Sổ tay Vật lý 12 - Nguyễn Quang Đông

Nội dung text: Sổ tay Vật lý 12 - Nguyễn Quang Đông

1. NguyÔn Quang §«ng Sæ tay vËt lý 12 dµnh cho häc sinh «n thi tèt nghiÖp THPT vµ luyÖn thi ®¹i häc th¸I nguyªn - 2011
2. NguyÔn Quang §«ng. §H Th¸i Nguyªn Mobile: 0974974888 Môc lôc Trang CÊu tróc ®Ò thi TNTHPT vµ TS§H 2 H−íng dÉn chuÈn bÞ thi vµ thi tr¾c 3 nghiÖm m«n vËt lý CH¦¥NG I: dao ®éng c¬ 5 CH¦¥NG II: sãng c¬ vµ sãng ©m 17 CH¦¥NG III: dßng ®iÖn xoay chiÒu 21 CH¦¥NG IV: dao ®éng vµ sãng ®iÖn tõ 28 CH¦¥NG V: sãng ¸nh s¸ng 31 CH¦¥NG VI: l−îng tö ¸nh s¸ng 35 CH¦¥NG VII: vËt lý h¹t nh©n 39 CH¦¥NG VIII: tõ vi m« ®Õn vÜ m« 45 NGUYỄN QUANG ĐÔNG – ĐH THÁI NGUYÊN Email: nguyenquangdongtn@gmail.com. Mobile: 0974.974.888 1
3. NguyÔn Quang §«ng. §H Th¸i Nguyªn Mobile: 0974974888 CẤU TRÚC ĐỀ THI TS ĐH, CĐ CẤU TRÚC ĐỀ THI TN THPT I. PHẦN CHUNG CHO TẤT CẢ THÍ SINH [40 câu] I. PHẦN CHUNG CHO TẤT CẢ THÍ SINH [32 câu] Nội dung Số câu Nội dung Số câu Dao động cơ 7 Dao động cơ 6 Sóng cơ 4 Sóng cơ 4 Dòng điện xoay chiều 9 Dòng điện xoay chiều 7 Dao động và sóng điện từ 4 Dao động và sóng điện từ 2 Sóng ánh sáng 5 Sóng ánh sáng 5 Lượng tử ánh sáng 5 Lượng tử ánh sáng 3 Hạt nhân nguyên tử Hạt nhân nguyên tử 6 5 Từ vi mô đến vĩ mô Từ vi mô đến vĩ mô II. PHẦN RIÊNG [10 câu] II. PHẦN RIÊNG [8 câu]: Thí sinh chỉ được chọn một trong hai phần (phần A hoặc B) Thí sinh chỉ được chọn một trong hai phần (phần A hoặc B) A. Theo chương trình Chuẩn [10 câu] A. Theo chương trình Chuẩn [8 câu] Chủ đề Số câu Chủ đề Số câu Dao động cơ Dao động cơ Sóng cơ và sóng âm Sóng cơ và sóng âm 4 6 Dòng điện xoay chiều Dòng điện xoay chiều Dao động và sóng điện từ Dao động và sóng điện từ Sóng ánh sáng Sóng ánh sáng Lượng tử ánh sáng Lượng tử ánh sáng 4 4 Hạt nhân nguyên tử Hạt nhân nguyên tử Từ vi mô đến vĩ mô Từ vi mô đến vĩ mô B. Theo chương trình Nâng cao [8 câu] B. Theo chương trình Nâng cao [10 câu] Chủ đề Số câu Chủ đề Số câu Động lực học vật rắn 4 Động lực học vật rắn 4 Dao động cơ Dao động cơ Sóng cơ Sóng cơ Dao động và sóng điện từ Dao động và sóng điện từ Dòng điện xoay chiều Dòng điện xoay chiều Sóng ánh sáng 4 Sóng ánh sáng 6 Lượng tử ánh sáng Lượng tử ánh sáng Sơ lược về thuyết tương đối hẹp Sơ lược về thuyết tương đối hẹp Hạt nhân nguyên tử Hạt nhân nguyên tử Từ vi mô đến vĩ mô Từ vi mô đến vĩ mô 2
4. NguyÔn Quang §«ng. §H Th¸i Nguyªn Mobile: 0974974888 H−íng dÉn chuÈn bÞ thi vµ thi tr¾c nghiÖm m«n vËt lý I. ChuÈn bÞ kiÕn thøc lµ quan träng nhÊt Cã thÓ nãi ®èi víi h×nh thøc thi tr¾c nghiÖm kh¸ch quan, phÇn chuÈn bÞ kiÕn thøc lµ quan träng nhÊt, cã thÓ nãi lµ kh©u quyÕt ®Þnh: “Cã kiÕn thøc lµ cã tÊt c¶”, cßn viÖc lµm quen víi h×nh thøc tr¾c nghiÖm lµ hÕt søc ®¬n gi¶n. Häc sinh nªn dïng 99% thêi gian cho chuÈn bÞ kiÕn thøc vµ chØ cÇn 1% lµm quen víi h×nh thøc thi tr¾c nghiÖm. 1. C©u tr¾c nghiªm ®−îc sö dông lµ lo¹i c©u tr¾c nghiÖm nhiÒu lùa chän, ®©y lµ lo¹i c©u tr¾c nghiªm gåm 2 phÇn: PhÇn më ®Çu (c©u dÉn): Nªu néi dung vÊn ®Ò vµ c©u hái ph¶i tr¶ lêi. PhÇn th«ng tin: Nªu c¸c c©u tr¶ lêi ®Ó gi¶i quyÕt vÊn ®Ò. Trong c¸c ph−¬ng ¸n nµy, chØ cã duy nhÊt mét ph−¬ng ¸n ®óng, häc sinh ph¶i chØ ra ®−îc ph−¬ng ¸n ®óng ®ã. Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y sÏ sö dông lo¹i c©u tr¾c nghiÖm cã 4 lùa chän: A, B, C vµ D vµ cã duy nhÊt mét ph−¬ng ¸n ®óng. C¸c ph−¬ng ¸n kh¸c ®−îc ®−a vµo cã t¸c dông “g©y nhiÔu” ®èi víi thÝ sinh. 2. Néi dung c©u tr¾c nghiÖm cã thÓ lµ lý thuyÕt hoÆc bµi to¸n. 3. §Ò thi gåm nhiÒu c©u, r¶i kh¾p ch−¬ng tr×nh VËt lý líp 12, kh«ng cã träng t©m, do ®ã cÇn häc toµn bé néi dung cña ch−¬ng tr×nh m«n häc (Theo h−íng dÉn «n tËp cña Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o), kh«ng ®−îc bá qua mét néi dung nµo, tr¸nh ®o¸n “tñ”, häc “tñ”. Tuy nhiªn kh«ng ph¶i lµ häc thuéc lßng toµn bé c¸c bµi lý thuyÕt, thuéc tõng c©u tõng ch÷ nh− trong viÖc thi tù luËn tr−íc ®©y. Häc ®Ó thi tr¾c nghiÖm ph¶i hiÓu kÜ néi dung c¸c kiÕn thøc c¬ b¶n, ghi nhí nh÷ng ®Þnh luËt, ®Þnh nghÜa, nguyªn lý, c«ng thøc, tÝnh chÊt, øng dông c¬ b¶n Ph¶i n¾m v÷ng kÜ n¨ng gi¶i c¸c d¹ng bµi tËp trong s¸ch gi¸o khoa vµ s¸ch bµi tËp. 4. Mét sè lo¹i c©u tr¾c nghiÖm m«n vËt lý th−êng gÆp: a. C©u lý thuyÕt chØ yªu cÇu nhËn biÕt. §©y lµ nh÷ng c©u tr¾c nghiÖm chØ yªu cÇu thÝ sinh nhËn ra mét c«ng thøc, mét ®Þnh nghÜa, mét ®Þnh luËt, mét tÝnh chÊt, mét øng dông ®· häc. VÝ dô (§Ò TS§H 2010): £lectron lµ h¹t s¬ cÊp thuéc lo¹i: A. hipªron B. nucl«n C. mªz«n D. lept«n. PP: §èi víi nh÷ng c©u tr¾c nghiÖm lo¹i nµy, sau khi ®äc xong phÇn dÉn thÝ sinh cÇn ®äc ngay tÊt c¶ c¸c ph−¬ng ¸n trong phÇn lùa chän ®Ó nhËn ra ph−¬ng ¸n ®óng. Tõ vÝ dô nµy cho thÊy ®Ó chuÈn bÞ thi tr¾c nghiÖm vÉn ph¶i häc thuéc vµ nhí kiÕn thøc c¬ b¶n b. C©u lý thuyÕt yªu cÇu ph¶i hiÓu vµ vËn dông ®−îc kiÕn thøc vµo nh÷ng t×nh huèng míi: §©y lµ nh÷ng c©u tr¾c nghiÖm ®ßi hái thÝ sinh kh«ng chØ nhí kiÕn thøc mµ ph¶i hiÓu vµ vËn dông ®−îc kiÕn thøc vµo nh÷ng t×nh huèng cô thÓ. VÝ dô (§Ò TS§H 2009): Mét m¹ch dao ®éng ®iÖn tõ LC lÝ t−ëng gåm cuén c¶m thuÇn ®é tù c¶m L vµ tô ®iÖn cã ®iÖn dung thay ®æi ®−îc tõ C1 ®Õn C2. M¹ch dao ®éng nµy cã chu k× dao ®éng riªng thay ®æi ®−îc. A. tõ 4π LC1 ®Õn 4π LC2 . B. tõ 2π LC1 ®Õn 2π LC2 C. tõ 2 LC1 ®Õn 2 LC2 D. tõ 4 LC1 ®Õn 4 LC2 Khi t×m lêi gi¶i, nÕu chØ nhí c«ng thøc tÝnh chu k× dao ®éng cña m¹ch dao ®éng T = 2π LC th× ch−a ®ñ, ph¶i hiÓu ®−îc mèi quan hÖ ®Þnh l−îng gi÷a c¸c ®¹i l−îng cã mÆt trong c«ng thøc th× míi t×m ®−îc ph−¬ng ¸n ®óng. PP: Víi lo¹i c©u nµy, nÕu cã yªu cÇu tÝnh to¸n ®¬n gi¶n nh− vÝ dô trªn th× sau khi ®äc xong phÇn dÉn, kh«ng nªn ®äc ngay phÇn lùa chän mµ nªn thùc hiÖn c¸c phÐp tÝnh ®Ó t×m ph−¬ng ¸n tr¶ lêi, sau ®ã míi so s¸nh ph−¬ng ¸n cña m×nh víi c¸c ph−¬ng ¸n trong phÇn lùa chän cña c©u tr¾c nghiÖm ®Ó quyÕt ®Þnh ph−¬ng ¸n cÇn chän. c. Bµi to¸n: Kh¸c víi c¸c bµi to¸n trong ®Ò tù luËn, trong c©u tr¾c nghiÖm th−êng lµ nh÷ng bµi to¸n chØ cÇn tõ dïng 1 ®Õn 2 hoÆc 3 phÐp tÝnh, c«ng thøc lµ cã thÓ t×m ra ®¸p sè. VÝ dô (§Ò TS§H 2009): Mét con l¾c lß xo gåm lß xo nhÑ vµ vËt nhá dao ®éng ®iÒu hßa theo ph−¬ng ngang víi tÇn sè gãc 10 rad/s. BiÕt r»ng khi ®éng n¨ng vµ thÕ n¨ng (mèc ë vÞ trÝ c©n b»ng cña vËt) b»ng nhau th× vËn tèc cña vËt cã ®é lín b»ng 0,6 m/s. Biªn ®é dao ®éng cña con l¾c lµ A. 6 cm B. 62cm C. 12 cm D. 12 2 cm PP: Víi lo¹i c©u tr¾c nghiÖm nµy sau khi ®äc xong phÇn dÉn, nÕu ®äc ngay phÇn lùa chän th× rÊt cã thÓ cã mét ®¸p sè sai “hÊp dÉn” thÝ sinh, lµm ¶nh h−ëng ®Õn c¸ch gi¶i còng nh− c¸ch tÝnh to¸n cña thÝ sinh vµ sÏ dÉn ®Õn lµm sai c©u tr¾c nghiÖm. Do vËy nªn tiÕn hµnh theo quy tr×nh sau: - §äc ®Çu bµi to¸n trong phÇn dÉn. 3
5. NguyÔn Quang §«ng. §H Th¸i Nguyªn Mobile: 0974974888 - Gi¶i bµi to¸n ®Ó t×m ®¸p sè. - So s¸nh ®¸p sè t×m ®−îc víi c¸c ®¸p sè cã trong phÇn lùa chän. - Chän ph−¬ng ¸n ®óng. II. H−íng dÉn lµm bµi kiÓm tra, thi b»ng ph−¬ng ph¸p tr¾c nghiÖm ë ®©y chØ nªu mét sè ®iÓm c¬ b¶n vÒ c¸ch lµm bµi tr¾c nghiÖm m«n vËt lý: 1. CÇn chuÈn bÞ bót ch×, bót mùc (bi), gät bót ch×, tÈy, m¸y tÝnh vµ ®ång hå ®Ó theo dâi giê lµm bµi. Nªn dïng lo¹i bót ch× mÒm (2B ®Õn 6B), kh«ng nªn gät ®Çu bót ch× qu¸ nhän, ®Çu bót ch× nªn ®Ó dÑt, ph¼ng ®Ó cã thÓ nhanh chãng t« ®en « tr¶ lêi. Khi t« ®en « ®· chän, cÇn cÇm bót ch× th¼ng ®øng ®Ó t« ®−îc nhanh. Nªn cã vµi bót ch× ®· gät s½n ®Ó dù tr÷ khi lµm bµi. 2. §õng bao giê nghÜ ®Õn viÖc mang “tµi liÖu” vµo phßng thi hoÆc tr«ng chê vµo sù gióp ®ì cña thÝ sinh kh¸c trong phßng thi, v× c¸c ®Ò cã h×nh thøc kh¸c nhau vµ rÊt dµi, mçi c©u chØ cã h¬n mét phót ®Ó tr¶ lêi nªn ph¶i tËn dông toµn bé thêi gian míi lµm kÞp. 3. Khi nhËn ®Ò, cÇn kiÓm tra xem: ®Ò thi cã ®ñ sè c©u tr¾c nghiÖm nh− ®· ghi trong ®Ò kh«ng, néi dung ®Ò cã ®−îc in râ rµng kh«ng(Cã tõ nµo thiÕu ch÷, mÊt nÐt kh«ng ). TÊt c¶ c¸c trang cã cïng mét m· ®Ò kh«ng. 4. Khi lµm tõng c©u tr¾c nghiÖm, thÝ sinh cÇn ®äc kÜ néi dung cña c©u tr¾c nghiÖm, ph¶i ®äc hÕt trän vÑn mçi c©u tr¾c nghiÖm, c¶ phÇn dÉn vµ 4 lùa chän A, B, C, D ®Ó lùa chän mét ph−¬ng ¸n ®óng vµ dïng bót ch× t« kÝn « t−¬ng øng víi c¸c ch÷ c¸i A hoÆc B, C, D trong phiÕu tr¶ lêi tr¾c nghiÖm. 5. Lµm ®−îc c©u tr¾c nghiÖm nµo thÝ sinh nªn dïng bót ch× t« ngay « tr¶ lêi trªn phiÕu tr¶ lêi tr¾c nghiÖm, t−¬ng øng víi c©u tr¾c nghiÖm ®ã. Tr¸nh lµm toµn bé c¸c c©u cña ®Ò trªn giÊy nh¸p hoÆc trªn ®Ò thi råi míi t« vµo phiÕu tr¶ lêi, v× dÔ bÞ thiÕu thêi gian, t« véi vµng dÉn ®Õn nhÇm lÉn! Tr¸nh viÖc t« 2 « trë lªn cho mét c©u tr¾c ngiÖm v× trong tr−êng hîp nµy sÏ c©u ®ã kh«ng ®−îc chÊm vµ sÏ kh«ng cã ®iÓm. 6. Thêi gian lµ mét thö th¸ch khi lµm bµi tr¾c nghiÖm. ThÝ sinh ph¶i hÕt søc khÈn tr−¬ng, tiÕt kiÖm thêi gian, ph¶i tËp trung cao, vËn dông kiÕn thøc, kÜ n¨ng ®Ó nhanh chãng quyÕt ®Þnh c©u tr¶ lêi ®óng. 7. Nªn ®Ó phiÕu tr¶ lêi tr¾c nghiÖm phÝa tay cÇm bót (th−êng lµ bªn ph¶i), ®Ò thi tr¾c nghiÖm phÝa kia (bªn tr¸i), tay tr¸i gi÷ ë vÞ trÝ c©u tr¾c nghiÖm ®ang lµm, tay ph¶i dß t×m sè c©u tr¶ lêi t−¬ng øng trªn phiÕu tr¶ lêi tr¾c nghiÖm vµ khi cã ph−¬ng ¸n ®óng th× t« ngay vµo « tr¶ lêi ®−îc lùa chän (tr¸nh t« nhÇm sang dßng cña c©u kh¸c). 8. Nªn b¾t ®Çu lµm bµi tõ c©u tr¾c nghiÖm sè mét. LÇn l−ît “l−ít qua” kh¸ nhanh, quyÕt ®Þnh lµm nh÷ng c©u c¶m thÊy dÔ vµ ch¾c ch¾n, ®ång thêi ®¸nh dÊu trong ®Ò thi nh÷ng c©u ch−a lµm ®−îc. LÇn l−ît thùc hiÖn ®Õn c©u tr¾c nghiÖm cuèi cïng trong ®Ò. Sau ®ã quay trë l¹i gi¶i quyÕt nh÷ng c©u t¹m thêi bá qua. Khi thùc hiÖn vßng hai nµy còng hÕt søc khÈn tr−¬ng: nªn lµm nh÷ng c©u t−¬ng ®èi dÔ h¬n, mét lÇn n÷a bá qua nh÷ng c©u khã ®Ó gi¶i quyÕt trong ®ît thø ba, nÕu cßn thêi gian. Kh«ng nªn dµnh qu¸ nhiÒu thêi gian cho mét c©u nµo ®ã, nÕu ch−a gi¶i quyÕt ®−îc ngay th× nªn chuyÓn sang c©u kh¸c, tr¸nh ®Ó x¶y ra t×nh tr¹ng “m¾c” ë mét c©u mµ bá qua c¬ héi giµnh ®iÓm ë nh÷ng c©u hái kh¸c trong kh¶ n¨ng cña m×nh ë phÝa sau. 9. Khi lµm mét c©u tr¾c nghiÖm, ph¶i ®¸nh gi¸ ®Ó lo¹i bá ngay nh÷ng ph−¬ng ¸n sai vµ tËp trung c©n nh¾c c¸c ph−¬ng ¸n cßn l¹i ph−¬ng ¸n nµo ®óng. Th«ng th−êng trong 3 ph−¬ng ¸n nhiÔu sÏ cã mét ph−¬ng ¸n rÊt dÔ nhÇm víi ph−¬ng ¸n ®óng lµ khã ph©n biÖt nhÊt. Do vËy cÇn lo¹i ngay hai ph−¬ng ¸n sai dÔ nhËn thÊy, khi ®ã nÕu ph¶i lùa chän trong hai ph−¬ng ¸n th× x¸c suÊt sÏ cao h¬n (t¨ng tõ 25% lªn 50%). CÇn chó ý cã trong c¸c c©u hái phÇn bµi tËp, cã nh÷ng c©u kh«ng nhÊt thiÕt ph¶i tÝnh to¸n vÉn cã thÓ chØ ra ®−îc ph−¬ng ¸n ®óng nÕu tØnh t¸o lo¹i ®i c¸c ph−¬ng ¸n sai. 10. Cè g¾ng tr¶ lêi tÊt c¶ c¸c c©u tr¾c ngiÖm cña ®Ò thi ®Ó cã c¬ héi giµnh ®iÓm cao nhÊt; kh«ng nªn ®Ó trèng mét c©u nµo kh«ng tr¶ lêi. 11. §Ó tr¸nh s¬ suÊt khi lµm bµi m«n VËt lý, kh«ng sa vµo “bÉy” cña c¸c ph−¬ng ¸n nhiÔu vµ chän ®−îc ®óng c©u cÇn chän, cÇn l−u ý: - §äc thËt kÜ, kh«ng bá sãt mét tõ nµo cña phÇn dÉn ®Ó cã thÓ n¾m thËt ch¾c néi dung mµ ®Ò thi yªu cÇu tr¶ lêi. - Khi ®äc phÇn dÉn cÇn ®Æc biÖt chó ý c¸c tõ phñ ®Þnh nh− “kh«ng”, “kh«ng ®óng”, “sai” - §äc c¶ 4 ph−¬ng ¸n lùa chän, kh«ng bá mét ph−¬ng ¸n nµo. HÕt søc tr¸nh t×nh tr¹ng võa ®äc xong mét ph−¬ng ¸n thÝ sinh c¶m thÊy ®óng vµ dõng ngay kh«ng ®äc tiÕp c¸c ph−¬ng ¸n cßn l¹i. Víi h×nh thøc thi tr¾c nghiÖm, häc sinh nªn tù m×nh viÕt l¹i hoÆc thèng kª, bæ sung thªm c¸c c«ng thøc vµ d¹ng bµi ra mét b¶n tãm t¾t cña riªng m×nh, sao cho dÔ häc, dÔ nhí, nhanh vµ chÝnh x¸c, cÇn th−êng xuyªn «n tËp, rÌn luyÖn t− duy ph¸n ®o¸n, lo¹i trõ. 4
