Lý thuyết dao động cơ học

Lý thuyết dao động cơ học trong vật lý lớp 10

r Q Lực phục hồi fPH lực tác dụng lên vật dao động điều hòa có li độ x so với vị trí cân PHẦN DAO ĐỘNG CƠ HỌC * Dao động điều hòa lắc lò xo: A Dao động điều hòa chuyển động có phương trình tuân theo qui luật sin cosin theo thời gian: x = Asin( ωt + ϕ ) dx B Vận tốc tức thời v = = ωA cos(ωt + ϕ) dt Δx (x − x1 ) C Vận tốc trung bình vTB = = Δt (t − t1 ) dv D Gia tốc tức thời: a = = −ω2 A sin(ωt + ϕ) dt Δv E Gia tốc trung bình: aTB = Δt F Hệ thức độc lập: ω2 A2 = ω2 x2 + v2 K l0 a = - ω2 x -A r G Chiều dài q đạo 2A f0 Δl H Quãng đường chu kỳ 4A O r I Độ biến dạng vị trí cân thẳng đứng P +A mg p = f0 → mg = KΔl hay Δl = K m Δl x J Chu kyø: T = π = 2π g K K Độ biến dạng lắc nằm mặt phẳng nghiêng góc α so với phương nằm ngang mg sin α Δl = K L Chiều dài vị trí cân lCB = l0 + Δl M Chiều dài tối đa: lmax = l0 + Δl + A N Chiều dài tối thiểu: lmin = l0 + Δl - A l +l Ta suy ra: lCB = max O Cơ năng: E = Et + = KA2 2 Với = KA cos2( ωt + ϕ ) = Ecos2( ωt + ϕ ) Et = KA2sin2( ωt + ϕ ) = Esin2( ωt + ϕ ) P Dao động điều hòa xem hình chiếu chuyển động tròn lên đường thẳng nằm mặt phẳng q đạo: Δα chuyển động tròn * Tần số góc ω dao động điều hòa vật tốc góc ω = Δt * Thời gian Δt chuyển động vật cung tròn thời gian Δt dao động điều hòa di chuyển trục Ox bằng: FPH = -Kx = -KAsin( ωt + ϕ ) * Tại vị trí cân x = nên fmin = * Tại vị trí biên xmax = A nên fmax = KA r R Lực đàn hồi fĐH = -Kx* Với x* độ biến dạng lò xo Về độ lớn fĐH = Kx*, Khi lò xo treo thẳng đứng: * Tại vị trí cân thẳng đứng: x* = Δl = mg nên K f0 = K Δl * Chọn trục Ox chiều dương hướng xuống, li độ x1 f1 = K( Δl + x1) = K( Δl + Asin( ωt1 + ϕ )) * Giá trị cực đại (lực kéo): fmax kéo = K( Δl + A) * Giá trị cực tiểu phụ thuộc vào Δl so với A a/ Nếu A < Δl fmin = K(Δl − A) b/ Ngược lại A ≥ Δl + fmin = lúc vật chạy ngang vị trí lò xo có chiều dài tự nhiên + Khi vật lên cao nhất: lò xo nén cực đại x*max = A - Δl sinh lực đẩy đàn hồi cực đại : fmax đẩy = K(A - Δl ) * Do fmax keùo > fmax đẩy nên nói đến lực đàn hồi cực đại nói lực cực đại kéo Khi lò xo dốc ngược: cầu phía trên, lực tác dụng lên mặt sàn vật lực đàn hồi : fmax đẩy = K( Δl + A) fmax keùo = K(A - Δl ) Khi A > Δl Nếu lò xo nằm mặt phẳng nghiêng α ta có kết mg sin α Δl = K S Từ lò xo chiều dài ban đầu l0, độ cứng K0 cắt thành lò xo chiều dài l1 l2 độ cứng K1 K2 chúng tỉ lệ nghịch với chiều dài: K l1 K l2 ; = = K1 l K l0 - Đặc biệt: Nếu cắt thành lò xo dài nhau, chiều dài l1 = l2 giảm phân nửa so với l0 nên độ cứng tăng gấp 2: K1 = K2 = 2K0 T Ghép lò xo có cách 1/ Ghép song song: Độ cứng K// = K1 + K2 K1 K1 - Khi treo vật khối lượng thì: K2 1 m = + T//2 T12 T22 m K2 - Hai lò xo giống ghép song song K1 = K2 = K K// = 2K 2/ Ghép nối tiếp: chiều dài tăng lên nên độ cứng giảm xuống K1 K2 m 1 = + K nt K1 K Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM - Khi treo vật khối lượng Tnt2 = T12 + T22 K Giảng viên Nguyễn Hữu Lộc, TT Luyện thi ĐH chất lượng cao Vónh Viễn GV: Bùi Gia Nội Lời mở đầu - Hai lò xo giống ghép nối tiếp Knt = Theo chủ trương Bộ Giáo Dục & Đào Tạo , từ năm 2007 hình thức thi cử đánh giá kết học tập em học sinh môn Vật Lý chuyển từ hình thức thi tự luận sang hình thức thi trắc nghiệm Để giúp em học sinh họ c tập, rèn luyện tốt kó giải toán trắc nghiệm, người biên soạn xin trân trọng gửi tới bậc phụ huynh, quý thầy cô, em học sinh số tài liệu trắc nghiệm môn Vật Lý THPT – Trọng tâm tài liệu dành cho kỳ thi tốt nghiệp đạ i họ c Với nội dung đầy đủ , bố cục xếp rõ ràng từ đến nâng cao, người biên soạn hi vọng tài liệu giúp ích cho em việc ôn luyện đạt kết cao kì thi Mặc dù cố gắng cẩn trọng biên soạn tránh khỏi sai sót ngoà i ý muốn, mong nhận góp ý xây dựng từ phía người đọc Xin chân thành cảm ơn! CÁC TÀI LIỆU ĐÃ BIÊN SOẠN: @ Bài tập trắc nghiệm dao động học – sóng học (400 bài) @ Bài tập trắc nghiệm dao động điện – sóng điện từ (400 bài) @ Bài tập trắc nghiệm quang hình học (400bài) @ Bài tập trắc nghiệm quang lý – vật lý hạt nhân (400 bài) @ Bài tập trắc nghiệm học chất rắn – ban khoa học tự nhiên (250 bài) @ Bài tập trắc nghiệm toàn tập vật lý 12 (1200 bài) @ Tuyển tập 40 đề thi trắc nghiệm vật lý dành cho ôn thi tốt nghiệp đại học (2 tập) @ Đề cương ôn tập câu hỏi lý thuyết suy luận vật lý 12 – dùng cho thi trắc nghiệm @ Văn kiện hội thảo “Hướng dẫn thi trắc nghiệm”(ST) @ Bài tập trắc nghiệm vật lý 11 – theo chương trình sách giáo khoa nâng cao @ Bài tập trắc nghiệm vật lý 10 – theo chương trình sách giáo khoa nâng cao Nội dung sách có tham khảo tài liệu ý kiến đóng góp tác giả đồng nghiệp Xin chân thành cảm ơn! Mọi ý kiến xin vui lòng liên hệ: ': 0210.471.167 - 08.909.22.16 – 090.777.54.69 *: buigianoi@yahoo.com.vn GV: BÙI GIA NỘI (Bộ môn vật lý) Thành Phố Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2007 ': 090.777.54.69 Trang: Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội DAO ĐỘNG CƠ HỌC Câu : Định nghóa dao độn g điều hòa Viết phương trình, nêu định nghóa đại lượng phương trình Thành lập côn g thức tính vận tốc gia tốc dao động điều hoà Trình bày mối liên hệ chuyển động tròn dao động điề u hòa ĐỊNH NGHĨA - VIẾT PHƯƠNG TRÌNH Dao động điều hòa dao động có ly độ x biến đổi theo thời gian tuân theo định luật hình sin (hay cosin) Phương trình dao động điều hòa: x = Asin(wt + j) § A : biên độ hay giá trị cực đại ly độ § j : pha ban đầu đại lượng xác định vị trí, vận tốc lúc t = § (wt + j) : pha dao động đại lượng xác đinh vị trí, vận tốc lúc t § T chu kỳ dao động Nó khoảng thời gian ngắn sau trạng thái dao động lập lại cũ hay thời gian để vật thực lần dao động § f tần số Nó số dao động mà vật thực đơn vị thời gian § w tần số góc dao động Là đại lượng trung gian cho phép xác định tần số chu kỳ dao động theo công thức : w = 2p = 2pf T VẬN TỐC - GIA TỐC - Vận tốc : v = x’ = Aw cos(wt + j) - Gia toác : a = x’’ = - Aw2sin(wt + j) LIEÂN HỆ GIỮA CHUYỂN ĐỘNG TRÒN ĐỀU VÀ DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA Xét điểm M chuyển động vòng tròn (O, A) với x vận tốc góc w : Ở t = : M có ly độ góc j Ở t : M có ly độ góc (wt + j) Gọi P hình chiếu M xuống trục x’Ox, ta có: xp = OP = OMsin(wt + j) Þ xp = Asin(wt + j) Ta thấy chuyển động P dao động điều hòa Nói khác dao động điều hòa coi hình chiếu chuyển động tròn xuống trục nằm mặt phẳng quỹ đạo § § P A O M wt Mo j C (D) x' v = A w cos (wt + j) * x = A sin (wt + j) Þ v x đại lượng vuông pha a = - A w2 sin (wt + j) = A w2 sin [(wt + j) + p ] x = A sin (wt + j) Þ a x đại lượng ngược pha ': 090.777.54.69 = A w sin [(wt + j) + p ] * Trang: GV: Bùi Gia Nội Điểm giống khác hai dao động điều hòa dao động tuần hoàn * Giống : - Đều có lặp lại khoảng thời gian - Hai đao động có chu kỳ, tần số * Khác nhau: - Dao động điều hòa mô tả đinh luật hình sin có quỹ đạo đường thẳng, dao động tuần hoàn không thiết phải cần điều kiện đóù - Dao động điều hòa tập dao động tuần hoàn, dao động tuần hoàn lại tập dao động nói chung Câu : Dao động lắc lò xo nằm ngang * Mô tả cấu tạo thí nghiệ m * Thiết lập phương trình dao động Mô tả cấu tạo thí nghiệm lắc lò xo - Xét hệ gồm lò xo có độ cứng K, đầu gắn vào điểm cố định, đầu mang cầu khối lượng m, cầu có rãnh cho phép chuyển động dọc theo ngang không ma sát F ur - Chọn gốc O vị từ lúc cầu đứng yên N - Kéo cầu khỏi vị trí cân đến ly độ x = A K m buông tay, cầu chuyển động nhanh dần phía O, vượt qua O O ur quán tính, chuyển động chậm dần đến vận tốc 0, P x sau chuyển động nhanh đần phía O lại chậm dần đến O vận tốc Sau chuyển động lặp lại cũ K m Thiết lập phương trình dao động lắc lò xo O ur a Phân tích lực ur r F Ở vị trí x bi chịu tác dụng lực : trọng lực P = mg , ur ur Câu : * Nhận xét pha dao động v x, a x * Cho biết điểm giống khác dao động điều hòa dao động tuần hoàn Nhậân xét pha dao động v x; a x Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM ur ur phản lực N ngang lực đàn hồi F lò xo Vì P N cân nên lực F làm cho bi dao động Theo định luật Hooke F = - Kx, với K độ cứng lò xo dấu trừ lực F luôn hướng vị trí cân b Lập phương trình chuyển động ur ur ur r Theo định luật Newton: P + N + F = ma (*) Chọn chiều dương hình vẽ, chiếu (*) xuống Þ - Kx = mx” Đặt w2 = K m Þ x= - - Suy x” = w2x F x m Hay x” + w2x = Đây phương trình vi phân mô tả chuyển động lắc lò xo Nghiệm phương trình vi phân có dạng: x = Asin(wt + j) Vậy chuyển động lắc lò xo đao động điều hòa Câu : * Lập công thức liên hệ w T * Viết công thức chu kì dao động lắc lò xo có chiều dài l treo vật m Nếu tăng chiều dài lò xo 2l treo vật m chu kỳ dao động lắc lò xo ': 090.777.54.69 Trang: Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội Quan hệ w T: Ta có : x = A sin(wt + j) ó x = A sin(wt + j +2p) ó x = A sin [w( t + Vậy li độ thời điểm t ly độ thời điểm ( t + chu kỳ đao động điều hoøa 2p T= w 2p ) + j] w 2p 2p ), nên khoảng thời gian gọi w w Công thức chu kỳ lắc lò xo: * Vì w = Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM s Þ sin a = a = l'' g Đặt w2 = l s Þ - g = s'' l Þ s” + w2 s = * Hệ số đàn hồi lò xo: S K với E suất young Þ chiều dài tăng lần độ cứng giảm lần: K’ = l m Þ T’ = 2p 2=T Vậy chu kỳ tăng lần K K=E (1) Phương trình (1) phương trình vi phân mô tả đao động lắc đơn Nó có nghiệm : s = s0 sin(wt + j) (2) Phương trình (2) phương trình dao động lắc đơn Phương trình cho thấy lắc đơn đao động điều hòa với chu kỳ: T = 2p K 2p m ÞT= = 2p m w K GV: Bùi Gia Nội g => s''+ s = l l g SO SÁNH: * Giống nhau: Hai phương trình lắc lò xo lắc đơn có dạng toán học giống mô tả dao động điều hòa * Khác nhau: · Tần số góc khác Đối với lắc lò xo w = xo vật), lắc đơn w = Câu 5: Lập liên hệ ly độ, biên độ tần số vật dao động điều hoà K phụ thuộc vào hệ kín ( lò m g phụ thuộc vào g l Khi không ma sát dao động lắc lò xo dao động điều hòa, dao động lắc đơn gần dao động điều hòa biên độ nhỏ ĐỐI VỚI DAO ĐỘNG NHỎ : (a0 < 100) chu kỳ lắc đơn không phụ thuộc biên độ, mà phụ thuộc độ lớn gia tốc trọng lực g Tại vị trí cố định trái đất g không đổi, dao động lắc đơn coi dao động tự · Ta có : x2 x = A sin(wt + j) Þ sin2(wt+j)= A v = A w cos(wt + j) Þ cos2(wt + j) = Þ v2 A w2 x2 v2 + 2 =1 A Aw Câu 7: Khảo sát định tính định lượng biến đổi lượng dao động điều hòa lắc lò xo Câu 6: * Dao động lắ c đơn: Cấu tạo lập phương trình dao động * So sánh hai phương trình lắc lò xo lắ c đơn * Dao động lắ c đơn có phả i dao động tự không? CẤU TẠO VÀ PHƯƠNG TRÌNH DAO ĐÔNG CỦA CON LẮC ĐƠN: a Cấu tạo: Con lắc đơn gồm bi có khối lượng m treo vào dây dài có khối lượng độ dãn không đáng kể b Lập phương trình: ao a Hợp lực tác dụng lên vật m có ly độ góc a r ur r r ì P :trọng lực r F = P + t = mavới í r ỵ t : lực căngdây Chiếu hợp lực lên tiếp tuyến: - mgsin a = m aT gia tốc tiếp tuyến: aT = s” ® - gsin a = s” (*) Điều kiện: a0 nhỏ (a0 < 100) ': 090.777.54.69 Trang: O ur T ur F ur P KHẢO SÁT ĐỊNH TÍNH: (Sự biến đổi lượng) § Kéo bi từ vị trí cân O đến bờ B cb + lực kẻo thực công truyền cho bi lượng ban đầu đàn hồi § Thả bi tức lực kéo lực đàn hồi kéohòn biB’chuyể động nhanh dần vị O nB trí O Động bi tăng, lò xo giảm § Tại vị trí cân O, lò xo băng không, động bi cực đại r § Do quán tính bi tiếp tục chuyển động đến bờ B', lực đàn hồi f đổi chiều làm bi chuyển động chậm dần: động bi giảm, lò xo tăng § Tại bờ B', bi dừng lại, lò xo nên tối đa, động bi không lò xo cực đại § Sau bi tác dụng lực đàn hồi lại chuyển động vị trí cân O trình lập lại Vậy: Trong trình dao động lắc lò xo có chuyên hóa động ': 090.777.54.69 Trang: Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội