+ Phép phân tích quang phổ là phép xác định thành phần cấu tạo và nồng độ của của các chất có trong mẫu cần phân tích dựa vào việc nghiên cứu quang phổ, hoặc dựa vào quang phổ của vật p[r]
(1)ÔN TẬP LÝ THUYẾT VẬT LÝ 12 – LTĐH
Chƣơng I: DAO ĐỘNG CƠ HỌC I Dao động
Dao động chuyển động có giới hạn khơng gian, lặp lặp lại nhiều lần quanh vị trí cân bằng
II Dao động tuần hoàn
là dao động mà sau khoảng thời gian gọi chu kỳ vật trở lại vị trí cũ theo hướng cũ
Chu kỳ: khoảng thời gian T vật thực dao đơạng điều hồ( đơn vị s)
Tần số: Số lần dao f động giây ( đơn vị Hz)
III Dao động điều hồ
Dao động điều hịa dao động li độ vật hàm côsin (hay sin) thời gian 3.1 Phƣơng trình
phương trình x=Acos(t+) thì:
+ x : li độ vật thời điểm t (tính từ VTCB)
+A: gọi biên độ dao động: li độ dao động cực đại ứng với cos(t+) =1 +(t+): Pha dao động (rad)
+ : pha ban đầu.(rad)
+ : Gọi tần số góc dao động.(rad/s)
3.2 Chu kì (T):
C1 : Chu kỳ dao động tuần hoàn khoảng thời gian ngắn T sau trạng thái dao động lặp lại
như cũ
C2: chu kì dao động điều hòa khoản thời gian vật thực dao động 3.3 Tần số (f)
Tần số dao động điều hịa số dao động tồn phần thực giây
f = = ω
T 2π
f= t/n n số dao động toàn phần thời gian t
3.4 Tần số góc kí hiệu đơn vị : rad/s
Biểu thức : 2 f
T
3.5 Vận tốc
v = x/ = -Asin(t + ),
- vmax=A x = 0-Vật qua vị trí cân - vmin = x = A vị trí biên
KL: vận tốc trễ pha / so với ly độ 3.6 Gia tốc
a = v/ = -A2cos(t + )= -2x
- |a|max=A
x = A - vật biên
- a = x = (VTCB) Fhl =
- Gia tốc hướng ngược dâu với li độ (Hay véc tơ gia tốc ln hướng vị trí cân bằng) KL : Gia tốc luôn ngược chiều với li độ có độ lớn tỉ lệ với độ lớn li độ
(2)2
( )v
A x
a = -2x
3.8 Cơ năng: 2
đ
1
W W W
2
t m A
Với 2 2
đ
1
W sin ( ) Wsin ( )
2mv 2m A t t
2 2 2
W ( ) W s ( )
2
t m x m A cos t co t Dao động điều hồ có tần số góc , tần số f, chu kỳ T Thì động biến thiên với tần số góc 2, tần số 2f, chu kỳ T/2
Động trung bình thời gian nT/2 ( nN*, T chu kỳ dao động) là: W 2
2 4m A
Lƣu ý:
+ Khoảng thời gian ngắn để vật từ vị trí có li độ x1 đến x2
2
t
với
1
2
s s
x co
A x co
A
(0 1, 2)
+ Chiều dài quỹ đạo: 2A
+ Quãng đường chu kỳ 4A; 1/2 chu kỳ 2A
Quãng đường l/4 chu kỳ A vật từ VTCB đến vị trí biên ngược lại + Quãng đường vật từ thời điểm t1 đến t2
Xác định: 1 2
1 2
Aco s( ) Aco s( )
à
sin( ) sin( )
x t x t
v
v A t v A t
(v1 v2 cần xác định dấu)
Phân tích: t2 – t1 = nT + t (n N; ≤ t < T)
Quãng đường thời gian nT S1 = 4nA, thời gian t S2 Quãng đường tổng cộng S = S1 + S2
chú ý: + Nếu t = T/2 S2 = 2A
+ Tính S2 cách định vị trí x1, x2 chiều chuyển động vật trục Ox
+ Trong số trường hợp giải toán cách sử dụng mối liên hệ dao động
điều hồ chuyển động trịn đơn giản
+ Tốc độ trung bình vật từ thời điểm t1 đến t2:
2
tb S v
t t
với S quãng đường tính
như
+ Bài tốn tính qng đƣờng lớn nhỏ vật đƣợc khoảng thời gian < t < T/2
Vật có vận tốc lớn qua VTCB, nhỏ qua vị trí biên nên khoảng thời gian quãng đường lớn vật gần VTCB nhỏ gần vị trí biên
Sử dụng mối liên hệ dao động điều hồ chuyển đường trịn Góc quét = t
Quãng đường lớn vật từ M1 đến M2 đối xứng qua trục sin (hình 1) ax 2A sin
2 M
S
Quãng đường nhỏ vật từ M1 đến M2 đối xứng qua trục cos (hình 2)
A -A x2 x1
M2 M1
M'1 M'2
O
(3)2 (1 os ) Min
S A c
Chú ý: + Trong trường hợp t > T/2
Tách '
2 T
t n t
*
; ' T nN t
Trong thời gian
2 T
n quãng đường 2nA
Trong thời gian t’ quãng đường lớn nhất, nhỏ tính + Tốc độ trung bình lớn nhỏ khoảng thời gian t:
ax ax
M tbM
S v
t
Min tbMin
S v
t
với SMax; SMin tính
+ Các bƣớc lập phƣơng trình dao động dao động điều hồ:
* Tính * Tính A
* Tính dựa vào điều kiện đầu: lúc t = t0 (thường t0 = 0)
0
Acos( )
sin( )
x t
v A t
Lƣu ý: + Vật chuyển động theo chiều dương v > 0, ngược lại v <
+ Trước tính cần xác định rõ thuộc góc phần tư thứ đường trịn lượng giác
(thường lấy -π < ≤ π)
+ Các bƣớc giải tốn tính thời điểm vật qua vị trí biết x (hoặc v, a, Wt, Wđ, F) lần thứ n
* Giải phương trình lượng giác lấy nghiệm t (Với t > phạm vi giá trị k ) * Liệt kê n nghiệm (thường n nhỏ)
* Thời điểm thứ n giá trị lớn thứ n
Lƣu ý:+ Đề thường cho giá trị n nhỏ, n lớn tìm quy luật để suy nghiệm thứ n
+ Có thể giải tốn cách sử dụng mối liên hệ dao động điều hoà chuyển động tròn
+ Các bƣớc giải tốn tìm số lần vật qua vị trí biết x (hoặc v, a, Wt, Wđ, F) từ thời điểm t1
đến t2
* Giải phương trình lượng giác nghiệm * Từ t1 < t ≤ t2 Phạm vi giá trị (Với k Z)
* Tổng số giá trị k số lần vật qua vị trí
Lƣu ý: + Có thể giải toán cách sử dụng mối liên hệ dao động điều hồ chuyển động trịn
+ Trong chu kỳ (mỗi dao động) vật qua vị trí biên lần cịn vị trí khác lần
+ Các bƣớc giải tốn tìm li độ, vận tốc dao động sau (trƣớc) thời điểm t khoảng thời gian t
Biết thời điểm t vật có li độ x = x0
* Từ phương trình dao động điều hoà: x = Acos(t + ) cho x = x0
Lấy nghiệm t + = với 0 ứng với x giảm (vật chuyển động theo chiều âm v < 0)
t + = - ứng với x tăng (vật chuyển động theo chiều dương) * Li độ vận tốc dao động sau (trước) thời điểm t giây
x Acos( )
Asin( )
t
v t
x Acos( )
A sin( )
t
v t
A -A
M M
1
O P
x O x
2
1 M
M
-A A
P2 P1
P
2
2
(4)+ Dao động có phƣơng trình đặc biệt:
* x = a Acos(t + ) với a = const
Biên độ A, tần số góc , pha ban đầu x toạ độ, x0 = Acos(t + ) li độ
Toạ độ vị trí cân x = a, toạ độ vị trí biên x = a A Vận tốc v = x’ = x0’, gia tốc a = v’ = x” = x0”
Hệ thức độc lập: a = -2x0
2
0 ( )
v
A x
* x = a Acos2(t + ) (ta hạ bậc)
Biên độ A/2; tần số góc 2, pha ban đầu 2
IV Con lắc lò xo a Cấu tạo
+ hịn bi có khối lượng m, gắn vào lị xo có khối lượng khơng đáng kể + lị xo có độ cứng k
1. Tần số góc: k
m
; chu kỳ: T 2 m
k
; tần số: 1
2 k f
T m
Điều kiện dao động điều hoà: Bỏ qua ma sát, lực cản vật dao động giới hạn đàn hồi
2. Cơ năng: 2
W
2m A 2kA
3. * Độ biến dạng lò xo thẳng đứng vật VTCB:
mg l
k
T l g
* Độ biến dạng lò xo vật VTCB với lắc lị xo nằm mặt phẳng nghiêng có góc nghiêng α:
l mgsin k
sin l T
g
+ Chiều dài lò xo VTCB: lCB = l0 + l (l0 chiều dài tự nhiên)
+ Chiều dài cực tiểu (khi vật vị trí cao nhất): lMin = l0 + l – A
+ Chiều dài cực đại (khi vật vị trí thấp nhất): lMax = l0 + l + A lCB = (lMin + lMax)/2
+ Khi A >l (Với Ox hƣớng xuống):
- Thời gian lò xo nén lần thời gian ngắn để vật từ vị trí x1 = -l đến x2 = -A
- Thời gian lò xo giãn lần thời gian ngắn để vật từ vị trí x1 = -l đến x2 = A,
Lƣu ý: Trong dao động (một chu kỳ) lò xo nén lần
giãn lần
4. Lực kéo hay lực hồi phục F = -kx = -m2x Đặc điểm: * Là lực gây dao động cho vật
* Luôn hướng VTCB
* Biến thiên điều hoà tần số với li độ
5. Lực đàn hồi lực đưa vật vị trí lị xo khơng biến dạng
Có độ lớn Fđh = kx* (x* độ biến dạng lò xo) * Với lắc lò xo nằm ngang lực kéo lực đàn hồi (vì VTCB lị xo khơng biến dạng)
l
giãn O
x A -A
nén
l
giãn O
x A -A
Hình a (A < l) Hình b (A > l)
x A -A
l
(5)* Với lắc lò xo thẳng đứng đặt mặt phẳng nghiêng + Độ lớn lực đàn hồi có biểu thức:
* Fđh = kl + x với chiều dương hướng xuống * Fđh = kl - x với chiều dương hướng lên
+ Lực đàn hồi cực đại (lực kéo): FMax = k(l + A) = FKmax (lúc vật vị trí thấp nhất) + Lực đàn hồi cực tiểu:
* Nếu A < l FMin = k(l - A) = FKMin
* Nếu A ≥ l FMin = (lúc vật qua vị trí lị xo khơng biến dạng)
Lực đẩy (lực nén) đàn hồi cực đại: FNmax = k(A - l) (lúc vật vị trí cao nhất)
6. Một lị xo có độ cứng k, chiều dài l cắt thành lị xo có độ cứng k1, k2, … chiều dài tương ứng l1, l2, … có: kl = k1l1 = k2l2 = …
7. Ghép lò xo: * Nối tiếp
1
1 1
k k k treo vật khối lượng thì: T
= T1
+ T2
* Song song: k = k1 + k2 + … treo vật khối lượng thì: 2
1
1 1 T T T
