Ngay ở trung tâm thiên hà có một nguồn phát xạ hồng ngoại và cũng là nguồn phát xạ sóng vô tuyến điện ; nguồn này phát ra năng lượng tương đương với độ sáng của chừng 20 triệu ngôi sao n[r]
(1)TÀI LIỆU ƠN TẬP LÍ THUYẾT VÀ CƠNG THỨC LÍ (CB) TNTHPT VÀ ĐẠI HỌC 2011
CHƯƠNG I DAO ĐỘNG CƠ
I DAO ĐỘNG ĐIỀU HỒ 1 Phương trình dao động:
- Định nghĩa: dđđh dđ mô tả định luật dạng cos (hoặc sin), A, , số - Chu kì: T = = = (trong n số dao động vật thực thời gian t)
+ Chu kì T:Là khoảng thời gian để vật thực dđ tồn phần Đơn vị chu kì giây (s) + Tần số f: Là số dđ toàn phần thực giây Đơn vị Héc (Hz)
- Tần số góc: = 2f = ;
- Phương trình dao động: x = Acos(t + )
+ x : Li độ dđ, khoảng cách từ VTCB đến vị trí vật thời điểm t xét (cm)
+ A: Biên độ dđ, li độ cực đại (cm) Đặc trưng cho độ mạnh yếu dđđh Biên độ lớn lượng dđ lớn Năng lượng vật dđđh tỉ lệ với bình phương biên độ
+ : Tần số góc dđ (rad/s) Đặc trưng cho biến thiên nhanh chậm trạng thái dđđh Tần số góc dđ lớn trạng thái dđ biến đổi nhanh
+ : Pha ban đầu dđ (rad) Để xác định trạng thái ban đầu dđ, đại lượng quan trọng tổng hợp dđ + (t + ) : Pha dđ thời điểm t xét
Lưu ý : Trong trình vật dđ li độ biến thiên điều hịa theo hàm số cos (x thay đổi theo thời gian t), các đại lượng A, , số Riêng A, số dương.
2 Vận tốc tức thời: v = x’ = -Asin(t + ) = Acos(t + +/2)
v chiều với chiều chuyển động (vật chuyển động theo chiều dương v>0, theo chiều âm v<0)
3 Gia tốc tức thời: a = v’ = x’’ = -2Acos(t + ) = 2Acos(t + + ) = -2x ;
a hướng vị trí cân bằng
4.Vật VTCB: x = 0; vMax = A; aMin = 0
Vật biên: x = ± A; vMin = 0; aMax = 2A
5.Hệ thức độc lập: A2 x2 ( )v
; a = - 2x
6.Cơ năng: 2
đ
1
W W W
2 t m A
= kA2 = số
Với đ 2 2
1
W sin ( ) Wsin ( )
2mv 2m A t t
W 2 2 2( ) W s (2 )
2
t m x m A cos t co t
7 Chú ý: Khi vật dao động điều hồ có tần số góc , tần số f, chu kỳ T Thì:
- Vận tốc biến thiên điều hòa , f T sớm (nhanh) pha li độ góc /2
- Gia tốc biến thiên điều hòa , f T ngược pha với li độ, sớm pha vận tốc góc /2 - Động biến thiên với tần số góc 2, tần số 2f, chu kỳ T/2
- Công thức đổi sin thành cos ngược lại:
+ Đổi thành cos: -cos = cos( + ) sin = cos( /2) + Đổi thành sin: cos = sin(/2)
-sin = sin( + )
==> v = -Asin(t + ) = Acos(t + + /2) ==> a = -2Acos(t + ) = 2Acos(t + + )
8.Chiều dài quỹ đạo: s = 2A
9.Quãng đường chu kỳ 4A; 1/2 chu kỳ 2A
Quãng đường l/4 chu kỳ vật từ VTCB đến vị trí biên ngược lại A
10 Các bước lập phương trình dao động dao động điều hồ: x = Acos(t + ) - Tìm A : + Từ VTCB kéo vật đoạn x0 bng tay cho dđ A = x0
+ Từ pt: A2 = x2 + A2 = x2 +
(2)A
-A x2 x1
M2 M1
M'1 M'2
O
+ Từ ct : vmax = A ==> A = + A =
+ Tìm : = ; = ; = 2f = .
+ Tìm : Tùy theo đầu Chọn t = lúc vật có li độ x = [ ] , vận tốc v = [ ]
==> ==> = [ ? ]
Lưu ý: + Vật chuyển động theo chiều dương v > 0, ngược lại v < + Có thể xđ cách vẽ đường tròn lượng giác đk ban đầu
11 Khoảng thời gian ngắn để vật từ vị trí có li độ x1 đến x2
- Sử dụng mối liên hệ dao động điều hoà chuyển đường trịn
- Dựa vào cơng thức cđ tròn đều: = .t
==> t T
2
- Chú ý: góc quét bk nối vật cđ khoảng tgian t ta phải xđ tọa độ đầu x1 tương ứng góc 1 tọa độ cuối x2 tương ứng góc 2
12 Quãng đường vật từ thời điểm t1 đến t2
- Số lần vật dao động khoảng thời gian t:
0
t
n
T
==> t = 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
- Lưu 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 tốn cách sử dụng mối liên hệ dao động điều hoà chuyển động tròn sẽ đơn giản
+ Tốc độ trung bình vật từ thời điểm t1 đến t2:
2
tb
S v
t t
với S quãng đường tính
13 Bài tốn tính qng đường lớn nhỏ vật 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
và nhỏ gần vị trí biên
- Sử dụng mối liên hệ dao động điều hoà chuyển động trịn Góc qt = t
- Quãng đường lớn vật từ M1 đến M2 đối xứng
qua trục sin (hình 1)
max 2Asin
2
S
- Quãng đường nhỏ vật từ M1 đến M2 đối xứng qua trục cos (hình 2)
2 (1 os )
min
S A c
- Lưu ý: Trong trường hợp t > T/2
Tách '
2
T
t n t
*;0 '
T n N t
+ Trong thời gian
T
n quãng đường 2nA
+ Trong thời gian t’ qng đường lớn nhất, nhỏ tính + Tốc độ trung bình lớn nhỏ khoảng thời gian t:
max ax
tb m
S v
t
min tb min
S v
t với Smax; Smin tính
14 Bài toán xđ li độ, vận tốc dđ sau (trước) thời điểm t khoảng t * Xác định góc quét khoảng thời gian t : .t
* Từ vị trí ban đầu (OM1) qt bán kính góc lùi (tiến) góc , từ xác định M2 chiếu lên Ox xác
định x
A
-A
M
M2 1
O P
x O x
2
1 M
M
-A A
P2 P1
P
2
A x x1
-A
(3)* Cách khác: ADCT lượng giác: Cos( ) = -Cos; Cos( + /2) = -Sin; Sin = 1 Cos2
; Cos(a + b) = Cosa.Cosb – Sina.Sinb để giải
15 Bài toán xđ thời điểm vật qua vị trí x biết (hoặc v, a, Wt, Wđ, F) lần thứ n
* Xác định M0 dựa vào pha ban đầu
* Xác định M dựa vào x (hoặc v, a, Wt, Wđ, F)
* Áp dụng công thức
t (với M0OM )
Lưu ý: Đề thường cho giá trị n nhỏ, cịn n lớn tìm quy luật để suy nghiệm thứ n
16 Dao động có phương 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 - Tọa độ vị trí cân x = a, tọa độ vị trí biên x = a A
- Vận tốc v = x’ = x0’, gia tốc a = v’ = x” = x0”
- Hệ thức độc lập: a = -2x
0 ; 02 ( )2 v
A x
* x = a Acos2(t + ) (ta hạ bậc)
- Biên độ A/2; tần số góc 2, pha ban đầu 2
II CON LẮC LỊ XO 1.Tần số góc: k g
m l
; chu kỳ:
2 m l
T
k g
; 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:W 2 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 lò 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 A =lmax- lmin
2
+ Khi A >l (Với Ox hướng 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,
Lưu ý: Trong dao động (một chu kỳ) lò xo nén lần giãn lần
4 Lực kéo hay lực hồi phục
- Đặc điểm: * Là lực gây dao động điều hòa cho vật * Luôn hướng VTCB
* Biến thiên điều hoà tần số với li độ - Lực làm vật dđđh lực hồi phục: Fhp= -kx = -m2x
===> Fhp max = kA = m2A là lúc vật qua vị trí biên
Fhp = lúc vật qua VTCB
x A
-A
l
Nén 0 Giãn
Hình vẽ thể thời gian lị xo nén giãn chu kỳ
l
giãn O
x A -A
nén l
giãn O
x A -A
(4)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) * Với lắc lò xo thẳng đứng:
+ 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 Lưu ý:
- Trong dao động (một chu kỳ) lò xo nén lần giãn lần - Vật dđđh đổi chiều chuyển động lực hồi phục đạt giá trị lớn - Thế vật dđđh động
2
A
x
7. Một lị xo có độ cứng k, chiều dài l cắt thành lò xo có độ cứng k1, k2, … chiều dài tương ứng l1, l2, … có: kl = k1l1 = k2l2 = …
8.Ghép lò xo: * Nối tiếp
1
1 1
k k k treo vật khối lượng thì: T2 = T12 + T22
* Song song: k = k1 + k2 + … treo vật khối lượng thì: 2
1
1 1
T T T
9. 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 2
3
T T T và T42 T12 T22
10.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 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*
III CON LẮC ĐƠN 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
- Chu kì dđ lắc đơn phụ thuộc vào độ cao, vĩ độ địa lí nhiệt độ mơi trường Vì gia tốc rơi tự g phụ thuộc vào độ cao so với mặt đất vĩ độ địa lí, cịn chiều dài lắc l phụ thuộc vào nhiệt độ
+ Khi đưa lắc lên cao gia tốc rơi tự giảm nên chu kì tăng Chu kì tỉ lệ nghịch với bậc hai gia tốc + Khi nhiệt độ tăng, chiều dài lắc tăng nên chu kì tăng Chu kì tỉ lệ thuận với bậc hai chiều dài lắc.
+ Chu kì lắc độ cao h so với mặt đất: 'T T R h R
+ Chu kì lắc nhiệt độ t’ so với nhiệt độ t: ' '
t
T T
t
(5)==> Thời gian nhanh chậm t giây: ' '
T T t t
T
2 Lực hồi phục :F mgsin mg mgs m s2 l
Lưu ý: + Với lắc đơn lực hồi phục tỉ lệ thuận với khối lượng
+ Với lắc lò xo lực hồi phục khơng 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 + )
a = v’ = -2S
0cos(t + ) = -2lα0cos(t + ) = -2s = -2αl - Lưu 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 2
0 2
v v
l gl
5.Cơ năng: 2 2 2
0 0
1 1
W
2 2
m S mgS mgl m l
l = số
- Cơ năng: W = Wt + Wđ
+ Thế năng: Wt = mgh = mgl (1 - cos) ( mgl
2
, nếu nhỏ) + Động : Wđ =
- vị trí biên : W = Wtmax = mgh0 với h0 = l (1 - cos0)
- VTCB : W = Wđmax = với v0 vận tốc cực đại
- vị trí : W = mgl (1 - cos) + - Vận tốc lắc qua VTCB : v0 =
- Vận tốc lắc qua vị trí có góc lệch : v =
- Lực căng dây : T = + mgcos T = mg(3cosα – 2cosα0)
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 2 2 3 1 2
T = T + T 2 2 2 4 1 2
T = T - T
7 Con lắc đơn có chu kỳ T độ cao h1, nhiệt độ t1 Khi đưa tới độ cao h2, nhiệt độ t2 ta có:
2
T h t
T R
Với R = 6400km bán kính Trái Đât, cịn hệ số nở dài lắc
8 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 > 0 đồng hồ chạy chậm (đồng hồ đếm giây sử dụng lắc đơn) * Nếu T < 0 đồng hồ chạy nhanh
* Nếu T = đồng hồ chạy
* Thời gian chạy sai ngày (24h = 86400s): θ = ΔT 86400(s) T
Công thức tính gần thay đổi chu kỳ tổng quát lắc đơn (chú ý áp dụng cho sự thay đổicác yếu tố nhỏ):
0
cao sâu
h h
ΔT αΔt Δg Δl
= + + - +
T' 2 R 2R 2g 2L
9 Khi lắc đơn chịu thêm tác dụng lực phụ không đổi:
- Lực phụ không đổi thường là:
* Lực quán tính: Fma , độ lớn F = ma ( F a
)
(6)* Lực điện trường: F qE, độ lớn F = qE (Nếu q > F E; q < F E)
* 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 trọng lực biểu kiến (có vai trị trọng lực P ) 'g g F
m
gọi gia tốc trọng trường hiệu dụng hay gia tốc trọng trường biểu kiến
Chu kỳ dao động lắc đơn đó: T' = 2π l g' - Các trường hợp đặc biệt:
* F có phương ngang: + Tại VTCB dây treo lệch với phương thẳng đứng góc có: tan F
P
+ g' g2 ( )F
m
* F có phương thẳng đứng 'g g F m
+ Nếu F hướng xuống 'g g F
m
+ Nếu F hướng lên 'g g F
m
IV TỔNG HỢP DAO ĐỘNG
1.Tổng hợp hai dao động điều hoà phương tần số x1 = A1cos(t + 1) x2 = A2cos(t + 2)
một dao động điều hoà phương tần số x = Acos(t + ) Với: - Biên độ dđ tổng hợp : A2 = A
12 + A22 + 2A1A2cos(2 - 1)
- Pha ban đầu dđ tổng hợp: tg =
+ Khi dđ pha: = 2k ==> A = A1 + A2
+ Khi dđ ngược pha: = (2k + 1) ==> A = 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 cịn lại x2 = A2cos(t + 2)
Trong đó: 2
2 os( 1)
A A A AA c ; 1
1
sin sin
tan
os os
A A
Ac A c
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 AcosA c1 os1A c2 os2 Ay Asin A1sin1A2sin2
2
x y
A A A
tan y
x
A A
với [Min;Max]
V DAO ĐỘNG TẮT DẦN – DAO ĐỘNG CƯỠNG BỨC - CỘNG HƯỞNG 1 Lí thuyết chung:
- Dđ tắt dần dđ có biên độ giảm dần theo thời gian Nguyên nhân ma sát, lực cản môi trường - Dđ cưỡng dđ chịu tác dụng lực cưỡng tuần hoàn Biên độ dđ cưỡng bức phụ thuộc vào A và f lực cưỡng bức.
