Lý thuyết vật lý dao động cơ 12 luyện thi đại học

Chương I. DAO ĐỘNG CƠTiết 1. DAO ĐỘNG DIỀU HÒAI. Dao động cơ1. Thế nào là dao động cơ?Dao động cơ là chuyển động qua lại của vật quanh một vị trí cân bằng. luyện thi đại học

Chương I DAO ĐỘNG CƠ

Tiết 1 DAO ĐỘNG DIỀU HÒA

I Dao động cơ

1 Thế nào là dao động cơ?

Dao động cơ là chuyển động qua lại của vật quanh một vị trí cân bằng

2 Dao động tuần hoàn

Dao động tuần hoàn là dao động mà sau những khoảng thời gian bằng nhau, gọi là chu kì, vật trở lại vị trí cũ theo hướng cũ

II Phương trình của dao động điều hòa

Định nghĩa dao động điều hòa

Dao động điều hòa là dao động trong đó li độ của vật là một hàm côsin (hay sin) của thời gian

Phương trình dao động điều hòa

Phương trình dao động: x = Acos(t + )

Trong đó:

A là biên độ dao động (A > 0) Nó là độ lệch cực đại của vật; đơn vị m, cm

(t + ) là pha của dao động tại thời điểm t

 là pha ban đầu của dao động; đơn vị rad; có giá trị nằm trong khoảng từ -  đến 

IV Vận tốc và gia tốc của vật dao động điều hòa

1 Vận tốc

+ Vận tốc là đạo hàm của li độ theo thời gian: v = x' = - Asin(t + )

+ Vận tốc của vật dao động điều hòa biến thiên điều hòa cùng tần số nhưng sớm pha hơn

2



so với với li độ của dao động

- Ở vị trí biên, x =  A thì vận tốc bằng 0

- Ở vị trí cân bằng, x = 0 thì vận tốc có độ lớn cực đại: vmax = A

2 Gia tốc

+ Gia tốc là đạo hàm của vận tốc theo thời gian: a = v' = - 2Acos(t + ) = - 2x

+ x, v và a biến thiên điều hòa cùng tần số; a ngược pha với x, sớm pha

- Ở vị trí biên, x =  A thì gia tốc có độ lớn cực đại : amax = 2A

- Ở vị trí cân bằng (x = 0) thì a = 0

V Đồ thị của dao động điều hòa

Đồ thị của dao động điều hòa là một đường hình sin

+ Kéo vật nặng ra khỏi vị trí cân bằng cho lò xo dãn ra

một đoạn nhỏ rồi buông tay, ta thấy vật dao động trên

một đoạn thẳng quanh vị trí cân bằng

II Khảo sát dao động của con lắc lò xo về mặt động

Theo định luật II Newton: m

III Khảo sát dao động của con lắc lò xo về mặt năng lượng

1 Động năng của con lắc lò xo

Cơ năng của con lắc tỉ lệ với bình phương của biên độ dao động

Cơ năng của con lắc được bảo toàn nếu bỏ qua mọi ma sát

CON LẮC ĐƠN

I Thế nào là con lắc đơn?

1 Cấu tạo

Gồm một vật nhỏ, khối lượng m, treo vào ở đầu một sợi dây không dãn,

có chiều dài l, có khối lượng không đáng kể

2 Nhận xét

Vị trí cân bằng là vị trí mà dây treo có phương thẳng đứng

Kéo nhẹ quả cầu cho dây treo lệch khỏi vị trí cân bằng một góc rồi thả ra ta thấy con lắc dao động xung quanh vị trí cân bằng

II Khảo sát dao động của con lắc đơn về mặt động lực học

1 Phương trình chuyển động

Vị trí của vật m được xác định bởi li độ góc  hay bởi li độ cong s = l ( tính ra rad) Chọn

chiều dương như hình vẽ

Vật chịu tác dụng của hai lực: Trọng lực



P và sức căng



T Theo định luật II Newton: m

Chiếu lên phương tiếp tuyến với quỹ đạo ta có: ma = Pt = - mgsin

Thành phần Pt = - mgsin của trọng lực là lực kéo về

Với  lớn (sin  ) dao động của con lắc đơn không phải là dao động điều hòa

Với 0 < 100 thì W =

2

1

mgl20

IV Ứng dụng: Xác định gia tốc rơi tự do

Từ công thức tính chu kì của con lắc đơn:

Làm thí nghiệm với dao động của con lắc đơn, đo T và l ta tính được g

DAO ĐỘNG TẮT DẦN DAO ĐỘNG CƯỞNG BỨC

II Dao động duy trì

Dao động được duy trì bằng cách giữ cho biên độ không đổi mà không làm thay đổi chu kì dao động gọi là dao động duy trì