8. Gắn lò xo k vào vật khối lượng m1 chu kỳ T1, vào vật khối lượng m2 T2, vào vật khối lượng m1+m2 chu kỳ T3, vào vật khối lượng m1 – m2 (m1 > m2) chu kỳ T4
Thì ta có: 2
3
T T T 2
4
T T T
9. Đo chu kỳ phương pháp trùng phùng
Để xác định chu kỳ T lắc lò xo (con lắc đơn) người ta so sánh với chu kỳ T0 (đã biết) lắc khác (T T0)
Hai lắc gọi trùng phùng chúng đồng thời qua vị trí xác định theo c ùng chiều Thời gian hai lần trùng phùng
0
TT T T
Nếu T > T0 = (n+1)T = nT0
Nếu T < T0 = nT = (n+1)T0 với n N*
- lắc tỉ lệ với bình phương biên độ dao động - Cơ lắc bảo toàn bở qua ma sát V CON LẮC ĐƠN
a Cấu tạo phƣơng trình dao động
gồm :
+ vật nặng có kích thước nhỏ, có khối lượng m, treo đầu sợi dây mềm khơng dãn có chiều dài l có khối lượng khơng đáng kể + Phương trình dao động
1. Tần số góc: g
l
; chu kỳ: T 2 l
g
; tần số:
1
2 g f
T l
Điều kiện dao động điều hoà: Bỏ qua ma sát, lực cản 0 << rad hay S0 << l
2 Lực hồi phục
sin s
F mg mg mg m s
l
Lƣu ý: + Với lắc đơn lực hồi phục tỉ lệ thuận với khối lượng
+ Với lắc lò xo lực hồi phục không phụ thuộc vào khối lượng
3. Phương trình dao động:
s = S0cos(t + ) α = α0cos(t + ) với s = αl, S0 = α0l
v = s’ = -S0sin(t + ) = -lα0sin(t + )
Q
s s0
O
(6) a = v’ = -2S0cos(t + ) = -
lα0cos(t + ) = -
s = -2αl Lƣu ý: S0 đóng vai trị A cịn s đóng vai trị x
4. Hệ thức độc lập: * a = -2s = -2αl
* 2
0 ( )
v S s
*
2
2
0
v gl
5. Cơ năng: 2 2 2
0 0
1 1
W
2 2
m S mgS mgl m l l
6. Tại nơi lắc đơn chiều dài l1 có chu kỳ T1, lắc đơn chiều dài l2 có chu kỳ T2, lắc đơn chiều dài l1 + l2 có chu kỳ T3,con lắc đơn chiều dài l1 - l2(l1>l2) có chu kỳ T4
Thì ta có: 2
3
T T T 2
4
T T T
7. Khi lắc đơn dao động với 0 Cơ năng, vận tốc lực căng sợi dây lắc đơn W = mgl(1-cos0); v
2
= 2gl(cosα – cosα0) TC = mg(3cosα – 2cosα0) Lƣu ý: - Các công thức áp dụng cho 0 có giá trị lớn
- Khi lắc đơn dao động điều hồ (0 << 1rad) thì:
2 2
0
1
W= ; ( )
2mgl v gl (đã có trên)
2
0
(1 1, ) C
T mg
8. Con lắc đơn có chu kỳ T độ cao h1, nhiệt độ t1 Khi đưa tới độ cao h2, nhiệt độ t2 ta có:
T h t
T R
Với R = 6400km bán kính Trái Đât, cịn hệ số nở dài lắc
9. Con lắc đơn có chu kỳ T độ sâu d1, nhiệt độ t1 Khi đưa tới độ sâu d2, nhiệt độ t2 ta có:
2
T d t
T R
Lưu ý: * Nếu T > đồng hồ chạy chậm (đồng hồ đếm giây sử dụng lắc đơn) * Nếu T < đồng hồ chạy nhanh
* Nếu T = đồng hồ chạy
* Thời gian chạy sai ngày (24h = 86400s): T 86400( )s T
10. Khi lắc đơn chịu thêm tác dụng lực phụ không đổi: Lực phụ khơng đổi thường là:
* Lực qn tính: F ma, độ lớn F = ma ( Fa )
Lƣu ý: + Chuyển động nhanh dần av (v có hướng chuyển động) + Chuyển động chậm dần av
* Lực điện trường: FqE, độ lớn F = qE (Nếu q > FE; q < FE
)
* Lực đẩy Ácsimét: F = DgV ( Fluông thẳng đứng hướng lên)
Trong đó: D khối lượng riêng chất lỏng hay chất khí g gia tốc rơi tự
V thể tích phần vật chìm chất lỏng hay chất khí
Khi đó: P' P F gọi trọng lực hiệu dụng hay lực biểu kiến (có vai trị trọng lực
P
)
g' g F m
(7)Chu kỳ dao động lắc đơn đó: ' ' l T
g
Các trường hợp đặc biệt:
* F có phương ngang: + Tại VTCB dây treo lệch với phương thẳng đứng góc có:
tan F P
+ 2
' (F)
g g
m
* Fcó phương thẳng đứng g' g F m
+ Nếu F hướng xuống g' g F
m
VI Dao động tắt dần, dao động cƣỡng bức, cộng hƣởng a Dao động tắt dần
Dao động mà biên độ giảm dần theo thời gian
- Dao động tắt dần nhanh độ nhớt môi trường lớn
1. Một lắc lò xo dao động tắt dần với biên độ A, hệ số ma sát µ * Quãng đường vật đến lúc dừng lại là:
2 2
2
kA A
S
mg g
* Độ giảm biên độ sau chu kỳ là: A mg 2g k
* Số dao động thực được:
2
4
A Ak A
N
A mg g
* Thời gian vật dao động đến lúc dừng lại:
4
AkT A
t N T
mg g
(Nếu coi dao động tắt dần có tính tuần hoàn với chu kỳ T 2
)
b Dao động trì:
- Nếu cung cấp thêm lượng cho vật dao động bù lại phần lượng tiêu hao ma sát mà khơng làm thay đổi chu kì dao động riêng nó, vật dao động mải mải với chu kì chu kì dao động riêng nó, gọi dao động trì.
c Dao động cƣỡng
Nếu tác dụng ngoại biến đổi điều hoà F=F0sin(t + ) lên hệ.lực cung cấp lượng cho hệ để bù lại phần lượng mát ma sát Khi hệ gọi dao động cưỡng
Đặc điểm
Dao động hệ dao động điều hồ có tần số tần số ngoại lực, Biên độ dao động không đổi
d Hiện tƣợng cộng hƣởng
Nếu tần số ngoại lực (f) với tần số riêng (f0) hệ dao động tự do, biên độ dao động cưỡng đạt giá trị cực đại
Tầm quan trọng tƣợng cộng hƣởng :
Dựa vào cộng hưởng mà ta dùng lực nhỏ tác dụng lên hệ dao động có khối lượng lớn để làm cho hệ dao động với biên độ lớn
Dùng để đo tần số dòng điện xoay chiều, lên dây đàn
VII TỔNG HỢP DAO ĐỘNG
1. Tổng hợp hai dao động điều hoà phương tần số x1 = A1cos(t + 1) x2 = A2cos(t +
2) dao động điều hoà phương tần số x = Acos(t + )
Trong đó: 2
1 2 os( 1)
A A A A A c
T x
t
(8)1 2
1 2
sin sin tan
os os
A A
A c A c
với 1 ≤ ≤ 2 (nếu 1 ≤ 2 ) * Nếu = 2kπ (x1, x2 pha) AMax = A1 + A2
` * Nếu = (2k+1)π (x1, x2 ngược pha) AMin = A1 - A2 A1 - A2 ≤ A ≤ A1 + A2
2. Khi biết dao động thành phần x1 = A1cos(t + 1) dao động tổng hợp x = Acos(t + ) dao động thành phần lại x2 = A2cos(t + 2)
Trong đó: 2
2 os( 1)
A A A AA c
1
2
1
sin sin tan
os os
A A
Ac A c
với 1 ≤ ≤ 2 ( 1 ≤ 2 )
3. Nếu vật tham gia đồng thời nhiều dao động điều hoà phương tần số x1 = A1cos(t + 1;
x2 = A2cos(t + 2) … dao động tổng hợp dao động điều hoà phương tần số x = Acos(t + )
Chiếu lên trục Ox trục Oy Ox
Ta được: Ax Acos A c1 os1A c2 os2
Ay Asin A1sin1A2sin2
2
x y
A A A
tan y x A A
với [Min;Max]
Ảnh hƣởng độ lệch pha :
Nếu: 2 – 1 = 2k A = Amax = A1+A2 Nếu: 2 – 1 =(2k+1) A=Amin = A - A1 2 Nếu 2 – 1 = /2+k A =
2
1
A + A CHƢƠNG II : SÓNG CƠ VÀ SÓNG ÂM 1 CÁCĐỊNH NGHĨA:
+ Sóng dao động lan truyền môi trường vật chất theo thơig gian
+ Khi sóng truyền có pha dao động phần tử vật chất lan truyền cịn phần tử vật chất dao động xung quanh vị trí cân cố định
+ Sóng ngang sóng phần tử mơi trường dao động theo phương vng góc vớ i phương truyền sóng
Ví dụ: sóng mặt nước, sóng sợi dây cao su
+ Sóng dọc sóng phần tử môi trường dao động theo phương trùng với phương truyền sóng
Ví dụ: sóng âm, sóng lị xo
+ Biên độ sóng A: biên độ dao động phần tử vật chất mơi trường có sóng truyền qua
+ Chu kỳ sóng T: chu kỳ dao động phần tử vật chất mơi trường sóng truyền qua + Tần số f: đại lượng nghịch đảo chu kỳ són : f =
T
+ Tốc độ truyền sóng v : tốc độ lan truyền dao động trongmôi trường
+ Bước sóng :là quảng đường mà sóng truyền chu kỳ = vT =
f v
+Bước sóng khoảng cách hai điểm gần phương truyền sóng dao động pha với
P P1
P2 x
M1 M2
M
(9)+ Khoảng cách hai điểm gần phương truyền sóng mà dao động ngược pha
2
, hai điểm gần vuông pha cách
4
2 PHƢƠNG TRÌNH SĨNG
Nếu phương trình sóng O uO =Aocos(t) phương trình sóng M phương truyền sóng là:
uM = AMcos((t - t) Hay uM =AMcos (t - 2 OM
)
Nếu bỏ qua mát lượng q trình truyền sóng biên độ sóng A M (Ao = AM = A) Thì : uM =Acos 2(
x T
t
)
* Sóng truyền theo chiều dương trục Ox uM = AMcos(t + -
x v
) = AMcos(t + -
x
)
* Sóng truyền theo chiều âm trục Ox uM = AMcos(t + +
x v
) = AMcos(t + +
2 x )
Phương trình sóng M phương truyền sóng là: uN = ANcos((t - t) Hay uN =ANcos (t - 2ON
)
Nếu bỏ qua mát lượng q trình truyền sóng biên độ sóng A M nhau(Ao = AM = AN =A) Thì : uN =Acos(
2
t y
) Độ lệch pha hai điểm M N là:
2 d
đó: d= y-x
- Trong tượng truyền sóng sợi dây, dây kích thích dao động nam châm điện với tần số dòng điện f tần số dao động dây 2f
3 GIAO THOA SÓNG
* Nguồn kết hợp, sóng kết hợp, Sự giao thoa sóng kết hợp
+ Hai nguồn dao động tần số, pha có độ lệch pha khơng đổi theo thời gian gọi hai nguồn kết hợp
