toàn bộ công thức vật lý 12

GV: LÊ QUỐC KHOA – LUYỆN THI ĐẠI HỌC CHẤT LƯỢNG – ĐÀ NẴNG CHƯƠNG I DAO ĐỘNG CƠ I DAO ĐỘNG ĐIỀU HOÀ Lý thuyết + Dao động chuyển động lặp lặp lại vật quanh vị trí đặc biệt gọi vị trí cân Vị trí cân thường vị trí vật đứng yên + Dao động tuần hoàn dao động mà trạng thái chuyển động vật lặp lại cũ sau khoảng thời gian (gọi chu kì dao động T) Trạng thái chuyển động xác định vị trí chiều chuyển động + Dao động điều hòa dao động li độ vật hàm cơsin (hay sin) thời gian + Phương trình dao động điều hoà: x = Acos(t + ), đó: x li độ hay độ dời vật khỏi vị trí cân bằng; đơn vị cm, m; A biên độ dao động, dương; đơn vị cm, m;  tần số góc dao động, ln dương; đơn vị rad/s; (t + ) pha dao động thời điểm t; đơn vị rad;  pha ban đầu dao động, dương, âm 0; đơn vị rad + Điểm P dao động điều hòa đoạn thẳng ln ln coi hình chiếu điểm M chuyển động tròn lên đường kính đoạn thẳng + Chu kì T dao động điều hòa khoảng thời gian để thực dao động toàn phần; đơn vị giây (s) + Tần số f dao động điều hòa số dao động toàn phần thực giây; đơn vị héc (Hz) 2 + Liên hệ , T f:  = T = 2f + Vận tốc đạo hàm bậc li độ theo thời gian:  v = x' = - Asin(t + ) = Acos(t +  + ) � Véc tơ v hướng theo chiều chuyển động; vật chuyển động theo chiều dương v > 0; vật chuyển động ngược chiều dương v < + Gia tốc đạo hàm bậc vận tốc (đạo hàm bậc hai li độ) theo thời gian: a = v' = x’’ = - 2Acos(t + ) = - 2x � Véc tơ a hướng vị trí cân bằng, có độ lớn tỉ lệ với độ lớn li độ GV: LÊ QUỐC KHOA – LUYỆN THI ĐẠI HỌC CHẤT LƯỢNG – ĐÀ NẴNG + Li độ x, vận tốc v, gia tốc a biến thiên điều hòa tần số v sớm  pha so với x, a ngược pha so với x � � � � + Khi từ vị trí cân biên: |v| giảm; |a| tăng; v  a + Khi từ biên vị trí cân bằng: |v| tăng; |a| giảm; v  a + Tại vị trí biên (x =  A): v = 0; |a| = amax = 2A + Tại vị trí cân (x = 0): |v| = vmax = A; a = + Đồ thị biểu diễn phụ thuộc li độ, vận tốc gia tốc vật dao động điều hòa theo thời gian đường hình sin + Quỹ đạo chuyển động vật dao động điều hòa đoạn thẳng Công thức + Li độ: x = Acos(t + )  + Vận tốc: v = x’ = - Asin(t + ) = Acos(t +  + ) + Gia tốc: a = v’ = x’’ = - 2Acos(t + ) = - 2x 2 + Liên hệ tần số góc, chu kì tần số:  = T = 2f v2 a2 v2 + Công thức độc lập: A2 = x2 +  =  +   + Những cặp lệch pha (x v hay v a) thỏa mãn công thức elip: x2 v2 v2 a2    2 A2 vmax vmax amax =1 + Lực kéo (hay lực hồi phục): F hp = - kx = - m2x = ma; ln hướng phía vị trí cân Fhp max = kA vật qua vị trí biên (x =  A); Fhp = vật qua vị trí cân + Trong chu kì, vật dao động điều hòa qng đường 4A Trong chu kì, vật quãng đường 2A Trong phần tư chu kì, tính từ biên vị trí cân vật qng đường A, tính từ vị trí khác vật quãng đường  A GV: LÊ QUỐC KHOA – LUYỆN THI ĐẠI HỌC CHẤT LƯỢNG – ĐÀ NẴNG + Quãng đường lớn nhất; nhỏ vật dao động điều hòa T khoảng thời gian < t < :   Smax = 2Asin ; Smin = 2A(1 - cos ); với  = t GV: LÊ QUỐC KHOA – LUYỆN THI ĐẠI HỌC CHẤT LƯỢNG – ĐÀ NẴNG * Vòng tròn lượng giác dùng để giải số câu trắc nghiệm dao động điều hòa + Thời gian ngắn để vật từ vị trí x1 đến vị trí x2:  Dùng vòng tròn lượng giác: t =  x x | cos 1 ( )  cos1 ( ) | A A  Bấm máy: t = s A 2vmax   + Tốc độ trung bình: vtb = t ; chu kì vtb = T + Quãng đường từ t1 đến t2: Tính: t2 – t1 = nT + t; dựa vào góc quét  = t. đường tròn lượng giác để tính St; sau tính S = n.4A + St + Đồ thị dao động điều hòa: * Đồ thị li độ - thời gian: - Biên độ A: giá trị cực đại x theo trục Ox - Chu kì T: khoảng thời gian hai thời điểm gần mà x = T |x| = A từ suy T Cũng dựa vào vòng tròn lượng giác giá trị x vào thời điểm t = thời điểm t cho độ thị để tính T GV: LÊ QUỐC KHOA – LUYỆN THI ĐẠI HỌC CHẤT LƯỢNG – ĐÀ NẴNG 2 - Tần số góc, tần số:  = T ; f = T  - Pha ban đầu : x0 = x tăng t tăng  = - ; x0 = x giảm  A t tăng  = ; x0 = A  = 0; x0 = - A  = ; x0 = x tăng t  A  A tăng  = - ; x0 = x