Dao động của con lắc đồng hồ là dao động duy trì

III Dao động cưởng bức

1 Thế nào là dao động cưởng bức?

Dao động chịu tác dụng của ngoại lực cưởng bức tuần hoàn gọi là dao động cưởng bức

Ví dụ: Khi ô tô đang dừng mà không tắt máy thì thân xe bị rung lên Đó là dao động cưởng bức dưới tác dụng của lực cưởng bức tuần hoàn gây ra bởi chuyển động của pit-tông trong xi lanh của máy nổ

2 Đặc điểm

Dao động cưởng bức có biên độ không dổi và có tần số bằng tần số lực cưởng bức

Biên độ của dao động cưởng bức phụ thuộc vào biên độ của lực cưởng bức, vào lực cản trong hệ

và vào sự chênh lệch giữa tần số cưởng bức f và tần số riêng f0 của hệ Biên độ của lực cưởng bức càng lớn, lực cản càng nhỏ và sự chênh lệch giữa f và f0 càng ít thì biên độ của dao động cưởng bức càng lớn

IV Hiện tượng công hưởng

1 Định nghĩa

Hiện tượng biên độ của dao động cưởng bức tăng đến giá trị cực đại khi tần số f của lực cưởng bức bằng tần số riêng f0 của hệ dao động gọi là hiện tượng cộng hưởng

Điều kiện cộng hưởng: f = f0

Đường biểu diễn sự phụ thộc của biên độ dao động cưởng bức vào tần số của ngoại lực gọi là đồ thị cộng hưởng Đồ thị cộng hưởng càng nhọn khi lực cản môi trường càng nhỏ

2 Giả thích

Khi tần số của lực cưởng bức bằng tần số riêng của hệ dao động thì hệ được cung cấp năng lượng một cách nhịp nhàng đúng lúc, lúc đó biên độ dao động của hệ tăng dần lên Biên độ dao động đạt tới giá trị không đổi và cực đại khi tốc độ tiêu hao năng lượng do ma sát bằng tốc độ cung cấp năng lượng cho hệ

3 Tầm quan trọng của hiện tượng cộng hưởng

Những hệ dao động như tòa nhà, cầu, bệ máy, khung xe, đều có tần số riêng Phải cẫn thận không để cho các hệ ấy chịu tác dụng của các lực cưởng bức mạnh, có tần số bằng tần số riêng của chúng để tránh sự cộng hưởng, gây gãy, đổ

Hộp đàn của đàn ghi ta, viôlon, là những hộp cộng hưởng với nhiều tần số khác nhau của dây đàn làm cho tiếng đàn nghe to, rỏ

TỔNG HỢP HAI DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA CÙNG PHƯƠNG CÙNG TẦN SỐ

PHƯƠNG PHÁP GIẢN ĐỒ FRE-NEN

I Véc tơ quay

Dao động điều hòa: x = Acos(t + )

Được biểu diễn bằng véc tơ quay OM 

có + Gốc tại gốc tọa độ của trục Ox

+ Độ dài bằng biên độ dao động: OM = A

2 Phương pháp giãn đồ Fre-nen

a) Biểu diễn các dao động thành phần và dao động tổng hợp bằng véc tơ quay

Các dao động thánh phần x1 và x2 được biểu diễn bởi hai véc tơ quay

b) Biên độ và pha ban đầu của dao động tổng hợp

Dựa vào giãn đồ véc tơ ta thấy

A2 = A1

2

+ A2 2

+ 2 A1A2 cos (2 - 1) tan =

2 2 1 1

2 2 1 1

cos cos

sin sin







 A A

A A





3 Ảnh hưởng của độ lệch pha

Biên độ và pha ban đầu của dao động tổng hợp phụ thuộc vào biên độ và pha ban đầu của các dao động thành phần

+ Khi hai dao động thành phần cùng pha (2 - 1 = 2k) thì dao động tổng hợp có biên độ cực đại: A = A1 + A2

+ Khi hai dao động thành phần ngược pha (2 - 1 = (2k + 1)) thì dao động tổng hợp có biên

độ cực tiểu: A = |A1 - A2|

+ Trường hợp tổng quát:

A1 + A2  A  |A1 - A2|

Chương II SÓNG CƠ VÀ SÓNG ÂM

Tiết 12 - 13 SÓNG CƠ VÀ SỰ TRUYỀN SÓNG CƠ

Sóng cơ là dao động cơ lan truyền trong một môi trường

Các gợn sóng phát đi từ O đều là những đường tròn tâm O Vậy sóng nước truyền theo các phương khác nhau trên mặt nước với cùng một tốc độ v

