›
›
›

Đề cương ôn thi THPT Quốc gia môn Vật lí năm 2019 - Trường THPT Thái Phiên

pdf 61 trang Đăng Bình 13/12/2023 110
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đề cương ôn thi THPT Quốc gia môn Vật lí năm 2019 - Trường THPT Thái Phiên", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfde_cuong_on_thi_thpt_quoc_gia_mon_vat_li_nam_2019_truong_thp.pdf

Nội dung text: Đề cương ôn thi THPT Quốc gia môn Vật lí năm 2019 - Trường THPT Thái Phiên

  1. CHƯƠNG I: DAO ĐỘNG CƠ HỌC A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT I. DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA 1. Dao động điều hòa + Dao động điều hòa là dao động trong đó li độ của vật là một hàm côsin (hay sin) của thời gian. + Phương trình dao động: x = Acos(wt + j). + Điểm P dao động điều hòa trên một đoạn thẳng luôn có thể được coi là hình chiếu của một điểm M chuyển động tròn đều trên đường tròn có đường kính là đoạn thẳng đó. 2. Các đại lượng đặc trưng của dao động điều hoà: Trong phương trình x = Acos(wt + j) thì Các đại lượng Ý nghĩa Đơn vị đặc trưng A biên độ dao động; xmax = A > 0 m, cm, mm pha của dao động tại thời điểm t (s); dùng để xác định chu Rad; hay độ (wt + j) kì, vị trí, vận tốc, gia tốc của vật ở thời điểm t. pha ban đầu của dao động, dùng để xác định vị trí, vận tốc, rad j gia tốc của vật ở thời điểm ban đầu (t = 0). tần số góc của dao động điều hòa là tốc độ biến đổi của rad/s. w góc pha. Chu kì T của dao động điều hòa là khoảng thời gian để s (giây) T thực hiện một dao động toàn phần: T = 2π/ω = t/N Tần số f của dao động điều hòa là số dao động toàn phần Hz (Héc) hay 1/s f thực hiện được trong một giây: f = 1/T Liên hệ giữa w, T w = 2π/T = 2pf. và f - Biên độ A và pha ban đầu j phụ thuộc vào cách kích thích ban đầu làm cho hệ dao động. - Tần số góc w (chu kì T, tần số f) chỉ phụ thuộc vào cấu tạo của hệ dao động. 3. Mối liên hệ giữa li độ, vận tốc và gia tốc của vật dao động điều hoà: Đại Biểu thức Chú ý lượng Li độ x = Acos(wt + j): là nghiệm của pt: x’’ Li độ của vật dđđh biến thiên điều hòa cùng + w2x = 0 là pt động lực học của dao tần số nhưng trễ pha hơn π/2 so với với vận động điều hòa. xmax = A tốc. Vận tốc v = x' = - wAsin(wt + j) - Vận tốc: có giá trị cực đại khi qua vtcb v = wAcos(wt + j + π/2) theo chiều (+), có giá trị cực tiểu khi qua - Vị trí biên (x = ± A), v = 0. vtcb ngược chiều (+). - Vị trí cân bằng (x = 0), |v| = vmax = wA. - Tốc độ có giá trị cực đại khi qua vtcb, băng 0 khi ở vị trí biên. Gia tốc a = v' = x’’ = - w2Acos(wt + j) - Gia tốc của vật dđđh biến thiên điều hòa a = - w2x cùng tần số nhưng ngược pha với li độ x, - Ở biên (x = ± A), gia tốc có độ lớn lệch pha π/2 so với vận tốc. 2 cực đại: amax = w A - Véc tơ gia tốc của vật dđđh luôn hướng - Ở vtcb (x = 0), gia tốc bằng 0. về vtcb, có độ lớn tỉ lệ với độ lớn của li độ. ! Lực kéo F = ma = - kx - Nếu có nhiều lực tác dụng lên vật thì F là về Lực tác dụng lên vật dđđh luôn hướng hợp lực tác dụng lên vật. về vị trí cân bằng, gọi là lực kéo về (hồi - Với vật dđđh theo phương ngang thì lực phục). kéo về cũng là lực đàn hồi. Fmax = kA 4. Hệ thức độc lập đối với thời gian: (Công thức elip) A2 = x2 + (v2/ω2) II. CON LẮC LÒ XO: * Với con lắc lò xo dao động điều hòa, mọi vấn đề đều áp dụng đúng kết quả của vật dao động điều hòa trên. * Riêng của con lắc lò xo có thêm một số vấn đề sau: 1. Mô tả: Con lắc lò xo gồm một lò xo có độ cứng k, khối lượng không đáng kể, một đầu gắn cố định, đầu kia gắn với vật nặng khối lượng m. Thường được đặt theo phương ngang hoặc treo thẳng đứng.
  2. 2. Phương trình dao động: x = Acos(wt + j); với w = K / m. 3. Chu kì, tần số của con lắc lò xo: T = 2π m/ K. Tần số: f = 1/T. 4. Năng lượng của con lắc lò xo: 2 2 2 2 + Động năng: Wđ = mv /2 = [mω A sin (ωt + φ)]/2. 2 2 2 2 + Thế năng: Wt = Kx /2 = [mω A cos (ωt + φ)]/2. 2 2 2 + Cơ năng: W = Wđ + Wt = KA /2 =[mω A ]/2 = Wđmax = Wtmax = hằng số. Động năng, thế năng của vật dđđh biến thiên tuần hoàn với w’ = 2w, tần số f’ = 2f, chu kì T’ = T/2. III. CON LẮC ĐƠN: 1. Cấu tạo: Con lắc đơn gồm một vật nặng treo vào sợi dây không dãn, vật nặng kích thước không đáng kể so với chiều dài sợi dây, sợi dây khối lượng không đáng kể so với khối lượng của vật nặng. 2. Tần số góc: ω = g/!; + Chu kì: T = 2π ! / g ; + Tần số: f = 1/T Điều kiện dao động điều hoà: Bỏ qua ma sát, lực cản và a £ 100 2 3. Lực hồi phục (Lực kéo về) F = - pt = - mgsinα = - mgα = - mgs/ℓ = - mω s Lưu ý: + Với con lắc đơn lực hồi phục tỉ lệ với khối lượng. + Với con lắc lò xo lực hồi phục không phụ thuộc vào khối lượng. 4. Phương trình dao động: (khi a £ 100): s = S0cos(wt + j) (m) hoặc α = α0cos(wt + j) (rad) với s = αl, S0 = α0l Þ v = s’ = -wS0sin(wt + j) = -wlα0sin(wt + j) 2 2 2 2 Þ a = v’ = -w S0cos(wt + j) = -w lα0cos(wt + j) = -w s = -w αl * Mọi kết quả về dao động điều hòa đều áp dụng được cho con lắc đơn dao động nhỏ. * Về năng lượng cũng như trên. 5. Cơ năng; vận tốc; lực căng dây: + Cơ năng: W = mgℓ(1 – cosα0) + Vận tốc: v = 2g!(cosa - cosa0 ) + Lực căng dây: T = mg(3cosα – 2cosα0) 0 Lưu ý: - Các công thức này áp dụng đúng cho cả khi a0 có giá trị lớn (a > 10 ) IV. DAO ĐỘNG TẮT DẦN -DAO ĐỘNG CƯỠNG BỨC: Các định nghĩa: Dao động Là chuyển động qua lại quanh 1 vị trí cân bằng Là dao động mà cứ sau những khỏang thời gian T như nhau vật trở lại vị trí cũ Tuần hoàn và chiều chuyển động như cũ Là dao động tuần hoàn mà phương trình có dạng cos (hoặc sin) của thời gian Điều hòa nhân với 1 hằng số (A): x = Acos(ωt + φ) Là dao động chỉ xảy ra với tác dụng của nội lực, mọi dao động tự do đều có ω Tự do (riêng) xác định gọi là tần số (góc) riêng của hệ, ω chỉ phụ thuộc cấu tạo của hệ Là dao động mà ta cung cấp năng lượng cho hệ bù lại phần năng lượng bị mất Duy trì mát do ma sát mà không làm thay đổi chu kì riêng của nó Dao động duy trì có chu kì bằng chu kì riêng của hệ và biên độ không đổi + Là dao động có biên độ giảm dần theo thời gian, do có ma sát. Nguyên nhân làm tắt dần dao động là do lực ma sát và lực cản của môi trường làm tiêu hao cơ Tắt dần năng của con lắc, chuyển hóa dần cơ năng thành nhiệt năng. + Ứng dụng: các thiết bị đóng cửa tự động, các bộ phận giảm xóc của ô tô, xe máy, + Là dao động dưới tác dụng của ngọai lực cưỡng bức tuần hoàn. + Dao động cưỡng bức có biên độ không đổi và có tần số bằng tần số của lực cưỡng bức + Biên độ của dao động cưỡng bức phụ thuộc vào biên độ của ngoại lực cưỡng bức, vào lực cản trong hệ và vào sự chênh lệch giữa tần số cưỡng bức f và tần Cưỡng bức số riêng f0 của hệ. Biên độ của lực cưỡng bức càng lớn, lực cản càng nhỏ và sự chênh lệch giữa f và f0 càng ít thì biên độ của dao động cưỡng bức càng lớn. + Hiện tượng biên độ của dao động cưỡng bức tăng dần lên đến giá trị cực đại khi tần số f của lực cưỡng bức tiến đến bằng tần số riêng f0 của hệ dao động gọi là hiện tượng cộng hưởng.
