bài giảng vật lý đại cương a1 có bài tập ở cuối

Chương 1 Động học chất điểmcác đặc trưng của chuyển động mà không xét đếnnguyên nhân gây ra chuyển động.. trong mối liên hệ,Ltương tác với các vật khác nghiên cứu vật rắn ở trạng thái câ

Chương 1 Động học chất điểm

các đặc trưng của chuyển động mà không xét đếnnguyên nhân gây ra chuyển động

trong mối liên hệ,Ltương tác với các vật khác

nghiên cứu vật rắn ở trạng thái cân bằng

9/29/15

MỘT@SỐ@KHÁI@NIỆM

1 Chất điểm:LVật có kích thước nhỏ không đáng kể

soLvới khoảng cách mà taLnghiên cứu chuyển

động

2 Chuyển động:Lsự thay đổi vị trí của vật đối với một

hệ quy chiếu =>Lchuyển động chỉ là tương đối

3 Hệ quy chiếu:Lvật được chọn làm mốc và được coi

là đứng yên để nghiên cứu chuyển động

4 Phương trình chuyển động:LPhương trình mô tả

sự phụ thuộc của độ dời hayLtọa độ của chất điểm

theo thời gian

9/29/15

MỘT@SỐ@KHÁI@NIỆM

1 Dạng tổng quát của phương trình chuyển động

2 Phương trình quỹ đạo:Lquỹ tích tất cả các điểmkhông gian mà chất điểm đi qua

1 Vận tốc:LĐại lượng đặc trưng cho mức độ nhanh

hayLchậm của chuyển động của một vật

2 Vận tốc trung bình:

3 Vận tốc tức thời

lượng được xác định bằng đạo hàm của độ dời của chất

điểm theo thời gian”

taLdễ hiểu hơn hoặc tùy thuộc vào các vùng lãnh thổ,Lquốc gia

+ v y 2

+ v z 2

y x

+ a z 2

mật tiếp với quỹ đạo tại điểm A

là bán kính cong của quỹ đạo tại điểm đó

A B C r

8 Gia tốc tiếp tuyến

nhanh daên và ngược chieêu chuyeën động khi chuyeën

đổi về phương của véc tơ vận tốc”

! β

  Là'một'đại'lượng'vật'lý'đặc'trưng'cho'mức'quán'tính'của'vật' đó.'Vật'có'khối'lượng'lớn'có'sức'ì'lớn'hơn'và'cần'có'lực'lớn' hơn'để'làm'thay'đổi'chuyển'động'của'nó'và'ngược'lại.'

  Đặc'trưng'cho'mức'độ'vật'đó'hấp'dẫn'các'vật'thể'khác,'theo' định'luật'vạn'vật'hấp'dẫn'Newton.'Vật'có'khối'lượng'lớn'có' tạo'ra'xung'quanh'trường'hấp'dẫn'lớn.'( Xem'phần'Trường' hấp'dẫn )'

7/10/15'

a m

phân'tích'thành'hai'thành'phần:'lực'tiếp'tuyến'và'lực'pháp'tuyến.'

2.  Định'lý'1:'

“Đạo'hàm'của'véc'tơ'động'lượng'theo'thời'gian'có'giá'trị'bằng'tổng'hợp'lực'tác'dụng'lên'vật”'

lượng'đặc'trưng'cho'chuyển'động'của'vật'về'mặt' động'học”.'

7/10/15'

F!12 + !21 =

dt

p p d dt

p d dt

p d F

dmdv mdv

vdm mv

udm mdv =

v!

u!

