Đang tải... (xem toàn văn)
Quá trình truyền sóng là quá trình truyền pha dao động , trạng thái dao động , năng lượng dđộng mà không lan truyền phần tử vật chất của môi trường.. Sóng cơ không truyền được trong[r]
(1)CHƢƠNG : DAO ĐỘNG CƠ
Dao động : chuyển động vật lặp lặp lại xoay quanh vị trí cố định
Dao động tuần hoàn: dao động mà sau khoảng thời gian vật lặp lại trạng thái cũ
Dao động điều hòa : dao động tuần hồn mà phương trình chuyển động mô ta hàm sin cosin
Chu kỳ :
N t
T Tần số :
t N
f và f 1 T
t thời gian thực xong N dao động
Tần số góc:
T f 2 2 I.DAO ĐỘNG ĐIỀU HÕA: Chọn gốc tọa độ vị trí cân bằng:
Phương trình dao động: xAcos( t )
Phương trình vận tốc: v Asin( t )
Phương trình gia tốc:a 2Acos( t ) 2x
x: Li độ dao động (cm, m)- cho biết vị trí vật
A: Biên độ dao động (cm, m)- cho biết gía trị cực đại li độ
: Pha ban đầu ( rad)- cho biết trạng thái lúc đầu ( t= 0)
: Tần số góc (rad/s)- cho biết tốc độ biến thiên pha dao động
(t): Pha dao động (rad)- cho biết trạng thái dao động thời điểm t
Các vị trí đặc biệt :
VTCB : x =
0 max
a
A v
v
VTB :xA
A a
a v
2 max 0
- Từ VTB VTCB : a , v chiều.Vật chuyển động nhanh dần
- Từ VTCB VTB : a ,v ngược chiều.Vật chuyển động chậm dần - Sau số nguyên T vật lặp lại trạng thái cũ : x2 = x1 ; v2 = v1
- Sau số bán nguyên T vật đến trạng thái đối lập : x2 = -x1 ; v2 = -v1
- Trong chu kỳ S = 4A
- Trong nửa chu kỳ S = 2A= L ( với L gọi chiều dài quỹ đạo) Liên hệ pha:
v sớm pha
x (vuông pha ) 2 1 max
2
2
v v A x
- đồ thị elip
a sớm pha
v (vuông pha) 2 1 max
2
2 max
2
v v a
a
- đồ thị elip a ngược pha với x : a = - ω2
(2)Hệ thức độc lập thời gian:
2 2
v x
A 4
2
2 2
a v
A
max max
v a
max max a v
A 2
1 2
2 2
x x
v v
Bài toán : Viết phương trình
Phương trình li độ : xAcos( t ) + Tìm : 2
T
, 2f , …
+ Tìm A: 2
2 2
v x
A , L=2A, vmax =A,…
+ Tìm: xét lúc t = vật đâu (x) chuyển động theo chiều (v) , sử dụng vịng trịn pha suy .
Bài tốn 2: Tính thời gian
+ Xác định trạng thái đầu trạng thái sau
+ Biểu diễn trạng thái lên sơ đồ suy thời gian cần tìm Cùng phía thời gian hiệu hai thời điểm
Khác phía thời gian tổng hai thời điểm
Bài toán 3: Tính quãng đường
+ Lập tỉ lệ t/T sau suy t = kT
+ Nếu k nguyên bán nguyên ta suy trực tiếp quãng đường
+ Nếu k không nguyên bán nguyên ta xác định trạng thái đầu trạng thái sau, từ biểu diễn lên sơ đồ tìm quãng đường
TĐTB = quãng đường / thời gian VTTB = độ dời / thời gian
t T/6 T/4 T/3 Smax A A 2 A 3 Smin 2A-A 3 2A-A 2 A II.CON LẮC LÕ XO:
Tần số góc:
m k
Chu kì:
k m
T 2 Tần số:
m k f
2
Nếu m =m1 + m2
2 2
T T T
Nếu m =m1 - m2
2 2
T T T
Lực kéo về: Là lực tổng hợp tác dụng lên vật, chiều gia tốc a , hướng VTCB Lực kéo biến thiên điều hòa chu kỳ , tần số với x,v,a gọi tần số dao động, chu kỳ dao động lắc.Độ lớn: Fkv kx
(3)Đối với CLLX nằm ngang lực kéo lực đàn hồi cịn CLLX thẳng đứng lực kéo khác lực đàn hồi
Năng lượng dao động điều hòa:
Động năng:Wd =
2 2
sin ( )
2 2
mv kA
t
Hoặc Wđ = ½ k(A2 – x2)
Thế năng: Wt =
2 2
cos ( )
2 2
kx kA
t
Cơ năng: W = Wd + Wt = số: W =
2 kA
=
2
2 m A
= max 2 mv VTCB : W = Wđ ; Wt = VTB : W = Wt ; Wđ =
- Động biến thiên tuần hoàn theo thời gian với chu kỳ nửa chu kỳ lắc , tần số gấp đôi tần số lắc Cơ bảo toàn
- Thời gian liên tiếp để động nhau: t = 4 T
Con lắc lò xo treo thẳng đứng:
Gọi l0 : Chiều dài tự nhiên lò xo l0: Độ dãn lò xo vật VTCB lcb : Chiều dài lò xo vật VTCB
lcb l0 l0
Tại VTCB: Fđh = P kl0 mg Suy ta tần số góc :