giảm t tăng  = ; x0 = - x 2 2 A tăng t tăng  = - ; x0 = - x giảm t tăng  = ; x0 =  A A 2 x tăng t tăng  = - ; x0 = x giảm t tăng    A = ; x0 = x tăng t tăng  = - ; A  x0 = x giảm t tăng  = Trên đồ thị hình vẽ đồ thị li độ - thời gian dao động điều hòa: A1 = cm; A2 = cm; A3 = cm; T T1 = T2 = T3 = T = 2 = 2.0,5 = (s); 2  = T = 2 rad/s;   1 = - ; 2 = - ; 3 = * Đồ thị vận tốc – thời gian: - Vận tốc cực đại vmax: giá trị cực đại v theo trục Ov - Chu kì T: khoảng thời gian hai thời điểm gần mà v = T |v| = vmax từ suy T Cũng dựa vào vòng tròn lượng giác giá trị v vào thời điểm t = thời điểm t cho độ thị để tính T GV: LÊ QUỐC KHOA – LUYỆN THI ĐẠI HỌC CHẤT LƯỢNG – ĐÀ NẴNG 2 - Tần số góc, tần số:  = T ; f = T vmax - Biên độ dao động: A =  - Gia tốc cực đại: amax = 2A Trên đồ thị hình vẽ đồ thị vận tốc – thời gian hai dao động điều hòa: - Vận tốc cực đại vmax: vmax1 = 4π cm/s; vmax2 = 2π cm/s - Chu kì T: T1 T2  2 = 0,2 s  T1 = T2 = 0,4 s - Tần số góc : 2 1 = 2 = 0, = 5π (rad/s) - Biên độ A: 4 2 A1 = 5 = 0,8 cm; A2 = 5 = 0,4 cm - Gia tốc cực đại amax: amax1 = 2.A1 = (5π)2.0,8 = 200 (cm/s2) = (m/s2); amax2 = 2.A2 = (5π)2.0,4 = 100 (cm/s2) = (m/s2) * Sử dụng chức SOLVE máy tính cầm tay fx-570ES để tìm đại lượng chưa biết biểu thức: Bấm MODE Nhập biểu thức chứa đại lượng chưa biết (gọi X): Đưa dấu = vào biểu thức cách bấm ALPHA CALC; đưa đại lượng chưa biết (gọi X) vào biểu thức cách bấm ALPHA ); nhập xong bấm SHIFT CALC = chờ … kết Nếu phương trình có nhiều nghiệm bấm tiếp SHIFT CALC máy Solve for X; nhập số chẳng hạn -1 bấm =; máy nghiệm khác (nếu có) Lưu ý: Phương trình bậc thường có nghiệm; phương trình bậc thường có nghiệm Nếu sau bấm tiếp SHIFT CALC máy Solve for X; nhập số khác bấm = máy nghiệm khác Nếu nhập số khác mà máy số phương trình có nghiệm * Viết phương trình dao động điều hòa nhờ máy tính fx-570ES biết x0 v0: GV: LÊ QUỐC KHOA – LUYỆN THI ĐẠI HỌC CHẤT LƯỢNG – ĐÀ NẴNG Bấm máy: MODE (để diễn phức), SHIFT MODE (để dùng đơn vị góc v0 rad), nhập x0 -  i (nhập đơn vị ảo i: bấm ENG) = SHIFT =; hiển thị A    x = Acos(t + ) Lưu ý: tính  (nếu chưa có) phải xác định dấu x0 v0 GV: LÊ QUỐC KHOA – LUYỆN THI ĐẠI HỌC CHẤT LƯỢNG – ĐÀ NẴNG II CON LẮC LÒ XO Lý thuyết + Con lắc lò xo gồm lò xo có khối lượng khơng đáng kể, có độ cứng k đầu gắn cố định, đầu gắn với vật nặng kích thước khơng đáng kể, có khối lượng m k + Phương trình dao động: x = Acos(t + ); với  = m + Lực gây dao động điều hòa ln ln hướng vị trí cân gọi lực kéo hay lực phục hồi Lực kéo có độ lớn tỉ lệ với độ lớn li độ lực gây gia tốc cho vật dao động điều hòa, viết dạng đại số: F = - kx = - m2x Lực kéo lắc lò xo không phụ thuộc vào khối lượng vật + Lực đàn hồi có tác dụng đưa vật vị trí lò xo khơng bị biến dạng Với lắc lò xo nằm ngang lực đàn hồi lực kéo 1 + Động năng: Wđ = mv = m2A2sin2(t + ) 1 + Thế (mốc vị trí cân bằng): Wt = kx = kA2cos2(t + ) 1 + Cơ năng: W = Wt + Wđ = kA = m2A2 = số + Cơ lắc tỉ lệ với bình phương biên độ dao động + Cơ lắc bảo toàn bỏ qua ma sát A T + Wđ = Wt x =  ; thời gian lần liên tiếp để Wđ = Wt + Li độ, vận tốc, gia tốc, lực kéo biến thiên điều hòa tần số + Thế năng, động vật dao động điều hòa biến thiên tuần hồn tần số tần số lớn gấp đơi tần số li độ, vận tốc, gia tốc + Khi vật từ vị trí cân biên: Wđ ; Wt  + Khi vật từ biên vị trí cân bằng: Wđ ; Wt  + Tại vị trí cân (x = 0): Wt = 0; Wđ = Wđmax = W + Tại vị trí biên (x =  A): Wđ = 0; Wt = Wtmax = W Cơng thức + Phương trình dao động: x = Acos(t + ) k m + Tần số góc, chu kỳ, tần số:  = m ; T = 2π k ; f = 2 k m GV: LÊ QUỐC KHOA – LUYỆN THI ĐẠI HỌC CHẤT LƯỢNG – ĐÀ NẴNG GV: LÊ QUỐC KHOA – LUYỆN THI ĐẠI HỌC CHẤT LƯỢNG – ĐÀ NẴNG + Khi k không đổi, m thay đổi: 1 = f1 = k m1 2 ; 2 = k m1 k m2 ; f2 = 2 m2 m1 ; T1 = 2 k ; T2 = 2 k ; k m2 1 1 1  2  2 2 2 2 f1 f2 Khi m = m1 + m2 thì: t 1 2 ; T t = T + T ; ft 