b (là d) sau tìm bội số chung nhỏ d c Tìm ước số chung lớn a b (là d) sau tìm ước số chung lớn d c Ví dụ: Tìm ƯCLN λ1 = 0,42 µm, λ2 = 0,56 µm λ3 = 0,63 µm: Bấm 0,42:0,56 = ; 0,42:3 = 0,14; 0,14:0,63 = ; ƯCLN 0,42, 0,56 0,63 0,14:2 = 0,07 Khi k 1λ1 = k2λ2 = k3λ3 là: 6k1 = 8k2 = 9k3 (0,42:0,07 = 6; 0,56:0,07 = 8; 0,63:0,07 = 9) 40  Lý thuyết – Công thức Lý 12CB – Dương Văn Đổng – Bình Thuận  Tìm BCNN 6, 9: bấm 6:8 = ; bấm 6*4 = 24; bấm 24:9 = ; BCNN 6, 24*3 = 72 Khi ta viết: 6k1 = 8k2 = 9k3 = 72n; với k n ∈ N 41  Lý thuyết – Công thức Lý 12CB – Dương Văn Đổng – Bình Thuận  III CÁC LOẠI QUANG PHỔ CÁC BỨC XẠ KHÔNG NHÌN THẤY Lý thuyết + Máy quang phổ lăng kính dụng cụ ứng dụng tượng tán sắc ánh sáng để phân tích chùm sáng phức tạp thành thành phần đơn sắc + Máy quang phổ lăng kính gồm phận chính: Ống chuẩn trực: phận tạo chùm tia song song Lăng kính: phận phân tích chùm sáng song song thành chùm sáng đơn sắc song song khác Buồng ảnh kính ảnh đặt tiêu diện ảnh thấu kính hội tụ để quan sát quang phổ + Quang phổ liên tục: - Định nghĩa: Là dải sáng có màu biến đổ liên tục từ đỏ đến tím - Nguồn điều kiện phát sinh: Các chất rắn, chất lỏng khí có áp suất lớn phát bị nung nóng - Đặc điểm: Chỉ phụ thuộc nhiệt độ, không phụ thuộc thành phần cấu tạo nguồn sáng - Ứng dụng: Xác nhiệt độ vật sáng, đặc biệt vật xa + Quang phổ vạch phát xạ: - Định nghĩa: Là hệ thống vạch sáng riêng lẻ, nằm ngăn cách khoảng tối - Nguồn điều kiện phát sinh: Chất khí, áp suất thấp bị kích thíc nhiệt, điện phát - Đặc điểm: Quang phổ vạch nguyên tố khác khác số lượng, vị trí, màu sắc, độ sáng tỉ đối vạch + Ứng dụng: Nhận biết có mặt nguyên tố hợp chất, hỗn hợp + Quang phổ vạch hấp thụ: - Định nghĩa: Là vạch tối quang phổ liên tục - Nguồn điều kiện phát sinh: Chất rắn, lỏng, khí bị chiếu ánh sáng trắng qua cho quang phổ vạch hấp thụ - Đặc điểm: Các vạch tối xuất vị trí vạch màu quang phổ vạch phát xạ chất + Ứng dụng: Biết thành phần hợp chất + Hiện tượng đảo sắc vạch quang phổ: Ở nhiệt độ định, đám có khả phát ánh sáng đơn sắc có khả hấp thụ ánh sáng đơn sắc + Phép phân tích quang phổ tiện lợi nó: 42  Lý thuyết – Công thức Lý 12CB – Dương Văn Đổng – Bình Thuận  - Định nghĩa:Phép phân tích quang phổ phép phân tích thành phần cấu tạo chất dựa vào nghiên cứu quang phổ chúng - Tiện lợi: Phép phân tích định tính đơn giãn, cho kết nhanh phép phân tích hoá học Phép phân tích định lượng nhạy, phất đo nồng độ nhỏ Có thể xác định thành phần cấu tạo nhiệt độ vật xa Mặt Trời + Tia hồng ngoại: - Định nghĩa: Là xạ không nhìn thấy được, có bước sóng lớn bước sóng ánh sáng đỏ (λ > 0,75 µm) - Nguồn