- Dao động điện từ tự do: Sự biến thiên điều hoà theo thời gian của điện tích q và cường độ dòng điện i (hoặc cường độ điện trường E và cảm ứng từ B) trong mạch dao động được gọi là dao [r]
(1)Tác giả xin có vài lời chia sẻ: post tài liệu lên mạng với mục đích chia sẻ bạn cách làm để làm tốt thi đại học môn Vật Lý Thực tế học SGK chắn chẳng thể đỗ ĐH Các bạn cần phải đọc nhiều tài liệu tham khảo, cần rút kinh nghiệm nghiêm túc sau để thu công thức đáng nhớ, thắc mắc chỗ chưa biết với thầy giáo… làm tốt Tài liệu soạn dựa nhiều sách tham khảo, có phần tác giả đăng lên mạng, thực tài liệu hay, bạn nên tự đọc nhiều sách để chứng minh hết cơng thức hết nhớ lâu Không nên học vẹt chẳng chốc quên, em học sinh nên chứng minh, cơng thức khó nhớ tự tìm cho cách nhớ phù hợp Với quan điểm tri thức chung nên xin post Word để bạn tải tiện chỉnh sửa với nội dung thích hợp theo ý Nếu chỗ khơng hiểu thỉ liên hệ để tơi giải đáp giúp qua email: info@123doc.org Hoặc sđt 0979682586 ,Và tất nhiên tài liệu tránh khỏi có chỗ cịn chưa hồn chỉnh Kính mong góp ý bạn đọc
Các kiến thức bạn cần xem lại:
* Kiến thức toán dùng cho vật lý 12:
1 Giải nhanh phương trình, hệ phương trình đơn giản
2 Cơng thức lượng giác, giải phương trình lượng giác, đồ thị hàm sin, cos Đạo hàm
4 Các hệ thức lượng tam giác vuông, định lý hàm số sin, cos tam giác thường Khảo sát hàm bậc 2, vẽ đồ thị, định lý Viét phương trình bậc 2, bất đẳng thức Cosi Tích phân, hàm số Logarit…
* Kiến thức Vật lý 10, 11 hay dùng: 1 Kĩ đổi đơn vị.
2 Tổng hợp véc tơ, trường hợp đặc biệt
3 Chuyển động thẳng đều, biến đổi đều, tròn đều, định luật Niu tơn,
4 Định luật bảo toàn động lượng, bảo toàn năng, toán va chạm, toán đạn nổ Ghép điện trở, Ghép tụ, ghép cuộn cảm,
6 Cơng thức tính điện dung, độ tự cảm, tượng cảm ứng điện từ Lăng kính, thấu kính…
LÝ THUYẾT VÀ CÁC DẠNG BÀI TẬP CƠ BẢN
CHƯƠNG I : DAO ĐỘNG CƠ I DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA
A LÝ THUYẾT:
Phơng trình dao động ( li độ, tọa đụ ): x A cos t ( ) x A sin( t) Vận tốc tức thời dao động điều hoà: v x ' A .sin( t)
3 Gia tốc tức thời dao động điều hoà: a v ' x" A .2cos( t)2.x ( →a luụn hướng VTCB )
Trong đó: + A biên độ dao động > chiều dài quỹ đạo L =2A + tốc độ góc, đơn vị (rad/s) >
+ pha ban đầu ( pha thời điểm t = 0), đơn vị (rad) + x li độ dao động thời điểm t
+ (.t) pha dao động thời điểm t
- x , v, a dao động điều hòa với tần số góc ω , tần số f, chu kỳ T với ω=2πf=2π
T
- v dao động sớm pha x π /2, a dao động sớm pha v π /2, a dao động ngược pha với x * Vật VTCB : x = 0, vmax = ± A ω , a = Vật biên x = ± A, v = 0, amax = ω2A .
- Trong dao động điều hòa, a = -2.x nên chuyển động từ O đến biên hay từ biên O là chuyển động biến đổi đều.
- Lực gây dao động: F = ma = -m ω 2x ( F →
hướng VTCB, gọi lực phục hồi ), Fmax = m ω 2A
- Hệ thức độc lập: x2 + v
2
ω2 = A
2 , v
2
ω2 + a2 ω4 = A
(2)
CÁC DẠNG BÀI TẬP CƠ BẢN
Dạng 1: Bài tốn viết phương trình dao động. Phương trình sở:
1 Phương trình dao động: x A cos t ( ) ( 1)
2 Phương trình vận tốc: v x ' A .sin( t) ( 2)
3 Phương trình gia tốc: a =- ω2 A.cos( ω t + ϕ ) =- ω2 x ( 3) Phải tìm A, ω , ϕ .
Tìm ω : ω=2πf=2π
T
+ Chu kỳ T (s) khoảng thời gian để vật thực dao động toàn phần T = ΔtN ( N số dao động vật thực thời gian Δt ) Tìm A: + Dựa vào chiều dài quỹ đạo A =L/2
+ Dựa vào vmax = ± A ω ; amax = ω2 A
+ Dựa vào biểu thức độc lập: x2 + v
2
ω2 = A
2 , v
2
ω2 + a2 ω4 = A
2
+ Dựa vào biểu thức lượng :
Tìm ϕ : Dựa vào điều kiện ban đầu: tìm x, v, a t = 0, thay vào phương trình sở, giải phương trình suy ϕ Chú ý điều kiện giới hạn ϕ
Hệ quả:
+ Tại t = 0, vật biên dương ϕ =
+ Tại t = 0, vật qua VTCB theo chiều âm ϕ = π/2
+ Tại t = 0, vật qua vị trí –A/2 theo chiều âm ϕ =2 π/3
+ Tại t = 0, vật qua vị trí -A √2 /2 theo chiều dương ϕ =- 3π/4
+ Tại t = 0, vật qua VTCB theo chiều dương ϕ = /
+ Tại t = 0, vật qua A/2 theo chiều dương ϕ =- π/3
Vd: Tìm pha ban đầu t = vật qua vị trí − A√3
2 theo chiều âm?
Tìm pha ban đầu t = vật qua vị trí A√2
2 theo chiều dương?
Dạng 2: Xác định thời gian ngắn vật từ vị trí x1 đến vị trí x2 * Cách 1: Tìm ϕ , ϕ với cos ϕ 1=
x1
A , cos ϕ 2=
x2
A , ϕ1,ϕ2≤ π ⇒ t = ϕ
ω=
|ϕ1−ϕ2|
ω =
|ϕ1−ϕ2|.T
360o
v>0 v<0
a>0 a<0
-A A
x<0 x>0
v=0 v= A v=0
x
-A A
=
= =0
= =2
==
-
=-D o 12 0o
-135 o
-A/2
-6 o
V
O
-A A
2
A
V =
V =
(3)* Cách 2: Sử dụng mối liên hệ dao động điều hòa chuyển động tròn
+ Vẽ đường trịn lượng giác, xác định góc mà bán kính OM quét vật di chuyển từ x1 đến vị trí x2 + t =
0 o
.T 360
- Các khoảng thời gian đặc biệt
\
Dạng 3: Cho phương trình, tìm quãng đường vật sau thời gian Δt từ t1 đến t2 + Xác định vị trí, chiều chuyển động vật thời điểm t1 , đặt điểm điểm I
+ Xác định vị trí, chiều chuyển động vật thời điểm t2 , đặt điểm điểm K + Vẽ chiều chuyển động vật từ I tới K từ suy S1
* Nếu Δt < T: S1 kết quả.
* Nếu Δt > T: ⇒ Δt = n T + to ( với to < T ) + Quãng đường vật = n 4A + S1
( n.4A S1 quãng đường vật tương ứng với thời gian n.T to )
Dạng 4: Xác định số lần vật qua vị trí có tọa độ xo sau khoảng thời gian Δt từ t đến t2 + Xác định vị trí, chiều chuyển động vật thời điểm t1 , đặt điểm điểm I
+ Xác định vị trí, chiều chuyển động vật thời điểm t2 , đặt điểm điểm K + Vẽ chiều chuyển động vật từ I tới K từ suy số lần vật qua xo a.
Nếu Δt < T a kết quả, Δt > T ⇒ Δt = n.T + to số lần vật qua xo 2n + a ( 2n a số lần vật qua xo tương ứng với thời gian n.T to )
Dạng 5: Cho phương trình, tìm thời điểm vật qua vị trí x lần thứ n. Cách 1: + Thay x vào phương trình li độ suy họ nghiệm, ý thời gian không âm, cho k chạy thu thời điểm tương ứng, xếp thời điểm từ nhỏ điến lớn , suy kết
Cách 2: + Xác định vị trí, chiều chuyển động vật quỹ đạo Và vị trí tương ứng M đường tròn thời điểm t = 0, vận dụng mối liên hệ dao động diều hòa chuyển động tròn suy lần 1, 2, 3… vật qua vị trí x, suy kết t1= M0OM1
360o T ; t2=
M0OM2 360o T ( ý phân biệt họ nghiệm làm vật theo chiều âm, dương)
Dạng 6: Cho phương trình tìm thời điểm độ lớn vận tốc vật = vo lần thứ n
+ Giải phương trình |v| =vo suy họ nghiệm, ý thời gian không âm, cho k chạy lấy vài giá trị thu thời điểm tương ứng, xếp thời điểm từ nhỏ đến lớn, suy kết
(Chú ý phân biệt họ nghiệm làm cho vật theo chiều âm, chiều dương.) Dạng 7: Tìm thời điểm t2 để vật quãng đường S từ thời điểm t1
+ Xét tỉ số S
4A = n + k ⇒ t2 – t1 = n.T + to
+ Để tìm to : xác định vị trí x1, v1 vật t1, xác định vị trí tương ứng M1 đường trịn Biểu điễn quãng đường S vật suy vị trí x2, v2 t2 xác định vị trí tương ứng M2 đường trịn, xác định góc ϕ mà OM quét được, ⇒ to = ωϕ=ϕ.T
360o ( ý k = 0,5 ⇒ to = 0,5.T )
Dạng 8: Cho phương trình, cho S từ thời điểm t1 , tìm x, v, a vật sau quãng đường S?
+ Xác định trạng thái chuyển động ( x, v, a)của vật t1 , đặt điểm điểm I
+ Vẽ đường vật kể từ điểm I ( đảm bảo xuất phát vị trí vẽ theo chiều vận tốc) cho nét vẽ quãng đường S dừng lại, ta biết x, chiều chuyển động ⇒ v, a
-A A
I K x
x o M o x
M M
A A/
-A - 0
A/ 2
-A/ A/
2
T/12
T/8 T/6
T/4 T/4
T/12 T/6
T/8 T/8 T/8
(4)Dạng 9: Tìm quãng đường lớn nhất, nhỏ vật sau khoảng thời gian Δt < T/2.
* Vật có vận tốc lớn qua VTCB, nhỏ qua vị trí biên nên khoảng thời gian quãng đường vật lớn vật gần VTCB nhỏ gần biên
* Sử dụng mối liên hệ dao động điều hòa chuyển động tròn xác định góc OM quét được thời gian Δt ϕ = ω Δt
+ Quãng đường lớn vật = HK M từ M1 đến M2 ( M1 đối xứng với M2 qua trục sin )
Smax=2A.sin ϕ2
+ Quãng đường nhỏ vật = 2IA M từ M1
'
đến M2
'
( M1
'
đối xứng với M2
'
qua trục cos ) Smin=2(A - Acos ϕ
'
2 )
+ Nếu phải tìm Smax , Smin khoảng thời gian Δt > T/2 chia nhỏ Δt = n.T + 0,5.T + to Tính Smax , Smin khoảng thời gian to cộng với quãng đường vật thời gian n.T n.4A, quãng đường vật thời gian 0,5.T 2A
+ Chú ý tốc độ trung bình lớn nhỏ : vmax = Smax
Δt , vmin =
Smin Δt Dạng 10: Cho trạng thái dao động thời điểm t, tìm trạng thái dao động thời điểm t + Δt .
Cách 1: + Biến đổi túy theo lượng giác.
Cách 2: + Biểu diễn trạng thái vật thời điểm t quỹ đạo vị trí tương ứng M trên đường trịn
+ Tìm góc mà OM qt thời gian Δt , suy vị trí, vận tốc, gia tốc vật thời điềm t + Δt .
Dạng 11: Giới hạn thời gian. II CON LẮC LÒ XO.
