đề cương môn vật l‎ý trường đại học mở tp.hcm

Một vật tham gia đồng thời 2 dao động cùng phương và cùng tần số có phương trình:... Từ vị trí cân bằng 0, kéo vật xuống dưới theo phương thẳng đứng một đoạn x0 = 2cm rồi truyền cho vật

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ TP.HCM

ĐỀ CƯƠNG MÔN VẬT L‎Ý Ý (Dùng cho ôn tập Thi tuyển sinh đầu vào hệ Vừa làm Vừa học)

Phần I: Dao động điều hòa – Dao động của con lắc lò xo – Con lắc đơn –

Tổng hợp dao động điều hòa

A Tóm tắt nội dung cơ bản:

I Dao động điều hòa

1 Phương trình dao động điều hòa: x = Asin(t + )

2 Vận tốc của dao động điều hòa: '

   với  là độ dãn của lò xo khi vật ở vị trí cân bằng

III Con lắc đơn

1 Phương trình dao động con lắc đơn Biểu thức tọa độ:

 0

g: gia tốc trọng trường nơi lắc dao động (m/s2)

3 Năng lượng dao động lắc đơn:

Chọn gốc thế năng của vật khi ở vị trí thấp nhất: (wt = 0)

Khi    0 v max  2g (cos 0 cos    0 )  2g (1 cos   0)

Khi    0 Tmax= mg(3-2cos 0)

Ở vị trí biên:  = 0  Tmin = mgcos0

IV Tổng hợp 2 dao động điều hòa cùng phương cùng tần số

 Phương pháp giản đồ vector Frexnen

a Một vật tham gia đồng thời 2 dao động cùng phương và cùng tần số có phương trình:

- Cho hai vectơ A  1

và A2 quay theo chiều dương với cùng vận tốc góc  thì hình bình hành không biến dạng khi quay nên vectơ A có độ dài không đổi vàcùng quay với vận tốc này

- Tổng đại số các hình chiếu của hai vectơ xuống một trục bằng hình chiếu của vectơ tổng xuống trục đó Do đó, vectơ tổng A biểu diễn dao động tổng hợp

có dạng

x Asin     tTọa độ của ba vectơ là:

A  A  A  2A A cos   Chiếu (1) xuống hai trục:

Hướng dẫn trả lời: Dao động điều hòa là dao động có li độ x biến thiên theo qui

luật hàm số sin (hoặc cosin) theo thời gian

Phương trình dao động điều hòa: x Asin     t 

Trong đó: - x là li độ dao động (cm)

- A là biên độ dao động: độ dời lớn nhất kể từ vị trí cân bằng (cm)

 +

Q2 Q1 Q

P

P2

P1O x



- Đặc điểm: lực ma sát càng lớn thì biên độ dao động càng giảm nhanh và ngược lại.

b Dao động cưỡng bức: L‎Ý à dao động dưới tác dụng của ngoại lực biến thiên tuần hoàn: F n  F sin 0    t 

- Đặc điểm của dao động cưỡng bức:

- Thí dụ về cộng hưởng: nếu đặt 1 động cơ trên sàn hoặc trên trần nhà Khi động

cơ chạy, nếu tần số của động cơ bằng tần số dao động của sàn thì sàn sẽ có thể

bị sập

Câu 4:

Viết phương trình dao động của con lắc lò xo và con lắc đơn So sánh sự giống nhau và khác nhau của 2dao động Khi nào thì lắc lò xo và lắc đơn là dao động tự do.

