Tóm Tắt Vật Lý Đại Cương A2

CHƢƠNG 1: TRƢỜNG TĨNH ĐIỆN 1.1 Những khái niệm mở đầu -19 -31 -19 1.1.1 Điện tích Phân bố điện tích: qe = - 1,6.10 C; (me = 9,1.10 kg); qn = 1,6.10 C  Điện tích vật: q =  n.e (1.1) vật mang điện dương q > 0, ngược lại vật mang điện âm q < n số electron hay nhận thêm e; e điện tích nguyên tố: e = 1,6.10-19C 1.1.1.1 Tương tác điện: điện tích dấu tương tác lực đẩy, điện tích trái dấu tương tác lực hút 1.1.1.2 Phân bố điện tích - ĐT phân bố dài: dq  λdl, vật có chiều dài l, λ:mật độ phân bố điện dài: q   dq    dl (1.2) l l - ĐT phân bố mặt: dq  σdS, σ:mật độ phân bố điện mặt, vật có diện tích S: q   dq    dS (1.3) S S - ĐT phân bố khối: dq  ρdV, ρ:mật độ phân bố điện khối, vật tích V: q   dq    dV (1.4) V V 1.1.2 Vật dẫn, điện mơi chất bán dẫn: Xét tính chất dẫn điện mơi trường, người ta phân biệt hai loại vật dẫn chất điện môi 1.2 Định luật Coulomb: Lực tương tác hai điện tích điểm đứng yên có đặc điểm Phương: đường nối hai điện tích Chiều: lực đẩy hai điện tích dấu lực hút hai điện tích trái dấu Độ lớn: tỉ lệ thuận với tích số độ lớn hai điện tích tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách hai điện tích Biểu thức: qq qq F  k 22 (1.5)  F  k 32 r (1.6) r r Khơng khí Nƣớc Chất (0°C, 1atm) Dầu hỏa nguyên chất Parafin Giấy Mica Ebonit Thủy tinh Thạc anh 1,000594 2,1 81 2 0,814 2,7 0,5 4,5 ε Nguyên lý chồng chất lực điện: Giả sử ta có n điện tích điểm q1,q2 , ,qn tác dụng lực điện lên điện tích q0 , điện tích điểm phân bố rời rạc hợp lực chúng tác dụng lên q0 : N n i 1 i 1 F  F1  F2   Fn   Fi   k qi q0 r (1.7)  ri3 i 1.3 Điện trƣờng - Véctơ cƣờng độ điện trƣờng 1.3.1 Khái niệm điện trường: Điện trường dạng vật chất tồn xung quanh điện tích tác dụng lực điện lên điện tích khác đặt 1.3.2 Véctơ cường độ điện trường điểm đại lượng vật lý, lực tác dụng điện trường lên đơn vị điện tích dương đặt điểm - Điểm đặt: điểm xét - Phương: đường thẳng nối điện tích tạo điện trường điểm xét - Chiều: hướng xa điện tích điện tích dương, hướng vào điện tích điện tích âm - Độ lớn: q F q E k r r q0 r Nguyên lý chồng chất điện trƣờng: Ek (1.9) N n i 1 i 1 - Phân bố rời rạc: E  E1  E2   En   Ei   k - Phân bố liên tục: E   phan bo dE   phan bo k qi r (1.11)  ri3 i dq r (1.13)  r3 1.3.3 Thông lượng điện trường Định lý Gauss – Ostrogradski 1.3.3.1 Đường sức điện: N = E.Sn 1.3.3.2 Thông lượng cảm ứng điện – điện thông q Vectơ cảm ứng điện: D   E  (C/m2) 4 r Giá trị điện thông:    Dd S   DdS cos  S S 1.3.3.3 Định lý Gauss – Ostrogradski: e   Dd S   qi i s + Điểm M nằm khối cầu, cách tâm O khoảng r > R : E  + Điểm M nằm khối cầu, cách tâm O khoảng r = R: E  khối cầu, cách tâm O khoảng r < R: E  D   D   D   kQ r  r2 r kQ r + Điểm M nằm  r2 r kQ r  R2 R 1.4 Điện 1.4.1 Tính chất trƣờng tĩnh điện A   Fd s   Eq0 d s   s 1.4.2 Thế điện tích điện trƣờng 1.4.2.1 Thế trường tĩnh điện + Công làm dịch chuyển điện tích MN: A  