A LÝ THUYẾT
1 Tần số góc ω=√ k
m , chu kỳ T = k
m
2
; tần số f =
1
T= ω
2π=
1 2π √
k m
2 - Độ biến dạng lò xo treo thẳng đứng vật VTCB cb
mg l
k
=
g
cb
l T 2
g
( lo chiều dài tự nhiên lcb độ biến dạng lò xo VTCB ) -Độ biến dạng lò xo mặt phẳng nghiêng
góc α
so với phương ngang cb
mgsin l
k
T 2 gsinlcb 3 Cơ năng.
- Động :Wđ = mv2
2 =
mω2A2
2 sin
(ωt+ϕ0)
- Thế : Wt = kx2
2 =
mω2A2 cos
2
(ωt+ϕ0)
- Cơ :
W = Wđ + Wt = mv2
2 + kx2
2 =
mv2max =
kA2 =
mω2A2
* Động biến đổi điều hòa với tần số góc ω ’=2 ω , f’ = 2f, T’ = T/2 - Tỉ số động năng, năng,
O m
k
x H
-A A
M
M
K H
' M
' M
I
'
S m ax
S mi n
cb
l
2
KA
4
KA
W
(5)1,
2 2
t max
2 2
đ
W x v v
W A x v
2,
W
Ư đ
W
Ư =
A2− x2 A2 =
v2
v2max 3,
W
Ư t
W
Ư =
x2 A2=
v2max− v2
vmax2
4 + Chiều dài lò xo VTCB: lcb = lo + lcb
+ Chiều dài cực tiểu ( vật vị trí cao ) lmin = lo + lcb - A + Chiều dài cực đại( vật vị trí thấp ) lmax = lo + lcb + A.
⇒ lcb = ( lmin + lmax)/2
*Vật H lị xo nén, vật H lị xo giãn 5 Lực kéo hay lực phục hồi: F = -kx = -m ω2x
Đặc điểm: + Là lực gây dao động cho vật + Luôn hướng VTCB
+ Biến thiên điều hòa tần số với li độ … 6 Lực đàn hồi
+ Độ lớn : Fđh = k Δl ( Δl độ biến dạng lò xo )
+ Với lắc lị xo nằm ngang lực đàn hồi lực phục hồi + Với lắc lò xo thẳng đứng: + Fđh = k lcbx
( chiều dương hướng xuống )
+ Fđh = klcb x ( chiều dương hướng lên ) + Lực đàn hồi cực đại Fđh max= k(lcb + A ) ( lúc vật vị trí thấp nhất) + Lực đàn hồi cực tiểu :
+ Nếu Δl < A ⇒ Fđh min=
+ Nếu Δl > A ⇒ Fđh min= k(lcb - A )
+ Lực đẩy đàn hồi cực đại (khi lò xo bị nén nhiều ) F = k( A - lcb) Cắt, ghép lò xo:
Một lò xo chiều dài l, độ cứng k bị cắt thành lò xo dài l1, l2, l3…có độ cứng k1, k2, k3… k.l = k1 l1 = k2 l2 = k3 l3 =…
+ Ghép nối tiếp : 1k=1
k1+
1
k2+ ⇒ treo vật vào T2 = T1
+T2
+ Ghép song song: k = k1 + k2 +… ⇒ treo vật vào T2=
1
T12
+
T22
+ Gắn vào lò xo k vật m1 chu kỳ T1, vật m2 chu kỳ T2, vật m3 = m1 + m2 chu kỳ T3, vật m4 = m1 - m2 chu kỳ T4 đó: T32 = T12+T22 ; T24 = T12−T22
B BÀI TẬP:
Dạng 1: khảo sát chu kỳ dao động lắc lò xo Dạng 2: Khảo sát chuyển động lắc lị xo
+ Viết phương trình + Xác định lực đàn hồi, phục hồi + Tìm khoảng thời gian nén giãn chu kỳ + Xác định động năng, III CON LẮC ĐƠN.
1 Tần số góc: ω=√g
l ⇒ T=
2π
ω =2π√ l g =
Δt
N ( N số dao động vật thực thời gian Δt )
Tần số f =
T = 21π√ g
l
o
l
giãn O
x A -A
nén
l
giãn O
x A A
Hình a (A <l) Hình b (A > l)
H
H
3 2
A
A A/
-A 0
-A/2
-A/ A/2
Wđ =Wt Wđ =3Wt Wđ = Wt Wđ=Wt
Wđ = 0
Wtmax=W Wđmax=W Wtmax=0 Wđ = Wtmax=W
Wt =3Wđ
3 A
Wt =3Wđ
t
T/4
T/8 T/2 T
4
KA
(6)Điều kiện dao động điều hòa: bỏ qua ma sát, αo , So nhỏ 2 Lực phục hồi : F = -mg.sin α =-mg α =mg s
l =m ω2 s + Với lắc đơn lực phục hồi tỉ lệ thuận với khối lượng + Với lắc lị xo lực phục hồi khơng phụ thuộc khối lượng 3 Phương trình dao động:
S = Socos( ωt+ϕo ); α=αocos(ωt+ϕo) ( với s = α.l , So = αo l )
⇒ v=s'=−ωS
osin(ωt+ϕo) = −ωαolsin(ωt+ϕo) Chú ý: s So đóng vai trị x và A
⇒ a=s''=−ω2Socos(ωt+ϕo) = −ω
2
αols cos(ωt+ϕo) 4 Hệ thức độc lập:
a = - ω 2.s = - ω 2. α.l s2+ v
2
ω2=So
2
α2
+v
2 gl=αo
2
5 Cơ năng: W = Wđ + Wt = mv
2
2 +mgl(1−cosα) = 2mω
2
So2 = mgSo2
2l =
mglαo2
2 =
mω2l2α
o
2
6 Vận tốc : v = √2gl(cosα −cosαo) (Các cộng thức góc α lớn)
Lực căng: T = + mgcos hay T = mg(3cos α - 2cos αo )
Khi vật dao động điều hòa với biên độ góc αo nhỏ v2=gl(αo2− α2) T=mg(1+α2−1,5α2o)
7 Tại nơi lắc đơn chiều dài l1 có chu kỳ T1; lắc đơn dài l2 có chu kỳ T2 , lắc đơn dài l3 = l1 + l2 có chu kỳ T3, lắc đơn dài l4 = l1 – l2 có chu kỳ T4 T3
2
=T1
+T22 T24=T12− T22 8 Sự thay đổi chu kỳ theo nhiệt độ:(g =const)
T2 = T1(1 + αΔt
2 ¿ ⇒
ΔT T1 =
αΔt
2 ( α hệ số nở dài dây treo)
9 Sự thay đổ chu kỳ theo độ cao(l = const) T2 = T1(1 + Δh
R ¿ ⇒ ΔT T1 =
Δh R
10 Con lắc đơn có chu kỳ T1 độ cao h1 nhiệt độ t1 đưa tới độ cao h2 nhiệt độ t2 ΔT
T1 = Δh
R + αΔt
2
11 Thời gian chạy nhanh hay chậm đồng hồ lắc sau ngày: δ=ΔT
T1 86400 ( s ) ( T1 chu kỳ đồng hồ chạy )
Nếu ΔT > sau ngày đồng hồ chạy chậm δ giây ngược lại 12 Sự thay đổi chu kỳ theo ngoại lực.
a.Tổng quát:
+ Chỉ có trọng lực : T=2π√l
g ( g = P m ) + Có ngoại lực F→ không đổi tác dụng: T'=2π√ l
g' ( g’ = P'
m ) ; ( P → '
=P
→
+F
→ )
b Con lắc đơn đặt thang máy chuyển động với gia tốc a
Lên nhanh dần Lên chậm dần Xuống nhanh dần Xuống chậm dần T'
=2π√ l
g+a T
'
=2π√ l
g −a T
'
=2π√ l
g −a T
'
=2π√ l
g+a
+ Con lắc đơn đặt thùng ô tô chuyển động biến đổi với gia tốc a: T'=2π
√√g2l+a2
=T√cosα
O
o
S o s
-S o
(7)( α góc tạo dây treo phương thẳng đứng vật trạng thái cân bằng, với tan α = ag )
c Con lắc đơn, vật nặng tích điện q đặt điện trường E→ ; ( a = Ftđ
m = |q|E
m )
q > q <
E →
hướng lên E→ hướng xuống E→ hướng lên E→ hướng xuống
T'
=2π√ l
g −a T
'
=2π√ l
g+a T
'
=2π√ l
g+a T
'
=2π√ l
g −a + E→ hướng theo phương ngang: T'
=2π √√g2l
+a2
=T√cosα
( α góc tạo dây treo phương thẳng đứng vật trạng thái cân bằng, với tan α = ag )
d Lực đẩy Ácsimét F = DVg ( F→ luôn hướng thẳng đứng lên )
Trong : D khối lượng riêng chất lỏng hay chất khí
V thể tích phần vật bị chìm chất lỏng hay khí →P'
=P
→
+F
→
⇒ g'
=g −DVg
m = g( - D
DV ) ⇒ T'=2π√gl' =
2π
√g(1−l D
DV)
13 Hiện tượng trùng phùng: Gọi To chu kỳ lắc T chu kỳ cần xác định lắc 2, θ
là khoảng thời gian hai lần trùng phùng liên tiếp: é n
1 1
b lo
T T
IV TỔNG HỢP DAO ĐỘNG. 1 Các đặc điểm véc tơ quay:
- Dùng để biểu diễn dao động điều hòa x = Acos( ωt+ϕ )
- Gốc trùng với gốc trục chuẩn, hướng hợp với trục chuẩn góc , độ dài tỉ lệ thuận với biên độ A Véc tơ quay theo chiều dương vòng tròn lượng giác với tốc độ góc
2 Tổng hợp hai dao động : ⇒
Trong : A2
=A12+A22+2A1A2cos(ϕ2−ϕ1) ; tan ϕ =
A1sinϕ1+A2sinϕ2 A1cosϕ1+A2cosϕ2
( ϕ1≤ϕ≤ϕ2 ) Nếu Δϕ=2kπ ( x1, x2 pha) ⇒ Amax = A1 + A2
Nếu Δϕ=2(k+1)π ( x1, x2 ngược pha) ⇒ Amin = |A1 -A2|
* Khi biết dao động thành phần: x1 = A1cos( ωt+ϕ1 ) dao động tổng hợp x = Acos( ωt+ϕ
) dao động thành phần cịn lại x2 = A2cos( ωt+ϕ2 ) Trong A2
2
=A2+A12−2 AA1cos(ϕ−ϕ1) ; tan ϕ2 =
Asinϕ− A1sinϕ1 Acosϕ− A1cosϕ1
; ( ϕ1≤ϕ≤ϕ2 )
* Nếu vật tham gia đồng thời nhiều dao động điều hòa phương tần số: x1 = A1cos( ωt+ϕ1 ) x2 = A2cos( ωt+ϕ2 )…thì dao động tổng hợp dao động điều hòa phương tần số: x = Acos( ωt+ϕ )
Chiếu lên trục Ox trục Oy ta
A = √Ax2+A2y tanϕ=Ay
Ax
với ϕ∈[ϕmin;ϕmax]
x1 = A1cos()
x2 = A2cos() Dao động tổng hợpx = Acos()
… …
(8)V DAO ĐỘNG TẮT DẦN, DAO ĐỘNG CƯỠNG BỨC, CỘNG HƯỞNG A Dao động tắt dần lắc lò xo.
