Trên cơ sở tập bài giảng này các bạn sinh viên tìm đọc thêm các tài liệu tham khảo, các giáo trình vật lý của các tác giả khác trong và ngoài nƣớc để có thêm nhiều th[r]
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN KHOA – KHOA HỌC TỰ NHIÊN
BỘ MÔN - VẬT LÝ
BÀI GIẢNG MÔN HỌC
VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG A2
Dùng cho sinh viên hệ đại học
các nghành kỹ thuật
Trang 2GIỚI THIỆU
Vật lý học là môn học nghiên cứu về tất cả các dạng vận động của vật chất từ vĩ
mô đến vi mô Những thành tựu vật lý học ngày hôm nay chúng ta sử dụng và đang hiểu
được được là sản phẩm tư duy của loài người và cả các nhà bác học lớn Chương trình vật
lý đại cương có mục tiêu truyền đạt đến cho các bạn sinh viên chúng ta một cách nhìn
tổng quát nhất về các dạng vận động của vật chất, các hiện tượng, các lý thuyết vật lý mà
đó là cơ sở trong việc nắm bắt được sự vận động của vật chất Song song với đó thì
chương trình này cũng là cơ sở cho hoạt động nghiên cứu khoa học và ứng dụng trong
khoa học, kỹ thuật và đời sống Ta biết rằng, trong phần vật lý đại cương A1, đối tượng
nghiên cứu là những vấn đề cơ bản về cơ học và nhiệt học Trong phần vật lý đại cương
A2 chúng ta sẽ tìm hiểu thêm về dao động, trường tĩnh điện, từ trường, quang sóng,
quang lượng tử và cơ học lượng tử Tuy nhiên, việc biên soạn nội dung bài giảng này
nằm trong đề cương và thời gian được phân bố cho môn học nên không thể chuyển tải hết
tất cả các vấn đề của vật lý học mà là những vấn đề tổng quan nhất cho từng đối tượng
được nghiên cứu Trên cơ sở tập bài giảng này các bạn sinh viên tìm đọc thêm các tài liệu
tham khảo, các giáo trình vật lý của các tác giả khác trong và ngoài nước để có thêm
nhiều thông tin mới phục vụ cho công tác học tập và nghiên cứu của mình Tập bài giảng
này do 2 tác giả biên soạn vào niên khóa 2007 - 2008:(1) Ths Nguyễn Phước Thể; (2)
Ths Lê Văn Khoa Bảo Đây là tập bài giảng lần đầu tiên được cung cấp cho sinh viên tại
trường Đại Học Duy Tân sử dụng Lần này chúng tôi chỉnh sửa lại một số lỗi và bổ sung
thêm một số bài tập mới để sinh viên rèn luyện Tuy nhiên tập tài liệu không thể tránh
khỏi những thiếu sót mong quý đồng nghiệp, các đọc giả và các bạn sinh viên góp ý để
được hoàn thiện hơn
Trang 3MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: TRƯỜNG TĨNH ĐIỆN 7
I MỤC ĐÍCH - YÊU CẦU 7
II NỘI DUNG 7
§1 TƯƠNG TÁC ĐIỆN - ĐỊNH LUẬT COULOMB 7
1 Tương tác điện 7
2 Thuyết điện tử - Định luật bảo toàn điện tích 7
3 Định luật Coulomb 8
4 Nguyên lý chồng chất các lực điện 9
§2 ĐIỆN TRƯỜNG 11
1 Khái niệm điện trường 11
2 Vectơ cường độ điện trường 11
3 Vectơ cường độ điện trường gây ra bởi một điện tích điểm 12
4 Véctơ cường độ điện trường gây ra bởi một hệ vật mang điện - Nguyên lý chồng chất điện trường 13
§3 ĐIỆN THÔNG 16
1 Đường sức điện trường 16
2 Véctơ cảm ứng điện 17
3 Điện thông 18
§5 ĐỊNH LÝ ÔXTRÔGRATXKI - GAUSS (O - G) 20
1 Thiết lập định lý 20
2 Phát biểu định lý 21
3 Ứng dụng định lý O-G 21
4 Dạng vi phân của định lý O – G 23
§6 CÔNG CỦA LỰC TĨNH ĐIỆN - ĐIỆN THẾ 24
1 Công của lực tĩnh điện 24
2 Thế năng của điện tích trong điện trường 25
3 Điện thế – Hiệu điện thế 26
CÂU HỎI LÝ THUYẾT 28
BÀI TẬP 29
Trang 41 Thí nghiệm về tương tác từ 36
2 Định luật Ampe (Ampère) về tương tác giữa hai dòng điện 37
§2 VECTƠ CẢM ỨNG TỪ, VECTƠ CƯỜNG ĐỘ TỪ TRƯỜNG 39
1 Khái niệm từ trường 39
2 Các đại lượng đặc trưng cho từ trường 39
3 Xác định vectơ cảm ứng từ và vectơ cường độ từ trường 41
§3 TỪ THÔNG - ĐỊNH LÝ ÔXTRÔGRATSKI- GAUSS ĐỐI VỚI TỪ TRƯỜNG 44