: Pha ban đầu của dao động (rad)

m

 K: L‎Ý à độ cứng của lò xo (N/m)m: Khối lượng của quả cầu (kg)L‎Ý ắc lò xo dao động trong giới hạn đàn hồi

g

 

g: Gia tốc nơi làm thí nghiệm (m/s2)

l: Chiều dài con lắc (m)L‎Ý ắc đơn dao động với 0 nhỏDao động tự do: L‎Ý à dao động mà chu kỳ (tần số) không phụ thuộc vào các yếu tố bên ngoài; Vậy:

+ L‎Ý ắc lò xo dao động tự do khi bỏ qua ma sát và sức cản của môi trường.+ L‎Ý ắc đơn dao động tự do khi nó dao động ở một nơi có gia tốc không đổi và

bỏ qua lực cản môi trường,

a Tìm li độ, vận tốc và gia tốc của chất điểm tại t = 2(s)

b Tại những thời điểm nào, li độ của chất điểm bằng 3cm

c Vận tốc cực đại của chất điểm

a Viết phương trình dao động của vật

b Tính cơ năng của con lắc lò xo

c Tính ly độ của vật tại thời điểm Et = Eđ

b Từ vị trí cân bằng 0, kéo vật xuống dưới theo phương thẳng đứng một đoạn

x0 = 2cm rồi truyền cho vật vận tốc 10  3 cm/s theo phương thẳng đứng hướng lên, chọn gốc thời gian là lúc truyền vận tốc, chiều + hướng xuống Viết phương trình dao động của vật

c Tính lực đàn hồi của lò xo tại thời điểm t = 2(s)

d Xác định thời điểm vật qua vị trí x = -2cm theo chiều âm lần đầu tiên

5 Con lắc lò xo dao động theo phương thẳng đứng, có k = 100 N/m vật treo có m

= 250 (g) Kéo vật m xuống dưới theo phương thẳng đứng đến vị trí lò xo dãn 7,5 cm rồi thả nhẹ Chọn gốc thời gian là lúc thả vật, chiều + hướng lên, lấy g =

10 m/s2

a Viết phương trình dao động của vật

b Tìm thời gian từ lúc thả vật đến khi vật qua vị trí lò xo không biến dạng lần thứ nhất

a Viết phương trình dao động của vật.

a Cơ năng của hệ

b Động năng và thế năng của hệ khi x = 3cm

a Tính chiều dài con lắc biết g = 10m/s2

b Viết phương trình dao động của lắc biết tại thời điểm ban đầu thì li giác cực

max 0 10

   ?

10.Một con lắc đơn gõ dây có chiều dài l = 1m chu kỳ T = 2s.

a Tính gia tốc trọng trường nơi làm thí nghiệm

b Viết phương trình dao động của con lắc Biết lúc ban đầu khi con lắc ở vị trí cân bằng người ta cung cấp cho nó một vận tốc 31,4cm/s

c Tìm thời gian ngắn nhất kể từ lúc con lắc qua vị trí cân bằng đến khi con lắctới vị trí mà ly độ cung là 5cm Tính vận tốc của con lắc ở vị trí này

Đáp số: a g = 9,86 m/s2 b S 10sin t     (cm) c vận tốc v =  0,27 m/s11.Một con lắc đơn có chiều dài l = 2m; khối lượng quả nặng m = 200g Kéo quả nặng để dây treo lệch khỏi vị trí cân bằng một góc 600 rồi buông nhẹ

a Tính vận tốc của quả nặng khi qua vị trí cân bằng và khi  = 300

b Tính sức căng của dây treo tại vị trí  = 300; tại vị trí cân bằng và tại vị trí biên

A Tóm tắt nội dung cơ bản.

1 Sóng cơ là sự truyền dao động cơ trong một

môi trường đàn hồi

2 Đồ thị của quá trình truyền sóng:

3 Các đại lượng đặc trưng của sóng:

N

 M

a Chu kì T và tần số f của sóng cũng là chu kì và tần số của dao động điều hòa được truyền đi.

b Vận tốc truyền sóng (v): là quãng đường sóng di chuyển được trong một đơn vị thời gian: v d

- Sóng cơ học là sự truyền dao động trong một môi trường đàn hồi

- L‎Ý ập phương trình truyền sóng: Giả thử tại điểm 0 trên mặt nước có dao động điều hòa tuần hoàn theo phương trình x 0  Asin t 

Dao động này được truyền trên mặt nước với vận tốc v1 tạo thành sóng Ta phải lập phương trình truyền sóng tại M cách O 1 khoảng là d Dao động tại M

sẽ trễ về thời gian so với dao động ở 0, M dao động sau 0 một khoảng thời gian là d

v.Vậy phương trình sóng tại M sẽ là:

- Sóng cơ: L‎Ý à sự truyền dao động cơ trong một môi trường đàn hồi.

