Đang tải... (xem toàn văn)
- Mçi biÕn thiªn theo thêi gian cña tõ trêng ®Òu sinh ra trong kh«ng gian xung quanh mét ®iÖn trêng xo¸y biÕn thiªn theo thêi gian vµ ngîc l¹i, mçi biÕn thiªn theo thêi gian cña ®iÖn[r]
(1)T i Õ p s ø c m ï a t h i 1 1
Chương 1: Động lực học vật rắn
Chủ đề 1.1 Chuyển động quay vật rắn quanh trục cố định
1 Đặc điểm chuyển động quay vật rắn quanh trục cố định Có hai đặc điểm sau:
Mỗi điểm vật vạch đường trịn nằm mặt phẳng vng góc với trục quay, có bán kính khoảng cách từ điểm đến trục quay, có tâm trục quay
Mọi điểm vật quay góc khoảng thời gian 2 Các đại lượng động học chuyển động quay
a) Toạ độ góc: (rad)
- Gọi P0 mặt phẳng cố định,có chứa trục quay(mặt phẳng gốc), P mặt phẳng chứa trục quay
và gắn cố định với vật rắn
- Góc góc hợp P P0, gọi toạ độ góc vật
b) Tốc độ góc: (rad/s)
Là đại lượng đặc trưng cho mức độ nhanh hay chậm chuyển động quay vật rắn quanh trục
Tốc độ góc trụng bình:
tb
0
t t t
Tốc độ góc tức thời: '
t
d
lim (t)
t dt
c) Gia tèc gãc: (rad/s2)
Là đại lượng đặc trưng cho biến thiên tốc độ góc
Gia tèc gãc trung b×nh:
tb
0
t t t
Gia tèc gãc tøc thêi (gia tèc gãc):
2
' ''
2 t
d d
lim (t) (t)
t dt dt
3 Các phương trình động học chuyển động quay
a) Vật rắn quay đều:
Tốc độ góc: const
Phương trình chuyển động: 0 t
b) Vật rắn quay biến đổi đều:
Gia tèc gãc: const
Tốc độ góc: 0 t
Phương trình chuyển động: 0 0 t2 t
Công thức độc lập với thời gian: 2 ( 0)
0
2
Phân loại: loại
+ Chuyển động quay nhanh dần đều: .0 + Chuyển động quay chậm dần đều: .0
Nếu vật quay theo chiều định chọn chiều quay làm chiều dương thì: + > 0: tốc độ góc tăng dần chuyển động quay nhanh dần
(2)T i l i ệ u ô n l u y ệ n th i Đ i h ä c m « n V Ë t l ý 2
a) Công thức liên hệ tốc độ dài tốc độ góc điểm chuyển động quỹ đạo trịn bán kính r:
r v
b)Khi vật rắn quay gia tốc hướng tâm là: 2
n r
r v
a
c) Khi vật rắn quay khơng đều: gia tốc a có thành phần
t
n a
a
a
+ Gia tốc hướng tâm (pháp tuyến): đặc trưng cho thay đổi hướng vận tốc
2 n r
a
+ Gia tốc tiếp tuyến: đặc trưng cho thay đổi độ lớn vận tốc
r at
+ Gia tốc tồn phần có độ lớn: a a2n a2t
Hay: a r24 r22 r 4 2
Vectơ a hợp với bán kính nối tâm quay với điểm xét góc xác định bởi:
2 n t
a a tan
Chủ đề 1.2 Phương trình động lực học vật rắn Momen quán tớnh
1 Mối liên hệ gia tốc gãc vµ momen lùc
n i i i
Mm r 2 Momen qu¸n tÝnh
a) Định nghĩa biểu thức:
* Định nghĩa: Momen quán tính I trục đại lượng đặc trưng cho mức quán tính vật rắn chuyển động quay quanh trục
* BiÓu thøc:
n i i i
I m r
* Đặc điểm: Momen quán tính phụ thuộc vào khối lượng, phân bố khối lượng trục quay vị trí trục quay
b) Mét sè biĨu thøc tÝnh momen qu¸n tÝnh cđa mét sè vËt:
(Xét vật đồng chất, khối lượng phân bố đều, trục quay qua khối tâm G)
Momen quán tính chất điểm: Imr2
Momen qn tính thanh cứng có tiết diện nhỏ, chiều dài L, khối lượng m:
2
mL 12
1 I
Momen quán tính vành trịn mỏng(hay trụ rỗng) có khối lượng m, bán kính R:
2
mR I
Momen qn tính đĩa trịn mỏng (hay trụ đặc) có khối lượng m, bán kính R:
2
(3)T i Õ p s ø c m ï a t h i 1 3
Momen quán tính cầu đặc có khối lượng m, bán kính R:
2
mR I
Momen qn tính cầu rỗng có khối lượng m, bán kính R:
2
2
I mR
3
c) Công thức Huyghen Stenơ:
2
( ) G
I I m.d
d: khoảng cách hai trục song song (trục trục qua G) 3 Phương trình động lực học vật rắn quay quanh trục cố định
M I
Chủ đề 1.3 Momen động lượng Định luật bảo toàn momen động lượng 1 Momen động lượng
a) Dạng khác phương trình động lực học vật rắn quay quanh trục cố định:
dL M
dt
b) Momen động lượng:
BiÓu thøc: L I
2 Định luật bảo toàn momen động lượng
a) Nội dung: Nếu tổng momen tác dụng lên vật rắn (hay hệ vật) trục tổng momen động lượng vật rắn (hay hệ vật) trục bảo tồn
b) BiĨu thøc: L I const hay I1 1 I22
Các trường hợp:
Vật có momen qn tính trục quay khơng đổi(I = const) vật khơng quay quay Vật có momen quán tính trục quay thay đổi:
- NÕu I vËt quay chậm dần dừng lại - Nếu I vËt quay nhanh dÇn
3 Định lí biến thiến momen động lượng
L M t
hay L2L1M t Chủ đề 1.4 Động quay vật rắn
1 Động quay vật rắn xung quanh trục cố định
2 d(q)
1
W I
2 2 Định lí biến thiên động chuyển động quay
W® =
2
2
1
I I A
2 2 (A: công ngoại lực)
3 ng nng ca vật rắn chuyển động song phẳng (lăn không trượt)
W® =
2
1 mv
2 +
2
(4)T µ i l i Ư u « n l u y Ư n th i Đ i h ọ c m « n V Ë t l ý 4
Sự tương tự đại lượng dài chuyển động thẳng đại lượng góc chuyển động quay
TT Chuyển động thẳng
(chiều chuyển động không đổi)
Chuyển động quay
(trục quay cố định, chiều quay không đổi)
1 Toạ độ x m Toạ độ góc rad
2 Tốc độ v m/s Tốc độ góc rad/s
3 Gia tèc a m/s2 Gia tèc gãc rad/s2
4 Lùc F N Momen lùc M Nm
5 Khối lượng m kg Momen quán tính I kgm2
6 Động lượng p = mv kgm/s Momen động lượng L = I kgm2/s
7 Động Wđ =
2
mv
2 J Động quay Wđ =
2
I
J
Chuyển động thẳng
v = const; a = 0; x = x0 + vt
Chuyển động quay
= const; = 0; 0 t
Chuyển động thẳng biến đổi
a = const v = v0 + at
x = x0 + v0t + 2at
2
2
0
v v 2a(xx )
Phương trình động lực học F = ma
Dạng khác F dp dt
Định luật bảo toàn động lượng
i i i
p m v
= const
Định lý động
2
d
1
W mv mv A
2
(C«ng cđa ngo¹i lùc)
Chuyển động quay biến đổi
= const
0 t
2
1
t t
2
2
0
Phương trình động lực học M I
D¹ng kh¸c M dL dt
Định luật bảo tồn momen động lượng
i i i
L I
= const
Định lý động
2
d
1
W I I
2
= A(Công ngoại lực) Cơng thức liên hệ đại lượng góc đại lượng dài
2
t n
s r ; v r;a r ;a r
(5)T i Õ p s ø c m ï a t h i 1 5
Chương Dao động
Chủ đề 2.1 Đại cương dao động điều hoà 1 Các định nghĩa dao động
1.1 Dao động: Dao động chuyển động qua lại vật quanh vị trí cân 1.2 Dao động tuần hồn:
a) Định nghĩa: Dao động tuần hoàn dao động mà trạng thái dao động vật lặp lại cũ sau khoảng thời gian
b) Chu kì tần số dao động:
* Chu kì dao động: khoảng thời gian ngắn sau trạng thái dao động lặp lại cũ(hay khoảng thời gian ngắn để vật thực xong dao động toàn phần)
KÝ hiÖu: T s
* Tần số dao động: số lần dao động mà vật thực đơn vị thời gian Kí hiệu: fHz
* Mối quan hệ chu kì tần số dao động:
T t
f N
(N số dao động toàn phần mà vật thực thời gian t)
1.3 Dao động điều hoà: Dao động điều hồ dao động mơ tả định luật dạng cosin hay sin theo thời gian t Trong A, , số
xA.cos t
2 Dao động điều hồ
2.1 Phương trình dao động điều hoà xA.cos t
Trong đó:
x : li độ, độ dời vật xo với vị trí cân bằngcm; m
A: biên độ, độ dời cực đại vật so với vị trí cân bằngcm; m, phụ thuộc cách kích thích : tần số góc, đại lượng trung gian cho phép xác định chu kì tần số dao độngrad
t: pha dao động, đại lượng trung gian cho phép xác định trạng thái dao động(x,v,a) vật thời điểm t bất kìrad
: pha ban đầu, đại lượng trung gian cho phép xác định trạng thái dao động vật thời điểm ban đầurad; phụ thuộc vào cách chọn gốc thời gian
Chú ý :A, ln dương : âm, dương 2.2 Chu kì tần số dao động điều hoà
Dao động điều hoà dao động tuần hồn hàm cos hàm tuần hồn có chu kì T, tần số f
a) Chu k×:
T
b) TÇn sè:
2 f
2.3 Vận tốc gia tốc dao động điều hồ
(6)T µ i l i Ư u « n l u y Ư n th i Đ i h ọ c m « n V Ë t l ý 6
v A sin t (cm/s; m/s)
b) Gia tốc: Gia tốc tức thời dao độngđiều hồ tính đạo hàm bậc vận tốc theo thời gian đạo hàm bậc hai li độ x theo thời gian t: a = v’ = x’’ = -2A cos( t )
a 2A cos( t ) (cm/s2
; m/s2
) 3 Lùc t¸c dơng
Hợp lực F tác dụng vào vật dao động điều hồ trì dao động gọi lực kéo lực hồi phục
a) Định nghĩa: Lực hồi phục lực tác dụng vào vật dao động điều hồ có xu hướng đưa vật trở vị trí cân
b) BiÓu thøc: Fma kxm2x
Hay: F m 2A cos( t )
Từ biểu thức ta thấy: lực hồi phục hướng vị trí cân vật
c) §é lín: F kx m2x
Ta thấy: lực hồi phục có độ lớn tỉ lệ thuận với li độ
+ Lực hồi phục cực đại x = A, lúc vật vị trí biên: Fmax kAm2A
+ Lực hồi phục cực tiểu x = 0, lúc vật qua vị trí cân bằng: Fmin 0
NhËn xÐt:
+ Lực hồi phục thay đổi trình dao động + Lực hồi phục đổi chiều qua vị trí cân
+ Lực hồi phục biến thiên điều hoà theo thời gian pha với a, ngược pha với x 4 Mối liên hệ chuyển động tròn dao động điều hoà
Xét chất điểm M chuyển động tròn đường tròn tâm O, bán kính A hình vẽ + Tại thời điểm t = : vị trí chất điểm M0, xác định góc
+ Tại thời điểm t : vị trí chất điểm M, xác định góc t + Hình chiếu M xuống trục xx’ P, có toạ độ x:
x = OP = OMcost Hay: xA.cos t
Ta thấy: hình chiếu P chất điểm M dao động điều hoà quanh điểm O
KÕt luËn:
a) Khi chất điểm chuyển động (O, A) với tốc độ góc , chuyển động hình chiếu chất điểm xuống trục qua tâm O, nằm mặt phẳng quỹ đạo dao động điều hoà
b) Ngược lại, dao động điều hồ bất kì, coi hình chiếu chuyển động tròn xuống đường thẳng nằm mặt phẳng quỹ đạo, đường trịn bán kính biên độ A, tốc độ góc tần số góc dao động điều hồ
c) Biểu diễn dao động điều hồ véctơ quay: Có thể biểu diễn dao động điều hồ có phương trình: xA.cos t vectơ quay A
+ Gốc vectơ O A
+ §é dµi: A ~A
+ (A, Ox ) =
4 Các công thức độc lập với thời gian
M
M0 x x P
O
t
+
x’
A
O y
x
(7)T i Õ p s ø c m ï a t h i 1 7
a) Mối quan hệ li độ x vận tốc v :
A v A x 2 2
; E : elip
Hc: 2 2 v x A
hay v2 2(A2x )2 hay
2
2
max
x v
1
A v
b) Mối quan hệ li độ x gia tốc a :
a 2x
Chó ý :
a.x < 0; x A;A
Vì dao động x biến đổi a biến đổi chuyển động vật biến đổi không
c) Mèi quan hƯ gi÷a vËn tèc v vµ gia tèc a :
A a A v 2
; E : elip
Hay
v a v v max 2 max
hay a2 2(v2maxv )2 hay a a v v max 2 max Biên độ: 2 2 v a
A
5 Đồ thị dao động điều hoà
a) Đồ thị theo thời gian:
- Đồ thị li độ(x), vận tốc(v), gia tốc(a) theo thời gian t: có dạng hình sin
b) Đồ thị theo li độ x:
- Đồ thị v theo x: Đồ thị có dạng elip (E) - Đồ thị a theo x: Đồ thị có dạng đoạn thẳng
c) Đồ thị theo vận tốc v:
- Đồ thị a theo v: Đồ thị có dạng elip (E) 6 Độ lệch pha dao động điều hoà
Ta cã: xA.cos t =
x
A cos( t )
v A sin t = A cos( t ) vmax.cos( t v)
a 2A cos( t )= 2A cos( t ) amaxc os( t a)
x v a
2
KÕt kuËn:
- Vận tốc v vuông pha với x v (v sớm pha x góc /2; v trễ pha a góc /2) - Li độ x ngược pha với gia tốc a (a sớm pha góc so với x)
Chủ đề 2.2 Con lắc lò xo 1 Định nghĩa lắc lò xo:
Con lắc lò xo hệ thống gồm lị xo có độ cứng k, khối lượng khơng đáng kể (lí tưởng) đầu cố định đầu gắn vật nặng có khối lượng m
(8)T i l i ệ u ô n l u y ệ n th i Đ i h ọ c m ô n V ậ t l ý 8 2 Phương trình động lực học vật dao động điều hoà CLLX:
0 x
x'' 2 (*)
Trong toán học phương trình (*) gọi phương trình vi phân bậc có nghiệm:
xA.cos t 4 TÇn sè gãc:
m k 5 Chu kì tần số dao động:
* Chu kì dao động:
k m T
* Tần số dao động:
m k f
Chú ý : Trong công thức m (kg); k (N/m) 6 Động năng, năng:
a) Động năng: Wđ =
2
1 mv
W® =
m2A2sin2(t + ) =
2
kA2 sin2(t + ) = W0 sin
(t + ) = W0(
1 cos(2 t )
) = W0
2 +
0
W
2 cos(2t + +)
b)Thế năng: Wt =
2
kx2 Wt =
2
m2A2
cos2
(t + ) =
2
kA2
cos2
(t + ) = W0cos
(t + ) = W0(
1 cos(2 t )
) = W0
2 +
0
W
2 cos(2t + 2)
c)Cơ năng: Cơ tổng động W = Wđ + Wt =
2
m2A2
= kA2 = const W = mv2 + kx2 = kA2 =
m2A2
=
2
mv2max
W = W®max = Wtmax = const
W = 2m2f2
A2 = 2 T m A2
d) C¸c kÕt luËn:
Con lắc lò xo dao động điều hồ với tần số f, chu kì T, tần số góc động biến thiên tuần hoàn với tần số f’ = 2f, chu kì T’ = T/2, tần số góc , = 2
(9)T i Õ p s ø c m ï a t h i 1 9
Trong qúa trình dao động điều hồ có biến đổi qua lại động năng, động giảm tăng ngược lại tổng chúng tức bảo tồn, khơng đổi theo thời gian tỉ lệ thuận với bình phương biên độ dao động
Khoảng thời gian ngắn hai lần động
'
T T
t
2
Cơ vật = động qua vị trí cân = vị trí biên
7 GhÐp lß xo:
Cho hai lị xo lí tưởng có độ cứng k1 k2 Gọi k độ cứng hệ hai lò xo
a) GhÐp nèi tiÕp:
1
1 1
k k k 1 2
2
k k
k k k
b) GhÐp song song: kk1k2
c) Ghép có vật xen giữa: kk1k2
8 Cắt lß xo:
Cho lị xo lí tưởng có chiều dài tự nhiên 0, độ cứng k0 Cắt lị xo thành n phần, có chiều
dài 1, 2, ,n Độ cứng tương ứng k1, k2,…, kn Ta có hệ thức sau:
0 1 2 n n
k k k k
Chủ đề 2.3 Con lắc đơn (con lắc toán học) Con lắc vật lí I Con lắc đơn
1 Định nghĩa lắc đơn:
Con lắc đơn hệ thống gồm sợi dây khơng giãn khối lượng khơng đáng kể có chiều dài đầu gắn cố định, đầu lại treo vật nặng có khối lượng m kích thước khơng đáng kể coi chất điểm
2 Phương trình động lực học (phương trình vi phân): 100
s''2s0
3 Phương trình dao động lắc đơn
- Phương trình theo cung: sS cos0 t
- Phương trình theo góc: 0cos t
- Mèi quan hƯ S0 vµ 0: S0 = 0
4 Tần số góc Chu kì tần số dao động lắc đơn
* TÇn sè gãc: g
* Chu kì dao động: T
g
* Tần số dao động: f g
2
5 Năng lượng dao động điều hoà lắc đơn
5.1 Trường hợp tổng quát: với góc
m
l
M
l
O +
T
P
Pn
t
P
(10)T µ i l i Ö u « n l u y Ö n th i Đ i h ọ c m ô n V Ë t l ý 10
a) Động năng: Wđ =
2
mv
b) Thế năng: Wt = mgh = mg(1 - cos) v× h = (1 - cos)
c) Cơ năng: W = Wđ + Wt =
2
mv
2 + mg(1 - cos) =
2
max max
1
mv mg cos
2 2
5.2 Trường hợp dao động điều hoà:
a) Động năng:
Wđ =
2
mv
2 mµ v = s’ = -S0sin(t + ) Wd 1mv2 1m 2S sin20 2 t
2
b) Thế năng:
* NÕu gãc nhá (100), ta cã: - cos =
2 sin
2
2
Wt 1mg
2
(: rad)
* Mµ: sin s
2 2
t
1 mg
W s m s
2
* Mµ: s = S0cos(t)
2
t
1
W m S cos t
2
c) Cơ năng:
W = Wđ + Wt =
2
2
mv mg
s
2 2 =
2 2
0
1
m S sin t cos t
2 =
2
1
m S
2
W mgS02 1m 2S02 1mg 20 const
2 2
d) C¸c kÕt luËn:
Con lắc đơn dao động điều hồ với tần số f, chu kì T, tần số góc động biến thiên tuần hoàn với tần số f’ = 2f, chu kì T’ = T/2, tần số góc , = 2
Động biến thiên tuần hoàn biên độ, tần số lệch pha góc ( hay ngược pha nhau)
Trong qúa trình dao động điều hồ có biến đổi qua lại động năng, động giảm tăng ngược lại tổng chúng tức bảo tồn, khơng đổi theo thời gian tỉ lệ thuận với bình phương biên độ dao động
Khoảng thời gian ngắn hai lần động
'
T T
t
2
Cơ vật = động qua vị trí cân = vị trí biên
6 Lùc håi phơc (lùc kÐo vỊ)
g Fm s
(11)T i Õ p s ø c m ï a t h i 1 11
a) Mèi quan hệ s v:
2
2
0
v S s
b) Mối quan hệ s a: a 2s
c) Mèi quan hƯ gi÷a a vµ v:
2
2
0
v a
S
II Con l¾c vËt lÝ
1 Định nghĩa: Con lắc vật lí vật rắn quay quanh trục nằm ngang cố định.