0 l g m
k
Chu kì lắc :
g l k
m
T
2
2
Chiều dài cực đại (Khi vật vị trí thấp nhất) lmax = lcb + A Chiều dài cực tiểu (Khi vật vị trí cao nhất) lmin = lcb - A
2 max l l
A
2 max l
l lcb
Lực đàn hồi lò xo li độ x: Fđh = k(Δl0 + x)
Lực đàn hồi cực đại:(VTB dưới): Fđhmax = k(Δl0 + A)
Lực đàn hồi cực tiểu: Fđhmin=k(Δl0 - A),nếu l0> A (Biên trên) Fđhmin= , l A (Vị trí K ) Vật vị trí K , Fđh > lò xo giãn , lực đàn hồi lực kéo Vật vị trí K , Fđh < lò xo nén , lực đàn hồi lực đẩy
(4)III CON LẮC ĐƠN
Tần số góc:
l g
Chu kì:
g l
T 2 Tần số:
l g f
2
Nếu l =l1 + l2
2 2
T T T
Nếu l =l1 - l2
2 2
T T T
Phương trình dao động:
Li độ dài: ss0cos( t ) Li độ góc: 0cos( t )
l chiều dài dây 0,s0là góc lệch, cung lệch cực đại Với sl S0 = lα0 Hệ thức độc lập:
2 2
0
v S s
Vận tốc dây treo lệch góc bất kì: v 2gl(coscos0) - Khi vật qua VTCB: vvmax 2gl(1cos0)
- Khi vật biên: v =
Lực căng dây vật góc lệch bất kì: = mg(3cos2cos0) - Khi vật qua VTCB: max = mg(32cos0)
- Khi vật biên: = mgcos0
Năng lượng dao động:
Động năng: (cos cos )
2 1
0
mv mgl Wđ
Thế năng: Wt mgl(1cos)
Cơ năng: W = Wd + Wt = số; (1 cos )
1
0
max
mv mgl
W
Động biến thiên tuần hoàn theo thời gian với chu kỳ nửa chu kỳ lắc , tần số gấp đơi tần số lắc Cơ bảo tồn
Đối với góc nhỏ α ≤ 100
Động năng: ( )
2
1 2
0
mgl Wđ
Thế năng:
2
mgl
Wt
Cơ năng:
0
mgl
W
Sai số phép đo gia tốc rơi tự do:
T T l
l g
g
(5)IV.TỔNG HỢP DAO ĐỘNG
Xét dao động điều hòa phương tần số: x1 A1cos( t 1) x2 A2cos( t 2) Độ lệch pha: 2 1
Phương trình dao động tổng hợp có dạng: x = x1 + x2 xAcos( t ) )
cos(
2 2
2 2
1
A A AA
A
2 1
2 1
cos cos
sin sin
A A
A A
tg
Nếu dao động pha: 2k A A1A2 Nếu dao động ngược pha: (2k1) A A1A2 Nếu dao động vuông pha:
2 ) 1 2
(
k
2 2
A A A Nếu dao động biên độ :A1=A2
2 ;
2 cos
2
1
A A
Tổng quát A1A2 A A1A2 V.CÁC LOẠI DAO ĐỘNG
- Dao động tự : dao động điều hịa có chu kỳ phụ thuộc vào cấu tạo riêng hệ
- Dao động cưỡng : dao động điều hòa tác dụng ngoại lực cưỡng tuần hoàn
+ Tần số dao động tần số ngoại lực
+ Biên độ dao động phụ thuộc vào biên độ ngoại lực hiệu tần số ngoại lực với tần số dao động riêng
+ Tần số ngoại lực gần tần số dđộng riêng biên độ lớn ngược lại + Tần số ngoại lực tần số dao động riêng xảy HTCH : Amax
Bài toán cộng hưởng lắc đơn lắc lò xo toa xe lửa:T= T0 k
m v
s
2
hoặc
g l v
s 2
Với s chiều dài ray, v vận tốc toa xe lửa
- Dao động tắt dần: dao động có biên độ giảm dần theo thời gian lực cản môi trường.Suy giảm dần theo thời gian
- Dao động trì : dao động điều hịa cung cấp lượng sau chu kỳ phần lượng Tần số tần số dao động riêng
CHƢƠNG : SÓNG CƠ HỌC
Sóng lan truyền dao động môi trường vật chất theo thời gian Phân loại :
(6)- Sóng ngang : có phương dđộng vng góc với phương truyền sóng truyền trong chất rắn , bề mặt chất lỏng
Q trình truyền sóng trình truyền pha dao động , trạng thái dao động , lượng dđộng mà không lan truyền phần tử vật chất mơi trường
Sóng khơng truyền chân không Các đặc trƣng:
- Chu kỳ T , tần số f : chu kỳ , tần số dao động phần tử mơi trường
- Vận tốc truyền sóng v : vận tốc truyền pha dđộng , phụ thược vào tính đàn hồi mật độ vật chất mơi trường
Vrắn > Vlỏng > Vkhí
- Bước sóng λ : quãng đường sóng truyền chu kỳ Hay , khoảng cách giữa điểm dđộng pha liên tiếp phương truyền sóng
+ Bước sóng: vT f v
Vận tốc truyền sóng khác hồn tồn vận tốc dđộng phần tử môi trường
Khi truyền từ môi trường sang môi trường khác tần số, chu kỳ khơng đổi cịn bước sóng thay đổi vận tốc truyền sóng thay đổi