Một lắc lò xo dao động tắt dần với biên độ A, hệ số ma sát vật mặt sàn μ 1 Độ giảm biên độ sau lần vật qua VTCB : ΔA=2Fc
k =
2μmg
k 2 Độ giảm biên độ sau chu kỳ :
4 mg k
3 Quãng đường vật từ đầu đến lúc dừng lại là: S = kA2
2μmg=
ω2A2 2μg 4 Số chu kỳ vật qua VTCB từ lúc dao động đến lúc tắt hẳn là: N =
Ak mg
5 Số lần vật qua VTCB n = 2N
6 Thời gian từ lúc thả đến lúc dừng t = N.T
B Dao động tắt dần của lắc đơn:
1 Suy ra, độ giảm biên độ dài sau chu kì:
4Fms ΔS = 2 mω 2 Số dao động thực đợc: N= S0
ΔS
3 Thời gian kể từ lúc chuyển động dừng hẳn:
l τ = N.T = N.2π
g
4 Gọi Slà quãng đờng đợc kể từ lúc chuyển động dừng hẳn Cơ ban đầu tổng cơng lực ma sát tồn qng đờng đó, tức là:
1 2 2
mω S = F0 ms.S S = ? 2
C Hiện tượng cộng hưởng: xảy : f = fo hay T = To hay ω=ωo
Với f , T , ω , fo , To, ωo tần số, chu kỳ, tần số góc hệ dao động ngoại lực cưỡng
+ Con lắc treo toa tàu : Tch = vl ( l chiều dài ray, v vận tốc tàu ) + Người : Tch = l /v ( l chiều dài bước chân , v vận tốc người ) VI Phân biệt Dao động cưỡng dao động trì
a Dao động cưỡng với dao động trì: • Giống nhau:
- Đều xảy tác dụng ngoại lực
- Dao động cưỡng cộng hưởng có tần số tần số riêng vật • Khác nhau:
* Dao động cưỡng - Ngoại lực bất kỳ, độc lập với vật
- Sau giai đoạn chuyển tiếp dao động cưỡng có tần số tần số f ngoại lực - Biên độ hệ phụ thuộc vào biên độ F0 |f – f0| ( f0 tần số dao động riêng ) * Dao động trì
- Lực điều khiển dao động qua cấu - Dao động với tần số tần số dao động riêng f0 vật - Biên độ không thay đổi
b Cộng hưởng với dao đợng trì:
• Giống nhau: Cả hai điều chỉnh để tần số ngoại lực với tần số dao động tự hệ • Khác nhau:
* Cộng hưởng
- Ngoại lực độc lập bên
- Năng lượng hệ nhận chu kì dao động công ngoại lực truyền cho lớn lượng mà hệ tiêu hao ma sát chu kì
* Dao động trì
- Ngoại lực điều khiển dao động qua cấu
(9)Chương 2: sóng cơ
I.sóng học:
1 Các định nghĩa: sóng cơ, sóng dọc, sóng ngang.
Chú ý: sóng khơng truyền chân khơng Sóng dọc truyền ba mơi trường rắn lỏng, khí. Sóng ngang truyền bề mặt chất lỏng, chất rắn
2 Các đại lượng đặc trưng sóng
- Chu kỳ, tần số sóng: phần tử mơi trường có sóng truyền qua dao động với chu kỳ tần số nguồn
- Biên độ: biên độ sóng điểm khơng gian biên độ dao động phần tử mơi trường điểm ( thực tế xa nguồn biên độ giảm)
- Bước sóng: quãng đường mà sóng truyền chu kỳ ( khoảng cách hai điểm gần nhau dao động pha)
- Tốc độ sóng: tốc độ lan truyền pha dao động v = S/t= /t= .f - Năng lượng sóng: q trình truyền sóng q trình truyền lương. Phương trình sóng:
uo = Acos(t + ) (
2 2 f
T
) uM = Acos(t + -
M
2 x
)
uN = Acos(t + - N
2 x
)
- cho phương trình M uM = Acos(t + ) phương trình nguồn uo = Acos(t + +
M
2 x
)
- sóng có tuần hồn theo thời gian không gian
- ý : + đơn vị đại lượng x,v, phải tương ứng với
+ sóng học ngồi khái niệm tốc độ truyền sóng cịn có khái niệm khác hoàn toàn chất tốc độ dao động phần tử mơi trường kí hiều u’( đạo hàm li độ( độ dời) u )
* Các dạng tập :
Dạng : xác định đại lượng đặc trưng sóng - khai thác từ phương trình
- Khoảng cách hai đỉnh sóng liên tiếp =
- Quãng đường sóng truyền khoảng thời gian t s = v.t = .f.t .t / f
- Sóng truyền từ mơi trường có vận tốc v1 sang mơi trường có vận tốc v2 tần số khơng đổi
1 1
2 2
v .f
v .f
Dạng : viết phương trình sóng, tìm độ lệch pha
- Độ lệch pha hai điểm MN nằm phương truyền MN
2 d
- hai điểm pha = 2k
- hai điểm ngược pha = ( 2k +1)
- độ lêch pha hai thời điểm điểm = t
- cho hai điểm M,N phương truyền cách d biết trạng thái dao động M thời điểm t xác định trạng thái dao động N thời điểm ( ý thời điểm t sóng chưa kịp truyền đến N N đứng yên)
0 x M d N
Độ lệch pha hai điểm MN nằm phương truyền MN
2 d
(10)uM = Acos() uN = Acos(-
d v
) khai triển công thức lượng giác suy kết II GIAO THOA SÓNG
- Hiện tượng giao thoa sóng tổng hợp hay nhiều sóng kết hợp khơng gian, có chỗ biên độ sóng tăng cường (cực đại giao thoa) triệt tiêu (cực tiểu giao thoa), tuỳ thuộc vào hiệu đường chúng
- Điều kiện xảy tượng giao thoa hai sóng phải hai sóng kết hợp
- Hai sóng kết hợp hai sóng gây hai nguồn có tần số, pha lệch pha góc khơng đổi
- Vị trí điểm dao động với biên độ cực đại : d2 – d1 = kλ
Vị trí điểm dao động với biên độ cực tiểu: d2 – d1 = (2k + 1)λ/2
- Giao thoa hai sóng phát từ hai nguồn sóng kết hợp S1, S2 cách khoảng l: + Xét điểm M cách hai nguồn d1, d2
+ Phương trình sóng nguồn u1Acos(2 ft1) ; u2 Acos(2 ft2)
+ Phương trình sóng M (cách nguồn d1 d2) hai sóng từ hai nguồn truyền tới:
1M Acos(2 1) d
u ft
;
2 2M Acos(2 2)
d
u ft
+ Phương trình giao thoa sóng M:
uM = u1M + u2M
2 1 2
2 os os
2
M
d d d d
u Ac c ft
+ Biên độ dao động M:
2
2 os
M
d d
A A c
Dạng 1: viết phương trình giao thoa sóng điểm tốn cơ liên quan:
Dạng 2: tìm số cực đại cực tiểu đoạn AB ( S1S2 )
* Số cực đại, tính nguồn: + (k Z)
l k l
* Số cực tiểu, tính nguồn:
l 1Δφ l Δφ
- - + k - + (k Z) λ 2 2π λ 2 2π
* Nếu hai nguồn pha
* số cực đại tính hai nguồn là:
Z
s s
.2 1
* số cực tiểu tính hai nguồn là:
làmtròn
s s
.2
* Nếu hai nguồn ngược pha ngược lại hai nguồn pha
Dạng 3: Tìm số điểm dao động pha, ngược pha với nguồn đoạn CD ( xét hai nguồn pha ) Từ pt giao thoa suy
1 d d
= 2k nên S1S2 d2 + d1 = 2k CA + CB
Dạng4: Với tốn tìm số đường dao động cực đại không dao động (cực tiểu) hai điểm M, N cách hai nguồn d1M, d2M, d1N, d2N Đặt dM = d1M - d2M ; dN = d1N - d2N giả sử dM < dN
+ Hai nguồn dao động pha:
Cực đại: dM < k < dN Cực tiểu: dM < (k+0,5) < dN
+ Hai nguồn dao động ngược pha:
Cực đại:dM < (k+0,5) < dN Cực tiểu: dM < k < dN
=> Số giá trị nguyên k thoả mãn biểu thức số đường cần tìm.
A B
k=-1 k=2 k=
k=
k=0
k=-1 k=-2 k=
k=
C
(11)Dạng 5: tìm EAmax, để E cực đại, cực tiểu: gọi EA = x = d1 nên
2
1
x s s =d
2
EAmax :
2
1
x s s - x = EAmin : x2 s s1 22 - x = k ( k số cực đại, cực tiểu mỗi bên )
IV Sóng dừng
Phản xạ sóng : sóng tới sóng phản xạ có tần số, bước sóng Nếu đầu phản xạ cố định sóng phản xạ ngược pha với sóng tới, đầu phản xạ tự sóng phản xạ pha với sóng tới
1 Một số ý
* Đầu cố định đầu dao động nhỏ nút sóng * Đầu tự bụng sóng
* Hai điểm đối xứng với qua nút sóng ln dao động ngược pha * Hai điểm đối xứng với qua bụng sóng ln dao động pha
* Các điểm dây dao động với biên độ không đổi lượng không truyền
* Khoảng thời gian hai lần sợi dây căng ngang (các phần tử qua VTCB) nửa chu kỳ
* Khoảng cách hai bụng sóng liền kề λ/2 Khoảng cách hai nút sóng liền kề λ/2 Khoảng cách bụng sóng nút sóng liền kề λ/4
* Bề rộng bụng sóng = 2.A = 2.2a = 4.a 2 Điều kiện để có sóng dừng sợi dây dài l: * Hai đầu nút sóng:
*
( )
2
l k k N
Số bụng sóng = số bó sóng = k Số nút sóng = k +
* Một đầu nút sóng cịn đầu bụng sóng: l (2k 1) (4 k N)
Số bó sóng nguyên = k
Số bụng sóng = số nút sóng = k +
3 Phương trình sóng dừng sợi dây AB (với đầu A cố định dao động nhỏ nút sóng) a Đầu B cố định (nút sóng):
Phương trình sóng tới sóng phản xạ B: u1B Acos2 ft u2B Acos2 ftAcos(2 ft)
Phương trình sóng tới sóng phản xạ M cách B khoảng d là: 1M os(2 2 )
d u Ac ft
2M os(2 )
d
u Ac ft
Phương trình sóng dừng M: uM u1M u2M=
2 os(2 ) os(2 ) sin(2 ) os(2 )
2 2
Ac d c ft A d c ft
Biên độ dao động phần tử M:
2 os(2 ) sin(2 )
2
M
d d
A A c A
b Đầu B tự (bụng sóng):
Phương trình sóng tới sóng phản xạ B: u1B u2B Acos2 ft
Phương trình sóng tới sóng phản xạ M cách B khoảng d là: 1M os(2 2 )
d u Ac ft
2M os(2 )
d u Ac ft
Phương trình sóng dừng M: uM u1M u2M =
2Acos(2 d) os(2c ft)
Biên độ dao động phần tử M:
2 cos(2 )
M
d
A A
Lưu ý: *Với x khoảng cách từ M đến đầu nút sóng biên độ:
2 sin(2 )
M
x
A A
1
2
3 2
2
12
8
6
4
3
8
(12)* Với x khoảng cách từ M đến đầu bụng sóng biên độ:
2 cos(2 )
M
d
A A
*Nếu nút biên độ = sin(…) =0,cos(…) = 0, bụng biên độ lớn sin(…) =1,cos(…) = 1
V SĨNG ÂM
* Sóng âm sóng truyền mơi trường rắn lỏng khí Nguồn âm vật dao động * Sóng âm (gây cảm giác âm tai người) sóng học có tần số khoảng từ 16 Hz đến 20000 Hz < 16 Hz sóng hạ âm, > 20000 Hz sóng siêu âm Sóng âm truyền mơi trường rắn lỏng khí, khơng truyền chân không
* Vận tốc truyền âm phụ thuộc vào tính đàn hồi, mật độ nhiệt độ mơi trường vrắn > vlỏng > vkhí
* Khi sóng âm truyền từ mơi trường sang mơi trường khác vận tốc bước sóng thay đổi Nhưng tần số chu kì sóng khơng đổi
* Ngưỡng nghe: giá trị cực tiểu cường độ âm để gây cảm giác âm tai người Ngưỡng nghe thay đổi theo tần số âm
* Ngưỡng đau: giá trị cực đại cường độ âm mà tai người cịn chịu đựng ( thơng thường ngưỡng đau ứng với mức cường độ âm 130db)
- Cảm giác âm to hay nhỏ phụ thuộc vào cường độ âm mà phụ thuộc vào tần số âm
- Tính chất vật lí của âm tần số âm, cường độ âm mức cường độ âm đồ thị dao động của âm.
Cường độ âm:
W P
I= =
tS S =
P
4πR2 = μ.A
2
= I0.10L (W/m2) Với W (J), P (W) lượng, công suất phát âm nguồn
S (m2) diện tích mặt vng góc với phương truyền âm (với sóng cầu-ng̀n âm ng̀n âm điểm- S là
diện tích mặt cầu, với S=4πR2)
P = W/t = I.S ==> Công suất âm nguồn = lượng lượng mà âm truyền qua diện tích mặt cầu đơn vị thời gian: P = I.S = I.4πR2.