KHẢO SÁT ĐỊNH LƯNG: (Sự bảo toàn lượng) *) Động bi: = *) Thế lò xo: Et = mv với v = Aw cos(wt + j) Þ = mA2w2cos2(wt + j) 2 Kx với x = Asin(w + j) vaø K = mw2 => Et = *) Cơ năng: E = Et + ó E = mw2A2sin2(wt + j) mw2A2 [cos2(wt + j) + sin2(wt + j)] E = mw2A2 Vậy: Trong suốt trình dao động cảa lắc không đổi tỉ lệ với bình phương biên độ dao động Câu 8: * Động lắc lò xo biến đổi điều hàa với tần số góc * Nếu khối lượng tăng 1ần biên độ giảm lần lắc lò xo đổi thếnào mA2w2 cos2 (wt + j) + cos(2wt + 2j) cos2 ( t + ) = 1 = + cos(2wt + 2j) 2 1 2 Þ = m A w + mA2 w2cos (2wt + 2j) 4 * = Vậy biến đổi điều hòa với tần số góc w0 = 2w f0 = 2f => chu kì T0 = 0,5T * Tương tự Et biến đổi điều hòa với tần số góc w0 = 2w f0 = 2f => chu kì T0 = 0,5T * , Et biến đổi điều hòa tần số ngược pha m A2 w2 K w = 4m A A2 w2 A A’ = Þ A’2 = Vậy E’ = 4m 4 1 E E’ = ( mA w2 ) Þ E’ = Vậy giảm lần 4 Khi m’ = m Þ w’= K = m' GV: Bùi Gia Nội KHẢO SÁT ĐỊNH TÍNH: (Sự biến đổi lượng) § Kéo lắc đơn lệch khỏi vị trí cân góc a0 lực kéo thực công truyền cho lắc đơn trọng trường § Thả nhẹ bi lực kẻo đi, bi chuyển động nhanh dần vị trí cân giảm dần động tăng § Hòn bi vị trí cân bằng, không, động cực đại § Do quán tính bi lên cao dần Thế bi tăng, động giảm § Khi bi lên vị trí cao B’ dừng lại Động không cực đại § Sau bi chuyển động nhanh dần vị trí cân O trình tái diễn Vậy: Trong trình dao động có chuyển hóa động KHẢO SÁT ĐỊNH LƯNG: (Sự bảo toàn lượng) § Thế : Et = mgh Þ Et = a với h = l - l cos a = l (1 - cosa) = 2lsin2 g s mg l a2 w2 = a = l l Mặt khác: s = sosin(wt + j) Þ Et = Þ Et = Động năng: = Trang: Þ = mw2 s20 cos2(wt + j) Vậy: Trong trình dao động điều hòa lắc đơn không đổi tỉ lệ với bình phương biên độ dao động Câu 10: - Phát biểu định nghóa: dao động tự do, dao động cưỡng bức, hệ dao động - Dao động tự dao động cưỡng có điểm giống c Phát biểu định nghóa: v Dao động tự do: dao động mà chu kỳ phụ thuộc đặc tính hệ dao động không phụ thuộc yếu tố bên v Dao động cưỡng bức: dao động chịu tác dụng lực cưỡng biến thiên tuần hoàn F = Fosin(wt + j) với Fo biên độ ngoại lực v Hệ giao động: hệ có khả thực dao động tự Sau bị kích thích hệ dao động tự thực dao động theo chu kỳ riêng Dao động tự dao động cưỡ ng có điểm giống khác nhau: v Giống nhau: có tính tuần hoàn (dao động điều hòa) v Nhá c nhau: Chu kỳ tần số dao động cưỡng phụ thuộc ngoại lực tác dụng dao động tự không Câu 9: Khảo sát định tính định lượng biến đổi năn g lượng lắc đơn dao động Chứng minh dao độ ng lắc đơn dao độ ng điều hòa khôn g đổi tỉ lệ với bình phương biên đọ dao động ': 090.777.54.69 s2 mgl = mw2s2 l mw2 s20 sin2(wt + j) 2 mv với v =sowcos(wt + j) 2 § Cơ năng: E = Et + ó E = mw s0 § Ta có: Cơ năng: E = Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM ': 090.777.54.69 Trang: Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM Câu 11: Biểu diễn dao động điề u hòa phương Pháp gián đồ vectơ quay Fresnel Phương pháp vectơ quay dựa tính chất: dao động điều hoà coi hình chiếu chuyển động tròn xuống trục nằm x M + mặt phẳng quỹ đạo P - Giả sử cần biểu diễn dao động: x = Asin(wt + j) wt Mo (t = 0) Ta veõ trục nằm ngang r (D) trục thẳng đứng j x'x cắt (D) O Vẽ vectơ A có gốc O: có độ dài O (D) biên độ A tạ o vớ i trụ c (D) mộ t gó c bằ n g j tạ i thờ i điể m t = r Cho vectơ A quay theo chiều dương lượng giác với vận tốrc góc w Lúc chuyển động hình chiếu đầu mút vectơ A x' xuống trục x'x dao động điều hòa: x = OP = Asin(wt + j) r - Ta kết luận dao động điều hòa x = Asin(wt + j) biểu diễn vectơ quay A Câu 12: Tổng hợp hai dao dao động điều hòa phương, tần số phương pháp vectơ quay TỔNG HP HAI DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA CÙNG PHNG CÙNG TẦN SỐ BẰNG PHƯƠNG PHÁP VECTƠ QUAY: Xét vật tham gia dao động điều hòa phương, đa số: x1 = A1sin(wt + jl) x M x2 = A2sin(wt + j2) M2 Dao động tổng hợp: x = x1 + x2 Tìm x phương pháp vectơ quay Ta vẽ vectơ biểu diễn x1, x2, x hình vẽ: · Ta thấy M 1OM = j1 - j2 = r r Cho hai vectô A1 ,A , quay quanh O theo chiều dương với vận tốc góc w không đổi Khi hình bình hành OM1MM2 không biến dạng nên vectơ tổng hợp có độ lớn không đổi quay quanh O theo chiều đương với vận tốc góc w r r Vì tổng đại số cá c hình chiếu hai vectơ A1 ,A O A2 j1 uuuur uuuuur uuuuur Chiếu xuống trục (D) truïc x’x: Acosa = A1cosj + A2cosj2 (1) Asina = A1sinj + A2sinj2 (2) (l)2 + (2)2 cho A = A12 + A 22 + 2A1A cos(j1 - j2 ) ': 090.777.54.69 Trang: : j1 - j2 = K2p Þ A = A1 + A2 : j1 - j2 = (2K + 1)p Þ A = A1 - A § Nếu x1 x2 dao động : A1 - A < A < (A1 + A2) Câu 13: Dao động tắt dần: định nghóa, nguyên nhân, đặc điểm Định nghóa: Dao động tắt dần dao động có biên độ giảm dần theo thời gian Nguyên nhân: Trong thực tế vật dao động môi trường xác định nên tác dụng ma sát môi trường Do phải thực công để thắng ma sát nên lượng hệ giảm dần làm cho biên độ giảm dần cuối vật dừng lại vị trí cân Đặc điểm: x § Lực ma sát nhỏ dao động tắt dần chậm Ví dụ: lắc đao động không khí t x § Lực ma sát lớn dao động tắt dần nhanh Ví dụ: lắc dao động nước t x t A1 (D) nên chuyển động tổn g hợp hai đao động điều hò a cù ng phương đa số mộ t dao động điều hò a cù ng phương cùn g đa số r Do vectơ A1 biểu diễn dao động điều hòa tổng hợp góc j biểu diễn pha ban đầu Có OM = OM1 + OM Nếu x1 x2 dao động pha Nếu x1 x2 dao động ngược pha M1 r xuố ng trục x'Ox hình chiếu vectơ A1 xuống trục đao động tổng hợp BIÊN ĐỘ VÀ PHA BAN ĐẦU CỦA DAO ĐỘNG TỔNG HP: § § § Lực ma sát lớn lắc không dao động Ví dụ: lắc dao động nhớt A j GV: Bùi Gia Nội (2) A sin j1 + A sin j2 cho tgj = (1) A1 cos j1 + A cos j2 Caâu 14: - Trình bày dao động cưỡng Biên độ dao động cưỡng phụ thuộ c vào yếu tố nào? - Sự cộng hưởng học gì? Nêu ví dụ cộng hưởng có lợi có hại - Hãy cho biết điểm giống khác dao riêng cưỡng bứ c tự dao động Dao động cưỡ ng bức: Thông thường, hệ dao động chịu tác dụng lực ma sát môi trường nên sinh công âm làm giảm dao động bị tắt đần Muốn trì dao động, ta tác dụng lên hệ ngoại lực biến thiên tuần hoàn: F = F0sin(wt + j) với F0 biên độ ngoại lực; w tần số góc Trong thời gian Dt ngắn, dao động hệ dao động phức tạp tổng hợp dao động riêng hệ dao động ngoại lực Sau thời gian Dt, dao động riêng tắt hẳn hệ dao động với đa số ngoại lực Đó đao động cưỡng a Định nghóa: Dao động cưỡng dao động gây ngoại lực biến thiên tuần hoàn F = F0sin(wt + j) gọi lực cưỡng ': 090.777.54.69 Trang: Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội b Đặc điểm: § Có tần số tần số ngoại lực § Có biên độ phụ thuộc chênh lệch tần số f lực cưỡng tần số dao động riêng f0 hệ đao động Cộng hưởng cơ: a Định nghóa: Sự cộng hưởng tượng biên độ dao động cưỡng tăng đột ngột đa số lực cưỡng xấp xỉ tần số riêng hệ dao động b Thí dụ cộng hưở ng: v Cộng hưởng có lợi: Một em nhỏ đưa võng cho người lớn lên cao Nếu em tác dụng lên võng ngoại lực có tẩn số f0 gần tần số riêng f0 võng, nghóa lực kéo tay “ăn nhịp” với nhịp đong đưa võng, sau thời gian, biên độ dao động võng lớn Nếu muốn dừng sức để đẩy võng lần lên cao vậy, em nhỏ không làm v Cộng hưởng có hại: Chiếc cầu, bệ máy, khung xe, hệ thống dao động có tần số riêng Nếu để chúng dao động cưỡng với vật dao động khác đặt lên chúng (ví dụ: máy phát điện lớn), chúng rung lên mạnh bị gãy Điểm giống khác dao động cưỡng tự dao động: v Giống nhau: Duy trì dao động lâu nhờ bù lượng (để thắng lực ma sát) v Khác nhau: Sự tự dao động không cần tác dụng ngoại lực dao động cưỡng ngoại lực tác dụng Câu 15: - Nêu nguyên nhân để dao độn g không tắt dầân - Nêu biện pháp kỹ thuật để trì dao cộng lắc đồng hỗ biện pháp kó thuật làm cho dao động khung xe ôtô chóng tắ t DAO ĐỘNG DUY TRÌ: a Định nghóa: Dao động có biên độ không thay đổi theo thời gian gợi dao động trì gọi tự dao động b Nguyên tắc trì dao động: phải tác dụng vào lắc lực tuần hoàn có tần số tần số riêng lắc Lực tuần hoàn nhỏ không làm biến đổi tần số riêng lắc, lực cung cấp lượng cho lắc nửa chu kỳ để bù đắp lượng ma sát ỨNG DỤNG: a Biện pháp kỹ thuật để trì dao động lắc đồng hồ: Là lên dây cót đồng hồ Khi lên dây cót ta cung cấp đàn hồi cho lắc Sau lắc đạt tới biên độ sau nửa chu kỳ cót dãn chút phần truyền cho lắc nhờ cấu thích hợp b Biện pháp kỹ thuật làm dao động khung xe ô tô chóng tắt: Khi ô tô bị xóc lò xo giảm xóc bị nén hay dãn Để làm cho dao động khung xe ôtô chóng tắt qua chỗ bị xóc người ta dùng thiết bị gồm piston chuyển động theo chiều thẳng đứng xylanh chứa đầy dầu nhớt Piston gắn với khung xe, xylanh gắn với trục bánh xe Khi khung xe dao động lò xo giảm xóc piston dao động xylanh nhờ dầu nhớt dao động khung xe chóng tắt ': 090.777.54.69 Trang: 10 Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội SÓNG CƠ VÀ ÂM HỌC Câu : Sóng học gì? Giải thích tạo thàn h sóng mặt nước Vì trình truyền sóng trình truyền lượn g Thành lập phương trình dao động điểm phương truyền sóng? ĐỊNH NGHĨA SÓNG: Sóng học dao động đàn hồi lan truyền môi trường vật chất theo thời gian GIẢI THÍCH SỰ TẠO THÀNH SÓNG TRÊN MẶT NƯỚC: § Hiện tượng sóng nước: - Ném đá nhỏ xuống hồ nước yên lặng ta thấy xuất sóng nước hình tròn từ nơi đá rơi lan rộng môi trường nước với biên độ giảm dần - Cái phao nhấp nhô theo sóng không truyền § Giải thích: Giữa phần tử nước có lực tương tác nên phần tử M đao động nhô lên cao lực tương tác kéo phân từ kế cận nhố lên theo chậm chút, lực kẻo M cân Kết dao động lan rộng môi trường nước Phao nhấp nhô theo sóng mà không truyền môi trường truyền sóng trạng thái dao động truyền phần từ vật chất môi trường dao động quanh vị trí cân GIẢI THÍCH VÌ SAO QUÁ TRÌNH TRUYỀN SÓNG LÀ MỘT QUÁ TRÌNH TRUYỀN NĂNG LƯNG: § Năng lượng truyền sóng điểm tỉ lệ với bình phương biên độ sóng Vì sóng truyền đến điểm làm cho phần tử vật chất môi trường điểm dao động với biên độ định tức truyền cho phần tử lượng Do trình truyền sóng trình truyền lượng § Theo định luật bảo toàn lượng lượng sóng truyền từ nguồn phải trải rộng cho phần tử môi trường nên lượng sóng xa nguồn nhỏ LẬP PHƯƠNG TRÌNH DAO ĐỘNG CỦ A MỘT ĐIỂM TRÊN PHƯƠNG TRUYỀN SÓNG: Do sóng truyền theo phương nên ta xét phương truyền sóng Ox Xét điểm M phương truyền sóng Ox cách nguồn sóng O khoảng OM = x § Phương trình nguồn sóng O: u0 = asin2pft x § Phương trình sóng M: u(M) (t) = u(t - q) với q = v x 2px v 2px Þ uM = asin2pf(t - ) = asin(2pft ) Vì l = Þ uM = asin(2pft ) v v f l f Câu 2: Nêu định nghóa: sóng học, sóng dọc, sóng ngang, sóng kết hợp giao thoa sóng, sóng dừng, chu kỳ són g, tần số sóng, bước sóng, vận tốc truyền sóng, biên độ sóng Định nghóa dao động lệch pha, pha, ngược pha NÊU CÁC ĐỊNH NGHĨA: § Sóng dao động đàn hồi lan truyền môi trường vật chất theo thời gian § Sóng ngang sóng có phương dao động vuông góc với phương truyền sóng § Sóng dọc sóng có phương dao động trùng với phương truyền sóng § Sóng kết hợp sóng có phương, tần số có độ lệch pha không đổi ': 090.777.54.69 Trang: 11 Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội Sự giao thoa sóng tổng hợp hai hay nhiều sóng kết hợp không gian, có chỗ cố định mà biên độ sóng tăng cường hay giảm bớt § Sóng dừng sóng có nút bụng cố định không gian § Chu kỳ T sóng chu kỳ dao động chung phần tử vật chất có sóng truyền qua chu kỳ dao động nguồn sóng § Tần số f sóng tần số dao động chung phần tử vật chất có sóng truyền qua tần số dao động nguồn sóng § Bước sóng l khoảng cách gần hai điểm dao động pha (hay ngược pha) phương truyền sóng, quãng đường mà sóng truyền chu kỳ sóng § Vận tốc truyền sóng v vận tốc truyền pha dao động § Biên độ sóng A điểm biên độ dao động phần tử vật