Động'lượng'

5.  Nguyên'lý'bảo'toàn'động'lượng:'Ứng'dụng'vào'nghiên'cứu'chuyển'động'của'tên'lửa'

'

mô'tả'chuyển'động'của'tên'lửa.'Vế'phải'của''''''phương'trình'mô'tả'một'dạng'lực''''''''''''''''''''''''''''''''''

T =

dt

dm u dt

dv m udm

v = 0 Công thức Tsiolkovsky,

1897

Động'lượng'

5.  Nguyên'lý'bảo'toàn'động'lượng:'Ứng'dụng'vào'nghiên'cứu'chuyển'động'của'tên'lửa'

dm u mg T

' z

' y

' x

M

0

v!

t v O

a m

học'Newton'có'dạng'giống'nhau'trong'các'hệ'quy' chiếu'quán'tính”'

sát'các'hiện'tượng'cơ'học'nên'ta'có'thể'phát'biểu'là:'

“Các'hiện'tượng'cơ'học'xảy'ra'giống'nhau'trong' các'hệ'quy'chiếu'quán'tính”'

7/10/15'

7/10/15'

m i d dt

2.  Chuyển'động'của'vật'rắn'='chuyển'động'tịnh'tiến'+'chuyển'động'quay.'

3.  Chuyển'động'tịnh'tiến'

thẳng'nối'hai'chất'điểm'bất'kỳ'luôn'song'song'với'chính'nó”'

nó'chuyển'động'theo'những'quỹ'đạo'giống'nhau.'Các'chất'điểm'có'cùng'một'vận'tốc'và'gia'tốc.'

' B

' A

Đây là phương trình chuyển động của vật rắn

Phương trình này mô tả chuyển động của một chất điểm có khối lượng bằng tổng khối lượng của vật rắn và chịu tác dụng một lực bằng tổng ngoại lực tác dụng lên vật rắn Đây cũng chính

là phương trình chuyển động của khối tâm "

chỉ cần nghiên cứu chuyển động của khối tâm

Chuyển'động'của'vật'rắn'

4.  Chuyển'động'quay'

!  Mọi'điểm'trên'vật'rắn'vạch'ra''''''''''''''''''''''''''''''''''''những'quỹ'đạo'tròn'đồng'trục'Δ.'''''''''''''''''''''''''''Những'vòng'tròn'này'nằm'trong'''''''''''''''''''''''''''''''''''''họ'các'mặt'phẳng'vuông'góc'với''''''''''''''''''''''''''''''''''trục'quay,'có'tâm'nằm'trên'trục''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''quay.'

được'cùng'một'góc'θ.'Tại'cùng'một'thời'điểm,'chất'điểm'có'cùng'vận'tốc'góc'ω'và'gia'tốc'góc'β'

d dt

β = =

!  Thành'phần''''''chỉ'làm'vật'rắn'''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''rời'khỏi'trục'quay'

!  Chỉ'có'thành'phần''''''gây'ra'chuyển''''''''''''''''''''''''''''''''''động'quay.'

quanh'một'trục,'chỉ'những'thành'phần'lực'tiếp'tuyến'với'quỹ'đạo'của'điểm'đặt'mới'thực'sự'gây'ra'chuyển'động'quay”.'Vì'vậy'để'đơn'giản,'ta'giả'thiết'rằng'các'lực'tác'dụng'lên'vật'rắn'chỉ'là'lực'tiếp'tuyến'

i

!

r i⋅ r!

i⋅ ! β

xung'quanh'một'trục'tỉ'lệ'thuận'với'tổng'hợp'mô'men'ngoại'lực'và'tỉ'lệ'nghịch'với'mô'men'quán'tính'

L / 2

Mô'men'quán'tính'

3.  Ví'dụ:'Mô'men'quán'tính'của'thanh'thẳng'đồng'chất,'mật'độ'khối'lương'ρ'(kg/m)'

!  Lấy'tích'phân'cho'toàn'bộ'thanh''''''''''''''''''''''''''''''''đồng'chất,'đồng'nghĩa'với'việc''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''lấy'tích'phân'theo'toàn'bộ'chiều''''''''''''''''''''''''''''''''''''

dài'của'thanh'từ'–L/2'đến'+L/2'

!  Vậy'

