Đang tải... (xem toàn văn)
I. TÓM TẮT LÝ THUYẾT 1. DAO ĐỘNG CƠ 1.1. Dao động: Dao động là chuyển động qua lại của vật quanh một vị trí cân bằng. 1.2. Dao động tuần hoàn a) Định nghĩa: Dao động tuần hoàn là dao động mà trạng thái dao động của vật được lặp lại như cũ sau những khoảng thời gian bằng nhau. b) Chu kì và tần số dao động: b) Chu kì dao động: là khoảng thời gian ngắn nhất sau đó trạng thái dao động được lặp lại như cũ (hay là khoảng thời gian ngắn nhất để vật thực hiện xong một dao động toàn phần). ▪ Tần số dao động: là số lần dao động mà vật thực hiện được trong một đơn vị thời gian. ▪ Mối quan hệ chu kì và tần số dao động: T = ΔtN = 1f (N là số dao động toàn phần mà vật thực hiện được trong khoảng thời gian Δt) 1.3. Dao động điều hoà: Dao động điều hoà là dao động được mô tả bằng một định luật dạng cosin hay sin theo thời gian t, trong đó A, ω, φ là những hằng số: x = A.cos(ωt + φ). 2. DAO ĐỘNG ĐIỀU HOÀ 2.1. Phương trình dao động điều hoà Chọn gốc tọa độ tại vị trí cân bằng thì phương trình dao động là x = Acos(ωt + φ) Trong đó: ▪ x : li độ, là độ dời của vật xo với vị trí cân bằng (cm, m). ▪ A: biên độ, là độ dời cực đại của vật so với vị trí cân bằng (cm, m), phụ thuộc cách kích thích. ▪ ω: tần số góc, là đại lượng trung gian cho phép xác định chu kì và tần số dao động (rad/s). ▪ (ωt + φ): pha của dao động, là đại lượng trung gian cho phép xác định trạng thái dao động của vật ở thời điểm t bất kì (rad). ▪ φ: pha ban đầu, là đại lượng trung gian cho phép xác định trạng thái dao động của vật ở thời điểm ban đầu t = 0, (rad); phụ thuộc vào cách chọn gốc thời gian, trục tọa độ. ► Chú ý: A, ω luôn dương. φ: có thể âm, dương hoặc bằng 0. 2.2. Chu kì và tần
Cẩm nang vật lí 12 Đỗ Minh Tuệ - Lưu Văn Xuân Mục lục Trang CHƯƠNG I DAO ĐỘNG CƠ CHỦ ĐỀ ĐẠI CƯƠNG VỀ DAO ĐỘNG ĐIỀU HOÀ I TÓM TẮT LÝ THUYẾT II CÔNG THỨC GIẢI NHANH CHỦ ĐỀ CON LẮC LÒ XO .7 I TÓM TẮT LÝ THUYẾT II CÔNG THỨC GIẢI NHANH CHỦ ĐỀ CON LẮC ĐƠN 10 I TÓM TẮT LÝ THUYẾT 10 II CÔNG THỨC GIẢI NHANH 11 CHỦ ĐỀ CÁC LOẠI DAO ĐỘNG 14 I TÓM TẮT LÝ THUYẾT 14 II CÔNG THỨC GIẢI NHANH 15 CHƯƠNG II SÓNG CƠ 18 CHỦ ĐỀ ĐẠI CƯƠNG VỀ SÓNG CƠ 18 I TÓM TẮT LÝ THUYẾT 18 II CÔNG THỨC GIẢI NHANH 20 CHỦ ĐỀ NHIỄU XẠ VÀ GIAO THOA SÓNG CƠ 21 I TÓM TẮT LÝ THUYẾT 21 II CÔNG THỨC GIẢI NHANH 22 CHỦ ĐỀ SỰ PHẢN XẠ SÓNG SÓNG DỪNG .24 I TÓM TẮT LÝ THUYẾT 24 II CÔNG THỨC GIẢI NHANH 25 CHỦ ĐỀ SÓNG ÂM 26 I TÓM TẮT LÝ THUYẾT 26 II CÔNG THỨC GIẢI NHANH 28 CHƯƠNG III DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU .30 CHỦ ĐỀ ĐẠI CƯƠNG VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU 30 I TÓM TẮT LÝ THUYẾT 30 II CÔNG THỨC GIẢI NHANH 34 CHỦ ĐỀ CƠNG SUẤT CỦA DỊNG ĐIỆN XOAY CHIỀU 35 I TÓM TẮT LÝ THUYẾT 35 II CÔNG THỨC GIẢI NHANH 36 CHỦ ĐỀ MẠCH RLC NỐI TIẾP CÓ R, L, C, TẦN SỐ THAY ĐỔI 37 CHỦ ĐỀ ĐỘ LỆCH PHA BÀI TOÁN HỘP ĐEN 39 CHỦ ĐỀ CÁC LOẠI MÁY ĐIỆN 40 I TÓM TẮT LÝ THUYẾT 40 II CÔNG THỨC GIẢI NHANH 42 CHƯƠNG IV DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ .46 CHỦ ĐỀ MẠCH DAO ĐỘNG LC DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ 46 I TÓM TẮT LÝ THUYẾT 46 II CÔNG THỨC GIẢI NHANH 48 CHỦ ĐỀ ĐIỆN TỪ TRƯỜNG SÓNG ĐIỆN TỪ 49 CHỦ ĐỀ PHÁT VÀ THU SÓNG ĐIỆN TỪ 50 I TÓM TẮT LÝ THUYẾT 50 II CÔNG THỨC GIẢI NHANH 52 CHƯƠNG V SÓNG ÁNH SÁNG 54 CHỦ ĐỀ TÁN SẮC ÁNH SÁNG 54 I TÓM TẮT LÝ THUYẾT 54 II CÔNG THỨC GIẢI NHANH 55 CHỦ ĐỀ GIAO THOA ÁNH SÁNG NHIỄU XẠ 56 I TÓM TẮT LÝ THUYẾT 56 II CÔNG THỨC GIẢI NHANH 57 CHỦ ĐỀ QUANG PHỔ CÁC LOẠI TIA .59 CHƯƠNG VI LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG 62 CHỦ ĐỀ HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN 62 I TÓM TẮT LÝ THUYẾT 62 II CÔNG THỨC GIẢI NHANH 64 Đánh máy: Trần Văn Hậu - THPT U Minh Thượng - 0978.919.804 (tranvanhauspli25gvkg@gmail.com) Trang Cẩm nang vật lí 12 Đỗ Minh Tuệ - Lưu Văn Xuân CHỦ ĐỀ TIA X 66 CHỦ ĐỀ MẪU NGUYÊN TỬ BOHR QUANG PHỔ NGUYÊN TỬ HIĐRÔ 67 I TÓM TẮT LÝ THUYẾT 67 II CÔNG THỨC GIẢI NHANH 68 CHỦ ĐỀ SỰ PHÁT QUANG LAZE .69 I TÓM TẮT LÝ THUYẾT 69 II CÔNG THỨC GIẢI NHANH 70 CHƯƠNG VII HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ 70 CHỦ ĐỀ ĐẠI CƯƠNG VỀ HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ 70 I TÓM TẮT LÝ THUYẾT 70 II CÔNG THỨC GIẢI NHANH 72 CHỦ ĐỀ PHÓNG XẠ TỰ NHIÊN 73 I TÓM TẮT LÝ THUYẾT 73 II CÔNG THỨC GIẢI NHANH 74 CHỦ ĐỀ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 76 I TÓM TẮT LÝ THUYẾT 76 II CÔNG THỨC GIẢI NHANH 78 CHỦ ĐỀ HAI LOẠI PHẢN ỨNG TOẢ NĂNG LƯỢNG NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN 79 Đánh máy: Trần Văn Hậu - THPT U Minh Thượng - 0978.919.804 (tranvanhauspli25gvkg@gmail.com) Trang Cẩm nang vật lí 12 Đỗ Minh Tuệ - Lưu Văn Xuân CHƯƠNG I DAO ĐỘNG CƠ CHỦ ĐỀ ĐẠI CƯƠNG VỀ DAO ĐỘNG ĐIỀU HỒ I TĨM TẮT LÝ THUYẾT DAO ĐỘNG CƠ 1.1 Dao động: Dao động chuyển động qua lại vật quanh vị trí cân 1.2 Dao động tuần hồn a) Định nghĩa: Dao động tuần hoàn dao động mà trạng thái dao động vật lặp lại cũ sau khoảng thời gian b) Chu kì tần số dao động: b) Chu kì dao động: khoảng thời gian ngắn sau trạng thái dao động lặp lại cũ (hay khoảng thời gian ngắn để vật thực xong dao động toàn phần) ▪ Tần số dao động: số lần dao động mà vật thực đơn vị thời gian ▪ Mối quan hệ chu kì tần số dao động: (N số dao động toàn phần mà vật thực khoảng thời gian Δt) 1.3 Dao động điều hoà: Dao động điều hồ dao động mơ tả định luật dạng cosin hay sin theo thời gian t, A, ω, φ số: x = A.cos(ωt + φ) DAO ĐỘNG ĐIỀU HỒ 2.1 Phương trình dao động điều hồ Chọn gốc tọa độ vị trí cân phương trình dao động Trong đó: ▪ x : li độ, độ dời vật xo với vị trí cân (cm, m) ▪ A: biên độ, độ dời cực đại vật so với vị trí cân (cm, m), phụ thuộc cách kích thích ▪ ω: tần số góc, đại lượng trung gian cho phép xác định chu kì tần số dao động (rad/s) ▪ (ωt + φ): pha dao động, đại lượng trung gian cho phép xác định trạng thái dao động vật thời điểm t (rad) ▪ φ: pha ban đầu, đại lượng trung gian cho phép xác định trạng thái dao động vật thời điểm ban đầu t = 0, (rad); phụ thuộc vào cách chọn gốc thời gian, trục tọa độ ► Chú ý: A, ω ln dương φ: âm, dương 2.2 Chu kì tần số dao động điều hoà Dao động điều hoà dao động tuần hồn hàm cosin hàm tuần hồn có chu kì T, tần số f a) Chu kì: b) Tần số: 2.3 Vận tốc gia tốc dao động điều hoà a) Vận tốc: Vận tốc tức thời dao động điều hồ tính đạo hàm bậc li độ x theo thời gian t: v = x' = - ωAsin (ωt + φ) (cm/s; m/s) b) Gia tốc: Gia tốc tức thời dao động điều hồ tính đạo hàm bậc vận tốc theo thời gian đạo hàm bậc hai li độ x theo thời gian t: a = v ' = x '' = - ω2A cos(ωt + φ) (cm/s2; m/s2) LỰC TÁC DỤNG (Lực phục hồi, lực kéo về) Hợp lực F tác dụng vào vật dao động điều hoà trì dao động, có xu hướng kéo vật trở vị trí cân gọi lực kéo lực hồi phục (hay lực kéo về) a) Định nghĩa: Lực hồi phục lực tác dụng vào vật dao động điều hồ có xu hướng đưa vật trở vị trí cân b) Biểu thức: Hay: Từ biểu thức ta thấy: lực hồi phục ln hướng vị trí cân vật c) Độ lớn: Ta thấy: lực hồi phục có độ lớn tỉ lệ thuận với độ dời vật + Độ lớn lực hồi phục cực đại x = ±A, lúc vật vị trí biên: + Độ lớn lực hồi phục cực tiểu x = 0, lúc vật qua vị trí cân bằng: |F| = Nhận xét: + Lực hồi phục thay đổi trình dao động + Lực hồi phục đổi chiều qua vị trí cân + Lực hồi phục biến thiên điều hoà theo thời gian pha với a, ngược pha với x + Lực phục hồi có chiều ln hướng vị trí cân MỐI LIÊN HỆ GIỮA CHUYỂN ĐỘNG TRÒN ĐỀU VÀ DAO ĐỘNG ĐIỀU HOÀ Đánh máy: Trần Văn Hậu - THPT U Minh Thượng - 0978.919.804 (tranvanhauspli25gvkg@gmail.com) Trang Cẩm nang vật lí 12 Đỗ Minh Tuệ - Lưu Văn Xuân Xét chất điểm M chuyển động tròn đường tròn tâm O, bán kính A M + hình vẽ + Tại thời điểm t = 0: vị trí chất điểm M0, xác định góc φ M x + Tại thời điểm t vị trí chất điểm M, xác định góc (ωt +φ) t ’O + Hình chiếu M xuống trục xx’ P, có toạ độ x: x = OP = OMcos(ωt +φ) x Hay: x = A.cos(ωt +φ) P Ta thấy: hình chiếu P chất điểm M dao động điều hoà quanh điểm O Kết luận: ▪ Khi chất điểm chuyển động (O, A) với tốc độ góc ω, chuyển động hình chiếu chất điểm xuống trục qua tâm O, nằm mặt phẳng quỹ đạo dao động điều hoà ▪ Ngược lại, dao động điều hồ bất kì, coi hình chiếu chuyển động tròn xuống đường thẳng nằm mặt phẳng quỹ đạo, đường tròn bán kính biên độ A, tốc độ góc ω tần số góc dao động điều hoà ▪ Biểu diễn dao động điều hoà véctơ quay: Có thể biểu diễn dao động điều hồ có phương trình: x = A.cos(ωt + φ) vectơ quay A A + Gốc vectơ O + Độ dài: A ~ A + A, Ox CÁC CÔNG THỨC ĐỘC LẬP VỚI THỜI GIAN a Mối quan hệ li độ x vận tốc v: (Dạng elip) x v2 v 2 2 1 hay v = ω (A x ) hay A v 2max 2 Hoặc: A2 = x2 + b) Mối quan hệ li độ x gia tốc a: ► Chú ý: + a.x < 0; x [- A;+A] + Vì dao động x biến đổi → a biến đổi → chuyển động vật biến đổi không c) Mối quan hệ vận tốc v gia tốc a: ` Hay a2 v2 1 (Dạng elip) 4 A 2 A v2 a2 v2 a2 v2 a 2 2 2 hay a = ω (v v ) hay hay A = max v 2max v 2max v 2max a 2max 4 ĐỒ THỊ TRONG DAO ĐỘNG ĐIỀU HOÀ - Đồ thị x, v, a theo thời gian có dạng hình sin - Đồ thị a theo v có dạng elip - Đồ thị v theo x có dạng elip - Đồ thị a theo x có dạng đoạn thẳng - Đồ thị F theo a đoạn thẳng, F theo x đoạn thẳng, F theo t hình sin, F theo v elip ĐỘ LỆCH PHA TRONG DAO ĐỘNG ĐIỀU HOÀ Trong dao động điều hòa x, v, a biến thiên điều hòa tần số, khác pha - Vận tốc li độ vuông pha - Vận tốc gia tốc vuông pha - Gia tốc li độ ngược pha II CƠNG THỨC GIẢI NHANH Tính chu kì tần số dao động - Chu kì: T = = = (N: số dao động vật thực thời gian Δt) - Tần số góc: Tính biên độ dao động (ℓ : chiều dài quỹ đạo) Xác định thời điểm a) Xác định thời điểm vật qua vị trí M có li độ xM lần thừ n theo chiều dương âm Đánh máy: Trần Văn Hậu - THPT U Minh Thượng - 0978.919.804 (tranvanhauspli25gvkg@gmail.com) Trang Cẩm nang vật lí 12 Đỗ Minh Tuệ - Lưu Văn Xuân x Giải phương trình: xM = A.cos(ωt + φ) cos(ωt + φ) = M = cosβ với ≤ β ≤ π A t ( ) kT t k 2 t k 2 t kT ( ) Nếu k = 1, 2, 3…thì k = n (k thường chạy từ 0,1,…hoặc từ 1,2,…)Nếu k = 0, ,2…thì k = n -1 b) Xác định thời điểm vật qua vị trí có li độ x* lần thứ n, khơng tính đến chiều chuyển động: * TH1: Nếu n số lẻ t1 khoảng thời gian kể từ lúc ban đầu (t = 0) đến lúc vật qua vị trí có li độ x* lần * TH2: Nếu n số chẵn t2 khoảng thời gian kể từ lúc ban đầu (t = 0) đến lúc vật qua vị trí có li độ x* lần c) Nếu tính đến chiều chuyển động, vật qua tọa độ x* theo chiều lần thứ n thì: d) Các trường hợp đặc biệt không phụ thuộc n chẵn hay lẻ: + Nếu qua vị trí cân lần thứ n thì: + Nếu qua điểm biên lần thứ n thì: Tính khoảng thời gian ngắn Xác định khoảng thời gian ngắn vật từ vị trí có li độ x1 đến vị trí có li độ x2 Tính góc α1: sin α1 = x1 A ; tính góc α2: sin α2 = x2 A → αmin = α1 + α2 (Khoảng thời gian ngắn lần Eđ = Et = E/2 T/4, hai lần Eđ = 3Et hay Et = 3Eđ T/6) Hai vật đồng thời xuất phát vị trí Xác định khoảng thời gian ngắn để hai vật có li độ: n phụ thuộc vào vị trí xuất phát ban đầu: ví dụ φ = - n = Tính quãng đường vật kể từ thời điểm t1 đến thời điểm t2 Cách tìm S': Thay t1, t2 vào phương trình x, v để tính (x 1, v1) (x2, v2), quan tâm dấu v 1, v2 để xác định chiều chuyển động vật Biểu diễn trục Ox để tính S' Tính quãng đường cực đại, cực tiểu khoảng thời gian Δt * Trường hợp 1: < Δt < α = ω.