Trong thí nghiệm dao thoa sóng trên mặt nước hai nguồn kết hợp A, B dao động với tần số f = 13Hz tại M cách các nguồn những khoảng 19cm, và 21cm thì dao động với biên độ cực đại, giữa M[r]
Trang 1Chương I: DAO ĐỘNG CƠ HỌC
I Dao động cơ
Dao động là chuyển động có giới hạn trong không gian, lặp đi lặp lại nhiều lần quanh một vị trí cân bằng.
II Dao động tuần hoàn.
là dao động mà sau những khoảng thời gian bằng nhau gọi là chu kỳ vật trở lại vị trí cũ theo hướng cũ
Chu kỳ: là khoảng thời gian T vật thực hiện được một dao đôạng điều hoà( đơn vị s)
Tần số: Số lần dao f động trong một giây ( đơn vị là Hz)
III Dao động điều hoà
Dao động điều hòa là dao động trong đó li độ của vật là một hàm côsin (hay sin) của thời gian
3.1Phương trình
phương trình x=Acos(t+) thì:
+ 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(t+) =1
+(t+): Pha dao động (rad)
+ : pha ban đầu.(rad)
+ : Gọi là tần số góc của dao động.(rad/s)
n là số dao động toàn phần trong thời gian t
- vmax=A khi x = 0-Vật qua vị trí cân bằng
- vmin = 0 khi x = A ở vị trí biên
- Gia tốc luôn hướng ngược dâu với li độ (Hay véc tơ gia tốc luôn hướng về vị trí cân bằng)
KL : Gia tốc luôn luôn ngược chiều với li độ và có độ lớn tỉ lệ với độ lớn của li độ.
Trang 23.8 Cơ năng:
2 2 đ
Dao động điều hoà có tần số góc là , tần số f, chu kỳ T Thì
động năng và thế năng biến thiên với tần số góc 2, tần số 2f, chu
2 2
ss
x co
A x co
+ Quãng đường đi trong 1 chu kỳ luôn là 4A; trong 1/2 chu kỳ luôn là 2A
Quãng đường đi trong l/4 chu kỳ là A khi vật đi từ VTCB đến vị trí biên hoặc ngược lại
+ Quãng đường vật đi được từ thời điểm t1 đến t2
+ Tính S2 bằng cách định vị trí x1, x2 và chiều chuyển động của vật trên trục Ox
+ Trong một số trường hợp có thể giải bài toán bằng cách sử dụng mối liên hệ giữa dao động
điều hoà và chuyển động tròn đều sẽ đơn giản hơn
+ Tốc độ trung bình của vật đi từ thời điểm t1 đến t2: 2 1
tb
S v
Sử dụng mối liên hệ giữa dao động điều hoà và chuyển đường tròn đều
O
A -A
Trang 3quãng đường luôn là 2nA
Trong thời gian t’ thì quãng đường lớn nhất, nhỏ nhất tính như trên
+ Tốc độ trung bình lớn nhất và nhỏ nhất của trong khoảng thời gian t:
ax
tbM
S v
t
và
Min tbMin
S v
t
với SMax; SMin tính như trên
+ Các bước lập phương trình dao động dao động điều hoà:
Lưu ý: + Vật chuyển động theo chiều dương thì v > 0, ngược lại v < 0
+ Trước khi tính cần xác định rõ thuộc góc phần tư thứ mấy của đường tròn lượnggiác
(thường lấy -π < ≤ π)
+ Các bước giải bài toán tính thời điểm vật đi qua vị trí đã biết x (hoặc v, a, W t , W đ , F) lần thứ n
* Giải phương trình lượng giác lấy các nghiệm của t (Với t > 0 phạm vi giá trị của k )
* Liệt kê n nghiệm đầu tiên (thường n nhỏ)
* Thời điểm thứ n chính là giá trị lớn thứ n
Lưu ý:+ Đề ra thường cho giá trị n nhỏ, còn nếu n lớn thì tìm quy luật để suy ra nghiệm thứ n
+ Có thể giải bài toán bằng cách sử dụng mối liên hệ giữa dao động điều hoà và chuyển động tròn đều
+ Các bước giải bài toán tìm số lần vật đi qua vị trí đã biết x (hoặc v, a, W t , W đ , F) từ thời điểm t 1
đến t 2
* Giải phương trình lượng giác được các nghiệm
* Từ t1 < t ≤ t2 Phạm vi giá trị của (Với k Z)
* Tổng số giá trị của k chính là số lần vật đi qua vị trí đó
Lưu ý: + Có thể giải bài toán bằng cách sử dụng mối liên hệ giữa dao động điều hoà và chuyển động
tròn đều
+ Trong mỗi chu kỳ (mỗi dao động) vật qua mỗi vị trí biên 1 lần còn các vị trí khác 2 lần
+ Các bước giải bài toán tìm li độ, vận tốc dao động sau (trước) thời điểm t một khoảng thời gian
t
Biết tại thời điểm t vật có li độ x = x0
* Từ phương trình dao động điều hoà: x = Acos(t + ) cho x = x0
Lấy nghiệm t + = với 0 ứng với x đang giảm (vật chuyển động theo chiều âm
vì v < 0)
hoặc t + = - ứng với x đang tăng (vật chuyển động theo chiều dương)
* Li độ và vận tốc dao động sau (trước) thời điểm đó t giây là
+ Dao động có phương trình đặc biệt:
* x = a Acos(t + ) với a = const
Biên độ là A, tần số góc là , pha ban đầu
1
Trang 4* Độ biến dạng của lò xo khi vật ở VTCB với con lắc lò xo
nằm trên mặt phẳng nghiêng có góc nghiêng α:
l T
+ Chiều dài lò xo tại VTCB: l CB = l 0 + l (l 0 là chiều dài tự nhiên)
+ Chiều dài cực tiểu (khi vật ở vị trí cao nhất): l Min = l 0 + l – A
+ Chiều dài cực đại (khi vật ở vị trí thấp nhất): l Max = l 0 + l + A
l CB = (l Min + l Max )/2
+ Khi A >l (Với Ox hướng xuống):
- Thời gian lò xo nén 1 lần là thời gian ngắn nhất để vật đi
4 Lực kéo về hay lực hồi phục F = -kx = -m2x
Đặc điểm: * Là lực gây dao động cho vật
* Luôn hướng về VTCB
* Biến thiên điều hoà cùng tần số với li độ
5 Lực đàn hồi là lực đưa vật về vị trí lò xo không biến
dạng
Có độ lớn Fđh = kx* (x* là độ biến dạng của lò xo)
* Với con lắc lò xo nằm ngang thì lực kéo về và lực đàn
hồi là một (vì tại VTCB lò xo không biến dạng)
* Với con lắc lò xo thẳng đứng hoặc đặt trên mặt phẳng
x A
-A nén
l
giãn O
x A -A
Hình a (A < l) Hình b (A > l)
x
A-A lNén 0
Giãn
Hình vẽ thể hiện thời gian lò xo nén và
giãn trong 1 chu kỳ (Ox hướng xuống)
Trang 5* Fđh = kl - x với chiều dương hướng lên
+ Lực đàn hồi cực đại (lực kéo): FMax = k(l + A) = FKmax (lúc vật ở vị trí thấp nhất)
+ Lực đàn hồi cực tiểu:
* Nếu A < l FMin = k(l - A) = FKMin
* Nếu A ≥ l FMin = 0 (lúc vật đi qua vị trí lò xo không biến dạng)
Lực đẩy (lực nén) đàn hồi cực đại: FNmax = k(A - l) (lúc vật ở vị trí cao nhất)
6 Một lò xo có độ cứng k, chiều dài l được cắt thành các lò xo có độ cứng k1, k2, … và chiều dài
k k k cùng treo một vật khối lượng như nhau thì: T2 = T1 + T2
* Song song: k = k1 + k2 + … cùng treo một vật khối lượng như nhau thì: 2 12 22
9 Đo chu kỳ bằng phương pháp trùng phùng
Để xác định chu kỳ T của một con lắc lò xo (con lắc đơn) người ta so sánh với chu kỳ T0 (đã biết) của một con lắc khác (T T0)
Hai con lắc gọi là trùng phùng khi chúng đồng thời đi qua một vị trí xác định theo cùng một chiều
Thời gian giữa hai lần trùng phùng
0 0
TT
T T
Nếu T > T0 = (n+1)T = nT0
Nếu T < T0 = nT = (n+1)T0 với n N*
- cơ năng của con lắc tỉ lệ với bình phương của biên độ dao động
- Cơ năng của con lắc được bảo toàn nếu bở qua mọi ma sát
Lưu ý: + Với con lắc đơn lực hồi phục tỉ lệ thuận với khối lượng.