  3. + Điều kiện cộng hưởng f = f0 Amax phụ thuộc ma sát: ms nhỏ à Amax lớn: cộng hưởng nhọn ma sát lớn à Amax nhỏ: cộng hưởng tù + Tầm quan trọng của hiện tượng cộng hưởng: - Tòa nhà, cầu, máy, khung xe, là những hệ dao động có tần số riêng. Không để cho chúng chịu tác dụng của các lực cưởng bức, có tần số bằng tần số riêng để tránh cộng hưởng, dao động mạnh làm gãy, đổ. - Hộp đàn của đàn ghi ta, là những hộp cộng hưởng làm cho tiếng đàn nghe to, rõ. Hệ dao động Bao gồm vật dao động và vật tác dụng lực kéo về lên vật dao động (ví dụ: vật nặng gắn vào lò xo có một đầu cố định (con lắc lò xo) là một hệ dao động, con lắc đơn cùng với Trái Đất là một hệ dao động). V. TỔNG HỢP HAI DAO ĐỘNG HÒA Hai dao động điều hòa cùng phương, cùng tần số và độ lệch pha không đổi 2 2 2 1. Biên độ dao động tổng: A = A1 + A2 + 2A1A2 cos∆φ; điều kiện |A1 – A2| ≤ A ≤ (A1 + A2) 2. Pha ban đầu j : tanφ = (A1sinφ1 + A2sin φ2)/ (A1cosφ1 + A2cosφ2). Biên độ và pha ban đầu của dao động tổng hợp phụ thuộc vào biên độ và pha ban đầu của các dao động thành phần. B. BÀI TẬP MINH HỌA Câu 1: Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về dao động điều hoà của một vật? A. Động năng dao động điều hoà cực đại khi vật qua vị trị cân bằng. B. Khi vật đi từ vị trí cân bằng ra biên thì vận tốc và gia tốc trái dấu. C. Gia tốc có độ lớn cực đại khi vật ở biên. D. Vận tốc chậm pha hơn li độ là p/2. Câu 2: Chu kì dao động của con lắc lò xo phụ thuộc vào A. sự kích thích dao động. B. chiều dài tự nhiên của lò xo. C. độ cứng của lò xo và khối lượng của vật. D. khối lượng của vật và độ biến dạng của lò xo. Câu 3: Dao động cưỡng bức có đặc điểm A. biên độ tăng dần theo tần số ngoại lực. B. biên độ không phụ thuộc vào biên độ của ngoại lực. C. biên độ không phụ thuộc tần số của ngoại lực. D. chu kì bằng chu kì của ngoại lực tuần hoàn. Câu 4: Một chất điểm chuyển động tròn đều với tốc độ dài 60 cm/s trên đường tròn đường kính 40 cm. Hình chiếu của chất điểm này lên đường kính của quỹ đạo dao động điều hòa với biên độ và chu kì là A. 40 cm; 2,1 s. B. 20 cm; 0,48 s. C. 40 cm; 0,84 s. D. 20 cm; 2,1 s. Câu 5: Một vật dao động điều hoà trên một đoạn thẳng dài 4 cm. Khi cách vị trí cân bằng 1 cm, vật có vận tốc 31,4 cm/s. Chu kì dao động của vật là A. 0,35 s. B. 1,25 s. C. 0,63 s. D. 0,77 s. Câu 6: Vật dao động điều hoà có tốc độ cực đại bằng 20 cm/s và gia tốc cực đại bằng 4 m/s2, thì biên độ dao động của vật là (Lấy π2 = 10) A. 5 cm. B. 1 cm. C. 10 cm. D. 2 cm. Câu 7: Một vật dao động điều hòa có phương trình x = 5cos(4pt + p/3) (cm,s). Tốc độ trung bình của vật khi đi từ biên này đến vị trí biên kia là A. 20 cm/s. B. 40 cm/s. C. 6 cm/s. D. 8 cm/s. Câu 8: Một vật dao động điều hòa có phương trình x = 5cosπt (cm; s). Kể từ thời điểm t = 0, vật qua vị trí có li độ x = -2,5 cm lần thứ nhất tại thời điểm A. t = 3/4 s. B. t = 2/3 s. C. t = 1/2 s. D. t = 1/3 s. Câu 9: Trong cùng một khoảng thời gian, một con lắc đơn thực hiện được 60 dao động. Nếu thay đổi chiều dài 44 cm thì cũng trong khoảng thời gian đó con lắc thực hiện được 50 dao động. Chiều dài ban đầu của con lắc là A. ℓ0 = 56 cm. B. ℓ0 = 12 cm. C. ℓ0 = 50 cm. D. ℓ0 = 100 cm. Câu 10: Một con lắc lò xo thực hiện dao động điều hòa theo phương nằm ngang với phương trình li độ x = 4sin(3t – π/6) (cm), vật nặng có khối lượng m = 500 g. Lực đàn hồi cực đại của lò xo tác dụng lên vật nặng có độ lớn A. 0,20 N. B. 0,15 N. C. 0,18 N. D. 0,12 N.