Δt = Δt (α < π): ; * Trường hợp 2: Δt > Phân tích: Δt = n + Δt' (với n N*, Δt' < T) Tính α = ω.Δt' = Δt' ; Tính tốc độ trung bình vận tốc trung bình S (S quãng đường vật khoảng thời gian Δt) t 4A v max - Tốc độ trung bình chu kì (hay nửa chu kì): v T Smax Smin - Tính tốc độ trung bình cực đại, cực tiểu: v max ; v t t - Tốc độ trung bình: v Đánh máy: Trần Văn Hậu - THPT U Minh Thượng - 0978.919.804 (tranvanhauspli25gvkg@gmail.com) Trang Cẩm nang vật lí 12 Đỗ Minh Tuệ - Lưu Văn Xuân x x x - Vận tốc trung bình: v tb (Δx : độ dời khoảng thời gian Δt) t t t1 (Vận tốc trung bình số nguyên lần chu kì 0) Xác định số lần vật qua vị trí có li độ x* kể từ thời điểm t đến thời điểm t2 Nhận xét: Trong chu kì vật qua vị trí có li độ x* lần (trừ vị trí biên) Lập tỉ số: t t t t n , m (Ví dụ: 3,6 n = m = 6) T T T a) Trường hợp 1: Nếu m = Số lần: N = 2.n Tìm N dư: cách làm giống tìm S' b) Trường hợp 2: Nếu m ≠ Số lần: N = 2n + Ndư mục Lưu ý: Ndư 0, 1, Ngồi giải cách sau: Tìm t(+), t(-) mục sau t1 ≤ t(+) ≤ t2; t1 ≤ t(-) ≤ t2 k; dùng phương pháp đường tròn, phương pháp đồ thị 10 Xác định li độ x2: Cho biết li độ x1 thời điểm t1 Tìm li độ vật x2 thời điểm t2 = t1 + t0 Cách 1: Phương pháp đại số Tính góc α = ω.Δt = ω.t0 + Nếu α = k.2π: x2 = x1 + Nếu α = (2k +1)π: x2 = - x1 + Nếu α = (2k + 1) : x2 = A x 12 + Nếu α bất kì: x2 = x1cosα A x 12 sinα Cách 2: Phương pháp dùng đường tròn Căn x1 chiều chuyển động ta xác định vị trí M đường tròn, vào góc quét α = ω.Δt = ω.t0 ta xác định M2 đường tròn, hạ M2 vng góc với Ox P2 Tính x2 = OP 11 Viết phương trình dao động: Nếu chọn gốc tọa độ O vị trí cân phương trình dao động điều hòa có dạng: x = Acos(ωt + φ) (cm) Tìm ω mục 1, tìm biên độ A mục x A cos ? v A sin ? Dựa vào điều kiện ban đầu (t = 0) để tìm φ Ví dụ: lúc t = 0, ta có: A ? ? Có thể tìm φ nhanh đường tròn lượng giác Cần nhớ lúc t = 0: v < φ > 0; v0 > φ < ► Lưu ý: sinα = cos(α - π/2); cosα = sin(α + π/2); sin(-α) = - sinα = cos(α + π/2) ; sin2 α = cos 2 cos 2 ; cos2α = ; cos3α = 4.cos3α - 3.cosα ; 2 sin(π + α) = - sinα ; cos(π + α) = - cosα; cos(-α) = cosα CHỦ ĐỀ CON LẮC LỊ XO I TĨM TẮT LÝ THUYẾT Định nghĩa lắc lò xo: Con lắc lò xo hệ thống gồm lò xo có độ cứng k, khối lượng khơng đáng kể (lí tưởng) đầu cố định đầu gắn vật nặng có khối lượng m (kích thước khơng đáng kể) Phương trình động lực học vật dao động điều hồ lắc lò xo: x’’ + ω2x = (*) Trong tốn học phương trình (*) gọi phương trình vi phân bậc có nghiệm: x = A.cos(ωt +φ) k m Tần số góc: ω = Chu kì tần số dao động: T 2 m k f = k 2 m ► Chú ý: Trong công thức m (kg); k (N/m) Đổi: N/cm = 100 N/m, 1g = 10 -3 kg Năng lượng dao động điều hòa a) Động năng: Ed = b) Thế năng: Et = mv 2 kx c) Cơ năng: Cơ tổng động Đánh máy: Trần Văn Hậu - THPT U Minh Thượng - 0978.919.804 (tranvanhauspli25gvkg@gmail.com) Trang Cẩm nang vật lí 12 Đỗ Minh Tuệ - Lưu Văn Xuân 1 2 E = Eđ + Et = m A = kA = const 2 1 1 2 kA = m2 A = mv 2max E = mv + kx = 2 2 E = Eđmax = Etmax = const d) Các kết luận: - Con lắc lò xo dao động điều hồ với tần số f, chu kì T, tần số góc ω động biến thiên tuần hoàn với tần số f ' = 2f, tần số góc ω' = ω, chu kì T ' = T/2 - Động biến thiên tuần hoàn biên độ, tần số lệch pha góc π (hay ngược pha nhau) Trong trình dao động điều hồ có biến đổi qua lại động năng, động giảm tăng ngược lại tổng chúng tức bảo tồn, khơng đổi theo thời gian tỉ lệ thuận với bình phương biên độ dao động - Khoảng thời gian ngắn hai lần động ∆t = T' T 4f - Cơ vật = động qua vị trí cân = vị trí biên - Động cực đại = cực đại = = - Biên độ động = biên độ = kA 2 kA e) Đồ thị dao động: - Đồ thị động năng, theo thời gian hình sin - Đồ thị theo thời gian đường thẳng song song với trục Ot - Đồ thị động năng, theo li độ x cung parabol - Đồ thị theo li độ x có dạng đoạn thẳng Ghép lò xo: Cho hai lò xo lí tưởng có độ cứng k1 k2 Gọi k độ cứng hệ hai lò xo a) Ghép nối tiếp: k 1k 1 → knt = k nt k k k1 k b) Ghép song song: kss = k1 + k2 c) Ghép có vật xen giữa: k = k1 + k2 Cắt lò xo: Cho lò xo lí tưởng có chiều dài tự nhiên ℓ0, độ cứng k0 Cắt lò xo thành n phần, có chiều dài ℓ1 , ℓ2 , , ℓn Độ cứng tương ứng k1, k2,…, kn Ta có hệ thức sau: k0ℓ0 = k1ℓ1 = k2ℓ2 = …= knℓn II CÔNG THỨC GIẢI NHANH Độ biến dạng lò xo vật VTCB: ∆ℓ0 = mg sinα (α: góc hợp trục lò xo phương ngang) k Tính chiều dài lò xo - Chiều dài lò xo vật vị trí cân bằng: ℓcb = ℓ0 ± ∆ℓ0 (dấu (+): dãn; dấu (-) nén) - Chiều dài cực đại, cực tiểu lò xo: ℓmax = ℓcb + A; ℓmin = ℓcb - A Tính lực phục hồi; lực đàn hồi; tính khoảng thời gian lò xo bị dãn, bị nén; biên độ dao động 3.1 Lực đàn hồi a) Tính độ lớn lực đàn hồi: Fđh = k|∆ℓ0 + x| max b) Độ lớn lực đàn hồi cực đại: Fđh = k|∆ℓ0 + A| c) Độ lớn lực đàn hồi cực tiểu: so sánh A Δℓ0 + Nếu A ≥ Δℓ0 → Fđh = + Nếu A < Δℓ0 → Fđh = k|∆ℓ0 - A| d) Độ lớn lực đẩy đàn hồi cực đại Khi A > Δℓ0: lò xo bị nén lực đàn hồi lò xo gọi lực đẩy max Fđay = k(A - ∆ℓ0) ► Chú ý: Tỉ số độ lớn lực đàn hồi cực đại cực tiểu lò xo Fdhmax 0 A Fdhmin 0 A 3.2 Khoảng thời gian lò xo dãn, nén chu kì + Nếu A ≤ Δℓ0: q trình dao động lò xo khơng bị nén Đánh máy: Trần Văn Hậu - THPT U Minh Thượng - 0978.919.804 (tranvanhauspli25gvkg@gmail.com) Trang Cẩm nang vật lí 12 Đỗ Minh Tuệ - Lưu Văn Xuân + Nếu A > Δℓ0: trình dao động lò xo có lúc bị dãn, có lúc bị nén cos n αn: A n n 2 n T ; tdãn = T- tnén = T tnén = 2 Chu kì tần số dao động 4.1 Tính chu kì tần số dao động: a) Cho m k: T = 2 m ; ý: T ~ k f b) Lò xo treo thẳng đứng: ω = k = m m ;T~ f g ; (Δℓ0 đơn vị m) 0 c) Lò xo mặt phẳng nghiêng góc α : ω = k = m g.sin 0 T = 2 0 g.sin 4.2 Thay đổi chu kì cách thay đổi khối lượng vật: Con lắc lò xo [(m1 ± m2); k]: T = T12 T22 ; lắc lò xo [ m1m , k]: T = T1T2 4.3 Thay đổi chu kì cách thay đổi độ cứng k: Cho (m, k1) dao động với T1; (m, k2) dao động với T2 Con lắc lò xo [m, (k1 nt k2)]: Tnt = T12 T22 ; Con lắc lò xo [m,(k1 ss k2]: Tss = T1 T2 T12 T22 f m m m 4.4 Thêm bớt khối lượng Δm (gia trọng): m1 m1 2 f 4.5 Trong khoảng thời gian Δt lắc (1) thực N1 dao động, lắc (2) N2 dao động ∆t = N1T1 = N2T2 Năng lượng dao động điều hòa lắc lò xo: a) Động năng: Ed = b) Thế năng: Et = mv 2 kx 1 kA = m A = const 2 v max A * Khi Eđ = nEt x = ± ; Et = nEđ v = ± n 1 n 1 c) Cơ năng: E = * (x, v, a, F) biến thiên điều hòa với (ω, f, T) (Eđ, Et) biến thiên tuần hoàn với: ω' = 2ω, f ' = 2f , T' = T/2 Bài toán va chạm: Cho lắc lò xo nằm ngang, bỏ qua ma sát Khi vật m vị trí cân vật m chuyển động với vận tốc v đến va chạm xuyên tâm với vật m a) Trường hợp 1: Va chạm hoàn toàn đàn hồi Gọi V, v vận tốc m m0 sau va chạm: 2m m m v ; v m0 v m0 m m0 m m0 v ; b) Trường hợp 2: Va chạm mềm Vm m0 m0 m Vm = Tổng quát: Vật m1 chuyển động v1 đến va chạm xuyên tâm với m có vân tốc v2 Tìm vận tốc hai vật sau va chạm: a) Va chạm hoàn toàn đàn hồi: ( m1 m ) v m v (m m1 ) v 2m1 v1 ; v' m1 m m1 m m v1 m v b) Va chạm mềm (hồn tồn khơng đàn hồi): v m1 m v'1 Điều kiện để vật không dời trượt nhau: Vật m1 đặt vật m2 thẳng đứng Để m1 ln nằm n dao động điều hòa theo phương m2 dao động cần điều kiện Đánh máy: Trần Văn Hậu - THPT U Minh Thượng - 0978.919.804 (tranvanhauspli25gvkg@gmail.com) Trang Cẩm nang vật lí 12 Vật m1 đặt vật m2 dao động điều hòa theo phương ngang Hệ số ma sát m m2 μ Bỏ qua ma sát m2 A≤ g ( m m )g k 2 Đỗ Minh Tuệ - Lưu Văn Xuân mặt sàn Để m1 khơng trượt m2 Vật m1 đặt m2 gắn vào hai đầu lò xo đặt thẳng đứng, m A≤ dao động điều hòa Để m2 ln nằm mặt sàn q trình m1 dao động ( m m )g g k Đánh máy: Trần Văn Hậu - THPT U Minh Thượng - 0978.919.804 (tranvanhauspli25gvkg@gmail.com) A≤ ( m1 m )g k Trang Cẩm nang vật lí 12 Đỗ Minh Tuệ - Lưu Văn Xuân CHỦ ĐỀ CON LẮC ĐƠN I TÓM TẮT LÝ THUYẾT Định nghĩa lắc đơn Con lắc đơn hệ thống gồm sợi dây khơng giãn khối lượng khơng đáng kể có chiều dài ℓ đầu gắn cố định, đầu lại treo vật nặng có khối lượng m kích thước khơng đáng kể coi chất điểm Phương trình động lực học (phương trình vi phân): α ≤ 100 s'' + ω2 s = Phương trình dao động lắc đơn - Phương trình theo cung: s = S0cos(ωt + φ) - Phương trình theo góc: α = α0cos(ωt +φ) - Mối quan hệ S0 α0: S0 = α0ℓ Tần số góc Chu kì tần số dao động lắc đơn * Tần số góc: ω = g * Chu kì dao động: T = 2π * Tần số dao động: f = g 2 g Năng lượng dao động điều hoà lắc đơn 5.1 Trường hợp tổng qt: với góc α a) Động năng: Eđ = mv 2 b) Thế năng: Et = mgh = mgℓ(1 - cosα) h = ℓ(1 - cosα) c) Cơ năng: E = Eđ + Et = mv 2max mv + mgℓ(1 - cosα) = = mgℓ (1 - cosαmax) 2 5.2 Trường hợp dao động điều hoà: mv mà v = s’ = - ωS0sin(ωt + φ) mv 2 2 hay Eđ = = m S0 sin (ωt + φ) 2 a) Động năng: Eđ = b) Thế năng: * Nếu góc nhỏ (α ≤ 100), ta có: - cosα = 2.sin2 2 ≈ 2 mg (α : rad) s mg s = mω2s2 * Mà: α ≈ sinα = → Et = 2 2 * Mà: s = S0cos(ωt + φ) → Et = m S0 cos (ωt + φ) Et = c) Cơ năng: mg 1 mv s = m2S02 sin (t ) cos (t ) = m2S02 + 2 mg 1 S0 = m2S02 = mg 02 = const E= 2 E = Eđ + Et = d) Các kết luận: Con lắc đơn dao động điều hồ với tần số f, chu kì T, tần số góc ω động biến thiên tuần hoàn với tần số f’ = 2f, tần số góc ω, = 2ω, chu kì T’ = T/2 Động biến thiên tuần hoàn biên độ, tần số lệch pha góc π (hay ngược pha nhau) Trong q trình dao động điều hồ có biến đổi qua lại động năng, động giảm tăng ngược lại tổng chúng tức bảo tồn, khơng đổi theo thời gian tỉ lệ thuận với bình phương biên độ dao động Đánh máy: Trần Văn Hậu - THPT U Minh Thượng - 0978.919.804 (tranvanhauspli25gvkg@gmail.com) Trang 10 Cẩm nang vật lí 12 Đỗ Minh Tuệ - Lưu Văn Xuân Hiệu điện hãm (Uh > 0): e.Uh = mv 02 max Điều kiện để dòng quang điện bị triệt tiêu (I = 0): U AK ≤ -Uh Cường độ dòng quang điện bão hòa (Ibh): Ibh = ne.e Công thức Anhxtanh tượng quang điện hc ε = hf = = A + mv 02 max Công suất phát xạ nguồn sáng (P): P = nλ.ε ne Ne Hiệu suất lượng tử (Hiệu suất quang điện): H = n N ne, nλ : số hạt êlectrôn bật khỏi catốt số phôtôn tới catốt s * Một số dạng tập điển hình cơng thức giải nhanh Dạng 1: Chuyển động electron từ trường Khi hạt electron chuyển động từ trường chịu tác dụng lực lorenxơ fL = evBsin α với α = v, B a) Trường hợp 1: α = v B Hạt êlectrôn chuyển động thẳng đều: x = v.t b) Trường hợp 2: α = 900 v B Êlectrơn chuyển động tròn có bán kính R - Tính bán kính R: mv R= qB - Bán kính cực đại: mv max hc 2m A` Rmax = qB eB - Tính chu kì tần số quay: v eB 2 2m T= ω= R m f eB c) TH 3: 00 < α < 900 Quỹ đạo êlectrôn có dạng đường đinh ốc (giống lò xo) mv sin - Tính bán kính cực đại đường ốc: R = eB 2mv max cos 2mv cos - Tính bước ốc (bước xoắn): h = vcosα.T = hmax = eB eB Dạng 2: Chuyển động êlectrơn điện trường a) Bài tốn 1: Tính vận tốc cực đại êlectrơn đến anơt A 2eU AK vAmax = v 02 max m b) Bài tốn 2: Tính khoảng rời xa kim loại electron 1 hc mv 02 max A mv 02 max = eEdmax dmax = eE eE c) Bài tốn 3: Tính bán kính lớn vùng êlectrơn đến anơt t x v max eU AK êlectrôn đến anôt ta có: y d y t x R md Tính được: d 2m 2m R = v max d eU AK eU AK - Nếu cho: d, Uh, UAK > R = 2d Uh U AK Bài tốn 4: Tìm điều kiện để êlectrôn chuyển động thẳng E B