1  2 2 2 Khi m = m1 - m2 (m1 > m2) thì: t 1 2 ; T t = T - T ; 1  2 2 ft f1 f2 1 + Thế năng: Wt = kx = kA2cos2( + ) 1 2 2 + Động năng: Wđ = mv = m A sin ( +) = kA2sin2( + ) + Thế động vật dao động điều hòa biến thiên tuần hồn với T tần số góc ’ = 2; tần số f’ = 2f; chu kì T’ = 1 1 2 + Cơ năng: W = Wt + Wđ = kx + mv = kA = m2A2 Wd �A �  � � W �x � t + Tỉ số động năng: Wt �x � � � W �A � + Tỉ số năng: Wd �x � 1 � � �A � + Tỉ số động năng: W A + Vị trí có Wđ = nWt: x =  n n  ; v =  A n  n + Vị trí có Wt = nWđ: x =  A n  ; v =  A n 1 10 GV: LÊ QUỐC KHOA – LUYỆN THI ĐẠI HỌC CHẤT LƯỢNG – ĐÀ NẴNG + Tụ xoay máy thu vô tuyến có điện dung hàm bậc góc xoay 1  2 f f1 C  C1   1   12 1  2 2 C  C1   1 2  1 f1 α: C = aα + C  = = = f2 N2 + Độ tự cảm cuộn dây: L = 4.10-7 l S CHƯƠNG V SÓNG ÁNH SÁNG I TÁN SẮC ÁNH SÁNG Lý thuyết + Tán sắc ánh sáng phân tách chùm sáng phức tạp thành chùm sáng đơn sắc khác + Nguyên nhân tượng tán sắc: môi trường, ánh sáng đơn sắc khác truyền với tốc độ khác + Ứng dụng: giải thích ứng dụng máy quang phổ lăng kính, tượng cầu vồng bảy sắc, nguyên nhân tạo màu sắc sặc sở viên kim cương + Khi qua lăng kính, chùm tia sáng màu đỏ bị lệch chùm tia sáng màu tím bị lệch nhiều + Ánh sáng đơn sắc ánh sáng có màu định không bị tán sắc truyền qua lăng kính + Mỗi màu đơn sắc mơi trường có bước sóng xác định + Ánh sáng trắng Mặt Trời hỗn hợp vơ số ánh sáng đơn sắc có bước sóng biến thiên liên tục từ đến  Nhưng xạ có bước sóng khoảng từ 0,38 m đến 0,76 m giúp cho mắt nhìn thấy vật phân biệt màu sắc + Ánh sáng nhìn thấy chia thành vùng xếp theo thứ tự bước sóng giảm dần (tần số tăng dần) là: đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm tím + Chiết suất chất suốt biến thiên theo màu sắc ánh sáng tăng dần theo thứ tự từ màu đỏ đến màu tím (n đ < nc < nv < nlu < nla < nch < nt) + Khi truyền từ môi trường suốt sang mơi trường suốt khác bước sóng  vận tốc truyền v ánh sáng đơn sắc thay đổi màu sắc tần số f khơng đổi Cơng thức + Bước sóng ánh sáng: 39 GV: LÊ QUỐC KHOA – LUYỆN THI ĐẠI HỌC CHẤT LƯỢNG – ĐÀ NẴNG Trong chân không:  = c f v c    f nf n Trong mơi trường có chiết suất n: ’ = + Cơng thức lăng kính góc chiết quang A góc tới i1 nhỏ: i1 = nr1; i2 = nr2; A = r1 + r2; D = Dmin = A(n – 1) + Định luật phản xạ ánh sáng: i = i’ + Định luật khúc xạ ánh sáng: n1sini1 = n2sini2 n2 n + Góc giới hạn phản xạ toàn phần: sinigh = với n1 > n2 II GIAO THOA ÁNH SÁNG Lý thuyết + Nhiễu xạ ánh sáng tượng ánh sáng truyền sai lệch so với truyền thẳng ánh sáng gặp vật cản + Giao thoa ánh sáng tổng hợp hai hay nhiều sóng ánh sáng kết hợp khơng gian, xuất vạch sáng vạch tối xen kẽ + Điều kiện xảy tượng giao thoa ánh sáng: hai chùm sáng giao thoa phải hai chùm sáng kết hợp (nguồn kết hợp) Hai nguồn kết hợp hai nguồn phải phát hai sóng ánh sáng có bước sóng hiệu số pha hai nguồn không đổi theo thời gian + Ứng dụng: - Giải thích nguyên nhân tạo màu sặc sỡ váng dầu, mỡ bong bóng xà phòng - Nhờ thí nghiệm giao thoa để đo bước sóng ánh sáng Công thức ax + Hiệu đường ánh sáng từ hai nguồn đến điểm xét: d2 – d1 = D Khi d2 – d1 = k (k Z) có vân sáng  Khi d2 – d1 = (2k + 1) (k  Z) có vân tối + Vị trí vân sáng, vân tối, khoảng vân: D D D xs = k a ; xt = (2k + 1) 2a ; i = a ; với k  Z 40 GV: LÊ QUỐC KHOA – LUYỆN THI ĐẠI HỌC CHẤT LƯỢNG – ĐÀ NẴNG + Cách sử dụng đơn vị đại lượng để đổi đơn vị theo hệ SI toán giao thoa ánh sáng: x, i, a lấy đơn vị milimét (mm); D lấy đơn vị mét (m);  lấy đơn vị micrơmét (m) + Thí nghiệm giao thoa thực khơng khí đo khoảng vân i đưa vào mơi trường có chiết suất n đo khoảng vân i’ i = n + Giữa n vân sáng (hoặc vân tối) liên tiếp (n – 1) khoảng vân OM xM + Tại M có vân sáng khi: i = i = k; vân sáng bậc k xM i + Tại M có vân tối khi: = k + ; vân tối thứ |k| + L + Số vân sáng, tối vùng giao thoa bề rộng L: lập tỉ số 2i = k,a (k phần