chất điểm sống truyền qua v Liên hệ T, f, v l là: l = v.T = f THẾ NÀO LÀ HAI DAO ĐỘNG LỆCH PHA, CÙNG PHA, NGƯC PHA: § Hai dao động lệch pha hai đao động có độ lệch pha không đổi khác không § Hai dao động pha hai dao động có độ lệch pha hay k2p § Hai dao động ngược pha hai dao động có độ lệch pha p hay (2k + 1)p § Khi Dj = j1 - j2 > dao động sớm pha dao động hay dao động trễ pha dao động Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội § Câu 3: Định nghóa độ lệch pha hai sóng Chứng minh độ lệch pha yếu tố quan trọng việc giải thích tượng giao thoa sóng nước Định nghóa độ lệch pha hai sóng: Độ lệch pha đại lượng đặc trưng cho khác trạng thái hai hai dao động xác định hiệu pha ban đầu: Dj = j1 - j 2 Vai trò đồ lệch pha sóng việc giải thích tượng giao thoa: * Phương trình sóng M hai nguồn kết hợp S1, S2 tạo laø: 2pd1 2pd U1M = a sin (2pft ) U2M = a sin (2pft ) l l * Phương trình sóng tổng hợp M: p p uM = u1m + u2m Þ uM = 2a cos (d1 - d2)sin [2pft - (d1 + d2)] l l Đây dao động điều hòa có: p § Pha ban đầu: j = - (d1 + d2) l p § Biên độ: A = 2a cos (d1 - d ) Vì: Dj = j 2M - j1M = Dj 2p l Dj (d1 – d2) Þ (d1 – d2) = Þ A = 2a cos l 2p Ta thấy: Tại M hai sóng pha Dj = k2p Þ A = 2a Tại M hai sóng ngược pha Dj = (2k + l)p Þ A = Vậy tượng giao thoa sóng, độ lệch pha sóng thành phần điểm hai sóng gặp định độ lớn biên độ dao động tổng hợp ': 090.777.54.69 Trang: 12 Câu 4: Mô tả hai tượng đặc trưng lưu trình truyền sóng: tượng giao thoa tượng nhiễu xạ HIỆN TƯNG GIAO THOA CỦA SÓNG NƯỚC: a Thí nghiệm: Dùng âm thoa có nhánh nối với mẫu thép hình chữ U có hai đầu chạm S1 nhẹ vào mặt nước S1 S2 Khi âm thoa rung vòng tròn sóng phát từ S1 S2 lan truyền mặt f nước S2 Hai nguồn S1 S2 tần số, có độ lệch pha không đổi gọi hai nguồn sóng kết hợp Hai sóng chúng tạo gọi hai sóng kết hợp Trong vùng giao hai sóng kết hợp k = 3; 2; 1; 0; -1;-2,-3 Trong vùng giao hai sóng kết hợp xuất đường hyperbol có biên độ cực đại, biên S1 S2 độ không nằm xen kẽ nhận S1, S2làm tiêu điểm gọi tượng giao thoa sóng nước Các đường hyperbol gọi vân giao thoa sóng b Giải thích: Tại điểm M vùng giao thoa sóng từ nguồn S1 S2 truyền đến có phương trình là: 2pd1 2pd u1M = asin(2pft ) vaø u2M = asin(2pft ) M l l Þ Phương trình sóng giao thoa taïi M: d1 d2 2pd1 2pd uM = u1M + u2M - a[sin(2pft ) + sin(2pft )] l l S1 S2 p(d1 - d ) p uM = 2acos sin[2pft - (d1 + d2)] l l p(d1 - d ) Biên độ sóng M: A = 2a cos l p(d1 - d ) p(d1 - d ) § M vân cực đại: Amax Þ cos = cos kp Þ = kp l l ị (d1 d2) = kp Đ M laứ vân đứng yên: A = p(d1 - d ) p p(d1 - d ) p p Þ cos = cos(2k + 1) Þ = (2k + 1) Þ (d1 – d2) = (2k+1) l l 2 Vì: d1 - d = số nên M đường hyperbol nhận S1, S2 làm tiêu điểm c Điều kiệân có tượng giao thoa: - Hai sóng có tần số - Hai sóng có độ lệch pha không đổi theo thời gian Các sóng có tính chất gọi sóng kết hợp Các nguồn tạo sóng kết hợp gọi nguồn kết hợp HIỆN TƯNG NHIỄU XẠ: Khi gặp chướng ngại vật có kích thước nhỏ so với bước sóng sóng vòng qua phía sau vật không gặp Nếu vật cản có kích thước lớn so với bước sóng sóng vòng qua vật phía sau vật có vùng sóng Hiện tượng sóng vòng qua vật cản gọi tượng nhiễu xạ Khi bị nhiễu xạ tia sóng bị uốn cong ': 090.777.54.69 Trang: 13 Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội Câu 5: Khái niệm sóng dừng Giải thích cách hình thành sóng dừn g sợi dây nêu điều kiện để có sóng dừng Cách xác định vận tốc truyền sóng tượng sóng dừng KHÁI NIỆM VỀ SÓNG DỪNG: Khi sóng tới sóng phản xạ truyền theo phương chúng giao thoa với Kết phương truyền sóng có điểm cố định mà phần tử vật chất dao động với biên độ cực đại (gọi bụng) điểm cố định khác mà phần tử vật chất đứng yên (gọi nút) Các đao động tạo thành sóng không truyền không gian gọi sóng dừng Vậy: Sóng dừng sóng có nút bụng cố định không gian GIẢI THÍCH CÁCH HÌNH THÀNH SÓNG DỪNG TRÊN MỘT SI DÂY VÀ NÊU ĐIỀU KIỆN ĐỂ CÓ SÓNG DỪNG: l l a Cách hình thành sóng dừng: Buộc đầu M sợi dây cố định vào tường cho đầ u P dao động - Thay đổi đa số dao động P đến lúc ta B A thấy sợi dầy dao động ổn định có chỗ dao động mạnh chỗ không dao động l b Giải thích: Dao động truyền từ A đến B đầy Hình vẽ có: bụng, nút bó sóng dạng sóng ngang Đến B sóng N Phản xạ truyền ngượ c lại A Sóng tới sóng phản xạ thỏa mãn điều kiện sóng kết hợp ngượ c pha B (B cố định) Þ hai sóng giao tạo nên sóng dừng Kết cho thấy: A, B hai điểm đứng yên, cá c điểm sợi dây AB cách A B l ) luôn đứng yên (gọi nút sóng dừng), l điểm AB nằm cách A B khoảng cách số lẻ phần tư bước sóng [(2k + 1) ] khoảng số nguyên lần nửa bước sóng (k dao động với biên độ cực đại (gọi bụng sóng dừng) Khoảng cách nút hay bụng liên l tiếp Đối với sóng dọc hình ảnh sóng dừng có khác gồm có nút bụng l Khoảng cách hai nút tiếp c Điều kiện có sóng dừng: § Để có sóng dừng với hai điểm nút hai đầu dây phải có điều kiện: l l = k (Ỵ Z) với l chiều dài dây § Để có sóng dừng với nút đầu bụng đầu phải có điều kiện: l l = (2k + 1) (k Ỵ Z) CÁCH XÁC ĐỊNH VẬN TỐC TRUYỀN SÓNG BẰNG HIỆN TƯNG SÓNG DỪNG: Hiện tượng sóng dừng cho phép ta bước sóng cách xác Đối với sóng âm sóng khác, việc tần số f đơn giản Biết l f ta xác định vận tốc truyền sóng theo hệ thức: v = lf Ví dụ: Với sợi dây đàn hồi có hai đầu cố định Quan sát sóng dây ta đếm số l 2l 2l (k) Biết chiều dài l sợi dây ta thấy: l = k Þ l = Vaäy: v = lf = f k k ': 090.777.54.69 Trang: 14 Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội Câu 6: Thế dao động âm sóng âm? Môi trường truyền âm vận tốc âm, vai trò bầu đàn dây đàn đàn ghi - ta DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ÂM: a Sóng âm: Là sóng dọc học truyền môi trường khí, lỏng hay rắn Sóng âm nghe có tần số nằm khoảng từ 16Hz đến 20.000Hz Sóng âm có tần số nhỏ 16Hz gọi sóng hạ âm Sóng âm có tần số lớn 20.000Hz gọi sóng siêu âm Tai ta không nghe hạ âm siêu âm b Dao động âm: Là dao động học vật rắn, lỏng, khí v.v … có tần số nằm khoảng nói Các vật có dao động âm, có khả tạo sóng âm môi trường bao quanh gọi vật phát dao động âm MÔI TRƯỜNG TRUYỀN ÂM - VẬN TỐC ÂM: a Môi trường truyền âm: Sóng âm truyền truyền ba môi trường rắn, lỏng khí, không truyền chân không b Vận tố c truyền sóng âm: § Phụ thuộc vào tính đàn hồi mật độ trường: Vận tốc âm chất rắn lớn chất lỏng chất lỏng lớn chất khí § Vận tốc âm thay đổi theo nhiệt độ § Những vật liệu bông, nhung, xốp v.v… truyền âm tính đàn hồi chúng Chúng dùng để làm vật liệu cách âm VAI TRÒ CỦA DÂY ĐÀN VÀ BẦU ĐÀN TRONG CHIẾC ĐÀN GHI TA: Trong đàn ghi ta dây đàn đóng vai trò vật phát dao động âm Dao động thông qua giá đỡ, đàn gắn mặt bầu đàn làm cho mặt bầu đàn đao động Bầu đàn đóng vai trò hợp cộng hưởng có khả cộng hưởng nhiều tần số khác tăng cường âm có đa số Bầu đàn ghi ta có hình dạng riêng làm gỗ đặc biệt nên có khả cộng hưởng tăng cường số họa âm xác định, tạo âm sắc đặc trưng cho loại đàn Câu 7: Những đặc trưng sinh lý âm phụ thuộc chúng vào đặc trưng vật lí âm ĐỘ CAO CỦA ÂM: đặc trưng sinh lí âm, phụ thuộc vào đặc tính vật lý âm tần số § Âm có tần số lớn cao (càng thanh) § Âm có tần số nhỏ thấp (càng trầm) ÂM SẮC: § Mỗi người, nhạc cụ phát âm có sắc thái khác (dù cao độ) mà tai phân biệt Đặc tính gọi âm sắc § Thí nghiệm cho biết nhạc cụ người phát âm có tần số f1 đồng thời phát âm có tần số f2 = 2f1, f3 = 3f1, âm có đa số f1 âm bản, âm có tần số f2, f3 gọi họa âm thứ 2, thứ 3, Do đó, âm phát tổng hợp âm họa âm (với biên độ khác nhau) nên đường biểu diễn có dạng phức tạp chu kỳ định dạng tạo ầm sắc định § Vậy âm sắc đặc trưng sinh lý âm, phụ thuộc vào đặc tính vật lý âm tần số biên độ âm họa âm ': 090.777.54.69 Trang: 15 Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội ĐỘ TO CỦA ÂM: a Năng lượng âm: Sóng âm mang theo lượng truyền từ nguồn âm đến tai người nghe Năng lượng tỉ lệ với bình phương biên độ sóng Cường độ âm lượng âm sóng âm truyền đơn vị thời gian qua đơn vị diện tích đặt vuông góc với phương truyền âm, ký hiệu I, đơn vị W/m2 b Độ to âm: § Muốn gây cảm giác âm, cường độ âm phải lớn giá trị cực tiểu gọi ngưỡng nghe Ngưỡng nghe phụ thuộc vào đa số âm § Độ to âm đặc tính sinh lý âm, phụ thuộc vào cường độ âm tần số âm Ví dụ: - Với âm có tần số f từ 1000Hz – 1500Hz ngưỡng nghe I0 = 10-12W/m2 - Với âm có tần số f = 1000Hz ngưỡng nghe I0 = 10-7W/m2 - Với âm có tần số 1000Hz có cường độ I = 10-7W/m2 lớn gấp 105 lần ngưỡng nghe âm to nghe rõ Với âm có tần số f = 50Hz có cường độ 10-7 W/m2 vừa ngưỡng nghe I0 nên nghe Độ to âm phụ thuộc vào tần số âm Tai nghe tính âm có tần số khoảng 1000Hz đến 5000Hz nghe âm có tần số cao (âm cao) thích âm có tần số thấp (âm trầm) § Nếu cường độ âm lên tới 10W/m2 tần số gây cảm giác cho tai, giá trị gọi ngưỡng đau § Miền nằm ngưỡng nghe ngưỡng đau miền nghe c Mức độ âm: Để đặc trưng cho độ to âm ta thường dùng đại lượng mức cường độ âm (kí hiệu L) Mức cường độ âm logarit thập phân tỉ số cường độ âm ngưỡng nghe I I L(B) = lg ; L(dB) = 10 lg I0 I0 Đơn vị Ben (B) hay đềxiben (dB), 1dB = B 10 Câu 8: * Vận tốc truyền âm không khí 350C 200C có khác không? Tại * So sánh vận tốc truyền âm khí oxy khí hidro nhiệt độ Giải thích * Thay đổi độ căng dây đàn hồi bước sóng sóng dừng có đổi không Tại (cho tần số sóng dừng không đổi) Vận tốc truyền âm không khí 350C 200C khác vận tốc truyền âm thay đổi theo nhiệt độ (vận tốc tỉ lệ bậc nhiệt độ tuyệt đối) Vận tốc truyền âm tỉ lệ nghịch với khối lượng phân tử chất khí Ta thấy khí hydro có khối lượng phân tử nhỏ oxy nên vận tốc truyền âm hydro nhanh Theo công thức Melde : v = T với T lực căng dây m khối lượng đơn m vị chiều dài dây Vậy lực căng T đổi vận tốc v đổi Vì v = lf Þ bước sóng l đổi Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU Câu : Nguyên tắc tạo dòng điện xoay chiều Hiệu điện cường độ dòng điện xoay chiều Thế cường độ dòng điện hiệu dụng, hiệu điện hiệu dụng? Vì dòng điện xoay chiều người ta sử dụng đại lượng này? NGUYÊN TẮC TẠO RA DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU Nguyên tắc tạo dòng điện xoay chiều dựa x tượng cảm ứng điện từ t =0 r t Cho khung dây kim loại có N vòng B dây, có diện tích S quay với vận tốc góc w không r ur wt n r r đổi từ trường B cho trục xoay x’x n B vuông góc với đường cảm ứng từ trường O r v Lúc t = 0: Pháp tuyến n khung dây ur trùng phương chiều từ trường B ur r x' v Lúc t : Pháp tuyến n hợp với vectơ B góc (wt) - Khi từ thông qua khung dây : F = NBScoswt - Theo định luật cảm ứng điện từ khung dây xuất SĐĐ cảm ứng : E = -F’ = wNBSsinwt Đặt Eo = NBSw : Biên độ suất điện động hay suất điện động cực đại Þ e = Eosinwt Vậy : Suất điện động cảm ứng khung dây đại lượng biến đổi điều hoà đượ c gọi suất điện động xoay chiều Nối hai đầu khung dây với mạch mạch có dòng điện xoay chiều HIỆU ĐIỆN THẾ XOAY CHIỀU VÀ CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU - Vì suất điện động xoay chiều biến thiên điều hoà với tần số góc w nên hiệu điện mà gây mạch biến thiên điều hoà với tần số góc w u = Uosin(wt + ju) - Dòng điện xoay chiều mạch biến thiên điều hoà với tần số góc w i = Iosin(wt + ji) ju = ji + j j góc lệch pha u, i tuỳ thuộc tính chất mạch điện Vì điện trường truyền dây dẫn có vận tốc vào khoảng 3.108 m/s nên thời điểm định điện trường điểm mạch nối tiếp nhau, cường độ dòng điện điểm mạch nối tiếp CƯỜNG ĐỘ HIỆU DỤNG VÀ HIỆU ĐIỆN THẾ HIỆU DỤNG Cho dòng điện xoay chiều i = Iosinwt chạy qua điện trở R thời gian t nhiệt lượng toả điện trở : Q = R Trang: 16 I20 ổ I t = Rỗ ữ t è 2ø Bây cho dòng điện không đổi có cường độ I chạy qua điện trở R cho thời gian t nhiệt lượng toả : Q = RI2t So sánh : ': 090.777.54.69 