Đang tải... (xem toàn văn)
Sãng Lµ nh÷ng dao ®éng c¬ häc lan truyÒn trong m«i trêng vËt chÊt theo thêi gian ngang Lµ sãng cã ph¬ng dao ®éng vu«ng gãc víi ph¬ng truyÒn sãng däc Lµ sãng cã ph¬ng dao ®éng trïng víi [r]
(1)Chơng 1: Dao động học. I Tóm tắt lý thuyết:
1 Dao động:
Dao động
Là chuyển động có giới hạn khơng gian lặp lặp lại xung quanh vị trí cân
Tuần hoàn Là dao động mà trạng thái chuyển động đợc lặp lại nh cũ sau khoảng thời gian
Điều hoà Là dao động mà tọa độ mô tả quy luật dạng sin cosin: x=Acos(ωt+ϕ) A, , số
Tắt dần Là dao động có biên độ giảm dần theo thời gian
Cỡng Là dao động đợc trì dới tác dụng ngoại lực biến thiên tuần hoàn
f=Hcos(ωt+ϕ) Nếu tần số lực cỡng với tần số riêng vật dao động biên độ dao động đạt cực đại.( Hiện tợng công hởng)
2 Các đại l ợng đặc tr ng cho dao động điều hòa:
Li độ x=Acos(ωt+ϕ) độ dời vật dao động so với gốc tọa độ( vị trí cân bằng)
VËn tèc v=x '=−ωAsin(ωt+ϕ)=ωAcos(ωt+ϕ+π
2)
Cho biết vật chuyển động nhanh hay chậm Vận tốc sớm pha li độ
Gia tèc
2
2
' '' cos cos
a v x A t
A t
Cho biết vận tốc vật biến thiên nhanh hay chậm Gia tốc ngợc pha so với li độ sớm pha so với vận tốc
Chu k×
2
T
, thời gian t vật thực đợc N dao động thì:
t T
N
(s)
Thời gian vật thực đợc dao động
TÇn sè
1
f T
(Hz), thời gian t vật thực đợc N dao động thì:
N f
t
(Hz)
Là số dao động thực đơn vị thời gian
VËn tèc
gãc 2 f
T
(rad/s)
Là đại lợng trung gian cho biết dao động thực nhanh hay chm
Động
2
2
s
2
d
mv m A
E in t (J)
Năng lợng vật có đợc chuyển động, đại lợng biến thiên tuần hoàn theo thời gian với chu kì
T
, tÇn số 2f
Thế
2 2
s 2
t
kx kA
E co t (J)
Là lợng có đợc tơng tác phần lị xo, đại lợng biến thiên tuần hồn theo thời gian với chu kì
T
, tần số 2f
Cơ 2
2
m A kA
E
(2)3 Các lắc:
Cu tạo Điều kiện dao động điều hịa Chu kì
Con lắc lò
xo Mt lũ xo cú khối lợng không đáng kể, đầu cố định, đầu gắn với nặng
Trong giới hạn đàn hồi lị
xo, ma sát khơng đáng kể T 2 m k
Con l¾c
đơn Một dây mảnh, khối lợng không đáng kể, không dãn, đầu treo cố định, đầu gắn nặng m
Đợc treo nơi xác định, dao động không ma sát với biên độ góc nhỏ
2
2 l
T
g
4 Chó ý:
-Li độ dao động đạt cực đại vật biên: x = A
-Li độ dao động đạt cực tiểu vật vị trí cân bằng( VTCB): x =0
-Vận tốc vật dao động đạt cực đại vật qua vị trí cân bằng: vmax A -Vận tốc vật dao động đạt cực tiểu vật biên: vmin 0
