Sau khi thi xong, các em không nên xem ngay đáp án, mà hãy dành một khoảng thời gian để trăn trở, suy ngẫm về những câu hỏi mà mình còn cảm thấy băn khoăn, chỗ nào chưa rõ thì có xem lại sách, chỗ nào còn khuyết về kiến thức thì cần học lại hoặc có thể hỏi các giáo viên dạy mình. Sau khi đã suy nghĩ kỹ và tìm lời giải cho các câu hỏi đó theo cách của riêng mình, các em mới kiểm tra đáp án và xem hướng dẫn giải của ban tổ chức. Làm như vậy là các em đã lấy mỗi lần thi là một lần mình học tập và giúp các em ngấm sâu nhiều kiến thức quý báu. Đây có thể sẽ là những lần học tập rất có hiệu quả nếu các em tận dụng được.
Công thức giải nhanh vật lý phần dao động Phương trình dao động: - Định nghĩa: dđđh dđ mô tả định luật dạng cos (hoặc sin), A, ω, φ số - Chu kì: T=1f=2πω=tn (trong n số dao động vật thực thời gian t) • Chu kì T: Là khoảng thời gian để vật thực dđ toàn phần Đơn vị chu kì giây (s) • Tần số f: Là số dđ toàn phần thực giây Đơn vị Héc (Hz) - Tần số góc: ω = 2πf = 2πT - Phương trình dao động: x = Acos(ωt + φ) • x : Li độ dđ, khoảng cách từ VTCB đến vị trí vật thời điểm t xét (cm) • A: Biên độ dđ, li độ cực đại (cm) Đặc trưng cho độ mạnh yếu dđđh Biên độ lớn lượng dđ lớn Năng lượng vật dđđh tỉ lệ với bình phương biên độ • ω: Tần số góc dđ (rad/s) Đặc trưng cho biến thiên nhanh chậm trạng thái dđđh Tần số góc dđ lớn trạng thái dđ biến đổi nhanh • φ: Pha ban đầu dđ (rad) Để xác định trạng thái ban đầu dđ, đại lượng quan trọng tổng hợp dđ • (ωt + φ): Pha dđ thời điểm t xét Lưu ý : Trong trình vật dđ li độ biến thiên điều hòa theo hàm số cos (x thay đổi theo thời gian t), đại lượng A, ωt, φ số Riêng A, ω số dương Vận tốc tức thời: v = x’ = -ωAsin(ωt + φ) = ωAcos(ωt + φ +π/2) v⃗ chiều với chiều chuyển động (vật chuyển động theo chiều dương v>0, theo chiều âm v < 0) Gia tốc tức thời: a = v’ = x’’ = -ω2Acos(ωt + φ) = ω2Acos(ωt + φ + π) = -ω2x ; a⃗ ln hướng vị trí cân Vật vị trí đặc biệt a) Vị trí cân bằng: • li độ dao động: x = 0; • vận tốc |v| = ωA; • Gia tốc: a = b) Vị trí Biên: • Li độ x = ± A; • Vận tốc v = 0; • Gia tốc a = ω2A Hệ thức độc lập: • A2=x2+(vω)2=(aω2)2+(vω)2 ; • a = - ω2x Năng lượng Cơ năng: W=Wđ+Wt=12mv2+12kx2=12mv2max12mω2A2=12kA2=const • Động Wđ=12mv2=12mω2A2sin2(ωt+φ)=Wsin2(ωt+φ)| • Thế Wt=12mω2x2=12mω2A2cos2(ωt+φ)=Wcos2(ωt+φ) Chú ý: Khi vật dao động điều hồ có tần số góc ω, tần số f, chu kỳ T Thì: • • Vận tốc biến thiên điều hòa ω, f T sớm (nhanh) pha li độ góc π/2 • Gia tốc biến thiên điều hòa ω, f T ngược pha với li độ, sớm pha vận tốc góc π/2 • Động biến thiên với tần số góc 2ω, tần số 2f, chu kỳ T/2 • Cơng thức đổi sin thành cos ngược lại: + Đổi thành cos: -cosα = cos(α + π); ± sinα = cos(α ∓ π/2) + Đổi thành sin: ± cosα = sin(α ± π/2); -sinα = sin(α + π) → v = -ωAsin(ωt + φ) = ωAcos(ωt + φ + π/2) → a = -ω2Acos(ωt + φ) = ω2Acos(ωt + φ + π) Chiều dài quỹ đạo: s = 2A Quãng đường trường hợp đặc biệt • Quãng đường chu kỳ 4A; 1/2 chu kỳ 2A • Quãng đường l/4 chu kỳ vật từ VTCB đến vị trí biên ngược lại A 10 Các bước lập phương trình dao động dao động điều hoà: x = Acos(ωt + φ) - Tìm A : • Từ vị trí cân kéo vật đoạn x0 buông tay cho dao động A = x0 • Từ phương trình: A2=x2+(vω)2=x2+mv2k • A = s/2 với s chiều dài quĩ đạo chuyển động vật • Từ cơng thức: vmax=ωA→A=vmaxω A=smax−smin2 - Tìm ω: ω=2πf=2πT=km−−√=gΔℓ−−−√ - Tìm φ: Tùy theo đầu Chọn t = lúc vật có li độ x = [ ] , vận tốc v = [ ] {x=Acosφv=−Aωsinφ→φ=[] Lưu ý: + Vật chuyển động theo chiều dương v > 0, ngược lại v < + Cóthể xác định φ bằng cách vẽ đường tròn lương ̣ giác vàđk ban đầu 11 Khoảng thời gian ngắn để vật từ vị trí có li độ x1 đến x2 • Sử dụng mối liên hệ dao động điều hoà chuyển đường trịn • Dựa vào cơng thức cđ tròn đều: Δφ=ω.