2 Phương trình động lực học lắc vật lí dao động điều hồ
'' mgd
I
; Đặt mgd
I '' (*)
Phương trình dao động lắc vật lí nghiệm phương trình (*): 0cos t
3 Chu kì tần số dao động lắc vật lí
a) Chu k×: T 2 I
mgd
b) TÇn sè: f mgd
2 I
Trong đó: m: khối lượng vật rắn
d : khoảng cách từ khối tâm(G) đến trục quay
I : momen quán tính vật rắn trục quay Chủ đề 2.4 Các loại dao động 1 Hệ dao động
Hệ dao động gồm vật dao động vật tác dụng lực kéo lên vật dao động 2 Các loại dao động
2.1 Dao động tự
a) Định nghĩa: Dao động tự dao động mà chu kì (tần số) phụ thuộc vào đặc tính hệ mà khơng phụ thuộc vào yếu t bờn ngoi
b) Đặc điểm:
- Dao động tự xảy tác dụng nội lực
- Dao động tự hay gọi dao động riêng, dao động với tần số góc riêng 0
c) Điều kiện để lắc dao động tự là:
Các lực ma sát phải nhỏ, bỏ qua Khi lắc lò xo lắc đơn dao động mãi với chu kì riêng
+ Con lắc lị xo: dao động với chu kì riêng
k m
T ( T chØ phơ thc m vµ k)
+ Con lắc đơn: dao động với chu kì riêng: T g
Chú ý :Con lắc đơn thể coi dao động tự khơng đổi vị trí (để cho g = const, T phụ thuộc )
2.2 Dao động tắt dần
(12)T µ i l i Ư u « n l u y Ư n th i Đ i h ọ c m ô n V Ë t l ý 12
b) Nguyên nhân: Do lực cản ma sát môi trường
- Dao động tắt dần nhanh môi trường nhớt ngược lại
- Tần số dao động nhỏ (chu kì dao động lớn) dao động tắt chậm
c) Dao động tắt dần chậm:
- Dao động điều hồ với tần số góc riêng 0 chịu thêm tác dụng lực cản nhỏ gọi dao động tắt dần chậm
- Dao động tắt dần chậm coi gần dạng sin với tần số góc riêng 0 biên độ giảm dần + Con lắc lò xo dao động động tắt dần chậm: chu kì T m
k + Con lắc đơn dao động tắt dần chậm: chu kì T
g
- Dao động tắt dần coi dao động tự coi môi trường tạo nên lực cản thuộc hệ dao động
d) Dao động tắt dần có lợi có hại:
+ Có lợi: chế tạo giảm xóc ơtơ, xe máy,… + Có hại: đồng hồ lắc, võng,… 2.3 Dao động cưỡng
a) Định nghĩa: Dao động cưỡng dao động tác dụng ngoại lực biến thiên điều hồ theo thời gian có dạng F F cos0 t ; 2 f
f tần số ngoại lực (hay tần s cng bc)
b) Đặc điểm:
Khi tác dụng vào vật ngoại lực F biến thiên điều hoà theo thời gian FF cos0 t vật chuyển động theo giai đoạn:
* Giai đoạn chuyển tiếp:
- Dao động hệ chưa ổn định
- Biên độ tăng dần, biên độ sau lớn biên độ trước
* Giai đoạn ổn định:
- Dao động ổn định, biên độ không đổi
- Giai đoạn ổn định kéo dài đến ngoại lực ngừng tác dụng - Dao động giai đoạn gọi dao động cưỡng
* LÝ thut vµ thùc nghiƯm chøng tá r»ng:
- Dao động cưỡng điều hồ (có dạng sin)
- Tần số góc dao động cưỡng () tần số góc () ngoại lực:
- Biên độ dao động cưỡng tỉ lệ thuận với biên độ ngoại lực (F0) phụ thuộc vào
2.4 Dao động trì
a) Định nghĩa: Dao động trì dao động có biên độ khơng thay đổi theo thời gian Dao động trì cịn gọi “sự tự dao động”
b) Nguyên tắc để trì dao động:
Để trì dao động phải tác dụng vào hệ(con lắc) lực tuần hoàn với tần số riêng Lực nhỏ không làm biến đổi tần số riêng hệ
Cách cung cấp: sau chu kì lực cung cấp lượng phần lượng tiêu hao nhiệt
c) ứng dụng: để trì dao động lắc đồng hồ (đồng hồ có dây cót)
Chú ý :Dao động lắc đồng hồ gọi tự dao động
3 Hiện tượng cộng hưởng học
(13)T i Õ p s ø c m ï a t h i 1 13
b) Điều kiện xảy ra: 0 hay 0 Khi đó: f = f0 ; T = T0
c) Đặc điểm:
- Vi ngoại lực tác dụng: ma sát giảm giá trị cực đại biên độ tăng - Lực cản nhỏ (Amax) lớn cộng hưởng rõ cộng hưởng nhọn
- Lực cản lớn (Amax) nhỏ cộng hưởng không rõ cộng hưởkhoongtu
d) øng dông:
- Chế tạo tần số kế, lên dây đàn,
Chủ đề 2.5 Độ lệch pha Tổng hợp dao động 1 Độ lệch pha hai dao động
Xét hai dao động điều hồ tần số, có phương trình:
x1 A cos1 t 1 vµ x2 A c os2 t 2
Độ lệch pha hai dao động x1 x2 thời điểm là:
2 1
* Các trường hợp:
Trường hợp Độ lệch pha Kết luận
1 Nếu 0:2 1 dao động x2 sớm pha dao động x1
2 Nếu 0:2 1 dao động x2 trễ pha dao động x1
3 Nếu k2 hai dao động pha(đồng pha)
4 Nếu (2k 1) hai dao động ngược pha
5 NÕu (2k 1)
2
hai dao động vuông pha
(Trong : k )
2 Tổng hợp dao động
2.1 Bài toán 1: Một vật thực đồng thời hai dao động điều hoà phương, tần số có phương trình: x1A cos1 t 1 x2 A c os2 t 2 Tìm phương trình dao động tổng hợp ?
Gi¶i:
- Dao động có phương trình: x1 A cos1 t 1 A1
- Dao động có phương trình: x2 A cos2 t 2 A2
- Dao động tổng hợp: x = x1 + x2 = Acos(t) A : A = A1 + A2
* Biên độ dao động tổng hợp: A A12 A22 2A1A2cos2 1 Hay: A A12A222A A cos1 2
Biên độ dao động tổng hợp không phụ thuộc vào tần số(f) mà phụ thuộc vào A1, A2
* Pha ban đầu dao động tổng hợp: 1 2
1 2
A sin A sin
tan
A cos A cos
(14)T i l i ệ u ô n l u y ệ n th i Đ i h ọ c m ô n V ậ t l ý 14 Trường hợp 1: Nếuk2(kZ) Hai dao động x1, x2 phaA1A2
max
1
A A A A
( )
Trường hợp 2: Nếu(2k1)(kZ) Hai dao động x1, x2 ngược phaA1A2
1
1 2
A A A A
A A ; A A
Trường hợp 3: Nếu (k Z)
2 ) k (
Hai dao động x1, x2 vuông pha A1A2
A A12A22
: vẽ hình, áp dụng cơng thức để tính
Trường hợp 4: Nếu A1 = A2
1
1
A 2A cos 2
Tổng hợp lượng giác: x = x1 + x2 = A1cos t 1 cos t 2
1
1
2A cos cos t
2
Biên độ dao động tổng hợp:
1
A 2A cos
Đặc biệt: Nếu 1200
3
AA1A2
Chó ý : A1A2 AA1A2
2.2 Bài toán 2: Một vật thực đồng thời n dao động điều hoà phương, tần số x1, x2, xn
Tìm phương trình dao động tổng hợp Giải:
* Cách 1: Tổng hợp theo phương pháp giản đồ vectơ Fresnel Chú ý:
- Tổng hợp dao động
- Tổng hợp dao động phương trước, vuông góc,
* Cách 2: Phương pháp hình chiếu
- Biểu diễn dao động điều hoà vectơ hệ trục toạ độ Oxy x = x1 + x2 + + xn AA1A2 A n
x 1x 2x nx
y 1y 2y ny
A A A A
A A A A
- Biên độ dao động tổng hợp: A A2x A2y
- Pha ban đầu dao động tổng hợp xác định: y
x
A tan
(15)T i Õ p s ø c m ï a t h i 1 15
Chương 3 Sóng cơ
Chủ đề 3.1 Đại cương sóng
1 Hiện tượng sóng học
Thí nghiệm: Cho mũi S chạm vào mặt nước O, kích thích cho cần rung dao động, sau thời gian ngắn, mẩu nút chai M dao động Vậy, dao động từ O truyền qua nước tới M Ta nói, có sóng mặt nước O nguồn sóng
Chú ý : Nút chai M dao động nhấp nhô chỗ, không truyền i theo súng
2 Định nghĩa phân loại sóng học
2.1 nh ngha: Súng học dao động lan truyền mụi trng n hi.
2.2 Phân loại:
Căn vào mối quan hệ phương dao động phần tử mơi trường phương truyền sóng, sóng học phân làm hai loại sóng ngangvà sóng dọc
a) Sóng ngang: sóng mà phần tử mơi trường dao động theo phương vng góc với phng truyn súng
* Ví dụ:Sóng mặt chất láng
* Mơi trường truyền sóng ngang: Sóng ngang truyền mơi trường có lực đàn hồi xuất bị biến dạng lệch Sóng ngang truyền chất rắn sóng mặt chất lỏng trường hợp riêng
b) Sóng dọc: sóng mà phần tử dao dộng dọc theo phương truyền sóng * Ví dụ: Sóng âm truyền chất khí
* Mơi trường truyền sóng dọc: Sóng dọc truyền mơi trường có lực đàn hồi xuất bị biến dạng nén, dãn Như vậy, sóng dọc truyền chất rắn, lỏng, khí
Chó ý :Sãng không truyền chân không.
3 Nhng đại lượng đặc trưng chuyển động sóng
3.1 Chu kì, tần số sóng (T, f): Mọi phần tử mơi trường dao động chu kì tần số chu kì tần số nguồn sóng, gọi chu kì tần số sóng
Ts = Tnguån ; fs = fnguån
3.2 Biên độ sóng (A): Biên độ sóng điểm khơng gian biên độ dao động phần tử mơi trường điểm
Thực tế: xa tâm dao động biên độ giảm
3.3 Bước sóng ():
* Cách 1: Bước sóng khoảng cách hai điểm gần phương truyền sóng dao động pha
* Cách 2: Bước sóng quãng đường mà sóng truyền thời gian chu kì dao động sóng
v v.T
f
3.4 Tốc độ truyền sóng (v):
Tốc độ truyền sóng tốc độ truyền pha dao động, đo thương số quãng đường mà sóng truyền đơn vị thời gian
s v
t
Trong đó: s quãng đường mà sóng truyền thời gian t
- Tốc độ truyền sóng phụ thuộc vào chất mơi trường như: độ đàn hồi, mật độ vật chất, nhiệt độ,
(16)T i l i ệ u ô n l u y ệ n th i Đ i h ọ c m ô n V ậ t l ý 16 - Đối với mơi trường định vận tốc có giá trị khơng đổi: v = const
v f
T
3.5 Năng lượng sóng (W):
- Q trình truyền sóng q trình truyền lượng
a) Sóng thẳng: sóng truyền theo phương( ví dụ: sóng truyền sợi dây đàn hồi lí tưởng)
Wconst Aconst
b) Sóng phẳng: sóng truyền mặt phẳng(ví dụ: sóng truyền mặt mặt nước)
Gợn sóng vịng trịn đồng tâm lượng sóng từ nguồn trải tồn vịng trịn Ta có: WO 2 R WM M 2 R WN N
2 N
M M
2
N M N
R
W A
W R A
VËy: W 1; A
R R
c) Sóng cầu: Sóng truyền khơng gian (ví dụ: sóng âm phát từ nguồn điểm) Mặt sóng có dạng mặt cầu lượng sóng từ nguồn trải tồn mặt cầu Ta có: WO 4 R W2M M 4 R W2N N
2
N
M M
2
N M N
R
W A
W R A
VËy: W 12; A
R R
4 phương trình sóng
a) Phương trình sóng:
Giả sử phương trình dao động sóng nguồn O có dạng:
O
u A cos t
Phương trình dao động M, cách O đoạn x có dạng:
M M M
x t x
u (t) A cos (t ) A cos ( )
v T
hay M M
x u A cos( t 2 )
b) Một số tính chất sóng suy từ phương trình sóng:
TÝnh tn hoµn theo thêi gian:
Xét phần tử sóng điểm M đường truyền sóng có toạ độ x = d, ta có:
M M
d u (t)A cos( t 2 )
Chuyển động phần tử M dao động tuần hoàn theo thời gian với chu kì T Tính tuần hồn theo khơng gian:
Xét tất phần tử sóng thời điểm xác định t = t0, ta có:
0
x u(x, t )A cos( t 2 )
Vậy, u biến thiên tuần hồn theo toạ độ x khơng gian với chu kì 5 Vận tốc dao động phần tử môi trường
' dd
x v u A sin t
- Tốc độ dao động phần tử môi trường cực đại: vdd max A A T
(17)T i Õ p s ø c m ï a t h i 1 17
a) Tổng quát: Giả sử phương trình dao động nguồn có dạng uO A cos t
Xét điểm M, N mặt chất lỏng cách nguồn O d1, d2 Phương trình dao động M,
N uM A cos t 2d1
; N
2 u A cos t d
Độ lệch pha hai điểm M, N thời điểm: 2d1d2
b) Đặc biệt: Nếu hai điểm M, N nằm phương truyền sóng
2 f d
d d
v T v
Víi d = MN: khoảng cách hai điểm M, N
Các trường hợp:
Nếu hai điểm M, N dao động pha: 2k d k ; (k = 1,2,3, ) Nếu hai điểm M, N dao động ngược pha: 2k 1 d 2k 1
2
; (k = 0,1,2, ) Nếu hai điểm M, N dao động vuông pha: 2k 1
2
d 2k 1
; (k = 0,1,2, )
c) Xét dao động điểm M: Tính độ lệch pha hai thời điểm t1, t2 ?
1 1
2
t t t t
T
Chủ đề 3.2 Giao thoa sóng Nhiễu xạ sóng 1 Hiện tượng giao thoa sóng học
Dùng thiết bị để tạo hai nguồn dao động tần số pha mặt nước
Kết quả: mặt nước vùng hai sóng chồng lên xuất hai nhóm đường cong xen kẽ: nhóm gồm đường dao động với biên độ cực đại (gợn lồi) nhóm gồm đường dao động với biên độ cực tiểu (gợn khơng dao động), có đường thẳng đường trung trực S1S2
Chú ý :
- Hình ảnh quan sát: có đường thẳng, lại đường hypebol nhân S1, S2 làm tiêu điểm
- Nu hai nguồn S1, S2 dao động pha: đường trung trực AB dao động cực đại
- Nếu hai nguồn S1, S2 dao động ngược pha: đường trung trực AB dao động cực tiểu
2 Định nghĩa: Hiện tượng hai sóng kết hợp, gặp điểm xác định, luôn tăng cường nhau, làm yếu gọi giao thoa sóng.
3 §iỊu kiƯn cã giao thoa: phải có nguồn sóng kết hợp
iu kin để hai nguồn A B nguồn kết hợp là: - Cùng tần số f (cùng chu kì T)
- Độ lệch pha không đổi (hoặc pha)
Chú ý : Không thiết phải biên độ 4 Lí thuyết giao thoa sóng mặt nước
Xét hai nguồn S1, S2 dao động phương, biên độ, tần
số pha, có phương trình u1 u2 A cos t
Xét điểm M mặt nước, cách S1, S2 d1, d2
S1 S2
(18)T i l i ệ u ô n l u y ệ n th i Đ i h ọ c m ô n V ậ t l ý 18 - Phương trình dao động M nguồn S1 truyền đến:
1 1M
d u A cos( t 2 )
- Phương trình dao động M nguồn S2 truyền đến:
2 2M
d u A cos( t 2 )
- Phương trình dao động tổng hợp M: uM = u1M + u2M
uM A cosM t d1d2
- Biên độ dao động tổng hợp: AM 2A cosd1d2
a) Tại M dao động cực đại:
- Tại M dao động cực đại u1M u2M dao động pha
- Biên độ M: (AM)max = 2A
- HiÖu ®êng ®i: d1d2 k (k )
b) Tại M dao động cực tiểu:
- Tại M dao động cực tiểu u1M u2M dao động ngược pha
- Biên độ M: (AM)min =
- HiƯu ®êng ®i: d1 d2 (2k 1)
(k ) hay d1d2 (k0,5) 5 øng dông
- Nhận tượng giao thoa khẳng định có tính chất sóng - Có thể xác định đại lượng v, f
Chú ý : Xét điểm nằm đường nối S1, S2
- Khong cỏch hai điểm dao động cực đại (cực tiểu) gần bằng:
2
- Khoảng cách điểm cực đại điểm cực tiểu gần bằng:
4
6 Sù nhiƠu x¹ cđa sãng
Hiện tượng sóng gặp vật cản lệch khỏi phương truyền thẳng sóng vịng qua vật cản gọi nhiễu xạ sóng
Chủ đề 3.3 Phản xạ sóng Sóng dừng I Sự phản xạ sóng
1 Phản xạ sóng vật cản cố định
Khi gặp vật cản cố định: sóng phản xạ sóng tới có biên độ, tần số, bước sóng ngược pha
- Độ lệch pha sóng tới sóng phản xạ điểm vật cản cố định là: 2k 1
- Li độ: upx = -ut
S1
d2
d1
M
S2
A P
(19)T i Õ p s ø c m ï a t h i 1 19 2 Phản xạ sóng vật cản tự
Khi gặp vật cản tự do: sóng phản xạ sóng tới có biên độ, tần số, bước sóng pha
- Độ lệch pha sóng tới sóng phản xạ điểm vật cản tự là: 2k
- Li độ: upx = ut
II Sãng dõng
1 Định nghĩa: Sóng dừng sóng có nút bụng cố định không gian.
