Đang tải... (xem toàn văn)
Cẩm nang Vật Lí 12 được viết trên cơ sở dựa vào tinh thần thay sách giáo khoa các cấp và đổi mới phương pháp dạy học; đổi mới phương pháp dạy học vật lí. Đặc biệt là dựa trên cơ sở kiểm tra đánh giá kiến thức học sinh bằng hình thức trắc nghiệm khách quan trong các kì thi công nhận TNTHPT và tuyển sinh vào các trường ĐH, CĐ, …
Giáo viên: Nguyễn Hồng Thạch Trường THPT Phan Bội Châu, Di Linh, Lâm Đồng SỞ GIÁO DỤC – ĐÀO TẠO LÂM ĐỒNG Trường THPT Phan Bội Châu Năm học 2009 Cẩm Nang Vật Lí 12 Ban KHTN Ngày mai hôm Trang Giáo viên: Nguyễn Hồng Thạch Trường THPT Phan Bội Châu, Di Linh, Lâm Đồng LỜI NĨI ĐẦU Cẩm nang Vật Lí 12 viết sở dựa vào tinh thần thay sách giáo khoa cấp đổi phương pháp dạy học; đổi phương pháp dạy học vật lí Đặc biệt dựa sở kiểm tra đánh giá kiến thức học sinh hình thức trắc nghiệm khách quan kì thi cơng nhận TNTHPT tuyển sinh vào trường ĐH, CĐ, … Cuốn Cẩm Nang Vật Lí 12 thiết kế kèm với giáo khoa Vật Lí 12 (chương trình chuẩn chương trình nâng cao), với mục đích giúp học sinh rèn luyện kĩ giải nhanh số tập thường xuất đề thi đại học; cao đẳng năm gần Để sử dụng tốt có hiệu học sinh phải trang bị kiến thức toán liên quan: Hệ thức lượng tam giác, công thức lượng giác, giải phương trình lượng giác, cơng thức đạo hàm, phép toán véc tơ, phép toán lũy thừa, phép tốn logarít, … Thêm điều học sinh phải đọc kĩ nhớ ý; dù nhỏ giúp giải tốn phức tạp cách nhanh chóng hiệu Dù cố gắng nhiều chắn cịn nhiều thiếu sót, mong nhận nhiều ý kiến đóng góp chân thành từ phía bạn đọc em học sinh Xin chân thành cảm ơn! Di Linh, ngày 03 tháng 06 năm 2008 Caåm Nang Vật Lí 12 Ban KHTN Ngày mai hôm Trang Giáo viên: Nguyễn Hồng Thạch Trường THPT Phan Bội Châu, Di Linh, Lâm Đồng Vấn đề 1: CƠ HỌC VẬT RẮN Chuyển động quay Tốc độ góc: ω = const Gia tốc góc: γ = Tọa độ góc: ϕ = ϕ + ω t Chuyển động quay biến đổi a Tốc độ góc ∆ϕ ϕ2 − ϕ1 = Tốc độ góc trung bình: ωtb = ∆t t2 − t1 dϕ = ϕ '(t ) Tốc độ góc tức thời: ω = dt Chú ý: ω dương; âm tùy theo chiều dương hay âm ta chọn b Công thức chuyển động quay biến đổi Gia tốc góc: γ = const Tốc độ góc: ω = ω0 + γ t Tọa độ góc: ϕ = ϕ0 + ω0t + γ t 2 Phương trình độc lập với thời gian: ω − ω0 = 2γ (ϕ − ϕ0 ) c Gia tốc góc ∆ω ω2 − ω1 = Gia tốc góc trung bình: γ tb = ∆t t2 − t1 dω = ω '(t ) Gia tốc góc tức thời: γ = dt Vật quay nhanh dần : ω.γ > Chú ý: Vật quay chậm dần : ω.γ < Liên hệ tốc độ dài với tốc độ góc; gia tốc dài gia tốc góc v = ω.r dv dω att = = r = γ r dt dt v2 a ht = =ω r r a= r ω + r γ = r ω + γ ur u Gia tốc tiếp tuyến att : Đặc trưng cho biến thiên nhanh hay chậm độ lớn véc tơ vận tốc r ur u r r ur u r v; att ↑↑ v v; att ↑↓ v ur u ur u Gia tốc pháp tuyến an (hay gia tốc hướng tâm aht ) : Đặc trưng cho biến thiên nhanh hay chậm r ur r u hướng véc tơ vận tốc v; a ht ⊥ v r ur u Vaät quay ñeàu: a = aht r ur ur u u Chú ý: Vật biến đổi đều: a = att + aht Mô men a Mô men lực trục: M = F.d n b Mơ men qn tính trục: I = ∑ mi ri i =1 Caåm Nang Vật Lí 12 Ban KHTN Ngày mai hôm Trang Giáo viên: Nguyễn Hồng Thạch Trường THPT Phan Bội Châu, Di Linh, Lâm Đồng Chú ý: Mơ men qn tính số dạng hình học đặc biệt: • Hình trụ rỗng hay vành tròn: I = m.R • Hình trụ đặc hay đóa tròn: I = m.R 2 • Hình cầu đặc: I = m.R •R(m): bán kính • Thanh mảnh có trục quay đường trung trực cuûa thanh: I = m.l 12 • Thanh mảnh có trục quay qua đầu thanh: I = m.l , l(m): chiều dài I ∆ = I G + m.d ; d khoảng cách từ trục đến trục qua G c Định lí trục song song: d Mô men động lượng trục: L = I ω Phương trình động lực học vật rắn quay quanh trục cố định dL dω M = I γ hoaëc M = = I dt dt Định luật bảo tồn mơ men động lượng Nếu M = L = const Hệ vật: L1 + L2 + = const Vật có mô men quán tính thay đổi: I1ω1 = I 2ω2 = Định lí biến thiên mơmen động lượng ∆L = M ∆t hay I 2ω2 − I1ω1 = M ∆t Động vật rắn Động quay vật rắn: Wñ = I ω Động vật rắn vừa chuyển động quay vừa chuyển động tịnh tiến: Wñ = m khối lượng, vc vận tốc khối tâm r r Định lí động năng: ∆Wñ = Au hay Wñ − Wñ = Au F F 2 I ω + mvc Trong 2 Vấn đề 2: DAO ĐỘNG CƠ HỌC I CON LẮC LÒ XO Phương trình dao động: x = A cos(ωt + ϕ ) dx π Phương trình vận tốc: v = = x '; v = −ω A sin(ω t + ϕ ) = ω A cos(ω t + ϕ + ) dt 2 dv d x Phương trình gia tốc: a = = v '; a = = x ''; a = −ω A cos(ω t + ϕ ); a = −ω x dt dt Hay a = ω A cos(ωt + ϕ ± π ) Tần số góc, chu kì, tần số pha dao động, pha ban đầu: mg 2π k g (m ) a Tần số góc: ω = 2π f = ; ∆l = (rad / s); ω = = k T m ∆l N ω k = ( Hz); f = = T t 2π 2π m t 2π m = 2π c Chu kì: T = = (s); T = f N ω k d Pha dao động: (ω t + ϕ ) b Tần số: f = Cẩm Nang Vật Lí 12 Ban KHTN Ngày mai hôm Trang Trường THPT Phan Bội Châu, Di Linh, Lâm Đồng Giáo viên: Nguyễn Hồng Thạch e Pha ban đầu: ϕ x0 = A cos ϕ Chú ý: Tìm ϕ , ta dựa vào hệ phương trình lúc t0 = v0 = −ω A sin ϕ MỘT SỐ TRƯỜNG HỢP THƯỜNG GẶP ♦ Chọn gốc thời gian t0 = lúc vật qua vị trí cân x0 = theo chiều dương v0 > : Pha π ban đầu ϕ = − ♦ Chọn gốc thời gian t0 = lúc vật qua vị trí cân x0 = theo chiều âm v0 < : Pha ban π đầu ϕ = ♦ Chọn gốc thời gian t0 = lúc vật qua biên dương x0 = A : Pha ban đầu ϕ = ♦ Chọn gốc thời gian t0 = lúc vật qua biên âm x0 = − A : Pha ban đầu ϕ = π ♦ Chọn gốc thời gian t0 = lúc vật qua vị trí x0 = ϕ=− π A theo chiều dương v0 > : Pha ban đầu ♦ Chọn gốc thời gian t0 = lúc vật qua vị trí x0 = − ϕ=− 2π A theo chiều dương v0 > : Pha ban đầu A π theo chiều âm v0 < : Pha ban đầu ϕ = A ♦ Chọn gốc thời gian t0 = lúc vật qua vị trí x0 = − theo chiều âm v0 < : Pha ban đầu 2π ϕ= A ♦ Chọn gốc thời gian t0 = lúc vật qua vị trí x0 = theo chiều dương v0 > : Pha ban đầu π ϕ=− A ♦ Chọn gốc thời gian t0 = lúc vật qua vị trí x0 = − theo chiều dương v0 > : Pha ban 3π đầu ϕ = − A ♦ Chọn gốc thời gian t0 = lúc vật qua vị trí x0 = theo chiều âm v0 < : Pha ban đầu π ϕ= A ♦ Chọn gốc thời gian t0 = lúc vật qua vị trí x0 = − theo chiều âm v0 < : Pha ban đầu 3π ϕ= A ♦ Chọn gốc thời gian t0 = lúc vật qua vị trí x0 = theo chiều dương v0 > : Pha ban đầu π ϕ=− ♦ Chọn gốc thời gian t0 = lúc vật qua vị trí x0 = Cẩm Nang Vật Lí 12 Ban KHTN Ngày mai hôm Trang Trường THPT Phan Bội Châu, Di Linh, Lâm Đồng Giáo viên: Nguyễn Hồng Thạch A ♦ Chọn gốc thời gian t0 = lúc vật qua vị trí x0 = − theo chiều dương v0 > : Pha ban 5π đầu ϕ = − A ♦ Chọn gốc thời gian t0 = lúc vật qua vị trí x0 = theo chiều âm v0 < : Pha ban đầu π ϕ= A ♦ Chọn gốc thời gian t0 = lúc vật qua vị trí x0 = − theo chiều âm v0 < : Pha ban đầu 5π ϕ= π π ♦ cos α = sin(α + ) ; sin α = cos(α − ) 2 Giaù trị hàm số lượng giác cung (góc ) đặc biệt (ta nên sử dụng đường tròn lượng giác để ghi nhớ giá trị đặc biệt) y t - - /3 -1 u' /3 u π/4 /2 5π/6 π/6 1/2 - /2 - /2 -1/2 /2 /2 -π/6 - /2 -1 -π/2 cos α tg α Cẩm Nang Vật Lí 12 Ban KHTN cotg α kxñ 3 3 450 π 2 2 1 t' 600 π 3 2 900 π kxñ 3 -1 -π/3 y' 300 π - /3 -π/4 - /2 Hslg sin α x A (Điểm gốc) O -1/2 00 /3 1/2 -1 Goùc π/3 /2 3π/4 π π/2 2π/3 x' B 0 1200 2π 3 − - 1350 3π 2 − -1 1500 5π − 3 − Ngày mai hôm -1 − 3 − − 1800 3600 π 2π 0 -1 0 Trang kxñ kxñ Giáo viên: Nguyễn Hồng Thạch Trường THPT Phan Bội Châu, Di Linh, Lâm Đồng Phương trình độc lập với thời gian: v2 a2 v2 A2 = x + ; A2 = + ω ω ω vM = ω A: Vật qua vị trí cân a ⇒ω = M Chú ý: vM aM = ω A: Vật biên Lực đàn hồi, lực hồi phục: FñhM = k (∆l + A) a Lực đàn hồi: Fñh = k (∆l + x ) ⇒ Fđhm = k (∆l − A) ∆l > A F = neáu ∆l ≤ A ñhm FhpM = kA FhpM = mω A b Lực hồi phục: Fhp = kx ⇒ hay Fhp = ma ⇒ lực hồi phục hướng Fhpm = Fhpm = vào vị trí cân Chú ý: Khi hệ dao động theo phương nằm ngang lực đàn hồi lực hồi phục Fñh = Fhp Thời gian, quãng đường, tốc độ trung bình a Thời gian: Giải phương trình xi = A cos(ω ti + ϕ ) tìm ti Chú ý: Gọi O trung điểm quỹ đạo CD M trung điểm OD; thời gian từ O đến M T T tOM = , thời gian từ M đến D tMD = 12 T Từ vị trí cân x = vị trí x = ± A khoảng thời gian t = T Từ vị trí cân x = vị trí x = ± A khoảng thời gian t = r r Chuyển động từ O đến D chuyển động chậm dần ( av < 0; a ↑↓ v ), chuyển động từ D đến r r O chuyển động nhanh dần ( av > 0; a ↑↑ v ) Vận tốc cực đại qua vị trí cân (li độ khơng), khơng biên (li độ cực đại) Cẩm Nang Vật Lí 12 Ban KHTN Ngày mai hôm Trang Trường THPT Phan Bội Châu, Di Linh, Lâm Đồng Giáo viên: Nguyễn Hồng Thạch T Nếu t = s = A T b Quãng đường: Neáu t = s = A suy Nếu t = T s = A Chú ý: T t = t = T T t= T t = 12 Neáu t = nT s = n4 A T Nếu t = nT + s = n4 A + A T Neáu t = nT + s = n4 A + A 2 A € x = ±A sM = A vật từ x = m 2 → s = A vật từ x = O ↔ x = ± A s = A − vật từ x = ± A € x = ± A € m ( ) x = ±A 2 x = ±A 2 vật từ x = ↔ x = ± A sM = A 2 → s = A − vật từ x = ± A ↔ x = ± A ÷ m ÷ 3 vật từ x = ↔ x = ± A sM = A 2 A A → s = vật từ x = ± ↔ x = ±A 2 € x = ±A € sm = A − vật từ x = ± A A A sM = vật từ x = ↔ x = ± → sm = A − ÷ vật từ x = ± A ↔ x = ± A ÷ ( ) s t Năng lượng dao động điều hòa: E = Eñ + Et 2 2 a Động năng: Eñ = mv = mω A sin (ωt + ϕ ) = E sin (ωt + ϕ ) 2 2 2 b Thế năng: Et = kx = kA cos (ω t + ϕ ) = E cos (ωt + ϕ ); k = mω 2 1 2 E = mω A = kA 2 Chú ý: EñM = mvM = mω A : Vật qua vị trí cân 2 EtM = kA : Vật bieân f '=2f T Thế động vật biến thiên tuấn hoàn với T ' = dao động ω ' = 2ω c Tốc độ trung bình: vtb = Trong chu kì, chất điểm qua vị trí x = x0 lần, nên ( ω t + ϕ ) = α + k Cẩm Nang Vật Lí 12 Ban KHTN Ngày mai hôm π Trang Giáo viên: Nguyễn Hồng Thạch Trường THPT Phan Bội Châu, Di Linh, Lâm Đồng Chu kì hệ lò xo ghép: 1 ⇒ T = T12 + T22 a Ghép nối tiếp: = + k k1 k2 1 b Ghép song song: k = k1 + k2 ⇒ = + T T1 T2 c Ghép khối lượng: m = m1 + m2 ⇒ T = T12 + T22 Chú ý: Lị xo có độ cứng k0 cắt làm hai phần k1 = k2 = k = 2k0 II CON LẮC ĐƠN Phương trình li độ góc: α = α cos(ω t + ϕ ) (rad) Phương trình li độ dài: s = s0 cos(ω t + ϕ ) ds = s '; v = −ω s0 sin(ω t + ϕ ) Phương trình vận tốc dài: v = dt dv d 2s Phương trình gia tốc tiếp tuyến: at = = v '; at = = s ''; at = −ω s0 cos(ωt + ϕ ); at = −ω s dt dt s0 s Chú ý: α = ; α = l l Tần số góc, chu kì, tần số pha dao động, pha ban đầu: 2π g mgd a Tần số góc: ω = 2π f = (rad / s); ω = = T l I N ω g b Tần số: f = = ( Hz); f = = T t 2π 2π l t 2π l = 2π c Chu kì: T = = (s); T = f N ω g d Pha dao động: (ω t + ϕ ) e Pha ban đầu: ϕ s = s0 cos ϕ Chú ý: Tìm ϕ , ta dựa vào hệ phương trình lúc t0 = v = −ω s0 sin ϕ Phương trình độc lập với thời gian: v2 a2 v2 2 s0 = s2 + ; s0 = + ω ω ω vM = ω s0 : Vật qua vị trí cân a ⇒ω = M Chú ý: vM aM = ω s0 : Vật biên Lực hồi phục: g g FhpM = m s0 l Lực hồi phục: Fhp = m s ⇒ lực hồi phục hướng vào vị trí cân l Fhpm = Năng lượng dao động điều hòa: E = Eñ + Et 2 2 a Động năng: Eñ = mv = mω s0 sin (ωt + ϕ ) = E sin (ωt + ϕ ) 2 g g g 2 b Thế năng: Et = mgl(1 − cos α ) = m s = m s0 cos (ω t + ϕ ) = E cos (ωt + ϕ ); ω = l l l Cẩm Nang Vật Lí 12 Ban KHTN Ngày mai hôm Trang Trường THPT Phan Bội Châu, Di Linh, Lâm Đồng Giáo viên: Nguyễn Hồng Thạch 1 g 2 E = mω s0 = m l s0 = mgl(1 − cos α ) 2 Chú ý: EñM = mvM = mω s0 : Vật qua vị trí cân 2 g EtM = m l s0 = mgl(1 − cos α ): Vật biên f '=2f T Thế động vật dao động điều hòa với T ' = ω ' = 2ω Vận tốc: v = ± v0 − 2gl(1 − cos α ) = ± gl(cos α − cos α ) Lực căng dây: τ = mg(3cos α − cos α ) Sự thay đổi chu kì dao động lắc đơn: l R+h R a Theo độ cao (vị trí địa lí): gh = g0 ÷ nên Th = 2π g = T R h R+h b Theo chiều dài dây treo (nhiệt độ): l = l0 (1 + α∆t ) nên Tt = 2π Thời gian lắc chạy nhanh (chậm 1s): Độ lệch ngày đêm: θ = 86400 ∆T T1 l α∆ t = T( + 1) g ∆T T2 − T1 = T1 T1 c Nếu l = l1 + l2 T = T12 + T22 ; l = l1 − l2 T = T12 − T22 r u r r r u Fl ↑↑ P hay a ↑↑ g ⇒ ghd = g + a r u r r r u u r l ⇒ Thd = 2π d Theo lực lạ Fl : Fl ↑↓ P hay a ↑↓ g ⇒ ghd = g − a ghd u u r r r r g 2 Fl ⊥ P hay a ⊥ g ⇒ ghd = g + a = cos α ur u r Chú ý: Lực lạ lực điện, lực từ, lực đẩy Acsimet, lực quán tính ( aqt = −a ) v2 Gia tốc pháp tuyến: an = ; l: bán kính quỹ đạo u r r l u r r •Lực quán tính: F = −ma , độ lớn F = ma ( F ↑↓ a ) r r r •Chuyển động nhanh dần a ↑↑ v ( v có hướng chuyển động) r r •Chuyển động chậm dần a ↑↓ v u r u r u r u r u r u r •Lực điện trường: F = qE , độ lớn F = |q|E; Nếu q > ⇒ F ↑↑ E ; q < ⇒ F ↑↓ E u r •Lực đẩy Ácsimét: F = DgV ( F thẳng đứng hướng lên) Trong đó: D khối lượng riêng chất lỏng hay chất khí g gia tốc rơi tự V thể tích phần vật chìm chất lỏng hay chất khí Cẩm Nang Vật Lí 12 Ban KHTN Ngày mai hôm Trang 10 Trường THPT Phan Bội Châu, Di Linh, Lâm Đồng Giáo viên: Nguyễn Hồng Thạch Z = Z C L U U = Điều kiện cộng hưởng ω = Z = R ⇒ I Max = Z R LC ϕ u i = U uu ur ur u PMax = I M R = = UI M U R ↑↑ U R u u u r Suy Chú ý ur R U ↑↑ I cos ϕ = =1 Z Khi L , C không đổi; R thay ñoåi : ( Z L − zC )2 U2 P=I R= ⇒ PM ⇔ R + Công suất ( Z L − ZC )2 R m R+ R ( Z − z )2 ( Z − Z C )2 Maø R L C = ( Z L − ZC )2 = const, neân R = L R R 2 U U U ⇒ R = Z L − ZC suy PM = = ; cos ϕ = U R = R Z L − ZC 2 Khi R, L không đổi; C thay đổi : U UC = IZC = = R + ( Z L − Z C )2 Hiệu điện ZC U R +Z 2Z − L +1 ZC ZC 2 L U (UC )M = x = Z 2 Đặt R + Z L 2Z L Khi C ( − + 1)m y = (R2 + Z )x − 2Z x + ZC ZC L L R2 + ZL ZC = ZL Suy U R2 + ZL (UC )M = R Khi R, C không đổi; L thay đổi : U U L = IZ L = = R + ( Z L − Z C )2 Hiệu điện ZL U R + ZC Z C − +1 ZL ZL U (U L )M = x = Z Đặt R + ZC ZC Khi L ( − + 1)m y = ( R + Z ) x − 2Z x + ZL ZL C C Cẩm Nang Vật Lí 12 Ban KHTN Ngày mai hôm Trang 19 Trường THPT Phan Bội Châu, Di Linh, Lâm Đồng Giáo viên: Nguyễn Hồng Thạch R + ZC ZL = ZC Suy U R + ZC (U L )M = R Liên quan độ lệch pha: π a Trường hợp 1: ϕ1 + ϕ2 = ⇒ tan ϕ1 tan ϕ2 = π b Trường hợp 1: ϕ1 − ϕ2 = ⇒ tan ϕ1 tan ϕ2 = −1 π c Trường hợp 1: ϕ1 + ϕ2 = ⇒ tan ϕ1 tan ϕ2 = ±1 IV BÀI TOÁN HỘP KÍN (BÀI TỐN HỘP ĐEN) Mạch điện đơn giản: A a Nếu U NB pha với i suy X chứa R0 • b Nếu U NB sớm pha với i góc c Nếu U NB trễ pha với i góc π suy π suy 2 Mạch điện phức tạp: a Mạch Nếu U AB pha với i suy L R C R C N • B • X X chứa L X chứa C0 X chứa L0 Nếu U AN U NB tạo với góc π suy X A • N • X B • chứa R0 Vậy X chứa ( R0 , L ) b Mạch Nếu U AB pha với i suy X chứa C0 Nếu U AN U NB tạo với góc Vậy X chứa ( R0 , C0 ) π suy X A • R L N • X B • chứa R0 V SẢN XUẤT VÀ TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG Dòng điện xoay chiều pha, máy phát điện xoay chiều pha: dΦ π π = −Φ ' ; e = ω NBS cos(ωt + ϕ − ) (V ) = E0 cos(ωt + ϕ − ) a Suất điện động tức thời: e = − dt 2 f = np; n (voøng/s) b Tần số dao động: ; p: số cặp cực từ np f = 60 ; n (vòng/phút) Cẩm Nang Vật Lí 12 Ban KHTN Ngày mai hôm Trang 20 Trường THPT Phan Bội Châu, Di Linh, Lâm Đồng Giáo viên: Nguyễn Hồng Thạch Chú ý: Một máy phát điện có cặp cực từ muốn phát với tần số 50Hz phải quay với tốc độ n = 50 vòng/s ; có 10 cặp cực từ muốn phát với tần số 50Hz phải quay với tốc độ n = voøng/s Số cặp cực tăng lên lần tốc độ quay giảm nhiêu lần Dòng điện xoay chiều ba pha, máy phát điện xoay chiều ba pha: a Dòng điện: Dòng điện xoay chiều ba pha hệ thống gồm ba dòng điện xoay chiều, tạo bỡi ba 2π suất điện động xoay chiều có tần số, biên độ lệch pha đôi một góc e1 = E0 cos ωt 2π Các biểu thức suất điện động: e2 = E0 cos(ωt − ) 2π e3 = E0 cos(ωt + ) b Cách mắc: Id = I p I d = 3I p Mắc I = ; Mắc tam giác U d = U p U d = 3U p Máy biến thế, truyền tải điện năng: a Máy biến thế: U1 N1 = =k Biến đổi hiệu điện U2 N I N1 = =k Biến đổi dịng điện I1 N b Hao phí truyền tải: ∆P = P2 l R maø R = ρ 2 S U cos ϕ Pr Pt Ur = = Pv Pc U v Chú ý: Các dạng mạch: RL nối tiếp, RC nối tiếp, RLC nối tiếp mà cuộn dây có điện trở cơng thức tổng trở, định luật Ohm, độ lệch pha, hệ số công suất, liên hệ hiệu điện hiệu dụng, … Hiệu suất: H = Vấn đề 6: SÓNG ÁNH SÁNG I GIAO THOA VỚI ÁNH SÁNG ĐƠN SẮC λD Khoảng vân: i = xk +1 − xk ; i = a λD saùng: xks = ki = k a ; với k = 0; ±1; ±2; ±3; Vị trí vân 1 λD toái: x ( k +1) t = (k + )i = (k + ) 2 a ax Hiệu quang trình: δ = d2 − d1; δ = D Khoảng cách n vân sáng liên tiếp l : l = (n − 1)i Khoảng cách m khoảng vân liên tiếp l : l = mi Caåm Nang Vật Lí 12 Ban KHTN Ngày mai hôm Trang 21 Trường THPT Phan Bội Châu, Di Linh, Lâm Đồng Giáo viên: Nguyễn Hồng Thạch x i = k : Vân sáng thứ k Tại vị trí M mà x = k + : Vân tối thứ (k + 1) i Số vân sáng (vân tối) có bề rộng trường giao thoa L : L = N + phần thập phân ; 2i La = N + phần thập phân 2λ D a Số vân sáng: N s = N + N t = N + 2; nếu: phần thập phân ≥ 0,50 b Số vân tối: N t = N ; nếu: phần thập phân < 0,50 Dịch chuyển hệ vân giao thoa: a Đặt mặt song song đường truyền tia sáng: Trước có mặt song song; vân sáng trung tâm là: δ = S2O − S1O = Khi có mặt song song có chiết suất n , bề dày e : Đường từ S1 đến M : d1' = d1 + (n − 1)e ' Đường từ S2 đến M : d2 = d2 Hiệu quang trình: δ e = d2 − d1' = d2 − d1 − (n − 1)e; d2 − d1 = ax D (n − 1)eD a Chú ý: Vân sáng trung tâm dịch phía khe bị chắn bỡi mặt song song b Nguồn sáng dịch chuyển đoạn y : Khi có mặt song song; vân sáng trung tâm dời đoạn: x = Hiệu quang trình: δ = (S ' S2 + S2O ') − (S ' S1 + S1O ') = (S ' S2 − S ' S1 ) + (S2O '− S1O ') = ay ax + d D ay ax + = kλ d D ay ax λ Vị trí vân tối: δ = + = (2k + 1) d D yD Vân sáng trung tâm: k = ⇒ x = − d Chú ý: Vân sáng trung tâm dịch chuyển ngược chiều với chiều dịch chuyển nguồn Vị trí vân sáng: δ = II GIAO THOA VỚI ÁNH SÁNG PHỨC TẠP (HỖN HỢP) λÑ = 0,76 µ m Mắt nhìn thấy ánh sáng có bước sóng λ : λT ≤ λ ≤ λĐ với λT = 0,40 µ m D (λĐ − λT ) a Vị trí vân sáng bậc k1 xạ λ1 trùng với vị trí vân sáng bậc k2 xạ λ2 : k1λ1 = k2 λ2 Vị trí vân sáng bậc k1 xạ λ1 trùng với vị trí vân tối bậc k2 xạ λ2 : k1λ1 = (k2 + )λ2 c v = n c Chú ý: Trong khơng khí (chân khơng): λ = ; mơi trường có chiết suất n: f λ = v = c f nf Bề rộng quang phổ bậc k : ∆xk = k (iÑ − iT ) = k Cẩm Nang Vật Lí 12 Ban KHTN Ngày mai hôm Trang 22 Trường THPT Phan Bội Châu, Di Linh, Lâm Đồng Giáo viên: Nguyễn Hồng Thạch i Chú ý: Khoảng vân không khí i ; mơi trường có chiết suất n khoảng vân imt = n III QUANG PHỔ Máy quang phổ: a Định nghĩa: Máy quang phổ dụng cụ dùng để phân tích chùm sáng có nhiều thành phần thành thành phần đơn sắc khác b Cấu tạo: Ống chuẩn trực tạo chùm tia song song Lăng kính để phân tích song song thành thành phần đơn sắc song song khác Buồng ảnh kính ảnh đặt tiêu điểm ảnh thấu kính L2 để quan sát quang phổ c Nguyên tắc hoạt động: Chùm tia qua ống chuẩn trực chùm tia song song đến lăng kính Qua lăng kính chùm sáng bị phân tích thành thành phần đơn sắc song song Các chùm tia đơn sắc qua buồng ảnh hội tụ kính ảnh Quang phổ liên tục: a Định nghĩa: Quang phổ liên tục dải màu biến thiên liên tục, quang phổ liên tục ánh sáng dải màu biến thiên liên tục từ đỏ tới tím b Nguồn phát: Các chất rắn, chất lỏng, chất khí có tỉ khối lớn nóng sáng phát quang phổ liên tục c Đặc điểm, tính chất: Quang phổ liên tục khơng phụ thuộc thành phần hóa học nguồn phát mà phụ thuộc vào nhiệt nguồn phát Ở nhiệt độ 500 C , vật bắt đầu phát ánh sáng màu đỏ; nhiệt độ 2500K đến 3000K vật phát quang phổ liên tục có màu biến thiên từ đỏ đến tím Nhiệt độ bề Mặt Trời khoảng 6000K , ánh sáng Mặt Trời ánh sáng trắng Quang phổ vạch phát xạ: a Định nghĩa: Quang phổ vạch phát xạ loại quang phổ gồm vạch màu đơn sắc nằm tối b Các chất khí hay có áp suất thấp bị kích thích phát c Đặc điểm: Các chất khí hay áp suất thấp khác cho quang phổ vạch khác số lượng vạch, vị trí, màu sắc vạch độ sáng tỉ đối vạch Mổi chất khí hay áp suất thấp có quang phổ vạch đặc trưng Quang phổ vạch hấp thụ: a Định nghĩa: Quang phổ vạch hấp thụ hệ thống vạch tối nằm quang phổ liên tục b Cách tạo: Chiếu vào khe máy quang phổ ánh sáng trắng ta nhận quang phổ liên tục Đặt đèn Natri đường truyền tia sáng trước đến khe máy quang phổ, quang phổ xuất vạch tối vị trí vạch vàng quang phổ vạch phát xạ Natri d Điều kiện: Nhiệt độ đám khí hay hấp thụ phải thấp nhiệt độ nguồn sáng phát quang phổ liên tục e Hiện tượng đảo sắc: Ở nhiệt độ định, đám khí hay có khả phát ánh sáng đơn sắc có khả hấp thụ ánh sáng đơn sắc Chú ý: Quang phổ Mặt Trời mà ta thu Trái Đất quang phổ hấp thụ, Bề mặt Mặt Trời phát quang phổ liên tục IV SĨNG ĐIỆN TỪ Loại sóng Tia gamma Bước sóng Dưới 10 −12 m Tia Roengent 10 Tia tử ngoại 10 m đến 3,8.10 m Cẩm Nang Vật Lí 12 Ban KHTN −12 −9 −9 m ñeán 10 m −7 Chú ý c λ= f Vùng Vựng cam : 0, 640 m ữ 0, 760 µ m λ : 0, 590 µ m ÷ 0, 650 µ m Vùng vàng λ : 0, 570 m ữ 0, 600 m Vựng lc : 0, 500 m ữ 0, 575 m Ngày mai hôm Trang 23 Trường THPT Phan Bội Châu, Di Linh, Lâm Đồng Giáo viên: Nguyễn Hồng Thạch 3,8.10 m đến 7,6.10 m Tia hồng ngoại 7, 6.10 m đến 10 m Sóng vơ tuyến 10 m trở lên −7 −7 −3 −7 −3 Vựng lam : 0, 450 m ữ 0, 510 µ m Vùng chàm λ : 0, 440 µ m ữ 0, 460 m Vựng tớm nh sỏng nhỡn thy : 0, 38 m ữ 0, 440 µ m Tia hồng ngoại: a Định nghĩa: Tia hồng ngoại xạ khơng nhìn thấy, có bước sóng lớn bước sóng cùa ánh sáng đỏ ( λ > 0,76 µ m ) b Nguồn phát sinh: Các vật bị nung nóng 500 C phát tia hồng ngoại Có 50% lượng Mặt Trời thuộc vùng hồng ngoại Nguồn phát tia hồng ngoại đèn dây tóc Vonfram nóng sáng có cơng suất từ 250W − 1000W c Tính chất, tác dụng: Có chất sóng điện từ Tác dụng bật tác dụng nhiệt Tác dụng lên loại kính ảnh đặc biệt gọi kính ảnh hồng ngoại Bị nước hấp thụ d Ứng dụng: Sấy khô sản phẩm, sưởi ấm, chụp ảnh hồng ngoại Tia tử ngoại: a Định nghĩa: Tia hồng ngoại xạ khơng nhìn thấy, có bước sóng nhỏ bước sóng cùa ánh sáng tím ( λ < 0,38µ m ) b Nguồn phát sinh: Các vật bị nung nóng 3000 C phát tia tử ngoại Có 9% lượng Mặt Trời thuộc vùng tử ngoại Nguồn phát tia tử ngoại đèn thủy ngân phát tia tử ngoại c Tính chất, tác dụng: Có chất sóng điện từ Tác dụng mạnh lên kính ảnh Làm phát quang số chất Tác dụng làm ion hóa chất khí Gây số phản ứng quang hóa, quang hợp Gây hiệu ứng quang điện Tác dụng sinh học: hủy hoại tế bào, giết chết vi khuẩn, … Bị thủy tinh, nước hấp thụ mạnh Thạch anh gần suốt tia tử ngoại d Ứng dụng: Chụp ảnh; phát vết nứt, xước bề mặt sản phẩm; khử trùng; chữa bệnh cịi xương Tia Rưentgen: a Định nghĩa: Tia Rưentgen xạ điện từ có bước sóng từ 10−12 m đến 10−8 m (tia Rưentgen cứng, tia Röentgen mềm) b Cách tạo tia Rơnghen: Khi chùm tia catốt đập vào kim loại có nguyên tử lượng phát c Tính chất, tác dụng: Khả đâm xuyên Tác dụng mạnh lên kính ảnh Làm ion hóa khơng khí Làm phát quang nhiều chất Gây tượng quang điện Tác dụng sinh lí: hủy diệt tế bào, diệt tế bào, diệt vi khuẩn, … d Ứng dụng: Dò khuyết tật bên sản phẩm, chụp điện, chiếu điện, chữa bệnh ung thư nông, đo liều lượng tia Röentgen, … Vấn đề 7: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG I THUYẾT LƯỢNG TỬ Nội dung thuyết lượng