Sóng dọc là sóng trong đó các phần tử của môi trường dao động theo phương trùng với phương truyền sóng

Sóng dọc truyền được cả trong chất khí, chất lỏng và chất rắn

Sóng cơ không truyền được trong chân không

II Các đặc trưng của một sóng hình sin

1 Sự truyền của một sóng hình sin

Căng ngang một sợi dây mềm, dài, đầu Q gắn vào tường, đầu P gắn vào cần rung để tạo dao động điều hòa Khi cho P dao động điều hòa theo phương thẳng đứng Trên dây xuất hiện một sóng cơ có dạng hình sin lan truyền về đầu Q

Quan sát ta thấy trên dây có những điểm dao động hoàn toàn giống nhau và có những điểm dao động hoàn toàn ngược nhau

Sóng cơ lan truyền trên dây với tốc độ v

2 Các đặc trưng của một sóng hình sin

+ Biên độ sóng A: là biên độ dao động của một phần tử của môi trường có sóng truyền qua + Chu kì T, tần số f của sóng: Chu kì T của sóng là chu kì dao động của một phần tử của môi trường có sóng truyền qua Đại lượng f =

T

1 gọi là tần số của sóng

+ Tốc độ truyền sóng v: là tốc độ lan truyền dao động trong môi trường

+ Bước sóng : là quãng đường sóng lan truyền trong một chu kỳ:  = vT =

f

v

+ Hai phần tử cách nhau một bước sóng thì dao động cùng pha với nhau

+ Năng lượng sóng là năng lượng dao động của các phần tử của môi trường có sóng truyền qua

Hiện tượng hai sóng gặp nhau tạo nên các gợn sóng ổn định gọi là hiện tượng giao thoa của hai sóng Các gợn sóng có hình các đường hypebol gọi là các vân giao thoa

II Cực đại và cực tiểu

Xét điểm M trong vùng giao thoa của 2 sóng phát ra từ 2 nguồn S1 và S2 Gọi d1 = S1M, d2 =

S2M là đường đi của mỗi sóng tới M

+ Tại M sẽ có cực đại khi:

d2 – d1 = k; với k  Z

Những điểm tại đó dao động có biên độ cực đại là những điểm mà hiệu đường đi của hai sóng

từ nguồn truyền tới bằng một số nguyên lần bước sóng 

Quỹ tích của những điểm này là những đường hypebol có hai tiêu điểm là S1 và S2, chúng được

gọi là những vân giao thoa cực đại

+ Tại M sẽ có cực tiểu (đứng yên) khi:

Những điểm tại đó dao động triệt tiêu là những điểm mà hiệu đường đi của hai sóng từ nguồn

truyền tới bằng một số nguyên lẻ nữa bước sóng

Quỹ tích của những điểm này là những đường hypebol có hai tiêu điểm là S1 và S2, chúng được gọi là những vân giao thoa cực tiểu

III Điều kiện giao thoa Sóng kết hợp

+ Nguồn kết hợp, sóng kết hợp: Hai nguồn dao động cùng phương cùng tần số và có hiệu số pha không thay đổi theo thời gian gọi là hai nguồn kết hợp Hai sóng do hai nguồn kết hợp phát ra gọi

là hai sóng kết hợp

Hai nguồn dao động cùng phương cùng tần số và cùng pha gọi là hai nguồn đồng bộ

+ Để có các vân giao thoa ổn định trên mặt nước thì hai nguồn phát sóng trên mặt nước phải là hai nguồn kết hợp

+ Hiện tượng giao thoa là một hiện tượng đặc trưng của sóng: mọi quá trình sóng đều có thể gây

ra hiện tượng giao thoa và ngược lại quá trình nào gây được hiện tượng giao thoa thì đó chắc chắn

b) Định nghĩa

Sóng dừng là sóng truyền trên sợi dây trong trường hợp xuất hiện các nút và các bụng

2 Sóng dừng trên một dây có 2 đầu cố định

+ Hai đầu cố định là hai nút sóng

+ Vị trí các nút: Các nút sóng nằm cách các đầu cố định những khoảng bằng một số nguyên nửa bước sóng Hai

nút liên tiếp nằm cách nhau một khoảng bằng /2

+ Vị trí các bụng: Xen giữa 2 nút là một bụng, nằm cách đều hai nút đó Các bụng nằm cách hai đầu cố định những khoảng bằng một số nguyên lẽ một phần tư bước sóng Hai bụng liên tiếp nằm cách nhau một khoảng bằng /2