+ Với con lắc lò xo lực hồi phục không phụ thuộc vào khối
Trang 6Lưu ý: S0 đóng vai trò như A còn s đóng vai trò như x
6 Tại cùng một nơi con lắc đơn chiều dài l 1 có chu kỳ T1, con lắc đơn chiều dài l 2 có chu kỳ T2, con
lắc đơn chiều dài l 1 + l 2 có chu kỳ T3,con lắc đơn chiều dài l 1 - l 2 (l 1 >l 2) có chu kỳ T4
Thì ta có: T32 T12T22 và T42 T12T22
7 Khi con lắc đơn dao động với 0 bất kỳ Cơ năng, vận tốc và lực căng của sợi dây con lắc đơn
W = mgl(1-cos0); v2 = 2gl(cosα – cosα0) và TC = mg(3cosα – 2cosα0)
Lưu ý: - Các công thức này áp dụng đúng cho cả khi 0 có giá trị lớn
- Khi con lắc đơn dao động điều hoà (0 << 1rad) thì:
Với R = 6400km là bán kính Trái Đât, còn là hệ số nở dài của thanh con lắc
9 Con lắc đơn có chu kỳ đúng T ở độ sâu d1, nhiệt độ t1 Khi đưa tới độ sâu d2, nhiệt độ t2 thì ta có:
Lưu ý: * Nếu T > 0 thì đồng hồ chạy chậm (đồng hồ đếm giây sử dụng con lắc đơn)
* Nếu T < 0 thì đồng hồ chạy nhanh
* Nếu T = 0 thì đồng hồ chạy đúng
* Thời gian chạy sai mỗi ngày (24h = 86400s): 86400( )
T
s T
10 Khi con lắc đơn chịu thêm tác dụng của lực phụ không đổi:
Lực phụ không đổi thường là:
* Lực đẩy Ácsimét: F = DgV (F luông thẳng đứng hướng lên)
Trong đó: D là khối lượng riêng của chất lỏng hay chất khí
g là gia tốc rơi tự do
V là thể tích của phần vật chìm trong chất lỏng hay chất khí đó
Trang 7Chu kỳ dao động của con lắc đơn khi đó:
' 2
'
l T
g
Các trường hợp đặc biệt:
* F có phương ngang: + Tại VTCB dây treo lệch với phương thẳng đứng một góc có:
Dao động mà biên độ giảm dần theo thời gian
- Dao động tắt dần càng nhanh nếu độ nhớt môi trường càng lớn.
1 Một con lắc lò xo dao động tắt dần với biên độ A, hệ số ma sát µ
* Quãng đường vật đi được đến lúc dừng lại là:
b Dao động duy trì:
- Nếu cung cấp thêm năng lượng cho vật dao động bù lại phần năng lượng tiêu hao do ma sát mà
không làm thay đổi chu kì dao động riêng của nó, khi đó vật dao động mải mải với chu kì bằng chu
kì dao động riêng của nó, gọi là dao động duy trì.
c Dao động cưỡng bức
Nếu tác dụng một ngoại biến đổi điều hoà F=F0sin(t + ) lên một hệ.lực này cung cấp năng
lượng cho hệ để bù lại phần năng lượng mất mát do ma sát Khi đó hệ sẽ gọi là dao động cưỡng bức
Đặc điểm
Dao động của hệ là dao động điều hoà có tần số bằng tần số ngoại lực,
Biên độ của dao động không đổi
d Hiện tượng cộng hưởng
Nếu tần số ngoại lực (f) bằng với tần số riêng (f0) của hệ dao động tự do, thì biên độ dao động cưỡngbức đạt giá trị cực đại
Tầm quan trọng của hiện tượng cộng hưởng :
Dựa vào cộng hưởng mà ta có thể dùng một lực nhỏ tác dụng lên một hệ dao động có khối
lượng lớn để làm cho hệ này dao động với biên độ lớn
Dùng để đo tần số dòng điện xoay chiều, lên dây đàn
VII TỔNG HỢP DAO ĐỘNG
1 Tổng hợp hai dao động điều hoà cùng phương cùng tần số x1 = A1cos(t + 1) và x2 = A2cos(t +
2) được một dao động điều hoà cùng phương cùng tần số x = Acos(t + )
Trong đó: A2 A12A222A A c1 2 os(2 1)
T
x
t
O
Trang 8* Nếu = 2kπ (x1, x2 cùng pha) AMax = A1 + A2
` * Nếu = (2k+1)π (x1, x2 ngược pha) AMin = A1 - A2
+ Sóng cơ là những dao động cơ lan truyền trong môi trường vật chất theo thơig gian.
