Lý thuyết Vật lý luyện thi TN cấp tốc

Dao động cưỡng bức là dao động mà vật dao động chịu tác dụng của một ngoại lực cưỡng bức tuần hồn F=F0cosΩt + ϕ Đặc điểm • Dao động của hệ là dao động điều hồ cĩ tần số bằng tần số ngoại

M t M o C P

y

x'

wt j

wt + j

x

x

Chuyên đề 1 : DAO ĐỘNG CƠ HỌC

1 Dao Động Điều Hoà:

Dao động điều hịa là dao động trong đĩ li độ của vật là một hàm cơsin (hay sin) của thời gian

Phương trình : x=Acos(ωt+ϕ)

+ x : li độ của vật ở thời điểm t (tính từ VTCB)

+A: gọi là biên độ dao động: là li độ dao động cực đại ứng với cos(ωt+ϕ) =1

+(ωt+ϕ): Pha dao động (rad)

+ ϕ : pha ban đầu.(rad)

+ ω: Gọi là tần số gĩc của dao động.(rad/s)

T= t/n n là số dao động tồn phần trong thời gian t

Tần số gĩc: kí hiệu là ω đơn vị : rad/sBiểu thức : 2 2

|a|max=Aω2 khi x = ±A - vật ở biên a = 0 khi x = 0 (VTCB) khi đĩ F hl = 0

Gia tốc luơn hướng ngược dâu với li độ (Hay véc tơ gia tốc luơn hướng về vị trí cân bằng)

KL : Gia tốc luơn luơn ngược chiều với li độ và cĩ độ lớn tỉ lệ với độ lớn của li độ.

Chú ý :

Một điểm dao động điều hịa trên một đoạn thẳng luơn luơn cĩ thể coi là

hình chiếu của một điểm tương ứng chuyển động trịn đều lên đường

kính là một đoạn thẳng đĩ

2 SO SÁNH CON LẮC LỊ XO CON LẮC ĐƠN

CON LẮC LỊ XO CON LẮC ĐƠN

Điều kiện

khảo sát

Lực cản mơi trường và ma sát khơng đáng kể Lực cản mơi trường và ma sát khơng đáng kể

Gĩc lệch cực đại α 0 nhỏ ( α 0 ≤ 10 0 ) PTDĐ x = Acos(ωt + ϕ),

s = S 0 cos(ωt + ϕ) hoặc α = α0 cos(ωt + ϕ)

π

=

21

2

2

1 T T

Lửùc gaõy

dđđh lửùc hoài phuùc : F = −K x. Hay laứ lửùc ủửa vaọt

veà vtcb.( ngửụùc chieàu vaứ ngửụùc pha so vụựi x) Pt = - mg s

W t =mgl(1 cos )− α

2

1

(1 cos )2

Lực đàn hồi cực đại: Fmax =kA

Lực đàn hồi cực tiểu: Fmin =0

mg l

Lực đàn hồi cực tiểu: Fmin = 0 nếu A ≥ ∆l0

Fmin = k(∆l0- A) nếu ∆l0>A

2

min max 0

max

0

A A l l l

A l l

=

−

∆+

=

4 Dao động tắt dần, dao động cưỡng bức, cộng hưởng:

a Dao động tắt dần

Dao động tắt dần là dao động cú biờn độ giảm dần theo thời gian

Nguyờn nhõn gõy ra dao động tắt dần là lực cản của mụi trường Vật dao động bị mất dần năng lượng Biờn độ của dao động giảm càng nhanh khi lực cản của mụi trường càng lớn

b Dao động duy trỡ:

- Nếu cung cấp thờm năng lượng cho vật dao động bự lại phần năng lượng tiờu hao do ma sỏt mà khụng

làm thay đổi chu kỡ dao động riờng của nú, khi đú vật dao động mải mải với chu kỡ bằng chu kỡ dao động riờng của nú, gọi là dao động duy trỡ.

c Dao động cưỡng bức

Dao động cưỡng bức là dao động mà vật dao động chịu tác dụng của một ngoại lực cưỡng bức tuần

hồn F=F0cos(Ωt + ϕ)

Đặc điểm

• Dao động của hệ là dao động điều hồ cĩ tần số bằng tần số ngoại lực,

• Biên độ của dao động khơng đổi phụ thuộc vào biên độ của lực cưỡng bức và độ chênh lệch tần số của lực cưỡng bức và tần số riêng của hệ dao động Khi tần số của lực cưỡng bức càng gần với tần số riêng thì biên độ dao động cưỡng bức càng lớn

d Hiện tượng cộng hưởng

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

• Điều kiện xảy ra hiện tượng cộng hưởng là f = f0

Tầm quan trọng của hiện tượng cộng hưởng :