Điều kiện để có sóng dừng trên một sợi dây có hai đầu cố định là chiều dài của sợi dây phải

bằng một số nguyên lần nửa bước sóng l = k./2

2 Sóng dừng trên một sợi dây có một đầu cố định, một đầu tự do

Điều kiện để có sóng dừng dừng trên một sợi dây có một đầu cố định, một đầu tự do là chiều dài

của sợi dây phải bằng một số nguyên lẻ một phần tư bước sóng: l = (2k + 1)/4

ĐẶC TRƯNG VẬT LÍ CỦA ÂM

I Âm, nguồn âm

1 Âm là gì?

Sóng âm là những sóng cơ truyền trong các môi trường khí, lỏng, rắn

Tần số của sóng âm cũng là tần số âm

2 Nguồn âm

Nguồn âm là vật dao động phát ra âm

Tần số của âm phát ra bằng tần số dao động của nguồn âm

3 Âm nghe được, hạ âm, siêu âm

Âm nghe được (âm thanh) có tần số từ 16 Hz đến 20000 Hz

Âm có tần số dưới 16 Hz gọi là hạ âm

Âm có tần số trên 20 000 Hz gọi là siêu âm

4 Sự truyền âm

a) Môi trường truyền âm

Âm truyền được qua các chất rắn, lỏng và khí Âm không truyền được trong chân không

Âm hầu như không truyền được qua các chất xốp như bông, len, … Những chất đó gọi là chất cách âm

b) Tốc độ truyền âm

Trong một môi trường, âm truyền với một tốc độ xác định

Khi sóng âm truyền qua không khí, mỗi phần tử không khí dao động quanh vị trí cân bằng theo phương trùng với phương truyền sóng, làm cho áp suất không khí tại mỗi điểm cũng dao động quanh giá trị trung bình nào đó

II Những đặc trưng vật lí của âm

Nhạc âm là những âm có tần số xác định Tạp âm là âm không có một tần số xác định

1 Tần số âm

Tần số âm là một trong những đặc trưng vật lí quan trọng nhất của âm

2 Cường độ và mức cường độ âm

gọi là mức cường độ âm của âm có cường độ I

Với I0 = 10-12W/m2 cường độ âm chuẩn của âm có tần số 1000Hz

Đơn vị của mức cường độ âm ben (B) Trong thực tế người ta thường dùng ước số của ben là đêxiben (dB): 1dB = 0,1B

Công thức tính mức cường độ âm theo đơn vị đềxiben: L (dB) = 10lg

0

I I

3 Âm cơ bản và họa âm

Khi một nhạc cụ phát ra một âm có tần số f0 thì bao giờ nhạc cụ đó cũng đồng thời phát ra một loạt âm có tần số 2f0, 3f0, có cường độ khác nhau Âm có tần số f0 gọi là âm cơ bản hay họa âm thứ nhất, các âm có tần số 2f0, 3f0, … gọi là các họa âm thứ 2, thứ 3, … Biên độ của các họa âm lớn, nhỏ không như nhau, tùy thuộc vào chính nhạc cụ đó Tập hợp các họa âm tạo thành phổ của nhạc âm

Phổ của cùng một âm do các nhạc cụ khác nhau phát ra thì hoàn toàn khác nhau

Tổng hợp đồ thị dao động của tất cả các họa âm trong một nhạc âm ta được đồ thị dao động của nhạc âm đó

Đồ thị dao động âm là đặc trưng vật lý thứ ba của âm

ĐẶC TRƯNG SINH LÍ CỦA ÂM

I Độ cao

Độ cao của âm là một đặc trưng sinh lí của âm gắn liền với tần số của âm

Âm nghe càng thanh (cao) khi tần số càng lớn Âm nghe càng trầm (thấp) khi tần số càng nhỏ

II Độ to

Độ to của âm là một khái niệm nói về đặc trưng sinh lí của âm gắn liền với với đặc trưng vật lí mức cường độ âm

Tuy nhiên ta không thể lấy mức cường độ âm làm số đo độ to của âm dược

Độ to của âm phụ thuộc vào cường độ âm, mức cường độ âm và tần số của âm

III Âm sắc

+ Các nhạc cụ khác nhau phát ra các âm có cùng một độ cao nhưng tai ta có thể phân biệt được

âm của từng nhạc cụ, đó là vì chúng có âm sắc khác nhau

+ Âm có cùng một độ cao do các nhạc cụ khác nhau phát ra có cùng một chu kì nhưng đồ thị dao động của chúng có dạng khác nhau