+ Khi sóng cơ truyền đi chỉ có pha dao động của các phần tử vật chất lan truyền còn các phần tử vậtchất thì dao động xung quanh vị trí cân bằng cố định
+ Sóng ngang là sóng trong đó các phần tử của môi trường dao động theo phương vuông góc với phương truyền sóng
Ví dụ: sóng trên mặt nước, sóng trên sợi dây cao su
+ Sóng dọc là sóng trong đó các phần tử của môi trường dao động theo phương trùng với phương truyền sóng
Ví dụ: sóng âm, sóng trên một lò xo
+ Biên độ của sóng A: là biên độ dao động của một phần tử vật chất của môi trường có sóng truyềnqua
+ Chu kỳ sóng T: là chu kỳ dao động của một phần tử vật chất của môi trường sóng truyền qua + Tần số f: là đại lượng nghịch đảo của chu kỳ són : f = T
1 + Tốc độ truyền sóng v : là tốc độ lan truyền dao động trongmôi trường
+ Bước sóng :là quảng đường mà sóng truyền được trong một chu kỳ = vT = f
v
+Bước sóng cũng là khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên phương truyền sóng dao động cùng pha với nhau
PP1
M1
M2
M
O
Trang 9+ Khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên phương truyền sóng mà dao động ngược pha là 2
,
và hai điểm gần nhau nhất vuông pha nhau cách nhau 4
truyền sóng thì biên độ sóng tại A và tại M bằng nhau
(Ao = AM = A) Thì : uM =Acos 2(
x T
t
)
* Sóng truyền theo chiều dương của trục Ox thì uM = AMcos(t + -
x v
) = AMcos(t + - 2
) = AMcos(t + + 2
x
)Phương trình sóng tại M trên phương truyền sóng là: uN = ANcos((t - t) Hay uN =ANcos (t - 2
* Nguồn kết hợp, sóng kết hợp, Sự giao thoa của sóng kết hợp.
+ Hai nguồn dao động cùng tần số, cùng pha hoặc có độ lệch pha không đổi theo thời gian gọi là hai nguồn kết hợp
+ Hai sóng có cùng tần số, cùng pha hoặc có độ lệch pha không đổi theo thời gian gọi là hai sóng kếthợp
+ Giao thoa là sự tổng hợp của hai hay nhiều sóng kết hợp trong không gian, trong đó có những chổ
cố định mà biên độ sóng được tăng cường hoặc bị giảm bớt
*Lý thuyết về giao thoa:
+Giả sử S1 và S2 là hai nguồn kết hợp có phương trình sóng uS1 =uS2 = Acos 2 πtt T và cùng truyến đến điểm M
( với S1M = d1 và S2M = d2 ) Gọi v là tốc độ truyền sóng Phương trình dao động tại M do S1 và S2
truyền đến lần lượt là:
u1M = Acos 1
2(t d )
Trang 10+Phương trình dao động tại M: uM = u1M + u2M = 2Acosπt (d2− d1)
+ Khi hai sóng kết hợp gặp nhau:
-Tại những chổ chúng cùng pha, chúng sẽ tăng cường nhau, biên độ dao động tổng hợp đạt cực đại:
VỊ TRÍ CÁC CỰC ĐẠI GIAO THOA(Gợn lồi): Những chổ mà hiệu đường đi bằng một số nguyên lần bước sóng: d 1 – d 2 = k ;( k = 0, 1, 2 , ) dao động của môi trường ở đây là mạnh
, ;( k = 0, 1, 2 , ) dao động của môi trường ở đây là yếu nhất.
-Tại những điểm khác thì biên độ sóng có giá trị trung gian
+ Hai nguồn dao động cùng pha ( 1 2 0)
* Điểm dao động cực đại: d1 – d2 = k (kZ)
Số đường hoặc số điểm (không tính hai nguồn):
Số đường hoặc số điểm (không tính hai nguồn):
+ Hai nguồn dao động ngược pha:( 1 2 )
* Điểm dao động cực đại: d1 – d2 = (2k+1)2
(kZ)
Số đường hoặc số điểm (không tính hai nguồn):
* Điểm dao động cực tiểu (không dao động): d1 – d2 = k (kZ)
Số đường hoặc số điểm (không tính hai nguồn):
k
*Điều kiện giao thoa: - Dao động cùng phương , cùng chu kỳ hay tần số
- Có hiệu số pha không đổi theo thời gian
4.SÓNG DỪNG
+ Sóng dừng là sóng truyền trên sợi dây trong trưởng hợp xuất hiện các nút và các bụng
+ Sóng dừng có được là do sự giao thoa của sóng tới và sóng phản xạ cùng phát ra từ một nguồn.
Trang 11- Để có sóng dừng trên sợi dây với một đầu là nút một đầu là bụng (một đầu cố định, một đầu dao động) thì chiều dài của sợi dây phải bằng một số lẻ 4
1bước sóng l = (2k + 1)4
Số bụng sóng = số nút sóng = k + 1
+ Đặc điểm của sóng dừng
-Biên độ dao động của phần tử vật chất ở mỗi điểm không đổi theo thời gian
-Khoảng cách giữa 2 nút hoặc 2 bụng liền kề là 2
-Khoảng cách giữa nút và bụng liền kề là 4
+ Xác định bước sóng, tốc độ truyền sóng nhờ sóng dừng: - Khoảng cách giữa hai nút sóng
Phương trình sóng tới và sóng phản xạ tại B: u B u'B Acos2 ft
Phương trình sóng tới và sóng phản xạ tại M cách B một khoảng d là:
*Nguồn âm: Một vật dao động tạo phát ra âm là một nguồn âm.
*Âm nghe được , hạ âm, siêu âm
Trang 12+Âm nghe được(âm thanh) có tần số từ 16Hz đến 20000Hz và gây ra cảm giác âm trong tai con
người
+Hạ âm : Những sóng cơ học tần số nhỏ hơn 16Hz gọi là sóng hạ âm, tai người không nghe được +siêu âm :Những sóng cơ học tần số lớn hơn 20000Hz gọi là sóng siêu âm , tai người không nghe
được
+Sóng âm, sóng hạ âm, sóng siêu âm đều là những sóng cơ học lan truyền trong môi trường vật
chất nhưng chúng có tần số khác nhau và tai người chỉ cảm thụ được âm thanh chứ không cảm thụ được sóng hạ âm và sóng siêu âm
+Nhạc âm có tần số xác định.
* Môi trường truyền âm
Sóng âm truyền được trong cả ba môi trường rắn, lỏng và khí nhưng không truyền được trong chân không
Các vật liệu như bông, nhung, tấm xốp có tính đàn hồi kém nên truyền âm kém, chúng được dùng làm vật liệu cách âm
*Tốc độ truyền âm: Sóng âm truyền trong mỗi môi trường với một tốc độ xác định.