WtM  WtN  k + Thế q0 đặt điện trường q: Wt  k qq0 qq k  rM  rN qq0 (1.25) r  + Thế q0 đặt điện trường phân bố điện tích liên tục: Wt   q0 Edl (1.26) M 1.4.2.2 Điện :   Wt q  k (V ) q0 r (1.27) n n i 1 i 1 + Do hệ nhiều điện tích phân bố rời rạc:   1  2   n  i   k + Do vật phân bố điện liên tục:   dq  d   k  r vat qi (V )  ri (1.29) (1.30) vat N WtM WtN AMN = =  Edl (1.31) q0 q0 q0 M 1.4.3 Liên hệ véctơ cƣờng độ điện trƣờng điện : Vectơ cường độ điện trường E luôn hướng theo chiều giảm điện Hình chiếu E lên phương trị số độ giảm đơn vị dài phương    E =-grad =- =-( i + j k ) (1.33) x y z + Hiệu điện MN: U MN =M - N = CHƢƠNG 2: TỪ TRƢỜNG 2.1 Tƣơng tác từ dòng điện định luật Ampere 2.1.1 Tƣơng tác từ: Sự tương tác nam châm, nam châm với dòng điện dòng điện với 2.1.2 Định luật Ampere tƣơng tác hai phần tử dòng điện Hình 2.2: Lực từ tác dụng lên phần tử dòng điện 2.2 Từ trƣờng Véctơ cảm ứng từ Véctơ cƣờng độ từ trƣờng 2.2.1 Khái niệm từ trƣờng, Để mô tả cho lan truyền tương tác vật tương tác từ, ta xem xung quanh vật tương tác từ tồn môi trường vật chất đặc biệt làm phương tiện cho lan truyền tương tác từ Môi trường vật chất gọi từ trường Như vậy, từ trường môi trường xung quanh vật tương tác từ, tác dụng lực từ lên vật tương tác từ khác đặt 2.2.2 Véctơ cảm ứng từ Véctơ cƣờng độ từ trƣờng 2.2.2.1 Véctơ cảm ứng từ Để đặc trưng cho từ trường phương diện tác dụng lực, ta đưa đại lượng gọi véctơ cảm ứng từ B 2.2.2.2 Véctơ cƣờng độ từ trƣờng Véctơ cảm ứng từ B phụ thuộc vào chất môi trường khảo sát thông qua hệ số từ thẩm mơi trường µ Do từ môi trường sang môi trường khác véctơ cảm ứng từ B thay đổi mặt phân cách Để đặc trưng cho từ trường người ta đưa định nghĩa cường độ từ trường H Véctơ cường độ từ trường H đặc trưng cho từ trường hoàn tồn khơng phụ thuộc vào mơi trường, có phương chiều giống với véctơ cảm ứng từ B Trong hệ đơn vị SI, đơn vị đo cảm ứng từ Tesla (T), cường độ từ trường Ampe mét (A/m) 2.2.2.3 Đƣờng sức cảm ứng từ Để mơ tả hình ảnh cụ thể từ trường, người ta đưa khái niệm đường sức cảm ứng từ Gọi N đường sức cảm ứng từ qua diện tích S vng góc với đường sức, đó: N = BSn (2.4) Theo cách định nghĩa cảm ứng từ mật độ đường sức cảm ứng từ Đường sức cảm ứng từ vẽ cho véctơ cảm ứng từ điểm tiếp tuyến với đường sức cảm ứng từ Các đường sức cảm ứng từ khơng cắt điềm véc tơ cảm ứng từ có giá trị xác định Các đường sức cảm ứng từ đường cong khép kín xa vơ tận 2.2.3 Ngun lý chồng chất từ trƣờng Đối với hệ phân bố liên tục véctơ cảm ứng từ hệ vật gây M là: B   d B (2.5) vat Đối với hệ phân bố rời rạc véctơ cảm ứng từ hệ vật gây M là: n B  B1  B2   Bn   Bi (2.6) i 1 2.2.4 Định luật Biot – Savart – Laplace: Từ trường véctơ phần tử dòng điện Idl gây điểm M cách đoạn r có véctơ cảm ứng từ dB sau - Điểm đặt: M - Phương: vng góc với mặt phẳng chứa phần tử dòng điện Idl điểm M - Chiều: xác định theo qui tắc đinh ốc, có chiều cho Idl , r