2 Gi¶i thÝch
2.1 Giải thích định tính
Sóng dừng giao thoa sóng tới sóng phản xạ phương truyền sóng Sự tạo thành điểm bụng: Tại điểm M có sóng tới sóng phản xạ dao động pha
chúng tăng cường lẫn tạo thành điểm bụng (biên độ 2A)
Sự tạo thành điểm bụng: Tại điểm M có sóng tới sóng phản xạ dao động ngược pha chúng triệt tiêu lẫn tạo thành điểm nút (biên độ 0): không dao động
2.2 Giải thích định lượng
Chọn: gốc toạ độ B, chiều dương trục toạ độ từ B đến A
Giả sử phương trình dao động B sóng tới từ A truyền đến có dạng:
uB A cos t
- Phương trình dao động M sóng tới từ A truyền đến:
u1M A cos( t 2 x)
- Phương trình sóng phản xạ B: đầu B cố định(B nút) nên uB +
' B
u = u'B A cos t A cos( t )
- Phương trình dao động tai M sóng phản xạ từ B truyền đến: u2M A cos( t 2 x)
- Phương trình dao động tổng hợp M: uM = u1M + u2M
uM 2A cos(2 x ) cos( t )
2
- Biên độ dao động tổng hợp: AM 2A cos x
2
a) §iĨm bơng:
- Tại M bụng sóng sóng tới sóng phản xạ dao động pha - Biên độ: (AM)max = 2A
- Vị trí điểm bụng so với gốc toạ độ O(đầu B):
b
x (2k 1)
; (k = 0,1,2, )
b) §iĨm nót:
- Tại M nút sóng sóng tới sóng phản xạ dao động ngược pha - Biên độ: (AM)min =
- Vị trí điểm nút so với gốc toạ độ O(đầu B):
n
x k
2
; (k = 1,2, )
A
P A
P
A
B M
x O x
S tíi
(20)T µ i l i Ư u « n l u y Ư n th i § ¹ i h ä c m « n V Ë t l ý 20 3 §iỊu kiện có sóng dừng dây
Gọi chiều dài dây
a) Trng hp 1: Nếu sợi dây có hai đầu cố định (2 đầu nút)
k
2
; (kN*
) Trong đó: k số bó sóng = số bụng sóng = số múi sóng
b) Trường hợp 2: Nếu sợi dây có đầu cố định (nút) đầu tự (bụng)
k
2
; (kN)
Trong đó: k số bó sóng nguyên (một bó nguyên có nút hai đầu) Hoặc: m
4
, víi m = 1, 3, 5, , (2k+1) 4 øng dông
- Để xác định tốc độ truyền sóng dây, tốc độ âm cột khí - Thí nghiệm đo , biết tần số f vf
Chó ý :
- Khoảng cách hai nút sóng hay hai bụng sóng gần
2
- Khoảng cách bụng nút gần
4 - Bề réng mét bơng sãng lµ : L = 4A
- Trong sóng tới sóng phản xạ truyền theo hai chiều khác nhau, sóng tổng hợp dừng chỗ, không truyền không gian Gọi sóng dừng
- Khoảng thời gian ngắn hai lần sợi dây duỗi thẳng lµ T
2
- Mối quan hệ tốc độ truyền sóng dây lực căng dây:v (: lực căng dây; m0
: mật độ khối lượng dây dài , khối lượng m)
- Nếu dây kim loại (sắt) kích nam châm điện (Nam châm ni dịng điện xoay chiều có tần số fdđ) tần số dao động dây là: f = 2fdđ
- ở thời điểm định: điểm dây dao động pha với
- Sóng dừng khơng truyền lượng
Chủ đề 3.4 Sóng âm Hiệu ứng ĐƠp – ple I Súng õm
1 Nguồn âm Cảm giác ©m
a) Nguồn âm: Nguồn âm vt dao ng phỏt õm
b) Cảm giác vỊ ©m:
- Sóng âm truyền qua khơng khí, lọt vào tai, gặp màng nhĩ, tác dụng lên màng nhĩ áp suất biến thiên, làm cho màng nhĩ dao động Dao động màng nhĩ lại truyền đến đầu dây thần kinh thính giác, làm cho ta có cảm giác âm
- Cảm giác âm phụ thuộc vào nguồn âm tai người nghe 2 Định nghĩa phân loại sóng âm
(21)T i Õ p s ø c m ï a t h i 1 21 - Trong chÊt khÝ, láng: sóng âm sóng dọc
- Trong chất rắn: sóng âm gồm sóng ngang sóng dọc
b) Phân loại: loại
õm thanh: l âm mà tai người cảm nhận (nghe thấy): 16 Hz f 20.000 Hz Hạ âm: âm tai người không nghe được: f < 16 Hz
Siêu âm: âm mà tai người không nghe được: f > 20.000 Hz 2 Môi trường truyền âm Tốc độ âm
a) Mơi trường truyền âm:
- Sóng âm truyền môi trường vật chất đàn hồi như: rắn, lỏng, khí - Sóng âm khơng truyền chân không
b) Tốc độ truyền âm:
- Tốc độ truyền âm phụ thuộc vào độ đàn hồi, mật độ môi trường - Tốc độ truyền âm phụ thuộc vào nhiệt độ: v T(K)
- Nói chung tốc độ truyền âm chất rắn lớn chất lỏng, chất lỏng lớn chất khí
vr v vkk
3 Năng lượng âm
Sóng âm mang lượng, lượng sóng âm tỉ lệ thuận với bình phương biên độ sóng
a) Cường độ âm: IW / m2
Cường độ âm điểm lượng lượng sóng âm truyền đơn vị thời gian qua đơn vị diện tích đặt vng góc với phương truyền âm điểm
I W P P 2
S.t S d
b) Mức cường độ âm: LB : ben
- Mức cường độ âm đại lượng gây cảm giác âm to gấp lần âm
- Mức cường độ âm L lôga thập phân tỉ số cường độ I âm, cường độ I0 âm chuẩn:
0
I I lg ) B (
L
- Đơn vị mức cường độ âm Ben (kí hiệu: B)
- Trong thực tế người ta thường dùng đơn vị đêxiben (dB): 1B = 10dB
0
I I lg 10 ) dB (
L
4 Các đặc trưng sinh lý âm:Độ cao, độ to, âm sắc
4.1 Độ cao âm
- Độ cao phụ thuộc vào tần số âm (f)
- Âm có tần số lớn: âm nghe cao(thanh, bổng), âm có tần số nhỏ: âm nghe thấp(trầm) - Hai âm có tần số có độ cao ngược lại
- Dây đàn:
+ Để âm phát nghe cao(thanh): phải tăng tần số làm căng dây đàn + Để âm phát nghe thấp(trầm): phải giảm tần số làm trùng dây đàn - Thường: nữ phát âm cao, nam phát âm trầm(chọn nữ làm phát viên)
- Trong âm nhạc: nốt nhạc xếp theo thứ tự f tăng dần (âm cao dần): đồ, rê, mi, pha, son, la, si - Tiếng nói người có tần số khoảng từ 200 Hz đến 1000 Hz
4.2 §é to
(22)T i l i ệ u ô n l u y ệ n th i Đ i h ọ c m ô n V ậ t l ý 22 - Cảm giác nghe âm “to” hay “nhỏ” khơng phụ thuộc vào cường độ âm mà cịn phụ thuộc vào tần số âm(mức cường độ âm) Với cường độ âm, tai nghe âm có tần số cao “to” âm có tần số thấp
- Tai người nghe âm có cường độ nhỏ 10-12 W/m2 ứng với âm chuẩn có tần số 1000 Hz(gọi cường độ âm chuẩn I0 = 10
-12
W/m2)
- Tai người nghe âm có cường độ lớn 10 W/m2
4.3 Âm sắc
- m sc l sc thái âm giúp ta phân biệt giọng nói người người khác, phân biệt “nốt nhạc âm” nhạc cụ phát
- Âm sắc phụ thuộc vào đồ thị dao động âm 5 Giới hạn nghe tai người
a) Ngưỡng nghe: Để âm gây cảm giác âm tai mức cường độ âm phải lớn giá trị cực tiểu gọi ngưỡng nghe
- Ngưỡng nghe thay đổi theo tần số âm
Ví dụ: tần số từ 1000 Hz đến 1500 Hz ngưỡng nghe vào khoảng dB, tần số 50 Hz 50 dB
b) Ngưỡng đau:Giá trị cực đại cường độ âm mà tai ta chịu đựng gọi ngưỡng đau
- Ngưỡng đau không phụ thuộc vào tần số âm - Ngưỡng đau ứng với mức cường độ âm Lmax = 130 dB
c) Miền nghe được: miền nằm ngưỡng nghe ngưỡng đau - Mức cường độ âm: L0;130 (dB)
6 Nguồn nhạc âm Hộp cộng hưởng
a) Nguồn nhạc âm:
* Dõy n hai đầu cố định:
- Trên dây đàn có sóng dừng khi: n n v
2 2f
f nv
2
+ Khi n = f1 v
2
: âm phát gọi âm bản + Khi n = f2 v 2f1
: ©m phát gọi hoạ âm bậc 2 + Khi n = f3 3v 3f1
2
: âm phát gọi hoạ âm bậc 3 + Khi n = k fk kv kf1
2
: âm phát gọi hoạ âm bËc k
- Như vậy: dây đàn kéo căng lực cố định đồng thời phát âm số hoạ âm bậc cao hơn, có tần số số nguyên lần tần số âm
* èng s¸o:èng sáo có đầu kín đầu hở
- Trong ống sáo có sóng dừng chiều dài ống sáo thoả mÃn:
m m v
4 4f
f mv
4
+ Khi m = f1 v
4
: âm phát gọi âm b¶n + Khi m = f3 3v 3f1
4
: âm phát gọi hoạ âm bậc 3,
- Như vậy: ống sáo có đầu kín, đầu hở phát hoạ âm bậc lẻ - Chiều dài ống sáo lớn âm phát tần số nhỏ âm nghe trầm
(23)T i ế p s ø c m ï a t h i 1 23
n
2
hay n 1
2
( n số bó sóng nguyên)
b) Hp cng hưởng:
- Âm nguồn âm trực tiếp phát thường có cường độ âm nhỏ Muốn âm to hơn, phải dùng nguồn âm kích thích cho khối khơng khí chứa vật rỗng dao động cộng hưởng để phát âm có cường độ lớn Vật rỗng gọi hộp cộng hưởng Ví dụ: Bầu đàn ghi ta
- Hộp cộng hưởng có tác dụng làm tăng cường độ âm, giữ nguyên độ cao tạo âm sắc riêng đặc trưng cho loại đàn
7 Nhạc âm Tạp âm
a) Nhạc âm:
- Nhạc âm âm có tần số hoàn toàn xác định
- Gây cho tai cảm giác êm ái, dễ chịu hát, nhạc, - Đồ thị dao động âm đường cong tun hon
b) Tạp âm:
- Tạp âm âm khơng có tần số xác định, hỗn hợp nhiều âm có tần số biên độ khác - Gây cho tai cảm giác ức chế, khó chịu cho tai người,
- Đồ thị dao động âm đường cong khơng tuần hồn II Hiệu ứngĐƠp – ple
1 Định nghĩa: Sự thay đổi tần số sóng nguồn sóng chuyển động tương đối so với máy thu gọi hiệu ứng Đốp-ple.
2 Công thức xác định tần số sóng:
f tần số sóng âm nguồn âm phát f' tần số sóng âm máy thu thu v tốc độ truyền âm môi trường vS tốc độ chuyển động nguồn âm
vM tốc độ chuyển động máy thu
' M
s
v v
f f
v v
(24)T µ i l i Ư u « n l u y ệ n th i Đ i h ọ c m « n V Ë t l ý 24
Chương Dao động sóng điện từ
Chủ đề 4.1 Mạch dao động LC Dao động điện từ I Mạch dao động
1 Định nghĩa: Một cuộn cảm có độ tự cảm L mắc nối tiếp với tụ điện có điện dung C thành mạch điện kín gọi mạch dao động (hay khung dao động)
- Nếu điện trở mạch nhỏ, coi khơng mạch dao động lí tưởng 2 Phương trình vi phân bậc hai: q'' 2q0
3 Tần số góc riêng, chu kì tần số dao ng riờng:
* Tần số góc riêng:
LC
* Chu kì dao động riêng: T 2 LC
* Tần số dao động riêng: f
2 LC
4 Điện tích tức thời tụ điện: qq cos( t0 q); q0 điện tích cc i trờn t
5 Điện áp tức thời hai tụ điện:
C
C q u
q q
u cos( t ) U cos( t )
C C
6 Điện áp tức thời hai đầu cuộn cảm:
C C
L C u u
u u U cos( t )U cos( t )
L
L u
u U cos( t )
7 Cường độ dòng điện tức thời: i q' q sin( t0 q) I cos( t0 q ) iI cos( t0 i)
8 C¶m øng tõ: B B cos( t0 q )
2
hay BB cos( t0 B)
Chó ý :
0
q
I q
LC
;
0
q U
C
9 Nguyên tắc hoạt động mạch dao động: dựa hiện tượng tự cảm II Dao động điện từ
1 Dao động điện từ: Biến thiên điện trường từ trường mạch dao động gọi dao động điện từ
- Nếu khơng có tác động điện từ với bên ngồi, dao động gọi dao động điện từ tự 2 Năng lượng điện từ mạch dao động:
a) Năng lượng điện trường tập trung tụ điện (WC):
2
2 C
q q
W cos ( t )
2C 2C
b) Năng lượng từ trường tập trung cuộn cảm (WL):
2 2
2
2
0
L
L q q
Li
W sin ( t ) sin ( t )
2 2C
c) Năng lượng điện từ toàn phần mạch dao động LC:
2 2 2
C L
q Li Cu Li qu Li
W W W
2C 2 2
C L
+
- q
E
(25)T i Õ p s ø c m ï a t h i 1 25
2 2
0 0 0
q CU q U LI
W const
2C 2
d) KÕt luËn:
Mạch dao động thực dao động điện từ tự với tần số f, chu kì T, tần số góc lượng điện trường lượng từ trường biến thiên tuần hoàn với tần số f’ = 2f, chu kì T’ = T/2, tần số góc , = 2
Năng lượng điện trường lượng từ trường biến thiên tuần hoàn biên độ, tần số lệch pha góc ( hay ngược pha nhau)
Trong qúa trình dao động điện từ tự có biến đổi qua lại lượng điện trường lượng từ trường, lượng điện trường giảm lượng từ trường tăng ngược lại tổng chúng tức lượng điện từ trường bảo tồn, khơng i theo thi gian
Khoảng thời gian ngắn hai lần mà WL = WC
'
T T
t
2
3 Dao động điện từ tắt dần
Vì mạch dao động ln có điện trở R lượng dao động giảm dần biên đô q0, U0,
I0, B0 giảm dần theo thời gian gọi dao động điện từ tắt dần
Đặc điểm: điện trở R lớn dao động điện từ tắt dần cành nhanh ngược lại 4 Dao độn điện từ trì Hệ tự dao động
Muốn trì dao động ta phải bù đủ phần lượng bị tiêu hao chu kì Để làm việc người ta dung tranzito để điều khiển việc bù lượng cho phù hợp
Mạch dao động điều hồ có sử dụng tranzito tạo thành hệ tự dao động 5 Dao động điện từ cưỡng Sự cộng hưởng
a) Dao động điện từ cưỡng bức: Mắc mạch dao động LC vó tần số góc riêng 0 nối tiếp với nguồn điện ngồi, nguồn điện xoay chiều có điện áp uU cos t0 Lúc này, dòng điện mạch LC biến thiên theo tần số góc nguồn điện xoay chiều chứa dao động theo tần số riêng
0
trình gọi là dao động điện từ cưỡng bức
b) Sự cộng hưởng:
Giữ nguyên biên độ u, điều chỉnh = 0 biên độ dao động điện(I0)
khung đạt cực đại tượng gọi cộng hưởng
Giá trị cực đại biên độ cộng hưởng phụ thuộc vào điện trở R: - Nếu R nhỏ (I0)max cộng hưởng nhọn
- Nếu R lớn (I0)min cộng hưởng tù
6 Sự tương tự dao động điện từ dao động
Đại lượng đại lượng điện
x q
v i
m L
k C-1
F u
R
Wt WC
(26)T µ i l i Ư u « n l u y ệ n th i Đ i h ọ c m « n V Ë t l ý 26
Dao động Dao động điện
''
x x0 ''
q q0 k
m
LC
xA cos t qq cos0 t
'
vx A sin t '
0
iq q sin t
2 2
1 1
W kx mv kA
2 2
2
2 q0
1 q 1
W Li
2 C 2 C
2
2
2
v A x
2
2
0
i q q
max
v A I0 q0
Chủ đề 4.2 Điện từ trường Sóng điện từ I Điện từ trường
1 Liên hệ điện trường biến thiên từ trường biến thiên
a) Hai gi¶ thut cđa Macxoen:
Giả thuyết 1: Từ trường biến thiên
“Khi từ trường biến thiên theo thời gian, sinh điện trường xốy tức điện trường mà đường sức điện bao quanh đường sức từ”
Giả thuyết 2: Điện trường biến thiên
“Khi điện trường biến thiên theo thời gian, sinh từ trường có đường sức từ bao quanh đường sức điện trường”
b) Điện trường xốy: có đường sức điện đường cong khép kín 2 Dịng điện dẫn dòng điện dịch
a) Dòng điện dẫn: dịng chuyển rời có hướng hạt mang điện
b) Dòng điện dịch: khái niệm biến thiên điện trường hai tụ điện 3 Điện từ trường
- Mỗi biến thiên theo thời gian từ trường sinh khơng gian xung quanh điện trường xốy biến thiên theo thời gian ngược lại, biến thiên theo thời gian điện trường sinh từ trường biến thiên theo thời gian không gian xung quanh
- Điện trường từ trường tồn độc lập với nhau, mà liên kết chặt chẽ với nhau, cúng chuyển hố lẫn
- Điện trường từ trường hai mặt thể khác loại trường gọi điện từ trường
- Điện từ trường dạng vật chất tồn khách quan tự nhiên
Chó ý :
- Mơi trường tồn xung quanh dịng điện không đổi từ trường.
- Môi trường tồn xung quanh dòng điện xoay chiều điện từ trường - Môi trường tồn xung quanh điện tích điểm đứng n điện trường tĩnh - Mơi trường tồn xung quanh điện tích điểm dao động điều hồ trường điện từ II Sóng điện từ
1 Định nghĩa: Quá trình lan truyền điện từ trường gọi sóng điện từ.
