Giao thoa ánh sáng ...[r]
Trang 1ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
-W X -
ThS Trương Thành
Giáo trình VẬT LÝ 2
(Dùng cho sinh viên Cao đẳng kỹ thuật)
Trang 2Mở đầu
Việc đào tạo đại học, cao đẳng theo chế độ Tín chỉ nhằm kích thích tính độc lập, sáng tạo và tự học của sinh viên, nâng cao trình độ của người học trong thời kỳ hội nhập Tuy nhiên để thực hiện được mục đích trên người dạy và người học phải có đủ các trang bị cần thiết mà trước hết là giáo trình, tài liệu tham khảo Để góp thêm một giáo trình sát với chương trình của trường Cao đẳng Công nghệ, Đại Học Đà Nẵng chúng tôi quyết định viết giáo trình này
Giáo trình "Vật Lý 2" dùng cho các lớp cao đẳng kỹ thuật và cao đẳng công nghệ thông tin gồm các kiến thức cơ bản về Vật Lý đại cương nhằm trang bị cho sinh viên những kiến thức cần thiết có liên quan đến ngành học của mình Nội dung gồm có 12 chương được phân bố đều từ Từ trường đến Vật lý hạt nhân nguyên tử Giáo trình được viết trên cơ sở chương trình "Vật
Lý 2” của trường Cao Đẳng Công nghệ, Đại Học Đà Nẵng
Trong quá trình viết giáo trình này chúng tôi được Đại học Đà Nẵng, trường Đại học Sư phạm tạo điều kiện thuận lợi, trường Cao đẳng Công nghệ khuyến khích, sự góp ý bổ ích của các cán bộ giảng dạy trong khoa Vật Lý Xin chân thành cảm ơn những sự giúp đỡ quý báu đó
Tuy đã có cố gắng và đã có nhiều chỉnh lý bổ sung nhưng vẫn không thể tránh khỏi thiếu sót Rất mong được sự góp ý phê bình của bạn đọc
Tác giả
Trang 3Chương I
TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI 1.1 TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI, ĐỊNH LUẬT AMPERE 1.1.1 TƯƠNG TÁC TỪ
Tương tác giữa:
- Dòng điện với dòng điện
- Dòng điện với nam châm
- Nam châm với dòng điện
không phải là lực hấp dẫn, không phải là lực điện trường mà có một bản chất khác là do từ trường nên gọi là tương tác từ Các thí nghiệm cụ thể đã được trình bày trong vật lý lớp 11 ở đây ta không nhắc lại nữa
1.1.2 ĐỊNH LUẬT AMPERE
Trước khi đi đến định luật ta cần định nghĩa phần tử dòng điện:
Phần tử dòng điện Id lr
của dòng điện I là tích số giữa cường độ dòng điện I với một đoạn chiều dài vô cùng nhỏ dl của dây dẫn Phương và chiều của Id lr
là phương và chiều của tiếp tuyến dương của dây dẫn tại điểm đang xét
Trước khi tìm biểu thức tương tác từ của hai dòng điện bất kỳ I và I0 ta hãy tìm lực từ của hai phần tử dòng điện I dl và I0dl0 của hai dòng điện này
Dựng mặt phẳng P chứa phần tử I dl và r, sau đó vẽ pháp tuyến nr của mặt phẳng p tại điểm M0 (như trên
hình Hình I-1) Theo Ampere lực
mà phần tử dòng điện I dl của dòng điện I tác dụng lên phần tử
0
0dl
I của dòng I0 đặt cách nó r là
dF có:
- Có phương vuông góc với
0
0d l
và pháp tuyến của mặt phẳng chứa r và Id lr
- Có chiều sao cho ba vector
r r
r lập thành một
dF
dl
M 0 dl0
θ o
n
P O θ
Hình I-1 r
I 0
I
Trang 4Nghĩa là độ lớn của dF tỷ lệ với sin 02 0 sin 0
r
dl I
,
4
sin sin
r
dl I kIdl
π
θ θ
4
sin sin
r
dl I Idl k
π
θ θ
µ
Trong đó: k là một hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào hệ đơn vị Trong hệ đơn vị SI: k =
π
µ
4
0 với µ0 = 4π.10-7H m là hằng số từ, µ là độ từ thẩm của môi trường
có vai trò và ý nghĩa giống như ε trong trường tĩnh điện chẳng hạn nên:
r 4
sin dl I sin Idl π
θ θ
µ µ
- Với chân không, không khí: = 1 + 0 , 03 10 − 6 ( ) ≈ 1
m
H
- Với nước: = 1 − 0 , 72 10 − 6 ( ) ≈ 1
m
H
- v.v
Theo như đã nói ở trên thì dạng vector của lực này là:
I d l (Id l r)
r F
4 π
µµ
(I-1)
Đó là nội dung của định luật Ampere về tương tác gia hai phần tử của hai dòng điện
Nếu gọi hai dòng điện đó là I và I0 Lực tương tác giữa hai dòng điện