GV: Bùi Gia Nội ': 090.777.54.69 I = I0 Trang: 17 Trung taâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội kính, qua thị kính ta thu ảnh cuối A’B’ ảnh rõ lớn so với vật Mắt đặt sát sau thị kính quan sát ảnh ảo Khi điều chỉnh để ảnh A1B1 tiêu diện vật thị kính ảnh ảo A’B’ vô cực, lúc mắt ngắm chừng vô cực Vẽ ảnh vật qua kính hiển vi: A B AF1 O F1 F2 A O F2 a B A B B Độ bội giác kính hiển vi: a) Định nghóa: Độ bội giác kính hiển vi định nghóa tỷ số: G= tga = GV: Bùi Gia Nội Câu 17 Kính thiên văn Định nghóa: Kính thiên văn dụng cụ quang học hỗ trợ cho mắt tăng góc trông ảnh vật xa (thiên thể) Cấu tạo: Kính thiên văn gồm có: – Vật kính thấu kính hội tụ có tiêu cự dài – Thị kính thấu kính hội tụ có tiêu cự ngắn đóng vai trò kính lúp Vật kính thị kính lắp đồng trục với nhau, khoảng cách chúng thay đổi Hoạt động: Hướng trục kính thiên văn qua thiên thể AB cần quan sát Thiên thể AB vô cực qua vật kính cho ảnh A1B1 thật tiêu điểm ảnh vật kính Ảnh A1B1 khoảng từ quang tâm đến tiêu điểm vật thị kính qua thị kính cho ảnh ảo A’B’ Mắt đặt sau thị kính để quan sát ảnh ảo Dùng kính thiên văn người ta thường ngắm chừng vô cực, lúc điều chỉnh để tiêu diện vật kính trùng với tiêu diện ảnh vật kính Khi A1B1 tiêu diện vật thị kính nên cho ảnh A’B’ vô cực Vẽ ảnh vật qua kính thiên văn: a tga = a tga Với: · a góc trông ảnh vật qua kính hiển vi · a0 góc trông trực tiếp vật vật đặt điểm cận mắt: Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM F a0 O F2 A AB DC F1 A O B A F B b) Công thức tính độ bội giác trường hợp ngắm chừng vô cực: tga = A1B1 : góc trông ảnh f2 AB : góc trông vật DC tga A B D Þ Độ bội giác: G = = 1 C tga AB f A 1B1 Vì = K : độ phóng đại aûnh AB d tga = B I A F1 O1 B A1 F B1 vật kính DC = G 2¥ : độ bội giác thị kính f2 O2 a Độ bội giác kính thiên văn: a) Định nghóa: Độ bội giác kính thiên văn định nghóa tỷ số: ngắm chừng vô cực Þ G = |K1| G2 A B A B F' F' d Mặt khác: 1 = 1 = = (d: độ dài quang học) AB O1I f1 f1 Þ ': 090.777.54.69 d D G= C f1 f G= a tga = a tga Với: · a góc trông ảnh A’B’ · a góc trông thiên thể mắt trần từ chỗ đặt kính tga = Trang: 50 ': 090.777.54.69 A1B1 f1 Trang: 51 A Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội F1 F2 A O GV: Bùi Gia Nội Nguyên tắc cấu tạo hoạt động máy quang phổ - Máy quang phổ dụng cụ phân tích chùm sáng tạp sắc thành thành phần đơn sắc khác Máy hoạt động tượng tán sắc b) Công thức tính độ bội giác trường hợp ngắm chừng vô cực: a0 Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM L O a F2 J S L1 L2 ñ B P A1B1 f2 A1B1 tga f · tga = Þ Độ bội giác: G = = f1 tga0 f · tga = SÓNG ÁNH SÁNG VÀ LƯNG TỬ ÁNH SÁNG Câu : * Trình bày thí nghiệm Newton tán sắc ánh sáng * Nguyên tắc cấu tạo hoạt động máy quang phổ Thí nghiệm Newton tán sắc ánh sáng a Thí nghiệm - Cho ánh sáng mặt trời (ánh sáng trắng) qua khe hẹp A chắn tạo dãi sáng hẹp E chiếu vào lăng kính có cạnh song song với khe A ta thấy (E) đặt phía sau lăng kính có dãi màu: Trắng đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím, màu đỏ A lệch màu tím lệch nhiều Đỏ - Vậy chùm sáng trắng lăng kính không Tím bị khúc xạ lệch phía đáy lăng kính mà bị tách thành nhiều màu sắc khác Hiện tượng gọi tượng tán sắc ánh sáng dãi màu nói gọi quang phổ ánh sáng trắng b Nguyên nhân tượng tán sắc - Ta biết chiết suất lăng kính có giá trị khác ánh sáng đơn sắc khau Do qua lăng kính ánh sáng đơn sắc chùm sánh sáng trắng bị lệch đáy lăng kính với góc lệch khác góc lệch D = (n – 1)A đổi theo chiết suất Vậy ánh sáng đơn sắc không chồng chất lên mà tách thành màu riêng biệt * Ánh sáng đỏ lăng kính có chiết suất nhỏ nên D nhỏ * Ánh sáng tím lăng kính có chiết suất lớn nên D lớn ': 090.777.54.69 Trang: 52 t E ¶ Cấu tạo : Gồm phần * Ống chuẩn trục : phận tạo chùm sáng song song Nó gồm khe hẹp S trùng với tiêu diện thấu kính hội tụ L1 (L) Khi khe S rọi chùm B đ sáng từ nguồn J ánh sáng qua A’ ống chuẩn trực trở thành chùm S O sáng song song A * Lăng kính P: phận B’ t tán sắc phân tích chùm sáng song E song kể thành chùm đơn sắc Mỗi chùm đơn sắc chùm song song lệch theo phương khác * Buồng tối : gồm thấu kính hội tụ L2 phim đặt tiêu diện ảnh L2 thấu kính L2 hội tụ chùm đơn sắc thành vệt sáng phim Câu : * Định nghóa ánh sáng đơn sắc Trình bày thí nghiệm để minh hoạ định nghóa * Định nghóa ánh sáng trắng Trình bày thí nghiệm để minh hoạ định nghóa Ánh sá ng đơn sắc a Định nghóa ánh sáng đơn sắc - Ánh sáng đơn sắc ánh sáng không bị tán sắc qua lăng kính Mỗi ánh sáng đơn sắc có màu định gọi màu đơn sắc b Thí nghiệm Newton ánh sáng đơn sắc Mô tả : * Lăng kính P1 làm tán sắc chùm sáng trắng hẹp song song * Các khe hẹp B, C để lọt chùm sáng màu hẹp rọi tới lăng kính P2 A Nhận xét : Trên E sau P2 ta B C thấy vệt sáng hẹp có màu P1 P2 (E) màu tới P2 Kết cho màu mà ta làm thí nghiệm Kết luận : Chùm sáng màu hẹp chùm sáng tán sắc không bị tán sắc lần Nó gọi ánh sáng đơn sắc ': 090.777.54.69 Trang: 53 Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội Ánh sáng trắng a Định nghóa ánh sáng trắng: Ánh sáng trắng tập hợp vô số ánh sáng đơn sắc khác có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím b Thí nghiệm tổng hợp ánh sáng trắng Mô tả : * Nguồn điểm S thấu kính hội tụ L tạo chùm sáng trắng rộng, hội tụ, rọi lên lăng kính khoảng từ A đến B * Lăng kính làm tán sắc chùm sáng trắng cho dãi màu liên tục nằm mặt thấu kính O Một E đặt nằm sau thấu kính O thu vệt sáng trắng dời đến vị trí thích hợp Kết luận : Những tia sáng màu ánh sán g trắng bị lăng kính tách từ điểm B (hay A) gặp lại chúng tái tạo bới ánh sáng trắng B’ (hay A’) Câu : * Trình bày thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng Giải thích kết thí nghiệm rút kết luận tính chấ t ánh sáng * Thế nguồn sáng kết hợp Nguồn sáng điểm S ảnh S’ qua gương phẳng nguồn kết hợp không? Tại sao? Thí nghiệm Young tượng giao thoa ánh sáng a Thí nghiệm - Ánh sáng từ đèn Đ qua kính lọc sắc F (ví dụ kính đỏ) chiếu vào khe hẹp S M Khi S trở thành khe sáng đơn sắc chùm tia sáng đơn sắc từ khe S tiếp tục chiếu sáng hai khe hẹp S1, S2 Hai khe hẹp S1, S2 gần song song với khe S Mắt đặt sau S1, S2 cho Mắt hứng đồng thời S S1 hai chùm sáng lọt qua khe vào Đ S2 mắt Điều tiết mắt để F M nhìn vào khe S ta thấy vùng sáng hẹp xuất vạch sáng (vạch đỏ) vạch tối xen kẻ cách đặn Hiện tượng gọi tượng giao thoa b Giải thích Hiện tượng giao thoa giải thích thừa nhận ánh sáng có tính chất sóng Ánh sáng từ đèn Đ chiếu vào khe S S làm khe S trở thành nguồn phát sóng ánh sáng lan toả phía hai khe S1, S2 hai khe S1, S2 trở thành hai nguồn phát sóng ánh sáng phía sau Hai nguồn có tần số có độ lệch pha không đổi nên chúng S’ hai nguồn kết hợp Vì hai sóng ánh sáng S1, S2 phát gặp giao thoa với nhau; Vạch sáng sóng pha gặp nhau; Vạch tối sóng ngược pha gặp Các vạch sáng, vạch tối gọi vân giao thoa c Kết luận: Hiện tượng giao thoa ánh sáng chứng thực nghiệm chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng ': 090.777.54.69 Trang: 54 Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội Nguồn kết hợp * Hai nguồn sóng kết hợp hai nguồn phát hai sóng có tần số có độ lệch pha không đổi Khi hai sóng gọi hai sóng kết hợp Thông thường muốn có hai sóng kết hợp người ta tách chùm sáng phát từ nguồn thành hai chùm cho chúng giao thoa * Nguồn sáng điểm S ảnh S’ qua gương phẳng coi hai nguồn kết hợp lý chùm sáng phát từ nguồn S đến E chùm tia sáng phản xạ từ gương phẳng đến E nằm chùm ánh sáng S phát Do hai chùm sáng (chùm sáng từ S chùm sáng từ S’) có tần số có độ lệch pha không đổi Câu : * Trình bày phương pháp xác định bước sóng ánh sáng nhờ tượng giao thoa thí nghiệm Young * Mối liên hệ màu sắc vá bước sóng ánh sáng Phương pháp xác định bước sóng ánh sáng nhờ giao thoa a Xác định hiệu quang hình Đặt : a = S1S2 x = OM D khoảng cách từ hai S1 nguồn S1S2 đến : a H1 Ta có : H1M = d1cosa1 = IM - IH1 a I a d1cosa1 = IM - sina H2M Û (1) = d2cosa2 = IM + IH2 d2cosa2 = IM + H2 M d1 S2 a1 a2 d2 O D a sina (E) (2) Do a1, a2 góc nhỏ nên : d1 cosa1 = d1 d2 cosa2 = d2 (2) - (1) cho : d2 - d1 = asina a nhỏ nên : x D sina = tga = b Vị trí vân giao thoa * Vị trí vân sáng d = kl ax D ax d = D Þ d - d1 = đặt d = d2 - d1 gọi hiệu quang trình M Þ M vân sáng : Þ ax lD = kl Þ x = k D a k = Þ x = Þ M º : vân sáng trung tâm k = 1, 2, … gọi vân sáng bậc 1, 2, … * Vị trí vân tối M vân tối : ': 090.777.54.69 x l ax l Þ = (2k + 1) D lD x = (2k + 1) 2a d = (2k + 1) Trang: 55 Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội c Khoảng cách vân li * Các vân sáng vân tối xen kẽ cách khoảng cách hai vân sáng (hay vân tối) liên tiếp : i = xk+1 - xk = (k + 1) lD lD lD - k Þ i = a a a d Đo bước sóng ánh sáng Khoảng cách vân : khoảng cách a hai nguồn S1, S2; khoảng cách D từ hai nguồn đến đo cách xác Do từ i = lD ta xác định bước sóng l Đó a nguyên tắc việc đo bước sóng l Đó nguyên tắc việc đo bước sóng ánh sáng phương pháp giao thoa Liên hệ màu sắc bướ c sóng ánh sáng Phép xác định bước sóng ánh sáng theo kết giao thoa cho thấy: - Bước sóng ánh sáng nhỏ bước sóng học thông thường - Mỗi ánh sáng đơn sắc có bước sóng hoàn toàn xác định - Những màu ứng với bước sóng mà ứng với ánh sáng có bước sóng nằm khoảng trị số định Câu : * Nếu chiếu sáng khe máy quang phổ chùm sáng sau thu hình ảnh - Chùm sáng đơn sắc - Chùm sáng trắng - Chùm sáng đèn hydro phát Chiế u sáng khe S máy quang phổ chùm sáng - Nếu chiếu khe S chùm sáng đơn sắc ta thu ảnh vạch màu - Nếu chiếu khe S chùm ánh sáng trắng ta thu ảnh quang phổ liên tục gồm dãi mày từ đỏ đến tím - Nếu chiếu khe S chùm sáng đèn hydro phát ta thu ảnh quang phổ vạch hydro Trong vùng ánh sáng nhìn thấy có vạch là: đỏ, lam, chàm tím Câu : Trình bày quang phổ liên tục quang phổ vạch phát xạ mặt : định nghóa, nguồn gốc phát sinh, đặt điểm ứng dụng Nêu tiện lợi phép phân tích quang phổ Quang phổ liên tục a Định nghóa: Khi chiếu chùm sáng trắng vào khe máy quang phổ kính mờ ta thu dải sáng có màu biến đổi liên tục từ đỏ đến tím Đó quang phổ liên tục b Nguồn phát sinh: Tấ t vật rắn, lỏng khí có tỷ khối lớn bị nung nóng phát quang phổ liên tục c Đặc điểm Quang phổ liên tục không phụ thuộc vào thành phần cấu tạo nguồn sáng, mà phụ thuộc vào nhiệt độ nguồn sáng Một miếng sắt miếng sứ, nung đến nhiệt độ cho hai quang phổ liên tục giống Nhiệt độ vật nung cao, chúng phát sáng mạnh vùng có bước sóng ngắn ': 090.777.54.69 Trang: 56 Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội Vì dụ : Ở 500oC vật phát sáng cho quang phổ vùng đỏ (nhưng yếu) Khi nhiệt độ tăng lên quang phổ mở rộng sang màu da cam, vàng, lục… Khi vật nung đến sáng trắng (chẳng hạn dây tóc bóng đèn có nhiệt độ từ 2500K đến 3000K) cho quang phổ liên tục có đủ màu sắc từ đỏ đến tím d Ứng dụng: Vì quang phổ liên tục phụ thuộc vào nhiệt độ nguồn sáng, nên vào quang phổ liên tục người ta xác định nhiệt độ vật phát sáng, đặc biệt vật xa mặt trời, sao… Chẳng hạn phép đo theo quang phổ liên tục cho biết bề mặt Mặt trời có nhiệt độ khoảng 6000K Quang phổ vạch phát xạ a Định nghóa: Quang phổ vạch phát xạ quang phổ có dạng màu riêng biệt nằm tối b Nguồn phát sinh: Các khí bay áp suất thấp bị kích thích phát sáng cho quang phổ vạch phát xạ Có thể kích thích cho chất khí bay phát sáng cách đốt nóng cách phóng tia lửa điện qua đám khí hay c Đặc điểm: Quang phổ vạch phá t xạ nguyên tố khác khác số lượn g vạch, vị trí vạch, màu sắc vạch độ sáng tỷ đối vạch Ví dụ : Quang phổ vạch natri có hai vạch vàng sáng nằm sát cạnh (vạch kép) Quang phổ hidro có bốn vạch đặc trưng vạch đỏ Ha; vạch lam