phát: Vật có nhiệt độ cao môi trường xung quanh phát xạ hồng ngoại môi trường Nguồn hồng ngoại thông dụng bóng đèn dây tóc, bếp ga, bếp than, điôt hồng ngoại - Tính chất: Tác dụng nhiệt, tác dụng lên kính ảnh hồng ngoại, có thee3r biến điệu sóng điện từ - Ứng dụng: Dùng đèn hồng ngoại để sưởi ấm da, giúp máu lưu thông, dùng tia hồng ngoại để sấy khô sản phẩm sơn, làm thiết bị điều khiển từ xa + Tia tử ngoại: - Định nghĩa: xạ không nhìn thấy được, có bước sóng nhỏ bước sóng ánh sáng tím (λ < 0,40 µm) - Nguồn phát: Vật có nhiệt độ 2000 0C phát tia tử ngoại, nhiệt độ vật cao phổ tử ngoại vật trải dài phía sóng ngắn Nguồn phát tử ngoại thường dùng đèn cao áp thuỷ ngân - Tính chất: Tác dụng lên kính ảnh, làm ion hoá không khí, làm phát quang số chất, có tác dụng sinh học - Ứng dụng: Dùng để chữa bệnh còi xương, diệt vi khuẩn, sử duingj để phát vết nứt vết xước bề mặt sản phẩm + Tia hồng ngoại tia tử ngoại sóng điện từ nằm vùng quang phổ ánh sáng nhìn thấy + Tia X: - Định nghĩa: Là sóng điện từ có bước sóng ngắn (λ = từ 10-8 m đến 10-11 m) - Cách tạo ra: Các electron từ âm cực tăng tốc điện trường mạnh có động lớn Khi electron đập vào đối âm cực, chúng xuyên qua lớp vỏ nguyên tử, tương tác với hạt nhân 43  Lý thuyết – Công thức Lý 12CB – Dương Văn Đổng – Bình Thuận  electron bên làm phát sóng điện từ có bước sóng cực ngắn, gọi xạ hãm - Tính chất: Không bị lệch điện trường từ trường, tác dụng mạnh lên kính ảnh, tác dụng sinh lí, huỷ diệt tế bào, làm ion hoá chất khí, có khả đâm xuyên mạnh, làm phát quang số chất - Ứng dụng: Nghiên cứu mạng tinh thể, dò tìm khuyết tật sản phẩm đúc, chiếu điện, chụp điện, chữa bệnh ung thư nông, nghiên cứu thành phần, cấu trúc vật rắn, kiểm tra hành lí hành khách máy bay + Tia gamma (γ) sóng điện từ có bước sóng nhỏ bước sóng tia X (học phần Vật lý hạt nhân thường đưa vào phần để so sánh) + Thang sóng điện từ: Là tập hợp loại sóng điện từ xếp theo thứ tự bước sóng tăng dần: Tia gamma có λ < 10-11 m, tia X có λ từ 10-11 m đến 10-8 m, tia tử ngoại có λ từ 10-9 m đến 0,4 µm, ánh sáng nhìn thấy có λ từ 0,4 µđến 0,75 µm, tia hồng ngoại có λ từ 0,75 µm đến 10-3 m, sóng vô tuyến có λ từ 10-3 m đến 103 m + Các sóng điện từ thang sóng điện từ có tần số khác nên tính chất công dụng chúng khác Công thức + Mối liên hệ bước sóng ánh sáng đơn sắc chân không c tần số: λ = f + Tia hồng ngoại: 0,76 µm ≤ λ ≤ mm + Ánh sáng nhìn thấy: 0,38 µm ≤ λ ≤ 0,76 µm + Tia tử ngoại: nm ≤ λ ≤ 0,38 µm + Tia Rơn-ghen (tia X): 10-11 m ≤ λ ≤ 10-8 m + Tia gamma: λ < 10-11 m + Động electron tới đối catôt ống phát tia X: Wđ = mv max = eUAK + Tần số lớn hay bước sóng nhỏ tia X mà ống Culitgiơ hc phát ra: eU = hf = λ 0AK max 44  Lý thuyết – Công thức Lý 12CB – Dương Văn Đổng – Bình Thuận  45  Lý thuyết – Công thức Lý 12CB – Dương Văn Đổng – Bình Thuận  Chương VI LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG I HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN THUYẾT LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG Lý thuyết + Hiện tượng quang điện ngoài: Khi chiếu chùm ánh sáng thích hợp vào mặt kim loại làm electron từ kim loại bật + Định luật giới hạn quang điện: Đối với kim loại có bước sóng giới hạn λ0 định (giới hạn quang điện) Hiện tượng quang điện xảy bước sóng λ ánh sáng kích thích nhỏ giới hạn quang điện (λ ≤ λ0) Giới hạn quang điện kim loại thường, nằm vùng tử ngoại, kim loại kiềm, nằm vùng ánh sáng nhìn thấy + Giả thuyết Plăng: Nguyên tử hay phân tử hấp thụ hay xạ ánh sáng cáh không liên tục; mà thành phần riêng biệt, đứt quãng Mỗi phần mang lượng hoàn toàn xác định, gọi lafg lượng tử ánh sáng, có độ lớn ε = hf; với f tần số ánh sáng, h = 6,625.10-34 J.s gọi số Plăng + Thuyết lượng tử ánh sáng: - Ánh sáng tạo thành hạt gọi phôtôn - Mỗi ánh sáng đơn sắc có tần số f, phôtôn giống nhau, hc phôtôn mang lượng: ε = hf = λ gọi lượng tử lượng - Trong chân không phôtôn bay với tốc độ c = 3.10 m/s dọc theo tia sáng - Mỗi lần nguyên tử hay phân tử phát xạ hay hấp thụ ánh sáng chúng phát hay hấp thụ phôtôn Phôtôn tồn trạng thái chuyển động, phôtôn đứng yên + Hiện tượng quang điện xảy có hấp thụ phôtôn ánh sáng kích thích để làm bật electron khỏi bề mặt kim loại Công thức hc + Năng lượng phôtôn ánh sáng: ε = hf = λ hc + Công thoát electron, giới hạn quang điện: A = λ0 46  Lý thuyết – Công thức Lý 12CB – Dương Văn Đổng – Bình Thuận  hc hc λ + Công thức Anhxtanh: hf = λ = A + Wđmax = + mv max 1   − ÷ λ λ0  + Động ban đầu electron quang điện: Wđ = hc  2hc  1   − ÷ m  λ λ0  + Tốc độ ban đầu electron quang điện: v = + Điện cực đại cầu kim loại cô lập bị chiếu chùm hc  1   − ÷ e  λ λ0  xạ có λ < λ0: Vmax = ne hc + Công suất nguồn sáng, hiệu suất lượng tử: P = n λ ; H = nλ λ * Cách gọi số Vật lí biểu thức cần tính toán máy tính cầm tay fx-570ES: nhấn SHIFT nhấn mã số số (có sau nắp máy) Ví dụ: SHIFT 06 ta h = 6,625.10-34 J.s; SHIFT 28 ta c = 299792458 m/s ≈ 3.108 m/s SHIFT 23 ta e = 1,6.10-19 C; SHIFT 03 ta me = 9,1.10-31 kg; II QUANG ĐIỆN TRONG QUANG PHÁT QUANG LAZE Lý thuyết + Chất quang dẫn: Là chất trở nên dẫn điện bị ánh sáng thích hợp chiếu vào + Hiện tượng quang dẫn: Là tượng điện trở chất bán dẫn giảm mạnh có ánh sáng thích hợp chiếu vào + Quang điện