Vậy, âm sắc là một đặc trưng sinh lí của âm, giúp ta phân biệt âm do các nguồn khác nhau phát

ra Âm sắc có liên quan mật thiết với đồ thị dao động âm

Chương III DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

Tiết 21 ĐẠI CƯƠNG VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

I Khái niệm về dòng điện xoay chiều

Dòng điện xoay chiều là dòng điện có cường độ biến thiên tuần hoàn với thời gian theo quy luật của hàm số sin hay côsin, với dạng tổng quát: i = I0cos(t + )

Trong đó: i là cường độ dòng điện tức thời tại thời điểm t; I0 > 0 là cường độ dòng điện cực đại;

II Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều

Cho cuộn dây dẹt, hình tròn có N vòng, mỗi vòng có diện tích S, quay đều với tốc độ góc 

xung quanh một trục cố định đồng phẵng với cuộn dây đặt trong một từ trường đều



B có phương vuông góc với trục quay

Giả sử lúc t = 0 góc hợp giữa pháp tuyến

CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU

Nếu trong một mạch điện có dòng điện xoay chiều i = I0cost = I 2cost thì điện áp xoay chiều giữa hai đầu đoạn mạch là:

u = U0cos(t + ) = U 2cos(t + )  gọi là độ lệch pha giữa u và i

Nếu  > 0 thì ta nói u sớm pha  so với i

Nếu  < 0 thì ta nói u trể pha || so với i

Nếu  = 0 thì ta nói u cùng với i

I Mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở

+ Cường độ hiệu dụng trong mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở có giá trị bằng thương số giữa điện áp hiệu dụng và điện trở của mạch

+ Cường độ tức thời trong mạch chỉ có điện trở cùng pha với điện áp tức thời hai đầu mạch

II Đoạn mạch xoay chiều chỉ có tụ điện

Tụ điện C không cho dòng điện không đổi đi qua (cản trở hoàn toàn) nhưng lại cho dòng điện xoay chiều đi qua

+ Cường độ hiệu dụng trong mạch chỉ chứa tụ điện có giá trị bằng thương số của điện áp hiệu dụng giữa hai đầu mạch và dung kháng của mạch

+ Trong mạch chỉ chứa tụ điện, cường độ dòng điện sớm pha

2



so với điện áp hai đầu tụ điện

(hoặc điện áp ở hai đầu tụ điện trể pha

2



so với cường độ dòng điện)

Ý nghĩa của dung kháng

Dung kháng ZC =

C



1

là đặc trưng cho tính cản trở dòng điện xoay chiều của tụ điện

Nếu điện dung C của tụ điện và tần số góc  của dòng điện càng lớn thì ZC càng nhỏ và dòng điện xoay chiều bị cản trở càng ít

Ngoài ra dung kháng làm u trể pha hơn i

III Đoạn mạch xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần

1 Hiện tượng tự cảm trong mạch điện xoay chiều

Khi có dòng điện cường độ i chạy qua một cuộn dây có độ tự cảm L (gọi là cuộn cảm) thì từ thông tự cảm trong cuộn dây là:  = Li

Nếu i là dòng điện xoay chiều thì  biến thiên tuần hoàn theo t và trong cuộn dây xuất hiện một suất điện động: e = - L

dt di

= - Li’

Điện áp giữa hai đầu cuộn cảm: u = ri - e; với cuộn thuần cảm (r = 0) thì u = -e

+ Trong mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần, cường độ hiệu dụng có giá trị bằng thương

số của điện áp hiệu dụng và cảm kháng của mạch

+ Trong mạch điện xoay chiều chỉ có một cuộn cảm thuần, cường độ dòng điện trể pha

Cảm kháng ZL = L đặc trưng cho tính cản trở dòng điện xoay chiều của cuộn cảm

Khi độ tự cảm của cuộn cảm và tần số góc  của dòng điện xoay chiều càng lớn thì ZL càng lớn, cuộn cảm L sẽ cản trở càng nhiều đối với dòng điện xoay chiều

Ngoài ra cảm kháng làm u sớm pha hơn i

CÔNG SUẤT ĐIỆN TIÊU THỤ CỦA MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU HỆ SỐ CÔNG SUẤT

I Công suất của đoạn mạch xoay chiều

1 Biểu thức của công suất

Xt đoạn mạch xoay chiều có:

i = I 2cost v u = U 2cos(t + )

