Tóm tắt lý thuyết Vật lý 12 - Hoàng Công Viêng

- Cộng hưởng: Khi tần số góc của ngoại lực băng tần số góc riêng của hệ ω 0 Khi ñó biên ñộ dao ñộng của hệ ñạt giá trị cực ñại, giá trị cực ñại của biên ñộ phụ thuộc vào ma sát ma sát cà[r]

Tóm tắt lý thuyêt Vật lý 12 – Biên soạn: Hoàng Công Viêng I DAO ĐỘNG CƠ Đại cương dao ñộng a) Định nghĩa - Dao ñộng là chuyển ñộng qua lại quanh VTCB VTCB là vị trí mà tổng hợp lực tác dụng lên vật không - Dao ñộng tuần hoàn là dao ñộng mà trạng thái dao ñộng ñược lặp lại cũ sau khoảng thời gian xác ñịnh Giai ñoạn ngắn mà trạng thái ñược lặp lại cũ gọi là dao ñộng toàn phần hay chu trình - Thời gian thực dao ñộng là chu kì Tần số là số dao ñộng thực trên ñơn vị thời gian b) Dao ñộng ñiều hòa - Là dao ñộng mà li ñộ vật ñược mô tả ñịnh luật dạng sin cosin: x = A cos(ωt + ϕ ) Li ñộ là giá trị ñại số so vị trí vật với VTCB - Biên ñộ là li ñộ cực ñại vật, luôn dương, phụ thuộc và kích thích ban ñầu - Pha ban ñầu phụ thuộc vào việc chọn mốc thời gian t = - Vận tốc: ñạo hàm bậc li ñộ, nhanh pha π / so với li ñộ Ở vị trí biên thì vận tốc vật Vận tốc vật có ñộ lớn cực ñại qua VTCB Có giá trị cực ñại qua VTCB theo chiều dương, giá trị cực tiểu qua VTCB theo chiều âm - Gia tốc: ñạo hàm bậc vận tốc, bậc hai li ñộ Gia tốc nhanh pha π / so với vận tốc và ngược pha với li ñộ, vecto gia tốc luôn hướng VTCB - Lực hồi phục (lực kéo về): luôn hướng VTCB (trái dấu với li ñộ), ngược pha với li ñộ, cùng pha với gia tốc - Hình chiếu chuyển ñộng tròn ñều trên phương ñi qua tâm ñường tròn ñược xem là dao ñộng ñiều hòa Con lắc lò xo Điều kiện dao ñộng ñiều hòa: bỏ qua ma sát và vật dao ñộng với biên ñộ nhỏ (lò xo nằm giới hạn ñàn hồi) a) Con lắc lò xo nằm ngang: lực ñàn hồi ñóng vai trò lực hồi phục VTCB là vị trí mà lò xo không biến dạng b) Con lắc lò xo thẳng ñứng: Lực hồi phục là tổng hợp lực ñàn hồi và trọng lực Tại VTCB là xo ñã biến dạng Con lắc ñơn Bỏ qua lực cản không khí, vật dao ñộng với biên ñộ bé thì vật dao ñộng ñiều hòa VTCB là vị trí thấp vật Tần số góc không phụ thuộc vào khối lượng vât mà phụ thuộc vào chiều dài dây và gia tốc trọng trường Lực căng dây ñạt cực ñại VTCB và cực tiểu vị trí biên Năng lượng dao ñộng ñiều hòa - Cơ dao ñộng vật ñộng cộng năng, và bảo toàn quá trình dao ñộng và tỉ lệ với bình phương biên ñộ Cơ ñộng cực ñại cực ñại SĐT: 01698.073575 - Động và biến thiên ñiều hòa cùng tần số 2f (f là tần số dao ñộng vật), ngược pha Động tăng thì giảm và ngược lại, ñộng không thì cực ñại và ngược lại - Thế lắc lò xo là ñàn hồi, lắc ñơn là trọng trường Các loại dao ñộng a) Dao ñộng tự do: là dao ñộng mà tần số