Đang tải... (xem toàn văn)
+ Biên độ của dao động cưỡng bức tăng mạnh khi masát của môi trường không đáng kể, nói cách khác là hiện tượng cộng hưởng chỉ xảy ra rõ nét khi masat của môi trường ngoài không đáng kể, [r]
(1)CHƯƠNG I: DAO ĐỘNG CƠ HỌC
I DAO ĐỘNG TUẦN HOÀN DAO ĐỘNG ĐIỀU HOÀ CON LẮC LÒ XO
I Dao động: Là chuyển động có giới hạn khơng gian lặp lặp lại nhiều lần xung quanh vị trí xác định Vị trí gọi vị trí cân
II Dao động tuần hoàn: Là dao động mà trạng thái chuyển động lặp lại cũ khoảng thời gian
III Dao động điều hoà:
a Định nghĩa: Dao động điều hoà dao động có li độ x mơ tả định luật dạng sin ( cosin) theo thời gian t : x = A cos (w t + j ) x =Asin(w t + j )
Trong đó: + x li độ: độ lệch vị trí vật so với vị trí cân bằng; + A: biên độ dao động: Là giá trị cực đại biên độ ( A > );
+ w : tần số góc (w > )
+ (wt + j): Pha dao động: đại lượng trung gian cho phép ta xác định vị trí vật thời điểm t + j: Pha ban đầu: Là đại lượng cho ta xác định trạng thái ban đầu dao động (t=0)
b Các đại lượng đặc trưng cho dao động điều hoà:
* Chu kỳ T: Là thời gian ngắn để vật thực dao động:T (s) w
* Tần số f: Là số dao động đơn vị thời gian : (Hz) T f
w
w = 2f = T 2
c Vận tốc gia tốc dao động điều hoà:
Xét dao động vật có phương trình dao động theo giả thiết: x = Acos(w t + j )
Khi vận tốc gia tốc vật thời điểm t xác định biểu thức: * Vận tốc tức thời: v = x’ = -wA sin (w t + j )
* Gia tốc tức thời : a= v’ = - w2A cos(w t + j ) = - w2x.
Kết luận: Vận tốc gia tốc dao động điều hoà biến thiên điều hoà tần số với dao động Đồ thị li độ, vận tốc gia tốc dao động điều hoà
d Lực tác dụng lên vật dao động điều hoà:
Theo định luật II Newton: F = ma = -mw2x = - kx, với k = mw2
*Nhận xét: Lực tác dụng lên vật q trình dao động điều hồ tỉ lệ với li độ x, giống lực đàn hồi lò xo tuân theo định luật Hooke
=> w =
m k
(rad/s).Chu kì dao động: T =
k m 2
w
IV KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC LỊ XO: a Mơ tả thí nghiệm:
Xét lắc lò xo gồm bi Khối lượng m gắn vào lò xo có độ cứng k khối lượng khơng đáng kể ( bỏ qua q trình khảo sát), đặt nằm ngang (như hình vẽ) nhờ xuyên qua rãnh hịn bi mà hịn bi chuyển động
b Lập phương trình chuyển động: Chọn hệ quy chiếu trục Ox ( hình vẽ) * Hòn bi chịu tác dụng lực: + Trọng lực P bi ;
+ Phản lực N ;
+ Lực đàn hồi lò x: F kx
* Theo định luật II Newton: FNP ma (*)
N
VTCB m O F x
P
(2)Chiếu phương trình (*) lên trục Ox: -kx = ma Ta suy ra: a = x
m k
Đặt w2 = m
k
Mặt khác ta có : a = x” từ ta suy ra: x” + w2x = 0
Nghiệm phưong trình vi phân có dạng: x = Acos(w t + j)
Trong đó: A> 0, w> j số phụ thuộc vào điều kiện ban đầu * Kết luận: Con lắc lò xo dao động điều hoà với chu kỳ T =
k m V Mối liên hệ dao động điều hồ chuyển động trịn đều:
Xét chất điểm M chuyển động tròn đường trịn tâm O bán kính A với vận tốc góc w (rad/s) Chọn C làm điểm gốc đường tròn
Tại thời điểm ban đầu (t=0 ) vị trí chất điểm M0 xác định góc j Tại thời điểm t, vị trí chất điểm chuyển động Là Mt xác định góc wt + j Gọi P hình chiếu điểm chuyển động xuống
trục Ox (trục qua O vng góc OC ) Tại thời điểm t, điểm P có toạ độ: x = OP= OMtsin a = Acos(wt + j) Nhìn vào biểu thức toạ độ hình chiếu điểm P lên trục x’x ta thấy hình chiếu điểm P dao động điều hoà
Kết luận: Một dao động điều hồ xem hình chiếu chuyển động tròn lên trục nằm mặt phẳng quỹ đạo.
NĂNG LƯỢNG TRONG DAO ĐỘNG ĐIỀU HOÀ CON LẮC ĐƠN I Khảo sát biến đổi lượng dao động điều
hồ lắc lị xo: 1.Khảo sát định tính:
Xét lắc lị xo (hình vẽ) Kéo hịn bi từ vị trí cân O đến P Cơng lực kéo truyền cho hịn bi
dạng Wt
+ Thả bi, lò xo co lại, lực đàn hồi kéo hịn bi vị trí cân O Vận tốc bi tăng dần nên động Wđ tăng, giảm
+ Đến vị trí cân O, Wt = 0, động Eđ đạt giá trị cực đại Do qn tính, hịn bi tiếp tục chuyển động, nén lò
xo, lực đàn hồi ngược chiều chuyển động làm bi chuyển động chậm dần
+ Đến P’ lò xo bị nén tối đa, bi dừng hẳn, đạt già trị cực đại, động khơng Q trình tiếp tục tiếp diễn suốt trình dao động
* Kết luận: Trong trình dao động lắc lị xo ln có biến đổi qua lại động năng, mà động tăng giảm ngược lại
Khảo sát định lượng:
Xét lắc lị xo dao động điều hồ với phương trình dao động: x= Acos(w t +j ) Khi vận tốc tức thời vật thời điểm t: v = x’= -wAsin(w t +j ) Động hệ thời điểm t:
Wđ= m A sin ( t )
2 mv
1 2 2
j w w
; Wđ= m A cos ( t )
2 kx
1 2 2
j w w
;
Cơ toàn phần hệ: W = Wđ + Wt = sin ( )
2 ) ( cos
1 2 2 2
j w w
j w
w A t m A t m
= m 2A2 kA2 const
1
1
w
Kết luận: Trong suốt trình dao động, tồn phần hệ khơng đổi theo thời gian,và tỷ lệ với bình phương biên độ dao động.
II Khảo sát dao động điều hoa lắc đơn: Mô tả: Con lắc đơn gồm vật nặng có khối lượng m treo vào sợi dây dài l đặt trọng trường Kích thước vật nặng khối lượng dây có
x
* * P O P’
O a0
a
(3)thể bỏ qua
2 Lập phương trình chuyển động lắc: Xét góc lệch bé a £ 100
khi dây cung xem trùng với cung
+ Vật nặng m chịu tác dụng trọng lực P,
lực căng sợi dây T Theo định luật II Newton:
T + P = ma (*)
Chiếu phương trình (*) lên phương tiếp tuyến với quỹ đạo xét: Ta được: Pt= mat
Ta suy ra: mat = - mgsin a ( dấu trừ vector Pt ln ngược chiều với lực căng T, góc a) Từ ta có: at = - gsina
Với điều kiện a £ 100, sina » a = l s Vì at = s”, ta đặt w2 =
l g
Khi ta có phương trình vi phân: s” + w2s = Nghiệm phương trình vi phân có dạng: s = Socos(wt + j)
Trong đó: S0> 0, w> j số phụ thuộc vào điều kiện đầu toán Kết luận: Chuyển động lắc đơn dao động điều hoà với chu kỳ: T =
g l
2
w
(s) Luu ý: ta viết phương trình dao động lắc đơn theo góc: a = aocos(wt + j)
Trong đó: s = al so = al với ao gọi biên độ góc
III Sự giống khác lắc đơn lắc lò xo.