Hb; vạch chàm Hg vạch tímHd d Ứng dụng: Quang phổ vạch phát xạ ứng dụng để nhận biết có mặt nguyên tố hoá họ c nồng độ, tỷ lệ nguyên tố hợp chất, mẫu đem phân tích Phép phân tích quang phổ tiện lợi phép phân tích quang phổ - Phép phân tích quang phổ phép xác định thành phần hợp thành chất dựa vào quang phổ chúng Trong phép phân tích định tính, người ta cần nhận biết có mặt thành phần khác mẫu đem phân tích Phép phân tích quang phổ định tính tiện lợi chỗ: đơn giản cho kết nhanh phép phân tích hoá học - Trong phép phân tích định lượng, người ta cần xác định nồng độ thành phần mẫu Phép phân tích quang phổ định lượng có ưu điểm: nhạy, có khả phát nồng độ nhỏ chất mẫu - Ưu điểm tuyệt đối phép phân tích quang phổ là: xác định thành phần cấu tạo nhiệt độ vật xa Mặt trời Câu : Cách tạo điều kiện thu quang phổ vạch hấp thụ chất Hiện tượng đảo sắc vạch quang phổ Những tiện lợi phép phân tích quang phổ Có thể dùng quang phổ vạch hấp thụ chất thay cho quang phổ vạch phát xạ chất phép phân tích không? Tại sao? Quang phổ vạch hấp thụ a Định nghóa: Quang phổ có dạng vạch tối nằm quang phổ liên tục gọi quang phổ vạch hấp thụ ': 090.777.54.69 Trang: 57 Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM b Cách tạo quang phổ vạch hấp thụ L J L1 L2 F (E) Máy Quang phổ (E) Vạch đen Chiếu ánh sáng trắng từ đèn dây tóc vào khe máy quang phổ kính buồng ảnh ta thu quang phổ liên tục Nếu đường chùm sáng ta đặt đèn có natri nung nóng quang phổ liên tục nói xuất vạch tối (thực hai vạch tối nằm sát nhau) vị trí vạch vàng quang phổ phát xạ củanatri Đó quang phổ hấp thụ natri Nếu thay natri kali quang phổ liên tục xuất vạch tối chỗ vạch màu quang phổ phát xạ kali c Điều kiện để thu quang phổ vạch hấp thụ: Nhiệt độ đám khí hay hấp thụ phải thấp nhiệt độ nguồn phát sáng quang phổ liên tục Hiện tượng đảo sắc vạch quang phổ Giả sử đám hấp thụ thí nghiệm nung nóng đến nhiệt độ chúng phát sáng, thấp nhiệt độ nguồn sáng trắng kính ảnh máy quang phổ ta thu quang phổ hấp thụ đám Bây giờ, tắt nguồn sáng trắng đi, ta thấy quang phổ liên tục biến mất, đồng thời vạch tối quang phổ hấp thụ biến thành vạch màu quang phổ vạch phát xạ đám Hiện tượng gọi tượng đảo sắc vạch quang phổ Vậy : 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 phép phân tích quang phổ (Xem phần 3) Câu : Trình bày thí nghiệm phát tia hồng ngoại tia tử ngoại Nêu tính chất ứng dụng tia hồng ngoại tia tử ngoại Hai loại tia có khả gây tượng quang điện trườ ng hợp sau không? Tại sao? - Một bán dẫn có giới hạn quang điện 0,84mm - Hai kim loại có giới hạn quang điện 0,5mm 0,36mm ': 090.777.54.69 S P Vạch đen Đen natri nóng sáng GV: Bùi Gia Nội Thí nghiệm phát tia hồng ngoại tia tử ngoại Trang: 58 - Chiếu ánh sáng mặt trời (hoặc ánh sáng từ đèn dây tóc có công suất lớn) vào khe S máy quang phổ Trên F buồng ảnh ta thu quang phổ liên tục - Di chuyển mối hàn pin nhiệt điện vào vùng quang phổ liên tục điện kế G cho thấy mạch có dòng điện, chứng tỏ ánh sáng đơn sắc có tác dụng nhiệt - Tiếp tục di chuyển mối hàn vùng đỏ vùng tím quang phổ, điện kế G cho thấy mạch có dòng điện Điều chứng tỏ phía vùng đỏ vùng tím có xạ không nhìn thấy gọi tia hồng ngoại tia tử ngoại Tia hồng ngoại a Định nghóa: Tia hồng ngoại xạ không nhìn thấy được, có bước sóng lớn cùa ánh sáng đỏ (l > 0,75mm) b Nguồn phát sinh: Các vật bị nung nóng phát tia hồng ngoại Vật nhiệt độ thấp phát tia hồng ngoại Vật nhiệt độ 500oC bắt đầu phát ánh sáng màu đỏ tối, mạnh tia hồng ngoại Trong ánh sáng mặt trời, có khoảng 50% lượng thuộc tia hồng ngoại c Tính chất, tác dụng tia hồng ngoại * Có chất sóng điện từ * Tác dụng bật tia hồng ngoại tác dụng nhiệt * Tác dụng lên loại kính ảnh đặc biệt, gọi kính ảnh hồng ngoại d Ứng dụng: Chủ yếu để sấy khô sưởi ấm (trong công nghiệp, y học…) Tia tử ngoại a Định nghóa: Tia tử ngoại xạ không nhìn thấy được, có bước sóng ngắn bước sóng ánh sáng tím (l < 0,40mm) b Nguồn phát sinh: Những vật bị nung nóng 3000oC phát lượng đáng kể tia tử ngoại Trong xạ Mặt trời có khoảng 9% lượng thuộc vùng tử ngoại Các hồ quang điện đèn thuỷ ngân nguồn phát tia tử ngoại c Tính chất, tác dụng tia tử ngoại - Có chất sóng điện từ - Tác dụng mạnh lên kính ảnh - Có thể làm cho số chất phát quang - Có tác dụng ion hoá chất khí - Có khả gây số phản ứng quang hoá, phản ứng quang hợp - Có tác dụng gây hiệu ứng quang điện - Có số tác dụng sinh học - Bị thuỷ tinh, nước… hấp thụ mạnh (Thạch anh gần suốt với tia tử ngoại có bước sóng từ 0,18mm đến 0,4mm) ': 090.777.54.69 Trang: 59 Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM máy GV: Bùi Gia Nội d Ứng dụng: - Khả gây phát quang ứng dụng để tìm vết nứt, vết xước kỹ thuật chế tạo - Tác dụng sinh học ứng dụng để chữa bệnh còi xương, diệt vi khuẩn… Tác dụng quang điện tia hồng ngoại, tia tử ngoại Để gây tượng quang điện, bước sóng l ánh sáng kích thích phải nhỏ giới hạn quang điện (l £ lo) Căn vào điều kiện ta thấy : - Các tia hồng ngoại có bước sóng từ 0,75mm đến 0,84mm tất tia tử ngoại gây hiệu ứng quang điện cho chất bán dẫn có lo = 0,84mm - Mọi tia tử ngoại gây hiệu ứng quang điện cho kim loại l = 0,5mm Mọi tia hồng ngoại không gây hiệu ứng quang điện cho kim loại - Chỉ có tia tử ngoại có l £ 0,36mm gây hiệu ứng quang điện cho kim loại có lo = 0,36mm Câu : Trình bày nguyên tắc cấu tạo hoạt động ống Rơnghen Nêu chất, tính chất ứng dụng tia Rơnghen Biết công thoát electron Ao kim loại nhỏ 10eV Hỏi tia Rơnghen có gây hiệu ứng quang điện không? Vì sao? Công thức giải tó an tia ronghen Ống Rơnghen a Cấu tạo Ống Rơnghen đơn giản ống tia âm cực, Đối âm cực có lắp thêm điện cực làm kim loại có nguyên Dòng + electron tử lượng lớn khó nóng chảy (platin, vonfram…) để chắn dòng tia âm cực Điện cực lắp thêm gọi đối âm cực Đối âm cực thường nối với anôt Trong ống có áp suất (cỡ 10-3 mmHg) Catôt Anốt b Hoạt động Nối anot catot vào hiệu điện chiều Tia Rơnghen khoảng vài vạn vôn Do ống có sẵn ion dương nên hiệu điện cao nói trên, ion tăng tốc mạnh, bay tới đập vào catot làm từ bật electron Dòng electron tăng tốc mạnh điện trường bay tới đập vào đối âm cực, làm phát xạ không nhìn thấy gọi tia Rơnghen Bản chất, tính chất ứng dụng tia Rơnghen a Bản chất tia Rơnghen - Không mang điện không bị lệch điện trường từ trường - Thực chất, tia Rơnghen loại sóng điện từ có bước sóng ngắn bước sóng tia tử ngoại Cụ thể, bước sóng tia Rơnghen từ 10-12 m (tia Rơnghen cứng) đến 10-8m (tia Rơnghen mềm) b Cơ chế phát tia Rơnghen ': 090.777.54.69 Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội Các electron tia âm cực tăng tốc điện trường mạnh, nên thu động lớn Khi đập vào đối âm cực, chúng gặp nguyên tử đối âm cực, xuyên sâu vào lớp bên torng vỏ nguyên tử, tương tác với hạt nhân nguyên tử electron lớp này, làm phát sóng điện từ có bước sóng ngắn, gọi xạ hãm Đó tia Rơnghen c Tính chất ứng dụng tia Rơnghen * Có khả đâm xuyên mạnh: · Tia Rơnghen xuyên qua bìa, giấy, gỗ… dễ dàng, khó qua kim loại Kim loại có khối lượng riêng lớn khả cản tia Rơnghen mạnh · Nhờ khả đâm xuyên mạnh, tia Rơnghen dùng y học để chiếu điện, chụp điện; công nghiệp để dò lỗ hổng khuyết tật sản phẩm đúc * Có tác dụng mạnh lên kính ảnh nên dùng để chụp điện * Làm phát quang số chất nên ứng dụng để quan sát hình việc chiếu điện * Có khả ion hoá chất khí Tính chất ứng dụng để làm máy đo liều lượng tia Rơnghen * Có tác dụng sinh lý: huỷ hoại tế bào, diệt vi khuẩn Vì vậy, tia Rơnghen ứng dụng để chữa bệnh ung thư Tác dụng quang điện Rơnghen Phôtôn tia Rơnghen có lượng cực tiểu: emin = hc 6,6.10 -34.3.108 » 19,8.10-8J = l max 10 -8 Năng lượng lớn so với lượng cần thiết A để bứt electron khỏi kim loại (công thoát A) Vì tia Rơnghen dễ dàng gây hiệu ứng quang điện cho kim loại Công thức giải tóan tia ronghen * Bước sóng nhỏ nhất, tần số lớn tia Rơn ghen phát từ ống Rôn ghen: h.fMax  hc  m e v2e e.U AK ; v e vận tốc electron đập vào catốt Min * Công lực điện trường: m e ve2 e.U AK * Bước sóng cực tiểu tia Rơnghen: X  h.c e.U AK * e.U AK = ε + Q = h.fX + Q ; Năng lượng electron va đập vào đối Catốt phần biến đổi thành lượng tia Ron-ghen phần thành nội Q làm nóng catot * Độ tăng nhiệt độ Dt0 đối catot: Q = m.C.Dt0 m(kg) khối lượng catot, C nhiệt dung riêng chất làm catot * Cường độ dòng điện qua ống Rơnghen: I = n.e = thời gian t(s) Trang: 60 » 124eV ': 090.777.54.69 Trang: 61 N e ; N số e đập vào catot t Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội Câu 10 : Thế tượng quang điện Mô tả thí nghiệm Hecxơ kết Mô tả thí nghiệm quang điện với tế bào quang điện kết Trong thí nghiệm câu 2, thay ánh sáng thí nghiệm ánh sáng có bước sóng nhỏ hiệu điện hãm Uh tăng hay giảm Giải thích Hiện tượng quang điệ n a Định nghóa Khi chiếu chùm ánh sáng thích hợp (có bước sóng ngắn) vào mặt kim loại làm cho electron mặt kim loại bị bật Đó tượng quang điện Các electron bật gọi electron quang điện b Thí nghiệm Hecxơ (Hertz) Chiếu ánh sáng hồ quang điện phát vào kẽm (hoặc đồng nhôm) tích điện âm gắn điện nghiệm Henxơ nhận thấy hai điện nghiệm cụp lại Chứng tỏ kẽm (hoặc đồng, nhôm…) điện tích âm Chắn tia tử ngoại từ hồ quang điện đến kẽm thuỷ tinh ban đầu kẽm tích điện dương, tượng không xảy Ví dụ : Khi chiếu chùm ánh sáng thích hợp (có bước sóng ngắn) vào mặt kim loại electron mặt kim loại bị bật Nếu Zn tích điện dương thí nghiệm cho thấy hai điện nghiệm không bị cụp lại, tượng quang điện xảy Đó tác dụng tia tử ngoại, electron bị bật ra, chúng bị hút trở lại nên điện tích Zn không thay đổi Thí nghiệm với tế bào quang điện a Mô tả thí nghiệm A Tế bào quang điện bình chân không nhỏ, có C điện cực: anôt A catôt C Anôt vòng dây kim loại Catôt có dạng chõm cầu làm kim loại (mà ta cần nghiên cứu) phủ F G thành bình, có chừa lỗ nhỏ cho ánh sáng lọt qua V - Ánh sáng từ hồ quang chiếu qua kinh lọc F để lọc lấy P phần đơn sắc định chiếu vào catôt C - Hiệu điện UAC A C thiết lập nhờ nguồn E đo vôn kế V Độ lớn UAC thay đổi nhờ thay đổi chốt cắm P; G miliampe kế nhạy dùng để đo cường độ dòng điện chạy qua tế bào quang điện b Thí nghiệm kết thí nghiệm * Dòng quang điện : Khi chiếu vào catot ánh sáng có bước sóng ngắn, mạch điện xuất dòng điện gọi dòng quang điện Dòng quang điện có chiều từ A sang C dòng electron quang điện bay từ C sang A tác dụng Uh điện trường A C ': 090.777.54.69 Trang: 62 I Ibh Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội * Về bước sóng ánh sáng : Đối với kim loại dùng làm catot, ánh sáng kích thích phải có bước sóng nhỏ giới hạn lo gây tượng quang điện (Nếu ánh sáng kích thích có bước sóng lớn dù chùm sáng mạnh cụng không gây tượng quang điện) * Đường đặc trưng vôn – ampe : Kết thí nghiệm cho thấy cường độ dòng quang điện I phụ thuộc vào hiệu điện UAC A C theo đường biểu diễn hình vẽ Đường gọi đường đặc trưng Vôn – ampe tế bào quang điện Ta thấy đường đặc trưng vôn – ampe có đặc điểm : - Lúc UAC > : bắt đầu tăng AC tới giá trị I đạt tới giá trị bão hoà Ibh, sau tiếp tục tăng UAC I không tăng - Lúc UAC < : dòng quang điện I không triệt tiêu Phải đặt A C hiệu điện âm Uh I triệt tiêu hoàn toàn Uh gọi hiệu điện hãm * Về độ lớn Ibh : Cường độ dòng điện quang điện bão hoà tỷ lệ thuận với cường độ chùm sáng kích thích * Về độ lớn Uh : Thí nghiệm cho thấy giá trị hiệu điện hãm Uh ứng với kim loại dùng làm catot hoàn toàn không phụ thuộc vào cường độ chùm sáng kích thích mà phụ thuộc vào bước sóng chùm sáng kích thích Câu 11 : Dòng quang điện gì? Nêu đặc điểm đường đặc trưng Vôn – ampe tế bào quang điện Vẽ sơ đồ thí nghiệm để thu đường đặc trưng Phát biểu định luật quang điện Tại