* Nếu nguồn âm điểm phát âm qua điểm A B, thì:
2
A B A B
A B A B
A B B A
P P I R
I ; I P P
4 R R I R
Mức cường độ âm: lg I L
I
(B) Hoặc 10.lg I L
I
(dB) * Nếu biết
10.lg A
A
I L
I
10.lg B
B
I L
I
LA – LB =
10.lg A
B
I
I = 20.lg
B A
R R Với I0 = 10-12 W/m2 f = 1000Hz: cường độ âm chuẩn
* Khi giải thường áp dụng t/c lơgarít: loga (M.N) = logaM + logaN: loga (M/N) = logaM – logaN
* Tính chất sinh lí của âm đợ cao (gắn liền với tần sốf), độ to (gắn liền với mức cường độ âm L, f ) âm sắc (gắn liền với đồ thị dao động của âm f, A).
* Tần số đàn phát (hai đầu dây cố định hai đầu nút sóng):
( k N*)
v f k
l
Ứng với k = âm phát âm có tần số
v f
l
k = 2,3,4… có hoạ âm bậc (tần số 2f1), bậc (tần số 3f1)…
* Tần số ống sáo phát (một đầu bịt kín, đầu để hở đầu nút sóng, đầu bụng sóng)
(2 1) ( k N)
v
f k
l
Ứng với k = âm phát âm có tần số
v f
l
(13)CHƯƠNG III DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU
1 Cách tạo dđxc: Cho khung dây dẫn diện tích S, có N vịng dây, quay với tần số góc từ
trường B (B
trục quay) Thì mạch có dđ biến thiên điều hịa với tần số góc gọi dđxc.
Lưu ý: Khi khung dây quay vịng (một chu kì) dịng điện chạy khung đổi chiều lần. a, Từ thông qua khung: = NBScos(t + )
Hiện tượng cảm ứng điện từ: Là tượng có biến thiên từ thơng qua khung dây kín thì trong khung xuất suất điện động cảm ứng để sinh dđ cảm ứng:
e = -’t = NBSsin(t + ) = NBScos(t + - /2) = E0 cos(t + - /2)
b, Biểu thức điện áp tức thời dòng điện tức thời:
u = U0cos(t + u) i = I0cos(t + i)
Trong đó: i giá trị cường độ dđ thời điểm t; I0 > giá trị cực đại i; > tần số góc; (t + i)
pha i thời điểm t; i pha ban đầu dđ
u giá trị điện áp thời điểm t; U0 > giá trị cực đại u; > tần số góc; (t + u) pha
của u thời điểm t; u pha ban đầu điện áp
Với = u – i độ lệch pha u so với i, có 2
c, Các giá trị hiệu dụng:
- Cường độ hiệu dụng dđxc đại lượng có giá trị cường độ dđ không đổi, cho qua điện trở R, khoảng thời gian cơng suất tiêu thụ R dđ không đổi cơng suất tiêu thụ trung bình R dđxc nói
- Điện áp hiệu dụng định nghĩa tương tự
- Giá trị hiệu dụng giá trị cực đại đại lượng chia cho
0 ; ;
2 2
U I E
U I E
2 Một số ý:
- Dòng điện xoay chiều i = I0cos(2ft + i)
* Mỗi giây dòng điện đổi chiều 2f lần * Nếu pha ban đầu i =
i =
giây đổi chiều 2f-1 lần - Cơng thức tính thời gian đèn huỳnh quang sáng chu kỳ:
Khi đặt điện áp u = U0cos(t + u) vào hai đầu bóng đèn, biết đèn sáng lên u ≥ U1
t
Với
1
os U
c
U
, (0 < < /2) (t: thời gian đèn sáng chu kì)
- C// = C1 + C2; Cnt = (C1C2) : (C1 + C2); L// = (L1L2) : (L1 + L2); Lnt = L1 + L2 3 Dòng điện xoay chiều đoạn mạch R,L,C
Mạch có điện trở R ()
Mạch có cuộn cảm
Với độ tự cảm L (H) Với điện dung C (F)Mạch có tụ điện i = I0.cos(.t + 0)
uR = U0R.cos(.t + 0)
i = I0.cos(.t + 0)
uL = U0L.cos(.t + 0+ / 2)
i = I0.cos(.t + 0)
uC = U0C.cos(.t + 0-/ 2)
O
L
U O I
R
U I
O I
C
(14)i, uR pha I =
R
U R
i chậm pha uL /
I =
L L
U
Z , ZL =.L ( cảm kháng )
i nhanh pha uC /
I =
C C
U
Z , ZC =
.C
( dung kháng )
Lưu ý: Tụ điện C khơng cho dịng điện khơng đổi qua (cản trở hồn tồn) - Đoạn mạch RLC khơng phân nhánh
2 2 2
0 0
; ( L C) R ( L C) R ( L C)
U
I Z R Z Z U U U U U U U U
Z
tan ZL ZC; sin ZL ZC; cos R
R Z Z
với 2
+ Khi ZL > ZC hay
1 LC
> u nhanh pha i , mạch có tính cảm kháng
+ Khi ZL < ZC hay
1 LC
< u chậm pha i , mạch có tính dung kháng
+ Khi ZL = ZC hay
1 LC
= u pha với i
Lúc Max U
I =
R, Pmax, cos = gọi cộng hưởng điện
- Nếu đoạn mạch khơng có đủ phần tử R, L, C số hạng tương
ứng với phần tử thiếu công thức ĐL Ơm có giá trị khơng - Nếu mạch có cuộn dây với hệ số tự cảm L điện trở
thì cuộn dây tương đương mạch gồm L nt R - Ln có ZL ZC =
L C
4 Công suất tiêu thụ đoạn mạch RLC: - Công suất tức thời: P = UIcos + UIcos(2t + )
- Cơng suất trung bình (cơng suất tiêu thụ): P = UIcos = I2R
- Công suất tỏa nhiệt: PR = RI2 - Hệ số công suất: cos = = =
- Công suất tiêu thụ đoạn mạch phụ phuộc vào giá trị cos, nên để sử dụng có hiệu điện tiêu
thụ phải tăng hệ số cơng suất (nghĩa nhỏ) Bằng cách mắc thêm mạch tụ điện có điện dung
lớn Qui định sở sử dụng điện cos 0,85
- Chú ý: + với mạch LC cos = , mạch không tiêu thụ điện! P =
+ Điện tiêu thụ: A = P.t với A tính J, P tính W, t tính s + ĐK để có cộng hưởng điện:
2
1
L C
Z Z L
C LC
+ Khi có cộng hưởng điện thì:
dđ đạt cực đại Imax = công suất tiêu thụ đạt cực đại Pmax =
u pha với i: = 0, u = i; U = UR ; UL = UC; cos = = ==> R = Z.
* KHẢO SÁT MẠCH XOAY CHIỀU
a, Đoạn mạch RLC có R thay đổi
1 Imax = L C
U
Ζ - Ζ R = 0 2 ULmax =
L L C
U.Z
Ζ - Ζ R0
3 UCmax = C L C
U.Z
Ζ - Ζ R0 4 URmax = U R
5 Pmax = = L C
2 U
2Ζ - Ζ R =
ZL – ZC Lúc cos = =
6 Khi R = R1 R = R2 P có giá trị ta có R1 R2 thỏa mãn pt bậc 2: PR2 - U2R + P(ZL-ZC)2 = ==> R1 + R2 = U2/P ; R1R2 = (ZL – ZC)2. 7 Trường hợp cuộn dây có điện trở R0
O
C U
R
U
L
C
U U
L
A
B
U
I
H
V
: m
ạc
h c
ó
tín
h c
ảm
k
há
(15)Pmax =
2
0
U
2(R R ) = L C
2 U
2Ζ - Ζ R =
ZL – ZC - R0
PR max =
2
2
0 L C
U
2 R (Z Z ) 2R
=
2
0
U
2(R R ) khi R = R02 (ZL Z )C b, Đoạn mạch RLC có L thay đổi:
1 Khi ZL = ZC hay L
C
xảy cộng hưởng u /i= IMax =
U
R , URmax = U, PMax =
2
U
R , UC max = U
R.ZC , ULCMin = , URCMax = U R .ZRC 2 Khi 2 C L C R Z Z Z 2 ax C LM
U R Z U
R
3 L = L1 L = L2 UL có giá trị ULmax
1 2
1 1
( )
2
L L L
L L L
Z Z Z L L 4 Khi L = L1 L = L2 P có giá trị ZL1ZL2 2.ZC
Lúc giá trị Lm để Pmax ( cộng hưởng ) :Lm =
1 L L 2 5 Khi 2 C C L
Z R Z
Z
ax 2 2
2 .R RLM C C U U
R Z Z c Đoạn mạch RLC có C thay đổi:
1 Khi ZL = ZC hay C
L
xảy cộng hưởng u /i= 0 IMax =
U
R , URmax = U, PMax =
2
U
R , UL max = U
R .ZL , ULCMin = 0, URLMax = U R .ZRL
2 Khi
2 L C L R Z Z Z 2 ax L CM
U R Z U
R
3 Khi C = C1 C = C2 UC có giá trị UCmax
1
1 1
( )
2
C C C
C C C
Z Z Z
4 Khi C = C1 C = C2 cơng suất P hay I có giá trị thì: ZC1ZC2 2.ZL
Lúc giá trị Cm để Pmax ( cộng hưởng ) :Cm =
1 2
2C C
C C
5 Khi 2 L L C
Z R Z
Z
ax 2 2
2 R RCM L L U U
R Z Z
d Đoạn mạch RLC có thay đổi:
1 Khi ZL = ZC hay
1 LC
IMax URmax; PMax ULCMin giống
2 Khi
2
1
2 C L R
C
ax 2
2
LM
U L U
R LC R C
3 Khi 2 L R L C
ax 2
2
CM
U L U
R LC R C
(16)4 Với = 1 = 2 I P UR có giá trị IMax PMax URMax
1 tần số f f f1
e Hai đoạn mạch AM gồm R1L1C1 nối tiếp đoạn mạch MB gồm R2L2C2 nối tiếp mắc nối tiếp với có UAB = UAM + UMB uAB; uAM uMB pha tanuAB = tanuAM = tanuMB
f Hai đoạn mạch R1L1C1 R2L2C2 u i có pha lệch
Với
1
1
1
tan ZL ZC
R
2
2
2
tan ZL ZC
R
(giả sử 1 > 2)
Có 1 – 2 =
1
1
tan tan
tan tan tan
Trường hợp đặc biệt = /2 (vng pha nhau) tan1tan2 = -1
5 Máy phát điện xoay chiều pha:
- Hoạt động dựa tượng cảm ứng điện từ, biến thành điện
- Cấu tạo gồm phận : + Bộ phận tạo từ trường gọi phần cảm : Là nam châm + Bộ phận tạo dòng điện gọi phần ứng: Là khung dây
+ Bộ phận đưa dđ ngồi gọi góp: Gồm vành khun chổi quét - Trong máy phát điện: Rôto phần cảm ; Stato phần ứng.
- Trong máy phát điện công suất nhỏ
Rôto (bộ phận chuyển động) phần ứng ; Stato (bộ phận đứng yên) phần cảm
- Tấn số dòng điện máy phát phát : f = Với p số cặp cực, n số vịng quay rơto/phút. f = np Với p số cặp cực, n số vịng quay rơto/giây. - Từ thơng gửi qua khung dây máy phát điện = NBScos(t +) = 0cos(t + )
Với 0 = NBS từ thơng cực đại, N số vịng dây, B cảm ứng từ từ trường, S diện tích vịng
dây, = 2f
- Suất điện động khung dây: e = - ’ = NBSsin(t +) = NSBcos(t + - 2
) = E0cos(t + - 2
) Với E0 = NSB = .0 suất điện động cực đại
Pha e chậm pha
6 Máy phát điện xoay chiều ba pha:
- Máy phát điện xc ba pha máy tạo ba sđđ xc hình sin tần số, biên độ lệch góc - Cấu tạo: Phần ứng ba cuộn dây giống gắn cố định đường trịn tâm ba vị trí đối xứng, đặt lệch góc 1200 Phần cảm nc quay quanh trục với tốc độ góc khơng đổi.