6. NguyÔn Quang §«ng. §H Th¸i Nguyªn Mobile: 0974974888 CH¦¥NG I: DAO §éng c¬ I. c¸c lo¹i dao ®éng 1. Dao ®éng: lµ chuyÓn ®éng lÆp ®i lÆp l¹i quanh vÞ trÝ c©n b»ng (Th−êng lµ vÞ trÝ cña vËt khi ®øng yªn). 2. Dao ®éng tuÇn hoµn: Lµ dao ®éng mµ tr¹ng th¸i chuyÓn ®éng cña vËt ®−îc lÆp l¹i nh− cò sau nh÷ng kho¶ng thêi gian b»ng nhau (gäi lµ chu kú). 3. Dao ®éng ®iÒu hoµ: a. §Þnh nghÜa: Dao ®éng ®iÒu hoµ lµ dao ®éng trong ®ã li ®é cña vËt lµ mét hµm cos (hoÆc sin) cña thêi gian. - Ph−¬ng tr×nh: x = Acos(ωt + ϕ) Trong ®ã: + x : Li ®é dao ®éng, lµ to¹ ®é cña vËt t¹i thêi ®iÓm t ®ang xÐt. Gi¸ trÞ: −Ax≤≤A. §¬n vÞ: cm, m, mm + A: Biªn ®é dao ®éng, lµ li ®é cùc ®¹i, lµ h»ng sè d−¬ng. Biªn ®é A phô thuéc kÝch thÝch ban ®Çu. + ω: TÇn sè gãc cña dao ®éng (rad/s), ω lµ h»ng sè d−¬ng. ω phô thuéc ®Æc tÝnh cña hÖ dao ®éng. BiÕt ω ta tÝnh ®−îc chu kú T vµ tÇn sè f: - Chu k× T: Lµ kho¶ng thêi gian ng¾n nhÊt ®Ó vËt trë l¹i tr¹ng th¸i nh− cò (vÞ trÝ cò theo h−íng cò), nã còng lµ thêi gian ®Ó vËt thùc hiÖn ®−îc 1 dao ®éng toµn phÇn. 2π t T = = (n lµ sè dao ®éng toµn phÇn vËt thùc hiÖn trong thêi gian t) ω n §¬n vÞ cña chu k× lµ gi©y (s). - TÇn sè f: Lµ sè dao ®éng toµn phÇn thùc hiÖn ®−îc trong 1 gi©y. §¬n vÞ lµ HÐc (Hz). 1 ω f = = T2π + (ωt + ϕ) : Pha cña dao ®éng t¹i thêi ®iÓm t ®ang xÐt. Pha cña dao ®éng lµ cã thÓ d−¬ng, ©m hoÆc b»ng 0. Nã cho phÐp x¸c ®Þnh tr¹ng th¸i dao ®éng t¹i mét thêi ®iÓm t nµo ®ã. §¬n vÞ: Rad + ϕ: Pha ban ®Çu cña dao ®éng. Lµ pha cña dao ®éng t¹i thêi ®iÓm t = 0. ϕ lµ h»ng sè cã thÓ d−¬ng, ©m hoÆc b»ng 0. Dïng ®Ó x¸c ®Þnh tr¹ng th¸i ban ®Çu cña dao ®éng. ϕ phô thuéc viÖc chän mèc thêi gian. Chó ý: Dao ®éng ®iÒu hoµ lµ tr−êng hîp riªng cña dao ®éng tuÇn hoµn, dao ®éng tuÇn hoµn cã thÓ kh«ng ®iÒu hoµ. b. VËn tèc cña vËt dao ®éng ®iÒu hoµ: v = x’ = - ωAsin(ωt + ϕ) = ωAcos(ωt + ϕ +π/2) (2) => |v|max = ωA ë VTCB. |v|min = 0 ë vÞ trÝ biªn. π => So s¸nh (1) vµ (2) thÊy v còng biÕn ®æi ®iÒu hoµ víi tÇn sè gãc ω nh−ng lu«n nhanh pha so víi x vµ 2 rót ra hÖ thøc ®éc lËp thêi gian: ω22A = ω2x2 + v2 Chó ý : v lu«n cïng chiÒu víi chiÒu chuyÓn ®éng, vËt chuyÓn ®éng theo chiÒu d−¬ng th× v > 0, theo chiÒu ©m th× v < 0. c. Gia tèc cña vËt dao ®éng ®iÒu hoµ: a = v’ = x’’ = - ω2Acos(ωt + ϕ) = ω2Acos(ωt + ϕ + π) = - ω2x (3) 5
7. NguyÔn Quang §«ng. §H Th¸i Nguyªn Mobile: 0974974888 => |a| = ω2A ë vÞ trÝ biªn, |a| = 0 ë VTCB max min => a lu«n h−íng vÒ vÞ trÝ c©n b»ng => So s¸nh (1) vµ (2) vµ (3) thÊy a, v và x biÕn ®æi cïng tÇn sè gãc, chu kú vµ tÇn sè. VÒ pha: a lu«n nhanh π pha π so víi x (tøc lµ ng−îc pha x), a lu«n nhanh pha so víi v. 2 Tõ (2) vµ (3) cã hÖ thøc ®éc lËp thêi gian gi÷a a vµ v: ω42A = a2 + v2ω2 d. C¬ n¨ng (n¨ng l−îng) cña vËt dao ®éng ®iÒu hoµ: 11 Gåm: + §éng n¨ng: W = mv22=+mω A2sin2(ωϕt ) =Wsin2(ωϕt +) đ 22 11 + ThÕ n¨ng: W(= mω 22x =+mωω2A2cos2 t ϕ)=Wcos2(ωt +ϕ) t 22 1 => C¬ n¨ng: WW=+W=mω 2A2 = (W ) = (W ) = const đ t 2 ® max t max Chó ý: Dao ®éng ®iÒu hoµ cã tÇn sè gãc lµ ω, tÇn sè f, chu kú T th× b»ng c¸ch h¹ bËc ta suy ra ®éng n¨ng vµ thÕ n¨ng biÕn thiªn víi tÇn sè gãc 2ω, tÇn sè 2f, chu kú T/2. NÕu chä gèc thÕ n¨ng ë VTCB th× c¬ n¨ng b»ng ®éng n¨ng cùc ®¹i (ë VTCB) hoÆc b»ng thÕ n¨ng cùc ®¹i (ë vÞ trÝ biªn). - Kho¶ng thêi gian gi÷a hai lÇn liªn tiÕp ®éng n¨ng b»ng thÕ n¨ng lµ T/4. - §éng n¨ng vµ thÕ n¨ng trung b×nh trong thêi gian nT/2 ( n∈N*, T lµ chu kú dao ®éng) lµ: W1 = mω 2A2 24 e. Tæng hîp dao ®éng ®iÒu hoµ: * §é lÖch pha gi÷a hai dao ®éng cïng tÇn sè: x1 = A1sin(ωt + ϕ1) vµ x2 = A2sin(ωt + ϕ2) + §é lÖch pha gi÷a dao ®éng x1 so víi x2: ∆ϕ = ϕ1 - ϕ2 NÕu ∆ϕ > 0 ⇔ ϕ1 > ϕ2 th× x1 nhanh pha h¬n x2. NÕu ∆ϕ Biªn ®é dao ®éng tæng hîp: AA=+xyA 6
8. NguyÔn Quang §«ng. §H Th¸i Nguyªn Mobile: 0974974888 A Pha ban ®Çu cña dao ®éng tæng hîp: tgϕ = y Ax Chó ý: Tæng hîp hai dao ®éng ®iÒu hoµ cïng ph−¬ng, cïng tÇn sè còng cã thÓ ¸p dông tr−êng hîp tæng qu¸t trªn. π π Quan träng: Khi tìm pha ban đầu bằng biểu thức (*), giá trị tìm được - ≤ ϕ ≤ , nhưng trên thực tế 2 2 thì kết quả cã thÓ không đúng như vậy, nguyên nhân là vì tanϕ = tan(ϕ + kπ), trong trường hợp này ta cần cộng thêm pha ban đầu là π. Do vËy cÇn x¸c ®Þnh xem ϕ thuéc gãc phÇn t− thø mÊy: NÕu Ax > 0 vµ Ay >0: ϕ thuéc gãc phÇn t− thø nhÊt, nÕu Ax 0: ϕ thuéc gãc phÇn t− thø hai, NÕu Ax 0 vµ Ay <0: ϕ thuéc gãc phÇn t− thø t−. Cã thÓ kÕt hîp trùc tiÕp vÏ gi¶n ®å vÐc t¬ ®Ó kiÓm tra kÕt qu¶. - Ngoµi ph−¬ng ph¸p trªn, nÕu A1 = A2 = A cã thÓ céng l−îng gi¸c sÏ t×m ®−îc ph−¬ng tr×nh dao ®éng tæng hîp: ϕ12−+ϕϕ⎛⎞1ϕ2 x12+=xA1cotss()ω +ϕω1+A2cot( +ϕ2) = 2cAcos os⎜⎟ωt+ 22⎝⎠ - Khi biết một dao động thành phần x1 = A1cos(ωt + ϕ1) và dao động tổng hợp x = Acos(ωt + ϕ) thì dao động thành phần còn lại là x2 = A2cos(ωt + ϕ2). 222 Trong đó: AA21=+A−2oAA1cs(ϕ −ϕ1) Asinϕ − A1sinϕ1 tanϕ2 = với ϕ1 ≤ ϕ ≤ ϕ2 ( nếu ϕ1 ≤ ϕ2 ) Acosϕ − A11cosϕ Mét sè d¹ng bµi tËp vÒ dao ®éng ®iÒu hoµ: D¹ng 1: TÝnh thêi gian ng¾n nhÊt ®Ó vËt chuyÓn ®éng tõ vÞ trÝ x1 ®Õn x2: B1: VÏ ®−êng trßn t©m O, b¸n kÝnh A. vÏ trôc Ox n»m ngang h−íng sang ph¶i. B2: X¸c ®Þnh vÞ trÝ t−¬ng øng cña vËt chuyÓn ®éng trßn ®Òu: Khi vËt dao ®éng ®iÒu hßa ë x1 th× vËt chuyÓn ®éng trßn ®Òu ë M trªn ®−êng trßn. Khi vËt dao ®éng ®iÒu hßa ë x2 th× vËt chuyÓn ®éng trßn ®Òu ë N trªn ®−êng trßn. B3: X¸c ®Þnh gãc quÐt Gãc quÐt lµ ϕ = MON (theo chiÒu ng−îc kim ®ång hå) Sö dông c¸c kiÕn thøc h×nh häc ®Ó t×m gi¸ trÞ cña ϕ (rad) B4: X¸c ®Þnh thêi gian chuyÓn ®éng ϕ t = víi ω lµ tÇn sè gèc cña dao ®éng ®iÒu hßa (rad/s) ω Mét sè kÕt qu¶: Thêi gian khi vËt ®i tõ VTCB ®Õn vÞ trÝ biªn hoÆc ng−îc l¹i lµ T/2. Thêi gian ng¾n nhÊt vËt ®i tõ x =0 ®Õn x= ± A/2 vµ ng−îc l¹i lµ T/12 Thêi gian ng¾n nhÊt vËt ®i tõ x =± A/2 ®Õn x= ± A vµ ng−îc l¹i lµ T/6. A Thêi gian ng¾n nhÊt vËt ®i tõ x = 0 ®Õn x= ± vµ ng−îc l¹i lµ T/8. 2 A Thêi gian ng¾n nhÊt vËt ®i tõ x =± ®Õn x= ± A vµ ng−îc l¹i lµ T/8. 2 A3 Thêi gian ng¾n nhÊt vËt ®i tõ x = 0 ®Õn x= ± vµ ng−îc l¹i lµ T/6. 2 A3 Thêi gian ng¾n nhÊt vËt ®i tõ x = ± ®Õn x= ± A vµ ng−îc l¹i lµ T/12. 2 D¹ng 2: Qu∙ng ®−êng vËt ®i ®−îc tõ thêi ®iÓm t1 ®Õn t2 C¸ch lµm: Thay c¸c thêi ®iÓm t1, t2 lÇn l−ît vµo biÓu thøc cña ly ®é vµ vËn tèc ®Ó x¸c ®Þnh vÞ trÝ vµ chiÒu chuyÓn ®éng cña vËt: 7
9. NguyÔn Quang §«ng. §H Th¸i Nguyªn Mobile: 0974974888 ⎧⎧xt11=+Acos(ωϕ) x2=Acos(ωt2+ϕ) ⎨⎨và ⎩⎩vA11=−ω sin(ωϕt+ ) v2=−ωAsin(ωt2+ϕ) (x1, x2 cÇn tÝnh chÝnh x¸c gi¸ trÞ, v1 vµ v2 chØ cÇn x¸c ®Þnh dÊu) + Ph©n tÝch: t2 – t1 = nT + ∆t (n ∈N; 0 Qu·ng ®−êng ®i ®−îc trong thêi gian nT lµ S1 = 4nA, trong thêi gian ∆t lµ S2. => Qu·ng ®−êng tæng céng lµ S = S1 + S2 Chó ý : + Qu·ng ®õng vËt dao ®éng ®iÒu hßa ®i ®−îc trong 1/2 chu kú lu«n lµ 2A => NÕu ∆t = T/2 th× S2 = 2A + TÝnh S2 b»ng c¸ch vÏ mét h×nh m« t¶ ®ång thêi vÞ trÝ x1, x2 vµ chiÒu chuyÓn ®éng cña vËt trªn trôc Ox, v¹ch mét nÐt tõ x1 ®Õn x2 theo chiÒu vËn tèc mµ kh«ng cã sù lÆp l¹i th× ®ã lµ ®o¹n S2 cÇn t×m. + Trong mét sè tr−êng hîp cã thÓ gi¶i bµi to¸n b»ng c¸ch sö dông mèi liªn hÖ gi÷a dao ®éng ®iÒu hoµ vµ chuyÓn ®éng trßn ®Òu sÏ ®¬n gi¶n h¬n. S + Tèc ®é trung b×nh cña vËt ®i tõ thêi ®iÓm t1 ®Õn t2: vtb = víi S lµ qu·ng ®−êng tÝnh nh− tt21− trªn. D¹ng 3: Bµi to¸n tÝnh qu∙ng ®−êng lín nhÊt vµ nhá nhÊt vËt ®i ®−îc trong kho¶ng thêi gian 0 T/2 T T¸ch ∆=tn+∆t' 2 T trong ®ã nN∈<*;0 ∆t'< 2 T Trong thêi gian n qu·ng ®−êng lu«n lµ 2nA 2 Trong thêi gian ∆t’ th× qu·ng ®−êng lín nhÊt, nhá nhÊt tÝnh nh− trªn. + Tèc ®é trung b×nh lín nhÊt vµ nhá nhÊt cña trong kho¶ng thêi gian ∆t: S S v = Max vµ v = Min víi S ; S tÝnh nh− trªn. tbMax ∆t tbMin ∆t Max Min D¹ng 4: ViÕt ph−¬ng tr×nh dao ®éng ®iÒu hoµ + B−íc 1: ViÕt ph−¬ng tr×nh d¹ng tæng qu¸t: x = Acos(ωt + ϕ) + B−íc 2: X¸c ®Þnh A, ω, ϕ 2π vaa * TÝnh ω: ωπ==2 f =mmax = ax =max T AAvmax 8
10. NguyÔn Quang §«ng. §H Th¸i Nguyªn Mobile: 0974974888 2 ⎛⎞vE2 2 vammax ax chieu dai quy dao lmax − lmin * TÝnh A: Ax=+⎜⎟ ===2 = = ⎝⎠ωωk ω22 ⎧xt=+Acos(ωϕ0 ) * TÝnh ϕ dùa vµo ®iÒu kiÖn ®Çu: lóc t = t0 (th−êng t0 = 0) ⎨ ⇒ ϕ ⎩vA=−ωωsin( t0 +ϕ) Chó ý : + VËt chuyÓn ®éng theo chiÒu d−¬ng th× v > 0, ng−îc l¹i v cos vµ ng−îc l¹i: + §æi thµnh cos: - cosα = cos(α + π); ± sinα = cos(α ∓ π/2) + §æi thµnh sin: ± cosα = sin(α ± π/2); - sinα = sin(α + π) Một vài trường hợp đặc biệt thường gặp: t = 0 Trạng thái dao động ban đầu ( t= 0) x v ϕ (rad) π Vật đi qua vị trí cân bằng theo chiều dương 0 + - 2 π Vật đi qua vị trí cân bằng theo chiều âm. 0 - 2 Vật ở biên dương A 0 0 Vật ở biên âm -A 0 π A A π Vật qua vị trí có x = theo chiều dương + - 2 2 3 A A π Vật qua vị trí có x = theo chiều âm. - 2 2 3 A A 2π Vật qua vị trí có x = - theo chiều dương - + - 2 2 3 A A 2π Vật qua vị trí có x = - theo chiều âm. - - 2 2 3 A A π Vật qua vị trí có x = theo chiều dương + - 2 2 4 A A π Vật qua vị trí có x = theo chiều âm. - 2 2 4 A A 3π Vật qua vị trí có x = - theo chiều dương - + - 2 2 4 A A 3π Vật qua vị trí có x = - theo chiều âm. - - 2 2 4 A 3 A 3 π Vật qua vị trí có x = theo chiều dương + - 2 2 6 A 3 A 3 π Vật qua vị trí có x = theo chiều âm. - 2 2 6 A 3 A 3 5π Vật qua vị trí có x = - theo chiều dương - + - 2 2 6 A 3 A 3 5π Vật qua vị trí có x = - theo chiều âm. - - 2 2 6 9
11. NguyÔn Quang §«ng. §H Th¸i Nguyªn Mobile: 0974974888 D¹ng 5: TÝnh thêi ®iÓm vËt ®i qua vÞ trÝ ®∙ biÕt x (hoÆc v, a, Wt, W®, F) lÇn thø n * Gi¶i ph−¬ng tr×nh l−îng gi¸c lÊy c¸c nghiÖm cña t (Víi t > 0 ⇒ ph¹m vi gi¸ trÞ cña k ) * LiÖt kª n nghiÖm ®Çu tiªn (th−êng n nhá) * Thêi ®iÓm thø n chÝnh lµ gi¸ trÞ lín thø n Chó ý :+ §Ò ra th−êng cho gi¸ trÞ n nhá, cßn nÕu n lín th× t×m quy luËt ®Ó suy ra nghiÖm thø n + Cã thÓ gi¶i bµi to¸n b»ng c¸ch sö dông mèi liªn hÖ gi÷a dao ®éng ®iÒu hoµ vµ chuyÓn ®éng trßn ®Òu D¹ng 6: T×m sè lÇn vËt ®i qua vÞ trÝ ®∙ biÕt x (hoÆc v, a, Wt, W®, F) tõ thêi ®iÓm t1 ®Õn t2. * Gi¶i ph−¬ng tr×nh l−îng gi¸c ®−îc c¸c nghiÖm * Tõ t1 x = ± 2 2 n +1 n + 1 1 1 n + Vận tốc: . mv2 = mω2A2 v = ± ωA n 2 2 n + 1 * Tại vị trí có Wt = nWđ ta có: n + 1 1 2 1 2 n + Toạ độ: . kx = kA x = ± A n 2 2 n + 1 1 1 ωA + Vận tốc: (n + 1). mv2 = mω2A2 v = ± 2 2 n +1 CÁC GIÁ TRỊ ĐẶC BIỆT THƯỜNG GẶP Trạng thái Toạ độ Vận tốc Động năng bằng thế năng: A ωA x = ± v = ± 2 2 Động năng bằng hai lần thế năng A 2 x = ± v = ± ωA 3 3 Động năng bằng ba lần thế năng A ωA 3 x = ± v = ± 2 2 Thế năng bằng hai lần động năng 2 ωA x = ± A v = ± 3 3 Thế năng bằng ba lần động năng A 3 ωA x = ± v = ± 2 2 A 1 Hệ quả: Tại vị trí x = ± thì động năng bằng thế năng, ta suy ra, cứ sau thời gian T tiếp theo thì 2 4 động năng và thế năng tiếp tục bằng nhau. 10
12. NguyÔn Quang §«ng. §H Th¸i Nguyªn Mobile: 0974974888 D¹ng 8: T×m li ®é, vËn tèc dao ®éng sau (tr−íc) thêi ®iÓm t mét kho¶ng thêi gian ∆t. BiÕt t¹i thêi ®iÓm t vËt cã li ®é x = x0. PP: * Tõ ph−¬ng tr×nh dao ®éng ®iÒu hoµ: x = Acos(ωt + ϕ) cho x = x0 LÊy nghiÖm ωt + ϕ = α víi 0 ≤ α ≤ π øng víi x ®ang gi¶m (vËt chuyÓn ®éng theo chiÒu ©m v× v T2 nên vật 2 đi nhanh hơn vật 1, chúng gặp nhau tại x1 + Với ϕ 0 (Hình 2): -A 1 -A 1 x x0 x ϕ ⇒−()π ϕω−12tt=ω−()π−ϕ 2(π −ϕ) M2 ⇒=t M1 ω +ω 12 M0 Hình 1: Với ϕ 0 4. Dao ®éng t¾t dÇn: - §Þnh nghÜa: lµ dao ®éng cã biªn ®é gi¶m dÇn theo thêi gian. - Nguyªn nh©n: Nguyªn nh©n lµ do ma s¸t cña m«i tr−êng lµm tiªu hao c¬ n¨ng cña con l¾c, lµm c¬ n¨ng chuyÓn dÇn thµnh nhiÖt n¨ng. Ma s¸t cµng lín, dao ®éng sÏ t¾t dÇn cµng nhanh. - øng dông: Trong gi¶m xãc, c¸c thiÕt bÞ ®ãng cöa tù ®éng 5. Dao ®éng duy tr×: - §Þnh nghÜa: lµ dao ®éng ®−îc duy tr× b»ng c¸ch gi÷ cho biªn ®é kh«ng ®æi mµ kh«ng lµm thay ®æi chu k× dao ®éng riªng. - Nguyªn t¾c duy tr× dao ®éng: Cung cÊp n¨ng l−îng ®óng b»ng phÇn n¨ng l−îng tiªu hao sau mçi nöa chu kú. Chó ý: Một con lắc lò xo dao động tắt dần với biên độ A, hệ số ma sát µ. * Quãng đường vật đi được đến lúc dừng lại là: 11
13. NguyÔn Quang §«ng. §H Th¸i Nguyªn Mobile: 0974974888 kA22ω A2 S == 22µmg µg 44µmg µg * Độ giảm biên độ sau mỗi chu kỳ là: ∆=A = k ω 2 A Ak ω 2 A * Số dao động thực hiện được: N == = ∆A 44µmg µg * Thời gian vật dao động đến lúc dừng lại: AkT πωA 2π ∆=tN.T= = (Nếu coi dao động tắt dần có tính tuần hoàn với chu kỳ T = ) 42µmg µg ω 6. Dao ®éng c−ìng bøc, céng h−ëng. - §Þnh nghÜa: Dao ®éng c−ìng bøc lµ dao ®éng chÞu t¸c dông cña 1 lùc c−ìng bøc tuÇn hoµn. BiÓu thøc lùc c−ìng bøc cã d¹ng: F = F0 cos(ωt + ϕ). - §Æc ®iÓm: + Biªn ®é: Dao ®éng c−ìng bøc cã biªn ®é kh«ng ®æi. + TÇn sè: Dao ®éng c−ìng bøc cã tÇn sè b»ng tÇn sè cña lùc c−ìng bøc. + Biªn ®é: Dao ®éng c−ìng bøc cã biªn ®é phô thuéc vµo biªn ®é cña lùc c−ìng bøc, ma s¸t vµ ®é chªnh lÖch gi÷a tÇn sè cña lùc c−ìng bøc vµ tÇn sè riªng cña hÖ dao ®éng. Khi tÇn sè cña lùc c−ìng bøc cµng gÇn tÇn sè riªng th× biªn ®é dao ®éng c−ìng bøc cµng lín. - HiÖn t−îng céng h−ëng: lµ hiÖn t−îng biªn ®é cña dao ®éng c−ìng bøc t¨ng ®Õn gi¸ trÞ cùc ®¹i khi tÇn sè (f) cña lùc c−ìng bøc b»ng tÇn sè dao ®éng riªng (f0) cña hÖ. => HiÖn t−îng céng h−ëng x¶y ra khi: f = f0 hay ω = ω0 hay T = T0 Víi f, ω, T vµ f0, ω0, T0 lµ tÇn sè, tÇn sè gãc, chu kú cña lùc c−ìng bøc vµ cña hÖ dao ®éng. II. CON l¾c lß xo: * CÊu t¹o: VËt nÆng m g¾n vµo mét lß xo cã ®é cøng k ë 3 t− thÕ: - N»m ngang: k m k m - Th¼ng ®øng: m k k m m - Theo mÆt ph¼ng nghiªng: 12