dB theo thứ tự hợp thành tam diện thuận - Độ lớn: dB  0 Idl sin  4 r2 (2.7) với α góc hợp Idl r  Một số dạng tập: a B  0 I (cos1 - cos ) 4 h 0 I R b B  2 (2.10) (2.12) 2( R  h ) 0 I (2.13) 4 R 2.2.5 Từ thông Định lý Gauss – Ostrogradki 2.2.5.1 Từ thông – thông lƣợng từ trƣờng Từ thơng gửi qua diện tích vi phân dS là: dΦ  BdS  BdScos α với α góc hợp véctơ pháp tuyến mặt vi phân dS véctơ cảm ứng từ B 2.2.5.2 Định lý Gauss – Ostrogradki từ trƣờng Xét mặt kín từ trường, chia mặt kín S thành hai mặt S1 S2 hình Từ thơng qua mặt kín S khơng 2.3 Tác dụng từ trƣờng lên dòng điện 2.3.1 Tác dụng từ trƣờng lên phần tử dòng điện Khi đặt dây dẫn có dòng điện I từ trường lực từ từ trường tác dụng lên phần tử dòng điện Idl xác định biểu thức: d F =Idl  d B Véctơ lực từ dF có: - Phương: vng góc với mặt phẳng chứa Id B - Chiều: tuân theo qui tắc đinh ốc – xoay đinh ốc quay từ Idl đến d B chiều tiến đinh ốc chiều dF - Điểm đặt: Idl - Độ lớn: dF  IdlBsinθ , với θ góc tạo Id B Lực từ tác dụng lên dòng điện: F =  d F =  Idl  d B (2.23) c B   dongdien dongdien 2.3.2 Tác dụng từ hai dây dẫn song song dài vô hạn:  I I F = l (2.26) 2 d 2.3.3 Tác dụng từ trƣờng lên đoạn dòng điện thẳng: F  IdlBsinθ 2.3.4 Tác dụng từ trƣờng lên mạch điện kín 2.3.4.1 Lực từ tác dụng lên khung dây có dòng điện 2.3.4.2 Mơmen lực tác dụng lên khung dây có dòng điện M= F.d = IBabsin (2.30) 2.3.5 Công lực từ 2.4 Hạt mang điện chuyển động 2.4.1 Chuyển động hạt mang điện từ trƣờng 0 qv  r (2.36) 4 r F  q vBsin (2.38) với α góc hợp B v 2.4.1.1 Cảm ứng từ hạt mang điện chuyển động: B= 2.4.1.2 Lực Lorentz 2.4.2 Từ trƣờng hạt mang điện chuyển động 2.4.2.1 Từ trƣờng hạt mang điện chuyển động 2.4.2.2 Hạt mang điện chuyển động từ trƣờng Theo định luật II Newton: v2 mv v qB 2 m qB F  ma  m =qvB  R= (2.41)   =  (2.42)  T= ; f= (2.43) R qB R m qB 2 m CHƢƠNG 3: CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ 3.1 Các định luật tƣợng cảm ứng điện từ 3.1.1.Thí nghiệm Faraday rút kết luận tổng quát sau đây: - Sự biến đổi từ thơng qua mạch kín ngun nhân sinh dòng điện cảm ứng mạch - Dòng điện cảm ứng tồn thời gian từ thông gửi qua mạch thay đổi - Cường độ dòng điện cảm ứng tỉ lệ thuận với tốc độ biến đổi từ thơng - Chiều dòng điện cảm ứng phụ thuộc vào từ thông gửi qua mạch tăng hay giảm 3.1.2.Định luật Lenz : Dòng điện cảm ứng phải có chiều cho từ trường sinh có tác dụng chống lại nguyên nhân sinh 3.1.3 Định luật tƣợng cảm ứng điện từ : Sự xuất dòng điện cảm ứng mạch chứng tỏ mạch có suất điện động gọi suất điện động cảm ứng ξc d Suất điện động cảm ứng: c   (3.4) dt Suất điện động cảm ứng trị số trái dấu với tốc độ biến thiên từ thơng qua diện tích mạch điện Dấu trừ biểu thức suất điện động cảm ứng biểu mặt toán học ĐL Lenz 3.2 Hiện tƣợng tự cảm 3.2.1.Thí nghiệm tƣợng tự cảm: Dòng điện sinh mạch cảm ứng dòng điện mạch gọi dòng điện tự cảm tượng gọi tượng tự cảm 3.2.2 Hệ số tự cảm đại