trở: Là điện trở làm chất quang dẫn Điện trở quang điện trở thay đổi + Hiện tượng quang điện trong: Là tượng phôtôn ánh sáng kích thích bị hấp thụ giải phóng electron liên kết thành electron tự (electron dẫn) chuyển động khối chất bán dẫn Giới hạn quang điện chất quang dẫn nằm vùng hồng ngoại + Pin quang điện pin chạy lượng ánh sáng Nó biến đổi trực tiếp quang thành điện 47  Lý thuyết – Công thức Lý 12CB – Dương Văn Đổng – Bình Thuận  + Pin quang điện hoạt động dựa vào tượng quang điện xảy bên cạnh lớp chặn + Suất điện động pin quang điện nằm khoảng từ 0,5 V đến 0,8 V Hiệu suất pin quang điện vào khoảng 10% + Pin quang điện ứng dụng máy đo ánh sáng, vệ tinh nhân tạo, máy tính bỏ túi, … + Hiện tượng quang – phát quang: Là phát quang chất có ánh sáng thích hợp chiếu vào + Huỳnh quang: Là phát quang có thời gian ngắn (dưới 10 -8 s), thường xảy với chất lỏng chất khí + Lân quang: Là phát quang có thời gia dài (10 -8 s trở lên) Thường xảy với chất rắn + Đặc điểm quang phát quang: Bước sóng ánh sáng phát quang dài bước sóng ánh sáng kích thích: λhq > λkt + Laze: Là nguồn sáng phát chùm sáng cường độ lớn dựa ứng dụng tượng phát xạ cảm ứng + Đặc điểm tia laze: Tia laze chùm sáng kết hợp, có tính đơn sắc, chùm song song (có tính định hướng cao), có cường độ lớn + Ứng dụng: Dùng dao mỗ phẩu thuật tinh vi (phẩu thuật mắt, mạch máu), sử dụng tác dụng nhiệt để chữa số bệnh da, sử dụng liên lạc vô tuyến, liên lạc vệ tinh, điều khiển tàu vũ trụ, khoan, cắt vật liệu, ngắm đường thẳng, đo khoảng cách,… Công thức hc + Năng lượng kích hoạt giới hạn quang điện trong: A = λ0 + Đặc điểm ánh sáng phát quang: hc hc λ hfpq = pq < hfkt = λkt  fpq < fkt hay λpq > λkt hc + Công suất chùm laze đơn sắc: Pλ = nλ λ III MẪU NGUYÊN TỬ BO Lý thuyết Hai tiên đề Bo cấu tạo nguyên tử: + Tiên đề trạng thái dừng: Nguyên tử tồn số trạng thái có lượng xác định, gọi trạng thái dừng Khi 48  Lý thuyết – Công thức Lý 12CB – Dương Văn Đổng – Bình Thuận  trạng thái dừng nguyên tử không xạ Trong trạng thái dừng nguyên tử, electron chuyển động quang hạt nhân quỹ đạo có bán kính hoàn toàn gọi quỹ đạo dừng + Tiên đề xạ hấp thụ lượng nguyên tử: - Khi nguyên tử trạng thái dừng có lượng E n chuyển sang trạng thái dừng có lượng Em thấp phát phôtôn có lượng hiệu: ε = hfnm = En – Em - Ngược lại, nguyên tử trạng thái dừng có lượng E m mà hấp thụ phôtôn có lượng hiệu En – Em chuyển lên trạng thái dừng có lượng En cao + Với nguyên tử hiđrô electron chuyển động quỹ đạo dừng có tên gọi K (n = 1), L (n = 2), M (n = 3), ứng với mức lượng EK, EM, EM, Trong trạng dừng có lượng thấp EK (quỹ đạo K: r = r0) trạng thái dừng Công thức + Bán kính quỹ đạo dừng electron nguyên tử hiđrô: rn = n2r0; n ∈ N*; r0 = 5,3.10-11 m bán kính Bo + Năng lượng trạng thái dừng nguyên tử hiđrô: 13,6 En = - n (eV); n ∈ N* + Tần số xạ quang phổ vạch phát xạ nguyên tử Ec − Eth h hiđrô: f = + Bước sóng xạ quang phổ vạch phát xạ nguyên tử hc hiđrô: λ = Ec − Et Chú ý: Khi lượng trạng thái dừng cho với đơn vị eV phải đổi đơn vị J cách nhân với e = 1,6.10-19 + Số vạch tối đa phát electron chuyển từ quỹ đạo dừng thứ n quỹ đạo dừng (quỹ đạo K với n = 1): N = n(n – 1) 49  Lý thuyết – Công thức Lý 12CB – Dương Văn Đổng – Bình Thuận  Chương VII VẬT LÝ HẠT NHÂN I TÍNH CHẤT VÀ CẤU TẠO HẠT NHÂN Lý Thuyết A + Hạt nhân gồm có Z prôtôn A – Z (A: số nuclôn); kí hiệu: Z X Các hạt nhân có số prôtôn Z khác số nơtron N (khác số khối A) gọi đồng vị + Đơn vị khối lượng: Trong vật lí hạt nhân người ta dùng loại đơn vị khối lượng: kg, u MeV/c2: u = 1,66055.10-27 kg ≈ 931,5 MeV/c2 + Hệ thức Anhxtanh lượng khối lượng: E = mc2 + Một hạt có khối lượng m0 trạng thái nghĩ chuyển động với m0 v2 c Khi đó: tốc độ v, khối lượng tăng lên thành m với m = E = mc2 lượng toàn phần; E0 = m0c2 lượng nghĩ Hiệu lượng toàn phần lượng nghĩ động hạt: Wđ = E = E0 Công thức 1− A + Hạt nhân Z X , có A nuclôn; Z prôtôn; N = (A – Z) nơtrôn m NA + Số hạt nhân m gam chất đơn nguyên tử: N = A m0 + Khối lượng tương đối tính: m = + Năng lượng toàn phần: E = mc2 = + Năng lượng nghỉ: E0 = m0c2 1− v2 c2 m0 1− v2 c c2 50  Lý thuyết – Công thức Lý 12CB – Dương Văn Đổng – Bình Thuận     ÷  − 1÷m0 c  ÷ v2  1− ÷ 2 c   + Động Wđ = E – E0 = mc – m0c = II NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT PHẢN ỨNG HẠT NHÂN Lý thuyết + Lực tương tác nuclôn gọi lực hạt nhân (tương tác hạt nhân hay tương tác mạnh) Lực hạt nhân phát huy tác dụng hai nuclôn cách khoảng nhỏ kích thước hạt nhân (khoảng 10-15 m) + Khối lượng cùa hạt nhân nhỏ khối lượng tổng nuclôntạo thành hạt nhân + Năng lượng liên kết hạt nhân lượng tối thiểu cần thiết để tách nuclôn; đo tích độ hụt khối với c2: Wlk = (Zmp + (A – Z)mn – mX)c2 = ∆mc2 + Năng lượng liên kết riêng hạt nhân lượng liên kết Wlk tính nuclôn (ε = A ) hạt nhân + Mức độ bền vững hạt nhân tùy thuộc vào lượng liên kết riêng hạt nhân, hạt nhân có lượng liên kết riêng lớn bền vững Các hạt nhân có số khối A khoảng từ 50 đến 80 lượng liên kết riêng chúng có giá trị lớn nhất, vào cở 8,8 MeV/nuclôn + Phản ứng hạt nhân trình dẫn đến biến đổi hạt nhân + Có loại phản ứng hạt nhân: Phản ứng hạt nhân tự phát phản ứng hạt nhân kích thích + Các định luật bảo toàn phản ứng hạt nhân: bảo toàn điện tích (nguyên tử số Z); bảo toàn số nuclôn (số khối A); bảo toàn lượng toàn phần; bảo toàn động lượng Trong phản ứng hạt nhân bảo toàn khối lượng + Năng lượng phản ứng hạt nhân: W = (mtrước - msau)c2; W > tỏa lượng, W < thu lượng Công thức + Độ hụt khối, lượng liên kết, lượng liên kết riêng: 51  Lý thuyết – Công thức Lý 12CB – Dương Văn Đổng – Bình Thuận  Wlk ∆m = Zmp + (A – Z)mn – mhn; Wlk = ∆m.c2; ε = A A1 A3 A2 A4 + Các định luật bảo toàn phản ứng: Z1 X1 + Z X2 → Z X3 + Z X4 Bảo toàn số nuclôn: A1 + A2 = A3 + A4 Bảo toàn điện tích: Z1 + Z2 = Z3 + Z4 → → → → Bảo toàn động lượng: m1 v1 + m2 v = m3 v3 + m4 v Bảo toàn lượng toàn phần: (m1 + m2)c2 + K1 + K2 = (m3 + m4)c2 + K3 + K4; với Ki = miv i động hạt nhân thứ i III PHÓNG XẠ Lý thuyết + Phóng xạ: Là tượng hạt nhân không bền vững tự phát phân rã, phát tia phóng xạ biến đổi thành hạt nhân khác + Đặc tính trình phóng xạ: Hoàn toàn nguyên nhân bên gây ra, tuyệt đối không phụ thuộc tác động bên + Định luật phóng xạ: Mỗi chất phóng xạ đặc trưng thời gian T gọi chu kì bán rã Cứ sau chu kì số nguyên tử chất biến đổi thành chất khác + Biểu thức định luật: ln 0, 693 t t = − − T T -λt -λt T N = N0 = N0e N = N0 = N0e ; với λ = T + Các dạng phóng xạ: - Phóng xạ α: Tia α dòng hạt nhân li He - Phóng xạ β-: Tia β- dòng electron −1 e - Phóng xạ β+: Tia β+ dòng pôzitron e - Phóng xạ γ: Tia γ sóng điện từ có bước sóng ngắn (tần số lớn), không mang điện Phóng xạ γ thường xảy phản ứng hạt nhân, phóng xạ α hay β-, β+ 52  Lý thuyết – Công thức Lý 12CB – Dương Văn Đổng – Bình Thuận  Các hạt α chuyển động với tốc độ cỡ 2.107 m/s; hạt β- β+ chuyển động với tốc độ xấp xĩ tốc độ ánh sáng hạt γ (là phôtôn) chuyển động với tốc độ ánh sáng Công thức + Số hạt nhân, khối lượng chất phóng xạ lại sau thời gian t: −t T −t T N = N0 = N0 e ; m(t) = m0 = m0e-λt -λt + Số hạt nhân tạo thành sau thời gian t: −t T N’ = N0 – N = N0 (1 – ) = N0(1 – e-λt) + Khối lượng chất tạo thành sau thời gian t: A' A' −t m’ = m0 A (1 – T ) = m0 A (1 – e-λt) + Liên hệ số phóng xạ λ chu kì bán rã T: ln 0, 693 = T λ= T IV PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH PHẢN ỨNG NHIỆT HẠCH Lý thuyết + Phân hạch: Là tượng hạt nhân nặng thành hai mãnh nhẹ + Đặc điểm: Sinh đến nơtron toả lượng lớn + Phân hạch 235U tác dụng nơtron tỏa lượng vào cở 200 MeV trì theo trình dây chuyền (trong điều kiện khối lượng 235U đủ lớn) Các sản phẩm phân hạch hạt nhân chứa nhiều nơtron phóng xạ β- Số nơtron phát phân hạch gọi hệ số nhân nơtron k: Nếu k < phản ứng dây chuyền không xảy ra; k = phản ứng dây chuyền xảy không tăng vọt điều khiển được; k > phản ứng dây