Bộ sưu tập đề thi thử THPT Quốc gia năm 2016 môn lí

VẬT LÝ ĐẠI CƢƠNG TS Phạm Thị Hải Miền Bộ mơn Vật lý Ứng dụng Đại học Bách Khoa Tp.HCM TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Thị Bé Bảy: Vật lý đại cương A2 – Đại học Bách khoa Tp.HCM (Giáo trình nội bộ), 2009 [2] Trần Văn Lượng: Bài tập Vật lý đại cương A2 – Đại học Bách khoa Tp.HCM (Giáo trình nội bộ), 2013 NỘI DUNG MƠN HỌC Trường điện từ Dao động – sóng Tính chất sóng ánh sáng Thuyết tương đối hẹp Quang lượng tử Cơ học lượng tử Vật lý ngun tử Vật lý hạt nhân CHƢƠNG TRƢỜNG ĐIỆN TỪ Nhắc lại cảm ứng điện từ Luận điểm Maxwell thứ Điện trƣờng xốy Luận điểm Maxwell thứ hai Dòng điện dịch Trƣờng điện từ hệ phƣơng trình Maxwell NHẮC LẠI VỀ CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ ĐỊNH LUẬT FARADAY   • Từ thơng gửi qua diện tích S:    BdS S  Từ thơng thay đổi B S thay đổi d   BdS  Bldx • Khi từ thơng qua mạch kín thay đổi mạch xuất sức điện động cảm ứng: d d   C   dt  B.dS  dt S • Sức điện động cảm ứng ε gây dòng điện cảm ứng chạy mạch kín: C d iC  R  Rdt ĐỊNH LUẬT LENZ Dòng điện cảm ứng có chiều cho từ trường tạo (từ trường cảm ứng) có xu hướng chống lại biến đổi từ thơng LUẬN ĐIỂM MAXWELL THỨ NHẤT ĐIỆN TRƢỜNG XỐY Luận điểm Maxwell I: Mọi từ trường biến thiên theo thời gian làm xuất điện trường xốy • Điện trường xốy điện trường biến thiên theo thời gian (khơng phải điện trường tĩnh) có đường sức khép kín • Điện trường xốy làm điện tích khung dây chuyển động thành dòng kín, tạo nên dòng cảm ứng PHƢƠNG TRÌNH MAXWELL – FARADAY • Từ thơng qua mạch kín S biến thiên sinh sức điện động cảm ứng: d d   C      B.dS dt dt S (1) • Sức điện động cảm ứng mạch kín sinh điện trường xốy: C   C    E.dl (2)   d   (1) & (2)   E.dl    B.dS (3) dt C  • Vì từ trường biến thiên theo thời gian sinh điện trường xốy nên thay d/dt (3) đạo hàm riêng phần theo t:   B   Edl   t d S PT Maxwell-Faraday (C ) S 10 DỊNG ĐIỆN TỒN PHẦN • Dòng điện xoay chiều chạy dây dẫn làm xuất điện trường biến thiên Do đó, dây dẫn có dòng điện dẫn dòng điện dịch, gọi dòng điện tồn phần:      D jtoànphần  jdẫn  jdòch   E  t • Trong mơi trường dẫn điện  tốt (ví  dụ kim loại), tần số biến thiên điện trường nhỏ jdòch  jdẫn • Trong mơi trường dẫn (điện mơi), tần số biến thiên  điện  điện trường lớn jdẫn  jdòch • Cường độ dòng điện tồn phần:     D   .dS I toàn phần   jtoàn phần.dS    jdẫn  t  S S 15 Luận điểm Maxwell II: Mọi điện trường biến thiên theo thời gian làm xuất từ trường biến thiên theo thời gian Phƣơng trình Maxwell – Ampere: Áp dụng định lý Ampere dòng điện tồn phần:    H dl  I toànphần l     D   l H dl  S  jdẫn  t .dS 16 BÀI TẬP VÍ DỤ Một tụ điện phẳng có khoảng cách hai mm, số điện mơi ε=2 Tụ mắc vào hiệu điện u=220sin100πt (V) Tìm biểu