lượng vật lý đo từ thơng dòng điện mạch gửi qua diện tích mạch dòng điện mạch có cường độ đơn vị  L (3.4) I N2 L  0 S (3.7)  Hệ số tự cảm ống dây thẳng dài l 3.2.3 Suất điện động tự cảm Suất điện động tự cảm mạch tỉ lệ thuận trái dấu với tốc độ biến thiên cường độ dòng điện mạch d dI tc   =L (3.11) dt dt 3.3 Hiện tƣợng hỗ cảm: Giả sử ta có hai mạch kín, đặt gần có dòng điện chạy qua Nếu ta làm biến đổi cường độ dòng điện mạch từ thơng nạch sinh gửi qua diện tích mạch thay đổi theo, kết hai mạch xuất dòng điện cảm ứng, gọi dòng điện hỗ cảm tượng gọi tượng hỗ cảm 1 3.4 Năng lƣợng từ trƣờng Wm  LI2 (3.17) B (3.21) 0 B dV (3.23)  Năng lƣợng từ trƣờng vùng không gian V: wm   0 V  Đối với ống dây thẳng tiết diện S, có chiều dài l: wm  3.5 Ứng dụng tƣợng cảm ứng điện từ 3.5.1.Nguyên tắc tạo dòng điện xoay chiều 3.5.2.Dòng điện Foucault a Tác hại dòng điện Foucault Theo hiệu ứng Joule- Lenz lượng dòng Foucault bị dạng nhiệt Đó phần lượng bị hao phí vơ ích làm giảm hiệu xuất máy b Lợi ích dòng điện Foucault Tuy nhiên, lò điện cảm ứng , người ta dùng tỏa nhiệt để nấu chảy kim loại, đặc biệt nấu chảy chân khơng để tránh tác dụng oxy hóa khơng khí chung quanh Muốn người ta cho kim loại vào lò có chỗ để hút khơng khí bên Chung quanh lò, người ta quấn dây điện cho dòng điện cao tần vào cuộn dây Kết khối kim loại xuất dòng điện Foucault mạnh nấu chảy kim loại CHƢƠNG 4: DAO ĐỘNG CƠ 4.1 Dao động điều hòa 4.1.1 Phƣơng trình dao động điều hòa Fdh  kx  ma  m 4.1.2 Khảo sát dao động điều hòa 0  d x2  x  A cos(0 t   )(4.6) dt k ; A  xmax  ; (0 t   );  m dx   0 A sin(0 t   )  dt  v2 x   A 0 d  a  x2  02 A cos(0t   )   dt v T  2 m k ; f  4.1.3 Năng lƣợng dao động điều hòa 2 1 kx  mv  kA cos2 (0 t   )  kA2 sin (0 t   )  kA2  m A2 2 2 2 4.2 Dao động tắt dần 4.2.1 Phƣơng trình dao động tắt dần: Fc  rv W  2 k m 4.2.2 Khảo sát dao động tắt dần Ae   t 1  cos( t   )   Ae  t  x  Ae   t Sau T A(t ) Ae   t    ( t T )  e  T A(t  T ) Ae   ln A(t ) k  ln e  T   T  T  T0  2 A(t  T ) m 4.3 Dao động cƣỡng 4.3.1 Phƣơng trình dao động cƣỡng F  F0cost d 2x kx  rv  F0 cost  ma  m dt F d x r dx k    x  cost (4.46) dt m dt m m F k r (cho : 02  and 2 = , f = ) m m m d 2x dx   2  02 x  f cost (4.47) dt dt 4.3.2 Khảo sát dao động cƣỡng  x  A cos( t  ) (4.48) A f0 (02   )  4  2 02   ch  02  2 Amax  ch  0 4.3.3 Cộng hƣởng and tan   f0 2   2 2  F0 m    2 (4.53) CHƢƠNG 5: QUANG HỌC 5.1 Giao thoa ánh sáng 5.1.1 Lý thuyết sóng ánh sáng a) Các đại lƣợng đặc trƣng sóng ánh sáng E  E0 cos(0t   ) - Biên độ sáng: E0 - Cường độ sáng: I  a - Chu kỳ dao động sang T chu kỳ cường độ điện trường sóng ánh sáng T - Tần số sóng:  - Bước sóng:   vT  v  vận tốc ánh sáng, chân không v = c = 3.108 m/s - Quang lộ: Khi ánh sáng truyền từ A đến B môi trường suất n, quang lộ là: LAB = n.AB b) Phƣơng trình sóng ánh sáng 2 L 2 L )  acos( t  )(5.2) cT  - Nếu ánh sáng truyền theo chiều ngược lại, hàm