1 Giống nhau: Hai phưong trình dao động lắc đơn lắc lò xo có dạng giống nhau, trong đó, s đóng vai trị giống x, s0 đóng vai trị giống A,
l s
đóng vai trị m
k
Chúng biển diển dao động điều hoa 2 Khác nhau: Đối với lắc đơn biên độ a < 10o dao dao động điều hòa Còn dao động của lắc lò xo dao động điều hồ khơng cần điều kiện biên độ (miễn độ dãn lò xo nằm giới hạn đàn hồi)
SỰ TỔNG HỢP DAO ĐỘNG I Sự lệch pha hai dao động:
Xét hai dao động: x1 = A1cos (wt + j1) ; x2 = A2cos (wt + j2) * Độ lệch pha hai dao động xác định :
Dj = (wt - j1) – (wt + j2) = (j1 - j2) * Xét độ lệch pha :
+ Dj > : => j1 > j2 : ta nói dao động (1) nhanh pha dao động (2) + Dj <0 : => j1 < j2 : ta nói dao động (1) chậm pha dao động (2) + Dj = k2, k Î Z : Ta nói hai dao động pha ;
+ Dj = (2k + 1), k Ỵ Z : Ta nói hai dao động ngược pha
II Biểu diển dao động điều hoà phương pháp giản đồ vector quay Fresnel : Cơ sở lý thuyết phương pháp :
Một dao động điều hồ xem hình chiếu chuyển động tròn lên đường thẳng nằmmặt mặt phẳng quỹ đạo
Cách vẽ vector quay :
Giả sử biểu diển dao động điều hoà dạng :
x = Asin (wt + j) , người ta vẽ vector quay Acó :
Gốc O ; Độ lớn tỷ lệ với biên độ A, quay ngược chiều kim đồng hồ với vận tốc góc w
* Xét thời điểm ban đầu (t = 0) : (Ox,A)j
* Xét thời điểm t : A quay góc wt: (Ox,A)wtj
Hình chiếu A xuống trục Ox dao động điều hoà : x = OP = Acos (wt + j) Vậy dao động điều hoà x = Acos (wt + j) biểu diển vector quay A
(4)* Giả sử vật đồng thời thực hai dao động điều hoà phương tần số : x1 = A1cos (wt + j1) ;
x2 = A2cos(wt + j2) Dao động tổng hợp hai dao động : x = x1 + x2
* Ta biểu diển x1, x2 vector quay
1,A
A giản đồ vector hình vẽ * Vì j1 - j2 = const : nên A1,A2 quay độ lớn vector tổng hợp A không đổi * vector tổng hợp A A1 A2 (*)
vector biểu diển cho dao động tổng hợp x x = Asin (wt + j)
Từ giản đồ vector, ta có:
Ta chiếu hệ thức (*) lên hệ trục Ox, D :
+ Theo phương x’x : Acosj = A1cosj + A2cosj2 + Theo phương y’y: Asinj = A1sinj + A2sinj2
* Biên độ dao động tổng hợp: Ta lấy (1)2 + (2)2, ta được: A2 = A A 2A A cos( )
1 2 2
1 j j
* Pha ban đầu: tanj =
2 1
2 1
cos A cos A
sin A sin A
j
j
j
j
DAO ĐỘNG TỰ DO VÀ DAO ĐỘNG TẮT DẦN I Dao động tự do:
Định nghĩa: Dao động tự dao động mà chu kỳ phụ thuộc vào đặc tính hệ mà khơng phụ thuộc yếu tố bên
Điều kiện để dao động lắc đơn lắc lò xo xem dao động tự do:
Dao động tự dao động không chịu ngoại lực nào, nên điều kiện để dao động lắc đơn lắc lò xo dao động tự lực masát tác dụng vào nhỏ, khơng đáng kể bỏ qua Khi hai lắc dao động với chu kỳ T =
w
II Dao động tắt dần:
Định nghĩa: Dao động tắt dần dao động có biên độ giảm dần theo thời gian Nguyên nhân tắt dần:
Trong thực tế vật dao động môi trường xác định nên chịu tác dung lực masát mơi trường Do phải thực công để thắng lực masát nên lượng dao động (cơ năng) giảm dần làm cho biên độ giảm dần (W ~A2) kết sau dao động thời gian, vật dừng lại vị trí cân bằng. Đó dao động tắt dần Lực masát lớn dao động tắt dần nhanh
3 Cách trì dao động:
Để dao động khơng tắt dần nguyên tắt ta phải cung cấp lượng cho hệ vừa đủ để bù vào phần lượng tiêu hao Nói chung, cung cấp lượng theo hai cách sau:
a Cung cấp lượng vừa đủ: Để bù vào phần lượng bị tiêu hao nhằm làm cho hệ dao động tự với tần số riêng hệ Thông thường ta tác dụng lên hệ lực thời điểm xác định ăn nhịp với dao động hệ Đó tự dao động
b Tác dụng lên hệ ngoại lực tuần hoàn: F = F0cos(wt + j1) gọi lực cưỡng Lực cung cấp lượng cho hệ để bù vào phần lượng bị tiêu hao mà làm cho hệ dao động với tần số ngoại lực Đó dao động cưỡng
Biện pháp kỹ thuật:
a Duy trì dao động lắc đồng hồ:
* Việc trì dao động lắc đồng hồ thực nhờ dây cót liên hệ với lắc qua hệ thống bánh xe cấu thích hợp
x
P Q
M1 M
N1 N
(5)* Khi lên dây cót, ta tích luỹ vào xác định Sau chu kỳ dao động, lắc đạt tới biên độ cực đại cấu trung gian truyền đến lắc Năng lượng vừa đủ để bù vào phần lượng tiêu hao, lắc tiếp tục dao động với tần số biên độ cũ chừng dây cót chưa dãn hết b Làm cho dao động khung xe chóng tắt:
* Khi qua đoạn đường ghồ ghề, lị xo giảm xóc, bị nén lại giãn ralàm cho khung xe dao động giống dao động lắc lị xo Để dao động chóng tắt dần, ta gắn vào xe thiết bị đặc biệt gồm pittông chuyển động theo phương thẳng đứng xilanh gắn với trục bánh
* Khi khung xe dao động lị xo giảm xóc pittông dao động xilanh Dầu nhớt xi lanh làm cho dao động pittơng chóng tắt, dao động khung xe gắn với chóng tắt
III Dao động cưỡng bức:
1 Định nghĩa: Dao động cưỡng dao động chịu tác dụng ngoại lực cưỡng tuần hoàn: F = F0cos(wt + j1)
2 Đặc điểm dao động cưỡng bức.
+ Trong khoảng thời gian đầu Dt bé, dao động hệ phức tạp, tổng hợp dao động tác dụng ngoại lực cưỡng (tần số f) dao động riêng hệ (có tần số fo)
+ Khi dao động vào ổn định, hệ dao động với tần số f ngoại lực cưỡng
+ Biên độ dao động cưỡng phụ thuộc biên độ ngoại lực cưỡng độ chênh lệch tần số ngoại lực cưỡng tần số dao động riêng: Df = fo f Khi độ chênh lệch bé biên độ dao động
cưỡng lớn
IV Hiện tượng cộng hưởng cơ
1 Định nghĩa: Hiện tượng cộng hưởng tượng biên độ dao động cưỡng tăng nhanh đến giá trị cực đại tần số ngoại lực cưỡng tần số dao động riêng: fo » f
2 Đặc điểm tượng cộng hưởng
+ Biên độ dao động cưỡng tăng mạnh masát mơi trường khơng đáng kể, nói cách khác tượng cộng hưởng xảy rõ nét masat mơi trường ngồi khơng đáng kể, cịn điều kiện masat mơi trường lớn lượng cưỡng cung cấp chủ yếu để bù vào phần lượng tiêu hao masat, biên độ tăng khơng đáng kể
Chương II. SĨNG CƠ HỌC – ÂM HỌC
SĨNG VÀ Q TRÌNH TRUYỀN SĨNG I Định nghĩa sóng học, sóng ngang, sóng dọc:
Sóng học: Là dao động đàn hồi lan truyền môi trường vật chất đàn hồi theo thời gian Sóng ngang: Là sóng học có phương dao động vng góc với phương truyền sóng Sóng dọc: Là sóng có phương dao động trùng với phương truyền sóng.
II Giải thích tạo thành sóng mặt nước:
1 Hiện tượng: Khi ném đá xuống hồ nước yên lặng, ta thấy xuất sóng nước hình trịn từ chổ hịn đá rơi lan toả nơi mặt nước với biên độ sóng ngày giảm dần Nếu ta thả nhẹ mẩu giấy xuống mặt nước, ta thấy nhấp nhơ theo sóng khơng bị đẩy xa
2 Giải thích: Giữa phần tử nước có lực tương tác đóng vai trị giống lực đàn hồi lò xo Khi phần tử nước A dao động nhơ lên cao lực tương tác kéo phần tử lân cận nhô lên chậm (trể pha hơn), đồng thời lực kéo phần tử A vị trí cân Như vậy, phần tử nước A dao động theo phương thẳng đứng làm cho phần tử khác dao động theo phương ngang đó, dao động lan truyền xa dần theo phương Vì mặt nước có sóng hình trịn đồng tâm, có tâm đầu vị trí phần tử nươc dao động
III Sự truyền pha dao động:
Hiện tượng sóng mặt nước: Sóng mặt nước gây nguồn dao động A có dạng đường tròn đồng tâm A lan truyền theo phương Nếu cắt mặt nước mặt phẳng thẳng đứng qua A vết cắt dạng hình sgk –
(6)* Từ hình vẽ ta thấy, pha dao động B thời điểm t = T
, C thời điểm t = T
, D thời t =
T
pha dao động thời điểm t = (jA=
) Điều chứng tỏ pha dao động truyền từ nguồn A đến B,C,D tới E sau khoảng thời gian
4 T
* Sau chu kỳ dao động, pha dao động truyền từ A đến E, hình ta thấy A E dao động pha Khoảng cách chúng bước sóng l
* Pha dao động truyền theo phương ngang cịn phần tử nước dao động quanh vị trí cân theo phương thẳng đứng Vì vậy, ta nói q trình truyền sóng trình truyền pha dao động
IV Quá trình truyền sóng q trình truyền lượng:
* Tại thời điểm t=0: A nhận kích ban đầu nhơ lên cao (năng lượng dao động WA¹ 0) B đứng yên ( WB = 0) Lúc lượng từ A bắt đầu truyền tới B thông qua lực liên kết đàn hồi làm cho B bắt đầu dao động
* Tại thời điểm T
: Thì B nhơ lên cao (WB ¹0) C cịn đứng n (WC = 0) Lúc lượng từ B bắt đầu truyền tới C, làm cho C bắt đầu dao động
* Tại thời điểm t = T
: C lại nhô lên cao lượng bắt đầu truyền đến D D bắt đầu dao động
Cứ vậy, lượng từ tâm phát sóng A nhận kích thích ban đầu, truyền từ phần tử sang phần tử khác lân cận thông qua lực liên kết đàn hồi chúng Chính lượng làm cho phần tử nước dao động dao động lan truyền tạo thành sóng mặt nước Vì vậy, ta nói q trình truyền sóng trỉnh truyền lượng
V Các đại lượng đặc trưng sóng:
Chu kỳ T sóng: Là chu kỳ dao động chung phần tử vật chất có sóng truyền qua chu kỳ dao động nguồn sóng
Tần số f sóng: Là tần số dao động chung phần tử vật chất có sóng truyền qua tần số dao động nguồn sóng f =
T
Bước sóng l : Là khoảng cách gần hai điểm pha phương truyền sóng, quãng đường sóng truyền chu kỳ sóng
l = v.T = f v
Vận tốc truyền sóng v: Là vận tốc truyền pha dao động v =
t s D D
Biên độ sóng A điểm: Là biên độ dao động phân tử vật chất điểm có sóng truyền qua VI Lập phương trình dao động điểm phương truyền sóng:
* Xét q trình truyền sóng dọc theo trục Ox, vận tốc truyền sóng v, bước sóng l, bỏ qua mát lượng masát
Giả sử phương trình dao động O là: O M x
u1 = Acoswt < -x - > v?i w tần số góc dao động sóng
* Ta thành lập phương trình dao động điểm M phương truyền sóng cách O đoạn OM = d * Thời gian để sóng truyền từ M đến O
v x
Do dao động M thời điểm t pha với dao động O vào thời điểm (t -
v x
) Vì vậy, phương trình dao dộng sóng M là: uM = Acosw(t -
v x
) = Acosw(t - v x
) ( d v
l )
* Nếu sóng truyền theo phương biên độ sóng khơng đổi aM= a, phương trình dao động sóng điểm M là: uM = Acos2(
T t
- l x
(7)GIAO THOA SĨNG CƠ HỌC
I Định nghĩa sóng kết hợp, giao thoa sóng học.
