Giao thoa ánh sáng ...[r]
(1)ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
-W X -
ThS Tr
ươ
ng Thành
Giáo trình
VẬT LÝ
(2)Giáo trình Vật lý ThS Trương Thành
M
ở
đầ
u
Việc đào tạo đại học, cao đẳng theo chế độ Tín nhằm kích thích tính độc lập, sáng tạo tự học sinh viên, nâng cao trình độ người học thời kỳ hội nhập Tuy nhiên để thực mục đích người dạy người học phải có đủ trang bị cần thiết mà trước hết giáo trình, tài liệu tham khảo Để góp thêm giáo trình sát với chương trình trường Cao đẳng Công nghệ, Đại Học Đà Nẵng định viết giáo trình
Giáo trình "Vật Lý 2" dùng cho lớp cao đẳng kỹ thuật cao đẳng công nghệ thông tin gồm kiến thức Vật Lý đại cương nhằm trang bị cho sinh viên kiến thức cần thiết có liên quan đến ngành học của Nội dung gồm có 12 chương phân bố đều từ Từ trường đến Vật lý hạt nhân nguyên tử Giáo trình viết sở chương trình "Vật Lý 2” trường Cao Đẳng Cơng nghệ, Đại Học Đà Nẵng
Trong trình viết giáo trình chúng tơi Đại học Đà Nẵng, trường Đại học Sư phạm tạo điều kiện thuận lợi, trường Cao đẳng Cơng nghệ
khuyến khích, góp ý bổ ích cán giảng dạy khoa Vật Lý Xin chân thành cảm ơn giúp đỡ quý báu
Tuy có cố gắng có nhiều chỉnh lý bổ sung không thể tránh khỏi thiếu sót Rất mong góp ý phê bình bạn đọc
(3)Giáo trình Vật lý ThS Trương Thành
Chương I
TỪ TRƯỜNG CỦA DỊNG ĐIỆN KHƠNG ĐỔI 1.1. TỪ TRƯỜNG CỦA DỊNG ĐIỆN
KHƠNG ĐỔI, ĐỊNH LUẬT AMPERE 1.1.1 TƯƠNG TÁC TỪ
Tương tác giữa:
- Dòng điện với dòng điện
- Dòng điện với nam châm
- Nam châm với dòng điện
không phải lực hấp dẫn, lực điện trường mà có chất khác từ trường nên gọi tương tác từ Các thí nghiệm cụ thể trình bày vật lý lớp 11 ta không nhắc lại
1.1.2 ĐỊNH LUẬT AMPERE
Trước đến định luật ta cần định nghĩa phần tử dòng điện:
Phần tử dòng điện Idlr dịng điện I tích số cường độ dòng
điện I với đoạn chiều dài vô nhỏ dl dây dẫn Phương chiều của Idlr phương chiều tiếp tuyến dương dây dẫn điểm xét
Trước tìm biểu thức tương tác từ hai dòng điện I I0 ta
hãy tìm lực từ hai phần tử dịng điện Idl I0dl0 hai dòng điện
Dựng mặt phẳng P chứa phần tử Idl r, sau đó vẽ pháp tuyến nr mặt phẳng p điểm M0 (như
hình Hình I-1) Theo Ampere lực mà phần tử dòng điện Idl dòng điện I tác dụng lên phần tử
0 0dl
I dịng I0 đặt cách r
dF có:
- Có phương vng góc với
0 0dl
I r pháp tuyến mặt phẳng chứa r Idlr
- Có chiều cho ba vector
F d l d I
nr, r , r lập thành
dF
dl
M0 dl0 θo
n
P O θ
Hình I-1
r
I0
(4)Giáo trình Vật lý ThS Trương Thành
Nghĩa độ lớn dF tỷ lệ với sin 02 0sin
r dl I
Idl θ θ
, Trong chân không: dF = 020
4 sin sin r dl I kIdl π θ θ Trong từ môi: dF = 02 0
4 sin sin r dl I Idl k π θ θ µ
Trong đó: k hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào hệđơn vị Trong hệđơn vị
SI: k =
π µ
4
0 với µ
0 = 4π.10-7m
H
số từ, µ độ từ thẩm mơi trường
có vai trị ý nghĩa giống ε trường tĩnh điện chẳng hạn nên: dF = 02 0
r sin dl I sin Idl π θ θ µ µ
- Với chân khơng, khơng khí: = + 0,03 10−6( ) ≈ m H
µ
- Với nước: = − 0,72 10−6( ) ≈ m H
µ
- v.v
Theo nhưđã nói dạng vector lực là: I dl
(
Idl r)
r F
dr = 03 0 r0ì rìr
4
àà
(I-1)
Đó nội dung định luật Ampere tương tác gia hai phần tử hai dịng điện
Nếu gọi hai dịng điện I I0 Lực tương tác hai dòng điện
đó là:
∫∫
× × = ) )( ( 0 0 ) (4 I I r
(5)Giáo trình Vật lý ThS Trương Thành