không giải thích định luật quang điện thuyết sóng ánh sáng Dòng quang điện Là dòng chuyển dời có hướng electron bật khỏi catot kim loại catot chiếu ánh sáng thích hợp Đặc điểm đường đặc trưng Vôn – ampe tế bào quang điện Dòng quang điện I phụ thuộc vào hiệu điện I U A C tế bào quang điện theo đường cong hình vẽ Ibh - Với U > : Lúc đầu I tăng theo U, Ibh U tăng đến trị số (U = Uo) giữ cường độ chùm sáng kích thích không đổi I không tăng nữa, lúc dòng quang điện bão hoà (I = Ibh) O Uo Uh UAC - Với U < : Điện trường A C trường cản electron, dòng quang điện không triệt tiêu không triệt tiêu mà giảm dần hiệu điện trường cản tăng dần Khi hiệu điện đạt đến trị số Uh (hiệu điện hãm) dòng điện triệt tiêu Phát biểu định luật quang điện Uo UAC a Định luật quang điện thứ nhất: Đối với kim loại dùng làm catot có bước sóng giới hạn lo định gọi giới hạn quang điện Hiện tượn g quang điện xảy bước sóng l ánh sáng kích thích nhỏ giới hạn quang điện (l £ lo) ': 090.777.54.69 Trang: 63 Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội b Định luật quang điện thứ hai: Với ánh sáng kích thích có bước sóng thoả mãn định luật quang điện thứ cường độ dòn g quang điện bão hoà tỷ lệ thuận với cường độ chùm sáng kích thích c Định luật quang điện thứ ba Động ban đầu cực đại electron quang điện không phụ thuộc vào cường độ chùm sáng kích thích mà phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng kích thích chất kim loại dùng làm catot Tại không giải thích định luật quang điện thuyết sóng ánh sáng Theo thuyết sóng ánh sáng chiếu ánh sáng vào mặt catot, điện trường biến thiên sóng ánh sáng làm cho electron kim loại dao động Cường độ chùm sáng kích thích mạnh, điện trường lớn làm cho electron dao động mạnh đến mức bật khỏi kim loại có động ban đầu Như vậy, theo thuyết sóng ánh sáng : - Hiện tượng quang điện xảy với ánh sáng có bước sóng nào, miễn có cường độ đủ mạnh Điều trái với định luật thứ giới hạn quang điện - Động ban đầu cực đại electron quang điện phải phụ thuộc vào cường độ chùm sáng kích thích Điều trái với quang điện thứ ba Mặt khác, theo thuyết sóng ánh sáng, cường độ chùm sáng phải đủ lớn tượng quang điện xảy Thế thực tế, cường độ chùm sáng kích thích dù nhỏ, tượng quang điện xảy ra, miễn chùm sáng kích thích có bước sóng l £ lo Vậy thuyết sóng ánh sáng bất lực việc giải thích định luật quang điện Câu 12 : Trình bày nội dung thuyết lượ ng tự ánh sáng Vận dụng thuyết lượng tử ánh sáng để giải thích định luật quang điện Thuyết lượng tử ánh sáng - Những nguyên tử hay phân tử vật chất không hấp thụ hay xạ ánh sáng cách liên tục, mà thành phần riêng biệt, đứt quãng Mỗi phần mang lượng hoàn toàn xác định, có độ lớn e = hf, f tần số ánh sáng, h số gọi số Plăng (Planck) h = 6,625.10-34J.s Mỗi phần gọi lượng tử lượng - Chùm ánh sáng coi chùm hạt, hạt gọi phôtôn, mang lượng tử lượng Các phôtôn chuyển động với vận tốc ánh sáng Khi ánh sáng truyền đi, phôtôn không bị thay đổi, không phụ thuộc vào khoảng cách tới nguồn sáng - Với ánh sáng có tần số cho, cường độ chùm sáng tỉ lệ với phô tôn chùm Giải thích định luật quang điện thuyết lượng tử ánh sáng a Giải thích định luật thứ nhất: Để xảy tượng quang điện, phôtôn ánh sáng kích thích phải có lượng lớn công thoát A (công để bứt electron thoát khỏi mặt kim loại) e = hf ³ A hay h c ³ A Suy ra: l l £ hc A hay l £ lo với lo = hc A b Giải thích định luật thứ hai: Với l £ lo cường độ chùm sáng kích thích lớn đơn vị thời gian : số phôtôn đến đập vào mặt catôt nhiều, số electron quang điện bị bật nhiều Do cường độ dòng quang điện bão hoà lớn ': 090.777.54.69 Trang: 64 Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội c Giải thích định luật thứ ba Mỗi phôtôn bị hấp thụ truyền toàn lượng cho electron Đối với electron nằm bề mặt kim loại phần lượng chuyển thành công A (gọi công thoát) làm tách electorn khỏi kim loại, phần lại chuyển thành động ban đầu electron quang điện So với động ban đầu mà electron nằm lớp sâu thu bật khỏi kim loại động ban đầu cực đại Do vậy, ta có: hf = A + m e vo2 max Đây công thức Einstein tượng quang điện, cho thấy: động ban đâàu cực đại electron quang điện phụ thuộc vào tần số f (hay bước sóng l) ánh sáng kích thích công thoát A (A phụ thuộc vào chất kim loại) Câu 13 : Thế hiệu ứng quang điện bên So sánh hiệu ứng quang điện bên hiệu ứng quang điện bên Trình bày nguyên tắc cấu tạo hoạt động của: a Quang trở b Pin quang điện Hiệu ứng quang điện bên a Định nghóa Hiệu ứng quang điện bên tượng chất bán dẫn chiếu chùm ánh sáng thích hợp electron liên kết bị bứt khỏi liên kết nút mạng bán dẫn, trở thành electron dẫn, tự di chuyển khối bán dẫn (electron tự do) Ngoài ra, electron bị bứt lại “giải phóng” “lỗ trống” mang điện dương Các lỗ trống chuyển động tự từ nguyên tử sang nguyên tử khác tham gia vào trình dẫn điện, làm chất bán dẫn bị chiếu sáng trở thành dẫn điện tốt b So sánh tượng quang điện bên tượng quang điện bên * Trong tượng quang điện, có ánh sáng thích hợp chiếu vào kim loại electron bị bật khỏi kim loại Vì vậy, tượng quang điện gọi tượng quang điện - Như hiệu ứng quang điện bên hiệu ứng quang điện bên giống chỗ phôtôn ánh sáng làm bứt electron khác chỗ: hiệu ứng quang điện bứt electron khối chất (kim loại), hiệu ứng quang điện bên bứt electron khỏi liên kết để trở thành electron dẫn ngày khối chất - Ngoài ra, hai hiệu ứng giống chỗ: ánh sáng kích thích phải có bước sóng thích hợp, nghóa có bước sóng giới hạn lo lại khác là: lượng cần để bứt electron khỏi liên kết bán dẫn thường nhỏ so với công thoát electron khỏi kim loại (công A), nên giới hạn quang điện lo hiệu ứng quang điện bên nằm vùng hồng ngoại Quang trở a Khái niệm quang trở - Hiện tượng khối bán dẫn trở nên dẫn điện tốt (tức điện trở khối bán dẫn giảm đi) bị chiếu sáng gọi tượng quang dẫn Nó ứng dụng để tạo điện trở thay đổi trị số nhờ biến thiên cường độ chùm sáng chiếu vào gọi quang trở - Cấu tạo quang trở đơn giản, gồm lớp bán dẫn mỏng (1) mA (Cadimisunfua CdS chẳng hạn) phủ lên lớp nhựa cách điện (2) Hai đầu lớp bán dẫn gắn với hai điện cực (3) (4) kim loại để nối ': 090.777.54.69 Trang: 65 Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội b Hoạt động Nối nguồn khoảng vài vôn với quang trở thông qua miliampe kế Ta thấy, đặt quang trở tối mạch dòng điện Khi chiếu quang trở ánh sáng có bước sóng ngắn giới hạn quang dẫn quang điện mạch xuất dòng điện Điện trở quang trở giảm mạnh bị chiếu sáng ánh sáng nói Quang trở dùng thay cho tế bào quang điện mạch điều khiển tự động Pin quang điện a Định nghóa: Pin quang điện nguồn điện quang biến đổi trực tiếp thành điện Pin hoạt động dựa vào tượng quang điện bên xảy chất bán dẫn b Cấu tạo: Xét pin quang dẫn đơn giản: pin đồng oxit Pin có điện cực đồng phủ lớp đồng (I) oxit Cu2O Người ta phun lớp kim loại mỏng lên mặt Cu2O G lớp Cu2O để làm điện cực thứ hai Nó mỏng tới mức cho ánh sáng Cu truyền qua Ở chỗ tiếp xúc Cu2O Cu hình thành lớp tác dụng đặc biệt : cho phép electron chạy qua theo chiều từ Cu2O sang Cu c Hoạt động Khi chiếu ánh sáng có bước sóng thích hợp vào mặt lớp Cu2O ánh sáng giải phóng electron liên kết Cu2O thành electron dẫn Một phần electron khuếch tán sang cực Cu Cực Cu thừa electron nên nhiễm điện âm, Cu2O nhiễm điện dương Giữa hai điện cực pin hình thành suất điện động Nếu nối hai cực với dây dẫn thông qua điện kế, ta có với dây dẫn thông qua điện kế, ta thấy có dòng diện chạy mạch theo chiều từ Cu2O sang Cu Các pin mặt trời dùng máy tính bỉ túi, vệ tinh nhân tạo… dùng pin quang điện Câu 14 : Thế phát quang Phân biệt huỳnh quang lân quang Giải thích đặc điểm phát quang thuyết lượ ng tử ánh sáng Thế tượng quang hoá? Nêu số phản ứng quang hoá đơn giản Hiện tượng quang hoá tính chất hạt ánh sáng không? Tại sao? Sự phát quang a Thế phát quang: Sự phá t quang tượng phát ánh sáng lạnh số vật có ánh sáng thích hợp chiếu vào Đặc điểm bật phát quang bước sóng l ánh sáng phát quang dài bước sóng l ánh sáng kích thích Ví dụ : Khi chiếu sáng tia tử ngoại vào dung dịch fluôrexêin vào bột kẽm sunfua có pha đồng chúng phát ánh sáng màu lục b Phân biệt huỳnh quang lân quang Người ta phân biệt hai loại phát quang: - Huỳnh quang tượng mà ánh sáng phát quang tắt ngừng ánh sáng kích thích Nó thường xảy với chất lỏng chất khí - Lân quang tượng mà ánh sáng phát quang kéo dài từ vài giây, đến hàng (tuỳ theo chất) sau tắt ánh sáng kích thích Nó thường xảy với vật rắn ': 090.777.54.69 Trang: 66 Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội c Giải thích đặc điểm phát quang thuyết lượng tự ánh sáng Khi phân tử fluôrexêin, hấp thụ phôtôn tia tử ngoại có lượng hf chuyển sang trạng thái kích thích Thời gian trạng thái kích thích ngắn thời gian va chạm với phân tử xung quanh, bớt lượng nhận Vì thế, trở trạng thái ban đầu, xạ phôtôn có lượng hf’ nhỏ hơn: hf’ < hf hay h c hc < l' l suy l’ > l Như vậy, phát quang tượng xảy hấp thụ Hiện tượng quang hoá a Thế tượng quang hoá Hiện tượng quang hoá tượng phản ứng hoá học xảy dạng tác dụng ánh sáng Năng lượng cần thiết để phản ứng xảy lượng phôtôn có tần số thích hợp b Một số phản ứng quang hoá đơn giản Dưới tác dụng ánh sáng xảy ra: - Phản ứng phân tích : AgBr + hf ® Ag + Br Đây sở kỹ thuật làm ảnh cổ điển - Phản ứng tổng hợp: H2 + Cl2 + hf ® HCl - Phản ứng trình quang hợp : 2CO2 + hf ® 2CO + O2 c Hiện tượng quang hoá thể tính hạ t nhân ánh sáng Nếu ánh sáng biểu tính sóng lượng có nhường cho phân tử phụ thuộc bêin độ sóng, tức cường độ chùm sáng, không phụ thuộc bước sóng Thực tế, đủ lớn khiến phản ứng quang hoá xảy Vì vậy, tượng quang hoá trường hợp, tính hạt ánh sáng thể rõ VẬT LÝ HẠT NHÂN Câu 15 : Hãy trình bày mẫu nguyên tử Bo áp dụng để giải thích quang phổ vạch nguyên tử hidro Mẫu nguyên tử Bohr a Tiên đề trạng thái dừng: Nguyên tử tồn trạng thái có lượng xác định gọi trạng thái dừng Trong trạng thái dừng, nguyên tử không xạ hấp thụ.Năng lượng nguyên tử trạng thái dừng bao gồm động electron chúng hạt nhân b Tiên đề xạ hấp thụ lượng nguyên tử Trạng thái dừng có lượng thấp bền vững Trạng thái dừng có lượng cao bền vững Do đó, nguyên tử có xu hướng chuyển từ trạng thái dừng có mức Em lượng cao sang trạng thái dừng có mức lượng thấp Khi nguyên tử chuyển từ trạng thái dừng có lượng Em hf sang trạng thái dừng có lượng En (Em > En) nguyên tử phát phôtôn có: e = hf = Em - En En Với f tần số sóng ánh sáng ứng với phôtôn Ngược lại, nguyên tử trạng thái có lượng En thấp mà hấp thụ phôtôn có lượng hf hiệu Em – En chuyển lên trạng thái có mức lượng cao Em ': 090.777.54.69 Trang: 67 Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội Hệ quả: * Trong trạng thái dừng nguyên tử, electron chuyển động xung quanh hạt nhân theo quỹ đạo có bán kính hoàn toàn xác định gọi quỹ đạo dừng * Như vậy, quỹ đạo electron ứng với mức lượng nguyên tử Giải thích tạo thành quang phổ vạch nguyên tử hidro * Đặc điểm : quang phổ vạch phát xạ nguyên tử hidro vạch xếp dãy : - Dãy Lyman nằm vùng tử ngoại - Dãy Banme có phần nằm vùng tử ngoại phần vùng ánh sáng nhìn thấy, phần có vạch: Vạch đỏ Ha (l a = 0,6563mm), vạch làm Hb (lb = 0,4861mm), vạch chàm Hg (lg = 0,4340mm) vạch tím Hd (ld = 0,4102mm) - Dãy Pasen nằm vùng hồng ngoại * Giải thích : Nguyên tử hidro có electron quay xung quanh hạt nhân Ở trạng thái bình thường (trạng thái bản), nguyên tử hydro có lượng thấp nhất, electron chuyển động quỹ đạo K (gần hạt nhân nhất) Khi nguyên tử nhận lượng kích thích (đốt nóng chiếu sáng), electron chuyển lên quỹ đạo có mức lượng cao : L, M, N, O, P… Lúc nguyên tử trạng thái kích thích, trạng