Sóng kết hợp: Là sóng phát từ nguồn kết hợp Nguồn kết hợp nguồn có tần số, pha có độ lệch pha không đổi
Hiện tượng giao thoa: Là tượng hai hay nhiều sóng kết hợp chồng chất lên nhau, tạo chổ cố định có biên độ sóng tăng cường ( cực đại) bị giảm bớt ( cực tiểu)
II Định nghĩa độ lệch pha:
Độ lệch pha đại lượng đặc trưng cho khác trạng thái hai dao động có chu kỳ xác định hiệu số: Dj = (wt +j2) – (wt - j1) = j2 - j1
III Hiện tượng giao thoa sóng nước: Mô tả tượng:
* Dùng thiết bị để tạo hai nguồn dao động tần số, pha mặt nước Hai nguồn gọi hai nguồn kết hợp
* Trên mặt nước, vùng hai sóng chồng chất lên nhau, xuất hai nhóm đường cong xen kẽ: Nhóm thứ gồm gợn lồi lõm, phần tử nước dao động với biên độ cực đại; Nhóm thứ hai gồm mặt nước phẳng, phần tử nước khơng dao động
2 Vận dụng độ lệch pha để giải thích:
Giả sử phương trình dao động hai nguồn kết hợp A B u = Asinwt
* Sóng chúng truyền tới điểm M mặt nước theo hai đường d1 d2 Nếu khoảng cách A B nhỏ so với đường
d1 d2 ta coi biên độ sóng tới M Gọi v vận tốc truyền sóng,
Phương trình dao động M sóng A truyền đến: u1M = A1cosw(t -
v d1
) Phương trình dao động M sóng B truyền tới: U2M = A2 cosw(t -
v d2
) Dao động M tổng hợp hai dao động trên:
a Độ lệch pha dao động: d
v d d
v D
w w j D
Với Dd = d2 d1 , thay
T v v T
2 l
w a
Ta được:
l D j
D d (a)
b Giải thích:
* Tại gợn lồi (hoặc lõm) điểm M Biên độ dao động tổng hợp cực đại, hai dao động pha: Dj = 2n (b)
Từ (a) (b) ta suy ra: Dd = çd2 – d1ç = nl
Vậy gợn lồi (hoặc lõm) ứng với điểm mà hiệu đường số ngun lần bước sóng Vì d2 – d1 = MB – MA = nl = const
* Tập hợp điểm M có tính chất MB – MA = const, A,B cố định họ đường hypebol có tiêu điểm A B bao gồm đường trung trực đoạn AB Đó nhóm đường cong mà ta quan sát mặt nước (Hình 2.7/sgk – 40)
* Tại nơi mặt nước phẳng, biên độ dao động tổng hợp khơng, hai sóng ngược pha: D j = (2n + 1)
Khi ú ta suy ra: Dd = ỗd2 d1ỗ= (2n +1) l
= const
Vậy nơi mặt nước phẳng (các phần tử nước không dao động) ứng với điểm mà hiệu đường số nguyên lẽ lần bước sóng)
* Vì d2 – d1 = NB – NA = (2n +1) l
(8)* Tập hợp điểm N có tính chất NB – NA = const, A,B cố định họ đường đường hypebol có tiêu điểm A B, xen kẽ với họ đường hypebol nói Đó nhóm đường cong (2) mặt nước Ta thấy độ lệch pha yếu tố quan trọng việc giải thích tượng giao thoa
SÓNG DỪNG
I Định nghĩa : Sóng dừng tượng giao thoa hai sóng có biên độ nhau, có phương truyền ngược pha nhau, kết phương truyền xuất điểm nút bụng sóng cố định
II Giải thích hình thành sóng dừng sợi dây.
Dao động từ P truyền theo sợi dây từ P đến M dạng sóng ngang Tới M, sóng phản xạ truyền ngược lại từ M đến P Vì điểm M khơng dao động nên M sóng phản xạ biên độ ngược pha với sóng tới Kết sợi dây có giao thoa hai sóng kết hợp tần số, biên độ ngược pha M ( coi P M hai nguồn sóng kết hợp)
Để khảo sát kỹ hơn, ta xét sợi dây đàn hồi có hai đầu A,B cố định, có hai sóng kết hợp truyền ngược chiều ( giống sóng tới sóng phản xạ thí nghiệm trên, khác đầu A,B không dao động)
* Chọn t = lúc trê sợi dây hai sóng ngược pha nhau, sóng truyền sang phải, sóng (2) truyền sang trái, biên độ sóng nơi không
* Tại T
, sóng truyền đoạn l
, sóng tổng hợp sợi dây AB hình (b) ( đường nét liền) Tương từ thời điểm t =
2 T
t =
T
, sóng tổng hợp có dạng hình (e) (d) (đây dạng thật sợi dây, đồ thị)
* Từ hình vẽ cho thấy : Điểm M điểm cách n l
đứng yên, không dao động, chúng gọi nút ; Điểm N điểm cách n
2 l
dao động với biên độ cực đại, gọi bụng Vị trí nút bụng cố định, khoảng cách hai nút hai bụng liên tiếp
2 l
* Do đó, nặt dầu hai sóng thành phần truyền theo hai chiều ngược nhau, sóng tổng hợp ”dừng ” chổ Ta nói sợi dây có sóng dừng
* Tóm lại : Sóng dừng giao thoa hai sóng có biên độ Kết phương truyền xuất điểm nút bụng sóng cố định
III Điều kiện để có sóng dừng :
Đối với sợi dây đàn hồi có hai đầu cố định A,B điều kiện để có sóng dừng dây độ dài l dây số nguyên lần bước sóng
l = n l
, với n = 1,2,3…
IV> Xác định vận tốc truyền sóng tượng sóng dừng:
* Hiện tượng sóng cho phép ta nhìn thấy cụ thể mắt thường bước sóng l đo l xác ( khoảng cách hai điểm nút liên tiếp
2 l
), Đối với sóng âm nhiều loại sóng khác, việc đo tần số sóng đơn giản Giữa vận tốc truyền sóng v, tần số sóng f bước sóng l liên hệ hệ thức : v = lf
Vì vậy, tượng sóng dừng cho ta phương pháp đơn giản xác định v cách đo l f SÓNG ÂM
I Dao động âm sóng âm:
* Dao động âm : Tai người cảm thụ dao động học có tần số từ 16Hz đến 20.000Hz Những dao động học miền từ tần số 16Hz đến 20.000Hz gọi dao động âm
* Sóng âm : Là sóng đàn hồi có tần số miền từ 16Hz đến 20.000Hz II Quá trình gây cảm giác âm :
1 Hiện tượng :
(9)Thay đổi điểm giữ chặt thép phần dao động thép giảm ( tăng tần số dao động) Đến lúc đó, gảy nhẹ đầu tai ta bắt đầu nghe thấy tiếng vu vu nhẹ, nghĩa thép dao động phát âm
Giải thích :
* Khi thép dao động phía đó, làm cho lớp khơng khí phía trước bị nén lại lớp khơng khí phía sau bị giãn Sự nén giãn khơng khí lặp lại cách tuần hoàn tạo khơng khí sóng dọc đàn hồi có tần số tần số dao động thép
* Sóng truyền đến màng nhĩ làm cho màng nhĩ dao động tần số * Nếu tần số sóng đạt từ 16Hz trở lên sóng gây cảm giác âm III Môi trường truyền âm Cảm giác âm :
Mơi trường truyền âm Sóng âm truyền tất mội trường vật chất đàn hồinhư mơi trưịng khí, lỏng mơi trường rắn Sóng âm khơng truyền mơi trường chân khơng, mơi trường chân không môi trường vật chất đàn hồi
2 Vận tốc âm : Vận tốc âm phụ thuộc vào tính đàn hồi mật độ mơi trường Nói chung, vận tốc truyền âm chất rắn lớn chất lỏng chất khí, vận tốc truyền âm thay đổi theo nhiệt độ, Những vật liệu vải bông, chất xốp truyền âm
IV đặc tính sinh lý âm :
Độ cao âm : Độ cao âm đặc tính sinh lý âm, dựa vào đặc tính vật lý âm là tần số Những âm có tần số lớn gọi âm cao thanh, âm có tần số nhỏ gọi âm thấp trầm
2 Âm sắc : Là đặc tính sinh lý âm liên hệ với đặc tính vật lý âm tần số biên độ Mổi người, mổi nhạc cụ phát âm có sắc thái khác mà tai người phân biệt
* Thực nghiệm chứng tỏ rằng, người hay nhạc cụ phát âm có tần số f1 đồng thời phát âm có tần số f2 = 2f1 , f3 = 3f1 ; f4 = 4f1 âm có tần số f1 gọi âm bản, hay gọi hoạ âm thứ nhất, âm có tần số f2, f3, f4 hoạ âm thứ hai, thứ ba, thứ tư
* Tuỳ theo cấu trúc loại nhạc cụ cấu trúc khoang miệng cổ họng người mà số hoạ âm, có biên độ lớn, có biên độ nhỏ, chóng tắt
* Do tượng đó, âm phát tổng hợp âm vàa hoạ âm, có tần số âm f1, đường biểu diển khơng cịn dạng hàm số sin, mà đường phức tạp có chu kỳ
* Mổi đường biểu diển ứng với mổi âm sắc định
Độ to âm : Độ to âm đặc tính sinh lý âm, nĩ phụ thuợc trước hết vào đặc tính vật lý âm cuờng độ âm
* Cường độ âm định nghĩa lượng sóng âm truyền qua đơn vị diện tích đặt vng góc với phương truyền sóng đơn vị thời gian Đơn vị : W/m2.
* Muốn gay cảm giác âm, cường độ âm phải lớn giá trị đó, gọi ngưỡng nghe Tuyy nhiên, đặc tính sinh lý tai người nghe, ngưỡng nghe cịn phụ thuộc vào tần số sóng âm Độ to âm phụ thuộc vào tần số sóng âm
* Tai người nghe thính âm miền tần số f = 1000Hz đến 5000Hz, nghe âm cao thính âm trầm
* Nếu cường độ âm lên tới 10W/m2 tần số, sóng âm gây cảm giac nhức nhối, đau dớn Giá trị gọi ngưỡng đau
* Miền nằm ngưỡng nghe ngưỡng đau gọi miền nghe CHƯƠNG III
DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU
1 Đại cương dòng điện xoay chiều
Định nghĩa: -Dòng điện xoay chiều dịng điện có cường độ biến thiên điều hòa theo thời gian (theo hàm cos hay sin thời gian)
Biểu thức: i I 0cos(wtj)( )A
Trong đó: + i: giá trị cường độ dịng điện xoay chiều tức thời(A)
+ Io > 0: giá trị cường độ dòng điện cực đại dòng điện xoay chiều hay gọi biên độ dòng(A)
+ w j, : số + w > tần số góc
(10)+ j: pha ban đầu ứng với thời điểm t = 0.