dao ñộng hệ không phụ thuộc vào các tác ñộng ngoài hệ mà phụ thuộc các ñặc tính hệ VD: Hệ lắc lò xo, lắc ñơn gắn với Trái Đất là dao ñộng tự b) Dao ñộng tắt dần: là dao ñộng có biên ñộ (năng lượng) giảm dần theo thời gian - Là dao ñộng chịu tác dụng lực cản, lực cản sinh công âm - Dao ñộng tắt dần nhanh môi trường càng nhớt - Trong dao ñộng tắt dần chậm chịu tác dụng lực cản nhỏ thì vật dao ñộng với chụ kì không ñổi, biên ñộ giảm dần tới không c) Dao ñộng trì: là dao ñộng mà sau chu kì ta bù ñắp thêm phần lượng bị tắt dần - Vật dao ñộng với chu kì riêng hệ - Vật dao ñộng mãi mãi d) Dao ñộng cưỡng - Là dao ñộng chịu tác dụng ngoại lực tuần hoàn F = F0 cos Ωt Gồm hai giai ñoạn: + Giai ñoạn chưa ổn ñịnh là giai ñoạn biên ñộ tăng dần + Giai ñoạn ổn ñịnh là giai ñoạn biên ñộ không tăng Đây gọi là dao ñộng cưỡng - Tính chất: là dao ñộng ñiều hòa với tần số ngoại lực cưỡng Ω , biên ñộ dao ñộng cưỡng tỉ lệ thuận với biên ñộ F0 ngoại lực và phụ thuộc vào tần số ngoại lực Ω - Cộng hưởng: Khi tần số góc ngoại lực băng tần số góc riêng hệ ω Khi ñó biên ñộ dao ñộng hệ ñạt giá trị cực ñại, giá trị cực ñại biên ñộ phụ thuộc vào ma sát (ma sát càng cao thì giá trị cực ñại biên ñộ càng giảm) Điều kiện xảy cộng hưởng là Ω = ω - Phân biệt dao ñộng trì và dao ñộng cưỡng bức: Đều dao ñộng tác dụng ngoại lực dao ñộng cưỡng thì dao ñộng với tần số ngoại lực còn dao ñộng trì thì tần số ngoại lực tần số riêng hệ Dao ñộng cưỡng cộng hưởng và dao ñộng trì ñều dao ñộng với tần số riêng hệ có sụ khác nhau: dao ñộng cưỡng tác dụng ngoại lưc ñộc lập với hệ còn dao ñộng trì thì ngoại lực ñược ñiều khiển chính dao ñộng Tổng hợp dao ñộng - Nếu hai dao ñộng ñiều hòa cùng phương thì li ñộ tổng hợp tổng các li ñộ thành phần - Biên ñộ dao ñộng tổng hợp A phụ thuộc vào biên ñộ và pha ban ñầu các dao ñộng tổng hợp Lop12.net Tóm tắt lý thuyêt Vật lý 12 – Biên soạn: Hoàng Công Viêng SĐT: 01698.073575 Biên ñộ tổng hợp A có giá trị lớn hai dao ñộng cùng π (d + d1 ) ∆ϕ   π (d − d1 ) ∆ϕ   − cos ωt − + u M = 2a cos  pha: A = A1 + A2  λ λ     Biên ñộ tổng hợp A có giá trị nhỏ hai dao ñộng (hai nguồn lệch pha ∆ϕ ) ngược pha: A = A1 - A - Biên ñộ giao thoa: A = 2a cos  π (d − d1 ) − ∆ϕ    λ  II SÓNG CƠ Các ñịnh nghĩa Pha ñiểm M: − π (d + d1 ) + ∆ϕ - Sóng là dao ñộng lan truyền môi λ trường (rắn, lỏng, khí) c) Hình ảnh giao thoa: - Sóng ngang: là sóng có phương dao ñộng vuông góc với - Với hai nguồn cùng pha: phương truyền sóng Điểm cực ñại: d − d1 = kλ (hiệu khoảng cách ñến hai Sóng ngang truyền ñược chất rắn, khộng truyền nguồn số nguyên lần bước sóng) ñược chất lỏng và khí (sóng trên mặt