thức mật độ dòng điện dịch Ta có: Mặt khác:  Hƣớng dẫn giải    D E jd    0 t t u E d jd   0 u   0 220.100 cos100 t d t d  2, 4.104 cos100 t ( A / m2 ) 17 BÀI TẬP VÍ DỤ Khi phóng dòng điện cao tần vào natri có điện dẫn suất   0, 23.108 1m1 dòng điện dẫn cực đại lớn gấp 40 triệu lần giá trị cực đại dòng điện dịch Tìm chu kì biến đổi dòng điện Hƣớng dẫn giải Giả sử dòng điện cao tần có điện trường biến thiên: E  E0 cos t   E Suy ra: jd   0   0 E0 sin t t   Mặt khác dòng điện dẫn j   E   E0 cos t  2 2 j 10  T    10 s Do đó:  max    40.10    0 jd max 40.106  0 18 TRƢỜNG ĐIỆN TỪ VÀ HỆ PHƢƠNG TRÌNH MAXWELL 19 Theo hai luận điểm Maxwell, từ trường biến thiên làm xuất điện trường biến thiên ngược lại  Từ trường biến thiên điện trường biến thiên khơng tách biệt mà thống lại thành trường điện từ Trƣờng điện từ: • Là dạng đặc biệt vật chất • Mang lượng, có khối lượng động lượng   Mật độ lƣợng trƣờng điện từ: w  ED  BH   ED  BH Năng lƣợng trƣờng điện từ: W   w.dv   dV V V   HỆ PHƢƠNG TRÌNH MAXWELL DƢỚI DẠNG TÍCH PHÂN Phương trình    B  C E.dl  S t dS   Ý nghĩa vật lý Từ trường biến thiên làm xuất điện trường xốy    B.dS  Từ thơng có tính bảo tồn (đường sức từ khép kín) S  Điện trường biến thiên làm xuất      D  l H dl  S  jdẫn  t .dS từ trường biến thiên    D.dS   q    dV S V Thơng lượng cảm ứng điện gửi qua mặt kín S tổng đại số điện tích mặt HỆ PHƢƠNG TRÌNH MAXWELL DƢỚI DẠNG VI PHÂN Phương trình   B rotE   t  divB  Ý nghĩa vật lý Điện trường biến thiên có tính chất xốy Từ trường khơng có nguồn, khơng có từ tích    D Từ trường có tính chất xốy rotH  jdẫn  t  divD   Điện trường có nguồn (điện tích) 22 SĨNG ĐIỆN TỪ   • E B vng góc với vng góc với phương truyền   • E B dao động pha,  tần số   E  0 E    H     0 B 1 n2 v   • Bước sóng:   vT    2 n1 f n c c v    • Tốc độ truyền sóng điện từ:  0  n Trong đó: c =3.108 m/s – vận tốc sóng điện từ chân khơng λ=cT=c/f – bước sóng điện từ chân khơng λ’ – bước sóng điện từ mơi trường chiết suất n T f – chu kỳ tần số sóng điện từ ' • Bước sóng, vận tốc truyền sóng thay đổi theo chiết suất mơi trường 23 Còn tần số, chu kì khơng phụ thuộc chiết suất mơi trường truyền sóng Khi sóng điện từ lan truyền khơng gian, lượng sóng truyền theo sóng Vecto Umov-Poynting P biểu diễn lượng sóng điện từ truyền qua đơn vị diện tích đặt vng góc với phương truyền sóng đơn vị thời gian:   P  w.v  0 E 0  H       00  EH Trong đó: w  ED  BH  2 v  0   Suy ra: P=E.H    Vì E, H , v lập thành tam diện thuận nên     P  E, H  24 BÀI TẬP VÍ DỤ Vecto cường độ điện  trường trường điện từ có dạng:  E ( z, t )  15cos(6 t  4 z.10 )ex 8 Tìm biểu thức vecto cường độ từ trường trường điện từ Hƣớng dẫn giải  Biểu thức E cho ta biết trường điện từ truyền theo trục Oz, điện trường dao