thái không bền vững (thời gian tồn khoảng 10-8s) nên sau electron chuyển quỹ đạo có mức lượng thấp Mỗi lần electron chuyển từ quỹ đạo có mức lượng cao xuống quỹ đạo có mức lượng thấp hơn, theo tiêu đề 2, nguyên tử phát phôtôn có lượng : hf = Ecao - Ethấp hay h c = Ecao - Ethấp l Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM Câu 16 : Hiện tượng phóng xạ gì? Đặc điểm tượng phóng xạ, định luật phóng xạ Trình bày chấ t tính chất loại tia phóng xạ Hiện tượng phóng xạ a Thế tượng phóng xạ? Phóng xạ tượng hạt nhân nguyên tử tự động phóng xạ biến đổi thành hạt nhân khác Những xạ gọi tia phóng xạ, không nhìn thấy được, phát chúng có khả làm đen kính ảnh, ion hoá chất, lệch điện trường, từ trường… b Đặc điểm tượng phóng xạ Hiện tượng phóng xạ hoàn toàn nguyên nhân bên hạt nhân gây ra, tuyệt đối không phụ thuộc vào tác động bên Dù nguyên tử phóng xạ có nằm hợp chất khác nhau, dù chất phóng xạ chịu áp suất hay nhiệt độ khác nhau… tác động không gây ảnh hưởng đến trình phóng xạ hạt nhân nguyên tử c Định luật phón g xạ Sự phóng xạ chất hoàn toàn nguyên nhân bên chi phối tuân theo định luật sau, gọi định luật phóng xạ: “Mỗi chất phóng xạ đặc trưng thời gian T gọi chu kỳ bán rã Cứ sau chu kỳ ': 090.777.54.69 Trang: 68 số nguyên tử chất đổi thành chất khác” Gọi No mo số nguyên tử khối lượng ban đầu khối chất phóng xạ; N m số nguyên tử khối lượng lại thời điểm t, ta có: N = N o e-lt = Lúc nguyên tử phát sóng ánh sáng đơn sắc có bước sóng l xác định ứng với vạch màu xác định quang phổ Do đó, quang phổ hydro quang phổ vạch * Sự tạo thành dãy vạch P O - Dãy Laiman tạo thành electron N chuyển từ quỹ đạo bên quỹ đạo K M - Dãy Banme tạo thành electron chuyển từ quỹ đạo bên quỹ đạo L, L Hd H g Hb Ha ; Vạch đỏ Ha ứng với chuyển electron từ : M® L Vạch lam Hb ứng với chuyển K electron từ : N ® L Vạch chàm Hg ứng với chuyển Lyman Banme Pasen electron từ : O ® L Vạch tím Hd ứng với chuyển electron từ : P ® L - Dãy Pasen tạo thành electron chuyển từ quỹ đạo bên quỹ đạo M GV: Bùi Gia Nội No 2k m = m oe -lt = mo 2k k số chu kỳ bán rã khoảng thời gian t; l số phóng xạ l = ln 0,693 = T T d Độ phóng xạ Độ phóng xạ H lượng chất phóng xạ đại lượng đặc trưng cho tính phóng xạ mạnh hay yếu, đo số phân rã giây Đơn vị đo Becoren (Bq) (Ci) Bq phân rã /giây Ci = 3,7.1010 Bq Độ phóng xạ H giảm theo thời gian với quy luật: H = lN = lNoe-lt = Hoe-lt Ho = lNo độ phóng xạ ban đầu g Bản chất tính chất loại tia phóng xạ a bCho tia phóng qua điện trường hai tụ điện, ta có b+ thể xác định chất tia phóng xạ Chúng gồm loại tia : a Tia alpha (a) Ký hiệu a, thực chất chùm hạt nhân hêli 24 He , gọi hạt a, có tính chất : - Bị lệch âm tụ điện (do mang điện tích +2e) - Được phóng với vận tốc khoảng 107 m/s - Có khả ion hoá chất khí - Khả đâm xuyên yếu, không khí tối đa khoảng 8cm ': 090.777.54.69 Trang: 69 - + Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội b Tia bêta (b) Gồm loại: loại lệch dương tụ điện, ký hiệu b-, thực chất dòng electron loại lệch âm tụ điện, ký hiệu b + (loại thấy hơn), thực chất chùm hạt có khối lượng electron mang điện tích +e gọi electron dương hay pozitron - Các hạt b phóng với vận tốc gần vận tốc ánh sáng - Có khả ion hoá chất khí yếu tia a - Có khả đâm xuyên mạnh tia a, hàng trăm mét không khí c Tia gamma (g) Ký hiệu g, có chất điện từ tia Rơnghen, có bước sóng ngắn nhiều Đây chùm phôtôn lượng cao - Không bị lệch điện trường, từ trường - Có tính chất tia Rơnghen - Đặc biệt có khả đâm xuyên lớn, qua lớp chì dày hàng chục cm nguy hiểm cho người Câu 17 : Phản ứng hạt nhân gì? Sự phóng xạ có phải phản ứng hạt nhân không? Tại sao? Phát biểu định luật bảo toàn điện tích định luật bảo toàn số khối phản ứng hạt nhân Vận dụng chúng để lập quy tắc dịch chuyển tượng phóng xạ Phản ứng hạt nhân a Định nghóa Phản ứng hạt nhân tương tác hai hạt dẫn đến biến đổi chúng thành hạt khác, theo sơ đồ : a + b ® c + d - Số hạt nhân trước sau phản ứng nhiều - Các hạt vế trái vế phải hạt sơ cấp electron ( -01 e e1- ) pôzitron ( 10 e e+), prôtôn ( 11 H p), nơtrôn ( 10 n n), phôtôn (g)… b Sự phóng xạ có phải phản ứng hạt nhân không? Phóng xạ trình làm biến đổi hạt nhân nguyên tử thành hạt nhân nguyên tử khác, phóng xạ trường hợp riêng phản ứng hạt nhân So với phản ứng hạt nhân đầy đủ trình phóng xạ, vế trái có hạt nhân, gọi hạt nhân mẹ : a ® b + c Nếu b hạt nhân gọi hạt nhân con; c hạt a b Định luật bảo toàn a Các định luật bảo toàn phản ứng hạt nhân - Bảo toàn số nuclôn (số khối A) : Tổng số nucleôân hạt trước phản ứng sau phản ứng baèng : Aa + A b = Ac + A d - Bảo toàn điện tích (nguyên tử số Z) : Tổng điện tích hạt trước v2 sau phản ứng : Za + Zb = Zc + Zd - Bảo n lượng bảo toàn độ ng lượng : “Trong phản ứng hạt nhân, lượng động lượng bảo toàn” * Chú ý : Không có định luật bào toàn khối lượng hệ b Vận dụng định luật bảo toàn để lập quy tắc dịch chuyển tượng phóng xạ Áp dụng định luật bảo toàn số nucleôn bà vảo toàn điện tích vào trình phóng xạ, ta thu quy tắc dịch chuyển sau : A * Phóng xạ a 24 He : ® 42 He + AZ 24 Y Z X ¾¾ ( ': 090.777.54.69 ) Trang: 70 Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội So với hạt nhân mẹ, hạt nhân vị trí lùi ô bảng tuần hoàn có số khối nhỏ đơn vị (“lùi” đầu bảng, “tiến” cuối bảng) 226 Ví duù : ắắ đ 42 He + 222 88 Ra 86 Rn * Phóng xạ b- ( -1 e- ) : A Z X ắắ đ -1 e + A Z +1 Y So với hạt nhân mẹ, hạt nhân vị trí tiến ô coự cuứng soỏ khoỏi 210 Vớ duù : ắắ đ -01e - + 210 83 Bi 84 Po + v (Bi : Bitmut) v hạt nơtri nô, không mang điện, có số khối A = 0, chuyển động với vận tốc ánh sáng Thực chất phóng xạ b- hạt nhân, nơtrôn biến thành prôtôn, electron nơtrinô n ® p + e + v A * Phóng xạ b+ +01 e+ : ® 10e + Z -A1 Y Z X ¾¾ ( ) So với hạt nhân mẹ, hạt nhân vị trí lùi ô có số khối Thực chất phóng xạ b+ hạt nhân, prôtôn biến thành nơtrôn, pôzitrôn nơtrinô: p ® n + e+ + v * Phóng xạ g : Phóng xạ phôtôn có lượng : hf = E2 - E1 (E2 > E1) Do g có Z = A = nên phóng xạ g biến đổi hạt nhân nguyên tố thành hạt nhân nguyên tố kia, có giảm lượng hạt nhân lượng hf Tuy nhiên, xạ g không phát độc lập mà xạ kèm theo xạ a xạ b Câu 18 : Phát biểu định luật bảo toàn phản ứng hạt nhân Tại phản ứng hạt nhân bảo toàn khối lượng, có bảo toàn số khối Thế đơn vị khối lượng nguyên tử u So sánh đơn vị với đơn vị kg đơn vị MeV/c2 Việ c tính khối lượng nguyên tử theo đơn vị u cho ta biết điều gì? Các định luật bảo toàn phản ứng hạt nhân Xem phần 2a câu 17 Giải thích phản ứng hạt nhân bảo toàn khối lượng a Độ hụt khối Z prôtôn N nơtrôn chưa liên kết đứng yên có tổng khối lượng : mo = Zmp + Nmn Khi chúng liên kết với thành hạt nhân khối lượng m m < mo Hiệu Dm = mo - m, gọi độ hụt khối b Năng lượng liên kết Theo thuyết tương đối, tổng lượng nghỉ nuclôn lúc riêng rẽ Eo = moc2 Hạt nhân tạo thành có lượng nghỉ E = mc2 Vì m < mo nên E < Eo Nghóa là, nuclôn riêng rẽ liên kết lại thành hạt nhân có lượng DE = Eo - E = (mo - m)c2 toả : Ngược lại, muốn phá hạt nhân có khối lượng m thành nuclôn có tổng khối lượng mo > m ta phải tốn lượng DE = (mo - m)c2 để thắng lực hạt nhân DE lớn nuclôn liên kết mạnh, tốn nhiều lượng để phá liên kết, nên DE gọi lượng liên kết Vậy hạt nhân có độ hụt khối lớn, tức lượng lien kết lớn, bền vững c Giải thích bảo toàn khố i lượng Các quan sát thực nghiệm cho biết, độ bền vững hạt nhân không giống nhau, nghóa là: Tổng độ hụt khối hạt nhân sau phản ứng nhỏ (hoặc lớn) tổng độ hụt ': 090.777.54.69 Trang: 71 Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội khối hạt nhân trước phản ứng Khi tổng khối lượng hạt nhân sau phản ứng phải lớn (hoặc nhỏ) tổng khối lượng hạt nhân trước phản ứng Như khối lượng không bảo toàn, số nuclôn bảo toàn Đơn vị khối lượng nguyên tử a Thế đơn vị khối lượng nguyên tử Đơn vị khối lượng nguyên tử (kí hiệu u) 1/12 khối lượng nguyên tử đồng vị phổ biến 126 C , đơn vị gọi đơn vị cacbon b So sánh đơn vị u với đơn vị kg Vì mol cacbon có khối lượng 12g chứa NA nguyên tử (NA = 6,02.1023 mol-1 số Avôgadrô) nên khối lượng nguyên tử đồng vị u = 12 C : 0,012 (kg) Do vậy, ta có : NA 0,012 0,012 = = 1,66055.10 -27 kg 12 N A 12 6,02.1023 E(J) = m(kg) - Vì : 1MeV = 106 eV = 106.1,6022.10-19 J = 1,6022.10-13 J vaø c = 2,99792.108 m/s neân : MeV 1,6022.10 -13 J = = 1,7827.10 -30 kg c2 (2,99792.108 m / s)2 suy : kg = 0,561.10-30 MeV/c2 Vaäy : u = 1,66055.10-27 kg » 931MeV/c2 - So sánh khối lượng prôtôn nơtrôn với u, ta thấy prôtôn nơtrôn có khối lượng xấp xỉ 1u, khối lượng electron u , nên việc tính khối lượng 1800 nguyên tử theo đơn vị u cho ta biết trị số gần số khối A, tức biết số nuclôn hạt nhân nguyên tử Câu 19 : Trình bà y vấn đề sau dây phản ứng hạt nhân : Định nghóa Các định luật bảo toàn Áp dụng định luật bảo toàn để viết phản ứng xảy bắn pha hạt nhân 27 hạt a 13 Al Biết số hai hạt nhân sinh sau phản ứng hạt nơtrôn hạt thứ hai có khả phát tia b + Định nghóa Phản ứng hạt nhân tương tác hai hạt dẫn đến biến đổi chúng thành hạt khác, theo sơ đồ : A + B ® C + D Trong : A B hạt nhân tương tác với C D hạt nhân tạo thành ': 090.777.54.69 Trang: 72 GV: Bùi Gia Nội - Trong số hạt A, B, C, D có hạt hạt sơ cấp: electron ( -01 e e1- ) pôzitron ( 10 e e+), prôtôn ( 11 H p), nơtrôn ( 10 n n), phôtôn (g)… - Số hạt nhân trước sau phản ứng có nhiều - Phóng xạ trường hợp riêng phản ứng hạt nhân, vế trái có hạt nhân gọi hạt nhân mẹ Các định luật bảo toàn phản ứng hạt nhân: Xem phần 2a câu 17 Các phản ứng hạt nhân bắn phá Al hạt a Đó phản ứng nhân tạo hai ông bà Joliot – Curi dùng hạt a bắn phá vào nhôm (năm 1934) He + 27 13 Al Hạt nhân phốtpho 30 15 30 15 c So sán h đơn vị u với đơn vị McV/C2 - Do có hệ thức : E = mc2 nên có : Trung taõm LTẹH Trửụứng ẹHSP TP.HCM P ắắ đ 30 15 ¾¾ ® 30 15 P + 10 n P sinh không bền vững, phóng xạ b+ để trở thaønh silic : 30 14 Si + 10e + P đồng vị phóng xạ nhân tạo phốtpho tự nhiên Câu 20 : Hãy trình bày : Cấu tạo hạt nhân nguyên tử Đồng vị Lực hạt nhân Độ hụt khối lượng liên kết – lượng liên kết riêng Cấu tạo hạt nhân nguyên tử a Nuclôn Tuy hạt nhân có kích thước nhỏ (10-4 - 10-5m) thực nghiệm chứng tỏ hạt nhân cấu tạo từ hạt nhỏ gọi nuclôn Có loại nuclôn: - Photon (kí hiệu p) mang điện tích +e, có khối lượng mp = 1,007276u - Nơtrôn (kí hiệu n) không mang điện, có khối lượng mn = 1,008665u b Số thứ tự khối lượng số Hạt nhân nguyên tử nguyên tố thứ Z bảng tuần hoàn (Z số thứ tự) có Z prôtôn N nơtrôn Do số nuclôn hạt nhân A = Z + N, A gọi khối lượng số (hoặc số khối) Thí dụ : Ngyên tử natri có số thứ tự Z = 11, hạt nhân chứa 11 prôtôn 12 nơtrôn, soá khoái 23 A = 11 + 12 = 23 Kí hiệu : 11 Na - Nguyên tử hidro ứng với Z = có electron vỏ ngoài, hạt nhân có prôtôn nơtrôn, số khối A = - Nguyên tử cacbon (than) ứng với Z = có electron vỏ ngoài, hạt nhân chứa prôtôn nơtrôn, ố khối: A = + = 12 c Kí hiệu : Một nguyên tử hạt nhân kí hiệu cách ghi bên cạnh kí hiệu hoá học: nguyên tử số (ở phía dưới) số khối (ở phía trên) 23 Chẳng hạn, nguyên tử nêu có kí hiệu : 11 H, 126 C, 11 Na Vì kí hiệu hoá học xác định nguyên tử số nên có cần ghi : 1H, 12C, 23Na C12, Na23… Đồng vị : Các hạt nhân có số prôtôn Z, dù có khác khối lượng số (d số nơtrôn N khác nhau) hạt nhân có số electron quay xung quanh, khiến nguyên tử chúng có tính chất hoá học Vì vậy, nguyên tử xếp vị trí (đồng vị) ': 090.777.54.69 Trang: 73 Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội bảng tuần hoàn gọi đồng vị nguyên tố có số thứ tự Z Hầu hết nguyên tố bảng tuần hoàn có vài đồng vị trở lên Ví dụ : - Hidro có đồng vị : hidro thường 11 H , hidro nặng hay đơtêri 12 H D , hidro siêu nặng