nguyên; a phần thập phân): Số vân sáng: Ns = 2k + Số vân tối: Nt = 2k: a < (phần thập phân nhỏ 0,5); N t = 2k + 2: a > (phần thập phân lớn 0,5) + Số vân sáng, tối vùng AB (xA < xB) có giao thoa: xA xB Số vân sáng số giá trị k  Z với: i  k  i xA xB Số vân tối số giá trị k  Z với: i -  k  i - + Giao thoa với ánh sáng hỗn hợp: n D 1 D 2 D a a Vị trí vân trùng: x = k1 = k2 = … = kn a ; k  Z Khoảng cách ngắn vân trùng: n D 1 D 2 D x = k1 a = k2 a = … = kn a ; k  N nhỏ  + Giao thoa với ánh sáng trắng (0,38 m    0,76 m): Ánh sáng đơn sắc cho vân sáng vị trí xét nếu: ax ax D ax D  D  max a Dk x=k ;k = ;k = ;= ; với k  Z max Ánh sáng đơn sắc cho vân tối vị trí xét nếu: 41 GV: LÊ QUỐC KHOA – LUYỆN THI ĐẠI HỌC CHẤT LƯỢNG – ĐÀ NẴNG ax ax ax 1 D 1 D(k  ) D  D  max - ; k - ;  = x = (k + ) a ; kmin = max = n(d  t ) a + Bề rộng quang phổ bậc n: xn = + Tại điểm M vùng giao thoa với ánh sáng trắng có n xạ cho vân max D min D sáng có: k a  xM  (k + n – 1) a * Tìm bội số chung nhỏ ước số chung lớn nhờ máy tính fx570ES: Áp dụng toán giao thoa ánh sáng với xạ đơn sắc Tìm bội số chung nhỏ ước số chung lớn hai số a b: Bấm a:b = ta phân số giản lược c:d BCNN a b a*d ƯCLN a b a:c Tìm bội số chung nhỏ ước số chung lớn ba số a, b c: Tìm BCNN a b (là d) sau tìm BCNN d c Tìm ƯCLN a b (là d) sau tìm ƯCLN d c * Dùng máy tính fx-570ES để giải tốn tìm xạ cho vân sáng, vân tối giao thoa với sáng trắng: Bấm MODE (màn hình f(X) =); nhập giá trị  theo k: k đóng vai trò biến X nhập vào cách bấm ALPHA ); bấm = (màn hình Start?); bấm giá trị ban đầu X (thường 1); bấm = (màn hình End?); bấm giá trị cuối X (thường 9); bấm = (màn hình Step?); bấm giá trị bước nhảy (thường 1); bấm = (xuất bảng (3 cột) giá trị  theo k; bấm �(xuống);  (lên) để chọn giá trị k (X)  (f(X)) thích hợp III CÁC LOẠI QUANG PHỔ CÁC BỨC XẠ KHƠNG NHÌN THẤY Lý thuyết + Máy quang phổ lăng kính dụng cụ ứng dụng tượng tán sắc ánh sáng để phân tích chùm sáng phức tạp thành thành phần đơn sắc + Máy quang phổ lăng kính gồm phận chính: Ống chuẩn trực: phận tạo chùm tia song song Lăng kính: phận phân tích chùm sáng song song thành chùm sáng đơn sắc song song khác 42 GV: LÊ QUỐC KHOA – LUYỆN THI ĐẠI HỌC CHẤT LƯỢNG – ĐÀ NẴNG Buồng ảnh kính ảnh đặt tiêu diện ảnh thấu kính hội tụ để quan sát quang phổ + Quang phổ liên tục: - Định nghĩa: Là dải sáng có màu biến đổi liên tục từ đỏ đến tím - Nguồn điều kiện phát sinh: Các chất rắn, chất lỏng khí có áp suất lớn phát bị nung nóng - Đặc điểm: Chỉ phụ thuộc nhiệt độ, khơng phụ thuộc thành phần cấu tạo nguồn sáng - Ứng dụng: Xác nhiệt độ vật sáng, đặc biệt vật xa + Quang phổ vạch phát xạ: - Định nghĩa: Là hệ thống vạch sáng riêng lẻ, nằm ngăn cách khoảng tối - Nguồn điều kiện phát sinh: Chất khí, áp suất thấp bị kích thích nhiệt, điện phát - Đặc điểm: Quang phổ vạch nguyên tố khác khác số lượng, vị trí, màu sắc, độ sáng tỉ đối vạch + Ứng dụng: Nhận biết có mặt nguyên tố hợp chất, hỗn hợp + Quang phổ vạch hấp thụ: - Định nghĩa: Là vạch tối quang phổ liên tục - Nguồn điều kiện phát sinh: Chất rắn, lỏng, khí bị chiếu ánh sáng trắng qua cho quang phổ vạch hấp thụ - Đặc điểm: Các vạch tối xuất vị trí vạch màu quang phổ vạch phát xạ chất + Ứng dụng: Biết thành phần hợp chất + Hiện tượng đảo sắc vạch quang phổ: Ở nhiệt độ định, đám có khả phát ánh sáng đơn sắc có khả hấp thụ ánh sáng đơn sắc + Phép phân tích quang phổ tiện lợi nó: - Định nghĩa: Phép phân tích quang phổ phép phân tích thành phần cấu tạo chất dựa vào nghiên cứu quang phổ chúng - Tiện lợi: Phép phân tích định tính đơn giãn, cho kết nhanh phép phân tích hố học Phép phân tích định lượng nhạy, phát đo nồng độ nhỏ Có thể xác định thành phần cấu tạo nhiệt độ vật xa Mặt Trời Sao + Tia hồng ngoại: xạ không nhìn thấy được, có bước sóng lớn bước sóng ánh sáng đỏ ( > 0,76 m) - Nguồn phát: Vật có nhiệt độ cao mơi trường