1 Đường cảm ứng từ 44
2 Từ thông 46
3 Định lý Oxtrogratxki - Gauss đối với từ trường 47
§4 ĐỊNH LÝ AMPÈRE VỀ DÕNG ĐIỆN TOÀN PHẦN 48
1 Lưu số của vectơ cường độ từ trường 48
2 Định lý Ampère về dòng điện toàn phần 49
3 Ứng dụng định lý Ampère 52
§5 TÁC DỤNG CỦA TỪ TRƯỜNG LÊN DÕNG ĐIỆN 54
1 Lực Ampère 54
2 Tương tác giữa hai dòng điện thẳng song song dài vô hạn 54
3 Tác dụng của từ trường đều lên mạch điện kín 55
4 Công của lực từ 56
§6 TÁC DỤNG CỦA TỪ TRƯỜNG LÊN HẠT ĐIỆN CHUYỂN ĐỘNG 57
1 Lực Lorentz 57
2 Chuyển động của hạt điện trong từ trường đều 58
CÂU HỎI LÝ THUYẾT 60
BÀI TẬP 61
CHƯƠNG 3: DAO ĐỘNG 67
I MỤC ĐÍCH - YÊU CẦU 68
II NỘI DUNG 68
§1 DAO ĐỘNG CƠ ĐIỀU HÕA 68
1 Hiện tượng 68
2 Phương trình dao động điều hòa 69
3 Khảo sát dao động điều hòa 70
4 Năng lượng dao động điều hòa 71
§ 2 DAO ĐỘNG CƠ TẮT DẦN 72
1 Hiện tượng 72
Trang 52 Phương trình dao động tắt dần 72
3 Khảo sát dao động tắt dần 73
§3 DAO ĐỘNG CƠ CƯỠNG BỨC 74
1 Hiện tượng 74
2 Phương trình dao động cưỡng bức 74
§4 DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ ĐIỀU HÕA 76
1 Mạch dao động điện từ LC 76
2 Thiết lập phương trình dao động điện từ điều hòa 77
§5 DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ TẮT DẦN 78
1 Mạch dao động điện từ RLC 78
2 Phương trình dao động điện từ tắt dần 78
§6 DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ CƯỠNG BỨC 80
1 Hiện tượng 80
2 Phương trình dao động điện từ cưỡng bức 80
§7 TỔNG HỢP DAO ĐỘNG 81
1 Biểu diễn dao động điều hòa bằng vectơ quay 82
2 Tổng hợp hai dao động điều hòa cùng phương cùng tần số 82
CÂU HỎI LÝ THUYẾT 83
BÀI TẬP 83
CHƯƠNG 4: THUYẾT TƯƠNG ĐỐI HẸP EINSTEIN 89
I MỤC ĐÍCH - YÊU CẦU 89
II NỘI DUNG 89
§1 CÁC TIÊN ĐỀ EINSTEIN 89
1 Nguyên lí tương đối 89
2 Nguyên lí về sự bất biến của vận tốc ánh sáng 90
§2 ĐỘNG HỌC TƯƠNG ĐỐI TÍNH – PHÉP BIẾN ĐỔI LORENTZ 90
1 Sự mâu thuẫn của phép biến đổi Galileo với thuyết tương đối Einstein 90
2 Phép biến đổi Lorentz 91
§3 CÁC HỆ QUẢ CỦA PHÉP BIẾN ĐỔI LORENTZ 92
1 Khái niệm về tính đồng thời và quan hệ nhân quả 93
2 Sự co lại của độ dài (sự co ngắn Lorentz) 93
3 Sự giãn của thời gian 94
4 Phép biến đổi vận tốc 95
§ 4 ĐỘNG LỰC HỌC TƯƠNG ĐỐI 96
1 Phương trình cơ bản của chuyển động chất điểm 96
2 Động lượng và năng lượng 97
3 Các hệ quả 98
CÂU HỎI LÍ THUYẾT 99
BÀI TẬP 99
Trang 611 Viết phương trình Schrodinger đối với hạt vi mô:
a Chuyển động một chiều trong trường thế 2
2
kx
U
b Chuyển động trong trường tĩnh điện Coulomb 2
0
4
Ze U
r
Đáp số: a
2 2
2
2
E dx
b
2 2
0
2
4
E
12 Dòng hạt có năng lượng E xác định
chuyển động theo phương x từ trái sang
phải đến gặp một hàng rào thế năng xác
định bởi:
0
khi x U
U khi x E U
Xác định hệ số phản xạ và hệ số truyền qua
hàng rào thế đối với electron đó
Hướng dẫn và giải
Giải phương trình Schrodinger ở hai miền I và II Trong miền I hàm sóng 1( )x thoả
mãn:
2 1
1
2 2
2
0
e
E dx
Đặt 2
2
2m
E k
, nghiệm của phương
trình: 1 ikx ikx
Ae Be
Số hạng Aeikx mô tả sóng truyền từ trái sang phải (sóng tới), số hạng Be-ikx mô tả sóng
truyền từ phải sang trái (sóng phản xạ trong miền I)
Trong miền II, hàm sóng thoả mãn: 2 2
0 2
2 2
2
0
e
E U dx
Trang 7Đặt 2
2m e
k E U
phương trình có nghiệm tổng quát: 2
Ce De
Trong miền II chỉ có sóng truyền từ trái sang phải nên D = 0 Vậy 2 ikx
Ce
Để tìm A, B, C ta viết điều kiện liên tục của hàm sóng và của đạo hàm cấp 1 của hàm sóng:
(0) (0) (0) (0), d d
dx dx
1
A B C k A B k C
A B k
Hệ số phản xạ:
2 2
0 1
2 2
1 2
1
1
U k
R
k
A
2 2
4 1
kk
k k