  4. Câu 11: Một con lắc lò xo treo thẳng đứng (vật nặng có khối lượng m = 400 g, lò xo có độ cứng k = 80 N/m, lấy g = 10 m/s2). Từ vị trí cân bằng kéo vật xuống một đoạn 5 cm rồi buông nhẹ cho vật dao động, thời gian ngắn nhất vật đi từ vị trí thấp nhất đến vị trí lò xo không biến dạng là A. 0,44 s. B. 0,22 s. C. 1,1 s. D. 2,2 s. Câu 12: Một con lắc lò xo treo thẳng đứng gồm vật nhỏ có khối lượng 500 g và lò xo nhẹ có độ cứng 250 N/m. Kéo vật xuống dưới theo phương thẳng đứng đến vị trí lò xo dãn 8 cm rồi thả nhẹ. Chọn trục tọa độ thẳng đứng, chiều dương hướng lên trên, gốc tọa độ tại vị trí cân bằng của vật và gốc thời gian lúc thả vật. Cho g = 10 m/s2. Vật dao động điều hoà với phương trình A. x = 8cos(10 5t + p) (cm). B. x = 8cos10 5t (cm). C. x = 6cos(10 5t + p) (cm). D. x = 6cos10 5t (cm). Câu 13: Con lắc lò xo dao động điều hòa quanh vị trí cân bằng trùng với gốc tọa độ, vận tốc của quả nặng tại thời điểm t là v = 40cos10t (cm/s). Kể từ lúc t = 0, thời gian ngắn nhất để quả nặng qua vị trí có li độ x = – 2 cm là A. π/60 s. B. π/30 s. C. 7π/60 s. D. π/15 s. Câu 14: Một vật dao động điều hòa với phương trình: x = 5cos(2pt + p/2) (cm,s). Động năng của vật biến thiên với chu kì A. 0,50 s. B. 2,00 s. C. 0,25 s. D. 1,00 s. Câu 15: Một vật dao động điều hòa với tần số 10 Hz. Tại thời điểm t vật có động năng bằng ba lần thế năng. Sau đó 1/6 s, động năng của vật A. bằng 3 lần thế năng hoặc bằng cơ năng. B. bằng 3 lần thế năng hoặc bằng không. C. bằng 1/3 lần thế năng hoặc bằng không. D. bằng 1/3 lần thế năng hoặc bằng cơ năng. Câu 16: Con lắc lò xo có thể chuyển động không ma sát trên mặt phẳng ngang. Lò xo có độ cứng k = 80 N/m. Người ta kích thích để cho quả nặng dao động điều hoà xung quanh vị trí cân bằng với biên độ 6 cm. Độ lớn của lực đàn hồi của lò xo khi động năng bằng 3 lần thế năng là A. 4,8 N. B. 2,4 N. C. 0 N. D. 2,4 2 N. Câu 17: Một con lắc lò xo dao động với phương trình x = 4sin4πt (cm). Khi thế năng bằng ba lần động năng thì tốc độ của vật nặng là A. v = 16π2 cm/s. B. v = 4π cm/s. C. v = 8π cm/s. D. v = 8π2 cm/s. Câu 18: Một vật dao động điều hoà dọc theo trục Ox nằm ngang, gốc O và mốc thế năng ở vị trí cân bằng. Cứ sau 0,5 s thì động năng lại bằng thế năng và trong thời gian 0,5 s vật đi được đoạn đường dài nhất bằng 4 2cm. Chọn t = 0 lúc vật qua vị trí cân bằng theo chiều dương. Phương trình dao động của vật là A. x = 4cos(2pt - p/2) (cm). B. x = 2cos(pt - p/2) (cm). C. x = 2cos(2pt - p/2) (cm). D. x = 4cos(pt - p/2) (cm). Câu 19: Con lắc lò xo dao động điều hòa trên mặt phẳng ngang với cơ năng bằng 3.10-5 J và lực đàn hồi của lò xo tác dụng vào vật có giá trị cực đại là 1,5.10-3 N. Biên độ dao động của vật là A. 2 cm. B. 2 m. C. 4 cm. D. 4 m. Câu 20: Một chất điểm dao động điều hòa với chu kì T, cơ năng W. Thời gian ngắn nhất để động năng của vật giảm từ giá trị W đến giá trị W/4 là A. T/3. B. T/4. C. T/6. D. T/2. Câu 21: Một con lắc đơn gồm một vật nhỏ có khối lượng m = 100 g và dây treo khối lượng không đáng kể, dao động điều hoà tại nơi có g = 10 m/s2 với biên độ góc bằng 0,05 rad. Năng lượng dao động điều hoà bằng 5.10-4 J. Chiều dài của dây treo là A. 20 cm. B. 25 cm. C. 30 cm. D. 40 cm. Câu 22: Một con lắc lò xo gồm vật có khối lượng m = 1 kg, lò xo có độ cứng k = 10 N/m, trong cùng một điều kiện về lực cản của môi trường, thì biểu thức ngoại lực điều hoà nào sau đây làm cho con lắc đơn dao động cưỡng bức với biên độ lớn nhất? (lấy p2 = 10) A. 2F0cos(πt + π/4). B. F0cos2πt. C. 2F0cos2πt. D. F0cos(πt + π/2). Câu 23: Một tấm ván bắc qua một con mương có tần số dao động riêng là 0,5 Hz. Một người đi đều qua tấm ván với bao nhiêu bước trong 14 giây thì tấm ván bị rung lên mạnh nhất? A. 9 bước. B. 4 bước. C. 7 bước. D. 6 bước. Câu 24: Một vật thực hiện đồng thời hai dao động điều hoà cùng phương, cùng tần số f = 10 Hz, biên độ lần lượt là A1 = 7 cm, A2 = 8 cm và độ lệch pha ∆j = p/3. Tốc độ của vật ứng với li độ x = 12 cm là A. 10π m/s. B. 3π cm/s. C. 10π cm/s. D. π m/s. Câu 25: Một vật thực hiện đồng thời hai dao động điều hòa cùng phương, cùng tần số có phương trình lần lượt là x1 = 3cos10pt (cm) và x2 = sin10pt (cm), trong đó t tính bằng giây. Độ lớn vận tốc của vật tại thời điểm t = 2 s là
  5. A. 40p cm/s. B. 20p cm/s. C. 60p cm/s. D. 10p cm/s. Câu 26: Một vật có khối lượng 200 g thực hiện đồng thời hai dao động điều hòa cùng phương, cùng tần số với các phương trình: x1 = 4cos(10t + π/3) (cm); x2 = A2cos(10t + π) (cm). Biết cơ năng của vật là 0,036 J. Biên độ dao động A2 là A. 4,5 cm. B. 2,9 cm. C. 6,9 cm. D. 6 cm. Câu 27: Cho ba dao động điều hoà cùng phương: x1 = 6sin2πt (cm), x2 = 4sin(2πt + π) (cm) và x3. Biết x = x1 + x2 + x3 = 2 2 sin(2πt – π/4) (cm). Dao động (3) có phương trình x3 là A. x3 = 2sin(2πt – π/2) (cm). B. x3 = 2 2sin(2πt + π/4) (cm). C. x3 = 10sin(2πt + π/4) (cm). D. x3 = 10sin(2πt – π/4) (cm). Câu 28: Một con lắc lò xo gồm vật nặng có khối lượng m, lò xo nhẹ có độ cứng k, dao động điều hòa với chu kì T. Nếu cắt lò xo thành hai phần dài bằng nhau rồi ghép song song, gắn vật m nói trên vào lò xo ghép ấy ta có một con lắc mới. Sau khi kích thích con lắc mới sẽ dao động điều hoà với chu kì là A. T’ = T/2. B. T’ = 2T. C. T’ = T. D. T’ = T 2. Câu 29: Hai lò xo có cùng chiều dài tự nhiên và độ cứng lần lượt là k1 = 100 N/m, k2 = 150 N/m. Treo vật khối lượng m = 250 g vào hai lò xo ghép song song. Kéo vật ra khỏi vị trí cân bằng theo phương thẳng đứng xuống dưới một đoạn 4/π cm rồi thả nhẹ. Khi vật qua vị trí cân bằng thì lò xo 2 bị đứt. Vật dao động điều hòa dưới tác dụng của lò xo 1. Biên độ dao động của con lắc sau khi lò xo 2 đứt là A. 2,5 cm. B. 3,5 cm. C. 2 cm. D. 3 cm. Câu 30: Hai vật A và B có cùng khối lượng 1 kg và có kích thước nhỏ được nối với nhau bởi sợi dây mảnh nhẹ dài 10 cm, hai vật được treo vào lò xo có độ cứng k = 100 N/m tại nơi có gia tốc trọng trường g = 10 m/s2. Lấy π2 = 10. Khi hệ vật và lò xo đang ở vị trí cân bằng, người ta đốt sợi dây nối hai vật và vật B sẽ rơi tự do còn vật A sẽ dao động điều hòa. Lần đầu tiên vật A lên đến vị trí cao nhất thì khoảng cách giữa hai vật bằng bao nhiêu? Biết rằng độ cao đủ lớn. A. 70 cm. B. 50 cm. C. 80 cm. D. 20 cm.