xung quanh phát xạ hồng ngoại mơi trường Nguồn hồng ngoại thơng dụng bóng đèn dây tóc, bếp ga, bếp than, điơt hồng ngoại - Tính chất: Tác dụng nhiệt, tác dụng lên kính ảnh hồng ngoại, biến điệu sóng điện từ 43 GV: LÊ QUỐC KHOA – LUYỆN THI ĐẠI HỌC CHẤT LƯỢNG – ĐÀ NẴNG - Ứng dụng: Dùng đèn hồng ngoại để sưởi ấm ngồi da, giúp máu lưu thơng, dùng tia hồng ngoại để sấy khô sản phẩm sơn, sử dụng thiết bị điều khiển từ xa + Tia tử ngoại: xạ không nhìn thấy được, có bước sóng nhỏ bước sóng ánh sáng tím ( < 0,38 m) - Nguồn phát: Vật có nhiệt độ 2000 0C phát tia tử ngoại, nhiệt độ vật cao phổ tử ngoại vật trải dài phía sóng ngắn Nguồn phát tử ngoại thường dùng đèn cao áp thuỷ ngân - Tính chất: Tác dụng lên kính ảnh, làm ion hố khơng khí, làm phát quang số chất, có tác dụng sinh học - Ứng dụng: Dùng để chữa bệnh còi xương, diệt vi khuẩn, sử dụng để phát vết nứt vết xước bề mặt sản phẩm + Tia hồng ngoại tia tử ngoại sóng điện từ nằm vùng quang phổ ánh sáng nhìn thấy Tia hồng ngoại tia tử ngoại tuân theo định luật: truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ gây tượng nhiễu xạ, giao thoa ánh sáng thông thường + Tia X: Là sóng điện từ có bước sóng ngắn ( = từ 10-8 m đến 10-11 m) - Cách tạo ra: Các electron từ âm cực tăng tốc điện trường mạnh có động lớn Khi electron đập vào đối âm cực, chúng xuyên qua lớp vỏ nguyên tử, tương tác với hạt nhân electron bên làm phát sóng điện từ có bước sóng cực ngắn, gọi xạ hãm - Tính chất: Khơng bị lệch điện trường từ trường, tác dụng mạnh lên kính ảnh, tác dụng sinh lí, huỷ diệt tế bào, làm ion hố chất khí, có khả đâm xun mạnh, làm phát quang số chất - Ứng dụng: Nghiên cứu mạng tinh thể, dò tìm khuyết tật sản phẩm đúc, chiếu điện, chụp điện, chữa bệnh ung thư nông, nghiên cứu thành phần, cấu trúc vật rắn, kiểm tra hành lí hành khách máy bay + Tia gamma () sóng điện từ có bước sóng nhỏ bước sóng tia X (học phần Vật lý hạt nhân thường đưa vào phần để so sánh) + Thang sóng điện từ: Là tập hợp loại sóng điện từ xếp theo thứ tự bước sóng tăng (tần số giảm) dần: Tia gamma có  < 10-11 m, tia X có  từ 10-11 m đến 10-8 m, tia tử ngoại có  từ 10-9 m đến 0,38 m, ánh sáng nhìn thấy có bước sóng  từ 0,38  đến 0,76 m, tia hồng ngoại có  từ 0,76 m đến 10-3 m, sóng vơ tuyến có  từ 10-3 m đến 103 m + Các sóng điện từ thang sóng điện từ có tần số khác nên tính chất công dụng chúng khác Công thức 44 GV: LÊ QUỐC KHOA – LUYỆN THI ĐẠI HỌC CHẤT LƯỢNG – ĐÀ NẴNG c + Mối liên hệ  f ánh sáng đơn sắc chân không:  =  + Tia hồng ngoại: 0,76 m    mm + Ánh sáng nhìn thấy: 0,38 m    0,76 m + Tia tử ngoại: nm    0,38 m + Tia Rơn-ghen (tia X): 10-11 m    10-8 m + Tia gamma:  < 10-11 m + Bề rộng quang phổ bậc n giao thoa với sáng trắng: n(d  t ) D a xn = + Động electron tới đối catôt ống phát tia X: Wđ = mv max = eUAK + Tần số lớn (bước sóng nhỏ nhất) tia X mà ống Culitgiơ phát ra: hc eU0AK = hfmax = min CHƯƠNG VI LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG I HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN THUYẾT LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG Lý thuyết + Hiện tượng quang điện ngồi: Chiếu chùm ánh sáng thích hợp vào bề mặt kim loại làm electron từ kim loại bật khỏi bề mặt kim loại + Định luật giới hạn quang điện: Với kim loại có bước sóng 0 định gọi giới hạn quang điện; tượng quang điện xảy bước sóng  ánh sáng kích thích nhỏ giới hạn quang điện (  0) Giới hạn quang điện kim loại thường kẻm, đồng, nhôm, nằm vùng tử ngoại, kim loại kiềm can xi, kali, xesi, nằm vùng ánh sáng nhìn thấy + Giả thuyết Plăng: Nguyên tử hay phân tử hấp thụ hay xạ ánh sáng cách không liên tục mà thành phần riêng biệt, đứt quãng Mỗi phần mang lượng hồn tồn xác định, gọi lượng tử ánh sáng, có độ lớn  = hf; với f tần số ánh sáng, h = 6,625.10-34 Js số Plăng + Thuyết lượng tử ánh sáng: - Ánh sáng tạo thành