• Dựa vào cộng hưởng mà ta cĩ thể dùng một lực nhỏ tác dụng lên một hệ dao động cĩ khối lượng lớn

để làm cho hệ này dao động với biên độ lớn

• Dùng để đo tần số dịng điện xoay chiều, lên dây đàn

5 Tổng hợp dao động:

Phương trình dao động điều hồ là

x = A cos( tω + ϕ) Ta biểu diễn dao động điều hồ bằng vectơ quay

OMuuur cĩ đặc điểm sau :

- Cĩ gốc tại gốc của trục tọa độ Ox

- Cĩ độ dài bằng biên độ dao động, OM = A

- Hợp với trục Ox một gĩc bằng pha ban đầu và quay đều quanh O với tốc độ gĩc ω, với chiều quay là chiều

dương của đường trịn lượng giác, ngược chiều kim đồng hồ

Tổng hợp hai dao động điều hịa cùng tần số cĩ các phương trình lần lượt x1 =

Ảnh hưởng của độ lệch pha :

• Nếu: ϕ2 – ϕ1 = 2kπ → 2 dao động cùng pha : → A = Amax = A1+A2

• Nếu: ϕ2 – ϕ1 =(2k+1)π→ 2 dao động ngược pha : →A=Amin = A - A1 2

• Nếu ϕ2 – ϕ1 = π/2+kπ → 2 dao động vuông pha : →A = 2 2

M2

M

O

Công thức lượng giác cần nhớ

cos

)2cos(

sin

)2cos(

sin

παα

παα

παα

VIẾT PHƯƠNG TRÌNG DAO ĐỘNG: x = Acos(ω +t ϕ)

2

12

1

A m kA

E E

E = đ + t = = ω

Tìm ϕ:

1/ Trường hợp đặc biệt :

- Chọn gốc thời gian lúc t = 0 , vật ở vị trí biên dương

v 0

- Chọn gốc thời gian lúc t = 0 , vật ở vị trí cân bằng dương

20

2/ Trường hợp khác :

Nếu chọn gốc thời gian khác các trường hợp trên :t = 0 =>

ϕ

sin

cos

A v

A x

x biết cụ thể , v biết dấu ( v = 0 khi vật ở vị trí biên )

Chuyên đề 2 : SÓNG CƠ HỌC

I SĨNG C Ơ :

1 Sĩng cơ:

a Sĩng cơ là dao động dao động cơ lan truyền trong một mơi trường

Đặc điểm:

- Sĩng cơ khơng truyền được trong chân khơng.

- Khi sĩng cơ lan truyền, các phân tử vật chất chỉ dao động tại chổ, pha dao động và năng lượng

sĩng chuyển dời theo sĩng.

- Trong mơi trường đồng tính và đẳng hướng, sĩng lan truyền với tốc độ khơng đổi

b Sĩng dọc là sĩng cơ cĩ phương dao động trùng với phương truyền sĩng Sĩng dọc truyền được trong

chất khí, lỏng, rắn

c Sĩng ngang là sĩng cơ cĩ phương dao động vuơng gĩc với phương truyền sĩng Sĩng ngang truyền

được trong chất rắn và trên mặt nước.

2 Các đặc trưng của sĩng cơ

+) Chu kì ( tần số sĩng): là đại lượng khơng thay đổi khi sĩng truyền từ mơi trường này sang

mơi trương khác

+) Biên độ sĩng: Là biên độ dao động của một phần tử cĩ sĩng truyền qua.

+) Tốc độ truyền sĩng: là tốc độ lan truyền dao động trong mơi trường.

Đặc điểm: tốc độ truyền sĩng phụ thuộc vào bản chất của mơi trường và nhiệt độ của mơi trường

+) Bước sĩng λ( m)

- là khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên phương truyền sĩng dao động cùng pha với nhau

- Bước sĩng cũng là quãng đường sĩng lan truyền trong một chu kì:

Phương trình dao động tại điểm O là uO = Acosωt Sau khoảng thời

gian ∆t, dao động từ O truyền đến M cách O một khoảng x = v.∆t

• Phương trình dao động của phần tử mơi trường tại điểm M bất kì

Độ lệch pha giữa 2 điểm cách nhau d : ∆ ϕ =2λπd ( rad )

2 sóng cùng pha :∆ϕ =k2π ⇒d =kλ=> dmin = λ

2 sóng ngược pha :

2)12()2

1()