E = v.B Bài tốn 5: Tính điện cực đại cầu cô lập điện hc hc A Vmax = A eVmax = mv 02 max = e Đánh máy: Trần Văn Hậu - THPT U Minh Thượng - 0978.919.804 (tranvanhauspli25gvkg@gmail.com) Trang 61 Cẩm nang vật lí 12 Đỗ Minh Tuệ - Lưu Văn Xuân ► Chú ý: - Khi chiếu xạ có bước sóng λ1,λ2 ,…, λn vào cầu điện cực đại V1, V2,…, Vn Nếu chiếu đồng thời xạ vào cầu điện cực đại cầu Vmax ứng với λmin (hay fmax) Q R - Điện tích cực đại cầu: V = k Qmax = Vmax (R: bán kính cầu, k = 9.109) R k - Nối cầu với điện trở R đầu điện trở nối đất: V Imax = max R CHỦ ĐỀ TIA X BÀI TẬP VỀ TIA X (RƠN-GHEN) * Công thức Gọi v0 vận tốc êlectrôn bật khỏi catôt (K) v vận tốc êlectrôn đến anốt ống Cu-lit-giơ U = UAK (U > 0) hiệu điện đặt vào hai cực ống Culit-giơ Nếu vận tốc ban đầu êlectrôn bật khỏi catôt đáng kể (v0 = 0): 1 mv mv 02 max =eU 2 Nếu vận tốc ban đầu êlectrôn bật khỏi catôt không đáng kể (v0 = 0): Động êlectrôn đến A Eđ = mv eU Động êlectrôn đến A dùng vào hai việc: đốt nóng đối âm cực (Q) chuyển thành lượng tia X (ε hc hc = hf = ) : Eđ = Q + ε = Q + hf = Q + Công thức tính nhiệt lượng: Q = mc.Δt0 m: khối lượng (kg); c: nhiệt dung riêng (J/kg.K); Δt0 = t 02 t 10 : độ biến thiên nhiệt độ * Một số dạng tập điển hình cơng thức giải nhanh Các dạng áp dụng cho trường hợp bỏ qua động êlectrôn bật khỏi catơt Dạng 1: Tính động năng, vận tốc êlectrơn đến anốt ống Cu-lit-giơ: ▪ Động năng: Eđ = mv2 = eU 2E đ 2eU ▪ Tốc độ êlectrôn chuyển động đến A: v = m m hc Dạng 2: Tính bước sóng nhỏ tia X phát λmin = eU ►Lưu ý: Để làm tăng “độ cứng” tia X tức làm giảm bước sóng ta phải tăng hiệu điện hai đầu ống U max U U eU Dạng 3: Tính tần số lớn tia X phát fmax = h hc Dạng 4: Tính hiệu điện tối thiểu Umin để ống phát tia X có bước sóng λ Umin = e Dạng 5: Tính cơng suất điện tiêu thụ ống P = UI I cường độ dòng điện chạy qua ống: I = ne.e P' n nhc Dạng 6: Tính hiệu suất ống Cu-lit-giơ P UI UI. Đánh máy: Trần Văn Hậu - THPT U Minh Thượng - 0978.919.804 (tranvanhauspli25gvkg@gmail.com) Trang 62 Cẩm nang vật lí 12 Đỗ Minh Tuệ - Lưu Văn Xuân Dạng 7: Liên quan đến nhiệt lượng ▪ Năng lượng dòng êlectrơn đến anơt là: W = nEđ.t = n.e.U.t = U.I.t ▪ Giả sử toàn động chùm êlectrơn dùng đốt nóng A (thành nhiệt): Q = W mcΔt0 = UIt ▪ Giả sử a(%) động chùm êlectrơn biến thành nhiệt: Dạng Tính lưu lượng dòng nước L = UI Thường gặp: Q = UIt = mc.Δt0 = VDc.Δt0 L = = (D: khối lượng riêng nước) Dct CHỦ ĐỀ MẪU NGUYÊN TỬ BOHR QUANG PHỔ NGUYÊN TỬ HIĐRƠ I TĨM TẮT LÝ THUYẾT Mẫu hành tinh nguyên tử Rơ-dơ-pho: a) Thí nghiệm: Dùng chùm hạt anpha bắn vào vàng mỏng, khẳng định nguyên tử có hạt nhân b) Nội dung: “Nguyên tử gồm hạt nhân mang điện tích dương giữa, xung quanh có hạt êlectrơn chuyển động giống hành tinh chuyển động xung quanh Mặt Trời” c) Những hạn chế mẫu ngun tử trên: - Khơng giải thích bền vững nguyên tử; - Không giải thích tạo thành quang phổ vạch nguyên tử Mẫu nguyên tử Bo (Bohr, nhà Vật lí Đan Mạch) Năm 1913, Nhà bác học Bo vận dụng tinh thần thuyết lượng tử kế thừa mẫu hành tinh nguyên tử, ông đưa mẫu nguyên tử đưa thêm vào hai tiên đề: a) Tiên đề 1: Tiên đề trạng thái dừng ▪ Nội dung: Nguyên tử tồn trạng thái có lượng xác định, gọi trạng thái dừng Trong trạng thái dừng, nguyên tử không xạ ▪ Hệ quả: Trong trạng thái dừng nguyên tử, êlectrôn chuyển động quỹ đạo có bán kính hồn tồn xác định, gọi quỹ đạo dừng ► Chú ý: Năng lượng nguyên tử trạng thái dừng bao gồm động êlectrôn tương tác êlectrơn với hạt nhân Để tính tốn lượng êlectrôn Bo dùng mẫu hành tinh nguyên tử Quỹ đạo lớn có lượng lớn ngược lại, nguyên tử có lượng nhỏ bền vững Xét ngun tử Hiđrơ - Bán kính quỹ đạo dừng: rn = n2r0 Với: n = 1,2,3,… ; r0 = 0,53A0 = 5,3.10-11m: bán kính quỹ đạo Bo (ở quỹ đạo K) - Mức lượng nguyên tử hiđrô: âm xác định E En = 20 n -18 Với: E0 = 13,6 (eV) = 2,176.10 (J): lượng ion hố ngun tử hiđrơ Số lượng tử n Tên quỹ đạo Bán kính quỹ đạo Mức lượng (eV) Trạng thái K r0 -13,6 Cơ L 4r0 -3,4 KT1 M 9r0 -1,51 KT2 N 16r0 -0,85 KT3 O 25r0 -0,544 KT4 P 36r0 -0,378 KT5 … … … … b) Tiên đề 2: Tiên đề xạ hấp thụ ▪ Bức xạ: Khi nguyên tử chuyển từ trạng thái dừng có mức lượng cao (E n) sang trạng thái dừng có mức lượng thấp (Em) ngun tử phát phơtơn có lượng hiệu En – Em: ε = En - Em = h.fnm (fmn tần số ánh sáng ứng với phơtơn đó) hc En - Em = hfmn = mn ▪ Hấp thụ: ngược lại, nguyên tử trạng thái có mức lượng thấp (E m) mà hấp thụ phơtơn có lượng hfnm hiệu En – Em chuyển lên trạng thái dừng có mức lượng (En) lớn ► Chú ý: ε ≠ En - Em nguyên tử không hấp thụ phôtôn, không chuyển mức lượng Quang phổ vạch nguyên tử Hiđrô 3.1 Quang phổ vạch phát xạ nguyên tử hiđrô - Dãy Lai-man (Lyman): gồm vạch vùng tử ngoại - Dãy Ban-me (Balmer): gồm vạch quang phổ nằm vùng tử ngoại vạch vùng ánh sáng nhìn thấy (Đỏ: Hα; Lam: Hβ; Chàm: Hγ; Tím: Hδ) Đánh máy: Trần Văn Hậu - THPT U Minh Thượng - 0978.919.804 (tranvanhauspli25gvkg@gmail.com) Trang 63 Cẩm nang vật lí 12 Đỗ Minh Tuệ - Lưu Văn Xuân - Dãy Pa-sen (Paschen): gồm vạch quang phổ vùng hồng ngoại 3.2 Giải thích tạo thành quang phổ vạch nguyên tử hiđrô a) Sự tạo thành vạch quang phổ - Ở trạng thái bình thường (cơ bản) ngun tử hiđrơ có lượng thấp nhất, êlectrơn chuyển động quỹ đạo K - Khi ngun tử kích thích, êlectrơn chuyển lên quỹ đạo có mức lượng cao hơn: L, M, N, - Nguyên tử sống trạng thái kích thích thời gian ngắn (khoảng 10-8s) Sau êlectrơn chuyển quỹ đạo bên phát phôtôn - Mỗi êlectrôn chuyển từ quỹ đạo có mức lượng cao xuống mức lượng thấp phát phơtơn có lượng hiệu mức lượng ứng với hai quỹ đạo