ĐỊNH NGHĨA: Sĩng cơ là các dao động cơ học lan truyền theo thời gian trong mơi trường vật chất.. ĐIỆN TỪ TRƯỜNG: Mỗi từ trường biến thiên theo thời gian đều sinh ra trong khơng gian
Trang 1Chủ đề II DAO ĐỘNG CƠ HỌC
I DAO ĐỘNG ĐIỀU HỊA: (dao động được mơ tả bằng một định luật dạng sin (hoặc cos) đối với thời gian)
Con lắc lị xo Con lắc đơn Các hệ dđ khác k
m
ω = ; 2
2 m
T
k
ω
f T
l
ω = ; T 2 l
g
π
f T
=
( )
x = Acos ω ϕ t + ( xmax = A )
( / 2)
A cos t
2 2
A cos t
max
a = A ω
2
max
a = − ω x = ω v − v
( ) ( )
o o
cos t
s s cos t
ω ϕ
( 10) ( )
o
s l
α α
≤
=
2 (cos cos )
o
o
v
gl
α
Con lắc chịu lực F ur
cùng phương P ur
:
m
= + = +
ur
ur ur r ur
Con lắc vật lý
mgd I
ω
=
( )
ocos t
α α = ω ϕ +
sin
M = − mgd α
Phù kế
gS m
ρ
ω
=
F = − ρ gSz
( )
( )
đ
t
W = W + W = m ω A = kA
2
1
(cos cos ) 2
(1 cos )
t
α α
α
(1 cos )
W = W + W = mgl − α
10o
o
2 o 2 o
l
α
Lực đàn hồi của lị xo đĩng vai trị là lực kéo về:
F = − ∆ − = − k l x k l − l
ngang thẳng đứng nghiêng gĩcα
0
l
∆ = k | ∆ = l | mg k | ∆ = l | mgsin α
max
min
(| | ) 0
(| | )
đh
đh
F
=
(| | )
∆ ≤
∆ >
Hợp lực trọng lựcP ur
và lực căngT ur
của sợi dây đĩng vai trị là lực kéo về:
(3cos 2 cos o)
- VTCB: Tαmax = mg (3 2 cos − αo)
- Biên: Tαmin = mg cos αo
10o
o
α ≤ :
2 max
2 min
(1 )
1 2
o o
α α
α α
max
min
o
o
= + ∆ +
= + ∆ −
;
Nở dàiα: l = lo( 1 + ∆ α t ); T = To( 1 + ∆ α t / 2 )
Phụ thuộc độ cao h: ( R ≈ 6.400 km )
2 2
h
R
=
R h
R
+
=
Thời gian đồng hồ chạy sai (T) sau t giờ so với đồng hồ chạy đúng (To):
24.60.60 1
o
T
T
n lị xo nối tiếp n lị xo song song Cắt đoạn l
1
k = + + k k kss = + + k1 kn k lo o
k l
=
1
o
l
l
n
mv
l
Con lắc lị
xo
2
" 0
x + ω x =
Con lắc đơn
2
" 0
s + ω s =
Con lắc vật
lý
2
" 0
α ω α + =
" 0
z + ω z =
Chú ý:
Nếu αo ≤ 10o:
2 2
1 cos 2 sin
2 2
o
α
l
P
ur
n
P
uur
R
ur
Tα
ur
O
s
o
α
2
Trang
Trang 2II CÁC LOẠI DAO ĐỘNG:
1 Dao động điều hòa (dđ đh):
Dao động điều hòa là một dao
động được mô tả bằng một định luật dạng
sin (hoặc cos) đối với thời gian
2 Dao động tự do:
Dao động tự do là dao động có chu
kỳ (hay tần số) chỉ phụ thuộc vào đặc tính
của hệ dao động, mà không phụ thuộc
vào các yếu tố bên ngoài
3 Dao động tắt dần:
- Dao động tắt dần là dao động có biên độ A giảm dần theo thời gian
- Nguyên nhân: do lực ma sát F uuurms
hay lực cản Fc
ur
của môi trường
- Nếu ta cung cấp cho dao động tắt dần một lượng năng lượng bù lại sự tiêu hao năng lượng do ma sát mà không làm thay đổi tần số riêng của nó, thì dao động sẽ kéo dài mãi mãi, và dao động được coi là dao động duy trỳ
4 Dao động cưỡng bức:
Dao động cưỡng bức là dao động chịu tác dụng của ngoại lực điều hòa F = Focos( Ω + Φ t )
Đặc điểm của dao động cưỡng bức:
- Thời gian đầu, hệ thực hiện dao động rất phức tạp (tổng hợp dao động riêng fovà dao động ngoại lực f ) Sau đó,
dđ riêng tắt dần, hệ dao động với tần số f và biên độ phụ thuộc vào quan hệ f vàfo Nếu Fduy trỳ lâu thì dđ duy trỳ lâu
- Biên độ dao động cưỡng bức phụ thuộc tần số góc Ω của ngoại lực và đạt giá tri cực đại khi Ω = ωo
5 Sự cộng hưởng cơ:
Cộng hưởng cơ là hiện tượng biên độ của dao động cưỡng bức tăng nhanh và đạt giá trị cực đại khi f = fo hay
o
ω
Ω = Khi đó A = Amax
III TỔNG HỢP DAO ĐỘNG:
Tổng hợp 2 dao động cùng phương, cùng tần số Tổng hợp n dao động cùng phương, cùng tần số
cos( )
cos( ) cos( )
ω ϕ
ω ϕ
ω ϕ
cos( )
ω ϕ
ω ϕ
ω ϕ
A = A + A + A A ϕ ϕ −
sin sin tan
cos cos
ϕ
+
=
+
sin sin cos cos
tan ϕ = Ax/ Ay
• ∆ = ϕ 2k π (đồng pha): A = + A1 A2
• ∆ = ϕ (2 k + 1) π (ngược pha): A = | A1− A2|
• ∆ ≠ ϕ k π (pha bất kỳ): | A1− A2| < < + A A1 A2