7/10/15'

dℓ ℓ

b/2 b/2 c/2 c/2 C

R C

bằng với tổng mô men của các ngoại lực tác dụng lên hệ

bằng không thì tổng mô men động lượng của hệ là một đại lượng bảo toàn”

Chương'4' Công'và'Năng'lượng'

0° < α < ° ⇒ > 90° < α <180° ⇒A <0

A lim P

J 1 W

6.  Trong'đó'W1'và'W2'là'năng'lượng'của'hệ'ở'trạng'

thái'(1)'và'(2),'A'là'công'mà'hệ'thực'hiện'

7.  Nếu'A'>'0'hệ'nhân'công,'A'<'0'hệ'thực'hiên'công,' còn'nếu'hệ'cô'lập'thì'A'='0.'Khi'đó'W1'='W2'='const.''

8.  Định'luật'bảo'toàn'và'chuyển'hóa'năng'lượng:'

“Năng'lượng'không'tự'sinh'ra'và'cũng'không'tự'mất'đi.'Nó'chỉ'chuyển'hóa'từ'dạng'này'sang'dạng'khác'hay'truyền'từ'vật'này'sang'vật'khác'mà'thôi”'

7/10/15'

A W W

Δ

d dt

v d m A

dt

v d m a

m

2 A

2 B B

1 mv

2

1

2 B dB

2 A

2

1 W

; mv

Trường'hấp'dẫn'

1.  Định'luật'vạn'vật'hấp'dẫn'của'Newton'

lực'hút'có'độ'lớn'tỉ'lệ'thuận'với'tích'khối'lượng'của'chúng'và'tỉ'lệ'nghịch'với'bình'phương'khoảng'cách'

F 12 = F 21 = G m 1 m 2

r 2

G = 6.67(42867 ) ⋅10 −11 Nm 2

kg 2

g 0 = 9.81m / s 2 ; R = 6350 km

G = 6.67 ⋅10 −11 Nm 2 / kg 2

⇒ M TD = 6.10 24 kg

M MT = 2.10 30 kg

2.  Chất'lưu'bao'gồm'cả'chất'lỏng'và'chất'khí.'Ta'phân'biệt'chất'khí'và'chất'lỏng'theo'khả'năng'chịu'nén'của'chúng.'Nhìn'chung'chất'khí'dễ'bị'nén'hơn'so'với'chất'lỏng.'

3.  Chất'lưu'không'có'hình'dạng'xác'định'nhưng'có'thể'tích'xác'định.'Chất'lưu'luôn'có'hình'dạng'của'bình'chứa'nó.'

4.  Dòng'chảy'chất'lưu'thường'chảy'theo'từng'lớp.'Mỗi'lớp'có'vận'tốc'khác'nhau,'ta'gọi'là'sự'chảy'tầng'của'chất'lưu.' 7/10/15&

) m kg ( V

⊥

S

1 p

2 h

1 h S 2

1 p

2 h

1 h S 2

1 2

2 2 1 1 2

1

h h g p p

h h S V m

0 mg S

p S p g m F F

− +

−

= +

−

ρ

ρ ρ

1 2

2 2 1 1 2

1

h h g p p

h h S V m

0 mg S

p S p g m F

F

− +

−

= +

−

ρ

ρ ρ

!

!

!

h h

Tĩnh&học&chất&lưu&

2.  Đinh'luật'Pascal'

!  Phát'biểu'định'luật:'“Áp'suất'tác''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''dụng'lên'một'bình'kín'chứa'lưu'''''''''''''''''''''''''''''''''được'truyền'đi'nguyên'vẹn'theo''''''''''''''''''''''''''''''''''''mọi'hướng'trong'bình'chứa”.'

7/10/15&

Áp'suất'được'truyền'đi' nguyên'vẹn'trong'xy'lanh'

1 1

2 2 2

2 1

S

S F S

F S

F

1 F

2 F 1

  Các'đường'dòng'không'cắt'nhau'

  Mỗi'đường'dòng'chính'là'quỹ'đạo'của'một'phần'tử'chất'lỏng'

  Chất'lỏng'trong'mỗi'ống'dòng'không'chảy'qua'thành'ống' dòng'đó.'