đó: hf = Ecao - Ethấp - Mỗi phơtơn có tần số f lại ứng với sóng ánh sáng đơn sắc c có bước sóng λ : tạo thành vạch: λ = f - Mỗi sóng ánh sáng đơn sắc lại cho O vạch quang phổ có màu định Vì quang phổ quang phổ vạch b) Sự tạo thành dãy quang phổ * Sự tạo thành dãy Lai-man: chuyển êlectrơn từ quỹ đạo bên ngồi (L, M, N,…) quỹ đạo K; ứng với L chuyển mức lượng từ E2, E3,… E1 * Sự tạo thành dãy Ban-me: chuyển quỹ đạo êlectrôn từ quỹ đạo bên (M, N, O, …) quỹ đạo L; ứng với chuyển mức lượng từ E3, E4, … E2 + Vạch đỏ: Hα (λα = 0,6563μm):M → L + Vạch lam: Hβ (λβ = 0,4861μm): N → L + Vạch chàm: Hγ (λγ = 0,4340μm): O → L + Vạch tím: Hδ (λδ = 0,4102μm): P → L * Sự tạo thành dẫy Pa-sen: chuyển quỹ đạo êlectrôn từ quỹ đạo bên (N, O, P,…) quỹ đạo M ứng với chuyển mức lượng từ E4, E5,… E3 II CÔNG THỨC GIẢI NHANH * Công thức hc mn 2 Bán kính quỹ đạo dừng thứ n: rn = n r0 với: n = 1, 2, 3,… ; r0 = 5,3.10-11m E 2,17.10 18 13,6 Mức lượng nguyên tử hiđrô: En = 20 (J ) (eV) n n n Với E0 = 13,6 eV = 2,17.10-18 J; n = 0, 1, 2,… * Một số dạng tập điển hình cơng thức giải nhanh Dạng 1: Xác định bước sóng tần số vạch phổ nguyên tử hiđrô Cho bước sóng hai vạch Tìm bước sóng vạch thứ ba: 1 fnm = fnx + fxm nm nx xm Xác định bước sóng tần số vạch quang phổ ngun tử hiđrơ: c 1 R H fnm = với n > m; nm nm n m Hằng số Rydberg (Ritbec): RH = 1,097.107 (m-1) ▪ Dãy Lai-man: m = 1; n = 2, 3, 4,… (Vạch n = 2, vạch cuối n = ) ▪ Dãy Ban-me: m = 2; n = 3, 4, 5,… (Vạch n = 3, vạch cuối n = ) ▪ Dãy Pa-sen: m = 3; n = 4, 5, 6,… (Vạch n = 4, vạch cuối n = ) ► Chú ý: Vạch dãy vạch có bước sóng dài nhất, vạch cuối dãy vạch có bước sóng ngắn m2 λmin = RH Trong quang phổ vạch nguyên tử hiđrô, vạch quang phổ có bước sóng ngắn vạch cuối dãy Lai-man: λmin ≈ 0,0912μm Dạng 2: Số phôtôn tối đa số vạch quang phổ tối đa mà nguyên tử phát trạng thái kích thích Cơng thức Bo: εmn = En - Em = hfnm = Đánh máy: Trần Văn Hậu - THPT U Minh Thượng - 0978.919.804 (tranvanhauspli25gvkg@gmail.com) Trang 64 Cẩm nang vật lí 12 Đỗ Minh Tuệ - Lưu Văn Xuân n ( n 2) Nmax = + Trạng thái kích thích thứ (L): n = + Trạng thái kích thích thứ hai (M): n = + Trạng thái kích thích thứ ba (N): n = 4;… Dạng 3: Tính vận tốc chu kì quay electron quỹ đạo dừng thứ n k e k 2,2.10 e2 v2 ▪ Vận tốc: k m = e (m/s) v ~ mr n mr0 n r r ▪ Chu kì tần số quay: v = ω.r ω = v 2 2r T ~ n3 r f v CHỦ ĐỀ SỰ PHÁT QUANG LAZE I TÓM TẮT LÝ THUYẾT Hiện tượng phát quang a) Sự phát quang: + Có số chất thể rắn, lỏng khí hấp thụ lượng dạng có khả phát xạ điện từ nhìn thấy, gọi phát quang + Mỗi chất phát quang có quang phổ đặc trưng + Sau ngừng kích thích, phát quang số chất tiếp tục kéo dài thêm khoảng thời gian dừng hẳn + Thời gian phát quang: Khoảng thời gian từ lúc ngừng kích thích đến lúc ngừng phát quang gọi thời gian phát quang b) Các dạng phát quang: huỳnh quang lân quang + Hiện tượng quang phát quang: tượng chất có khả hấp thụ ánh sáng kích thích có bước sóng để phát ánh sáng có bước sóng khác + Phân loại: vào thời gian phát quang người ta phân tượng quang phát quang thành loại huỳnh quang lân quang ▪ Huỳnh quang: phát quang có thời gian phát quang ngắn (t < 10-8s) Nghĩa ánh sáng phát quang tắt sau tắt ánh sáng kích thích Xảy chất lỏng chất khí ▪ Lân quang: phát quang có thời gian phát quang dài (t > 10-8s) Xảy chất rắn Các chất rắn phát quang loại gọi chất lân quang c) Định luật Xtốc phát quang: Ánh sáng phát quang có bước sóng λ' dài bước sóng ánh sáng kích thích λ λ’ > λ hay λpq > λkt , fpq < fkt d) Ứng dụng phát quang: Được ứng dụng nhiều khoa học, đời sống như: + Sử dụng bóng đèn để thắp sáng + Trong hình của: dao động kí điện tử, tivi, vi tính,… + Sự phát quang biển báo giao thông + Kim đồng hồ Sơ lược LAZE a) Khái quát laze: Laze thuật ngữ phiên âm từ tiếng Anh LASER: “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”, có nghĩa khuếch đại ánh sáng phát xạ cảm ứng (còn gọi phát xạ kích thích) b) Nguyên tắc phát quang laze: dựa ứng dụng tượng phát xạ cảm ứng c) Đặc điểm laze: - Tia laze có tính đơn sắc cao - Tia laze chùm sáng kết hợp (các phơtơn chùm laze có tần số pha) - Tia laze chùm sáng song song (có tính định hướng cao) - Tia laze có cường độ lớn VD: laze rubi (hồng ngọc) có cường độ tới 10 W/cm2 Kết luận: Vậy, laze xem nguồn sáng phát chùm sáng song song, kết hợp, có tính đơn sắc cao cường độ lớn ► Chú ý: Laze có mật độ cơng suất lớn, cơng suất khơng lớn! d) Các loại laze: - Laze đầu tiên: rubi (hồng ngọc): màu đỏ Iôn crôm - Laze rắn: có cơng suất lớn laze thuỷ tinh pha nêođim - Laze khí: He – Ne; CO2; Ar; N,… - Laze bán dẫn: sử dụng phổ biến (ví dụ: bút bảng, ) e) Một số ứng dụng laze: Đánh máy: Trần Văn Hậu - THPT U Minh Thượng - 0978.919.804 (tranvanhauspli25gvkg@gmail.com) Trang 65 Cẩm nang vật lí 12 Đỗ Minh Tuệ - Lưu Văn Xuân - Trong thông tin liên lạc: truyền thông cáp quang, vô truyến định vị, điều khiển tàu vũ trụ, - Trong y học: dùng làm dao mổ phẫu thuật mắt, để chữa số bệnh dựa vào tác dụng nhiệt, - Trong khoa học đời sống: dùng đầu đọc đĩa CD, bút bảng,… - Trong công nghiệp: dùng để khoan, cắt, tôi, f) Hiệu suất laze: H < II CÔNG THỨC GIẢI NHANH Dạng 1: Về tượng phát quang ▪ Bước sóng ánh sáng phát quang: λpq > λkt 1 ▪ Năng lượng mát q trình hấp thụ phơtơn: Δε = hf kt - hfhq = hc kt hq Phq n hq kt 100% 100% ▪ Hiệu suất phát quang: H = Pkt n kt hq Dạng 2: Về laze Nhiệt lượng cần thiết để đưa khối kim loại lên điểm nóng chảy hố hơi: Q = mc(Tc - t0) t0: nhiệt độ ban đầu, Tc: điểm nóng chảy điểm hố Nhiệt lượng cần thiết để