nước và trên dây Điểm cực tiểu: d − d1 = (k + / )λ = (2k + 1)λ / là sóng ngang) - Sóng dọc: là sóng có phương dao ñộng trùng với phương (hiệu khoảng cách ñến hai nguồn số lẻ nửa bước sóng) truyền sóng, sóng dọc truyền ñược rắn, lỏng, khí * Lưu ý: + Đường trung trực hai nguồn là ñường cực ñại (ñường Các ñại lượng ñặc trưng sóng a) Chu kì, tần số: Tất các phần tử môi trường ñều thẳng) dao ñộng với chu kì, tần số chu kì tần số nguồn + Hai bên là các ñường hypebol cực ñại và cực tiểu ñan xen sóng b) Biên ñộ sóng: là biên ñộ ñiểm không gian + Nếu hai nguồn cùng biên ñộ thì ñường cực tiểu không dao ñộng sóng (coi biên ñộ sóng không ñổi) c) Năng lượng sóng: là lượng dao ñộng các phần + Trên ñường nối hai nguồn khoảng cách hai ñiểm liên tử môi trường, tỉ lệ với bình phương biên ñộ sóng Quá trình tiếp dao ñộng cực ñai cực tiêu và λ /2 truyền sóng là quá trình truyền lượng d) Tốc ñộ truyền sóng: là tốc ñộ truyền pha dao ñộng, tốc - Khi hai nguồn lệch pha ∆ϕ thì trên ñường cực ñại k = ñộ truyền ñi các ñỉnh sóng Khác với tốc ñộ dao ñộng dịch ñoạn: ∆ϕ các phần tử 4π e) Bước sóng: là khoảng cách nhỏ hai ñiểm trên phương truyền sóng dao ñộng cùng pha Sự nhiễu xạ sóng: Là quãng ñường sóng truyền ñi ñược chu kì sóng - Là tượng gặp vât cản sóng ñi lệch khỏi phương truyền thẳng và ñi vòng qua vât cản - Nếu sóng ñi qua khe hẹp mà khoảng cách khe nhỏ Phương trình truyền sóng: 2πx  , là li ñộ dao ñộng phần tử cách gốc bước sóng thì khe trở thành nguồn phát sóng thứ cấp  u = a cos ωt −  λ   khoảng x trên phương truyền sóng (sóng truyền cùng Sóng dừng: là tượng có bụng và nút cố ñịnh không gian chiều Ox) - Sóng ñến ñiểm nào trước thì ñiểm ñó nhanh pha (trên Bụng là ñiểm dao ñộng với biên ñộ cực ñại, còn nút là ñiểm không dao ñộng phương truyền) a) Sự phản xạ sóng: - Sóng tuần hoàn theo thời gian với chu kì T, tuần hoàn theo Sóng phản xạ cùng tần số và cùng bước sóng với sóng tới không gian với chu kì λ - Nếu ñầu phản xạ cố ñịnh thì sóng phản xạ ngược pha với - Xét trên phương truyền sóng: sóng tới, còn ñầu phản xạ tụ thì sóng phản xạ cùng Cùng pha: d = kλ , ngược pha: d = (k + / 2)λ , vuông pha pha với sóng tới (lệch pha π / ): d = (k + / 4)λ b) Hiện tượng - Phươ trình sóng dừng trên dây có ñầu phản xạ cố ñịnh: 2πx Giao thoa sóng: u = 2a sin cos(ωt + π / ) Là tượng hai hay nhiều sóng kết hợp gặp λ ñiểm xác ñịnh, luôn luôn làm tăng cường làm Biên ñộ: A = 2a sin 2πx yếu λ a) Điều kiện giao thoa: Sóng phải xuất phát từ hai nguồn - Là tượng giao thoa sóng tới và sóng phản xạ sóng kết hợp, tức là hai nguồn có cùng tần số, cung phương - Điều kiện ñể có sóng dừng dao