đó là:
=
) )(
(
3 0 0
0
0
) (
r l d l d I
I F
r r r r
π µµ
(I-2)
Trang 51.2 VECTOR CẢM ỨNG TỪ 1.2.1 KHÁI NIỆM TỪ TRƯỜNG
1.2.1.1 Từ trường
Theo “Thuyết Tương Tác Gần” thì:
- Từ trường là môi trường vật chất đặc biệt do các nam châm và dòng
điện sinh ra
- Từ trường lan truyền trong không gian với vận tốc bằng vận tốc ánh
sáng
- Khi có một nam châm hay một dòng điện thì môi trường xung quanh đã
có sự thay đổi đó là có một từ trường
Tóm lại từ trường có thể định nghĩa:
Từ trường là môi trường vật chất đặc biệt của các nam châm và dòng điện sinh ra và nó được biểu hiện thông qua có tương tác từ
1.2.1.2 Vector cảm ứng từ, định lý Bio - Savart - Laplace
Từ công thức (I-1) ta thấy:
(Id l r)
r B
4 π
không phụ thuộc gì vào I0d lr0
mà chỉ phụ thuộc vào Id lr
gây ra từ trường và khoảng cách r từ nó đến điểm M tại đó ta đặt phần tử I0d lr0
ta gọi là cảm ứng
từ dB Về độ lớn: 0 2
4
sin
r
Idl dB
π
θ µ µ
dB có phương vuông góc với mặt phẳng chứa dl và vector rr; có chiều xác định theo quy tắc vặn nút chai (nếu ta vặn cái nút
cho nó tiến theo chiều dòng điện thì chiều vặn của nút là chiều của cảm ứng từ), có điểm đặt tại M; có đơn vị là Tesla (T) Công thức (I-3) là nội dung của định lý Bio - Savart - Laplace
Hình I-2 vẽ vector cảm ứng từ của dòng điện thẳng và dài, vì d Fr vuông góc với nr & Id lr0
nên có phương tiếp tuyến với đường cảm ứng từ, chiều thì như hình vẽ, độ lớn của nó sẽ được tính trong mục tiếp theo
1.2.1.3 Nguyên lý chồng chất từ trường Hình I-2
B d
B d
B d
dl r
I 0
Trang 6MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: TỪ TRƯỜNG 2
1.1 Từ trường, định luật Ampêre 2
1.2 Cảm ứng từ 3
1.3 Từ thơng, định lý O-G 6
1.4 Tác dụng của từ trường lên dịng điện 10
Bài tập chương1 11
CHƯƠNG 2: CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ 17
2.1 Các định luật cảm ứng điện từ 17
2.2 Hiện tượng tự cảm 29
Bài tập chương 2 22
CHƯƠNG 3: TRƯỜNG ĐIỆN TỪ 26
3.1 Luận điểm 1của Maxwell 26
3.2 Luận điểm 2của Maxwell 27
3.3 Hệ phương trình Maxwell 28
CHƯƠNG 4: DAO ĐỘNG VÀ SĨNG 32
4.1 Dao động điều hồ 32
4.2 Dao động tắt dần 33
4.3 Dao động cưỡng bức 34
4.4 Sĩng cơ 35
CHƯƠNG 5: QUANG HỌC SĨNG - GIAO THOA 39
5.1 Những cơ sở của quang học sĩng 39
5.2 Giao thoa ánh sáng 40
5.3 Giao thoa ánh sáng Young 43
5.4 Giao thoa ánh sáng trên bản mỏng 45
Bài tập chương 5 49
CHƯƠNG 6: QUANG HỌC SĨNG - NHIỄU XẠ 56
6.1 Định nghĩa nhiễu xạ 56
6.2 Điều kiện cực trị 58
6.3 Nhiễu xạ sau một khe hẹp 60
6.4 Nhiễu xạ sau nhiều khe hẹp 62
6.5 Nhiễu xạ trên tinh thể 63
Bài tập chương6 67
CHƯƠNG 7: QUANG HỌC SĨNG - PHÂN CỰC 71
7.1 Aïnh sáng tự nhiên và ánh sáng phân cực 71
7.2 Sự phân cực do phản xạ 73
7.3 Giải thích hiện tượng lưỡng chiết 75
CHƯƠNG 8: QUANG LƯỢNG TỬ-BỨC XẠ NHIỆT 79
8.1 Tán sắc ánh sáng 79
8.2 Vật đen tuyệt đối 81
8.3 Các định luật bức xạ nhiệt 83
Trang 78.4 Công thức Planck 86
Bài tập chương8 89
CHƯƠNG 9: QUANG LƯỢNG TỬ-HIỆN TƯỢNG Q ĐIỆN 93
9.1 Hiện tượng quang điện ngoài 93
9.2 Hiện tượng quang điện trong 95
9.3 Hiện tượng Compton 96
Bài tập chương 9 99
CHƯƠNG 10: CƠ HỌC LƯỢNG TỬ 101
10.1 Tính sóng hạt của vật chất 101
10.2 Hệ thức bất định Heisenberg 104
10.3 Phương trình cơ bản của cơ học lượng tử 107
Bài tập chương10 112
CHƯƠNG 11: VẬT LÝ NGUYÊN TỬ 115
11.1 Nguyên tử hyđrô 120
11.2 Nguyên tử kim loại kiềm 122
11.3 Moment 124
11.4 Spin của điện tử 126
11.5 Hệ thống tuần hoàn 128
CHƯƠNG 12: VẬT LÝ HẠT NHÂN 128
12.1 Những tính chất cơ bản 128
12.2 Phóng xạ 131
12.3 Phân hạch 134
12.4 Phản ứng nhiệt hạch 136
Bài tập chương 11, 12 138
Tài liệu tham khảo 141