12

1(2

)12

4)12

=> dmin = λ/4Với d = d1- d2 : hiệu đường đi

Đơn vị : λ : m V : m/s f : hz T : s S : m t : s

II GIAO THOA SĨNG:

1 Mơ tả thí nghiệm :

Cho cần rung cĩ hai mũi S1 và S2 chạm nhẹ vào mặt nước Gõ nhẹ cần rung

Ta quan sát thấy trên mặt nước xuất hiện một loạt gợn sĩng ổn định cĩ hình các đường hypebol với tiêu điểm là S1 và S2

2 ĐN : Hiện tượng giao thoa là hiện tượng hai sĩng khi gặp nhau thì cĩ những điểm chúng luơn tăng

cường lẫn nhau, cĩ những điểm chúng luơn luơn triệt tiêu lẫn nhau

3 Hai nguồn kết hợp-Điều kiện giao thoa:

• Hai nguồn dao động cùng tần số và cĩ độ lệch pha khơng đổi theo thời gian gọi là hai nguồn kết hợp

Hai sĩng do hai nguồn kết hợp phát ra gọi là hai sĩng kết hợp

• Điều kiện để xảy ra hiện tượng giao thoa là trong mơi trường truyền sĩng cĩ hai sĩng kết hợp và các

phần tử sĩng cĩ cùng phương dao động

• Hiện tượng giao thoa là một hiện tượng đặc trưng của sĩng Quá trình vật lí nào gây ra được hiện tượng

giao thoa cũng là một quá trình sĩng

4 C ực đại, cực tiểu giao thoa :

M dao động cường độ mạnh nhất : d2–d1 = kλ

M dao dộng cực tiểu : d2 –d1 = ( k + )λ

21

Khoảng vân giao thoa (khoảng cách giữa hai cực đại hoặc hai cực tiểu liên tiếp trên đoạn nối

λ

k d d

AB d

d

2 1

λ

)2

1(

2 1

2 1

k d d

AB d

- Khi phản xạ trên vật cản cố định, sĩng phản xạ cùng tần số ,cùng bước sĩng và luơn luơn ngược

pha với sĩng tới.

- Khi phản xạ trên vật tự do, sĩng phản xạ cùng tần số ,cùng bước sĩng và luơn luơn cùng pha

với sĩng tới

2 Mơ tả hiện tượng sĩng dừng trên dây :

Xét một sợi dây đàn hồi PQ cĩ đầu Q cố định Giả sử cho đầu P dao

động liên tục thì sĩng tới và sĩng phản xạ liên tục gặp nhau và giao

thoa với nhau, vì chúng là các sĩng kết hợp Trên sợi dây xuất hiện

những điểm luơn luơn đứng yên (gọi là nút) và những điểm luơn

luơn dao động với biên độ lớn nhất (gọi là bụng)

3 ĐN : Sĩng dừng là sĩng trên sợi dây trong trường hợp xuất hiện các nút và các bụng cố định.

Khoảng cách giữa hai bụng sĩng liền kề và khoảng cách giữa hai nút sĩng liền kề là

• Vật cản cố định : Điều kiện để cĩ sĩng dừng trên một sợi dây cĩ hai đầu cố định là chiều dài của

sợi dây phải bằng một số nguyên lần nửa bước sĩng

AB = l = k

2

λ

( A , B là nút ) với k = 0, 1, 2, số bĩ sĩng

Số bó = số bụng = k Số nút = k + 1

• Vật cản tự do : Điều kiện để cĩ sĩng dừng trên một sợi dây cĩ một đầu cố định, một đầu tự do là

chiều dài của sợi dây phải bằng một số lẻ lần

Soá nuùt = Soá buïng = k + 1

IV SÓNG ÂM :

1 ĐN: Sóng âm là các sóng cơ truyền trong các môi trường khí, lỏng, rắn (môi trường đàn hồi).

2 P.loại:

• Âm nghe được (âm thanh) có tần số trong khoảng từ 16 Hz đến 20 000 Hz

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

• Âm có tần số dưới 16 Hz gọi là hạ âm

3 Đặc trưng vật lý :

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

- Khi âm truyền từ môi trường này sang môi trường khác thì tần số không đổi, tốc đô truyền âm thay

đổi, bước sóng của sóng âm thay đổi

• Cường độ âm I tại một điểm là đại lượng đo bằng lượng năng lượng mà sóng âm tải qua một đơn vị diện tích

đặt tại điểm đó, vuông góc với phương truyền sóng, trong một đơn vị thời gian.

• Mức cường độ âm là đặc trưng vật lí của âm Đại lượng L = lg

0

I

I gọi là mức cường độ âm Trong đó, I là

cường độ âm, I 0 là cường độ âm chuẩn (âm có tần số 1 000 Hz, cường độ I 0 = 10 12 W/m 2 ).