tử: Cẩm Nang Vật Lí 12 Ban KHTN Ngày mai hôm Trang 24 Giáo viên: Nguyễn Hồng Thạch Trường THPT Phan Bội Châu, Di Linh, Lâm Đồng Các nguyên tử hay phân tử vật chất hấp thụ hay xạ ánh sáng thành phần riêng biệt đứt quãng; phần mang lượng hoàn toàn xác định gọi lượng tử lượng: hc ε = hf = ; h = 6,625.10 −34 Js : Hằng số Planck λ Chùm ánh sáng chùm hạt (photon); photon mang lượng hoàn toàn xác định lượng tử lượng (lượng tử ánh sáng) Cường độ chùm sáng tỉ lệ với số photon có chùm sáng Các định luật quang điện: a Định luật quang điện: Hiện tượng quang điện xảy bước sóng ánh sáng kích thích ( λ ) phải nhỏ giới hạn quang điện ( λ0 ) kim loại đó: λ ≤ λ0 b Định luật quang điện: Cường độ dòng quang điện bão hòa tỉ lệ thuận với cường độ chùm sáng kích thích: I qñ ~ I askt c Định luật quang điện: Động ban đầu cực đại electron quang điện phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng kích thích chất kim loại, khơng phụ thuộc vào cường độ chùm sáng W0 ñM ∈ (λ , λ0 ) kích thích: W0 đM ∉ I askt Phương trình Einstein: hc ; 1eV = 1,6.10 −19 J a Giới hạn quang điện: λ0 = A( J ) b Động năng: W0 ñM = mv0 M (J ) hc + mv0 M c Phương trình Einstein: ε = A + W0 ñM hay ε = λ0 Chú ý: Phương trình Einstein giải thích định luật 1; định luật 3; thuyết lượng tử giải thích định luật Điều kiện để triệt tiêu hồn tồn dịng quang điện: I qñ = ⇔ W0 ñM = eU h ; U h < I ∆t n∆q ⇒ n = bh : Số electron bứt Dòng quang điện bão hòa: I bh = ∆t ∆q E Năng lượng chùm photon: E = N ε ⇒ N = : Số photon đập vào ε E (W ) Công suất xạ nguồn: P = ∆t n Hiệu suất lượng tử: H = 100% N ∆Wđ = Wđ − W0 đ r Định lí động năng: ∆Wđ = Au với u F r AF = Fs cos α hc ε X = hf X = λ 10 Năng lượng tia Röentgen: X ε = ∆W = eU ñ AK X II MẪU NGUYÊN TỬ BOHR Tiên đề Bohr: a Tiên đề 1: Nguyên tử tồn trạng thái có lượng hồn tồn xác định gọi trạng thái dừng Ở trạng thái dừng nguyên tử không xạ lượng b Tiên đề 2: Nguyên tử thái thái có mức lượng Em cao chuyển trạng thái dừng có mức hc = Em − En ngược lại lượng En thấp giải phóng lượng ε mn = hfmn = λmn Cẩm Nang Vật Lí 12 Ban KHTN Ngày mai hôm Trang 25 Trường THPT Phan Bội Châu, Di Linh, Lâm Đồng Giáo viên: Nguyễn Hồng Thạch c Hệ quả: Ở trạng thái dừng electron nguyên tử chuyển động quỹ đạo có bán kính hồn toàn xác định gọi quỹ đạo dừng: rn = n r0 ; với r0 = 0,53 A Chú ý: Trong nguyên tử Hiđrô, trạng thái dừng trạng thái có mức lượng thấp (ứng với quỹ đạo K), trạng thái có mức lượng cao gọi trạng thái kích thích (thời gian tồn 10−8 s ) Nguyên tử (electron) hấp thụ xạ lượng hiệu lượng hai mức 13,6 Năng lượng trạng thái dừng: En = − (eV ); E0 = 13,6 eV n hc 1 = Em − En = 13,6.( − ).1,6.10−19 (J) Bước sóng: λ n m 1 = RH ( − ) n m hay: λ với RH = 1,09.10 m −1 : Hằng số Ritber Quang phổ nguyên tử Hiđrô: Các electron n=6 P −8 trạng thái kích thích tồn khoảng 10 s nên giải O n=5 phóng lượng dạng phơtơn để trở N n=4 trạng thái có mức lượng thấp a Dãy Lynam: Các electron chuyển từ trạng thái n=3 M có mức lượng cao trạng thái có mức Pasen lượng ứng với quỹ đạo K (thuộc vùng tử ngoại) L n=2 Hδ Hγ Hβ H b Dãy Balmer: Các electron chuyển từ trạng thái α có mức lượng cao trạng thái có mức lượng ứng với quỹ đạo L (thuộc vùng tử Banme ngoại vùng nhìn thấy) c Dãy Paschen: Các electron chuyển từ trạng thái n=1 có mức lượng cao trạng thái có mức K lượng ứng với quỹ đạo M (thuộc vùng hồng ngoại) Laiman Chú ý: Bước sóng ngắn lượng lớn III HẤP THỤ VÀ PHẢN XẠ ÁNH SÁNG Hấp thụ ánh sáng: Hấp thụ ánh sáng tượng môi trường vật chất làm giảm cường độ chùm sáng truyền qua a Định luật hấp thụ ánh sáng: Cường độ chùm sáng đơn sắc truyền môi trường hấp thụ, giảm theo định luật hàm mũ độ dài đường truyền tia sáng: I = I e−α d I cường độ chùm sáng tới môi trường Trong đó: α hệ số hấp thụ môi trường d độ dài đường truyền tia saùng b Hấp thụ lọc lựa: Vật suốt (vật không màu) vật không hấp thụ ánh sáng miền nhìn thấy quang phổ Vật có màu đen vật hấp thụ hoàn toàn ánh sáng miền nhìn thấy quang phổ Vật suốt có màu vật hấp thụ lọc lựa ánh sáng miền nhìn thấy quang phổ Phản xạ (tán sắc) lọc lựa ánh sáng: Các vật hấp thụ lọc lựa số ánh sáng đơn sắc, vật phản xạ (tán sắc) số ánh sáng đơn sắc Hiện tượng gọi phản xạ (tán sắc) lọc lựa ánh sáng Trang 26 Cẩm Nang Vật Lí 12 Ban KHTN Ngày mai hôm Giáo viên: Nguyễn Hồng Thạch Trường THPT Phan Bội Châu, Di Linh, Lâm Đồng Chú ý: Yếu tố định đến việc hấp thụ, phản xạ (tán sắc) ánh sáng bước sóng ánh sáng IV LASER Hiện tượng phát quang: a Sự phát quang: Có số chất thể rắn, lỏng, khí hấp thụ lượng dạng có khả phát xạ điện từ Nếu xạ có bước sóng nằm giới hạn ánh sáng nhìn thấy gọi phát quang Mỗi chất phát quang có quang phổ đặc trưng riêng cho Đặc điểm Sau ngừng kích thích, phát quang số chất cịn trì khoảng thời gian Thời gian phát quang khoảng thời gian kể từ lúc ngừng kích thích lúc ngừng phát quang: Thời gian phát quang kéo dài từ 10−10 s đến vài ngày Hiện tượng phát quang tượng vật hấp thụ ánh sáng kích thích có bước sóng để phát ánh sáng có bước sóng khác b Các dạng phát quang: Huỳnh quang phát quang có thời gian ngắn 10−8 s , thường xảy với chất lỏng khí Lân quang phát quang có thời gian dài 10−8 s , thường xảy với chất rắn Chú ý: Thực tế khoảng 10−8 s ≤ t ≤ 10 −6 s không xác định lân quang hay huỳnh quang c Định luật Xtốc phát quang: Ánh sáng phát quang có bước sóng nhỏ bước sóng ánh sáng kích thích: λaspq < λaskt ⇔ ε aspq > ε askt Laser: a Đặc điểm: ∆f ≈ 10−15 Tia Laser có tính đơn sắc cao Độ sai lệch f Tia Laser chùm sáng kết hợp, photon chùm sáng có tần số pha Tia Laser chùm sáng song song, có tính định hướng cao