Giản đồ Fresnen với hệ hai dao động cùng phương, cùng tần số:
1
2
x x
uuuur uuuur
x = + = x x OP = ch OM uuuur
ϕ
∆
M
2
M
1
M
x
3
Trang
Tọa độ xét theo
T (dđ đh)
Trang 3Chủ đề III SÓNG CƠ
I ĐỊNH NGHĨA:
Sĩng cơ là các dao động cơ học lan truyền theo thời
gian trong mơi trường vật chất
Sĩng cơ cĩ hai loại:
- Sĩng ngang là sĩng cĩ phương dao động vuơng gĩc
với phương truyền sĩng
- Sĩng dọc là sĩng cĩ phương dao động cùng phương
với phương truyền sĩng
Sĩng được đặc trưng bởi các đại lượng sau:
- Vận tốc sĩng v (vt truyền pha dđ)
- Chu kỳ sĩng T(chu kỳ dđ = chu kỳ nguồn) và tần số
sĩng f (tần số dao động = tần số nguồn sĩng)
- Bước sĩng λ = vT = v f / (quãng đường truyền
sĩng trong một chu kỳ, hay là khoảng cách ngắn nhất
giữa hai dao động cùng pha)
- Biên độ sĩng A = Add
- Năng lượng sĩng ε =12m ω2A2:
• Trên 1 phương truyền: ε = const ⇒ = A const
• Trên 1 mặt phẳng: εM ~ rM−1⇒ A ~ rM−1
• Trong khơng gian (sĩng cầu): εM ~ rM−2⇒ A ~ rM−1
II PHƯƠNG TRÌNH SĨNG:
cos cos
cos 2
M O
x
v
A
T
ω ω
π
λ
2 N M
MN
λ
−
λ
III GIAO THOA SĨNG:
Giao thoa là sự tổng hợp hai hay nhiều sĩng trong
khơng gian, trong đĩ cĩ những chỗ tăng cường và
những chỗ làm suy yếu nhau Xét: u1= u2 = A cos ω t
1 1
2 2
cos 2 cos 2
M
M
d t
T
d t
T
π
λ π
λ
Biên độ dao động:
2
2
M
M
A
ϕ
Độ lệch pha:
2
2 d d π d d
•∆ = ϕ k 2 π ⇒ d2− = d1 k λ: AM = + A1 A2 = 2 A
•∆ = ϕ (2 k + 1) π
2
: AM = A1− A2 = 0
Vì: max S S1 2 n
λ
• Số bụng sĩng giữa S1S2: N = 2 nmax+ 1
• Số nút sĩng giữa S1S2: N ' = 2 nmax
IV SĨNG DỪNG:
Sĩng dừng là hiện tượng sĩng tới và sĩng phản xạ gặp nhau trên phương truyền sĩng
- Biên độ của mỗi phần tử sĩng khi cĩ hiện tượng sĩng
2 cos
2
d
λ
- Khoảng cách giữa 2 bụng sĩng (hoặc 2 nút sĩng) bất kỳ:
2
l = k λ
Đây là điều kiện cĩ sĩng dừng 2 đầu cố định (nút sĩng) hoặc 2 đầu tự do (bụng sĩng)
- Khoảng cách từ 1 nút sĩng tới 1 bụng sĩng bất kỳ:
(2 1)
4
l = k + λ
Đây là điều kiện cĩ sĩng dừng cĩ 1 đầu
cố định (nút sĩng) và 1 đầu tự do (bụng sĩng)
V SĨNG ÂM: sĩng cơ học cĩ 16 Hz ≤ ≤ f 2.104Hz
1 Cường độ âm I: là năng lượng âm truyền qua một
đơn vị diện tích S đặt vuơng gĩc với phương truyền âm
4
= =
Trong đĩ: P là cơng suất âm (W)
R là khoảng cách từ nguồn đến điểm đang xét (m)
2 Mức cường độ âm: log ( ) 10 log ( )
(Io = 10−12W m / 2: cường độ âm chuẩn)
3 Đặc trưng âm: độ cao (tăng khi f tăng); âm sắc (phụ thuộc đồ thị âm); độ to (tăng khiItăng nhưng khơng tỉ lệ); giới hạn nghe (tùy thuộc tai từng người, ngưỡng nghe
0 50dB ÷ , ngưỡng đau 130dB) Vận tốc phụ thuộc nhiệt
độ và bản chất mơi trường: vrắn > vlỏng > vkhí
4 Nguồn nhạc âm:
2
l = k λ
(2 1)
4
l = k + λ
2
l
λ
4
l
λ
5 Hiện tượng Doppler:
là hiện tượng tần số âm thu được thay đổi khi cĩ sự chuyển động tương đối giữa nguồn và máy thu:
S
v v
v v
±
=
m
Trong đĩ: v, vM, vS: vận tốc âm, vận tốc máy thu, vận tốc nguồn phát; f , f ': tần số âm nguồn và máy thu
Chú ý: sử dụng dấu bên trên khi máy thu và nguồn tiến
lại gần nhau và ngược lại sử dụng dấu bên dưới khi chúng ra xa nhau Khi một vật khơng chuyển động thì vận
Trang 4Chủ đề IV DAO ĐỘNG và SÓNG ĐIỆN TỪ
I MẠCH DAO ĐỘNG LC:
1
LC
ω = ; T = 2 π LC ; 1 1
2
f
= =
2
" 0
q + ω q = ⇒ q = qocos( ω ϕ t + )(C)
Cường độ dịng điện:
' sin( ) cos( )
2
o o
π
2
o
B = B ω ϕ t + + π
II NĂNG LƯỢNG ĐIỆN TỪ TRONG MẠCH:
2
cos ( )
sin ( )
q
ω ϕ
2
2
o
o
q
C
Cơng suất bù phần năng lượng mất đi trong dao
động điện từ duy trì:
2 o
III ĐIỆN TỪ TRƯỜNG:
Mỗi từ trường biến thiên theo thời gian đều sinh ra trong
khơng gian xung quanh nĩ một điện trường xốy biến
thiên theo thời gian, và ngược lại, mỗi biến thiên theo thời