- Dđ trì dđ trì cách giữ cho biên độ không đổi mà không làm thay đổi chu kì dđ riêng
- Dđ riêng dđ với biên độ tần số riêng (f0) khơng
đổi, phụ thuộc vào đặc tính hệ dđ
- Hiện tượng cộng hưởng tượng biên độ dđ cưỡng tăng đến giá trị cực đại tần số (f) lực
x
t
(7)cưỡng tần số dđ riêng (f0) hệ dđ Hiện tượng cộng hưởng rõ nét lực cản, lực ma sát của môi trường nhỏ.
==> Hiện tượng cộng hưởng xảy khi: f = f0 hay = 0 hay T = T0
Với f, , T f0, 0, T0 tần số, tần số góc, chu kỳ lực cưỡng hệ dao động
2 Một lắc dao động tắt dần với biên độ A, hệ số ma sát µ
a Dao đợng tắt dần của lắc lò xo:
- Gọi Slà quãng đờng đợc kể từ lúc chuyển động dừng hẳn Cơ ban đầu tổng cơng
lực ma sát tồn qng đờng đó, tức là:
2
1 2 kA
kA = Fms.S S =
2 2Fms
- Quãng đường vật đến lúc dừng lại là:
2 2
2 2
ms
kA kA A
S
F 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 hồn với chu kỳ T 2
)
b Dao động tắt dần của lắc đơn:
+ Suy ra, độ giảm biên độ dài sau chu kì: ΔS =4Fms 2 mω
+ Số dao động thực đợc:
S S N
+ Thời gian kể từ lúc chuyển động dừng hẳn: τ = N.T = N.2π l g
+ Gọi Slà quãng đờng đợc kể từ lúc chuyển động dừng hẳn Cơ ban đầu tổng công lực ma sát tồn qng đờng đó, tức là: 1mω S = F2 20 ms.S S = ?
2
CHƯƠNG II SÓNG CƠ VÀ SÓNG ÂM
I SÓNG CƠ HỌC 1 Các khái niệm:
- Sóng lan truyền dđ môi trường vật chất (không truyền chân khơng) Khi sóng truyền có pha dđ truyền phần tử vật chất dđ xung quanh VTCB cố định
- Sóng dọc sóng có phương dao động song song trùng với phương truyền sóng Sóng dọc truyền chất khí, lỏng, rắn
- Sóng ngang sóng có phương dđ vng góc với phương truyền sóng Sóng ngang truyền bề mặt chất rắn mặt nước
2 Phương trình sóng:
- Tại điểm O: u0 = acos(t + )
- Tại điểm M1 : uM1 = acos[(t - ) + ] = acos[2 d t
T
+ ] = acos(t + -
1
2 d )
- Tại điểm M2 : uM2 = acos(t + +
2 d )
với u : li độ sóng; a: biên độ sóng ; : tần số góc
với: d1 k/c từ nguồn phát sóng đến điểm M1; thời gian để sóng truyền từ đến M
- Bước sóng : v = ==> = vT =
(8)d1
0 N
N d
d2
M bước sóng (m); T chu kì dao động sóng (s) ; f tần số dđ sóng (Hz)
- Gọi k/c điểm M N phương truyền sóng d, k/c từ điểm đến nguồn sóng d1,
d2 Ta có: d = d1 – d2
- Gọi độ lệch pha điểm M N phương truyền sóng , độ lệch pha : = - Vậy điểm M N phương truyền sóng sẽ:
+ dao động cùng pha khi: d = k với k = 0, ±1, ±2 + dao động ngược pha khi: d = (2k + 1)
+ dao động vuông pha khi: d = (2k + 1) Lưu ý: Đơn vị x, x1, x2, v phải tương ứng với nhau
Trong tượng truyền sóng sợi dây, dây kích thích dao động bởi nam châm điện với tần số dịng điện f tần số dao động dây 2f.
II SÓNG DỪNG 1 Một số ý
- Sóng dừng giao thoa sóng tới sóng phản xạ, sóng tới sóng phản xạ truyền theo phương Khi sóng tới sóng phản xạ sóng kết hợp giao thoa tạo sóng dừng
- Đầu cố định đầu dao động nhỏ nút sóng - Đầu tự bụng sóng
- Hai điểm đối xứng với qua nút sóng dao động ngược pha - Hai điểm đối xứng với qua bụng sóng ln dao động pha
- Các điểm dây dao động với biên độ không đổi lượng không truyền - Khoảng thời gian hai lần sợi dây căng ngang (các phần tử qua VTCB) nửa chu kỳ
- Khoảng cách hai bụng sóng liền kề λ/2 Khoảng cách hai nút sóng liền kề λ/2 Khoảng cách bụng sóng nút sóng liền kề λ/4
- Bề rộng bụng sóng = 2.A = 2.2a = 4.a
2 Điều kiện để có sóng dừng sợi dây dài l:
- Hai đầu nút sóng: ( *)
2
l k k N
Số bụng sóng = số bó sóng (múi) = k ; Số nút sóng = k + - Một đầu nút sóng cịn đầu bụng sóng: (2 1) ( )
4
l k kN
Số bó (múi) sóng nguyên = k = số bụng sóng trừ ; Số bụng sóng = số nút sóng = k +
2 Phương trình sóng dừng:
- Pt sóng điểm M dây có đầu cố định, d k/c từ M đến đầu cố định, l k/c từ nguồn (dđ với biên độ nhỏ, coi nút) đến điểm cố định: M
2πd π 2πl π u = 2aCos( - )Cos(ωt - + )
λ 2 λ 2
- Pt sóng M dây có đầu cố định đầu tự do, d k/c từ M đến đầu tự do, l k/c từ nguồn (dđ với biên độ nhỏ, coi nút) đến đầu tự do: M
2πd 2πl
u = 2aCos( )Cos(ωt - )
λ λ
III GIAO THOA SÓNG
- Hiện tượng giao thoa sóng tổng hợp hay nhiều sóng kết hợp khơng gian, có chỗ biên độ sóng tăng cường (cực đại giao thoa) triệt tiêu (cực tiểu giao thoa), tuỳ thuộc vào hiệu đường chúng
- Điều kiện xảy tượng giao thoa hai sóng phải hai sóng kết hợp
- Hai sóng kết hợp hai sóng gây hai nguồn có tần số, pha lệch pha góc khơng đổi
- Vị trí điểm dao động với biên độ cực đại : d2 – d1 = kλ
Vị trí điểm dao động với biên độ cực tiểu: d2 – d1 = (2k + 1)λ/2
- Giao thoa hai sóng phát từ hai nguồn sóng kết hợp S1, S2 cách khoảng l:
+ Xét điểm M cách hai nguồn d1, d2
+ Phương trình sóng nguồn u1Acos(2 ft1) ; u2Acos(2 ft2)
(9)1 1M Acos(2 1)
d
u ft
2 2M Acos(2 2)
d
u ft
+ Phương trình giao thoa sóng M: uM = u1M + u2M
==> 2 os os 2 2
2
M
d d d d
u Ac c ft
+ Biên độ dao động M: 2 os
M
d d
A A c
- Chú ý: * Số cực đại, tính nguồn: + (k Z)
2
l k l
* Số cực tiểu, tính nguồn: - - +l 1Δφ kl Δφ- + (k Z)
λ 2 2π λ 2 2π
1 Hai nguồn dao động pha ( 12 0):
- Điểm dao động cực đại: d2 – d1 = k (kZ)
Số đường số điểm (tính cả hai nguồn): l k l
- Điểm dao động cực tiểu (không dao động): d2 – d1 = (2k+1)
2
(kZ) Số đường số điểm (tính cả hai nguồn): 1
2
l k l
2 Hai nguồn dao động ngược pha:(1 2 )
- Điểm dao động cực đại: d2 – d1 = (2k+1)
2
(kZ)
Số đường số điểm (tính cả hai nguồn): 1
2
l k l
- Điểm dao động cực tiểu (không dao động): d2 – d1 = k (kZ)
Số đường số điểm (tính cả hai nguồn): l k l
3 Chú ý: Với tốn tìm số đường dao động cực đại khơng dao động (cực tiểu) hai điểm M, N cách hai nguồn d1M, d2M, d1N, d2N Đặt dM = d1M - d2M ; dN = d1N - d2N giả sử dM < dN
+ Hai nguồn dao động pha: Cực đại: dM < k < dN
Cực tiểu: dM < (k+0,5) < dN
+ Hai nguồn dao động ngược pha:
Cực đại:dM < (k+0,5) < dN
Cực tiểu: dM < k < dN
==> Số giá trị nguyên k thoả mãn biểu thức số đường cần tìm.
IV SĨNG ÂM
- Sóng âm sóng truyền mơi trường rắn lỏng khí Nguồn âm vật dao động
- Sóng âm (gây cảm giác âm tai người) sóng học có tần số khoảng từ 16 Hz đến 20000 Hz < 16 Hz sóng hạ âm, > 20000 Hz sóng siêu âm Sóng âm truyền mơi trường rắn lỏng khí, khơng truyền chân không
- Vận tốc truyền âm phụ thuộc vào tính đàn hồi, mật độ nhiệt độ mơi trường vrắn > vlỏng > vkhí
- Khi sóng âm truyền từ mơi trường sang mơi trường khác vận tốc bước sóng thay đổi Nhưng tần số chu kì sóng khơng đổi
-Ngưỡng nghe: giá trị cực tiểu cường độ âm để gây cảm giác âm tai người Ngưỡng nghe thay đổi theo tần số âm
- Ngưỡng đau: giá trị cực đại cường độ âm mà tai người chịu đựng (thông thường ngưỡng đau ứng với mức cường độ âm 130db)
(10)- Tính chất vật lí của âm tần số âm, cường độ âm mức cường độ âm đồ thị dao động của âm. + Cường độ âm: I=W P=
tS S (W/m
2)
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-nguồn âm nguồn âm điểm- thì S diện tích mặt cầu, với S=4πR2)
P = W/t = I.S ==> Công suất âm nguồn = lượng lượng mà âm truyền qua diện tích mặt cầu đơn vị thời gian: P0 = W0 = I.S = I.4πR2
Nếu nguồn âm điểm phát âm qua điểm A B, thì:
2
A B A A
A B A B
A B B B
P P I R
I ; I P P
4 R R I R
+ Mức cường độ âm:
0 ( ) lg I
L B I
Hoặc
0 ( ) 10.lg I
L dB
I
Với I0 = 10-12 W/m2 ở f = 1000Hz: cường độ âm chuẩn
Khi giải thường áp dụng t/c lơgarít: loga (M.N) = logaM + logaN: loga (M/N) = logaM – logaN
- Tính chất sinh lí của âm đợ cao (gắn liền với tần số), độ to (gắn liền với mức cường độ âm) âm sắc (gắn liền với đồ thị dao động của âm).