-Tốc độ truyền âm phụ thuộc vào tính đàn hồi, mật độ của môi trường và nhiệt độ của môi trường -Nói chung tốc độ âm trong chất rắn lớn hơn trong chất lỏng và trong chất lỏng lớn hơn trong chấtkhí
-Khi âm truyền từ môi trường này sang môi trường khác thì vận tốc truyền âm thay đổi, bước sóngcủa sóng âm thay đổi còn tần số của âm thì không thay đổi
* Các đặc trưng vật lý của âm
-Tần số âm: Tần số của của sóng âm cũng là tần số âm
* Tần số do đàn phát ra (hai đầu dây cố định hai đầu là nút sóng)
( k N*)2
k = 1,2,3… có các hoạ âm bậc 3 (tần số 3f1), bậc 5 (tần số 5f1)…
- 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 phuơng truyền sóng trong một đơn vị thời gian Đơn vị cường độ âm là W/m2
I = =
Với W (J), P (W) là năng lượng, công suất phát âm của nguồn
S (m2) là diện tích mặt vuông góc với phương truyền âm (với sóng cầu thì S là diện tích mặt cầu S=4πRπRR 2)
- Mức Cường độ âm : Mức cường độ âm L là lôga thập phân của thương số giữa cường độ âm I và
cường độ âm chuẩn Io: L(B) = lgI o
I
hoặc L(dB) = 10lgI o
I
Với I0 = 10-12 W/m2 ở f = 1000Hz: cường độ âm chuẩn
+Đơn vị của mức cường độ âm là ben (B), thực tế thường dùng ước số của ben là đềxiben (dB):1B
= 10dB
- Âm cơ bản và hoạ âm : Sóng âm do một người hay một nhạc cụ phát ra là tổng hợp của nhiều sóng âm phát ra cùng một lúc Các sóng này có tần số là f, 2f, 3f, … Âm có tần số f gọi là hoạ âm
Trang 13cơ bản, các âm có tần số 2f, 3f, … gọi là các hoạ âm thứ 2, thứ 3, … Tập hợp các hoạ âm tạo thành
phổ của nhạc âm nói trên
- Đồ thị dao động âm : của cùng một nhạc âm (như âm la chẳng hạn) do các nhạc cụ khác nhau phát
ra thì hoàn toàn khác nhau
* Các đặc tính sinh lý của âm
+ Độ cao của âm: phụ vào tần số của âm
Âm cao (hoặc thanh) có tần số lớn, âm thấp (hoặc trầm) có tần số nhỏ
+ Độ to của âm: gắn liền với đặc trưng vật lý mức cường độ âm.
+ Âm sắc: Giúp ta phân biệt âm do các nguồn khác nhau phát ra Âm sắc có liên quan mật thiết với
đồ thị dao động âm
6 HIỆU ỨNG ĐỐP-PLE
1 Nguồn âm đứng yên, máy thu chuyển động với vận tốc vM
* Máy thu chuyển động lại gần nguồn âm thì thu được âm có tần số: '
2 Nguồn âm chuyển động với vận tốc vS, máy thu đứng yên
* Máy thu chuyển động lại gần nguồn âm với vận tốc vM thì thu được âm có tần số:
Nguồn phát chuyển động lại gần nguồn thì lấy dấu “-” trước vS, ra xa thì lấy dấu “+“
CHƯƠNH III : ĐIỆN XOAY CHIỀU
1 Các biểu thức u – i
+ Biểu thức suất điện động xoay chiều :e = E0 cos(t + e
)
+ Biểu thức cường độ dòng điện : i = I0 cos( t + i) (A) Với I0 là cường độ dòng điện cực đại, và
l à tần số góc, ilà pha ban đầu
Lưu ý
* Mỗi giây đổi chiều 2f lần
* Nếu pha ban đầu i = 2
hoặc i = 2
thì chỉ giây đầu tiên đổi chiều 2f-1 lần
+ Biểu thức hiệu điện thế : u = U0 cos( t + u) (A) Với U0 là hiệu điện thế cực đại, và l à tần
số góc, ulà pha ban đầu
+ Các giá trị hiệu dụng : U=
02
U
và I=
02
Trang 14- Hiệu điện thế hiệu dụng: U (URU r)2(U LU C)2
C
U U U I Z
- Độ lệch pha giữa u – i:tan Z L Z C
Trang 15+ Cường độ dòng điện trong mạch mắc nối tiếp là như nhau tại mọi điểm nên ta có:
Ta nhận thấy điện trở tương đương của
mạch khi đó lớn hơn điện trở thành phần
Ta nhận thấy điện dung tương đương của
mạch khi đó nhỏ hơn điện dung của các tụ
2 Hiện tượng cộng hưởng điện
+ Khi có hiện tượng cộng hưởng điện ta có: I = I max = U/R trong mạch có ZL = ZC hay 2LC = 1, hiệu điện thế luôn cùng pha với dòng điện trong mạch, UL = UC và U=UR; hệ số công suất cos=1
3.C«ng suÊt cña ®o¹n m¹ch xoay chiÒu
+ C«ng thøc tÝnh c«ng suÊt tøc thêi cña m¹ch ®iÖn xoay chiÒu: p =u.i = U0 I0 cost cos(t+)
Víi U0 = U 2; I0 = I 2 ta cã : p = UIcos + UIcos(2t+)
+ C«ng thøc tÝnh c«ng suÊt trung b×nh :
UIcos + UIcos(2 t+ ) UIcos UIcos(2 t+ )
L¹i cã: UIcos(2 t+ ) 0 nªn pUIcos + UIcos(2 t+ ) UIcos UIcos
VËy: p=UIcos Cos=
R
Z Phô thuéc vµo R, L, C vµ f
Công suất của dòng điện xoay chiều
U
1 :
C
P Pmax
L
P Pmax
Trang 16a Nguyên tác hoạt động: Dựa trên hiện tợng cảm ứng điện từ : Khi từ thông qua một vòng dây
biến thiên điều hoà, trong vòng dây xuất hiện một suất điện động xoay chiều 0cos t
Đặt E0 =NBS là giá trị cực đại của suất điện động
b Máy phát điện xoay chiều một pha
Gồm có hai phần chính:
+ Phần cảm : Là một nam châm điện hoặc nam châm vĩnh cửu.Phần cảm tạo ra từ trờng+ Phần ứng: Là những cuộn dây, xuất hiện suất điện động cảm ứng khi máy hoạt động Tạo ra dòng điện
+ Một trong hai phần này đều có thể đứng yên hoặc là bộ phận chuyển động
+ Bộ phận đứng yên gọi là Stato, bộ phận chuyển động gọi là Rôto
c Máy phát điện xoay chiều ba pha
Dũng điện xoay chiều ba pha là hệ thống ba dũng điện xoay chiều, gõy bởi ba suất điện động xoay chiều cựng tần số, cựng biờn độ nhưng độ lệch pha từng đụi một là
2 3
Mỏy phỏt mắc hỡnh tam giỏc: Ud = Up
Tải tiờu thụ mắc hỡnh sao: Id = Ip
Tải tiờu thụ mắc hỡnh tam giỏc: Id = 3Ip
Lưu ý: Ở mỏy phỏt và tải tiờu thụ thường chọn cỏch mắc tương ứng với nhau.