- Sóng ngang: L‎Ý à sóng trong đó phương dao động vuông góc với phương truyềnsóng Thí dụ: Sóng nước là sóng ngang

- Sóng dọc: L‎Ý à sóng trong đó phương dao động trùng với phương truyền sóng Thí dụ: Sóng âm là sóng dọc

C Bài tập.

1 Một chiếc phao trên mặt biển nhô lên cao 6 lần trong 15(s)

a Tính chu kì của sóng biển

b Cho vận tốc của sóng biển là 3 m/s Tính bước sóng

Đáp số: a T =3(s) b  = 9 (m)

2 Một người ở bờ biển thấy có 5 ngọn sóng đi qua trước mặt mình trong khoảng

10 (s) Biết 2 ngọn sóng kế tiếp cách nhau 5 (m)

a Tính chu kì dao động của sóng biển

b Vận tốc sóng biển?

Đáp số: a T0 = 2,5 (s) b v = 2 m/s

3 Nếu sóng lan truyền với vận tốc 360 m/s, và tần số là f = 450 Hz Hỏi:

a Hai điểm nằm trên cùng một phương truyền sóng cách nhau 10 cm sẽ dao động lệch pha nhau bao nhiêu?

b Tìm khoảng cách ngắn nhất giữa 2 điểm để dao động của chúng đồng pha, lệch pha

a Cho f = 40Hz Tính chu kì và bước sóng của sóng trên dây

b Thay đổi f để điểm M cách 0 một khoảng 20 cm luôn dao động cùng pha với

0 Tính f lúc này

Đáp số: a T = 0,025 (s)  = 12,5cm b f = 50Hz

Phần III Dòng điện xoay chiều

A Tóm tắt nội dung cơ bản.

1 Hiệu điện thế dao động điều hòa (hiệu điện thế xoay chiều) là hiệu điện thế biến đổi theo quy luật hàm số sin hoặc cosin theo thời gian Biểu thức:

0

u U sin t  Với u là hiệu điện thế tức thời – U0 là hiệu điện thế cực đại

2 Cường độ dòng điện xoay chiều: Nếu đặt vào 2 đầu đoạn mạch hiệu điện thế xoay chiều có biểu thức: u U sin t  0  , thì hiệu điện thế này sẽ sinh ra trong mạch dòng điện xoay chiều có cường độ tuân theo biểu thức i I sin  0    t Với I0 là cường độ cực đại -  là pha ban đầu

3 Các giá trị hiệu dụng:

a Cường độ hiệu dụng:

- Vì i biến thiên theo thời gian nên ta không thể đo được cường độ dòng xoaychiều, nên phải đưa ra khái niệm cường độ hiệu dụng của dòng xoay chiều

để đặc trưng cho độ lớn dòng điện xoay chiều

- Cường độ hiệu dụng của dòng xoay chiều bằng cường độ của dòng một chiều nào đó nếu cho chúng lần lượt qua cùng một đoạn mạch, trong cùng một thời gian thì chúng tỏa ra cùng một nhiệt lượng

- Biểu thức: I 0

I 2



b Hiệu điện thế hiệu dụng: U 0

u 2



4 Định luật Ohm trong mạch xoay chiều chỉ có điện trở thuần R

a Đặt vào 2 đầu của đoạn mạch chỉ có điện trở thuần R một hiệu điện thế xoaychiều có biểu thức u U sin t  0  (a) Hiệu điện thế này sẽ sinh ra trong mạch dòng điện xoay chiều, theo định luật Ohm ta có: u U sin t 0

 ta có i I sin t  0  (b)

Từ (a) và (b) ta thấy:

Trong mạch xoay chiều chỉ có R, dòng điện và hiệu điện thế cùng pha với nhau.