2 TÝnh chất tính chất sóng điện từ
a) Đặc điểm:
(27)T i Õ p s ø c m ï a t h i 1 27
Sóng điện từ sóng ngang Trong q trình truyền sóng (EB)Ox Cả E B biến thiên tuần hồn theo khơng gian thời gian ln pha
Trong chân khơng, sóng điện từ có bước sóng: cT c f
(T, f: chu kì, tần số dao động điện từ)
Sóng điện từ truyền chân không (khác biệt với sóng cơ)
b) Tính chất cđa sãng ®iƯn tõ:
Q trình truyền sóng điện từ q trình truyền lượng (W tỉ lệ thuận với f4) Tuân theo quy luật: truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ
Tu©n theo quy luật: giao thoa, nhiễu xạ 3 Nguồn phát sóng điện từ (chấn tử)
Bt c vật thể tạo điện trường hay từ trường biến thiên gọi nguồn phát sóng điện từ
Ví dụ: tia lửa điện, dây dẫn điện xoay chiều, cầu dao đóng ngắt mạch điện, Chủ đề 4.3: Truyền thơng sóng điện từ 1 Mạch dao động hở Anten
a) Mạch dao động kín mạch dao động hở:
- Mạch dao động kín: điện từ trường khơng xạ ngồi khơng gian xung quanh - Mạch dao động hở: từ mạch dao động kín, ta tăng khoảng cách hai tụ điện, tăng khoảng cách vòng dây điện trường biến thiến từ trường biến thiên xạ nhiều vào không gian gọi mạch dao động hở
b) Anten: Anten dạng mạch dao động hở, công cụ hữu hiệu để xạ súng in t
2 Nguyên tắc truyền thông sóng điện từ 2.1 Nguyên tắc chung:
Để truyền thơng tin âm thanh, hình ảnh, đến nơi xa, áp dụng quy trỡnh chung l:
* Nguyên tắc phát:
- Biến âm thanh(hình ảnh, ) dao động điện có tần số thấp, gọi tín hiệu âm tần(thị tần) - Dùng sóng điện từ có tần số cao(cao tần) mang tín hiệu âm tần xa qua anten phỏt
* Nguyên tắc thu:
- Dùng máy thu với anten thu để chọn thu lấy sóng điện từ cao tần
- Tách tín hiệu khỏi sóng cao tần dùng loa để nghe âm thanh, dùng hình để xem 2.2 Sơ đồ khối hệ thống phát thu dùng sóng điện từ:
a) HƯ thèng ph¸t thanh:
ống nói: biến âm thành dao động điện âm tần
Dao động cao tần: tạo dao động điện từ tần số cao(cỡ MHz) Biến điệu: trộn dao động âm với dđct dđct biến điệu Khuếch đại cao tần: khuếch đại dđct biến điệu đưa anten phát Anten phát: phát xạ sóng cao tần biến điệu khơng gian
b) HƯ thèng thu thanh:
Anten thu: c¶m øng víi nhiỊu sãng ®iƯn tõ
Chọn sóng: chọn lọc sóng muốn thu nhờ cộng hưởng Tách sóng: tách sóng âm tần khỏi sóng cao tần biến điệu
Khuếch đại âm tần: khuếch đại âm tần đưa loa để tái lập âm Loa: chuyển dao động điện thành dao động âm
2.3 Nguyên tắc thu sóng điện từ:
a) Nguyên tắc phát sóng điện từ:
2
3
(28)T i l i ệ u ô n l u y ệ n th i Đ i h ọ c m ô n V ậ t l ý 28 Để phát sóng điện từ: mắc máy phát dao động điều hoà Anten phát
Đài phát (Đài truyền hình, đài truyền thanh) phát sóng điện từ có tần số f, có bước sóng =
f c
( c = 3.108
m/s)
b) Nguyên tắc thu sóng ®iÖn tõ:
Mắc Anten thu mạch dao động hay mạch chọn sóng (có tần số riêng f0 thay đổi được)
LC
1 f0
(có thể C L thay đổi f0 thay đổi)
c) Để máy thu bắt sóng điện từ truyền đến:
Điều chỉnh để mạch dao động máy thu cộng hưởng với tần số chọn, đó: f0 = f với
c f LC
1
Chú ý : Nguyên tắc hoạt động mạch dao động máy thu dựa hiện tượng cộng hưởng 3 Sự truyền sóng vơ tuyến quanh Trái Đất
Sự truyền sóng điện từ thơng tin quanh Trái Đất có đặc điểm khác nhau, thuỳ thuộc vào - độ dài bước sóng
- điều kiện môi trường mặt đất
- bầu khí quyển, đặc biệt tầng điện li
a) Tầng điện li: Tầng điện li tầng khí quyển, phân tử khí bị iơn hố tia Mặt Trời tia vũ trụ Nó có khả dẫn điện, nên phản xạ sóng điện từ
Tầng điện li cách mặt t khong 80 n 800 km
b) Phân loại sãng v« tun
Tên sóng Bước sóng (m)
Sãng dµi > 3000
Sãng trung 3000 200
Sãng ng¾n 200 50
Sãng ng¾n 50 10
Sãng cùc ngắn 10 0,01
c) Đặc tính phạm vi sử dụng:
Loại sóng Đặc tính Phạm vi sử dụng
Súng dài bị nước hấp thụ Dùng thơng tin di nc
Sóng trung Ban ngày: tầng ®iƯn li hÊp thơ m¹nh
Ban đếm: tầng điện li phản xạ tốt
Sử dụng truyền thông tin vào ban đêm
Sãng ng¾n
Bị tầng điệnli phản xạ mặt đất, mặt đất phản xạ lần thứ hai, tầng điện li phản xạ lần thứ ba,…
Một đài phát sóng ngắn với cơng suất lớn truyền sóng khắp nơi mặt đất
Sóng cực ngắn Năng lượng lớn nht, truyn thng khụng
bị tầng điện li hấp thụ hay phản xạ
Dựng vụ tuyn truyn hình Dùng thơng tin vũ trụ - Sóng dài, sóng trung sóng ngắn hay dùng truyền thanh, truyền hình mặt đất 4 Truyền thơng cáp
(29)T i Õ p s ø c m ï a t h i 1 29
Chương Dòng điện xoay chiều
Chủ đề 5.1 Đại cương dòng điện xoay chiều 1 Điện áp cường độ dịng điện xoay chiều
1.1 §iƯn áp xoay chiều
a) Định nghĩa: Điện áp xoay chiều điện áp biến thiên điều hoà theo thêi gian
0 u
uU cos( t )
Với: u điện áp tức thời; U0 điện áp cực đại; u pha ban đầu điện áp b) Cách tạo: Có nhiều cách
* Cách đơn giản là: Cho khung dây quay quanh trục nằm mặt phẳng khung vng góc với đường sức từ trường có vectơ cảm ứng từ B
* Gọi N số vòng dây khung, S diện tích vịng dây, tốc độ góc khung, B cảm ứng từ từ trường Từ thông qua khung
NBS cos t
* Suất điện động cảm ứng xuất khung: e = -'
t sin NBS
e
Hay: eE cos( t0 e)
Với: E0 NBS suất điện động cực đại; e: pha ban đầu suất điện động
Chó ý :
- Từ thơng cực đại qua vịng dây: 1max BS - Từ thông cực đại qua khung dây: max NBS - Đơn vị từ thông Vê-be(Wb)
c) Nguyên tắc tạo dòng điện xoay chiều: dựa tượng cảm ứng điện từ 1.2 Cường độ dòng điện xoay chiều
a) Định nghĩa: Dịng điện xoay chiều dịng điện có cường độ tức thời biến thiên theo hàm sin(hoặc cosin) thời gian
0 i
iI cos( t )
Với: i cường độ dòng điện tức thời; I0 cường độ dòng điện cực đại; i: pha ban u ca i
b) Cách tạo: Nếu ta mắc hai đầu khung dây với mạch mạch xuất dòng điện xoay chiều
Chó ý :
- Dịng điện xoay chiều có giá trị thay đổi theo thời gian - Dịng điện xoay chiều có chiều thay đổi theo thời gian - Trong chu kì dịng điện đổi chiều lần
- Trong giây dòng điện đổi chiều 2f lần (f tần số dòng in xoay chiu)
c) Tác dụng dòng điện:
- T¸c dơng nhiƯt - T¸c dơng ho¸ häc
- T¸c dơng tõ (nỉi bËt nhÊt) - Tác dụng sinh lí, 1.3 Độ lệch pha u vµ i
Độ lệch pha u i phụ thuộc vào tính chất mạch điện, xác định:
i u
(30)T i l i ệ u ô n l u y ệ n th i Đ i h ọ c m ô n V ậ t l ý 30 Nếu = u i pha (đồng pha)
1.4 Cường độ dòng điện hiệu dụng điện áp hiệu dụng
a) Định nghĩa: Cường độ hiệu dụng dòng điện xoay chiều cường độ dịng điện khơng đổi mà qua điện trở, thời gian toả nhiệt lượng dòng điện xoay chiều
2 I I
b) Suất điện động điện áp hiệu dụng:
* Suất điện động hiệu dụng:
2 E E
* Điện áp hiƯu dơng:
2 U U
Chú ý : Số dụng cụ đo vônkế, ampe kế cho biết giá trị hiệu dụng 2 Các phần tử mạch điện
2.1 Điện trở
a) Tác dụng điện trở: Điện trở cho dòng điện chiều xoay chiều qua có tác dụng cản trở dòng điện
b) Điện trở R vật dẫn có dạng hình trụ:
R S
Với: điện trở suất vËt dÉn(m); lµ chiỊu dµi vËt dÉn(m); S: diƯn tÝch tiÕt diÖn ngang(m2)
c) Biến trở: Điện trở có giá trị thay đổi gọi biến trở
d) Ghép điện trở thành bộ:
- GhÐp nèi tiÕp(R1ntR2): Rb R1R2
- GhÐp song song(R1ssR2):
b
1 1
R R R 2.2 Cn d©y
a) HƯ sè tự cảm (Độ tự cảm): L
i vi ng dây hình trụ: dài , có N vịng dây, độ từ thẩm bên lòng ống dây , thể tích ống dây V Ta có:
2
7 N
L 4 10 V
b) Cuộn dây cảm: có độ tự cảm L (H: Henry)
+ Đối với dịng điện khơng đổi (một chiều có cường độ không đổi): cuộn cảm coi dây dẫn, không cản trở dịng điện khơng đổi
+ Đối với dòng điện xoay chiều: cuộn cảm cho dòng điện xoay chiều qua có tác dụng cản trở dòng điện xoay chiều, đại lượng đặc trưng cho cản trở gọi cảm kháng (ZL): ZL L
Hay: ZL = 2fL
(31)T i ế p s ứ c m ù a t h i 1 31 - Cản trở dịng điện khơng đổi xoay chiều
- Đối với dịng điện khơng đổi: r U I
- Đối với dòng điện xoay chiều: 2 L
U
Z r Z
I
d) Định luật ôm cho đoạn mạch điện xoay chiều có cuộn dây cảm
- Biu thc nh lut ụm:
fL U Z U I L :
+ Nếu tăng f ZL tăng I giảm: dòng điện qua cuộn dây khó khăn
+ Nếu giảm f ZL giảm I tăng: dòng điện qua cuộn dây dễ dàng
+ Nếu f = ZL = I lớn cuộn cảm không cn tr dũng in khụng i
- Điện áp đầu cuộn cảm(uL) sớm pha góc
so với cường độ dòng điện(i):
2 i uL
e) Ghép cuộn cảm thành bộ:
- Hai cuén c¶m ghÐp nèi tiÕp (L1ntL2): Lnt L1L2; ZLnt ZL1 ZL2
- Hai cuén c¶m ghÐp song song (L1ssL2):
ss
1 1
L L L ;
1
Lss L L
1 1
Z Z Z
2.3 Tụ điện
a) Điện dung cđa tơ ®iƯn:
- Điện dung đại lựơng đặc trưng cho khả tích điện tụ điện - Tụ điện có điện dung C (F: Fara)
- Điện dung tụ điện phẳng: C S kd
Trong đó: số điện mơi, S: diện tích phần đối diện hai tụ điện, d: khoảng cách hai tụ, k = 9.109
(Nm2
/C2
)
b) T¸c dơng cđa tơ ®iƯn:
- Đối với dịng điện khơng đổi: tụ ngăn không cho qua
- Đối với dòng điện xoay chiều: cho dòng điện xoay chiều qua cản trở dòng điện xoay chiều, đại lượng đặc trưng cho cản trở gọi dung kháng( ZC):
C ZC
Hay: ZC fC
c) Định luật ôm cho đoạn mạch điện xoay chiều chØ cã tơ ®iƯn
- Biểu thức định luật ôm: U.2 fC Z U I C
+ Nếu tăng f ZC giảm I tăng: dòng điện qua tụ dễ dàng
+ Nếu giảm f ZC tăng I giảm: dòng điện qua tụ khó khăn
+ NÕu f = ZC = I = 0: dòng điện chiều không qua tụ
- Điện áp hai đầu tụ điện(uC) trễ pha gãc
so với cường độ dòng điện(i):
2 i uC
d) Ghép tụ điện thành bộ:
- Hai tơ C1 vµ C2 ghÐp song song: Css C1C2;
1
Css C C
1 1
(32)T µ i l i Ư u « n l u y ệ n th i Đ i h ọ c m « n V Ë t l ý 32
- Hai tơ C1 vµ C2 ghÐp nèi tiÕp:
nt
1 1
C C C ; ZCnt ZC1ZC2
2.4 Bóng đèn
Trên bóng đèn thường ghi (aV – bW) Cho biết: Uđm = a(V) Pm = b(W)
Tính được:
+ Cng dòng điện định mức:
a b U P I dm dm
dm
+ Điện trở bóng đèn:
2 dm d dm U a R P b
2.5 C¸c dơng cụ đo
a) Vôn kế:
- Cách mắc: mắc song song với đoạn mạch cần đo
- Thường cho điện trở vôn kế lớn để không làm ảnh hưởng tới mạch cần đo (RV )
- Sè chØ cđa v«n kÕ cho biết giá trị hiệu dụng: U
b) Ampe kế:
- Cách mắc: mắc ampe kế nối tiếp với đoạn mạch cần đo
- Thng cho điện trở ampe kế nhỏ để không làm ảnh hưởng đến mạch điện (RA 0)
- Số ampe kế cho biết giá trị hiệu dụng: I 2.6 Khoá K, chuyển mạch K
Cho điện trở RK = không ảnh hưởng đến mạch điện
a) Kho¸ K:
- K đóng: bỏ phần tử X (nối tắt) mạch R nt C - K mở: lấy phần tử X Mach R,C, X nối tiếp
b) Chun m¹ch K:
- K ë (1): m¹ch gåm (X nt Y) - K ë (2): m¹ch gåm (X nt Z)
Chủ đề 5.2 Mạch R, L, C mắc nối tiếp nối tiếp 1 Quan hệ pha hiệu điện cường độ dòng điện
* Đoạn mạch có điện trở R: Điện áp hai đầu điện trở pha với cường độ dịng điện Ta có:
R
u i
iI0sin(ti);uR U0Rsin(ti)
R
u i
R
* Đoạn mạch có cuộn dây cảm: Điện áp hai đầu cuộn dây cảm sớm pha so với cường độ dịng điện góc /2 Ta có:
2 i uL ) t sin( U u ); t sin( I
i 0 i L 0L i
* Đoạn mạch có tụ điện: Điện áp hai đầu tụ điện trễ pha so với cường độ dịng điện góc /2 Ta có:
2 i uC ) t sin( U u ); t sin( I
i 0 i c 0C i
N C R B A K X M (1) B
A K
Y X
(33)T i Õ p s ø c m ï a t h i 1 33
2 Tỉng trë cđa m¹ch: L C2
Z Z R
Z hay
2
C L R
Z
3 Định luật ôm:
Z U I ; Z U
I
0
4 Độ lệch pha u i: L C L C R
Z Z U U
tan
R U
(
2
) 5 Điện áp:
§iƯn ¸p tøc thêi: u = uR + uL + uC = U cos( t0 )
Điện áp dạng vectơ: UURULUC
Biên độ điện áp: U0 U20RU0LU0C2 Điện áp hiệu dụng: U U2R ULUC2
6 Hiện tượng cộng hưởng điện
a) Điều kiện để xảy tượng cộng hưởng:
C
L Z
Z hay LC2 1
hay
LC
b) Khi xảy tượng cộng hưởng thì:
Tæng trë: Zmin = R
Cường độ dòng điện hiệu dụng:
R U Imax Công suất tiêu thụ:
2
0 max
U U P
R 2R
HƯ sè c«ng st: cos1 = u i: u, i cïng pha §iƯn ¸p hiƯu dơng: UL = UC
Điện áp hiệu dụng điện trở: URmax U
Chó ý :
- Để xảy tượng cộng hưởng điện ta phải điều chỉnh đại lượng: L, C, f để Imax, Pmax, URmax, (c os ) max, Zmin, u i pha, điều chỉnh C để ULmax, L để Ucmax,
- Điều chỉnh R không xảy cộng hưởng
- Khi xảy tượng cộng hưởng thay đổi L, C f thì: Z, I, P, cos , UR, UL UC
- Nếu đoạn mạch thiếu phần tử cho giá trị phần tử Chủ đề 5.3 Cơng suất dịng điện xoay chiều 1 Cơng suất dịng điện xoay chiều
Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp xoay chiều có biểu thức uU c os( t0 u) cường độ dịng điện chạy mạch có dạng iI c os( t0 i) Công suất tiêu thụ đoạn mạch là:
2 0
U I U
P UI cos cos cos
2 R
Chó ý : Công suất công suất trung bình chu kì 2 Hệ số công suất:
(34)T i l i ệ u ô n l u y ệ n th i Đ i h ọ c m ô n V ậ t l ý 34 * Trường hợp cos = 1: =
- Đoạn mạch chứa có R RLC nối tiếp có cộng hưởng - Cơng suất lúc lớn nhất: Pmax UImax
* Trường hợp cos = 0:
2
- Đoạn mạch chứa: có L, C L C - Công suất nhỏ nhất: Pmin 0
- Mạch có chứa C, L L C không tiêu thụ điện * Trường hợp: 0cos1:
2
2 - Đoạn mạch chứa RL, RC hc RLC nèi tiÕp (ZL ZC)
b) M¹ch R, L, C nèi tiÕp:
- Điện tiêu thụ điện trở R Khi cơng suất tiêu thụ điện đoạn mạch công suất toả nhiệt điện trở R:
2
PUI cos RI
- HƯ sè c«ng st: cos R UR
Z U
c) Cách tăng hệ số công suất
- Trong mạch điện xoay chiều bất kì, ta có:
2 '
PUI cos RI P
Trong đó: P cơng suất tiêu thụ, P’ cơng suất điện chuyển thành dạng lượng khác c nng, hoỏ nng, , RI2
công suất điện chuyển thành nhiệt - Để tăng P giảm (RI2
) giảm I tăng cos
- Trong mạch điện dân dụng, công nghiệp (Ví dụ: quạt, tủ lạnh, ) người ta làm tăng cos cách dùng thiết bị có thêm tụ điện nhằm tăng dung kháng, cho cos > 0,85
Chủ đề 5.4 Các loại máy điện
1 Máy phát điện xoay chiều pha (Máy dao điện pha) a) Nguyên tắc hoạt động: dựa tượng cảm ứng điện từ
b) Cấu tạo:gồm hai phần phần cảm phần ứng - Phần cảm: tạo từ trường
- PhÇn ứng: phần tạo dòng điện
- Phn cảm, phần ứng đứng yên chuyển động: + phận đứng yên gọi Stato
+ phận chuyển động gọi rôto
- Ngồi cịn sử dụng góp điện(vành khun chổi quét) để lấy điện
c) TÇn sè dòng điện xoay chiều máy dao điện phát lµ:
60 np f
Trong đó: n số vịng quay rơto/phút; p số cặp cực (bắc – nam)
Chó ý : Nếu cho n số vòng/giây dùng công thức:
np f
(35)T i Õ p s ø c m ï a t h i 1 35 M¸y phát điện xoay chiều ba pha tạo dòng điện xoay chiều ba pha
a) Dòng điện xoay chiều pha:
Dòng điện xoay chiều ba pha hệ thống ba dòng điện xoay chiều, gây ba suất điện động xoay chiều có tần số, biên độ lệch pha đôi
3
- Biểu thức suất điện động cảm ứng:
1
2
3
e E cos t
e E cos t
3
e E cos t
3
- Hệ thống dòng điện xoay chiều ba pha tương ứng:
1
2
i I cos t;i I cos t ;i I cos t
3
b) Cấu tạo: tương tự máy phát điện xoay chiều pha - Phần cảm (Rôto): nam châm điện
- Phần ứng (Stato): gồm ba cuộn dây giống đặt lệch 1200
vòng tròn
c) Nguyờn tc hot động:dựa tượng cảm ứng điện từ
d) Cách mắc dây với dòng điện xoay chiều ba pha:
Gọi: - Up điện áp pha: điện áp dây pha dây trung hoà
- Ud điện áp dây: điện áp hai dây pha với
- Xét trường hợp tải mắc đối xứng(tức ti ging nhau)
* Cách mắc hình sao:
- Máy phát mắc hình sao: Ud 3Up - Tải mắc hình sao: Id Ip
- Cng độ dịng điện dây trung hồ: i = i1 + i2 + i3 = * Cách mắc hình tam giỏc:
- Máy phát mắc hình tam giác: Ud Up
- Tải mắc hình tam giác: Id 3Ip
d) Ưu điểm dòng điện xoay chiều pha so với dòng điện xoay chiều pha:
- Tuỳ vào cách đấu dây: tiết kiệm dây dẫn - Tạo từ trường quay dễ dàng
3 Động không đồng ba pha
a) Nguyên tắc hoạt động: Biến điện thành dựa tượng cảm ứng điện từ có sử dụng từ trường quay
b) Cách tạo từ trường quay dòng điện xoay chiều ba pha:
- Cho dòng điện xoay chiều pha vào ba cuộn dây giống nhau, đặt lệch 1200 vòng tròn - Cảm ứng từ dòng điện xoay chiều ba pha tao
1
2
B B cos t; B B cos t ; B B cos t
3
- Bên cuộn dây (tại O) có từ trường quay có độ lớn khơng đổi - Vectơ cảm ứng từ tổng hợp B: BB1B2B3
+ Gốc: tâm O
+ Phng, chiều: thay đổi liên tục + Độ lớn: B = 1,5B0
N
S
A1
A3 A2
B3
B1
B2 A1
A3 A2
O
1 B
B2
3 B
(1)
(2) (3)
(36)T µ i l i Ö u « n l u y Ö n th i Đ i h ọ c m ô n V Ë t l ý 36
c) Cấu tạo: Gồm hai phần
- Stato: gồm cuộn dây giống quấn lõi sắt, đặt lệch 1200
vòng tròn để tạo từ trường quay
- Rôto: dạng hình trụ, có tác dụng giống cuộn dây quấn lõi thép (rôto lồng sóc)
d) Hiệu suất động không đồng bộ: i
P H
P
Trong đó: Pi cơng suất cơ(có ích), P cơng suất tồn phần
e) Ưu điểm động không đồng ba pha:
- Cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo,…
- Sư dơng tiƯn lợi không cần dùng: góp điện
- Có thể đổi chiều quay động dễ dàng: thay đổi dây pha đưa vào động - Có cơng hiệu suất lớn động chiều, xoay chiều pha
Chó ý :
- Tần số quay từ trường(B) tần số dòng điện xoay chiều > tần số quay rôto - Gọi o tốc độ góc từ trường quay, tốc độ góc rơto: o
4 M¸y biÕn ¸p Sự truyền tải điện xa 4.1 Máy biÕn thÕ(M¸y biÕn ¸p)
a) Định nghĩa: Máy biến áp thiết bị dùng để biến đổi điện áp dịng điện xoay chiều mà khơng làm thay đổi tần số
b) CÊu t¹o: Gåm hai bé phËn chÝnh
- Lõi thép(sắt): Làm từ nhiều thép mỏng(kĩ thuật điện: tơn silíc, ) ghép sát cách điện với để giảm hao phí dịng điện Phucô gây
- Cuộn dây: gồm hai cuộn sơ cấp thứ cấp làm đồng qun trờn lừi thộp
+ Cuộn dây sơ cấp: cuộn nối với nguồn điện xoay chiều, gồm N1 vòng dây
+ Cuộn dây thứ cấp: cuộn nối với tải tiêu thụ, gồm N2
vòng dây
- Kí hiệu máy biến ¸p (MBA):
c) Nguyên tắc hoạt động: dựa tượng cảm ứng điện từ
d) Sự biến đổi điện áp cường độ dòng điện qua máy biến áp:
* Chế độ khơng tải (khố K mở): Nếu bỏ qua điện trở dây quấn U1 = E1; U2 = E2
1 1
2 2
E U N
E U N - NÕu : N2 > N1 U2 > U1: Máy tăng áp
- Nếu : N2 < N1 U2 < U1: Máy hạ ¸p
* Chế độ có tải (khố K đóng): - Hiệu suất máy biến thế:
1
P P H
Trong đó: P1 = U1I1cos1 công suất đầu vào; P2 = U2I2cos2 công suất đầu
- Mối quan hệ cường độ dòng điện điện áp:
Nếu bỏ qua hao phí máy biến thế, coi máy biến lí tưởng, ta có: H = Người ta chứng minh rằng: cos1 = cos2 Ta có:
U1
U2
N2
N1
R K ~
A1
(37)T i Õ p s ø c m ï a t h i 1 37
1
2
U U I I
Nhận xét: Qua máy biến áp, điện áp tăng lần cường độ dòng điện giảm báy nhiêu lần ngược lại
e) ứng dụng: Truyền tải điện năng, nấu chảy kim loại, hàn điện, 4.2 Truyền tải điện xa
Gọi: P công suất nhà máy cần truyền (P = const); U hiệu điện nơi phát
a) Công suất hao phí đường dây tải điện (Do hiệu ứng Jun Lenxơ) - Công suất hao phí:
2
2
P R P I R
U cos
- R điện đường dây: R
S
(dẫn điện dây, : tổng chiều dải cđa d©y)
* Nhận xét: Trong thực tế cần giảm cơng suất hao phí, người ta thường dùng biện pháp tăng điện áp U cách s dng mỏy tng ỏp
- Để giảm công suất hao phí n lần phải tăng U lên n lần
b) Độ giảm đường dây: UUU' I.R
Với U' hiệu điện nơi tiêu thụ
c) Hiệu suất trưyền tải điện năng:
* Theo công suất:
P P P P P H
'
* Theo điện áp:
'
U U U
H
U U
d) Mối liên hệ U vµ H: 1HU2 const
(38)T µ i l i Ư u « n l u y ệ n th i Đ i h ọ c m « n V Ë t l ý 38
Chương Sóng ánh sáng
Chủ đề 6.1 tán sắc ánh sáng 1 Thí nghiệm tán sắc ánh sáng
- Thí nghiệm tán sắc ánh sáng Newton thực vào năm 1672
- Thí nghiệm: dùng chùm ánh sáng trắng hẹp, song song chiếu tới lăng kính
- Kt qu: chựm sỏng b tỏch thành nhiều chùm sáng có màu sắc khác màu cầu vồng, tia đỏ lệch nhất, tia tím lệch nhiều
Dải màu màu cầu vồng(đỏ đến tím, gồm bảy màu chính: đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím) gọi quang phổ ánh sáng trắng
2 Định nghĩa tượng tán sắc: Hiện tượng chùm sáng hỗn tạp(vd: ánh sáng trắng, ) qua lăng kính bị tách thành chùm sáng có màu sắc khác gọi tượng tán sắc ánh sáng.