chuyển từ thể rắn sang thể lỏng từ thể lỏng sang thể hơi: Q = L.m L: nhiệt nóng chảy kim loại nhiệt hố chất lỏng m: khối lượng chất rắn chất lỏng Để đo khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trăng người ta dùng laze: Cho biết: thời gian phát thu xung t, lượng xung W 0, thời gian phát xung ct ▪ Khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trăng: d = W0 ▪ Công suất chùm laze: P = W W W ▪ Số phôtôn xung: N = hc hf ▪ Chiều dài xung: ℓ = c CHƯƠNG VII HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ CHỦ ĐỀ ĐẠI CƯƠNG VỀ HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ I TÓM TẮT LÝ THUYẾT Nguyên tử Cấu tạo: gồm phần hạt nhân lớp vỏ êlectrôn Điện tích: qnt = Hạt nhân Cấu tạo: Gồm hai loại hạt prôtôn (p) nơtrôn (n), gọi hạt nuclôn Hạt nuclôn Khối lượng Điện tích Prơtơn (p) mp = 1,67262.10-27 kg qp = +e = 1,6.10-19 C Nơtrôn (n) mn = 1,67493.10-27 kg qn = (trung hồ điện) Nơtrơn trung hồ điện cầu tạo hạt quac 2e 2e e ; ; 3 2e e e Hạt nơtrôn: cấu tạo quac u, d, d có điện tích ; ; 3 Hạt prôtôn: cấu tạo quac u, u, d có điện tích Kí hiệu hạt nhân nguyên tử nguyên tố X: AX , XA A: số khối (số nuclơn), Z: điện tích hạt nhân = số thứ tự = số hạt prôtôn = số hạt êlectrôn (N: số hạt nơtrôn) Khối lượng hạt nhân: Đánh máy: Trần Văn Hậu - THPT U Minh Thượng - 0978.919.804 (tranvanhauspli25gvkg@gmail.com) Trang 66 Cẩm nang vật lí 12 Đỗ Minh Tuệ - Lưu Văn Xuân Điện tích hạt nhân: Bằng tổng điện tích hạt prơtơn hạt nhân Bán kính hạt nhân: Coi hạt nhân có dạng hình cầu, bán kính R ; R0 = const, cỡ 10-15 m (cỡ fecmi) Bán kính hạt nhân tỉ lệ thuận với bậc số khối Thể tích hạt nhân: Thể tích hạt nhân tỉ lệ thuận với số khối Khối lượng riêng hạt nhân: (khối lượng riêng hạt nhân cỡ 1017 kg.m-3) Lực hạt nhân: Mặc dù hạt nhân cấu tạo từ hạt nuclôn, có hạt p mang điện tích dương → chúng đẩy → hạt nhân phá vỡ → thực tế hạt nhân bền vững → chứng tỏ hạt nuclơn phải có lực liên kết, gọi lực hạt nhân Định nghĩa: Lực hạt nhân lực hút hạt nuclôn (p-p, n-n, p-n) Đặc điểm: - Có chất khác với lực hấp dẫn, lực điện lực từ - Không phụ thuộc vào điện tích - Là lực hút mạnh so với lực nói - Bán kính tác dụng lực hạt nhân: cỡ 10-15 m (cỡ fecmi) Đồng vị đồng khối a) Đồng vị: Định nghĩa: Đồng vị nguyên tố hoá học hạt nhân nguyên tử nguyên tố có số hạt prơtơn khác số hạt nơtrơn (cùng Z khác A) Kí hiệu: AZ1 A; AZ2 A Một số đồng vị: Ví dụ: Hiđrơ gồm đồng vị 1 H : hiđrô thường, tạo nước thường H2O D : hiđrô nặng (Đơteri), tạo D : hiđrô siêu nặng (Triti) nước nặng D2O b) Đồng khối: Là hai hạt nhân có số khối (A) khác số prơtơn (cùng A, khác Z) 14 14 Ví dụ: 31 He, 23 T ; C , N ► Chú ý: Hai hạt nhân đồng khối khơng khối lượng, hạt nhân có chiều nơtrơn hạt nhân nặng (Z nhỏ m lớn) Hệ thức Anhxtanh lượng khối lượng a) Khối lượng tương đối tính Gọi m0 khối lượng nghỉ vật (khi v = 0); m khối lượng tương đối tính (chuyển động với tốc độ xấp xỉ tốc độ ánh sáng v ~ c): b) Hệ thức Anhxtanh lượng khối lượng - Năng lượng nghỉ: E0 = m0c2 - Năng lượng tương đối tính (năng lượng tồn phần): E = mc2 c) Động - Theo học cổ điển (v m ta phải tốn lượng tối thiểu tương ứng ΔE = Δm.c2 = (m0 - m)c2 để thắng lực hạt nhân - Năng lượng liên kết hạt nhân tỉ lệ thuận với độ hụt khối hạt nhân c) Năng lượng liên kết riêng - Năng lượng liên kết riêng lượng liên kết trung bình tính cho hạt nuclôn: εr = Wlk m c (Đơn vị: MeV/nuclơn) A A - Hạt nhân có lượng liên kết riêng lớn hạt nhân bền vững - Những hạt nhân có số khối trung bình từ 50 đến 70 bền vững hạt nhân khác - Năng lượng liên kết cỡ 8,8 MeV/c2 II CÔNG THỨC GIẢI NHANH Hệ thức Anhxtanh lượng khối lượng a) Cơ học cổ điển (Niu-tơn): v 1) β = v = 1 c - Khối lượng tương đối tính: m = γ.m0 (m > m0: khối lượng tăng chuyển động) - Động lượng: p = mv = γm0.v - Động năng: Wđ = E - E0 = (γ - 1)m0c2 = (γ - 1).E0 2 - Hệ thức lượng động lượng vật: E2 = m c p c - Khối lượng nghỉ phô tôn - Động lượng tương đối tính phơtơn: p = mc = h c Độ hụt khối Năng lượng liên kết Năng lượng liên kết riêng a) Độ hụt khối: Δm = m0 - m = [Zmp + (A - Z)mn] - m b) Năng lượng liên kết: Wlk = Δmc2 = (m0 - m)c2 c) Năng lượng liên kết riêng: ► Cần nhớ: Hạt anpha (α): 42 He ; prôtôn (p): 11 H ; nơtrôn (n): n ; êlectrôn (β-): 2 1e ; positron (β+): 01 e+ ; đơteri (D): H ; triti (T): 31 H ; nơtrinô ( ): gamma ( ): CHỦ ĐỀ PHÓNG XẠ TỰ NHIÊN I TÓM TẮT LÝ THUYẾT Hiện tượng phóng xạ a) Định nghĩa: Hiện tượng hạt nhân không bền vững tự phát phân rã, phát tia phóng xạ biến đổi thành hạt nhân khác gọi tượng phóng xạ 210 206 Ví dụ: 84 Po He 82 Po b) Đặc điểm: - Hiện tượng phóng xạ phụ thuộc vào nguyên nhân bên hạt nhân - Hiện tượng phóng xạ khơng phụ thuộc vào tác nhân lý, hố bên ngồi áp suất, nhiệt độ,… c) Phương trình phóng xạ: A → B + C Đánh máy: Trần Văn Hậu - THPT U Minh Thượng - 0978.919.804 (tranvanhauspli25gvkg@gmail.com) Trang 68 Cẩm nang vật lí 12 Đỗ Minh Tuệ - Lưu Văn Xuân - Hạt nhân phóng xạ hạt nhân mẹ (A) - Hạt nhân sản phẩm hạt nhân (B) - Các tia phóng xạ (C) α β Định luật phóng xạ a) Nội dung: Trong q trình phân rã, số hạt nhân phóng xạ giảm theo thời gian theo định luật hàm số mũ b) Biểu thức: - Theo số nguyên tử: N = N0.e-λt N = N0 với k = 2k - Theo khối lượng chất phóng xạ: m = m0e-λt m = m0 2k Trong đó: + N0, m0 số nguyên tử khối lượng chất phóng xạ thời điểm ban đầu t = + N, m số nguyên tử khối lượng chất phóng xạ lại thời điểm t + λ số phóng xạ: λ = ≈ + T chu kì bán rã: sau khoảng thời gian nửa số nguyên tử chất biến đổi thành chất khác c) Đồ thị biểu diễn phụ thuộc N