14. NguyÔn Quang §«ng. §H Th¸i Nguyªn Mobile: 0974974888 * §iÒu kiÖn xÐt: Bá qua ma s¸t, lùc c¶n, bá qua khèi l−îng cña lß xo (Coi lß xo rÊt nhÑ), xÐt trong giíi h¹n ®µn håi cña lß xo. Th−êng vËt nÆng coi lµ chÊt ®iÓm. C©u hái 1: TÝnh to¸n liªn quan ®Õn vÞ trÝ c©n b»ng: Gäi: ∆l lµ ®é biÕn d¹ng cña lß xo khi treo vËt ë vÞ trÝ c©n b»ng l0 lµ chiÒu dµi tù nhiªn cña lß xo lCB lµ chiÒu dµi cña lß xo khi treo vËt ë vÞ trÝ c©n b»ng ë vÞ trÝ c©n b»ng: + Con l¾c lß xo n»m ngang: Lß xo ch−a biÕn d¹ng. ∆l = 0, lCB = l0 + Con l¾c lß xo th¼ng ®øng: ë VTCB lß xo biÕn d¹ng mét ®o¹n ∆l Cã: P = F®h => mg = k. ∆l lCB = l0 + ∆l + Con l¾c lß xo treo vµo mÆt ph¼ng nghiªng gãc α : ë VTCB lß xo biÕn d¹ng mét ®o¹n ∆l Cã: P. sinα = F®h => mgsinα = k. ∆l lCB = l0 + ∆l C©u hái 2: Con l¾c lß xo dao ®éng ®iÒu hoµ. TÝnh: k - TÇn sè gãc: ω = ; m m ∆l - Chu kú: T = 2π ; Con l¾c lß xo th¼ng ®øng: T = 2π ; Treo vµo mÆt ph¼ng nghiªng: k g ∆l T = 2π g sinα Chó ý: Gäi T1 vµ T2 lµ chu k× cña con l¾c khi lÇn l−ît treo vËt m1 vµ m2 vµo lß xo cã ®é cøng k 2 2 2 Chu k× con l¾c khi treo c¶ m1 vµ m2: m = m1 + m2 lµ T = T1 + T2 , vµo vËt khèi l−îng m = m1 – m2 2 2 2 (m1 > m2) ®−îc chu kú T = T1 - T2 , 11ω k - TÇn sè: f == = Tm22ππ C©u hái 3: T×m chiÒu dµi lß xo khi dao ®éng + ChiÒu dµi ë vÞ trÝ c©n b»ng: lCB = l0 + ∆l + ChiÒu dµi cùc ®¹i lß xo khi dao ®éng: lmax = lcb + A + ChiÒu dµi cùc tiÓu khi lß xo dao ®éng: lmin = lcb – A ⇒ lCB = (lmin + lmax)/2; A= (lmax - lmin)/2 + ë vÞ trÝ cã li ®é x , chiÒu dµi lß xo lµ: l = lCB ± x Chó ý: Trong mét dao ®éng (mét chu kú) lß xo nÐn 2 lÇn vµ gi·n 2 lÇn Khi A ( ) nh− H×nh b: ∆l ∆l - Thêi gian lß xo nÐn 1 lÇn lµ thêi gian ng¾n nhÊt ®Ó vËt ®i O O tõ vÞ trÝ x1 = -∆l ®Õn x2 = -A. gi·n - Thêi gian lß xo gi·n 1 lÇn lµ thêi gian ng¾n nhÊt ®Ó vËt ®i A tõ vÞ trÝ x1 = -∆l ®Õn x2 = A A x x H×nh a (A ∆l) 13
15. NguyÔn Quang §«ng. §H Th¸i Nguyªn Mobile: 0974974888 C©u hái 4: TÝnh ®éng n¨ng, thÕ n¨ng, c¬ n¨ng. 1 - ThÕ n¨ng: W = kx2 t 2 1 - §éng n¨ng: W = mv2 ® 2 1 1 - C¬ n¨ng cña con l¾c lß xo: W = W + W = W = W = kA2 = mω2A2 = const t ® t max ® max 2 2 T Chó ý: §éng n¨ng vµ thÕ n¨ng biÕn thiªn ®iÒu hßa cïng chu k× T’ = , cïng tÇn sè f’ = 2f hoÆc tÇn sè 2 gãc ω’=2 ω C©u hái 5: TÝnh lùc tæng hîp t¸c dông lªn vËt (Lùc kÐo vÒ hay lùc håi phôc): 2 C«ng thøc: Fkv = ma = -kx = -mω x 2 §é lín: Fkv = m. a = k. x m: kg, a: m/s , k: N/m, x: m 2 Fkvmax = m.ω .A= k.A ë vÞ trÝ biªn Fkvmin = 0 ë VTCB §Æc ®iÓm: * Lµ lùc g©y dao ®éng cho vËt. * Lu«n h−íng vÒ VTCB * BiÕn thiªn ®iÒu hoµ cïng tÇn sè víi li ®é C©u hái 6: TÝnh lùc ®µn håi (lµ lùc ®−a vËt vÒ vÞ trÝ lß xo kh«ng biÕn d¹ng), còng lµ lùc mµ lß xo t¸c dông lªn gi¸ ®ì, ®iÓm treo, lªn vËt. Tæng qu¸t: F®h = k.®é biÕn d¹ng * Víi con l¾c lß xo n»m ngang th× lùc kÐo vÒ vµ lùc ®µn håi lµ mét (v× t¹i VTCB lß xo kh«ng biÕn d¹ng) * Víi con l¾c lß xo th¼ng ®øng hoÆc ®Æt trªn mÆt ph¼ng nghiªng (VËt ë phÝa d−íi) + §é lín lùc ®µn håi cã biÓu thøc: * F®h = k|∆l + x| víi chiÒu d−¬ng h−íng xuèng * F®h = k|∆l - x| víi chiÒu d−¬ng h−íng lªn + Lùc ®µn håi cùc ®¹i (lùc kÐo): FMax = k(∆l + A) (lóc vËt ë vÞ trÝ thÊp nhÊt) + Lùc ®µn håi cùc tiÓu: * NÕu A < ∆l ⇒ FMin = k(∆l - A) * NÕu A ≥ ∆l ⇒ FMin = 0 (lóc vËt ®i qua vÞ trÝ lß xo kh«ng biÕn d¹ng) C©u hái 7: Mét lß xo cã ®é cøng k, chiÒu dµi l ®−îc c¾t thµnh c¸c lß xo cã ®é cøng k1, k2, vµ chiÒu dµi t−¬ng øng lµ l1, l2, TÝnh k1, k2, Ta cã: l = l1 + l2 + kl = k1l1 = k2l2 = C©u hái 8: GhÐp lß xo: 111 2 2 2 * Nèi tiÕp: =++ ⇒ cïng treo mét vËt khèi l−îng nh− nhau th×: T = T1 + T2 kk12k 111 * Song song: k = k1 + k2 + ⇒ cïng treo mét vËt khèi l−îng nh− nhau th×: 22=+2+ TT12T 14
16. NguyÔn Quang §«ng. §H Th¸i Nguyªn Mobile: 0974974888 III. CON l¾c ®¬n: * CÊu t¹o: VËt nÆng m g¾n vµo mét sîi d©y cã chiÒu dµi l. * §iÒu kiÖn xÐt: Bá qua ma s¸t, lùc c¶n, d©y kh«ng gi·n vµ rÊt nhÑ, vËt coi lµ chÊt ®iÓm. g 2π l 11ω g 1. TÇn sè gãc: ω = ; chu kú: T ==2π ; tÇn sè: f == = l ω g Tl22ππ Chó ý: T¹i mét n¬i, chu kú dao ®éng ®iÒu hßa cña con l¾c ®¬n khi thay ®æi chiÒu dµi: Gäi T1 vµ T2 lµ chu k× cña con l¾c cã chiÒu dµi l1 vµ l2 2 2 2 + Con l¾c cã chiÒu dµi lµ l = l1 + l2 th× chu k× dao ®éng lµ: T = T1 + T2 . 2 2 2 + Con l¾c cã chiÒu dµi lµ l = l1 – l2 th× chu k× dao ®éng lµ: T = T1 - T2 . 2. Lùc kÐo vÒ (håi phôc): s F =−mg sinα =−mgαω=−mg =−m 2s l 3. Ph−¬ng tr×nh dao ®éng: s = S0cos(ωt + ϕ) hoÆc α = α0 cos(ωt + ϕ) víi s = α l, S0 = α0 l ⇒ v = s’ = -ωS0sin(ωt + ϕ) = -ωlα0 sin(ωt + ϕ) 2 2 2 2 ⇒ a = v’ = -ω S0cos(ωt + ϕ) = -ω lα0 cos(ωt + ϕ) = -ω s = -ω α l Chó ý: S0 ®ãng vai trß nh− A cßn s ®ãng vai trß nh− x 4. HÖ thøc ®éc lËp: * a = -ω2s = -ω2 α l v * Ss22=+()2 0 ω v2 * αα22=+ 0 gl 11mg 11 5. C¬ n¨ng: W ==mSω 22 S2=mglαω2=m2l2α2 2200l 2020 - C¬ n¨ng: W = Wt + W® 1 + ThÕ n¨ng: W = mω 2s2 = mgl(1 - cosα) t 2 mv2 + §éng n¨ng : W® = 2 - ë vÞ trÝ biªn : W = Wtmax = mgh0 víi h0 = l (1 - cosα0) mv 2 ë 0 - VTCB : W = W®max = 2 víi v0 lµ vËn tèc cùc ®¹i. mv2 - ë vÞ trÝ bÊt k× : W = mgl(1 - cosα) + 2 - VËn tèc cña con l¾c khi qua VTCB : v0 = 2g l (1 - cosα0) - VËn tèc cña con l¾c khi qua vÞ trÝ cã gãc lÖch α : v = 2g l (cosα - cosα0) - Lùc c¨ng d©y : T = mg(3cosα – 2cosα 0) 15
17. NguyÔn Quang §«ng. §H Th¸i Nguyªn Mobile: 0974974888 6. TÝnh thêi gian ®ång hå ch¹y nhanh (chËm) trong mét ngµy ®ªm: * X¸c ®Þnh xem ®ång hå ch¹y nhanh hay chËm: - ViÕt c«ng thøc tÝnh chu k× T khi ®ång hå ch¹y ®óng. - ViÕt c«ng thøc tÝnh chu k× T’ khi ®ång hå ch¹y sai. T' - LËp tØ sè T T' NÕu > 1 th× ®ång hå ch¹y chËm (®ång hå ®Õm gi©y sö dông con l¾c ®¬n) T T' NÕu 0 ⇒ F↑↑ E; cßn nÕu q < 0 ⇒ FE↑↓ ) - Lùc ®Èy ¸csimÐt: F = DgV ( F lu«ng th¼ng ®øng h−íng lªn) Trong ®ã: D lµ khèi l−îng riªng cña chÊt láng hay chÊt khÝ. g lµ gia tèc r¬i tù do. V lµ thÓ tÝch cña phÇn vËt ch×m trong chÊt láng hay chÊt khÝ ®ã. Khi ®ã: PP' =+F gäi lµ träng lùc hiÖu dông hay trong lùc biÓu kiÕn (cã vai trß nh− träng lùc P ) F gg' =+ gäi lµ gia tèc träng tr−êng hiÖu dông hay gia tèc träng tr−êng biÓu kiÕn. m l Chu kú dao ®éng cña con l¾c ®¬n khi ®ã: T '2= π g ' * C¸c tr−êng hîp th−êng gÆp: * F cã ph−¬ng ngang: F + T¹i VTCB d©y treo lÖch víi ph−¬ng th¼ng ®øng mét gãc cã: tanα = P F + gg'(=+22) m * F cã ph−¬ng th¼ng ®øng: T¹i VTCB d©y treo vÉn cã ph−¬ng th¼ng ®øng. F F + NÕu F h−íng xuèng th× gg' = + ; NÕu F h−íng lªn th× gg' = − m m 16
18. NguyÔn Quang §«ng. §H Th¸i Nguyªn Mobile: 0974974888 pCH¦¥NG II: sãng c¬ vµ sãng ©m I. sãng c¬ 1. §Þnh nghÜa: Lµ dao ®éng lan truyÒn trong mét m«i tr−êng vËt chÊt. Chó ý: - Sãng c¬ kh«ng truyÒn ®−îc trong ch©n kh«ng. - Mét ®Æc ®iÓm quan träng cña sãng lµ khi sãng truyÒn trong mét m«i tr−êng th× c¸c phÇn tö cña m«i tr−êng chØ dao ®éng quanh vÞ trÝ c©n b»ng cña chóng mµ kh«ng chuyÓn dêi theo sãng. ChØ cã pha dao ®éng cña chóng ®−îc truyÒn ®i. 2. C¸c lo¹i sãng: - Sãng ngang: Ph−¬ng dao ®éng cña c¸c phÇn tö cña m«i tr−êng vu«ng gãc víi ph−¬ng truyÒn sãng. VD: Sãng truyÒn trªn mÆt n−íc. Chó ý: Sãng ngang chØ truyÒn ®−îc trong chÊt r¾n vµ trªn bÒ mÆt chÊt láng. - Sãng däc: Ph−¬ng dao ®éng cña c¸c phÇn tö cña m«i tr−êng trïng víi ph−¬ng truyÒn sãng. VD: Sãng ©m. Chó ý: Sãng däc truyÒn ®−îc c¶ trong chÊt r¾n, chÊt láng vµ chÊt khÝ. 3. C¸c ®¹i l−îng ®Æc tr−ng cho sãng: * Chu kú T, tÇn sè f, biªn ®é A cña sãng: lµ chu kú, tÇn sè, biªn ®é dao ®éng chung cña c¸c phÇn tö vËt chÊt khi cã sãng truyÒn qua vµ b»ng chu kú, tÇn sè, biªn ®é cña nguån sãng. * Tèc ®é truyÒn sãng: Lµ tèc ®é truyÒn pha dao ®éng (kh¸c víi tèc ®é dao ®éng cña c¸c phÇn tö vËt chÊt). Trong mét m«i tr−êng v lµ h»ng sè. * B−íc sãng: lµ kho¶ng c¸ch gi÷a hai ®iÓm gÇn nhÊt trªn cïng mét ph−¬ng truyÒn sãng dao ®éng cïng pha. B−íc sãng còng lµ qu·ng ®−êng mµ sãng truyÒn ®−îc trong mét chu kú. C«ng thøc: λ = vT = v/f Trong ®ã: λ: B−íc sãng; T (s): Chu kú cña sãng; f (Hz): TÇn sè cña sãng v: Tèc ®é truyÒn sãng (cã ®¬n vÞ t−¬ng øng víi ®¬n vÞ cña λ) Chó ý: Gi÷a n ®Ønh (ngän) sãng cã (n – 1) b−íc sãng. 1 * N¨ng l−îng sãng: W = W = mω22A sãng dao ®éng 2 4. Ph−¬ng tr×nh sãng x T¹i ®iÓm O: uO = Acos(ωt) x T¹i ®iÓm M c¸ch O mét ®o¹n x trªn ph−¬ng truyÒn sãng. * Sãng truyÒn theo chiÒu d−¬ng cña trôc Ox th× N O M x x x t x u = A cos(ωt - ω ) = A cos(ωt - 2π ) =A cos2π ( - ) M M v M λ M T λ * Sãng truyÒn theo chiÒu ©m cña trôc Ox th× x x t x u = A cos(ωt + ω ) = A cos(ωt + 2π ) = A cos2π ( + ) N M v M λ M T λ 5. §é lÖch pha gi÷a hai ®iÓm M, N c¸ch nguån O mét kho¶ng x1= OM, x2 = ON, x = MN x −−xxx2π.x ∆=ϕω12=2π12= v λ λ Chó ý: §¬n vÞ cña x, x1, x2, λ vµ v ph¶i t−¬ng øng víi nhau ∆ϕ = 2kπ víi k ∈ Z : M, N dao ®éng cïng pha => x = k λ λ ∆ϕ = (2k+1)π víi k ∈ Z : M, N dao ®éng ng−îc pha => x = (2k+1) => Hai ®iÓm gÇn 2 λ nhÊt dao ®éng ng−îc pha c¸ch nhau 2 π λ ∆ϕ = (2k + 1) víi k ∈ Z : M, N dao ®éng vu«ng pha => x = (2k+1) => Hai ®iÓm 2 4 λ gÇn nhÊt dao ®éng vu«ng pha c¸ch nhau 4 17
19. NguyÔn Quang §«ng. §H Th¸i Nguyªn Mobile: 0974974888 II. sãng ©m 1. §Þnh nghÜa: Sãng ©m lµ nh÷ng sãng c¬ truyÒn trong c¸c m«i tr−êng r¾n, láng, khÝ. Nguån ©m lµ c¸c vËt dao ®éng ph¸t ra ©m. - Sãng ©m truyÒn ®−îc trong c¸c m«i tr−êng r¾n láng vµ khÝ, kh«ng truyÒn ®−îc trong ch©n kh«ng. 2. Ph©n lo¹i: H¹ ©m ¢m nghe ®−îc Siªu ©m 0 16 20.103 TÇn sè (Hz) - ¢m nghe ®−îc (g©y ra c¶m gi¸c ©m trong tai con ng−êi) lµ sãng c¬ häc cã tÇn sè trong kho¶ng tõ 16 Hz ®Õn 20000 Hz. F 20000 Hz: sãng siªu ©m. 3. c¸c ®Æc tr−ng vËt lý cña ©m: - ¢m cã ®Çy ®ñ c¸c ®Æc tr−ng cña mét sãng c¬ häc - Tèc ®é truyÒn ©m: phô thuéc vµo tÝnh ®µn håi, mËt ®é vµ nhiÖt ®é cña m«i tr−êng: vr¾n > vláng > vkhÝ. Chó ý: Khi sãng ©m truyÒn tõ m«i tr−êng nµy sang m«i tr−êng kh¸c th× vËn tèc vµ b−íc sãng thay ®æi. Nh−ng tÇn sè vµ do ®ã chu k× cña sãng kh«ng ®æi. WP - C−êng ®é ©m: I= = tS S Trong ®ã: W (J) lµ n¨ng l−îng, P (W) c«ng suÊt ph¸t ©m cña nguån S (m2) lµ diÖn tÝch mÆt vu«ng gãc víi ph−¬ng truyÒn ©m (víi sãng cÇu th× S lµ diÖn tÝch mÆt cÇu S=4π r2) 2 I 12Sr⎛⎞2 Chó ý: NÕu n¨ng l−îng ®−îc b¶o toµn: WI==11 SI2S2=>==⎜⎟ I 21Sr⎝⎠1 - Møc c−êng ®é ©m: I I LB()= lg HoÆc Ld()B =10.lg I0 I0 -12 2 Víi I0 = 10 W/m ë f = 1000Hz: c−êng ®é ©m chuÈn (C−êng ®é ©m chuÈn thay ®æi theo tÇn sè). L I 10 Chó ý: Tõ c«ng thøc LI==10lg >=I0.10 I 0 I 2 ∆=LL21−L=10lg I 1 - §å thÞ dao ®éng ©m (Phæ cña ©m): Mét nh¹c cô khi ph¸t ra mét ©m cã tÇn sè f (Gäi lµ ¢m c¬ b¶n hay ho¹ ©m thø nhÊt) th× ®ång thêi còng ph¸t ra c¸c ho¹ ©m cã tÇn sè 2f, 3f, 4f, (Gäi lµ c¸c ho¹ ©m thø hai, thø ba, thø t− ). Biªn ®é c¸c ho¹ ©m cóng kh¸c nhau. Tæng hîp ®å thÞ dao ®éng cña tÊt c¶ c¸c ho¹ ©m cña mét nh¹c ©m ta ®−îc ®å thÞ dao ®éng cña nh¹c ©m ®ã. §å thÞ kh«ng cßn lµ ®−êng sin ®iÒu hoµ mµ lµ mét ®−êng phøc t¹p cã chu kú. 4. c¸c ®Æc tr−ng sinh lý cña ©m: - §é cao: g¾n liÒn víi tÇn sè. ¢m cã f cµng lín th× cµng cao, f cµnh nhá th× cµng trÇm. - §é to: g¾n liÒn víi møc c−êng ®é ©m - ¢m s¾c: g¾n liÒn víi ®å thÞ dao ®éng cña ©mg c¸ch tõ M ®Õn ®Çu bông sãng th× biªn ®é: III. GIAO THOA SãNG 1. §Þnh nghÜa: Lµ sù tæng hîp cña hai sãng kÕt hîp trong kh«ng gian, trong ®ã cã nh÷ng chç biªn dé sãng tæng hîp ®−îc t¨ng c−êng hay bÞ gi¶m bít. * Sãng kÕt hîp: Do hai nguån kÕt hîp ph¸t ra. Hai nguån kÕt hîp lµ 2 nguån dao ®éng cïng ph−¬ng, cïng chu kú (TÇn sè) vµ cã hiÖu sè pha kh«ng ®æi theo thêi gian. 18