hạt gọi phôtôn 45 GV: LÊ QUỐC KHOA – LUYỆN THI ĐẠI HỌC CHẤT LƯỢNG – ĐÀ NẴNG - Mỗi ánh sáng đơn sắc có tần số f, phôtôn giống nhau, phôtôn hc mang lượng:  = hf =  gọi lượng tử lượng - Trong chân không phôtôn bay với tốc độ c = 3.10 m/s dọc theo tia sáng - Mỗi lần nguyên tử hay phân tử phát xạ hay hấp thụ ánh sáng chúng phát hay hấp thụ phôtôn Phôtôn tồn trạng thái chuyển động, khơng có phơtơn đứng yên + Hiện tượng quang điện xảy có hấp thụ phơtơn ánh sáng kích thích để làm bật electron khỏi bề mặt kim loại Công thức hc + Năng lượng phôtôn ánh sáng:  = hf =  hc + Cơng electron, giới hạn quang điện: A = 0 hc + Cơng electron tính eV: A = e0 hc + Giới hạn quang điện cơng electron có đơn vị eV: 0 = eA hc hc   + Công thức Anhxtanh: hf = =A+W = + mv 0max đmax �1 � �  �  0 � + Động ban đầu electron quang điện: Wđ0max = hc � 2hc �1 � �  � me � 0 � + Tốc độ ban đầu cực đại electron quang điện: v0max = + Điện cực đại cầu kim loại cô lập bị chiếu chùm xạ có hc �1 � hc �1 � �  � �  � e � 0 � e �  0 �  < 0: Vmax = ne hc + Công suất nguồn sáng, hiệu suất lượng tử: P = n  ; H = n  46 GV: LÊ QUỐC KHOA – LUYỆN THI ĐẠI HỌC CHẤT LƯỢNG – ĐÀ NẴNG * Cách gọi số Vật lí máy tính cầm tay fx-570ES: Nhấn SHIFT nhấn mã số số (có nắp máy) Ví dụ: SHIFT 06 ta h = 6,625.10-34 J.s; SHIFT 28 ta c = 299792458 m/s  3.108 m/s SHIFT 23 ta e = 1,6.10-19 C; SHIFT 03 ta me = 9,1.10-31 kg; II QUANG ĐIỆN TRONG QUANG – PHÁT QUANG LAZE Lý thuyết + Chất quang dẫn: Là chất trở nên dẫn điện có ánh sáng thích hợp chiếu vào + Hiện tượng quang dẫn: Là tượng điện trở chất bán dẫn giảm mạnh có ánh sáng thích hợp chiếu vào + Quang điện trở: Là điện trở làm chất quang dẫn + Hiện tượng quang điện trong: Là tượng phơtơn ánh sáng kích thích bị hấp thụ giải phóng electron liên kết thành electron tự (electron dẫn) chuyển động khối chất bán dẫn Giới hạn quang điện chất quang dẫn nằm vùng hồng ngoại + Pin quang điện pin chạy lượng ánh sáng Nó biến đổi trực tiếp quang thành điện + Pin quang điện hoạt động dựa vào tượng quang điện xảy bên cạnh lớp chặn + Suất điện động pin quang điện nằm khoảng từ 0,5 V đến 0,8 V Hiệu suất pin quang điện vào khoảng 10% + Pin quang điện ứng dụng máy đo ánh sáng, vệ tinh nhân tạo, máy tính bỏ túi, … + Hiện tượng quang – phát quang: Là phát quang chất có ánh sáng thích hợp chiếu vào + Huỳnh quang: Là phát quang có thời gian ngắn (dưới 10 -8 s), thường xảy với chất lỏng chất khí + Lân quang: Là phát quang có thời gian dài (10-8 s trở lên), thường xảy với chất rắn + Đặc điểm quang phát quang: Bước sóng ánh sáng phát quang dài bước sóng ánh sáng kích thích: hq > kt + Laze: Là nguồn sáng phát chùm sáng cường độ lớn dựa ứng dụng tượng phát xạ cảm ứng + Đặc điểm tia laze: Tia laze chùm sáng kết hợp, có tính đơn sắc, chùm song song (có tính định hướng cao), có cường độ lớn + Ứng dụng: Dùng dao mỗ phẩu thuật tinh vi (phẩu thuật mắt, mạch máu), sử dụng tác dụng nhiệt để chữa số bệnh da, sử dụng 47 GV: LÊ QUỐC KHOA – LUYỆN THI ĐẠI HỌC CHẤT LƯỢNG – ĐÀ NẴNG liên lạc vô tuyến, liên lạc vệ tinh, điều khiển tàu vũ trụ, khoan, cắt vật liệu, ngắm đường thẳng, đo khoảng cách, … Công thức hc + Năng lượng kích hoạt giới hạn quang điện trong: A =  + Đặc điểm ánh sáng phát quang: pq > kt hay fpq < fkt hc + Công suất chùm laze đơn sắc: P = n  III MẪU NGUYÊN TỬ BO Lý thuyết Hai tiên đề Bo cấu tạo nguyên tử: + Tiên đề trạng thái dừng: Nguyên tử tồn số trạng thái có lượng xác định, gọi trạng thái dừng Khi trạng thái dừng nguyên tử không xạ Trong trạng thái dừng nguyên tử, electron chuyển động quanh hạt nhân quỹ đạo có bán kính hồn tồn xác định gọi quỹ đạo dừng + Tiên đề xạ hấp thụ lượng nguyên tử: - Khi nguyên tử trạng thái dừng có lượng E n chuyển sang trạng thái dừng có lượng Em thấp phát phơtơn có lượng hiệu:  = hfnm = En – Em - Ngược lại, nguyên tử trạng thái dừng có lượng E m