Thì công suất của đoạn mạch xoay chiều này là: P = UIcos

2 Điện năng tiêu thụ của mạch điện

W = Pt

II Hệ số công suất

1 Biểu thức của hệ số công suất và công suất

Trong công thức P = UIcos thì cos được gọi là hệ số công suất Vì || < 900 nên

1  cos  0 Dựa vào giãn đồ véc tơ ta có

cos =

Z

R R

U R

 Công suất của đoạn mạch RLC:

P = UIcos = 2

2

Z

R U

TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG MÁY BIẾN ÁP

I Bài toán truyền tải điện năng đi xa

Công suất phát đi từ nhà máy phát điện

P = UI Công suất hao phí do tỏa nhiệt trên đường dây tải: Php = rI2 = r(

U

P

)2 = P2 2

U r

Với công suất phát P xác định, để giảm Php ta phải giảm r hoặc tăng U

Trái lại, biện pháp tăng U có hiệu quả rỏ rệt: Tăng U lên n lần thì Php giảm n2 lần

II Máy biếp áp

Máy biến áp là những thiết bị có khả năng biến đổi điện áp xoay chiều

1 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động

Bộ phận chính là một lỏi biến áp hình khung bằng sắt non có pha silic cùng với hai cuộn dây có điện trở nhỏ và độ tự cảm lớn quấn trên lỏi biến áp Cuộn thứ nhất có N1 vòng nối vào nguồn phát điện gọi là cuộn sơ cấp, cuộn thứ 2 có N2 vòng nối ra các cơ sở tiêu thụ điện năng gọi là cuộn thứ cấp

Nối hai đầu cuộn sơ cấp vào nguồn phát điện xoay chiều, dòng điện xoay chiều chạy trong cuộn

sơ cấp tạo ra từ trường biến thiên trong lỏi biến áp Từ thông biến thiên của từ trường đó qua cuộn thứ cấp gây ra suất điện động cảm ứng trong cuộn thứ cấp

2 Khảo sát thực nghiệm một máy biến áp

Khảo sát thực nghiệm một máy biến áp ta thấy:

1 2

1

2

N

N U

Kết luận: Đối với máy biến áp lí tưởng:

+ Tỉ số các điện áp hiệu dụng ở cuộn thứ cấp và cuộn sơ cấp bằng tỉ số 2

III Ứng dụng của máy biến áp

+ Thay đổi điện áp của dòng điện xoay chiều đến các giá trị thích hợp

+ Sử dụng trong việc truyền tải điện năng để giảm hao phí trên đường dây truyền tải

+ Sử dụng trong máy hàn điện nấu chảy kim loại

MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU

I Máy phát điện xoay chiều một pha

1 Cấu tạo và hoạt động

+ Cấu tạo gồm bộ phận chính:

Phần cảm là nam châm vĩnh cữu hay nam châm điện: phần tạo ra từ trường

Phần ứng là những cuộn dây, trong đó xuất hiện suất điện động cảm ứng

Một trong hai phần đặt cố định, phần còn lại quay quanh một trục Phần cố định gọi là stato, phần quay gọi là rôto

+ Hoạt động: Khi rôto quay, từ thông qua cuộn dây biến thiên, trong cuộn dây xuất hiện suất điện động cảm ứng, suất điện động này được đưa ra ngoài để sử dụng

2 Tần số của dòng điện xoay chiều

Nếu máy phát có 1 cuộn dây và 1 nam châm (một cặp cực), rôto quay n vòng trong 1 giây thì tần

số của dòng điện là f = n

Nếu máy có p cặp cực và rô to quay n vòng trong 1 giây thì f = np

Nếu máy có p cặp cực và rô to quay n vòng trong 1 phút thì f =

60

n

p

II Máy phát điện xoay chiều ba pha

1 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động

Máy phát điện xoay chiều ba pha gồm:

+ Ba cuộn dây hình trụ giống nhau gắn cố định trên một vành tròn tại ba vị trí đối xứng (ba trục của ba cuộn dây đồng quy tại tâm O của đường tròn và lệch nhau 1200)

+ Một nam châm NS có thể quay quanh trục O với tốc độ góc  không đổi

Khi nam châm quay từ thông qua ba cuộn dây biến thiên theo hàm số sin của thời gian với cùng tần số góc , cùng biên độ nhưng lệch pha nhau

3

2

Kết quả là trong ba cuộn dây xuất hiện ba

suất điện động xoay chiều cùng tần số, cùng biên độ và lệch pha nhau

Dòng điện xoay chiều do máy phát điện xoay chiều ba pha phát ra là dòng ba pha Đó là hệ ba dòng điện xoay chiều hình sin có cùng tần số, nhưng lệch pha nhau