hay triti ( ( ) H T ) - Cacbon có đồng vò : 11 ( C, 126 C, 136 C, 146 C Trong đồng vị Trong cacbon thiên nhiên , đồng vị 12 12 ) C 126 C bền vững C chiếm tỉ lệ 99% Lực hạt nhân: Mặc dù hạt nhân nguyên tử cấu tạo từ hạt mang điện dấu không mang điện, hạt nhân lại bền vững Chứng tỏ, lực liên kết nuclôn phải loại lực khác chất so với trọng lực, lực điện lực từ, đồng thời phải mạnh so với lực Nó gọi lực hạt nhân Lực hạt nhân mạnh khoảng cách hai nuclôn nhỏ kích thước hạt nhân, nghóa hạt nhân có bán kính tác dụng khoảng 10-13m Độ hụt khối lượng liên kết - Năng lượng liên kết riê ng: Trong lónh vực hạt nhân có đặc biệt sau đây: Z prôtôn N nơtrôn tồn riêng rẽ, có khối lượng tổng cộng mo = Zmp + Nmn chúng lien kết lại thành hạt nhân có khối lượng m m < mo Hiệu Dm = mo - m gọi độ hụt khối hạt nhân Theo hệ thức Anhxtanh lượng nghỉ hạt nmhân E = mc2 phải nhỏ lượng nuclôn tồn riêng rẽ Eo = moc2 Do nuclôn liên kết lại thành hạt nhân có lượng DE = Eo – E = (mo – m)c2 = Dmc2 toaû Năng lượng DE = Dm.c2 gọi lượng liên kết ứng với hạt nhân Ngược lại, muốn phá vỡ hạt nhân thành nuclôn riêng rẽ phải hoàn lại độ hụt khối Dm đó, tức phải tốn lượng DE để thắng lực hạt nhân Hạt nhân bền vững DE phải lớn, độ hụt khối Dm lớn DE *) Năng lượng liên kết riêng: Là lượng liên kết nuclon DE0 = Hạt nhân X A bền vững hạt nhân Y lượng liên kết riêng hạt nhân X lớn lượng liên kết riêng hạt nhân Y Như xét mức độ bền vững hạt nhân ta dựa vào lượng liên kết DE, so sánh mức độ bền vững hạt nhân với ta dựa vào lượng liên kết riêng DE0 Câu 21 : Thế đồng vị? Phân biệt đồng vị phóng xạ đồng vị bền Ứng dụng đồng vị phóng xạ Định luật phóng xạ có ý nghóa ứng dụng đồng vị phóng xạ Đồng vị * Đồng vị : Xem phần câu 20 * Đồng vị phóng xạ đồng vị mà hạt nhân phóng tia phóng xạ biến đổi thành hạt nhân nguyên tố khác Thori : Ví dụ : Đồng vũ urani ( U 238 92 ắắ đ Đồng vị cacbon 14 C ': 090.777.54.69 238 92 U ) phóng tia a để biến thành hạt nhân nguyên tố He + 234 90 Th ( C ) phóng tia b 14 ắắ đ e + -1 14 - để biến thành hạt nhân nguyên tố Nitơ : N Trang: 74 Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM Đồng vị cacbon 11 C ( 11 GV: Bùi Gia Nội C) phóng tia b+ để biến thành hạt nhân nguyên tố Bo : ¾¾ ® e+ + 11 B * Đồng vị bền đồng vị mà hạt nhân biến đổi tự phát suốt thời gian tồn Ứng dụng đồng vị phóng xạ a Các đồng vị phóng xạ Các đồng vị phóng xạ (tự nhiên nhân tạo) có nhiều ứng dụng khoa học đời sống - Tia g phóng từ côban 60 có khả đâm xuyên lớn nên dùng để 27 Co + Tìm khuyết tật chi tiết máy + Diệt khuẩn để bảo quản nông sản, thực phẩm + Chữa bệnh ung thư 32 - Nhờ phát tia b- nên đồng vị phóng xạ 15 P dùng làm nguyên tố phóng xạ đánh dấu nông nghiệp - Đồng vị cacbon 14 14 C : phóng b- ứng dụng để xác định tuổi vật cổ b Ý nghóa định luật phóng xạ ứng dụng đồng vị phóng xa Định luật phóng xạ sở phép xác định tuổi vật cổ dựa vào xchu kỳ bán rã cacbon 14 C14 chất phóng xạ b- tạo khí thâm nhập vào vật Trái Đất Nó có chu kỳ bán rã 5600 năm Sự phân rã cân với tạo nên từ hàng vạn năm mật độ C14 khí không đổi: 1012 nguyên tử cacbon có nguyên tử C14 Một thực vật sống trình diệp lục hoá giữ tỷ lệ thành phần chứa cacbon Nhưng thực vật chết không trao đổi với không khí nữa, C14 phân rã mà không bù lại nên tỉ lệ giảm : sau 5600 năm có nữa, độ phóng xạ H giảm tương ứng theo công thức rút từ định luất phóng xạ : H = H oe - 0.693 T hoaëc N = N o e 0,093 t T Biết H, Ho, T N, No, T ta tính được… thời gian t (tuổi) vật cổ có nguồn gốc sinh vật (trong thành phần có đồng vị cacbon 14) Câu 22 : Hãy trình bày : Hệ thức Anhxtanh lượ ng khối lượng Độ hụt khối lượng liên kết – lượng liên kết riêng Phân biệt phản ứng hạt nhân toả lượ ng phản ứng hạt nhân thu lượng Hệ thức Anhxtanh lượ ng khối lượng a Thuyết tương đối Anhxtanh nêu lên hệ thức quan trọng lượng khối lượng vật: Nếu vật có khối lượng m có lượng E tỉ lệ với m gọi lượng nghỉ : E = mc2 (1) Trong c vận tốc ánh sáng chân không Theo hệ thức (1) gam chất chứa lượng lớn, 25 triệu kWh b Năng lượng nghỉ chuyển đổi thành lượng thông thường (như động năng) ngược lại, khiến lượng nghỉ tăng hay giảm Khi lượng nghỉ tăng hay giảm khối lượng tăng hay giảm theo tỉ lệ hệ thức (1) ': 090.777.54.69 Trang: 75 Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội c Vì lượng nghỉ tăng hay giảm, tức không bảo toàn, khối lượng không thiết bảo toàn, có lượng toàn phần, bao gồm lượng nghỉ cộng với lượng thông thường bảo toàn E d Từ hệ thức (1) ta suy : m = ; nghóa khối lượng không đo kg mà c đo theo đơn vị lượng chia cho c2 Ví dụ : * kg = 0,561.1030 MeV/c2 * Khối lượng electron : me = 9,1095.10-31kg = 0,511 MeV/c2 Độ hụt khối lượng liên kết Xem phần câu 20 Phân biệt phản ứng hạt nhân toả lượng phản ứng hạt nhân thu lượng Xét phản ứng hạt nhân : A + B ® C + D Do độ hụt khối hạt nhân khác nhau, khiến tổng khối lượng M hạt nhân sau phản ứng khác tổng khối lượng Mo hạt nhân trước phản ứng a Nếu M < Mo : Tổng khối lượng giảm nên phản ứng toả lượng DE = (Mo - M)c2 dạng động hạt nhân sinh phôtôn tia g Vậy : Phản ứng hạt nhân toả lượng, hạt sinh tổng khối lượng bé hạt ban đầu, khiến chúng bền vững b Nếu M > Mo : Tổng khối lượng tăng nên phản ứng thu lượng Song muốn phản ứng xảy ra, phải cung cấp lượng dạng động hạt A B Năng lượng cung cấp cho phản ứng W bao gồm DE = (M - Mo)c2 cộng với động Wđ hạt sinh : W = DE + Wđ Vậy : Phản ứng hạt nhân thu lượng, hạt sinh có tổng khối lượng lớn hạt ban đầu, khiến chúng bền vững Câu 23 : Thế : a Hiện tượng phóng xạ b Hiện tượng phân hạch So sánh tượng phóng xạ tượ ng phân hạch Trình bày định luật phóng xạ độ phóng xạ Trình bày a Phóng xạ: Là tượng hạt nhân nguyên tử tự động phóng xạ biến đôåi thành hạ t nhân khác Những bứ c xạ gọi tia phóng xạ, không nhìn thấy phát chúng chúng có khả làm đen kính ảnh, ion hoá chất, lệch điện trường, từ trường … b Phân hạch : Là tượng hạt nhân nặng (như đồng vị tự nhiên 235 U đồng 92 Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội So sánh tượng phóng xạ tượng phân hạch a Những điểm giống chủ yếu - Cả hai tượng dẫn đến biến đổi hạt nhân ban đầu thành hạt nhân khác Chúng trường hợp phản ứng hạt nhân - Cả hai tượng trình kèm theo toả lượng dạng động hạt sinh lượng xạ g b Những điểm khác chủ yếu - Hiện tượng phóng xạ không chịu tác động yếu tố bên ngoài, tốc độ phân rã chất hoàn toàn nguyên nhân bên định đặc trưng chu kỳ bán rã T, có trị số xác định chất Trong đó, tốc độ trình phân hạch 235U chẳng hạn phụ thuộc vào khối lượng nơtrôn chậm có khối Urani, tốc độ khống chế - Đối với chất phóng xạ, thành phần tia phóng xạ hoàn toàn ổn định, cấu tạo khối lượng mảnh vỡ từ hạt nhân 235U không hoàn toàn xác định Định luật phóng xạ độ phóng xạ (Xem phần c, d câu 16) Câu 24 : Hãy trình bày : Sự phân hạch Phản ứng dây chuyền điều kiện để xảy Nguyên tắc cấu tạo hoạt động nhà máy điện nguyên tử Sự phân hạch Sự phân hạch tượng hạt nhân nặêng hấp thụ nơtrôn chậm vỡ thành hạt nhân có số khối trung bình Nơtrôn nơtrôn có động nhỏ cỡ động trung bình chuyển động nhiệt (dưới 0,1eV) Sự phân hạch có đặc điểm quan trọng sau đây: - Phản ứng phân hạch sinh đến nơtrôn - Phản ứng phân hạch tảo lượng lớn khoảng 200MeV Thí dụ : Phản ứng phân hạch Urani 235: 235 92 U + 10 n ắắ đ 236 92 ắắ đ A' Z' U ắắ đ A Z X X' + k n + 200MeV : X X’ hạt nhân trung bình, có số khối từ 80 đến 160 - Đặc điểm phản ứng phân hạch : + Phản ứng sinh k (từ đến 3) nơtrôn + Phản ứng toả lượng lớn, khoảng 200MeV - Sự toả lượng phân hạch tổng khối lượng hạt tạo thành nhỏ tổng khối lượng hạt nhân U235 nơtrôn mà hấp thụ : mX + mX,k.mn < mU + mn vị nhân tạo Plutôni 239), hấp thụ nơtrôn chậm vỡ thành hạt nhân có số khối trung bình, đồng thời phóng từ đến nơtrôn toả lượng lớn khoảng 200MeV ': 090.777.54.69 Trang: 76 ': 090.777.54.69 Trang: 77 Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội Phản ứng dây chuyền điều kiện để phản ứng xảy - Một phần nơtrôn sinh ra, bị mát nhiều nguyên nhân (thoát ngoài, bị hạt nhân hấp thụ…) sau phân hạch lại trung bình s nơtrôn (s > 1) gây s phân hạch mới, sinh s2 nơtrôn, s3, s4 … nơtrôn Kết số phân hạch xảy liên tiếp tăng lên nhanh Đó phản ứng hạt nhân dây chuyền; s gọi hệ số nhân nơtrôn U n Hình minh hoạ trường hợp s = - Để xảy phản ứng dây chuyền phải có điều kiện : s ³ * Với s > 1, hệ thống gọi vượt hạn : ta có phản ứng dây chuyền thác lũ, lượng toả lớn, không khống chế (trường hợp sử dụng để chế tạo boom nguyên tử) * Với s = 1, hệ thống gọi tới hạn : phản ứng dây chuyền tiếp diễn không tăng vọt, lượng toả không đổi kiểm soát Đó chế độ làm việc lò phản ứng hạt nhân nhà máy điện nguyên tử Hơi * Với s < 1, hệ thống gọi hạn Chất : phản ứng dây chuyền không xảy D C Để có điều kiện s ³ khối lượng tải khối chất hạt nhân phải đạt tới giá trị nhiệt A Nước tối thiểu gọi khối lượng tới hạn m (ví dụ: h với U235, khối lượng tới hạn mh = 50kg) Nguyên tắc cấu tạo hoạt động nhà máy điện nguyên tử - Bộ phận nhà máy điện nguyên tử lò phản ứng hạt nhân Trong có : A nhiên liệu hạt nhân, B thường làm hợp kim chứa Urani làm Bơm giàu Các đặt chất làm chậm B nước nặng D2O, than chì berili, có tác dụng làm giảm vận tốc nơtrôn để trở thành nơtrôn chậm, dễ bị urani hấp thụ C điều chỉnh làm chất hấp thụ nơtrôn mà không bị phân hạch Bo, Cd Khi hạ thấp hệ số nhân nơtrôn s giảm; nâng lên s tăng; lò hoạt động chúng tự động giữ độ cao cho s = - Phản ứng phân hạch toả lượng dạng động mạnh hạt nhân hạt khác Động chuyển động thành nhiệt lò nhiệt chất tải nhiệt (thường chất lỏng) mang đến lò sinh D chứa nước Hơi nước từ lò sinh đưa vào tuabin máy phát điện, giống nhà máy nhiệt điện thông thường - Nếu kỹ thuật an toàn bảo đảm tốt, nhà máy điện nguyên tử tiện lợi kích thước nhỏ, tiêu tốn nhiên liệu Do đặt chúng lên máy bay, tàu thuỷ ': 090.777.54.69 Trang: 78 Trung tâm LTĐH Trường ĐHSP TP.HCM GV: Bùi Gia Nội Câu 25 : Thế phân hạch? Đặc điểm gì? Cho thí dụ minh hoạ Với điều kiện phản ứng phân hạch dây chuyền xảy ra? Giải thích Phản ứng nhiệt hạch gì? Với điều kiện xảy phản ứng nhiệt hạch? Giải thích Nêu lý khiến ngườ i ta quan tâm đến lượng nhiệt hạch Sự phân hạch: Xem phần 1, câu 24 Phản ứng nhiệt hạch a Định nghóa:Phản ứng nhiệt hạch phản ứng kết hợp hai hạt nhân nhẹ thành hạt nhân nặng - Ví dụ : H + 12 H ắắ đ 32 He + 10 n + 3,25MeV H + 13 H ắắ đ 42 He + 10 n + 17,6MeV - Đặc điểm phản ứng nhiệt hạch : phản ứng toả lượng Tuy phản ứng kết hợp (phản ứng nhiệt hạch) toả lượng phản ứng phân hạch, tính theo khối lượng nhiên liệu phản ứng kết hợp toả lượng nhiều b Điều kiện để xảy phản ứng nhiệt hạch Các phản ứng kết hợp khó xảy hạt nhân tích điện dương nên đẩy Muốn chúng tiến lại gần kết hợp chúng phải có động lớn để thắng lực đẩy Culông Muốn có động lớn phải có nhiệt độ cao Chính phản ứng kết hợp xảy nhiệt độ cao nên gọi phản ứng nhiệt hạch Vậy : Nhiệt độ cao (hàng chục hàng trăm triệu độ) điều kiện để xảy phản ứng nhiệt hạch Ví dụ : Trong lòng Mặt trời có nhiệt độ cao, cho phép xảy phản ứng nhiệt hạch Đó nguồn gốc lượng Mặt Trời Con người thực phản ứng nhiệt hạch dạng không kiểm soát được, dụ nổ bom khinh khí Một mục tiêu quan trọng vật lý thực phản ứng nhiệt hạch dạng kiểm soát được, để toả lượng hạn chế theo ý muốn c Lý khiến người quan tâm đến lượng nhiệ t hạch - Năng lượng nhiệt hạch nguồn lượng vô tận cho người, nhiên liệu phản ứng nhiệt hạch đơtêri, triti có nhiều Trái Đất (trong nước sông, biển) - Về mặt sinh thái, phản ứng nhiệt hạch “sạch” phản ứng phân hạch có xạ hay cặn bã phóng xạ làm ô nhiễm môi trường (THE END!) (CHÚC CÁC EM THÀNH CÔNG!) ': 090.777.54.69 Trang: 79