3 Nguyªn nh©n
- Chiết suất lăng kính có giá trị khác ánh sáng đơn sắc khác
- Chiết chất làm lăng kính khác ánh sáng đơn sắc khác nhau: chiết suất ánh sáng đỏ nhỏ nhất, ánh sáng tìm lớn
ntím > nchàm > nlam > nlục > nvàng > ncam > nđỏ
- Chiết suất môi trường phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng:
2
B nA
Trong đó: A, B số phụ thuộc vào chất môi trường 4 ứng dụng
- Để giải thích tượng tự nhiên như: cầu vồng, quầng,…
- ứng dụng máy quang phổ 5 ánh sáng đơn sắc ánh sáng trắng
a) ánh sáng đơn sắc:
* Định nghĩa:ánh sáng đơn sắc ánh sáng không bị tán sắc qua lăng kính
* TÝnh chÊt:
- mỗi ánh sáng đơn sắc có màu định gọi màu đơn sắc, VD: đỏ, vàng, tím,… - ánh sáng đơn sắc có tần chu kì tần số định
- Trong chân khơng ánh sáng đơn sắc có bước sóng xác định - Đại lượng đặc trưng ánh sáng đơn sắc tần số (chu kỡ)
b) ánh sáng trắng:
* nh nghĩa:ánh sáng trắng tập hợp vô số ánh sáng đơn sắc có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím
* TÝnh chÊt:
- ánh sáng trắng bị tán sắc qua lăng kÝnh
- ánh sáng trắng có bước sóng nằm giới hạn: 0,38 m 0, 76 m
c) Các vùng ánh sáng: Bước sóng ánh sáng nhìn thấy chân khơng
Mặt Trời
G F
A
B C
P
M F’
(39)T i Õ p s ø c m ï a t h i 1 39
Màu Bước sóng m
§á 0,640 0,760
Da cam 0,590 0,650
Vµng 0,570 0,600
Lôc 0,500 0,575
Lam 0,450 0,510
Chµm 0,430 0,460
TÝm 0,380 0,440
d) Khi truyền ánh sáng từ khơng khí(chân khơng) vào mơi trường có chiết suất n:
Khi ánh sáng truyền từ khơng khí vào mơi trường suốt có chiết suất n chu kì tần số dao động khơng đổi, có tốc độ giảm bước sóng giảm ngc li
- Trong không khí(chân không):
f c
; c = 3.108
m/s; f tần số ánh sáng - Trong môi trường suốt có chiết suất n:
f v
n
; Víi
n c
v : tốc độ ánh sáng mơi trường có chiết suất n Suy ra:
n
n
Chó ý :
- Hiện tượng tán sắc ánh sáng xảy với môi trường vật chất, trừ chân không; xảy hai môi trường khác
Chủ đề 6.2 Giao thoa ánh sáng Nhiễu xạ
1 ThÝ nghiƯm giao thoa ¸nh s¸ng
* KÕt qu¶ thÝ nghiƯm:
Thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc: hệ thống vạch sáng tối xen kẽ cách đặn Thí nghiệm với ánh sáng trắng: hệ thống gồm vân sáng trắng giữa, hai bên
những giải màu màu cầu vồng, tím đỏ
2 Định nghĩa: Hiện tượng giao thoa ánh sáng tượng hai chùm sáng chồng lên tạo những chỗ chúng tăng cường lẫn nhau, chỗ chúng triệt tiêu lẫn tạo vân sáng, vân tối xen klẽ gọi vân giao thoa.
3 Gi¶i thÝch
- Ta giải thích tượng giao thoa coi ánh sáng có tính chất sóng
- Điều kiện để có giao thoa: hai nguồn S1, S2 phải hai nguồn kết hợp (cùng tần số, độ lệch pha
khơng đổi)
a) Thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc:
Sự tạo thành vân sáng: vị trí hai sóng ánh sáng gặp pha, chúng tăng cường lẫn nhau, tạo thành vân sáng
Sự tạo thành vân tối: vị trí hai sóng ánh sáng gặp ngược pha, chúng triệt tiêu lẫn nhau, tạo thành vân tối
b) ThÝ nghiƯm víi ¸nh s¸ng tr¾ng:
Khi thí nghiệm với ánh sáng trắng ta thu nhiều hệ vân đơn sắc
(40)T i l i ệ u ô n l u y ệ n th i Đ i h ä c m « n V Ë t l ý 40
- Vì khoảng cách vân màu đỏ lớn nhất, khoảng cách vân màu tím nhỏ nên hai bên có giải màu màu cầu vồng, tím đỏ ngồi
4 øng dơng
- Giải thích tượng tự nhiên như: màu sắc sặc sỡ bong bóng xà phịng, váng dầu mỡ mặt nước, đĩa CD,
- Đo bước sóng ánh sáng 5 Các cơng thức bản:
a) Kho¶ng vân:
* Định nghĩa: khoảng vân khoảng cách hai vân sáng hai vân tối cạnh nhau(liên tiếp, gần nhất)
* Biểu thøc:
a D i
b) HiÖu quang trình(hiệu quang lộ): hiệu đường ánh sáng tõ hai ngn S1, S2 tíi mét
®iĨm M E
D ax d d2 1
c) Vị trí vân sáng, vân tối(so với gốc toạ độ O):
* Cơng thức xác định vị trí vân sáng:
a D k
xS hay xS ki k = 0: vân sáng trung tâm, xSO =
k = 1: vân sáng bậc 1, xS1 = i
k = 2: vân sáng bậc 2, xS2 = 2i, * Công thức xác định vị trí vân tối:
a D ) k (
xt hay )i
2 k ( xt k = 0; -1: v©n tèi thø nhÊt, xt1 = 0,5i
k = 1, -2: v©n tèi thø hai, xt2 = 1,5i
k = 2, -3: v©n tèi thø ba, xt3 = 2,5i,…
d) BÒ réng quang phæ:
* Định nghĩa:Bề rộng quang phổ khoảng cách từ vân sáng đỏ đến vân sáng tím bậc nằm bên
* BiĨu thøc bỊ réng quang phỉ bËc k: ( )
a D k
xk d t
k = 1: bỊ réng quang phỉ bËc x1 idit
k = 2: bỊ réng quang phỉ bËc x2 2 x1 k = 3: bỊ réng quang phỉ bËc 3, x3 x1 6 Nhiễu xạ ánh s¸ng
Nhiễu xạ ánh sáng tượng ánh sáng không tuân theo định luật truyền thẳng, quan sát ánh sáng truyền qua lỗ nhỏ gần mép vật suốt không suốt
Chủ đề 6.3 Quang phổ Các loại tia I Quang phổ
1 Máy quang phổ
a) Định nghĩa:
Máy quang phổ dụng cụ để phân tích chùm sáng phức tạp thành thành phần đơn sắc khác nhau Nói khác đi, dùng để nhận biết thành phần cấu tạo chùm sáng phức tạp nguồn sáng phát
A
B O
(E) S1
S2 H
x
D d1
d2 I
a
S O
(41)T i Õ p s ø c m ï a t h i 1 41
b) CÊu t¹o: Gåm bé phËn chÝnh
ống chuẩn trực: để tạo chùm sáng song song Lăng kính(P): dùng để tán sắc ánh sáng
Buồng ảnh: phận để thu quang phổ
c) øng dơng:
- Dùng để phân tích quang phổ
- Dùng để xác định nhiệt nguồn sáng
- Dùng để nhận biết có mặt nguyên tố hoá học hợp chất
d) Nguyên tắc hoạt động MQP lăng kính: Dựa hiện tượng tán sắc ánh sáng
2 Các loại quang phổ 2.1 Quang phổ liên tục
a) Định nghĩa: Quang phổ liên tục dải màu biến thiên liên tục
- Quang phổ ánh sáng trắng dải màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím
- VD: quang phổ ánh sáng Mặt Trời, dây tóc bóng đèn sợi đốt phát quang phổ liên tc
b) Đặc điểm:
- Quang ph liên tục không phụ thuộc vào thành phần cấu tạo nguồn sáng - Quang phổ liên tục phụ thuộc vào nhiệt độ nguồn sáng
c) Nguån ph¸t:
- Do vật rắn, lỏng, khí có khối lượng riêng lớn bị nung nóng phát
d) øng dơng:
Đo vật có nhiệt độ cao đo nhiệt độ nguồn sáng xa (VD: Mặt Trời, Sao,…) 2.2 Quang phổ vch
2.2.1 Quang phổ vạch phát xạ
a) Định nghĩa:Quang phổ vạch phát xạ hệ thống vạch màu riêng rẽ tố
b) Đặc điểm:
Quang ph vch phát xạ nguyên tố hoá học khác khác Khác về: - Số lượng vch
- Vị trí vạch - Màu sắc vạch
- sỏng t i gia cỏc vạch
VD:
- Quang phổ vạch phát xạ Hiđrô gồm vạch: đỏ, lam , chàm, tớm
- Quang phổ vạch phát xạ Natri gồm vạch màu vàng sát nhau(vạch kép)
c) Nguồn phát: Do khí hay ¸p suÊt thÊp, bÞ kÝch thÝch ph¸t s¸ng ph¸t
d) ứng dụng: Dùng để nhận biết có mặt nguyên tố có hợp chất 2.2.2 Quang ph vch hp th
a) Định nghĩa: Quang phổ vạch hấp thụ hệ thống vạch tối nằm quang phổ liên tục.
b) Đặc điểm: Quang phổ vạch phát xạ nguyên tố hoá học khác kh¸c Kh¸c vỊ:
- Số lượng vạch - Vị trí vạch
c) Ngn ph¸t:
Muốn thu quang phổ vạch hấp thụ đám khí hay ta phải đặt đường chùm sáng trắng phát từ đèn điện có dây tóc nóng sáng chiếu đến khe máy quang phổ
Điều kiện: Nhiệt độ đám khí hay hấp thụ phải thấp nhiệt độ nguồn phát quang phổ liên tục, phải đủ cao để đám khí phát “vạch”
F L1
L2
(42)T i l i ệ u ô n l u y ệ n th i Đ i h ä c m « n V Ë t l ý 42
d) øng dơng:
Dùng để nhận biết có mặt nguyên tố có hợp chất 2.2.3 Hiện tượng đảo sắc vạch quang phổ
- Hiện tượng nói lên mối liên hệ QPV phát xạ QPV hấp thụ gọi hiện tượng đảo sắc
- Nếu nhiệt độ đám khí hay hấp thụ đủ cao tắt ánh sáng đèn nóng sáng, quang phổ liên tục biến mất; vạch tối quang phổ hấp thụ trở thành vạch màu quang phổ vạch phát xạ