- Tần số đàn phát ra (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 ra (một đầu bịt kín, đầu để hở đầu nút sóng, đầu bụng sóng): (2 1) ( k N)
4
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)…
CHƯƠNG III DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU
1 Cách tạo dđxc: Cho khung dây dẫn diện tích S, có N vịng dây, quay với tần số góc từ trường B (B trục quay) Thì mạch có dđ biến thiên điều hịa với tần số góc gọi dđxc
Lưu ý: Khi khung dây quay vịng (một chu kì) dịng điện chạy khung đổi chiều lần. a,Từ thông qua khung: = NBScos(t + )
Hiện tượng cảm ứng điện từ: Là tượng có sự biến thiên từ thơng qua khung dây kín trong khung xuất suất điện động cảm ứng để sinh dđ cảm ứng:
e = -’t = NBSsin(t + ) = NBScos(t + - /2) = E0 cos(t + - /2)
b, Biểu thức điện áp tức thời dòng điện tức thời:
u = U0cos(t + u) i = I0cos(t + i)
Trong đó: i giá trị cường độ dđ thời điểm t; I0 > giá trị cực đại i; > tần số góc; (t + i)
pha i thời điểm t; i pha ban đầu dđ
u giá trị điện áp thời điểm t; U0 > giá trị cực đại u; > tần số góc; (t + u) pha
u thời điểm t; u pha ban đầu điện áp
Với = u – i độ lệch pha u so với i, có
2
c, Các giá trị hiệu dụng:
- Cường độ hiệu dụng dđxc đại lượng có giá trị cường độ dđ không đổi, cho qua điện trở R, khoảng thời gian cơng suất tiêu thụ R dđ khơng đổi cơng suất tiêu thụ trung bình R dđxc nói
(11)- Giá trị hiệu dụng giá trị cực đại đại lượng chia cho ; ;
2 2
U I E
U I E
2 Một số ý:
- Dòng điện xoay chiều i = I0cos(2ft + i)
* Mỗi giây dòng điện đổi chiều 2f lần
* Nếu pha ban đầu i =
2
i =
2
giây đổi chiều 2f-1 lần
- Công thức tính thời gian đèn huỳnh quang sáng chu kỳ:
Khi đặt điện áp u = U0cos(t + u) vào hai đầu bóng đèn, biết đèn sáng lên u ≥ U1
t
Với
0
os U
c
U
, (0 < < /2) (t: thời gian đèn sáng chu kì) - C// = C1 + C2; Cnt = (C1C2) : (C1 + C2); L// = (L1L2) : (L1 + L2); Lnt = L1 + L2
3 Dòng điện xoay chiều đoạn mạch R,L,C
- Đoạn mạch có điện trở R: uR pha với i, = u – i = 0, I U R
0 U I
R
Lưu ý: Điện trở R cho dòng điện khơng đổi qua có I U
R
- Đoạn mạch có cuộn cảm L: uL nhanh pha i /2, = u – i = /2
L
U I
Z
0
L
U I
Z
với ZL = L cảm kháng Lưu ý: Cuộn cảm L cho dịng điện khơng đổi qua (không cản trở). - Đoạn mạch có tụ điện C: uC chậm pha i /2, = u – i = -/2
C
U I
Z
0
C
U I
Z
với ZC
C
dung kháng Lưu ý: Tụ điện C khơng cho dịng điện khơng đổi qua (cản trở hồn tồn).
- Đoạn mạch RLC khơng phân nhánh
2 2 2
0 0
; ( L C) R ( L C) R ( L C)
U
I Z R Z Z U U U U U U U U
Z
tan ZL ZC; sin ZL ZC ; cos R
R Z Z
với
2
+ Khi ZL > ZC hay
1
LC
> u nhanh pha i , mạch có tính cảm kháng.
+ Khi ZL < ZC hay
1
LC
< u chậm pha i , mạch có tính dung kháng. + Khi ZL = ZC hay
1
LC
= u pha với i Lúc Max
U I =
R gọi tượng cộng hưởng dòng điện
- Nếu đoạn mạch khơng có đủ phần tử R, L, C số hạng tương ứng với phần tử thiếu cơng thức ĐL Ơm có giá trị khơng
- Nếu mạch có cuộn dây với hệ số tự cảm L điện trở (điện trở hoạt đơng) cuộn dây tương đương mạch gồm L nt R
4 Công suất tiêu thụ đoạn mạch RLC:
- Công suất tức thời: P = UIcos + UIcos(2t + )
- Cơng suất trung bình (cơng suất tiêu thụ): P = UIcos = I2R.
- Công suất tỏa nhiệt: PR = RI2
(12)- Công suất tiêu thụ đoạn mạch phụ phuộc vào giá trị cos, nên để sử dụng có hiệu điện tiêu thụ phải tăng hệ số công suất (nghĩa nhỏ) Bằng cách mắc thêm mạch tụ điện có điện dung lớn Qui định sở sử dụng điện cos 0,85
- Chú ý: + với mạch LC cos = , mạch không tiêu thụ điện! P =
+ Điện tiêu thụ: A = P.t với A tính J, P tính W, t tính s + ĐK để có cộng hưởng điện: ZL ZC L
C LC
+ Khi có cộng hưởng điện thì:
. dđ đạt cực đại Imax = công suất tiêu thụ đạt cực đại Pmax =
. u pha với i: = 0, u = i; U = UR ; UL = UC; cos = = ==> R = Z
5 Máy phát điện xoay chiều pha:
- Hoạt động dựa tượng cảm ứng điện từ, biến thành điện
- Cấu tạo gồm phận : + Bộ phận tạo từ trường gọi phần cảm : Là nam châm + Bộ phận tạo dòng điện gọi phần ứng: Là khung dây
+ Bộ phận đưa dđ ngồi gọi bộ góp: Gồm vành khuyên chổi quét - Trong máy phát điện: Rôto phần cảm ; Stato phần ứng.
- Trong máy phát điện công suất nhỏ(không trình bày chương trình phổ thơng): Rơto (bộ phận chuyển động) phần ứng ;
Stato (bộ phận đứng yên) phần cảm
- Tấn số dòng điện máy phát phát : f = .Với p số cặp cực, n số vòng quay rôto/phút = np Với p số cặp cực, n số vịng quay rơto/giây - Từ thông gửi qua khung dây máy phát điện = NBScos(t +) = 0cos(t + )
Với 0 = NBS từ thông cực đại, N số vòng dây, B cảm ứng từ từ trường, S diện tích vịng
dây, = 2f
- Suất điện động khung dây: e = - ’ = NBSsin(t +) = NSBcos(t + -
) = E0cos(t + -
2
)
Với E0 = NSB suất điện động cực đại
6 Máy phát điện xoay chiều ba pha:
- Máy phát điện xc ba pha máy tạo ba sđđ xc hình sin tần số, biên độ lệch góc - Cấu tạo: Phần ứng ba cuộn dây giống gắn cố định đường tròn tâm ba vị trí đối xứng, đặt lệch góc 1200 Phần cảm nc quay quanh trục với tốc độ góc khơng đổi.
- Hoạt động dựa tượng cảm ứng điện từ, biến thành điện Khi nam châm quay từ thông qua cuộn dây ba hàm số sin thời gian, tần số góc , biên độ lệch 1200 Kết quả
trong ba cuộn dây xuất ba sđđ xc cảm ứng biên độ, tần số lệch pha góc 1200.
(Lưu ý: dịng điện ở cuộn dây đạt cực đại I0 dịng điện cuộn cịn lại = 0,5I0)
- 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
1
2
3
os( )
os( )
3
os( )
3
e E c t
e E c t
e E c t
trong trường hợp tải đối xứng
1
2
3
os( )
os( )
3
os( )
3
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
7 Máy biến áp:
- Hoạt động: Dựa tượng cảm ứng điện từ
(13) Cuộn dây sơ cấp D1 có hai đầu nối với nguồn điện có N1 vịng
Cuộn dây thứ cấp D2 có hai đầu nối với tải tiêu thụ có N2 vịng
Tác dụng hai cuộn dây dẫn điện
- Tác dụng MBA: biến đổi điện áp dđxc mà giữ ngun tần số MBA khơng có tác dụng biến đổi lượng (công)
- Công thức máy biến áp: 1
2 2
U E I N
k
U E I N
Nếu k > 1: N1 > N2 <==> U1 > U2 : MBA hạ áp
Nếu k < 1: N1 < N2 <==> U1 < U2 : MBA tăng áp
- Chú ý: MBA tăng điện áp lần làm giảm dđ nhiêu lần ngược lại
- Hiệu suất MBA: H = =
- Ứng dụng MBA: Trong truyền tải sử dụng điện
Ví dụ: Chỉ cần tăng điện áp đầu đường dây tải điện lên 10 lần giảm hao phí 102 = 100 lần.
8 Cơng suất hao phí trình truyền tải điện năng:
2
2
dây dây
đi
P
P R I R
(U cos )
- Trong đó: P: công suất truyền nơi cung cấp; U: điện áp nơi cung cấp; cos: hệ số công suất dây tải điện (thông thường cos = 1); d
l R
S
điện trở tổng cộng dây tải điện (lưu ý: dẫn điện dây) - Độ giảm điện áp đường dây tải điện: U = RdI
- Hiệu suất tải điện: đênđi
đi
P P P
H
P P
9 Động không đồng ba pha:
- Hoạt động : Dựa tượng cảm ứng điện từ từ trường quay - Cấu tạo: Gồm hai phận là:
Rơto (phần cảm): Là khung dây quay tác dụng từ trường quay
Stato (phần ứng): Gồn cuộn dây giống hệt đặt vị trí nằm vòng tròn cho trục cuộn dây đồng qui tâm vòng tròn hợp góc 1200.
- Khi cho dđxc pha vào cuộn dây từ trường tổng hợp cuộn dây tạo tâm từ trường quay
B = 1,5B0 với B từ trường tổng hợp tâm 0, B0 từ trường cuộn dây tạo Từ trường quay sẽ tác
dụng vào khung dây khung quay với tốc độ nhỏ tốc độ quay từ trường Chuyển động quay rôto (khung dây) sử dụng làm quay máy khác
(Lưu ý: dòng điện ở cuộn dây đạt cực đại I0 dịng điện cuộn lại = 0,5I0) - Ưu điểm: + Cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo
+ Sử dụng tiện lợi, không cần vành khuyên chổi quát + Có thể thay đổi chiều quay dễ dàng
10 Đoạn mạch có L, C, R, thay đổi:
a, Đoạn mạch RLC có R thay đổi
- Khi thay đổi R để Pmax, từ pt: P = RI2 = = (1) Pmax
Để theo bất đẳng thức cosi ==> R = R = ZL – ZC
Pmax R = ZL – ZC (2)
Lúc từ (1) (2) ta có : Pmax = =
L C
2
U
2Ζ - Ζ ; cos = =
- Khi R = R1 R = R2 P có giá trị ta có R1 R2 thỏa mãn pt bậc 2: PR2 - U2R + P(ZL-ZC)2 =
==> R1 + R2 = U2/P ; R1R2 = (ZL – ZC)2.
b, Đoạn mạch RLC có L thay đổi:
* Khi ZL = ZC hay
1
L C
IMax URmax; PMax cịn ULCMin
* Khi
2
C L
C
R Z
Z
Z
2
ax
C LM
U R Z
U
R
(14)* 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
2 R RLM C C U U
R Z Z
c Đoạn mạch RLC có C thay đổi:
* Khi ZL = ZC hay C 12 L
IMax URmax; PMax cịn ULCMin
* Khi 2 L C L R Z Z Z
2
ax
L CM
U R Z
U
R
* 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 C = C1 C = C2 cơng suất P có giá trị thì: ZC1ZC2 2.ZL
* Khi 2 L L C
Z R Z
Z ax 2 2
2 R RCM L L U U
R Z Z
d Đoạn mạch RLC có thay đổi: * Khi ZL = ZC hay
1
LC
IMax URmax; PMax ULCMin
* Khi
1
2
C L R
C
ax 2
2 LM
U L U
R LC R C
* Khi
2
L R
L C
ax 2 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
11.Hai đoạn mạch AM gồm R1L1C1 nối tiếp đoạn mạch MB gồm R2L2C2 nối tiếp mắc nối tiếp với có
UAB = UAM + UMB uAB; uAM uMBcùng pha tanuAB = tanuAM = tanuMB
12.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
CHƯƠNG IV DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ
1 Kiến thức chung:
- Mạch dao động mạch điện gồm cuộn cảm có độ tự cảm L mắc nối tiếp với tụ điện có điện dung C thành mạch điện kín
- Nếu điện trở mạch nhỏ, coi khơng, mạch mạch ao động lí tưởng
- Tụ điện có nhiệm vụ tích điện cho mạch, sau phóng điện qua lại mạch nhiều lần tạo dđxc mạch
- Khi mạch có dao động điện từ với các tính chất :
+ Năng lượng mạch dđ gồm có lượng điện trường tập trung tụ điện lượng từ trường tập trung cuộn cảm
(15)- Dao động điện từ tự do: Sự biến thiên điều hồ theo thời gian điện tích q cường độ dòng điện i (hoặc cường độ điện trường E cảm ứng từ B) mạch dao động gọi dao động điện từ tự
- Khi từ trường biến thiên theo thời gian sinh điện trường xốy (là điện trường mà đường sức bao quanh đường cảm ứng từ) Ngược lại điện trường biến thiên theo thời gian sinh từ trường xoáy (là từ trường mà đường cảm ứng từ bao quanh đường sức điện trường)
- Dòng điện qua cuộn dây dđ dẫn, dđ qua tụ điện dđ dịch (là biến thiên điện trường tụ) - Điện trường từ trường mặt thể khác loại trường điện từ trường
- Sóng điện từ lan truyền không gian điện từ trường biến thiên tuần hồn theo thời gian Sóng điện từ sóng ngang có thành phần thành phần điện E thành phần từ B vuông góc với vng góc với phương truyền sóng Các vectơ E, B,v lập thành tam diện thuận (xoay đinh ốc để vectơ E trùng vectơ B chiều tiến đinh ốc trùng với chiều vectơ v)
- Sóng điện từcó t/c sóng học (phản xạ, giao thoa, tạo sóng dừng ), ngồi cịn truyền chân khơng
- Để phát sóng điện từ người ta mắc phối hợp máy phát dao động điều hoà với ăngten (là mạch dđ hở) - Để thu sóng điện từ người ta mắc phối hợp ăngten với mạch dao động có tần số riêng điều chỉnh (để xảy cộng hưởng với tần số sóng cần thu)
- Năng lượng của sóng tỉ lệ với bình phương biên độ, với luỹ thừa bậc tần số Nên sóng ngắn (tần số cao, = ) lượng sóng lớn
+ Sóng dài : dùng để thơng tin nước
+ Sóng trung: dùng để thông tin mặt đất, vào ban đêm thông tin tốt ban ngày
+ Sóng ngắn: dùng để thông tin mặt đất, kể ngày hay đêm Do bị khơng khí hấp thụ, mặt khác sóng ngắn phản xạ tốt mặt đất tầng điện li, nên truyền xa
+ Sóng cực ngắn: dùng để thơng tin vũ trụ - Sóng dài: bước sóng 103 m; tần số 3.105 Hz.