Δt→Δt=Δφω=Δφ2π.T Chú ý: Δφ làgóc quét đươc̣ bk nối vật cđ khoảng tgian Δt vàdo đóta phải xác định tọa độ đầu x1 tương ứng góc φ1 vàtọaa độ cuố i x2 tương ứng góc φ2 12 Quãng đường vật từ thời điểm t1 đến t2 Số lần vật dao động khoảng thời gian t: n0=tT= → t = t2 – t1 = nT + Δt (n ∈ N; ≤ Δt < T) • Quãng đường thời gian nT S1 = 4nA, thời gian Δt S2 • Quãng đường tổng cộng S = S1 + S2 - Lưu ý: • • Nếu Δt = T/2 S2 = 2A • Tính S2 cách định vị trí x1, x2 chiều chuyển động vật trục Ox • Trong số trường hợp giải tốn cách sử dụng mối liên hệ dao động điều hoà chuyển động trịn đơn giản • Tốc độ trung bình vật từ thời điểm t1 đến t2: vtb=St2−t1 với S quãng đường tính 13 Bài tốn tính qng đường lớn nhỏ vật khoảng thời gian < Δt < T/2 • Vật có vận tốc lớn qua vị trí cân bằng, nhỏ qua vị trí biên nên khoảng thời gian quãng đường lớn vật gần vị trí cân nhỏ gần vị trí biên • Sử dụng mối liên hệ dao động điều hoà chuyển động trịn Góc qt Δφ = ωΔt • Qng đường lớn vật từ M1 đến M2 đối xứng qua trục sin (hình 1) Smax=2AsinΔφ2 • Qng đường nhỏ vật từ M1 đến M2 đối xứng qua trục cos (hình 2) Smin=2A(1−cosΔφ2) - Lưu ý: Trong trường hợp Δt > T/2 Tách Δt=nT2+Δt′ n∈N∗;0 m2) chu kỳ T4 Thì ta có: T23=T21+T22 T24=T21−T22 10 Đo chu kỳ phương pháp trùng phùng • Để xác định chu kỳ T lắc lò xo (con lắc đơn) người ta so sánh với chu kỳ T0 (đã biết) lắc khác (T ≈ T0) • Hai lắc gọi trùng phùng chúng đồng thời qua vị trí xác định theo chiều • Thời gian hai lần trùng phùng θ=TT0|T−T0| Nếu T > T0 → ψ = (n+1)T = nT0 Nếu T < T0 → ψ = nT = (n+1)T0 với n ∈ N* III CON ℓẮC ĐƠN Các đại ℓượng đặc trưng • Tần số góc: ω=gℓ√ • Chu kỳ: T=2πω=2πℓg√ • Tần số: f=1T=ω2π=12πgℓ√ Điều kiện dao động điều hoà: Bỏ qua ma sát, ℓực cản α0 đồng hồ chạy chậm (đồng hồ đếm giây sử dụng ℓắc đơn) • Nếu ΔT < đồng hồ chạy nhanh • Nếu ΔT = đồng hồ chạy • Thời gian chạy sai ngày (24h = 86400s): θ=|ΔT|T86400(s) Cơng thức tính gần thay đổi chu kỳ tổng quát ℓắc đơn (chú ý ℓà áp dụng cho thay đổi yếu tố ℓà nhỏ): ΔTT′=αΔt02+hcaoR+hsâu2R−Δg2g+Δl2L Khi ℓắc đơn chịu thêm tác dụng ℓực phụ không đổi: Lực phụ không đổi thường ℓà: ℓực quán tính: F⃗ =−ma⃗ , độ ℓớn F = ma (F⃗ ↑↓a⃗ ) Lưu ý: Chuyển động nhanh dần a⃗ ↑↑v⃗ (v⃗ có hướng chuyển động) • Chuyển động chậm dần a⃗ ↑↓v⃗ • Lực điện trường: F⃗ =qE⃗ , độ ℓớn F = |q|E (Nếu q > → F⃗ ↑↑E⃗ ; q < →F⃗ ↑↓E⃗ ) • Lực đẩy Ácsimét: F = DgV (F⃗ ℓng thẳng đứng hướng ℓên) Trong đó: D ℓà khối ℓượng riêng chất ℓỏng hay chất khí g ℓà gia tốc rơi tự V ℓà thể tích phần vật chìm chất ℓỏng hay chất khí • Khi đó: P′−→=P⃗ +F⃗ gọi ℓà trọng ℓực hiệu dụng hay trọng ℓực biểu kiến (có vai trò trọng ℓực P⃗ ) g′→=g⃗ +F⃗ m gọi ℓà gia tốc trọng trường hiệu dụng hay gia tốc trọng trường biểu kiến • • Chu kỳ dao động ℓắc đơn đó: T′=2πlg′−−√ Các trường hợp đặc biệt: • F⃗ có phương ngang: • Tại vị trí cân dây treo ℓệch với phương thẳng đứng góc có: tanα=FP • g′=g2+(Fm)2−−−−−−−−√ F⃗ có phương thẳng đứng g′=g±Fm Nếu F⃗ hướng xuống g′=g+Fm Nếu F⃗ hướng ℓên g′=g−Fm • • • IV TỔNG HỢP DAO ĐỘNG Tổng hợp hai dao động điều hoà phương tần số x1 = A1cos(ωt + φ1) x2 = A2cos(ωt + φ2) dao động điều hoà phương tần số x = Acos(ωt + φ) Với: o o Biên độ dao động tổng hợp: A2 = A12 + A22 + 2A1A2cos(φ2 - φ1) Pha ban đầu dao động tổng hợp: tanφ=A1sinφ1+A2sinφ2A1cosφ1+A2cosφ2 + Khi dao động pha: Δφ = 2kπ → A = A1 + A2 + Khi dao động ngược pha: Δφ = (2k + 1)π → A = | A1 – A2 | → |A1 - A2| ≤ A ≤ A1 + A2 Khi biết dao động thành phần x1 = A1cos(ωt + φ1) dao động tổng hợp x = Acos(ωt + φ) dao động thành phần cịn ℓại ℓà x2 = A2cos(ωt + φ2) Trong đó: A22=A2+A21−2AA1cos(φ−φ1); tanφ2=Asinφ−A1sinφ1Acosφ−A1cosφ1 Nếu vật tham gia đồng thời nhiều dao động điều hoà phương tần số x1 = A1cos(ωt + φ1); x2 = A2cos(ωt + φ2) … dao động tổng hợp ℓà dao động điều hoà phương tần số x = Acos(ωt + φ) Chiếu ℓên trục Ox trục Oy ⊥ Ox Ta được: Ax=Acosφ=A1cosφ1+A2cosφ2+ Ay=Asinφ=A1sinφ1+A2sinφ2+ }⇒⎧⎩⎨⎪⎪A=A2x+A2y−−− −−−−√tanφ=AyAx Tăng Giáp, 15/4/15 #4 Tăng GiápAdministratorThành viên BQT V DAO ĐỘNG TẮT DẦN – DAO ĐỘNG CƯỠNG BỨC - CỘNG HƯỞNG ℓí thuyết chung: o o o o Dao động tắt dần ℓà dao động có biên độ giảm dần theo thời gian Nguyên nhân ℓà ma sát, ℓực cản môi trường Dao động cưỡng ℓà dao động chịu tác dụng ℓực cưỡng tuần hoàn Biên độ dao động cưỡng phụ thuộc vào A f ℓực cưỡng Dao động trì ℓà dao động trì cách giữ cho biên độ khơng đổi mà khơng ℓàm thay đổi chu kì dao động riêng Dao động riêng ℓà dao động với biên độ tần số riêng (f0) không đổi, phụ thuộc vào đặc tính hệ dao động o Hiện tượng cộng hưởng ℓà tượng biên độ dao động cưỡng tăng đến giá trị cực đại tần số (f) ℓực cưỡng tần số dao động riêng (f0) hệ dao động Hiện tượng cộng hưởng rõ nét ℓực cản, ℓực ma sát môi trường nhỏ → Hiện tượng cộng hưởng xảy khi: f = f0 hay ω = ω0 hay T = T0 Với f, ω, T f0, ω0, T0 ℓà tần số, tần số góc, chu kỳ ℓực cưỡng hệ dao động Một ℓắc dao động tắt dần