DecuongOnTapVatLy12 chuong1234doc

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



t



A

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





H t

f cos 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



t



VËn tèc





            cos sin

' A t  A t  

x

v Cho biết vật chuyển động nhanh hay chậm

Vận tốc sớm pha li độ



Gia tèc









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

2  Chu k× T  

 , thời gian t vật thực đợc N dao động thì: T t

N

 (s)

Thời gian vật thực đợc dao động

TÇn sè f T  

  (Hz), thời gian t vật thực đợc N dao động thì: f N

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

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

2

T

, tần số 2f

Thế

2 2 s 2 t kx kA

E   co t (J)

Là lợng có đợc tơng tác phần lò xo, đại lợng biến thiên tuần hoàn theo thời gian với chu kì

2

T

, tÇn số 2f

Cơ 2

2

m A kA

E  

(2)

3 Các lắc:

Cu to Điều kiện dao động điều hịa Chu kì

Con lắc lò

xo Mt lũ xo cú 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: amax 2A Với lắc lị xo chu kì đợc tính cơng thức: T 2 m

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: T 2 l

g

    

- VËy chu k× cđa nã phơ thc vào chiều dài dây treo gia tốc rơi tù

+ 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 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

   

 

  

 

 

+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 = cos s

2

A    co t  

 

+ Với A1A2ta tổng hợp phơng pháp Fresnel: Biên độ tổng hợp là: A2 A12A222A A1 2cos





VËn tèc gãc tỉng hỵp: 

Pha ban đầu dao động tổng hợp là: 1 2

1 2

sin sin tan

cos cos

A A

 



 

 



Nếu hai dao động thành phần:

- Cïng pha:  21 2k th× A A 1A2

- Ngợc pha: 2 1(2k1) AA1 A2

(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





A t

x cos

+ 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 lị 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 dao động

Ch¬ng 2:Sãng c¬ học ÂM HọC

1 Sóng học:

a Kh¸i niƯm:

Sóng Là dao động học lan truyền môi 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 súng:

Đại lợng Khái niệm Biểu thức.

Chu kì sóng

Là khoảng thời gian ngắn phần tử môi trờng có

súng truyền qua thực 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

- Nh÷ng 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 tíi ngn

+ Sóng truyền đờng thẳng lợng truyển qua điểm nh

Năng lợng

(4)

2 Âm 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 c súng siu õm

- Sóng hạ âm: sãng cã tÇn sè f < 16 Hz

 Tai ngời khơng thể cảm nhận đợc sóng hạ âm sóng siêu âm hay sóng siêu âm sóng hạ âm không gây cảm giác âm tai ta

b Môi trờng truyền âm Vận tốc ©m: - M«i trêng trun ©m:

+ Âm truyền đợc môi trờng vật chất đàn hồi: rắn, lỏng, khí + Âm khơng truyền đợc chân khơng

- VËn tèc:

+ Phụ thuộc vào tính đàn hồi mật độ môi trờng, nhiệt độ mơi trờng…: vrắn > vlỏng > vkhí

+ Các chất nhẹ, mềm, xốp truyền âm

Chỳ 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 không khí đến vài nghìn m/s chất rắn - Bớc sóng: vT v

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)

0

( ) lg I

L B I



Mức cờng độ âm có đơn vị là: Ben (B), đơn vị khác dexiBen (dB): 1 10

dB B

0

( ) 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 trầm

- NÕu f lớn: Âm âm cao (bổng)

+ m 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

th× ngìng 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 nữ

+ Âm cao nghe rõ âm trầm

- Ngỡng đau: Khi cờng độ âm I 10W/m2 với tần số sóng âm, tai ta có cảm giác đau đớn, nhức

nhèi gäi lµ ngìng ®au

- 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 khỏc nhau.

3 Hiện tợng giao thoa sóng dõng:

a HiƯn tỵng giao thoa:

- Hai sóng kết hợp: hai sóng có tần số, pha có độ lệch pha khơng đổi

(5)

2

2 d d d

  

 



  

- Điểm có biên độ cực đại khi: 2k d2 d1k k    0, 1, 2,

- Điểm có biên độ cực tiểu khi:









k d d k 

 

       k   0, 1, 2,

b Sóng dừng: Sóng có nút bụng cố định khơng gian

- Những điểm cách đầu cố định số ngun lần nửa bớc sóng nút sóng

2

x k 

- Những điểm cách đầu cố định số lẻ lần

4bớc sóng bụng sóng: x

k

II Các dạng toán thờng gặp:

Dạng 1: Viết phơng trình sóng điểm M phơng truyền sóng nguồn O đoạn x = OM

Dạng 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

Dịng điện xoay chiều.