Sóng trung: bước sóng 102 m; tần số 3.106Hz.
Sóng ngắn: bước sóng 101 m; tần số 3.107 Hz.
Sóng cực ngắn: bước sóng vài mét; tần số 3.108 Hz.
2 Dao động điện từ
- Điện tích tức thời: q = q0cos(t + )
- Hiệu điện (điện áp) tức thời:
0
os( ) os( )
q q
u c t U c t
C C
- Dòng điện tức thời: i = q’ = -q0sin(t + ) = I0cos(t + +
2 ) ==> u, q dao động pha; i sớm pha u, q góc /2
- Cảm ứng từ: os( )
2
B B c t Trong đó:
LC
tần số góc riêng T 2 LC chu kỳ riêng
2
f
LC
tần số riêng I =ωq =0 0 q0
LC
0
0 0
q I L
U LI I
C C C
- Năng lượng điện trường:
2 2
C
1 1 q
W = Cu = qu =
2 2 2C
2
0 os ( )
2
q
c t
C
- Năng lượng từ trường:
2
q
= sin (ωt + φ) 2C
2 L
1 W = Li
2
- Năng lượng điện từ: W=Wđ Wt <==>
2
2 0 2
0 0 0 0
q
1 1 1
W = CU = q U = = LI
2 2 2C 2
(16)- Mạch dao động có tần số góc , tần số f chu kỳ T Wđ Wt biến thiên với tần số góc 2, tần số 2f
chu kỳ T/2
- Mạch dao động có điện trở R dao động sẽ tắt dần Để trì dao động cần cung cấp cho mạch lượng có công suất:
2 2 2 2 2 ω C U0 U RC0
P = I R = R =
2 2L
- Khi tụ phóng điện q u giảm ngược lại
Quy ước: q > ứng với tụ ta xét tích điện dương i > ứng với dòng điện chạy đến tụ mà ta xét
- Mối liên hệ giữa giá trị u, i, U0 I0:
2 2 2 0
2 2 2 0
L u + i = U
C C
u + i = I L
- Góc quay tụ xoay:
+ Cơng thức xđ điện dung tụ điện phẳng:
.S C
4 9.10 d
+ Khi tụ quay từ min đến (để điện dung từ Cmin đến C) góc xoay tụ là:
min max
max C C ( ) C C
+ Khi tụ quay từ vị trí max vị trí (để điện dung từ C đến Cmax) góc xoay tụ là: max
max max
max C C ( ) C C
- Cách cấp lượng ban đầu cho mạch dao động:
+ Cấp lượng ban đầu cho tụ: C
1
W C.E
2
; E suất điện động nguồn, C điện dung tụ + Cấp lượng ban đầu cho cuộn dây: 2
L
1 E
W LI L( )
2 r
; r điện trở nguồn
- Cho mạch dao động với L cố định Mắc L với C1 tần số dao động f1, mắc L với C2 tần số f2
+ Khi mắc nối tiếp C1 với C2 mắc với L ta tần số f thỏa : 22
2 f f
f
+ Khi mắc song song C1 với C2 mắc với L ta tần số f thỏa : 2 2 1 f f
f
3 Sự tương tự giữa dao động điện dao động cơ
Đại lượng cơ Đại lượng điện Dao động cơ Dao động điện
x q x” + 2x = 0 q” + 2q = 0
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
q02 q2 ( )i
µ R F = -kx = -m2x u q L q2
C
Wđ Wt (WC) Wđ =
1 2mv
2 W
t =
1 2Li
2
Wt Wđ (WL) Wt =
1 2kx W đ = 2 q C
4 Sóng điện từ
(17)- Máy phát máy thu sóng điện từ sử dụng mạch dao động LC tần số sóng điện từ phát thu tần số riêng mạch
- Bước sóng sóng điện từ c c2 LC f
Với: c: vận tốc as chân không; C: điện dung tụ điện (F); L: độ tự cảm cuộn dây (H)
- Lưu ý: Mạch dao động có L biến đổi từ LMin LMax C biến đổi từ CMin
CMax bước sóng sóng điện từ phát (hoặc thu) Min tương ứng với LMin
và CMin Max tương ứng với LMax CMax
5 Sơ đồ khối máy phát thu vô tuyến đơn giản:
- Sơ đồ khối máy phát vô tuyến đơn giản:
Micrơ (1) tạo dao động điện có tần số âm; Mạch phát sóng điện từ cao tần (2) phát sóng điện từ có tần số cao (cỡ MHz) ; Mạch biến điệu (3) trộn dao động điện từ cao tần với dao động điện từ âm tần ; Mạch khuếch đại (4) khuếch đại dao động điện từ cao tần biến điệu ; anten (5) tạo điện từ trường cao tần lan truyền không gian
- Sơ đồ khối máy thu vô tuyến đơn giản:
Anten (1) thu sóng điện từ cao tần biến điệu ; Mạch khuếch đại dao động điện từ cao tần (2) khuếch đại dao động điện từ cao tần từ anten gửi tới ; Mạch tách sóng (3) tách dao động điện từ âm tần khỏi dao động điện từ cao tần ; Mạch khuếch đại (4) khuếch đại dao động điện từ âm tần từ mạch tách sóng gửi đến ; Loa (5) biến dao động điện thành dao động âm
- Ứng dụng sóng điện từ: Sóng vơ tuyến điện sử dụng thông tin liên lạc đài phát thanh, dao động âm tần dùng để biến điệu (biên độ hặc tần số) dao động cao tần Dao động cao tần biến điệu sẽ phát xạ từ ăng ten dạng sóng điện từ Ở mát thu thanh, nhờ có ăng ten thu, sẽ thu dao động cao tần biến điệu, sau dao động âm tần lại tách khỏi dao động cao tần biến điệu nhờ trình tách sóng, đưa loa
- Nguyên tắc chung thơng tin liên lạc sóng vơ tuyến: Phải dùng sóng điện từ cao tần làm sóng mang Phải biến điệu sóng mang
Ở nơn thu phải tách sóng âm tần khỏi sóng cao tần (sóng mang)
Khi tín hiệu thu nhỏ phải khuyếch đại chúng mạch khuyếch đại
- Lưu ý quan trọng: Sóng mang có biên độ bằng biên độ của sóng âm tần, có tần số bằng tần số của sóng cao tần.
CHƯƠNG V SÓNG ÁNH SÁNG
1 Hiện tượng tán sắc ánh sáng.
- Đ/n: Là tượng ánh sáng bị tách thành nhiều màu khác qua mặt phân cách hai môi trường suốt
- Đối với as trắng sau qua lăng kính bị tán sắc thành dải màu cầu vồng, tia đỏ lệch ít
tia tím bị lệch nhiều
- Lưu ý:
+ Hiện tượng tán sắc ánh sáng sẽ xảy ánh sáng trắng qua lăng kính, thấu kính, giọt nước mưa, lưỡng chất phẳng, mặt song song (các môi trường suốt)
+ Hiện tượng cầu vồng tượng tán sắc ánh sáng
+ Ánh sáng phản xạ váng dầu, mỡ bong bóng xà phịng (có màu sặc sỡ) tượng
giao thoa ánh sáng dùng ánh sáng trắng
* Lưu ý: + Nếu tia tới as trắng song song với đáy lăng kính, mà tia ló chùm tia sáng song song với đáy lăng kính Thì tia tím tia đỏ
+ Nếu tia tới as trắng sau qua lăng kính có tia lệch là mặt bên lăng kính, tia cịn lại có bước sóng dài VD: Sau qua LK tia vàng là mặt bên tia cịn lại đỏ, da cam - Ánh sáng đơn sắc ánh sáng không bị tán sắc
1
5
2
(18)+ Ánh sáng đơn sắc có tần số xác định, có màu + Bước sóng ánh sáng đơn sắc v
f
l = , truyền chân không
c f l =
0 c
v n
l l
Þ = Þ l =
l với
c c
n
v f
triết suất môi trường
đ
đ đ t
đ t
tđ t
t
c v
n v n
1 v v
c v n
v n
Vậy mt as đỏ truyền nhanh as tím
Chiết suất mơi trường phụ thuộc vào bước sóng tần số as Thường chiết suất giảm tăng - Chiết suất môi trường suốt phụ thuộc vào màu sắc ánh sáng Đối với ánh sáng màu đỏ chiết suất của mơi trường nhỏ nhất, màu tím lớn nhất.
- Ánh sáng trắng tập hợp vơ số ánh sáng đơn sắc có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím Bước sóng ánh sáng trắng: 0,38 m 0,76 m
- Cơng thức lăng kính:
+ Tổng qt: sini1 = nsinr1 ; sini2 = nsinr2 ; A = r1 + r2 ; D = (i1 + i2) – A
+ Góc triết quang nhỏ: i1 = n.r1 ; i2 = n.r2 ; A = r1 + r2 ; D = (n-1).A
+ Góc lệch cực tiểu: i1 = i2 , r1 = r2 = A/2 , Dmin =2.i –A;
D A A
sin n.sin
2
2 Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng.
Hiện tượng ánh sáng bị lệch phương truyền ánh sáng truyền qua lỗ nhỏ, gần mép vật suốt không suốt gọi tượng nhiễu xạ ánh sáng
3 Hiện tượng giao thoa ánh sáng (chỉ xét giao thoa ánh sáng thí nghiệm Iâng) - Đ/n: Là tổng hợp hai hay nhiều sóng ánh sáng kết hợp khơng gian xuất vạch sáng vạch tối xen kẽ
Các vạch sáng (vân sáng) vạch tối (vân tối) gọi vân giao thoa
- Hệ thống vân giao thoa as đơn sắc: Là hệ thống vạch màu đơn sắc vạch tối nằm xen kẽ
Đối với as trắng: Chính vân sáng trung tâm, bên dải màu tím ở trong đỏ ngồi
- Hiệu đường ánh sáng (hiệu quang trình):
ax
d d d
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 (tọa độ) khoảng cách từ vân trung tâm đến điểm M ta xét
- Vị trí (toạ độ) vân sáng: d = k x = k λD= k.i ; k Z
a Î
k = 0: Vân sáng trung tâm; k = 1: Vân sáng bậc (thứ) 1; k = 2: Vân sáng bậc (thứ) 2; k > d2 > d1, k < d2 < d1
- Vị trí (toạ độ) vân tối: d = (k + 0,5) x = (k + 0,5)λD= (k + 0, 5).i ; k Z
a Ỵ
Với vân tối khơng có khái niệm bậc giao thoa (Vân tối thứ ứng với k = 2, thứ ứng với k = ) - Khoảng vân i: Là khoảng cách hai vân sáng hai vân tối liên tiếp: i = λD
a
- Nếu thí nghiệm tiến hành mơi trường suốt có chiết suất n bước sóng khoảng vân mơi trường là: n
n n
D i
i
n a n
l l
l = Þ = =
- Để tìm số vân sáng số vân tối bề rộng trường giao thoa có chiều dài L (đối xứng qua vân trung tâm):
S1
D S2
d
d2
I O
x
(19)+ Số khoảng vân nửa trường giao thoa:
n : Phần nguyên p : Phần thập phân
L = n,p 2.i
+ Số vân sáng trường giao thoa: (2n + 1)
+ Số vân tối trường giao thoa: (2n) p < 0,5
2(n + 1) p 0,5
+ Ví dụ L/2i = 4,5 ==> n = 4; p = 0,5 ==> số vân sáng 9, số vân tối 10 L/2i = 5,45 ==> n = 5; p = 0,45 ==> số vân sáng 11, số vân tối 11 L/2i = 3,72 ==> n = 3; p = 0,72 ==> số vân sáng 7, số vân tối
- Biết khoảng vân i, biết vị trí điểm M (xM) thì:
+ Tại M vân sáng khi: = n (n N); + Tại M vân tối khi: = n +
- Xác định số vân sáng, vân tối giữa hai điểm M, N có toạ độ x1, x2 (giả sử x1 < x2)
+ Vân sáng: x1 ki x2 (kể cả M N)
+ Vân tối: x1 (k+0,5)i x2 (kể cả M N)
Số giá trị k Z số vân sáng (vân tối) cần tìm
Lưu 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 i 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 đầu vân tối thì:
0,5
L i
n
=
Sự trùng 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 =
- Lưu 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 (0,38m 0,76m) + Bề rộng quang phổ bậc k: xk k (D đ t) k i ñ it
a
+ Xác định số vân sáng, số vân tối xạ tương ứng vị trí xác định (đã biết x): + Vân sáng: 0,38 1 0,76
D ax k
giá trị k
+ Vân tối: 0,76
5 38
,
0
D ax k
giá trị k
4 Sự xê dịch hệ vân giao thoa:
a, Xê dịch xê dịch nguồn S:
IO
OO' SS'
IS
Vân trung tâm d / c ngược chiều d / c nguồn S'IO' thẳng hàng
b, Xê dịch mặt song song:
1
(n )eD
OO'
a ; Vân trung tâm dịch phía
5 Cách tạo nguôn kết hợp: a) Khe Yâng (đã học)
Nguồn: http://viplam.net 19
O O’ S1
S2 I S’
S
S S1
S2
O’ O e, n
S S1
S2 O
M
N
I
(20)b) Lưỡng lăng kính Frexnen:
S1S2 = a = 2.d1.A(n - 1); i = D/a
==> ) n ( A d ) d d ( i
Chiều rộng miền giao thoa: MN = 2.d2.A(n -1)
c) Lưỡng thấu kính Biê: Gồm thấu kính cưa đơi qua quang tâm rồi: + C1: Hớt nửa phần nhỏ e ghép sát vào
Hai ảnh phải ảo tạo giao thoa Khoảng cách hai ảnh :
/ 1 1 1 2
1
d - d a = S S = 2e.