I.SỰ TRUYỀN SĨNG
Xét sóng nguồn O có biểu thức:uO acos(t)
Biểu thức sóng M cách O khoảng d: cos( 2 ) t d a
uM
Nếu O khơng phải nguốn sóng sóng truyền từ M đến O phương trình sóng M : cos( 2 )
t d a
uM
Độ lệch pha điểm phương truyền sóng cách khoảng d:
d
Tổng quát : d k
- Nếu dao động pha: k nguyên - dao động ngược pha: k bán nguyên
- dao động vuông pha : k ½ bán nguyên (0,25 ; 0,75 ; 1.25 ; 1,75 ; …)
Khoảng cách đỉnh sóng (gợn sóng ) liên tiếp λ Suy khoảng cách n đỉnh sóng liên tiếp (n – 1)λ
Vận tốc truyền sóng :
x t
a a
v , đơn vị v phụ thuộc vào đơn vị x II.GIAO THOA SÓNG
- Là gặp sóng kết hợp tạo điểm ln dao động với biên độ cực đại điểm dao động với biên độ cực tiểu
(7)Xét sóng nguồn S1 S2 có biểu thức:uacos(t)
Xét điểm M cách nguồn S1 khoảng d1, cách nguồn S2 khoảng d2 + Biểu thức sóng M S1 truyền tới: )
2
cos(
1
t d
a
u
+ Biểu thức sóng M S2 truyền tới: ) 2
cos(
2
t d
a
u
Biểu thức sóng tổng hợp M : Biên độ: 2 cos( ( 2))
d d
a
A Pha ban đầu:
(d1 d2)
M
Tổng quát : d1d2 k
Cực đại giao thoa k nguyên A= 2a
Cực tiểu giao thoa: k bán nguyên A=
Nếu k bán nguyên : A = a 2
Trường hợp sóng phát từ hai nguồn cùng pha nhau số đường cực đại cực tiểu xác định:
2 1S S
k .Từ suy số cực đại cực tiểu: Ncđ , Nct
Lƣu ý : Tại nguồn điểm gián đoạn nên tính k nguyên bán ngun ta khơng lấy giá trị
- Hình ảnh giao thoa đường hypebol cực đại xen kẽ đường hypebol cực tiểu đối xưng qua đường trung trực nguồn với đường trung trực cực đại giữa k = Trên phương S1S2 , khoảng cách điểm cực đại liên tiếp
khoảng cách điểm cực tiểu liên tiếp nửa bước sóng
Trường hợp sóng phát từ hai nguồn ngƣợc pha nhau có hốn đổi đường cực đại , cực tiểu so với trường hợp hai nguồn pha Biên độ tính niểu thức sau : 2 sin( ( 2))
d d
a
A
Trường hợp sóng phát từ hai nguồn lệch pha = 2 - 1 số đường cực đại cực tiểu tính theo cơng thức:
1 2 2 S S
< k < 1 2 2 S S
Cực đại : k nguyên Cực tiểu : k bán nguyên Xét pha dao động :Tại trung điểm I S1S2 :
2 S1S2 kI Tại điểm M trung trực S1S2 :
d
M
k d : khoảng cách từ M đến nguồn
(8)- Nếu k bán nguyên dao động ngược pha với nguồn
- Điểm M gần I dao động pha ,ngược pha với nguồn kM số nguyên ,
bán nguyên gần kI nhất.( kM > kI )
III.SÓNG DỪNG
- Là tượng giao thoa sóng tới sóng phản xạ , tạo điểm dđộng cực đại gọi bụng , điểm dđộng cực tiểu gọi nút
- Đối với sóng phản xạ :
+ Gặp vật cản cố định : sóng phản xạ ngược pha sóng tới + Gặp vật cản tự : sóng phản xạ pha sóng tới
Gọi A nút , M cách A khoảng d , a biên độ nguồn Ta có :
2 k d - Nếu k nguyên : M nút A =
- Nếu k bán nguyên : M bụng A = 2a - Tổng quát : 2 sin(2 )
d a
A
Điều kiện để có sóng dừng:
f kv k
l
2 2
l chiều dài dây, k số bó sóng
Nếu đầu cố định :k ngyên số bụng Số nút = k +
Nếu đầu tự : k nguyên số nút Số bụng = k +
Nếu đầu cố định đầu tự : k bán nguyên Số bụng = số nút = k + 0,5
- Khoảng cách nút liên tiếp khoảng cách bụng liên tiếp nửa bước sóng
- Những điểm bó dao động pha, điểm bó liên tiếp dao động ngược pha
- Khoảng thời gian lần liên tiếp dây duỗi thẳng T/2 IV.SÓNG ÂM
- Là sóng học lan truyền mơi trường rắn , lỏng , khí - Trong kh/khí sóng âm sóng dọc
Phân loại :
- Âm ( sóng âm nghe được) : có tần số từ 16Hz đến 20 000Hz - Siêu âm : tần số lớn 20 000Hz
- Hạ âm : tần số nhỏ 16Hz Các đặc trƣng:
Sinh lý Vật lý Độ cao Tần số
(9)Cường độ âm : 2
4 r P I
P(W) công suất nguồn, r(m) khoảng cách từ nguồn đến điểm xét.