- Gia tốc vật dao động đạt cực tiểu vật vị trí cân bằng: amin 0 - Gia tốc vật dao động đạt cực đại vật vị trí biên:
2 max
a A
Với lắc lị xo chu kì đợc tính cơng thức:
2
2 m
T
k
+ Vậy chu kì phụ thuộc vào độ cứng lò xo khối lợng đặt vào vật
Với lắc đơn chu kì đợc tính biểu thức:
2
2 l
T
g
- VËy chu kì phụ thuộc vào chiều dài dây treo gia tốc rơi tự
+ Gia tốc rơi tự phụ thuộc vào vĩ độ địa lý khoảng cách từ nơi treo lắc đến tâm trái đất nên chu kì lắc phụ thuộc vào yếu tố
+ Sợi dây lắc làm vật liệu khác nên chiều dài phụ thuộc vào nhiệt độ mơi trờng nên chu kì phụ thuộc vào yếu tố
- Biểu thức độc lập:
2
2
2 v
x A
5 Tổng hợp dao động điều hòa:
a Điều kiện để tổng hợp hai dao động điều hòa hai dao động phải phơng, tần số b Công thức tổng hợp:
Cho hai dao động điều hòa:
1 1
2 2
s s
x A co t x A co t
+Với A1 A2 A ta có dao động tổng hợp tổng đại số hai dao động trên:
1 s s
x x A co t A co t
=
1 2
2 cos s
2
A co t
+ Với A1A2ta tổng hợp phơng pháp Fresnel:
Biờn độ tổng hợp là:
2 2
1 2 2cos
A A A A A
VËn tèc gãc tỉng hỵp:
Pha ban đầu dao động tổng hợp là:
1 2
1 2
sin sin tan
cos cos
A A
A A
Nếu hai dao động thành phần:
(3)II Các dạng tập th ờng gặp:
Dạng 1: Viết phơng trình dao động điều hòa Xác định đặc trng dao động điều hòa
x=Acos(ωt+ϕ) + Xác định tần số góc ; Biên độ A pha ban đầu Dạng 2: Xác định thời điểm vật qua li độ x0 vận tốc v0: + Xác định thời điểm vật qua li độ x0
+ Xác định thời điểm vật đạt vận tốc v0 + Xác định li độ vật có vận tốc v1 + Xác định vận tốc vật qua li độ x1
Dạng 3: Xác định quãng đờng, vận tốc trung bình số lần vật qua li độ x0 từ thời điểm t1 đến t2
Dạng 4: Xác định lực tác dụng cực đại cực tiểu tác dụng lên vật chiều dài lò xo vật dao động Dạng 5: Xác định lợng dao động điều hòa
Dạng 6: Xác định thời gian ngắn vật qua li độ x1 đến x2
Dạng 7: Xác định chu kì T lắc lò xo ghép nối tiếp song song; Chu kì lắc đơn có chiều dài l =l1 + l2
Dạng 8: Tổng hợp hai dao động phơng tần số Dạng 9: Bài toán cộng hởng ca dao ng
Chơng 2:Sóng học ÂM HọC
1 Sóng học:
a Khái niệm:
Sóng Là dao động học lan truyền mơi trờng vật chất theo thời gian ngang Là sóng có phơng dao động vng góc với phơng truyền sóng dọc Là sóng có phơng dao động trùng với phơng truyền sóng b Các đại lợng đặc trng cho sóng:
Đại lợng Khái niệm Biểu thức.