d ;
Bề rộng miền giao thoa là: /
/ / d d d ) d d ( e d d a MN 1 1
2 2
; khoảng vân
a ) d d ( i / ;
Cách Cách
+ Hoặc C2 để đệm miếng bìa mỏng để nửa thấu kính cách khoảng b
Hai ảnh phải thật cho giao thoa, khoảng cách hai ảnh là:
/ 1 1
1
b.(d + d ) a =
d ;
Miền giao thoa là:
1 d ) d d ( b
MN ; Khoảng vân: a
D i
d) Lưỡng gương phẳng Frexnen: gồm hai gương phẳng đặt lệch nha góc nhỏ
E S S S O2 O1 M N O d
1 d2
D
d1/
S S1 S2 O1 O2 M N O
d1 d2
D
d1/ E
S
S1
S2 I
O M
N d2
d1 G2
G1
(21)S1S2 = a = 2.d1.tg = 2.d1..
Chiều rộng miền giao thoa: MN = 2.d2. Khoảng vân
d
) d d ( i
1
6 Các loại quang phổ:
a,Quang phổ phát xạ: Là quang phổ ánh sáng chất rắn lỏng khí nung nóng nhiệt độ cao phát Quang phổ phát xạ chất chia làm hai loại: quang phổ liên tục quang phổ vạch
* Quang phổ liên tục:
- Là dải sáng có màu biến đổi liên tục từ đỏ đến tím, giống quang phổ ánh sáng mặt trời - Tất vật rắn, lỏng, khí có tỉ khối lớn bị nung nóng phát quang phổ liên tục
- Đặc điểm : quang phổ liên tục không phụ thuộc chất nguồn sáng mà phụ thuộc vào nhiệt độ vật phát sáng Khi nhiệt độ vật cao miền quang phổ mở rộng as có bước sóng ngắn - Ứng dụng: cho phép xác định nhiệt độ nguồn sáng
* Quang phổ vạch:
- Là hệ thống vạch màu riêng rẽ ngăn cách khoảng tối
- Khi kích thích khối khí hay áp suất thấp để chúng phát sáng chúng phát quang phổ vạch phát xạ - Đặc điểm: Các nguyên tố khác phát qp vạch px khác nhau: số lượng vạch, độ sáng, vị trí, màu sắc vạch độ sáng tỉ đối vạch
- Ứng dụng: Dùng để phân tích thành phần mẫu vật
b, Quang phổ hấp thụ:
- Là hệ thống vạch tối riêng rẽ nằm quang phổ liên tục
- Cần nguồn sáng trắng để phát QPLT, nguồn sáng máy qp đám khí hay đốt cháy để phát qp vạch hấp thụ (Qp của mặt trời mà ta thu trái đất qp hấp thụ Bề mặt của Mặt Trời phát quang phổ liên tục)
- Đặc điểm: Nhiệt độ nguồn phát qp vạch hấp thụ phải nhỏ hơn nhiệt độ nguồn phát qp liên tục - Ứng dụng: Trong phép phân tích quang phổ
* Hiện tượng đảo sắc ánh sáng:
Là tượng nguồn phát qplt qplt đi, vạch tối qp vạch hấp thụ trở thành vạch màu qp vạch phát xạ Lúc nguồn phát qp vạch hấp thụ trở thành nguồn phát qp vạch phát xạ Chứng tỏ đám có khả phát as đơn sắc có khả hấp thụ as
5 Tia hồng ngoại , tia tử ngoại tia X: a Tia hồng ngoại:
- Định nghĩa : Là xạ khơng nhìn thấy có bước sóng lớn bước sóng ánh sáng đỏ : > 0,76m
- Bản chất : sóng điện từ
- Nguồn phát sinh : Tất vật nung nóng phát tia hồng ngoại (mặt trời, thể người, bóng đèn ) Có 50% lượng Mặt Trời thuộc vùng hồng ngoại
- Đặc điểm : Tác dụng nhiệt, td lên kính ảnh hồng ngoại, td hóa học, biến điệu sóng điện từ cao tần - Ứng dụng : Dùng để sưởi ấm, sây khô, chụp ảnh hồng ngoại, điều khiển từ xa: tivi, ô tô
b Tia tử ngoại:
- Định nghĩa : Là xạ không nhìn thấy được, có bước sóng nhỏ bước sóng ánh sáng tím : < 0,38m
- Bản chất : sóng điện từ - Nguồn phát sinh :
Vật bị nung nóng 20000C phát tia tử ngoại
Nguồn phát tia tử ngoại : mặt trời, hồ quang điện Có 9% lượng Mặt Trời thuộc vùng tử ngoại - Đặc điểm :
Tác dụng mạnh lên kính ảnh, làm phát quang số chất, làm ion hóa khơng khí, gây phản ứng quang hóa, quang hợp
Bị thủy tinh nước hấp thụ mạnh Có số tác dụng sinh học
(22) Dùng để khử trùng, chữa bệnh còi xương (Ứng dụng td sinh học: hủy diệt tế bào)
Phát vết nứt, vết xước bề mặt sản phẩm (Ứng dụng td làm phát quang số chất)
c, Tia Rơnghen:
- Phát tia X: Mỗi chùm tia catôt – tức chùm tia eelectron có lượng lớn – đập vào vật rắn vật phát tia X
- Bản chất : sóng điện từ có bước sóng ngắn cỡ 10-11 m ¸ 10-8 m ( tức 10pm đến 10nm)
- Tính chất :
Có khả đâm xuyên lớn, truyền qua giấy, gỗ truyền qua kim loại khó Kim loại có khối lượng riêng lớn ngăn cản tia Rơnghen tốt (chì )
Tác dụng mạnh lên phim ảnh Làm phát quang số chất Làm ion hố chất khí
Có tác dụng sinh lí, hủy hoại tế bào, diệt vi khuẩn - Cơng dụng :
Trong y học : dùng để chiếu điện, chụp điện, chữa số bệnh ung thư
Trong cơng nghiệp : dùng để dị khuyết tật bên sản phẩm, chế tạo máy đo liều lượng tia rơnghen
6 Thang sóng điện từ:
- Sóng vơ tuyến: Bước sóng từ vài chục km đến vài mm - Tia hồng ngoại: Bước sóng từ vài mini mét đến 0,76μm - Ánh sáng khả kiến: Bước sóng từ 0,76μm đến 0,38μm - Tia tử ngoại: Bước sóng từ 3,8.10-7m đến 10-9m.
- Tia X: Bước sóng từ 10-8m đến 10-11m.
- Tia gamma: Bước sóng từ 10-12 m đến 10-15 m.
Sóng vơ tuyến, tia hồng ngoại, ánh sáng khả kiến, tia tử ngoại, tia X tia gamma có chất sóng điện từ có bước sóng khác nên có tính chất, tác dụng khác nguồn phát, cách thu chúng khác
CHƯƠNG VI LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG
1 Hiện tượng quang điện:
- Hiện tượng quang điện ngoài: Hiện tượng ánh sáng làm bật êlectron khỏi mặt kim loại gọi tượng quang điện
- Hiện tượng quang điện (quang dẫn): Hiện tượng ánh sáng giải phóng êlectron liên kết thành êlectron dẫn lỗ trống tham gia vào trình dẫn điện, gọi tượng quang điện - Định luật giới hạn quang điện: Đối với kim loại, ánh sáng kích thích phải có bước sóng ngắn giới hạn quang điện 0 kim loại đó, gây tượng quang điện
==> Các tượng quang điện định luật quang điện chứng tỏ ánh sáng có tính chất hạt
- Ứng dụng tượng quang điện tế bào quang điện, dụng cụ để biến đổi tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện, quang điện trở, pin quang điện
2 Thuyết lượng tử ánh sáng.
- Giả thuyết Plăng:
Lượng lượng mà lấn 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 xạ, h số (h = 6,625.10-34Js).
- Năng lượng lượng tử ánh sáng (hạt phôtôn) e=hf=hc l
Trong h = 6,625.10-34 Js số Plăng; c = 3.108m/s vận tốc ánh sáng chân không;
f, tần số, bước sóng ánh sáng (của xạ)
(Khi as truyền lượng tử as không bị thay đổi, không phụ thuộc k/c tới nguồn sáng)
- Mỗi phơtơn as đơn sắc có lượng: = hf = hc/ = mc2
==> Khối lượng tương đối tính phơtơn: m = /c2 = h/(c)
(23)==> Động lượng phôtôn: p = mc = h/
- Lưu ý: Khơng có phơtơn đứng n, phơtơn tồn chuyển động – đứng yên khối lượng bằng khơng.
- Thuyết lượng tử ánh sáng:
+ AS tạo thành hạt gọi phôtôn
+ Với as đơn sắc có tần số f, phơtơn đếu giống nhau, phôtôn mang lượng hf + Phôtôn bay với vận tốc c = 3.108 m/s dọc theo tia sáng.
+ Mỗi lần nguyên tử hay phân tử phát xạ hay hấp thụ as chúng phát hay hấp thụ phôtôn
3 Hiện tượng quang điện
*Công thức Anhxtanh tượng quang điện:
2 0Max
mv hc
hf A
2
e= = = +
l Trong
0
hc A =
λ cơng kim loại 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
* Để dịng quang điện triệt tiêu UAK Uh (Uh < 0), Uh gọi hiệu điện hãm
2 0Max h
mv eU =
2
Lưu ý: Trong số toán người ta lấy Uh > độ lớn
* Đối với tia Rơnghen X:
- Cường độ dòng điện ống Rơnghen: i = Ne Với N số electron tới đập đối catốt giây - Định lí động năng: Eđ – Eđo = eUAK
Với Eđ= mv2/2 động electron trước đập vào đối catôt
Eđo = mvo2/2 động electron sau bứt khỏi catơt, thường Eđo = 0
==> Eđ = eUAK
- Định luật bảo toàn lượng: Eđ = + Q = hf + Q
+ Động electron biến thành lượng tia X làm nóng đối catơt + Với lượng tia X Q nhiệt lượng làm nóng đối catơt
- Bước sóng nhỏ nhấtcủa xạ ống Rơnghen phát ra ứng với trường hợp toàn động electron Eđ (ngay trước đập vào đối catôt) biến thành lượng tia X:
Từ Eđ = + Q = hf + Q ==> Eđ hf = hc/ ==> hc/ Eđ ==> min = hc/ Eđ
Với: h = 6,625.10-34 Js số Plăng, c = 3.108m/s vận tốc as chân không.