Chu kì: T 2 1( )s
f
w
Tần số 1 ( )
2
f Hz
T
w
Nguyên tắc tạo dịng điện xoay chiều
-Định tính: dựa tượng cảm ứng điện từ -Định lượng:
+Giả sử t = pháp tuyến n khung dây trùng với Từ thông qua khung dây thời điểm t là: NBScoswt
+Từ thông biến thiên làm xuất khung dây suất điện động cảm ứng tức thời thời điểm t là: d NBSsin t
dt
w
+Với N,B,S w đại lượng không đổi
=> Vậy suất điện động khung biến thiên điều hịa với tần số góc w Giá trị hiệu dụng
0 ; ;
2 2 2
I U E
I U E I0, U0, E0: giá trị cực đại 2.Các loại mạch điện xoay chiều
Đoạn mạch chứa điện trở thuần
-Nếu:uR U0Rcoswt V( ) iR I0Rcoswt A( )
-Dòng điện điện áp hai đầu R pha -Biểu thức định luật Ohm:
0R R R R
U U
I I
R R
-Giảng đồ vecto quay Fresnen Đoạn mạch chứa tụ điện
-Nếu 0 cos ( ) 0 cos( )( )
2
C C C C
u U wt V i I wt A
Hay cos( )( ) cos( )( )
2
C C C C
i I wt A u U wt V
-Điện áp hai đầu tụ điện chậm pha cường độ dòng điện góc
2
-Dung kháng đoạn mạch 1 1 ( )
2
C
Z
C fC
w
-Biểu thức định luật Ohm 0
C C
C C
C C
U U
I I
Z Z
-Giảng đồ vector quay Fresnen
Đoạn mạch chứa cuộn cảm thuần
-Nếu 0 cos ( ) 0 cos( )( )
2
L L L L
u U wt V i I wt A
Hay cos( )( ) cos( )( )
2
L L L L
i I wt A u U wt V
-Điện áp hai đầu cuộn cảm nhanh pha cường độ dịng điện góc
2
-Cảm kháng đoạn mạch ZL wL2 fL( )
O UR
I
O
C
U
I
O
L
U
(11)-Biểu thức định luật Ohm 0
L L
L L
L L
U U
I I
Z Z
-Giảng đồ vector quay Fresnen Đoạn mạch RLC nối tiếp
-Sơ đồ mạch điện
-Nếu cho biểu thức u U 0coswt V( ) i I 0cos(wt j)( )A
-Nếu cho biểu thức i I 0cos( )( )wt A u U 0cos(wtj)( )V
-Dung kháng đoạn mạch 1 1 ( )
2
C
Z
C fC
w
-Cảm kháng đoạn mạch ZL wL2 fL( )
-Giảng đồ vector quay Fresnen -Từ giảng đồ vector ta có:
U2 = UR2 + (UL - UC)2
Biểu thức định luật Ohm:
0
U U
I I
Z Z
Tổng trở đoạn mạch: ( ) ( )2
L C
Z R Z Z Hệ số công suất:
0
R R
U U R
Cos
U U Z
j
Góc lệch pha 0
0
tan L C L C L C
R R
U U U U Z Z
U U R
j
Nếu ZL > ZC : j0, mạch có tính cảm kháng, u nhanh pha i góc j Nếu ZL < ZC : j0, mạch có tính dung kháng, u chậm pha i góc j Nếu ZL = ZC : j0, u pha i, max
U
I I
R
Xảy tượng cộng hưởng điện
Hiện tượng cộng hưởng điện
-Điều kiện để có cộng hưởng điện xảy ra: 1 1 1
2
L C
Z Z L f
C LC LC
w w
w
-Hệ tượng cộng hưởng điện Zmin = R => Imax = U/R cosj1 => Pmax = I2.R
0
0
tan L C L C L C 0
R R
U U U U Z Z
U U R
j => u, i pha
1
2
f
LC
3.Công suất mạch điện xoay chiều Biểu thức
-Cơng suất tiêu thụ trung bình mạch điện P UIcos UI R I R2 Z
j
-Mạch RLC nối tiếp công suất tiêu thụ mạch công suất tiêu thụ điện trở R Ý nghĩa hệ số công suất
-Hệ số công suất cao hiệu sử dụng điện cao Để tăng hiệu sử dụng điện ta phải tìm cách để làm tăng hệ số cơng suất
Điều kiện để có cơng suất cực đại
O j
L U
C U
LC U
R U
U I
R C
(12)U1 N U2
-Từ biểu thức
2
2
2
2 2
cos
( )
( L C) L C
R U R U
P UI U
Z Z
Z R Z Z
R
R
j
-Nếu L,C,w=const, R thay đổi
2
2 2( L C)
U U
P
R Z Z
Với R = ZL ZC ,
2
2 cos
2
Z R j
-Nếu R,U = const, L,C,f thay đổi
2
2 2
cos
( L C)
R U R
P UI U
Z R Z Z
j
=>Mạch xảy tượng cộng hưởng cosj1 4.Máy biến áp truyền tải điện năng
Các khái niệm
-Máy biến áp thiết bị dùng thay đổi điện áp xoay chiều -Nguyên tắc hoạt động: dựa vào tượng cảm ứng điện từ -Cấu tạo: Gồm có hai phần:
+Lõi thép: bao gồm nhiều thép kĩ thuật điện mỏng ghép xác với nhau, cách điện tạo thành lõi thép.(dẫn từ)
+Các cuộn dây quấn: Được quấn dây quấn điện từ, vòng dây cuộn dây quấn lõi thép cách điện với Số vòng dây cuộn dây thường khác
Cơng thức
-Dịng điện xoay chiều chạy qua cuộn sơ cấp làm phát sinh từ trường biến thiên lõi thép =>gây từ thông xuyên qua vòng dây hai hai cuộn 0coswt
-Từ thông qua cuộn sơ cấp thứ cấp lần lược là: 1N1 0 coswtvà2 N2 0 coswt
-Suất điện động cuộn thứ cấp
2 0cos
d
N t
dt
w w
-Trong cuộn thứ cấp có dịng điện cảm ứng biến thiên điều hòa tần số với dòng điện cuộn sơ cấp -Tỉ số máy biến áp: 1
2
U N
k
U N
+Nếu k < 1: máy tăng áp +Nếu k > 1: máy hạ áp
-Bỏ qua hao phí điện máy công suất cuộn sơ cấp thứ cấp U1I1 = U2I2 =>
1
2
U N I
k
U N I
Giảm hao phí điện truyền tải điện xa -Cơng suất hao phí truyền tải điện xa Gọi
Pphát : công suất điện nhà máy phá điện cần truyền tải Uphát : điện áp hai đầu mạch
I: cường độ dòng điện hiệu dụng dây truyền tải R: điện trở tổng cộng dây truyền tải
Pphát = Uphát.I
=> Cơng suất hao phí đường dây truyền tải là Phaophí = I2.R = R.Pphát/U2phát
-Hai cách làm giảm hao phí trình truyền tải điện xa +Giảm điện trở dây truyền tải cách: R .l
S
Tăng tiết diện dây dẫn (Tốn vật liệu) Làm dây dẫn vật liệu có điện trở suất nhỏ => Không kinh tế
+Tăng điện áp trước truyền tải cách dùng máy biến => Đang sử dụng rộng rãi 5.Máy phát điện xoay chiều pha, ba pha.
(13)1 B
2 B
B
(1)
(2)
-Dựa tượng cảm ứng điện từ
- Nguyên tắc cấu tạo máy phát điện xoay chiều pha -Phần cảm (Rôto): phần tạo từ trường, nam châm
-Phần ứng (Stato): phần tạo dòng điện xoay chiều, gồm cuộn dây giống cố định vịng trịn(Phần cảm có cặp cực phần ứng có nhiêu cuộn dây)
-Tần số dòng điện xoay chiều máy phát điện xoay chiều phát là:
. 60
n p f
Với + n: Tốc độ quay rôto (vịng/phút) + p: Số cặp cực rơto
+ f: Tần số dòng điện xoay chiều(Hz) - Nguyên tắc cấu tạo máy phát điện xoay chiều ba pha
-Phần cảm ( Rôto) thường nam châm điện
-Phần ứng (Stato) gồm ba cuộn dây giống hệt quấn quanh lõi thép lệch 1200 vòng tròn Stato.
- Dòng điện xoay chiều ba pha
-Là hệ thống gồm ba dòng điện xoay chiều có tần số, biên độ, lệch pha 2
3
Khi dịng điện xoay chiều ba cuộn dây là: i1I0coswt A( ),
2
cos( )( )
3
i I wt A
3
2
cos( )( )
3
i I wt A
1.Mắc hình sao
-Gồm dây có ba dây pha dây trung hòa -Tải tiêu thụ không cần đối xứng
-Ud 3.Up
-Id = Ip -I0 =
2.Mắc hình tam giác -Hệ thống gồm ba dây
-Tải tiêu thụ phải thật đối xứng -Id 3.Ip
-Ud = Up
3.Ưu điểm dòng xoay chiều ba pha -Tiết kiệm dây dẫn
-Dòng điện xoay chiều ba pha đối xứng cho hiệu suất cao so với dòng điện xoay chiều pha -Tạo từ trường quay dùng động không đồng ba pha dễ dàng
- Động không đồng bộ
-Nguyên tắc hoạt động: dựa vào tượng cảm ứng điện từ từ trường quay
-Cấu tạo:Gồm hai phần:
+Stato giống stato máy phát điện xoay chiều ba pha
+Rơto: hình trụ có tác dụng giống cuộn dây quấn lõi thép
CHƯƠNG IV. DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ
I/ Dao động điện từ
1 Mạch dao động (hay khung dao động) mạch kín gồm cuộn cảm L tụ
điện C Điện trường từ trường mạch biến thiên, nên dao động mạch gọi dao động điện từ
A2
A3 A1
B1
B3
B2 A2
A1 A3
B1
N
(14)2 Trong mạch dao động, điện tích q tụ điện, dịng điện i mạch hiệu điện u hai tụ biến thiên tuần hoàn theo quy luật dạng sin với tần số góc 1
LC
w
+ Nếu q q cos o w jt o
q q
u cos t
C C
w j Đơn vị điện tích cu-lơng (C)
i q ' q sino t I coso t
2
w w j ỗw j
Vi Io wqo
3 Nếu khơng có tác động điện từ với bên ngồi, dao động điện từ dao động tự + Tần số góc riêng: 1
LC
w + Chu kỳ riêng: T 2 LC + Tần số riêng: f 1
2 LC
L độ tự cảm cuộn cảm, đơn vị henry (H) C điện dung tụ điện, đơn vị fara ( F)
+ Bội ước thập phân: kilô (k) =103 ; mêga (M) = 106 ; giga (G) = 109 đêxi (d) = 101 centi
(c) = 102 ; mili (m) =103 ; micrô () =106 ; nanô (n) =109 ; picô (p) =1012
4 Năng lượng mạch dao động LC: Xét mạch dao động LC có q q cos o w jt
+ Năng lượng điện trường tức thời tụ điện:
2
C
1 1 1 q
W Cu qu
2 2 2 C
hay:
2 o C
q 1
W cos t
2 C
w j
+ Năng lượng từ trường tức thời cuộn cảm:
L 1
W Li
2
hay 2 2
L o
1
W L q sin t
2
w w j
2 o L
q 1
W sin t
2 C
w j
+ Năng lượng điện từ mạch dao động LC: W=WCWL = số
2
2
o
o o o o
q
1 1 1 1
W CU q U LI
2 C 2 2 2
Đơn vị lượng Jun (J)
Vậy, trình dao động mạch, lượng từ trường lượng điện trường ln chuyển hóa cho nhau, tổng lượng điện từ không đổi
5 Dao động điện từ tắt dần Trong mạch dao động thực (r ≠ 0) ln có tiêu hao lượng, nên lượng mạch giảm dần Dao động mạch tắt lượng hết Hiện tượng gọi dao động điện từ tắt dần Điện trở r lớn tắt dần nhanh
6 Dao động điện từ trì Để dao động điện từ không tắt dần, người ta bố trí cấu bù năng lượng cho mạch Sau chu kỳ dao động, mạch bổ sung số lượng bị tiêu hao Dao động mạch gọi dao động điện từ trì, có tần số tần số dao động riêng Hệ dao động gọi hệ tự dao động
7 Dao động điện từ cưỡng Mắc mạch dao động LC có tần số dao động riêng ωo với nguồn điện ngồi có hiệu điện u U cos t o w Lúc dòng điện mạch dao động với tần số w nguồn điện Dao
động mạch gọi dao động điện từ cưỡng
+ Sự cộng hưởng Khi w = ωo biên độ dao động điện đạt cực đại Hiện tượng gọi cộng hưởng Giá trị cực đại biên độ cộng hưởng phụ thuộc điện trở R mạch
II/ Điện từ trường
1 Liên hệ điện trường biến thiên từ trường biến thiên
+ Từ trường biến thiên theo thời gian làm xuất điện trường xoáy Đường sức điện trường xốy là đường cong khép kín, bao quanh đường sức từ trường
+ Ngược lại, điện trường biến thiên theo thời gian làm xuất từ trường Đường sức từ trường đường cong khép kín, bao quanh đường sức điện trường
2 Điện từ trường Bất kỳ điện trường biến thiên sinh từ trường biến thiên, ngược lại, từ trường biến thiên sinh điện trường biến thiên Điện trường biến thiên từ trường biến thiên chuyển hóa lẫn trường thống gọi điện từ trường
(15)1 Sóng điện từ Q trình lan truyền điện từ trường gọi sóng điện từ. 2 Đặc điểm sóng điện từ
+ Tốc độ lan truyền sóng điện từ chân khơng tốc độ ánh sáng (v = c = 3.108m/s)
+ Sóng điện từ sóng ngang E vng góc với B hai vng góc với phương truyền sóng Ox (E, B,Ox ) tạo thành tam diện thuận E B biến thiên tuần hồn theo khơng gian thời gian, ln đồng pha
+ Sóng điện từ truyền môi trường kể chân không + Bước sóng v.T v
f
l Trong chân khơng (hay khơng khí)
8
c 3.10
c.T m
f f
l
3 Tính chất sóng điện từ
+ Sóng điện từ mang lượng, lượng sóng điện từ tỷ lệ với luỹ thừa bậc bốn tần số dao động sóng điện từ: W ~ f4.