• Đơn vị của mức cường độ âm là ben, kí hiệu B Trong thực tế, người ta thường dùng đơn vị là đêxiben (dB)

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

0

I

I (1dB =

1B

• Độ to của âm là một đặc trưng sinh lí của âm gắn liền với đặc trưng vật lí mức cường độ âm Âm càng

to khi mức cường độ âm càng lớn

• Âm sắc là một đặc trưng sinh lí của âm, giúp ta phân biệt âm do các nguồn âm khác nhau phát ra Âm sắc có liên quan mật thiết với đồ thị dao động âm

Chuyên đề 3 : ĐIỆN XOAY CHIỀU

1 TỪ THÔNG – SU ẤT ĐIỆN ĐỘNG – HIỆU ĐIỆN THẾ

Biểu thức từ thông : φ =NBScos( ωt+ ϕ )

Từ thông cực đại : φ 0 =NBS

Biểu thức hiệu điện thế = biểu thức sức điện động = hiệu điện thế dao động điều hoà = sức điện động

dao động điều hoà =hiệu điện thế tức thời = sức điện động tức thời :

(mạch hở hoặc mạch kín và r = 0)

u = e = Φ'(t)= NBSwsin( ω +t ϕ )

ϕ ; là góc hợp bởi véctơ pháp tuyến n của mặt phẳng khung dây và véctơ cảm ứng từ B ở

thời điểm đầuHiệu điện thế cực đại = Sức điện động cực đại : Uo = Eo = NBSω

* Nếu lúc đầu ( t=o ) : B vuông góc khung dây ; → ϕ =o

Đơn vị :

2 DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU:

2.1 Dịng điện và điện áp AC:

•Dịng điện xoay chiều là dịng điện cĩ cường độ biến đổi điều hồ theo thời gian :

ấy bằng cơng suất trung bình tiêu thụ trong R bởi dịng điện xoay chiều nĩi trên

Giá trị hiệu dụng của đại lượng xoay chiều bằng giá trị cực đại (biên độ) của đại lượng chia cho 2

U Z

U R

U I

C

C L

C L R

Z Z

cos

1(

Giản đồ véctơ

Độ lệch pha: ϕ = pha u – pha i

tg

R

oC oL R

C L C L

U

U U U

U U R

Z Z

πϕ

π ≤ ≤

−

ϕ>0⇔ Z L >Z C ⇔u nhanh pha hơn i một góc ϕ

 mạch có L , R hoặc có R,L,C với Z L >Z C ⇔mạch có tính cảm kháng

ϕ < 0 ⇔Z L <Z C ⇔u chậm pha hơn i một góc ϕ

 mạch co ùC , R hoặc có R,L,C với Z L <Z C ⇔ mạch có tính dung kháng

ϕ = 0 ⇔ Z L =Z C ⇔u và i cùng pha

 mạch có R hoặc có R,L,C với Z L =Z C

Cộng hưởng:

Cộng hưởng :⇔ Imax

pha cung i

va

U I

R Z

0

ϕ

Đơn vị : R , Z L , Z C , Z : Ω I , I , I o : A , C : F

u , U ,U o : V , L : H P : W , ω: rad/s

Viết biểu thức u , i:

u R và i cùng pha

 u L = U oL cos( pha i +

2

π ) Nếu u L = U oL cos ( pha u L )

u C =U oC cos( pha i -

2

π) Nếu u C = U oC cos ( pha u C )

 i = I 0 cos(pha u C +

2

π )

3.1-Nguyên tắc : dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ.

3.2-Máy phát điện 1 pha :

a-Cấu tạo: gồm

-Phần cảm : để tạo từ thơng biến thiên ( do đĩ phần cảm là rơto).

-Phần ứng : để tạo ra dịng điện, gồm các cuộn dây giống nhau, cố định trên một vịng trịn (do đĩ phần

ứng là stato).

b-Tần số của dịng điện: f = n.p

Với n : tốc độ quay của rơto (vịng/giây) p : số cặp cực của nam châm

f : tần số của dịng điện (Hz)

3.3-Máy phát điện 3 pha :

a-Định nghĩa: máy phát điện pha là máy tạo ra ba suất điện động xoay chiều hình sin cùng tần số, cùng

biên độ và lệch pha nhau 2

3

π

b-Cấu tạo:

-Rơto: phần cảm, là nam châm NS cĩ thể quay quanh trục O với tốc độ gĩc ωkhơng đổi

-Stato: phần ứng, gồm 3 cuộn dây giống nhau, đặt lệch 1200 trên đường trịn

•Dòng điện chạy trong dây trung hòa: i0 = 0, nhưng trên thực tế i0 0≠ vì các tải tiêu thụ không đối xứng.