+ Hai sóng có tần số, pha có độ lệch pha khơng đổi theo thời gian gọi hai sóng kết hợp
+ Giao thoa tổng hợp hai hay nhiều sóng kết hợp khơng gian, có chổ cố định mà biên độ sóng tăng cường bị giảm bớt
*Lý thuyết giao thoa:
+Giả sử S1 S2 hai nguồn kết hợp có phương trình sóng uS1 =uS2 = Acos T
t
2
truyến đến điểm M
( với S1M = d1 S2M = d2 ) Gọi v tốc độ truyền sóng P hương trình dao động M S1 S2 truyền đến là:
u1M = Acos
2 (t d )
u2M = Acos
2 (t d )
M
S1 S2
d1 d2
M
O N
x y
4
(10)+Phương trình dao động M: uM = u1M + u2M = 2Acos
(d2 d1)
cos )
2 (
2
d d
T
t
Dao động phần tử M dao động điều hoà chu kỳ với hai nguồn có biên độ:
AM = 2Acos
(d2 d1) ( 2)
M
d d
+ Khi hai sóng kết hợp gặp nhau:
-Tại chổ chúng pha, chúng tăng cường nhau, biên độ dao động tổng hợp đạt cực đại:
VỊ TRÍ CÁC CỰC ĐẠI G IAO THOA(Gợn lồi): Những chổ mà hiệu đường số
nguyên lần bước sóng: d1 – d2 = k ;( k = 0, 1, , ) dao động môi trường mạnh
nhất
-Tại chổ chúng ngược pha, chúng triệt tiêu nhau, biên độ dao động tổng hợp có giá trị cực tiểu:
VỊ TRÍ CÁC CỰC TIỂU GIAO THOA(Gợn lõm) : Những chổ mà hiệu đường số lẻ bước sóng:
d1 – d2 = (2k + 1)
2
, ;( k = 0, 1, , ) dao động môi trường yếu -Tại điểm khác biên độ sóng có giá trị trung gian
Chú ý: * Số cực đại: (k Z)
2
l l
k
* Số cực tiểu: 1 (k Z)
2 2
l l
k
+ Hai nguồn dao động pha ( 1 0)
* Điểm dao động cực đại: d1 – d2 = k (kZ)
Số đường số điểm (không tính hai nguồn): l k l
* Điểm dao động cực tiểu (không dao động): d1 – d2 = (2k+1)
2
(kZ) Số đường số điểm (khơng tính hai nguồn): 1
2
l l
k
+ Hai nguồn dao động ngƣợc pha:( 1 )
* Điểm dao động cực đại: d1 – d2 = (2k+1)
2
(kZ)
Số đường số điểm (khơng tính hai nguồn): 1
2
l l
k
* Điểm dao động cực tiểu (không dao động): d1 – d2 = k (kZ) Số đường số điểm (khơng tính hai nguồn): l k l
*Điều kiện giao thoa: - Dao động phương , chu kỳ hay tần số
- Có hiệu số pha khơng đổi theo thời gian
4.SĨNG DỪNG
+ Sóng dừng sóng truyền sợi dây trưởng hợp xuất nút bụng
+ Sóng dừng có giao thoa sóng tới sóng phản xạ phát từ nguồn + Điều kiện để có sóng dừng
- Để có sóng dừng sợi dây với hai nút hai đầu (hai đầu cố định) chiều dài sợi dây phải số nguyên lần bước sóng l = k
2
(11)- Để có sóng dừng sợi dây với đầu nút đầu bụng (một đầu cố định, đầu dao động) chiều dài sợi dây phải số lẻ
4
1 bước sóng l = (2k + 1)
Số bụng sóng = số nút sóng = k +
+ Đặc điểm sóng dừng
-Biên độ dao động phần tử vật chất điểm không đổi theo thời gian -Khoảng cách nút bụng liền kề
2
-Khoảng cách nút bụng liền kề
4
+ Xác định bƣớc sóng, tốc độ truyền sóng nhờ sóng dừng: - Khoảng cách hai nút sóng
2
- Tốc độ truyền sóng: v = f =
T
+ Phƣơng trình sóng dừng sợi dây CB (với đầu C cố định dao động nhỏ nút sóng) * Đầu B cố định (nút sóng):
Phương trình sóng tới sóng phản xạ B: uB Acos2ft u'B Acos2 ftAcos(2 ft)
Phương trình sóng tới sóng phản xạ M cách B khoảng d là:
os(2 ) M
d
u Ac ft
u'M Acos(2 ft 2 d )
Phương trình sóng dừng M: uM uM u'M
2 os(2 ) os(2 ) sin(2 ) os(2 )
2 2
M
d d
u Ac c ft A c ft
Biên độ dao động phần tử M: os(2 ) sin(2 )
2 M
d d
A A c A
* Đầu B tự (bụng sóng):
Phương trình sóng tới sóng phản xạ B: uB u'B Acos2ft
Phương trình sóng tới sóng phản xạ M cách B khoảng d là:
os(2 ) M
d
u Ac ft
u'M Acos(2 ft 2 d)
Phương trình sóng dừng M: uM uM u'M os(2 ) os(2 )
M
d
u Ac c ft
Biên độ dao động phần tử M: M cos(2 ) d
A A
Lƣu ý: * Với x khoảng cách từ M đến đầu nút sóng biên độ: AM 2Asin(2 x)
* Với x khoảng cách từ M đến đầu bụng sóng biên độ: AM 2Acos(2 d)
5 SÓNG ÂM
* Sóng âm: Sóng âm sóng truyền mơi trường khí, lỏng, rắn Tần số của sóng âm tần số âm
*Nguồn âm: Một vật dao động tạo phát âm nguồn âm
*Âm nghe đƣợc , hạ âm, siêu âm
+Âm nghe đƣợc(âm thanh) có tần số từ 16Hz đến 20000Hz gây cảm giác âm tai người
(12)+siêu âm :Những sóng học tần số lớn 20000Hz gọi sóng siêu âm , tai người khơng nghe
+Sóng âm, sóng hạ âm, sóng siêu âm sóng học lan truyền mơi trường vật chất chúng có tần số khác tai người cảm thụ âm khơng cảm thụ sóng hạ âm sóng siêu âm
+Nhạc âm có tần số xác định
* Môi trƣờng truyền âm
Sóng âm truyền ba mơi trường rắn, lỏng khí khơng truyền chân không
Các vật liệu bông, nhung, xốp có tính đàn hồi nên truyền âm kém, chúng dùng làm vật liệu cách âm
*Tốc độ truyền âm: Sóng âm truyền mơi trường với tốc độ xác định
-Tốc độ truyền âm phụ thuộc vào tính đàn hồi, mật độ môi trường nhiệt độ c môi trường -Nói chung tốc độ âm chất rắn lớn chất lỏng chất lỏng lớn chất khí
-Khi âm truyền từ mơi trường sang mơi trường khác vận tốc truyền âm thay đổi, bước sóng sóng âm thay đổi cịn tần số âm khơng thay đổi
* Các đặc trƣng vật lý âm
-Tần số âm: Tần số của sóng âm tần số âm
* Tần số đàn phát (hai đầu dây cố định hai đầu nút sóng)
( k N*)
v f k
l
Ứng với k = âm phát âm có tần số
2 v f
l
k = 2,3,4… có hoạ âm bậc (tần số 2f1), bậc (tần số 3f1)…
* Tần số ống sáo phát (một đầu bịt kín, đầu để hở đầu nút sóng, đầu bụng sóng)
(2 1) ( k N)
v
f k
l
Ứng với k = âm phát âm có tần số
4 v f
l
k = 1,2,3… có hoạ âm bậc (tần số 3f1), bậc (tần số 5f1)…
- Cƣờng độ âm : I điểm đại lượng đo lượng lượng mà sóng âm tải qua
đơn vị diện tích đặt điểm đó, vng góc với phuơng truyền sóng đơn vị thời gian Đơn vị cường độ âm W/m2
I = W = P
tS S
Với W (J), P (W) lượng, công suất phát âm nguồn
S (m2) diện tích mặt vng góc với phương truyền âm (với sóng cầu S diện tích mặt
cầu S=4πR2
)
- Mức Cƣờng độ âm : Mức cường độ âm L lôga thập phân thương số cường độ âm I cường độ âm chuẩn Io: L(B) = lg
o I
I
L(dB) = 10lg
o I
I
Với I0 = 10 -12
W/m2 f = 1000Hz: cường độ âm chuẩn
+Đơn vị mức cường độ âm ben (B), thực tế thường dùng ước số ben đềxiben (dB):1B = 10dB
- Âm hoạ âm : Sóng âm người hay nhạc cụ phát tổng hợp nhiều
sóng âm phát lúc Các sóng có tần số f, 2f, 3f, … Âm có tần số f gọi hoạ âm bản, âm có tần số 2f, 3f, … gọi hoạ âm thứ 2, thứ 3, … Tập hợp hoạ âm tạo thành
(13)- Đồ thị dao động âm : của nhạc âm (như âm la chẳng hạn) nhạc cụ khác phát hồn tồn khác
* Các đặc tính sinh lý âm
+ Độ cao âm: phụ vào tần số âm
Âm cao (hoặc thanh) có tần số lớn, âm thấp (hoặc trầm) có tần số nhỏ
+ Độ to âm: gắn liền với đặc trưng vật lý mức cường độ âm
+ Âm sắc: Giúp ta phân biệt âm nguồn khác phát Âm sắc có liên quan mật thiết với đồ thị dao động âm
6 HIỆU ỨNG ĐỐP-PLE
1 Nguồn âm đứng yên, máy thu chuyển động với vận tốc vM
* Máy thu chuyển động lại gần nguồn âm thu âm có tần số: f ' v vM f v
* Máy thu chuyển động xa nguồn âm thu âm có tần số: " v vM
f f
v
2 Nguồn âm chuyển động với vận tốc vS, máy thu đứng yên
* Máy thu chuyển động lại gần nguồn âm với vận tốc vM thu âm có tần số: '
S v
f f
v v
* Máy thu chuyển động xa nguồn âm thu âm có tần số: "
S v
f f
v v
Với v vận tốc truyền âm, f tần số âm
Chú ý: Có thể dùng công thức tổng quát: ' M S v v
f f
v v
Máy thu chuyển động lại gần nguồn lấy dấu “+” trước vM, xa lấy dấu “-“ Nguồn phát chuyển động lại gần nguồn lấy dấu “-” trước vS, xa lấy dấu “+“
CHƢƠNH III : ĐIỆN XOAY CHIỀU 1 Các biểu thức u – i
+ Biểu thức suất điện động xoay chiều :e = E0 cos( t + e)
+ Biểu thức cường độ dòng điện : i = I0 cos( t + i) (A) Với I0 cường độ dòng điện cực đại,
tần số góc, ilà pha ban đầu Lƣu ý
* Mỗi giây đổi chiều 2f lần * Nếu pha ban đầu i =
2
i =
2
giây đổi chiều 2f-1 lần
+ Biểu thức hiệu điện : u = U0 cos( t + u) (A) Với U0 hiệu điện cực đại, tần số góc, ulà pha ban đầu
+ Các giá trị hiệu dụng : U=
2 U
I=
2 I
+ Xét đoạn ,mạch R, L , C nối tiếp:
- Tần số góc: 2 f
T
;
- Cảm kháng: ZL .L; Dung kháng ZC C
- Tổng trở mạch : Z (R r )2(ZLZC)2 ; - Hiệu điện hiệu dụng: U (URUr)2 (ULUC)2