  6. CHƯƠNG II: SÓNG CƠ 1. SÓNG CƠ VÀ SỰ TRUYỀN SÓNG CƠ A. LÝ THUYẾT * Sóng cơ + Sóng cơ là dao động cơ lan truyền trong môi trường vật chất. + Sóng ngang là sóng trong đó các phần tử của môi trường dao động theo phương vuông góc với phương truyền sóng. Trừ trường hợp sóng mặt nước, sóng ngang chỉ truyền được trong chất rắn. + Sóng dọc là sóng trong đó các phần tử của môi trường dao động theo phương trùng với phương truyền sóng. Sóng dọc truyền được cả trong chất khí, chất lỏng và chất rắn. Sóng cơ không truyền được trong chân không. + Bước sóng cũng là quãng đường sóng lan truyền trong một chu kỳ: l = vT =.v/f + Khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên phương truyền sóng dao động cùng pha là λ + Khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên phương truyền sóng mà dao động ngược pha là λ/2. + Khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên phương truyền sóng mà dao động vuông pha là λ/4. Giữa n đỉnh (ngọn) sóng có (n - 1) λ Phương trình sóng: Nếu phương trình sóng tại O là: uO = AOcos(wt + j) thì OM Sóng truyền từ O đến M phương trình sóng tại M là: uM = Acos (wt + j - 2p ) l ON Sóng truyền từ N đến O phương trình sóng tại N là: uN = Acos (wt + j + 2p ) l d Độ lệch pha: giữa hai điểm trên cùng một phương truyền cách nhau một khoảng x là : Djp=2 l * Hai điểm cùng pha thì Dj = 2kπ Þ d = k l 1 * Hai điểm ngược pha thì Dj = (2k + 1)π Þ d = (k + )λ 2 p 1 l * Hai điểm vuông pha thì Dj = + kp Þ d = (k + ) 2 2 2 2. GIAO THOA SÓNG Điều kiện giao thoa: Hai nguồn kết hợp là hai nguồn cùng tần số và có độ lệch pha không đổi theo thời gian. Nếu tại hai nguồn S1 và S2 cùng phát ra hai sóng giống hệt nhau: u1 = u2 = Acoswt và nếu bỏ qua mất mát năng lượng khi sóng truyền đi thì thì sóng tại M (với S1M = d1; S2M = d2) là tổng hợp hai sóng từ S1 và S2 truyền tới sẽ p (d 2 - d1 ) p (d 2 + d1 ) có phương trình là: uM = 2Acos cos(wt - ) l l Độ lệch pha hai sóng (hai dao động ) truyền đến tại M: 2(ppdd ) 2( dd ) Djjj=-+21 =D j+ 21 Mo12 ll Dj Điều kiện cực đại cực tiểu: (Nói về biên độ dao động tại một điểm AA= 2cos M ) M 2 Dj - Cực đại : d - d = (k + 0 )l 2 1 2p 1 Dj - Cực tiểu: d - d = (k - + 0 )l 2 1 2 2p Trên đường thẳng nối hai nguồn: Khoảng cách giữa hai cực đại liên tiếp hoặc hai cực tiểu liên tiếp : λ/2 Khoảng cách giữa cực đại và cực tiểu liên tiếp: λ/4 Tìm số điểm dao động cực đại, số điểm dao động cực tiểu giữa hai nguồn: L là khoảng cách hai nguồn L Dj L Dj Số cực đại - + 0 < K < + 0 ( Dj độ lêch pha giữa hai nguồn) l 2p l 2p 0 L 1 Dj L 1 Dj Số cực tiểu: - - + 0 < K < - + 0 l 2 2p l 2 2p
  7. Tìm số điểm dao động cực đại và cực tiểu giữa hai nguồn S1 và S2 cùng pha: S S S S * Số cực đại giữa hai nguồn: - 1 2 fk = kfmin tần số gây ra sóng dừng bằng bội số nguyên lần tần số nhỏ nhất gây ra sóng dừng Và fmin = fk+1- fk - Số bụng sóng = số bó sóng = k, Số nút sóng = k + 1 l Vị trí các điểm bụng cách đầu B của sợi dây là: d = (k + 1/2) 2 Vị trí các điểm nút cách đầu B của sợi dây là : d = kλ/2
  8. * Một đầu là nút sóng còn một đầu là bụng sóng: ll l lkk=+ =(2 + 1) ( kN Î ) k là số bó sóng. => λmax = 4L 42 4 Số bụng = số nút = K+1 fk = (2k + 1)fmin tần số gây ra sóng dừng bằng bội số nguyên lẻ lần tần số nhỏ nhất gây ra sóng dừng Và fmin = (fk+1- fk)/2 Vị trí các điểm bụng cách đầu A của sợi dây là: d = kλ/2 l Vị trí các điểm nút cách đầu A của sợi dây là: d = (k + 1/2) 2 4. SÓNG ÂM Giả sử có nguồn âm có công suất P đặt tại O, và điểm M cách O một đoạn r. Tại M, có hai đại lượng đặc trưng về âm: cường độ âm (I) và mức cường độ âm (L) Cường độ âm I tại M:Công suất P tại O truyền âm dạng cầu lan đến điểm M, vậy nên cường độ âm tại M chính bằng công suất P gửi đến trên một đơn vị diện tích của mặt cầu, công thức tính là: WP P L Cường độ âm: I = = = = I0.10 tS S 4p R2 S là diện tích mặt vuông góc với phương truyền âm (với sóng cầu truyền 3 hướng thì S là diện tích mặt cầu S = 4πR2) I -12 2 Mức cường độ âm tại M L = lg với I0 là chuẫn cường độ âm I0 = 10 W/m I 0 I OB 2 Cường độ âm tại A, B cách nguồn O : A = 2 I B OA Đơn vị của mức cường độ âm ben (B). Trong thực tế người ta thường dùng ước số của ben là đêxiben (dB): 1dB = 0,1B. Khi I tăng lên 10n lần thì mức cường độ âm L tăng thêm 10n (dB) éùIRBA é ù LLBA-=lgêú = 2.lg ê ú ëûIRAB ë û Đặc trưng sinh lí của sóng âm + Ba đặc trưng sinh lí của sóng âm là: độ cao, độ to và âm sắc, + Độ cao của âm là đặc trưng liên quan đến tần số của âm. + Độ to của âm là đặc trưng liên quan đến mức cường đô âm L. + Âm sắc là đặc trưng của âm giúp ta phân biệt được các âm phát ra từ các nguồn khác nhau. Âm sắc liên quan đến đồ thị dao động âm. Âm sắc phụ thuộc vào tần số và biên độ của các hoạ âm. v Tần số do đàn phát ra: Hai đầu là nút sóng : fk= 2l 18. Tần số do ống sáo phát ra (một đầu bịt kín, một đầu để hở Þ một đầu là nút sóng, một đầu là bụng sóng): v fk=+(2 1) ( k Î N) 4l B. BÀI TẬP MINH HỌA Câu 1: Khi nói về sóng cơ học phát biểu nào sau đây là sai? A. Sóng cơ là sự lan truyền dao động cơ trong môi trường vật chất. B. Sóng cơ học truyền được trong tất cả các môi trường rắn, lỏng, khí và chân không. C. Sóng âm truyền trong không khí là sóng dọc. D. Sóng cơ học lan truyền trên mặt nước là sóng ngang. Câu 2: Một sóng lan truyền với vận tốc 200 m/s có bước sóng 4 m. Tần số và chu kì của sóng là A. f = 50 Hz; T = 0,02 s. B. f = 0,05 Hz; T = 200 s. C. f = 800 Hz; T = 1,25 s. D. f = 5 Hz; T = 0,2 s. Câu 3: Một nguồn phát sóng dao động theo phương trình u = acos20pt (cm) với t tính bằng giây. Trong khoảng thời gian 2 giây, sóng này truyền được quãng đường bằng bao nhiêu lần bước sóng? A. 10. B. 20. C. 30. D. 40.