chuyền tăng vọt không điều khiển dẫn đến vụ nổ nguyên tử Khối lượng tối thiểu chất phân hạch để phản ứng phân hạch 235 U trì gọi khối lượng tới hạn Với 92 khối lượng tới 239 U hạn cỡ 15 kg; với 94 khối lượng tới hạn cỡ kg 53  Lý thuyết – Công thức Lý 12CB – Dương Văn Đổng – Bình Thuận  Phản ứng dây chuyền có điều khiển tạo lò phản ứng hạt nhân: Dùng điều khiển có chứa bo, cađimi để điều khiển cho số nơtron sinh quay lại kích thích phản ứng phân hạch + Phản ứng nhiệt hạch: Là phản ứng kết hợp hai hạt nhân nhẹ thành hạt nhân nặng + Đặc điểm: Là phản ứng toả lượng + Điều kiện để xảy phản ứng nhiệt hạch: Các phản ứng kết hợp khó xảy (do hạt nhân tích điện dương nên đẩy nhau) Muốn chúng tiến lại gần kết hợp chúng phải có động lớn để thắng lực đẩy Culông, muốn cần phải có nhiệt độ cao + Là nguồn gốc lượng Mặt Trời + Năng lượng nhiệt hạch, với ưu việt không gây ô nhiễm (sạch) nguyên liệu dồi nguồn lượng tương lai Công thức + Liên hệ động lượng động năng: Wđ = mv2; p2 = 2mWđ + Năng lượng tỏa thu vào phản ứng hạt nhân: ∆W = (m1 + m2 – m3 – m4)c2 = W3 + W4 – W1 – W2 = A3ε3 + A4ε4 – A1ε1 – A2ε2 54 [...]... Giãn đồ véc tơ cho các điện áp trên đoạn mạch RLC: 2 Công thức U0 U + Tổng trở: Z = Định luật Ôm: I = Z ; I0 = Z I U I= 0 U= 0 2; 2 ; UR = IR; UL = IZL; UC = IZC + Giá trị hiệu dụng: R 2 + (Z L - Z C ) 2 24  Lý thuyết – Công thức Lý 12CB – Dương Văn Đổng – Bình Thuận  Z L − Z C U L − UC R + Công thức tính độ lệch pha giữa u và i: tanϕ = = UR + Biểu thức của u và i: Nếu i = I0cos(ωt + ϕi) thì u = U0cos(ωt... trường ra khỏi cuộn cảm 2 Công thức + Tần số góc, chu kì, tần số riện của mạch dao động: 1 1 2π 1 ω = LC ; T = ω = 2π LC ; f = T = 2π LC ; + Biểu thức điện tích trên tụ: q = q0cos(ωt + ϕq) π + Cường độ dòng điện trên mạch dao động: i = I0cos(ωt + ϕq + 2 ) q q0 + Điện áp trên tụ điện: u = C = C cos(ωt + ϕ) = U0cos(ωt + ϕq) + Công thức độc lập: 33  Lý thuyết – Công thức Lý 12CB – Dương Văn Đổng – Bình... thời điểm t1: 27  Lý thuyết – Công thức Lý 12CB – Dương Văn Đổng – Bình Thuận  Bấm SHIFT MODE 4 (dùng đơn vị đo góc là rad), bấm U0 cos (± u1 SHIFT cos (( U 0 ) + ω(t – t ))) = (trước SHIFT đặt dấu + nếu u đang 2 1 giảm, đặt dấu – nếu u đang tăng; nếu không nói u đang giảm hoặc u đang tăng thì đặt dấu +) 28  Lý thuyết – Công thức Lý 12CB – Dương Văn Đổng – Bình Thuận  IV CÔNG SUẤT CỦA MẠCH ĐIỆN XOAY... thuyết U 2R 2 + Công suất của dòng điện xoay chiều: P = UIcosϕ = I2R = Z R UR + Hệ số công suất: cosϕ = U = Z + Đoạn mạch chỉ có R hoặc có cộng hưởng điện thì công suất đạt giá U2 trị cực đại P = Pmax = R ; đoạn mạch chỉ có L hoặc chỉ có C hoặc