SỔ TAY VẬT LÝ ÔN THI THPT 12

Cẩm nang tổng hợp kiến thức Vật lý 12 - LTĐH LỤC  MỤC MỤC LỤC CHƯƠNG I : DAO ĐỘNG CƠ CHƯƠNG II : SÓNG CƠ 22 CHƯƠNG III : DAO ĐỘNG VA SÓNG ĐIÊN TƯ 30 CHƯƠNG IV : DÒNG ĐIÊN XOAY CHIỀU 34 CHƯƠNG V : SÓNG ÁNH SÁNG 47 CHƯƠNG VI : LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG 53 CHƯƠNG VII : HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ 59 PHỤ LỤC 63 GV: ĐINH HOÀNG MINH TÂN  0973 518 581 - Trang 1/85 - Tổng hợp kiến thức Vật lý 12 - LTĐH  DAO ĐỘNG CƠ CHƯƠNG : DAO ĐỘNG CƠ CHỦ ĐỀ 1: ĐẠI CƯƠNG DAO ĐỘNG ĐIỀU HỊA A TĨM TẮT LÍ THUYẾT Chu kì, tần số, tần số góc: ω = 2πf = 2π t ; T = (t thời gian để vật thực n dao động) n T Dao động: a Dao động cơ: Chuyển động qua lại quanh vị trí đặc biệt, gọi vị trí cân b Dao động tuần hồn: Sau khoảng thời gian gọi chu kỳ, v ật tr l ại v ị trí cũ theo hướng cũ c Dao động điều hòa: dao động li độ vật hàm cosin (hay sin) theo thời gian Phương trình dao động điều hòa (li độ): x = Acos(t + ) + x: Li độ, đo đơn vị độ dài cm m + A = xmax: Biên độ (ln có giá trị dương) + Quỹ đạo dao động đoạn thẳng dài L = 2A +  (rad/s): tần số góc;  (rad): pha ban đầu; (t + ): pha dao động + xmax = A, |x|min = Phương trình vận tốc: v = x’= - Asin(t + ) r + v chiều với chiều chuyển động (vật chuyển động theo chiều dương v > 0, theo chiều âm v < 0) π + v sớm pha so với x r Tốc độ: độ lớn vận tốc |v|= v + Tốc độ cực đại |v|max = A vật vị trí cân (x = 0) + Tốc độ cực tiểu |v|min= vật vị trí biên (x= �A ) Phương trình gia tốc: a = v’= -  2Acos(t + ) = -  2x r + a có độ lớn tỉ lệ với li độ hướng vị trí cân π + a ln sớm pha so với v ; a x ngược pha + Vật VTCB: x = 0;  v max = A ; a = + Vật biên: x = ±A; vmin = 0; a max = A Hợp lực tác dụng lên vật (lực hồi phục): F = ma = - m ω2 x =- kx � + F có độ lớn tỉ lệ với li độ ln hướng vị trí cân + Dao động đổi chiều hợp lực đạt giá trị cực đại + Fhpmax = kA = m ω2 A : vị trí biên + Fhpmin = 0: vị trí cân Các hệ thức độc lập: 2 �x � �v � �v � 2 a) � �+ � �= � A = x + � � a) đồ thị (v, x) đường elip �ω � �A � �Aω � b) a = - 2x b) đồ thị (a, x) đoạn thẳng qua gốc tọa độ 2 a2 v � a � �v � c) � �+ � �= � A = + ω ω �Aω � �Aω � d) F = -kx GV: ĐINH HOÀNG MINH TÂN c) đồ thị (a, v) đường elip d) đồ thị (F, x) đoạn thẳng qua gốc tọa độ  0973 518 581 - Trang 2/85 - Tổng hợp kiến thức Vật lý 12 - LTĐH  DAO ĐỘNG CƠ 2 e) đồ thị (F, v) đường elip F2 v2 �F � �v � e) � �+ � �= � A = + mω ω �kA � �Aω � Chú ý: * Với hai thời điểm t1, t2 vật có cặp giá trị x1, v1 x2, v2 ta có hệ thức tính A & T sau: 2 2 �x1 � �v1 � �x � �v � � �+ � �= � �+ � � �A � �Aω � �A � �Aω � x12 - x 22 v 22 - v 12 = 2 A2 Aω ω= v 22 - v12 x 12 - x22 � T = π x12 - x22 v 22 - v 12 x v - x2 v �v � A = x + � �= 22 22 v2 - v1 �ω � * Sự đổi chiều đại lượng: r �  Các vectơ a , F đổi chiều qua VTCB r  Vectơ v đổi chiều qua vị trí biên * Khi đirtừ vịrtrí cân O vị trí biên:  Nếu a ��v  chuyển động chậm dần  Vận tốc giảm, ly độ tăng  động giảm, tăng  độ lớn gia tốc, lực kéo tăng * Khi đir từ vrị trí biên vị trí cân O:  Nếu a ��v  chuyển động nhanh dần  Vận tốc tăng, ly độ giảm  động tăng, giảm  độ lớn gia tốc, lực kéo giảm * Ở nói vật dao động nhanh dần “đều” hay chậm dần “đều” dao động loại chuyển động có gia tốc a biến thiên điều hịa khơng phải gia tốc a số Mối liên hệ dao động điều hòa (DĐĐH) chuyển động trịn (CĐTĐ): a) DĐĐH xem hình chiếu vị trí chất điểm CĐTĐ lên trục nằm mặt v phẳng quỹ đạo & ngược lại với: A = R;ω = R b) Các bước thực hiện:  Bước 1: Vẽ đường tròn (O ; R = A)  Bước 2: Tại t = 0, xem vật đâu bắt đầu chuy ển động theo chiều âm hay dương : + Nếu   : vật chuyển động theo chiều âm (về biên âm) + Nếu   : vật chuyển động theo chiều dương (về biên dương)  Bước 3: Xác định điểm tới để xác định góc quét Δφ, từ xác định thời gian quãng đường chuyển động c) Bảng tương quan DĐĐH CĐTĐ: Chuyển động tròn (O, R = A) Dao động điều hòa x = Acos(t+) A biên độ R = A bán kính  tần số góc  tốc độ góc (t+) pha dao động (t+) tọa độ góc vmax = A tốc độ cực đại v = R tốc độ dài amax = A gia tốc cực đại aht = R2 gia tốc hướng tâm Fphmax = mA2 hợp lực cực đại tác dụng lên vật Fht = mA2 lực hướng tâm tác dụng lên vật Các dạng dao động có phương trình đặc biệt: a) x = a ± Acos(t + φ) Biên � độ: A � T với a = const  �ọa độ VTCB: x = A T�ọa độ vt biên: x = a ± A � GV: ĐINH HOÀNG MINH TÂN  0973 518 581 - Trang 3/85 - Tổng hợp kiến thức Vật lý 12 - LTĐH  DAO ĐỘNG CƠ b) x = a ± Acos2(t + φ) với a = const  Biên độ: A ; ’=2; φ’= 2φ GV: ĐINH HOÀNG MINH TÂN  0973 518 581 - Trang 4/85 - Tổng hợp kiến thức Vật lý 12 - LTĐH  DAO ĐỘNG CƠ B PHÂN DẠNG VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP  DẠNG 1: Tính thời gian đường dao động điều hịa a) Tính khoảng thời gian ngắn để vật từ vị trí x1 đến x2: * Cách 1: Dùng mối liên hệ DĐĐH CĐTĐ T � 3600 �    Δt = = T �  360 �t  ? �  * Cách 2: Dùng cơng thức tính & máy tính cầm tay  Nếu từ VTCB đến li độ x ngược lại: t = x arcsin ω A  Nếu từ VT biên đến li độ x ngược lại: t = x arccos ω A b) Tính quãng đường thời gian t:  Biểu diễn t dạng: t = nT +D t ; n số dao động nguyên; D t khoảng thời gian lẻ ( D t < T )  Tổng quãng đường vật thời gian t: S = n.4A +D s Với D s quãng đường vật khoảng thời gian D t , ta tính việc vận dụng mối liên hệ DĐĐH CĐTĐ: Ví dụ: Với hình vẽ bên D s = 2A + (A - x1) + (A- x ) � Ne� u t  T th�s  4A � Các trường hợp đặc biệt: � ; suy T Ne� u t  th� s  A � � �Ne� u t  nT th�s  n4A � � T u t  nT  th�s  n4A  2A �Ne� �  DẠNG 2: Tính tốc độ trung bình vận tốc trung bình S Tốc độ trung bình: v tb = với