Mức cường độ âm:
0 log 10 ) (
I I dB
L
I0 =10 -12
(W/m2) :cường độ âm chuẩn Xét điểm cách nguốn r1 , r2 , ta có:
2
1
2 10log 20log r r I
I L
L
- Ngưỡng nghe tai: L = 0÷130 dB
- Nhiệt độ tăng vận tốc truyền âm tăng ngược lại
CHƢƠNG : DÕNG ĐIỆN XOAY CHIỀU I ĐẠI CƢƠNG ĐIỆN XOAY CHIỀU
Biểu thức dòng điện điện áp: iI0cos( t i) uU0cos( t u)
i, u dòng điện điện áp tức thời I0 , U0 biên độ dòng điện điện áp I, U dòng điện điện áp hiệu dụng: I0 I 2;U0 U 2
Độ lệch pha u so với i: u i
+ > 0: u nhanh pha I + < 0: u chậm pha i + = 0: u, i pha
- chu kỳ dòng điện đổi chiều lần
Mạch có R:
= 0, uR , i pha: U0R I0R ; UR I.R
Mạch chứa R : u , i pha nên: ui.R
Mạch có cuộn cảm L:
Cảm kháng ZL L = 2
uL nhanh pha i :
2
L
L I Z
U0 0. ; UL I.ZL Mạch chứa L : u , i vuông pha nên: 2 1
0
2
U u I i
Mạch có tụ điện C: Dung kháng
C ZC
1
= 2
uC chậm pha i :
2
C
C I Z
U0 0. ; UC I.ZC
Mạch chứa C : u , i vuông pha nên: 2 1
2
(10)Đoạn mạch R, L ,C nối tiếp: Tổng trở: 2
) (ZL ZC R
Z U UR2 (UL UC)2
Độ lệch pha u so với i:
R Z Z
tg L C ;
R C L
U U U tg
Định luật Ohm :U0 I0.Z ; U I.Z Lƣu ý: Số Ampe kế:
2 I
I Số vôn kế:
2
0
U U
Công suất mạch RLC:PUIcos ; P=RI2 = UR.I Hệ số công suất mạch:
Z R
cos Hay
U
UR
cos
Mạch RLC cộng hưởng: Thay đổi L, C, đến ZL ZC
Khi Zmin = R
min max
Z U I
R U I R P
2 max max
Điều kiện cộng hƣởng: + ZL = ZC ,
LC 1
,
LC f
2
1
+ Công suất mạch cực đại
+ Hệ số công suất cực đại cosφ = + Cđdđ, số ampe kế cực đại + u, i pha
Điện lượng chuyển qua mạch khoảng thời gian t : t
idt q
0 Cuộn dây có điện trở r:
Tổng trở cuộn dây: Zd r2ZL2
Độ lệch pha ud i:
r Z tg L
d
;
r L d
U U tg Công suất cuộn dây: Pd r.I2
Hệ số công suất cuộn dây:
d d
Z r
cos ;
d r d
U U
(11)Mạch RLC cuộn dây có điện trở r cơng thức học , chỗ nào có R ta thay Rtđ với Rtđ = R + r
II BÀI TOÁN BIẾN THIÊN MẠCH RLC CÓ R BIẾN THIÊN:
Loại : Công suất cực đại :
C L MAX
Z Z
U P
2
R ZL ZC
Loại 2: với R1 R2 mạch có công suất :
P U R R
2
2
1 Và
2
1.R ZL ZC
R
MẠCH RLC CÓ L BIẾN THIÊN
Loại : Công suất cực đại : R
U PMAX
2
ZL ZC
Khi mạch cộng hưởng Loại :Điện áp cuộn dây cực đại
2
max C
L R Z
R U
U
khi
C C L
Z Z R Z
2 2
Loại : Công suất nhau: C
L
L Z Z
Z 2
2
1
MẠCH RLC CÓ C BIẾN THIÊN
Loại : Công suất cực đại :
R U PMAX
2
ZC ZL Khi mạch cộng hưởng Loại :Điện áp tụ điện cực đại
R Z R U
UCMAX L
2 2
khi
L L C
Z Z R Z
2
Loại : Công suất nhau:ZC1 ZC2 2ZL
MẠCH RLC CĨ ω BIẾN THIÊN
Loại : Cơng suất cực đại :
R U PMAX
2
LC Z
ZC L
1
0
(12)Loại : Công suất nhau:
LC 2
0
III.SẢN XUẤT VÀ TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG Máy phát điện xoay chiều pha:
Cấu tạo :
- Roto : phần quay - Stato : phần đứng yên
- Phần cảm : phần tạo từ trường
- Phần ứng : phần tạo suất điện động cảm ứng Tần số: f n p .