Chu kì sóng
Là khoảng thời gian ngắn phần tử môi trờng có
súng truyn qua thc dao động 1
T f TÇn sè
sóng Là số dao động mà phần tử môi trờng thực đợc đơn vị thời gian Bớc sóng +Là khoảng cách ngắn hai điểm
phơng truyền sóng dao động pha với
+ Là quãng đờng mà sóng truyền đợc thời gian chu kì dao động sóng
v T
v vT
f
VËn tèc
sóng Là vận tốc truyền pha dao động Biên độ
sãng
Biên độ sóng biên độ dao động phần tử vật chất điểm khảo sát có sóng truyền qua
- Những phần tử xa nguồn, lợng mà sóng truyền tới nhỏ
+ Sóng sóng cầu: Năng lợng truyển sóng ( giảm) tỉ lệ nghịch với bình phơng khoảng cách tới nguồn + Sóng sóng phẳng: Năng lợng truyền sóng( giảm) tỉ lệ nghịch với khoảng tới nguồn
+ Súng truyn đờng thẳng lợng truyển qua im l nh
Năng lợng
(4)2 ¢m häc:
a Dao động âm sóng âm:
- Dao động âm dao động học có tần số từ 16 Hz – 20 000 Hz ( 20 kHz) - Sóng âm sóng học có tần số từ 16 Hz – 20 000Hz
- Sóng siêu âm: sóng có tần số f > 20 kHz Có số lồi vật nh: Cào cào; Dơi; Cá voi… Có thể phát cảm nhận đợc sóng siều âm
- Sóng hạ âm: sóng có tần số f < 16 Hz
Tai ngời cảm nhận đợc sóng hạ âm sóng siêu âm hay sóng siêu âm sóng hạ âm khơng gây cảm giác âm tai ta
b M«i trờng truyền âm Vận tốc âm: - Môi trờng truyền ©m:
+ Âm truyền đợc môi trờng vật chất đàn hồi: rắn, lỏng, khí + Âm khơng truyền đợc chân không
- VËn tèc:
+ Phụ thuộc vào tính đàn hồi mật độ môi trờng, nhiệt độ môi trờng…: vrắn > vlỏng > vkhí + Các chất nhẹ, mềm, xốp truyền âm
Chú ý: Khi sóng truyền qua hai mơi trờng có tính chất khác vận tốc thay đổi nên bớc sóng thay đổi Tuy nhiên chu kỳ T, tần số f tốc độ góc khơng đổi.
c Các đặc trng vật lí âm: - Tần số: f = 16 Hz – 20 kHz
- Vận tốc âm khoảng 340 m/s khơng khí đến vài nghìn m/s chất rắn
- Bíc sãng:
v vT
f
(m)
- Năng lợng âm – Cờng độ âm – Mức cờng độ âm:
+ Cờng độ âm (I): điểm lợng truyền đơn vị thời gian qua đơn vị diện tích đặt vng góc với phơng truyền âm Đơn vị : W/m2.
+ Mức cờng độ âm(L): đại lợng đo log tỷ lệ số cờng độ I điểm xét cờng độ âm chuẩn I0 âm ( I0 = 10 – 12 W/m2)
( ) lg I
L B I
Mức cờng độ âm có đơn vị là: Ben (B), đơn vị khác dexiBen (dB):
1
10
dB B
( ) 10lg I
L dB
I d Các đặc tính sinh lí âm:
+ Độ cao âm: đặc tính sinh lí âm, phụ thuộc vào đặc tính vật lí âm tần số. - Nếu f nhỏ: Âm âm trm
- Nếu f lớn: Âm âm cao (bỉng)
+ Âm sắc: Là đặc tính sinh lí âm, n ó phụ thuộc vào đặc tính vật lí âm biên độ tần số.
+ Độ to âm: đặc tính sinh lí âm, phụ thuộc vào đặc tính vật lí âm mức cờng độ âm L tần số âm
e Ngỡng nghe, ngỡng đau miền nghe đợc:
- Ngỡng nghe: Muốn gây cảm giác âm cờng độ âm phải lớn giá trị cực tiểu gọi ngỡng nghe. + ngỡng nghe phụ thuộc vào tần số: Cụ thể f = 100 Hz ngỡng nghe I = 10 – 12W/m2; Khi tần số f = 50 Hz ngỡng nghe I = 10 – 7 W/m2.
+ Tai ngời thính với âm có tần số f = 1000 – 5000 Hz mà giọng nói phụ nữ có tần số nằm khoảng nên đài phát thờng dùng phát viên l n
+ Âm cao nghe rõ âm trÇm
- Ngỡng đau: Khi cờng độ âm I 10W/m2 với tần số sóng âm, tai ta có cảm giác đau đớn, nhức nhối gọi ngỡng đau
- Miền nghe đợc: Miền từ ngỡng nghe đến ngỡng đau gọi miền nghe đợc. f Nguồn âm hộp cộng hởng:
- Nguồn âm: vật dao động phát âm VD: dây đàn rung động, cột khơng khí sáo, kèn trống, mõ…
- Hộp cộng hởng: Hộp rỗng có khả cộng hởng nhiều tần số khác nhau.