Tia Laser có cường độ lớn I ~ 106 W/cm b Các loại Laser: Laser hồng ngọc, Laser thủy tinh pha nêođim, Lasre khí He – He, Laser CO2 , Laser bán dẫn, … c Ứng dụng: Trong thông tin liên lạc: cáp quang, vô tuyến định vị, … Trong y học: làm dao mổ, chữa số bệnh da nhờ tác dụng nhiệt, … Trong đầu đọc đĩa: CD, VCD, DVD, … Trong công nghiệp: khoan, cắt, tơi, … với độ xác cao Vấn đề 8: THUYẾT TƯƠNG ĐỐI HẸP Các tiên đề Einstein: a Tiên đề I (nguyên lí tương đối): Các tượng vật lí diễn hệ quy chiếu quán tính b Tiên đề II (nguyên lí bất biến vận tốc ánh sáng): Vận tốc ánh sáng chân khơng có giá trị c hệ quy chiếu qn tính, khơng phụ thuộc vào phương truyền vận tốc nguồn sáng hay máy thu Các hệ quả: ♦ Sự co độ dài: Độ dài bị co lại dọc theo phương chuyển động nó: v2 < l0 c2 ♦ Sự dãn khoảng thời gian: Đồng hồ gắn với quan sát viên chuyển động chạy chậm đồng ∆t0 ∆t = > ∆t0 hồ gắn với quan sát viên đứng yên: v2 1− c l = l0 − Caåm Nang Vật Lí 12 Ban KHTN Ngày mai hơm Trang 27 Trường THPT Phan Bội Châu, Di Linh, Lâm Đồng Giáo viên: Nguyễn Hồng Thạch ♦ Khối lượng tương đối: ♦ Động lượng tương đối: ♦ Năng lượng tương đối: m= m0 v2 c2 u r r m0 p = mv = 1− r v v2 c2 m0 1− E = mc = 1− v c2 c2 2 E = m c + m0 v Chú ý: E = m 2c + p2c2 Đối với photon: Năng lượng photon: ε = hf = hc = mε c λ Khối lượng tương đối tính photon: mε = ε hf h = = = cλ c c Mà v = c nên m0ε = m0ε v2 , suy m0ε = mε − v 1− c c Vấn đề 9: HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ I HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ Cấu tạo hạt nhân: m p = 1,67262.10−27 kg Z proâtoân −19 q p = +1,6.10 C A Z X tạo nên từ mn = 1,67493.10−27 kg N = ( A - Z ) nơtrôn q p = : không mang điện Đơn vị khối lượng nguyên tử ( u ): 1u = 1,66055.10 −27 m p = 1,007276u kg ⇒ mn = 1,008665u Các công thức liên hệ: m NA n = ; A: khối lượng mol(g/mol) hay soá khoái (u) m = N : khối lượng A A ⇒ a Số mol: N N: số hạt nhân nguyên tử n = N = mN A ; 23 N A N A = 6,023.10 nguyên tử/mol A Bán kính hạt nhân: R = 1,2.10−15 A (m) II NĂNG LƯỢNG HẠT NHÂN m0 = Zm p + ( A − Z )mn : khối lượng nuclôn riêng lẻ Độ hụt khối: ∆m = m0 − m Hệ thức Einstein: E = mc ; 1uc = 931,5MeV ; 1MeV = 1,6.10 −13 J Caåm Nang Vật Lí 12 Ban KHTN Ngày mai hôm Trang 28 Trường THPT Phan Bội Châu, Di Linh, Lâm Đồng Giáo viên: Nguyễn Hồng Thạch Năng lượng liên kết, lượng liên kết riêng: a Năng lượng liên kết: ∆E = ∆mc ∆E : tính cho nuclôn b Năng lượng liên kết riêng: δ = A Chú ý: Hạt nhân có số khối khoảng từ 50 đến 70, lượng liên kết riêng chúng có giá trị lớn vào khoảng 8,8 MeV/nu III PHÓNG XẠ N0 −λt N = t = N 0e ln 2T ; với λ = : số phân rã Định luật phóng xạ: T ( s) m = m0 = m e− λ t t T H0 ln −λt H = t = H e ; với λ = T (s) : số phân rã Độ phóng xạ: 2T 10 H = λ N ; H = λ N (Bq); 1Ci = 3,7.10 Bq H0 V Thể tích dung dịch chứa chất phóng xạ: V0 = t TH Trong đó: V thể tích dung dịch chứa H Chu kì bán rã số chất Chất phóng xạ Chu kì bán rã 12 16 235 Cacbon C Oxi O Urani T = 5730 naêm T = 122 s T = 7,13.10 naêm 92 210 U Poloni T = 138 ngày 84 Po Ri 226 Ra Radon T = 1620 năm 219 T =4s 88 86 Ra Iôt 131 53 I T = ngày Chất phóng xạ bị phân rã: −λt a Số hạt nhân nguyên tử bị phân rã: ∆N = N − N = N (1 − e ) −λt b Khối lượng hạt nhân nguyên tử bị phân rã: ∆m = m0 − m = m0 (1 − e ) Chú ý: Số hạt nhân nguyên tử tạo thành số hạt nhân nguyên tử phóng xạ bị phân rã A → B + C : N B = NC = ∆N A ; khơng có định luật bảo tồn khối lượng Các tia phóng xạ: 4 a Tia α : α hạt He , bị lệch điện trường, từ trường 0β + laø pozitron ( e) : p → n + e + +ν β : có hai loại 10 − b Tia , bị lệch điện trường, từ trường nhiều − % −1 β laø electron ( −1 e) : n → p + e +ν tia α c Tia γ : Có bước sóng ngắn λ < 10 −11 m , có lượng lớn, khơng bị lệch điện trường, từ trường IV PHẢN ỨNG HẠT NHÂN A A AC AD Phản ứng hạt nhân: Z AA A + Z BB B → ZC C + Z D D Các định luật bảo toàn: a Định luật bảo tồn điện tích: Z A + Z B = ZC + Z D b Định luật bảo toàn số nuclon: AA + AB = AC + AD c Định luật bảo tồn lượng: ( E A + A ) + ( EB + EñB ) = ( EC + EñC ) + ( ED + EñD ) ur ur ur u r u u u u d Định luật bảo toàn động lượng: pA + pB = pC + pD Các công thức liên hệ: −27 −13 a Động năng: Eñ = mv ; m(kg); 1u = 1,66055.10 kg; 1MeV = 1,6.10 J u 2r r u r r b Động lượng: p = mv hay p = mv; p ↑↑ v Caåm Nang Vật Lí 12 Ban KHTN Ngày mai hơm Trang 29 Trường THPT Phan Bội Châu, Di Linh, Lâm Đồng Giáo viên: Nguyễn Hồng Thạch c Liên hệ: p = 2mEñ Năng lượng phản ứng hạt nhân: Khối lượng hạt nhân trước phản ứng: M0 = m A + mB Khối lượng hạt nhân sau phản ứng: M = mC + mD a Phản ứng tỏa lượng: M > M Năng lượng tỏa là: ∆E = ( M − M )c ≥ b Phản ứng thu lượng: M0 < M Năng lượng thu vào là: E = ∆E + Eñ ; ∆E = ( M − M )c Vấn đề 10: VẬT LÍ VŨ TRỤ I CÁC HẠT SƠ CẤP Hạt sơ cấp: Các hạt sơ cấp (hạt bản) hạt nhỏ hạt nhân Các đặc trương hạt sơ cấp: a Khối lượng nghỉ m0 : Phôtôn ε , nơtrinơ ν , gravitơn có khối lượng nghỉ khơng b Điện tích: Các hạt sơ cấp có điện tích điện tích ngun tố Q = , khơng mang điện Q gọi số lượng tử điện tích c Spin s: Mỗi hạt sơ cấp đứng yên có momen động lượng riêng momen từ riêng Các momen đặc trưng số lượng tử spin Prôtôn, nơtrơn có s = , phơtơn có s = , piơn có s = d Thời gian sống trung bình T: Trong hạt sơ cấp có hạt khơng phân rã (proton, electron, photon, notrino) gọi hạt nhân bền Còn hạt khác gọi hạt không bền phân rã thành hạt khác Notron có T = 932 s , hạt khơng bền có thời gian ngắn từ 10−24 s đến 10−6 s Phản hạt: Các hạt sơ cấp thường tạo thành cặp; cặp gồm hai hạt có khối lượng nghỉ spin có điện tích trái dấu Trong q trình tương tác