có cả L và C mà không có R thì công suất P = 0 rP 2 2 2 + Công suất hao phí trên đường dây tải: Php = rI2 = U cos ϕ Nếu hệ số công suất cosϕ nhỏ thì công suất... có chu trình từ trễ hẹp để làm lõi 2 Công thức U2 I1 N 2 + Máy biến áp lí tưởng có: U 1 = I 2 = N 1 N 2 e2 = N e1 ; u = e = i r ; u + e = i r 1 + Suất điện động: 1 1 1 1 2 2 2 2 P R 2 2 2 + Công suất hao phí trên đường dây tải: Php = RI = R( U ) = P U ; khi U tăng n lần thì Php giảm n2 lần S + Điện trở của dây tải điện: R = ρ l 2 31  Lý thuyết – Công thức Lý 12CB – Dương Văn Đổng – Bình Thuận ... thẳng nối hai nguồn (S 1S2) là số các giá trị của k ∈ Z; tính theo công thức: SS S1 S 2 ∆ϕ ∆ϕ − 1 2 + + λ 2π < k < λ 2π ; Cực đại: SS S1 S 2 1 ∆ϕ 1 ∆ϕ − 1 2 − + − + λ 2 2π < k < λ 2 2π Cực tiểu: + Số cực đại, cực tiểu trên đoạn thẳng MN trong vùng giao thoa là số giá trị của k ∈ Z; tính theo công thức: 17  Lý thuyết – Công thức Lý 12CB – Dương Văn Đổng – Bình Thuận  S 2 M − S1M ∆ϕ S 2 N − S1 N ∆ϕ... cộng hưởng rỏ nét (cộng hưởng nhọn), khi lực cản lớn thì sự cộng hưởng không rỏ nét (cộng hưởng tù) 13  Lý thuyết – Công thức Lý 12CB – Dương Văn Đổng – Bình Thuận  2 Công thức + Con lắc lò xo nằm ngang dao động tắt dần (biên độ ban đầu A, hệ số ma sát µ): kA 2 ω 2 A2 = 2 µg Quảng đường vật đi được đến lúc dừng lại: S = 2 µmg 1 µ mg Độ giảm biên độ sau 4 chu kì: ∆A1 = k ; đó cũng là khoảng cách giữa... phương trình của dao động tổng hợp + Công thức tính biên độ và pha ban đầu của dao động tổng hợp: A1 sin ϕ 1 + A2 sin ϕ 2 A2 = A12 + A22 + 2 A1A2 cos (ϕ2 - ϕ1); tanϕ = A1 cos ϕ 1 + A2 cos ϕ 2 + Khi x1 và x2 cùng pha (ϕ2 - ϕ1 = 2kπ) thì A = A 1 + A2 (cực đại); khi x1 và x2 ngược pha (ϕ2 - ϕ1 = (2k + 1)π) thì A = |A1 - A2| (cực tiểu); khi 14  Lý thuyết – Công thức Lý 12CB – Dương Văn Đổng – Bình Thuận... 2π g − a 11  Lý thuyết – Công thức Lý 12CB – Dương Văn Đổng – Bình Thuận  * Tìm một đại lượng chưa biết trong một biểu thức nhờ chức năng SOLVE trong máy tính cầm tay fx-570ES (chỉ dùng trong COMP: tính toán chung; bấm MODE 1): Bấm MODE 1 (để tính toán chung), bấm SHIFT MODE 1 (màn hình xuất hiện Math), nhập biểu thức có chứa đại lượng cần tìm (để có dấu = trong biểu thức, bấm ALPHA CALC, để nhập... suất cosϕ nhỏ thì công suất hao phí trên đường dây tải Php sẽ lớn, do đó người ta phải tìm cách nâng cao hệ số công suất P Với điện áp U, dụng cụ điện tiêu thụ công suất P thì I = U cos ϕ , tăng cosϕ để giảm I từ đó giảm hao phí vì tỏa nhiệt trên dây 2 Công thức R U 2R 2 + Công suất, hệ số công suất: P = UIcosϕ = I2R = Z , cosϕ = Z U2 + Khi R biến thiên từ 0 → ∞ thì P biến thiên từ 0  2 R  0 2 U