1.2 VECTOR CẢM ỨNG TỪ
1.2.1 KHÁI NIỆM TỪ TRƯỜNG 1.2.1.1 Từ trường
Theo “Thuyết Tương Tác Gần” thì:
- Từ trường môi trường vật chất đặc biệt nam châm dòng
điện sinh
- Từ trường lan truyền không gian với vận tốc vận tốc ánh sáng
- Khi có nam châm hay dịng điện mơi trường xung quanh có thay đổi có từ trường
Tóm lại từ trường có thểđịnh nghĩa:
Từ trường môi trường vật chất đặc biệt nam châm dòng
điện sinh biểu thơng qua có tương tác từ
1.2.1.2 Vector cảm ứng từ, định lý Bio - Savart - Laplace
Từ công thức (I-1) ta thấy:
(
Idl r)
rB
dr = 03 r×r
4π
µµ (I-3)
khơng phụ thuộc vào I0dl0
r
mà phụ thuộc vào Idlr gây từ trường
khoảng cách r từ đến điểm M ta đặt phần tử I0dl0 r
ta gọi cảm ứng từ dB Vềđộ lớn: 2
4 sin r Idl dB
π θ µ µ
=
dB có phương vng góc với mặt phẳng chứa dl vector rr; có chiều xác
định theo quy tắc vặn nút chai (nếu ta vặn nút cho tiến theo chiều dịng điện chiều vặn nút chiều cảm ứng từ), có điểm đặt M; có
đơn vị Tesla (T) Cơng thức (I-3) nội dung
định lý Bio - Savart - Laplace
Hình I-2 vẽ vector cảm ứng từ dịng điện thẳng dài, dFr vng góc với nr & Idlr0 nên có
phương tiếp tuyến với đường cảm ứng từ, chiều hình vẽ, độ lớn sẽđược tính mục
1.2.1.3 Nguyên lý chồng chất từ trường
Khái niệm chồng chất từ trường (hay tổng hợp từ trường) Hình I-2
B d
B d
B d dl
r
(6)Giáo trình Vật lý ThS Trương Thành
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: TỪ TRƯỜNG
1.1 Từ trường, định luật Ampêre
1.2 Cảm ứng từ
1.3 Từ thông, định lý O-G
1.4 Tác dụng từ trường lên dòng điện 10
Bài tập chương1 11
CHƯƠNG 2: CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ 17
2.1 Các định luật cảm ứng điện từ 17
2.2 Hiện tượng tự cảm 29
Bài tập chương 22
CHƯƠNG 3: TRƯỜNG ĐIỆN TỪ 26
3.1 Luận điểm 1của Maxwell 26
3.2 Luận điểm 2của Maxwell 27
3.3 Hệ phương trình Maxwell 28
CHƯƠNG 4: DAO ĐỘNG VÀ SÓNG 32
4.1 Dao động điều hoà 32
4.2 Dao động tắt dần 33
4.3 Dao động cưỡng 34
4.4 Sóng 35
CHƯƠNG 5: QUANG HỌC SÓNG - GIAO THOA 39
5.1 Những sở quang học sóng 39
5.2 Giao thoa ánh sáng 40
5.3 Giao thoa ánh sáng Young 43
5.4 Giao thoa ánh sáng mỏng 45
Bài tập chương 49
CHƯƠNG 6: QUANG HỌC SÓNG - NHIỄU XẠ 56
6.1 Định nghĩa nhiễu xạ 56
6.2 Điều kiện cực trị 58
6.3 Nhiễu xạ sau khe hẹp 60
6.4 Nhiễu xạ sau nhiều khe hẹp 62
6.5 Nhiễu xạ tinh thể 63
Bài tập chương6 67
CHƯƠNG 7: QUANG HỌC SÓNG - PHÂN CỰC 71
7.1 Aïnh sáng tự nhiên ánh sáng phân cực 71
7.2 Sự phân cực phản xạ 73
7.3 Giải thích tượng lưỡng chiết 75
CHƯƠNG 8: QUANG LƯỢNG TỬ-BỨC XẠ NHIỆT 79
8.1 Tán sắc ánh sáng 79
8.2 Vật đen tuyệt đối 81
(7)Giáo trình Vật lý ThS Trương Thành
8.4 Công thức Planck 86
Bài tập chương8 89
CHƯƠNG 9: QUANG LƯỢNG TỬ-HIỆN TƯỢNG Q ĐIỆN 93
9.1 Hiện tượng quang điện 93
9.2 Hiện tượng quang điện 95
9.3 Hiện tượng Compton 96
Bài tập chương 99
CHƯƠNG 10: CƠ HỌC LƯỢNG TỬ 101
10.1 Tính sóng hạt vật chất 101
10.2 Hệ thức bất định Heisenberg 104
10.3 Phương trình học lượng tử 107
Bài tập chương10 112
CHƯƠNG 11: VẬT LÝ NGUYÊN TỬ 115
11.1 Nguyên tử hyđrô 120
11.2 Nguyên tử kim loại kiềm 122
11.3 Moment 124
11.4 Spin điện tử 126
11.5 Hệ thống tuần hoàn 128
CHƯƠNG 12: VẬT LÝ HẠT NHÂN 128
12.1 Những tính chất 128
12.2 Phóng xạ 131
12.3 Phân hạch 134
12.4 Phản ứng nhiệt hạch 136
Bài tập chương 11, 12 138