- Định luật ôm: R L r C
L C
R Z r Z
U
U U U
U I
Z
R C
L
A M B
N
i
UR
UL
UC
ULUC
O
U
(14)- Độ lệch pha u – i: tan ZL ZC R r
(trong u i)
M¹ch chØ cã R M¹ch chØ cã L M¹ch chØ cã C
- Tổng trở mạch :
Z R R
- Hiệu điện hiệu dụng:
R
U U I R
- Định luật ôm: R
R U I
- Độ lệch pha u – i:
u i
0
tan 0
R
tan ZL ZC R r
- Tổng trở mạch :
L
Z Z L;
- Hiệu điện hiệu dụng:
L L
U U I Z
- Định luật ôm: L L
Z U I
- Độ lệch pha u – i:
u i tan L Z
tan ZL ZC R r
- Tổng trở mạch :
1 C Z Z C ;
- Hiệu điện hiệu dụng:
C C
U U I Z
- Định luật ôm: C C
Z U I
- Độ lệch pha u – i:
u i tan C Z
tan ZL ZC R r
M¹ch chØ cã R-L M¹ch chØ cã R-C M¹ch chØ cã L-C
- Tổng trở mạch :
2
( ) L
Z R r Z ;
- Hiệu điện hiệu dụng:
2
R
( r) L
U U U U
- Định luật ôm:
R L r
L
R Z r
U U U
U I
Z
- Độ lệch pha u – i:
tan ZL 0 R r
(trong
đó u i)
- Tổng trở mạch :
2
C Z R Z ;
- Hiệu điện hiệu dụng:
2
R C
U U U
- Định luật ôm: C R C R Z U U U I Z
- Độ lệch pha u – i:
tan ZC 0 R
(trong
u i
)
- Tổng trở mạch :
2
( L C)
Z r Z Z ; - Hiệu điện hiệu dụng:
2
( )
r L C
U U U U
- Định luật ôm: C
L r
L C
Z r Z
U U U U I Z
- Độ lệch pha u – i:
tan ZL ZC r
(trong
u i
)
Một số ý làm tập viết phƣơng trình hiêu điện hay cƣờng độ dòng điện tức thời đoạn mạch RLC
+ Khi biết biểu thức dòng điện, viết biểu thức hiệu điện ta làm sau: Tìm tổng trở mạch
Tìm giá trị cực đại U0 = I0.Z
Tìm pha ban đầu hiệu điện thế, dựa vào công thức:Độ lệch pha u – i:
tan ZL ZC R r
u i
+ Khi biết biểu thức dòng điện, viết biểu thức hiệu điện ta làm nh sau: Tìm tổng trở mạch
Tìm giá trị cực đại I0 = U0/Z
Tìm pha ban đầu cường độ dịng điện , dựa vào công thức: tan ZL ZC R r
u i
+ Cường độ dòng điện mạch mắc nối tiếp điểm nên ta có: C
R L r
L C
R Z r Z
U
U U U
U I
Z
(15)Ghép nối tiếp điện trở Ghép song song điện trở
1 n
RR R R
Ta nhận thấy điện trở tương đương mạch lớn điện trở thành phần Nghĩa : Rb > R1, R2…
1
1 1
n R R R R
Ta nhận thấy điện trở tương đương mạch nhỏ điện trở thành phần Nghĩa : Rb < R1, R2
Ghép nối tiếp tụ điện Ghép song song tụ điện
1
1 1
n C C C C
Ta nhận thấy điện dung tương đương mạch nhỏ điện dung tụ thành phần Nghĩa : Cb < C1, C2…
1 n
CC C C
Ta nhận thấy điện dung tương đương mạch lớn điện dung tụ thành phần Nghĩa : Cb > C1, C2…
2 Hiện tƣợng cộng hƣởng điện
+ Khi có tượng cộng hưởng điện ta có: I = I max = U/R mạch có ZL = ZC hay
LC = 1, hiệu điện pha với dòng điện mạch, UL = UC U=UR; h s cụng sut cos=1
3.Công suất đoạn mạch xoay chiều
+ Công thức tính công suất tức thời mạch điện xoay chiều: p =u.i = U0 I0 cost cos( t+)
Víi U0 = U 2; I0 = I ta cã : p = UIcos + UIcos(2 t+)
+ C«ng thức tính công suất trung bình :
UIcos + UIcos(2 t+ ) UIcos UIcos(2 t+ )
p
L¹i cã: UIcos(2 t+ ) 0 nªn pUIcos + UIcos(2 t+ ). UIcosUIcos
VËy: p=UIcos Cos= R
Z Phô thuéc vµo R, L, C vµ f Cơng suất dịng điện xoay chiều
L,C,=const, R thay đổi
R,C,=const, Lthay đổi
R,L,=const, C thay đổi
R,L,C,=const, f thay đổi
2
max
U U
P =
2 :
L C
L C
R Z Z
Khi R Z Z
Dạng đồ thị sau:
2 max
2
U P =
1 : L C
R Khi Z Z L
C
Dạng đồ thị sau:
2 max
2
U P =
1 : L C
R
Khi Z Z C
L
Dạng đồ thị sau:
2 max
U P =
1 :
2
L C
R
Khi Z Z f
LC
Dạng đồ thị sau:
4 Máy phát điện xoay chiều:
a Nguyên tác hoạt động: Dựa t-ợng cảm ứng điện từ : Khi từ thơng qua vịng dây biến thiên điều hồ, vịng dây xuất suất điện động xoay chiều 0cost
đó: 0 BS từ thơng cực đại
0
' sin cos( )
2
e N N t N t Đặt E0 = NBS giá trị cực đại suất in ng
b Máy phát điện xoay chiều pha R
O R1 R0 R2
(16)Gåm cã hai phÇn chÝnh:
+ Phần cảm : Là nam châm điện nam châm vĩnh cửu.Phần cảm tạo từ tr-ờng + Phần ứng: Là cuộn dây, xuất suất điện đ ộng cảm ứng máy hoạt động Tạo dòng điện
+ Một hai phần đứng yên phận chuyển động + Bộ phận đứng yên gọi Stato, phận chuyển động gi l Rụto
c Máy phát điện xoay chiều ba pha
Dòng điện xoay chiều ba pha hệ thống ba dòng điện xoay chiều, gây ba suất điện động xoay chiều tần số, biên độ độ lệch pha đôi
3 os( ) os( ) os( ) e E c t
e E c t
e E c t
trường hợp tải đối xứng
1 os( ) os( ) os( ) i I c t
i I c t
i I c t
Máy phát mắc hình sao: Ud = 3Up Máy phát mắc hình tam giác: Ud = Up Tải tiêu thụ mắc hình sao: Id = Ip
Tải tiêu thụ mắc hình tam giác: Id = 3Ip
Lƣu ý: Ở máy phát tải tiêu thụ thường chọn cách mắc tương ứng với
+ Gåm: Stato: Lµ hƯ thèng gåm ba cuộn dây riêng rẽ, hoàn toàn giống quấn ba lõi sắt lệch 1200 vòng tròn Rôto nam châm điện
5 Máy biến áp- truyền tải điện xa:
a C«ng thøc cđa MBA: 1
2 2
N U I E
N U I E
b Hao phÝ trun t¶i:
Cơng suất hao phí trình truyền tải điện năng:
2
2
( cos ) p p I R R
U
Trong đó: P cơng suất truyề n nơi cung c ấp U điện áp nơi cung cấp
cos hệ số công suất dây tải điện R l
S
điện trở tổng cộng dây tải điện (lƣu ý: dẫn điện dây) Độ giảm điện áp đường dây tải điện: U = IR
Hiệu suất tải điện: H P P 100%
P
6 Một số dạng tập
a Đoạn mạch RLC có R thay đổi: * Khi R=ZL-ZC
2 ax 2 M L C U U
Z Z R
P
* Khi R=R1 R=R2 P có giá trị Ta có
2
2 ; ( L C)
U
R R R R Z Z
P
Và R R R1
2 ax 2 M U R R P
* Trường hợp cuộn dây có điện trở R0 (hình vẽ) Khi
2
0 ax
L C M
U U
R Z Z R
P A B
(17)Khi
2
2
0 ax 2 2
0
0
( )
2( )
2 ( )
L C RM
L C
U U
R R Z Z
R R
R Z Z R
P
b Đoạn mạch RLC có L thay đổi: * Khi L 12
C
IMax URmax; PMax cịn UL CMin Lƣu ý: L C mắc liên tiếp
* Khi 2 C L C R Z Z Z
2
ax
C LM
U R Z
U
R
2 2 2
ax ; ax ax
LM R C LM C LM
U U U U U U U U
* Với L = L1 L = L2 UL có giá trị ULmax
1
1
1
2
1 1
( )
2
L L L
L L L
Z Z Z L L
* Khi 2 C C L
Z R Z
Z ax
2 2 R RLM C C U U
R Z Z
Lƣu ý: R L mắc liên tiếp
c Đoạn mạch RLC có C thay đổi: * Khi C 12
L
IMax URmax; PMax UL CMin Lƣu ý: L C mắc liên tiếp
* Khi 2 L C L R Z Z Z
2
ax
L CM
U R Z
U
R
2 2 2
ax ; ax ax
CM R L CM L CM
U U U U U U U U
* Khi C = C1 C = C2 UC có giá trị UCmax
1
1
1 1
( )
2
C C C
C C
C
Z Z Z
* Khi 2 L L C
Z R Z
Z ax
2 2 R RCM L L U U
R Z Z
Lƣu ý: R C mắc liên tiếp
d Mạch RLC có thay đổi:
* Khi
LC
IMax URmax; PMax UL CMin Lƣu ý: L C mắc liên tiếp * Khi
2
1
2
C L R
C
ax 2 2
2 LM
U L U
R LC R C
* Khi 2 L R L C
ax
2 2 CM U L U
R LC R C
* Với = 1 = 2 I P UR có giá trị IMax PMax URMax
1 tần số f f f1
e Hai đoạn mạch AM gồm R1L1C1 nối tiếp đoạn mạch MB gồm R2L2C2 nối tiếp mắc nối tiếp với có UA B = UAM + UM B uAB; uAM uMBcùng pha tanuAB = tanuAM = tanuMB
f Hai đoạn mạch R1L1C1 R2L2C2 u i có pha lệch
Với 1
1
1
tan ZL ZC
R
2
2
2
tan ZL ZC
R
(giả sử 1 > 2) Có 1 – 2 =
1
tan tan
tan tan tan
Trường hợp đặc biệt = /2 (vng pha nhau) tan1tan2 = -1
VD: * Mạch điện hình có uAB uAM lệch pha
Ở đoạn mạch AB AM có i và uAB chậm pha
hơn uAM
R L M C
A B
(18) AM – AB =
tan tan
tan tan tan
AMAM ABAB
Nếu uAB vuông pha với uA M tan AM tan AB=-1 L L C
Z Z
Z
R R
* Mạch điện hình 2: Khi C = C1 C = C2 (giả sử C1 > C2) i1 i2 lệch pha Ở hai đoạn mạch RLC1 RLC2 có uAB
Gọi 1 2 độ lệch pha uAB so với i1 i2
có 1 > 2 1 - 2 = Nếu I1 = I2 1 = -2 = /2 Nếu I1 I2 tính
1
tan tan
tan tan tan
R L M C
A B
(19)CHƢƠNG IV: DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ 1 Mạch dao động
Cấu tạo: Gồm tụ điện mắc nối tiếp với cuộn cảm thành mạch kín - Nếu r nhỏ ( 0): mạch dao động lí tưởng
Nguyên tắc hoạt động: tích điện cho tụ điện cho phóng điện tạo dòng điện xoay chiều mạch
Định nghĩa dao động điện từ tự
- Sự biến thiên điều hoà theo thời gian điện tích q tụ điện cường độ dòng điện (hoặc cường độ điện trường E cảm ứng từ B) mạch dao động gọi dao động điện từ
tự
- Sự biến thiên điện tích bản: q = q0cos(t + )
với
LC
- Phương trình dịng điện mạch:
' 0cos( )
i q I t (với I0 = q0)
- Chu kì dao động riêng
T LC
- Tần số dao động riêng
1 f
LC
0
0
q
