chƣơng 1 dao động cơ

 Quá trình truyền sóng là quá trình truyền pha dao động , trạng thái dao động , năng lượng dđộng mà không lan truyền phần tử vật chất của môi trường..  Sóng cơ không truyền được trong[r]

CHƯƠNG 1 : DAO ĐỘNG CƠ

 Dao động cơ : là chuyển động của vật lặp đi lặp lại xoay quanh 1 vị trí cố định

 Dao động tuần hoàn: là dao động cơ mà sau 1 khoảng thời gian như nhau vật lặp lại trạng thái cũ

 Dao động điều hòa : là dao động tuần hoàn mà phương trình chuyển động được

mô ta bằng hàm sin hoặc cosin

I DAO ĐỘNG ĐIỀU HÕA:

Chọn gốc tọa độ tại vị trí cân bằng:

 Phương trình dao động: x  Ac os(   t  )

 Phương trình vận tốc: v    A sin(   t  )

os( )

a    Ac   t     x

 x: Li độ dao động (cm, m)- cho biết vị trí vật

 A: Biên độ dao động (cm, m)- cho biết gía trị cực đại của li độ

  : Pha ban đầu ( rad)- cho biết trạng thái lúc đầu ( t= 0)

  : Tần số góc (rad/s)- cho biết tốc độ biến thiên pha dao động

 (  t   ): Pha dao động (rad)- cho biết trạng thái dao động tại thời điểm t

a

v

2 max

0



- Từ VTB về VTCB : a , v cùng chiều.Vật chuyển động nhanh dần

- Từ VTCB ra VTB : a ,v ngược chiều.Vật chuyển động chậm dần

- Sau 1 số nguyên T vật lặp lại trạng thái cũ : x 2 = x 1 ; v 2 = v 1

- Sau 1 số bán nguyên T vật đến trạng thái đối lập : x 2 = -x 1 ; v 2 = -v 1

a

- đồ thị là elip

 a ngược pha với x : a = - ω2

x - đồ thị là đoạn thẳng đi qua gốc 0

v

1 2 2

2 2 2 1

x x

v v



v x

A   , L=2A, vmax = A,…

+ Tìm: xét lúc t = 0 vật ở đâu (x) chuyển động theo chiều nào (v) , sử dụng vòng

tròn pha suy ra 

Bài toán 2: Tính thời gian

+ Xác định trạng thái đầu và trạng thái sau

+ Biểu diễn các trạng thái lên sơ đồ rồi suy ra thời gian cần tìm

Cùng phía thời gian bằng hiệu hai thời điểm

Khác phía thời gian bằng tổng hai thời điểm

Bài toán 3: Tính quãng đường

+ Lập tỉ lệ t/T sau đó suy ra t = kT

+ Nếu k nguyên hoặc bán nguyên ta suy ra trực tiếp quãng đường đi

+ Nếu k không nguyên hoặc bán nguyên ta xác định trạng thái đầu và trạng thái sau, từ đó biểu diễn lên sơ đồ và tìm được quãng đường đi

TĐTB = quãng đường / thời gian

VTTB = độ dời / thời gian

Smin 2A-A 3 2A-A 2 A

II CON LẮC LÕ XO:

T T

2 2 1 2

T T

Lực kéo về: Là lực tổng hợp tác dụng lên vật, cùng chiều gia tốc a , và luôn hướng

về VTCB Lực kéo về biến thiên điều hòa cùng chu kỳ , cùng tần số với x,v,a và được gọi là tần số dao động, chu kỳ dao động của con lắc.Độ lớn: Fkv  kx

 Lực kéo về cực đại tại VTB, Lực kéo về cực tiểu tại VTCB:

 Đối với CLLX nằm ngang lực kéo về là lực đàn hồi còn CLLX thẳng đứng thì lực kéo về khác lực đàn hồi

Năng lượng dao động điều hòa:

 Động năng:Wd =

2sin ( )

kA

=

2 22

m  A

=

2 max2

 Con lắc lò xo treo thẳng đứng:

Gọi l0 : Chiều dài tự nhiên của lò xo  l0: Độ dãn của lò xo khi vật ở VTCB

lcb : Chiều dài của lò xo khi vật ở VTCB

 Chiều dài cực đại (Khi vật ở vị trí thấp nhất) lmax = lcb + A

 Chiều dài cực tiểu (Khi vật ở vị trí cao nhất) lmin = lcb - A



2

min max l

Lực đàn hồi của lò xo ở li độ x: Fđh = k(Δl0 + x)