7/10/15&

1

v! v!2 3

v!

const v

p + 1

2 ρv 2

+ρgz = const

= 2g z( 1 − z 2)= 2gh

v 2 = 2gh

Tốc'độ'dòng'chảy'của'khối'chất' lưu'chính'bằng'tốc'độ'của'một' vật'rơi'tự'do'từ'cùng'độ'cao'

S 1

S 2

z 1

z 2 h

v 2

!  η'được'gọi'là'hệ'số'nội'ma'sát'''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''của'chất'lưu.'Hệ'số'nội'ma'sát'''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''

Chương'6'Dao'động'và'Sóng'cơ'

− β2

2.  Chu'kỳ'T'là'khoảng'thời'gian'mà'chất'điểm'môi'trường'thực'hiện'một'dao'động'hoàn'chỉnh'

3.  Tấn'số'f'chính'là'số'dao'động'hoàn'chỉnh'của'phần'tử'môi'trường'trong'1'giây'

4.  Bước'sóng'là'quãng'đường'sóng'truyền'được'trong'một'chu'kỳ,'hoặc'là'khoảng'cách'ngắn'nhất'giữa'hai'điểm'môi'trường'có'cùng'pha'

( )

( t ky)

cos A

y 2 T

t 2 cos A v

y t cos A t , y x

k = 2π

λ

( )

trí'trên'cùng'một'phương'truyền'sóng'cách'nhau'một'khoảng'bằng'một'số'nguyên'lần'bước'sóng'có'li'độ'dao'động'bằng'nhau'=>'hàm'sóng'tuần'hoàn'theo'

( )

$

%

& '

( )

$

%

& '( )

$

%

& '

( )

ΔW = ρΔVω 2 A 2 sin 2 2π t

T +yλ

$

%

& '

( )

ϖ =ΔW

ΔV =ρω

2 A 2 sin 2 2π t

T +yλ

A max = 1+ 2 1− 2 =

(2 k 1) / 2 r

r khi A A

k=V1'

k=2' k=V2'

k=1'

λ

k d

d 2 1

( ) ; k 0 ; 1 ; 2 ; 3

4 1 k 2 y khi

; 0 y 2

λ π

4 1 k

; 1

; 0 k

; 2

k y khi

; 1 y 2

λ π

rộng'và'sóng'âm'được'định'nghĩa'là'“những'sóng'cơ' lan'truyền'trong'môi'trường'vật'chất”'

I = P S

7/10/15'

Mặt'sóng' Bước'sóng' Bước'sóng'

dài'hơn' Bước'sóng'ngắn'hơn'

1 f

f

NP 0

1 f

f

NP 0

“+”'nếu'máy'thu'chuyển' động'lại'gần'nguồn'phát;'

“–”'nếu'máy'thu'chuyển' động'ra'xa'nguồn'phát'

V

v 1 f f

NP

MT 0

∓

Hết'chương'6 '

7/10/15'

Chương'7' Nhiệt'động'lực'học'

7/11/15'

Mở'đầu'

1.  Đối&tượng&nghiên&cứu:&Chuyển&động&nhiệt&

!  “Chuyển&động&nhiệt”:&chuyển&động&hỗn&loạn&của&các&phân&tử/nguyên&tử&(không&có&phương&ưu&tiên)&

2.  Phương&pháp&nghiên&cứu&

!  Phương&pháp&thống&kê:&Dựa&vào&các&quy&luật&thống&kê&để&tìm&ra&quy&luật&chung&cho&cả&hệ&và&giải&thích&các&tính&chất&của&hệ.&

!  Phương&pháp&nhiệt&động&lực:&Nghiên&cứu&quá&trình&trao&đổi&và&chuyển&hóa&năng&lượng&dựa&vào&kết&quả&thực&nghiệm&từ&sự&quan&sát&các&quá&trình&tự&nhiên&từ&đó&tổng&quát&hóa&thành&các&nguyên&lý&nhiệt&động&lực&học.&