ñộng và có ñộ lệch pha không ñổi Dây có hai ñầu cố ñịnh: l = nλ / (chiều dài dây số b) Phương trình giao thoa nguyên lần nửa bước sóng) Phương trình hai nguồn: u1 = a cos(ωt ) , u = a cos(ωt + ∆ϕ ) Dây có ñầu cố ñịnh, ñầu tự do: l = (2n + 1)λ / (chiều dài Phương trình giao thoa: dây số lẻ phần tư bước sóng) * Ứng dụng: Xác ñịnh vận tốc truyền sóng trên dây Lop12.net Tóm tắt lý thuyêt Vật lý 12 – Biên soạn: Hoàng Công Viêng Sóng âm: a) Định nghĩa: Sóng âm là dao ñộng truyền môi trường rắn, lỏng, khí - Cảm giác âm phụ thuộc vào nguồn âm và tai người nghe - Trong chất lỏng và khí thì sóng âm là sóng ngang vì lực ñàn hồi xuất có biến dạng nén, giãn Trong chất rắn sóng âm có sóng ngang và sóng dọc vì lực ñàn hồi xuất có biến dạng lệch và biến dạng nén giãn - Nhạc âm: là âm có ñường ghi âm là ñường cong tuần hoàn có tân số xác ñịnh Còn ñường cong không tuần hoàn là tạp âm b) Các ñặc trưng vật lý âm: - Tần số âm: - Cường ñộ âm: là lượng sóng âm truyền qua ñơn vị diện tích ñặt vuông góc với phương truyền sóng ñơn vị thời gian Đơn vị: W/m2 SĐT: 01698.073575 Âm (n = 0) có tần số: f = v / 4l Họa âm (m = 3, 5, ) có tần số: f , f , (bằng số lẻ lần tần số âm bản) DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ Dao ñộng ñiện từ a) Hiện tượng: Khi tích ñiện cho tụ ñến hñt và cho tự phóng ñiện vào mạch kín LC thì ñiện tích trên tụ, dòng ñiện mạch biến thiên ñiều hòa tương tự dao ñộng lắc ñơn - Điện tích biến thiên ñiều hòa: q = Q0 cos(ωt + ϕ ) với tần số góc: ω= LC - Dòng ñiện: i = q ′ = I cos(ωt + ϕ + π / 2) , I = ωQ0 I q - Mức cường ñộ âm: L = lg Đơn vi: Ben (B) - Hñt hai ñầu tụ: u C = = U cos (ωt + ϕ ) , I = Q0 / C I0 C Vậy q, i, uC biến thiên ñiều hòa cùng tần số, u và q cùng I = 10 −12 W / m là cường ñộ âm chuẩn pha với nhau, i nhanh pha π / so với q và u I Đơn vị thường dùng: dexiBen (dB): L(dB ) = 10 lg - Từ trường mạch luôn tỉ lệ với dòng ñiện I0 mạch B = B0 cos(ωt + ϕ + π / 2) - Đường ghi âm: là ñường biểu diễn âm q và i tương ứng li ñộ x và vận tốc v dao ñộng c) Các ñặc trưng sinh lý âm Các ñặc trưng sinh lý phụ thuộc vào các ñặc trưng vật lý - Nếu không có tác ñộng ñiện từ bên ngoài thì dao âm - Độ cao: phụ thuộc vào tần số âm Âm càng cao thì tần số ñộng mạch là dao ñộng ñiện từ tự b) Năng lượng dao ñộng ñiện từ càng lớn - Năng lượng ñiện trường tập trung tụ ñiện Âm cao (âm bổng), âm thấp (âm trầm) Tai người có thể cảm nhận ñược âm có tần số từ 16Hz ñến 20.000Hz Tần số lớn 20.000Hz gọi là siêu âm, nhỏ 16Hz là hạ âm - Độ to âm: phụ thuộc vào cường ñộ âm Cường ñộ âm càng lớn thì âm càng to, ñộ to âm không tỉ lệ với cường ñộ âm Để ño ñộ to âm ta