4 số công thức liên quan:
* 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 cơng thức: 2
Max 0Max Max
1
e V = mv = e Ed 2
* Với U hiệu điện anốt catốt, vA tốc độ cực đại electron đập vào anốt, vK = v0Max tốc
độ ban đầu cực đại electron rời catốt thì: 2 2
AK A K
1 1
e U = mv - mv
2 2 = EđA – EđK = EđA – ( - A)
* Công suất chiếu sáng: P = N =N.hc/
Trong N số phôtôn tới bề mặt KL phát nguồn giây * Cường độ dòng quang điện bão hịa: Ibh = n.e
Trong n số electrôn quang điện đến anôt giây, e = 1,6.10-19C
* Hiệu suất lượng tử (hiệu suất quang điện): H = n N
Với n N số electron quang điện bứt khỏi catốt số phôtôn đập vào catốt giây * Bán kính quỹ đạo electron chuyển động với vận tốc v từ trường B :
sin B e
mv
(24)Lưu ý: Hiện tượng quang điện xảy chiếu đồng thời nhiều xạ tính đại lượng: Tốc độ ban đầu cực đại v0Max, hiệu điện hãm Uh, điện cực đại VMax, … tính ứng với xạ có Min
(hoặc fMax)
5 Quang trở pin quang điện:
- Quang điện trở điện trở làm chất quang dẫn Điện trở thay đổi từ vài mêgaôm không chiếu sáng xuống đến vài chục ôm chiếu sáng
- Pin quang điện (còn gọi pin mặt trời) nguồn điện chạy lượng as Nó biến đổi trực tiếp quang thành điện Pin hoạt động dựa vào tượng quang điện xảy bên cạnh lớp chặn
6 Sự phát quang:
- Sự phát quang số chất có khả hấp thụ as có bước sóng để phát as có bước sóng khác - Đặc điểm phát quang: cịn kéo dài thời gian sau tắt as kích thích.( bước song phát lớn bước sóng ánh sang kích thích)
- Huỳnh quang: Là phát quang chất lỏng chất khí, có đặc điểm as phát quang tắt nhanh sau tắt as kích thích Ánh sáng huỳnh quang có bước sóng dài bước sóng as kích thích: hq > kt
- Lân quang: Là phát quang chất rắn, có đặc điểm as phát quang kéo dài khoảng thời gian sau tắt as kích thích Ứng dụng: chế tạo loại sơn biển báo giao thông, tượng phát sáng
7 Tiên đề Bo - Quang phổ nguyên tử Hiđrô
- Tiên đề trạng thái dừng: Nguyên tử tồn trạng thái có lượng xác định, gọi trạng thái dừng Trong trạng thái dừng nguyên tử không bức xạ.
Trong trạng thái dừng nguyên tử, êlectrôn chuyển động quanh hạt nhân quĩ đạo có bán kính hồn tồn xác định gọi quĩ đạo dừng.
- Tiên đề xạ haapf thị lượng nguyên tử:
+ Khi nguyên tử chuyển từ trạng thái dừng có lượng Ecao sang
trạng thái dừng có mức lượng Ethấp (với Ecao > Ethấp) nguyên tử
phát phơtơn có lượng hiệu Ecao - Ethấp: = hf = = Ecao - Ethấp
+ Ngược lại, nguyên tử ở trạng thái dừng có lượng thấp Ethấp mà hấp thu phơtơn có lượng hf hiệu
Ecao - Ethấp chuyển lên trạng thái dừng có lượng Ecao lớn hơn.
==> Ngun tử ln có xu hướng chuyển từ mức lượng cao mức lượng thấp * Bán kính quỹ đạo dừng thứ n electron nguyên tử hiđrô: rn = n2r0
Với r0 =5,3.10-11m bán kính Bo (ở quỹ đạo K);
n = 1, 2, 3, 4, 5,
* Năng lượng electron nguyên tử hiđrô:
n 2
13,6 E = - (eV)
n Với n N
*
* Sơ đồ mức lượng
- Dãy Laiman: Nằm vùng tử ngoại
Ứng với e chuyển từ quỹ đạo bên quỹ đạo K Lưu ý: Vạch dài LK e chuyển từ L K
Vạch ngắn K e chuyển từ K
- Dãy Banme: Một phần nằm vùng tử ngoại, phần nằm vùng ánh sáng nhìn thấy
Ứng với e chuyển từ quỹ đạo bên quỹ đạo L Vùng ánh sáng nhìn thấy có vạch:
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 Lưu ý: Vạch dài ML (Vạch đỏ H)
Vạch ngắn L e chuyển từ L
- Dãy Pasen: Nằm vùng hồng ngoại
Ứng với e chuyển từ quỹ đạo bên quỹ đạo M
nhận phôtôn Ecao phát phôtôn
Ethấp
Laiman K
M N O
L P
Banme
Pasen
H H
H
H
n=1 n=2
n=3 n=4 n=5 n=6
12
23
13
(25)Lưu ý: Vạch dài NM e chuyển từ N M
Vạch ngắn M e chuyển từ M
- 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)
8 Sơ lược laze:
- Laze phiên âm LASER, nghĩa máy khuyếch đại as sự phát xạ cảm ứng.
- Laze nguồn sáng phát chùm sáng có cường độ lớn dựa ứng dụng hện tượng phát xạ cảm ứng - Đặc điểm tia laze có tính đơn sắc, tính định hướng, tính kết hợp cao cường độ lớn
- Tùy vào vật liệu phát xạ người ta chế tạo laze khí, laze rắn laze bán dẫn
Đối với laze rắn, laze rubi (hồng ngọc) Al2O3 có pha Cr2O3 màu đỏ tia laze as đỏ hồng ngọc
ion crơm phát chuyển từ trạng thái kích thích trạng thái
9 Lưỡng tính sóng hạt ánh sáng:
- Ánh sáng vừa có t/c sóng, vừa có t/c hạt as có lưỡng tính sóng hạt
- Khi bước sóng as càng ngắn (thì năng lượng phơtơn càng lớn), t/c hạt thể đậm nét: Tính đâm xun, td quang điện, td iơn hóa, td phát quang
Ngược lại bước sóng as càng dài (thì năng lượng phơtơn càng nhỏ), t/c sóng thể đậm nét: dễ quan sát thấy tượng giao thoa, tượng tán sắc as
CHƯƠNG VII VẬT LÝ HẠT NHÂN
1 Cấu tạo hật nhân nguyên tử, Đơn vị khối lượng nguyên tử: a) Cấu tạo hạt nhân nguyên tử:
- Cấu tạo:
+ Hạt nhân nguyên tử cấu tạo từ prơtơn (mang điện tích ngun tố dương), nơtron (trung hoà điện), gọi chung nuclơn
+ Hạt nhân ngun tố có ngun tử số Z chứa Z prơton N nơtron; A = Z + N đc gọi số khối + Các nuclôn liên kết với lực hạt nhân Lực hạt nhân khơng có chất với lực tĩnh điện hay lực hấp dẫn; loại lực truyền tương tác nuclôn hạt nhân (lực tương tác mạnh) Lực hạt nhân phát huy tác dụng phạm vi kích thước hạt nhân (cỡ 10-15m).
- Bán kính hạn nhân tăng chậm theo số khối A: r = r0.A1/3 Với r0 = 1,2 Fecmi; Fecmi = 10-15m
- Đồng vị: Các nguyên tử mà hạt nhân có số prôton Z khác số nơtron N gọi đồng vị
b) số đơn vị hay dùng VLHN:
- Đơn vị khối lượng nguyên tử: Đơn vị u có giá trị khối lượng nguyên tử đồng vị 12
6C, cụ thể:
1u = 1,66055.10-27kg ; 1u = 931,5 ==> 1uc2 = 931,5MeV
- u xấp xỉ khối lượng nuclơn, nên hạt nhân có số khối A có khối lượng xấp xỉ A(u).
- Đơn vị lượng: 1 eV = 1,6.10-19J ==> 1 MeV = 106.1,6.10-19J = 1,6.10-13J
- số đơn vị n/tử thường gặp: mP = 1,67262.10-27 kg = 1,007276 u ;
mn = 1.67493.10-27 kg = 1,008665 u ;
me = 9,1.10-31 kg = 0,0005486 u;
- Các ước bội : G 109; M 106; k 103 ; m 10-3 ; 10-6 ; n 10-9 ; p 10-12
2 Hệ thức Anhxtanh, độ hụt khối, lượng liên kết:
- Hạt nhân có khối lượng nghỉ m0, chuyển động với vận tốc v, có lượng tính theo cơng thức:E = m0c2 + Wđ
Trong Wđ = m0v2/2 = động hạt nhân
- Một vật có khối lượng m0 trạng thái nghỉ, chuyển động với vận tốc v, khối lượng vật sẽ tăng lên
thành m với m =
- Ta viết hệ thức Anhxtanh: E = mc2 ==> W
đ = E – E0 ; Với E0 = m0c2 lượng nghỉ vật
- Độ hụt khối:: m = [Z.mp + (A – Z).mn] – mx
Khối lượng hạt nhân nhỏ tổng khối lượng nuclơn tạo thành hạt nhân đó
(26)Sự tạo thành hạt nhân toả lượng tương ứng ΔE, gọi lượng liên kết hạt nhân (vì muốn tách hạt nhân thành nuclơn cần tốn lượng ΔE)
- Năng lượng liên kết riêng : = ΔE/A
(là lượng liên kết tính cho nuclơn) Năng lượng liên kết riêng lớn hạt nhân bền vững.
3 Phản ứng hạt nhân a,Định nghĩa:
- Phản ứng hạt nhân trình biến đổi hạt nhân - Phản ứng hạt nhân chia làm hai loại:
+ Phản ứng hạt nhân tự phát: trình tự phân rã hạt nhân không bền vững thành hạt nhân khác A C + D Trong A: hạt nhân mẹ; C: hạt nhân con; D: tia phóng xạ (, , )
+ Phản ứng hạt nhân kích thích: q trình hạt nhân tương tác với thành hạt nhân khác A + B C + D
- Phương trình phản ứng:
1 2 3 4
A
A A A
Z X +Z X ® Z X +Z X
Trong số hạt hạt sơ cấp nuclôn, electrôn, phôtôn
- Trường hợp đặc biệt phóng xạ: X1 X2 + X3; X1 hạt nhân mẹ, X2 hạt nhân con, X3 hạt
b, Các định luật bảo toàn phản ứng hạt nhân:
+ Bảo tồn số nuclơn (số khối): A1 + A2 = A3 + A4
+ Bảo tồn điện tích (ngun tử số): Z1 + Z2 = Z3 + Z4
+ Bảo toàn động lượng: p1+p2 =p3+p hay4 m1 1v +m2 2v =m4 3v +m4 4v
uur uur uur uur ur ur ur ur
+ Bảo toàn lượng: K + K +ΔE = K + KX1 X2 X3 X4 ==> ΔE = K + K - (K + K )X3 X4 X1 X2
Trong đó: E lượng phản ứng hạt nhân
2
X x x
K = m v động chuyển động hạt X - Lưu ý: + Khơng có định luật bảo tồn khối lượng.
+ Mối quan hệ động lượng pX động KX hạt X là: p = 2m K2X X X
- Năng lượng phản ứng hạt nhân: E = (M0 - M)c2
Trong đó: M0=mX1+mX2là tổng khối lượng hạt nhân trước phản ứng
M =mX3+mX4 tổng khối lượng hạt nhân sau phản ứng
Lưu ý: + Nếu M0 > M phản ứng toả lượng E dạng động hạt X3, X4 phơtơn
Các hạt sinh có độ hụt khối lớn nên bền vững
+ Nếu M0 < M phản ứng thu lượng E dạng động hạt X1, X2 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)c2
c, Quy tắc dịch chuyển phóng xạ
+ Phóng xạ (24He):
4
2
A A
ZX He Z Y
-® +
So với hạt nhân mẹ, hạt nhân lùi ô bảng tuần hồn có số khối giảm đơn vị Là hn Hêli (24He), mang điện tích dương (+2e) nên bị lệch âm bay qua tụ điện
Chuyển động với tốc độ cỡ 2.107m/s, qng đường khơng khí cỡ 8cm, vật
rắn cỡ vài mm ==> khả đâm xun kém, có khả iơn hóa chất khí.( mạnh tia )
+ Phóng xạ - ( 0e
-):
1
A A
ZX ®- e+Z+Y
So với hạt nhân mẹ, hạt nhân tiến ô bảng tuần hồn có số khối
(27) Bản chất (thực chất) tia phóng xạ hạt electrơn (1e), mang điện tích âm (-1e) nên bị lệch phía dương tụ
Hạt nơtrinô (v) không mang điện, không khối lượng (hoặc nhỏ) chuyển động với vận tốc ánh sáng không tương tác với vật chất
Phóng với vận tốc gần vận tốc as Iơn hóa chất khí yếu tia
Khả đâm xuyên mạnh, vài mét khơng khí vài mm kim loại + Phóng xạ + (
0e
+ ):
1
A A
ZX ®+e+Z- Y
So với hạt nhân mẹ, hạt nhân lùi ô bảng tuần hồn có số khối
Thực chất phóng xạ + hạt prơtơn biến thành hạt nơtrôn, hạt pôzitrôn hạt nơtrinơ: p® +n e++v
Bản chất (thực chất) tia phóng xạ + hạt pơzitrơn (e+), mang điện tích dương (+e) nên lệch phía âm tụ điện (lệch nhiều tia đối xứng với tia -).