S quãng đường vật khoảng thời gian t Δt 4A 2v max =  Tốc độ trung bình n chu kì : v tb = Tπ Δx x - x = Vận tốc trung bình: v = với x độ dời vật thực khoảng thời Δt Δt gian t GV: ĐINH HOÀNG MINH TÂN  0973 518 581 - Trang 5/85 - Tổng hợp kiến thức Vật lý 12 - LTĐH  DAO ĐỘNG CƠ Độ dời n chu kỳ  Vận tốc trung bình n chu kì GV: ĐINH HOÀNG MINH TÂN  0973 518 581 - Trang 6/85 - Tổng hợp kiến thức Vật lý 12 - LTĐH  DAO ĐỘNG CƠ  DẠNG 3: Xác định trạng thái dao động vật sau (trước) thời điểm t khoảng t Với loại toán này, trước tiên ta kiểm tra xem t =  nhận giá trị nào: - Nếu  = 2k x2 = x1 v2 = v1 ; - Nếu  = (2k + 1) x2 = - x1 v2 = - v1 ; - Nếu  có giá trị khác, ta dùng mối liên hệ DĐĐH CĐTĐ để giải tiếp:  Bước 1: Vẽ đường trịn có bán kính R = A (biên độ) trục Ox nằm ngang  Bước 2: Biểu diễn trạng thái vật thời điểm t quỹ đạo vị trí t ương ứng c M đường tròn Lưu ý: ứng với x giảm: vật chuyển động theo chiều âm ; ứng v ới x tăng: v ật chuy ển động theo chiều dương  Bước 3: Từ góc  = t mà OM quét thời gian Δt, hạ hình chiếu xuống trục Ox suy vị trí, vận tốc, gia tốc vật thời điểm t + Δt t – Δt  DẠNG 4: Tính thời gian chu kỳ để |x|, |v|, |a| nhỏ lớn giá trị (Dùng cơng thức tính & máy tính cầm tay) a) Thời gian chu kỳ vật cách VTCB khoảng x  nhỏ x1 t = 4t1 = arcsin ω A x arccos ω A b) Thời gian chu kỳ tốc độ  lớn x1 t = 4t =  nhỏ v1 t = 4t = v arcsin ω Aω v arccos ω Aω (Hoặc sử dụng cơng thức độc lập từ v1 ta tính x1 tính trường hợp a) c) Tính tương tự với toán cho độ lớn gia tốc nhỏ lớn a1 !!  DẠNG 5: Tìm số lần vật qua vị trí biết x (hoặc v, a, Wt, Wđ, F) từ thời điểm t1 đến t2 Trong chu kỳ, vật qua vị trí biên lần cịn vị trí khác l ần (ch ưa xét chi ều chuy ển động) nên:  Bước 1: Tại thời điểm t1, xác định điểm M1 ; thời điểm t2, xác định điểm M2  Bước 2: Vẽ chiều chuyển động vật từ M1 tới M2, 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 + Đặc biệt: vị trí M1 trùng với vị trí xuất phát số lần vật qua xo 2n + a +  DẠNG 6: Tính thời điểm vật qua vị trí biết x (hoặc v, a, Wt, Wđ, F) lần thứ n  Bước 1: Xác định vị trí M0 tương ứng vật đường tròn thời điểm t = & số l ần vật qua vị trí x đề yêu cầu chu kì (thường 1, lần)  Bước 2: Thời điểm cần tìm là: t = n.T + to ; Với: + n số nguyên lần chu kì xác định phép chia hết gi ữa số lần “gần” số lần đề yêu cầu với số lần qua x chu kì  lúc vật quay vị trí ban đầu M0, thiếu số lần 1, 2, đủ số lần đề cho + to thời gian tương ứng với góc qt mà bán kính OM0 qt từ M0 đến vị trí M1, M2, cịn lại để đủ số lần Ví dụ: ta xác định số lần qua x chu kì l ần tìm số nguyên n lần chu kì để vật quay vị trí ban đầu M 0, �OM �OM M M cịn thiếu lần to = o T , thiếu lần to = o T 360 360  lớn v1 t = 4t = GV: ĐINH HOÀNG MINH TÂN  0973 518 581 - Trang 7/85 - Tổng hợp kiến thức