I q
LC
0
0 0
q I L
U LI I
C C C
Năng lƣợng điện từ:
- Tổng lượng điện trường tức thời tụ điện lượng từ trường tức thời cuộn cảm mạch dao động gọi lượng điện từ* Năng lượng điện trường:
2
đ
1
W
2 2
q
Cu qu
C
2 đ
W os ( )
2 q
c t
C
* Năng lượng từ trường:
2
2
1
W sin ( )
2
t
q
Li t
C
* Năng lượng điện từ: W=Wđ Wt
2
2
0 0
1 1
W
2 2
q
CU q U LI
C
Chú ý: + Mạch dao động có tần số góc , tần số f chu kỳ T Wđ Wt biến thiên với tần số góc2, tần số 2f chu kỳ T/2
+ Mạch dao động có điện trở R dao động tắt dần Để trì dao động cần cung
(20)cấp cho mạch lượng có cơng suất:
2 2
2 0
2
C U U RC
I R R
L
P
+ Khi tụ phóng điện q u giảm ngược lại
+ Quy ước: q > ứng với tụ ta xét tích điện dương i > ứng với dịng điện chạy đến
tụ mà ta xét
Sự tƣơng tự dao động điện dao động
Đại lƣợng Đại lƣợng điện Dao động Dao động điện
x q x” + 2x = q” + 2q =
v i k
m
LC
m L x = Acos(t + ) q = q0cos(t + )
k
C v = x’ = -Asin(t + ) i = q’ = -q0sin(t + )
F u A2 x2 ( )v
2
0 ( )
i
q q
µ R W=Wđ + Wt W=Wđ + Wt
Wđ Wt (WC) Wđ =
1
2mv
2
Wt =
1
2Li
2
Wt Wđ (WL) Wt =
1
2kx
2
Wđ =
2
2
q C
2 Điện từ trƣờng
a Điện trƣờng xoáy từ trƣờng xoáy Điện trƣờng xoáy
Điện trường có đường sức đường cong kín gọi điện trường xoáy
Từ trƣờng xoáy
Nếu nơi có điện trường biến thiên theo thời gian nơi xuất từ trường Đường sức từ trường khép kín từ trường xốy
Dịng điện dẫn
- Dòng điện chạy dây dẫn gọi dòng điện dẫn
Dòng điện dịch
- Phần dòng điện chạy qua tụ điện gọi dòng điện dịch
b.Điện từ trƣờng
- Là trường có hai thành phần biến thiên theo thời gian, liên quan mật thiết với điện trường biến thiên từ trường biến thiên
c Sóng điện từ
- Sóng điện từ từ trường lan truyền khơng gian
Đặc điểm sóng điện từ
+ Sóng điện từ lan truyền chân không với tốc độ lớn c 3.108m/s + Sóng điện từ sóng ngang: E B c
+ Trong sóng điện từ dao động điện trường từ trường điểm luôn đồng pha với
+ Khi sóng điện từ gặp mặt phân cách hai mơi trường bị phản xạ khúc xạ ánh sáng + Sóng điện từ mang lượng
(21)newsky89: 0167.4056.403 – 093.248.1370
- Sóng cực ngắn - Sóng ngắn - Sóng trung - Sóng dài
Sự truyền sóng vơ tuyến khí
Các dải sóng vơ tuyến
- Khơng khí hấp thụ mạnh sóng dài, sóng trung sóng cực ngắn
- Khơng khí hấp thụ mạnh sóng ngắn Tuy nhiên, số vùng tương đối hẹp, sóng có bước sóng ngắn không bị hấp thụ Các vùng gọi dải sóng vơ tuyến Sự phản xạ sóng ngắn tầng điện li
- Sóng ngắn phản xạ tốt tầng điện li mặt đất mặt nước biển ánh sáng
b Ngun tắc thơng tin liên lạc sóng vơ tuyến
+Phải dùng sóng vơ tuyến có bước sóng ngắn nằm vùng dải sóng vơ tuyến - Những sóng vơ tuyến dùng để tải thơng tin gọi sóng mang
+Phải biến điệu sóng mang
- Dùng micrô để biến dao động âm thành dao động điện: sóng âm tần
- Dùng mạch biến điệu để “trộn” sóng âm tần với sóng mang: biến điện sóng điện từ +Ở nơi thu, dùng mạch tách sóng để tách sóng âm tần khỏi sóng cao tần để đưa loa
+Khi tín hiệu thu có cường độ nhỏ, ta phải khuyếch đại chúng mạch khuyếch đại
Sơ đồ máy phát Sơ đồ máy thu CHƢƠNG V : SÓNG ÁNH SÁNG
1 Tán sắc ánh sáng , nhiễu xạ a Sự tán sắc
- Sự tán sắc ánh sáng: phân tách chùm ánh sáng phức tạp thành chùm sáng đơn sắc
- Tia đơn sắc: ánh sáng đơn sắc ánh sáng khơng bị tán sắc truyền qua lăng kính
Giải thích tƣợng tán sắc
- Ánh sáng trắng ánh sáng đơn sắc, mà hỗn hợp nhiều ánh sáng đơn sắc có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím
- Chiết suất thuỷ tinh biến thiên theo màu sắc ánh sáng tăng dần từ màu đỏ đến màu tím - Sự tán sắc ánh sáng phân tách chùm ánh sáng phức tạp thành c chùm sáng đơn sắc
b Nhiễu xạ
- Hiện tượng truyền sai lệch so với truyền thẳng ánh sáng gặp vật cản gọi tượng nhiễu xạ ánh sáng
2 Giao thoa ánh sáng
Hiện tƣợng giao thoa ánh sáng
Hiện tượng giao tho a ánh sáng tượng vùng hai chùm sáng gặp xuất vạch sáng, vạch tối xen kẻ
- Giải thích:
Hai sóng kết hợp phát từ F1, F2 gặp M giao thoa với nhau:
+ Hai sóng gặp tăng cường lẫn vân sáng + Hai sóng gặp triệt tiêu lẫn vân tối - Hiệu đường (hiệu quang trình)
2
3 1 2 3
5
S1
S2
d1 d2
I
O
x
M
(22)d d2 d1 ax D D = - =
Trong đó: a = S1S2 khoảng cách hai khe sáng
D = OI khoảng cách từ hai khe sáng S1, S2 đến quan sát S1M = d1; S2M = d2
x = OM (toạ độ) khoảng cách từ vân trung tâm đến điểm M ta xét
+ Vị trí vân sáng: d2 – d1 = k
k
D x k
a
k = 0: Vân sáng trung tâm k = 1: Vân sáng bậc (thứ) k = 2: Vân sáng bậc (thứ) + Vị trí vân tối: d2 – d1 = (k +
1 2)
'
1
( )
2
k
D x k
a
k = 0, k = -1: Vân tối thứ (bậc) k = 1, k = -2: Vân tối thứ (bậc) hai k = 2, k = -3: Vân tối thứ (bậc) ba
+ Khoảng vân: khoảng cách hai vân sáng hai vân tối liên tiếp i D
a
Tại O vân sáng bậc xạ: vân hay vân trung tâm, hay vân số
+ Bước sóng ia
D
* Nếu thí nghiệm tiến hành mơi trường suốt có chiết suất n bước sóng kho ảng vân:
n
n n
D i i
n a n
l l
l = Þ = =
* Khi nguồn sáng S di chuyển theo phương song song với S1S2 hệ vân di chuyển ngược chiều kho ảng vân i không đổi
Độ dời hệ vân là:
D
x d
D =
Trong đó: D kho ảng cách từ khe tới
D1 khoảng cách từ nguồn sáng tới khe d độ dịch chuyển nguồn sáng
* Khi đường truyền ánh sáng từ khe S1 (hoặc S2) đặt mỏng dày e, chiết suất n hệ vân dịch chuyển phía S1 (hoặc S2) đoạn:
(n 1)eD x
a -=
* Xác định số vân sáng, vân tối vùng giao thoa (trường giao thoa) có bề rộng L (đối xứng qua vân trung tâm)
+ Số vân sáng (là số lẻ):
2 2
(23)+ Số vân tối (là số chẵn):
0,5
2
i L Nt
Trong [x] phần nguyên x Ví dụ: [6] = 6; [5,05 ] = 5; [7,99] =
* Xác định số vân sáng, vân tối hai điểm M, N có toạ độ x1, x2 (giả sử x1 < x2) + Vân sáng: x1 < ki < x2
+ Vân tối: x1 < (k+0,5)i < x2
Số giá trị k Z số vân sáng (vân tối) cần tìm
Lƣu ý: M N phía với vân trung tâm x1 x2 dấu M N khác phía với vân trung tâm x1 x2 khác dấu
* Xác định khoảng vân itrong khoảng có bề rộng L Biết khoảng L có n vân sáng
+ Nếu đầu hai vân sáng thì:
1 L i
n =
+ Nếu đầu hai vân tối thì: i L n =
+ Nếu đầu vân sáng cịn đầu vân tối thì:
0, L i
n =
-* Sự trùng c xạ 1, 2 (khoảng vân tương ứng i1, i2 ) + Trùng vân sáng: xs = k1i1 = k2i2 = k11 = k22 =
+ Trùng vân tối: xt = (k1 + 0,5)i1 = (k2 + 0,5)i2 = (k1 + 0,5)1 = (k2 + 0,5)2 =
Lƣu ý: Vị trí có màu màu với vân sáng trung tâm vị trí trùng tất vân sáng xạ
* Trong tượng giao thoa ánh sáng trắng (0,4 m 0,76 m)
- Bề rộng quang phổ bậc k: ( đ t)
D x k
a l l
D = - với đ t bước sóng ánh sáng đỏ tím - Xác định số vân sáng, số vân tối xạ tương ứng vị trí xác định (đã biết x)
+ Vân sáng: x k D ax , k Z
a kD
l l
= ị = ẻ
Vi 0,4 m 0,76 m giá trị k
+ Vân tối: ( 0, 5) ax , k Z
( 0, 5) D
x k
a k D
l l
= + ị = ẻ
+
Với 0,4 m 0,76 m giá trị k
- Khoảng cách dài ngắn vân sáng vân tối bậc k: đ
[k ( 0,5) ]
Min t
D
x k
a
ax [k đ ( 0,5) ]
M t
D
x k
a
Khi vân sáng vân tối nằm khác phía vân trung tâm
ax [k đ ( 0,5) ]
M t
D
x k
a
Khi vân sáng vân tối nằm phía vân trung tâm
3 Các loại quang phổ
* Chiết suất môi trƣờng bƣớc sóng ánh sáng
+ Chiết suất môi trường suốt định ánh sáng đơn sắc khác phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng
+ Chiết suất môi trường suốt định ánh sáng có bước sóng dài nhỏ chiết suất mơi trường ánh sáng có bước sóng ngắn
+ Sự phụ thuộc chiết suất mơi trường vào bước sóng ánh sáng nguyên nhân chủ yếu tượng tán sắc ánh sáng
* Máy quang phổ
Máy quang phổ dụng cụ phân tích chùm sáng có nhiều thành phần thành thành phần đơn sắc khác
(24)Máy quang phổ sử dụng lăng kính hoạt động dựa tượng tán sắc ánh sáng
* Quang phổ liên tục
+ Quang phổ liên tục quang phổ gồm dải sáng có màu biến đổi liên tục từ đỏ đến tím
+ Nguồn phát: vật rắn, lỏng khối khí có tỉ khối lớn bị nung nóng phát quang phổ liên tục