động theo phương Ox Do từ trường dao động theo phương Oy biểu thức cường độ từ trường có dạng:  8  H ( z, t )  H cos(6 t  4 z.10 )ey 25   B CÁCH 1: Sử dụng PT rotE   t    ex để tìm H ey ez     Ex  8 8  rotE   ey  4 10 15sin(6 t  4 z.10 )ey x y z z Ex 0   B  rotE.t   8 8  B    rotE.dt    4 10 15sin(6 t  4 z.10 )e y dt 8   4 10 15 cos(6 t  4 z.10 )ey 6  7  B 10 8  H  cos(6 t  4 z.10 )ey 8 0  0  26   CÁCH 2: Sử dụng biểu thức  E  0 H Suy ra:  B  E E0   E      v 0  0 B B0 Cường  độ điện trường biểu diễn dạng:   E ( z, t )  15cos(6 t  4 z.10 )ex  E0 cos t  kz  ex  Với k  gọi số sóng Ở k  4 108 (m1 ) 8 v E0  6 Do đó: v   15.10 B0 k 4 108  E0 7 7 8   B0   10  B  10 cos(6 t  4 z.10 )ey 15.10 B 107 8  H  cos(6 t  4 z.10 )ey 0 0  27 MẠCH DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ LC LÝ TƢỞNG • Mạch dao động điện từ LC lý tưởng gồm cuộn cảm L mắc với tụ điện C thành mạch kín điện trở dây nối khơng đáng kể • Hoạt động mạch dao động điện từ LC: - Khóa K vị trí A: Tụ điện C nạp điện - Khóa K vị trí B: Tụ điện C phóng điện qua cuộn cảm L  Trong cuộn cảm L có suất điện động tự cảm  Điện tích tụ điện giảm dần, độ lớn dòng điện tăng dần  Trong mạch có dòng điện xoay chiều  Phát sóng điện từ có bước sóng   2 c LC 28 BÀI TẬP VÍ DỤ Mạch dao động máy thu sóng vơ tuyến có tụ điện với điện dung C cuộn cảm với độ tự cảm L, thu sóng điện từ có bước sóng 20 m Để thu sóng điện từ có bước sóng 40 m, ta phải mắc song song với tụ điện mạch dao động tụ điện có điện dung C’ bao nhiêu? Hƣớng dẫn giải Ta có: 1  2 c LC1 , 2  2 c LC2 C2 2 C2  2 4 1 C1 C1 C C'    C '  3C C 29 [...]... jtoàn phần.dS    jdẫn  t  S S 15 Luận điểm Maxwell II: Mọi điện trường biến thi n theo thời gian đều làm xuất hiện một từ trường biến thi n theo thời gian Phƣơng trình Maxwell – Ampere: Áp dụng định lý Ampere về dòng điện tồn phần:    H dl  I toànphần l     D   l H dl  S  jdẫn  t .dS 16 BÀI TẬP VÍ DỤ 1 Một tụ điện phẳng có khoảng cách giữa hai bản là 5 mm, hằng số điện mơi... nào?  Dòng điện xoay chiều làm điện tích ở trên hai bản tụ biến thi n  Xuất hiện điện trường biến thi n theo thời gian giữa hai bản tụ  Điện trường biến thi n làm xuất hiện dòng điện dịch giữa hai bản tụ BIỂU THỨC DỊNG ĐIỆN DỊCH     dD D  • Mật độ dòng điện dịch: jdich  , trong đó D là vectơ cảm dt t ứng điện của điện trường biến thi n trong chất điện mơi giữa hai bản tụ điện      • Ta... Do đó:  max    40.10    0 jd max 40.106  0 18 4 TRƢỜNG ĐIỆN TỪ VÀ HỆ PHƢƠNG TRÌNH MAXWELL 19 Theo hai luận điểm của Maxwell, từ trường biến thi n làm xuất hiện điện trường biến thi n và ngược lại  Từ trường biến thi n và điện trường biến thi n khơng tách biệt nhau mà thống nhất lại thành trường điện từ Trƣờng điện từ: • Là một dạng đặc biệt của vật chất • Mang