20. NguyÔn Quang §«ng. §H Th¸i Nguyªn Mobile: 0974974888 2. Giao thoa cña hai sãng ph¸t ra tõ hai nguån sãng kÕt hîp S1, S2 c¸ch nhau mét kho¶ng l: XÐt ®iÓm M c¸ch hai nguån lÇn l−ît d1, d2 Ph−¬ng tr×nh sãng t¹i 2 nguån uf11=+Acos(2π tϕ ) vµ uf22= Acos(2π t+ϕ ) Ph−¬ng tr×nh sãng t¹i M do hai sãng tõ hai nguån truyÒn tíi: d d uf=−Acos(2π t2π1 +ϕ) vµ uf=−Acos(2π t2πϕ2 +) 11M λ 22M λ Ph−¬ng tr×nh giao thoa sãng t¹i M: uM = u1M + u2M ⎡⎤dd12−+∆ϕ ⎡d1d2ϕ1+ϕ2⎤ uAM =+2ocsππcos2ft−π+ ⎣⎦⎢⎥λλ22⎣⎢ ⎦⎥ ⎛⎞dd12− ∆ϕ Biªn ®é dao ®éng t¹i M: AAM =+2ocs⎜⎟π víi ∆ϕ =−ϕϕ12 ⎝⎠λ 2 ll∆∆ϕ ϕ Chó ý: * Sè cùc ®¹i: −+ Sè ®−êng hoÆc sè ®iÓm cùc ®¹i (kh«ng tÝnh hai nguån): − Sè ®−êng hoÆc sè ®iÓm (kh«ng tÝnh hai nguån): − −<k <− λλ22 Chó ý: Sè gi¸ trÞ k nguyªn tÝnh ®−îc lu«n lµ sè ch½n - Trªn ®−êng nèi hai nguån, kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c v©n cùc ®¹i hoÆc cùc tiÓu liªn tiÕp b»ng nhau vµ λ b»ng 2 2. Hai nguån dao ®éng ng−îc pha:( ∆=ϕ ϕϕ12− =π hoÆc ∆ϕ =(2k +1)π ) λ * §iÓm dao ®éng cùc ®¹i: d – d = (2k+1) (k∈Z) 1 2 2 ll11 Sè ®−êng hoÆc sè ®iÓm cùc ®¹i (kh«ng tÝnh hai nguån): − −<k <− λλ22 * §iÓm dao ®éng cùc tiÓu (kh«ng dao ®éng): d1 – d2 = kλ (k∈Z) ll Sè ®−êng hoÆc sè ®iÓm (kh«ng tÝnh hai nguån): − <<k λ λ π π 3. Hai nguån dao ®éng vu«ng pha: ( ∆=ϕ hoÆc ∆=ϕ (2k +1) ) 2 2 * Biªn ®é dao ®éng cña ®iÓm M: ⎛⎞dd21− π A2M =+A cos⎜⎟π ⎝⎠λ 4 ll11 * Sè ®iÓm (®−êng) dao ®éng cùc ®¹i (kh«ng tÝnh hai nguån): − −<k <− λλ44 ll11 Sè ®iÓm (®−êng) dao ®éng cùc tiÓu (kh«ng tÝnh hai nguån): − +<k <+ λλ44 19
21. NguyÔn Quang §«ng. §H Th¸i Nguyªn Mobile: 0974974888 Chó ý: Víi bµi to¸n t×m sè ®−êng dao ®éng cùc ®¹i vµ kh«ng dao ®éng gi÷a hai ®iÓm M, N c¸ch hai nguån lÇn l−ît lµ d1M, d2M, d1N, d2N. §Æt ∆dM = d1M - d2M ; ∆dN = d1N - d2N vµ gi¶ sö ∆dM < ∆dN. + Hai nguån dao ®éng cïng pha: Cùc ®¹i: ∆dM < kλ < ∆dN; Cùc tiÓu: ∆dM < (k+0,5)λ < ∆dN + Hai nguån dao ®éng ng−îc pha: Cùc ®¹i:∆dM < (k+0,5)λ < ∆dN; Cùc tiÓu: ∆dM < kλ < ∆dN Sè gi¸ trÞ nguyªn cña k tho¶ m·n c¸c biÓu thøc trªn lµ sè ®−êng cÇn t×m. IV. sãng dõng 1. §Þnh nghÜa: lµ sãng cã c¸c nót vµ bông cè ®Þnh trong kh«ng gian. * Nguyªn nh©n: Sãng dõng lµ kÕt qu¶ cña sù giao thoa gi÷a sãng tíi vµ sãng ph¶n x¹, khi sãng tíi vµ sãng ph¶n x¹ truyÒn theo cïng mét ph−¬ng. Khi ®ã sãng tíi vµ sãng ph¶n x¹ lµ sãng kÕt hîp vµ giao thoa t¹o sãng dõng. Chó ý: - §Çu cè ®Þnh hoÆc ®Çu dao ®éng nhá lµ nót sãng. §Çu tù do lµ bông sãng. - Hai ®iÓm ®èi xøng víi nhau qua nót sãng lu«n dao ®éng ng−îc pha. - Hai ®iÓm ®èi xøng víi nhau qua bông sãng lu«n dao ®éng cïng pha. - C¸c ®iÓm trªn d©y ®Òu dao ®éng víi biªn ®é kh«ng ®æi ⇒ n¨ng l−îng kh«ng truyÒn ®i - Kho¶ng thêi gian gi÷a hai lÇn sîi d©y c¨ng ngang (c¸c phÇn tö ®i qua VTCB) lµ nöa chu kú. - BÒ réng 1 bông lµ 4A. A lµ biªn ®é sãng tíi hoÆc sãng ph¶n x¹. 2. §iÒu kiÖn ®Ó cã sãng dõng trªn sîi d©y dµi l: λ λ λ 2 4 * Hai ®Çu lµ nót sãng: lk=∈ ()kN* 2 A P Sè bông sãng = sè bã sãng = k N N N N N Sè nót sãng = k + 1 BB BB λ Bông * Mét ®Çu lµ nót sãng cßn mét ®Çu lµ bông sãng: lk=+(2 1) (k∈N) Nót 4 Sè bã sãng nguyªn = k A P Sè bông sãng = sè nót sãng = k + 1 3. Ph−¬ng tr×nh sãng dõng trªn sîi d©y AB (víi ®Çu A cè ®Þnh hoÆc dao ®éng nhá lµ nót sãng) * §Çu B cè ®Þnh (nót sãng): Ph−¬ng tr×nh sãng tíi vµ sãng ph¶n x¹ t¹i B: uAB = cos2π ft vµ uA'B = −=cos2π ftAcos(2ππft−) Ph−¬ng tr×nh sãng tíi vµ sãng ph¶n x¹ t¹i M c¸ch B mét kho¶ng d lµ: d d uA=+cos(2πft2π) vµ uA'o=−cs(2π ft2ππ−) M λ M λ Ph−¬ng tr×nh sãng dõng t¹i M: uuM =+MMu' ddπ ππ uA=+2 cos(2ππ)cos(2 ft−) =2Asin(2π)cos(2πft−) M λλ22 2 ddπ Biªn ®é dao ®éng cña phÇn tö t¹i M: AA=+2ocs(2ππ)=2Asin(2 ) M λ 2 λ * §Çu B tù do (bông sãng):Ph−¬ng tr×nh sãng tíi vµ sãng ph¶n x¹ t¹i B: uuBB=='oAcs2π ft Ph−¬ng tr×nh sãng tíi vµ sãng ph¶n x¹ t¹i M c¸ch B mét kho¶ng d lµ: d d uA=+cos(2πft2π) vµ uA'o=−cs(2ππft2) M λ M λ d Ph−¬ng tr×nh sãng dõng t¹i M: uu=+u' = 2oAc s(2π )cos(2π ft) M MM λ d Biªn ®é dao ®éng cña phÇn tö t¹i M: AA= 2cos(2π ) M λ 20
22. NguyÔn Quang §«ng. §H Th¸i Nguyªn Mobile: 0974974888 CH¦¥NG III: dßng ®iÖn xoay chiÒu 1. C¸ch t¹o ra dßng ®iÖn xoay chiÒu: + Nguyªn t¾c: Dùa trªn hiÖn t−îng c¶m øng ®iÖn tõ (Lµ hiÖn t−îng khi cã sù biÕn thiªn cña tõ th«ng qua mét khung d©y kÝn th× trong khung xuÊt hiÖn mét suÊt ®iÖn ®éng c¶m øng ®Ó sinh ra mét dßng ®iÖn c¶m øng) + C¸ch t¹o: Cho khung d©y dÉn diÖn tÝch S, cã N vßng d©y, quay ®Òu víi tÇn sè gãc ω trong tõ tr−êng ®Òu B (B ⊥ trôc quay) . Th× trong m¹ch cã dßng ®iÖn biÕn thiªn ®iÒu hßa víi tÇn sè gãc ω gäi lµ dßng ®iÖn xoay chiÒu (d®xc). Tõ th«ng göi qua khung d©y cña m¸y ph¸t ®iÖn Φ = NBScos(ωt +ϕ) = Φ0cos(ωt + ϕ) Víi Φ0 = NBS lµ tõ th«ng cùc ®¹i, N lµ sè vßng d©y, B lµ c¶m øng tõ cña tõ tr−êng, S lµ diÖn tÝch cña vßng d©y, ω = 2πf π π SuÊt ®iÖn ®éng trong khung d©y: e = ωNSBcos(ωt + ϕ - ) = E cos(ωt + ϕ - ) 2 0 2 Víi E0 = ωNSB lµ suÊt ®iÖn ®éng cùc ®¹i. Chó ý: Khi khung d©y quay mét vßng (mét chu k×) th× dßng ®iÖn ch¹y trong khung ®æi chiÒu 2 lÇn. + BiÓu thøc ®iÖn ¸p tøc thêi vµ dßng ®iÖn tøc thêi: u = U0cos(ωt + ϕu) vµ i = I0cos(ωt + ϕi) Trong ®ã: i lµ gi¸ trÞ c−êng ®é d® t¹i thêi ®iÓm t; I0 > 0 lµ gi¸ trÞ cùc ®¹i cña i; ω > 0 lµ tÇn sè gãc; (ωt + ϕi) lµ pha cña i t¹i thêi ®iÓm t; ϕi lµ pha ban ®Çu cña d®. u lµ gi¸ trÞ ®iÖn ¸p t¹i thêi ®iÓm t; U0 > 0 lµ gi¸ trÞ cùc ®¹i cña u; ω > 0 lµ tÇn sè gãc; (ωt + ϕu) lµ pha cña u t¹i thêi ®iÓm t; ϕu lµ pha ban ®Çu cña ®iÖn ¸p. π π Víi ϕ = ϕ – ϕ lµ ®é lÖch pha cña u so víi i, cã − ≤≤ϕ u i 22 - C¸c gi¸ trÞ hiÖu dông: + C−êng ®é hiÖu dông cña d®xc lµ ®¹i l−îng cã gi¸ trÞ b»ng c−êng ®é cña mét d® kh«ng ®æi, sao cho khi ®i qua cïng mét ®iÖn trë R, trong cïng mét kho¶ng thêi gian th× c«ng suÊt tiªu thô cña R bëi d® kh«ng ®æi Êy b»ng c«ng suÊt tiªu thô trung b×nh cña R bëi d®xc nãi trªn. + §iÖn ¸p hiÖu dông còng ®−îc ®Þnh nghÜa t−¬ng tù. + Gi¸ trÞ hiÖu dông b»ng gi¸ trÞ cùc ®¹i cña ®¹i l−îng chia cho 2 . UI E UI==00;;E=0 22 2 2. Dßng ®iÖn xoay chiÒu i = I0cos(2πft + ϕi) * Mçi gi©y ®æi chiÒu 2f lÇn * NÕu pha ban ®Çu ϕi = 0 hoÆc ϕi = π th× chØ gi©y ®Çu tiªn ®æi chiÒu 2f-1 lÇn. 3. C«ng thøc tÝnh thêi gian ®Ìn huúnh quang s¸ng trong mét chu kú Khi ®Æt ®iÖn ¸p u = U0cos(ωt + ϕu) vµo hai ®Çu bãng ®Ìn, biÕt ®Ìn chØ s¸ng lªn khi u ≥ U1. 21
23. NguyÔn Quang §«ng. §H Th¸i Nguyªn Mobile: 0974974888 4∆ϕ U ∆=t Víi cos∆=ϕ 1 , (0 ZC hay ω > ⇒ ϕ > 0 th× u nhanh pha h¬n i LC 1 + Khi ZL < ZC hay ω < ⇒ ϕ < 0 th× u chËm pha h¬n i LC 1 + Khi ZL = ZC hay ω = ⇒ ϕ = 0 th× u cïng pha víi i. LC U Lóc ®ã I= gäi lµ hiÖn t−îng céng h−ëng dßng ®iÖn Max R Chó ý: - NÕu m¹ch gåm nhiÒu ®iÖn trë: + M¾c nèi tiÕp: RR=+12R+ 111 111 + M¾c song song: =++ = ++ RR12R CC12C - NÕu m¹ch gåm nhiÒu tô ®iÖn: + M¾c song song: CC=+12C+ 111 + M¾c nèi tiÕp: =++ CC12C 5. C«ng suÊt to¶ nhiÖt trªn ®o¹n m¹ch RLC: P = UIcosϕ = I2R. 6. HÖ sè c«ng suÊt: P R UR cosϕ = UI = Z = U - C«ng suÊt tiªu thô cña ®o¹n m¹ch phô phuéc vµo gi¸ trÞ cña cosϕ, nªn ®Ó sö dông cã hiÖu qu¶ ®iÖn n¨ng tiªu thô th× ph¶i t¨ng hÖ sè c«ng suÊt (nghÜa lµ ϕ nhá). B»ng c¸ch m¾c thªm vµ m¹ch nh÷ng tô ®iÖn cã ®iÖn dung lín. Qui ®Þnh trong c¸c c¬ së sö dông ®iÖn cosϕ ≥ 0,85. 22
24. NguyÔn Quang §«ng. §H Th¸i Nguyªn Mobile: 0974974888 Chó ý: + Víi m¹ch LC th× cosϕ = 0 , m¹ch kh«ng tiªu thô ®iÖn! P = 0 7. NhiÖt l−îng to¶ ra trªn m¹ch (§iÖn n¨ng tiªu thô) trong thêi gian t: Q = A = P.t víi A tÝnh b»ng J, P tÝnh b»ng W, t tÝnh b»ng s. 8. Céng h−ëng ®iÖn: Khi R = h»ng sè, L, C hoÆc ω biÕn thiªn 112 I = Imax ⇔ ZZ=⇔ωωL= ⇔= LC ωC LC Chó ý: Khi cã céng h−ëng ®iÖn th×: U - D® hiÖu dông ®¹t cùc ®¹i Imax = R U2 - C«ng suÊt tiªu thô ®¹t cùc ®¹i Pmax = R - u cïng pha víi i: ϕ = 0, ϕu = ϕi - U = UR ; UL = UC R - cosϕ = Z = 1 9. §o¹n m¹ch RLC cã L thay ®æi: π a. Z , I , U , U , U , P , cosϕ cùc ®¹i, u cïng pha u , u trÔ pha so víi u => ®Òu min max Rmax Cmax Rcmax max R AB C 2 AB 1 liªn quam ®Õn tr−êng hîp céng h−ëng: Z = Z => L = L C ω 2C 22 22 UR+ ZC R + ZC b. U LMax = khi ZL = R ZC 111 1 2LL c. Víi L = L hoÆc L = L th× U cã cïng gi¸ trÞ th× U khi =+()⇒L =12 1 2 L Lmax Z 2 ZZ L+ L LL12L 12 Z ++4RZ22 2RU d. Khi Z = CC th× U = Chó ý: R vµ L m¾c liªn tiÕp nhau L 2 RLMax 22 4R +−ZZCC 2 e. uRL vu«ng pha uRC (R ë gi÷a L,C) : tanϕ1.tanϕ2 = -1 => ZL.ZC = R 10. §o¹n m¹ch RLC cã C thay ®æi: * Zmin, Imax, URmax, ULmax, URcmax, Pmax, cosϕ cùc ®¹i, uR cïng pha uAB, => ®Òu liªn quam ®Õn 1 tr−êng hîp céng h−ëng: Z = Z =>C = L C ω 2 L 22 22 R + ZL UR+ ZL * Khi ZC = th× UCMax = ZL R * Khi C = C1 hoÆc C = C2 th× UC cã cïng gi¸ trÞ th× UCmax khi 111 1 CC+ =+()⇒C =12 ZZ22Z CC12C Z ++4RZ22 2RU * Khi Z = LL th× U = Chó ý: R vµ C m¾c liªn tiÕp nhau C 2 RCMax 22 4R +−ZZL L 11. M¹ch RLC cã ω thay ®æi: 23
25. NguyÔn Quang §«ng. §H Th¸i Nguyªn Mobile: 0974974888 1 * Zmin, Imax, URmax, ULmax, URcmax, Pmax, cosϕ cùc ®¹i, uR cïng pha uAB => Khi ω = LC 11 2.UL * Khi ω = th× U LMax = C LR2 R 4LC − R22C − C 2 1 LR2 2.UL * Khi ω =− th× UCMax = LC 2 R 4LC − R22C * Víi ω = ω1 hoÆc ω = ω2 th× I hoÆc P hoÆc UR cã cïng mét gi¸ trÞ th× IMax hoÆc PMax hoÆc URMax khi ω = ωω12 ⇒ tÇn sè f = ff12 12. C¸c bµi tËp vÒ c«ng suÊt: a. NÕu R, U = h»ng sè. Thay ®æi C, L hoÆc ω RU. 2 P = 22 RZ+−()LCZ U 2 P = khi Z = Z max R L C b. NÕu U, C, L, ω = h»ng sè. Thay ®æi R. U 2 ¸p dông bÊt ®¼ng thøc Cauchy cho: P = khi R= Z − Z max 2R Lc c. M¹ch R, L, C khi R biÕn ®æi cã hai gi¸ trÞ R1, R2 ®Òu cho c«ng suÊt P R−UR+ P(ZLC− Z)= 0 RZ+−()LCZ U 2 Theo ®Þnh lý Viet: R +=RR;.R=Z−Z 12P 12 LC * Chó ý tr−êng hîp: Hai ®o¹n m¹ch R1L1C1 vµ R2L2C2 cïng u hoÆc cïng i cã pha lÖch nhau ∆ϕ: Z − Z Z − Z L1C1 L2C2 Víi tanϕ1 = vµ tanϕ2 = (gi¶ sö ϕ1 > ϕ2) R1 R2 tanϕ12− tanϕ Cã ϕ1 – ϕ2 = ∆ϕ ⇒ = tan ∆ϕ 1t+ anϕϕ12tan Tr−êng hîp ®Æc biÖt ∆ϕ = π/2 (vu«ng pha nhau) th× tanϕ1.tanϕ2 = -1. 13. M¸y ph¸t ®iÖn xoay chiÒu mét pha: - Ho¹t ®éng dùa trªn hiÖn t−îng c¶m øng ®iÖn tõ, biÕn c¬ n¨ng thµnh ®iÖn n¨ng. - CÊu t¹o gåm 3 bé phËn : + Bé phËn t¹o ra tõ tr−êng gäi lµ phÇn c¶m : Lµ 1 vµnh trßn trªn g¾n c¸c nam ch©m m¾c xen kÏ nèi tiÕp nhau. + Bé phËn t¹o ra dßng ®iÖn gäi lµ phÇn øng: Lµ khung d©y + Bé phËn ®−a d® ra ngoµi gäi lµ bé gãp: Gåm 2 vµnh khuyªn vµ 2 chæi quÐt - Trong c¸c m¸y ph¸t ®iÖn: R«to lµ phÇn c¶m ; Stato lµ phÇn øng. - Trong m¸y ph¸t ®iÖn c«ng suÊt nhá: R«to (bé phËn chuyÓn ®éng) lµ phÇn øng ; 24
26. NguyÔn Quang §«ng. §H Th¸i Nguyªn Mobile: 0974974888 Stato (bé phËn ®øng yªn) lµ phÇn c¶m. - TÇn sè dßng ®iÖn do m¸y ph¸t ph¸t ra : np f = 60 . Víi p lµ sè cÆp cùc, n lµ sè vßng quay cña r«to/phót. = np . Víi p lµ sè cÆp cùc, n lµ sè vßng quay cña r«to/gi©y. - Tõ th«ng göi qua khung d©y cña m¸y ph¸t ®iÖn Φ = NBScos(ωt +ϕ) = Φ0cos(ωt + ϕ) Víi Φ0 = NBS lµ tõ th«ng cùc ®¹i, N lµ sè vßng d©y, B lµ c¶m øng tõ cña tõ tr−êng, S lµ diÖn tÝch cña vßng d©y, ω = 2πf π π - SuÊt ®iÖn ®éng trong khung d©y: e = ωNSBcos(ωt + ϕ - ) = E cos(ωt + ϕ - ) 2 0 2 Víi E0 = ωNSB lµ suÊt ®iÖn ®éng cùc ®¹i. 13. M¸y ph¸t ®iÖn xoay chiÒu ba pha: - M¸y ph¸t ®iÖn xc ba pha lµ m¸y t¹o ra ba s®® xc h×nh sin cïng tÇn sè, cïng biªn ®é vµ lÖch nhau mét 2π gãc 3 (vÒ thêi gian lµ T/3) - CÊu t¹o: + PhÇn øng lµ ba cuén d©y gièng nhau g¾n cè ®Þnh trªn mét ®−êng trßn t©m 0 t¹i ba vÞ trÝ ®èi xøng, ®Æt lÖch nhau 1 gãc 1200. + PhÇn c¶m lµ mét nam ch©m cã thÓ quay quanh trôc 0 víi tèc ®é gãc ω kh«ng ®æi. N - Ho¹t ®éng dùa trªn hiÖn t−îng c¶m øng ®iÖn tõ, biÕn c¬ n¨ng thµnh ®iÖn n¨ng. Khi nam ch©m quay tõ th«ng qua mçi cuén d©y lµ ba hµm sè sin cña thêi gian, cïng tÇn sè gãc ω, cïng biªn ®é vµ lÖch nhau 1200. KÕt qu¶ trong S ba cuén d©y xuÊt hiÖn ba s®® xc c¶m øng cïng biªn ®é, cïng tÇn sè vµ lÖch pha nhau gãc 1200. - Dßng ®iÖn xoay chiÒu ba pha lµ hÖ thèng ba dßng ®iÖn xoay chiÒu, g©y bëi ba suÊt ®iÖn ®éng xoay 2π chiÒu cïng tÇn sè, cïng biªn ®é nh−ng ®é lÖch pha tõng ®«i mét lµ 3 iI10= cos(ωt) 2π trong tr−êng hîp t¶i ®èi xøng th× : iI=−cos(ωt ) 20 3 2π iI=+cos(ωt ) 30 3 * C¸c c¸ch m¾c: + M¾c h×nh sao - Gåm 4 d©y trong ®ã cã ba d©y pha vµ mét d©y trung hßa. - T¶i tiªu thô kh«ng cÇn ®èi xøng. -UUdp= 3. ; 25