R

 chia cả 2 vế cho 2 ta có:

U I R



5 Định luật Ohm trong mạch xoay chiều chỉ có tụ điện

a Đặt vào 2 đầu đoạn mạch chỉ có tụ điện có điện dung C một hiệu điện thế xoay chiều có biểu thức: u U sin t  0  (a)

Hiệu điện thế này sẽ sinh ra trong mạch điện xoay chiều có biểu thức:

Với C

1 Z

C.



= dung kháng của tụ điện

6 Định luật Ohm trong mạch xoay chiều chỉ có cuộn thuần cảm L‎Ý

a. Đặt vào hai đầu đoạn mạch chỉ có cuộn thuần cảm, có độ tự cảm là L‎Ý (H),một hiệu điện thế xoay chiều có biểu thức: u = U0 sin t (a) Hiệu điện thếnày sẽ sinh ra dòng xoay chiều có cường độ i I sin 0 t

so với hiệu điện thế

Hay: Hiệu điện thế sớm pha

c Định luật Ohm:

L‎Ý L‎Ý

U I Z

 với ZL‎Ý = L‎Ý  = cảm kháng

7 Định luật Ohm trong mạch R-L‎Ý -C

a Các quy luật trong mạch R-L‎Ý -C

- Trong mạch R-L‎Ý -C, cường độ hiệu dụng có giá trị như nhau

- Vector hiệu điện thế U  AB

bằng tổng các vetor hiệu điện thế trên cácđoạn mạch thành phần

L‎Ý C

U I

Chú ý: Khi có cộng hưởng thì cường độ dòng điện cùng pha với UAB

9 Công suất mạch điện xoay chiều

B Câu hỏi giáo khoa

Câu 7: Chỉnh lưu dòng điện xoay chiều bằng diot bán dẫn

a Chỉnh lưu nửa chu kỳ:

Cái chỉnh lưu đơn giản là diot bán dẫn chỉ cho dòng

diện đi qua theo một chiều từ p sang n

Dòng điện qua R là dòng nhấp nháy

b Chỉnh lưu hai nửa chu kỳ:

Mắc 4 diot theo kiểu cầu

Trong nửa chu kỳ đầu, A dương dòng điện đi

theo chiều AMĐ1NRQĐ3PB

Trong nửa chu kỳ sau, dòng điện đi theo chiều

BPĐ2NRQĐ4MA

Cả hai nửa chu kỳ, dòng điện qua tải R đều theo

một chiều nhất định NRQ

Dòng điện này vẫn còn nhấp nháy tuy thế

nếu gắn thêm bộ lọc nhấp nháy sẽ giảm

Đ

p n

R i

Dòng điện qua mạch có biểu thức i 10sin100 t   (A).

a Tính tổng trở của đoạn mạch AB

Trong một môi trường trong suốt và đồng

tính, ánh sáng truyền theo các đường thẳng

gọi là các tia sáng

2 Định luật phản xạ ánh sáng

- Tia phản xạ nằm trong mặt phẳng tới và ở

bên kia pháp tuyến so với tia tới (hình 1)

- Góc phản xạ bằng góc tới: i’ = i

3 Định luật khúc xạ ánh sáng

 Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới và ở bên kia pháp tuyến so với tiatới (hình 2)