•Ud = 3.UP

Với Ud : điện áp giữa 2 dây pha (gọi là điện áp dây)

UP : điện áp giữa dây pha và dây trung hòa (gọi là điện áp pha).

*Mắc hình tam giác: có 3 dây pha Tải tiêu thụ phải đối xứng.

d-Ưu điểm của dòng điện 3 pha:

-Tiết kiệm được dây dẫn -Tạo từ trường quay cho động cơ ba pha

4-Động cơ không đồng bộ 3 pha:

4.1-Nguyên tắc hoạt động: dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ và việc sử dụng từ trường quay Rôto

quay chậm hơn từ trường quay ( ω0 < ω ).

1-Định nghĩa: máy biến áp là những thiết bị có khả năng biến đổi điện áp xoay chiều.

2-Nguyên tắc hoạt động: dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ.

3-Cấu tạo:

a-Lõi biến áp hình khung, gồm nhiều lá sắt non có pha silic ghép cách điện với nhau

b-Hai cuộn dây bằng đồng có điện trở rất nhỏ và độ tự cảm lớn quấn trên khung

+Cuộn sơ cấp : nối với nguồn điện xoay chiều.

+Cuộn thứ cấp: nối với tải tiêu thụ.

3-Đặc điểm : dòng điện trong cuộn sơ cấp và cuộn sơ cấp có

cùng tần số.

4-Các công thức:

Gọi U1: điện áp hiệu dụng ở 2 đầu cuộn sơ cấp.

U2: điện áp hiệu dụng ở 2 đầu cuộn thứ cấp.

N1: số vòng dây của cuộn sơ cấp N2: số vòng dây của cuộn thứ cấp.

I1 : cường độ hiệu dụng trong cuộn sơ cấp

I2 : cường độ hiệu dụng trong cuộn thứ cấp.

a-Ở chế độ không tải : 2 2

5-Ứng dụng: truyền tải điện năng đi xa

Gọi Pphỏt: cụng suất cần truyền đi, Uphỏt: điện ỏp ở 2 đầu mỏy phỏt

I : cường độ dũng điện trờn đường dõy

Pphỏt = Uphỏt I => I = phaựt

phaựt

U P

Cụng suất hao phớ trờn đường dõy:

2 phaựt 2

*Muốn giảm hao phớ trờn đường dõy, phải tăng U phỏt (nhờ mỏy biến ỏp).

Chuyeõn ủeà 4 : DAO ẹOÄNG ẹIEÄN Tệỉ – SOÙNG ẹIEÄN Tệỉ

Nếu điện tớch của bản tụ điện biến đổi theo quy luật q = q 0 cosωt

thỡ cường độ dũng điện trong mạch dao động biến thiờn điều hũa theo thời gian, sớm pha

Sự biến thiên điều hoà theo thời gian của cờng độ điện trờng Eur và cảm ứng từ Bur trong mạch dao động

đợc gọi là dao động điện từ

Năng lượng điện từ của mạch dao động LC là tổng năng lượng điện trường tập trung ở tụ điện và năng

lượng từ trường tập trung ở cuộn cảm

2 Điện Từ Trường : Điện trường biến thiên theo thời gian sinh ra từ trường, từ trường biến thiên theo

thời gian sinh ra điện trường xốy Hai trường biến thiên này quan hệ mật thiết với nhau và là hai thành phần của một trường thống nhất, gọi là điện từ trường

3 Sóng điện từ:

• Sĩng điện từ là quá trình lan truyền điện từ trường trong khơng gian

• Chu kỳ biến đổi theo thời gian của điện từ trường tại mọi điểm là như nhau và gọi là chu kỳ của sĩng điện từ, ký hiệu là T Ta cĩ:

và phụ thuộc vào hằng số điện mơi

+ Sĩng điện từ là sĩng ngang (các vectơ điện trường Eur và vectơ từ trường Bur vuơng gĩc với nhau và vuơng gĩc với phương truyền sĩng)

+ Trong sĩng điện từ thì dao động của Er và Br tại một điểm luơn luơn đồng pha với nhau

+ Khi sĩng điện từ gặp mặt phân cách giữa hai mơi trường thì nĩ cũng bị phản xạ và khúc xạ như ánh sáng

+ Sĩng điện từ mang năng lượng

5 Sơ đồ khối của máy phát thanh vơ tuyến điện đơn giản:

2

2 0

2 0