Lực đàn hồi cực đại:(VTB dưới): Fđhmax = k(Δl0 + A)

Lực đàn hồi cực tiểu: Fđhmin=k(Δl0 - A),nếu  l0> A (Biên trên)

Fđhmin= 0 , nếu   l A (Vị trí K )

 Vật dưới vị trí K , Fđh > 0 lò xo giãn , lực đàn hồi là lực kéo

 Vật trên vị trí K , Fđh < 0 lò xo nén , lực đàn hồi là lực đẩy

 Lực đàn hồi luôn hướng về vị trí lò xo không biến dạng (K), còn lực kéo về luôn hướng về VTCB (O)

III CON LẮC ĐƠN

Li độ dài: s  s0cos(   t  ) Li độ góc:    0cos(   t  )

l là chiều dài dây 0, s0là góc lệch, cung lệch cực đại Với s  l  và S0 = lα0

Vận tốc khi dây treo lệch góc  bất kì: v  2 gl (cos   cos 0)

- Khi vật qua VTCB: v  vmax  2 gl ( 1  cos 0)

- Khi vật ở biên: v = 0

Lực căng dây khi vật ở góc lệch bất kì: = mg ( 3 cos   2 cos 0)

- Khi vật qua VTCB: max = mg ( 3  2 cos 0)

- Khi vật ở biên: min = mg cos 0

Năng lượng dao động:

 mv mgl W

Động năng và thế năng biến thiên tuần hoàn theo thời gian với chu kỳ bằng nửa chu kỳ con lắc , tần số gấp đôi tần số con lắc Cơ năng được bảo toàn

l g

g    



2

2 1 2 2 12

2 2

2 2 1 1

2 2 1 1

coscos

sinsin

A A

tg







Nếu 2 dao động cùng pha:    2 k   A  A1 A2

Nếu 2 dao động ngược pha:    ( 2 k  1 )   A  A1 A2

Nếu 2 dao động vuông pha:  

2

) 1 2 ( 



2 2 1 2

A A

Nếu 2 dao động cùng biên độ :A 1 =A 2 

2

; 2 cos

s  2  hoặc

g

l v

s  2 

Với s là chiều dài 1 thanh ray, v là vận tốc của toa xe lửa

- Dao động tắt dần: là dao động có biên độ giảm dần theo thời gian do lực cản của

môi trường.Suy ra cơ năng cũng giảm dần theo thời gian

- Dao động duy trì : là dao động điều hòa được cung cấp năng lượng sau mỗi chu kỳ

đúng bằng phần năng lượng đã mất Tần số bằng tần số dao động riêng

- Sóng ngang : có phương dđộng vuông góc với phương truyền sóng và truyền được trong chất rắn , bề mặt chất lỏng

 Quá trình truyền sóng là quá trình truyền pha dao động , trạng thái dao động , năng lượng dđộng mà không lan truyền phần tử vật chất của môi trường

 Sóng cơ không truyền được trong chân không

Các đặc trƣng:

- Chu kỳ T , tần số f : là chu kỳ , tần số dao động của phần tử môi trường

- Vận tốc truyền sóng v : là vận tốc truyền pha dđộng , phụ thược vào tính đàn hồi và mật độ vật chất môi trường

 Vận tốc truyền sóng khác hoàn toàn vận tốc dđộng của phần tử môi trường

 Khi truyền từ môi trường này sang môi trường khác tần số, chu kỳ không đổi còn bước sóng thay đổi do vận tốc truyền sóng thay đổi

I SỰ TRUYỀN SÓNG

Xét sóng tại nguồn O có biểu thức:uO  a cos(  t   )

Biểu thức sóng tại M cách O khoảng d: cos( 2 )

- Nếu 2 dao động cùng pha: k nguyên

- 2 dao động ngược pha: k bán nguyên

- 2 dao động vuông pha : k bằng ½ bán nguyên (0,25 ; 0,75 ; 1.25 ; 1,75 ; …)

 Khoảng cách giữa 2 đỉnh sóng (gợn sóng ) liên tiếp bằng λ Suy ra khoảng cách

n đỉnh sóng liên tiếp là (n – 1)λ

 Vận tốc truyền sóng :

x

ta

a

v  , đơn vị của v phụ thuộc vào đơn vị của x

II GIAO THOA SÓNG

- Là sự gặp nhau của 2 sóng kết hợp tạo ra những điểm luôn dao động với biên độ cực đại và những điểm luôn dao động với biên độ cực tiểu