+ Gồm: Stato: Là hệ thống gồm ba cuộn dây riêng rẽ, hoàn toàn giống nhau quấn trên ba lõi sắt lệch nhau 1200 trên một vòng tròn Rôto là một nam châm điện
5 Máy biến áp- truyền tải điện năng đi xa:
b Hao phí truyền tải:
Cụng suất hao phớ trong quỏ trỡnh truyền tải điện năng:
2 2
2
Trong đú: P là cụng suất truyền đi ở nơi cung cấp
U là điện ỏp ở nơi cung cấp
cos là hệ số cụng suất của dõy tải điện
l R S
là điện trở tổng cộng của dõy tải điện (lưu ý: dẫn điện bằng 2 dõy)
Độ giảm điện ỏp trờn đường dõy tải điện: U = IR
Hiệu suất tải điện: H .100%
Trang 17Và khi R R R1 2 thì
2 ax
* Khi
42
RLM
U U
Lưu ý: R và L mắc liên tiếp nhau
c Đoạn mạch RLC có C thay đổi:
* Khi
L C
RCM
U U
LM
U L U
CM
U L U
Trang 18Trường hợp đặc biệt = /2 (vuông pha nhau) thì tan1tan2 = -1
VD: * Mạch điện ở hình 1 có u AB và u AM lệch pha nhau
Ở đây 2 đoạn mạch AB và AM có cùng i và u AB chậm pha
* Mạch điện ở hình 2: Khi C = C1 và C = C2 (giả sử C1 > C2) thì i1 và i2 lệch pha nhau
Ở đây hai đoạn mạch RLC1 và RLC2 có cùng u AB
Gọi 1 và 2 là độ lệch pha của u AB so với i 1 và i 2
Trang 19CHƯƠNG IV: DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ
1 Mạch dao động
Cấu tạo: Gồm một tụ điện mắc nối tiếp với một cuộn cảm thành mạch kín.
- Nếu r rất nhỏ ( 0): mạch dao động lí tưởng
Nguyên tắc hoạt động: tích điện cho tụ điện rồi cho nó phóng điện tạo ra một
dòng điện xoay chiều trong mạch
Định nghĩa dao động điện từ tự do
- Sự biến thiên điều hoà theo thời gian của điện tích q của một bản tụ điện và cường độ dòng điện (hoặc cường độ điện trường E và cảm ứng từ B) trong mạch dao động được gọi là dao động điện từ
Năng lượng điện từ:
- Tổng năng lượng điện trường tức thời trong tụ điện và năng lượng từ trường tức thời
trong cuộn cảm của mạch dao động gọi là năng lượng điện từ* Năng lượng điện trường:
2 2
Trang 20+ Khi tụ phóng điện thì q và u giảm và ngược lại
+ Quy ước: q > 0 ứng với bản tụ ta xét tích điện dương thì i > 0 ứng với dòng điện chạy đến bản
tụ mà ta xét
Sự tương tự giữa dao động điện và dao động cơ
2 Điện từ trường
a Điện trường xoáy và từ trường xoáy
Điện trường xoáy
Điện trường có đường sức là những đường cong kín gọi là điện trường xoáy.
Từ trường xoáy
Nếu tại một nơi có điện trường biến thiên theo thời gian thì tại nơi đó xuất hiện một từ trường
Đường sức của từ trường bao giờ cũng khép kín từ trường xoáy
- Sóng điện từ chính là từ trường lan truyền trong không gian
Đặc điểm của sóng điện từ
+ Sóng điện từ lan truyền được trong chân không với tốc độ lớn nhất c 3.108m/s
Trang 21- Sóng trung.
- Sóng dài
Sự truyền sóng vô tuyến trong khí quyển
Các dải sóng vô tuyến
- Không khí hấp thụ rất mạnh các sóng dài, sóng trung và sóng cực ngắn
- Không khí cũng hấp thụ mạnh các sóng ngắn Tuy nhiên, trong một số vùng tương đối hẹp, các sóng có bước sóng ngắn hầu như không bị hấp thụ Các vùng này gọi là các dải sóng vô tuyến
Sự phản xạ của sóng ngắn trên tầng điện li
- Sóng ngắn phản xạ rất tốt trên tầng điện li cũng như trên mặt đất và mặt nước biển như ánh sáng
b Nguyên tắc thông tin liên lạc bằng sóng vô tuyến
+Phải dùng các sóng vô tuyến có bước sóng ngắn nằm trong vùng các dải sóng vô tuyến
- Những sóng vô tuyến dùng để tải các thông tin gọi là các sóng mang
+Phải biến điệu các sóng mang
- Dùng micrô để biến dao động âm thành dao động điện: sóng âm tần
- Dùng mạch biến điệu để “trộn” sóng âm tần với sóng mang: biến điện sóng điện từ
+Ở nơi thu, dùng mạch tách sóng để tách sóng âm tần ra khỏi sóng cao tần để đưa ra loa.
+Khi tín hiệu thu được có cường độ nhỏ, ta phải khuyếch đại chúng bằng các mạch khuyếch đại.
- Tia đơn sắc: ánh sáng đơn sắc là ánh sáng không bị tán sắc khi truyền qua lăng kính.
Giải thích hiện tượng tán sắc
- Ánh sáng trắng không phải là ánh sáng đơn sắc, mà là hỗn hợp của nhiều ánh sáng đơn sắc có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím
- Chiết suất của thuỷ tinh biến thiên theo màu sắc của ánh sáng và tăng dần từ màu đỏ đến màu tím
Hiện tượng giao thoa ánh sáng
Hiện tượng giao thoa ánh sáng là hiện tượng trong vùng hai chùm sáng gặp nhau xuất hiện những vạch sáng, vạch tối xen kẻ
- Giải thích:
Hai sóng kết hợp phát đi từ F1, F2 gặp nhau trên M đã giao thoa với nhau:
+ Hai sóng gặp nhau tăng cường lẫn nhau vân sáng
+ Hai sóng gặp nhau triệt tiêu lẫn nhau vân tối
- Hiệu đường đi (hiệu quang trình)
Trang 22D = OI là khoảng cách từ hai khe sáng S1, S2 đến màn quan sát
* Nếu thí nghiệm được tiến hành trong môi trường trong suốt có chiết suất n thì bước sóng và
* Khi nguồn sáng S di chuyển theo phương song song với S1S2 thì hệ vân di chuyển ngược chiều và
khoảng vân i vẫn không đổi.
Độ dời của hệ vân là: 0 1
D
D
=
Trong đó: D là khoảng cách từ 2 khe tới màn
D1 là khoảng cách từ nguồn sáng tới 2 khe
d là độ dịch chuyển của nguồn sáng
* Khi trên đường truyền của ánh sáng từ khe S1 (hoặc S2) được đặt một bản mỏng dày e, chiết suất n thì hệ vân sẽ dịch chuyển về phía S1 (hoặc S2) một đoạn: 0
(n 1)eD x
Trong đó [x] là phần nguyên của x Ví dụ: [6] = 6; [5,05] = 5; [7,99] = 7
* Xác định số vân sáng, vân tối giữa hai điểm M, N có toạ độ x1, x2 (giả sử x1 < x2)
Trang 23+ Vân sáng: x1 < ki < x2
+ Vân tối: x1 < (k+0,5)i < x2
Số giá trị k Z là số vân sáng (vân tối) cần tìm
Lưu ý: M và N cùng phía với vân trung tâm thì x1 và x2 cùng dấu
M và N khác phía với vân trung tâm thì x1 và x2 khác dấu
* Xác định khoảng vân i trong khoảng có bề rộng L Biết trong khoảng L có n vân sáng.