+ Đặc điểm: không phụ thuộc vào thành phần cấu tạo nguồn sáng mà phụ thuộc vào nhiệt độ nguồn sáng
Nhiệt độ cao, miền phát sáng vật mở rộng phía ánh sáng có bước sóng ngắn + Ứng dụng: xác định nhiệt độ vật phát sáng, đặc biệt vật xa Mặt Trời, sao,
* Quang phổ vạch phát xạ
+ Quang phổ vạch phát xạ quang phổ có dạng vạch màu riêng rẽ nằm tối + Nguồn phát : Khí hay áp suất thấp bị kích thích cách đốt nóng t ia lửa điện phát quang phổ vạch
+ Đặc điểm : Quang phổ vạch phát xạ nguyên tố khác khác số lượng vạch, vị trí vạch, màu sắc vạch độ sáng tỉ đối vạch
Mỗi nguyên tố hoá học trạng thái khí hay nóng sáng áp suất thấp cho quang phổ vạch riêng, đặc trưng cho nguyên tố
+ Ứng dụng : Nhận biết có mặt ngun tố hố học có hỗn hợp hay hợp chất
* Quang phổ vạch hấp thụ
+ Quang phổ vạch hấp thụ quang phổ có dạng vạch tối nằm riêng rẽ quang phổ liên tục
+ Cách tạo : Tạo quang phổ liên tục nhờ nguồn phát ánh sáng trắng đặt trước khe máy quang phổ Đặt đường chùm ánh sáng trắng đèn nguyên tố nung nóng Khi quang phổ liên tục xuất vạch tối vị trí vạch màu quang phổ phát xạ nguyên tố
Điều kiện để có quang phổ vạch hấp thụ nhiệt độ đám gây quang phổ hấp thụ phải thấp nhiệt độ nguồn phát ánh sáng trắng
Ở nhiệt độ định, đám có khả phát ánh sáng đơn sắc có khả hấp thụ ánh sáng đơn sắc
+ Ứng dụng : Nhận biết có mặt nguyên tố hố học có hỗn hợp hay hợp chất
* Phép phân tích quang phổ
+ Phép phân tích quang phổ phép xác định thành phần cấu tạo nồng độ của chất có mẫu cần phân tích dựa vào việc nghiên cứu quang phổ, dựa vào quang phổ vật phát sáng để xác định nhiệt độ vật
+ Tiện lợi
- Phép phân tích định tính đơn giản cho kết nhanh phép phân tích hóa học
- Phép phân tích định lượng nhạy, phát nồng độ dù nhỏ chất có mẫu
- Có thể xác định thành phần cấu tạo nhiệt độ vật xa không tới Mặt Trời
4.Tia hồng ngoại tia tử ngoại * Tia hồng ngoại
+ Tia hồng ngoại xạ khơng nhìn thấy có bước sóng lớn bước sóng ánh sáng đỏ (0,75mm < l)
Tia hồng ngoại có chất sóng điện từ (có bước sóng từ 7,5.10-7m đến 10-3m)
+ Nguồn phát: vật có nhiệt độ cao nhiệt độ mơi trường phát tia hồng ngoại Trong ánh sáng Mặt Trời có khoảng 50% lượng thuộc vùng hồng ngoại Nguồn phát tia hồng ngoại thường dùng bóng đèn có dây tóc vonfram nóng sáng có cơng suất từ 250W đến 1000W + Tính chất, tác dụng
(25)- Tác dụng lên kính ảnh hồng ngoại - Bị nước, khí CO2 hấp thụ mạnh + Công dụng
Dùng tia hồng ngoại để sấy khô, sưởi ấm, chụp ảnh hồng ngoại
* Tia tử ngoại
+ Tia tử ngoại xạ khơng nhìn thấy có bước sóng ngắn bước sóng ánh sáng tím (l < 0,40mm)
Tia tử ngoại có chất sóng điện từ (có bước sóng từ 10-9m đến 4.10-7m)
+ Nguồn phát: vật bị nung nóng đến nhiệt độ 3000oC phát lượng đáng kể tia tử ngoại Mặt Trời, hồ quang điện, đèn cao áp thuỷ ngân nguồn phát tia tử ngoại
+ Tính chất, tác dụng
- Bị nước, thuỷ tinh, … hấp thụ mạnh - Tác dụng mạnh lên kính ảnh - Có thể làm số chất phát quang - Có tác dụng ion hố khơng khí
- Có tác dụng gây số phản ứng quang hoá, quang hợp - Có số tác dụng sinh học
+ Công dụng
- Phát vết nứt nhỏ, vết xước bề mặt sản phẩm tiện - Chữa bệnh còi xương, diệt khuẩn, diệt nấm mốc
- Sử dụng phân tích quang phổ
5 tia rơngen thang sóng điện từ * Cách tạo tia Rơnghen
+ Nguyên tắc tạo tia Rơnghen
Cho chùm electron chuyển động với vt lớn đập vào kim loại có nguyên tử lượng lớn + Ống Rơnghen: ống tia catốt có lắp thêm điện cực kim loại có nguyên tử lượng lớn khó nóng chảy gọi đối âm cực Cực nối với anốt Hiệu điện hai cực khoảng vài vạn vôn, áp suất ống khoảng 10-3
mmHg
* Bản chất, tính chất cơng dụng
+ Bản chất tia Rơnghen sóng điện từ có bước sóng ngắn bước sóng tia tử ngoại Bước sóng tia Rơnghen từ 10-12m (tia Rơnghen cứng) đến 10-8m (tia Rơnghen mềm)
+ Tính chất cơng dụng
- Có khã đâm xun mạnh nên dùng để chiếu điện, chụp điện, dò lổ hỏng, khuyết tật bên sản phẩm đúc
- Bị lớp chì (kim loại nặng) vài mm cản lại nên thường dùng chì làm chắn bảo vệ kỹ thuật Rơnghen
- Tác dụng mạnh lên kính ảnh nên dùng để chụp điện
- Làm phát quang số chất nên dùng để quan sát hình việc chiếu điện - Có khả iơn hóa chất khí Tính chất ứng dụng để làm máy đo liều lượng Rơnghen
- Có tác dụng sinh lí Nó hủy hoại tế bào, giết vi khuẫn nên dùng để chữa ung thư cạn gần da
* Trong y học dùng tia Rơnghen để chụp điện (chụp X quang) thƣờng dùng tia Rơnghen cứng
Các tia Rơnghen cứng (có bước sóng từ 10-12m đến 10-10m) có khả đâm xuyên mạnh tia Rơnghen mềm (có bước sóng từ 10-10m đến 10-8
m)
Tia Rơnghen cứng đâm xuyên mạnh nên bị thể hấp thụ cịn tia Rơnghen mềm đâm xun yếu nên bị thể hấp thụ nhiều Khi tia Rơnghen bị hấp thụ, gây số tác dụng khơng có lợi cho thể tác dụng nhiệt làm nóng, tác dụng sinh lí huỷ hoại tế bào …
(26)+ Sóng vơ tuyến, tia hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy, tia tử ngoại, tia Rơnghen, tia gamma có chất sóng điện từ
+ Các tia có bước sóng ngắn có tính đâm xun mạnh, dễ tác dụng lên kính ảnh, dễ làm phát quang chất dễ iơn hóa chất khí
+ Các tia có bước sóng dài, ta dễ quan sát tượng giao thoa chúng
CHƢƠNG VI: LƢỢNG TỬ ÁNH SÁNG 1 Hiện tƣợng quang điện ngoài, thuyết lƣợng tử a Hiện tƣợng quang điện
- Hiện tượng ánh sáng làm bật êlectron khỏi mặt kim loại gọi tượng quang điện (ngoài)
+ Định luật giới hạn quang điện
- Định luật: Đối với kim loại, ánh sáng kích thích phải có bước sóng ngắn hay giới hạn quang điện 0 kim loại đó, gây tượng quang điện
- Giới hạn quang điện kim loại đặc trưng riêng cho kim loại
b Thuyết lƣợng tử ánh sáng
1 Giả thuyết Plăng
- Lượng lượng mà lần nguyên tử hay phân tử hấp thụ hay phát xạ có giá trị hồn tồn xác định hf; f tần số ánh sáng bị hấp thụ hay phát ra; h số
hf
h gọi số Plăng: h = 6,625.10-34J.s Thuyết lượng tử ánh sáng
a Ánh sáng tạo thành hạt gọi phôtôn
b Với ánh sáng đơn sắc có tần số f, phôtôn giống nhau, phôtôn mang lượng hf
c Phôtôn bay với tốc độ c = 3.108m/s dọc theo tia sáng
d Mỗi lần nguyên tử hay phân tử phát xạ hay hấp thụ ánh sáng chúng phát hay hấp thụ phơtơn
4 Giải thích định luật giới hạn quang điện thuyết lượng tử ánh sáng - Mỗi phôtôn bị hấp thụ truyền tồn lượng cho êlectron - Công để “thắng” lực liên kết gọi công thoát (A)
- Để tượng quang điện xảy ra: hf A hay hc A
hc A ,
Đặt 0 hc
A
0
“
*Công thức Anhxtanh ax
2 M mv hc
hf A
e
l
= = = +
Trong
0
hc A
l
= cơng kim lo ại dùng làm catốt 0 giới hạn quang điện kim loại dùng làm catốt
v0Max vận tốc ban đầu electron quang điện thoát khỏi catốt f, tần số, bước sóng ánh sáng kích thích
(27)2 ax
2 M h
mv eU =
Lƣu ý: Trong số toán người ta lấy Uh > độ lớn
* Xét vật lập điện, có điện cực đại VMax khoảng cách cực đại dMax mà electron chuyển động điện trường cản có cường độ E tính theo công thức:
2
ax ax ax
1
M M M
e V = mv = e Ed
* Với U hiệu điện anốt catốt, vA vận tốc cực đại electron đập vào anốt, vK = v0Max vận tốc ban đầu cực đại electron rời catốt thì:
2
1
2 A K e U= mv - mv
* Hiệu suất lượng tử (hiệu suất quang điện)
0
n H
n =
Với n n0 số electron quang điện bứt khỏi catốt số phôtôn đập vào catốt kho ảng thời gian t
Công suất nguồn xạ: n0 n hf0 n hc0
p
t t t
e
l
= = =
Cường độ dòng quang điện bão ho à: Ibh q n e
t t
= =
bh bh bh
I I hf I hc H
p e p e p e e
l
Þ = = =
* Bán kính quỹ đạo electron chuyển động với vận tốc v từ trường B
¶ , = ( ,B) sin
mv
R v
e B a a =
r ur
Xét electron vừa rời khỏi catốt v = v0Max
Khi v B sin R mv
e B a
^ Þ = Þ =
r ur
Lƣu ý: Hiện tượng quang điện xảy chiếu đồng thời nhiều xạ tính đại lượng: Vận tốc ban đầu cực đại v0Max, hiệu điện hãm Uh, điện cực đại VMax, … tính ứng với xạ có Min (hoặc fMax)