 Đối với một cặp môi trường trong suốt nhất

định thì tỉ số giữa sin góc tới (sin i) với sin góc

khúc xạ (sin r) luôn là một số không đổi Số không

đổi này phụ thuộc vào bản chất của hai môi trường

và gọi là chiết suất tỉ đối của môi trường chứa tia

khúc xạ đối với môi trường chứa tia tới

 Chiết suất tuyệt đối của một môi trường

L‎Ý à tỉ số vận tốc ánh sáng c trong chân không so với vận tốc ánh sáng v trongmôi trường đó

c n v

4 Điều kiện phản xạ toàn phần

 Ánh sáng truyền từ môi trường chiết quang hơn sang môi trường chiết quang kém n 1 > n 2 )

 Góc tới i  i gh ; sin igh =

1

2

n n

5 Thấu kính

Thấu kính là một khối chất trong suốt giới hạn bởi hai mặt cong, thường là haimặt cầu Một trong hai mặt có thể là mặt phẳng

 TK hội tụ còn gọi là TK rìa mỏng TK phân kỳ gọi là TK rìa dày

 Trục chính của thấu kính: là đường thẳng nối tâm của hai chỏm cầu hoặc đườngqua tâm của mặt cầu và vuông góc với mặt phẳng

- Độ tụ của thấu kính D1f Đơn vị của độ tụ là điốp (f đo bằng mét)

Qui ước: Đối với thấu kính hội tụ: f > 0, D > 0;

Đối với thấu kính phân kỳ: f < 0, D < 0

) 1 1 ).(

1 ( 1

2

R

n f

Qui ước: Mặt cầu lồi: R > 0; Mặt cầu lõm: R < 0; Mặt phẳng: R = 

5.1 Qui ước về dấu:

 Vật thật (nằm trước thấu kính theo chiều ánh sáng): d > 0

Vật ảo (nằm sau thấu kính): d < 0

 Ảnh thật (nằm sau thấu kính): d’ > 0; Ảnh ảo (nằm trước thấu kính): d’ < 0

 Thấu kính hội tụ: f > 0; Thấu kính phân kỳ: f < 0

5.2 Công thức thấu kính:

1 1 1

d d

f   AB

B A

k ' ' hay k   d d'

k > 0: A’B’ cùng chiều với AB (khác tính chất)

k < 0: A’B’ ngược chiều với AB (cùng tính chất)

B. CÂU HỎI GIÁO KHOA:

Trình bày các loại chùm sáng Phân biệt sự giống nhau và khác nhau của chùm sáng.

Hướng dẫn trả lời

 Có 3 loại chùm sáng: chùm phân kỳ, chùm hội tụ, chùm song song.

+ Chùm tia phân kỳ: là chùm có các tia sáng phát ra từ 1 điểm (hay đường kéodài của các tia ngược chiều truyền giao nhau tại 1 điểm)

+ Chùm tia hội tụ : là chùm tia sáng giao nhau tại 1 điểm

+ Chùm tia song song : là chùm có các tia sáng song song nhau

 Sự giống nhau:

+ Cùng khái niệm thuần túy toán học

+ 3 loại chùm là chùm đồng qui (Chùm song song được coi là chùm có điểmđồng qui ở vô cực)

 Sự khác nhau:

+ Chùm song song: Cường độ ánh sáng không thay đổi

+ Chùm hội tụ: Cường độ ánh sáng tăng dần

+ Chùm phân kỳ: Cường độ ánh sáng giảm dần

Phát biểu định luật truyền thẳng ánh sáng và ứng dụng của nó.

Hướng dẫn trả lời

 Định luật truyền thẳng ánh sáng : Trong một trường trong suốt và đồng tính

ánh sáng truyền theo các đường thẳng gọi là các tia sáng

 Ứng dụng : Định luật truyền thẳng dùng để giải thích các hiện tượng : Sự

xuất hiện các vùng bóng đen và nửa tối, nhật thực, nguyệt thực; ngắm cácđường thẳng trên mặt đất dùng cọc tiêu

Thế nào là hiện tượng phản xạ ánh sáng? Phát biểu định luật phản xạ ánh sáng.