=>&môi&trường&xung&quanh&là&phần&còn&lại&của&vũ&trụ&

!  VD:&tập&hợp&các&phân&tử&khí&trong&bình&bín,&tập&hợp&các&phân&tử&nước&trong&phích,…&

!  Phân&loại:&

  Hệ&cô&lập:&hệ&nhiệt&động&không&trao&đổi&cả&chất&và&năng& lượng&với&môi&trường&xung&quanh&

  Hệ&kín:&hệ&nhiệt&động&không&trao&đổi&chất&mà&chỉ&trao&đổi& năng&lượng&với&môi&trường&xung&quanh&

  Hệ&mở:&hệ&nhiệt&động&trao&đổi&cả&chất&và&năng&lượng&

7/11/15'

6.  Đại&lượng&vĩ&mô:&là&những&đại&lượng&đặc&trưng&cho&tính&chất&chung&của&toàn&hệ&nhiệt&động:&Kích&

thước&không&gian&(V),&độ&nóng&lạnh&(T),&khối&

lượng&(m),&lượng&chất&(n)&hay&tác&dụng&lên&thành&bình&(p)…&

7.  Phương&trình&trạng&thái:&phương&trình&mô&tả&mối&liên&hệ&giữa&các&thông&số&trạng&thái&của&một&hệ&nhiệt&động&

!  Nhiệt&độ&của&một&hệ&khí&lý&tưởng&tỉ&lệ&thuận&với&động&năng&trung&bình&của&các&phân&tử&khí&

!  kB&=&1.38×10Ü23&J/K&là&hằng&số&Boltzmann&

!  T&(K)&là&nhiệt&độ&tuyệt&đối&của&hệ&khí&

7/11/15'

T k 2 3

2.  Thang&đo&nhiệt&độ&và&đơn&vị&

7/11/15'

F 67 459 T

5

9 T

F 32 T 5

9 T

15 273 T

T

F

C F

t Sv n V n

N = 0 ⋅ = 0Δ Δ Δ

t Sv n 6

1 N 6

1

Δ

1 f

n

Δ

⋅ Δ Δ

2

0 mv n 3

1 S

v v v

2 n

2 2

2 1 2 2

Δ

+ + +

=

2

0 m v n 3

2 1

1

2 M 2

1

2 0

p p

p p

v m n n

n 3

1 v m n 3

1 p

+ + +

=

+ + +

3.  Đối&với&khí&lý&tưởng&

4.  Đinh&luật&phân&bố&đều&năng&lượng&theo&các&bậc&tự&do&“động&năng&trung&bình&của&một&phân&tử&được&phân&bố&đều&theo&các&bậc&tự&do;&mỗi&bậc&tự&do&

mang&một&năng&lượng&bằng”&

7/11/15'

q , d tt

1 B

!  Đối&với&phân&tử&gồm&có&2&nguyên&tử,&ngoài&3&tọa&độ&x,&y,&z&ta&cần&thêm&2&tọa&độ&khác&φ,&θ&để&xác&định&vị&trí&của&phân&tử&đối&với&chuyển&động&quay,&do&đó&bậc&tự&do&i&=&5&

7/11/15'

T k 2

i n T k 2

i nN T k 2

i N

T k 2 i

  Là&hàm&của&quá&trình&không&phải&hàm&trạng&thái&

!  Khác&nhau:&

  Công&liên&quan&đến&chuyển&động&có&định&hướng&của&hệ&

  Nhiệt&lượng&liên&quan&đến&chuyển&động&hỗn&loạn&của&các& phân&tử.&

3.  Sự&tương&đương&giữa&công&và&nhiệt&lượng&

7/11/15'