+ Tuân theo quy luật truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ + Tuân theo quy luật giao thoa, nhiễu xạ
IV/ Truyền thơng sóng điện từ 1 Mạch dao động hở Anten
Trong mạch dao động LC, tụ điện lệch đi, đồng thời tách xa vịng cuộn cảm có sóng điện từ lan tỏa khơng gian bên ngồi Mạch dao động gọi mạch dao động hở Anten dạng mạch dao động hở, xạ sóng điện từ mạnh
2 Nguyên tắc truyền thơng sóng điện từ theo quy trình chung là:
+ Biến âm hình ảnh muốn truyền thành dao động điện tần số thấp gọi tín hiệu âm tần (hoặc thị tần)
+ Dùng sóng điện từ tần số cao (cao tần) mang tín hiệu âm tần xa qua anten phát
+ Dùng máy thu với anten thu để chọn thu lấy sóng điện từ cao tần (nhờ tượng cộng hưởng) + Tách tín hiệu khỏi sóng cao tần dùng loa để nghe âm truyền tới (hoặc dùng hình để xem hình ảnh)
3 + Hệ thống phát gồm: dao động cao tần, ống nói, khuếch đại cao tần, anten phát + Hệ thống thu gồm: anten thu, chọn sóng, tách sóng, khuếch đại âm tần, loa
4 Sự truyền sóng điện từ quanh Trái Đất Căn vào bước sóng, sóng điện từ chia thành dải: Sóng dài (> 000 m) ; Sóng trung (1000 m 100 m ) ; Sóng ngắn (100 m 10 m ) ; Sóng cực ngắn (
10 m 0,01 m )
+ Các loại sóng dài, trung ngắn bị tầng điện li phản xạ với mức độ khác nhau, sóng vịng quanh Trái Đất qua nhiều lần phản xạ tầng điện li mặt đất loại sóng dùng truyền thanh, truyền hình mặt đất
(16)QUANG VẬT LÝ CHƯƠNG V: TÍNH CHẤT SĨNG CỦA ÁNH SÁNG
HIỆN TƯỢNG TÁN SẮC ÁNH SÁNG I Thí nghiệm Newton tượng tán sắc ánh sáng:
Mơ tả thí nghiệm kết quả: Dùng chắn A có khoét khe hẹp để tách chùm ánh sáng mặt trờicó dải hẹp
- Cho chùm ánh sáng trắng chiếu vào lăng kính thuỷ tinh P có cạnh song song với khe hẹp A - Sau lăng kính đặt ảnh B để hứng chùm ánh sáng ló
* Kết thí nghiệm: Trên người ta quan sát dải màu cầu vồng có màu biến thiên từ đỏ đến tím, tia đỏ bị lẹch cịn tia tím bị lệch nhiều Hiện tượng ánh sáng bị tách thành nhiều chùm sáng khác gọi tượng tán sắc ánh sáng.
Kết luận:
a Định nghĩa tượng tán sắc ánh sáng: Hiện tượng tán sắc ánh sáng tượng chùm ánh sáng trắng bị tách thành nhiều chùm sáng có màu sắc khác nhau.
b Quang phổ ánh sáng trắng: Là dải màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím. II Thí nghiệm ánh sáng đơn sắc:
1. Định nghĩa: Ánh sáng đơn sắc ánh sáng không bị tán sắc qua lăng kính Mổi ánh sáng đơn sắc có một màu sắc định gọi màu đơn sắc.
2. Thí nghiệm ánh sáng đơn sắc: a mơ tả thí nghiệm: Sách giáo khoa
b Kết thí nghiệm: Chùm ánh hẹp chùm sáng đơn sắc tán sắc khơng bị tán sắc thêm lần nữa.
III Tổng hợp ánh sáng trắng:
1 Định nghĩa ánh sáng trắng: Ánh sáng trắng tập hợp vô số ánh sáng đơn sắc có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím
2 Thí nghiệm tổng hợp ánh sáng trắng: Sách giáo khoa
IV Sự phụ thuộc chiết suất môi trường suốt vào màu sắc ánh sáng:
Hiện tượng tán sắc ánh sáng cho thấy chiết suất môi trường suốt dùng làm lăng kính phụ thuộc vào màu sắc ánh sáng đơn sắc có giá trị tăng từ màu đỏ sang màu tím
HIỆN TƯỢNG GIAO THOA ÁNH SÁNG Thí nghiệm Young tượng giao thoa ánh sáng
* Chiếu sáng từ nguồn Đ qua kính lọc màu (F) cho ánh sáng đơn sắc Ánh sáng đơn sắc qua khe S hai khe S1, S2 song song với khe S cho vân sáng, vân tối xen kẽ
Đ
S
S
S2
(17)* Hiện tượng chùm sáng xuất phát từ nguốn qua hai khe hẹp dặt gần tạo thành hệ thống vân sáng, vân tói xen kẽ gọi tượng giao thoa ánh sáng
* Nếu dùng ánh sáng trắng thí vân trung tâm vân trắng, hai bên hệ thống vân có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím hư màu cầu vồng
Giải thích tượng giao thoa ánh sáng
- Hiện tượng giao thoa ánh sáng giải thích ta thừa nhận ánh sáng có tính chất sóng - Ánh sáng từ neon Đ qua S, S1, S2 Khi hai nguồn S1, S2 đóng vai trị hai nguồn kết hợp thoả: + Cùng tần số tần số với nguồn sáng S;
+ Có độ lệch pha khơng đổi khoảng cách hai nguồn khơng đổi Do xảy tượng giao thoa ánh sáng
+ Vân sáng nơi gặp vân sáng pha; + Vân tối nơi gặp hai sóng ngược pha Kết luận :
- Hiện tượng giao thoa ánh sáng chứng thực nghiệm quan trọng khẳng định ánh sáng có tính chất sóng
* Ghi chú: Hiện tượng giao thoa ánh sáng thường gặp quan sát ánh sáng phản xạ từ lớp ván dầu trên mặt nước Hiện tượng giao thoa hai sóng két hợp phản xạ từ mặt phân cách mặt phân cách dưới lớp dầu
3 Công thức giao thoa a Tính hiệu quang lộ:
Đặt S1S2 = a: khoảng cách hai nguồn kết hợp; OI = D: khoảng cách hai khe đến E; A vị trí có vân giao thoa E; OA = x
Đặt d = I S1A – S2A I = r2 – r1 : gọi hiệu quang lộ hai nguồn sáng Đường trịn tâm A bán kính r1 = S1A cắt S2A H cắt OI K
Khi : d = r2 – r1 = S2H Ta chứng được:
D x a d
b Vị trí vân sáng, vân tối khoảng vân:
* Xét A vân sáng: d = nl ax = klD: hiệu quang lộ số nguyên lần bước sóng Ta suy ra:
a D k
x l ( n = 0, ± 1, ±2, ±3 … ) + Với k = 0: vị trí vân sáng trung tâm;
+ Với k = ±1 : ta vân sáng bậc 1; + Với k = ± : ta vân sáng bậc 2,… b Xét A vân tối:
2 a D ) k ( x ) , k ( D
x
a l
l
d ( k = 0, ±1, ±2 ): Hiệu quang lộ
số bán nguyên lần bước sóng + Với k = : vị trí vân tối thứ nhất; + Với k = : Vị trí vân tối thứ hai…
c khoảng vân: khoảng cách hai vân sáng hai vân tối kề nhau: i = xk+1 – xk = a
D l
3 Bước sóng màu sắc ánh sáng:
H M2
D S
1
S2
^
I
A
(18)a Bước sóng ánh sáng:
D i a
l
b Bước sóng màu sắc ánh sáng:
+ Ánh sáng đỏ: l 0.76m 0,64m;
+ Ánh sáng vàng, cam: l 0.64m -à 0,58m + Ánh sáng lục : l 0.58m -à 0,495m + Ánh sáng lam, chàm: l 0.495m 0,44m +Ánh sáng tím : l 0.44m 0,4m
MÁY QUANG PHỔ QUANG PHỔ LIÊN TỤC 1 Chiết suất mơi trường bước sóng ánh sáng;
+ Chiết suất môi trường suất định ánh sáng có bước sóng khác có giá trị khác nhau, liên hệ theo biểu thức sau
- Với môi trường định, chiết suất nhỏ ánh sáng có bước sóng lớn Máy quang phổ:
a Công dụng: Máy quang phổ dụng cụ dùng để phân tích chùm ánh sáng phức tạp thành thành phần đơn sắc khác Máy quang phổ hoạt động dựa tượng tán sắc ánh sáng
b Cấu tạo:
+ Ống chuẩn trực L1 : Gồm khe hẹp S nằm tiêu điểm thấu kính L1 có nhiệm vụ tạo chùm sáng song song
+ Hệ tán sắc: Gồm hay nhiều lăng kính có nhiệm vụ làm tán sắc ánh sáng chùm sáng song song từ L1 chiếu tới
+ Buồng ảnh: Gồm thấu kính hội tụ L2 chắn chùm tia ló từ lăng kínhvà kính ảnh M name tiêu diện L2 để nhận ảnh khe S dạng vạch màu đơn sắc
+ Tập hợp tất vạch màu đơn sắc M máy quang phổ tạo thành quang phổ nguồn sáng Quang phổ liên tục:
a Định nghĩa: Quang phổ liên tục dải ánh sáng có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím
b Nguồn gốc : Mọi vật rắn, lỏng khí có tỷ khối lớn bị nung nóng phát quang phổ liên tục
c Đặc điểm: Không phụ thuộc vào thành phần cấu tạo nguồn sáng; Chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ nguồn sáng; Khi nhiệt độ cao, quang phổ liên tục mở rộng phía ánh sáng có bước sóng ngắn,
d Ứng dụng: Dùng xác dịnh nhiệt độ vật sáng, đặc biệt xác định nhiệt độ vật xa TIA HỒNG NGOẠI VÀ TIA TỬ NGOẠI
Thí nghiệm phát tia hồng ngoại tia tử ngoại: a Mơ tả thí nghiệm: Xem sách giáo khoa
b Tiến hành thí nghiệm kết quả:
+ Chiếu ánh sáng hồ quang J vào khe máy quang phổ lăng kính tiêu diện thấu kính L2 buồng ảnh có quang phổ liên tục
+ Đặt chắn có khe hẹp F tiêu diện cho tch1 thành phần đơn sắc định + Cho chùm sáng đơn sắc chiếu vào mối hàn pin nhiệt điện nhạy Mối hàn giữ nhiệt độ định ta thấy kim điện kế G bị lệch Vậy ánh sáng đơn sắc có tác dụng nhiệt
+ Xê dịch cho khe F phạm vi quang phổ liên tục, ta thấy kim điện kế G bị lệch, chứng tỏ vùng khả kiến cịn xạ quang học khơng nhìn thấy gọi tia hồng ngoại tia tử ngoại Tia hồng ngoại:
a Định nghĩa: Tia hồng ngoại xạ khơng nhìn thấy có bước sóng l lớn bước sóng ánh sáng màu đỏ ( l > 0,76m)
Bản chất tia hồng ngoại sóng điện từ b Điều kiện phát sinh:
+ Tất vật nung nóng phát tia hồng ngoại + Vật nhiệt độ thấp phát tia hồng ngoại
(19)+ Cơ thể người 370C phát mạnh vùng có bước sóng l = 9m.