- 2 sóng kết hợp : có cùng tần số và có độ lệch pha không đổi theo thời gian

Xét sóng tại 2 nguồn S1 và S2 có biểu thức:u  a cos(  t   )

Xét điểm M cách nguồn S1 một khoảng d1, cách nguồn S2 một khoảng d2

+ Biểu thức sóng tại M do S1 truyền tới: cos( 2 1)

 Cực đại giao thoa k nguyên A= 2a

 Cực tiểu giao thoa: k bán nguyên A= 0

k  .Từ đó suy ra số cực đại và cực tiểu: N cđ , N ct

Lưu ý : Tại 2 nguồn là điểm gián đoạn nên nếu tính ra k đúng nguyên hoặc đúng

bán nguyên thì ta không lấy giá trị đó

- Hình ảnh giao thoa là các đường hypebol cực đại xen kẽ những đường hypebol cực tiểu đối xưng qua đường trung trực của 2 nguồn với đường trung trực là cực đại giữa k = 0 Trên phương S 1 S 2 , khoảng cách giữa 2 điểm cực đại liên tiếp bằng khoảng cách giữa 2 điểm cực tiểu liên tiếp bằng nửa bước sóng

Trường hợp sóng phát ra từ hai nguồn ngược pha nhau thì có sự hoán đổi đường cực đại , cực tiểu so với trường hợp hai nguồn cùng pha Biên độ khi đó được tính bằng niểu thức sau : 2 sin( ( 1 2) )

 Cực đại : k nguyên Cực tiểu : k bán nguyên

Xét pha dao động :Tại trung điểm I của S1S2 :



2

S1S2

kI Tại 1 điểm M trên trung trực S1S2 :

- Nếu k bán nguyên dao động ngược pha với 2 nguồn

- Điểm M gần I nhất dao động cùng pha ,ngược pha với nguồn thì k M là số nguyên , bán nguyên gần k I nhất.( k M > k I )

A 

Điều kiện để có sóng dừng:

f

kv k

l là chiều dài của dây, k số bó sóng

Nếu 2 đầu cố định : k ngyên và bằng số bụng

- Âm thanh ( sóng âm nghe được) : có tần số từ 16Hz đến 20 000Hz

- Siêu âm : tần số lớn hơn 20 000Hz

Cường độ âm : 2

4 r

P I

I

I dB

2 1

r

r I

I L

- Ngưỡng nghe của tai: L = 0÷130 dB

- Nhiệt độ tăng vận tốc truyền âm tăng và ngược lại

CHƯƠNG 3 : DÕNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

I ĐẠI CƯƠNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

Biểu thức dòng điện và điện áp: i  I0cos(   t  i) u  U0cos(   t  u)

i, u là dòng điện và điện áp tức thời I0 , U0 là biên độ dòng điện và điện áp

I, U là dòng điện và điện áp hiệu dụng: I0  I 2 ; U0  U 2

Độ lệch pha của u so với i:   u i

+  > 0: u nhanh pha hơn I +  < 0: u chậm pha hơn i

0

2 2 0

 Đoạn mạch R, L ,C nối tiếp:

) ( ZL ZCR

Z     U  UR2  ( UL  UC)2

Độ lệch pha của u so với i:

R

Z Z

U

U U

2 2 max max  

+ Hệ số công suất cực đại cosφ = 1

Z

r



 cos ;

d

r dU

U





cos

 Mạch RLC khi cuộn dây có điện trở r thì trong các công thức được học , chỗ nào có R ta thay bằng R tđ với R tđ = R + r

II BÀI TOÁN BIẾN THIÊN

MẠCH RLC CÓ R BIẾN THIÊN:

Loại 1 : Công suất cực đại :

C L MAX

Z Z

U P



 2

2 khi R  ZL  ZC

Loại 2: với R 1 và R 2 mạch có cùng công suất :

Z

Z R

Z

Z R

Z C  L  0 1

Khi đó mạch cộng hưởng

Loại 2 : Công suất bằng nhau:

LC

1

2 1 2

0   



III SẢN XUẤT VÀ TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG

 Máy phát điện xoay chiều 1 pha:

N1, U1, P1: Số vòng, điện áp hiệu dụng, công suất ở cuộn sơ cấp

N2, U2, P2: Số vòng, điện áp hiệu dụng, công suất ở cuộn thứ cấp

1 1

1

U

U N

N

 Mạch thứ cấp có tải: (lí tưởng)