27. NguyÔn Quang §«ng. §H Th¸i Nguyªn Mobile: 0974974888 - Id = Ip - I0 = 0 + M¾c h×nh tam gi¸c A2 B1 A2 - HÖ thèng gåm ba d©y - T¶i tiªu thô ph¶i thËt ®èi xøng B1 A1 A1 B2 A3 A - Idp= 3.I B3 3 - Ud = Up + ¦u ®iÓm dßng xoay chiÒu ba pha - TiÕt kiÖm d©y dÉn - Dßng ®iÖn xoay chiÒu ba pha ®èi xøng cho hiÖu suÊt cao h¬n so víi dßng ®iÖn xoay chiÒu mét pha. - T¹o ra tõ tr−êng quay dïng trong ®éng c¬ kh«ng ®ång bé ba pha dÔ dµng. 14. §éng c¬ kh«ng ®ång bé ba pha: (1) - Ho¹t ®éng : Dùa trªn hiÖn t−îng c¶m øng ®iÖn tõ vµ tõ tr−êng quay. - CÊu t¹o: Gåm hai bé phËn chÝnh lµ: - R«to (phÇn øng): Lµ khung d©y cã thÓ quay d−íi t¸c dông cña B 3 B2 tõ tr−êng quay. (3) (2) - Stato (phÇn c¶m): Gån 3 cuén d©y gièng hÖt nhau ®Æt t¹i 3 vÞ trÝ B1 n»m trªn 1 vßng trßn sao cho 3 trôc cña 3 cuén d©y Êy ®ång qui t¹i t©m 0 cña vßng trßn vµ hîp nhau nh÷ng gãc 1200. - Khi cho d®xc 3 pha vµo 3 cuén d©y Êy th× tõ tr−êng tæng hîp do 3 cuén d©y t¹o ra t¹i t©m 0 lµ tõ tr−êng quay. 2π 2π B = Btcos(ω ) ; BB=−cos(ωt ) ; BB=+cos(ωt ) 10 20 3 20 3 => C¶m øng tõ tæng hîp tai t©m 0: B = 1,5B0 víi B lµ tõ tr−êng tæng hîp t¹i t©m 0. Tõ tr−êng quay nµy sÏ t¸c dông vµo khung d©y lµ khung quay víi tèc ®é nhá h¬n tèc ®é quay cña tõ tr−êng. ChuyÓn ®éng quay cña r«to (khung d©y) ®−îc sö dông lµm quay c¸c m¸y kh¸c. 15. M¸y biÕn ¸p (biÕn thÕ): - Ho¹t ®éng: Dùa trªn hiÖn t−îng c¶m øng ®iÖn tõ. - CÊu t¹o: + Lâi biÕn ¸p: Lµ c¸c l¸ s¾t non pha silic ghÐp l¹i (§Ó gi¶m dßng Phuc«). T¸c dông dÉn tõ. + Hai cuén d©y quÊn: - Cuén d©y s¬ cÊp cã hai ®Çu nèi víi nguån ®iÖn cã N1 vßng. - Cuén d©y thø cÊp cã hai ®Çu nèi víi t¶i tiªu thô cã N2 vßng. - T¸c dông cña hai cuén d©y lµ dÉn ®iÖn. - T¸c dông: biÕn ®æi ®iÖn ¸p (vµ c−êng ®é dßng ®iÖn) cña dßng ®iÖn xoay chiÒu mµ vÉn gi÷ nguyªn tÇn sè. M¸y biÕn ¸p kh«ng cã t¸c dông biÕn ®æi n¨ng l−îng (c«ng). 26
28. NguyÔn Quang §«ng. §H Th¸i Nguyªn Mobile: 0974974888 UEIN - C«ng thøc m¸y biÕn ¸p (H = 100%): 11= ==2 1=k UE22I1N2 + NÕu k > 1: N1 > N2 U1 > U2 : h¹ ¸p. + NÕu k U1 ChØ cÇn t¨ng ®iÖn ¸p ë ®Çu ®−êng d©y t¶i ®iÖn lªn k lÇn th× cã thÓ gi¶m hao phÝ ®i k2 lÇn. - §é gi¶m ®iÖn ¸p trªn ®−êng d©y t¶i ®iÖn: ∆U = RdI P - ∆P - HiÖu suÊt t¶i ®iÖn: H = (100%) P 27
29. NguyÔn Quang §«ng. §H Th¸i Nguyªn Mobile: 0974974888 CH¦¥NG IV: dao ®éng vµ sãng ®iÖn tõ 1. M¹ch dao ®éng: * M¹ch dao ®éng lµ 1 m¹ch ®iÖn gåm 1 cuén c¶m cã ®é tù c¶m L m¾c nèi tiÕp víi 1 tô ®iÖn cã ®iÖn dung C thµnh 1 m¹ch ®iÖn kÝn. + NÕu ®iÖn trë cña m¹ch rÊt nhá, coi nh− b»ng kh«ng, th× m¹ch lµ 1 m¹ch dao ®éng lÝ t−ëng. - Tô ®iÖn cã nhiÖm vô tÝch ®iÖn cho m¹ch, sau ®ã nã phãng ®iÖn qua l¹i trong m¹ch nhiÒu lÇn t¹o ra mét d®xc trong m¹ch. Ban ®Çu ®Ó m¹ch ho¹t ®éng ph¶i tÝch cho tô ®iÖn tÝch Q0. * Khi m¹ch ho¹t ®éng, c¶ q, u, i biÕn thiªn cïng tÇn sè : - §iÖn tÝch tøc thêi q = q0cos(ωt + ϕ) q q - HiÖu ®iÖn thÕ (®iÖn ¸p) tøc thêi uc==0 os(ωt+ϕω) =Ucos( t+ϕ) CC 0 π - Dßng ®iÖn tøc thêi i = q’ = - ωq sin(ωt + ϕ) = I cos(ωt + ϕ + ) 0 0 2 1 Trong ®ã: ω = lµ tÇn sè gãc riªng T= 2π LC lµ chu kú riªng LC 1 q f = lµ tÇn sè riªng Iq==ω 0 2π LC 00LC qI L UL==00=ω I=I 00CCω 0C Chó ý: Khi ghÐp tô: NÕu m¹ch cã L vµ C1 ph¸t ra tÇn sè f1 NÕu m¹ch cã L vµ C2 ph¸t ra tÇn sè f2 222 Khi m¾c C1 nèi tiÕp C2: ffnt =12+f 111 Khi m¾c song song C2: 22=+2 fss ff12 * N¨ng l−îng cña m¹ch dao ®éng: 11q2 q2 - N¨ng l−îng ®iÖn tr−êng: W ==Cu2 qu == 0 cos2 (ωt+ϕ) đ 222C 2C 1 q2 - N¨ng l−îng tõ tr−êng: Ws==Li20 in2(ωt +ϕ) t 22C 11 q2 1 - N¨ng l−îng ®iÖn tõ: W=W + W W ===CU 22q U 0 =LI đ t 222000C 20 Chó ý: + M¹ch dao ®éng cã tÇn sè gãc ω, tÇn sè f vµ chu kú T th× W® vµ Wt biÕn thiªn víi tÇn sè gãc 2ω, tÇn sè 2f vµ chu kú T/2 28
30. NguyÔn Quang §«ng. §H Th¸i Nguyªn Mobile: 0974974888 + M¹ch dao ®éng cã ®iÖn trë thuÇn R ≠ 0 th× dao ®éng sÏ t¾t dÇn. §Ó duy tr× dao ®éng cÇn cung ω22CU2 UR2C cÊp cho m¹ch mét n¨ng l−îng cã c«ng suÊt: PI==2R 00R= 22L + Khi tô phãng ®iÖn th× q vµ u gi¶m vµ ng−îc l¹i + Quy −íc: q > 0 øng víi b¶n tô ta xÐt tÝch ®iÖn d−¬ng th× i > 0 øng víi dßng ®iÖn ch¹y ®Õn b¶n tô mµ ta xÐt. - Sù t−¬ng tù gi÷a dao ®éng ®iÖn vµ dao ®éng c¬ §¹i l−îng c¬ §¹i l−îng ®iÖn Dao ®éng c¬ Dao ®éng ®iÖn x Q x” + ω 2x = 0 Q” + ω 2q = 0 k 1 v I ω = ω = m LC m L x = Acos(ωt + ϕ) q = q0cos(ωt + ϕ) 1 k v = x’ = -ωAsin(ωt + ϕ) i = q’ = -ωq sin(ωt + ϕ) C 0 v i F U Ax22=+()2 qq22=+()2 ω 0 ω q µ R F = -kx = -mω2x uL==ω 2q C 1 1 W W (W ) W = mv2 W = Li2 ® t C ® 2 t 2 1 q2 W W (W ) W = kx2 W = t ® L t 2 ® 2C 3. Sãng ®iÖn tõ * Khi 1 tõ tr−êng biÕn thiªn theo thêi gian th× nã sinh ra 1 ®iÖn tr−êng xo¸y (lµ 1 ®iÖn tr−êng mµ c¸c ®−êng søc bao quanh c¸c ®−êng c¶m øng tõ). Ng−îc l¹i khi mét ®iÖn tr−êng biÕn thiªn theo thêi gian nã sinh ra 1 tõ tr−êng xo¸y (lµ 1 tõ tr−êng mµ c¸c ®−êng c¶m øng tõ bao quanh c¸c ®−êng søc cña ®iÖn tr−êng). - Dßng ®iÖn qua cuén d©y vµ d©y dÉn lµ dßng ®iÖn dÉn, d® qua tô ®iÖn lµ dßng ®iÖn dÞch (lµ sù biÕn thiªn cña ®iÖn tr−êng gi÷a 2 b¶n tô) - §iÖn tr−êng vµ tõ tr−êng lµ 2 mÆt thÓ hiÖn kh¸c nhau cña 1 lo¹i tr−êng duy nhÊt lµ ®iÖn tõ tr−êng. * Sãng ®iÖn tõ: lµ sù lan truyÒn trong kh«ng gian cña ®iÖn tõ tr−êng biÕn thiªn . + §Æc ®iÓm: - VËn tèc lan truyÒn trong ch©n kh«ng c = 3.108m/s. Trong ®iÖn m«i v < c. - Sãng ®iÖn tõ lµ sãng ngang. E ,B vu«ng gãc víi nhau vµ vu«ng gãc víi ph−¬ng truyÒn sãng. Cóng dao ®éng cïng tÇn sè vµ cïng pha. - Sãng ®iÖn tõ mang n¨ng l−îng. N¨ng l−îng cña sãng tØ lÖ víi b×nh ph−¬ng cña biªn ®é, víi luü thõa c bËc 4 cña tÇn sè. Nªn sãng cµng ng¾n (tÇn sè cµng cao, do λ = f ) th× n¨ng l−îng sãng cµng lín. - Sãng ®iÖn tõ còng cã c¸c tÝnh ch©t ph¶n x¹, khóc x¹, giao thoa nh− ¸nh s¸ng. 29
31. NguyÔn Quang §«ng. §H Th¸i Nguyªn Mobile: 0974974888 c - B−íc sãng cña sãng ®iÖn tõ λ= =c2π LC f Víi: c: vËn tèc as trong ch©n kh«ng; C: ®iÖn dung cña tô ®iÖn (F); L: ®é tù c¶m cña cuén d©y (H). + Ph©n loaÞ: Loại sóng Tần số Bước sóng Đặc tính Sóng dài 3 - 300 KHz 1053 - 10 m Năng lượng nhỏ, ít bị nước hấp thụ => dïng ®Ó th«ng tin d−íi n−íc Sóng trung 0,3 - 3 MHz 1032 - 10 m Ban ngày tầng điện li hấp thụ mạnh, ban đêm tầng điện li phản xạ => dïng ®Ó th«ng tin ë mÆt ®Êt, vµo ban ®ªm th«ng tin tèt h¬n ban ngµy Sóng ngắn 3 - 30 MHz 102 - 10 m Năng lượng lớn, bị tầng điện li và mặt đất phản xạ nhiều lần => dïng ®Ó th«ng tin ë mÆt ®Êt, kÓ c¶ ngµy hay ®ªm Sóng cực 30 - 30000 MHz 10 - 10-2 m Có năng lượng rất lớn, không bị tầng điện li ngắn hấp thụ, truyền theo đường thẳng => dïng ®Ó th«ng tin vò trô * Nguyªn t¾c ph¸t, thu s¸ng ®iÖn tõ: M¸y ph¸t hoÆc m¸y thu sãng ®iÖn tõ sö dông m¹ch dao ®éng LC th× tÇn sè sãng ®iÖn tõ ph¸t hoÆc thu ®−îc b»ng tÇn sè riªng cña m¹ch. Chó ý: M¹ch dao ®éng cã L biÕn ®æi tõ LMin → LMax vµ C biÕn ®æi tõ CMin → CMax th× b−íc sãng λ cña sãng ®iÖn tõ ph¸t (hoÆc thu) λMin t−¬ng øng víi LMin vµ CMin λMax t−¬ng øng víi LMax vµ CMax . 4. S¬ ®å khèi cña m¸y ph¸t vµ thu thanh v« tuyÕn ®¬n gi¶n: - S¬ ®å khèi cña m¸y ph¸t thanh v« tuyÕn ®¬n gi¶n: 1 3 4 5 Micr« (1) t¹o ra dao ®éng ®iÖn cã tÇn sè ©m; M¹ch ph¸t sãng ®iÖn tõ cao tÇn 2 (2) ph¸t ra sãng ®iÖn tõ cã tÇn sè cao (cì MHz) ; M¹ch biÕn ®iÖu (3) trén dao ®éng ®iÖn tõ cao tÇn víi dao ®éng ®iÖn tõ ©m tÇn ; M¹ch khuÕch ®¹i (4) khuÕch ®¹i dao ®éng ®iÖn tõ cao tÇn biÕn ®iÖu ; anten (5) t¹o ra ®iÖn tõ tr−êng cao tÇn lan truyÒn trong kh«ng gian. - S¬ ®å khèi cña m¸y thu thanh v« tuyÕn ®¬n gi¶n: 1 2 3 4 5 Anten (1) thu sãng ®iÖn tõ cao tÇn biÕn ®iÖu ; M¹ch khuÕch ®¹i dao ®éng ®iÖn tõ cao tÇn (2) khuÕch ®¹i dao ®éng ®iÖn tõ cao tÇn tõ anten göi tíi ; M¹ch t¸ch sãng (3) t¸ch dao ®éng ®iÖn tõ ©m tÇn ra khái dao ®éng ®iÖn tõ cao tÇn ; M¹ch khuÕch ®¹i (4) khuÕch ®¹i dao ®éng ®iÖn tõ ©m tÇn tõ m¹ch t¸ch sãng göi ®Õn ; Loa (5) biÕn dao ®éng ®iÖn thµnh dao ®éng ©m. - øng dông cña sãng ®iÖn tõ: Sãng v« tuyÕn ®iÖn ®−îc sö dông trong th«ng tin liªn l¹c. ë ®µi ph¸t thanh, dao ®éng ©m tÇn ®−îc dïng ®Ó biÕn ®iÖu (biªn ®é hÆc tÇn sè) dao ®éng cao tÇn. Dao ®éng cao tÇn ®· ®−îc biÕn ®iÖu sÏ ®−îc ph¸t x¹ tõ ¨ng ten d−íi d¹ng sãng ®iÖn tõ. ë m¸t thu thanh, nhê cã ¨ng ten thu, sÏ thu ®−îc dao ®éng cao tÇn ®· ®−îc biÕn ®iÖu, vµ sau ®ã dao ®éng ©m tÇn l¹i ®−îc t¸ch ra khái dao ®éng cao tÇn biÕn ®iÖu nhê qu¸ tr×nh t¸ch sãng, råi ®−a ra loa. - Nguyªn t¾c chung cña th«ng tin liªn l¹c b»ng sãng v« tuyÕn: - Ph¶i dïng c¸c sãng ®iÖn tõ cao tÇn lµm sãng mang. - Ph¶i biÕn ®iÖu sãng mang. - ë n¬i thu ph¶i t¸ch sãng ©m tÇn ra khái sãng cao tÇn (sãng mang). - Khi tÝn hiÖu thu nhá ph¶i khuyÕch ®¹i chóng b»ng m¹ch khuyÕch ®¹i. 30
32. NguyÔn Quang §«ng. §H Th¸i Nguyªn Mobile: 0974974888 CH¦¥NG V: sãng ¸nh s¸ng 1. HiÖn t−îng t¸n s¾c ¸nh s¸ng. * §/n: Lµ hiÖn t−îng chïm s¸ng phøc t¹p bÞ t¸ch thµnh nhiÒu mµu kh¸c nhau khi ®i qua mÆt ph©n c¸ch cña hai m«i tr−êng trong suèt. * ¸nh s¸ng ®¬n s¾c lµ ¸nh s¸ng kh«ng bÞ t¸n s¾c ¸nh s¸ng ®¬n s¾c cã tÇn sè x¸c ®Þnh, chØ cã mét mµu. v c λλc B−íc sãng cña ¸nh s¸ng ®¬n s¾c λ = , truyÒn trong ch©n kh«ng λ = ⇒=00⇒λ = f 0 f λ vn * ChiÕt suÊt cña m«i tr−êng trong suèt phô thuéc vµo mµu s¾c ¸nh s¸ng. §èi víi ¸nh s¸ng mµu ®á lµ nhá nhÊt, mµu tÝm lµ lín nhÊt. * ¸nh s¸ng tr¾ng lµ tËp hîp cña v« sè ¸nh s¸ng ®¬n s¾c cã mµu biÕn thiªn liªn tôc tõ ®á ®Õn tÝm. B−íc sãng cña ¸nh s¸ng tr¾ng: 0,4 µm ≤ λ ≤ 0,76 µm. * Tán sắc do lăng kính Tổng quát: sini1 = nsinr1; sini2 = nsinr2; D = (i1 + i2) – A; A = r1 + r2; Trường hợp góc nhỏ: i1 = nr1; i2 = nr2; D = (n – 1)A; A = r1+ r2 A DA+ A Trường hợp góc lệch cực tiểu: ⇔=ii,r=r= ⇔sin min =n.sin 121 222 2 * Bề rộng quang phổ trên màn ∆DD=tim −Ddo và khi đó bề rông là : l = d. ∆D 11⎛⎞1 * Tiêu cự của thấu kính : =−(1n )⎜⎟+ f ⎝⎠RR12 2. HiÖn t−îng nhiÔu x¹ ¸nh s¸ng. HiÖn t−îng ¸nh s¸ng bÞ lÖch ph−¬ng truyÒn th¼ng gÆp vËt c¶n gäi lµ hiÖn t−îng nhiÔu x¹ ¸nh s¸ng. 3. HiÖn t−îng giao thoa ¸nh s¸ng (chØ xÐt giao thoa ¸nh s¸ng trong thÝ nghiÖm Y©ng). * §/n: Lµ sù tæng hîp cña hai hay nhiÒu sãng ¸nh s¸ng kÕt hîp trong kh«ng gian trong ®ã xuÊt hiÖn nh÷ng v¹ch s¸ng vµ nh÷ng v¹ch tèi xen kÏ nhau. C¸c v¹ch s¸ng (v©n s¸ng) vµ c¸c v¹ch tèi (v©n tèi) gäi lµ v©n giao d1 M thoa. S1 x d * HiÖu ®−êng ®i cña ¸nh s¸ng (hiÖu quang tr×nh) a I 2 ax O ∆=dd21−d= D S2 Trong ®ã: a = S S lµ kho¶ng c¸ch gi÷a hai khe s¸ng 1 2 D D = OI lµ kho¶ng c¸ch tõ mÆt ph¼ng chøa hai khe s¸ng S1, S2 ®Õn mµn quan s¸t S1M = d1; S2M = d2 x = OM lµ (to¹ ®é) kho¶ng c¸ch tõ v©n trung t©m ®Õn ®iÓm M ta xÐt λD * VÞ trÝ (to¹ ®é) v©n s¸ng: ∆d = kλ ⇒ x =∈kk; Z a k = 0: V©n s¸ng trung t©m k = ±1: V©n s¸ng bËc (thø) 1 (KÓ tõ trung t©m) k = ±2: V©n s¸ng bËc (thø) 2 λD * VÞ trÝ (to¹ ®é) v©n tèi: ∆d = (k + 0,5)λ ⇒ x =+(0kk,5); ∈Z a k = 0, k = -1: V©n tèi thø (bËc) nhÊt k = 1, k = -2: V©n tèi thø (bËc) hai k = 2, k = -3: V©n tèi thø (bËc) ba 31
33. NguyÔn Quang §«ng. §H Th¸i Nguyªn Mobile: 0974974888 λD * Kho¶ng v©n i: Lµ kho¶ng c¸ch gi÷a hai v©n s¸ng hoÆc hai v©n tèi liªn tiÕp: i = a * NÕu thÝ nghiÖm ®−îc tiÕn hµnh trong m«i tr−êng trong suèt cã chiÕt suÊt n th× b−íc sãng vµ kho¶ng v©n: λ λ D i λ =⇒i =n = nnnan * Khi nguån s¸ng S di chuyÓn theo ph−¬ng song song víi S1S2 th× hÖ v©n di chuyÓn ng−îc chiÒu vµ kho¶ng v©n i vÉn kh«ng ®æi. D §é dêi cña hÖ v©n lµ: x0 = d D1 Trong ®ã: D lµ kho¶ng c¸ch tõ 2 khe tíi mµn D1 lµ kho¶ng c¸ch tõ nguån s¸ng tíi 2 khe d lµ ®é dÞch chuyÓn cña nguån s¸ng * Khi trªn ®−êng truyÒn cña ¸nh s¸ng tõ khe S1 (hoÆc S2) ®−îc ®Æt mét b¶n máng dµy e, chiÕt suÊt n th× (1ne− )D hÖ v©n sÏ dÞch chuyÓn vÒ phÝa S (hoÆc S ) mét ®o¹n: x = 1 2 0 a * X¸c ®Þnh sè v©n s¸ng, v©n tèi trong vïng giao thoa (tr−êng giao thoa) cã bÒ réng L (®èi xøng qua v©n trung t©m) ⎡⎤L + Sè v©n s¸ng (lµ sè lÎ): NS =+21⎢⎥ ⎣⎦⎢⎥2i ⎡⎤L + Sè v©n tèi (lµ sè ch½n): Nt =20⎢⎥+,5 ⎣⎦⎢⎥2i Trong ®ã [x] lµ phÇn nguyªn cña x. VÝ dô: [6] = 6; [5,05] = 5; [7,99] = 7 * X¸c ®Þnh sè v©n s¸ng, v©n tèi gi÷a hai ®iÓm M, N cã to¹ ®é x1, x2 (gi¶ sö x1 < x2) + V©n s¸ng: x1 < ki < x2 + V©n tèi: x1 < (k+0,5)i < x2 Sè gi¸ trÞ k ∈ Z lµ sè v©n s¸ng (v©n tèi) cÇn t×m Chó ý: M vµ N cïng phÝa víi v©n trung t©m th× x1 vµ x2 cïng dÊu. M vµ N kh¸c phÝa víi v©n trung t©m th× x1 vµ x2 kh¸c dÊu. * X¸c ®Þnh kho¶ng v©n i trong kho¶ng cã bÒ réng L. BiÕt trong kho¶ng L cã n v©n s¸ng. L + NÕu 2 ®Çu lµ hai v©n s¸ng th×: i = n−1 L + NÕu 2 ®Çu lµ hai v©n tèi th×: i = n L + NÕu mét ®Çu lµ v©n s¸ng cßn mét ®Çu lµ v©n tèi th×: i = n−0,5 * Sù trïng nhau cña c¸c bøc x¹ λ1, λ2 (kho¶ng v©n t−¬ng øng lµ i1, i2 ) + Trïng nhau cña v©n s¸ng: xs = k1i1 = k2i2 = ⇒ k1λ1 = k2λ2 = + Trïng nhau cña v©n tèi: xt = (k1 + 0,5)i1 = (k2 + 0,5)i2 = ⇒ (k1 + 0,5)λ1 = (k2 + 0,5)λ2 = Chó ý: VÞ trÝ cã mµu cïng mµu víi v©n s¸ng trung t©m lµ vÞ trÝ trïng nhau cña tÊt c¶ c¸c v©n s¸ng cña c¸c bøc x¹. * Giao thoa ¸nh s¸ng tr¾ng (0,4 µm ≤ λ ≤ 0,76 µm) D - BÒ réng quang phæ bËc k: ∆=xk(λ−λ) víi λ vµ λ lµ b−íc sãng ¸nh s¸ng ®á vµ tÝm a đ t ® t - X¸c ®Þnh sè v©n s¸ng, sè v©n tèi vµ c¸c bøc x¹ t−¬ng øng t¹i mét vÞ trÝ x¸c ®Þnh (®· biÕt x) λD ax + V©n s¸ng: xk=⇒λ =, k∈Z akD Víi 0,4 µm ≤ λ ≤ 0,76 µm ⇒ c¸c gi¸ trÞ cña k ⇒ λ λD ax + V©n tèi: xk=+(0,5) ⇒λ = , k∈Z ak(0+ ,5)D 32