3 HiƯn tỵng giao thoa sóng dừng:
a Hiện tợng giao thoa:
- Hai sóng kết hợp: hai sóng có tần số, pha có độ lệch pha khơng đổi
(5)+ §é lƯch pha cđa hai sãng trun tõ hai ngn trun tíi mét ®iĨm M lµ:
2 d d d
- Điểm có biên độ cực đại khi: 2k d2 d1k k 0, 1, 2, - Điểm có biên độ cực tiểu khi:
2
2
k d d k
k 0, 1, 2, b Sóng dừng: Sóng có nút bụng cố định không gian
- Những điểm cách đầu cố định số nguyên lần nửa bớc sóng nút sóng x k
- Những điểm cách đầu cố định số lẻ lần
1
4bíc sãng bụng sóng: x 2k 1
II Các dạng toán thờng gặp:
Dạng 1: Viết phơng trình sóng điểm M phơng truyền sóng nguồn O đoạn x = OM
Dng 2: Xác định trạng thái dao động điểm M (Cực đại hay cực tiểu) miền giao thoa hai sóng Dạng 3: Giao thoa với hai nguồn kết hợp S1 S2 Tìm số gợn lồi (số dao động cực đại) số gợn lõm (số dao động cực tiểu) S1S2
Dạng 4: Xác định điều kiện để có sóng dừng Suy số điểm bụng, số điểm nút Dòng điện xoay chiu.
I Tóm tắt kiến thức: 1 Dòng điện xoay chiÒu:
a Suất điện động xoay chiều: Cho khung dây phẳng có diện tích S quay với tốc độ góc quanh trục vng góc với đờng sức từ trờng có cảm ứng từ B
Biểu thức suất điện động xuất khung
0 s
e E co t (V) Trong E0 BS; pha ban đầu ; tần số góc
2
2 f T
b Điện cung cấp cho mạch ngoài:
0 s u
u U co t u: điện áp tức thời
U0: l điện áp cực đại (V) : tốc độ góc ( rad/s)
u
: pha ban đầu hiệu điện dao động điều hòa ( rad) c C ờng độ dịng điện mạch ngồi:
0 s i
i I co t (*) i: dòng điện tức thời (A)
I0: dũng điện cực đại (A) i
: pha ban đầu dòng điện xoay chiều ( rad)
Chú ý: Quy ớc nói dịng điện xoay chiều nói dịng điện dao động điều hịa Những dịng điện đổi chiều nhng khơng điều hịa hay khơng đợc mơ tả nh biểu thức (*) khơng gọi dịng điện xoay chiều e Các giá trị hiệu dụng:
0
2
E E
;
0
2
U U
;
2
I I
f Nhiệt l ợng tỏa ®iÖn trë R:
2
2
2
I
Q R t RI t Q: nhiệt lợng tỏa điện trở R (J)
0 I
: cờng độ dòng điện cực đại (A) I : cờng độ dòng điện hiu dng (A)
(6)II Định luật Ôm cho loại mạch điện:
1 Đoạn mạch ®iƯn chØ cã ®iƯn trë R; tơ ®iƯn C hc cn c¶m L:
Đoạn mạch có điện trở Đoạn mạch có cuộn cảm Đoạn mạch cú t in S
mạch điện
Đặc điểm
- Điện trở R
- Điện áp hai đầu đoạn mạch biến thiên điều hòa pha với dòng điện
- Cảm kháng: ZL L2 fL - Điện áp hai đầu đoạn mạch biến thiên điều hòa sớm pha dòng điện góc
- Dung kh¸ng:
1 C Z C fC
- Điện áp hai đầu đoạn mạch biến thiên điều hòa trễ pha so với dòng điện góc
Định luật Ôm U I R L U I Z C U I Z
2 Dòng điện xoay chiều đoạn mạch RLC Công suất dòng điện xoay chiều: Giả sử hai đầu đoạn mạch RLC có điện áp
0 s u U co t
mạch có dòng ®iƯn xoay chiỊu s( )
i I co t
; đó:
0 U I Z ; 2 L C Z R Z Z
= 2 R L C
gäi lµ tỉng trë cđa ®o¹n m¹ch RLC.