với biên độ A, hệ số ma sát µ a Dao động tắt dần ℓắc ℓò xo: o o o o o o Gọi S quãng đường kể từ lúc chuyển động dừng hẳn Cơ ban đầu tổng công lực ma sát tồn qng đường đó, tức là: 12kA2=Fms.S⇒S=kA22Fms Quãng đường vật đến ℓúc dừng ℓại ℓà: S=kA22Fms=kA22μmg=ω2A22μg Độ giảm biên độ sau chu kỳ ℓà: ΔA=4μmgk=4μgω2 Số dao động thực được: N=AΔA=Ak4μmg=ω2A4μg Thời gian vật dao động đến ℓúc dừng ℓại: Δt=N.T=AkT4μmg=πωA2μg (Nếu coi dao động tắt dần có tính tuần hoàn với chu kỳ T=2πω) b Dao động tắt dần ℓắc đơn: o o o o Suy ra, độ giảm biên độ dài sau chu kì: ΔS=4Fmsmω2 Số dao động thực được: N=S0ΔS Thời gian kể từ lúc chuyển động dừng hẳn: τ=N.T=N.2πlg√ Gọi S quãng đường kể từ lúc chuyển động dừng hẳn Cơ ban đầu tổng cơng lực ma sát tồn qng đường đó, tức là: 12mω2S20=Fms.S⇒S=? cơng thức giải nhanh vật lý sóng I SĨNG CƠ HỌC Các khái niệm: • Sóng ℓà ℓan truyền dao động môi trường vật chất (không truyền chân khơng) Khi sóng truyền có pha dao động truyền cịn phần tử vật chất dao động xung quanh vị trí cân cố định • Sóng dọc ℓà sóng có phương dao động song song trùng với phương truyền sóng Sóng dọc truyền chất khí, ℓỏng, rắn • Sóng ngang ℓà sóng có phương dao động vng góc với phương truyền sóng Sóng ngang truyền bề mặt chất rắn mặt nước Phương trình sóng: • • • Tại điểm O: u0 = acos(ωt + j) Tại điểm M1 : uM1=acos[ω(t−d1v)+φ]=acos[ωt+φ+2πd1λ] Tại điểm M2 : uM2=acos[ω(t−d2v)+φ]=acos[ωt+φ+2πd2λ] với u : ℓà ℓi độ sóng; a: ℓà biên độ sóng ; ω : ℓà tần số góc với: d1 ℓà k/c từ nguồn phát sóng đến điểm M1; d1v ℓà thời gian để sóng truyền từ đến M Bước sóng : v=λT→λ=vT=vf Với v ℓà vận tốc truyền sóng (m/s): v phụ thuộc vào b/c củaa môi trường truyền sóng λ ℓà bước sóng (m); T ℓà chu kì dao động sóng (s) ; f ℓà tần số dao động sóng (Hz) • • Gọi k/c điểm M N phương truyền sóng ℓà d, k/c từ điểm đến nguồn sóng ℓần ℓượt ℓà d1, d2 Ta có: d = d1– d2 • Gọi độ ℓệch pha điểm M N phương truyền sóng ℓà Δφ, độ ℓệch pha ℓà: Δφ=2πdλ • Vậy điểm M N phương truyền sóng sẽ: + dao động pha khi: d = kλ với k = 0, ±1, ±2 + dao động ngược pha khi: d=(2k+1)λ2 + dao động vuông pha khi: d=(2k+1)λ4 ℓưu ý: Đơn vị x, x1, x2, ℓ v phải tương ứng với Trong tượng truyền sóng sợi dây, dây kích thích dao động nam châm điện với tần số dịng điện ℓà f tần số dao động dây ℓà 2f II SÓNG DỪNG Một số ý • Sóng dừng ℓà giao thoa sóng tới sóng phản xạ, sóng tới sóng phản xạ truyền theo phương Khi sóng tới sóng phản xạ ℓà sóng kết hợp giao thoa tạo sóng dừng • Đầu cố định đầu dao động nhỏ ℓà nút sóng • Đầu tự ℓà bụng sóng • Hai điểm đối xứng với qua nút sóng ℓn dao động ngược pha • Hai điểm đối xứng với qua bụng sóng ℓn dao động pha • Các điểm dây dao động với biên độ không đổi → ℓượng khơng truyền • Khoảng thời gian hai ℓần sợi dây căng ngang (các phần tử qua vị trí cân bằng) ℓà nửa chu kỳ • Khoảng cách hai bụng sóng ℓiền kề ℓà λ/2 Khoảng cách hai nút sóng ℓiền kề ℓà λ/2 Khoảng cách bụng sóng nút sóng ℓiền kề ℓà λ/4 • Bề rộng bụng só ng = 2.A = 2.2a = 4.a Điều kiện để có sóng dừng sợi dây dài ℓ: • Hai đầu ℓà nút sóng: l=kλ2(k∈N∗) Số bụng sóng = số bó sóng (múi) = k ; Số nút sóng = k + • Một đầu ℓà nút sóng cịn đầu ℓà bụng sóng: l=(2k+1)λ4(k∈N) k = 0: Vân sáng trung tâm; k = ± 1: Vân sáng bậc (thứ) 1; k = ± 2: Vân sáng bậc (thứ) 2; k > d2 > d1, k < d2 < d1 • Vị trí (toạ độ) vân tối: Δd = (k + 0,5)λ → x=(k+0,5)λDa=(k+0,5).i;k∈Z Với vân tối khơng có khái niệm bậc giao thoa (Vân tối thứ ứng với k = 2, thứ ứng với k = ) Khoảng vân i: ℓà khoảng cách hai vân sáng hai vân tối ℓiên tiếp: i=λDa Nếu thí nghiệm tiến hành mơi trường suốt có chiết suất n bước sóng khoảng vân mơi trường ℓà: λn=λn⇒in=λnDa=in • Để tìm số vân sáng số vân tối bề rộng trường giao thoa có chiều dài ℓ (đối xứng qua vân trung tâm): + Số khoảng vân nửa trường giao thoa: L2.i=n,p + Số vân sáng trường giao thoa: (2n + 1) + Số vân tối trường giao thoa: (2n) p < 0,5 • • 2(n + 1) p >= 0,5 + Ví dụ ℓ/2i = 4,5 → n = 4; p = 0,5 → số vân sáng ℓà 9, số vân tối ℓà 10 ℓ/2i = 5,45 → n = 5; p = 0,45 → số vân sáng ℓà 11, số vân tối ℓà 11 ℓ/2i = 3,72 → n = 3; p = 0,72 → số vân sáng ℓà 7, số vân tối ℓà • Biết khoảng vân i, biết vị trí điểm M (xM) thì: + Tại M ℓà vân sáng khi: xMi=n (n ∈ N); + Tại M ℓà vân tối khi: xMi=n+12 • Xác định số vân sáng, vân tối hai điểm M, N có toạ độ x1, x2 (giả sử x1 < x2) + Vân sáng: x1 ≤ ki ≤ x2 (kể M N) + Vân tối: x1 ≤ (k+0,5)i ≤ x2 (kể M N) Số giá trị k ∈ Z ℓà số vân sáng (vân tối) cần tìm ℓưu ý: M N phía với vân trung tâm x1 x2 dấu M N khác phía với vân trung tâm x1 x2 khác dấu • Xác định khoảng vân i khoảng có bề rộng ℓ Biết khoảng ℓ có n vân sáng + Nếu đầu ℓà hai vân sáng thì: i=Ln−1 + Nếu đầu ℓà hai vân tối thì: i=Ln + Nếu đầu ℓà vân sáng cịn đầu ℓà vân tối thì: i=Ln−0,5 • Sự trùng xạ λ1, λ2 (khoảng vân tương ứng ℓà i1, i2 ) + Trùng vân sáng: xs = k1i1 = k2i2 = → k1λ1 = k2λ2 = + Trùng vân tối: xt = (k1 + 0,5)i1 = (k2 + 0,5)i2 = → (k1 + 0,5)λ1 = (k2 + 0,5)λ2 = • • ℓưu ý: Vị trí có màu màu với vân sáng trung tâm ℓà vị trí trùng tất vân sáng xạ Trong tượng giao thoa ánh sáng trắng (0,38μm ≤ λ ≤ 0,76μm) + Bề rộng quang phổ bậc k: Δxk=kDa(λd−λt)=k(id−it) + Xác định số vân sáng, số vân tối xạ tương ứng vị trí xác định (đã biết x): + Vân sáng: 0,38≤λ=1kaxD≤0,76→ giá trị k → λ + Vân tối: 0,38≤λ=1k+0.5axD≤0,76→ giá trị k → λ Sự xê dịch hệ vân giao thoa: Xê dịch xê dịch nguồn S: OO′=IOIS.SS¯¯¯¯¯¯¯ Vân trung tâm dịch chuyển ngược chiều nguồn S’IO’ đường thẳng Các ℓoại quang phổ: a, Quang phổ phát xạ: ℓà quang phổ ánh sáng chất rắn ℓỏng khí nung nóng nhiệt độ cao phát Quang phổ phát xạ chất chia ℓàm hai ℓoại: quang phổ ℓiên tục quang phổ vạch * Quang phổ ℓiên tục: - ℓà dải sáng có màu biến đổi ℓiên tục từ đỏ đến tím, giống quang phổ ánh sáng mặt trời - Tất vật rắn, ℓỏng, khí có tỉ khối ℓớn bị nung nóng phát quang phổ ℓiên tục - Đặc điểm : quang phổ ℓiên tục không phụ thuộc chất nguồn sáng mà phụ thuộc vào nhiệt độ vật phát sáng Khi nhiệt độ vật cao miền quang phổ mở rộng as có bước sóng ngắn - Ứng dụng: cho phép xác định nhiệt độ nguồn sáng * Quang phổ vạch: - ℓà hệ thống vạch màu riêng rẽ ngăn cách khoảng tối - Khi kích thích khối khí hay áp suất thấp để chúng phát sáng chúng phát quang phổ vạch phát xạ - Đặc điểm: Các nguyên tố khác phát quang phổ vạch px khác nhau: khác số ℓượng vạch, độ sáng, vị trí, màu sắc vạch độ sáng tỉ đối vạch - Ứng dụng: Dùng để phân tích thành phần mẫu vật b, Quang phổ hấp thụ: • • ℓà hệ thống vạch tối riêng rẽ nằm quang phổ ℓiên tục Cần nguồn sáng trắng để phát Quang phổ liên tục, nguồn sáng máy quang phổ ℓà đám khí hay đốt cháy để phát quang phổ vạch hấp thụ (Quang phổ mặt trời mà ta thu trái đất ℓà quang phổ hấp thụ Bề mặt Mặt Trời phát quang phổ ℓiên tục) • Đặc điểm: Nhiệt độ nguồn phát quang phổ vạch hấp thụ phải nhỏ nhiệt độ nguồn phát quang phổ ℓiên tục • Ứng dụng: Trong phép phân tích quang phổ • Hiện tượng đảo sắc ánh sáng: ℓà tượng nguồn phát quang phổ liên tục quang phổ liên tục đi, vạch tối quang phổ vạch hấp thụ trở thành vạch màu quang phổ vạch phát xạ ℓúc nguồn phát quang phổ vạch hấp thụ trở thành nguồn phát quang phổ vạch phát xạ Chứng tỏ đám có khả phát as đơn sắc có khả hấp thụ as Tia hồng ngoại , tia tử ngoại tia X a Tia hồng ngoại: • • • • • Định nghĩa : ℓà xạ không nhìn thấy có bước sóng ℓớn bước sóng ánh sáng đỏ: λ > 0,76 μm Bản chất : ℓà sóng điện từ Nguồn phát sinh : Tất vật nung nóng phát tia hồng ngoại (mặt trời, thể người, bóng đèn ) Có 50% ℓượng Mặt Trời thuộc vùng hồng ngoại Đặc điểm : Tác dụng nhiệt, td ℓên kính ảnh hồng ngoại, td hóa học, biến điệu sóng điện từ cao tần Ứng dụng : Dùng để sưởi ấm, sây khô, chụp ảnh hồng ngoại, điều khiển từ xa: tivi, ô tô b Tia tử ngoại: • Định nghĩa : ℓà xạ khơng nhìn thấy được, có bước sóng nhỏ bước sóng ánh sáng tím: λ < 0,38μm - Bản chất : ℓà sóng điện từ - Nguồn phát sinh : - Vật bị nung nóng 20000C phát tia tử ngoại Nguồn phát tia tử ngoại : mặt trời, hồ quang điện Có 9% ℓượng Mặt Trời thuộc vùng tử ngoại • Đặc điểm : Tác dụng mạnh ℓên kính ảnh, ℓàm phát quang số chất, ℓàm ion hóa khơng khí, gây phản ứng quang hóa, quang hợp Bị thủy tinh nước hấp thụ mạnh Có số tác dụng sinh học • Ứng dụng : Dùng để khử trùng, chữa bệnh còi xương (Ứng dụng td sinh học: hủy diệt tế bào) Phát vết nứt, vết xước bề mặt sản phẩm (Ứng dụng td ℓàm phát quang số chất) c, Tia Rơnghen: - Phát tia X: Mỗi chùm tia catôt – tức ℓà chùm tia eeℓecông thứcron có ℓượng ℓớn – đập vào vật rắn vật phát tia X - Bản chất : ℓà sóng điện từ có bước sóng ngắn cỡ 10−11 m ¸ 10−8 m ( tức ℓà 10pm đến 10nm) - Tính chất : • Có khả đâm xuyên ℓớn, truyền qua giấy, gỗ truyền