  9. Câu 4: Một sóng có tần số 500 Hz, có tốc độ lan truyền 350 m/s. Hai điểm gần nhau nhất trên phương truyền sóng phải cách nhau một khoảng là bao nhiêu để giữa chúng có độ lệch pha bằng π/3? A. 0,117 m. B. 0,476 m. C. 0,233 m. D. 4,285 m. Câu 5: Một người ngồi ở bờ biển thấy có 5 ngọn sóng nước đi qua trước mặt mình trong thời gian 10 s. Chu kì dao động của sóng biển là A. 2 s. B. 2,5 s. C. 3 s. D. 4 s. Câu 6: Một người quan sát sóng trên mặt hồ thấy khoảng cách giữa hai ngọn sóng liên tiếp bằng 2 m và có 6 ngọn sóng qua trước mặt trong 8 s. Vận tốc truyền sóng trên mặt nước là A. 3,2 m/s. B. 1,25 m/s. C. 2,5 m/s. D. 3 m/s. Câu 7: Nguồn phát sóng được biểu diễn: u = 3cos20pt (cm). Vận tốc truyền sóng là 4 m/s. Phương trình dao động của một phần tử vật chất trong môi trường truyền sóng cách nguồn 20 cm là A. u = 3cos(20pt – π/2) (cm). B. u = 3cos(20pt + π/2) (cm). C. u = 3cos(20pt - p) (cm). D. u = 3cos(20pt) (cm). Câu 8: Trên mặt thoáng của chất lỏng có hai nguồn kết hợp A, B có phương trình dao động là uA = uB = 2cos10 p t (cm). Tốc độ truyền sóng là 3 m/s. Phương trình dao động sóng tại M cách A, B lần lượt d1 = 15 cm; d2 = 20 cm là p 7p p 7p A. u = 2cos .sin(10 pt - ) (cm). B. u = 4cos .cos(10 pt - ) (cm). 12 12 12 12 p 7p p 7p C. u = 4cos .cos(10 pt + ) (cm). D. u = 2 3cos .sin(10 pt - ) (cm). 12 6 12 6 Câu 9: Trên mặt thoáng chất lỏng có hai nguồn kết hợp A và B. Phương trình dao động uA = uB = cos100πt (cm). Tại O là trung điểm của AB sóng có biên độ A. 1 cm. B. 2 cm. C. 0 cm. D. 2cm. Câu 10: Trên mặt nước tại A, B có hai nguồn sóng kết hợp có phương trình uA = Acos wt và uB = Acos( wt + π). Những điểm nằm trên đường trung trực của AB sẽ A. dao động với biên độ lớn nhất. B. dao động với biên độ nhỏ nhất. C. dao động với biên độ bất kì. D. dao động với biên độ trung bình. Câu 11: Trong thí nghiệm giao thoa trên mặt nước, hai nguồn kết hợp giống nhau dao động với tần số 80 Hz, tốc độ truyền sóng 0,8 m/s. Tính từ đường trung trực của hai nguồn, điểm M cách hai nguồn lần lượt 20,25 cm và 26,75 cm ở trên A. đường cực tiểu thứ 6. B. đường cực tiểu thứ 7. C. đường cực đại bậc 6. D. đường cực đại bậc 7. Câu 12: Tại hai điểm A và B trên mặt nước cách nhau 8 cm có hai nguồn sóng kết hợp luôn dao động cùng pha, cùng tần số 80 Hz. Tốc độ truyền sóng trên mặt nước là 40 cm/s. Giữa A và B có số điểm dao động với biên độ cực đại là A. 30 điểm. B. 31 điểm. C. 32 điểm. D. 33 điểm. Câu 13: Tại hai điểm A và B trên mặt nước cách nhau 10 cm có hai nguồn sóng kết hợp luôn dao động cùng pha, cùng tần số 40 Hz. Tốc độ truyền sóng trên mặt nước là 80 cm/s. Số điểm dao động với biên độ cực tiểu trên đoạn AB là A. 10 điểm. B. 9 điểm. C. 11 điểm. D. 12 điểm. Câu 14: Tại hai điểm A, B trên mặt nước có hai nguồn dao động cùng pha và cùng tần số f = 12 Hz. Tại điểm M cách các nguồn A, B những đoạn d1 = 18 cm, d2 = 24 cm sóng có biên độ cực đại. Giữa M và đường trung trực của AB có hai đường vân dao động với biên độ cực đại. Tốc độ truyền sóng trên mặt nước bằng A. 24 cm/s. B. 26 cm/s. C. 28 cm/s. D. 20 cm/s. Câu 15: Trong một thí nghiệm về giao thoa sóng trên mặt nước, hai nguồn kết hợp A và B giống nhau dao động với tần số 50 Hz. Tại một điểm M cách hai nguồn sóng đó những khoảng lần lượt là d1 = 42 cm, d2 = 50 cm, sóng tại đó có biên độ cực đại. Biết tốc độ truyền sóng trên mặt nước là 80 cm/s. Số đường cực đại giao thoa nằm trong khoảng giữa M và đường trung trực của hai nguồn là A. 2 đường. B. 3 đường. C. 4 đường. D. 5 đường. Câu 16: Hai nguồn kết hợp A và B cách nhau 50 mm lần lượt dao động theo phương trình u1 = Acos200 pt (cm) và u2 = Acos(200 pt + p) (cm) trên mặt thoáng của chất lỏng. Xét về một phía của đường trung trực của AB, người ta thấy vân bậc k đi qua điểm M có MA – MB = 12 mm và vân bậc (k + 3) (cùng loại với vân bậc k) đi qua điểm N có NA – NB = 36 mm. Số điểm cực đại giao thoa trên đoạn AB là A. 11. B. 12. C. 13. D. 14.
  10. Câu 17: (ĐH 2011) Ở mặt chất lỏng có hai nguồn sóng A, B cách nhau 18 cm, dao động theo phương thẳng đứng với phương trình là uA = uB = acos50πt (với t tính bằng s). Tốc độ truyền sóng ở mặt chất lỏng là 50 cm/s. Gọi O là trung điểm của AB, điểm M ở mặt chất lỏng nằm trên đường trung trực của AB và gần O nhất sao cho phần tử chất lỏng tại M dao động cùng pha với phần tử chất lỏng tại O. Khoảng cách MO là A. 10 cm. B. 2 cm. C. 22cm. D. 2 10cm. Câu 18: Trong thí nghiệm giao thoa sóng trên mặt nước với hai nguồn sóng kết hợp giống nhau S1 và S2 cách nhau 11 cm dao động điều hòa theo phương vuông góc với mặt nước có phương trình uS1 = uS2 = 5cos100pt (mm). Tốc độ truyền sóng là v = 0,5 m/s và biên độ sóng của hai nguồn không thay đổi khi truyền đi. Chọn hệ trục tọa độ Oxy thuộc mặt phẳng mặt nước khi yên lặng, gốc O trùng với S1 và S2 thuộc Ox. Một điểm sáng (P) dịch chuyển sát mặt nước với phương trình quỹ đạo y = x + 2 (cm) và có tốc độ không đổi v1 = 5 2 cm/s. Trong thời gian t = 2 s kể từ lúc (P) có tọa độ x = 0 thì điểm sáng (P) cắt bao nhiêu vân cực đại trong vùng giao thoa của hai sóng? A. 11. B. 14. C. 13. D. 12. Câu 19: Một sợi dây dài 2 m, hai đầu cố định. Người ta kích để có sóng dừng xuất hiện trên dây. Bước sóng dài nhất bằng A. 1 m. B. 2 m. C. 4 m. D. 0,5 m. Câu 20: Một sợi dây đàn hồi dài 80 cm, đầu B giữ cố định, đầu A dao động điều hoà với tần số 50 Hz. Trên dây có một sóng dừng với 4 bụng sóng, coi A và B là nút sóng. Vận tốc truyền sóng trên dây là A. 10 m/s. B. 5 m/s. C. 20 m/s. D. 40 m/s. Câu 21: Sóng dừng trên dây AB có chiều dài 32 cm với đầu B cố định, đầu A dao động với tần số 50 Hz, vận tốc truyền sóng trên dây là 4 m/s. Trên dây có A. 5 nút, 4 bụng. B. 4 nút, 4 bụng. C. 8 nút, 8 bụng. D. 9 nút, 8 bụng. Câu 22: Sóng dừng trên một sợi dây đàn hồi dài 1,2 m với hai đầu cố định, người ta quan sát thấy ngoài hai đầu dây cố định còn có hai điểm khác trên dây không dao động. Biết khoảng thời gian giữa hai lần liên tiếp dây duỗi thẳng là 0,05 s. Tốc độ truyền sóng trên dây là A. 4 m/s. B. 8 m/s. C. 12 m/s. D. 16 m/s. Câu 23: Khi có sóng dừng trên dây AB thì thấy trên dây có 7 nút (A và B đều là nút) tần số sóng là 42 Hz. Với dây AB và vận tốc truyền sóng như trên, muốn trên dây có 5 nút (A và B cũng đều là nút) thì tần số sóng phải là A. 30 Hz. B. 28 Hz. C. 58,8 Hz. D. 63 Hz. Câu 24: Dây AB = 40 cm căng ngang, 2 đầu cố định, khi có sóng dừng thì tại M là bụng thứ 4 (kể từ B), biết BM = 14 cm. Tổng số bụng trên dây AB là A. 5. B. 10. C. 6. D. 12. Câu 25: Một sợi dây nhẹ đàn hồi dài 1 m, đầu trên được treo vào cần rung, đầu dưới cố định. Vận tốc truyền sóng trên dây v = 4 m/s. Cần rung dao động theo phương ngang với tần số 50 Hz £ f £ 60 Hz. Khi có sóng dừng, đầu trên là một nút sóng. Trong quá trình thay đổi tần số của cần rung, số lần tạo sóng dừng trên dây là A. 4. B. 5. C. 6. D. nhiều hơn 6 lần. Câu 26: Một sợi dây nhẹ đàn hồi dài 1 m, đầu trên được treo vào cần rung, đầu dưới cố định. Vận tốc truyền sóng trên dây v = 6 m/s. Cần rung dao động theo phương ngang với tần số 50 Hz £ f £ 60 Hz. Khi thay đổi tần số, quan sát sóng dừng thì thấy đầu trên là một nút sóng, số bó sóng nhiều nhất trên dây có thể là A. 20 bó sóng. B. 21 bó sóng. C. 19 bó sóng. D. 22 bó sóng. Câu 27: Một người đứng gần chân núi hét một tiếng lớn thì sau 7 giây nghe thấy tiếng vang từ núi vọng lại. Biết vận tốc truyền âm trong không khí là 330 m/s. Khoảng cách từ người đó đến chân núi là A. 1155 m. B. 2310 m. C. 549 m. D. 1764 m. Câu 28: Tốc độ truyền âm trong không khí là 340 m/s, khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên cùng một phương truyền sóng dao động ngược pha nhau là 0,85 m. Tần số của âm là A. 85 Hz. B. 170 Hz. C. 200 Hz. D. 255 Hz. Câu 29: Một ống trụ có chiều dài 1 m. Ở một đầu ống có một píttông để có thể điều chỉnh chiều dài cột khí trong ống. Đặt một âm thoa dao động với tần số 660 Hz ở gần đầu hở của ống. Tốc độ âm trong không khí là 330 m/s. Để có cộng hưởng âm trong ống ta phải điều chỉnh ống đến độ dài A. 0,75 m. B. 0,50 m. C. 25,0 cm. D. 12,5 cm. Câu 30: Trong cùng một môi trường có ba điểm A, B, C lập thành một tam giác vuông tại A với cạnh AB = 1,8 m, cạnh AC = 2,4 m. Một nguồn âm điểm đặt tại A phát ra âm đẳng hướng và môi trường không hấp thụ âm. Biết mức cường độ âm tại điểm C là 30 dB. Mức cường độ âm lớn nhất mà máy thu nhận được tại một điểm trên đoạn BC gần nhất với giá trị nào sau đây? A. 33 dB. B. 34 dB. C. 35 dB. D. 36 dB.