34. NguyÔn Quang §«ng. §H Th¸i Nguyªn Mobile: 0974974888 Víi 0,4 µm ≤ λ ≤ 0,76 µm ⇒ c¸c gi¸ trÞ cña k ⇒ λ - Kho¶ng c¸ch dµi nhÊt vµ ng¾n nhÊt gi÷a v©n s¸ng vµ v©n tèi cïng bËc k: D ∆=xk[kλ −( −0,5)λ ] Min a t đ D ∆=x[kλ +(k−0,5)λ ] Khi v©n s¸ng vµ v©n tèi n»m kh¸c phÝa ®èi víi v©n trung t©m. Max a đ t D ∆=x[kλ −(k−0,5)λ ] Khi v©n s¸ng vµ v©n tèi n»m cïng phÝa ®èi víi v©n trung t©m. Max a đ t Chó ý: + HiÖn t−îng cÇu vång lµ do hiÖn t−îng t¸n s¾c ¸nh s¸ng. + ¸nh s¸ng ph¶n x¹ trªn c¸c v¸ng dÇu, mì hoÆc bong bãng xµ phßng (cã mµu sÆc sì) lµ do hiÖn t−îng giao thoa ¸nh s¸ng khi dïng ¸nh s¸ng tr¾ng. 4. C¸c lo¹i quang phæ: Quang phổ Định nghĩa Nguồn phát Đặc điểm Ứng dụng - Không phụ thuộc vào bản chất của vật phát sáng, mà chỉ Các chất rắn, chất phụ thuộc vào nhiệt - Đo nhiệt độ của Là một dải sáng có lỏng, chất khí ở áp độ. các vật phát sáng màu biến đổi liên suất lớn khi bị nung (Đặc biệt của các tục nóng sẽ phát ra - Nhiệt độ của vật vật ở rất xa) quang phổ liên tục. càng cao, miền phát sáng càng lan dần Liên tục về phía ánh sáng có bước sóng ngắn. Quang phổ vạch Các chất khí hay Gồm các vạch màu của các nguyên tố Xác định thành hơi ở áp suất thấp bị Vạch phát riêng lẻ, ngăn cách khác nhau thì khác phần cấu tạo của kích thích (đốt nóng xạ nhau bằng những nhau về số lượng các nguyên tố có hay phóng điện khoảng tối. vạch, vị trí, màu sắc trong hợp chất. qua.) và cường độ sáng. Chiếu ánh sáng trắng qua đám hơi - Chiếu ánh sáng nung nóng thu được trắng qua đám khí vạch tối trên nền Là hệ thống các hay hơi nóng sáng ở quang phổ liên tục. vạch tối riêng rẽ áp suất thấp. Biết được thành nằm trên một nên - Tắt nguồn sáng, phần của hợp chất Vạch hấp - Nhiệt độ đám hơi quang phổ liên tục. có những vạch màu thụ phải thấp hơn nhiệt nằm trên nền tối độ của nguồn sáng. trùng với các vạch tối ở trên. 33
35. NguyÔn Quang §«ng. §H Th¸i Nguyªn Mobile: 0974974888 5. Tia hồng ngoại, tia tử ngoại và tia X: Tia hồng ngoại Tia tử ngoại Tia X Định nghĩa - Bức xạ điện từ không nhìn - Bức xạ điện từ không nhìn - Sóng điện từ có bước sóng thấy, có bước sóng lớn hơn thấy, có bước sóng ngắn hơn ngắn từ 10 -12 – 10 -8 m. bước sóng của ánh sáng đỏ. bước sóng của ánh sáng tím. Nguồn phát Mọi vật nung nóng đều phát Các vật có nhiệt độ trên 20000C. Ống tia Rơnghen ra tia hồng ngoại. - Tác dụng nổi bật là tác - Tác dụng mạnh lên kính ảnh - Có khả năng đâm xuyên dụng nhiệt. mạnh. (Tính chất đáng chú ý - Làm iôn hóa chất khí. nhất.) - Tác dụng lên kính ảnh hồng ngoại. - Kích thích phát quang nhiều - Tác dụng mạnh lên phim chất. ảnh, làm iôn hóa không khí. - Trong công nghiệp dùng để sấy khô các sản phẩm - Có tác dụng sinh lí: huỷ diệt tế - Có tác dụng làm phát quang sơn bào, diệt khuẩn, nấm mốc nhiều chẩt. Tính chất, - Trong y học dùng đèn - Có thể gây ra hiện tượng - Có tác dụng gây ra hiện tác dụng hồng ngoại để sưởi ấm quang điện. tượng quang điện ở hầu hết ngoài da cho máu lưu kim loại. thông. - Trong công nghiệp: Phát hiện vết nứt, xước trên bề mặt sản - Có tác dụng sinh lí mạnh: - Dùng trong các thiết bị phẩm hủy diệt tế bào, diệt vi điều khiển từ xa khuẩn - Trong y học: chữa còi xương, diệt vi khuẩn - Sấy khô, sưởi ấm. - Khử trùng, diệt khuẩn. - Y học: Chụp chiếu điện, chữa ung thư. - Sử dụng trong bộ điều - Chữa bệnh còi xương. khiển từ xa. - Công nghiệp: dò tìm khuyết - Tìm vết nứt trên bề mặt kim tật trong sản phẩm đúc. - Chụp ảnh hồng ngoại. loại. - Khoa học: nghiên cứu cấu - Trong quân sự ứng dụng trúc tinh thể. Ứng dụng làm ống nhòm hồng ngoại, quay phim ban đêm - Giao thông: kiểm tra hành lí của hành khách. 6. Thang sãng ®iÖn tõ: Loại sóng Bước sóng Vùng đỏ λ : 0, 640µµmm÷ 0, 760 Tia gamma Döôùi 10−12 m Vùng cam λ : 0, 590µµmm÷ 0, 650 Tia X 10−−12 mm ñeán 10 9 Vùng vàng λ : 0, 570µµmm÷ 0, 600 Tia tử ngoại 10−−97mm ñeán 3,8.10 Vùng lục λ : 0, 500µµmm÷ 0, 575 Ánh sáng nhìn thấy 3,8.10−−77m ñeán 7,6.10 m Vùng lam λ : 0, 450µµmm÷ 0, 510 Tia hồng ngoại 7,6.10−−73mm ñeán 10 Vùng λ : 0, 440µµmm÷ 0, 460 chàm Sóng vô tuyến 10−3 m trôû leân Vùng tím λ :0,38µµmm÷ 0,440 Sãng v« tuyÕn, tia hång ngo¹i, ¸nh s¸ng kh¶ kiÕn, tia tö ngo¹i, tia X vµ tia gamma ®Òu cã b¶n chÊt lµ sãng ®iÖn tõ nh−ng cã b−íc sãng kh¸c nhau nªn cã tÝnh chÊt, t¸c dông kh¸c nhau vµ nguån ph¸t, c¸ch thu chóng còng kh¸c nhau. 34
36. NguyÔn Quang §«ng. §H Th¸i Nguyªn Mobile: 0974974888 CH¦¥NG VI: l−îng tö ¸nh s¸ng 1. N¨ng l−îng mét l−îng tö ¸nh s¸ng (h¹t ph«t«n) - N¨ng l−îng mét l−îng tö ¸nh s¸ng (h¹t ph«t«n): hc ε ==hf λ Trong ®ã: h = 6,625.10-34 Js lµ h»ng sè Pl¨ng; c = 3.108m/s lµ vËn tèc ¸nh s¸ng trong ch©n kh«ng; f, λ lµ tÇn sè, b−íc sãng cña ¸nh s¸ng (cña bøc x¹). Chó ý: Khi ¸nh s¸ng truyÒn ®i c¸c l−îng tö ¸nh s¸ng kh«ng bÞ thay ®æi, kh«ng phô thuéc kho¶ng c¸ch tíi nguån s¸ng. - ThuyÕt l−îng tö ¸nh s¸ng: + ¸nh ¸ng ®−îc t¹o thµnh bëi c¸c h¹t gäi lµ ph«t«n. + Víi mçi ¸nh s¸ng ®¬n s¾c cã tÇn sè f, c¸c ph«t«n ®Õu gièng nhau, mçi ph«t«n mang n¨ng l−îng b»ng hf. + Trong ch©n kh«ng. ph«t«n bay ®i víi vËn tèc c = 3.108 m/s däc theo c¸c tia s¸ng. + Mçi lÇn 1 nguyªn tö hay ph©n tö ph¸t x¹ hay hÊp thô ¸nh s¸ng th× chóng ph¸t ra hay hÊp thô 1 ph«t«n. Chó ý: ph«t«n chØ tån t¹i ë tr¹ng th¸i chuyÓn ®éng kh«ng cã ph«t«n ®øng yªn. 2. HiÖn t−îng quang ®iÖn - HiÖn t−îng quang ®iÖn ngoµi: HiÖn t−îng ¸nh s¸ng lµm bËt c¸c ªlectron ra khái mÆt kim lo¹i gäi lµ hiÖn t−îng quang ®iÖn ngoµi. - HiÖn t−îng quang ®iÖn trong (quang dÉn): HiÖn t−îng ¸nh s¸ng gi¶i phãng c¸c ªlectron liªn kÕt thµnh c¸c ªlectron dÉn vµ c¸c lç trèng cïng tham gia vµo qu¸ tr×nh dÉn ®iÖn, gäi lµ hiÖn t−îng quang ®iÖn trong. - §Þnh luËt vÒ giíi h¹n quang ®iÖn: §èi víi mçi kim lo¹i, ¸nh s¸ng kÝch thÝch ph¶i cã b−íc sãng λ ng¾n h¬n hoÆc b»ng giíi h¹n quang ®iÖn λ0 cña kim lo¹i ®ã, míi g©y ra ®−îc hiÖn t−îng quang ®iÖn. => C¸c hiÖn t−îng quang ®iÖn vµ c¸c ®Þnh luËt quang ®iÖn chøng tá ¸nh s¸ng cã tÝnh chÊt h¹t. - øng dông cña c¸c hiÖn t−îng quang ®iÖn trong c¸c tÕ bµo quang ®iÖn, trong c¸c dông cô ®Ó biÕn ®æi c¸c tÝn hiÖu ¸nh s¸ng thµnh tÝn hiÖu ®iÖn, trong c¸c quang ®iÖn trë, pin quang ®iÖn. * C«ng thøc Anhxtanh hc mv2 ε ==hf =A+0aM x λ 2 hc Trong ®ã A = lµ c«ng tho¸t cña kim lo¹i dïng lµm catèt λ0 λ0 lµ giíi h¹n quang ®iÖn cña kim lo¹i dïng lµm catèt. m: khèi l−îng e v0max lµ vËn tèc ban ®Çu cña electron quang ®iÖn khi tho¸t khái catèt f, λ lµ tÇn sè, b−íc sãng cña ¸nh s¸ng kÝch thÝch 35
37. NguyÔn Quang §«ng. §H Th¸i Nguyªn Mobile: 0974974888 * §Ó dßng quang ®iÖn triÖt tiªu th× UAK ≤ - Uh víi Uh gäi lµ hiÖu ®iÖn thÕ h∙m mv. 2 eU. = e 0max víi e = 1,6.10-19C h 2 * XÐt vËt c« lËp vÒ ®iÖn, cã ®iÖn thÕ cùc ®¹i Vmax vµ kho¶ng c¸ch cùc ®¹i dMax mµ electron chuyÓn ®éng trong ®iÖn tr−êng c¶n cã c−êng ®é E ®−îc tÝnh theo c«ng thøc: mv. 2 eV =e 0max =eE.d max 2 max * Víi U lµ hiÖu ®iÖn thÕ gi÷a anèt vµ catèt, vA lµ vËn tèc cùc ®¹i cña electron khi ®Ëp vµo anèt, vK = v0Max lµ vËn tèc ban ®Çu cùc ®¹i cña electron khi rêi catèt th×: 11 e.Um=−v22mv 22AK * HiÖu suÊt l−îng tö (hiÖu suÊt quang ®iÖn) n H = n0 Víi n vµ n0 lµ sè electron quang ®iÖn bøt khái catèt vµ sè ph«t«n ®Ëp vµo catèt trong cïng mét kho¶ng thêi gian t. nnε hfnhc C«ng suÊt cña nguån bøc x¹: p ==00=0 ttλt q ne C−êng ®é dßng quang ®iÖn b·o hoµ: I = = bh t t * B¸n kÝnh quü ®¹o cña electron khi chuyÓn ®éng víi vËn tèc v trong tõ tr−êng ®Òu B mv GmJG R = ; α = (v,B) eB sinα G JG mv Khi vB⊥⇒sin α =1⇒: R = eB. XÐt electron võa rêi khái catèt th× v = v0max nªn R = Rmax Chó ý: HiÖn t−îng quang ®iÖn x¶y ra khi ®−îc chiÕu ®ång thêi nhiÒu bøc x¹ th× khi tÝnh c¸c ®¹i l−îng: VËn tèc ban ®Çu cùc ®¹i v0Max, hiÖu ®iÖn thÕ h·m Uh, ®iÖn thÕ cùc ®¹i VMax, ®Òu ®−îc tÝnh øng víi bøc x¹ cã λMin (hoÆc fMax) * §èi víi tia R¬nghen X: - C−êng ®é dßng ®iÖn trong èng R¬nghen: i = ne Víi n lµ sè electron tíi ®Ëp vµ ®èi catot trong 1 gi©y. - §Þnh lÝ ®éng n¨ng: E® – E®o = eUAK 2 Víi E® = mv /2 lµ ®éng n¨ng cña electron ngay tr−íc khi ®Ëp vµo ®èi cat«t 2 vµ E®o = mvo /2 lµ ®éng n¨ng cña electron ngay sau khi bøt ra khái cat«t, th−êng th× E®o = 0. - §Þnh luËt b¶o toµn n¨ng l−îng: E® = ε + Q = hf + Q (®éng n¨ng cña electron biÕn thµnh n¨ng l−îng tia X vµ lµm nãng ®èi cat«t). Víi ε lµ n¨ng l−îng tia X vµ Q lµ nhiÖt l−îng lµm nãng ®èi cat«t. - B−íc sãng nhá nhÊt cña bøc x¹ do èng R¬nghen ph¸t ra øng víi tr−êng hîp toµn bé ®éng n¨ng cña electron E® (ngay tr−íc khi ®Ëp vµo ®èi cat«t) biÕn thµnh n¨ng l−îng ε cña tia X: Tõ E® = ε + Q = hf + Q ==> E® ≥ hf = hc/λ ==> λ ≥ hc/ E® -34 8 ==> λmin = hc/ E® Víi: h = 6,625.10 Js lµ h»ng sè Pl¨ng, c = 3.10 m/s lµ vËn tèc as trong ch©n kh«ng. 36
38. NguyÔn Quang §«ng. §H Th¸i Nguyªn Mobile: 0974974888 3. Quang trë vµ pin quang ®iÖn: - Quang ®iÖn trë lµ 1 ®iÖn trë lµm b»ng chÊt quang dÉn. §iÖn trë cña nã cã thÓ thay ®æi tõ vµi mªga«m khi kh«ng ®−îc chiÕu s¸ng xuèng ®Õn vµi chôc «m khi ®−îc chiÕu s¸ng. - Pin quang ®iÖn (cßn gäi lµ pin mÆt trêi) lµ 1 nguån ®iÖn ch¹y b»ng n¨ng l−îng as. Nã biÕn ®æi trùc tiÕp quang n¨ng thµnh ®iÖn n¨ng. Pin ho¹t ®éng dùa vµo hiÖn t−îng quang ®iÖn trong x¶y ra bªn c¹nh 1 líp chÆn. 4. Sù ph¸t quang: - Sù ph¸t quang lµ mét sè chÊt cã kh¶ n¨ng hÊp thô as cã b−íc sãng nµy ®Ó ph¸t ra as cã b−íc sãng kh¸c. - §Æc ®iÓm cña sù ph¸t quang: lµ nã cßn kÐo dµi 1 thêi gian sau khi t¾t as kÝch thÝch. - Huúnh quang: Lµ sù ph¸t quang cña c¸c chÊt láng vµ chÊt khÝ, cã ®Æc ®iÓm lµ as ph¸t quang t¾t rÊt nhanh sau khi t¾t as kÝch thÝch. ¸nh s¸ng huúnh quang cã b−íc sãng dµi h¬n b−íc sãng cña as kÝch thÝch: λhq > λkt. - L©n quang: Lµ sù ph¸t quang cña c¸c chÊt r¾n, cã ®Æc ®iÓm lµ as ph¸t quang cã thÓ kÐo dµi 1 kho¶ng thêi gian nµo ®ã sau khi t¾t as kÝch thÝch. øng dông: chÕ t¹o c¸c lo¹i s¬n trªn c¸c biÓn b¸o giao th«ng, t−îng ph¸t s¸ng 5. Tiªn ®Ò Bo - Quang phæ nguyªn tö Hi®r« Em * Tiªn ®Ò Bo nhËn ph«t«n ph¸t ph«t«n hc ε ==hf =E −E mn m n hfmn hfmn λmn En * B¸n kÝnh quü ®¹o dõng thø n cña electron trong nguyªn tö hi®r«: 2 Em > En rn = n r0 -11 Víi r0 =5,3.10 m lµ b¸n kÝnh Bo (ë quü ®¹o K) * N¨ng l−îng electron trong nguyªn tö hi®r«: 13,6 E =− (eV ) Víi n ∈ N*. n=6 n n2 P * S¬ ®å møc n¨ng l−îng O n=5 - D·y Laiman: N»m trong vïng tö ngo¹i N n=4 øng víi e chuyÓn tõ quü ®¹o bªn ngoµi vÒ quü ®¹o K M n=3 Chó ý: V¹ch dµi nhÊt λ khi e chuyÓn tõ L → K LK Pasen V¹ch ng¾n nhÊt λ∞K khi e chuyÓn tõ ∞ → K. L n=2 - D·y Banme: Mét phÇn n»m trong vïng tö ngo¹i, Hδ Hγ Hβ Hα mét phÇn n»m trong vïng ¸nh s¸ng nh×n thÊy øng víi e chuyÓn tõ quü ®¹o bªn ngoµi vÒ quü ®¹o L Vïng ¸nh s¸ng nh×n thÊy cã 4 v¹ch: Banme V¹ch ®á Hα øng víi e: M → L V¹ch lam Hβ øng víi e: N → L n=1 V¹ch chµm Hγ øng víi e: O → L K V¹ch tÝm Hδ øng víi e: P → L Laiman Chó ý: V¹ch dµi nhÊt λML (V¹ch ®á Hα ) V¹ch ng¾n nhÊt λ∞L khi e chuyÓn tõ ∞ → L. - D·y Pasen: N»m trong vïng hång ngo¹i øng víi e chuyÓn tõ quü ®¹o bªn ngoµi vÒ quü ®¹o M 37
39. NguyÔn Quang §«ng. §H Th¸i Nguyªn Mobile: 0974974888 Chó ý: V¹ch dµi nhÊt λNM khi e chuyÓn tõ N → M. V¹ch ng¾n nhÊt λ∞M khi e chuyÓn tõ ∞ → M. Mèi liªn hÖ gi÷a c¸c b−íc sãng vµ tÇn sè cña c¸c v¹ch quang phæ cña nguyªn tõ hi®r«: 111 =+ vµ f13 = f12 +f23 (nh− céng vÐct¬) λ13 λλ12 23 6. S¬ l−îc vÒ laze: - Laze lµ phiªn ©m cña LASER, nghÜa lµ m¸y khuyÕch ®¹i as b»ng sù ph¸t x¹ c¶m øng. - Laze lµ 1 nguån s¸ng ph¸t ra 1 chïm s¸ng cã c−êng ®é lín dùa trªn øng dông cña hÖn t−îng ph¸t x¹ c¶m øng - §Æc ®iÓm cña tia laze cã tÝnh ®¬n s¾c, tÝnh ®Þnh h−íng, tÝnh kÕt hîp rÊt cao vµ c−êng ®é lín. - Tïy vµo vËt liÖu ph¸t x¹ ng−êi ta chÕ t¹o ra laze khÝ, laze r¾n vµ laze b¸n dÉn. §èi víi laze r¾n, laze rubi (hång ngäc) lµ Al2O3 cã pha Cr2O3 mµu ®á cña tia laze lµ do as ®á cña hång ngäc do ion cr«m ph¸t ra khi chuyÓn tõ tr¹ng th¸i kÝch thÝch vÒ tr¹ng th¸i c¬ b¶n 7. L−ìng tÝnh sãng h¹t cña ¸nh s¸ng: - ¸nh s¸ng võa cã tÝnh chÊt sãng, võa cã tÝnh chÊt h¹t . VËy ¸nh s¸ng cã l−ìng tÝnh sãng h¹t. - Khi b−íc sãng cña as cµng ng¾n (th× n¨ng l−îng cña ph«t«n cµng lín), th× t/c h¹t thÓ hiÖn cµng ®Ëm nÐt: TÝnh ®©m xuyªn, td quang ®iÖn, td i«n hãa, td ph¸t quang. Ng−îc l¹i khi b−íc sãng cña as cµng dµi (th× n¨ng l−îng cña ph«t«n cµng nhá), th× t/c sãng thÓ hiÖn cµng ®Ëm nÐt: dÔ quan s¸t thÊy hiÖn t−îng giao thoa, hiÖn t−îng t¸n s¾c cña c¸c as ®ã. 38