2.2.4 Kết luận: một nhiệt độ định, đám có khả phát ánh sáng đơn sắc nào có khả hấp thụ ánh sáng đơn sắc đó.
Chó ý :
- Quang phổ ánh sáng Mặt Trời máy quang phổ ghi Trái Đất quang phổ vạch hấp thơ
- Quang phỉ cđa ánh sáng Mặt Trời quang phổ liên tục
3 PhÐp ph©n tÝch quang phỉ
a) §Þnh nghÜa:
Phép phân tích quang phổ phép xác định thành phần chất dựa vào quang ph ca chỳng
b) Những tiện lợi phÐp ph©n tÝch quang phỉ:
Phép phân tích định tính: cần nhận biết có mặt cảu nguyên tố mẫu, cho kết nhanh đơn giản
Phép phân tích định lượng: cần xác định nồng độ thành phần: cho kết nhạy, xác cao
Ưu điểm tuyệt đối phép phân tích quang phổ là: xác định cấu tạo, nhiệt độ vật xa Mặt Trời, cỏc ngụi sao,
II loại tia 1 Tia hång ngo¹i
a) Định nghĩa: Tia hồng ngoại xạ điện từ khơng nhìn thấy, có bước sóng lớn bước sóng ánh sỏng ( > 0,75m)
b) Bản chất: sóng ®iÖn tõ
c) Nguồn phát: Do vật nhiệt độ thấp, 0(K)
- Để tia hồng ngoại phát vào mơi trường xung quanh nhiệt độ vật phải lớn nhiệt độ mơi trường xung quanh
- Ví dụ: lị than, lị điện, đèn điện dây tóc,
d) TÝnh chất:
- Tác dụng nhiệt tính chÊt næi bËt nhÊt
- Gây số phản ứng hoá học, tác dụng lên phim ảnh phim chụp ảnh ban đêm, - Có thể biến điệu
- Gây tượng quang điện số chất bán dẫn
e) ứng dụng: - Sấy khô sưởi ấm
- Bộ điều khiển từ xa: điều khiển ti vi, thiết bị nghe nhìn, - Dùng để chụp ảnh ban đêm, chụp bề mặt Trái Đất từ cao,
- Trong quan sự: chế tạo tên lửa tự tìm mục tiêu, quay phim, ống nhòm ban đêm, 2 Tia tử ngoại
a) Định nghĩa: Tia tử ngoại xạ điện từ khơng nhìn thấy, có bước sóng ngắn 0,38mđến cỡ 10-9m (hay ngắn bước sóng ánh sáng tím : < 0,38m)
b) Bản chất: sóng điện từ
c) Nguồn phát: Do vật nóng 20000
C - Vớ dụ: đèn thuỷ ngân, hồ quang điện,
d) Tính chất tác dụng:
(43)T i Õ p s ø c m ï a t h i 1 43 - Có thể làm phát quang số chất
- Cã t¸c dơng ion ho¸ chÊt khÝ
- Có khả gây số phản ứng quang hoá, quang hợp - Có tác dụng gây hiệu øng quang ®iƯn
- Có tác dụng sinhl lí: huỷ diệt tế bào, làm hại mắt, diệt khuẩn, diệt nấm mốc, - Bị thuỷ tinh, nước, hấp thụ mạnh
-Thạch anh gần suốt với tia tử ngoại có bước sóng từ 0,18m đến 0,40m(vùng tử ngoại gần)
e) øng dông:
- Trong cơng nghiệp kỹ thuật: Tìm vết nứt, vết xước sản phẩm đúc, tiện, - Trong y học: chữa bệnh còi xương, diệt vi khuẩn, khử trùng,
Chó ý : Dơng ph¸t tia hồng ngoại tử ngoại pin nhiệt điện
3 Tia Rơnghen (tia X)
a) Định nghĩa:Tia X xạ điện từ không nhìn thấy có bước sóng nhỏ tia tử ngoại lớn hơn bước sóng tia gamma (1011m 10 m8 )
b) Bản chất: sóng điện tõ
c) Nguồn phát: ống Rơnghen phát ra(không nhiệt độ)
- ống Rơnghen ống tia catơt có lắp thêm điện cực đối catơt kim loại có nguyên tử lượng lớn, khó nóng chảy nh W, Pt,
- Đối catốt AK nối víi an«t
- Hiệu điện hai cực ống: UAK cỡ vài chục đến vài trăm kV - áp suất ống: p ~ 10-3
mmHg
d) Cơ chế phát tia Rơnghen: Các electron chùm tia catôt tăng tốc mạnh điện trường anôt catôt, đến đập vào đối âm cực (đối catôt AK), xuyên sâu vào lớp electron bên vỏ nguyên tử đối catơt Tại chúng tương tác với electron với hạt nhân nguyên tử phát sóng điện từ có bước sóng ngắn (bức xạ hãm) Đó tia Rơnghen
e) Tính chất(đặc điểm) tia X:
- Có khả đâm xuyên mạnh tính chất bật - Có tác dụng mạnh lên phim ảnh, làm ion hoá không khí - Có tác dụng làm phát quang số chất
- Gõy tượng quang điện hầu hết kim loại - Có tác dụng sinh lí: huỷ diệt tế bào, diệt vi khuẩn,
f) øng dông:
- Chụp điện, chiếu điện (chụp X quang) - Chữa bệnh ung thư nông, gần
- Trong cơng nghiệp: kiểm tra chất lượng vật đúc, tìm vết nứt, bọt khí bên vật kim loại, kiểm tra hành lí sân bay,
Chú ý : Màn hình Ti vi thường làm dày để tránh tia X III Thuyết điện từ ánh sáng Thang sóng điện từ 1 Thuyết điện từ ánh sáng
- Mắc – xoen phát tiển tiếp thuyết sóng ánh sáng Huy-ghen Fre-nen, năm 1860 ông nêu giả thuyết chất ánh sáng: “ánh sáng sóng điện từ có bước sóng ngắn, lan truyền không gian”
- Mắc-xoen thiết lập mối quan hệ tính chất điện từ tính chất quang mơi
trường: c
v
(44)T i l i ệ u ô n l u y ệ n th i Đ i h ọ c m ô n V ậ t l ý 44 - Từ đó, suy chiết suất mơi trường: n
- Sau Lo-ren-xơ chứng tỏ phụ thuộc vào tần số f ánh sáng:
F f
Giải thích tán sắc ánh sáng 2 Thang sãng ®iƯn tõ
a) Phân loại sóng điện từ: Sắp xếp theo thứ tự giảm dần bước sóng(tăng dần tần số): Sóng vơ tuyến Tia hồng ngoại ánh sáng nhìn thấy Tia tử ngoại Tia X Tia gamma
Miền sóng điện từ Bước sóng (m) Tn s (Hz)
Sóng vô tuyến điện 3.104
10-4
104
3.1012
Tia hång ngo¹i 10-3
7,6.10-7
3.1011
4.1014
ánh sáng nhìn thấy 7,6.10-7
3,8.10-7
4.1014
8.1014
Tia tư ngo¹i 3,8.10-7 10-9 8.1014 3.1017
Tia X 10-8 10-11 3.1016 3.1019
Tia gamma Di 10-11
Trên 3.1019
b) Đặc điểm:
Các tia có bước sóng ngắn tia tử ngoại, tia X, tia gamma có tính đâm xuyên mạnh, dễ tác dụng lên kính ảnh, dễ làm phát quang chất, dễ làm iơn hố khơng khí
(45)T i Õ p s ø c m ï a t h i 1 45
Chương Lượng tử ánh sáng
Chủ đề 7.1 Hiện tượng quang điện I Hiện tượng quang điện
1 Hiện tượng quang điện
a) Định nghĩa:Hiện tượng ánh sáng làm bật electron khỏi bề mặt kim loại gọi tượng quang điện ngoà i(gọi tắt tượng quang điện)
C¸c electron bËt khỏi bề mặt kim loại gọi electron quang điện (hay quang electron)
b) Thí nghiệm Hecxơ (Hertz):
- Chiếu ánh sáng hồ quang (giàu tia tử ngoại) vào kẽm (Zn) tích điện âm gắn điện nghiệm thấy hai điện nghiệm cụp lại chứng tỏ kẽm điện tích âm
- Chắn tia tử ngoại hồ quang thuỷ tinh, tượng không xảy - Hiện tượng không xảy kẽm tích điện dương
- Thay kẽm kim loại khác đồng, nhôm, thí nghiệm ta thu kết tương tự
Vậy: Khi chiếu chùm sáng thích hợp (có bước sóng ngắn) vào kim loại electron mặt kim loại bị bậ
2 ThÝ nghiƯm víi tÕ bào quang điện kết thí nghiƯm
* Dịng quang điện: Khi chiếu vào catơt ánh sáng thích hợp có bước sóng ngắn xuất dòng quang điện Dòng quang điện dòng chuyển dời có hướng electron bật khỏi catốt (bằng kim loại) bay từ catơt sáng anơt, dịng quang điện có chiều từ anơt sang catơt tác dụng điện trường A K
* Về bước sóng ánh sáng: Đối với kim loại dùng làm catơt có bước sóng 0 xác định, gọi giới hạn quang điện Hiện tượng quang điện xảy ánh sáng kích thích có bước sóng nhỏ giới hạn quang điện
* Đường đặc trưng Vôn – Ampe: là đường biểu diễn biến thiên cường độ dòng quang điện theo hiệu điện anôt catôt (UAK) If U AK Đường V – A có đặc điểm:
- Lúc UAK > 0: Bắt đầu tăng UAK dịng quang điện tăng Tới giá trị no ú I t ti
một giá trị bÃo hoà Ibh, tiếp tục tăng UAK I không tăng
- Lỳc UAK < 0: Dũng quang điện không triệt tiêu Phải đặt A K hiệu điện âm
là -Uh I triệt tiêu hồn tồn Uh gọi hiệu điện hãm
* Cường độ dòng quang điện bão hồ: Cường độ dịng quang điện bão hồtỉ lệ thuận với cường độ chùm sáng kích thích
Ibh = ne.e
(ne lµ sè electron bËt khái catèt gi©y = sè electron anốt giây)
* Hiệu điện thÕ h·m (Uh):
- Phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng kích thích chất kim loại làm catôt - Không phụ thuộc vào cường độ chùm sáng kích thích
- BiĨu thøc: e.Uh 1m ve 0max2
Chú ý : Nếu ánh sáng kích thích có bước sóng lớn giới hạn quang điện chùm sáng có cường độ mạnh không gây tượng quang điện
3 Các định luật quang điện
a) Định luật quang điện thứ nhất:Giới hạn quang ®iƯn
Zn -
(46)T µ i l i Ư u « n l u y ệ n th i Đ i h ọ c m « n V Ë t l ý 46
Hiện tượng quang điện xảy ánh sáng kích thích chiếu vào kim loại có bước sóng nhỏ hơn bước sóng 0 0được gọi giới hạn quang điện kim loại
0
b) Định luật quang điện thứ hai: Cường độ dòng quang điện bão hoà
Đối với ánh sáng thích hợp( có 0), cường độ dịng quang điện bão hoà tỉ lệ thuận với cường độ chùm sáng kích thích
c) Định luật quang điện thứ ba:Động ban đầu cực đại quang electron
Động ban đầu cực đại quang electron khơng phụ thuộc cường độ chùm sáng kích thích, mà phụ thuộc bước sóng ánh sáng kích thích chất kim loại.
4 Nh÷ng hạn chế thuyết sóng ánh sáng
Thuyt sóng ánh sáng bất lực trước việc giải thích định luật quang điện
Chú ý :Nếu coi tượng quang điện xảy thuyết sóng ánh sáng giải thích định luật quang điện thứ hai, cường độ dịng quang điện bão hồ
5 Giả thuyết lượng tử lượng Planck(Plăng)
Thuyết lượng tử lượng nhà bác học M Plăng đề xướng năm 1900
* Nội dung: Lượng lượng mà lần nguyên tử hay phân tử hấp thụ hay phát xạ có giá trị hoàn toàn xác định, gọi lượng tử lượng Lượng tử lượng, kí hiệu , có giá trị bằng:
hf
Trong đó: f tần số ánh sáng, h số Plăng: h = 6,625.10-34
(J.s)
Chú ý : Khi ánh sáng truyền lượng tử lượng không đổi( hf ) không phụ thuộc vào khoảng cách tới nguồn sáng
6 Thuyết lượng tử ánh sáng Phôtôn
Năm 1905 Anh-xtanh đề xuất thuyết lượng tử ánh sáng (Thuyết phơ tơn) có nội dung:
Chùm ánh sáng chùm phôtôn (các lượng tử ánh sáng) Mỗi phô tôn có lượng xác định hf Cường độ chùm sáng tỉ lệ với số phôtôn phát giõy
Phân tử, nguyên tử, electron, phát xạ hay hấp thụ ánh sáng, có nghĩa chúng phát xạ hay hấp thụ phôtôn
Các phôtôn bay dọc theo tia sáng với tốc độ c = 3.108
m/s chân không 7 Công thức Anh-xtanh tượng quang điện
Anh-xtanh cho rằng: tượng quang điện xảy electron kim loại hấp thụ phô tơn ánh sáng kích thích, phơ tơn mang lượng hf truyền toàn cho electron dùng để:
- Cung cấp cho electron công A, gọi cơng thốt, để electron thắng liên kết với mạng tinh thể thoát khỏi bề mặt kim loại;
- Truyền cho electron động ban đầu; - Truyền phần lượng cho mạng tinh thể
* Xét electron nằm bề mặt kim loại mà không lượng truyền cho mạng tinh thể có động ban đầu cực đại 1mv20 max
2
áp dụng định luật bảo tồn lượng, ta có: A 1mv0max2
2 max
hc
hf A mv
2
* Công thoát:
0
hc A
8 Lưỡng tính sóng – hạt ánh sáng
(47)T i ế p s ứ c m ù a t h i 1 47 + Sóng điện từ có bước sóng ngắn, lượng lớn: thể tính chất hạt rõ nét, tính chất sóng mờ nhạt Những biểu tính chất hạt khả đâm xun, tác dụng quang điện, tác dụng iơn hố, tác dụng phát quang
+ Sóng điện từ có bước sóng dài, lượng nhỏ: thể tính chất sóng rõ nét, tượng giao thoa, tượng tán sắc,…
II Hiện tượng quang điện 1 Hiện tượng quang điện tron
- Hiện tượng tạo thành electron dẫn lỗ trống bán dẫn, tác dụng ánh sáng có bước sóng thích hợp, gọi tượng quang điện
- Điều kiện gây tượng quang điện trong: o (0: giới hạn quang điện bán dẫn) 2 Hiện tượng quang dẫn
Hiện tượng giảm điện trở suất, tức tăng độ dẫn điện bán dẫn, có ánh sáng thích hợp chiếu vào gọi tượng quang dẫn
- Giải thích: dựa vào tượng quang điện 3 Quang điện trở pin quang điện
3.1 Quang ®iÖn trë
a) Định nghĩa: Quang điện trở bán dẫn có giá trị điện trở thay đổi cường độ chùm sáng chiếu vào thay đổi
b) Nguyên tắc hoạt động: dựa vào tượng quang điện
c) øng dông:
- Lắp với mạch khuếch đại thiết bị điều khiển ánh sáng, máy đo ánh sáng 3.2 Pin quang điện (Pin Mặt Trời)
a) Định nghĩa: Pin quang điện nguồn điện, quang biến đổi trực tiếp thành điện
b) Nguyên tắc hoạt động: dựa vào tượng quang điện
c) HiƯu st cđa pin quang điện: khoảng 10%
d) Sut in ng: t 0,5 V đến 0,8 V
e) øng dông:
- Cung cấp điện sinh hoạt - Máy ®o ¸nh s¸ng
- Dïng ë m¸y tÝnh bá túi, vệ tinh nhân tạo, ô tô, máy bay,
Chủ đề 7.2 Mẫu nguyên tử Bohr Quang phổ nguyên tử Hiđrô 1 Các mẫu nguyên tử trước Bo
a) MÉu nguyªn tư Thomson:
Là cầu mang điện tích dương, cú cỏc ht electron
b) Mẫu nguyên tử Rơdơpho:
Thí nghiệm dùng chùm hạt anpha bắn vào vàng mỏng, khẳng định có hạt nhân
Đưa mẫu hành tinh nguyên tử: nguyên tử gồm hạt nhân mang điện tích dương giữa, xung quanh có hạt electron chuyển động giống hành tinh chuyn ng xung quanh Mt Tri
c) Những hạn chế mẫu nguyên tử trên:
+ Không giải thích bền vững nguyên tử
+ Không giải thích tạo thành quang phổ vạch nguyên tử 2 Mẫu nguyên tử Bo
Năm 1913, Nhà bác học Bo(Bohr) nhà vật lí Đan Mạch, vận dụng tinh thần thuyết lượng tử kế thừa mẫu hành tinh nguyên tử, ông đưa mẫu nguyên tử đưa thêm vào hai tiên đề:
a) Tiên đề 1: 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 xạ
G Iqđ
Etx
+
- Lớp
chặn g
+ + + + + + + + - - - -
n
(48)T i l i ệ u ô n l u y ệ n th i Đ i h ä c m « n V Ë t l ý 48
Hệ quả: Trong trạng thái dừng nguyên tử, electron chuyển động quỹ đạo có
bán kính hồn toàn xác định, gọi quỹ đạo dừng
Chó ý :
Năng lượng nguyên tử trạng thái dừng bao gồm động electron tương tác electron với hạt nhân Để tính tốn lượng electron Bo dùng mẫu hành tinh nguyên tử
Quỹ đạo lớn có lượng lớn ngược lại, nguyên tử có lượng nhỏ bền vững Xét nguyên tử Hiđrơ:
+ Bán kính quỹ đạo dừng: rn n2r0
Víi: n = 1,2,3,… ; r0 = 0,53A
= 5,3.10-11
m: bán kính quỹ đạo Bo(ở quỹ đạo K) + Mức lượng nguyên tử hiđrô: âm xác định
2 n
n E E Víi: E0 = 13,6 (eV) = 2,176.10
-18
(J): lượng ion hố ngun tử hiđrơ
Số lượng tử n …
Tên quỹ đạo K L M N O P …
Bán kính quỹ đạo r0 4r0 9r0 16r0 25r0 36r0
Mức lượng(eV) - 13,6 - 3,4 - 1,51 - 0,85 - 0,54 - 0,38
Trạng thái Cơ KT1 KT2 KT3 KT4 KT5
b) Tiên đề 2: Tiên đề xạ hấp thụ
Bức xạ: Khi nguyên tử chuyển từ trạng thái dừng có mức lượng cao En sang trạng thái dừng
có mức lượng thấp Em ngun tử phát phơtơn có lượng hiệu En –
Em: En Em h.fnm (fmn tần số ánh sáng ứng với phôtôn đó)
Hấp thụ: ngược lại, nguyên tử trạng thái có mức lượng thấp Em mà hấp thụ
phơtơn có lượng hfnm hiệu En – Em chuyển lên trạng thái dừng có mức
lượng En lớn
3 Quang phổ vạch nguyên tử Hiđrô
3.1 Quang phổ vạch phát xạ nguyên tử hiđrô: Gồm dÃy sau:
DÃy Lai-man(Lyman): gồm vạch vùng tử ngoại
DÃy Ban-me(Balmer): gồm vạch quang phổ nằm vùng tử ngoại vạch vùng ánh sáng nhìn thấy (Đỏ: H; Lam: H; Chàm: H; Tím: H)
DÃy Pa-sen(Paschen): gồm vạch quang phổ vùng hồng ngoại 3.2 Giải thích tạo thành quang phổ vạch nguyên tử hiđrô:
a) Sự tạo thành vạch quang phổ:
- trng thỏi bình thường(cơ bản) ngun tử hiđrơ có lượng thấp nhất, electron chuyển động quỹ đạo K
- Khi nguyên tử kích thích, electron chuyển lên quỹ đạo có mức lượng cao hơn: L, M, N,
- Nguyên tử sống trạng thái kích thích thời gian ngắn(khoảng 10-8s) Sau electron chuyển quỹ đạo bên phát phôtôn
- Mỗi electron chuyển từ quỹ đạo có mức lượng cao xuống mức lượng thấp phát phơtơn có lượng hiệu mức lượng ứng với hai quỹ đạo đó: hf = Ecao - Ethấp
(49)T i Õ p s ø c m ï a t h i 1 49
f c
- Mỗi sóng ánh sáng đơn sắc lại cho vạch quang phổ có màu định Vì quang phổ quang phổ vch
b) Sự tạo thành dÃy quang phổ:
* Sự tạo thành dãy Lai-man: chuyển electron từ quỹ đạo bên (L, M, N,…) quỹ đạo K; ứng với chuyển mức lượng từ E2, E3,… E1
* Sự tạo thành dãy Ban-me: chuyển quỹ đạo electron từ quỹ đạo bên (M, N, O, …) quỹ đạo L; ứng với chuyển mức lượng từ E3, E4, … E2
+ Vạch đỏ: H( 0,6563m): M L
+ V¹ch lam: H( 0,4861m): N L
+ Vạch chàm:H( 0,4340m): O L
+ Vạch tím: H( 0,4102m): P L
* Sự tạo thành dẫy Pa-sen: chuyển quỹ đạo electron từ quỹ đạo bên (N, O, P,…)về quỹ đạo M ứng với chuyển mức lượng từ E4, E5,… E3
Chủ đề 7.3 Hấp thụ, phản xạ lọc lựa Màu sắc vật Sự phỏt quang Laze
I Hấp thụ phản xạ lọc lựa ánh sáng Màu sắc vật 1 HÊp thơ ¸nh s¸ng
a) ThÝ nghiƯm vỊ hÊp thơ ¸nh s¸ng:
- Khi chiÕu ánh sáng chân không, chùm ánh sáng hoàn toàn không bị hấp thụ
- Khi chiu ỏnh sỏng qua mơi trường vật chất cường độ chùm sáng bị giảm Một phần lượng chùm sáng bị hấp thụ biến thành nội môi trường
Kết luận: Hấp thụ ánh sáng tượng môi trường vật chất làm giảm cường độ chùm sáng truyền qua nó.