”
2 Hiện tƣợngquang điện bên
Hiện tượng tạo thành electron dẫn lỗ trống bán dẫn, tác dụng ánh sáng thích hợp, gọi tượng quang điện
a Hiện tƣợng quang dẫn
Hiện tượng giảm điện trở suất, tức tăng độ dẫn điện bán dẫn có ánh sáng thích hợp chiếu vào gọi tượng quang dẫn
Trong tượng quang dẫn, ánh sáng kích thích giải phóng electron liên kết thành electron chuyển động tự khối bán dẫn Mặt khác electron bị bứt lại tạo lổ trống tích điện dương tham gia q trình dẫn điện Do chất bán dẫn bị chiếu sáng ánh sáng thích hợp trở thành dẫn điện tốt
b Quang điện trở
Quang điện trở chế tạo dựa hiệu ứng quang điện Đó bán dẫn có giá trị điện trở thay đổi cường độ chùm ánh sáng chiếu vào thay đổi
c Pin quang điện
(28)3.Hiện tƣợng quang phát quang, sơ lƣợc laze a Sự phát quang
+ Có số chất hấp thụ lượng dạng đó, có khả phát xạ điện từ miền ánh sáng nhìn thấy Các tượng gọi phát quang
+ Mỗi chất phát quang có quang phổ đặc trưng cho
+ Sau ngừng kích thích, phát quang số chất cịn tiếp tục kéo dài thêm thời gian đó, ngừng hẵn Khoảng thời gian từ lúc ngừng kích thích lúc ngừng phát quang gọi thời gian phát quang
* Lân quang huỳnh quang
+ Sự huỳnh quang phát quang có thời gian phát quang ngắn (dưới 10-8s) Nghĩa ánh sáng phát quang tắt sau tắt ánh sáng kích thích Nó thường xảy với chất lỏng chất khí
+ Sự lân quang phát quang có thời gian phát quang dài (từ 10-8s trở lên); thường xảy với chất rắn Các chất rắn phát quang loại gọi chất lân quang
* Ứng dụng tƣợng phát quang
Sử dụng đèn ống để thắp sáng, hình dao động kí điện tử, tivi, máy tính, sử dụng sơn phát quang quét biển báo giao thông
b Sơ lƣợc laze
Laze nguồn sáng phát chùm sáng cường độ lớn dựa việc ứng dụng tượng phát xạ cảm ứng
Một vài ứng dụng laze
- Y học: dao mổ, chữa bệnh ngồi da…
- Thơng tin liên lạc: sử dụng vô tuyến định vị, liên lạc vệ tinh, truyền tin cáp quang… - Công nghiệp: khoan, cắt
- Trắc địa: đo khoảng cách, ngắm đường thẳng… - Trong đầu đọc CD, bút bảng…
4 Mẫu nguyên tử Bo * Mẫu nguyên tử Bo
Tiên đề trạng thái dừng
Nguyên tử tồn số trạng thái có lượng xác định En, gọi trạng thái dừng Khi trạng thái dừng, nguyên tử khơng xạ
Bình thường, ngun tử trạng thái dừng có lượng thấp gọi trạng thái Khi hấp thụ lượng ngun tử chuyển lên trạng thái dừng có lượng cao hơn, gọi trạng thái kích thích Thời gian nguyên tử trạng thái kích thích ngắn (chỉ cỡ 10-8s) Sau nguyên tử chuyển trạng thái dừng có lượng thấp cuối trạng thái
Trong trạng thái dừng nguyên tử, electron chuyển động quanh hạt nhân quỹ đạo có bán kính hoàn toàn xác định gọi quỹ đạo dừng
Biểu thức xác định bán kính ngun tưt Hiđrơ rn = n
2
r0, với n số nguyên r0 = 5,3.10
-11m, gọi bán kính Bo
Tiên đề xạ hấp thụ lượng nguyên tử
Khi nguyên tử chuyển từ trạng thái dừng có lượng En sang trạng thái dừng có lượng Em nhỏ ngun tử phát phơtơn có lượng: e = hfnm = En - Em
Ngược lại, nguyên tử trạng thái dừng có lượng Em mà hấp thụ phơtơn có lượng hf hiệu En - Em chuyển sang trạng thái dừng có lượng En lớn
Sự chuyển từ trạng thái dừng Em sang trạng thái dừng En ứng với nhảy electron từ quỹ đạo dừng có bán kính rm sang qy đạo dừng có bán kính rn ngược lại
(29)+ Quang phổ vạch phát xạ nguyên tử hidrô xếp thành dãy khác nhau:
- Trong miền tử ngoại có dãy, gọi dãy Lyman
- Dãy thứ hai, gọi dãy Banme gồm có vạch nằm vùng tử ngoại vạch nằm vùng ánh sáng nhìn thấy là: vạch đỏ Ha (la = 0,6563mm), vạch lam Hb (lb = 0,4861mm), vạch chàm Hg (lg = 0,4340mm), vạch tím Hd (ld = 0,4102mm).Vùng ánh sáng nhìn thấy có: Vạch đỏ H ứng với e: M L
Vạch lam H ứng với e: N L Vạch chàm H ứng với e: O L Vạch tím H ứng với e: P L
- Trong miền hồng ngoại có dãy, gọi dãy Pasen
+ Mẫu nguyên tử Bo giải thích cấu trúc
quang phổ vạch hydrơ định tính lẫn định lượng
- Dãy Lyman tạo thành electron chuyển từ quỹ đạo phía ngồi quỹ đạo K - Dãy Banme tạo thành electron chuyển từ quỹ đạo phía ngồi quỹ đạo L - Dãy P asen tạo thành electron chuyển từ quỹ đạo phía quỹ đạo M + Năng lượng electron nguyên tử hiđrô:
2
13, ( ) n
E eV
n
= - Với n N*
+ Mối liên hệ bước sóng tần số vạch quang phổ nguyên từ hiđrô:
13 12 23
1 1 1
f13 = f12 +f23 (như cộng véctơ)
CHƢƠNG VII:HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ 1 Cấu tạo nguyên tử, khối lƣợng hạt nhân: a Cấu tạo nguyên tử
* Hạt nhân có kích thước nhỏ (khoảng 10-4
m đến 10-15 m) cấu tạo từ hạt nhỏ hơ n gọi nuclon
* Có loại nuclon:
- Proton: ký hiệu p mang điện tích nguyên tố +e; Nơtron: ký hiệu n, khơng mang điện tích * Nếu ngun tố có số thứ tự Z bảng tuần hồn Mendeleev (Z gọi nguyên tử số) nguyên tử có Z electron vỏ ngồi hạt nhân nguyên tử chứa Z proton N nơtron * Vỏ electron có điện tích -Ze ; Hạt nhân có điện tích +Ze
Ngun tử điều kiện bình thường trung hịa điện
* Số nuclon hạt nhân là: A = Z + N A: gọi khối lượng số số khối lượng nguyên tử
* Ví dụ:
- Nguyên tử Hydro: có Z = 1, có 1e- vỏ ngồi hạt nhân có proton khơng có nơtron, số khối A=1
- Nguyên tử Carbon có Z = 6, có 6e- vỏ ngồi, hạt nhân có proton nơtron, số khối A=Z+N=12 - Nguyên tử natri có Z = 11, có 11e- vỏ ngồi, hạt nhân có chứa 11 proton 12 nơtron Số khối: A = Z + N = 11 + 12 = 23
+ Kí hiệu hạt nhân
- Hạt nhân nguyên tố X kí hiệu: ZAX
- Kí hiệu dùng cho hạt sơ cấp: 11p, 01n, 01e
Laiman K
M N O
L P
Banme
Pasen
H
H
H
H
n=1 n=2
(30)+ Đồng vị:
* Các nguyên tử mà hạt nhân có số proton Z có số nơtron N khác gọi đồng vị Ví dụ: - Hydro có đồng vị: 11H,12H,13H
* Các đồng vị có số electron nên chúng có tính chất hóa học
b Khối lƣợng hạt nhân + Đơn vị
* Đơn vị khối lượng nguyên tử (ký hiệu u) 1/12 khối lượng nguyên tử đồng vị bon 12 đơi đơn vị cịn gọi đơn vị carbon (C), 1u = 1,66055.10 – 27(kg)
+.Khối lƣợng lƣợng hạt nhân Năng lƣợng
E = mc2
c: vận tốc ánh sáng chân không (c = 3.108m/s)
1uc2 = 931,5MeV 1u = 931,5MeV/c2 MeV/c2 coi đơn vị khối lượng hạt nhân - Chú ý quan trọng:
+ Một vật có khối lượng m0 trạng thái nghỉ chuyển động với vận tốc v, khối lượng tăng lên thành m với
0 2
1 m m
v c
Trong m0: khối lượng nghỉ m khối lượng động + Năng lượng toàn phần:
2
2
2
m c E mc
v c
Trong đó: E0 = m0c
gọi lượng nghỉ E – E0 = (m - m0)c
2
động vật
2 Lực hạt nhân: a Lực hạt nhân
* Mặc dù hạt nhân nguyên tử cấu tạo từ hạt mang điện dấu không mang điện
nhưng lại bền vững
* Do lực liên kết chúng có chất khác với lực điện(là lực hút mạnh) Lực liên kết gọi lực hạt nhân Bán kính tác dụng lực hạt nhân nhỏ kích thước hạt nhân
b.Năng lƣợng liên kết hạt nhân + Độ hụt khối
- Khối lượng hạt nhân luôn nhỏ tổng khối lượng nuclôn tạo thành hạt nhân
- Độ chênh lệch khối lượng gọi độ hụt khối hạt nhân, kí hiệu m m = Zmp + (A – Z)mn – m(ZAX)
+ Năng lƣợng liên kết Elk Zmp (A Z m m X c ) n (ZA ) Hay Elk mc2
- Năng lượng liên kết hạt nhân tính tích độ hụt khối hạt nhân với thừa số c2
+ Năng lƣợng liên kết riêng
- Năng lượng liên kết riêng, kí hiệu Elk
A , thương số lượng liên kết Elk số nuclôn A - Năng lượng liên kết riêng đặc trưng cho mức độ bền vững hạt nhân
3 Phản ứng hạt nhân
a Định nghĩa phản ứng hạt nhân Tuần:…………
(31)* Phản ứng hạt nhân tương tác hai hạt nhân dẫn đến biến đổi chúng thành hạt khác theo sơ đồ:
A + B → C + D
Trong đó: A B hai hạt nhân tương tác với C D hai hạt nhân tạo thành
Lƣu ý: Sự phóng xạ trường hợp riêng phản ứng hạt nhân q trình biến đổi hạt nhân nguyên tử thành hạt nhân nguyên tử khác
+ Phản ứng hạt nhân tự phát
- Là trình tự phân rã hạt nhân không bền vững thành hạt nhân khác
+ Phản ứng hạt nhân kích thích
- Q trình hạt nhân tương tác với tạo hạt nhân khác