sinh cặp hủy cặp Phân loại hạt sơ cấp: a Photon (lượng tử ánh sáng): b Lepton: Gồm hạt nhẹ electron, muyon ( µ + , µ − ), hạt tau ( τ + ,τ − ), … c Mêzôn: Gồm hạt có khối lượng trung bình, chia thành mêzơn π mêzôn K Barion: Gồm hạt nặng có khối lượng lớn, chia thành nuclon hipêrơn Tập hợp mêzôn bariôn gọi hađrôn Tương tác hạt sơ cấp: a Tương tác hấp dẫn: Bán kính lớn vơ cùng, lực tương tác nhỏ b Tương tác điện từ: Bán kính lớn vô hạn, lực tương tác mạnh tương tác hấp dẫn cỡ 1038 lần c Tương tác yếu: Bán kính tác dụng nhỏ cỡ 10−18 m , lực tương tác yếu tương tác hấp dẫn cỡ 1011 lần d Tương tác mạnh: Bán kính tác dụng nhỏ cỡ 10−15 m , lực tương tác yếu tương tác hấp dẫn cỡ 102 lần Tương tác hađrôn Hạt quark: a Hạt quark: Tất hạt hađrôn tạo nên từ hạt nhỏ b Các loại quark: Có loại quark u, d, s, c, b, t phản quark tương ứng Điện tích quark e 2e ± ; ± 3 c Các baraiôn: Tổ hợp quark tạo nên baraiôn II MẶT TRỜI – HỆ MẶT TRỜI Hệ Mặt Trời: Gồm hành tinh lớn, tiểu hành tinh, chổi Các hành tinh: Thủy tinh, Kim tinh, Trái Đất, Hỏa tinh, Mộc tinh, Thổ tinh, Thiên Vương tinh, Hải Vương tinh, Diêm Vương tinh Để đo đơn vị hành tinh người ta dùng đơn vị thiên văn: 1ñvtv = 150trKm Cẩm Nang Vật Lí 12 Ban KHTN Ngày mai hôm Trang 30 Trường THPT Phan Bội Châu, Di Linh, Lâm Đồng Giáo viên: Nguyễn Hồng Thạch Các hành tinh quay quanh mặt trời theo chiều thuận phẳng, Mặt Trời hành tinh tự quay quanh quay theo chiều thận trừ Kim tinh Mặt Trời: a Cấu trúc Mặt Trời: Gồm quang cầu khí Quang cầu: Khối khí hình cầu nóng sáng, nhìn từ Trái Đất có bán kính góc 16 phút, bán kính khối cầu khoảng 7.105 Km , khối lượng riêng trung bình vật chất quang cầu 1400kg/m , nhiệt độ hiệu dụng 6000K Khí quyển: Bao quanh Mặt Trời có khí Mặt Trời: Chủ yếu Hiđrơ, Heli Khí chia hai lớp có tính chất vật lí khác nhau: Sắc cầu nhật hoa Sắc cầu lớp khí nằm sát mặt quang cầu có độ dày 10000km có nhiệt độ khoảng 4500K Phía sắc cầu nhật hoa: Các phân tử vật chất tồn trạng thái ion hóa mạnh (trạng thái plasma), nhiệt độ khoảng triệu độ Nhật hoa có hình dạng thay đổi theo thời gian b Năng lượng Mặt Trời: Năng lượng Mặt Trời trì nhờ lịng diễn phản ứng nhiệt hạch Hằng số Mặt Trời H = 1360W/m lượng lượng xạ Mặt trời truyền vng góc tới đơn vị diện tích cách đơn vị thiên văn đơn vị thời gian Công suất xạ lượng Mặt Trời P = 3,9.1026 W c Sự hoạt động Mặt Trời: Quang cầu sáng khơng đều, có cấu tạo dạng hạt, gồm hạt sáng biến đổi tối đối lưu mà tạo thành: vết đen, bùng sáng, tai lửa: Vết đen có màu sẫm tối, nhiệt độ vào khoảng 4000K Bùng sáng thường xuất có vết đen, bùng sáng phóng tia X dịng hạt tích điện gọi gió Mặt Trời Tai lửa lưỡi phun lửa cao sắc cầu Năm Mặt Trời có nhiều vết đen xuất gọi Năm Mặt Trời hoạt động Năm Mặt Trời có vết đen xuất gọi Năm Mặt Trời tĩnh Chu kì hoạt động Mặt Trời có trị số trung bình 11 năm Sự hoạt động Mặt Trời có nhiều ảnh hưởng đến Trái Đất Tia X dịng hạt tích điện từ bùng sáng truyền đến Trái Đất gây nhiều tác động: Làm nhiễu thông tin liên lạc sóng vơ tuyến ngắn Làm cho từ trường Trái Đất biến thiên, gây bão từ: bão từ xuất sau khoảng 20 kể từ bùng sáng xuất sắc cầu Sự hoạt động Mặt Trời cịn có ảnh hưởng đến trạng thái thời tiết Trái Đất, đến trình phát triển sinh vật, … Trái Đất: a Cấu tạo: Trái Đất có dạng hình cầu, bán kính xích đạo 6378km , bán kính hai cực 6357km , khối lượng riêng trung bình 5520kg/m Lõi Trái Đất: bán kính 3000km ; chủ yếu sắt, niken; nhiệt độ khoảng 3000 - 4000 C Vỏ Trái Đất: dày khoảng 35km ; chủ yếu granit; khối lượng riêng 3300kg/m b Từ trường Trái Đất: Trục từ nam châm nghiêng so với trục địa cực góc 110 thay đổi theo thời gian c Mặt Trăng – vệ tinh Trái Đất: Mặt Trăng cách Trái Đất 384000km ; có bán kính 1738km ; có khối lượng 7,35.1022 kg ; gia tốc trọng trường 1,63m/s2 ; quay quanh Trái Đất với chu kì 27,32 ngày; Mặt Trăng quay quanh Trái Đất với chu kì chu kì quay Trái Đất quanh trục; quay chiều với chiều quay quanh trái Đất, nên Mặt Trăng hướng nửa định vào Trái Đất; nhiệt độ lúc trưa 1000 C , lúc nửa đêm −1500 C Mặt Trăng có nhiều ảnh hưởng đến Trái Đất thủy triều, … Các hành tinh khác Sao chổi: a Các đặc trưng hành tinh Thiên thể Khoảng cách đến Mặt Trời (đvtv) Caåm Nang Vật Lí 12 Ban KHTN Bán kính (km) Khối lượng (so với Trái Đất) Khối lượng riêng (103kg/m3) Chu kì tự quay Chu kì chuyển động quanh Mặt Trời Ngày mai hôm Số vệ tinh biết Trang 31 Trường THPT Phan Bội Châu, Di Linh, Lâm Đồng Giáo viên: Nguyễn Hồng Thạch Thủy tinh Kim tinh Trái Đất Hỏa tinh Mộc tinh Thổ tinh Thiên Vương tinh Hải Vương tinh Diêm Vương tinh 0,39 0,72 1,52 5,2 9,54 19,19 30,07 39,5 2440 6056 6375 3395 71,490 60,270 25,760 25,270 1160 0,052 0,82 0,11 318 95 15 17 0,002 5,4 5,3 5,5 3,9 1,3 0,7 1,2 1,7 0,2 59 ngày 243 ngày 23g56ph 24g37ph 9g50ph 14g14ph 17g14ph 16g11ph 6,4 ngày 87,0 ngày 224,7 ngày 365,25 ngày (1 năm) 1,88 năm 11,86 năm 29,46 năm 84,00 năm 164,80 năm 248,50 năm 0 > 30 19 15 >8 b Sao chổi: Sao chổi chuyển động quanh Mặt Trời theo quỹ đạo elíp; có kích thước khối lượng nhỏ Được cấu tạo từ chất dễ bốc tinh thể băng, amoniac, mêtan, … Ngồi có chổi thuộc thiên thể bền vững III CÁC SAO THIÊN HÀ Các sao: a Định nghĩa: Sao thiên thể nóng sáng giống Mặt Trời Các xa, biết gần cách đến hàng chục tỉ kilơmet; cịn ngơi xa cách xa đến 14 tỉ năm ánh sáng ( năm ánh sáng = 9,46.1012 Km ) b Độ sáng sao: Độ sáng mà ta nhìn thấy thục chất độ rọi sáng lên mắt ta, phụ thuộc vào khoảng cách độ sáng thực Độ sáng thực lại phụ thuộc vào công suất xạ Độ sáng khác Chẳng hạn Sao Thiên Lang có cơng suất xạ lớn Mặt Trời 25 lần; sáng có