b) Định luật hấp thụ ánh sáng(Định luật Bu-ghe – Lam-be): Bouguer – Lambert:
Nội dung: Cường độ I chùm sáng đơn sắc truyền qua môi trường hấp thụ, giảm theo định luật hàm mũ độ dài d đường tia sáng:
II0ed
Trong đó: I0 cường độ chùm sáng tới môi trường
gọi hệ số hấp thụ môi trường d độ dài đường
Hệ số hấp thụ môi trường phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng
c) HÊp thô läc lùa:
- Cho chùm ánh sáng trắng qua chất đó, ta quan sát thấy quang phổ vạch hấp thụ, quang phổ ánh sáng trắng số vạch màu ứng với bước sóng đặc trưng cho chất xét
Điều chứng tỏ: ánh sáng có bước sóng khác bị mơi trường hấp thụ nhiều, khác Nói khác đi, hấp thụ ánh sáng mơi trường có tính chọn lọc
Lai-man
K M N O
L P
Ban-me
Pa-sen
H
H
H
H
n=1 n=2
(50)T i l i ệ u ô n l u y ệ n th i Đ i h ọ c m ô n V ậ t l ý 50 - Mọi chất hấp thụ có chọn lọc ánh sáng Những chất không hấp thụ ánh sáng miền quang phổ gọi gần suốt với miền quang ph ú
d) Các vật suốt không màu, có màu, màu đen:
Vt sut không màu: vật không hấp thụ ánh sáng miền nhìn thấy quang phổ, ví dụ: nước ngun nhất, khơng khí, thuỷ tinh khơng màu,…
VËt suốt có màu: vật hấp thụ lọc lựa ánh sáng miền nhìn thấy Vật có màu đen: vật hấp thụ hoàn toàn ánh sáng nhìn thấy
2 Phản xạ (hoặc tán xạ)lọc lùa
-ở số vật có khả phản xạ tán xạ mạnh, yếu khác tuỳ thuộc vào bước sóng ánh sáng tới
- Có vật phản xạ tán xạ mạnh ánh sáng có bước sóng dài, lại phản xạ tán xạ yếu ánh sáng có bước sóng ngắn ngược lại Chứng tỏ: ánh sáng có bước sóng khác phản xạ hay tán xạ ít, nhiều khác nhau, gọi phản xạ tán xạ lọc lựa
- Phỉ cđa ¸nh sáng phản xạ tán xạ phụ thuộc vào phổ ánh sáng tới tính chất quang mặt phan xạ
3 Màu sắc vật
- Khi chiếu ánh sáng vào vật bị hấp thụ, phản xạ cho ánh sáng ®i qua
- Khi chiếu chùm sáng trắng vào vật, vật có khả phản xạ, tán xạ lọc lựa nên ánh sáng phản xạ tán xạ ánh sáng màu Điều giải thích vật có màu sắc khác
- Các vật thể khác có màu sắc khác chúng cấu tạo từ vËt liƯu kh¸c
- Khi ta chiếu ánh sáng trắng vào vật, vật hấp thụ số ánh sáng đơn sắc phản xạ, tán xạ cho truyền qua ánh sáng đơn sắc khác
- Màu sắc vật phụ thuộc vào ánh sáng chiếu vào vật
- Khi ta núi vt có màu hay màu khác ta giả định chiếu sáng chùm sáng trắng
VD1: Tấm gỗ sơn màu đỏ phản xạ ánh sáng màu đỏ, hấp thụ ánh sáng màu khác
+ Nếu chiếu vào tầm gỗ ánh sáng trắng: gỗ có màu đỏ
+ Nếu chiếu vào gỗ ánh sáng màu khác đỏ trắng gỗ có màu đen VD2: Tấm kính màu đỏ
+ Chiếu ánh sáng trắng qua kính, ta thu ánh sáng đỏ qua
+ Chiếu ánh sáng khác ánh sáng trắng đỏ: ta không thu ánh sáng qua
Mọi màu sắc mà ta nhìn thấy tác dụng tổng hợp ánh sáng đơn sắc khác với cường độ khác
Theo lí thuyết màu sơ cấp(ba màu bản) Y - âng, ánh sáng màu tạo thành từ ba ánh sáng màu sơ cấp: đỏ, lục, lam Sự trộn màu sơ cấp ta màu thứ cấp:
đỏ + lam = đỏ thẫm, đỏ + lục = vàng, lục + lam = xanh thẫm II Sự phát quang Sơ lược laze
1 Hiện tượng phát quang
a) Sù ph¸t quang:
+ Sự phát quang dạng phát ánh sáng phổ biến tự nhiên
+ Có số chất thể rắn, lỏng khí hấp thụ lượng dạng có khả phát xạ điện từ nhìn thấy, gọi phát quang
+ Mỗi chất phát quang có quang phổ đặc trưng
+ Sau ngừng kích thích, phát quang số chất tiếp tục kéo dài thêm khoảng thời gian dừng hẳn Khoảng thời gian từ lúc ngừng kích thích đến lúc ngừng phát quang gọi thời gian phát quang
b) Các dạng phát quang: huỳnh quang lân quang:
(51)T i ế p s ứ c m ù a t h i 1 51 + Phân loại: vào thời gian phát quang người ta phân tượng quang phát quang thành loại huỳnh quang lõn quang
Huỳnh quang: phát quang có thời gian phát quang ngắn (t < 10-8
s) Nghĩa ánh sáng phát quang tắt sau tắt ánh sáng kích thích Xảy chất lỏng chất khí
L©n quang: phát quang có thời gian phát quang dµi (t > 10-8
s)
Xảy chất rắn Các chất rắn phát quang loại ny c gi l cht lõn quang
c) Định lt Xtèc vỊ sù ph¸t quang:
ánh sáng phát quang có bước sóng ' dài bước sóng ánh sáng kích thích :
'
>
d) øng dơng cđa sù ph¸t quang:
Được ứng dụng nhiều khoa học, đời sống như: + Sử dụng bóng đèn để thắp sáng
+ Trong hình của: dao động kí điện tử, tivi, vi tính,… + Sơ phát quang biển báo giao thông
+ Kim đồng hồ 2 Sơ lược laze
a) Kh¸i qu¸t vỊ laze:
- Laze thuật ngữ phiên âm từ tiếng Anh LASER: “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”, có nghĩa khuếch đại ánh sáng phát xạ cảm ứng(còn gọi phát xạ kích thích)
- Năm 1958, nhà bác học Nga Mĩ nghiên cứu độc lập chế tạo laze - Nguyên tắc phát quang laze: là dựa ứng dụng tượng phát xạ cảm ứng. b) Đặc điểm laze:
Laze gồm đặc điểm sau:
- Tia laze có tính đơn sắc cao Độ sai lệch tương đối
f f
cña tần số laze phát bằng10-15
- Tia laze chùm sáng kết hợp (các photon chùm laze có tần số pha) - Tia laze chùm sáng song song (có tính định hướng cao)
- Tia laze có cường độ lớn VD: laze rubi(hồng ngọc) có cường độ tới 106W/cm2
Kết luận: Vậy, laze xem nguồn sáng phát chùm sáng song song, kết hợp, có tính đơn sắc cao cường độ ln.
c) Các loại laze:
- Laze đầu tiên: rubi(hồng ngọc): màu đỏ crôm - Laze rắn: có cơng suất lớn laze thuỷ tinh pha nêođim - Laze khí: He – Ne; CO2; Ar; N,
- Laze bán dẫn: sử dụng phổ biÕn nhÊt (vÝ dơ: bót chØ b¶ng, )
d) Mét sè øng dơng cđa laze:
Trong thông tin liên lạc: truyền thông cáp quang, vô truyến định vị, điều khiển tàu vũ trụ,
Trong y học: dùng làm dao mổ phẫu thuật mắt, để chữa số bệnh dựa vào tác dụng nhiệt,
Trong khoa học đời sống: dùng đầu đọc đĩa CD, bút bảng,… Trong công nghiệp: dùng để khoan, cắt, tôi,
(52)T µ i l i Ö u « n l u y Ö n th i Đ i h ọ c m ô n V Ë t l ý 52
Chương 8 Sơ lược thuyết tương đối hẹp
Chủ đề 8.1 thuyết tương đối hẹp 1 Hạn chế học cổ điển Sự đời thuyết tương đối
Cơ học cổ điển (hay học Niu-tơn), cho rằng: thời gian xảy tượng, kích thước khối lượng vật có trị số hệ quy chiếu, dù vật đứng yên hay chuyển động
Khi nghiên cứu vật chuyển động với tốc độ xấp xỉ tốc độ ánh sáng học cổ điển khơng
Anh-xtanh xây dựng thuyết tương đối chung cho tất lĩnh vực vật lí: Thuyết tương đối gồm hai phần:
- Thuyết tương đối hẹp(gọi tắt thuyết tương đối, đưa vào năm 1905): nghiên cứu hệ quy chiếu quán tính
- Thuyết tương đối rộng: nghiên cứu hệ quy chiếu khơng qn tính trường hấp dẫn 2 Các tiên đề Anh-xtanh
a) Tiên đề I (Nguyên lí tương đối):
Các định luật vật lí (cơ học, điện từ học, .) có dạng hệ quy chiếu quán tính
Hay: Mọi tượng vật lí diễn hệ quy chiếu quán tính
b) Tiên đề II ( Nguyên lí bất biến tốc độ ánh sáng):
Tốc độ ánh sáng chân khơng có độ lớn c hệ quy chiếu qn tính, khơng phụ thuộc vào phương truyền vào tốc độ nguồn sáng hay máy thu:
c299729458m / s300000km / s
Chú ý : giá trị tốc độ lớn hạt vật chất tự nhiên 3 Hai hệ thuyết tương đối hẹp
Gọi c tốc độ ánh sáng chân không, v tốc độ vật Đặt v
c
( < 1);
2
1
1 v
1 c
( > 1)
Gọi K (hệ toạ độ Oxy) hệ quy chiếu đứng yên K’ (hệ toạ độ O’x’y’) hệ quy chiếu chuyển động
a) Sự co độ dài:
Gọi o chiều dài riêng, chiều dài đứng yên dọc theo trục Ox chiều dài thanh chuyển động dọc theo Ox với vận tốc v
Khi chuyển động chiều dài giảm < o
Hay:
2
o
v
c
Vậy: độ dài bị co lại theo phương chuyển động, theo tỉ lệ
2
2
v
c
Kết luận: Khái niệm không gian tương đối, phụ thuộc vào hệ quy chiếu quán tính
Chú ý : Thanh khơng bị co theo phương vng góc với phương chuyển động
b) Sự chậm lại đồng hồ chuyển động:
(53)T i Õ p s ø c m ï a t h i 1 53
- Khoảng thời gian xảy tượng đo đồng hồ gắn với hệ K t - Đồng hồ gắn với hệ K’ chạy chậm nên t0 < t t t0
Hay:
2
t t
v
c
Kết luận: khái niệm thời gian tương đối, phụ thuộc vào cách chọn hệ quy chiếu quán tính Chủ đề 8.2.Hệ thức Anh-xtanh khối lượng lượng 1 Khối lượng tương đối tính
Gọi m0 khối lượng vật đứng yên(v=0), gọi khối lượng nghỉ vật
m khối lượng vật chuyển động với vận tốc v, gọi khối lượng tương đối tính
Khi vật chuyển động, khối lượng vật tăng nên m m0 m m0
Hay:
2
m m
v
c
Vậy: khối lượng có tính tương đối
Trong học cổ điện: vc mm0 2 Hệ thức lượng khối lượng
a) Hệ thức Anh-xtanh lượng khối lượng:
2 2
0 2
2
m
E mc m c c
v
c
E: gọi lượng toàn phần
Khi lượng thay đổi lượng E khối lượng thay đổi lượng m
ngược lại, ta có: E m.c2
b) Các trường hợp riêng:
Khi v = E0 m c0 gọi năng lượng nghỉ Khi v << c (Cơ học cổ điển):
2 2
2
v v
1
c v 2c
1 c
E m c0 1m v0 2
Khi chuyển động, lượng toàn phần gồm lượng nghỉ động
c) Động vật: K = Wđ = E E0 =
2
0
( 1)E ( 1)m c
0
K 1 m c
3 Động lượng
Động lượng theo học cổ điển: pmv m v0
Động lượng tương đối tính:
0 2
2
m v
p mv m v
v
c
(54)T µ i l i Ư u « n l u y Ư n th i Đ i h ọ c m « n V Ë t l ý 54
2 2
0
E m c p c
Hay: Km c0 2 2 m c0 22p c2
5 áp dụng cho phôtôn
Cho ht phụtụn ứng với xạ có bước sóng , tần số f, tốc độ v = c Ta có: Năng lượng phô tôn: hf hc
Khối lượng tương đối tính phơ tơn: m 2 hf2 h
c c c
Động lượng tương đối tính phơtơn: p mc h
c
Khối lượng nghỉ phôtôn:
2
0
v
m m
c
(55)T i Õ p s ø c m ï a t h i 1 55
Chương 9 Hạt nhân nguyên tử
Chủ đề 9.1 đại cương hạt nhân nguyờn t
1 Cấu tạo nguyên tử: Gồm phần hạt nhân lớp vỏ electron 2 Hạt nhân
a) Cấu tạo: Gồm hai loại hạt proton(p) nơtron(n), gọi hạt nuclôn
Hạt nuclơn Khối lượng Điện tích
Proton (p) mp = 1,67262.10 -27
kg qp = + e = 1,6.10 -19
C N¬tron (n) mn = 1,67493.10
-27
kg qn = (trung hoà điện)
b) Kí hiệu hạt nhân nguyên tư cđa nguyªn tè X:
X
A
Z hc X A
, XA
c) Khối lượng hạt nhân: mhn mnt Z.me
d) §iƯn tích hạt nhân: bằng tổng điện tích hạt proton hạt nhân e
Z qhn
e) Bán kính hạt nhân: coi hạt nhân có dạng hình cầu, bán kính R
1/3
0
RR A R A ; R0 = const, cì 10 -15
m(cì fecmi) Bán kính hạt nhân tỉ lệ thuận với bậc số khối
f) Thể tích hạt nhân: 3
hn
4
V R R A
3
Thể tích hạt nhân tỉ lệ thuận víi sè khèi
g) Khối lượng riêng hạt nhân: hn
hn hn
m V
h) Lực hạt nhân:
* Mc dự hạt nhân cấu tạo từ hạt nuclôn, có hạt p mang điện tích dương chúng đẩy hạt nhân phá vỡ thực tế hạt nhân bền vững chứng tỏ hạt nuclơn phải có lực liên kết, gọi l lc ht nhõn
* ĐN: Lực hạt nhân lực liện kết hạt nuclôn
* Đặc điểm:
- Phải loại lực khác chất với lực hấp dẫn, lực điện lực từ - Không phụ thuộc vào điện tích
- Là lực hút mạnh so với lực nói - Bán kính tác dụng lực hạt nhân: cì 10-15
m(cỡ fecmi) 3 Đồng vị - đồng
a) Đồng vị:
* nh nghĩa: Đồng vị nguyên tố hoá học hạt nhân nguyên tử nguyên tố có số hạt prơtơn khác số hạt nơtrơn
* KÝ hiÖu: A1X
Z ; X
2 A
(56)T i l i ệ u ô n l u y ệ n th i Đ i h ọ c m ô n V ậ t l ý 56 * Một số đồng vị:
+ Hiđrô: gồm đồng vị H
1
1 : hiđrô thường, tạo nước thường H2O D
2
1 : hiđrô nặng (Đơteri), tạo nước nng D2O T
3
1 : hiđrô siêu nặng (Triti)
b) Đồng khối: Là hai hạt nhân cã cïng sè khèi (A) nhng kh¸c sè proton VÝ dô: 32He, T31
Chú ý : Hai hạt nhân đồng khối khơng khối lượng, hạt nhân có chiều nơtron hạt nhân nặng
4 Đơn vị khối lượng nguyên tử
Đơn vị khối lượng nguyên tử tính theo khối lượng nguyên tử cácbon C12 Kí hiệu u
C
m 12
1 u
1 12
6
; 1u 1,66055.1027kg Còn sử dụng đơn vị: MeV/c2
1u = 931,5 MeV/c2
5 Độ hụt khối Năng lượng liên kết Năng lượng liên kết riêng
a) §é hơt khèi:
Xét hạt nhân AZX có khối lượng mX
- Tổng khối lượng nghỉ hạt nuclơn cịn riêng rẽ, chưa liên kết thành hạt nhân X:
0 p n p n
m Z.m N.m Z.m AZ m
- Khối lượng nghỉ hạt nhân X(do nulôn liên kết) mX
- §é hơt khèi: mm0 mX Z.mp AZ m nmX
b) Năng lượng liên kết:
- Theo hệ thức Anh-xtanh: Năng lượng nghỉ ban đầu E0 = m0c
- Năng lượng nghỉ hạt nhân E = mX.c
- Năng lượng: Wk (m0m )cX gọi lượng liên kết
- Năng lượng liên kết toả dạng: động hạt nhân lượng tia gamma - Muốn phá vỡ hạt nhân có khối lượng mX thành hạt nuclơn riêng rẽ có khối lượng m0 > mX
thì ta phải tốn lượng tối thiểu tương ứng E (m0m )cX để thắng lực hạt nhân
c) Năng lượng liên kết riêng:
- Năng lượng liên kết riêng lượng liên kết trung bình tính cho hạt nuclơn
k r
W W
A
- Hạt nhân có lượng liên kết riêng lớn hạt nhân bền vững Chủ đề 9.2: Phóng xạ
1 Hiện tượng phóng xạ
a) Định nghĩa: Hiện tượng hạt nhân không bền vững tự phát phân rã, phát tia phóng xạ biến đổi thành hạt nhân khác gọi tượng phóng xạ
VÝ dơ: Po He 206Pb
82 210
84
b) Đặc điểm:
- Hin tng phúng x phụ thuộc vào nguyên nhân bên hạt nhân
- Hiện tượng phóng xạ khơng phụ thuộc vào tác nhân lý, hố bên ngồi áp suất, nhiệt độ,…
(57)T i Õ p s ø c m ï a t h i 1 57 - Hạt nhân phóng xạ hạt nhân mẹ (A)
- Hạt nhân sản phẩm hạt nhân (B) - Các tia phóng xạ (C)
2 Định luật phóng xạ
a) Nội dung: Trong trình phân rã, số hạt nhân phóng xạ giảm theo thời gian theo định luật hàm số mũ
b) BiÓu thøc:
+ Theo sè nguyªn tư: t
0e
N
N hc
k
2 N
N víi
T t k
+ Theo khối lượng chất phóng xạ: mm0et
k
2 m m
Trong đó: N0, m0 số nguyên tử khối lượng chất phóng xạ thời điểm ban đầu t =
N, m số ngun tử khối lượng chất phóng xạ cịn lại thời điểm t số phóng xạ:
T 693 , T
2 ln
T chu kì bán rã: sau khoảng thời gian nửa số nguyên tử chất biến i thnh cht khỏc
c) Đồ thị biểu diễn sù phơ thc cđa N theo thêi gian t: t
0e
N
N đồ thị đường cong 3 Độ phóng xạ
a) Định nghĩa: Độ phóng xạ lượng chất phóng xạ đại lượng vật lí đặc trưng cho tính phóng xạ mạnh hay yếu lượng chất phóng xạ, đo số phân rã/ giây
b) BiĨu thøc: HH0et hc
k
2 H H (
T t
k : sè chu kì bán rà thời gian t)
0
0 N
H ; HN
c) Đơn vị:là Becơren, kí hiệu: Bq; 1Bq1phân rã/giây Ngồi dùng đơn vị Curi (Ci): 1Ci3,7.1010Bq 4 Các loại tia phóng xạ
4.1 Tia anpha
a) Thực chất : chùm hạt nhân hêli (4He
2 ), gọi hạt b) Tính chÊt:
- Bị lệch điện trường từ trường - Tốc độ bay khỏi nguồn cỡ 2.107
m/s
- Có khả ion hố mơi trường mạnh dần lượng
- Khả đâm xuyên yếu, tối đa 8cm không khí, không xuyên qua bìa dày mm
4.2 Tia bêta: Gồm hai loại tia
a) Thực chất:
Tia bêta cộng (): chùm hạt electron dương (hạt pôzitrôn:e) Tia bêta trừ (): chùm hạt electron âm (hạt electron :e)
b) TÝnh chÊt:
- Tia phóng với tốc độ lớn, gần vận tốc ánh sáng chân khơng - Có khả ion hố mơi trường yếu tia
- Cã kh¶ đâm xuyên mạnh tia , vài mét không khí xuyên qua nhôm dày cỡ mm
(58)T i l i Ư u « n l u y ệ n th i Đ i h ọ c m « n V Ë t l ý 58 4.3 Tia gamma
a) Thực chất: Tia có chất sóng điện từ có bước sóng ngắn (dưới 0,01nm) Đây chùm phơtơn có lượng cao
b) TÝnh chÊt:
- Không mang điện nên không bị lệch điện trường, từ trường nên truyền thẳng
- Có khả đâm xuyên mạnh, qua lớp chì dầy hàng chục cm nguy hiểm cho người
Chó ý :
+ Tia tia đối xứng với qua tia
+ Tia bị lệch nhiều tia khối lượng hạt lớn nhiều hạt 4 Quy tắc dịch chuyển: áp dụng định luật bảo tồn vào phóng xạ
a) Phóng xạ :
* Quy tắc dịch chuyển: X He A 4Y
2 Z A Z
* VÝ dô: Po He 206Pb
82 210
84
* Nhận xét: Vị trí hạt nhân lùi ô so với vị trí hạt nhân mẹ bảng HTTH
b) Phóng xạ
* Quy tắc dịch chuyển: X e AY
1 Z A
Z
* VÝ dô: P e 30Si
14 30
15
* Nhận xét: Vị trí hạt nhân lùi ô so với vị trí hạt nhân mẹ bảng HTTH
* Thực chất trình: pne (: hạt nơtrinô)
c) Phóng xạ :
* Quy tắc dịch chuyển: AZX01eZA1Y * Ví dụ: 21083Bi01e21084Po
* Nhận xét: Vị trí hạt nhân tiến ô so với vị trí hạt nhân mĐ b¶ng HTTH
* Thùc chÊt: n p e (: phản hạt nơtrinô)
d) Phóng xạ : Hạt nhân sinh trạng thái kích thích có mức lượng E2, chuyển
xuống mức lượng E1, đồng thời phát phơtơn có tần số f, xác định bởi:
1
2 E
E hf + Phóng xạ thường kèm theo với phóng xạ , + Trong phóng xạ khơng làm biến đổi hạt nhân
Chủ đề 9.3 Phản ứng hạt nhân
1 Định nghĩa : Phản ứng hạt nhân trình dẫn đến biến đổi hạt nhân 2 Phân loại : gồm loại
a) Loại 1: Phản ứng hạt nhân tự xảy
Đó q trình phân rã hạt nhân không bền thành hạt nhân khác Phương trình phản ứng: AB C
b) Loại 2: Phản ứng hạt nhân tương tác với nhau, dẫn đến biến đổi chúng thành hạt nhân khác
Phương trình phản ứng: ABC D
Ví dụ: phản ứng hạt nhân Rơ-dơ-pho thực năm 1919
4 14 17
(59)T i ế p s ứ c m ù a t h i 1 59 3 Các định luật bảo toàn phn ng ht nhõn
Xét phản ứng hạt nh©n sau: AZ X1 AZ X2 AZ X3 AZ4X4
4 3
2
1
a) Định luật bảo toàn số khối(số hạt nuclôn):
4
1 A A A
A
b) Định luật bảo toàn điện tích(Nguyên tử số Z):
1 Z Z Z
Z
c) Định luật bảo toàn động lượng:
4
1 P P P
P
d) Định luật bảo toàn lượng toàn phần:
Trường hợp 1: Phản ứng không kèm theo tia gamma
4 2
1 m )c K K (m m )c K K
m
(
Trường hợp 2: Phản ứng có kèm theo tia gamma
2 1 2 3 4 3 4
1 m )c K K (m m )c K K
m (
Víi
hc lượng phôtôn tia gamma
Chú ý : Trong phản ứng hạt nhân khơng có định luật bảo tồn: khối lượng, động năng, lượng ngỉ, số hạt nơtron, số hạt proton, nguyên tố
4 Năng lượng phản ứng hạt nhân
- XÐt phản ứng hạt nhân A + B C + D
- Gọi mA, mB, mC, mD khối lượng nghỉ hạt nhân A, B, C D
+ Tổng khối lượng nghỉ hạt nhân trước phản ứng: m0 = mA + mB
+ Tổng khối lượng nghỉ hạt nhân sau phản ứng: m = mC + mD
- Do độ hụt khối hạt nhân A, B, C, D khác nên khối lượng phản ứng hạt nhân khơng bảo tồn Xảy hai trường hợp:
a) Trường hợp 1: m < m0
- Giả sử hạt A, B đứng yên Phản ứng toả lượng lượng bằng:
o
E m m c
- Năng lượng mà phản ứng toả thường dạng động hạt nhân C D lượng phôtôn
- Trường hợp này, hạt sinh có độ hụt khối lớn hạt ban đầu, nghĩa hạt sinh bền vững hạt ban đầu gọi phản ứng toả lượng
b) Trường hợp 2: m > m0
Trường hợp tổng lượng nghỉ hạt sau phản ứng lớn tổng lượng nghỉ hạt nhân ban đầu Phản ứng tự xảy
- Muốn phản ứng xảy ra, ta phải cung cấp cho hạt A B lượng W dạng động gọi phản ứng thu lượng
- Năng lượng cần cung cấp cho phản ứng là:
0 C D
(60)T i l i ệ u ô n l u y ệ n th i Đ i h ọ c m ô n V ậ t l ý 60 Chủ đề 9.4 Hai loại phản ứng toả lượng Nhà máy điện hạt nhân
I Hai loại phản ứng toả lượng 1 Phn ng phõn hch
1.1 Sự phân hạch: Sự phân hạch hạt nhân(loại nặng) hấp thụ nơtrôn chậm vỡ thành hai hạt nhân trung b×nh
VÝ dơ: 23592U 01n 23692U AZ X1 AZ2X2 k(10n) 200MeV
2
1
Đặc điểm:
+ Mỗi phản ứng tạo từ đến nơtrôn thứ cấp (TB: 2,5) + Mỗi phản ứng toả khoảng 200MeV
+ Các hạt nhân X1, X2 có số khối: A1, A2 từ 80 đến 160
1.2 Phản ứng dây chuyền điều kiện xảy ra:
a) Phản ứng dây chuyền: Trong phản ứng phân hạch, phần số nơtrôn sinh bị mát nhiều nguyên nhân(thoát ngoài, bị hạt nhân tạp chất khác hấp thụ,) sau phân hạch, lại trung bình k nơtrôn, mà k > k nơtrôn đập vào hạt nhân khác, lại gây k phân hạch khác, sinh k2
nơtrôn, k3
, nơtrôn Số phân hạch tăng nhanh thời gian ngắn: ta có phản ứng dây chuyền
Gọi k hệ số nhân nơtrôn( số nơtrơn trung bình cịn lại sau phân hạch) - Với k > 1: Hệ thống vượt hạn
Ph¶n ứng hạt nhân xảy không điều khiển
Năng lượng toả có sức cơng phá dội nên ứng dụng để chế tạo bom nguyên tử - Với k = 1: Hệ thống tới hn
Phản ứng xảy điều khiển
Năng lượng toả không đổi nên ứng dụng lò phản ứng nhà máy điện hạt nhân - Với k < 1: Hệ thống hạn
Phản ứng hạt nhân dây chuyền không xảy
b) Điều kiện để xảy phản ứng dây chuyền: k 1
Khi khối lượng nhiên liệu hạt nhân phải lớn giá trị tối thiểu, gọi khối lượng tới hạn(mth)
Ví dụ: Nhiên liệu U235 có mth 15 kg; Pu239 cã mth kg
2 Phản ứng nhiệt hạch
a) Định nghĩa: Phản ứng nhiệt hạch phản ứng kết hợp hai hạt nhân nhẹ thành hạt nhân nặng
Ví dô: 21H21H23H10n4MeV
2
1H1H 2He0n 17, 5MeV
b) Điều kiện xảy phản ứng nhiệt hạch:Xảy nhiệt độ cao
- Nhiệt độ cao khoảng hàng trăm triệu độ(cỡ 108
K) nên gọi phản ứng nhiệt hạch - Ngồi điều kiện nhiệt độ cao, cịn có điều kiện để phản ứng nhiệt hạch xảy ra:
+ Mật độ hạt nhân n phải đủ lớn
+ Thời gian tduy trì nhiệt độ cao phải đủ dài Tiêu chuẩn Lawson: n t 10 (s / cm )14
c) Lí người quan tâm đến phản ứng nhiệt hạch:
Nguồn lượng nhiệt hạch nguồn lượng vơ tận, nhiên liệu có sẵn tự nhiên nước ao, hồ, biển,…
(61)T i Õ p s ø c m ï a t h i 1 61 3 So sánh phản ứng phân hạch phản ứng nhiệt h¹ch
a) Giống nhau: Đều phản ứng toả lượng
b) Kh¸c nhau:
Xét phản ứng: phản ứng phân hạch toả lượng lớn phản ứng nhiệt hạch
Xét khối lượng nhiên liệu: phản ứng nhiệt hạch toả lượng lớn phản ứng phân hạch
Hiện nay: phản ứng phân hạch điều khiển được, phản ứng nhiệt hạch chưa điều khiển Phản ứng nhiệt hạch phản ứng phân hạch có xạ gây ô nhiễm
II Nhà máy điện hạt nhân 1 CÊu t¹o
Bộ phận nhà máy “Lò phản ứng hạt nhân” Trong lò gồm: Thanh nhiên liệu: thường làm hợp kim chứa urani làm giàu Chất làm chậm: nước nặng D2O; than chì, berili,…
Thanh điều khiển: chất hấp thụ nơtron không bị phân hạch như: Bo(B), Cadimi(Cd),… 2 Hoạt động
(62)T µ i l i Ư u « n l u y ệ n th i Đ i h ọ c m « n V Ë t l ý 62
Chương 10 Từ vi mô đến vĩ mô
Chủ đề 10.1 hạt sơ cấp 1 Hạt sơ cấp
Các hạt vi mơ(hay vi hạt), hạt có kích thước nhỏ hay kích thước hạt nhân như: phơtơn(), êlectrơn(e), pơzitrơn(e), prôtôn(p), nơtrôn(n), nơtrinô() gọi các hạt sơ cấp
2 Các đặc trưng hạt sơ cấp
a) Khối lượng nghỉ mo; lượng nghỉ tương ứng Eo = moc
b) §iƯn tÝch: Q = +1; -1;
c) Spin: s
d) Thêi gian sèng trung b×nh:
- ChØ có bốn hạt không phân rà thành hạt nhân khác, gọi hạt bền(p, e, , ) - Tất hạt khác không bền, phân rà thành hạt khác
Tờn ht Nng lng (MeV) Điện tích Q(e) Spin s Thời gian sống(s)
Ph«t«n 0
£lectron Pôzitron Nơtrinô
0,511 0,511
0
-1 +1
0
1/2 1/2 1/2
Pi«n
Ka«n k0
139,6 497,7
+1
0
2,6.10-8
8,8.10-11
Prôtôn Nơtron
938,3 939,6
+1
1/2 1/2
932 Xicma
Ômêga
1189 1672
+1 -1
1/2 3/2
8,0.10-11 1,3.10-10 3 Phản hạt
- Ht v phn hạt có khối lượng, đặc trưng có độ lớn trái dấu VD: êlectrôn(e) - pôzitrôn(e)
- Trong trình tương tác hạt sơ cấp xảy tượng sinh cặp huỷ cặp: ee
; ee 4 Phân loại hạt sơ cấp: vào khối lượng
a) Ph«t«n: mo =
b) Leptơn:có khối lượng nhỏ 200me êlectron, muyôn( ,
), tau( , )
c) Hađrôn: gồm Mêzôn Barion
* Mờzụn: cú lng trung bình(200900)me, có hai nhóm mêzơn mêzơn K
* Barion: có khối lượng lớn khối lượng prơ tơn, có hai nhóm: nuclơn hipêron 5 Tương tác hạt sơ cấp: có loại tương tác
a) Tương tác hấp dẫn:
- Là tương tác hạt vật chất có khối lượng - Bán kính tác dụng: vô lớn
b) Tương tác điện từ:
- Là tương tác hạt mang điện tích - Cơ chế tương tác: trao đổi phơtơn - Bán kính tác dụng: lớn vơ hạn
(63)T i Õ p s ø c m ï a t h i 1 63
- Là tương tác hạt phân rã - Bán kính tác dụng: 10-18
(m)
d) Tương tác mạnh:
- Là tương tác hađrơn - Bán kính tác dụng: 10-15 (m) 6 Hạt quac(quark)
a) Giả thuyết Ghen – Man(năm 1964): Tất hađrôn cấu tạo từ hạt nhỏ hơn, gi l cỏc quac (quark)
b) Các loại hạt quac: gồm có hạt quac u, d, s, c, b, t
- Có hạt quac va phản quac tương ứng: có điện tích trái dấu - Điện tích hạt quac: e
3 ; 2e
3
- Hiện nay: quan sát quac liên kết, chưa quan sát quac tự
c) Các barion: Là tổ hợp quac - prôtôn tạo nên từ quac: u, u, d - nơtron tạo nên từ quac: u, d, d
Chủ đề 10.2 cấu tạo vũ trụ
I MỈt trêi HƯ MỈt Trêi
1 Cấu tạo chuyển động Hệ Mặt Trời Hệ Mặt Trời bao gồm:
- MỈt Trêi nãng sáng trung tâm hệ
- Tỏm hnh tinh lớn, xung quanh hành tinh có vệ tinh chuyển động - Các tiểu hành tinh, chổi, thiên thạch,
- Tính từ Mặt Trời gồm hành tinh lớn: Thuỷ tinh, Kim tinh, Trái Đất, Hỏa tinh, Mộc tinh, Thổ tinh, Thiên vương tinh, Hải vương tinh
- Đo khoảng cách từ hành tinh đến Mặt Trời: dùng đơn vị thiên văn(đvtv) đvtv 150 triệu km
Đơn vị thiên văn khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trời 2 Mặt Trời
a) CÊu tróc cđa MỈt Trời
Mặt Trời cấu tạo phần: Quang cầu Khí * Quang cầu
* Khí Mặt Trời: - Sắc cầu - Nhật hoa
b) Năng lượng Mặt Trời
- Hằng số Mặt Trời H: lượng lượng xạ Mặt Trời truyền vng góc tới đơn vị diện tích cách đơn vị thiên văn đơn vị thời gian
- MỈt Trêi cã H = 1360 W/m2
- Công suất xạ lượng Mặt Trời: P = 3,9.1026 W
c) Sự hoạt động Mặt Trời
2 Trái Đất
- Qu o chuyn động Trái Đất quanh Mặt Trời: gần tròn
- Trục quay Trái Đất quanh nghiêng mặt phẳng quỹ đạo góc 230
27’ - Bán kính trung bình: R = 375 km
- Khối lượng riêng trung bình: 520 kg/m3
(64)T µ i l i Ư u « n l u y Ư n th i Đ i h ọ c m ô n V Ë t l ý 64 - Chu kì quay Trái Đất quanh Mặt Trời 365,25 ngày (1năm)
- Khụi lng: 6.1024 kg
- Gia tèc r¬i tù do: g = 9,81 m/s2
3 Mặt Trăng: vệ tinh Trái §Êt
- Bán kính trung bình: 1738 km - Khối lượng: 7,35.1022 kg - Gia tốc rơi tự do: 1,63 m/s2
- Khoảng cách đến Trái Đất: 384 000 km
- Chu k× quay quanh trơc quanh Trái Đất : 27,32 ngày 4 Các hành tinh khác Sao chổi Thiên thạch
a) Các hành tinh khác:
b) Sao chi: Sao chi “hành tinh” chuyển động quanh Mặt Trời theo quỹ đạo elip dẹt
c) Thiên thạch: Thiên thạch khối đá chuyển động quanh Mặt Trời với tốc độ hàng chục km/s theo quỹ đạo khác
Có khối đá bay vào khí đêm tối, bị ma sát mạnh với khí nên nóng sáng bốc cháy, bầu trời gọi sao băng
II Sao Thiên hà
1 Sao Sao khối khí nóng sáng, giống Mặt Trời
Khối lượng sao: khoảng từ 0,1 lần đến vài trục lần khối lượng Mặt Trời Bán kớnh cỏc sao:
- Khoảng 1/1000 lần bán kính Mặt Trời chắt
- Khoảng gấp hàng nghìn lần bán kính Mặt Trời kềnh 2 Các loại
a) a s cỏc tồn trạng thái ổn định, có kích thước, nhiệt độ, khơng đổi thời gian dài Ví dụ: Mặt Trời,
b) Các đặc biệt:
Sao biến quang có độ sáng thay đổi Gồm loại: biến quang che khuất, biến quang nén dãn
Sao mới có độ sáng tăng đột ngột lên hàng ngàn, hàng vạn, hàng triệu lần(sao siêu mới), sau từ từ giảm
Pun xa, nơtron xạ lượng dạng nhng xung súng in t rt mnh
c) Lỗ đen tinh vân:
Trong hệ thống vũ trụ, thiên thể có lỗ đen tinh v©n
Lỗ đen: thiên thể tiên đốn lí thuyết, cấu tạo nơtron, có trường hấp dẫn lớn hút vật thể, kể ánh sáng
Tinh vân: có “đám mây sáng”, gọi tinh vân Đó đám bụi khổng lồ rọi sáng ngơi gần đó, đám khí bị iơn hố phóng từ hay siêu
3 Kh¸i qu¸t vỊ sù tiÕn ho¸ cđa c¸c
Đám mây khí bụi nguyên thuỷsao sáng ch¾t tr¾ng
Đám “mây” khí bụi nguyên thuỷsao sáng kềnh đỏ ntron hoc l en
4 Thiên hà: Hệ thống gồm nhiều loại tinh vân gọi thiên hà
a) Các loại thiên hà:
- Thiên hà xoắn ốc - Thiên hà elip
- Thiên hà khơng định hình
§êng kÝnh thiên hà vào khoảng 100 000 năm sáng
(65)T i Õ p s ø c m ï a t h i 1 65
Thiên Hà chúng ta: loại Thiên Hà xoắn ốc, đường kính khoảng 100 nghìn năm ánh sáng, khối lượng khoảng 150 tỉ ln lng Mt Tri
Ngân hà: hình chiếu Thiên Hà vòm trời
c) Nhóm thiên hà Siêu nhóm thiên hà:
V trụ có hàng trăm tỉ Thiên Hà, Thiên Hà có xu hướng hợp lại với thành nhóm Thiên Hà 5 Các quaza (quasar)
Năm 1960, người ta phát loại cấu trúc mới, nằm thiên hà, phát xạ mạnh cách bất thường sóng vơ tuyến tia X gọi cỏc quaza
Vậy: quaza thành viên thiên hà III Thuyết Big Bang
1 C¸c thut vỊ sù tiÕn ho¸ cđa vị trơ
Trường phái Hoi-lơ (Fred-Hoyle, Anh): cho vũ trụ “trạng thái ổn định” , vô thuỷ vô chung, không thay đổi từ khứ đến tương lai Vật chất tạo cách liên tục Trường phái cho vũ trụ tạo vụ nổ “cực lớn, mạnh” cỏch õy khong 14 t
năm, gọi vụ nổ Big Bang 2 Các kiện thiên văn quan träng
a) Vị trơ d·n në
Vũ trụ nở Các thiên hà xa chạy nhanh xa chúng ta, với tộc độ v:
vHd
H = 1,7.10-2 m/(s.năm ánh sáng) năm ánh sáng(nas) = 9,46.1012
km d: khoảng cách Thiên Hà chóng ta
b) Bøc x¹ “nỊn” vị trơ
Bức xạ có nhiệt độ khoảng K phát từ phía vũ trụ (nay nguội) gọi xạ “nền” vũ trụ
c) KÕt luËn
Hai kiện thiên văn quan số kiện khác chứng minh cho tính đắn thuyết Big Bang
3 ThuyÕt Big Bang
Theo thuyết Big Bang, vũ trụ đắt đầu dãn nở từ “điểm kì dị” Điểm kì dị lúc tuổi bán kính vũ trụ số khơng (gọi điểm zero Big Bang)
- Những kiện xảy thời điểm = 10 -43
(s) sau vụ nổ lớn gọi thời điểm Plăng, kích thước vũ trụ 10-35
m, nhiệt độ 1032
K, khối lượng riêng 1091
kg/cm3
Năng lượng vũ trụ vào thời điểm Plăng nht phi bng 1015
GeV - Các nuclôn tạo thành sau vụ nổ khoảng giây
- Ba sau vơ nỉ míi xt hiƯn c¸c hạt nhân nguyên tử - Ba trăm nghìn năm sau xuất nguyên tử - Ba triệu năm sau xuất thiên hà