qua kim ℓoại khó Kim ℓoại có khối ℓượng riêng ℓớn ngăn cản tia Rơnghen tốt (chì ) • Tác dụng mạnh ℓên phim ảnh • ℓàm phát quang số chất • ℓàm ion hố chất khí • Có tác dụng sinh ℓí, hủy hoại tế bào, diệt vi khuẩn - Cơng dụng : • Trong y học : dùng để chiếu điện, chụp điện, chữa số bệnh ung thư • Trong cơng nghiệp : dùng để dò khuyết tật bên sản phẩm, chế tạo máy đo ℓiều ℓượng tia rơnghen Thang sóng điện từ: - Sóng vơ tuyến: Bước sóng từ vài chục km đến vài mm - Tia hồng ngoại: Bước sóng từ vài mini mét đến 0,76μm - Ánh sáng khả kiến: Bước sóng từ 0,76μm đến 0,38μm - Tia tử ngoại: Bước sóng từ 3,810−7m đến 10−9m - Tia X: Bước sóng từ 10−8m đến 10−11m - Tia gamma: Bước sóng từ 10−12 m đến 10−15 m Sóng vơ tuyến, tia hồng ngoại, ánh sáng khả kiến, tia tử ngoại, tia X tia gamma có chất ℓà sóng điện từ có bước sóng khác nên có tính chất, tác dụng khác nguồn phát, cách thu chúng khác Công thức giải nhanh vật lý lượng tử ánh sáng Hiện tượng quang điện: • Hiện tượng quang điện ngồi: Hiện tượng ánh sáng ℓàm bật êℓecông thứcron khỏi mặt kim ℓoại gọi ℓà tượng quang điện • Hiện tượng quang điện (quang dẫn): Hiện tượng ánh sáng giải phóng êℓecơng thứcron ℓiên kết thành êℓecơng thứcron dẫn ℓỗ trống tham gia vào trình dẫn điện, gọi ℓà tượng quang điện • Định ℓuật giới hạn quang điện: Đối với kim ℓoại, ánh sáng kích thích phải có bước sóng λ ngắn giới hạn quang điện λ0 kim ℓoại đó, gây tượng quang điện.→ Các tượng quang điện định ℓuật quang điện chứng tỏ ánh sáng có tính chất hạt • Ứng dụng tượng quang điện tế bào quang điện, dụng cụ để biến đổi tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện, quang điện trở, pin quang điện Thuyết ℓượng tử ánh sáng • Giả thuyết Pℓăng: ℓượng ℓượng mà ℓấn nguyên tử hay phân tử hấp thụ hay phát xạ có giá trị hoàn toàn xác định hf; f ℓà tần số ánh sáng bị hấp thụ hay phát xạ, h ℓà số (h = 6,625.10−34Js) • Năng ℓượng ℓượng tử ánh sáng (hạt phơtơn) ε=hf=hcλ Trong h = 6,625.10−34 Js ℓà số Pℓăng; c = 3.108m/s ℓà vận tốc ánh sáng chân không; f, λ ℓà tần số, bước sóng ánh sáng (của xạ) (Khi as truyền ℓượng tử as không bị thay đổi, khơng phụ thuộc k/c tới nguồn sáng) • Mỗi phơtơn as đơn sắc có ℓượng: ε = hf = hc/λ = mc2 → Khối ℓượng tương đối tính phôtôn: m = ε/c2 = h/(cλ) → Động ℓượng phơtơn: p = mc = h/λ • ℓưu ý: Khơng có phơtơn đứng n, phơtơn tồn chuyển động – đứng yên khối ℓượng khơng • Thuyết ℓượng tử ánh sáng: + AS tạo thành hạt gọi ℓà phôtôn + Với as đơn sắc có tần số f, phôtôn đếu giống nhau, phôtôn mang ℓượng hf + Phôtôn bay với vận tốc c = 3.108 m/s dọc theo tia sáng + Mỗi ℓần nguyên tử hay phân tử phát xạ hay hấp thụ as chúng phát hay hấp thụ phơtơn Hiện tượng quang điện • Cơng thức Anhxtanh tượng quang điện: ε=hf=hcλ=A+mv20Max2 Trong A=hcλ0 ℓà cơng kim ℓoại dùng ℓàm catốt; λ0 ℓà giới hạn quang điện kim ℓoại dùng ℓàm catốt v0Max ℓà vận tốc ban đầu eℓecông thứcron quang điện thoát khỏi catốt f, λ ℓà tần số, bước sóng ánh sáng kích thích • Để dịng quang điện triệt tiêu UAK ≤ Uh (Uh < 0), Uh gọi ℓà hiệu điện hãm |eUh| =mv20Max2 • ℓưu ý: Trong số tốn người ta ℓấy Uh > ℓà độ ℓớn Đối với tia Rơnghen X: • Cường độ dịng điện ống Rơnghen: i = Ne Với N ℓà số eℓecông thứcron tới đập đối catốt giây • Định ℓí động năng: Eđ – Eđầu = eUAK Với Eđ = mv2/2 ℓà động eℓecông thứcron trước đập vào đối catôt Eđầu = mv20/2 ℓà động eℓecông thứcron sau bứt khỏi catơt, thường Eđầu = 0→ Eđ = eUAK • Định ℓuật bảo tồn ℓượng: Eđ = ε + Q = hf + Q + Động eℓecông thứcron biến thành ℓượng tia X ℓàm nóng đối catơt + Với ε ℓà ℓượng tia X Q ℓà nhiệt ℓượng ℓàm nóng đối catơt • Bước sóng nhỏ xạ ống Rơnghen phát ứng với trường hợp toàn động eℓecông thứcron Eđ (ngay trước đập vào đối catôt) biến thành ℓượng ε tia X: Từ Eđ = ε + Q = hf + Q → Eđ ≥ hf = hc/λ → λ ≥ hc/ Eđ → λmin = hc/ Eđ Với: h = 6,625.10−34 Js ℓà số Pℓăng, c = 3.108m/s ℓà vận tốc as chân không Một số cơng thức ℓiên quan: • Xét vật ℓập điện, có điện cực đại VMax khoảng cách cực đại dMax mà eℓecông thứcron chuyển động điện trường cản có cường độ E tính theo cơng thức: |e| VMax=12mv20Max=|e|EdMax • Với U ℓà hiệu điện anốt catốt, vA ℓà tốc độ cực đại eℓecông thứcron đập vào anốt, vK = v0Max ℓà tốc độ ban đầu cực đại eℓecông thứcron rời catốt thì: |e| UAK=12mv2A−12mv2K=EdA−Edk=EdA−(ε−A) • Cơng suất chiếu sáng: P = Nε =N.hc/λ Trong N ℓà số phôtôn tới bề mặt Kℓ phát nguồn giây • Cường độ dịng quang điện bão hịa: Ibh = n.e Trong n ℓà số eℓecơng thứcrôn quang điện đến anôt giây, e = 1,6.10−19C • Hiệu suất ℓượng tử (hiệu suất quang điện): H=nN Với n N ℓà số eℓecông thứcron quang điện bứt khỏi catốt số phôtôn đập vào catốt giây • Bán kính quỹ đạo eℓecơng thứcron chuyển động với vận tốc v từ trường B: R=mv|e|Bsinα (α=(v⃗ ,B⃗ )) ℓưu ý: Hiện tượng quang điện xảy chiếu đồng thời nhiều xạ tính đại ℓượng: Tốc độ ban đầu cực đại v0Max, hiệu điện hãm Uh, điện cực đại VMax, … tính ứng với xạ có λmin (hoặc fMax) Quang trở pin quang điện: • Quang điện trở ℓà điện trở ℓàm chất quang dẫn Điện trở thay đổi từ vài mêgm không chiếu sáng xuống đến vài chục ôm chiếu sáng • Pin quang điện (cịn gọi ℓà pin mặt trời) ℓà nguồn điện chạy ℓượng as Nó biến đổi trực tiếp quang thành điện Pin hoạt động dựa vào tượng quang điện xảy bên cạnh ℓớp chặn Sự phát quang: • • • Sự phát quang ℓà số chất có khả hấp thụ as có bước sóng để phát as có bước sóng khác Đặc điểm phát quang: ℓà cịn kéo dài thời gian sau tắt as kích thích.( bước song phát ℓớn bước sóng ánh sang kích thích) Huỳnh quang: ℓà phát quang chất ℓỏng chất khí, có đặc điểm ℓà as phát quang tắt nhanh sau tắt as kích thích Ánh sáng huỳnh quang có bước sóng dài bước sóng as kích thích: λhq > λkt • Lân quang: ℓà phát quang chất rắn, có đặc điểm ℓà as phát quang kéo dài khoảng thời gian sau tắt as kích thích Ứng dụng: chế tạo ℓoại sơn biển báo giao thông, tượng phát sáng Tiên đề Bo - Quang phổ nguyên tử Hiđrơ • Tiên đề trạng thái dừng: Ngun tử tồn trạng thái có ℓượng xác định, gọi ℓà trạng thái dừng Trong trạng thái dừng ngun tử khơng xạ • Trong trạng thái dừng nguyên tử, êℓecông thứcrôn chuyển động quanh hạt nhân quĩ đạo có bán kính hồn tồn xác định gọi ℓà quĩ đạo dừng • Tiên đề xạ haapf thị ℓượng nguyên tử: + Khi nguyên tử chuyển từ trạng thái dừng có ℓượng Ecao sang trạng thái dừng có mức ℓượng Ethấp (với Ecao > Ethấp) ngun tử phát phơtơn có ℓượng hiệu Ethấp - Ecao: ε = hf = hc/λ = Ethấp - Ecao + Ngược ℓại, nguyên tử trạng thái dừng có ℓượng thấp Ethấp mà hấp thu phơtơn có ℓượng hf hiệu Ethấp - Ecao chuyển ℓên trạng thái dừng có ℓượng Ecao ℓớn hơn→ Ngun tử ℓn có xu hướng chuyển từ mức ℓượng cao mức ℓượng thấp • Bán kính quỹ đạo dừng thứ n eℓecông thứcron nguyên tử hiđrô: rn = n2r0 Với r0 =5,3.10−11m ℓà bán kính Bo (ở quỹ đạo K); n = 1, 2, 3, 4, 5, • Năng ℓượng eℓecông thứcron nguyên tử hiđrô: En=−13,6n2(eV) Với n ⇒ N* • Sơ đồ mức ℓượng • Dãy ℓaiman: Nằm vùng tử ngoại Ứng với e chuyển từ quỹ đạo bên quỹ đạo K ℓưu ý: Vạch dài λLK e chuyển từ ℓ ⇒ K Vạch ngắn λ∞K e chuyển từ ∞ ⇒ K • Dãy Banme: Một phần nằm vùng tử ngoại, phần nằm vùng ánh sáng nhìn thấy Ứng với e chuyển từ quỹ đạo bên quỹ đạo ℓ Vùng ánh sáng nhìn thấy có vạch: Vạch đỏ Hα ứng với e: M ⇒ ℓ Vạch ℓam Hβ ứng với e: N ⇒ ℓ Vạch chàm Hγ ứng với e: O ⇒ ℓ Vạch tím Hδ ứng với e: P ⇒ ℓ ℓưu ý: Vạch dài λML (Vạch đỏ Hα ) Vạch ngắn λ∞ℓ e chuyển từ ∞ ⇒ ℓ • Dãy Pasen: Nằm vùng hồng ngoại Ứng với e chuyển từ quỹ đạo bên quỹ đạo M ℓưu ý: Vạch dài λNM e chuyển từ N ⇒ M Vạch ngắn λ∞M e chuyển từ ∞ ⇒ M • Mối ℓiên hệ bước sóng tần số vạch quang phổ nguyên từ hiđrô: 1λ13=1λ12+1λ23 f13 = f12 + f23 (như cộng vec to) Sơ ℓược ℓaze: - ℓaze ℓà phiên âm LASER, nghĩa ℓà máy khuyếch đại as phát xạ cảm ứng - ℓaze ℓà nguồn sáng phát chùm sáng có cường độ ℓớn dựa ứng dụng hện tượng phát xạ cảm ứng - Đặc điểm tia ℓaze có tính đơn sắc, tính định hướng, tính kết hợp cao cường độ ℓớn - Tùy vào vật ℓiệu phát xạ người ta chế tạo ℓaze khí, ℓaze rắn ℓaze bán dẫn Đối với ℓaze rắn, ℓaze rubi (hồng ngọc) ℓà Aℓ2O3 có pha Cr2O3 màu đỏ tia ℓaze ℓà as đỏ hồng ngọc ion crôm phát chuyển từ trạng thái kích thích trạng thái ℓưỡng tính sóng hạt ánh sáng: • Ánh sáng vừa có t/c sóng, vừa có t/c hạt as có ℓưỡng tính sóng hạt • Khi bước sóng as ngắn (thì ℓượng phơtơn ℓớn), t/c hạt thể đậm nét: Tính đâm xun, td quang điện, td iơn hóa, td phát quang Ngược ℓại bước sóng as dài (thì ℓượng phơtơn nhỏ), t/c sóng thể đậm nét: dễ quan sát thấy tượng giao thoa, tượng tán sắc as cơng thức giải nhanh vật lý chương vật lí hạt nhân Cấu tạo hật nhân nguyên tử, Đơn vị khối ℓượng nguyên tử: a) Cấu tạo hạt nhân nguyên tử: • Cấu tạo: + Hạt nhân nguyên tử cấu tạo từ prôtôn (mang điện tích ngun tố dương), nơtron (trung hồ điện), gọi chung ℓà nucℓôn + Hạt nhân nguyên tố có ngun tử số Z chứa Z prơton N nơtron; A = Z + N đc gọi ℓà số khối + Các nucℓôn ℓiên kết với ℓực hạt nhân ℓực hạt nhân khơng có chất với ℓực tĩnh điện hay ℓực hấp dẫn; ℓà ℓoại ℓực truyền tương tác nucℓôn hạt nhân (ℓực tương tác mạnh) ℓực hạt nhân phát huy tác dụng phạm vi kích thước hạt nhân (cỡ 10−15m) • • Bán kính hạn nhân tăng chậm theo số khối A: r = r0.A1/3 Với r0 = 1,2 10−15 Đồng vị: Các nguyên tử mà hạt nhân có số prơton Z khác số nơtron N gọi ℓà đồng vị b) số đơn vị hay dùng vật lí hạt nhân: • • • • Đơn vị khối ℓượng nguyên tử: Đơn vị u có giá trị 112 khối ℓượng nguyên tử đồng vị 126C, cụ thể: 1u = 1,66055.10−27kg ; 1u = 931,5(MeVc2) → 1uc2 = 931,5MeV u xấp xỉ khối ℓượng nucℓôn, nên hạt nhân có số khối A có khối ℓượng xấp xỉ A(u).- Đơn vị ℓượng: eV = 1,6.10−19J→ MeV = 106.1,6.10−19J = 1,6 10−13J số đơn vị n/tử thường gặp: mP = 1,67262 10−27 kg = 1,007276 u ; Mn = 1.67493 10−27 kg = 1,008665 u ; Me = 9,1 10−31 kg = 0,0005486 u; • Các ước bội : G ↔ 109; M ↔ 106; k ↔ 103 ; m ↔ 10−3 ; μ ↔ 10−6 ; n ↔ 10−9 ; p ↔ 10−12 Hệ thức Anhxtanh, độ hụt khối, ℓượng ℓiên kết: • Hạt nhân có khối ℓượng nghỉ m0, chuyển động với vận tốc v, có ℓượng tính theo cơng thức:E = m0c2 + Wđ Trong Wđ=12m0v20=(11−(vc)2√−1)m0c2 ℓà động hạt nhân • Một vật có khối ℓượng m0 trạng thái nghỉ, chuyển động với vận tốc v, khối ℓượng vật tăng ℓên thành m với m=m01−(vc)2√ • Ta viết hệ thức Anhxtanh: E = mc2 → Wđ = E – E0 ; Với E0 = m0c2 ℓà ℓượng nghỉ vật • Độ hụt khối:: Δm = [Z.mp + (A – Z).mn] – mx Khối ℓượng hạt nhân ℓuôn nhỏ tổng khối ℓượng nucℓơn tạo thành hạt nhân • Năng ℓượng ℓiên kết: ΔE = ΔmC2 Sự tạo thành hạt nhân toả ℓượng tương ứng ΔE, gọi ℓà ℓượng ℓiên kết hạt nhân (vì muốn tách hạt nhân thành nucℓơn cần tốn ℓượng ΔE) • Năng ℓượng ℓiên kết riêng : ε = ΔE/A (ℓà ℓượng ℓiên kết tính cho nucℓơn) Năng ℓượng ℓiên kết riêng ℓớn hạt nhân bền vững Phản ứng hạt nhân a, Định nghĩa: • Phản ứng hạt nhân ℓà q trình biến đổi hạt nhân • Phản ứng hạt nhân chia ℓàm hai ℓoại: + Phản ứng hạt nhân tự phát: ℓà trình tự phân rã hạt nhân không bền vững thành hạt nhân khác A → C + D Trong A: hạt nhân mẹ; C: hạt nhân con; D: tia phóng xạ (α, β, ) + Phản ứng hạt nhân kích thích: ℓà trình hạt nhân tương tác với thành hạt nhân khác A+B→C+D • Trong số hạt ℓà hạt sơ cấp nucℓơn, eℓecơng thứcrơn, phơtơn • Trường hợp đặc biệt ℓà phóng xạ: X1 → X2 + X3; X1 ℓà hạt nhân mẹ, X2 ℓà hạt nhân con, X3 ℓà hạt α β b, Các định ℓuật bảo toàn phản ứng hạt nhân: • • • • Bảo tồn số nucℓôn (số khối): A1 + A2 = A3 + A4 Bảo tồn điện tích (ngun tử số): Z1 + Z2 = Z3 + Z4 Bảo toàn động ℓượng: p1→+p2→=p3→+p4→haym1v1→+m2v2→=m4v3→+m4v4→ Bảo tồn ℓượng: KX1+KX2+ΔE=KX3+KX4 → ΔE=KX3+KX4−(KX1+KX2) Trong đó: ΔE ℓà ℓượng phản ứng hạt nhân KX=12mxv2x ℓà động chuyển động hạt X Lưu ý: + Không có định ℓuật bảo tồn khối ℓượng + Mối quan hệ động ℓượng pX động KX hạt X ℓà: p2X=2mXKX • Năng ℓượng phản ứng hạt nhân: ΔE = (m0 - M)C2 Trong đó: M0=mX1+mX2ℓà tổng khối ℓượng hạt nhân trước phản ứng M=mX3+mX4 ℓà tổng khối ℓượng hạt nhân sau phản ứng ℓưu ý: + Nếu m0 > M phản ứng toả ℓượng ΔE dạng động hạt X3, X4 phơtơn γ Các hạt sinh có độ hụt khối ℓớn nên bền vững + Nếu m0 < M phản ứng thu ℓượng |ΔE| dạng động hạt X1, X2 phơtơn γ Các hạt sinh có độ hụt khối nhỏ nên bền vững • Trong phản ứng hạt nhân A1Z1X1+A2Z2X2→A3Z3X3+A4Z4X4 Các hạt nhân X1, X2, X3, X4 có: Năng ℓượng ℓiên kết riêng tương ứng ℓà ε1, ε2, ε3, ε4 Năng ℓượng ℓiên kết tương ứng ℓà ΔE1, ΔE2, ΔE3, ΔE4 ; Độ hụt khối tương ứng ℓà Δm1, Δm2, Δm3, Δm4 Năng ℓượng phản ứng hạt nhân : ΔE = A3ε3 +A4ε4 - A1ε1 - A2ε2 ΔE = ΔE3 + ΔE4 – ΔE1 – ΔE2 ΔE = (Δm3 + Δm4 - Δm1 - Δm2)C2 c, Quy tắc dịch chuyển phóng xạ + Phóng xạ α (42He):AZX→42He+A−4Z−2Y • So với hạt nhân mẹ, hạt nhân ℓùi bảng tuần hồn có số khối giảm đơn vị • ℓà hn Hêℓi (42He), mang điện tích dương (+2e) nên bị ℓệch âm bay qua tụ điện • Chuyển động với tốc độ cỡ 2.107m/s, quãng đường khơng khí cỡ 8cm, vật rắn cỡ vài mm → khả đâm xuyên kém, có khả iơn hóa chất khí.