3

2

từng đôi một Nếu tải đối xứng thì ba dòng điện này sẽ có cùng biên độ

4 Những ưu việt của dòng ba pha

+ Truyền tải điện năng đi xa bằng dòng ba pha tiết kiệm được dây dẫn so với truyền tải bằng dịng một pha

+ Cung cấp điện cho các động cơ ba pha, dùng phổ biến trong các nhà máy, xí nghiệp

ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

I Nguyên tắc hoạt động của động cơ không đồng bộ

Quay đều một nam châm hình chử U với tốc độ góc  thì từ trường giữa hai nhánh của nam châm cũng quay với tốc độ góc 

Đặt trong từ trường quay với tốc độ góc  một khung dây dẫn kín có thể quay quanh một trục trùng với trục quay của từ trường thì khung dây quay với tốc độ góc ’ <  Ta nói khung dây quay không đồng bộ với từ trường

Giải thích: Từ trường quay làm từ thông qua khung dây biến thiên, trong khung dây xuất hiện dòng điện cảm ứng Cũng chính từ trường quay này tác dụng lên dòng điện trong khung dây một mômen lực làm khung dây quay Theo định luật Len-xơ, khung dây quay theo chiều quay của từ trường để giảm tốc độ biến thiên của từ thông

Tốc độ góc của khung dây luôn nhỏ hơn tốc độ góc của từ trường vì nếu tốc độ góc của khung dây bằng tốc độ góc của từ trường thì từ thông qua khung dây không biến thiên nữa, dòng điện cảm ứng không còn, momen lực từ bằng 0, momen cản làm khung dây quay chậm lại Lúc đó lại

có dòng cảm ứng và có momen lực từ Khung dây sẽ quay đều khi momen lực từ và momen cản cân bằng

Chương IV DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ

II Dao động điện từ tự do trong mạch dao động

1 Sự biến thiên điện tích và cường độ dòng điện trong một mạch dao động lí tưởng

+ Điện tích trên tụ điện biến thiên điều hòa theo thời gian:

q = q0cos(t + ) + Cường độ dòng điện chạy trong mạch dao động biến thiên điều hòa theo thời gian:

Vậy: Điện tích q của một bản tụ điện và cường độ dòng điện i trong mach dao động biến thiên

điều hòa theo thời gian; i sớm pha

2



so với q

2 Định nghĩa dao động điện từ tự do

Sự biến thiên điều hòa theo thời gian của điện tích q của một bản tụ điện và cường độ dòng điện

i (hoặc cường độ điện trường

LC



2 1

III Năng lượng điện từ

+ Năng lượng điện trường tập trung trên tụ:

WC = 2

1

C

q2

= 2

1

C

q02

cos2(t + ) + Năng lượng từ trường trên cuộn cảm:

WL =2

1

Li2 = 2

1

LI20sin2(t + ) + Năng lượng điện từ trên mạch dao động:

ĐIỆN TỪ TRƯỜNG

I Mối quan hệ giữa điện trường và từ trường

1 Từ trường biến thiên và điện trường xoáy

a) Phân tích thí nghiệm cảm ứng điện từ

+ Khi từ thông qua một vòng dây kín biến thiên thì trong vòng dây xuất hiện một dòng

điện cảm ứng

Sự xuất hiện của dòng điện cảm ứng chứng tỏ trong vòng dây có một điện trường mà

đường sức nằm dọc theo dây và là đường cong kín

Điện trường có đường sức là đường cong kín gọi là điện trường xoáy

+ Khi từ trường trong một vùng không gian nào đó biến thiên thì trong vùng không gian

đó xuất hiện một điện trường xoáy

Tác dụng của vòng dây trong thí nghiệm chỉ là để nhận biết điện trường xoáy thôi

b) Kết luận

Nếu tại một nơi có một từ trường biến thiên theo thời gian thì tại nơi đó xuất hiện một điện trường xoáy

2 Điện trường biến thiên và từ trường

Nếu tại một nơi có điện trường biến thiên theo thời gian thì tại nơi đó xuất hiện một từ trường Đường sức của từ trường bao giờ cũng khép kín

II Điện từ trường

Điện từ trường là trường có hai thành phần biến thiên theo thời gian, liên quan mật thiết với nhau là điện trường biến thiên và từ trường biến thiên