40. NguyÔn Quang §«ng. §H Th¸i Nguyªn Mobile: 0974974888 CH¦¥NG VII. H¹t nh©n nguyªn tö 1. CÊu t¹o h¹t nh©n nguyªn tö, ®¬n vÞ khèi l−îng nguyªn tö: a) CÊu t¹o h¹t nh©n nguyªn tö: - CÊu t¹o: + H¹t nh©n nguyªn tö ®−îc cÊu t¹o tõ c¸c pr«t«n (mang ®iÖn tÝch nguyªn tè d−¬ng), vµ c¸c n¬tron (trung hoµ ®iÖn), gäi chung lµ nucl«n. + H¹t nh©n cña c¸c nguyªn tè cã nguyªn tö sè Z th× chøa Z pr«ton vµ N n¬tron; A = Z + N ®−îc gäi lµ sè khèi. A Ký hiÖu: Z X + C¸c nucl«n liªn kÕt víi nhau bëi lùc h¹t nh©n. Lùc h¹t nh©n kh«ng cã cïng b¶n chÊt víi lùc tÜnh ®iÖn hay lùc hÊp dÉn; nã lµ lo¹i lùc míi truyÒn t−¬ng t¸c gi÷a c¸c nucl«n trong h¹t nh©n (lùc t−¬ng t¸c m¹nh). Lùc h¹t nh©n chØ ph¸t huy t¸c dông trong ph¹m vi kÝch th−íc h¹t nh©n (cì 10-15m). - §ång vÞ: C¸c nguyªn tö mµ h¹t nh©n cã cïng sè pr«ton Z nh−ng kh¸c sè n¬tron N gäi lµ c¸c ®ång vÞ. b) 1 sè ®¬n vÞ hay dïng trong vËt lý h¹t nh©n: 1 - §¬n vÞ khèi l−îng nguyªn tö: §¬n vÞ u cã gi¸ trÞ b»ng khèi l−îng nguyªn tö cña ®ång vÞ 12C , cô 12 6 thÓ: -27 Mev 2 1u = 1,66055.10 kg ; 1u = 931,5 c2 ==> 1uc = 931,5MeV - u xÊp xØ b»ng khèi l−îng cña mét nucl«n, nªn h¹t nh©n cã sè khèi A th× cã khèi l−îng xÊp xØ b»ng A(u). - §¬n vÞ n¨ng l−îng: 1 eV = 1,6.10-19J ==> 1 MeV = 106.1,6.10-19J = 1,6.10-13J -27 - 1 sè ®¬n vÞ n/tö th−êng gÆp: mP = 1,67262.10 kg = 1,00728 u ; -27 mn = 1.67493.10 kg = 1,00866 u ; -31 me = 9,1.10 kg = 0,0005486 u 2. HÖ thøc Anhxtanh, ®é hôt khèi, n¨ng l−îng liªn kÕt: - H¹t nh©n cã khèi l−îng nghØ m0, chuyÓn ®éng víi vËn tèc v, cã n¨ng l−îng toµn phÇn tÝnh theo c«ng 2 2 thøc: E = m0c + W® (§éng n¨ng: W® = m.v /2) - Mét vËt cã khèi l−îng m0 ë tr¹ng th¸i nghØ, khi chuyÓn ®éng víi vËn tèc v, khèi l−îng cña vËt sÏ t¨ng m lªn thµnh m víi m = 0 v2 1 - c2 2 2 - HÖ thøc Anhxtanh: E = mc => Wd = E – E0 ; Víi E0 = m0c lµ n¨ng l−îng nghØ cña vËt. - §é hôt khèi: Khèi l−îng cña mét h¹t nh©n lu«n nhá h¬n tæng khèi l−îng cña c¸c nucl«n t¹o thµnh h¹t nh©n ®ã: ∆m = [Z.mp + (A – Z).mn] – mx gäi lµ ®é hôt khèi. 2 - Sù t¹o thµnh h¹t nh©n to¶ n¨ng l−îng t−¬ng øng ELK = ∆mc , gäi lµ n¨ng l−îng liªn kÕt cña h¹t nh©n (v× muèn t¸ch h¹t nh©n thµnh c¸c nucl«n th× cÇn tèn mét n¨ng l−îng b»ng ELK). - H¹t nh©n cã n¨ng l−îng liªn kÕt riªng ε = ELK/A cµng lín th× cµng bÒn v÷ng. 39
41. NguyÔn Quang §«ng. §H Th¸i Nguyªn Mobile: 0974974888 3. Ph¶n øng h¹t nh©n a. Ph¶n øng h¹t nh©n lµ qu¸ tr×nh biÕn ®æi cña c¸c h¹t nh©n, Ph¶n øng h¹t nh©n ®−îc chia lµm hai lo¹i: + Ph¶n øng h¹t nh©n tù ph¸t: lµ qu¸ tr×nh tù ph©n r· cña mét h¹t nh©n kh«ng bÒn v÷ng thµnh c¸c h¹t nh©n kh¸c. X1 → X2 + X3; X1 lµ h¹t nh©n mÑ, X2 lµ h¹t nh©n con, X3 lµ h¹t α hoÆc β + Ph¶n øng h¹t nh©n kÝch thÝch: lµ qu¸ tr×nh c¸c h¹t nh©n t−¬ng t¸c víi nhau thµnh c¸c h¹t nh©n kh¸c. AA12XX+→A3 X+A4X ZZ1212Z33Z44 Trong sè c¸c h¹t nµy cã thÓ lµ h¹t s¬ cÊp nh− nucl«n, electr«n, ph«t«n b. C¸c ®Þnh luËt b¶o toµn trong ph¶n øng h¹t nh©n: + B¶o toµn sè nucl«n (sè khèi): A1 + A2 = A3 + A4 + B¶o toµn ®iÖn tÝch (nguyªn tö sè): Z1 + Z2 = Z3 + Z4 JJGJJGJJGJJGJGJGJGJG + B¶o toµn ®éng l−îng: p1+=p2 p3+p4 hay mm1v1+22v =m4v3+m4v4 + B¶o toµn n¨ng l−îng toµn phÇn: K ++KE∆=K+K XX12 X3X4 Trong ®ã: ∆E lµ n¨ng l−îng ph¶n øng h¹t nh©n 1 K= mv2 lµ ®éng n¨ng chuyÓn ®éng cña h¹t X X2 xx Chó ý: - Kh«ng cã ®Þnh luËt b¶o toµn khèi l−îng. 2 - Mèi quan hÖ gi÷a ®éng l−îng pX vµ ®éng n¨ng KX cña h¹t X lµ: pXX= 2mKX - Khi tÝnh vËn tèc v hay ®éng n¨ng K th−êng ¸p dông quy t¾c h×nh b×nh hµnh JGJJGJJG JJGJJG JJG n p VÝ dô: p =+p1p2 biÕt ϕ = p12, p 1 222 pp=+12p+2 p1p2cosϕ hay ()mv 22=+(m v ) (m v )2+2m m v v cosϕ JG 11 2 2 1 212 φ p hay mK =+m11K m2K2+2 m1m2K1K2cosϕ JJnGJG JnJGJG JJG T−¬ng tù khi biÕt φ = p , p hoÆc φ = p , p p 11JJGJJG 22 JJGJG 2 JJGJG 222 Tr−êng hîp ®Æc biÖt: p1⊥ p2 ⇒ pp=+1p2. T−¬ng tù khi p1 ⊥ p hoÆc p2 ⊥ p K11vm2A2 v = 0 (p = 0) ⇒ p1 = p2 ⇒ == ≈ . T−¬ng tù v1 = 0 hoÆc v2 = 0. K22vm1A1 2 - N¨ng l−îng ph¶n øng h¹t nh©n: ∆E = (M0 - M)c Trong ®ã: M =+mmlµ tæng khèi l−îng c¸c h¹t nh©n tr−íc ph¶n øng. 0 X1X2 M =+mm lµ tæng khèi l−îng c¸c h¹t nh©n sau ph¶n øng. X3X4 40
42. NguyÔn Quang §«ng. §H Th¸i Nguyªn Mobile: 0974974888 Chó ý: + NÕu M0 > M th× ph¶n øng to¶ n¨ng l−îng ∆E d−íi d¹ng ®éng n¨ng cña c¸c h¹t X3, X4 hoÆc ph«t«n γ. C¸c h¹t sinh ra cã ®é hôt khèi lín h¬n nªn bÒn v÷ng h¬n. + NÕu M0 < M th× ph¶n øng thu n¨ng l−îng |∆E| d−íi d¹ng ®éng n¨ng cña c¸c h¹t X1, X2 hoÆc ph«t«n γ. C¸c h¹t sinh ra cã ®é hôt khèi nhá h¬n nªn kÐm bÒn v÷ng. - Trong ph¶n øng h¹t nh©n AA12XX+→A3 X+A4X ZZ1212Z33Z44 C¸c h¹t nh©n X1, X2, X3, X4 cã: N¨ng l−îng liªn kÕt riªng t−¬ng øng lµ ε1, ε2, ε3, ε4. N¨ng l−îng liªn kÕt t−¬ng øng lµ ELK1, ELK2, ELK3, ELK4 ; §é hôt khèi t−¬ng øng lµ ∆m1, ∆m2, ∆m3, ∆m4 N¨ng l−îng cña ph¶n øng h¹t nh©n : ∆E = A3ε3 +A4ε4 - A1ε1 - A2ε2 ∆E = ELK3 + ELK4 – ELK1 – ELK2 2 ∆E = (∆m3 + ∆m4 - ∆m1 - ∆m2)c 4. HiÖn t−îng phãng x¹: - §Þnh nghÜa: Lµ qu¸ tr×nh ph©n huû tù ph¸t cña mét h¹t nh©n kh«ng bÒn v÷ng. Qu¸ tr×nh ph©n huû nµy kÌm theo sù t¹o ra c¸c h¹t vµ cã thÓ kÌm theo sù ph¸t ra c¸c bøc x¹ ®iÖn tõ. H¹t nh©n tù ph©n huû gäi lµ h¹t nh©n mÑ. H¹t nh©n ®−îc t¹o thµnh sau ph©n huû gäi lµ h¹t nh©n con. - C¸c lo¹i tia phãng x¹: Tia β Tia α Tia γ Tia β + Tia β − Là sóng điện từ có bước Pôzitron hay electron sóng rất ngắn, cũng là hạt 0 Các êlectron, kí hiệu phôtôn có năng lượng cao. dương, kí hiệu: +1 e 0 − −1 e hay e . Thùc chÊt H¹t nh©n con sinh ra ë hay e + . Thùc chÊt cña phãng x¹ β- lµ mét tr¹ng th¸i kÝch thÝch cã cña phãng x¹ β+ lµ møc n¨ng l−îng cao E Hạt nhân nguyên h¹t n¬tr«n biÕn thµnh 1 mét h¹t pr«t«n biÕn B¶n chÊt 4 mét h¹t pr«t«n, mét h¹t chuyÓn xuèng møc n¨ng tử He 2 thµnh mét h¹t n¬tr«n, electr«n vµ mét ph¶n h¹t l−îng thÊp E2 ®ång thêi mét h¹t p«zitr«n vµ n¬trin«: phãng ra mét ph«t«n cã mét h¹t n¨ng l−îng: n¬trin«: np→ + e− + υ p →+ne+ +v hc ε=hf = =E −E λ 12 §iÖn tÝch + 2e + e - e 0 Tèc ®é 2.107m/s Gần bằng tốc độ ánh sáng Bằng tốc độ ánh sáng Kh¶ n¨ng iôn hóa môi trường có khả năng iôn hóa môi trường nhưng yếu hơn Kh¶ n¨ng ion hãa yÕu ion hãa mạnh tia α kh¶ n¨ng ®©m cã kh¶ n¨ng ®©m xuyªn Kh¶ n¨ng xuyªn kÐm, qu·ng Kh¶ n¨ng ®©m xuyªn m¹nh, ®i ®−îc vµi mÐt lín, ®i ®−îc vµi mÐt trong ®©m ®−êng ®i ®−îc trong kh«ng khÝ vµ vµi mm trong kim lo¹i bª t«ng vµ vµi centimÐt xuyªn trong kh«ng khÝ cì trong ch× vµ rÊt nguy hiÓm 8cm 41
43. NguyÔn Quang §«ng. §H Th¸i Nguyªn Mobile: 0974974888 AA44− A 0 A A 0 A ZZX →+22He − Y ZZX →++−11eY ZX →+−+11eYZ Trong phãng x¹ γ kh«ng cã Quy t¾c So víi h¹t nh©n mÑ, sù biÕn ®æi h¹t nh©n ⇒ dÞch h¹t nh©n con lïi 2 So víi h¹t nh©n mÑ, So víi h¹t nh©n mÑ, h¹t chuyÓn « trong b¶ng tuÇn h¹t nh©n con lïi 1 « nh©n con tiÕn 1 « trong phãng x¹ γ th−êng ®i kÌm hoµn vµ cã sè khèi trong b¶ng tuÇn hoµn b¶ng tuÇn hoµn vµ cã theo phãng x¹ α vµ β gi¶m 4 ®¬n vÞ vµ cã cïng sè khèi cïng sè khèi. 4. §Þnh luËt phãng x¹: - Sè nguyªn tö (h¹t nh©n) chÊt phãng x¹ cßn l¹i sau thêi gian t: t − N NN==.2T N.e−λt =0 002k - Sè h¹t nguyªn tö bÞ ph©n r· b»ng sè h¹t nh©n con ®−îc t¹o thµnh vµ b»ng sè h¹t (α hoÆc e- hoÆc e+) −λt ®−îc t¹o thµnh: ∆=NN00−NN= (1−e) t − m - Khèi l−îng chÊt phãng x¹ cßn l¹i sau thêi gian t: mm==.2 T m.e−λt =0 002k Trong ®ã: + N0, m0 lµ sè nguyªn tö (h¹t nh©n), khèi l−îng chÊt phãng x¹ ban ®Çu. ln 2 + T lµ chu kú b¸n r· T = lµ kho¶ng thêi gian mét nöa sè h¹t nh©n ph©n r·. λ ln2 0,693 + λ= = lµ h»ng sè phãng x¹, ®Æc tr−ng cho chÊt phãng x¹ ®ang xÐt. TT + λ vµ T kh«ng phô thuéc vµo c¸c t¸c ®éng bªn ngoµi (nh− nhiÖt ®é, ¸p suÊt ) mµ chØ phô thuéc b¶n chÊt bªn trong cña chÊt phãng x¹. t + k = T : sè chu k× b¸n r· trong thêi gian t −λt - Khèi l−îng chÊt bÞ phãng x¹ sau thêi gian t: ∆=mm00−mm= (1−e) ∆m - PhÇn tr¨m chÊt phãng x¹ bÞ ph©n r·: =−1 e−λt m0 t m − - PhÇn tr¨m chÊt phãng x¹ cßn l¹i: ==2 T e−λt m0 ∆N AN10 −−λλttA1 - Khèi l−îng chÊt míi ®−îc t¹o thµnh sau thêi gian t: mA11==(1−e) =m0(1−e) NNAA A Trong ®ã: A, A1 lµ sè khèi cña chÊt phãng x¹ ban ®Çu vµ cña chÊt míi ®−îc t¹o thµnh -23 -1 NA = 6,022.10 mol lµ sè Av«ga®r«. + - Chó ý: Tr−êng hîp phãng x¹ β , β th× A = A1 ⇒ m1 = ∆m - §é phãng x¹ H: Lµ ®¹i l−îng ®Æc tr−ng cho tÝnh phãng x¹ m¹nh hay yÕu cña mét l−îng chÊt phãng x¹, ®o b»ng sè ph©n r· trong 1 gi©y. 42
44. NguyÔn Quang §«ng. §H Th¸i Nguyªn Mobile: 0974974888 t − H HH==.2 T H.e−λt =λN=0 Víi: H = λN lµ ®é phãng x¹ ban ®Çu. 00 2k 0 0 §¬n vÞ: + Bec¬ren (Bq) : 1Bq = 1 ph©n r·/gi©y ; Curi (Ci): 1 Ci = 3,7.1010 Bq Chó ý: Khi tÝnh ®é phãng x¹ H, H0 (Bq) th× chu kú phãng x¹ T ph¶i ®æi ra ®¬n vÞ gi©y(s). - øng dông cña c¸c ®ång vÞ phãng x¹: trong ph−¬ng ph¸p nguyªn tö ®¸nh dÊu, trong kh¶o cæ ®Þnh tuæi cæ vËt dùa vµo l−îng cacbon 14. 5. Ph¶n øng ph©n h¹ch, ph¶n øng nhiÖt h¹ch: a. Ph¶n øng ph©n h¹ch: - Ph¶n øng ph©n h¹ch: mét h¹t nh©n rÊt nÆng khi hÊp thô mét n¬tron sÏ vì thµnh hai h¹t nh©n nhÑ h¬n, kÌm theo 1 vµi n¬tr«n. N¨ng l−îng táa ra trong ph¶n øng cì 210 MeV. Sù ph©n h¹ch cña 1g 235U gi¶i phãng mét n¨ng l−îng b»ng 8,5.1010J t−¬ng ®−¬ng víi n¨ng l−îng cña 8,5 tÊn than hoÆc 2 tÊn dÇu táa ra khi ch¸y hÕt. - Ph¶n øng d©y truyÒn: Gäi k lµ hÖ sè nh©n n¬tr«n, lµ sè n¬tr«n cßn l¹i sau 1 p.− h.n ®Õn kÝch thÝch c¸c h.n kh¸c. Khi k ≥ 1 x¶y ra ph¶n øng ph©n h¹ch d©y chuyÒn: + Khi k 1, ph¶n øng ph©n h¹ch d©y chuyÒn tù duy tr× vµ n¨ng l−îng ph¸t ra t¨ng nhanh vµ cã thÓ g©y ra bïng næ. - Khèi l−îng tíi h¹n: lµ khèi l−îng tèi thiÓu cña chÊt ph©n h¹ch ®Ó ph¶n øng ph©n h¹ch d©y chuyÒn duy tr×. Víi 235U khèi l−îng tíi h¹n cì 15 kg, víi 239Pu vµo cì 5 kg. b. Ph¶n øng nhiÖt h¹ch (ph¶n øng tæng hîp h¹t nh©n): - Hai hay nhiÒu h¹t nh©n rÊt nhÑ, cã thÓ kÕt hîp víi nhau thµnh mét h¹t nh©n nÆng h¬n. Ph¶n øng nµy chØ x¶y ra ë nhiÖt ®é rÊt cao, nªn gäi lµ ph¶n øng nhiÖt h¹ch. Con ng−êi míi chØ thùc hiÖn ®−îc ph¶n øng nµy d−íi d¹ng kh«ng kiÓm so¸t ®−îc (bom H). - §iÒu kiÖn ®Ó ph¶n øng kÕt hîp h¹t nh©n x¶y ra: + Ph¶i ®−a hçn hîp nhiªn liÖu sang tr¹ng th¸i plasma b»ng c¸ch ®−a nhiÖt ®é lªn tíi 108 ®é. + MËt ®é h¹t nh©n trong plasma ph¶i ®ñ lín + Thêi gian duy tr× tr¹ng th¸i plasma ë nhiÖt ®é cao ph¶i ®ñ lín. 43
45. NguyÔn Quang §«ng. §H Th¸i Nguyªn Mobile: 0974974888 CH¦¥NG VIII. Tõ vi m« ®Õn vÜ m« I. C¸c h¹t s¬ cÊp: 1. ThÕ giíi vi m«, vÜ m« ®−îc s¾p xÕp theo kÝch th−íc lín dÇn: H¹t s¬ cÊp, h¹t nh©n nguyªn tö, nguyªn tö, ph©n tö, hµnh tinh, hÖ MÆt Trêi, thiªn hµ 2. H¹t s¬ cÊp: Lµ h¹t cã kÝch th−íc vµ khèi l−îng nhá h¬n h¹t nh©n nguyªn tö. - C¸c h¹t s¬ cÊp gåm: ph«t«n γ, electron e-, p«zitron e+, pr«t«n p, n¬tr«n n, n¬trin« ν. - C¸c h¹t s¬ cÊp ®−îc chia lµm ba lo¹i: + ph«t«n - + + C¸c lept«n: Cã khèi l−îng tõ 0 ®Õn200 me. Bao gåm: n¬trin« ν, electron e , p«zitron e , mªz«n µ. + C¸c ha®r«n: Cã khèi l−îng trªn 200me. §−îc chia thµnh ba nhãm con: • Mªz«n π, K: Cã khèi l−îng trªn 200me nh−ng nhá h¬n khèi l−îng nucl«n. • Nucl«n p, n. • Hipªron: Cã khèi l−îng lín h¬n khèi l−îng c¸c nucl«n. Nhãm c¸c nucl«n vµ hipªron cßn ®−îc gäi lµ barion. - TÊt c¶ c¸c ha®r«n ®Òu ®−îc cÊu t¹o tõ c¸c h¹t nhá h¬n, gäi lµ quac. Cã 6 lo¹i quac (kÝ hiÖu lµ: u, e 2e d, s, c, b, t) cïng víi 6 ph¶n quac t−¬ng øng. C¸c quac cã mang ®iÖn ph©n sè: ± 3 , ± 3 . - PhÇn lín c¸c h¹t s¬ cÊp ®Òu t¹o thµnh cÆp gåm h¹t vµ ph¶n h¹t. Ph¶n h¹t cã cïng khèi l−îng nghØ vµ spin nh− h¹t nh−ng c¸c ®Æc tr−ng kh¸c cã trÞ sè b»ng vÒ ®é lín vµ tr¸i dÊu. - Chó ý: + S¾p xÕp theo thø tù t¨ng dÇn vÒ khèi l−îng cña c¸c h¹t s¬ cÊp ®· biÕt: Ph«t«n, lept«n, mªz«n vµ barion. + C¸c h¹t s¬ cÊp lµ ph«ton, lept«n, ha®r«n. + H¹t pr«ton cã cÊu t¹o bëi c¸c quac nªn pr«ton cã thÓ bÞ ph¸ vì. 3. Bèn lo¹i t−¬ng t¸c c¬ b¶n trong vò trô: m¹nh, ®iÖn tõ, yÕu, hÊp dÉn. - T−¬ng t¸c hÊp dÉn: Lµ t−¬ng t¸c gi÷a c¸c h¹t (c¸c vËt) cã khèi l−îng kh¸c kh«ng. B¸n kÝnh lín v« cïng, lùc t−¬ng t¸c nhá. VÝ dô: Träng lùc, lùc hót cña T§ vµ mÆt tr¨ng - T−¬ng t¸c ®iÖn tõ: lµ t−¬ng t¸c gi÷a c¸c h¹t mang ®iÖn vµ gi÷a ph«t«n víi c¸c h¹t mang ®iÖn. B¸n kÝnh lín v« h¹n, lùc t−¬ng t¸c m¹nh h¬n t−¬ng t¸c hÊp dÉn cì 1038 lÇn. T−¬ng t¸c ®iÖn tõ lµ b¶n chÊt cña c¸c lùc Cul«ng, lùc ®iÖn tõ, lùc Lo – ren, lùc ma s¸t, lùc liªn kÕt hãa häc - T−¬ng t¸c yÕu – c¸c lept«n: §ã lµ t−¬ng t¸c gi÷a c¸c lept«n. B¸n kÝnh t¸c dông rÊt nhá cì 10−18 m , lùc t−¬ng t¸c yÕu h¬n t−¬ng t¸c hÊp dÉn cì 1011 lÇn. VÝ dô: c¸c qu¸ tr×nh ph©n r· β±: ~ + - p → n + e + ve ; n → p + e + ve - T−¬ng t¸c m¹nh: Lµ t−¬ng t¸c gi÷a c¸c hadr«n; kh«ng kÓ c¸c qu¸ tr×nh ph©n r· cña chóng. B¸n kÝnh t¸c dông rÊt nhá cì 10−15 m , lùc t−¬ng t¸c yÕu h¬n t−¬ng t¸c hÊp dÉn cì 102 lÇn. Mét tr−êng hîp riªng cña t−¬ng t¸c m¹nh lµ lùc h¹t nh©n. 4. KÝch th−íc cña nguyªn tö, h¹t nh©n, pr«ton lÇn l−ît lµ: 10-10m, 10-14m, 10-15m. - Theo thø tù kÝch th−íc gi¶m dÇn: Ph©n tö > nguyªn tö > h¹t nh©n > nucl«n > quac. 44