- Hoạt động dựa tượng cảm ứng điện từ, biến thành điện Khi nam châm quay từ thông qua cuộn dây ba hàm số sin thời gian, tần số góc , biên độ lệch 1200 Kết
trong ba cuộn dây xuất ba sđđ xc cảm ứng biên độ, tần số lệch pha góc 1200. (Lưu ý: dòng điện cuộn dây đạt cực đại I0 dịng điện cuộn lại = 0,5I0)
- Dòng điện xoay chiều ba pha hệ thống ba dòng điện xoay chiều, gây ba suất điện động xoay chiều tần số, biên độ độ lệch pha đôi
2
1
2
3
os( )
os( )
3
os( )
3 e E c t e E c t e E c t
trong trường hợp tải đối xứng
2
3
os( )
os( )
3
os( )
3 i I c t i I c t i I c t
- Máy phát mắc hình sao: Ud = 3Up - Máy phát mắc hình tam giác: Ud = Up - Tải tiêu thụ mắc hình sao: Id = Ip
- Tải tiêu thụ mắc hình tam giác: Id = 3Ip 7 Máy biến áp:
(17)- Cấu tạo: + Lõi biến áp: Là sắt non pha silic ghép lại Tác dụng dẫn từ. + Hai cuộn dây quấn:
Cuộn dây sơ cấp D1 có hai đầu nối với nguồn điện có N1 vịng Cuộn dây thứ cấp D2 có hai đầu nối với tải tiêu thụ có N2 vịng Tác dụng hai cuộn dây dẫn điện.
- Tác dụng MBA: biến đổi điện áp dđxc mà giữ nguyên tần số MBA khơng có tác dụng biến đổi lượng (công)
- Công thức máy biến áp:
1
2 2
U E I N
k U E I N
Nếu k > 1: N1 > N2 <==> U1 > U2 : MBA hạ áp. Nếu k < 1: N1 < N2 <==> U1 < U2 : MBA tăng áp.
- Chú ý: MBA tăng điện áp lần làm giảm dđ nhiêu lần ngược lại. - Hiệu suất MBA: H = =
- Ứng dụng MBA: Trong truyền tải sử dụng điện
Ví dụ: Chỉ cần tăng điện áp đầu đường dây tải điện lên 10 lần giảm hao phí 102 = 100 lần. * Nếu MBA có đầu với U1 điện áp vào, U2, U3 điện áp thì:
1 2
N U
N U ;
1 3
N U
N U P1 = P2 + P3 hay U1.I1 = U2.I2 + U3.I3 8 Công suất hao phí q trình truyền tải điện năng:
* Nắm toán truyền tải điện xa SGK
Cơng suất hao phí:
2
2
dây dây
đi P
P R I R
(U cos )
- Trong đó: P: cơng suất truyền nơi cung cấp; U: điện áp nơi cung cấp; cos: hệ số công suất dây
tải điện (thông thường cos = 1); d
l R
S
điện trở tổng cộng dây tải điện (lưu ý: dẫn điện dây) - Độ giảm điện áp đường dây tải điện: U = RdI = Udi – Uđến
- Hiệu suất tải điện:
đênđi
đi
P P P
H
P P
= -
đi
dây
đi P R
(U cos )
9 Động không đồng ba pha:
- Hoạt động : Dựa tượng cảm ứng điện từ từ trường quay - Cấu tạo: Gồm hai phận là:
Rơto (phần cảm): Là khung dây quay tác dụng từ trường quay
Stato (phần ứng): Gồn cuộn dây giống hệt đặt vị trí nằm vịng trịn cho trục
của cuộn dây đồng qui tâm vòng tròn hợp góc 1200.
- Khi cho dđxc pha vào cuộn dây từ trường tổng hợp cuộn dây tạo tâm từ trường quay B = 1,5B0 với B từ trường tổng hợp tâm 0, B0 từ trường cuộn dây tạo Từ trường quay tác dụng vào khung dây khung quay với tốc độ nhỏ tốc độ quay từ trường Chuyển động quay rôto (khung dây) sử dụng làm quay máy khác
(Lưu ý: dòng điện cuộn dây đạt cực đại I0 dịng điện cuộn cịn lại = 0,5I0)
- Ưu điểm: + Cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo
+ Sử dụng tiện lợi, không cần vành khuyên chổi quát + Có thể thay đổi chiều quay dễ dàng
CHƯƠNG IV DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ 1 Kiến thức chung:
- Mạch dao động mạch điện gồm cuộn cảm có độ tự cảm L mắc nối tiếp với tụ điện có điện dung C thành mạch điện kín
- Nếu điện trở mạch nhỏ, coi khơng, mạch mạch ao động lí tưởng Nơi
Tiêu Thụ MBA
Hạ Áp
R d â y
U
Uđế n
(18)- Tụ điện có nhiệm vụ tích điện cho mạch, sau phóng điện qua lại mạch nhiều lần tạo dđxc mạch
- Khi mạch có dao động điện từ với tính chất :
+ Năng lượng mạch dđ gồm có lượng điện trường tập trung tụ điện lượng từ trường tập trung cuộn cảm
+ Năng lượng điện trường lượng từ trường biến thiên tuần hoàn theo tần số chung + Tại thời điểm, tổng lượng điện trường lượng từ trường khơng đổi, nói cách khác lượng mạch dao động bảo toàn
- Dao động điện từ tự do: Sự biến thiên điều hoà theo thời gian điện tích q cường độ dịng điện i (hoặc cường độ điện trường E cảm ứng từ B) mạch dao động gọi dao động điện từ tự
- Khi từ trường biến thiên theo thời gian sinh điện trường xoáy (là điện trường mà đường sức bao quanh đường cảm ứng từ) Ngược lại điện trường biến thiên theo thời gian sinh từ trường xốy (là từ trường mà đường cảm ứng từ bao quanh đường sức điện trường)
- Dòng điện qua cuộn dây dđ dẫn, dđ qua tụ điện dđ dịch (là biến thiên điện trường tụ) - Điện trường từ trường mặt thể khác loại trường điện từ trường
- Sóng điện từ lan truyền không gian điện từ trường biến thiên tuần hoàn theo thời gian Sóng điện từ sóng ngang có thành phần thành phần điện E thành phần từ B vng góc với nhau vng góc với phương truyền sóng Các vectơ E, B,v lập thành tam diện thuận (xoay đinh ốc để vectơ E trùng vectơ B chiều tiến đinh ốc trùng với chiều vectơ v)
- Sóng điện từ có t/c sóng học (phản xạ, giao thoa, tạo sóng dừng ), ngồi cịn truyền chân khơng
- Để phát sóng điện từ người ta mắc phối hợp máy phát dao động điều hoà với ăngten (là mạch dđ hở) - Để thu sóng điện từ người ta mắc phối hợp ăngten với mạch dao động có tần số riêng điều chỉnh (để xảy cộng hưởng với tần số sóng cần thu)
- Năng lượng sóng tỉ lệ với bình phương biên độ, với luỹ thừa bậc tần số Nên sóng ngắn (tần số cao, = ) lượng sóng lớn
+ Sóng dài : dùng để thơng tin nước
+ Sóng trung: dùng để thơng tin mặt đất, vào ban đêm thông tin tốt ban ngày
+ Sóng ngắn: dùng để thơng tin mặt đất, kể ngày hay đêm Do bị khơng khí hấp thụ, mặt khác sóng ngắn phản xạ tốt mặt đất tầng điện li, nên truyền xa
+ Sóng cực ngắn: dùng để thông tin vũ trụ 2 Dao động điện từ
- Điện tích tức thời: q = q0cos(t + )
- Hiệu điện (điện áp) tức thời:
0
0
os( ) os( )
q q
u c t U c t
C C
- Dòng điện tức thời: i = q’ = -q0sin(t + ) = I0cos(t + +2
) ==> u, q dao động pha; i sớm pha u, q góc /2
- Cảm ứng từ: B B c0 os( t 2)
Trong đó:
1 LC
tần số góc riêng T 2 LC chu kỳ riêng
1 f
LC
tần số riêng
0
0 0
q I =ωq =
LC
0
0 0
q I L
U LI I
C C C
- Năng lượng điện trường:
2 2
C
1 1 q
W = Cu = qu =
2 2 2C
2
0 os ( )
q
c t
C
- Năng lượng từ trường:
2 q
= sin (ωt + φ) 2C
2 L
1 W = Li
2
0,01 10 200 3000
(m)
(19)- Năng lượng điện từ: =WđWt
2
2 2 2 0 2
0 0 0
q
1 1 1 1 1
W Cu Li CU = q U = = LI
2 2 2 2 2C 2
* số ý:
- Mạch dao động có tần số góc , tần số f chu kỳ T Wđ Wt biến thiên với tần số góc 2, tần số 2f
chu kỳ T/2
- Khi lượng điện trường tăng lượng từ trường giẳm ngược lại, tổng lượng điện từ khơng đổi Trong chu kỳ có lần lượng điện trường lượng từ trường ( đồ thị lượng điện từ giống đồ thị dao động điều hòa )
- Mạch dao động có điện trở R dao động tắt dần Để trì dao động cần cung cấp cho
mạch lượng có cơng suất:
2 2 2 2
2 ω C U0 U RC0
P = I R = R =
2 2L
- Khi tụ phóng điện q u giảm ngược lại
Quy ước: q > ứng với tụ ta xét tích điện dương i > ứng với dòng điện chạy đến tụ mà ta xét
- Mối liên hệ giá trị u, i, U0 I0:
2 i
2 2 2
0
2 2
0 L
u + i = U
C C
u = I L
- Góc quay tụ xoay:
+ Công thức xđ điện dung tụ điện phẳng:
.S C
4 9.10 d
+ Khi tụ quay từ min đến (để điện dung từ Cmin đến C) góc xoay tụ là:
min
max max C C
( ) C C
+ Khi tụ quay từ vị trí max vị trí (để điện dung từ C đến Cmax) góc xoay tụ là:
max max
max max
C C
( ) C C
- Cách cấp lượng ban đầu cho mạch dao động: + Cấp lượng ban đầu cho tụ:
2 C
1
W C.E
2
; E suất điện động nguồn, C điện dung tụ + Cấp lượng ban đầu cho cuộn dây:
2
L
1 E
W LI L( )
2 r
; r điện trở nguồn
- Cho mạch dao động với L cố định Mắc L với C1 tần số dao động f1, mắc L với C2 tần số f2 + Khi mắc nối tiếp C1 với C2 mắc với L ta tần số f thỏa :
1
1 1
nt
C C C ; 2 2
1 1
nt
T T T ; 2 2
nt
f f f
+ Khi mắc song song C1 với C2 mắc với L ta tần số f thỏa : Css = C1 + C2 ; Tss2 T12T22 ;
2 2
1
1 1
ss
f f f 3 Sự tương tự dao động điện dao động cơ
Đại lượng cơ Đại lượng điện Dao động cơ Dao động điện
x q x” + 2x = q” + 2q =
v i k
m
LC
m L x = Acos(t + ) q = q0cos(t + )
k
C v = x’ = -Asin(t + ) i = q’ = -q0sin(t + )
F u A2 x2 ( )v
q02 q2 ( )i
µ R F = -kx = -m2x u q L q2
C
(20)Wđ Wt (WC)
Wđ =
1
2mv2 Wt =
1 2Li2
Wt Wđ (WL)
Wt =
1
2kx2 Wđ =
2
q C
4 Sóng điện từ
- Vận tốc lan truyền không gian v = c = 3.108m/s
- Máy phát máy thu sóng điện từ sử dụng mạch dao động LC tần số sóng điện từ phát thu tần số riêng mạch
- Bước sóng sóng điện từ c
c2 LC
f
Với: c: vận tốc as chân không; C: điện dung tụ điện (F); L: độ tự cảm cuộn dây (H)
- Lưu ý: Mạch dao động có L biến đổi từ LMin LMax C biến đổi từ CMin CMax bước sóng sóng
điện từ phát (hoặc thu) Min tương ứng với LMin CMin Max tương ứng với LMax CMax
5 Sơ đồ khối máy phát thu vô tuyến đơn giản:
- Lưu ý: Sóng mang có biên đợ bằng biên đợ của sóng âm tần, có tần số bằng tần số của sóng cao tần.
CHƯƠNG V SĨNG ÁNH SÁNG
1 Hiện tượng tán sắc ánh sáng.
- Đ/n: Là tượng ánh sáng bị tách thành nhiều
màu khác qua mặt phân cách hai môi trường suốt
- Đối với as trắng sau qua lăng kính bị tán sắc thành dải màu cầu vồng, tia đỏ lệch ít tia tím bị lệch nhiều nhất.