+ Nếu 2 đầu là hai vân sáng thì: 1
L i n
=- + Nếu 2 đầu là hai vân tối thì:
L i n
=
+ Nếu một đầu là vân sáng còn một đầu là vân tối thì: 0,5
L i
n
=-
* Sự trùng nhau của các bức xạ 1, 2 (khoảng vân tương ứng là i1, i2 )
+ Trùng nhau của vân sáng: xs = k1i1 = k2i2 = k11 = k22 =
+ Trùng nhau của vân tối: xt = (k1 + 0,5)i1 = (k2 + 0,5)i2 = (k1 + 0,5)1 = (k2 + 0,5)2 =
Lưu ý: Vị trí có màu cùng màu với vân sáng trung tâm là vị trí trùng nhau của tất cả các vân sáng
- Khoảng cách dài nhất và ngắn nhất giữa vân sáng và vân tối cùng bậc k:
đ[k ( 0,5) ]
* Chiết suất môi trường và bước sóng ánh sáng
+ Chiết suất của một môi trường trong suốt nhất định đối với các ánh sáng đơn sắc khác nhau phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng đó
+ Chiết suất của một môi trường trong suốt nhất định đối với các ánh sáng có bước sóng dài thì nhỏ hơn chiết suất của môi trường đó đối với ánh sáng có bước sóng ngắn
+ Sự phụ thuộc của chiết suất môi trường vào bước sóng ánh sáng là nguyên nhân chủ yếu của hiện tượng tán sắc ánh sáng
Trang 24+ Nguồn phát: các vật rắn, lỏng hoặc những khối khí có tỉ khối lớn bị nung nóng đều phát ra quang phổ liên tục.
+ Đặc điểm: không phụ thuộc vào thành phần cấu tạo của nguồn sáng mà chỉ phụ thuộc vào nhiệt độcủa nguồn sáng
Nhiệt độ càng cao, miền phát sáng của vật càng mở rộng về phía ánh sáng có bước sóng ngắn.+ Ứng dụng: xác định được nhiệt độ của vật phát sáng, đặc biệt là những vật ở xa như Mặt Trời, các ngôi sao,
* Quang phổ vạch phát xạ
+ Quang phổ vạch phát xạ là quang phổ có dạng những vạch màu riêng rẽ nằm trên một nền tối.+ Nguồn phát : Khí hay hơi ở áp suất thấp khi bị kích thích bằng cách đốt nóng hoặc bằng tia lửa điện sẽ phát ra quang phổ vạch
+ Đặc điểm : Quang phổ vạch phát xạ của các nguyên tố khác nhau thì rất khác nhau về số lượng vạch, vị trí các vạch, màu sắc các vạch và độ sáng tỉ đối của các vạch đó
Mỗi nguyên tố hoá học ở trạng thái khí hay hơi nóng sáng dưới áp suất thấp cho một quang phổ vạch riêng, đặc trưng cho nguyên tố đó
+ Ứng dụng : Nhận biết sự có mặt của các nguyên tố hoá học có trong các hỗn hợp hay hợp chất
Điều kiện để có quang phổ vạch hấp thụ là nhiệt độ của đám hơi gây ra quang phổ hấp thụ phải thấp hơn nhiệt độ của nguồn phát ra ánh sáng trắng
Ở một nhiệt độ nhất định, một đám hơi có khả năng phát ra ánh sáng đơn sắc nào thì nó cũng có khả năng hấp thụ những ánh sáng đơn sắc đó
+ Ứng dụng : Nhận biết sự có mặt của các nguyên tố hoá học có trong các hỗn hợp hay hợp chất
* Phép phân tích quang phổ
+ Phép phân tích quang phổ là phép xác định thành phần cấu tạo và nồng độ của của các chất có trong mẫu cần phân tích dựa vào việc nghiên cứu quang phổ, hoặc dựa vào quang phổ của vật phát sáng để xác định nhiệt độ của vật
+ Tiện lợi
- Phép phân tích định tính thì đơn giản và cho kết quả nhanh hơn phép phân tích hóa học
- Phép phân tích định lượng thì rất nhạy, có thể phát hiện một nồng độ dù rất nhỏ của chất nào đó
Tia hồng ngoại có bản chất là sóng điện từ (có bước sóng từ 7,5.10-7m đến 10-3m)
+ Nguồn phát: các vật có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ môi trường đều phát ra tia hồng ngoại Trong ánh sáng Mặt Trời có khoảng 50% năng lượng thuộc vùng hồng ngoại Nguồn phát tia hồng ngoại thường dùng là các bóng đèn có dây tóc bằng vonfram nóng sáng có công suất từ 250W đến 1000W.+ Tính chất, tác dụng
- Tác dụng nổi bật nhất của tia hồng ngoại là tác dụng nhiệt
Trang 25* Tia tử ngoại
+ Tia tử ngoại là những bức xạ không nhìn thấy được có bước sóng ngắn hơn bước sóng ánh sáng tím (l < 0,40mm)
Tia tử ngoại có bản chất là sóng điện từ (có bước sóng từ 10-9m đến 4.10-7m)
+ Nguồn phát: những vật bị nung nóng đến nhiệt độ trên 3000oC phát ra một lượng đáng kể tia tử ngoại Mặt Trời, hồ quang điện, đèn cao áp thuỷ ngân là những nguồn phát tia tử ngoại
+ Tính chất, tác dụng
- Bị nước, thuỷ tinh, … hấp thụ mạnh
- Tác dụng rất mạnh lên kính ảnh
- Có thể làm một số chất phát quang
- Có tác dụng ion hoá không khí
- Có tác dụng gây ra một số phản ứng quang hoá, quang hợp
- Có một số tác dụng sinh học
+ Công dụng
- Phát hiện vết nứt nhỏ, vết xước trên bề mặt sản phẩm tiện
- Chữa bệnh còi xương, diệt khuẩn, diệt nấm mốc
- Sử dụng trong phân tích quang phổ
5 tia rơngen thang sóng điện từ
* Cách tạo ra tia Rơnghen
+ Nguyên tắc tạo tia Rơnghen
Cho chùm electron chuyển động với vt lớn đập vào một tấm kim loại có nguyên tử lượng lớn + Ống Rơnghen: là một ống tia catốt có lắp thêm một điện cực bằng kim loại có nguyên tử lượng lớn và khó nóng chảy gọi là đối âm cực Cực này được nối với anốt Hiệu điện thế giữa hai cực khoảng vài vạn vôn, áp suất trong ống khoảng 10-3 mmHg
- Tác dụng rất mạnh lên kính ảnh nên được dùng để chụp điện
- Làm phát quang một số chất nên được dùng để quan sát màn hình trong việc chiếu điện
- Có khả năng iôn hóa các chất khí Tính chất này ứng dụng để làm các máy đo liều lượng
Trang 26CHƯƠNG VI: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG
1 Hiện tượng quang điện ngoài, thuyết lượng tử
a Hiện tượng quang điện
- Hiện tượng ánh sáng làm bật các êlectron ra khỏi mặt kim loại gọi là hiện tượng quang điện
(ngoài)
+ Định luật giới hạn quang điện
- Định luật: Đối với mỗi kim loại, ánh sáng kích thích phải có bước sóng ngắn hơn hay bằng giới
hạn quang điện 0 của kim loại đó, mới gây ra được hiện tượng quang điện
0
- Giới hạn quang điện của mỗi kim loại là đặc trưng riêng cho kim loại đó
b Thuyết lượng tử ánh sáng
1 Giả thuyết Plăng
- Lượng năng lượng mà mỗi lần một nguyên tử hay phân tử hấp thụ hay phát xạ có giá trị hoàn toàn xác định và hằng hf; trong đó f là tần số của ánh sáng bị hấp thụ hay phát ra; còn h là một hằng số
hf
h gọi là hằng số Plăng: h = 6,625.10-34J.s
3 Thuyết lượng tử ánh sáng
a Ánh sáng được tạo thành bởi các hạt gọi là phôtôn
b Với mỗi ánh sáng đơn sắc có tần số f, các phôtôn đều giống nhau, mỗi phôtôn mang năng lượng bằng hf
c Phôtôn bay với tốc độ c = 3.108m/s dọc theo các tia sáng
d Mỗi lần một nguyên tử hay phân tử phát xạ hay hấp thụ ánh sáng thì chúng phát ra hay hấp thụ một phôtôn
4 Giải thích định luật về giới hạn quang điện bằng thuyết lượng tử ánh sáng
- Mỗi phôtôn khi bị hấp thụ sẽ truyền toàn bộ năng lượng của nó cho 1 êlectron
- Công để “thắng” lực liên kết gọi là công thoát (A).