I Tãm t¾t kiÕn thøc: 1 Dòng điện xoay chiều:

a Sut in ng 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 f

T



    b Điện cung cấp cho mạch ngoài:

0 s u

u U co t

u: điện áp tức thời U0: 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 in cc i (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 dòng điện xoay chiều e Các giá trị hiệu dụng:

0

2

E

E ;

2

U

U  ;

2

I I  f NhiÖt l ợng tỏa điện trở R:

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 hiệu dụng (A)

t: thời gian dòng điện xoay chiều chạy qua điện trở R (s)

II Định luật Ôm cho loại mạch điện:

1 Đoạn mạch điện có điện trở R; tụ điện C cuộn cảm L:

(6)

Sơ đồ 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

2



- Dung kh¸ng: 1

2 C Z C fC    

- Điện áp hai đầu đoạn mạch biến thiên ®iỊu hßa trƠ pha so víi dßng ®iƯn gãc

2 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

0 s( )

i I co t ; đó: 0

U I

Z

 ;





L C

Z  R  Z  Z = 2 R L C         

gäi lµ tỉng trë đoạn mạch 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 ỵng cộng h ởng đoạn mạch RLC nối tiếp:

Khi tợng cộng hởng xảy ra: I Imax Z Zmin R ZZ ZC LC

LC

 

          

 Cờng độ dòng điện cực đại là: Imax U R



 Điện áp hai đầu đoạn mạch cờng độ dịng điện pha 4 Cơng suất dòng điện xoay chiều:

P UI cos

cos R

Z

  gäi hệ số công suất

Cụng sut cú th tính nhiều cơng thức khác ta liên hệ đại lợng biểu thức với công thc liờn quan

IV: Máy phát điện:

1 Cấu tạo nguyên tắc hoạt động: Máy phát điện xoay chiu mt

pha Máy phát điện xoay chiều ba pha Nguyªn

tắc hoạt động

Dùa trªn tợng cảm ứng điện từ Cờu tạo - Phần cảm: Tạo từ trờng

- Phn ng: To dịng điện Phần cảm nh phần ứng quay đứng yên Bộ phận quay gọi rôto phận đứng yên gọi stato

- Bộ góp: gồm hai vành khuyên

- Stato: gồm ba dây đặt lệch 1200 vòng trũn to

ra dòng điện

- Rôto nam châm điện tạo từ trờng

R B

A A B

(7)

- Tần số đợc phát ra: f p n

+ n tốc độ quay rôto + p l s cp cc t

2 Dòng điện xoay chiỊu ba pha:

a Định nghĩa: Dịng điện xoay chiều ba pha hệ thống ba dòng điện xoay chiều biên độ, tần số, nhng

lÖch pha mét gãc b»ng



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 ¸p pha: Ud  3Up

+ Dòng điện dây trung hịa ln i i 1 i2i3 0 Dây trung hòa đợc gọi dây nguội, dây pha gọi dây lửa dây núng.

* Cách mắc tam giác:

V ng không đồng ba pha:

1 Nguyên tắc hoạt động: Dựa tợng cảm ứng điện từ cách sử dụng từ trờng quay

2 Cấu tạo: Gồm hai phận chính:

- Rôto hình trụ có tác dụng nh cuộn dây quấn lâi thÐp

- 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 Cấu tạo: - Lõi thép gồm nhiều thép mỏng kĩ thuật 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 cuộn thứ cấp

3 S biến đổi điện áp c ờng độ dòng điện qua máy biến thế:

* Gäi N1 vµ N2 lần lợt số vòng dây cuộn sơ cấp thứ cấp

U1 U2 lần lợt điện áp hai đầu cuộn sơ cấp thø cÊp

2

1

U N

U N

- NÕu N2 > N1 U2 > U1: Máy tăng áp

- Nếu N2 < N1 U2 < U1: Máy hạ áp

* Nếu bỏ qua hao phí điện ta có P1 = P2 ( Trong P1 P2 lần lợt công suất tiêu thụ cuộn sơ

cÊp vµ cuén thø cÊp)

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 dịng điện giảm nhiêu lần 4 Sự truyền tải điện 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

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 tiết diƯn cđa dÉy dÉn, dïng vËt liƯu cã tÝnh dÉn ®iÖn tèt…)

- Tăng hiệu điện trớc truyền tải  Biện pháp đợc dùng việc truyền tải điện xa nơi tiêu thụ ( Ta sử dụng máy biến Cụ thể dùng máy tăng trớc truyền tải dùng máy h th trc tiờu th)

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 0 s



t

i



(8)

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:

L C

  ; Chu k×: T 2  LC 

  ; TÇn sè

2

f

L C





Năng lợng điện từ mch dao ng:

- 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 quỏ trình dao động mạch, lợng từ trờng lợng điện trờng ln ln chuyển hóa cho nhng tổng lợng điện từ không 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: cT c

f

   (c = 3.108m/s tốc độ ánh sáng chân không).

Dạng 1: Xác định chu kì (tần số) dao động riêng mạch dao động? Bớc sóng sóng điện từ?