* Lưu ý:
+ Hiện tượng tán sắc ánh sáng xảy ánh sáng trắng qua lăng kính, thấu kính, giọt nước mưa, lưỡng chất phẳng, mặt song song (các môi trường suốt)
+ Hiện tượng cầu vồng tượng tán sắc ánh sáng
+ Ánh sáng phản xạ váng dầu, mỡ bong bóng xà phịng (có màu sặc sỡ) tượng giao thoa ánh sáng dùng ánh sáng trắng
* Lưu ý: + Nếu tia tới as trắng song song với đáy lăng kính, mà tia ló chùm tia sáng song song với đáy lăng kính Thì tia tím tia đỏ
+ Nếu tia tới as trắng sau qua lăng kính có tia lệch là mặt bên lăng kính, tia cịn lại có bước sóng dài VD: Sau qua LK tia vàng là mặt bên tia cịn lại đỏ, da cam
- Ánh sáng đơn sắc ánh sáng không bị tán sắc
+ Ánh sáng đơn sắc có tần số xác định, có màu + Bước sóng ánh sáng đơn sắc
v f
l =
, truyền chân không c f
l =
0 c
v n
l l
Þ = Þ l =
l với
c c
n
v f
triết suất môi trường. đ
đ đ t
đ t
tđ t
t c v
n v n
1 v v
c v n
v n
Vậy mt as đỏ truyền nhanh as tím
Chiết suất mơi trường phụ thuộc vào bước sóng tần số as. Thường chiết suất giảm tăng
- Chiết suất môi trường suốt phụ thuộc vào màu sắc ánh sáng
1
5
3
2
1
4
5
Vùng đỏ : 0, 640m0, 760m
Vùng cam : 0, 590m0, 650m
Vùng vàng : 0, 570m0, 600m
Vùng lục : 0, 500m0, 575m
(21)Đối với ánh sáng màu đỏ chiết suất mơi trường nhỏ nhất, màu tím lớn nhất.
- Ánh sáng trắng tập hợp vơ số ánh sáng đơn sắc có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím
Bước sóng ánh sáng trắng: 0,38 m 0,76 m.
* Cơng thức lăng kính:
+ Tổng qt: sini1 = nsinr1 ; sini2 = nsinr2 ; A = r1 + r2 ; D = (i1 + i2) – A + Góc triết quang nhỏ: i1 = n.r1 ; i2 = n.r2 ; A = r1 + r2 ; D = (n-1).A + Góc lệch cực tiểu: i1 = i2 , r1 = r2 = A/2 , Dmin =2.i –A;
min
D A A
sin n.sin
2
2 Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng.
Hiện tượng ánh sáng bị lệch phương truyền ánh sáng truyền qua lỗ nhỏ, gần mép vật suốt không suốt gọi tượng nhiễu xạ ánh sáng
3 Hiện tượng giao thoa ánh sáng (chỉ xét giao thoa ánh sáng thí nghiệm Iâng)
- Đ/n: Là tổng hợp hai hay nhiều sóng ánh sáng kết hợp khơng gian xuất những vạch sáng vạch tối xen kẽ
Các vạch sáng (vân sáng) vạch tối (vân tối) gọi vân giao thoa
* Giao thoa as đơn sắc: Là hệ thống vạch màu đơn sắc vạch tối nằm xen kẽ Đối với as trắng: Chính vân sáng trung tâm, bên dải màu tím đỏ a Hiệu đường ánh sáng (hiệu quang trình):
ax
d d d
D
D = - =
x =OM (tọa độ) khoảng cách từ vân trung tâm đến điểm M ta xét b Vị trí (toạ độ) vân sáng: d = k
; k Z
λD x = k = k.i
a
s Ỵ
k = 0: Vân sáng trung tâm; k = 1: Vân sáng bậc (thứ) 1;
k = 2: Vân sáng bậc (thứ) 2; k > d2 > d1, k < d2 < d1
c Vị trí (toạ độ) vân tối: d = (k + 0,5) ,
; k Z
λD
x = (k + 0,5) = (k + 0,5).i a
t Ỵ
Với vân tối khơng có khái niệm bậc giao thoa (Vân tối thứ ứng với k= 2, thứ ứng với k = ) d Khoảng vân i: Là khoảng cách hai vân sáng hai vân tối liên tiếp:
λD i =
a
- Nếu thí nghiệm tiến hành mơi trường suốt có chiết suất n bước sóng khoảng vân mơi trường là:
n
n n
D i i
n a n
l l
l = Þ = =
e Xác định khoảng vân i khoảng có bề rộng L Biết khoảng L có n vân sáng. + Nếu đầu hai vân sáng thì:
L i
n
=
+ Nếu đầu hai vân tối thì: L i
n
=
+ Nếu đầu vân sáng đầu vân tối thì: 0,5 L i
n
=
-f Để tìm số vân sáng số vân tối bề rộng trường giao thoa có chiều dài L (đối xứng qua vân trung tâm):
+ Số vân sáng
.2 z
L i
+ Số vân tối làmtròn
.2
L i
g Biết khoảng vân i, biết vị trí điểm M (xM) thì: + Tại M vân sáng khi: = n (n N);
+ Tại M vân tối khi: = n +
h Xác định số vân sáng, vân tối hai điểm M, N có toạ độ x1, x2 (giả sử x1 < x2) + Vân sáng: x1 ki x2 (kể cả M N)
+ Vân tối: x1 (k+0,5)i x2 (kể cả M N)
S1
D
S2
d
1
d
2
I
O x M
(22)Số giá trị k Z số vân sáng (vân tối) cần tìm
Lưu ý: M N phía với vân trung tâm x1 x2 dấu M N khác phía với vân trung tâm x1 x2 khác dấu
* Giao thoa xạ trở nên
Sự trùng xạ 1, 2 (khoảng vân tương ứng i1, i2 ) + Trùng vân sáng: xs = k1i1 = k2i2 = k11 = k22 =
+ Trùng vân tối: xt = (k1 + 0,5)i1 = (k2 + 0,5)i2 = (k1 + 0,5)1 = (k2 + 0,5)2 =
- Lưu ý: Vị trí có màu màu với vân sáng trung tâm vị trí trùng tất vân sáng xạ
* Trong tượng giao thoa ánh sáng trắng (0,38 m 0,76 m)
+ Bề rộng quang phổ bậc k: k đ t ñ t
D
x k ( ) k i i
a
+ Xác định số vân sáng, số vân tối xạ tương ứng vị trí xác định (đã biết x): + Vân sáng: 0,38≤ λ=1
k
ax
D ≤0,76 giá trị k + Vân tối: 0,38≤ λ=
k+0
ax
D ≤0,76 giá trị k 4 Sự xê dịch hệ vân giao thoa:
a, Xê dịch xê dịch nguồn S:
IO
OO' SS' IS
Vân trung tâm d / c ngược chiều d / c nguồn S'IO' thẳng hàng
b, Xê dịch mặt song song:
1
(n )eD
OO'
a ; Vân trung
tâm dịch phía e 5 Các loại quang phổ:
a, Quang phổ phát xạ: Là quang phổ ánh sáng chất rắn lỏng khí nung nóng nhiệt độ cao phát Quang phổ phát xạ chất chia làm hai loại: quang phổ liên tục quang phổ vạch
* Quang phổ liên tục:
- Là dải sáng có màu biến đổi liên tục từ đỏ đến tím, giống quang phổ ánh sáng mặt trời - Tất vật rắn, lỏng, khí có tỉ khối lớn bị nung nóng phát quang phổ liên tục
- Đặc điểm : quang phổ liên tục không phụ thuộc chất nguồn sáng mà phụ thuộc vào nhiệt độ vật phát sáng Khi nhiệt độ vật cao miền quang phổ mở rộng as có bước sóng ngắn
- Ứng dụng: cho phép xác định nhiệt độ nguồn sáng * Quang phổ vạch:
- Là hệ thống vạch màu riêng rẽ ngăn cách khoảng tối
O O’ S1
S2 I S’
S
S S1
S2
O’ O e,
QUANG PHỔ (hình ảnh ánh sáng sau
khi qua máy quang phổ)
QUANG PHỔ
PHÁT XẠ QUANG PHỔ
HẤP THỤ QUANG PHỔ
LIÊN TỤC
QUANG PHỔ
VẠCH HIỆN TƯỢNG
(23)- Khi kích thích khối khí hay áp suất thấp để chúng phát sáng chúng phát quang phổ vạch phát xạ
- Đặc điểm: Các nguyên tố khác phát qp vạch px khác nhau: số lượng vạch, độ
sáng, vị trí, màu sắc vạch độ sáng tỉ đối vạch - Ứng dụng: Dùng để phân tích thành phần mẫu vật b, Quang phổ hấp thụ:
- Là hệ thống vạch tối riêng rẽ nằm quang phổ liên tục
- Cần nguồn sáng trắng để phát QPLT, nguồn sáng máy qp đám khí hay đốt cháy để phát qp vạch hấp thụ (Qp của mặt trời mà ta thu trái đất qp hấp thụ Bề mặt của Mặt Trời phát quang phổ liên tục)
- Đặc điểm: Nhiệt độ nguồn phát qp vạch hấp thụ phải nhỏ nhiệt độ nguồn phát qp liên tục
- Ứng dụng: Trong phép phân tích quang phổ * Hiện tượng đảo sắc vạch quang phổ.
Là tượng nguồn phát qplt qplt đi, vạch tối qp vạch hấp thụ trở thành vạch màu qp vạch phát xạ Lúc nguồn phát qp vạch hấp thụ trở thành nguồn phát qp vạch phát xạ Chứng tỏ đám có khả phát as đơn sắc có khả hấp thụ as
6 Tia hồng ngoại , tia tử ngoại tia X:
Bản chất chung sóng điện từ khơng nhìn thấy được.
Tia Hồng Ngoại Tia Tử Ngoại Tia X
1.Định
nghĩa - Là xạ khơngnhìn thấy có bước sóng lớn bước sóng ánh sáng đỏ :
> 0,76 m
- Là xạ khơng nhìn thấy được, có bước sóng nhỏ bước sóng ánh sáng tím <
0,38m
- Là sóng điện từ có bước sóng ngắn cỡ 10-11 m 10-8 m
2.Nguồn
phát ra - Tất vật nung nóngđều phát tia hồng ngoại (mặt trời, thể người, bóng đèn ) Có 50% lượng Mặt Trời thuộc vùng hồng ngoại
- Vật bị nung nóng 20000C phát tia tử ngoại Ví dụ: mặt trời, hồ quang điện
- Chum tia Katot đập vào A nốt ống Culitgiơ
3.Đặc
điểm - Tác dụng nhiệt,- Td lên kính ảnh hồng ngoại, - Td hóa học,
- Có thể biến điệu sóng điện từ cao tần
- Tác dụng mạnh lên kính ảnh, làm phát quang số chất, làm ion hóa khơng khí, gây phản ứng quang hóa, quang hợp - Bị thủy tinh nước hấp thụ mạnh
- Có số tác dụng sinh học
- Có khả đâm xuyên lớn, truyền qua giấy, gỗ truyền qua kim loại khó Kim loại có khối lượng riêng lớn ngăn cản tia Rơnghen tốt (chì )
- Tác dụng mạnh lên phim ảnh - Làm phát quang số chất - Làm ion hố chất khí
- Có tác dụng sinh lí, hủy hoại tế bào, diệt vi khuẩn
4.Ưng dụng
-Dùng để sưởi ấm, sây khô
-Chụp ảnh hồng ngoại, -Trong điều khiển từ xa: tivi, ô tơ
- Dùng để khử trùng, chữa bệnh cịi xương (Ứng dụng td sinh học: hủy diệt tế bào)
- Phát vết nứt, vết xước bề mặt sản phẩm (Ứng dụng td làm phát quang số chất )
- Trong y học : dùng để chiếu điện, chụp điện, chữa số bệnh ung thư
- Trong công nghiệp : dùng để dò khuyết tật bên sản phẩm, chế tạo máy đo liều lượng tia rơnghen
(24)Một số dạng bài:
- Bài tập tán sắc ánh sáng - Bài tập giao thoa ánh sáng:
Giao thoa anh sáng đơn sắc Giáo thoa 2, xạ Giao thoa ánh sáng trắng
- Bài tập quang phổ, tia hồng ngoại, tia tử ngoại, tia X
CHƯƠNG VI LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG I Hiện tượng quang điện ngoài.