  11. CHƯƠNG III: DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT I. DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU 1. Định nghĩa, biểu thức của cường độ dòng điện và điện áp tức thời + Dòng điện xoay chiều là dòng điện có cường độ biến thiên điều hoà theo thời gian: i = I0cos(ωt + φi) trong đó: i là cường độ dòng điện tức thời. I0 > 0 là cường độ dòng điện cực đại. ω > 0 là tần số góc của dòng điện. (ωt + φi) là pha của i tại thời điểm t. φi là pha ban đầu của cường độ dòng điện. + Điện áp xoay chiều (hay hiệu điện thế xoay chiều) biến thiên điều hòa theo thời gian: u = U0cos(ωt + ju) trong đó: u là điện áp tức thời. U0 > 0 Điện áp cực đại. ω > 0 là tần số góc của điện áp. (ωt + φu) là pha của điện áp tại thời điểm t. φu là pha ban đầu của điện áp. + Độ lệch pha giữa điện áp u và cường độ dòng điện i: j = ju - ji Với j > 0: u sớm pha hơn i (hay i trễ pha hơn u). Với j < 0: u trễ pha hơn i (hay i sớm pha hơn u). Với j = 0: u cùng pha với i. + Chu kì của dòng điện xoay chiều: T = 2p/w . + Tần số dòng điện: f = 1/T = w/2p 2. Cường độ hiệu dụng I của dòng điện xoay chiều Cường độ hiệu dụng của dòng điện xoay chiều là đại lượng có giá trị bằng cường độ của một dòng điện không đổi, sao cho khi đi qua cùng một điện trở R thì công suất tiêu thụ trên R bởi dòng điện không đổi ấy bằng công suất trung bình tiêu thụ trên R bởi dòng điện xoay chiều nói trên. + Giá trị hiệu dụng bằng giá trị cực đại chia cho 2 . Suất điện động hiệu dụng: E = E0/ 2 Điện áp hiệu dụng: U = U0/ 2 Cường độ dòng điện hiệu dụng: I = I0/ 2 II. MẠCH CÓ R, L, C MẮC NỐI TIẾP – CỘNG HƯỞNG ĐIỆN 1. Các giá trị tức thời + Xét đoạn mạch RLC nối tiếp. Đặt vào hai đầu A, B của đoạn mạch một điện áp xoay chiều u = U0cos(wt + ju) + Trong mạch có dòng điện xoay chiều i = I0cos(wt + ji ) + Các phần tử trong đoạn mạch mắc nối tiếp nên ta có: u = uR + uL + uC 2. Giản đồ Fre-nen. Quan hệ giữa cường độ dòng điện và điện áp a) Giản đồ Fre-nen + Cách biễu diễn: - Vẽ trục Ox nằm ngang gọi là trục pha. Biểu diễn i bởi I trùng với trục Ox. - Biểu diễn: uR bởi U R ; uL bởi U L ; uC bởi U C ; u bởi U với U = U R + U L + U C b) Định luật Ôm cho đoạn mạch RLC nối tiếp
  12. I = U / Z Với Z là tổng trở của đoạn mạch RLC nối tiếp 2 2 Z = R + (ZL - ZC ) c) Độ lệch pha của điện áp so với cường độ dòng điện Gọi j là độ lệch pha giữa điện áp ở hai đầu đoạn mạch RLC nối tiếp với cường độ dòng điện chạy trong đoạn mạch j = ju – ji Với j được xác định thông qua biểu thức U - U Z - Z tan j = L C = L C UR R • Khi ZL Zc thì j > 0, điện áp giữa hai đầu đoạn mạch RLC nối tiếp nhanh pha hơn cường độ dòng điện qua mạch (giản đồ vectơ có U nằm trên trục pha). Đoạn mạch có tính cảm kháng. 3. Cộng hưởng điện + Giữ nguyên giá trị điện áp hiệu dụng U ở hai đầu đoạn mạch RLC nối tiếp, thay đổi tần số góc w của điện áp đến giá trị sao cho ZL = ZC Hay Lw = 1/ Cw Suy ra w = 1/ LC + Lúc đó tổng trở của đoạn mạch RLC nối tiếp đạt giá trị cực tiểu Zmin = R, cường độ hiệu dụng của dòng điện trong đoạn đạt giá trị cực đại. Hiện tượng này gọi là hiện tượng cộng hưởng điện + Khi có cộng hưởng điện thì: • I max = U / Zmin = U / R • Điện áp tức thời giữa hai bản tụ điện và hai đầu cuộn cảm thuần triệt tiêu uL + uc = 0 (hay UL + Uc = 0), điện áp ở hai đầu điện trở R bằng điện áp ở hai đầu đoạn mạch RLC nối tiếp. • Cường độ dòng điện biến đổi cùng pha với điện áp giữa hai đầu đoạn mạch RLC nối tiếp. 4. Công suất của dòng điện xoay chiều - Hệ số công suất a) Công suất trung bình của dòng điện xoay chiều (gọi tắt là công suất của dòng điện xoay chiều) P = RI2 = UIcosj với U là điện áp hiệu dụng ở hai đầu đoạn mạch; I là cường độ hiệu dụng của dòng điện chạy trong đoạn mạch; j là độ lệch pha giữa điện áp tức thời ở hai đầu đoạn mạch và cường độ dòng điện tức thời chạy trong đoạn mạch. b) Hệ số công suất cosj = R/Z A Lưu ý: • Để viết biểu thức điện áp ở hai đầu đoạn mạch RL hoặc LC ta cần tính điện áp cực đại và pha ban đầu của điện áp ở hai đầu đoạn mạch RL hoặc LC Khi tính ta dựa trên nguyên tắc, đoạn mạch đang khảo sát thiếu vắng phần tử nào so với đoạn mạch RLC thì cho phần tử đó nhận giá trị 0 trong tất cả các công thức của đoạn mạch RLC. Ví dụ: Đoạn mạch chỉ có RL nối tiếp (thiếu C so với đoạn mạch RLC) ta có các công thức sau 2 2 ZRL = R + ZL ; U0RL = I0ZRL; tanjRL = ZL/R • Trong trường hợp cuộn cảm có điện trở thuần đáng kể, thì ta coi mạch đó có một cuộn cảm L không có điện trở thuần mắc nối tiếp với một điện trở thuần R không có độ tự cảm (vì dòng điện đi từ đầu này tới đầu kia cuộn cảm). • Trường hợp đoạn mạch đang khảo sát gồm nhiều phần tử giống nhau, thì trong các công thức phải thay bởi giá trị tương đương của chúng. Nếu các phần tử giống nhau mắc nối tiếp thì trị tương đương của chúng sẽ là R = R1 + R2 + . ZL = ZL1 + ZL2 + . ZC = ZC1 + ZC2 + . Nếu các phần tử giống nhau mắc song song thì trị tương đương của chúng sẽ là