- Để hiện tượng quang điện xảy ra:
, Đặt 0
hc A
M
mv hc
M h
mv
Lưu ý: Trong một số bài toán người ta lấy Uh > 0 thì đó là độ lớn
* Xét vật cô lập về điện, có điện thế cực đại VMax và khoảng cách cực đại dMax mà electron chuyển động trong điện trường cản có cường độ E được tính theo công thức:
2
12
Trang 27* Với U là hiệu điện thế giữa anốt và catốt, vA là vận tốc cực đại của electron khi đập vào anốt, vK =
v0Max là vận tốc ban đầu cực đại của electron khi rời catốt thì:
r ur
Lưu ý: Hiện tượng quang điện xảy ra khi được chiếu đồng thời nhiều bức xạ thì khi tính các đại
lượng: Vận tốc ban đầu cực đại v0Max, hiệu điện thế hãm Uh, điện thế cực đại VMax, … đều được tính ứng với bức xạ có Min (hoặc fMax)
”
2 Hiện tượngquang điện bên trong
Hiện tượng tạo thành các electron dẫn và lỗ trống trong bán dẫn, do tác dụng của ánh sáng thích hợp, gọi là hiện tượng quang điện trong
a Hiện tượng quang dẫn
Hiện tượng giảm điện trở suất, tức là tăng độ dẫn điện của bán dẫn khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào gọi là hiện tượng quang dẫn
Trong hiện tượng quang dẫn, ánh sáng kích thích sẽ giải phóng các electron liên kết thành electronchuyển động tự do trong khối bán dẫn Mặt khác mỗi electron bị bứt ra lại tạo ra một lổ trống tích điện dương tham gia trong quá trình dẫn điện Do đó chất bán dẫn bị chiếu sáng bằng ánh sáng thíchhợp sẽ trở thành dẫn điện tốt
b Quang điện trở
Quang điện trở được chế tạo dựa trên hiệu ứng quang điện trong Đó là một tấm bán dẫn có giá trị điện trở thay đổi khi cường độ chùm ánh sáng chiếu vào nó thay đổi
c Pin quang điện
Pin quang điện là nguồn điện trong đó quang năng được biến đổi trực tiếp thành điện năng Hoạt động của pin dựa trên hiện tượng quang điện bên trong của một số chất bán dẫn như đồng ôxit, sêlen, silic, … Suất điện động của pin thường có giá trị từ 0,5V đến 0,8V
3.Hiện tượng quang phát quang, sơ lược về laze
a Sự phát quang
+ Có một số chất khi hấp thụ năng lượng dưới một dạng nào đó, thì có khả năng phát ra các bức xạ điện từ trong miền ánh sáng nhìn thấy Các hiện tượng đó gọi là sự phát quang
+ Mỗi chất phát quang có một quang phổ đặc trưng cho nó
+ Sau khi ngừng kích thích, sự phát quang của một số chất còn tiếp tục kéo dài thêm một thời gian nào đó, rồi mới ngừng hẵn Khoảng thời gian từ lúc ngừng kích thích cho đến lúc ngừng phát quang gọi là thời gian phát quang
Trang 28* Lân quang và huỳnh quang
+ Sự huỳnh quang là sự phát quang có thời gian phát quang ngắn (dưới 10-8s) Nghĩa là ánh sáng phát quang hầu như tắt ngay sau khi tắt ánh sáng kích thích Nó thường xảy ra với chất lỏng và chất khí
+ Sự lân quang là sự phát quang có thời gian phát quang dài (từ 10-8s trở lên); nó thường xảy ra với chất rắn Các chất rắn phát quang loại này gọi là chất lân quang
* Ứng dụng của hiện tượng phát quang
Sử dụng trong các đèn ống để thắp sáng, trong các màn hình của dao động kí điện tử, tivi, máy tính, sử dụng sơn phát quang quét trên các biển báo giao thông
b Sơ lược về laze
Laze là một nguồn sáng phát ra một chùm sáng cường độ lớn dựa trên việc ứng dụng hiện tượng phát xạ cảm ứng
Một vài ứng dụng của laze
- Y học: dao mổ, chữa bệnh ngoài da…
- Thông tin liên lạc: sử dụng trong vô tuyến định vị, liên lạc vệ tinh, truyền tin bằng cáp quang…
- Công nghiệp: khoan, cắt
- Trắc địa: đo khoảng cách, ngắm đường thẳng…
Trong các trạng thái dừng của nguyên tử, electron chuyển động quanh hạt nhân trên những quỹ đạo có bán kính hoàn toàn xác định gọi là quỹ đạo dừng
Biểu thức xác định bán kính nguyên tưt Hiđrô
rn = n2r0, với n là số nguyên và r0 = 5,3.10-11m, gọi là bán kính Bo
Tiên đề về sự bức xạ và hấp thụ năng lượng của nguyên tử
Khi nguyên tử chuyển từ trạng thái dừng có năng lượng En sang trạng thái dừng có năng lượng Em
nhỏ hơn thì nguyên tử phát ra một phôtôn có năng lượng: e = hfnm = En - Em
Ngược lại, nếu nguyên tử đang ở trạng thái dừng có năng lượng Em mà hấp thụ được một phôtôn
có năng lượng hf đúng bằng hiệu En - Em thì nó chuyển sang trạng thái dừng có năng lượng En lớn hơn
Sự chuyển từ trạng thái dừng Em sang trạng thái dừng En ứng với sự nhảy của electron từ quỹ đạo dừng có bán kính rm sang quãy đạo dừng có bán kính rn và ngược lại
b Quang phổ vạch của nguyên tử hidrô
+ Quang phổ vạch phát xạ của nguyên tử hidrô
LP
Banme
PasenH
Trang 29Vạch chàm H ứng với e: O L
Vạch tím H ứng với e: P L
- Trong miền hồng ngoại có một dãy, gọi là dãy Pasen
+ Mẫu nguyên tử Bo giải thích được cấu trúc quang phổ vạch của hydrô cả về định tính lẫn định lượng