1 Hiện tượng quang điện hiện tượng ánh sáng làm bật êlectron khỏi mặt kim loại bị chiếu sáng thích hợp.
- Định luật giới hạn quang điện: Đối với kim loại, ánh sáng kích thích phải có bước sóng ngắn hơn giới hạn quang điện 0 kim loại đó, gây tượng quang điện.
+ Các tượng quang điện định luật quang điện chứng tỏ ánh sáng có tính chất hạt
+ Ứng dụng tượng quang điện tế bào quang điện, dụng cụ để biến đổi tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện, quang điện trở, pin quang điện
2 Thuyết lượng tử ánh sáng.
a.Giả thuyết Plăng_1900.(dùng giải thích hấp thụ xạ vật, đặc biệt vật nóng sáng):
Phần lượng mà lần nguyên tử hay phân tử hấp thụ hay phát xạ có giá trị hồn tồn xác định
hc hf
e= =
l Trong đó:
h = 6,625.10-34 Js số Plăng;
c = 3.108m/s vận tốc ánh sáng chân không. f, tần số, bước sóng ánh sáng (của xạ)
b Nội dung thuyết lượng tử ánh sáng (1905). + AS tạo thành hạt gọi phơtơn
+ Với as đơn sắc có tần số f, phôtôn đếu giống nhau, phôtôn mang lượng bằng:
= hf = hc/ = mc2
=> Khối lượng tương đối tính phôtôn: m = /c2 = h/(c)
=> Động lượng phôtôn: p = mc = h/
+ Trong chân không Phôtôn bay với vận tốc c = 3.108 m/s dọc theo tia sáng.
+ Mỗi lần nguyên tử hay phân tử phát xạ hay hấp thụ as chúng phát hay hấp thụ phôtôn
Lưu ý: Khi as truyền lượng tử as không bị thay đổi, không phụ thuộc k/c tới ng̀n sáng Khơng có phơtơn đứng n, phơtơn tờn tại chuyển động
3 Cơng thức vận dụng tượng quang điện ngồi: a Công thức Anhxtanh tượng quang điện:
2 0Max mv hc
hf A
2
e= = = +
l
Trong đó:
hc A =
λ cơng kim loại
0 giới hạn quang điện kim loại
v0Max vận tốc ban đầu electron quang điện thoát khỏi kim loại
f, tần số, bước sóng ánh sáng kích thích chiếu vào kim loại
b Xét vật cô lập điện: bị chiếu sáng vật có điện cực đại VMax khoảng cách cực đại dMax mà electron chuyển động điện trường cản có cường độ E tính theo cơng thức:
e Kim
loại A =
. .
hc h f
Wđ = 3000m
200m
ST S
(25)
2
Max 0Max Max
1
e V = mv = e Ed 2
c Tế bào quang điện :
* Để dịng quang điện triệt tiêu phải đặt vào Anot Katot hiệu điện thế UAK Uh (Uh < 0), :
Với Uh hiệu điện hãm electron đủ để dịng quang điện bị triệt tiêu
Vậy ta có:
2 0Max
h
mv
hc hc
hf A e U
2
e= = = + = +
l l
hc A =
λ cơng kim loại dùng làm catốt;
0 giới hạn quang điện kim loại dùng làm catốt
v0Max vận tốc ban đầu electron quang điện thoát khỏi catốt
f, tần số, bước sóng ánh sáng kích thích chiếu vào catốt
* Cơng suất chiếu sáng đèn: P = N =N.hc/
Trong N số phơtơn tới bề mặt KL phát nguồn giây * Cường độ dòng quang điện bão hòa: Ibh = n.e
Trong n số electrơn quang điện đến anơt giây, e = 1,6.10-19C * Hiệu suất lượng tử (hiệu suất quang điện):
n H =
N
* Bán kính quỹ đạo electron chuyển động với vận tốc v từ trường B : R=mv
|e|Bsinα (với góc hợp , v B
)
Lưu ý: Hiện tượng quang điện xảy chiếu đồng thời nhiều xạ tính đại lượng: Tốc độ ban đầu cực đại v0Max, hiệu điện hãm Uh, điện cực đại VMax, … tính
ứng với xạ có Min (hoặc fMax)
d Ống Culítgiơ phát tia Rơnghen ( tia X )
* Cường độ dòng điện ống Rơnghen: i = N.e Với N số electron tới đập đối catốt giây * Định lí động năng:
Giả sử e thoát khỏi Katot với vận tốc đầu = 0, đến A e có vận tốc v, lúc đó: Eđ =
2 mv
= eUAK
Với UAK hiệu điện đặt vào AK để tăng tốc electron Chú ý 1 eV = 1,6.10-19J ; 1 MeV = 106eV * Định luật bảo toàn lượng:
Năng lượng e đập vào A có hai tác dụng: làm nguyên tử A bị kích thích phát tia X có lượng
hc hf
, hai chuyển thành nhiệt lượng Q làm nóng A Eđ = + Q = hf + Q =
hc
+ Q
Động Eđ e có giá trị xác định, Q nhỏ lượng hf tia X lớn, Q = 0
thì h.fmax = hc
lúc : E
đ = h.fmax = hc
Với fmax , minlà tần số lớn bước sóng nhỏ tia X phát ra
II Hiện tượng quang điện (quang dẫn) hiện tượng ánh sáng giải phóng êlectron liên kết thành êlectron dẫn lỗ trống tham gia vào trình dẫn điện
1 Quang trở pin quang điện:
K A
e
Tia X K A
v
R
A
P e
e
2 0Max h
mv eU =
(26)- Quang điện trở điện trở làm chất quang dẫn Điện trở thay đổi từ vài mêgaôm không chiếu sáng xuống đến vài chục ôm chiếu sáng
- Pin quang điện (còn gọi pin mặt trời) nguồn điện chạy lượng as Nó biến đổi trực tiếp quang thành điện Pin hoạt động dựa vào tượng quang điện xảy bên cạnh lớp chặn 2 Sự phát quang:
- Sự phát quang số chất có khả hấp thụ as có bước sóng để phát as có bước sóng khác - Đặc điểm phát quang: cịn kéo dài thời gian sau tắt as kích thích
- Huỳnh quang: Là phát quang chất lỏng chất khí, có đặc điểm as phát quang tắt nhanh sau tắt as kích thích Ánh sáng huỳnh quang có bước sóng dài bước sóng as kích thích: hq > kt
- Lân quang: Là phát quang chất rắn, có đặc điểm as phát quang kéo dài khoảng thời gian sau tắt as kích thích Ứng dụng: chế tạo loại sơn biển báo giao thông, tượng phát sáng
III Tiên đề Bo - Quang phổ nguyên tử Hiđrô
1 Tiên đề trạng thái dừng: Nguyên tử tồn tại trạng thái có lượng xác định, gọi là các trạng thái dừng Trong trạng thái dừng nguyên tử không xạ.
Trong trạng thái dừng nguyên tử, êlectrôn chuyển động quanh hạt nhân quĩ đạo có bán kính hồn tồn xác định gọi quĩ đạo dừng.
2 Tiên đề xạ hấp thụ lượng nguyên tử:
+ Khi nguyên tử chuyển từ trạng thái dừng có lượng Ecao sang
trạng thái dừng có mức lượng Ethấp (với Ecao > Ethấp) ngun
tử phát phơtơn có lượng hiệu Ecao - Ethấp:
= hf = = Ecao - Ethấp
+ Ngược lại, nguyên tử trạng thái dừng có lượng thấp Ethấp mà hấp thu phơtơn có lượng hf bằng
hiệu Ecao - Ethấp chuyển lên trạng thái dừng có lượng Ecao lớn hơn.
Chú ý : Ngun tử ln có xu hướng chuyển từ mức lượng cao mức lượng thấp hơn. 3 Bán kính quỹ đạo dừng thứ n electron nguyên tử hiđrô:
rn = n2r0
Với r0 =5,3.10-11m bán kính Bo (ở quỹ đạo K); n = 1, 2, 3, 4, 5,
4 Năng lượng electron nguyên tử hiđrô:
n 2
13,6
E = - (eV)
n Với n N* 5 Sơ đồ mức lượng ( hình vẽ ) a Dãy Laiman: Nằm vùng tử ngoại
Ứng với e chuyển từ quỹ đạo bên quỹ đạo K
Lưu ý: Vạch dài LK e chuyển từ L K
Vạch ngắn K e chuyển từ K b Dãy Banme: Một phần nằm vùng tử ngoại, phần nằm vùng ánh sáng nhìn thấy
Ứng với e chuyển từ quỹ đạo bên quỹ đạo L Vùng ánh sáng nhìn thấy có vạch:
Vạch đỏ H ứng với e: M L Vạch lam H ứng với e: N L Vạch chàm H ứng với e: O L Vạch tím H ứng với e: P L Lưu ý: Vạch dài ML (Vạch đỏ H )
Vạch ngắn L e chuyển từ L c Dãy Pasen: Nằm vùng hồng ngoại
Ứng với e chuyển từ quỹ đạo bên quỹ đạo M
Lưu ý: Vạch dài NM e chuyển từ N M
Vạch ngắn M e chuyển từ M
Mối liên hệ bước sóng tần số vạch quang phổ nguyên từ hiđrô:
13 12 23
1 1 1
f
13 = f12 +f23 (như cộng véctơ)
Nhận phôtôn Ecao Phát phôtôn Ethấ
p
Laiman K
M N O
L P
Banme
Pasen H
H
H
H
n=1 n=2
n=3 n=4 n=5 n=6
12
23
13
(27)* Sơ lược laze:
- Laze phiên âm LASER, nghĩa máy khuyếch đại as phát xạ cảm ứng.
- Laze nguồn sáng phát chùm sáng có cường độ lớn dựa ứng dụng hện tượng phát xạ cảm ứng
- Đặc điểm tia laze có tính đơn sắc, tính định hướng, tính kết hợp cao cường độ lớn - Tùy vào vật liệu phát xạ người ta chế tạo laze khí, laze rắn laze bán dẫn
Đối với laze rắn, laze rubi (hồng ngọc) Al2O3 có pha Cr2O3 màu đỏ tia laze as đỏ hồng ngọc ion crôm phát chuyển từ trạng thái kích thích trạng thái
* Lưỡng tính sóng hạt của ánh sáng:
- Ánh sáng vừa có t/c sóng, vừa có t/c hạt as có lưỡng tính sóng hạt.
- Khi bước sóng as càng ngắn (thì năng lượng phơtơn càng lớn), t/c hạt đậm nét thể ở Tính đâm xuyên, td quang điện, td iơn hóa, td phát quang
Ngược lại bước sóng as càng dài (thì năng lượng phơtơn càng nhỏ), t/c sóng đậm nét thể việc dễ quan sát thấy tượng giao thoa, tượng tán sắc as đó.
CHƯƠNG VII VẬT LÝ HẠT NHÂN I Cấu tạo hật nhân nguyên tử, Đơn vị khối lượng nguyên tử:
1) Cấu tạo hạt nhân nguyên tử: - Cấu tạo:
+ Hạt nhân nguyên tử cấu tạo từ prơtơn (mang điện tích ngun tố dương), nơtron (trung hồ điện), gọi chung nuclơn
+ Hạt nhân nguyên tố có nguyên tử số Z chứa Z prơton N nơtron; A = Z + N đc gọi số khối + Các nuclôn liên kết với lực hạt nhân Lực hạt nhân khơng có chất với lực tĩnh điện hay lực hấp dẫn; loại lực truyền tương tác nuclôn hạt nhân (lực tương tác mạnh) Lực hạt nhân phát huy tác dụng phạm vi kích thước hạt nhân (cỡ 10-15m).
- Bán kính hạn nhân tăng chậm theo số khối A: r = r0.A1/3 Với r0 = 1,2 Fecmi; Fecmi = 10-15m - Đồng vị: Các ngun tử mà hạt nhân có số prơton Z khác số nơtron N gọi đồng vị 2) Đơn vị hay dùng chương hạt nhân
- Đơn vị khối lượng nguyên tử: Đơn vị u có giá trị khối lượng nguyên tử đồng vị 126C, cụ thể:
1u = 1,66055.10-27kg ; 1u = 931,5 ==> 1uc2 = 931,5MeV
- u xấp xỉ khối lượng nuclôn, nên hạt nhân có số khối A có khối lượng xấp xỉ bằng A(u).