  13. 1/R = 1/R1 + 1/R2 + . 1/ZL = 1/ZL1 + 1/ZL2 + . 1/ZC = 1/ZC1 + 1/ZC2 + . III. MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU 1. Nguyên tắc hoạt động của máy phát điện xoay chiều Cho một khung dây dẫn phẳng có diện tích S quay đều với tốc độ góc w quanh một trục vuông góc với các đường sức của một từ trường đều có cảm ứng từ B. Giả sử tại thời điểm ban đầu t = 0, vectơ pháp tuyến của khung và vectơ cảm ứng từ B hợp với nhau góc j, đến thời điểm t góc hợp bởi giữa chúng là (wt + j), từ thông qua mạch là F = NBScos(wt + j) Theo định luật cảm ứng điện từ, trong khung dây xuất hiện một suất điện động biến thiên điều hoà theo thời gian dΦ e = – = NBSwsin(wt + j) dt e = E0cos(wt + j0) Suất điện động này gọi là suất điện động xoay chiều. + Chu kì và tần số của suất điện động xoay chiều T = 2p/w, f = w/2p 2. Hai cách tạo ra suất điện động cảm ứng xoay chiều thường dùng trong các máy điện + Từ trường cố định, các vòng dây quay trong từ trường. + Từ trường quay, các vòng dây đặt cố định. 3. Cấu tạo của máy phát điện xoay chiều 1 pha Các bộ phận chính: + Phần cảm là nam châm vĩnh cửu hay nam châm điện. Đó là phần tạo ra từ trường. + Phần ứng là những cuộn dây, trong đó xuất hiện suất điện động cảm ứng khi máy hoạt động. Một trong hai phần đặt cố định, phần còn lại quay quanh một trục. Phần cố định gọi là stato, phần quay gọi là rôto. Hoạt động: + Khi rôto quay, từ thông qua cuộn dây biến thiên, trong cuộn dây xuất hiện suất điện động cảm ứng, suất điện động này được đưa ra ngoài để sử dụng. + Tần số của dòng điện xoay chiều do máy phát điện xoay chiều một pha có p cặp cực, rôto quay với tốc độ n vòng/giây phát ra: f = np 4. Doøng ñieän xoay chieàu ba pha a) Doøng ñieän xoay chieàu ba pha Doøng ñieän xoay chieàu ba pha laø moät heä thoáng ba doøng ñieän xoay chieàu, gaây bôûi ba suaát ñieän ñoäng xoay chieàu coù cuøng taàn soá, cuøng bieân ñoä nhöng leäch pha nhau töøng ñoâi moät laø 2p/3. i1 = I0coswt; i2 = I0cos(wt – 2p/3); i3 = I0cos(wt + 2p/3). b) Caáu taïo vaø hoaït ñoäng cuûa maùy phaùt ñieän xoay chieàu 3 pha Maùy phaùt ñieän xoay chieàu ba pha caáu taïo goàm stato coù ba cuoän daây rieâng reõ, hoaøn toaøn gioáng nhau quaán treân ba loûi saét ñaët leäch nhau 1200 treân moät voøng troøn, roâto laø moät nam chaâm ñieän. Khi roâto quay ñeàu, caùc suaát ñieän ñoäng caûm öùng xuaát hieän trong ba cuoän daây coù cuøng bieân ñoä, cuøng taàn soá nhöng leäch pha nhau 2p/3. Neáu noái caùc ñaàu daây cuûa ba cuoän vôùi ba maïch ngoaøi (ba taûi tieâu thuï) gioáng nhau thì ta coù heä ba doøng ñieän cuøng bieân ñoä, cuøng taàn soá nhöng leäch nhau veà pha laø 2p/3. c) Caùc caùch maéc maïch 3 pha Dây pha 1 + Maéc hình sao: A1 Ba ñieåm ñaàu cuûa ba cuoän daây ñöôïc noái vôùi 3 maïch ngoaøi baèng 3 daây daãn, goïi laø daây pha. Ba Up ñieåm B1 cuoái noái chung vôùi nhau tröôùc roài noái vôùi 3 maïch B3 ngoaøi B2 Ud baèng moät daây daãn goïi laø daây trung hoøa. A2 A3 Neáu taûi tieâu thuï cuõng ñöôïc noái hình sao vaø taûi ñoái xöùng (3 taûi gioáng nhau) thì cöôøng ñoä doøng Dây pha 2 ñieän trong daây trung hoøa baèng 0. Dây pha 3 Neáu taûi khoâng ñoái xöùng (3 taûi khoâng gioáng nhau) thì cöôøng ñoä doøng ñieän trong daây trung hoaø khaùc 0 nhöng nhoû hôn nhieàu so vôùi cöôøng ñoä doøng ñieän trong caùc daây pha.
  14. Khi maéc hình sao ta coù: Ud = 3Up, Id = Ip trong ñoù: Ud laø ñieän aùp giöõa hai daây pha, Up laø ñieän aùp giöõa daây pha vaø daây trung hoaø. Maïng ñieän gia ñình söû duïng moät pha cuûa maïng ñieän 3 pha: noù coù moät daây noùng vaø moät daây nguoäi. + Maéc hình tam giaùc: Ñieåm cuoái cuoän naøy noái vôùi ñieåm ñaàu cuûa B3 cuoän tieáp theo theo tuaàn töï thaønh ba ñieåm noái chung. Ba ñieåm A1 noái ñoù ñöôïc noái vôùi 3 maïch ngoaøi baèng 3 daây pha. Dây pha 1 Khi maéc hình tam giác ta coù: B1 A3 d 3 p d p I = I , U = U B2 Caùch maéc naøy ñoøi hoûi 3 taûi tieâu thuï phaûi gioáng nhau. A2 Dây pha 2 IV. ÑOÄNG CÔ KHOÂNG ÑOÀNG BOÄ BA PHA 1. Söï quay khoâng ñoàng boä Dây pha 3 Quay ñeàu moät nam chaâm hình chöû U vôùi toác ñoä goùc w thì töø tröôøng giöõa hai nhaùnh cuûa nam chaâm cuõng quay vôùi toác ñoä goùc w. Ñaët trong töø tröôøng quay naøy moät khung daây daãn kín coù theå quay quanh moät truïc truøng vôùi truïc quay cuûa töø tröôøng thì khung daây quay vôùi toác ñoä goùc w’ < w. Ta noùi khung daây quay khoâng ñoàng boä vôùi töø tröôøng. 2. Nguyeân taéc hoaït ñoäng cuûa ñoäng cô khoâng ñoàng boä 3 pha + Taïo ra töø tröôøng quay baèng caùch cho doøng ñieän xoay chieàu 3 pha ñi vaøo trong 3 cuoän daây gioáng nhau, ñaët leäch nhau 120o treân moät giaù troøn thì trong khoâng gian giöõa 3 cuoän daây seõ coù moät töø tröôøng quay vôùi taàn soá baèng taàn soá cuûa doøng ñieän xoay chieàu. + Ñaët trong töø tröôøng quay moät roâto loøng soùc coù theå quay xung quanh truïc truøng vôùi truïc quay cuûa töø tröôøng. + Roâto loøng soùc quay do taùc duïng cuûa töø tröôøng quay vôùi toác ñoä nhoû hôn toác ñoä cuûa töø tröôøng. Chuyeån ñoäng quay cuûa roâto ñöôïc söû duïng ñeå laøm quay caùc maùy khaùc. V. MÁY BIẾN ÁP (Máy biến thế) Máy biến áp là thiết bị hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi điện áp xoay chiều mà không làm thay đổi tần số của nó. 1. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động Máy biến áp gồm hai cuộn dây có số vòng dây khác nhau quấn trên một lõi sắt kín, ghép cách điện với nhau để giảm hao phí điện năng do dòng Fu-cô. Các cuộn dây thường làm bằng đồng, đặt cách điện với nhau và được cách điện với lõi. Cuộn dây nối với nguồn điện xoay chiều, được gọi là cuộn sơ cấp. Cuộn thứ hai nối với tải tiêu thụ điện năng, được gọi là cuộn thứ cấp. 2. Hoạt động Dòng điện xoay chiều chạy trong cuộn sơ cấp gây ra từ thông biến thiên qua cuộn thứ cấp, làm xuất hiện trong cuộn thứ cấp một suất điện động xoay chiều. Nếu mạch thứ cấp kín thì có dòng điện chạy trong cuộn thứ cấp. 3. Sự biến đổi điện áp và cường độ dòng điện qua máy biến áp Nếu bỏ qua điện trở của dây quấn thì E U N 1 = 1 = 1 E 2 U 2 N 2 Nếu bỏ qua hao phí điện năng trong máy biến áp thì công suất của dòng điện ở mạch sơ cấp bằng công suất điện ở mạch thứ cấp E U N I 1 = 1 = 1 = 2 E 2 U 2 N 2 I1 A Lưu ý: trong các công thức trên, chỉ số 1 kí hiệu cho các đại lượng và các thông số ở cuộn sơ cấp. Chỉ số 2 kí hiệu cho các đại lượng và các thông số ở cuộn thứ cấp. Máy biến áp tăng điện áp lên bao nhiêu lần thì giảm cường độ dòng điện đi bấy nhiêu lần và ngược lại. VI. Truyền tải điện + Điện năng truyền tải đi xa thường bị tiêu hao đáng kể, chủ yếu do toả nhiệt trên đường dây. + Công suất hao phí trên đường dây trong quá trình truyền tải điện năng RP 2 ΔP = (Ucosj) 2 trong đó: P(W) là công suất điện ở nơi phát truyền đi, U(V) là điện áp ở nơi phát, cosj là hệ số công suất của mạch điện. A Lưu ý: - R = rℓ/S là điện trở tổng cộng của dây tải điện (dẫn điện bằng 2 dây)