gian của điện trường cũng sinh ra một từ trường biến
thiên theo thời gian trong khơng gian xung quanh nĩ (Giả
thiết Maxwell)
Từ trường và điện trường biến thiên theo thời gian
khơng tồn tại độc lập mà chỉ biểu hiện của một trường
tổng quát, duy nhất là điện từ trường
IV SĨNG ĐIỆN TỪ:
Sĩng điện từ là điện từ trường biến thiên theo thời gian
lan truyền trong khơng gian
Đăc điểm của sĩng điện từ:
- Sĩng điện từ lan truyền được trong chân khơng với tốc
độ v = ≈ c 3.10 (8 m s / ), phương truyền ∆
- Sĩng điện từ là sĩng ngang: ur E ⊥ ⊥ ∆ B ur
- Sĩng điện từ cĩ mang năng lượng
- Sĩng điện từ cĩ thể bị phản xạ, khúc xạ và giao thoa như sĩng cơ
- Sĩng điện từ cĩ bước sĩng λ = cT = c f m / ( ) Các sĩng điện từ cĩ bước sĩng từ vài metre tới vài kilometre được sử dụng trong thơng tin liên lạc vơ tuyến nên gọi là sĩng vơ tuyến điện
Dãy sĩng điện từ:
V NGUYÊN TẮC THƠNG TIN LIÊN LẠC:
1 Ở máy phát:
2 Ở máy thu:
- Muốn sĩng đi xa, người ta tạo dao động cao tần ở máy phát vơ tuyến điện và dùng các dđ của thơng tin cần truyền (âm thanh, hình ảnh) để làm biến đổi tương ứng biên độ, tần số, pha của dđ cao tần đĩ (quá trình biến điệu dđ cao tần) Dđ cao tần được atenna phát truyền ra trong khơng gian với vai trị “sĩng mang”
- Nhờ antenna thu, người ta nhận dao động cao tần biến điệu trên và tách sĩng tín hiệu khỏi sĩng mang, đưa đến
bộ phận tái hiện thơng tin (loa, màn hình)
- Ta thu được sĩng điện từ tần số f khi ta điều chỉnh
2
o
f f
LC
π
- Bước sĩng của sĩng ĐT thu được: λ = 2 c LC π
- Khi hai tụ C1, C2 mắc song song thì:
1 2
f f f
= +
- Khi hai tụ C1, C2 mắc nối tiếp thì:
1 2
λ λ λ
λ λ
= +
u
Micro Máy phát
cao tần
Khuếch đại
âm tần Biến điệu
Khuếch đại cao tần
Antenna phát
Khuếch đại cao tần
Khuếch đại
âm tần Loa
5
Trang
Trang 5Chủ đề V DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU
I ĐỊNH LUẬT OHM CHO MẠCH XOAY CHIỀU:
R
S
ρ
C ω
=
I
R
=
L
U I Z
=
C
U I Z
=
i Iocos ω t cos
2
o
I ω t − π
π ω
o
R
o L
U Z
o C
U Z
Mạch RLC nối tiếp
cos
2
cos
2
o C
L o
I
C
π ω ω
π
cos( )
o
i = I ω ϕ t − với ϕ ϕ ϕ = u− i
2
U I Z
C
ω ω
⇒ =
tan L C L C L C
cos UR Ur R r
ϕ = + = + ; sin ZL ZC
Z
ϕ = −
Cộng hưởng điện:
max
2 2
max
1
cos 0 1
2
U
R L
C
U
R r
ω ω
Đoạn mạch RLC cĩ ω thay đổi, thì UC cực đại khi:
2 2
1 2
R
(với 2 LC − R C2 2 > 0 và 2L
R C
< ) Cơng suất tỏa nhiệt tức thời:
( ) ( ) cos
cos 2 2
o
t
ω ϕ
Cơng suất tiêu thụ trung bình:
2
cos
2 max
2
U P
R r
= +
2
C
U
=
+
2
L
U
= +
Cơng suất cực tiểu của mạch:
L
f
→ ∞
→ ∞
Hệ số cơng suất của mạch:
cos
1
Z
C
ϕ
ω ω
Điện năng tiêu thụ (nhiệt lượng tỏa ra trên mạch = nhiệt lượng vật nặng cĩ khối lượng m điện dung
chấp thụ để nĩng thêm ∆ to): Q = Pt = mc t ∆ o (J)
Mạch RLC nối tiếp cĩ C thay đổi thì:
L
R r
Z
+
U
R r
UZ U
Z
R r
= +
Tìm đoạn mạch nối tiếp thiếu 1 phần tử bất kỳ:
L
C
R + Z ZL− ZC R ZL ZC
tg ϕ ZL
R
C
Z
Mạch RLC song song:
2
1 1 tan i u
R
ϕ = −
U I Z
I Z
= ( ϕ ϕ ϕ = −i u)
II NGUYÊN TẮC TẠO DỊNG XOAY CHIỀU:
- Tần số dịng điện do máy cĩ p cặp cực roto quay với tốc độ n vịng/giây phát ra: f = np (Hz)
- Từ thơng qua một khơng dây tiết diện S gồm N vịng quay với vận tốc ω quanh trục quay ∆ trong một từ trường đều ur B ⊥ ∆: Φ = BS cos( ω ϕ t + ) (Tesla)
(từ thơng cực đại: Φ =o BS Wb ( ); ϕ = ( ) n B r ur , )
- Suất điện động cảm ứng trong mạch:
sin( ) cos( / 2)
t
∆Φ
∆
(Eo = NBS ω ( ) V )
- U mạch: u = Uocos( ω ϕ t + u) (r = ⇒ = 0 u e)
6 Trang
Trang 6- Cường độ mạch ngồi: i = Iocos( ω ϕ t + i)
- Độ lệch pha: ∆ = ϕ ϕ ϕu− i
- Các giá trị hiệu dụng:
2
o
E
E = ;
2
o
U
U = ;
2 2
I
R
III DỊNG ĐIỆN BA PHA CÁC MÁY ĐIỆN:
1 Máy phát điện xoay chiều ba pha:
- Nguyên tắc tạo ra dịng điện xoay chiều: khi từ thơng
qua một vịng dây biến thiên điều hịa thì trong vịng dây
xuất hiện suất điện động cảm ứng xoay chiều (hiện tượng
cảm ứng điện từ)
- Cấu tạo của máy phát điện xoay chiều ba pha, gồm:
phần cảm (nam châm), phần ứng (cuộn dây) Trong máy
phát điện xoay chiều ba pha, cĩ phần đứng yên (stato,
thường là cuộn dây) và phần quay (roto, thường là nam
châm điện)
2 Dịng điện xoay chiều ba pha:
- Dịng điện xoay chiều ba pha là hệ thống ba dịng
điện xoay chiều cùng tần số, cùng biên độ nhưng lệch pha
nhau 120o:
( )
1 2 3
cos 2 / 3 cos
cos 2 / 3
o o o
ω
=
- Cĩ hai cách mắc nguồn và tải ba pha cơ bản:
3 Động cơ khơng đồng bộ:
- Nguyên tắc hoạt động: đặt khung dây (cĩ thể quay tự
do) trong một từ trường quay (nam châm vĩnh cửu chữ U
quay quanh trục với tốc độ gĩc ω), khung dây sẽ quay
nhanh dần theo nam châm và đạt ω ωo <
- Với động cơ khơng đồng bộ ba pha, từ trường quay
được tạo bởi dịng điện ba pha
- Cảm ứng từ tại tâm của khung dây trong động cơ
khơng đồng bộ ba pha cĩ độ lớn bằng 1,5 lần cảm ứng từ
cực đại do mỗi cuộn dây gây ra: B = 1, 5 Bo
4 Máy biến áp:
+
+
cos cos
H
ϕ ϕ
100%
cos cos
=
IV TRUYỀN TẢI ĐIỆN:
Cơng suất hao phí trên đường dây tải điện:
2 2
2
cos
P
Độ giảm thế trên đường dây:
U IR
∆ =
Chủ đề VI SÓNG ÁNH SÁNG
I TÁN SẮC và NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG:
1 Tán sắc ánh sáng: là sự phân tách một chùm sáng
phức tạp thành các chùm sáng đơn sắc
- Chùm sáng trắng (ánh sáng Mặt Trời, ánh sáng hồ quang điện ) bị phân tách thành nhiều chùm sáng khác nhau khi qua lăng kính: chùm đỏ lệch ít nhất, chùm tím bị lệch nhiều nhất Chùm sáng đơn sắc khơng bị phân tích khi qua lăng kính mà chỉ bị lệch
- Trên màn ảnh sau lăng kính cĩ dải cầu vồng, đĩ là quang phổ của ánh sáng Mặt Trời (hồ quang điện )
- Bản chất của tán sắc ánh sáng là do sự biến thiên của chiết suất mơi trường đối với các chùm sáng đơn sắc khác nhau và chiết suất tăng dần từ đỏ tới tím
2 Nhiễu xạ ánh sáng: là hiện tượng ánh sáng khơng
tuân theo định luật truyền thẳng, quan sát được khi ánh sáng truyền qua một lỗ nhỏ hay gần mép những vật trong suốt hoặc khơng trong suốt
- Ánh sáng cĩ tính chất sĩng, lỗ nhỏ (hoặc khe hở) cĩ vai trị như một nguồn phát sĩng
- Mỗi chùm sáng đơn sắc (chùm bức xạ đơn sắc) cĩ tần số và bước sĩng (trong chân khơng) xác định
f
λ = Mơi trường: '
n
λ
λ =
II GIAO THOA ÁNH SÁNG:
- Hai sĩng ánh sáng kết hợp do hai nguồn sáng kết hợp phát ra, giao thoa khi gặp nhau, tạo nên các vân sáng (cực đại giao thoa) và các vân tối (cực tiểu giao thoa) trên màn quan sát Hiệu đường đi hai sĩng:
d − = d k λ 2 1 ( 2 1 )
2
d − = d k + λ
ax
D
− ≈
- Khoảng vân: D oD
i
λ λ
trường, λo: bước sĩng trong chân khơng)
- Vị trí vân sáng bậc (thứ) k: sk D
a
λ
- Vân tối thứ k+1: 1 1
tk
D
a
λ
= + = +
- Tại một điểm cách vân sáng trung tâm một khoảng x,
cĩ thể cĩ sự chồng chất của nhiều vân sáng cĩ bước sĩng khác nhau (nk là bậc vân sáng λk tại x):
k
D D
λ λ
2
S
1
S
M
O
I
2
d
1
d
D a
x
7
Trang
Trang 7Nếu có hai chùm sáng đơn sắc thì:
λ λ
- Một số hệ giao thoa thường gặp:
Lưỡng gương
phẳng Prenen
Lưỡng lăng kính Prenen
Lưỡng thấu kính Bier
2
a = d α a = 2 ( d n − 1) A a d d ' e
d
+
=
'
D = + d d D = + d d ' D = Do− d
'
d
d
d
d
+
=
- d d , ': kh.c từ
S, E tới giao
tuyến 2 gương
- α: góc giữa
hai gương
- 1’=2,9.10-4 rad
- d d , ': kh.c từ
S, E tới 2 lăng kính
- A: góc chiết quang
- n : chiết suất
, , ', , o
e d d f D : kh.c giữa 2 nửa th.k, vật – th.k, ảnh – th.k, tiêu cự; th.k – màn