46. NguyÔn Quang §«ng. §H Th¸i Nguyªn Mobile: 0974974888 II. mÆt trêi – hÖ mÆt trêi: 1. HÖ MÆt Trêi: Gåm MÆt Trêi vµ 8 hµnh tinh, c¸c tiÓu hµnh tinh vµ c¸c vÖ tinh, c¸c sao chæi vµ thiªn th¹ch. - C¸c hµnh tinh: Thñy tinh, Kim tinh, Tr¸i §Êt, Háa tinh, Méc tinh, Thæ tinh, Thiªn V−¬ng tinh, H¶i V−¬ng tinh. - §Ó ®o ®¬n vÞ gi÷a c¸c hµnh tinh ng−êi ta dïng ®¬n vÞ thiªn v¨n: 1ñvtv = 150.106 km . - N¨m ¸nh s¸ng: lµ qu·ng ®−êng mµ as ®i ®−îc trong 1 n¨m. 1 naêm aùnh saùng = 9,46.1012 Km - C¸c hµnh tinh ®Òu quay quanh mÆt trêi theo chiÒu thuËn trong cïng mét ph¼ng, MÆt Trêi vµ c¸c hµnh tinh tù quay quanh nã vµ ®Òu quay theo chiÒu thuËn trõ Kim tinh. 2. MÆt Trêi: - Lµ thiªn thÓ trung t©m cña hÖ mÆt trêi. Cã b¸n kÝnh > 109 lÇn bk tr¸i ®Êt; khèi l−îng = 333 000 lÇn kl T§. - Cã khèi l−îng lín, lùc hÊp dÉn cña MÆt Trêi cã vai trß quyÕt ®Þnh sù h×nh thµnh, ph¸t triÓn vµ chuyÓn ®éng cña hÖ. - Lµ mét qu¶ cÇu khÝ nãng s¸ng, kho¶ng 75% lµ hi®r« vµ 23% lµ heli. NhiÖt ®é bÒ mÆt 6000K, trong lßng ®Õn hµng chôc triÖu ®é. Trong lßng mÆt trêi lu«n x¶y ra p.− nhÖt h¹ch lµ ph¶n øng tæng hîp h¹t nh©n hi®r« thµnh hn heli. - C«ng suÊt ph¸t x¹ MÆt Trêi lµ P = 3,9.1026 W . 26 A E Chó ý: C«ng suÊt bøc x¹ cña mÆt trêi P = 3,9.10 W, Mµ P = t = t ==> E = P.t => Khèi l−îng MÆt Trêi gi¶m ®i lµ : m = E/c2 = Pt/c2. 3. Tr¸i §Êt: - CÊu t¹o: Tr¸i §Êt cã d¹ng h×nh pháng cÇu, b¸n kÝnh xÝch ®¹o b»ng 6378km , b¸n kÝnh ë hai cùc b»ng 6357km , khèi l−îng riªng trung b×nh 5515kg/m3 . + Lâi Tr¸i §Êt: b¸n kÝnh 3000km ; chñ yÕu lµ s¾t, niken; nhiÖt ®é kho¶ng 3000 - 40000 C . + Vá Tr¸i §Êt: dµy kho¶ng 35km ; chñ yÕu lµ granit; khèi l−îng riªng 3300kg/m3 . - Mét vµi sè liÖu vÒ Tr¸i §Êt: m = 5,98.1024kg, b¸n kÝnh quÜ ®¹o quanh mÆt trêi 150.106km. Chu k× quay quanh trôc 23h56ph004gi©y. Chu k× quay quanh mÆt trêi 365,2422 ngµy. Gãc nghiªng 23027’ 3. Hµnh tinh chuyÓn ®éng xung quanh MÆt Trêi theo mét quü ®¹o x¸c ®Þnh. - C¸c hµnh tinh: Thñy tinh, Kim tinh, Tr¸i §Êt, Háa tinh, Méc tinh, Thæ tinh, Thiªn V−¬ng tinh, H¶i V−¬ng tinh. - C¸c hµnh tinh cã kÝch th−íc nhá cì vµi tr¨m km hoÆc nhá h¬n gäi lµ c¸c tiÓu hµnh tinh. - VÖ tinh chuyÓn ®éng quanh hµnh tinh. - Nh÷ng hµnh tinh thuéc nhãm Tr¸i §Êt lµ: Thuû tinh, Kim tinh, Tr¸i §Êt vµ Ho¶ tinh. §ã lµ c¸c hµnh tinh nhá, r¾n, cã khèi l−îng riªng t−¬ng ®èi lín. NhiÖt ®é bÒ mÆt t−¬ng ®èi cao. - Nh÷ng hµnh tinh thuéc nhãm Méc tinh lµ: Méc tinh, Thæ tinh, H¶i v−¬ng tinh vµ Thiªn v−¬ng tinh. Chóng lµ c¸c hµnh tinh lín, cã thÓ lµ khèi khÝ hoÆc nh©n r¾n vµ xung quanh lµ chÊt láng. NhiÖt ®é bÒ mÆt t−¬ng ®èi thÊp. 45
47. NguyÔn Quang §«ng. §H Th¸i Nguyªn Mobile: 0974974888 - C¸c ®Æc tr−ng c¬ b¶n cña c¸c hµnh tinh Kho¶ng c¸ch ®Õn MÆt B¸n kÝnh Khèi l−îng (so víi Khèi l−îng riªng Chu k× tù Chu k× chuyÓn ®éng Sè vÖ tinh Thiªn thÓ Trêi (®vtv) (km) Tr¸i §Êt) (103kg/m3) quay quanh MÆt Trêi ®¨ biÕt Thñy tinh 0,39 2440 0,052 5,4 59 ngµy 87,0 ngµy 0 Kim tinh 0,72 6056 0,82 5,3 243 ngµy 224,7 ngµy 0 Tr¸i §Êt 1 6375 1 5,5 23g56ph 365,25 ngµy (1 n¨m) 1 Háa tinh 1,52 3395 0,11 3,9 24g37ph 1,88 n¨m 2 Méc tinh 5,2 71,490 318 1,3 9g50ph 11,86 n¨m > 30 Thæ tinh 9,54 60,270 95 0,7 14g14ph 29,46 n¨m 19 Thiªn 19,19 25,760 15 1,2 17g14ph 84,00 n¨m 15 V−¬ng tinh H¶i V−¬ng 30,07 25,270 17 1,7 16g11ph 164,80 n¨m > 8 tinh 4. Sao chæi vµ thiªn th¹ch: - Sao chæi: Lµ nh÷ng khèi khÝ ®ãng b¨ng lÉn víi ®¸, cã ®−êng kÝnh vµi km, chuyÓn ®éng quanh MÆt Trêi theo quü ®¹o elÝp rÊt dÑt mµ mÆt trêi lµ 1 tiªu ®iÓm. Khi sao chæi c® trªn quÜ ®¹o gÇn mÆt trêi vËt chÊt trong sao bÞ nãng s¸ng vµ bay h¬i thµnh ®¸m khÝ vµ bôi quanh sao. §¸m khÝ vµ bôi bao quanh sao bÞ ¸p suÊt do as mÆt trêi g©y ra ®Èy d¹t vÒ phÝa ®èi diÖn víi mÆt trêi t¹o thµnh c¸i ®u«i sao chæi. §øng trªn Tr¸i §Êt ta nh×n thÊy c¶ ®Çu vµ ®u«i sao chæi: ®Çu sao chæi gÇn mÆt trêi, ®u«i sao chæi xa MÆt Trêi h¬n. - Thiªn th¹ch: Lµ nh÷ng t¶ng ®¸ chuyÓn ®éng quanh mÆt trêi. Tr−êng hîp thiªn th¹ch bay vµ bÇu khÝ quyÓn cña tr¸i ®Êt th× nã bÞ ma s¸t m¹nh nªu nãng s¸ng vµ bèc ch¸y, ®Ó l¹i mét vÕt dµi mµ ta gäi lµ sao b¨ng. III. c¸c sao vµ thiªn hµ: 1. C¸c sao: - Sao lµ mét thiªn thÓ nãng s¸ng gièng nh− MÆt Trêi. C¸c sao ë rÊt xa, hiÖn nay ®· biÕt ng«i sao gÇn nhÊt c¸ch chóng ta ®Õn hµng chôc tØ km (trªn 4 n¨m as); cßn ng«i sao xa nhÊt c¸ch xa ®Õn 14 tØ n¨m ¸nh s¸ng (1 naêm aùnh saùng = 9, 46.1012 Km ). - §é s¸ng c¸c sao: §é s¸ng mµ ta nh×n thÊy cña mét ng«i sao thùc chÊt lµ ®é räi s¸ng lªn con ng−¬i cña m¾t ta, nã phô thuéc vµo kho¶ng c¸ch vµ ®é s¸ng thùc cña mçi sao. §é s¸ng thùc cña mçi sao l¹i phô thuéc vµo c«ng suÊt bøc x¹ cña nã. §é s¸ng cña c¸c sao rÊt kh¸c nhau. Ch¼ng h¹n Sao Thiªn Lang cã c«ng suÊt bøc x¹ lín h¬n cña MÆt Trêi trªn 25 lÇn; sao kÐm s¸ng nhÊt cã c«ng suÊt bøc x¹ nhá h¬n cña MÆt Trêi hµng v¹n lÇn. - C¸c lo¹i sao ®Æc biÖt: §a sè c¸c sao tån t¹i trong tr¹ng th¸i æn ®Þnh; cã kÝch th−íc, nhiÖt ®é, kh«ng ®æi trong mét thêi gian dµi. - Ngoµi ra; ng−êi ta ®· ph¸t hiÖn thÊy cã mét sè sao ®Æc biÖt nh− sao biÕn quang, sao míi, sao n¬tron, + Sao biÕn quang cã ®é s¸ng thay ®æi, cã hai lo¹i: - Sao biÕn quang do che khuÊt lµ mét hÖ sao ®«i (gåm sao chÝnh vµ sao vÖ tinh), ®é s¸ng tæng hîp mµ ta thu ®−îc sÏ biÕn thiªn cã chu k×. - Sao biÕn quang do nÐn d·n cã ®é s¸ng thay ®æi thùc sù theo mét chu k× x¸c ®Þnh. + Sao míi cã ®é s¸ng t¨ng ®ét ngét lªn hµng ngµn, hµng v¹n lÇn råi sau ®ã tõ tõ gi¶m. LÝ thuyÕt cho r»ng sao míi lµ mét pha ®ét biÕn trong qu¸ tr#nh biÕn hãa cña mét hÖ sao. + Punxa, sao n¬tron ngoµi sù bøc x¹ n¨ng l−îng cßn cã phÇn bøc x¹ n¨ng l−îng thµnh xung sãng v« tuyÕn. 46
48. NguyÔn Quang §«ng. §H Th¸i Nguyªn Mobile: 0974974888 - Sao n¬tron ®−îc cÊu t¹o bëi c¸c h¹t n¬tron víi mËt ®é cùc k× lín 1014 g/cm3 . - Punxa (pulsar) lµ l¬i sao n¬tron víi b¸n kÝnh 10km tù quay víi tèc ®é gãc 640 voøng/s vµ ph¸t ra sãng v« tuyÕn. Bøc x¹ thu ®−îc trªn Tr¸i §Êt cã d¹ng tõng xung s¸ng gièng nh− ¸ng s¸ng ngän h¶i ®¨ng mµ tµu biÓn nhËn ®−îc. 2. Thiªn hµ: - Thiªn hµ lµ mét hÖ thèng gåm nhiÒu sao vµ c¸c tinh v©n. - Thiªn hµ cña chóng ta cã d¹ng xo¾n èc. - C¸c sao tån t¹i trong Vò trô thµnh nh÷ng hÖ t−¬ng ®èi ®éc lËp víi nhau. Mçi hÖ thèng nh− vËy gåm hµng tr¨m tØ sao gäi lµ thiªn hµ. a. C¸c lo¹i thiªn hµ: - Thiªn hµ xo¾n èc cã h×nh d¹ng dÑt nh− c¸c ®Üa, cã nh÷ng c¸nh tay xo¾n èc, chøa nhiÒu khÝ. - Thiªn hµ elip cã h×nh elip, chøa Ýt khÝ vµ cã khèi l−îng tr¶i ra trªn mét d¶i réng. Cã mét lo¹i thiªn hµ elip lµ nguån ph¸t sãng v« tuyÕn ®iÖn rÊt m¹nh. - Thiªn hµ kh«ng ®Þnh h×nh tr«ng nh− nh÷ng ®¸m m©y (thiªn hµ Ma gien-l¨ng). b. Thiªn Hµ cña chóng ta: - Thiªn Hµ cña chóng ta lµ thiªn hµ xo¾n èc, cã ®−êng kÝnh kho¶ng 100 ngh×n n¨m ¸nh s¸ng vµ cã khèi l−îng b»ng kho¶ng 150 tØ khèi l−îng MÆt Trêi. Nã lµ hÖ ph¼ng gièng nh− mét c¸i ®Üa dµy kho¶ng 330 n¨m ¸nh s¸ng, chøa vµi tr¨m tØ ng«i sao. - HÖ MÆt Trêi n»m trong mét c¸nh tay xo¾n ë r×a Thiªn Hµ, c¸ch trung t©m kho¶ng 30 ngh×n n¨m ¸nh s¸ng. Gi÷a c¸c sao cã bôi vµ khÝ. - PhÇn trung t©m Thiªn Hµ cã d¹ng h×nh cÇu dÑt gäi lµ vïng låi trung t©m ®−îc t¹o bëi c¸c sao giµ, khÝ vµ bôi. - Ngay ë trung t©m Thiªn Hµ cã mét nguån ph¸t x¹ hång ngo¹i vµ còng lµ nguån ph¸t sãng v« tuyÕn ®iÖn (t−¬ng ®−¬ng víi ®é s¸ng chõng 20 triÖu ng«i sao nh− MÆt Trêi vµ phãng ra mét luång giã m¹nh). - Tõ Tr¸i §Êt, chóng ta chØ nh×n ®−îc h×nh chiÕu cña thiªn hµ trªn vßm trêi gäi lµ d¶i Ng©n Hµ n»m theo h−íng §«ng B¾c – T©y Nam trªn nÒn trêi sao. c. Nhãm thiªn hµ. Siªu nhãm thiªn hµ: - Vò trô cã hµng tr¨m tØ thiªn hµ, c¸c thiªn hµ th−êng c¸ch nhau kho¶ng m−êi lÇn kÝch th−íc Thiªn Hµ cña chóng ta. C¸c thiªn hµ cã xu h−íng hîp l¹i víi nhau thµnh tõng nhãm tõ vµi chôc ®Õn vµi ngh×n thiªn hµ. - Thiªn Hµ cña chóng ta vµ c¸c thiªn hµ l©n lËn thuéc vÒ Nhãm thiªn hµ ®Þa ph−¬ng, gåm kho¶ng 20 thµnh viªn, chiÕm mét thÓ tÝch kh«ng gian cã ®−êng kÝnh gÇn mét triÖu n¨m ¸nh s¸ng. Nhãm nµy bÞ chi phèi chñ yÕu bëi ba thiªn hµ xo¾n èc lín: Tinh v©n Tiªn N÷ (thiªn hµ Tiªn N÷ M31 hay NGC224); Thiªn Hµ cña chóng ta; Thiªn hµ Tam gi¸c, c¸c thµnh viªn cßn l¹i lµ Nhãm c¸c thiªn hµ elip vµ c¸c thiªn hµ kh«ng ®Þnh h×nh tÝ hon. - ë kho¶ng c¸ch cì kho¶ng 50 triÖu n¨m ¸nh s¸ng lµ Nhãm Trinh N÷ chøa hµng ngh×n thiªn hµ tr¶i réng trªn bÇu trêi trong chßm sao Trinh N÷. - C¸c nhãm thiªn hµ tËp hîp l¹i thµnh Siªu nhãm thiªn hµ hay §¹i thiªn hµ. Siªu nhãm thiªn hµ ®Þa ph−¬ng cã t©m n»m trong ë Nhãm Trinh N÷ vµ chøa tÊt c¶ c¸c nhãm bao quanh nã, trong ®ã cã nhãm thiªn hµ ®Þa ph−¬ng cña chóng ta. IV. thuyÕt vô næ lín (BIG BANG) 1. §Þnh luËt Híp-b¬n: Tèc ®é lïi ra xa cña thiªn hµ tØ lÖ víi kho¶ng c¸ch gi÷a thiªn hµ vµ chóng ta: ⎧vH= d 12 ⎨ −2 ; 1 naêm aùnh saùng = 9,46.10 Km ⎩H = 1,7.10 m/s.naêm aùnh saùng 47
49. NguyÔn Quang §«ng. §H Th¸i Nguyªn Mobile: 0974974888 2. ThuyÕt vô næ lín (Big Bang): - Theo thuyÕt vô næ lín, vò trô b¾t ®Çu d¨n në tõ mét “®iÓm k× dÞ”. §Ó tÝnh tuæi vµ b¸n kÝnh vò trô, ta chän “®iÓm k× dÞ” lµm mèc (gäi lµ ®iÓm zªr« Big Bang). - T¹i thêi ®iÓm nµy c¸c ®Þnh luËt vËt lÝ ®· biÕt vµ thuyÕt t−¬ng ®èi réng kh«ng ¸p dông ®−îc. VËt lÝ häc −43 hiÖn ®¹i dùa vµo vËt lÝ h¹t s¬ cÊp ®Ó dù ®o¸n c¸c hiÖn t−îng x¶y ra b¾t ®Çu tõ thêi ®iÓm tsp = 10 sau Vô næ lín gäi lµ thêi ®iÓm Planck. - ë thêi ®iÓm Planck, kÝch th−íc vô trô lµ 10−35 m , nhiÖt ®é lµ 1032 K vµ mËt ®é lµ 1091 kg/cm3 . C¸c trÞ sè cùc lín cùc nhá nµy gäi lµ trÞ sè Planck. Tõ thêi ®iÓm nµy Vò trô d·n në rÊt nhanh, nhiÖt ®é cña Vò trô gi¶m dÇn. T¹i thêi ®iÓm Planck, Vò trô bÞ trµn ngËp bëi c¸c h¹t cã n¨ng l−îng cao nh− electron, notrino vµ quark, n¨ng l−îng Ýt nhÊt b»ng 1015GeV . - T¹i thêi ®iÓm t= 10−6 s, chuyÓn ®éng c¸c quark vµ ph¶n quark ®· ®ñ chËm ®Ó c¸c lùc t−¬ng t¸c m¹nh gom chóng l¹i vµ g¾n kÕt chóng l¹i thµnh c¸c pr«t«n vµ n¬tr«n, n¨ng l−îng trung b×nh cña c¸c h¹t trong vò trô lóc nµy 1GeV . - T¹i thêi ®iÓm t = 3 phuùt , c¸c h¹t nh©n Heli ®−îc t¹o thµnh. Tr−íc ®ã, pr«t«n vµ n¬tr«n ®¨ kÕt hîp 2 2 3 víi nhau ®Ó t¹o thµnh h¹t nh©n ®¬teri 1 H . Khi ®ã, ®¨ xuÊt hiÖn c¸c h¹t nh©n ®¬teri 1 H , triti 1 H , heli 4 2 He bÒn. C¸c h¹t nh©n hi®r« vµ hªli chiÕm 98% khèi l−îng c¸c sao vµ c¸c thiªn hµ, khèi l−îng c¸c h¹t nh©n nÆng h¬n chØ chiÕm 2%. ë mäi thiªn thÓ, cã 25% khèi l−îng lµ hªli vµ cã 75% khèi l−îng lµ hi®r«. §iÒu ®ã chøng tá, mäi thiªn thÓ, mäi thiªn hµ cã cïng chung nguån gèc. - T¹i thêi ®iÓm t = 300000 naêm , c¸c lo¹i h¹t nh©n kh¸c ®¨ ®−îc t¹o thµnh, t−¬ng t¸c chñ yÕu chi phèi vò trô lµ t−¬ng t¸c ®iÖn tõ. C¸c lùc ®iÖn tõ g¾n c¸c electron víi c¸c h¹t nh©n, t¹o thµnh c¸c nguyªn tö H vµ He. - T¹i thêi ®iÓm t=109 naêm, c¸c nguyªn tö ®· ®−îc t¹o thµnh, t−¬ng t¸c chñ yÕu chi phèi vò trô lµ t−¬ng t¸c hÊp dÉn. C¸c lùc hÊp dÉn thu gom c¸c nguyªn tö l¹i, t¹o thµnh c¸c thiªn hµ vµ ng¨n c¶n c¸c thiªn hµ tiÕp tôc në ra. Trong c¸c thiªn hµ, lùc hÊp dÉn nÐn c¸c ®¸m nguyªn tö l¹i t¹o thµnh c¸c sao. ChØ cã kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c thiªn hµ tiÕp tôc t¨ng lªn. - T¹i thêi ®iÓm t=14.109 naêm, vò trô ë tr¹ng th¸i nh− hiÖn nay víi nhiÖt ®é trung b×nh TK= 2,7 . === B¶ng quy ®æi theo luü thõa 10 Thõa sè Tªn tiÒn tè Ký hiÖu Thõa sè Tªn tiÒn tè Ký hiÖu 1012 Tera T 10-1 dexi d 109 Giga G 10-2 centi c 106 Mega M 10-3 mili m 103 Kilo K 10-6 micro µ 102 Hecto H 10-9 nano n 101 Deca D 10-12 pico p 48