1 2 2 1 2

1

I

I U

U N

N

- Nếu N 1 > N 2 : máy giảm áp - Nếu N 1 < N 2 : máy tăng áp

 Truyền tải điện năng:

 Độ giảm thế trên dây dẫn: U  RI

 Công suất hao phí :

2 2 2cos

U

R P

P 



+ Phần trăm hao phí:

2

 Để giảm hao phí khi truyền tải điện năng ta cần :

- Giảm điện trở đường dây : sử dụng dây dẫn có điện trở suất nhỏ , tối ưu hóa đường dây để dây ngắn nhất

- Tăng điện áp 2 đầu dây trước khi truyền tải.Nếu điện áp tăng lên k lần thi hao phí giảm đi k 2

Điện tích tức thời của tụ điện : q  Q0cos   t   

Hiệu điện thế tức thời hai bản tụ :    t

C

Q t

sin0

0 '

t Q

q i

- u, i vuông pha nên : 2 1

0

2 2 0

 Năng lƣợng mạch dao động:

 Năng lượng điện trường tập trung tại tụ điện:

2 2

 Năng lượng từ trường cực đại: max 1 02

1 2

- Điện trường biến thiên tạo ra từ trường biến thiên (xoáy)

- Từ trường biến thiên tạo ra điện trường biến thiên (xoáy)

II SÓNG ĐIỆN TỪ

- Là sự lan truyền dao động điện từ trong không gian và theo thời gian

- Sóng điện từ truyền được trong chân không

- Sóng điện từ là sóng ngang : điện trường và từ trường biến thiên điều hòa cùng pha , cùng tần số và bằng tần số mạch dđộng , có phương vuông góc nhau cùng vuông góc với phương truyền sóng

 Bước sóng của sóng điện từ: c T c c 2 LC

f

Với c = 3.108

m/s: Vận tốc ánh sáng trong chân không

Cấu tạo máy phát và máy thu :

+ Ăng ten thu

+ Mạch LC chọn sóng: dựa vào hiện tượng cộng hưởng sóng

+ Mạch tách sóng : tách tín hiệu âm tần ra khỏi sóng điện từ cao tần

+ Mạch khuếch đại

+ Loa

Truyền thông bằng sóng vô tuyến:

- Sóng dài : λ > 1000m Không bị nước hấp thụ nên sử dụng thông tin liên lạc dưới

nước

- Sóng trung : 1000m > λ > 100m Bị tầng điện ℓy hấp thụ ban ngày, phản xạ ban

đêm nên ban đêm nghe radio rõ hơn ban ngày

- Sóng ngắn : 100m > λ > 10m Bị tầng điện ℓy và mặt đất phản xạ Máy phát sóng

ngắn công suất ℓớn có thể truyền thông tin đi rất xa trên mặt đất

- Sóng cực ngắn : 10m > λ > 0,01m Có thể xuyên qua tầng điện ℓy Dùng để thông tin ℓiên ℓạc ra vũ trụ

số đơn sắc gồm 7 màu cơ bản : đỏ , cam , vàng ,

lục , lam , chàm , tím

+ Nguyên nhân: Do chiết suất của 1 môi trường

trong suốt đối với các thành phần đơn sắc khác

nhau thì khác nhau Chiết suất của môi trường

đối với ánh sáng đỏ là nhỏ nhất – đối với ánh

sáng tím là lớn nhất

+ Trong hiện tượng tán sắc : ánh sáng tím bị

lệch nhiều nhất , ánh sáng đỏ bị lệch ít nhất so

với phương truyền tới

- Ánh sáng đơn sắc được đặc trưng bởi tần số f

 '  

II GIAO THOA ÁNH SÁNG

1.Giao thoa với ánh sáng đơn sắc:

Điều kiện : 2 nguồn sáng kết hợp – cùng phương , cùng tần số và có độ lệch pha không đổi theo thời gian

Giao thoa khe Young:

+ a(mm): Khoảng cách giữa 2 khe S1S2

+ D(m): Khoảng cách từ 2 khe tới màn

Hiện tượng : Tạo ra trên màn M những vạch sáng gọi là vân sáng xen kẽ những vạch tối gọi là vân tối , với O là vân sáng trung tâm

+Hiệu quang trình : k

D

ax d

 k nguyên :vân sáng bậc k

 k bán nguyên: vị trí vân tối thứ k+0.5

 Khoảng cách giữa 2 vân x 1 và x 2:

Nếu chữ số thập phân của kmax < 5 thì: Nt = Ns – 1

2.Giao thoa với ánh sáng đa sắc:

Hai vân trùng nhau: x1 = x2 Suy ra : k 1 λ 1 = k 2 λ 2

Có 3 loại vân sáng: đơn sắc λ 1 ,λ 2 và vân sáng tổng hợp ( vân trùng )

3 Giao thoa với ánh sáng trắng:

m

 0 , 76 38

D k

k nguyên : cho vị trí vân sáng

k bán nguyên: cho vị trí vân tối

Sai số trong phép đo bước sóng ánh sáng đơn sắc:

D

D a

a i

III CÁC LOẠI QUANG PHỔ

 Máy quang phổ là dụng cụ dùng để phân tích ánh sáng gồm :

 Ống chuẩn trực :có thấu kính hội tụ để biến đổi chùm sáng vào thành chùm tia sáng song song

 Lăng kính : tán sắc ánh sáng

 Buồng tối : hiển thị ánh sáng sau khi phân tích

 Quang phổ liên tục :Là dải màu biến đổi liên tục từ đỏ đến tím

+ Do các vật rắn , lỏng , khí ở áp suất cao khi nung nóng phát ra

+ Quang phổ liên tục chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ nên các vật khác nhau được nung nóng cùng nhiệt độ thì có quang phổ giống nhau

 Quang phổ vạch phát xạ : là các vạch màu riêng lẻ trên nền tối

+ Do các chất khí , hơi ở áp suất thấp được nung nóng phát ra

+ Quang phổ vạch phát xạ đặc trưng cho mỗi nguyên tố , các nguyên tố khác nhau thì khác nhau về số lượng vạch sáng , màu sắc vạch sáng và độ sáng tỉ đối

 Quang phổ vạch hấp thụ: là các vạch tối riêng lẻ trên nền quang phổ liên tục

+ Điều kiện : nhiệt độ nguồn phát phải nhỏ hơn nhiệt độ nguồn sáng trắng

+ Ở cùng điều kiện thì nguyên tố phát ra vạch quang phổ nào thì hấp thụ những vạch quang phổ ấy

 Phép phân tích quang phổ là phép phân tích thành phần cấu tạo của các chất dựa vào việc phân tích quang phổ của chúng

IV CÁC BỨC XẠ KHÔNG NHÌN THẤY ( đều là sóng điện từ )

- Tia hồng ngoại :là những bức xạ không nhìn thấy có bước sóng > 0,76µm

+ Do những vật có nhiệt độ > 0 K phát ra Tuy nhiên để thu được bức xạ hồng ngoại thì nhiệt độ của vật phải lớn hơn nhiệt độ môi trường

+ Tác dụng đặc trưng nhất là tác dụng nhiệt : dùng để sưởi ấm , sấy khô ,…

+ Tác dụng lên phim ảnh : dùng trong máy ảnh hồng ngoại

+ Có thể biến điệu như sóng điện từ cao tần : dùng trong các bộ điều khiển

+ Ngoài ra có khả năng gây ra một số phản ứng hóa học và hiện tượng quang điện cho 1 số chất bán dẫn

- Tia tử ngoại: là những bức xạ không nhìn thấy có bước sóng < 0,38µm

+ Do những vật được nung nóng trên 20000

C phát ra

+ Tác dụng mạnh lên phim ảnh , làm ion hóa không khí và nhiều chất khác Kích thích phát quang nhiều chất, gây ra hiện tượng quang điện cho nhiều kim loại

+ Bị nước và thủy tinh hấp thụ mạnh

+ Hủy diệt tế bào da ,mắt, diệt khuẩn ,…

+ Chữa bệnh còi sương , khử trùng nước , tìm vết nứt trên bề mặt kim loại,…

- Tia X : là những bức xạ không nhìn thấy có bước sóng từ 10-8m đến 10-11m được phát ra từ ống Rơn-ghen nên còn được gọi là tia Rơn-ghen

+ Tính chất nổi bật là khả năng đâm xuyên : tia X có khả năng đâm xuyên qua giấy , vải , gỗ , …và cả tấm nhôm vài cm nhưng lại bị lớp chì vài mm chặn lại

+ Tác dụng mạnh lên phim ảnh , làm ion hóa không khí, làm phát quang nhiều chất, gây ra hiện tượng quang điện ở hầu hết kim loại

+ Hủy diệt tế bào , diệt vi khuẩn

+ Dùng để chữa bệnh ung thu , chụp phim và kiểm tra vết nứt bên trong kim loại,…

Thang sóng điện từ :