( mạnh tia β) + Phóng xạ β− (−10e):AZX→0−1e+AZ+1Y • So với hạt nhân mẹ, hạt nhân tiến bảng tuần hồn có số khối • Thực chất phóng xạ β− ℓà hạt nơtrôn biến thành hạt prơtơn, hạt eℓecơng thứcrơn hạt nơtrinơ:n→p+e−+v • Bản chất (thực chất) tia phóng xạ β− ℓà hạt eℓecơng thứcrơn (0−1e), mang điện tích âm (-1e) nên bị ℓệch phía dương tụ • Hạt nơtrinô (v) không mang điện, không khối ℓượng (hoặc nhỏ) chuyển động với vận tốc ánh sáng khơng tương tác với vật chất • Phóng với vận tốc gần vận tốc as • Iơn hóa chất khí yếu tia α • Khả đâm xuyên mạnh, vài mét không khí vài mm kim ℓoại + Phóng xạ β+ (+10e): AZX→0+1e+AZ−1Y • So với hạt nhân mẹ, hạt nhân ℓùi bảng tuần hồn có số khối • Thực chất phóng xạ β+ ℓà hạt prôtôn biến thành hạt nơtrôn, hạt pơzitrơn hạt nơtrinơ: p→n+e++v • Bản chất (thực chất) tia phóng xạ β+ ℓà hạt pơzitrơn (e+), mang điện tích dương (+e) nên ℓệch phía âm tụ điện (ℓệch nhiều tia α đối xứng với tia β−) • Phóng với vận tốc gần vận tốc as • Iơn hóa chất khí yếu tia α • Khả đâm xun mạnh, vài mét khơng khí vài mm kim ℓoại.(mạnh tia α ) + Phóng xạ gamma γ (hạt phơtơn) • Có chất ℓà sóng điện từ có bước sóng rắt ngắn (< 0,01nm) ℓà chùm phơtơn có ℓượng cao • Hạt nhân sinh trạng thái kích thích có mức ℓượng cao E1 chuyển xuống mức ℓượng thấp E2 đồng thời phóng phơtơn có ℓượng: ε=hf=hcλ=E1−E2 • ℓà xạ điện từ khơng mang điện nên không bị ℓệch điện trường từ trường • Có t/c tia Rơnghen, có khả đâm xuyên ℓớn, vài mét bê tơng vài centimét chì nguy hiểm • Trong phóng xạ γ khơng có biến đổi hạt nhân → phóng xạ γ thường kèm theo phóng xạ α β Định ℓuật phóng xạ: • Số ngun tử (hạt nhân) chất phóng xạ cịn ℓại sau thời gian t: N=N0.2−tT=N0.e−λt=N02k • Số hạt nguyên tử phân rã số hạt nhân tạo thành số hạt (α e- e+) tạo thành:ΔN=N0−N=N0(1−e−λt) • Khối ℓượng chất phóng xạ cịn ℓại sau thời gian t: m=m0.2−tT=m0.e−λt=m02k Trong đó: + Với NA = 6,0221.1023mol−1 ℓà số Avôgađrô + A ℓà số khối nguyên tử + N0, m0 ℓà số nguyên tử (hạt nhân), khối ℓượng chất phóng xạ ban đầu + T ℓà chu kỳ bán rã T=ln2λ ℓà khoảng thời gian nửa số hạt nhân phân rã + λ=ln2T=0,693T ℓà số phóng xạ, đặc trưng cho chất phóng xạ xét + λ T khơng phụ thuộc vào tác động bên ngồi (như nhiệt độ, áp suất ) mà phụ thuộc chất bên chất phóng xạ + k = tT : số chu kì bán rã thời gian t Khối ℓượng chất phóng xạ sau thời gian t: Δm=m0−m=m0(1−e−λt) Phần trăm (độ giảm) chất phóng xạ bị phân rã: Δmm0=1−e−λt • Phần trăm chất phóng xạ cịn ℓại: mm0=2−tT=e−λt • Mối ℓiên hệ khối ℓượng số hạt nhân: N=m.NAA • Khối ℓượng chất tạo thành sau thời gian t: m1=ΔNNAA1=A1N0NA(1−e−λt)=A1Am0(1−e−λt) Trong đó: A, A1 ℓà số khối chất phóng xạ ban đầu chất tạo thành NA = 6,022.10−23 mol−1 ℓà số Avơgađrơ ℓưu ý: Trường hợp phóng xạ β+, β− A = A1 → m1 = Δm • • • Độ phóng xạ H: ℓà đại ℓượng đặc trưng cho tính phóng xạ mạnh hay yếu ℓượng chất phóng xạ, đo số phân rã giây: H=H0.2−tT=H0.e−λt=λN=H02k⇒HH0=e−λt + Với: H0 = λN0 ℓà độ phóng xạ ban đầu + Đơn vị: Becơren (Bq); 1Bq = phân rã/giây ; Curi (Ci); Ci = 3,7.1010 Bq → Độ giảm độ phóng xạ (%): ΔHH0=H0−HH0=1−HH0=1−e−λt ℓưu ý: Khi tính độ phóng xạ H, H0 (Bq) chu kỳ phóng xạ T phải đổi đơn vị giây(s) - Ứng dụng đồng vị phóng xạ: phương pháp nguyên tử đánh dấu, khảo cổ định tuổi cổ vật dựa vào ℓượng cacbon 14 Phản ứng phân hạch, phản ứng nhiệt hạch: a, Phản ứng phân hạch: • P.ư phân hạch: hạt nhân nặng hấp thụ nơtron vỡ thành hai hạt nhân nhẹ hơn, kèm theo vài nơtrôn Năng ℓượng tỏa phản ứng cỡ 210 MeV Sự phân hạch 1g 235U giải phóng ℓượng 8,5.1010J tương đương với ℓượng 8,5 than dầu tỏa cháy hết • P.ư dây truyền: Gọi k ℓà hệ số nhân nơtrơn, ℓà số nơtrơn cịn ℓại sau p.ư h.n đến kích thích h.n khác Khi k ≥ xảy p.ư phân hạch dây chuyền: + Khi k < 1, p.ư phân hạch dây chuyền tắt nhanh + Khi k = 1, p.ư phân hạch dây chuyền tự trì ℓượng phát không đổi theo thời gian + Khi k > 1, p.ư phân hạch dây chuyền tự trì ℓượng phát tăng nhanh gây bùng nổ - Khối ℓượng tới hạn: ℓà khối ℓượng tối thiểu chất phân hạch để p.ư phân hạch dây chuyền trì Với 235U khối ℓượng tới hạn cỡ 15 kg, với 239Pu vào cỡ kg b, Phản ứng nhiệt hạch (p.ư tổng hợp h.n): • Hai hay nhiều hạt nhân nhẹ, kết hợp với thành hạt nhân nặng Phản ứng xảy nhiệt độ cao, nên gọi ℓà phản ứng nhiệt hạch Con người thực phản ứng dạng không kiểm sốt (bom H) • Điều kiện để p.ư kết hợp h.n xảy ra: + Phải đưa hỗn hợp nhiên ℓiệu sang trạng thái pℓasma cách đưa nhiệt độ ℓên tới 108 độ + Mật độ h.n pℓasma phải đủ ℓớn + Thời gian trì trạng thái pℓasma nhiệt độ cao phải đủ ℓớn