- Đặc tính ohản ứng hạt nhân:
+ Biến đổi hạt nhân + Biến đổi ngun tố
+ Khơng bảo tồn khối lượng nghỉ
b Các định luật bảo toàn phản ứng hạt nhân
Xét phản ứng hạt nhân
1
A
A A A
Z AZ BZ CZ D + Định luật bảo toàn số Nuclon (số khối A):
Tổng số nuclon hạt nhân trước phản ứng sau phản ứng nhau: A1 + A2 = A3 + A4
+ Định luật bảo toàn điện tích nguyên tử số Z)
Tổng điện tích hạt trước sau phản ứng nhau: Z1 + Z2 = Z3 + Z4
+ Định luật bảo toàn lƣợng bảo toàn động lƣợng:
1 m1 m2 m4 m4
p + p = p + p hay v + v = v + v
uur uur uur uur ur ur ur ur
1
X X X X
K + K + DE= K + K
Trong đó: E lượng phản ứng hạt nhân
2
X x x
K = m v động chuyển động hạt X
* Hai định luật cho hệ hạt tham gia phản ứng hạt nhân Trong phản ứng hạt nhân, lượng động lượng bảo toàn
* Lƣu ý : + Khơng có định luật bảo toàn khối lượng hệ
+ Mối quan hệ động lượng pX động KX hạt X là:
2
X X X
p = m K
- Khi tính vận tốc v hay động K thường áp dụng quy tắc hình bình hành Ví dụ: p= p1+ p2
ur uur uur
biết j = ·p p1,
uur uur
2 2
1 2
p = p + p + p p cosj
hay 2
1 2 2
(mv) = (m v) + (m v ) + 2m m v v cosj
haymK= m K1 1+m K2 2+ m m K K cosj1 2 Tương tự biết φ1= ·p p1,
uur ur
φ2= ·p p2,
uur ur
Trường hợp đặc biệt: p1^ p2
uur uur
2
1
p = p + p
Tương tự p1^ p
uur ur
p2 ^ p
uur ur
v = (p = 0) p1 = p2 1 2
2 1
K v m A
K = v = m » A
Tương tự v1 = v2 = * Năng lượng phản ứng hạt nhân
E = (M0 - M)c
Trong đó: M0= mX1+ mX2là tổng khối lượng hạt nhân trước phản ứng
M = mX3+ mX4 tổng khối lượng hạt nhân sau phản ứng
p
ur
1
p
uur
2
p
(32)Lƣu ý: - Nếu M0 > M phản ứng toả lượng E dạng động hạt X3, X4 ho ặc phôtôn
Các hạt sinh có độ hụt khối lớn nên bền vững
- Nếu M0 < M phản ứng thu lượng E dạng động hạt X1, X2 ho ặc phôtôn
Các hạt sinh có độ hụt khối nhỏ nên bền vững
* Trong phản ứng hạt nhân
1 2 3 4
A
A A A
Z X + Z X ® Z X + Z X
Các hạt nhân X1, X2, X3, X4 có:
Năng lượng liên kết riêng tương ứng 1, 2, 3, 4 Năng lượng liên kết tương ứng E1, E2, E3, E4 Độ hụt khối tương ứng m1, m2, m3, m4 Năng lượng phản ứng hạt nhân
E = A33 +A44 - A11 - A22
E = E3 + E4 – E1 – E2
E = (m3 + m4 - m1 - m2)c
c Năng lƣợng phản ứng hạt nhân
- Phản ứng hạt nhân toả lượng thu lượng W = (mtrước - msau)c
2 + Nếu W > 0 phản ứng toả lượng:
+ Nếu W < phản ứng thu lượng:
4 Hiện tƣợng phóng xạ: a Hiện tƣợng phóng xạ
* Phóng xạ tượng hạt nhân nguyên tử tự động phóng xạ biến đổi thành hạt nhân khác
* Những xạ gọi tia phóng xạ, tia phóng xạ khơng nhìn thấy phát chúng có khả làm đen kính ảnh, ion hóa chất, bị lệch điện trường từ trường…
b Đặc điểm tƣợng phóng xạ:
* Hiện tượng phóng xạ hoàn toàn nguyên nhân bên hạt nhân gây ra, hồn tồn khơng phụ thuộc vào tác động bên ngồi
* Dù ngun tử phóng xạ có nằm hợp chất khác nhau, dù chất phóng xạ chịu áp suất hay nhiệt độ khác nhau… tác động khơng gây ảnh hưởng đến q trình phóng xạ hạt nhân ngun tử
c Các dạng phóng xạ:
+ Tia alpha: chất hạt nhân
2He Bị lệch âm tụ điện mang điện tích +2e Vận tốc chùm tia : 107
m/s Có khả gây ion hóa chất khí
+ Tia bêta: gồm loại:
- Tia −β chùm electron mang điện tích âm Bị lệch dương tụ điện
- Tia +β Thực chất chùm hạt có khối lượng electron mang điện tích +e gọi positron Bị lệch âm tụ điện
* Các hạt phóng xạ với vận tốc gần vận tốc ánh sáng * Có khả ion hóa chất khí yếu tia α
* Có khả đâm xuyên mạnh tia α, hàng trăm mét khơng khí
+ Tia gamma: γ Bản chất sóng điện từ có bước sóng ngắn
* Khơng bị lệch điện trường từ trường Đây chùm photon có lượng cao, có khả đâm xuyên lớn qua lớp chì dày hàng domestic nguy hiểm cho người
d Định luật phóng xạ
* Mỗi chất phóng xạ đặc trưng thời gian T gọi chu kỳ bán rã Cứ sau chu kì 1/2 số nguyên tử chất biến đổi thành chất khác
(33)Ta có: N = NO
t
t T
e m = mo
t
t T
e
T: chu kỳ bán rã , là số phóng xạ với = ln 0, 693
T T
* Khối lượng chất bị phóng xạ sau thời gian t
0 0(1 )
t m m m m e-l
D = - =
-* Phần trăm chất phóng xạ bị phân rã:
1 t m
e m
l
-D =
Phần trăm chất phóng xạ cịn lại:
2 t
t T m
e m
l
-
-= =
* Khối lượng chất tạo thành sau thời gian t
1
1 (1 ) 0(1 )
t t
A A
A N A
N
m A e m e
N N A
l l
-
-D
= = - =
-Trong đó: A, A1 số khối chất phóng xạ ban đầu chất tạo thành NA = 6,022.10
-23
mol-1 số Avơgađrơ
Lƣu ý: Trường hợp phóng xạ +, - A = A1 m1 = m
Độ phóng xạ:
* Độ phóng xạ H lượng chất phóng xạ đại lượng đặc trưng cho tính phóng xạ mạnh hay yếu đo số phân rã giây
* Đơn vị Becqueren (Bq) Curie (Ci) ; Bq phân rã giây ; Ci = 3,7.1010 Bq * Độ phóng xạ: H = Nλ = H0
2 t
t T
O
e H với H0 = λN0 độ phóng xạ ban đầu
e Quy tác dịch chuyển phóng xạ
Áp dụng định luật bảo tồn số nuclon bảo tồn điện tích q trình phóng xạ ta thu quy tắc dịch chuyển sau:
+.Phóng xạ : anpha
So với hạt nhân mẹ, hạt nhân vị trí lùi bảng tuần hồn có số khối nhỏ đơn vị
+ Phóng xạ β-
* So với hạt nhân mẹ, hạt nhân vị trí tiến có số khối
* Thực chất phóng xạ hạt nhân nơtron (n) biến thành prôton (p) cộng với electron (e-) phản neutrio () −βγ : n → p + e + γ
(Neutrino hạt nhân không mang điện, số khối A = 0, chuyển động với vận tốc ánh sáng)
+ Phóng xạ : β+
* So với hạt nhân mẹ, hạt nhân vị trí lùi có số khối
* Thực chất phóng xạ biến đổi prôton (p) thành neutron (n) cộng với prsitron (e) nueutrino +β : p → n + e+ + γ
+ Phóng xạ : γ
* Phóng xạ photon có lượng: hf = E2 - E1 (E2 > E1)
* Photon () có A = 0, Z = nên phóng xạ khơng có biến đổi hạt nhân nguyên tố thành hạt nhân nguyên tố mà có giảm lượng hạt nhân lượng hf
5 Phản ứng phân hạch nhiệt hạnh a Sự phân hạch
+ Sự phân hạch tượng hạt nhân nặng hấp thụ nơtrôn chậm vỡ thành hai hạt nhân nặng trung bình
+ Đặc điểm phân hạch: phản ứng phân hạch sinh từ đến nơtrôn toả lượng khoảng 200MeV
* Phản ứng dây chuyền
(34)+ Các chế độ phản ứng dây dây chuyền: với s > 1: phản ứng dây chuyền vượt hạn, không khống chế được, với s = 1: phản ứng dây chuyền tới hạn, kiểm soát được, với s < 1: phản ứng dây chuyền không xảy
+ Điều kiện để phản ứng dây chuyền xảy - Các nơtrôn sinh phải làm chậm lại
- Để có s ³ khối lượng khối chất hạt nhân phân hạch phải đạt tới giá trị tối thiểu gọi khối lượng tới hạn mh Ví dụ: Với
235U, khối lượng tới hạn m
h = 50kg
* Nhà máy điện nguyên tử
+ Bộ phận lị phản ứng hạt nhân, phản ứng phân hạch giữ chế độ tới hạn khống chế
+ Nhiên liệu nhà máy điện nguyên tử Urani làm giàu 235U đặt chất làm chậm để giảm vận tốc nơtrôn
+ Để đạt hệ số s = 1, người ta đặt vào lò điều chỉnh hấp thụ bớt nơtrôn
+ Năng lượng phân hạch tỏa dạng động hạt chuyển thành nhiệt lò truyền đến nồi sinh chứa nước Hơi nước đưa vào làm quay tua bin máy phát điện
b Phản ứng nhiệt hạch
+ Phản ứng nhiệt hạch phản ứng kết hợp hai hạt nhân nhẹ thành hạt nhân nặng
+ Là phản ứng tỏa lượng, phản ứng kết hợp tỏa lượng phản ứng phân hạch, tính theo khối lượng nhiên liệu phản ứng nhiệt hạch tỏa lượng nhiều + Phản ứng phải thực nhiệt độ cao (hàng trăm triệu độ)
Lý do: phản ứng kết hợp khó xảy hạt nhân mang điện tích dương nên chúng đẩy để chúng tiến lại gần kết hợp chúng phải có động lớn để thắng lực đẩy Culơng để có động lớn phải có nhiệt độ cao
+ Trong thiên nhiên phản ứng nhiệt hạch xảy sao, chẵng hạn lịng Mặt Trời Con người thực phản ứng nhiệt hạch dạng khơng kiểm sốt được, ví dụ nổ bom khinh khí (bom H)
6 Các số đơn vị thƣờng sử dụng
* Số Avôgađrô: NA = 6,022.10 23
mol-1
* Đơn vị lượng: 1eV = 1,6.10-19 J; 1MeV = 1,6.10-13 J
* Đơn vị khối lượng nguyên tử (đơn vị Cacbon): 1u = 1,66055.10-27kg = 931 MeV/c2 * Điện tích nguyên tố: e = 1,6.10-19 C
* Khối lượng prôtôn: mp = 1,0073u * Khối lượng nơtrôn: mn = 1,0087u * Khối lượng electrôn: me = 9,1.10
-31