- Đơn vị lượng: 1 eV = 1,6.10-19J ==> 1 MeV = 106.1,6.10-19J = 1,6.10-13J - số đơn vị n/tử thường gặp: mP = 1,67262.10-27 kg = 1,007276 u ;
mn = 1.67493.10-27 kg = 1,008665 u ; me = 9,1.10-31 kg = 0,0005486 u;
- Các ước bội : G 109; M 106; k 103 ; m 10-3 ; 10-6 ; n 10-9 ; p 10-12
3 Hệ thức Anhxtanh, độ hụt khối, lượng liên kết:
- Hạt nhân có khối lượng nghỉ m0, chuyển động với vận tốc v, có lượng tính theo công thức: E = m0c2 + Wđ
Trong Wđ = m0v2/2 = động hạt nhân.
- Một vật có khối lượng m0 trạng thái nghỉ, chuyển động với vận tốc v, khối lượng vật tăng lên thành m với m =
- Ta viết hệ thức Anhxtanh: E = mc2 ==> W
đ = E – E0 ; Với E0 = m0c2 lượng nghỉ vật
- Độ hụt khối:: m = [Z.mp + (A – Z).mn] – mx
Khối lượng hạt nhân nhỏ tổng khối lượng nuclơn tạo thành hạt nhân đó
- Năng lượng liên kết: ΔE = Δmc2
Sự tạo thành hạt nhân toả lượng tương ứng ΔE, gọi lànăng lượng liên kết hạt nhân (vì muốn tách hạt nhân thành nuclơn cần tốn lượng ΔE)
- Năng lượng liên kết riêng : = ΔE/A
(là lượng liên kết tính cho nuclơn) Năng lượng liên kết riêng lớn hạt nhân bền vững.
II Phản ứng hạt nhân 1, Định nghĩa:
(28)- Phản ứng hạt nhân chia làm hai loại:
+ Phản ứng hạt nhân tự phát: trình tự phân rã hạt nhân không bền vững thành hạt nhân khác A C + D Trong A: hạt nhân mẹ; C: hạt nhân con; D: tia phóng xạ (, , )
+ Phản ứng hạt nhân kích thích: trình hạt nhân tương tác với thành hạt nhân khác A + B C + D
- Phương trình phản ứng: 11 22 33 44
A
A A A
Z X +Z X ® Z X +Z X
Trong số hạt hạt sơ cấp nuclôn, electrôn, phôtôn - Trường hợp đặc biệt phóng xạ: X1 X2 + X3;
X1 hạt nhân mẹ, X2 hạt nhân con, X3 hạt
2, Các định luật bảo toàn phản ứng hạt nhân: + Bảo tồn số nuclơn (số khối): A1 + A2 = A3 + A4 + Bảo tồn điện tích (ngun tử số): Z1 + Z2 = Z3 + Z4
+ Bảo toàn động lượng: p1+p2=p3+p hay4 m1 1v +m2 2v =m4 3v +m4 4v
uur uur uur uur ur ur ur ur
+ Bảo toàn lượng: K + K +ΔE = K + KX1 X2 X3 X4 ==> ΔE = K + K - (K + K )X3 X4 X1 X2
Trong đó: E lượng phản ứng hạt nhân
2
X x x
K = m v
động chuyển động hạt X
- Lưu ý: + Khơng có định luật bảo toàn khối lượng
+ Mối quan hệ động lượng pX động KX hạt X là: p = 2m K2X X X - Năng lượng phản ứng hạt nhân: E = (M0 - M)c2
Trong đó: M0 =mX1+mX2là tổng khối lượng hạt nhân trước phản ứng
M =mX3+mX4 tổng khối lượng hạt nhân sau phản ứng
Lưu ý:
+ Nếu M0 > M phản ứng toả lượng E dạng động hạt X3, X4 phôtôn
Các hạt sinh có độ hụt khối lớn nên bền vững
+ Nếu M0 < M phản ứng thu lượng |E| dạng động hạt X1, X2 phôtôn
Các hạt sinh có độ hụt khối nhỏ nên bền vững - Trong phản ứng hạt nhân 11 22 33 44
A
A A A
Z X +Z X ® Z X +Z X
* Gọi hạt nhân X1, X2, X3, X4 có: Năng lượng liên kết riêng tương ứng 1, 2, 3, 4
Năng lượng liên kết tương ứng E1, E2, E3, E4 ; Độ hụt khối tương ứng m1, m2, m3, m4 thì:
Năng lượng phản ứng hạt nhân E = A33 +A44 - A11 - A22
E = E3 + E4 – E1 – E2
E = (m3 + m4 - m1 - m2)c2
3
X X X X
ΔE = K + K - (K + K )
E = (M0 - M)c2 III Sự phóng xạ:
1: Định nghĩa.
Các loại phóng xạ a Phóng xạ (
4 2He):
4
2
A A
ZX He Z Y
-® +
* So với hạt nhân mẹ, hạt nhân lùi ô bảng tuần hồn có số khối giảm đơn vị * Là hn Hêli ( He
4
2 ), mang điện tích dương (+2e) nên bị lệch âm bay qua tụ điện.
* Chuyển động với tốc độ cỡ 2.107m/s, quãng đường khơng khí cỡ 8cm, vật rắn cỡ vài mm ==> khả đâm xuyên kém, có khả iơn hóa chất khí
b Phóng xạ - (
1 0e
-): 01
A A
ZX ®- e+Z+Y
* So với hạt nhân mẹ, hạt nhân tiến bảng tuần hồn có số khối
* Thực chất phóng xạ - hạt nơtrôn biến thành hạt prôtôn, hạt electrơn hạt
nơtrinơ: n® +p e- +v
(29)* Hạt nơtrinô (v) không mang điện, không khối lượng (hoặc nhỏ) chuyển động với vận tốc ánh sáng khơng tương tác với vật chất
* Phóng với vận tốc gần vận tốc as * Iôn hóa chất khí yếu tia
* Khả đâm xuyên mạnh, vài mét không khí vài mm kim loại c Phóng xạ + (
1 0e
+
): 01
A A
ZX ® +e+Z- Y
* So với hạt nhân mẹ, hạt nhân lùi bảng tuần hồn có số khối
* Thực chất phóng xạ + hạt prôtôn biến thành hạt nơtrôn, hạt pơzitrơn hạt
nơtrinơ: p® +n e++v
* Bản chất (thực chất) tia phóng xạ + hạt pơzitrơn (e+), mang điện tích dương (+e) nên lệch
phía âm tụ điện (lệch nhiều tia đối xứng với tia -)
* Phóng với vận tốc gần vận tốc as * Iơn hóa chất khí yếu tia
* Khả đâm xuyên mạnh, vài mét khơng khí vài mm kim loại d Phóng xạ gamma (hạt phơtơn)
* Có chất sóng điện từ có bước sóng rắt ngắn (< 0,01nm) Là chùm phơtơn có lượng cao * Hạt nhân sinh trạng thái kích thích có mức lượng cao E1 chuyển xuống mức lượng thấp E2 đồng thời phóng phơtơn có lượng:
hc
hf E E
e= = =
-l
* Là xạ điện từ không mang điện nên không bị lệch điện trường từ trường
* Có t/c tia Rơnghen, có khả đâm xuyên lớn, vài mét bê tơng vài centimét chì nguy hiểm
* Trong phóng xạ khơng có biến đổi hạt nhân phóng xạ thường kèm theo phóng xạ
3 Định luật phóng xạ:
- Số nguyên tử (hạt nhân) chất phóng xạ cịn lại sau thời gian t:
0
0 0 k
t
- -λt N
T
N = N 2 = N e =
2
-Số hạt nguyên tử đã phân rã số hạt nhân tạo thành số hạt ( e- e+)
được tạo thành: ΔN = N - N = N (1- e )0 0 -λt
- Khối lượng chất phóng xạ cịn lại sau thời gian t:
t
- -λt
0 T
0 0 k
m m = m = m e =
2
Trong đó: + Với NA = 6,0221.1023mol-1 số Avôgađrô. + A số khối nguyên tử
+ N0, m0 số nguyên tử (hạt nhân), khối lượng chất phóng xạ ban đầu + T chu kỳ bán rã
ln T
khoảng thời gian nửa số hạt nhân phân rã.
+
ln2 0,693
λ = =
T T số phóng xạ, đặc trưng cho chất phóng xạ xét.
+ T không phụ thuộc vào tác động bên (như nhiệt độ, áp suất ) mà phụ
thuộc chất bên chất phóng xạ + k = : số chu kì bán rã thời gian t
- Khối lượng chất đã phóng xạ sau thời gian t: Δm = m - m = m (1- e )0 0 -λt
- Phần trăm (đợ giảm) chất phóng xạ bị phân rã:
1 t
m
e m
l
-D =
Phần trăm chất phóng xạ cịn lại:
t
m T t
e m
l
-
-= =
- Mối liên hệ giữa khối lượng số hạt nhân:
A N N = m.
A
- Khối lượng chất tạo thành sau thời gian t:
-λt -λt
1
1
A A
A N A
ΔN
m = A = (1- e ) = m (1- e )
N N A
(30)NA = 6,022.10-23 mol-1 số Avôgađrô.
Lưu ý: Trường hợp phóng xạ +, - A = A1 m1 = m
- Độ phóng xạ H: Là đại lượng đặc trưng cho tính phóng xạ mạnh hay yếu lượng chất phóng xạ, đo số phân rã giây:
t
- -λt
0 T
0 0 k
H H = H = H e =λN =
2
t
H e
H
+ Với: H0 = N0 độ phóng xạ ban đầu
+ Đơn vị: Becơren (Bq); 1Bq = phân rã/giây ; Curi (Ci); Ci = 3,7.1010 Bq ==> Đợ giảm đợ phóng xạ (%):
-λt 0
0 0 0
H - H
ΔH H
= = 1- = 1- e
H H H
Lưu ý:Khi tính đợ phóng xạ H, H0 (Bq) chu kỳ phóng xạ T phải đổi đơn vị giây(s). Bảng quy luật phân rã
t = T 2T 3T 4T 5T 6T
Số hạt lại N0/2 N0/4 N0/8 N0/16 N0/32 N0/64
Số hạt phân rã N0/2 N0/4 N0/8 N15
0/16 31 N0/32 63 N0/64
Tỉ lệ % phân rã 50% 75% 87.5% 93.75% 96.875%
Tỉ lê rã lại 15 31 63
- Ứng dụng đồng vị phóng xạ: phương pháp nguyên tử đánh dấu, khảo cổ định tuổi cổ vật dựa vào lượng cacbon 14
4 Phản ứng phân hạch, phản ứng nhiệt hạch: a, Phản ứng phân hạch:
- P.ư phân hạch: hạt nhân nặng hấp thụ nơtron vỡ thành hai hạt nhân nhẹ hơn, kèm theo vài nơtrôn Năng lượng tỏa phản ứng cỡ 210 MeV
Sự phân hạch 1g 235U giải phóng lượng 8,5.1010J tương đương với lượng 8,5 than dầu tỏa cháy hết
- P.ư dây truyền: Gọi k hệ số nhân nơtrôn, số nơtrơn cịn lại sau p.ư h.n đến kích thích h.n khác Khi k xảy p.ư phân hạch dây chuyền:
+ Khi k < 1, p.ư phân hạch dây chuyền tắt nhanh
+ Khi k = 1, p.ư phân hạch dây chuyền tự trì lượng phát không đổi theo thời gian
+ Khi k > 1, p.ư phân hạch dây chuyền tự trì, lượng phát tăng nhanh gây bùng nổ - Khối lượng tới hạn: khối lượng tối thiểu chất phân hạch để p.ư phân hạch dây chuyền trì
Với 235U khối lượng tới hạn cỡ 15 kg, với 239Pu vào cỡ kg. b, Phản ứng nhiệt hạch (p.ư tổng hợp nhiệt hạt nhân):
- Hai hay nhiều hạt nhân nhẹ, kết hợp với thành hạt nhân nặng Phản ứng xảy nhiệt độ cao, nên gọi phản ứng nhiệt hạch Con người thực phản ứng dạng khơng kiểm sốt (bom H)
- Điều kiện để p.ư kết hợp h.n xảy ra:
+ Phải đưa hỗn hợp nhiên liệu sang trạng thái plasma cách đưa nhiệt độ lên tới 108 độ. + Mật độ h.n plasma phải đủ lớn
+ Thời gian trì trạng thái plasma nhiệt độ cao phải đủ lớn
…