tan ZL ZC R
( u i góc lệch pha điện áp hai đầu đoạn mạch với cờng độ dịng điện chạy qua mạch)
3 HiƯn t ợng cộng h ởng đoạn mạch RLC nối tiếp: Khi tợng cộng hởng xảy ra:
2
max
1
0
Z C
I I Z Z R Z Z LC
LC
Cờng độ dòng điện cực đại là: max U I
R
Điện áp hai đầu đoạn mạch cờng độ dòng điện pha. 4 Cơng suất dịng điện xoay chiều:
P UI cos
cos R
Z
gọi hệ số công suất
Cơng suất tính nhiều cơng thức khác ta liên hệ đại lợng biểu thức với công thức liên quan
IV: Máy phát điện:
1 Cu to v nguyờn tc hoạt động: Máy phát điện xoay chiều
pha Máy phát điện xoay chiều ba pha Nguyên
tc hot ng
Dựa tợng cảm ứng điện từ Cờu tạo - Phần cảm: Tạo từ trờng
- Phần ứng: Tạo dòng điện Phần cảm cịng nh phÇn øng cã
- Stato: gồm ba dây đặt lệch 1200 vòng tròn để tạo dòng điện
R B
A A B
(7)thể quay đứng yên Bộ phận quay gọi rôto phận đứng yên gọi stato
- Bộ góp: gồm hai vành khuyên đặt đồng trục, cách điện hai chổi quét tì lên hai vành khuyên - Tần số đợc phát ra: f p n + n tốc độ quay rôto + p số cặp cực t
- Rôto nam châm điện tạo từ trờng
2 Dòng điện xoay chiều ba pha:
a Định nghĩa: Dòng điện xoay chiều ba pha hệ thống ba dòng điện xoay chiều biên độ, tần số, nhng lệch pha góc
2
rad, hay 1200, tøc lµ lƯch vỊ thêi gian
1
3 chu kỳ.
b Cách mắc dòng điện xoay chiều ba pha: * Cách mắc hình sao:
+ Điện áp dây pha với dây trung hòa gọi điện áp pha, ký hiệu UP + Điện áp hai dây pha với gọi điện áp dây, ký hiệu Ud + Liên hệ điện áp dây điện áp pha: Ud 3Up
+ Dòng điện dây trung hòa i i 1 i2 i3 0 Dây trung hòa đợc gọi dây nguội, dây pha cịn gọi dây lửa dây nóng.