SÓNG ĐIỆN TỪ

I Sóng điện từ

1 Sóng điện từ là gì?

Sóng điện từ là điện từ trường lan truyền trong không gian

2 Những đặc điểm của sóng điện từ

+ Sóng điện từ lan truyền được trong chân không và trong các điện môi Tốc độ của sóng điện từ trong chân không bằng tốc độ ánh sáng c  3.108m/s Tốc độ của sóng điện từ trong điện môi nhỏ hơn trong chân không và phụ thuộc vào hằng số điện môi

Bước sóng điện từ trong chân không:  =

f c

Bước sóng điện từ trong môi trường trong suốt có chiết suất n: ’ = v c

tại một điểm tạo với nhau thành một tam diện thuận

+ Trong sóng điện từ thì dao động của điện trường và của từ trường tại một điểm luôn luôn đồng pha với nhau

+ Khi sóng điện từ gặp mặt phân cách giữa hai môi trường thì nó cũng bị phản xạ và khúc xạ như ánh sáng

+ Sóng điện từ mang năng lượng Nhờ có năng lượng mà khi sóng điện từ truyền đến một anten,

nó làm cho các electron tự do trong anten dao động

+ Những sóng điện từ có bước sóng từ vài mét đến vài km được dùng trong thông tin liên lạc vô

tuyến nên gọi là các sóng vô tuyến Người ta phân chia sóng vô tuyến thành: sóng cực ngắn, sóng

2 Sự phản xạ của các sóng ngắn trên tầng điện li

Tầng điện li là một lớp khí quyển, trong đó các phân tử khí đã bị ion hóa rất mạnh dưới tác dụng của các tia tử ngoại trong ánh sáng Mặt Trời Tầng điện li kéo dài từ độ cao khoảng 80 km đến

800 km

Các sóng ngắn vô tuyến phản xạ rất tốt trên tầng điện li cũng như trên mặt đất và mặt nước biển như ánh sáng Đó là vì đối với các sóng ngắn (có tần số lớn) thì các môi trường nói trên coi như dẫn điện tốt

Nhờ có sự phản xạ liên tiếp trên tầng điện li và trên mặt đất mà các sóng ngắn có thể truyền đi rất xa trên mặt đất

NGUYÊN TẮC LIÊN LẠC BẰNG SÓNG VÔ TUYẾN

I Nguyên tắc chung của của việc thông tin liên lạc bằng sóng vô tuyến

1 Sóng mang

Những sóng vô tuyến dùng để tải các thông tin gọi là các sóng mang

Sóng mang thường dùng là các sóng điện từ cao tần

2 Biến điệu sóng mang

Để sóng mang truyền tải được những thông tin có tần số âm, người ta thực hiện:

+ Dùng micrô để biến dao động âm thành dao động điện cùng tần số Dao động này ứng với một sóng điện từ gọi là sóng âm tần

+ Dùng mạch biến điệu để “trộn” sóng âm tần với sóng mang Việc làm này được gọi là biến điệu sóng điện từ Sóng mang đã được biến điệu sẽ truyền từ đài phát đến máy thu

3 Tách sóng

Ở nơi thu phải dùng mạch tách sóng để tách sóng âm tần ra khỏi sóng cao tần để đưa ra loa Loa

sẽ biến dao động điện thành dao động âm có cùng tần số

4 Khuếch đại

Khi tín hiệu thu được có cường độ nhỏ, ta phải khuếch đại chúng bằng mạch khuếch đại

II Sơ đồ khối của một máy phát thanh đơn giản

Một máy phát thanh vô tuyến đơn giãn gồm năm bộ phận cơ bản sau: micrô (1); mạch phát sóng điện từ cao tần (2); mạch biến điệu (3); mạch khuếch đại (4); anten phát (5)

III Sơ đồ khối của một máy thu thanh đơn giản

Một máy thu thanh vô tuyến đơn giãn gồm năm bộ phận cơ bản sau: anten thu (1); mạch khuếch đại dao động điện từ cao tần (2); mạch tách sóng (3); mạch khuếch đại dao động điện từ âm tần (4); loa (5)

Chương V SÓNG ÁNH SÁNG

Tiết 41 TÁN SẮC ÁNH SÁNG

I Thí nghiệm về sự tán sắc ánh sáng của Newton

Chiếu một chùm sáng song song, hẹp của ánh sáng Mặt Trời qua một lăng kính ta thấy chùm sáng không những bị lệch về phía đáy của lăng kính mà còn bị tách thành một dải màu liên tục từ

II Thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc của Newton

Chùm ánh sáng vàng, tách ra từ quang phổ Mặt Trời nhờ lăng kính P, sau khi đi qua lăng kính P’, chỉ bị lệch mà không bị đổi màu

Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng sáng có một màu nhất định và không bị tán sắc khi truyền qua lăng kính