- Số vân quan sát được trên miền giao thoa MN là
2 m + 1, với m là phần nguyên của thương
2
MN
i
- Công thức thấu kính:
' df
d
d f
=
1
n
- Với một môi trường trong suốt nhất định, chiết suất n
của bước sóng càng dài thì càng nhỏ:
2
B
λ
= + (A, B; hằng số phụ thuộc môi trường)
t đ
n > n ⇒ vđ > vt
III QUANG PHỔ:
1 Máy quang phổ:
- Khái niệm: là dụng cụ để phân tách chùm sáng phức
tạp thành các chùm sáng đơn sắc khác nhau
- Cấu tạo: Ống chuẩn trực (tạo ra chùm sáng song
song); Hệ tán sắc (lăng kính – phân tách ánh sáng);
Buồng ảnh (thấu kính hội tụ và 1 kính mờ hay kính ảnh –
thu nhận quang phổ)
- Nguyên tắc hoạt động: dựa vào hiện tượng tán sắc
ánh sáng
2 Các loại quang phổ:
- Quang phổ liên tục (quang phổ phát xạ): là quang
phổ gồm các dãy màu từ đỏ tới tím nối liền nhau một cách
liên tục QPLT do các vật rắn, lỏng và khí có khối lượng
riêng lớn bị nung nóng phát ra QPLT không phụ thuộc
bản chất chất phát xạ, mà phụ thuộc nhiệt độ (nhiệt độ
tăng thì dãy màu càng tiến dài về màu tím và sáng thêm)
QPLT để đo nhiệt độ cao và nguồn nhiệt ở xa
- Quang phổ vạch phát xạ: là quang phổ gồm các
vạch màu riêng lẻ, phân cách với nhau bởi các khoảng tối
QPVPX do các khí hay hơi ở áp suất thấp, bị kích thích
phát ra QPVPX đặc trưng cho 1 nguyên tố về: số vạch,
bước sóng, màu sắc các vạch và cường độ sáng QPVPX
để nhận biết sự có mặt của các nguyên tố
- Quang phổ vạch hấp thụ: là quang phổ liên tục thiếu
một số vạch do bị chất khí (hay hơi kim loại) hấp thụ Điều
kiện để có QPVHT: nhiệt độ khí (hay hơi) thấp hơn của
nguồn sáng, nhưng cũng đủ cao để phát được các vạch
ấy Lúc đó, khi tắt nguồn sáng, nền QPLT bị mất, vạch QP tối sẽ sáng lên và có màu của QPVPX (hiện tượng đảo sắc) Ở 1 nhiệt độ xác định, 1 vật chỉ hấp thụ bức xạ mà
nó có thể hấp thụ và ngược lại QPVHT đặc trưng cho nguyên tố nên cũng dùng để nhận biết các nguyên tố
IV SÓNG ĐIỆN TỪ:
1 Tia hồng ngoại:
- là sóng điện từ có bước sóng dài hơn bức xạ đỏ và ngắn hơn sóng vô tuyến điện: 0, 76 µ m ≤ ≤ λ 1 mm
- được mọi vật phát ra (50% năng lượng Mặt Trời)
- tác dụng nhiệt, xúc tác phản ứng hh, tác dụng lên kính ảnh, tạo biến điệu điện từ, gây ht quang điện trong
- để sưởi, sấy; chụp ảnh vệ tinh; camera đêm,
2 Tia tử ngoại:
- là sóng điện từ có bước sóng ngắn hơn bức xạ tím và dài hơn tia X: 1 nm ≤ ≤ λ 0, 38 µ m
- do vật bị nung trên 200oC phát ra (đèn thủy ngân)
- tác dụng lên kính ảnh, ion hóa chất khí và chất khác, làm phát quang nhiều chất, gây hiện tượng quang điện ở kim loại, tác dụng sinh lý, bị thủy tinh và nước hấp thụ mạnh (nhưng 0,18 µ m ≤ ≤ λ 0, 4 µ m, có thể truyền qua được thạch anh)
- dùng để khử trùng nước, thực phẩm và dụng cụ y tế; chữa bệnh (còi xương); tìm vết nứt trên bề mặt kim loại
3 Tia X (tia Röntgen):
- là sóng điện từ có bước sóng ngắn hơn tia tử ngoại và dài hơn tia γ : 10−8m ≤ ≤ λ 10−11m
- do ống Röntgen (ống tia cathod lắp thêm điện cực đối cathod bằng nguyên tố nặng để chặn đường đi của chùm tia tới anod, UAK từ vài chục tới vài trăm kV và áp suất trong ống khoảng 3mmHg) phát ra
- đâm xuyên mạnh, gây phát quang, tác dụng kính ảnh, ion hóa chất khí, td quang điện, hủy diệt tế bào
- y học (chiếu điện, chụp điện, diệt tế bào ); tìm khuyết tật bên trong vật đúc, tìm vết nứt; kiểm ta hành lý hành khách hàng không
4 Tia γ: (xem mục 1, phần III, chủ đề IX trang 11)
V THUYẾT ĐIỆN TỪ VỀ ÁNH SÁNG:
1 Thuyết điện từ: Ánh sáng là sóng điện từ có bước
sóng rất ngắn (so với sóng vô tuyến điện), lan truyền trong không gian
Công thức liên hệ giữa tính chất từ và tính chất quang của môi trường: n = c v / = εµ