năng lượng, có khối lượng... chiều chạy trong dây dẫn làm xuất hiện điện trường biến thi n Do đó, trong dây dẫn có cả dòng điện dẫn và dòng điện dịch, gọi là dòng điện tồn phần:      D jtoànphần  jdẫn  jdòch   E  t • Trong mơi trường dẫn điện  tốt (ví  dụ kim loại), tần số biến thi n của điện trường nhỏ thì jdòch  jdẫn • Trong mơi trường dẫn (điện mơi), tần số biến thi n của  điện kém  điện trường lớn thì jdẫn ... DƢỚI DẠNG TÍCH PHÂN Phương trình    B  C E.dl  S t dS   Ý nghĩa vật lý Từ trường biến thi n làm xuất hiện điện trường xốy    B.dS  0 Từ thơng có tính bảo tồn (đường sức từ khép kín) S  Điện trường biến thi n làm xuất hiện      D  l H dl  S  jdẫn  t .dS từ trường biến thi n    D.dS   q    dV S V Thơng lượng cảm ứng điện gửi qua mặt kín S bằng tổng đại số các... khơng gian, năng lượng sóng cũng truyền đi theo sóng Vecto Umov-Poynting P biểu diễn năng lượng sóng điện từ truyền qua một đơn vị diện tích đặt vng góc với phương truyền sóng trong một đơn vị thời gian:   P  w.v  0 E 2 0  H 2 1       00  EH Trong đó: w  ED  BH  2 2 2 1 v  0 0   Suy ra: P=E.H    Vì E, H , v lập thành tam diện thuận nên     P  E, H  24 BÀI TẬP VÍ... 220.100 cos100 t d t d  2, 4.104 cos100 t ( A / m2 ) 17 BÀI TẬP VÍ DỤ 2 Khi phóng dòng điện cao tần vào một thanh natri có điện dẫn suất   0, 23.108 1m1 dòng điện dẫn cực đại lớn gấp 40 triệu lần giá trị cực đại của dòng điện dịch Tìm chu kì biến đổi của dòng điện Hƣớng dẫn giải Giả sử dòng điện cao tần có điện trường biến thi n: E  E0 cos t   E Suy ra: jd   0   0 E0 sin t t... trong chất điện mơi dưới tác dụng của điện trường biến thi n    • Trong chân khơng ( Pe = 0, ε=1 ): jdòch   0 E t ĐẶC ĐIỂM DỊNG ĐIỆN DỊCH • • • • Khơng gây hiệu ứng Joule-Lenx Khơng chịu tác dụng của từ trường ngồi Gây ra từ trường Khơng phải là dòng chuyển động có hướng của các hạt mang điện • Mật độ dòng điện dịch tỉ lệ thuận với tốc độ biến thi n của điện trường • Dòng điện dịch giữa hai bản... Thơng lượng cảm ứng điện gửi qua mặt kín S bằng tổng đại số các điện tích trong mặt đó HỆ PHƢƠNG TRÌNH MAXWELL DƢỚI DẠNG VI PHÂN Phương trình   B rotE   t  divB  0 Ý nghĩa vật lý Điện trường biến thi n có tính chất xốy Từ trường khơng có nguồn, khơng có từ tích    D Từ trường có tính chất xốy rotH  jdẫn  t  divD   Điện trường có nguồn (điện tích) 22 SĨNG ĐIỆN TỪ   • E và B vng góc với... cuộn cảm L có một suất điện động tự cảm  Điện tích của tụ điện giảm dần, độ lớn của dòng điện tăng dần  Trong mạch có một dòng điện xoay chiều  Phát ra sóng điện từ có bước sóng   2 c LC 28 BÀI TẬP VÍ DỤ 4 Mạch dao động của máy thu sóng vơ tuyến có tụ điện với điện dung C và cuộn cảm với độ tự cảm L, thu được sóng điện từ có bước sóng 20 m Để thu được sóng điện từ có bước sóng 40 m, ta phải mắc