với p: Số cặp cực nam châm n: Tốc độ quay (vòng/s) Nếu tốc độ quay n (vòng/phút):
60 np f
Từ thông: 0cos(t)
Từ thông cực đại: 0 NBS Suất điện động cảm ứng:
) sin(
' 0
E t
e
Với SĐĐ cực đại: E0 NBS
Suất điện động biến thiên điều hòa tần số với từ thông trễ pha π/2
Máy biến thế:
N1, U1, P1: Số vòng, điện áp hiệu dụng, công suất cuộn sơ cấp N2, U2, P2: Số vịng, điện áp hiệu dụng, cơng suất cuộn thứ cấp
1 1 UI cos
P ; P2 U2I2cos2 Hiệu suất máy biến thế: 1
1
P P
H
Mạch thứ cấp không tải:
2
2
U U N N k
Mạch thứ cấp có tải: (lí tưởng)
1
2
2
I I U U N N
k
- Nếu N1 > N2 : máy giảm áp - Nếu N1 < N2 : máy tăng áp
Truyền tải điện năng:
Độ giảm dây dẫn:U RI Cơng suất hao phí :
2
2
cos U
(13)+ Phần trăm hao phí: 2cos U PR H
+ Hiệu suất tải điện: H = – ΔH Hay
P P P P P
H i 1 P: Công suất truyền Pi: Công suất nhận nơi tiêu thụ Để giảm hao phí truyền tải điện ta cần :
- Giảm điện trở đường dây : sử dụng dây dẫn có điện trở suất nhỏ , tối ưu hóa đường dây để dây ngắn
- Tăng điện áp đầu dây trước truyền tải.Nếu điện áp tăng lên k lần thi hao phí giảm k2
lần
CHƢƠNG : DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ I.MẠCH DAO ĐỘNG
Tần số góc:
LC 1
Chu kì: T 2 LC Tần số:
LC T f 2 1 1
Điện tích tức thời tụ điện : qQ0cost
Hiệu điện tức thời hai tụ : t
C Q t
U
u cos 0cos
0
Dòng điện tức thời qua cuộn cảm:
2 cos sin 0 ' t I t Q q i
Với I0 = ω.Q0 Mối liên hệ :
- q, u pha nên :qCuQ0 CU0 - q, i vuông pha nên : 2 1
0 2 I i Q q
- u, i vuông pha nên : 2 1 2 I i U u
Năng lƣợng mạch dao động:
Năng lượng điện trường tập trung tụ điện:
2
1 1 1
2 2 2
C
q
W Cu qu
C
Năng lượng điện trường cực đại:
2
2
max 0
1 1 1
2 2 2
C
Q
W CU Q U
C
Năng lượng từ trường tập trung cuộn cảm: 1 2
L
(14) Năng lượng từ trường cực đại: max 1 02 2
L
W LI
Năng lƣợng điện từ: W = WC + WL
2 max max
2
2
0 0
1 2
1 1 1
2 2 2
C L
W W W CU
Q
Q U LI
C
Năng lượng điện trường lượng từ trường biến thiên điều hịa với tần số gấp đơi tần số mạch dao động , chu kỳ nửa chu kì mạch dao động
Ta sử dụng phép biến đổi tương đương để vận dụng công thức học chương cho chương nhứ sau: x ~ q , v ~ i , A ~ Q0 , vmax ~ I0 ,… Tính chất :
- Điện trường biến thiên tạo từ trường biến thiên (xoáy) - Từ trường biến thiên tạo điện trường biến thiên (xốy). II.SĨNG ĐIỆN TỪ
- Là lan truyền dao động điện từ không gian theo thời gian - Sóng điện từ truyền chân khơng
- Sóng điện từ sóng ngang : điện trường từ trường biến thiên điều hòa pha , tần số tần số mạch dđộng , có phương vng góc vng góc với phương truyền sóng
Bước sóng sóng điện từ: c T. c c.2 LC f
Với c = 3.108
m/s: Vận tốc ánh sáng chân không Cấu tạo máy phát máy thu :
- Máy phát :
+ Máy phát sóng cao tần + Micro ( ống nói )
+ Mạch biến điệu : gắn tín hiệu âm tần vào sóng điện từ cao tần + Mạch khuếch đại
+ Ăng ten phát - Máy thu: + Ăng ten thu
+ Mạch LC chọn sóng: dựa vào tượng cộng hưởng sóng + Mạch tách sóng : tách tín hiệu âm tần khỏi sóng điện từ cao tần + Mạch khuếch đại
+ Loa
Truyền thơng sóng vơ tuyến:
- Sóng dài : λ > 1000m Không bị nước hấp thụ nên sử dụng thông tin liên lạc nước
(15)- Sóng ngắn : 100m > λ > 10m Bị tầng điện ℓy mặt đất phản xạ Máy phát sóng ngắn cơng suất ℓớn truyền thơng tin xa mặt đất
- Sóng cực ngắn : 10m > λ > 0,01m Có thể xuyên qua tầng điện ℓy Dùng để thông tin ℓiên ℓạc vũ trụ
CHƢƠNG : SÓNG ÁNH SÁNG Sóng ánh sáng sóng điện từ có tần số lớn hay có bước sóng ngắn
I.TÁN SẮC ÁNH SÁNG
- Là tượng ánh sáng bị phân tích thành màu sắc khác qua lăng kính
+ Ánh sáng đơn sắc : chứa thành phần không bị tán sắc qua lăng kính + Ánh sáng đa sắc : chứa nhiều thành phần đơn sắc bị tán sắc qua lăng kính + Ánh sáng trắng ánh sáng phức hợp chứa vô
số đơn sắc gồm màu : đỏ , cam , vàng , lục , lam , chàm , tím
+ Nguyên nhân: Do chiết suất môi trường suốt thành phần đơn sắc khác khác Chiết suất môi trường ánh sáng đỏ nhỏ – ánh sáng tím lớn
+ Trong tượng tán sắc : ánh sáng tím bị lệch nhiều , ánh sáng đỏ bị lệch so với phương truyền tới
- Ánh sáng đơn sắc đặc trưng tần số f hoặc chu kỳ T :
- Bước sóng ánh sáng chân khơng:
f c
với c = 3.108 m/s
- Vận tốc ánh sang môi trường có chiết suất n :
n c
v ⟹ Bước sóng:
n f v
'
II.GIAO THOA ÁNH SÁNG 1.Giao thoa với ánh sáng đơn sắc:
Điều kiện : 2 nguồn sáng kết hợp – phương , tần số có độ lệch pha khơng đổi theo thời gian.