Trong đó, c: tốc độ ánh sáng trong chân không, v: vận tốc ánh sáng trong môi trường có hằng số điện môi ε
(phụ thuộc tần số ε = F f ( )), và độ từ thẩm µ (= 1 đối với không khí, > 1 với chất khác), n: chiết suất của ánh sáng trong môi trường đó
2 Thang sóng điện từ:
10−
3.10
>
10− ÷ 10− 16 19
3.10 ÷ 3.10
8.10 ÷ 3.10
4.10 ÷ 8.10
3.10 ÷ 4.10
10− ÷ 3.10 4 12
~ 10 ÷ 3.10
8
Trang
Trang 8Chủ đề VII LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG
I HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN NGỒI:
1 Hiện tượng quang điện ngồi:
- là hiện tượng ánh sáng làm bật các electron (e quang
điện hay quang e) ra khỏi bề mặt kim loại
- Tế bào quang điện là một bình thạch anh đã hút hết
khơng khí, bên trong cĩ hai điện cực (A nối ⊕, K nối Θ)
Nếu chiếu vào cathod một chùm sáng cĩ bước sĩng ngắn
thích hợp thì xảy ra hiện tượng quang điện và trong mạch
xuất hiện dịng quang điện I
2 Các định luật quang điện:
- Hiện tượng quang điện chỉ xảy ra khi ánh sáng kích
thích chiếu vào kim loại cĩ bước sĩng λ nhỏ hơn hoặc
bằng giới hạn quang điện λocủa kim loại đĩ: λ λ ≤ o
- Với λ λ ≤ o, cường độ dịng quang điện bão hịa
e
bh
N e
q
I
= = tỉ lệ thuận với cường độ as kích thích
- Động năng ban đầu cực đại của các quang electron
2
1
0 max 2 0 max
đ
kích thích mà chỉ phụ thuộc bước sĩng ánh sáng kích
thích λ và bản chất kim loại (cơng thốt A)
3 Thuyết lượng tử ánh sáng:
- Giả thuyết lượng tử năng lượng Planck: lượng năng
lượng mà mỗi lần 1 nguyên tử hay phân tử hấp thụ hay
phát xạ là hồn tồn xác định, gọi là lượng tử năng lượng
hf
ε = (h = 6, 625.10−34J s )
- Thuyết lượng tử ánh sáng (thuyết photon):
• Chùm ánh sáng là một chùm các photon ( các lượng tử
ánh sáng) Mỗi photon cĩ mức năng lượng xác định
(ε = hf ) và luơn chuyển động Cường độ chùm sáng tỉ
lệ số photon phát ra trong một giây
• Phân tử, nguyên tử, e phát xạ hay hấp thụ ánh sáng
cũng cĩ nghĩa là chúng phát xạ hay hấp thụ photon
• Các photon bay dọc theo tia sáng với tốc độ ánh sáng
Dù năng lượng photon là rất nhỏ, nhưng một chùm
sáng dù yêu thế nào cũng chứa rất nhiều photon do
chúng được rất nhiều các nguyên tử hay phân tử phát ra
Vì vậy, chùm sáng phát ra là liên tục
4 Cơng thức Einstein về hiện tượng quang điện:
Hiện tượng quang điện là kết quả va chạm giữa photon
và quang electron trong kim loại: photon bị quang electron
hấp thụ hồn tồn và nhường tồn bộ năng lượng của nĩ
cho electron:
2
1 2
đ
hc
ε
λ
0 max
2 1 1
o
hc v
- Cơng thốt: hc
A
λ
=
- Dịng quang điện bị triệt tiêu hồn tồn khi:
2
1 2
- Hiệu suất quang điện (h/s lượng tử): e
p
N H N
=
- Cơng suất dịng quang điện: P = Npε
- Nhiệt độ tăng thêm của đối cathod sau một phút:
'
0 max
e đ
N W t
Mc
∆ =
Trong đĩ,∆ t: nhiệt độ tăng (oC), Ne': số e đập vào bề mặt đối cathod mà khơng tạo tia X, M : khối lượng đối cathod (kg), c: nhiệt dung riêng đối cathod (J/kg.K)
- λmin của tia X phát ra từ ống Rưntgen:
min
X
đ
hc W
λ
- Nhiệt lượng tỏa ra trong ống Rưntgen:
đ
Q = W − hc λ
Khi electron chuyển động vào trong từ trường thì chịu lực Lorenz: F rL= qBv r r sin ( ) B v r , r Nếu electron chuyển động trịn trong từ trường thì: FL = Fht = mv2/ R
8
3.10 /
6, 625.10
31
9,1.10
e
1, 6.10
1 eV = 10− MeV = 1, 6.10− J
5 Lưỡng tính sĩng – hạt của ánh sáng:
- Sĩng điện từ bước sĩng càng ngắn, photon ứng với
nĩ cĩ năng lượng càng lớn thì tính hạt càng rõ (hiện tượng quang điện, khả năng đâm xuyên, tác dụng phát quang ), cịn tính chất sĩng càng mờ nhạt
- Sĩng điện từ cĩ bước sĩng càng dài, photon cĩ năng lượng càng nhỏ, tính chất sĩng lại càng rõ (giao thoa, nhiễu xạ, tán sắc ), tính chất hạt thì mờ nhạt
II HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN TRONG:
1 Hiện tượng quang điện trong: là ht tạo thành các e
và lỗ trống khi chiều vào bán dẫn ánh sáng thích hợp
- Hiện tượng quang dẫn: là hiện tượng giảm điện trở
suất (tăng độ dẫn điện) khi cĩ as thích hợp chiếu vào
- Quang điện trở: là tấm bán dẫn (đế thủy tinh hay chất
dẻo, phủ lớp bán dẫn dày 20 ÷ 30 μm là PbS hay CdS) cĩ trị số điện trở thay đổi khi cường độ chùm sáng chiếu vào
nĩ thay đổi Quang điện trở thường lắp với tranzito trong các thiết bị điều khiển bằng ánh sáng, máy đo ánh sáng
- Pin quang điện: là nguồn mà quang năng biến đổi
thành điện năng Gồm: bán dẫn n phủ lớp mỏng bán dẫn
p Khi chiếu as thích hợp vào lớp p, as gây ht qđ trong và giải phĩng e và lỗ trống Điện trường tại p–n đẩy e xuống
n, giữ lỗ trống ở p, tạo hiệu điện thế quang điện
2 Mẫu nguyên tử Bohr:
- Tiên đề Bohr:
• Nguyên tử chỉ tồn tại trong các trạng thái dừng cĩ năng lượng xác định Khi đĩ, e chuyển động quanh hạt nhân với bán kính: rn= r no 2 = 5, 3.10−11n m2( )
I
A K
U
b h
I
h
U
9
Trang
Trang 9• Khi nguyên tử chuyển từ trạng thái dừng cĩ mức năng
lượng En sang trạng thái dừng Em < En thì nguyên tử
phát ra một photon cĩ tần số f : En− Em = hf
• Khi ở trạng thái dừngEm, mà hấp thụ một photon tần số
f thì chuyển lên trạng thái dừng En
- Vạch quang phổ Hydro:
λ = λ + λ = λ − λ ; f42 = f43+ f32 = f41− f21
13, 6 ( )
o n
E
= − = −
Vận tốc e chuyển động quanh hạt nhân:
e
G
v e
m r
=
(G = 9.109: hằng số hấp dẫn)
3 Hấp thụ và phản xạ lọc lựa:
- Cường độ chùm sáng đơn sắc truyền qua mơi trường
hấp thụ giảm theo định luật hàm mũ của độ dài đường đi
tia sáng d: I = I eo −αd (Io: cường độ chùm sáng tới, α:
hệ số hấp thụ của mơi trường)
• Ánh sáng cĩ bước sĩng khác nhau bị mơi trường hấp
thụ nhiều ít khác nhau (hấp thụ lọc lựa)
• Khi chiếu chùm sáng trắng vào vật, sự phản xạ (tán xạ)
ánh sáng từ vật cĩ tính chọn lọc, phụ thuộc vào bản
chất của vật (phản xạ hay tán xạ lọc lựa)
- Màu sắc các vật phụ thuộc vào sự hấp thụ và phản
xạ lọc lựa của các vật chất cấu tạo nên vật, lớp phủ lên bề
mặt vật với ánh sáng chiếu vào vật
4 Hiện tượng quang phát quang:
- Sự quang phát quang của các chất lỏng và khí bị tắt
nhanh (huỳnh quang, <10-8 s); của chất rắn sẽ kéo dài
hơn (lân quang, ≥10-8 s) sau khi tắt as kích thích
- Định luật Stock về sự phát quang: ánh sáng phát
quang cĩ bước sĩng λ ' dài hơn bước sĩng của ánh sáng
kích thích: λ λ ' >
5 Lazer (Light Amplification by Stimulated Emission of
Radiation – Sự khuếch đại ánh sáng bằng ph.x cảm ứng):
- Lazer là nguồn sáng phát ra chùm sáng song song
(định hướng rất cao), kết hợp (photon cĩ cùng tần số và
nồng độ), cĩ tính đơn sắc rất cao (∆ f / f ≈ 10−15) và cĩ
cường độ lớn (lazer rubi: 106 W/cm2)
- Các loại lazer: rubi, thủy tinh pha neodim
(20.109W xung / ); He – Ne, CO2, Ar, N2 ; bán dẫn
- Cáp quang, vơ tuyến định vị, điều khiển tàu vũ trụ ;
phẩu thuật mắt, chữa bệnh ngồi da ; đọc CD, bút trỏ
bảng ; khoan, cắt, tơi vật liệu cơng nghiệp
Chủ đề VIII SƠ LƯỢC THUYẾT TƯƠNG ĐỐI HẸP
I CÁC TIÊN ĐỀ EINSTEIN:
- Các định luật vật lý cĩ một dạng như nhau đối với các
hệ quy chiếu quán tính khác nhau
- Tốc độ ánh sáng trong chân khơng c = 3.108m s / đối với mọi hệ quy chế quán tính, nĩ khơng phụ thuộc hướng truyền ánh sáng, cũng như tốc độ của nguồn sáng hay của máy thu
II HỆ QUẢ CỦA THUYẾT TƯƠNG ĐỐI HẸP:
- Độ dài thanh co lại dọc theo phương chuyển động:
2 2
1
o
v
l l
c
- Đồng hồ gắn với quan sát viên chuyển động chạy chậm hơn đồng hồ gắn với người quan sát đứng yên:
2 2
1
o
t t
v c
∆
∆ =
−
- Khối lượng của một vật chuyển động sẽ tăng:
2 2
1
o
m m
v c
=
−
2
1
o
m v
p mv
v c
−
- Năng lượng tương đối tính của vật chuyển động:
2 2
2 2
1
o
m c
E mc
v c
−
; E2= m co2 4+ p c2 2
- Động năng của vật chuyển động với tốc độ v:
2 2
1 1 1
v c
−
- Động năng của một hạt cĩ động lượng p:
( )2
W = c p + m c − m c
2
2
đ
o đ
W
c
- Tốc độ của một hạt cĩ động lượng p:
o
pc v
=
+
- Năng lượng tồn phần bảo tồn: E W + đ = const
Chú ý: đối với photon,
ph
m
ε
λ
= = = ; m0ph = 0
ph ph
h
c
ε λ
10
Trang
Trang 10Chủ đề IX HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ
I CẤU TẠO HẠT NHÂN và ĐỘ HỤT KHỐI:
- Hạt nhân cấu tạo từ các nuclon (notron và proton)
• 1
1p
+ : mp = 1, 6726.10−27kg = 1, 007276 u
• 1
0n: mn = 1, 6748.10−27kg = 1, 008665 u
- Ký hiệu hạt nhân: Z AX
1, 2.10
o
2, 3.10 3
- Khối lượng riêng của hạt nhân:
2, 3.10
hn
kg m const V
ρ
π
−
- Đồng vị: các nguyên tử cĩ cùng Z, khác nhau A
- Đơn vị khối lượng nguyên tử:
1 u = 1, 66055.10− kg = 931, 5 MeV c /
II ĐỘ HỤT KHỐI CỦA HẠT NHÂN:
- Năng lượng liên kết hạt nhân (tức năng lượng cần cung
cấp để tách một hạt nhân thành các nuclon):
W = ∆ mc = Zm + A Z m − − m c
- Năng lượng liên kết riêng Wlk
A càng lớn thì hạt nhân
càng bền vững và ngược lại A = 50 70 ÷ ⇒ Wlk / A đạt
giá trị cực đại (cỡ 8,8 MeV/nuclon)
III SỰ PHĨNG XẠ:
1 Sự phĩng xạ (phân rã phĩng xạ):
- Sự phĩng xạ là hiện tượng một hạt nhân tự phát ra
những bức xạ (tia phĩng xạ) và biến thành các hạt nhân
khác Sự phĩng xạ chỉ do các nguyên nhân bên trong nĩ
chi phối và hồn tồn khơng phụ thuộc vào yếu tố thuộc
mơi trường (nhiệt độ, áp suất )
Phĩng xạ α: Z AX → 24He +Z A−−24X '
Phĩng xạ β−
: Z AX Z A1Y 01e− ν
Phĩng xạ β+
: Z AX Z A1Y 10e+ ν
- Các loại tia phĩng xạ:
• Tia α: chính là hạt nhân 24He, vα ≈ 2.107m s / ; cĩ tác
dụng ion hĩa các nguyên tử trên đường đi và mất năng
lượng rất nhanh, nên chỉ đi 8 cm trong khơng khí và
khơng thể xuyên qua tấm bìa dày 1 mm
• Tia β: gồm β−
(electron −01e hay e−1) đi kèm hạt phản notrino 00ν % và pozitron (electron dương +01e hay e+1) đi
kèm hạt notrino 0ν ; ion hĩa mơi trường nhưng yếu hơn
tia 24α nên đi được vài metre trong khơng khí và xuyên qua lá nhơm cỡ milimetre
• Tia γ : là sĩng điện từ cĩ bước sĩng rất ngắn (tức photon cĩ năng lượng cao), nên cĩ khả năng đâm xuyên mạnh hơn α và β Mỗi chất phĩng xạ chỉ cĩ thể phĩng ra một trong ba tia α, β−
hay β+
và cĩ thể kèm theo tia γ
2 Định luật phĩng xạ:
- Trong quá trình phĩng xạ, số hạt nhân phĩng xạ giảm theo định luật hàm mũ
- Các cơng thức trong phĩng xạ:
t o
o
o
H = H e−λ
ln 2
T
A
T: chu kỳ (s)
λ: hs phĩng xạ
:
A số khối (u)
23
6, 022.10
A
N =
1 Bq = 1 phân rã/s
10
1 Ci = 3, 7.10 Bq
IV PHẢN ỨNG HẠT NHÂN:
1 Phản ứng hạt nhân:
- Phản ứng hạt nhân là mọi quá trình dẫn đến sự biến đổi hạt nhân (phân rã hạt nhân, tương tác hai hạt nhân )
- Phương trình: A + → + B C D
- Các định luật bảo tồn trong phản ứng hạt nhân:
• Số nuclon (số khối): AA+ AB = AC + AD
• Điện tích (nguyên tử số): ZA+ ZB = ZC+ ZD
• Động lượng: m vA Ar + m vB Br = m vC Cr + m vD Dr
• Năng lượng tồn phần:
0
m + m − m − m c + W + W − W − W =
- Năng lượng trong phản ứng hạt nhân:
W = m − m c = m + m − m + m c
o
phản ứng tỏa nhiệt phản ứng thu nhiệt
Chú ý:
2
2
đ
p W
m
=
2 Phản ứng phân hạch:
- là phản ứng hạt nhân tương tác, hạt nhân nặng (U235, Pu238 ) hấp thụ notron chậm (ε ≈ 0, 01eV) và
vỡ thành hai hạt nhân cĩ số khối trung bình
- Phản ứng phân hạch Uranium:
0n + 92U → Z AX1+Z A X2+ k n0 + 185 MeV
(A A1, 2∈ [ 80 160 ÷ ]; k = ÷ 2 3)
11
Trang