+ Vật 5000C bắt đầu phát ánh sáng vùng đỏ tối, mạnh vùng có bước sóng l = 3,7m. + Trong ánh sáng mặt trời, có khoảng 50% lượng xạ hồng ngoại
c Đặc điểm: Tác dụng nhiệt, tác dụng mạnh lên kính ãnh hồng ngoại; bị nước hấp thụ mạnh d Ứng dụng: Sưởi ấm, sấy khô thực phẩm, chụp ãnh hồng ngoại
Tia tử ngoại:
a Định nghĩa: Tia tử ngoại xạ quang học có bước sóng nhỏ bước sóng ánh sáng tím ( l < 0,4m)
Bản chất tia tử ngoại sóng điện từ
b Điều kiện phát sinh: Vật nung nóng nhiệt độ cao từ nguồn quang phát phổ vạch
c Đặc điểm: Tác dụng mạnh lên kính ảnh, làm iơn hố khơng khí; làm phát quang số chất; gay số phản ứng quang hoá, quang hợp; bị thuỷ tinh nước hấp thụ mạnh Tác dụng sinh lý
d Ứng dụng: Khử trùng, diệt khuẩn; phát vét nứt nẻ cơng nghệ tiện; trị bệnh cịi xương TIA X ( Tia RONTGEN)
I Nguyên tắc cấu tạo hoạt động ống Rontgen: Nguyên tắc cấu tạo:
+ Ống Rontgen bình cầu thuỷ tinh ( thạch anh) chứa khơng khí áp suất thấp ( khoảng 10-3mmHg) bean có điện cực
+ Cathode chỏm cầu dùng để phát tia âm cực; + Anode đĩa kim loại
+ Đối âm cực: Là kim loại chịu nhiệt như6 platin, vonfram … đặt tâm hình chỏm cầu âm cực nối liền với dương cực
Hoạt động: Đặt anode cathode hiệu điện khoảng vài chục nghìn volte Khi đó, electron bị khỏi cathode gia tốc mạnh Khi đập vào anode phát xạ khơng nhìn thấy được, búc xạ làm phát quang số chất, gọi tia Rontgen
II Bản chất tia Rontgen:
Bản chất: sóng điện từ có bước sóng ngắn bước sóng xạ vùng tử ngoại: l = 10-8 10-12m
Tia Rontgen không mang điện khơng bị lệch điện trường từ trường
Cơ chế phát sinh: Các electron sau bứt khỏi cathode tăng tốc điện trường mạnh, thu động lớn Khi gặp nguyên tử đối cathode chúng xuyên vào lớp bean võ nguyên tử , tương tác với hạt nhân electron lớp làm phát sóng điện từ có bước sóng ngắn gọi búc xạ hãm Đó tia Rontgen
III Các tính chất cơng dụng tia Rontgen: Tính chất: + Có tính đâm xun, lọc lựa;
+ Không bị lệch điện trường từ trường; + Làm phát quang số chất;
+ Iơn hố chất khí; + Tác dụng sinh lý
HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN (hiện tượng quang điện ngoài) I Hiện tượng quang điện:
Định nghĩa: Hiện tượng quang điện tượng chiếu ánh sáng thích hợp vào mặt kim loại electron mặt ngồi bị bật
Thí nghiệm Hertz (1887):
* Cho ánh sáng hồ quang điện ( lọc màu) chiếu vào kẽm ( nhôm, đồng…) tích điện âm gắn điện nghiệm thấy hai điện nghiệm cụp lại Vậy Vậy kẽm điện âm
* Chắn chùm tia tử ngoại thạch anh ban đầu kẽm tích điện dương thí khơng điện tích * Kết luận: Khi chiếu ánh sáng thích hợp vào kim loại làm bật electron lớp ngồi Hiện tượng gọi tượng quang điện ( hay tượng quang điện ngồi)
(20)Mơ tả thí nghiệm: Tế bào quang điện gồm bình cầu thạch anh, bên chân khơng, có hai cực cathode anode Anode (A) vòng dây kim loại, cathode (K) lớp kim loại cần nghiên cứu phủ mặt tế bào có dạng hình chõm cầu
* Bố trí thí nghiệm: Sách giáo khoa Tiến hành thí nghiệm kết quả:
a Dòng quang điện: Khi chiếu ánh sáng có bước sóng ngắn ( thích hợp) mạch xuất dịng điện, dịng electron bị bứt khỏi cathode bay phía anode gọi dòng quang điện
b Về bước sóng ánh sáng kích thích: Mỗi kim loại dùng làm cathode ánh sáng kích thích l phải nhỏ giới hạn l0 tượng quang điện xảy
c Đường đặc trưng Volte – Ampère:
+ Dòng quang điện phụ thuộc vào UAK anode cathode ( hình vẽ)
+ Lúc đầu UAKtăng I tăng; Khi UAK đạt đến giá trị cường độ dòng điện I đạt đến giá trị bảo hoà
+ Khi UAK = Uh < cường độ dịng điện mạch khơng Giá trị Uh gọi hiệu điện hãm d Độ lớn dịng quang điện bão hồ: Khi l< l0 : Dịng quang điện bão hồ tỷ lệ thuận với cường độ chùm ánh sáng kích thích
e Độ lớn hiệu điện hãm: Với kim loại dùng làm cathode, độ lớn hiệu điện hãm Uh hồn tồn khơng phụ thuọc vào cường độ chùm ánh sáng kích thích, mà phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng kích thích
THUYẾT LƯỢNG TỬ VÀ CÁC ĐỊNH LUẬT QUANG ĐIỆN 1 Các định luật quang điện:
Định luật – Định luật giới hạn quang điện (giới hạn đỏ): Đối với mổi kim loại dùng làm cathode có một bước sóng giới hạn l0 định gọi giới hạn quang điện Hiện tượng quang điện xảy bước sóng ánh
sáng kích thích l nhỏ giới hạn quang điện.
Định luật – Định luật dịng quang điện bão hồ: Với ánh sáng kích thích thỗ mãn định luật quang điện thứ ( l£l0) cường độ dịng quang điện bão hồ (Ibh) tỉ lệ thuận với cường độ chùm ánh sáng kích thích.
Định luật – định luật động ban đầu cực đại: Động ban đầu cực đại ( Wđ= 2
mv ) của chùm electron quang điện không phụ thuộc cường độ chùm ánh sáng kích thích mà phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng kích thích (l) chất kim loại dùng làm cathode (l0).
II Thuyết lượng tử ánh sáng:
a Những nguyên tử hay phân tử vật chất không hấp thụ hay xạ ánh sáng cách liên tục, mà thành phần riêng biệt, gián đoạn Mổi phần mang lượng hoàn toàn xác định =hf, f tần số ánh sáng h số Plank h = 6,625 10-34J.s Mỗi phần gọi lượng tử ánh sáng.