Giao thoa khe Young:
+ a(mm): Khoảng cách khe S1S2 + D(m): Khoảng cách từ khe tới
+ m : Bước sóng ánh sáng kích thích
+ x(mm): Khoảng cách từ vị trí vân xét tới vân sáng trung tâm
Màu Bước sóng m
Đỏ 0,6400,760 Cam 0,5900,650 Vàng 0,5700,600 Lục 0,5000,575 Lam 0,4500,510 Chàm 0,4300,460 Tím 0,3800,440 S1
D S2
d1 d2
I O
(16)Hiện tượng : Tạo M vạch sáng gọi vân sáng xen kẽ vạch tối gọi vân tối , với O vân sáng trung tâm
+Hiệu quang trình : k D ax d
d
1 2
+ Khoảng vân: a
D
i khoảng cách vân sáng liên tiếp , khoảng cách vân tối liên tiếp
- Khoảng cách vân sáng vân tối gần nửa khoảng vân + Vị trí vân : ki
a D k x
k nguyên :vân sáng bậc k
k bán nguyên: vị trí vân tối thứ k+0.5
Khoảng cách vân x1 x2:
Cùng phía: x x1x2 Khác phía: xx1x2
Tìm số vân sáng, vân tối bề rộng trƣờng giao thoa L: Vị trí cực đại
2 max
L x
i x
k max
max Ns = (phần nguyên kmax)2 + Nếu chữ số thập phân kmax > :Nt = Ns +
Nếu chữ số thập phân kmax < thì: Nt = Ns – 2.Giao thoa với ánh sáng đa sắc:
Hai vân trùng nhau: x1 = x2 Suy : k1λ1 = k2λ2
Có loại vân sáng: đơn sắc λ1,λ2 vân sáng tổng hợp ( vân trùng )
3 Giao thoa với ánh sáng trắng:
m
m
0,76 38
,
0
Bề rộng quang phổ bậc 1: 1 d1 t1 ( d t) a
D k x x
x
Bề rộng quang phổ bậc n: xn n x1
M cách VS’ trung tâm khoảng x cho vân sáng, vân tối: Tại M có:
a D k xM
D k axM
.
m
kD ax
m M
0,76 38
,
0
k nguyên : cho vị trí vân sáng
k bán nguyên: cho vị trí vân tối
Sai số phép đo bước sóng ánh sáng đơn sắc:
D D a
a i
i
III.CÁC LOẠI QUANG PHỔ
(17)Ống chuẩn trực :có thấu kính hội tụ để biến đổi chùm sáng vào thành chùm tia sáng song song
Lăng kính : tán sắc ánh sáng
Buồng tối : hiển thị ánh sáng sau phân tích
Quang phổ liên tục :Là dải màu biến đổi liên tục từ đỏ đến tím
+ Do vật rắn , lỏng , khí áp suất cao nung nóng phát
+ Quang phổ liên tục phụ thuộc vào nhiệt độ nên vật khác nung nóng nhiệt độ có quang phổ giống
Quang phổ vạch phát xạ : vạch màu riêng lẻ tối + Do chất khí , áp suất thấp nung nóng phát
+ Quang phổ vạch phát xạ đặc trưng cho nguyên tố , nguyên tố khác khác số lượng vạch sáng , màu sắc vạch sáng độ sáng tỉ đối
Quang phổ vạch hấp thụ: vạch tối riêng lẻ quang phổ liên tục + Điều kiện : nhiệt độ nguồn phát phải nhỏ nhiệt độ nguồn sáng trắng
+ Ở điều kiện nguyên tố phát vạch quang phổ hấp thụ vạch quang phổ
Phép phân tích quang phổ phép phân tích thành phần cấu tạo chất dựa vào việc phân tích quang phổ chúng
IV.CÁC BỨC XẠ KHƠNG NHÌN THẤY ( sóng điện từ )
- Tia hồng ngoại :là xạ khơng nhìn thấy có bước sóng > 0,76µm
+ Do vật có nhiệt độ > K phát Tuy nhiên để thu xạ hồng ngoại nhiệt độ vật phải lớn nhiệt độ môi trường
+ Tác dụng đặc trưng tác dụng nhiệt : dùng để sưởi ấm , sấy khô ,… + Tác dụng lên phim ảnh : dùng máy ảnh hồng ngoại
+ Có thể biến điệu sóng điện từ cao tần : dùng điều khiển
+ Ngồi có khả gây số phản ứng hóa học tượng quang điện cho số chất bán dẫn
- Tia tử ngoại: xạ khơng nhìn thấy có bước sóng < 0,38µm + Do vật nung nóng 20000
C phát
+ Tác dụng mạnh lên phim ảnh , làm ion hóa khơng khí nhiều chất khác Kích thích phát quang nhiều chất, gây tượng quang điện cho nhiều kim loại
+ Bị nước thủy tinh hấp thụ mạnh + Hủy diệt tế bào da ,mắt, diệt khuẩn ,…
+ Chữa bệnh còi sương , khử trùng nước , tìm vết nứt bề mặt kim loại,…
- Tia X : xạ khơng nhìn thấy có bước sóng từ 10-8m đến 10-11m phát từ ống Rơn-ghen nên gọi tia Rơn-ghen