sóng ánh sáng có dạng: 2 L 2 L x  a cos  (t   )  acos( t  )  acos( t  ) cT  c) Nguyên lý chồng chất x  a cos  (t   )  acos( t  Khi hai hay nhiều sóng ánh sáng gặp sóng riêng biệt khơng bị sóng khác làm nhiễu loạn Sau gặp nhau, sóng ánh sáng truyền cũ, điểm gặp nhau, dao động sáng tổng dao động sáng thành phần d) Ngun lý Huyghen Ánh sáng có tính chất sóng nên tuân theo nguyên lý Huyghen: điểm nhận sóng ánh sáng truyền đến trở thành nguồn sáng thứ cấp phát ánh sáng phía trước 5.1.2 Hiện tƣợng giao thoa hai nguồn kết hợp  Vị trí cực đại, cực tiểu giao thoa: - Cực đại giao thoa – Vâng sáng   2k  L1  L2  k   - Cực tiểu giao thoa – Vâng tối   (2k  1)  L1  L2  (2k  1)  Vị trí vân giao thoa máy giao thoa Young y D - Vân sáng r1  r2  k   a s  ys  k D a y  D D - Vân tối - Khoảng vân r1  r2  (2k  1)  a t  yt  (k  ) i D a a 5.2 Nhiễu xạ ánh sáng 5.2.1 Hiện tƣợng nhiễu xạ ánh sáng: Khi qua lỗ tròn tia sáng bị lệch khỏi phương truyền thẳng 5.2.1 Nguyên Lý H – F: Bất điểm mà ánh sáng truyền tới trở thành nguồn sáng thứ cấp a) Định nghĩa tính chất đới cầu Fresnel ak   Rb  rk  Rb  k Rb (a k 1  a k 1 )   2 (L1  L2 )    S  Rb b) Nhiễu xạ qua lỗ tròn c) Nhiễu xạ qua đĩa tròn: Đặt nguồn sáng O điểm M đĩa tròn chắn sáng bán kính r0 5.2.2 Nhiễu xạ gây sóng phẳng a) Nhiễu xạ qua khe hẹp b) Nhiễu xạ qua nhiều khe hẹp - TH: hai khe N = Dao động hai khe gửi tới khử lẫn Điểm hai cực đại điểm tối - TH: N = Tại điểm hai cực đại chính, dao động khe khử lẫn nhau, dao động khe thứ gây không bị khử Kết hai cực đại cực đại Cực đại sáng nhiều so với cực đại chính: gọi cực đại phụ c) Nhiễu xạ tinh thể 5.3 Lƣợng tử ánh sáng 5.3.1 Cơ sở quang học lƣợng tử 5.3.2 Thuyết lƣợng tử Plank 5.3.3 Thuyết photon Einstein a) Thuyết photon Einstein b) Hiện tƣợng quang điện: hiệu ứng bắn electron gọi quang electron - Ban đầu cường độ dòng quang điện tăng theo hiệu điện U, tăng đến mức độ cương độ dòng quang điện đạt tới giá trị không đổi gọi cường độ dòng quang điện bão hòa - Ngay cường độ dòng quang điện tăng theo U = 0, cường độ dòng quang điện có giá trị I0 khác Điều chứng tỏ quang electron bắn khỏi katot có sẵn động ban đầu: 1 Wd  mv02  eU C  mv02 2   0 ; v  v0 điều kiện để xảy tượng quang điện c) Hiệu ứng Compton: Hiện tượng Compton tượng thể rõ nét chất hạt xạ điện từ, chứng minh tồn động lượng hạt photon 10 ... cực đại điểm tối - TH: N = Tại điểm hai cực đại chính, dao động khe khử lẫn nhau, dao động khe thứ gây không bị khử Kết hai cực đại cực đại Cực đại sáng nhiều so với cực đại chính: gọi cực đại. ..  kA cos2 (0 t   )  kA2 sin (0 t   )  kA2  m A2 2 2 2 4.2 Dao động tắt dần 4.2.1 Phƣơng trình dao động tắt dần: Fc  rv W  2 k m 4.2.2 Khảo sát dao động tắt dần Ae   t 1  cos(... cho lan truyền tương tác vật tương tác từ, ta xem xung quanh vật tương tác từ tồn môi trường vật chất đặc biệt làm phương tiện cho lan truyền tương tác từ Mơi trường vật chất gọi từ trường Như