J 18 4 calo

!  A&=&0,&Q&=&0;&khí&đó&ΔU&=&0,&nội&năng&của&hệ&được&bảo&toàn&

“Nguyên&lý&1&của&nhiệt&động&lực&học&thực&chất&là&

nguyên&lý&bảo&toàn&năng&lượng&áp&dụng&cho&một&hệ&nhiệt&động”&

7/11/15'

; 0

Δ

0 U U 0 A U A 0

Nguyên'lý'1'của'nhiệt'động'lực'học'

6.  Hệ&quả&của&nguyên&lý&1&

!  Hệ&quả&3:&Động&cơ&nhiệt&hoạt&động&theo&chu&trình&khép&kín&công&sinh&ra&cân&bằng&với&nhiệt&lượng&nhận&vào&

⇒ &Điều&đó&có&nghĩa&là&“hệ&sinh&công&thì&bắt&buộc&phải&nhận&nhiệt&và&ngược&lại&hệ&tỏa&nhiệt&khi&nhận&công&từ&môi&trường”.&

A

Dấu trừ (-) vì thể tích của hệ giảm

S Ngoại lực

m Q và 0 A

T 2

iR M

m T k 2

i N U T

k 2

i N U

Q U 0 pdV A

const V

V v

B B

⇒

=

= Δ

m T R M

m T 2

iR M

m Q

T R M

m V P const P

V V P T 2

iR M

m A U Q

V V P pdV A

const P

P

1 2

1 2 V

=

Δ

= Δ

⇒

=

− +

Δ

=

− Δ

C v

2 i R C

⇒

=

2

1 2

1

V

V 1 1 V

V

1 1 2

A

V

V p p pV V

p

V

p

A Q 0 U const

T

2

1 1

2 1 1

V

V ln RT M

m V

V ln V

p

1

2 V

V ln RT M

m A

1 1

C

C C

R C R C

v

p v v

( ) const pV const Tp const TV

1 1

!!

( )

=

⇒

=

0 V

dV C

R T dT

V

dV RT dT

C

RT M

m pV

; pdV A

dT C M

m dT 2

iR M

m dU

A Q A dU 0

Q

v

v v

δ

δ δ δ δ

iR M

V p V

dV V p pdV A

V

V p p V

p pV

V

dV V p pdV

A

1 1

1 2 1 1 V

V 1 1 V

V

1 1 1

1

V

V 1 1 V

V

2

1 2

1

2

1 2

γ γ

γ

γ

γ γ

1 1

1 1 2 2

2 2 1 1

1 1

1 2 1 1

1 1

1 2 1 1 V

V 1 1 V

V

T 1

T T V p A RT M

m V p

1

V p V p A V

p V p

1

V p V

V p A

1

V V

V p V

dV V p pdV A

2

1 2

γ

γ γ

γ γ

γ γ

γ γ

!  VD:&Một&hòn&đá&rơi&từ&độ&cao&h&xuống&mặt&đất,&toàn&bộ&công&của&lực&hấp&dẫn&A&=&Wt&=&mgh&đã&biến&thành&nhiệt&lượng&Q&làm&hòn&đá&và&mặt&đất&nóng&lên.&Ở&

chiều&ngược&lại&nếu&cung&cấp&cho&hòn&đá&đang&nằm&trên&mặt&đất&một&nhiệt&lượng&đúng&bằng&Q&thì&nó&không&thể&biết&thành&công&làm&hòn&đá&tự&nhảy&lên&độ&cao&h&được&

7/11/15'

!  Thompson:&“Không&thể&chế&tạo&được&động&cơ&nhiệt&hoạt&động&theo&một&chu&trình&khép&kín&liên&tục&

chuyển&hóa&nhiệt&thành&công&mà&chỉ&tiếp&xúc&với&một&nguồn&nhiệt&duy&nhất”&hay&“không&thể&chế&tạo&được&động&cơ&vĩnh&cửu&loại&2&(đó&là&loại&động&cơ&hoạt&động&mà&chỉ&tiếp&xúc&với&một&nguồn&nhiệt&duy&nhất)”&