Hướng dẫn trả lời

 Hiện tượng phản xạ ánh sáng: hiện tượng tia

sáng bị đổi hướng trở lại môi trường cũ khi gặp 1

bề mặt nhẵn gọi là hiện tượng phản xạ ánh sáng

 Định luật phản xạ ánh sáng:

- Tia phản xạ nằm trong mặt phẳng tới và ở bên

kia pháp tuyến so với tia tới

- Góc phản xạ bằng góc tới: i’ = i

xy : mặt phản xạ ; SI : tia tới ; IR : tia phản xạ

I : điểm tới ; NI : pháp tuyến mặt phản xạ tại I

mp(SI,IN) = mp tới; i: góc tới ; i’: góc phản xạ

Nêu cách vẽ đường đi của các tia sáng cơ bản qua một thấu kính.

Hướng dẫn trả lời

Đường đi của tia sáng qua một thấu kính có 4 tia cơ bản:

1 Tia tới song song trục chính, cho tia ló qua (hay có đường kéo dài qua) tiêuđiểm ảnh chính F’

2 Tia tới qua (hay có đường kéo dài qua) tiêu điểm vật chính F, cho tia ló songsong trục chính

3 Tia tới qua quang tâm O, cho tia ló truyền thẳng

4. Tia tới song song với 1 trục phụ bất kỳ, cho tia ló qua hay có đường kéo dàiqua tiêu điểm ảnh phụ F1’ của trục phụ đó

N

i i’

x

C. BÀI TẬP:

Bài 1: Một người nhìn thấy ảnh đỉnh một cột điện trong một vũng nước nhỏ Người

ấy đứng cách vũng nước 2,5 m và cách chân cột điện 12,5 m Mắt ngưới này cáchchân 1,5 m Tính chiều cao cột điện

Đáp số: h = 6,4m

Bài 2: Một người cao 1,76 m, mắt cách đỉnh đầu 12 cm đứng trước một gương phẳngtreo thẳng đứng Tính bề cao tối thiểu của gương và mép dưới của gương phải cáchmặt đất bao nhiêu để người này thấy trọn ảnh mình trong gương Các kết quả trên cóphụ thuộc vào khoảng cách từ người đó tới gương không?

Đáp số:IJ = 88 cm; JH = 82 cm; Không

Bài 3: Ánh sáng đi từ không khí vào một chất lỏng trong suốt với góc tới i = 600 thì tiakhúc xạ ứng với góc khúc xạ r = 300 Cho vận tốc ánh sáng trong không khí là c =3.108 m/s Tính vận tốc ánh sáng trong chất lỏng đó

Đáp số: v  1,73.10 8 m/s

Bài 4: Một thấu kính thủy tinh có chiết suất n =1,6; khi đặt trong không khí có độ tụ

2,1 diốp Dìm thấu kính vào chất lỏng có chiết suất n thì nó có tiêu cự f’= 2 m.

a Tính chiết suất n’của chất lỏng

b Biết bán kính của một mặt thấu kính R1 = 6,5 cm Tính R2

Đáp số: a) n’ = 1,4; b) R 2 = - 8 cm

Bài 5: Cho một thấu kính thủy tinh chiết suất n =1,5 hai mặt lồi bán kính lần lượt là

R1 = 50 cm và R2 = 25 cm Hãy tính độ tụ của thấu kính:

a Khi đặt nó trong không khí

b Khi đặt thấu kính trong chất lỏng có chiết suất n’=1,64

Đáp số: a) D = 3 diốp; b) D’ = 0,5 diốp

Bài 6: Cho thấu kính làm bằng thủy tinh có chiết suất n = 1,5 gồm một mặt lồi bánkính 10 cm và một mặt lõm bán kính 20 cm Một vật sáng AB = 2 cm đặt vuông góctrục chính và cách thấu kính khoảng d Xác định vị trí tính chất của ảnh trong cáctrường hợp :

1 2

3 4

F O F’

F1’

Đường đi của các tia sáng qua một

thấu kính phân kì