dùng mức cường ñộ âm Âm mạnh có mức cường ñộ âm là 130dB (gây ñau nhức nhối cho tai) gọi là ngưỡng ñau (ứng với tần số) Ngưỡng nghe phụ thuộc vào tần số âm • Chú ý: Độ to âm phu thuộc vào tần số (vì cường ñộ âm phụ thuộc vào tần số) - Âm sắc: Phụ thuộc vào ñường ghi âm Đồ thị âm khác thì âm sắc khác d) Nguồn nhạc âm: - Dây ñàn có hai ñầu cố ñịnh Chiều dài dây l = nλ / Âm (2 nút và n = bụng sóng), họa âm bậc 2, (với n = 2, bụng sóng) Tần số họa âm số nguyên lần tần số âm Dây ñàn kéo căng lực cố ñịnh ñồng thời phát âm và số họa âm Tổng hợp các dao ñộng ñó ñược dao ñộng phức tạp có tần số âm - Ống sáo (một ñầu kín ñầu hở, ñầu hở là bụng) Sẽ xảy sóng dừng ống chiều dài ống số lẻ lần phần tư bước sóng l = (2n + 1)λ / = mλ / ; n = 0, ,2, ; m = 1, 3, 5, WC = q2 Cu = 2C - Năng lượng từ trường tập trung cuộn cảm W L = Li 2 - Năng lượng ñiện từ mạch: W = WC + W L = Q2 1 1 Cu + Li = CU 02 = = LI 02 = const 2 2C WC và W L luôn chuyển hóa cho nhau, WC tăng thì W L giảm và ngược lại, tổng lượng ñiện W từ là không ñổi WC và WL biến thiên ñiều hòa cùng tần số góc 2ω , cùng chu kì T/2, cùng tần số 2f ( ω , T, f là tần số góc, chu kì, tần số dao ñộng riêng mạch) Lop12.net Tóm tắt lý thuyêt Vật lý 12 – Biên soạn: Hoàng Công Viêng SĐT: 01698.073575 r r WC và W L biến thiên ñiều hòa ngược pha với (giống E và B biến thiên tuần hoàn cùng tần số, cùng pha với và ñộng dññh) c) Dao ñộng ñiện từ tắt dần Dao ñộng trì + Khi mạch có ñiện trở R thì mạch trở thành mạch dao ñộng ñiện từ tắt dần, lượng ñiện từ mạch giảm dần theo thời gian (hay biên ñộ dao ñộng giảm dần) - Năng lượng giảm tỏa nhiệt - R càng lớn thì tắt dần càng nhanh, R lớn thì không có dao ñộng + Muốn trì dao ñộng ñiện từ mạch thì ta phải bù ñúng phần lượng ñã tiêu hao chu kì Mạch trở thành dao ñộng trì - Để bù lượng thì ta dùng tranzito - Dao ñộng khung ñược trì tần số dao ñộng riêng mạch ω = Gọi là hệ tự dao ñộng LC d) Dao ñộng cưỡng - Khi mắc mạch dao ñộng LC vào hñt biến thiên ñiều hòa u = U cos ωt thì mạch dao ñộng với tần số hñt ngoài Gọi là dao ñộng cưỡng - Biên ñộ dòng ñiện mạch phụ thuộc vào tần số góc ω - Khi ω = ω thì xảy cộng hưởng, biên ñộ cường ñộ dòng ñiện ñạt cực ñại - Biên ñộ giá trị cực ñại dòng ñiện phụ thuộc ñiện trở R mạch LC, R càng lớn thì giá trị cực ñại biên ñộ dòng ñiện càng nhỏ Điện từ trường a) Hiện tượng - Khi có nam châm rơi qua ống dây thì từ trường qua ống dây biến thiên, ống dây xuất dòng ñiện cảm ứng hay xuất ñiện trường biến thiên - Một ñiện tích dao ñộng quanh vị trí cân tạo ñiện trường biến thiên xuất từ trường biến thiên Vậy nam châm hay ñiện tích ñiểm chuyển ñộng xuất