Phóng với vận tốc gần vận tốc as Iơn hóa chất khí yếu tia
Khả đâm xun mạnh, vài mét khơng khí vài mm kim loại.(mạnh tia )
+ Phóng xạ gamma (hạt phơtơn)
Có chất sóng điện từ có bước sóng rắt ngắn (< 0,01nm) Là chùm phơtơn có lượng cao Hạt nhân sinh trạng thái kích thích có mức lượng cao E1 chuyển xuống mức
lượng thấp E2 đồng thời phóng phơtơn có lượng:
hc
hf E E
e= = =
-l
Là xạ điện từ không mang điện nên không bị lệch điện trường từ trường
Có t/c tia Rơnghen, có khả đâm xuyên lớn, vài mét bê tông vài centimét chì nguy hiểm
Trong phóng xạ khơng có biến đổi hạt nhân phóng xạ thường kèm theo phóng xạ
4 Định luật phóng xạ:
- Số nguyên tử (hạt nhân) chất phóng xạ còn lại sau thời gian t: 0
0 0 k
t
- -λt N
T
N = N 2 = N e = 2
- Số hạt nguyên tử đã phân rã số hạt nhân tạo thành số hạt ( e- e+) tạo
thành: -λt
0 0
ΔN = N - N = N (1 - e )
- Khối lượng chất phóng xạ còn lại sau thời gian t:
t
- -λt 0 T
0 0 k
m m = m = m e =
2
Trong đó: + Với NA = 6,0221.1023mol-1 số Avôgađrô
+ A số khối nguyên tử
+ N0, m0 số nguyên tử (hạt nhân), khối lượng chất phóng xạ ban đầu
+ T chu kỳ bán rã Tln
khoảng thời gian nửa số hạt nhân phân rã + λ = ln2= 0,693
T T số phóng xạ, đặc trưng cho chất phóng xạ xét
+ T không phụ thuộc vào tác động bên (như nhiệt độ, áp suất ) mà phụ thuộc chất bên chất phóng xạ
+ k = : số chu kì bán rã thời gian t
- Khối lượng chất đã phóng xạ sau thời gian t: -λt
0 0
Δm = m - m = m (1- e )
- Phần trăm (độ giảm) chất phóng xạ bị phân rã:
0
1 t
m
e m
l
(28)
Phần trăm chất phóng xạ còn lại:
0
2
m T t
e m
l
-
-= =
- Mối liên hệ giữa khối lượng số hạt nhân: N = m.NA
A
- Khối lượng chất tạo thành sau thời gian t: 1 -λt -λt
A A
A N A
ΔN
m = A = (1- e ) = m (1- e )
N N A
Trong đó: A, A1 số khối chất phóng xạ ban đầu chất tạo thành
NA = 6,022.10-23 mol-1 số Avơgađrơ
Lưu ý: Trường hợp phóng xạ +, - A = A
1 m1 = m
- Độ phóng xạ H: Là đại lượng đặc trưng cho tính phóng xạ mạnh hay yếu lượng chất phóng xạ, đo số phân rã giây:
t
- -λt 0
T
0 0 k
H H = H = H e =λN =
2
t
H e
H
+ Với: H0 = N0 độ phóng xạ ban đầu
+ Đơn vị: Becơren (Bq); 1Bq = phân rã/giây ; Curi (Ci); Ci = 3,7.1010 Bq
==> Độ giảm độ phóng xạ (%): 0 -λt
0 0 0
H - H
ΔH H
= = 1- = 1- e
H H H
Lưu ý:Khi tính đợ phóng xạ H, H0 (Bq) chu kỳ phóng xạ T phải đổi đơn vị giây(s).
Bảng quy luật phân rã
t = T 2T 3T 4T 5T 6T
Số hạt lại N0/2 N0/4 N0/8 N0/16 N0/32 N0/64
Số hạt phân rã N0/2 N0/4 N0/8 15 N0/16 31 N0/32 63 N0/64
Tỉ lệ % phân rã 50% 75% 87.5% 93.75% 96.875%
Tỉ lê rã lại 15 31 63
- Ứng dụng đồng vị phóng xạ: phương pháp nguyên tử đánh dấu, khảo cổ định tuổi cổ vật dựa vào lượng cacbon 14
5 Phản ứng phân hạch, phản ứng nhiệt hạch: a, Phản ứng phân hạch:
- P.ư phân hạch: hạt nhân nặng hấp thụ nơtron sẽ vỡ thành hai hạt nhân nhẹ hơn, kèm theo vài nơtrôn Năng lượng tỏa phản ứng cỡ 210 MeV
Sự phân hạch 1g 235U giải phóng lượng 8,5.1010J tương đương với lượng
8,5 than dầu tỏa cháy hết
- P.ư dây truyền: Gọi k hệ số nhân nơtrơn, số nơtrơn cịn lại sau p.ư h.n đến kích thích h.n khác Khi k xảy p.ư phân hạch dây chuyền:
+ Khi k < 1, p.ư phân hạch dây chuyền tắt nhanh
+ Khi k = 1, p.ư phân hạch dây chuyền tự trì lượng phát không đổi theo thời gian
+ Khi k > 1, p.ư phân hạch dây chuyền tự trì lượng phát tăng nhanh gây bùng nổ - Khối lượng tới hạn: khối lượng tối thiểu chất phân hạch để p.ư phân hạch dây chuyền trì
Với 235U khối lượng tới hạn cỡ 15 kg, với 239Pu vào cỡ kg.
b, Phản ứng nhiệt hạch (p.ư tổng hợp h.n):
- Hai hay nhiều hạt nhân nhẹ, kết hợp với thành hạt nhân nặng Phản ứng xảy nhiệt độ cao, nên gọi phản ứng nhiệt hạch Con người thực phản ứng dạng khơng kiểm sốt (bom H)
- Điều kiện để p.ư kết hợp h.n xảy ra:
+ Phải đưa hỗn hợp nhiên liệu sang trạng thái plasma cách đưa nhiệt độ lên tới 108 độ.
(29)+ Thời gian trì trạng thái plasma nhiệt độ cao phải đủ lớn
CHƯƠNG VIII TỪ VI MÔ ĐẾN VĨ MÔ
I CÁC HẠT SƠ CẤP:
1.Thế giới vi mơ, vĩ mơ xếp theo kích thước lớn dần: Hạt sơ cấp, hạt nhân nguyên tử, nguyên tử, phân tử, hành tinh, hệ Mặt Trời, thiên hà
2 Hạt sơ cấp: Là hạt có kích thước khối lượng nhỏ hạt nhân nguyên tử - Các hạt sơ cấp chia làm ba loại:
+ phơtơn có m0 =
+ Các leptơn: Có khối lượng từ đến200 me Bao gồm: nơtrinô , electron e-, pôzitron e+,
+ Các hađrơn: Có khối lượng 200me Được chia thành ba nhóm con:
Mêzơn , K: Có khối lượng 200me nhỏ khối lượng nuclôn
Nuclơn p, n
Hipêron: Có khối lượng lớn khối lượng nuclôn Nhóm nuclôn hipêron còn gọi barion.
- Tất hađrôn cấu tạo từ hạt nhỏ hơn, gọi quac. Có loại quac (kí hiệu là: u, d, s, c, b, t) với phản quac tương ứng Các quac có mang điện phân số: , Một thành cơng giả thuyết quac dự đốn hạt ômêga trừ -.
- Phần lớn hạt sơ cấp tạo thành cặp gồm hạt phản hạt Phản hạt có khối lượng nghỉ spin hạt đặc trưng khác có trị số độ lớn trái dấu
- Lưu ý:
+ Sắp xếp theo thứ tự tăng dần khối lượng hạt sơ cấp biết: Phôtôn, leptôn, mêzôn barion + Theo quan niệm hạt thực sơ cấp gồm: Các quac, leptôn hạt truyền tương tác gluôn, phôtôn, W, Z0 gravitôn
+ Hạt prơton có cấu tạo quac nên prơton bị phá vỡ
3 Bốn loại tương tác vũ trụ: mạnh, điện từ, yếu, hấp dẫn.
- Tương tác hấp dẫn: Là tương tác hạt (các vật) có khối lượng khác khơng Bán kính lớn vơ cùng, lực tương tác nhỏ.Vd: Trọng lực, lực hút TĐ mặt trăng
- Tương tác điện từ: tương tác hạt mang điện vật tiếp tiếp xúc gây nên ma sát Bán kính lớn vơ hạn, lực tương tác mạnh tương tác hấp dẫn cỡ 1038 lần
Tương tác điện từ bản chất lực Culông, lực điện từ, lực Lo – ren, lực ma sát, lực liên kết hóa học
- Tương tác yếu – leptơn: Đó tương tác leptơn Bán kính tác dụng nhỏ cỡ 1018m, lực tương
tác yếu tương tác hấp dẫn cỡ 1011 lần Ví dụ: trình phân rã :
p n + e+ + v
e ; n p + e- + ~
e v
-Tương tác mạnh: Là tương tác hadrôn; không kể trình phân rã chúng Bán kính tác dụng nhỏ cỡ 1015m, lực tương tác yếu tương tác hấp dẫn cỡ 102 lần
Một trường hợp riêng tương tác mạnh lực hạt nhân.
4 Kích thước ngun tử, hạt nhân, prơton là: 10-10m, 10-14m, 10-15m.
- Theo thứ tự kích thước giảm dần: Phân tử > nguyên tử > hạt nhân > nuclôn > quac
II MẶT TRỜI – HỆ MẶT TRỜI:
1.Hệ mặt trời: Gồm Mặt Trời hành tinh, tiểu hành tinh vệ tinh, chổi thiên thạch - Các hành tinh: Thủy tinh, Kim tinh, Trái Đất, Hỏa tinh, Mộc tinh, Thổ tinh, Thiên Vương tinh, Hải Vương tinh
(30)- Năm ánh sáng: quãng đường mà as năm năm ánh sáng = 9,46.10 Km
- Các hành tinh quay quanh mặt trời theo chiều thuận phẳng, Mặt Trời hành tinh tự quay quanh quay theo chiều thuận trừ Kim tinh
2 Mặt trời:
- Là thiên thể trung tâm hệ mặt trời Có bán kính > 109 lần bk trái đất; khối lượng = 333 000 lần kl TĐ - Có khối lượng lớn, lực hấp dẫn Mặt Trời có vai trị định hình thành, phát triển chuyển động hệ
- Là cầu khí nóng sáng, khoảng 75% hiđrô 23% heli Nhiệt độ bề mặt 6000K, lòng đến hàng chục triệu độ Trong lịng mặt trời ln xảy p.ư nhệt hạch p.ư tổng hợp hạt nhân hiđrô thành hn heli.
-Cấu trúc mặt trời:Nhìn tổng quát, Mặt trời cấu tạo gồm hai phần quang cầu khí cầu
+Quang cầu Nhìn từ Trái đất ta thấy Mặt trời có dạng đĩa sáng trịn bán kính góc 16 phút khối cầu nóng sáng nhìn thấy gọi quang cầu ( cịn gọi quang quyển, có bán kính khoảng 7.105 km).
+Khí Mặt trời (khí cầu). Bao quanh quang cầu có khí Mặt trời Khí Mặt trời cấu tạo chủ yếu hiđrơ, heli… có nhiệt độ cao nên khí có đặc tính phức tạp Khí phân hai lớp có tính chất vật lí khác sắc cầu nhật hoa
Sắc cầu lớp khí nằm sát mặt quang cầu có độ dày 10 000 km có nhiệt độ khoảng 4500k Phía ngồi sắc cầu nhật hoa Vật chất cấu tạo nhật hoa trạng thái ion hoá mạnh (gọi trạng thái plaxma) Nhiệt độ khoảng triệu độ Nhật hoa có hình dạng thay đổi theo thời gian
- Cơng suất phát xạ Mặt Trời P 3,9.10 W 26
Lưu ý: Công suất xạ mặt trời P = 3,9.1026W, Mà P = = ==> E = P.t
==> Khối Lượng mặt trời giảm : m = E/c2 = Pt/c2
3 Trái Đất:
a) Cấu tạo: Trái Đất có dạng hình cầu, bán kính xích đạo 6378km, bán kính hai cực
6357km, khối lượng riêng trung bình 5515kg/m3
+ Lõi Trái Đất: bán kính 3000km; chủ yếu sắt, niken; nhiệt độ khoảng 3000 - 40000C.