mà hấp thụ phơtơn có lượng hiệu E n – Em chuyển lên trạng thái dừng có lượng En cao + Với nguyên tử hiđrô electron chuyển động quỹ đạo dừng có tên gọi K (n = 1), L (n = 2), M (n = 3), ứng với mức lượng E K, EM, EM, Trong trạng dừng có lượng thấp E K (quỹ đạo K: r = r0) trạng thái dừng Cơng thức + Bán kính quỹ đạo dừng electron nguyên tử hiđrô: rn = n2r0; n  N*; r0 = 5,3.10-11 m bán kính Bo + Năng lượng trạng thái dừng nguyên tử hiđrô: 13,6 En = - n (eV); n  N* 48 GV: LÊ QUỐC KHOA – LUYỆN THI ĐẠI HỌC CHẤT LƯỢNG – ĐÀ NẴNG + Tần số bước sóng xạ quang phổ vạch phát xạ hc Ecao  Eth E  Eth h nguyên tử hiđrô: f = ;  = cao Chú ý: Khi lượng trạng thái dừng cho với đơn vị eV phải đổi đơn vị J cách nhân với e = 1,6.10-19 + Số vạch tối đa phát electron chuyển từ quỹ đạo dừng thứ n quỹ đạo dừng (quỹ đạo K với n = 1): N = n(n – 1) CHƯƠNG VII HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ I TÍNH CHẤT VÀ CẤU TẠO HẠT NHÂN Lý thuyết A + Hạt nhân gồm có Z prơtơn A – Z (A: số nuclơn); kí hiệu: Z X Các hạt nhân có số prơtơn Z khác số nơtron N (khác số khối A) gọi đồng vị + Đơn vị khối lượng: Trong vật lí hạt nhân người ta dùng loại đơn vị khối lượng: kg, u MeV/c2: u = 1,66055.10-27 kg  931,5 MeV/c2 + Hệ thức Anhxtanh lượng khối lượng: E = mc2 + Một hạt có khối lượng m0 trạng thái nghĩ chuyển động với tốc độ m0 1 v, khối lượng tăng lên thành m với m = + Năng lượng toàn phần: E = mc2 + Năng lượng nghĩ: E0 = m0c2 Động hạt: Wđ = E = E0 v2 c2 Công thức A + Hạt nhân Z X, có A nuclơn; Z prơtơn có N = (A – Z) nơtron m + Số hạt nhân m gam chất đơn nguyên tử: N = A NA m0 1 + Khối lượng tương đối tính: m = v2 c2 49 GV: LÊ QUỐC KHOA – LUYỆN THI ĐẠI HỌC CHẤT LƯỢNG – ĐÀ NẴNG m0 1 + Năng lượng toàn phần: E = mc2 = + Năng lượng nghỉ: E0 = m0c2 v2 c c2 1 + Động Wđ = E – E0 = mc2 – m0c2 = ( v2 c -1)m c2 II NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT HẠT NHÂN PHẢN ỨNG HẠT NHÂN Lý thuyết + Lực tương tác nuclôn gọi lực hạt nhân (là tương tác hạt nhân tương tác mạnh) Lực hạt nhân phát huy tác dụng hai nuclôn cách khoảng nhỏ kích thước hạt nhân (khoảng 10-15 m) + Khối lượng cùa hạt nhân nhỏ khối lượng tổng nuclơn tạo thành hạt nhân đó: m = Zmp + (A – Z)mn – mX > + Năng lượng liên kết hạt nhân lượng tối thiểu cần thiết để tách nuclôn hạt nhân thành nuclơn riêng lẻ; đo tích độ hụt khối m với c2: Wlk = m.c2 + Năng lượng liên kết riêng hạt nhân lượng liên kết tính Wlk nuclôn ( = A ) hạt nhân + Mức độ bền vững hạt nhân tùy thuộc vào lượng liên kết riêng hạt nhân, hạt nhân có lượng liên kết riêng lớn bền vững Các hạt nhân có số khối A khoảng từ 50 đến 80 có lượng liên kết riêng lớn lượng liên kết riêng hạt nhân đầu bảng cuối bảng tuần hoàn, lượng liên kết riêng hạt nhân lớn vào cở 8,8 56 MeV/nuclôn (của hạt nhân sắt 28 Fe) + Phản ứng hạt nhân trình dẫn đến biến đổi hạt nhân + Có loại phản ứng hạt nhân: Phản ứng hạt nhân tự phát phản ứng hạt nhân kích thích + Các định luật bảo toàn phản ứng hạt nhân: bảo tồn điện tích (ngun tử số Z); bảo tồn số nuclơn (số khối A); bảo tồn lượng tồn phần; bảo toàn động lượng Trong phản ứng hạt nhân khơng có bảo tồn khối lượng + Năng lượng phản ứng hạt nhân: 50 GV: LÊ QUỐC KHOA – LUYỆN THI ĐẠI HỌC CHẤT LƯỢNG – ĐÀ NẴNG W = (mtrước - msau)c2: W > tỏa lượng; W < thu lượng Công thức + Độ hụt khối, lượng liên kết, lượng liên kết riêng: Wlk m = Zmp + (A – Z)mn – mhn; Wlk = m.c ;  = A + Các định luật bảo toàn phản ứng: Bảo tồn số nuclơn: A1 + A2 = A3 + A4 Bảo tồn điện tích: Z1 + Z2 = Z3 + Z4  A1 Z1 X1 +   A2 Z2 X2  A3 Z3 X3 + A4 Z4 X4  v Bảo toàn động lượng: m1 v1 + m2 v = m3 + m4 v Bảo toàn lượng toàn phần: (m1 + m2)c + K1 + K2 = (m3 + m4)c + K3 + K4; với Ki = miv i động hạt nhân thứ i + Năng lượng toả thu vào phản ứng hạt nhân: W = (mA + mB - mC - mD)c2 = WlkC + WlkD - WlkA - WlkB = CAC + DAD - AAA - BAB W > 0: tỏa lượng; W < 0: thu lượng 2 III PHĨNG XẠ Lý thuyết + Phóng xạ: Là tượng hạt nhân không bền vững tự phát phân rã, phát tia phóng xạ biến đổi thành hạt nhân khác + Đặc tính q trình phóng xạ: Hồn tồn ngun nhân bên gây ra, tuyệt đối không phụ thuộc vào tác động bên ngồi + Định luật phóng xạ: Mỗi chất phóng xạ đặc trưng thời gian T gọi chu kì bán rã Cứ sau chu kì số nguyên tử chất biến đổi thành chất khác + Biểu thức định luật phóng xạ: ln 0,693 t t    T T -t -t T N = N0 = N0e m = m0 = m0e ; với  = T + Các dạng phóng xạ: - Phóng xạ : Tia  dòng hạt nhân li He - Phóng xạ -: Tia - dòng electron - Phóng xạ  : Tia  dòng pơzitron + + 1 e e 51 GV: LÊ QUỐC KHOA – LUYỆN THI ĐẠI HỌC CHẤT LƯỢNG – ĐÀ NẴNG - Phóng xạ : Tia  sóng điện từ có bước sóng ngắn (tần số lớn), khơng mang điện Phóng xạ  thường xảy phản ứng hạt nhân, phóng xạ  hay phóng xạ -, phóng xạ + Các hạt  chuyển động với tốc độ cỡ 2.10 m/s; hạt - + chuyển động với tốc độ xấp xĩ tốc độ ánh sáng hạt  (là phôtôn) chuyển động với tốc độ tốc độ ánh sáng Công thức + Số hạt nhân, khối lượng chất phóng xạ lại sau thời gian t: t t T T N = N0 = N0e-t; m(t) = m0 = m0e-t + Số hạt nhân tạo thành sau thời gian t: t T N’ = N0 – N = N0 (1 – ) = N0(1 – e-t) + Tỉ số số hạt nhân tạo thành số hạt nhân phóng xạ lại sau thời  t N '  T  e  t    t t  N e T gian t: + Khối lượng chất tạo thành sau thời gian t: A' A' t T m’ = m0 A (1 – ) = m0 A (1 – e-t) + Tỉ số khối lượng chất tạo thành khối lượng chất phóng xạ lại  m' A '   t  m A T sau thời gian t: t T  A '  e  t A e  t ln + Liên hệ số phóng xạ  chu kì bán rã T:  = T  0, 693 T IV PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH PHẢN ỨNG NHIỆT HẠCH Lý thuyết + Phân hạch: Là tượng hạt nhân nặng thành hai mãnh nhẹ + Đặc điểm: Sinh đến nơtron toả lượng lớn + Phân hạch 235U tác dụng nơtron tỏa lượng cở 200 MeV trì theo trình dây chuyền (trong điều kiện khối 52 GV: LÊ QUỐC KHOA – LUYỆN THI ĐẠI HỌC CHẤT LƯỢNG – ĐÀ NẴNG lượng 235U đủ lớn) Các sản phẩm phân hạch hạt nhân chứa nhiều nơtron phóng xạ - Số nơtron phát phân hạch gây phân hạch gọi hệ số nhân nơtron k: Nếu k < phản ứng dây chuyền khơng xảy ra; k = phản ứng dây chuyền xảy khơng tăng vọt điều khiển được; k > phản ứng dây chuyền tăng vọt không điều khiển dẫn đến vụ nổ nguyên tử Khối lượng tối thiểu chất phân hạch để phản ứng phân hạch trì gọi khối lượng tới hạn Với 235 92 U khối lượng tới hạn cỡ 15 kg; với 239 94 Pu khối lượng tới hạn cỡ kg Phản ứng dây chuyền có điều khiển tạo lò phản ứng hạt nhân: Dùng điều khiển có chứa bo, cađimi để điều khiển cho số nơtron sinh quay lại kích thích phản ứng phân hạch ln + Phản ứng nhiệt hạch: Là phản ứng kết hợp hai hạt nhân nhẹ thành hạt nhân nặng + Đặc điểm: Là phản ứng toả lượng + Điều kiện để xảy phản ứng nhiệt hạch: Các phản ứng kết hợp khó xảy (do hạt nhân tích điện dương nên đẩy nhau) Muốn chúng tiến lại gần kết hợp chúng phải có động lớn để thắng lực đẩy Culơng, muốn cần phải có nhiệt độ cao + Là nguồn gốc lượng Mặt Trời + Năng lượng nhiệt hạch, với ưu việt không gây ô nhiễm (sạch) nguyên liệu dồi nguồn lượng tương lai Công thức + Liên hệ động lượng động năng: Wđ = mv2; p2 = 2mWđ + Năng lượng tỏa thu vào phản ứng hạt nhân: W = (m1 + m2 – m3 – m4)c2 = W3 + W4 – W1 – W2 = A33 + A44 – A11 – A22 53 ... kA vật qua vị trí biên (x =  A); Fhp = vật qua vị trí cân + Trong chu kì, vật dao động điều hòa qng đường 4A Trong chu kì, vật quãng đường 2A Trong phần tư chu kì, tính từ biên vị trí cân vật. .. tần số góc, chu kì tần số:  = T = 2f v2 a2 v2 + Công thức độc lập: A2 = x2 +  =  +   + Những cặp lệch pha (x v hay v a) thỏa mãn công thức elip: x2 v2 v2 a2    2 A2 vmax vmax amax =1... lượng chưa biết biểu thức: Bấm MODE Nhập biểu thức chứa đại lượng chưa biết (gọi X): Đưa dấu = vào biểu thức cách bấm ALPHA CALC; đưa đại lượng chưa biết (gọi X) vào biểu thức cách bấm ALPHA