+ Tính chất bật khả đâm xuyên : tia X có khả đâm xuyên qua giấy , vải , gỗ , …và nhôm vài cm lại bị lớp chì vài mm chặn lại
+ Tác dụng mạnh lên phim ảnh , làm ion hóa khơng khí, làm phát quang nhiều chất, gây tượng quang điện hầu hết kim loại
+ Hủy diệt tế bào , diệt vi khuẩn
+ Dùng để chữa bệnh ung thu , chụp phim kiểm tra vết nứt bên kim loại,…
(18)CHƢƠNG : LUỢNG TỬ ÁNH SÁNG I.THUYẾT LƢỢNG TỬ ÁNH SÁNG
Nguyên tử , phân tử không xạ hay hấp thụ ánh sáng cách liên tục đứt quãng , rời rạc đoạn gọi hạt ánh sáng hay phôtôn
Chùm ánh sáng chùm phôtôn , phôtôn mang lượng xác định (ε = hf) Cường độ chùm sáng tỉ lệ thuận với số phôtôn phát 1s
Phân tử ,nguyên tử , e
, … phát xạ hay hấp thụ ánh sáng chúng phát xạ hay hấp thụ phôtôn
Các phôtôn bay dọc theo tia sáng với tốc độ c = 3.108
m/s chân không
Năng lượng phôtôn ánh sáng chân không môi trường chiết suất n:
hf hc ,
n hc hf
Hằng số Planck : h = 6,625.10-34 J.s I.HIỆN TƢỢNG QUANG ĐIỆN
- Là tượng electron bị bật khỏi bề mặt kim loại bị chiếu chùm ánh sáng kích thích có bước sóng thích hợp
3 định luật quang điện
Mỗi kim loại làm catốt có bước sóng giới hạn gọi giới hạn quang điện
, tượng quang điện xảy bước sóng ánh sáng kích thích ≤ 0 Cường độ dòng quang điện tỉ lệ thuận với cường độ chùm sáng kích thích
Động ban đầu cực đại e
quang điện không phụ thuộc vào cường độ chùm sáng kích thích mà phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng kích thích chất kim loại làm catốt
Các cơng thức quang điện:
Cơng electron :
0
hc
A Tần số giới hạn :
h A c f
0
Điều kiện để xảy tƣợng quang điện: A f f0 0 Phương trình Anhxtanh: AWd0max Với Wđ0max = eUh=
2 max 2 1
mv Uh hiệu điện hãm: Uh = -UAK I =
Công suất nguồn sáng: P =n. , với nlà số phôtôn phát 1s
Cđdđ bão hoà: Ibh = ne.e , với ne: số electron 1s Hiệu suất lượng tử:
(19)Các công thức tập tia Rơnghen:
Bước sóng nhỏ nhất, tần số lớn tia Rơn ghen phát từ ống Rơn ghen:
AK e
e Min
Max m v eU
hc
hf .
2
1
; ve vận tốc electron đập vào catốt Bước sóng cực tiểu tia Rơnghen:
AK Min
eU hc
Hiện tƣợng quang điện
- Là tượng electron bị khỏi nút mạng trở thành electron tự chất bán dẫn chiếu chùm sáng kích thích có bước sóng thích hợp
- Giới hạn quang điện lớn nhiều so với giới hạn quang điện - Hiện tượng quang dẫn tượng quang điện làm giảm điện trở suất (tăng độ dẫn điện) chất bán dẫn
II.HIỆN TƢỢNG QUANG PHÁT QUANG
- Là tượng vật phát ánh sáng phát quang chiếu ánh sáng kích thích
- Năng lượng ánh sáng phát quang ln nhỏ lượng ánh sáng kích thích, suy bước sóng ánh sáng phát quang ln lớn bước sóng ánh sáng kích thích λPQ ≥ λKT
+ Huỳnh quang: ánh sáng phát quang bị tắt tắt ánh sáng kích thích + Lân quang: ánh sáng phát quang cịn tồn khoảng thời gian sau tắt ánh sáng kích thích
III.MẪU NGUYÊN TỬ BORH
- Nguyên tử tồn trạng thái có lượng xác định gọi trạng thái dừng Ở trạng thái dùng nguyên tử không xạ lượng
- Khi nguyên tử nhận lượng kích thích chúng chuyển từ quỹ đạo thấp lên quỹ đạo cao hơn, ngược lại nguyên tử chuyển từ quỹ đạo cao quỹ đạo thấp chúng xạ phơtơn
Bán kính quỹ đạo dừng n :
r n
r Với r0 = 5,3.10 -11
m làbán kính Borh Năng lƣợng quỹ đạo dừng n : 132,6
n
E (eV)
Năng lượng xạ hay hấp thụ : ε = hc
= Ecao – Ethấp , 1eV = 1,6.10-19J
Bước sóng xạ hay hấp thụ:313221 ;
31 32 21
1 1 1