cơng suất xạ nhỏ Mặt Trời hàng vạn lần c Các loại đặc biệt: Đa số tồn trạng thái ổn định; có kích thước, nhiệt độ, … khơng đổi thời gian dài Ngồi ra; người ta phát thấy có số đặc biệt biến quang, mới, nơtron, … Sao biến quang có độ sáng thay đổi, có hai loại: •Sao biến quang che khuất hệ đơi (gồm vệ tinh), độ sáng tổng hợp mà ta thu biến thiên có chu kì •Sao biến quang nén dãn có độ sáng thay đổi thực theo chu kì xác định Sao có độ sáng tăng đột ngột lên hàng ngàn, hàng vạn lần sau từ từ giảm Lí thuyết cho pha đột biến q trình biến hóa hệ Punxa, nơtron xạ lượng cịn có phần xạ lượng thành xung sóng vơ tuyến •Sao nơtron cấu tạo bỡi hạt nơtron với mật độ lớn 1014 g/cm •Punxa (pulsar) lõi nơtron với bán kính 10km tự quay với tốc độ góc 640 vòng/s phát sóng vơ tuyến Bức xạ thu Trái Đất có dạng xung sáng giống sáng hải đăng mà tàu biển nhận Thiên hà: Các tồn Vũ trụ thành hệ tương đối độc lập với Mỗi hệ thống gồm hàng trăm tỉ gọi thiên hà a Các loại thiên hà: •Thiên hà xoắn ốc có hình dạng dẹt đĩa, có cánh tay xoắn ốc, chứa nhiều khí •Thiên hà elip có hình elip, chứa khí có khối lượng trải dải rộng Có loại thiên hà elip nguồn phát sóng vơ tuyến điện mạnh •Thiên hà khơng định hình trơng đám mây (thiên hà Ma gien-lăng) b Thiên Hà chúng ta: •Thiên Hà thiên hà xoắn ốc, có đường kính khoảng 90 nghìn năm ánh sáng có khối lượng khoảng 150 tỉ khối lượng Mặt Trời Nó hệ phẳng giống đĩa dày khoảng 330 năm ánh sáng, chứa vài trăm tỉ ngơi •Hệ Mặt Trời nằm cánh tay xoắn rìa Thiên Hà, cách trung tâm khoảng 30 nghìn năm ánh sáng Giữa có bụi khí •Phần trung tâm Thiên Hà có dạng hình cầu dẹt gọi vùng lồi trung tâm tạo bỡi già, khí bụi Cẩm Nang Vật Lí 12 Ban KHTN Ngày mai hôm Trang 32 Giáo viên: Nguyễn Hồng Thạch Trường THPT Phan Bội Châu, Di Linh, Lâm Đồng •Ngay trung tâm Thiên Hà có nguồn phát xạ hồng ngoại nguồn phát sóng vơ tuyến điện (tương đương với độ sáng chừng 20 triệu Mặt Trời phóng luồng gió mạnh) •Từ Trái Đất, nhìn hình chiếu thiên Hà vòm trời gọi dải Ngân Hà nằm theo hướng Đông Bắc – Tây Nam trời c Nhóm thiên hà Siêu nhóm thiên hà: Vũ trụ có hàng trăm tỉ thiên hà, thiên hà thường cách khoảng mười lần kích thước Thiên Hà Các thiên hà có xu hướng hợp lại với thành nhóm từ vài chục đến vài nghìn thiên hà Thiên Hà thiên hà lân lận thuộc Nhóm thiên hà địa phương, gồm khoảng 20 thành viên, chiếm thể tích khơng gian có đường kính gần triệu năm ánh sáng Nhóm bị chi phối chủ yếu bỡi ba thiên hà xoắn ốc lớn: Tinh vân Tiên Nữ (thiên hà Tiên Nữ M31 hay NGC224); Thiên Hà chúng ta; Thiên hà Tam giác, thành viên cịn lại Nhóm thiên hà elip thiên hà khơng định hình tí hon Ở khoảng cách cỡ khoảng 50 triệu năm ánh sáng Nhóm Trinh Nữ chứa hàng nghìn thiên hà trải rộng bầu trời chịm Trinh Nữ Các nhóm thiên hà tập hợp lại thành Siêu nhóm thiên hà hay Đại thiên hà Siêu nhóm thiên hà địa phương có tâm nằm Nhóm Trinh Nữ chứa tất nhóm bao quanh nó, có nhóm thiên hà địa phương IV THUYẾT VỤ NỔ LỚN (BIG BANG) Định luật Hubble (Hớp-bơn): Tốc độ lùi xa thiên hà tỉ lệ với khoảng cách thiên hà chúng v = Hd ta: ; năm ánh sáng = 9,46.1012 Km −2 H = 1,7.10 m/(s.năm ánh sáng) Thuyết vụ nổ lớn (Big Bang): Theo thuyết vụ nổ lớn, vũ trụ bắt đầu dãn nở từ “điểm kì dị” Để tính tuổi bán kính vũ trụ, ta chọn “điểm kì dị” làm mốc (gọi điểm zêrô Big Bang) Tại thời điểm định luật vật lí biết thuyết tương đối rộng khơng áp dụng Vật lí học −43 đại dựa vào vật lí hạt sơ cấp để dự đốn tượng xảy thời điểm t p = 10 s sau Vụ nổ lớn gọi thời điểm Planck Ở thời điểm Planck, kích thước vụ trụ 10−35 m , nhiệt độ 1032 K mật độ 1091 kg/cm Các trị số cực lớn cực nhỏ gọi trị số Planck Từ thời điểm Vũ trụ dãn nở nhanh, nhiệt độ Vũ trụ giảm dần Tại thời điểm Planck, Vũ trụ bị tràn ngập bỡi hạt có lượng cao electron, notrino quark, lượng 1015 GeV Tại thời điểm t = 10 −6 s , chuyển động quark phản quark đủ chậm để lực tương tác mạnh gom chúng lại gắn kết chúng lại thành prơtơn nơtrơn, lượng trung bình hạt vũ trụ lúc 1GeV Tại thời điểm t = phuùt , hạt nhân Heli tạo thành Trước đó, prơtơn nơtrôn kết hợp với 2 để tạo thành hạt nhân đơteri H Khi đó, xuất hạt nhân đơteri H , triti H , heli He bền Các hạt nhân hiđrô hêli chiếm 98% khối lượng thiên hà, khối lượng hạt nhân nặng chiếm 2% Ở thiên thể, có khối lượng hêli có khối lượng hiđrơ Điều 4 chứng tỏ, thiên thể, thiên hà có chung nguồn gốc Tại thời điểm t = 300000 naêm , loại hạt nhân khác tạo thành, tương tác chủ yếu chi phối vũ trụ tương tác điện từ Các lực điện từ gắn electron với hạt nhân, tạo thành nguyên tử H He Tại thời điểm t = 109 naêm , nguyên tử tạo thành, tương tác chủ yếu chi phối vũ trụ tương tác hấp dẫn Các lực hấp dẫn thu gom nguyên tử lại, tạo thành thiên hà ngăn cản thiên hà tiếp tục nở Trong thiên hà, lực hấp dẫn nén đám nguyên tử lại tạo thành Chỉ có khoảng cách thiên hà tiếp tục tăng lên Tại thời điểm t = 14.109 naêm , vũ trụ trạng thái với nhiệt độ trung bình T = 2,7K Cẩm Nang Vật Lí 12 Ban KHTN Ngày mai hơm Trang 33 ... kì thi cơng nhận TNTHPT tuyển sinh vào trường ĐH, CĐ, … Cuốn Cẩm Nang Vật Lí 12 thi? ??t kế kèm với giáo khoa Vật Lí 12 (chương trình chuẩn chương trình nâng cao), với mục đích giúp học sinh rèn luyện. .. LỜI NÓI ĐẦU Cẩm nang Vật Lí 12 viết sở dựa vào tinh thần thay sách giáo khoa cấp đổi phương pháp dạy học; đổi phương pháp dạy học vật lí Đặc biệt dựa sở kiểm tra đánh giá kiến thức học sinh hình... thụ lọc lựa: Vật suốt (vật không màu) vật không hấp thụ ánh sáng miền nhìn thấy quang phổ Vật có màu đen vật hấp thụ hoàn toàn ánh sáng miền nhìn thấy quang phổ Vật suốt có màu vật hấp thụ lọc