+ Vỏ Trái Đất: dày khoảng 35km; chủ yếu granit; khối lượng riêng 3300kg/m3
- vài số liệu TĐ: BK = 6400km, KL = 5,98.1024kg, BK quĩ đạo quanh mặt trời 150.106km Chu kì quay
quanh trục 23h56ph004giây Chu kì quay quanh mặt trời 365,2422 ngày Góc nghiêng 23027’
b) Mặt Trăng- vệ tinh Trái đất
- Mặt trăng cách Trái Đất 384 000 km có bán kính 1738 km, có khối lượng 7, 35.1022 kg Gia tốc trọng trường
của Mặt trăng 1,63 m/s2 Mặt trăng chuyển động quanh Trái đất với chu kì 27,32 ngày Trong chuyển
động củaTrái Đất, Mặt Trăng cịn quay quanh trục với chu kì chu kì chuyển động quanh Trái Đất Hơn nữa, chiều tự quay chiều với chiều quay quanh Trái đất, nên Mặt Trăng hướng nửa định phía Trái đất
- Do lực hấp dẫn bé nên Mặt Trăng không giữ khí Nói khác, Mặt Trăng khơng có khí - Bề mặt Mặt trăng phủ lớp vật chất xốp Trên bề mặt Mặt Trăng có dãy núi cao, có vùng phẳng gọi biển (biển đá, biển nước), đặc biệt có nhiều lỗ trịn đỉnh núi (có thể miệng núi lửa tắt, vết tích va chạm thiên thạch)
- Nhiệt độ ngày đêm Mặt Trăng chênh lệch lớn ; vùng xích đạo mặt Mặt Trăng, nhiệt độ lúc trưa 1000Cnhưng lúc nửa đêm lại là-150 0C
- Mặt Trăng có nhiều ảnh hưởng đến Trái Đất, mà rõ rệt gây tượng thuỷ triều Cần lưu ý khí Trái Đất bị tác dụng lực triều (triều), dâng lên hạ xuống với biên độ lớn biên độ thuỷ triều nhiều lần
3 Hành tinh chuyển động xung quanh Mặt Trời theo quỹ đạo xác định
- Các hành tinh: Thủy tinh, Kim tinh, Trái Đất, Hỏa tinh, Mộc tinh, Thổ tinh, Thiên Vương tinh, Hải Vương tinh
(31)- Những hành tinh thuộc nhóm Trái Đất là: Thuỷ tinh, Kim tinh, Trái Đất Hoả tinh Đó hành tinh nhỏ, rắn, có khối lượng riêng tương đối lớn Nhiệt độ bề mặt tương đối cao
- Những hành tinh thuộc nhóm Mộc tinh là: Mộc tinh, Thổ tinh, Hải vương tinh Thiên vương tinh Chúng hành tinh lớn, khối khí nhân rắn xung quanh chất lỏng Nhiệt độ bề mặt tương dối thấp
- Các đặc trưng hành tinh
Thiên thể
Khoảng cách đến Mặt Trời
(đvtv)
Bán kính (km)
Khối lượng (so với Trái
Đất)
Khối lượng riêng (103kg/m3)
Chu kì tự quay
Chu kì chuyển động quanh
Mặt Trời
Số vệ tinh đă
biết
Thủy tinh 0,39 2440 0,055 5,4 59 ngày 87,9 ngày
Kim tinh 0,72 6056 0,81 5,3 243 ngày 224,7 ngày
Trái Đất 6375 5,5 23g56ph 365,25 ngày (1
năm)
Hỏa tinh 1,52 3395 0,11 3,9 24g37ph 1,88 năm
Mộc tinh 5,2 71490 318 1,3 9g50ph 11,86 năm 63
Thổ tinh 9,54 60270 95 0,7 14g14ph 29,46 năm 34
Thiên Vương
tinh 19,19 25760 15 1,2 17g14ph 84,00 năm 27
Hải Vương
tinh 30,07 25270 17 1,7 16g11ph 164,80 năm 13
4 Sao chổi thiên thạch:
- Sao chổi:Là khối khí đóng băng lẫn với đá, có đường kính vài km, chuyển động quanh Mặt Trời theo quỹ đạo elíp dẹt mà mặt trời tiêu điểm Khi chổi cđ quĩ đạo gần mặt trời vật chất bị nóng sáng bay thành đám khí bụi quanh Đám khí bụi bao quanh bị áp suất as mặt trời gây đẩy dạt phía đối diện với mặt trời tạo thành chổi Đứng TĐ ta nhìn thấy đầu đuôi chổi: đầu chổi gần mặt trời, đuôi chổi xa MT
- Thiên thạch: Là tảng đá chuyển động quanh mặt trời Trường hợp thiên thạch bay bầu khí của trái đất bị ma sát mạnh nêu nóng sáng bốc cháy, để lại vết dài mà ta gọi sao băng.
III CÁC SAO VÀ THIÊN HÀ: 1 Sao:
- Sao thiên thể nóng sáng giống Mặt Trời Các xa, biết gần cách đến hàng chục tỉ km (trên năm as); cịn ngơi xa cách xa đến 14 tỉ năm ánh sáng (
12
1 năm ánh sáng9,46.10 Km)
- Xung quanh số cịn có hành tinh chuyển động, giống hệ Mặt Trời Khối lượng có giá trị năm khoảng từ 0,1 lần khối lượng Mặt Trời đến vài chục lần (đa số khoảng lần ) khối lượng Mặt Trời Bán kính có giá trị nằm khoảng rộng, từ khoảng phần nghìn lần bán kính Mặt Trời ( chắt) đến gấp hàng ngìn lần bk mặt trời (ở kềnh)
2 Các loại sao:
- Đa số tồn trạng thái ổn định; có kích thước, nhiệt độ, … khơng đổi thời gian dài - Ngoài ra; người ta phát thấy có số đặc biệt biến quang, mới, nơtron, … + Sao biến quang có độ sáng thay đổi, có hai loại:
(32)Sao biến quang nén dãn có độ sáng thay đổi thực theo chu kì xác định
+ Sao có độ sáng tăng đột ngột lên hàng ngàn, hàng vạn lần sau từ từ giảm Lí thuyết cho pha đột biến tŕnh biến hóa hệ
+ Punxa, nơtron ngồi xạ lượng cịn có phần xạ lượng thành xung sóng vơ tuyến Sao nơtron cấu tạo hạt nơtron với mật độ lớn 10 g/cm14
Punxa (pulsar) lơi nơtron với bán kính 10km tự quay với tốc độ góc 640 vòng/s phát sóng vơ tuyến Bức xạ thu Trái Đất có dạng xung sáng giống sáng hải đăng mà tàu biển nhận
- Ngoài ra, hệ thống thiên thể vũ trụ có lỗ đen tinh vân
+ Lỗ đen thiên thể tiên đốn lí thuyết, cấu tao nơtron, có trường hấp dẫn lớn thu hút vật thể, kể ánh sáng Vì vậy, thiên thể tối đen khơng phát sóng điện từ Người ta phát lỗ đen nhờ tia X phát ra, lỗ đen hút thiên thể gần
+ Tinh vân ta cịn thấy “đám mây sáng”, gọi Đó đám bụi khổng lồ rọi sáng gần đó, đám khí bị ion hố phóng từ hay siêu
3 Khái quát tiến hoá sao
Khi “nhiên liệu” cạn kiệt, biến thành thiên thể khác Lí thuyết cho thấy có khối lượng cỡ Mặt Trời “ sống” tới 10 tỉ năm, sau biến thành chắt trắng (hay lùn ), có bán kính phần trăm hay phần nghìn bán kính Mặt Trời lại có nhiệt độ bề mặt tới 50 000 K Còn có khối lượng lớn mặt trời (từ năm lần trở lên) “sống” khoảng 100 triệu năm, nhiệt độ giảm dần trở thành kềnh đỏ, sau lại tiếp tục tiến hoá trở thành nơtron (punxa), lỗ đen
4 Thiên hà:
- Các tồn vũ trụ thành hệ thống tương đối độc lập Hệ thống gồm nhiều loại tinh vân gọi thiên hà
a Các loại thiên hà:
Thiên hà xoắn ốc có hình dạng dẹt đĩa, có cánh tay xoắn ốc, chứa nhiều khí
Thiên hà elip có hình elip, chứa khí có khối lượng trải dải rộng Có loại thiên hà elip nguồn phát sóng vơ tuyến điện mạnh
Thiên hà khơng định hình trông đám mây (thiên hà Ma gien-lăng) Đường kính thiên hà vào khoảng 100 000 năm ánh sáng
Toàn thiên hà quay xung quanh trung tâm thiên hà
b Thiên Hà Ngân hà:
- Thiên hà loại thiên hà xoắn ốc, có đường kính khoảng 100 nghìn năm ánh sáng có khối lượng khoảng 150 tỉ lần khối lượng Mặt Trời Nó hệ phẳng giống đĩa, dày khoảng 330 năm ánh sáng, chứa vài trăm tỉ Hệ Mặt Trời nằm cánh tay xoắn rìa thiên hà, cách trung tâm 30 nghìn năm ánh sáng quay quanh tâm thiên hà với tốc độ khoảng 250 km/s Giữa có bụi khí Phần trung tâm thiên hà có dạng hình cầu dẹp, gọi vùng lồi trung tâm (dày khoảng 15 000 năm ánh sáng ), tạo “già” khí bụi Ngay trung tâm thiên hà có nguồn phát xạ hồng ngoại nguồn phát xạ sóng vơ tuyến điện ; nguồn phát lượng tương đương với độ sáng chừng 20 triệu ngơi mặt trời phóng luồng gió mạnh
- Từ Trái đất, Chúng ta nhìn hình chiếu Thiên Hà vòm trời, dải sáng trải bầu trời đêm, gọi dải Ngân Hà Mặt phẳng trung tâm dải Ngân Hà trở nên tối bụi dài Vào đầu đêm mùa hè, ta thấy dải Ngân Hà nằm trời theo hướng Đơng Bắc- Tây Nam
c Nhóm thiên hà Siêu nhóm thiên hà:
- Vũ trụ có hàng trăm tỉ thiên hà, thiên hà thường cách khoảng mười lần kích thước Thiên Hà Các thiên hà có xu hướng hợp lại với thành nhóm từ vài chục đến vài nghìn thiên hà
(33)- Các nhóm thiên hà tập hợp lại thành Siêu nhóm thiên hà hay Đại thiên hà Siêu nhóm thiên hà địa phương có tâm nằm Nhóm Trinh Nữ chứa tất nhóm bao quanh nó, có nhóm thiên hà địa phương
IV THUYẾT VỤ NỔ LỚN (BIG BANG) 1 Các kiện thiên văn quan trọng a) Vũ trụ dãn nở:
Các thiên hà dịch chuyển xa nhau, chứng kiện thiên văn quan trọng : vũ trụ dãn nở
b) Bức xạ “vũ trụ”
Bức xạ phát đồng từ phía khơng trung tương ứng với xạ phát từ vật có nhiệt độ khoảng 3K (chính xác 2,735K); xạ đươc gọi xạ 3K Kết thu chứng tỏ xạ xạ phát từ phía vũ trụ (nay nguội) gọi xạ “nền” vũ trụ
2 Định luật Hớp-bơn:
- Tốc độ lùi xa thiên hà tỉ lệ với khoảng cách thiên hà chúng ta: v = H.d
Với: v tốc độ chạy xa thiên hà
d k/c từ thiên hà xét đến thiên hà
H 1,7.10 m/s.năm ánh sáng gọi hs Hớp - bơn
12
1 năm ánh saùng 9,46.10 Km
3 Thuyết vụ nổ lớn (Big Bang):
- Theo thuyết vụ nổ lớn, vũ trụ bắt đầu dăn nở từ “điểm kì dị” Để tính tuổi bán kính vũ trụ, ta chọn “điểm kì dị” làm mốc (gọi điểm zêrơ Big Bang)
- Tại thời điểm định luật vật lí biết thuyết tương đối rộng khơng áp dụng Vật lí học đại dựa vào vật lí hạt sơ cấp để dự đốn tượng xảy thời điểm tp= 10-43s sau Vụ nổ lớn gọi
thời điểm Planck
- Ở thời điểm Planck, kích thước vụ trụ 1035m, nhiệt độ 1032K mật độ 10 kg/cm91 Các trị số cực
lớn cực nhỏ gọi trị số Planck Từ thời điểm Vũ trụ dãn nở nhanh, nhiệt độ Vũ trụ giảm dần Tại thời điểm Planck, Vũ trụ bị tràn ngập hạt có lượng cao electron, notrino quark, lượng 1015GeV
- Tại thời điểm t = 10-6s, chuyển động quark phản quark đủ chậm để lực tương tác mạnh gom
chúng lại gắn kết chúng lại tạo thành prôtôn nơtrơn, lượng trung bình hạt vũ trụ lúc 1GeV
- Tại thời điểm t phuùt , các hạt nhân Heli được tạo thành Trước đó, prơtơn nơtrơn đă kết hợp với nhau
để tạo thành hạt nhân đơteri 21H Khi đó, đă xuất hạt nhân đơteri 12H, triti 13H , heli 24He bền Các hạt nhân hiđrô hêli chiếm 98% khối lượng thiên hà, khối lượng hạt nhân nặng chiếm
2% Ở thiên thể, có 14 khối lượng hêli có 34 khối lượng hiđrơ Điều chứng tỏ, thiên thể, thiên hà có chung nguồn gốc
- Tại thời điểm t 300000 naêm , loại hạt nhân khác đă tạo thành, tương tác chủ yếu chi phối vũ trụ
tương tác điện từ Các lực điện từ gắn electron với hạt nhân, tạo thành nguyên tử H He
- Tại thời điểm t 10 naêm , nguyên tử tạo thành, tương tác chủ yếu chi phối vũ trụ tương tác
hấp dẫn Các lực hấp dẫn thu gom nguyên tử lại, tạo thành thiên hà ngăn cản thiên hà tiếp tục nở Trong thiên hà, lực hấp dẫn nén đám nguyên tử lại tạo thành sao Chỉ có khoảng cách thiên hà tiếp tục tăng lên
- Tại thời điểm t 14.10 naêm , vũ trụ trạng thái với nhiệt độ trung bình T 2,7K
Lưu ý:
- Theo hiệu ứng Đốp-le với sóng as nguồn đứng n phát xạ đơn sắc bước sóng 0, nguồn chuyển động với tốc độ v máy thu bước sóng xạ mà máy thu nhận
- Độ dịch chuyển bước sóng xạ = - 0 = 0 v
c
+ Nếu nguồn xa máy thu v > ==> = - 0 > ==> > 0 , bước sóng xạ d/c phía đỏ, bs
(34)+ Nếu nguồn lại gần máy thu v < ==> = - 0 < ==> < 0, bước sóng xạ d/c phía tím,
bs ngắn
Hết