b Chùm ánh sáng coi chùm hạt, hạt gọi photon mang lượng tử lượng Khi ánh sáng truyền đi, photon không bị thay đổi, không phụ thuôc vào khoảng cách đến nguồn sáng
c Với ánh sáng có tần số cho, cường độ chùm sáng tỉ lệ với số photon chùm III Giải thích định luật quang điện:
1 Cơng thức Einstein: max
mv A
hf 2 Giải thích định luật quang điện:
a Định luật 1: Điều kiện xảy tượng quang điện: hf ³ A =>hc ³A l => l£A l0
hc
Vậy: l £ l0
b Định luật 2: Số photon nhiều (Ikt lớn) cường độ dịng quang điện lớn nên tỉ lệ với cường độ chùm ánh sáng kích thích
c Định luật 3: Từ công thức Einstein, suy Eđ = - A = hc(
0 1
l
l )=> EđỴl, l0 IV Lưỡng tính sóng hạt ánh sáng:
Aùnh sáng vừa có tính chất sóng, vừa có tính chất hạt
(21)Lưu ý: Khi bước sóng lớn ánh sáng thể tính chất sóng lớn, cịn bước sóng bé tính chất hạt lớn
QUANG TRỞ VÀ PIN QUANG ĐIỆN 1 Hiện tượng quang dẫn hay tượng quang điện bên trong:
a Khái niệm: Một số chất bán dẫn chất cách điện không chiếu ánh sáng trở thành vật dẫn chiếu ánh sáng thích hợp Hiện tượng điện trở giảm mạnh chất bán dẫn có ánh sáng thích hợp chiếu vào gọi tượng quang dẫn hay tượng quang điện bên
b Giải thích lý dẫn điện: chất bán dẫn hấp thụ photon có electron giải phóng khỏi liên kết với nguyên tử trở thành electron tự để lại lổ “trống” mang điện tích dương Những “lỗ trống” electron đóng vai trị hạt mang điện tự tham gia vào trình dẫn điện Chính xuất electron tự “lổ trống” mà chất bán dẫn trở thành vật dẫn ánh sáng chiếu vào
c Điều kiện xảy tượng quang dẫn: Ứng với chất bán dẫn có bước sóng giới hạn xác định gọi giới hạn quang dẫn Hiện tượng quang dẫn xảy ánh sáng kích thích có bước sóng nhỏ bước sóng giới hạn quang dẫn
Quang trở LDR ( light dependent resistor):
a Cấu tạo: Gồm lớp chất bán dẫn phủ nhựa cách điện gắn với hai điện cực lên lớp bán dẫn b Nguyên tắc hoạt động: nối quang trở với mạch điện:
+ Khi quang trở không tiếp xúc với ánh sáng: Thì cường độ dịng điện mạch không + Khi quang trở chiếu sáng (l £ l0) mạch xuất dịng điện
c Ứng dụng: Xem sách giáo khoa
Pin quang điện: Là nguồn điện biến đổi quang thành điện a Cấu tạo: + Tấm đồng (Cu) đóng vai trị âm cực ( cathode);
+ Lớp đồng ocide (Cu2O) đóng vai trò dương cực (anode);
+ Lớp tiếp xúc Cu - Cu2O:Chỉ cho eletron dịch chuyển từ Cu2O->Cu
b.Nguyên tắc hoạt động: Khi chiếu chùm ánh sáng có bước sóng thích hợp vào lớp Cu2O ánh sáng giải phóng eletron liên kết Cu2O thành electron dẫn Một phần electron khuéch tán sang cực Cu Cực Cu thừa eletron nên nhiễm điện âm Cực Cu2O nhiểm điện dương, hai điện cực pin hình thành suất điện động
Nếu nối hai cực với bắng dây dẫn thơng qua điện kế, ta thấy có dòng điện chạy từ Cu2O sang Cu
Ngồi pin quang điện Cu2O cịn có nhiều loại pin quang điện khác, phổ biến pin quang điện Sêlen
ỨNG DỤNG THUYẾT LƯỢNG TỬ TRONG NGUYÊN TỬ HIDRO I Mẫu nguyên tử Bohr:
Tiên đề 1: Tiên đề trạng thái dừng:
Nguyên tử tồn trạng thái có lượng xác định, gọi trạng thái dừng Ở trạng thái dừng, nguyên tử không xạ lượng
Tiên đề 2: Tiên đề xạ hay hấp thụ lượng:
* Ở trạng thái dừng có mức lượng thấp bền vững, trạng thái dừng có mức lượng cao, nguyên tử có xu hướng chuyển trạng thái có mức lượng thấp
* Khi nguyên tử trạng thái dừng có mức lượng Em chuyển sang chuyển sang trạng thái dừng có mức lượng En thấp (Em> En) nguyên tử phát photon có lượng: = hfmn = Em –En
Khi nguyên tử rạng thái dừng có mức lượng En thấp hấp thụ photon có lượng hfmn hiệu Em – En chuyển sang trạng thái dừng có mức lượng Em
* Hệ quả: Trong trạng thái dừng nguyên tử Electron chuyển động xung quanh hạt nhân theo quỹ đạo có bán kính hồn tồn xác định gọi quỹ đạo dừng
(22)Giải thích: Ở trạng thái bản, hidro có lượng thấp, electron chuuyển động xung quanh quỹ đạo K Khi nguyên tử hidro bị kích thích ( nhận lượng) electron nhảy từ quỹđạo K lên quỹ đạo có mức lượng cao hơn: L,M,N,O,P
Ở trạng thái kích thích khơng bền vững nên electron trở mức lượng có mức lượng thấp phát photon có tần số f =
h E Ecao thap
bước sóng ánh sáng l cf , với ánh sáng đơn sắc có quang phổ có màu sắc xác định tạo thành quang phổ vạch
Quang phổ vạch hidro:
Thực nghiệm cho thấy quang phổ vạch hidro xếp thành dãy xác định tách rời nhau: * Dãy Lyman: Có vạch nằm vùng tử ngoại;
* Dãy Balmer: Gồm vạch, phần nằm vùng tử ngoại, phần nằm vùng khả kiến: Đỏ: Ha ( l=0,6365m); Lam: Hb (l=0,4861m); Chàm: Hf (l =0,4340 m);
Tím: (l =0,4102 m)
* Dãy Paschen: Có vạch nằm vùng hồng ngoại Ghi chú: + Dãy Lyman: P,O,N,M,L K
+ Dãy Balmer: P,O,N,M L + Dãy Paschen: P,O,Nà M
CHƯƠNG VII. VẬT LÝ HẠT NHÂN
CẤU TẠO CỦA HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ Cấu tạo hạt nhân nguyên tử:
* Kích thước: Hạt nhân nguyên tử nằm trung tâm nguyên tử, có bán kính: r »10-14 10-15m << Rngun tử * Cấu tạo hạt nhân: Gồm có nuclon;
+ Proton: Là hạt mang điện tích dương (Z) ; + Notron: Là hạt không mang điện ( N); + Số khối hay khối lượng nguyên tử: A = N + Z Ký hiệu hạt nhân nguyê tử: AX
Z
2.Lực hạt nhân: Là lực liên két nuclon hạt nhân nguyên tử Là loại lực mạnh tất lực giới tự nhiên, có tác dụng khoảng cách hai nuclon nhỏ kích thưo8c1 hạt nhân nguyên tử
Đồng vị: Những nguyên tử có số Z khác số N có vị trí bảng hệ thống tuần hồn ngun tố hố học Mendeleev
* Đặc điểm: + Các đồng vị có tính chất hố học;
+ Hầu hết nguyên tố tự nhiên có từ hai đồng vị trở lên Đơn vị khối lượng nguyên tử (u) :
Đơn vị khối lượng nguyên tử (u ) xác định 12
1
khối lượng nguyên tử đồng vị cacbon phổ biến C
12
6 Vì cịn gọi đơn vị cacbon (đvc)
mp = 1,007276u; mn = 1,008665u; me = 0,000594u Số Avogadro NA số nguyên tử có 12g 12C
6
1u = 12
1
A
N 012 ,
» 1,66055.10-27kg. Trong NA » 6,02.1023: Số Avogadro. Lưu ý: Muốn tính u theo đơn vị 2
c MeV
: Từ hệ thức E = mc2, ta có: m(kg) = (2 )
c J E
Mặt khác: 1eV = 1,6.10-19 (J). Do đó: m(kg) = 19
10 ,
) (
J E
= ( 2 )
(23)Từ phép tính ta có kết quả: 1u = 1,77055.10-27kg = 9,315 c MeV
HIỆN TƯỢNG PHÓNG XẠ I Hiện tượng phóng xạ:
Định nghĩa: Hiện tượng phóng xạ tượng hạt nhân nguyên tử tự động phóng xạ và biến thành hạt nhân khác Những xạ gọi tia phóng xạ, khơng nhìn thấy được, phát chúng chúng có khả làm đen kính ảnh, iơn hố chất, bị lệch điện trường từ trường II Cac loại phóng xạ:
1 Tia alpha (a): Là cùm hạt nhân 24He mang điện tích dương, cịn gọi chùm hạt a
Tính chất: + Lệch âm tụ điện;
+ Vận tốc hạt khoảng 107m.s-, đi khoảng 8cm không khí dừng lại lượng iơn hố chất khí
+ khả đâm xuyên yếu Tia bêta ( b): Có hai loại:
+ Tia b- : Là dịng electron, mang điện tích âm, nên bị lệch phía dương tụ điện,
+ Tia b+ : Là dịng hạt có khối lượng khối lượng electron mang điện tích dương +e nên gọi là pozitron
Tính chất: + Vận tốc gần vận tốc ánh sáng, hàng trăm mét khơng khí + Iơn hố mơi trường khơng khí yếu tia a
+ Có khả đâm xuyên mạnh hạt a
Tia gamma (g) : Là sóng điện từ có bước sóng ngắn (l £ 10-11m)
Tính chất: + Do khơng mang điện nên không bị lệch điện trường từ trường + Có tính đâm xun mạnh, có tính chất tia Roentgen
III Định luật phóng xạ:
Phát biểu định luật: Mỗi chất phóng xạ đặc trưng thời gian T gọi chu kỳ bán rã Cứ sau chu kỳ thí có
2
số nguyên tử chất biến đổi thành chất khác Cơng thức định luật phóng xạ:
N Noe t Nko
2 .
l hay m moe t mko
2 .
l
Với k số phân rã thời gian t; Hệ số l gọi số phóng xạ:
T T
693 , ln
l
Độ phóng xạ: Độ phóng xạ H chất đặc trưng cho tính phóng xạmạnh hay yếu, đo số phân rã giây
Đơn vị: + Bercơren (Bq): Số phân rã giây; + Curie (Ci) 1Ci = 3,7.1010Bq.
N e T H e t
T t N t
H l l
(24)PHẢN ỨNG HẠT NHÂN
1 Định nghĩa:
a Phản ứng hạt nhân: Là tương tác hai hạt nhân dẫn đến biến đổi thành hạt nhân khác, theo sơ đồ: X + Y C + D
b Hiện tượng phóng xạ: Là trường hợp đặc biệt phản ứng hạt nhân
* Trong phản ứng hạt nhân, hạt vế phải hay vế trái hạt sơ cấp electron ( 0e
), proton
(1p
1 ), photon ( g
0 )
Các định luật bảo toàn phản ứng hạt nhân: a Định luật bảo toàn số nuclon ( hay số khối A):
Trong phản ứng hạt nhân, proton chuyển thành nơtron ngược lại, nhưhg tổng chúng tức số nuclon trước sau phản ứng
AX + AY = AC + AD
b Định luật bảo tồn điện tích:
Tổng điện tích hạt nhân hai vế phương trình phản ứng hạt nhân lun ZX + ZY = ZC + ZD
c Bảo toàn lượng toàn phần bảo toàn động lượng:
Vật lý hạt nhân ( vật lý học đại) kết luận hai định luật cho hạt nhân tham gia phản ứng * Chú ý: Trong phản ứng hạt nhân, khối lượng hệ khơng bảo tồn
QUY TẮC DỊCH CHUYỂN PHĨNG XẠ a Phóng xạ alpha (a): AZX AZ42 Ya
Hạt nhân vị trí lùi ô so với hạt nhân mẹ bảng HTTH Mendeleev, có số khối nhỏ 4: a
Rn
Ra 224
86 226
88
b Phóng xạ b+ : AZX ZA1 Y 01e 00g
Trong phóng xạ b+ hạt nhân tiến tới ô so với hạt nhân mẹ bảng HTTH Mendeleev, có số khối với hạt nhân mẹ
Ví dụ: 3015P 3014 Bi 01e 00g
c Phóng xạ b- : AZX ZA1Y 01e 00g
Trong phóng xạ b+ hạt nhân tiến tới ô so với hạt nhân mẹ bảng HTTH Mendeleev, có số khối với hạt nhân mẹ
Ví dụ: 21083Pb 21084Po 01e 00g
d Phóng xạ gamma (g): Sự phóng xạ photon ki hạt nhân trạng th kích thích có mức lượng cao E2 chuyển xuống mức lượng E1 thấp Đồng thời phát photon có tần số xác định hệ thức: hf = E2 – E1 Sự phóng xạ gamma (g) ln kèm theo phóng xạ a,b
PHẢN ỨNG HẠT NHÂN NHÂN TẠO
Phản ứng hạt nhân nhân tạo :
Định nghĩa: Phản ứng hạt nhân nhân tạo xảy người ta dùng hạt nhân nhẹ (4He
2 ) gọi đạn bắn vào
các hạt nhân khác gọi bia
* Phản ứng hạt nhân nhân tạo Rutherford thực vào năm 1919: He N O 1H
1 17
8 14
7
2
* Phản ứng hạt nhân hai ông bà Joliod Curie thực năm 1934: He Al P 1n
0 30 15 27
13
2
Hạt nhân 30P
15 sinh không bền vững tự phóng xạ b+ để trở thành theo phương trình phản ứng: e
Si
P
1 30 14 30
15
30P
(25)Máy gia tốc:
Xiclotron máy gia tốc chế tạo (1932): Gồm có hai hình chữ D đặt chân khơng Có từ trường B vng góc với hộp, lực Lorentz tác dụng lên điện tích gây chuyển động trịn điện tích lịng ống với bán kính: R mvqB Trong m khối lượng hạt, q điện tích hạt v là vận tốc hạt
* Giữa hai hộp chữ D cò hiệu điện xoay chiều có tần số với tần số quay hạt, nên lần qua khe hai hộp D, hạt tăng tốc Do bán kính R tăng, quỹ đạo hạt đường xoắn ốc Ở cuối đường này, động đủ lớn chùm hạt lái để đập vào bia
* Xiclotron tăng tốc hạt proton tới động vài chục MeV Quá giới hạn hiệu ứng tương đối tính đồng hiệu điện xoay chiều quay hạt đi, người ta phải dùng máy gia tốc khác Xincroxiclotron, Xincrophazotron
Ứng dụng đồng vị phóng xạ:
* Các đồng vị phóng xạ dùng làm nguyên tử để đánh dấu dùng nhằm phát chế hoạt động bên thể sinh vật
* Các đồng vị phóng xạ dùng để dị khuyết tật ( xạ gamma g) chi tiết máy, bảo quản thực phẩm, chữa ung thư
* Đồng vị phóng xạ 12C
6 dùng để xác định tuổi Trái Đất
HỆ THỨC EINSTEIN GIỮA NĂNG LƯỢNG VÀ KHỐI LƯỢNG 1 Các tiên đề Einstein:
* Tiên đề 1: Các tượng vật lý xảy hệ quy chiếu quán tính, phương trình biểu diễn tượng vật lý có dạng hệ quy chiếu qn tính
* Tiên đề 2: Vận tốc ánh sáng chân không không đổi với hệ quy chiếu qn tính có giá trị c, không phụ thuộc vào nguồn sáng hay máy thu
Hệ thức Einstein lượng: a Năng lượng nghỉ:
* Ngoài dạng lượng thông thường động năng, năng, thuyết tương đối Einstein nêu giả thiết dạng lượng E quan trọng liên quan mật thiết với khối lượng vật, gọi lượng nghỉ
Năng lượng nghỉ vật có khối lượng m vật xác định biểu thức: E = mc2 Trong đó,ởng.108m/s gọi vận tốc ánh sáng chân không
Theo hệ thức liên hệ lượng nghỉ khối lượng Einstein, 1g chất chứa lượng nghỉ 25.106KWh.