- Dãy Lyman được tạo thành khi electron chuyển từ các quỹ đạo ở phía ngoài về quỹ đạo K
- Dãy Banme được tạo thành khi electron chuyển từ các quỹ đạo ở phía ngoài về quỹ đạo L
- Dãy Pasen được tạo thành khi electron chuyển từ các quỹ đạo ở phía ngoài về quỹ đạo M
+ Năng lượng electron trong nguyên tử hiđrô:
2
13,6( )
13 12 23
và f13 = f12 +f23 (như cộng véctơ)
CHƯƠNG VII:HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ
1 Cấu tạo nguyên tử, khối lượng hạt nhân:
a Cấu tạo nguyên tử
* Hạt nhân có kích thước rất nhỏ (khoảng 10-4 m đến 10-15 m) được cấu tạo từ các hạt nhỏ hơn gọi là nuclon
* Có 2 loại nuclon:
- Proton: ký hiệu p mang điện tích nguyên tố +e; Nơtron: ký hiệu n, không mang điện tích
* Nếu một nguyên tố có số thứ tự Z trong bảng tuần hoàn Mendeleev (Z gọi là nguyên tử số) thì nguyên tử của nó sẽ có Z electron ở vỏ ngoài hạt nhân của nguyên tử ấy chứa Z proton và N nơtron
* Vỏ electron có điện tích -Ze ; Hạt nhân có điện tích +Ze
Nguyên tử ở điều kiện bình thường là trung hòa về điện
* Số nuclon trong một hạt nhân là: A = Z + N A: gọi là khối lượng số hoặc số khối lượng nguyên
tử
* Ví dụ:
- Nguyên tử Hydro: có Z = 1, có 1e- ở vỏ ngoài hạt nhân có 1 proton và không có nơtron, số khối A=1
- Nguyên tử Carbon có Z = 6, có 6e- ở vỏ ngoài, hạt nhân có 6 proton và nơtron, số khối A=Z+N=12
- Nguyên tử natri có Z = 11, có 11e- ở vỏ ngoài, hạt nhân có chứa 11 proton và 12 nơtron Số khối:
* Các đồng vị có cùng số electron nên chúng có cùng tính chất hóa học
b Khối lượng hạt nhân
+ Đơn vị
* Đơn vị khối lượng nguyên tử (ký hiệu là u) bằng 1/12 khối lượng nguyên tử của đồng vị các bon
12 do đó đôi khi đơn vị này còn gọi là đơn vị carbon (C), 1u = 1,66055.10 – 27(kg)
+.Khối lượng và năng lượng hạt nhân
Năng lượng
E = mc2
c: vận tốc ánh sáng trong chân không (c = 3.108m/s)
Laiman
Trang 301uc2 = 931,5MeV 1u = 931,5MeV/c2 MeV/c2 được coi là 1 đơn vị khối lượng hạt nhân.
- Chú ý quan trọng:
+ Một vật có khối lượng m0 khi ở trạng thái nghỉ thì khi chuyển động với vận tốc v, khối lượng sẽ tăng lên thành m với
0 2 21
m
m
v c
Trong đó m0: khối lượng nghỉ và m là khối lượng động
+ Năng lượng toàn phần:
2
2 21
m c
E mc
v c
Trong đó: E0 = m0c2 gọi là năng lượng nghỉ
b.Năng lượng liên kết của hạt nhân
+ Năng lượng liên kết riêng
- Năng lượng liên kết riêng, kí hiệu
lk
E
A , là thương số giữa năng lượng liên kết Elk và số nuclôn A.
- Năng lượng liên kết riêng đặc trưng cho mức độ bền vững của hạt nhân
Trong đó: A và B là hai hạt nhân tương tác với nhau C và D là hai hạt nhân mới được tạo thành
Lưu ý: Sự phóng xạ là trường hợp riêng của phản ứng hạt nhân đó là quá trình biến đổi hạt nhân
nguyên tử này thành hạt nhân nguyên tử khác
+ Phản ứng hạt nhân tự phát
- Là quá trình tự phân rã của một hạt nhân không bền vững thành các hạt nhân khác
+ Phản ứng hạt nhân kích thích
- Quá trình các hạt nhân tương tác với nhau tạo ra các hạt nhân khác
- Đặc tính của ohản ứng hạt nhân:
+ Biến đổi các hạt nhân
Tuần:…………
Ngày soạn:… /……/…
Ngày dạy:… /……./…
Trang 31+ Biến đổi các nguyên tố.
+ Không bảo toàn khối lượng nghỉ
b Các định luật bảo toàn trong phản ứng hạt nhân
Xét phản ứng hạt nhân 11 22 33 44
A
Z AZ B Z CZ D
+ Định luật bảo toàn số Nuclon (số khối A):
Tổng số nuclon của các hạt nhân trước phản ứng và sau phản ứng bao giờ cũng bằng nhau:
A1 + A2 = A3 + A4
+ Định luật bảo toàn điện tích nguyên tử số Z)
Tổng điện tích của các hạt trước và sau phản ứng bao giờ cũng bằng nhau: Z1 + Z2 = Z3 + Z4
+ Định luật bảo toàn năng lượng và bảo toàn động lượng:
là động năng chuyển động của hạt X
* Hai định luật này vẫn đúng cho hệ các hạt tham gia và phản ứng hạt nhân Trong phản ứng hạt nhân, năng lượng và động lượng được bảo toàn
* Lưu ý : + Không có định luật bảo toàn khối lượng của hệ
+ Mối quan hệ giữa động lượng pX và động năng KX của hạt X là: p2X =2m K X X
- Khi tính vận tốc v hay động năng K thường áp dụng quy tắc hình bình hành
Ví dụ: ur uur uurp=p1+p2 biết j =uur uur·p p1, 2
Tương tự khi biết φ1=uur ur·p p1, hoặc φ2=·uur urp p2,
Trường hợp đặc biệt:uur uurp1^p2 p2=p12+p22
Tương tự khi uur urp1^p hoặc uur urp2^p
Trong đó: M0=m X1+m X2là tổng khối lượng các hạt nhân trước phản ứng
M =m X3+m X4 là tổng khối lượng các hạt nhân sau phản ứng
Lưu ý: - Nếu M0 > M thì phản ứng toả năng lượng E dưới dạng động năng của các hạt X3, X4 hoặc phôtôn
Các hạt sinh ra có độ hụt khối lớn hơn nên bền vững hơn
- Nếu M0 < M thì phản ứng thu năng lượng E dưới dạng động năng của các hạt X1, X2
Năng lượng liên kết riêng tương ứng là 1, 2, 3, 4
Năng lượng liên kết tương ứng là E1, E2, E3, E4