theo thời gian t: N = N0e-λt → đồ thị đường cong Độ phóng xạ a) Định nghĩa: Độ phóng xạ lượng chất phóng xạ đại lượng vật lí đặc trưng cho tính phóng xạ mạnh hay yếu lượng chất phóng xạ, đo số phân rã/giây b) Biểu thức: H = λN; H = H0.e-λt H = H0 ( k = : số chu kì bán rã thời gian t) 2k Độ phóng xạ lúc đầu (t = 0): H0 = λN0 c) Đơn vị: Becơren, kí hiệu: Bq; 1Bq = 1phân rã/giây Ngồi dùng đơn vị Curi (Ci): 1Ci = 3,7.1010 Bq Các loại tia phóng xạ a) Tia anpha (α) Thực chất: chùm hạt nhân hêli ( 42 He), gọi hạt α Tính chất: - Bị lệch điện trường từ trường - Tốc độ bay khỏi nguồn cỡ 2.107 m/s - Có khả ion hố mơi trường mạnh dần lượng - Khả đâm xuyên yếu, tối đa cm khơng khí, khơng xun qua bìa dày mm b) Tia bêta (β): Gồm hai loại tia β+ β Thực chất: - Tia bêta cộng (β+): chùm hạt êlectrôn dương (hạt pôzitrôn: e+) - Tia bêta trừ (β-): chùm hạt êlectrơn âm (hạt êlectrơn: e-) Tính chất: - Tia β phóng với tốc độ lớn, gần vận tốc ánh sáng chân khơng - Có khả ion hố mơi trường yếu tia α - Có khả đâm xuyên mạnh tia α , vài mét khơng khí xun qua nhơm dày cỡ mm - Bị lệch điện trường từ trường c) Tia gamma (γ) Thực chất: Tia γ có chất sóng điện từ có bước sóng ngắn (dưới 0,01 nm) Đây chùm phơtơn có lượng cao Tính chất: - Khơng mang điện nên khơng bị lệch điện trường, từ trường nên truyền thẳng - Có khả đâm xuyên mạnh nhất, qua lớp chì dầy hàng chục cm nguy hiểm cho người ► Chú ý: - Tia β+ tia β- đối xứng với qua tia γ - Tia β+ bị lệch nhiều tia α khối lượng hạt α lớn nhiều hạt β+ - Cách phát tia phóng xạ: kích thích phản ứng hố học, ion hố khơng khí, làm đen kính ảnh, xuyên thấu lớp vật chất mỏng, phá huỷ tế bào,… II CÔNG THỨC GIẢI NHANH Các vấn đề liên quan đến số nguyên tử chất phóng xạ Đánh máy: Trần Văn Hậu - THPT U Minh Thượng - 0978.919.804 (tranvanhauspli25gvkg@gmail.com) Trang 69 Cẩm nang vật lí 12 Đỗ Minh Tuệ - Lưu Văn Xuân Gọi: N0 số nguyên tử lúc ban đầu (t = 0, bắt đầu khảo sát) N số nguyên tử chất phóng xạ lại (chưa bị phân rã) thời điểm t Chú ý: - Định luật phóng xạ có tính thống kê, với lượng lớn số hạt chất phóng xạ - Với hạt nhân phóng xạ q trình phân rã xảy ngẫu nhiên trước tức áp dụng định luật cho hạt hay lượng hạt chất phóng xạ m (g ) N A A N m(g ) Số nguyên tử lại chưa bị phân rã thời điểm t: N = k0 N e t NA A Cho biết khối lượng chất phóng xạ lúc ban đầu m0: N0 = Số nguyên tử bị phân rã sau thời gian t: với k = 2k ln Khi khoảng thời gian khảo sát bé so với chu kì bán rã t k nơtrơn đập vào hạt nhân khác, lại gây k phân hạch khác, sinh k nơtrôn, k3,…nơtrôn Số Đánh máy: Trần Văn Hậu - THPT U Minh Thượng - 0978.919.804 (tranvanhauspli25gvkg@gmail.com) Trang 74 Cẩm nang vật lí 12 Đỗ Minh Tuệ - Lưu Văn Xuân phân hạch tăng nhanh thời gian ngắn: ta có phản ứng dây chuyền Gọi k hệ số nhân nơtrôn (hay số nơtrơn trung bình lại sau phân hạch) Với k > 1: Hệ thống vượt hạn Phản ứng hạt nhân xảy không điều khiển Năng lượng toả có sức cơng phá dội nên ứng dụng để chế tạo bom nguyên tử Với k = 1: Hệ thống tới hạn Phản ứng xảy điều khiển Năng lượng toả khơng đổi nên ứng dụng lò phản ứng nhà máy điện hạt nhân Với k < 1: Hệ thống hạn b) Phản ứng hạt nhân dây chuyền không xảy Điều kiện để xảy phản ứng dây chuyền: k Khi khối lượng nhiên liệu hạt nhân phải lớn giá trị tối thiểu, gọi khối lượng tới hạn (mth) Ví dụ: Nhiên liệu U235 có mth ≈ 15 kg; Pu239 có mth ≈ kg Phản ứng nhiệt hạch a) Định nghĩa: Phản ứng nhiệt hạch phản ứng kết hợp hai hạt nhân nhẹ thành hạt nhân nặng Ví dụ: 2 3 1 H H He n 4MeV ; H H He n 17,5MeV b) Điều kiện xảy phản ứng nhiệt hạch: Xảy nhiệt độ cao - Nhiệt độ cao khoảng hàng trăm triệu độ (cỡ 108K) nên gọi phản ứng nhiệt hạch - Ngồi điều kiện nhiệt độ cao, có điều kiện để phản ứng nhiệt hạch xảy ra: + Mật độ hạt nhân n phải đủ lớn + Thời gian Δt trì nhiệt độ cao phải đủ dài → Tiêu chuẩn Lawson: n.Δt 1014 (s/cm3) c) Lí người quan tâm đến phản ứng nhiệt hạch - Nguồn lượng nhiệt hạch nguồn lượng vơ tận, nhiên liệu có sẵn tự nhiên nước ao, hồ, biển,… - Ít gây nhiễm mơi trường tạo tia phóng xạ - Toả lượng lớn So sánh phản ứng phân hạch phản ứng nhiệt hạch Giống nhau: Đều phản ứng hạt nhân toả lượng Khác nhau: Một phản ứng phân hạch toả lượng lớn phản ứng nhiệt hạch Cùng khối lượng nhiên liệu phản ứng nhiệt hạch toả lượng lớn phản ứng phân hạch Hiện nay: phản ứng phân hạch điều khiển được, phản ứng nhiệt hạch chưa điều khiển Phản ứng nhiệt hạch “sạch” phản ứng phân hạch có xạ gây ô nhiễm II NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN Cấu tạo: Bộ phận nhà máy “Lò phản ứng hạt nhân” Trong lò gồm: Thanh nhiên liệu: thường làm hợp kim chứa urani làm giàu Chất làm chậm: nước nặng D2O, than chì, berili,… Thanh điều khiển: chất hấp thụ nơtrôn không bị phân hạch như: Bo (B), Cadimi (Cd),… Hoạt động: Điều chỉnh điều khiển để hệ số: k = Đánh máy: Trần Văn Hậu - THPT U Minh Thượng - 0978.919.804 (tranvanhauspli25gvkg@gmail.com) Trang 75 ... (tranvanhauspli25gvkg@gmail.com) Trang 12 Cẩm nang vật lí 12 Đỗ Minh Tuệ - Lưu Văn Xuân CHỦ ĐỀ CÁC LOẠI DAO ĐỘNG I TÓM TẮT LÝ THUYẾT Hệ dao động: Hệ dao động gồm vật dao động vật tác dụng lực kéo lên vật dao động Các... Trang Cẩm nang vật lí 12 Vật m1 đặt vật m2 dao động điều hòa theo phương ngang Hệ số ma sát m m2 μ Bỏ qua ma sát m2 A≤ g ( m m )g k 2 Đỗ Minh Tuệ - Lưu Văn Xuân mặt sàn Để m1 khơng trượt m2 Vật. .. (tranvanhauspli25gvkg@gmail.com) Trang 24 Cẩm nang vật lí 12 Đỗ Minh Tuệ - Lưu Văn Xuân + Biên độ A cách bụng λ/6 cách nút λ /12 + Biên độ A cách bụng λ /12 cách nút λ/6 CHỦ ĐỀ SÓNG ÂM I TÓM TẮT