Vật lý 12 - LTĐH  DAO ĐỘNG CƠ  DẠNG 7: Tính quãng đường lớn nhỏ Trước tiên ta so sánh khoảng thời gian t đề cho với nửa chu kì T/2  Trong trường hợp t < T/2 : * Cách 1: Dùng mối liên hệ DĐĐH CĐTĐ Vật có vận tốc lớn qua VTCB, nhỏ qua vị trí biên (VTB) nên khoảng thời gian quãng đường lớn vật gần VTCB nhỏ gần VTB Do có tính đối xứng nên qng đường lớn gồm phần đối xứng qua VTCB, quãng đường nhỏ gồm phần đối xứng qua VTB Vì cách làm là: Vẽ đường trịn, chia góc quay φ = t thành góc nhau, đối xứng qua trục sin thẳng đứng ( Smax đoạn P1P2) đối xứng qua trục cos nằm ngang (Smin lần đoạn PA) * Cách 2: Dùng cơng thức tính & máy tính cầm tay Trước tiên xác định góc quét φ = t, thay vào công thức: Δφ  Quãng đường lớn : Smax = 2Asin  Quãng đường nhỏ : Smin = 2A(1 - cos Δφ )  Trong trường hợp t > T/2 : tách t  n T T  t ' , n �N* ; t '  2 - Trong thời gian n T quãng đường 2nA - Trong thời gian t’ quãng đường lớn nhất, nhỏ tính cách Chú ý: + Nhớ số trường hợp t < T/2 để giải nhanh toán: � � 3 � T smax  A ne� u va� t� i t� � x  �A � x  �A � � 2 � t  �� � A A � smin  A ne� u va� t� i t� � x  � � x  �A � x  � � � � 2 � � � 2 s  A ne� u va� t� i t� � x  mA � x  �A � � � T �max 2 t  �� � 2 � � smin  A  ne� u va� t� i t� � x  �A � x  �A � x  �A � � � 2 � � A A � smax  A ne� u va� t� i t� � x � � x m � � T � 2 t  �� � 3 � � smin  A  ne� u va� t� i t� � x  �A � x  �A �  �A � � � 2 � S S + Tính tốc độ trung bình lớn nhỏ : v tbmax  max v tbmin  ; với Smax , Smin t t     tính  Bài tốn ngược: Xét quãng đường S, tìm thời gian dài ngắn nhất: - Nếu S < 2A: S = 2Asin .t (tmin ứng với Smax) ; S = 2A(1 - cos - Nếu S > 2A: tách S  n.2A  S' , thời gian tương ứng: t  n GV: ĐINH HOÀNG MINH TÂN .t max ) (tmax ứng với Smin) T  t ' ; tìm t’max , t’min  0973 518 581 - Trang 8/85 - Tổng hợp kiến thức Vật lý 12 - LTĐH  DAO ĐỘNG CƠ Ví dụ: Nhìn vào bảng tóm tắt ta thấy, quãng đường S = A, thời gian dài tmax = T/3 ngắn tmin = T/6, trường hợp xuất nhiều đề thi!!  Từ công thức tính Smax Smin ta có cách tính nhanh qng đường th ời gian từ t1 đến t2: Ta có: - Độ lệch cực đại: S = Smax  Smin �0, 4A - Quãng đường vật sau chu kì ln 4A nên qng đường ‘‘trung bình’’ là: S = t  t1 4A T - Vậy quãng đường được: S  S �S hay S  S �S �S  S hay S  0, 4A �S �S  0, 4A  DẠNG 8: Bài toán hai vật dao động điều hịa  Bài tốn 1: Bài tốn hai vật gặp * Cách giải tổng quát: - Trước tiên, xác định pha ban đầu hai vật từ điều kiện ban đầu - Khi hai vật gặp thì: x1 = x2 ; giải & biện luận tìm t � thời điểm & vị trí hai vật gặp * Cách 2: Dùng mối liên hệ DĐĐH CĐTĐ (có trường hợp) - Trường hợp 1: Sự gặp hai vật dao động biên độ, khác tần số Tình huống: Hai vật dao động điều hồ với biên độ A, có vị trí cân trùng nhau, với tần số f1 ≠ f2 (giả sử f2 > f1) Tại t = 0, chất