b Sự bảo tồn chuyển hố lượng:
* Năng lượng nghỉ chuyển sang dạng lượng thông thường khác ngược lại, khiến lượng nghỉ vật tăng giảm theo hệ thức Einstein khối lượng không bảo toàn
* Theo thuyết tương đối hẹp Einstein lượng khơng bảo tồn, mà có lượng toàn phần bảo toàn
c Tính khối lượng theo đơn vị lượng:
Theo thuyết tương đối hẹp Einstein, khối lượng tính đơn vị: 2
c eV
Từ ta suy ra: + 1kg = 0,561.1030
2 c MeV
+ 1u = 1,660055.10-27kg = 931,5
(26)ĐỘ HỤT KHỐI NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT Độ hụt khối – Năng lượng liên kết:
a Độ hụt khối:
* Giả sử ban đầu có Z proton N nơtron chưa liên kết với đứng yên, tổng khối lượng ban đầu chúng là:
m0 = Zmp + Nmn, đó, mp, mn khối lượng proton nơtron * Khi liên kết nuclon thành hạt nhân nguyên tử, ta thấy có độ hụt khối : Dm = Z.mp + N.mn – m = m0 – m
* Khái niệm độ hụt khối: Là độ giảm khối lượng hạt nhân (m) so với khối lượng m0 Z proton N nơtron riêng rẽ tạo thành hạt nhân
b Năng lượng liên kết:
* Theo hệ thức Einstein: Năng lượng nghỉ nuclon riêng rẽ E0= mc2 Năng lượng nghỉ hạt nhân E = mc2 < E
0 Vậy nuclon liên kết thành hạt nhân đồng thời toả lượng: DE = (m0 – m)c2 Năng lượng toả dạng động lượng xạ gamma (g)
* Sự hụt khối dẫn đến toả lượng hình thành hạt nhân hồn tồn tự nhiên Bởi vì, phá vỡ hạt nhân thành nuclon riêng rẽ, ta phải tốn lượng để thắng lực liên kết hạt nhân Vì lượng DE = E0 – E = (m0 – m)c2 gọi lượng liên kết
* Lưu ý: Hạt nhân có độ hụt khối lớn bền vững
2 Phản ứng hạt nhân toả lượng phản ứng hạt nhân thu lượng: a Sự khơng bảo tồn khối lượng phản ứng hạt nhân:
Xét phản ứng hạt nhân: A + B C + D
Quan sát thực nghiệm cho biết độ bền cảu hạt nhân không giống nhau, nghĩa tổng độ hụt khối hạt nhân sau phản ứng nhỏ ( lớn hơn) tổng độ hụt khối cảu hạt nhân trước phản ứng Khi ấy, tổng khối lượng hạt nhân sau phản ứng M phải lớn (hoặc nhỏ hơn) tổng khối lượng M0 hạt nhân trước phản ứng, nghĩa khối lượng khơng bảo tồn
b Phản ứng hạt nhân toả lượng:
Là phản ứng hạt nhân hạt sinh có tổng khối lượng bé hạt ban đầu, hạt sinh bền vững
c Phản ứng hạt nhân thu lượng:
Là phản ứng hạt nhân hạt nhân sinh có tổng khối lượng lớn tổng khối lượng hạt nhân ban đầu, hạt nhân bền vững
Hai loại hạt nhân toả lượng: a Phản ứng phân hạch:
(27)CHƯƠNG T Ừ VĨ MÔ ĐẾN VI MÔ
CÁC HẠT SƠ CẤP * Hạt sơ cấp
Các hạt sơ cấp hạt vi mơ có kích thước cở hạt nhân trở xuống khảo sát trình biến đổi chúng, ta tạm thời không xét đến cấu tạo bên chúng
* Tạo hạt sơ cấp mới
Để tạo hạt sơ cấp mới, người ta làm tăng vận tốc số hạt cách dùng máy gia tốc cho chúng bắn vào hạt khác
* Phân loại hạt sơ cấp
Dựa vào độ lớn khối lượng đặc tính tương tác, người ta phân hạt sơ cấp thành loại sau: + Phơtơn: hạt có khối lượng tĩnh
+ Leptơn (các hạt nhẹ): có khối lượng từ đến 200me: nơtrinô, electron, pôzitron, mêzôn + Hađrôn: gồm hai lo?i mêzơn barion
- Mêzôn: có khối lượng 200me nhỏ khối lượng nuclôn g?m hai nhĩm mêzơn (0,+,-) và mêzơn K (K0, K+).
- Barion: hạt có khối lượng lớn khối lượng nuclơn, gồm hai nhóm: nuclôn p, n hipêrôn (^0, 0, +, -: khối lượng lớn khối lượng nuclôn) phản hạt chúng.
* Tính chất hạt sơ cấp
+ Một số hạt sơ cấp bền, cịn đa số khơng bền: chúng tự phân hủy biến thành hạt sơ cấp khác
+ Mỗi hạt sơ cấp có phản hạt tương ứng Phản hạt hạt sơ cấp có khối lượng điện tích trái dấu giá trị tuyệt đối Trường hợp hạt sơ cấp không mang điện phản hạt có mơmen từ độ lớn ngược hướng
* Tương tác hạt sơ cấp
Các hạt sơ cấp ln biến đổi tương tác với Có bốn loại tương tác bản: Tương tác điện từ; tương tác mạnh (tương tác hađrôn); tương tác yếu (tương tác leptôn); tương tác hấp dẫn (tương tác hạt có khối lượng khác 0)
CẤU TẠO VŨ TRỤ * Hệ Mặt Trời
Hệ Mặt Trời gồm Mặt Trời, hành tinh vệ tinh + Mặt Trời:
- Là màu vàng có nhiệt độ bề mặt 60000K, nhiệt độ lòng Mặt Trời lên đến hàng chục triệu độ
- Có bán kính lớn 109 lần bán kính Trái Đất, có khối lượng gấp 333.103 khối lượng Trái Đất Thành phần chủ yếu hiđrô (75%) hêli (23%)
- Năng lượng Mặt Trời có phản ứng nhiệt hạch: phản ứng tổng hợp hạt nhân hiđrô thành hêli
+ Các hành tinh
- Có hành tinh, theo thứ tự từ ngoài: Thủy tinh, Kim tinh, Trái Đất, Hỏa tinh, Mộc tinh, Thổ tinh, Thiên vương tinh Hải vương tinh Chúng chuyển động quanh Mặt Trời theo chiều quay thân Mặt Trời quanh Xung quanh hành tinh có vệ tinh
- Được chia thành hai nhóm: nhóm Trái Đất gồm Thủy tinh, Kim tinh, Trái Đất, Hỏa tinh nhóm Mộc tinh gồm Mộc tinh, Thổ tinh, Thiên vương tinh Hải vương tinh
+ Các tiểu hành tinh: hành tinh có bán kính từ vài km đến vài trăm km, chuyển động quỹ đạo có bán kính từ 2,2 đến 3,6 đvtv (1 đvtv = 150.106km: khoảng cách trung bình từ Trái Đất đến Mặt Trời).
+ Sao chổi: khối khí đóng băng lẫn với đá, đường kính vài km, chuyển động quanh Mặt Trời theo quỹ đạo elip dẹt
+ Thiên thạch: tảng đá chuyển động quanh Mặt Trời * Các thiên hà
+ Mỗi ta nhìn thấy bầu trời ban đêm khối khí nóng sáng Mặt Trời Nhiệt độ lòng lên đến hàng chục triệu độ, xảy phản ứng nhiệt hạch Khối lượng khoảng từ 0,1 đến vài chục lần khối lượng Mặt Trời
(28)Ngoài trạng thái ổn định cịn có trạng thái biến đổi mạnh siêu có độ sáng tăng nhanh kết vụ nổ xảy lòng chúng, kèm theo phóng dịng vật chất mạnh
Có khơng phát sáng, punxa lỗ đen Punxa cấu tạo toàn nơtron Chúng có từ trường mạnh quay nhanh quanh trục Lỗ đen cấu tạo từ nơtron, xếp khít với tạo loại chất có khối lượng riêng lớn, nên hút khối chất lại gần
Ngồi cịn có “đám mây” sáng Đó tinh vân Tinh vân đám bụi khổng lồ rọi sáng ngơi gần đám khí bị ion hóa phóng từ hay siêu
+ Thiên hà hệ thống gồm nhiều loại tinh vân Đa số thiên hà có dạng hình xoắn ốc Đường kính thiên hà khoảng 100.000 năm ánh sáng
+ Ngân Hà: thiên hà có chứa hệ Mặt Trời Thiên Hà có cấu trúc hình xoắn ốc, đường kính khoảng 100.000 năm ánh sáng
+ Các đám thiên hà: tập hợp thiên hà
+ Các quaza: loại cấu trúc mới, nằm thiên hà, phát xạ mạnh cách bất thường sóng vô tuyến tia X Công suất phát xạ quaza lớn đến mức phản ứng nhiệt hạch không đủ cung cấp lượng cho trình phát xạ
* Vũ trụ
Vũ trụ gồm thiên hà đám thiện hà
+ Sự chuyển động quanh tâm: Các thành viên hệ thống chuyển động quanh thiên thể hay khối trung tâm Chuyển động tuân theo định luật vạn vật hấp dẫn định luật Keple