ñiện từ trường biến thiên b) Mối kiên hệ ñiện trường và từ trường biến thiên - Từ trường biên thiên theo thời gian xuất ñiện trường xoáy - Từ trường biến thiên theo thời gian xuất từ trường - Từ trường là trường xoáy, Điện trường ñây là ñiện trường xoáy - Trường xoáy là trường có các ñường sức là các ñường cong kín, tức là các ñường không có ñiểm ñầu và ñiểm cuối Khác với ñiện trường tĩnh, ñường sức từ có ñiểm ñầu và ñiểm kết thúc c) Điện từ trường Điện trường biến thiên và từ trường biến thiên cùng tồn không gian, tạo thành ñiện từ trường Không có tồn riêng biệt ñiện trường hay từ trường - Tính chất sóng ñiện từ: Sóng ñiện từ lan truyền mang theo lượng Tuân theo quy luật truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ, giao thoa, nhiễu xạ Sự truyền sóng a) Mạch dao ñộng hở - Trong mạch LC: ñiện trường tập trung trên tụ, từ trường tập trung trên cuộn dây, ñiện từ trường không xạ ngoài Gọi là mạch dao ñộng kín - Mạch dao ñộng hở: ñiện từ không còn giới hạn mạch LC mà lan tỏa vào không gian và ñi xa - Angten là mạch dao ñộng hở, ñể xạ và thu sóng ñiện từ - Sóng ñiện từ mang theo lượng, tần số càng cao thì lượng càng lớn và sóng truyền càng xa b) Nguyên tắc truyền thông Quy trình chung: - Biến tín hiệu thành dao ñộng ñiện có tần số thấp (gọi là tín hiệu âm tần) - Dùng các sóng ñiện từ tần số cao (cao tần) mang tín hiệu âm tần ñi xa - Dùng máy thu (angten thu) ñể thu sóng ñiện từ cao tần - Tách tín hiệu khỏi sóng cao tần dùng loa ñể nghe âm và màn hình ñể xem hình ảnh + Hệ thống phát thanh: - Dao ñộng cao tần: tạo dao ñộng tần số cao - Ống nói: biến âm thành dao ñộng âm tần - Biến ñiệu: trộn dao ñộng âm tần và cao tần thành dao ñộng cao tần biến ñiệu - Khuếch ñại cao tần: khuếch ñại dao ñộng cao tần biến ñiệu ñể ñưa angten phát - Angten phát: phát sóng ñiện từ cao tần biến ñiệu không gian + Hệ thống thu thanh: - Angten thu: cảm ứng với nhiều sóng ñiện từ - Chọn sóng: chọn lọc sóng muốn thu cộng hưởng - Tách sóng: lấy sóng âm tần từ sóng cao tần biến ñiệu - Khuếch ñại âm tần: khuếch ñại âm tần ñưa loa c) Sự truyền sóng - Tầng ñiện li ñộ cao 80 ÷ 100km có khả phản xạ sóng ñiện từ - Sóng dài ( λ > 3000m ), sóng trung ( λ = 3000 ÷ 200m ), sóng ngắn ( λ = 200 ÷ 50m ) bị tầng ñiện ly phản xạ - Sóng cực ngắn ( λ = 10 ÷ 0,01m ) không bị phản xạ mà ñi xuyên qua tầng ñiện ly, ñược dùng ñể truyền thông qua vệ tinh - Ngoài sóng ñiện từ có thể truyền cáp Sóng ñiện từ - Sóng ñiện từ truyền ñược chân không với vận tốc c = 3.108 m/s - Sóng ñiện từ là sóng ngang r r - Gồm hai thành phần E và B luôn vuông góc với phương r r truyền sóng và E ⊥ B Lop12.net