điểm thứ có li độ x1 chuyển động theo chiều dương, chất điểm thứ hai có li độ x2 chuyển động ngược chiều dương Hỏi sau chúng gặp lần đầu tiên? Có thể xảy hai khả sau: + Khi gặp hai chất điểm chuyển động chiều Tại t = 0, trạng thái chuyển động chất điểm tương ứng với bán kính đường trịn hình vẽ Góc tạo hai bán kính  D  �  α α Trên hình vẽ, ta có: ε = α - α1 + Khi gặp nhau, chất điểm chuyển động ngược chiều nhau: ' ' Trên hình vẽ: α1 = a + a ; α = b + b 0 Với lưu ý: a' + b' = 180 Ta có: α1 + α = a + b +180 Trong đó: a, b góc quét bán kính từ t = thời điểm vật tương ứng chúng qua vị trí cân  Đặc biệt: lúc đầu hai vật xuất phát từ vị trí x theo chiều chuyển động D nên vật nhanh vật 1, chúng gặp x1, suy thời điểm hai vật gặp : + Với  < (Hình 1): GV: ĐINH HỒNG MINH TÂN  0973 518 581 - Trang 9/85 - Tổng hợp kiến thức Vật lý 12 - LTĐH  DAO ĐỘNG CƠ �OA  M �OA � φ - ω1 t = ω2t - φ � t = 2φ M ω1 + ω2 + Với  > (Hình 2) � (π - φ )- ω1 t = ω2 t -(π - φ ) � t = 2(π - φ ) ω1 + ω2 - Trường hợp 2: Sự gặp hai vật dao động tần số, khác biên độ Tình huống: Có hai vật dao động điều hòa hai đường thẳng song song, sát nhau, với chu kì Vị trí cân chúng sát Biên độ dao động tương ứng chúng A1 A2 (giả sử A1 > A2) Tại thời điểm t = 0, chất điểm thứ có li độ x1 chuyển động theo chiều dương, chất điểm thứ hai có li độ x2 chuyển động theo chiều dương Hỏi sau hai chất điểm gặp nhau? Chúng gặp li độ nào? Với điều kiện gặp nhau, hai vật chuyển động chiều? ngược chiều? Tại biên? � Có thể xảy khả sau (với Δφ = MON , C độ dài cạnh MN):  Bài toán 2: Hai vật dao động tần số, vuông pha (độ lệch pha Δφ =  2k +1  π ) 2 �x � �x � - Đồ thị biểu diễn phụ thuộc chúng có dạng elip nên ta có : � �+ � �= �A1 � �A � A �x ; v 2= - Kết hợp với: v =ω A 12 - x 12 , suy : v1 =ω A2 A ω �x A1 * Đặc biệt: Khi A = A1 = A (hai vật có biên độ vật hai thời điểm khác �x 2; v =2 ω �x nhau), ta có: x12  x 22  A ; v =ω (lấy dấu + k lẻ dấu – k chẵn)  Bài toán 3: Hiện tượng trùng phùng Hai vật có chu kì khác T T’ Khi hai vật qua vị trí cân chuyển động chiều ta nói xảy tượng trùng phùng Gọi t thời gian hai lần trùng phùng liên tiếp GV: ĐINH HOÀNG MINH TÂN  0973 518 581 - Trang 10/85 - ... thức Vật lý 12 - LTĐH  DAO ĐỘNG CƠ * truyền cho vật vận tốc v thì: x = l  A= x2  ( v )  c) Kéo vật xuống đến vị trí lị xo giãn đoạn d * thả buông nhẹ thì: A = d - l * truyền cho vật vận... kiến thức Vật lý 12 - LTĐH  DAO ĐỘNG CƠ b) x = a ± Acos2(t + φ) với a = const  Biên độ: A ; ’=2; φ’= 2φ GV: ĐINH HOÀNG MINH TÂN  0973 518 581 - Trang 4/85 - Tổng hợp kiến thức Vật lý 12 - LTĐH... Tổng hợp kiến thức Vật lý 12 - LTĐH  DAO ĐỘNG CƠ Độ dời n chu kỳ  Vận tốc trung bình n chu kì GV: ĐINH HỒNG MINH TÂN  0973 518 581 - Trang 6/85 - Tổng hợp kiến thức Vật lý 12 - LTĐH  DAO ĐỘNG