* Cách mắc tam giác:
V ng c không đồng ba pha:
1 Nguyên tắc hoạt động: Dựa tợng cảm ứng điện từ cách sử dụng từ trờng quay 2 Cấu tạo: Gm hai b phn chớnh:
- Rôto hình trụ có tác dụng nh cuộn dây quấn lõi thép
- Stato có ba cuộn dây ba pha điện quấn lõi thép đợc bố trí vòng tròn để tạo từ trờng quay VI Máy biến thế:
1 Nguyên tắc hoạt động: Dựa tợng cảm ứng điện từ
2 CÊu t¹o: - Lâi thÐp gåm nhiỊu l¸ thÐp máng kÜ tht điện hình chữ nhật rỗng hình tròn rỗng ghép cách điện với
- Hai cuộn dây dẫn có điện trở nhỏ quấn chung lõi thép, số vòng dây hai cuộn dây khác Một cuộn nối với mạch điện xoay chiều gọi cuộn sơ cấp cuộn nối với tải tiêu thụ gọi lµ cuén thø cÊp
3 Sự biến đổi điện áp c ờng độ dòng điện qua máy biến thế: * Gọi N1 N2 lần lợt số vòng dây cuộn sơ cấp thứ cấp U1 U2 lần lợt điện áp hai đầu cuộn sơ cấp thứ cấp
2 1
U N
U N - NÕu N2 > N1 U2 > U1: Máy tăng áp
- NÕu N2 < N1 U2 < U1: Máy hạ áp
* Nu b qua mi hao phí điện ta có P1 = P2 ( Trong P1 P2 lần lợt cơng suất tiêu thụ cuộn sơ cấp cuộn thứ cấp)
1 1 2
2
U I N
U I U I
U I N
Vậy dùng máy biến tăng hiệu điện lên lần cờng độ dòng điện giảm nhiêu lần. 4 Sự truyền ti in nng:
Gọi Pph công suất cần truyền tải xa, Uph điện áp trớc truyền tải, r điện trở dây dẫn Ta có lợng hao phí điện là:
2
2
ph hp
ph P
P r I r
U
Từ biểu thức ta thấy để giảm hao phí điện trình truyền tải ta cần:
- Giảm điện trở dây dẫn Biện pháp nên dùng cần truyển tải điện phạm vi không lớn ( VD: Tăng tiÕt diƯn cđa dÉy dÉn, dïng vËt liƯu cã tÝnh dẫn điện tốt)
(8)II Các dạng toán thờng gặp:
Dạng 1: Tìm tổng trở đoạn mạch RLC mắc nối tiếp
Dạng 2: Đoạn mạch RLC nối tiếp Cho biểu thức cờng độ dòng điện qua đoạn mạch i I co sti Viết biểu thức điện áp hai đầu điện trở R, hai đầu cuộn cảm L hai tụ điện C, hai đầu đoạn mạch
Dạng 3: Đoạn mạch RLC nối tiếp Cho biểu thức điện áp hai đầu đoạn mạch u U co st Viết cờng độ dòng điện qua mạch, biểu thức điện áp hai đầu điện trở R, hai đầu cuộn cảm L, hai tụ điện C Dạng 4: Xác định công suất tiêu thụ hệ số công suất đoạn mạch
Dạng 5: Đoạn mạch RLC nối tiếp, điện áp hai đầu đoạn mạch, điện trở R khơng đổi Tìm L (hay C, hay , f) để:
+ Công suất tiêu thụ đoạn mạch (hay cờng độ dòng điện qua mạch) đạt cực đại + Điện áp dòng điện pha
Dạng 6: Đoạn mạch RLC nối tiếp, biết điện áp hai đầu điện trở R, hai đầu cuộn cảm L, hai tụ điện C Tìm:
+ Điện áp hai đầu đoạn mạch
+ Góc lệch pha điện áp hai đầu đoạn mạch dòng điện
(9)DAO Động sóng điện từ I Dao động điện từ:
Dao động điện từ mạch dao động:
- Mạch dao động mạch kín gồm tụ điện có điện dung C cuộn cảm có độ tự cảm L - Biến thiên điện trờng từ trờng mạch LC gọi dao động điện từ
- TÇn sè gãc:
1
L C
; Chu k×:
2
2
T LC
; TÇn sè
1
f
L C
Năng lợng điện từ mạch dao động:
- Năng lợng điện trờng tập trung tụ điện, lợng từ trờng tập trung cuộn cảm, lợng điện từ mạch LC tổng lợng điện trờng lợng từ trờng
- Trong trình dao động mạch, lợng từ trờng lợng điện trờng luôn chuyển hóa cho nhng tổng lợng điện từ khơng đổi
Sãng ®iƯn tõ:
- Quá trình lan truyền điện từ trờng đợc gọi sóng điện từ - Sóng điện từ sóng ngang
- Bíc sãng cđa sãng ®iƯn tõ:
c cT
f
(c = 3.108m/s tốc độ ánh sáng chân không). II Các dạng toán thờng gặp:
Dạng 1: Xác định chu kì (tần số) dao động riêng mạch dao động? Bớc sóng sóng điện từ?