Số xạ tối đa mà nguyên tử Hidro phát từ mức lượng En
chuyển mức lượng thấp là: N = n(n-1) 2
(20)+ Dãy Banme: từ quỹ đạo ngồi L, Nằm vùng ánh sáng nhìn thấy phần vùng tử ngoại
+ Dãy Pasen: từ quỹ đạo M, Nằm vùng hồng ngoại
CHƢƠNG : VẬT LÝ HẠT NHÂN Cấu tạo hạt nhân:
Hạt nhânZAX , có A nuclon; Z prơtơn;N =(A –Z)nơtrơn
Liên hệ lượng khối lượng: E = mc2
Độ hụt khối hạt nhân : nuclon riêng lẻ liên kết với tạo thành hạt nhân có phần khối lượng bị “mất đi” :m = Zmp + (A – Z)mn – mhn
Năng lượng liên kết: Elk = m.c
Năng lượng liên kết riêng:Elkr = A Elk
Năng lượng liên kết lớn hạt nhân bền vững ( VD: Fe)
Phản ứng hạt nhân: Trong phản ứng hạt nhân: 1 A
Z X1 +
2 A
Z X2
3 A
Z X3 +
4 A Z X4
Số nuclơn số điện tích bảo toàn: A1+A2 = A3+ A4 Z1 + Z2 = Z3 + Z4 Năng lượng phản ứng hạt nhân:
∆E = (m1 + m2 - m3 - m4)c
∆E = (m3 + m4 - m1 - m2).c ∆E = K3 + K4 - K1 – K2
+ Nếu ∆E > 0 phản ứng hạt nhân tỏa lƣợng + Nếu ∆E < 0 phản ứng hạt nhân thu lƣợng Đơn vị khối lượng nguyên tử: 1u = 931,5
2
(21)Khối lượng prôtôn: mp =1,007276u Khối lượng nơtron mn = 1,008665u Năng lượng toàn phần bảo toàn E1+E2 = E3+ E4
Động lượng hệ bảo toàn :p1p2p3p4
Liên hệ động năng: p2 2mK
Thông thường đơn vị khối lượng phản ứng hạt nhân u nên lượng liên kết lượng phản ứng tính sau :
E = (mtr – ms).931,5 (MeV)
Phóng xạ: phản ứng hạt nhân tỏa lượng hạt nhân mẹ bị phân rã tạo hạt nhân con, đồng thời kèm theo tia phóng xạ
Sự phóng xạ khơng bị ảnh hưởng tác động bên
X Y + Hạt phóng xạ Hằng số phóng xa:
T 2 ln Độ phóng xạ : H = λ.N (Bq)
T: Là chu kì bán rã , khoảng thời gian số hạt nhân bị phân rã nửa
Chú ý: Trong cơng thức độ phóng xa, T tính giây ; 1Ci = 3,7.1010 Bq Gọi :
m0:Khối lượng chất phóng xạ ban đầu m: Khối lượng chất phóng xạ lại N0: Số hạt nhân (nguyên tử) ban đầu N: Số hạt nhân (nguyên tử) lại A: Số khối hạt nhân
H0: Độ phóng xạ lúc đầu (Bq) H: Độ phóng xạ lúc sau (Bq)
Liên hệ số hạt khối lượng: NA A m
N
0 NA
A m N .
Định luật phóng xạ: T t t
e m m
m 0.2 0.
t T
t
e N N
N 0.2 0. . 0.2 0.2
t t
T T
H N N H Tỉ lệ hạt nhân lại:
0
N N = 2
t T
Tỉ lệ hạt nhân bị phân rã:
N N
= 1 2
t T
Khối lượng hạt nhân mẹ bị phân rã sau thời gian t: 0(1 )
t T
m m
(22) Số hạt nhân tạo thành bằng số hạt nhân mẹ bị phân rã sau thời gian t: N’ = N = N0 – N = N0 (1 – T
t
2 )
Khối lượng hạt nhân tạo thành (1 )
t
Y T
Y X
X
A
m m
A
Các loại hạt bản:
Hạt :24He Hạt:01e Hạt:01e Hạt nơtron: 01n Hạt prôtôn: 11p hay 11H
Phản ứng phân hạch :
- Là phản ứng hạt nhân tỏa lượng hạt nhân nặng hấp thụ nơtron bị vỡ ra thành hạt nhân nhẹ đồng thời kèm tia phóng xạ
- Gọi k số nơtron tạo sau phản ứng + Nếu k < : phản ứng tắt dần
+ Nếu k = : phản ứng phân hạch dây chuyền có kiểm sốt
+ Nếu k > : phản ứng hạt nhân dây chuyền bùng nổ ( bơm nguyên tử )
Phản ứng nhiệt hạch
- Là phản ứng hạt nhân tỏa lượng hạt nhân nhẹ kết hợp với nhiệt độ cao tạo thành hạt nhân nặng
- Phản ứng phân hạch xảy nhiệt độ cao Năng lượng phản ứng phân hạch lượng chủ yếu mặt trời
- Phản ứng phân hạch phản ứng hạt nhân “sạch” chúng khơng kèm theo tia phóng xạ
1 Phản ứng phân hạch thường tỏa lượng lớn nhiều phản ứng nhiệt hạch , nhiên xét đơn vị khối lượng phản ứng nhiệt hạch tỏa năng lượng lớn phản ứng phân hạch
Thuyết tương đối : ( v0,1c) 2
0
mc m c K Hay E E0 K Đặt
v c
12 đó:
0 m m
0 E E Động : K EE0 E0(11)
Động lượng : p = mv
Hệ thức bất biến : 2
2
(23)