  15. - Độ giảm điện áp trên đường dây tải điện: DU = IR P - ΔP - Hiệu suất tải điện: H = .100% P l + Bieän phaùp giaûm hao phí treân ñöôøng daây taûi: giaûm R, taêng U. Vì R = r neân ñeå giaûm ta phaûi duøng S caùc loaïi daây coù ñieän trôû suaát nhoû nhö baïc, daây sieâu daãn, vôùi giaù thaønh quaù cao, hoaëc taêng tieát dieän S. Vieäc taêng tieát dieän S thì toán kim loaïi vaø phaûi xaây coät ñieän lôùn neân caùc bieän phaùp naøy khoâng kinh teá. Trong thöïc teá ñeå giaûm hao phí treân ñöôøng truyeàn taûi ngöôøi ta duøng bieän phaùp chuû yeáu laø taêng ñieän aùp U: duøng maùy bieán aùp ñeå ñöa ñieän aùp ôû nhaø maùy leân raát cao roài taûi ñi treân caùc ñöôøng daây cao aùp. Gaàn ñeán nôi tieâu thuï laïi duøng maùy bieán aùp haï aùp ñeå giaûm ñieän aùp töøng böôùc ñeán giaù trò thích hôïp. Taêng ñieän aùp treân ñöôøng daây taûi leân n laàn thì coâng suaát hao phí giaûm n2 laàn. B. BÀI TẬP MINH HỌA Câu 1: Chọn câu sai A. Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. B. Khi đo cường độ dòng điện xoay chiều, người ta có thể dùng ampe kế nhiệt. C. Số chỉ của ampe kế xoay chiều cho biết giá trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều. D. Giá trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều bằng giá trị trung bình của dòng điện xoay chiều. Câu 2: Đặt điện áp xoay chiều u vào hai đầu mạch điện gồm R và C mắc nối tiếp thì A. độ lệch pha của uR và u là p/2. B. uR chậm pha hơn i một góc p/2. C. uC chậm pha hơn uR một góc p/2. D. uC nhanh pha hơn i một góc p/2. Câu 3: Cường độ dòng điện luôn trễ pha so với điện áp ở hai đầu đoạn mạch khi đoạn mạch A. chỉ có tụ điện C. B. có R và C mắc nối tiếp. C. có R và L mắc nối tiếp. D. có L và C mắc nối tiếp Câu 4: Biểu thức nào sau đây là biểu thức tổng quát nhất để tính công suất tiêu thụ của mạch điện xoay chiều? A. P = RI2. B. P = U.I.cosj. C. P = U2/R. D. P = ZI2. Câu 5: Khi xảy ra hiện tượng cộng hưởng trong mạch điện xoay chiều gồm R, L, C mắc nối tiếp thì biểu thức nào sau đây sai? A. cosj = 1. B. ZL = ZC. C. uL = uC. D. U = UR. Câu 6: Máy phát điện xoay chiều hoạt động nhờ hiện tượng A. tự cảm. B. cảm ứng điện. C. cảm ứng từ. D. cảm ứng điện từ. Câu 7: Máy biến áp là thiết bị dùng để biến đổi A. điện áp xoay chiều. B. công suất điện xoay chiều. C. hệ số công suất của mạch điện xoay chiều. D. điện áp và tần số của dòng điện xoay chiều. Câu 8: Trong 1 s, dòng điện xoay chiều có tần số f = 60 Hz đổi chiều bao nhiêu lần? A. 60. B. 120. C. 30. D. 240. Câu 9: Dòng điện xoay chiều có tần số 60 Hz và cường độ hiệu dụng 2 A. Vào thời điểm t = 0, cường độ dòng điện bằng 2 A và sau đó tăng dần. Biểu thức của cường độ dòng điện là A. i = 2 2 cos(120πt + π) (A). B. i = 2 2 cos(120πt) (A). C. i = 2 2 cos(120πt – π/4) (A). D. i = 2 2 cos(120πt + π/4) (A). Câu 10: Dòng điện xoay chiều có phương trình i = 2cos(100πt + π/4) (A). Thời điểm đầu tiên dòng điện trong mạch có độ lớn bằng 3 A là A. 7/1200 s. B. 7/600 s. C. 5/1200 s. D. 5/600 s. Câu 11: Một bóng đèn Neon chỉ sáng khi đặt vào hai đầu bóng đèn một điện áp u ³ 155 V. Đặt vào hai đầu bóng đèn này điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng U = 220 V. Trong một chu kì của dòng điện, thời gian đèn sáng là 1/75 s. Tần số của dòng điện là A. 60 Hz. B. 50 Hz. C. 100 Hz. D. 75 Hz. Câu 12: Điện áp xoay chiều giữa hai đầu điện trở R = 100 Ω có biểu thức: u = 100 2 sinwt (V). Nhiệt lượng tỏa ra trên R trong 1 phút là
  16. A. 6000 J. B. 6000 2 J. C. 200 J. D. chưa thể tính được vì chưa biết w. Câu 13: Đặt điện áp xoay chiều u = 200 2 cos100πt (V) vào hai đầu điện trở R = 50 Ω. Khi điện áp hai đầu điện trở R là 200 V thì cường độ dòng điện trong mạch bằng A. 4 A. B. 2 2 A. C. 2 6 A. D. 2 A. Câu 14: Đặt một điện áp xoay chiều u = U0sinwt vào hai đầu đoạn mạch chỉ có cuộn dây thuần cảm L. Gọi U là điện áp hiệu dụng ở hai đầu đoạn mạch; i, I0, I lần lượt là giá trị tức thời, giá trị cực đại và giá trị hiệu dụng của cường độ dòng điện trong mạch. Hệ thức liên hệ nào sau đây không đúng? 22 22 A. UI . B. ui . C. ui . D. UI . -=0 22-=0 22+=2 +=2 UI00 UI00 UI UI00 Câu 15: Cho đoạn mạch xoay chiều gồm R = 30 Ω mắc nối tiếp với cuộn cảm thuần L. Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng là U = 60 2 V. Điện áp hai đầu cuộn cảm là u = 60 2 cos100πt (V). Xác định L. A. 0,2/π H. B. 0,3/π H. C. 0,6/π H. D. 0,4/π H. Câu 16: Khi mắc lần lượt R, L, C vào một điện áp xoay chiều ổn định thì cường độ dòng điện hiệu dụng qua chúng lần lượt là 2 A, 1 A, 3 A. Khi mắc mạch gồm R,L,C nối tiếp vào điện áp trên thì cường độ dòng điện hiệu dụng qua mạch bằng A. 1,25 A. B. 1,20 A. C. 3 2 A. D. 6 A. Câu 17: Điện áp xoay chiều giữa hai đầu mạch điện là: u = 220 2 cos(100pt - p/6) (V) và cường độ dòng điện qua mạch là: i = 2 2 cos(100pt + p/6 ) (A). Công suất tiêu thụ của đoạn mạch là A. 880 W. B. 440 W. C. 220 W. D. không tính được vì chưa biết R. Câu 18: Một đoạn mạch điện gồm điện trở R = 50 W mắc nối tiếp với cuộn thuần cảm L = 0,5/p H. Đặt vào hai đầu đoạn mạch một điện áp xoay chiều u = 100 2 cos(100pt – p/4) (V). Biểu thức của cường độ dòng điện qua đoạn mạch là A. i = 2cos(100pt - p/2) (A). B. i = 2 2 cos(100pt - p/4) (A). C. i = 2 2 cos100pt (A). D. i = 2cos100pt (A). Câu 19: Mạch RLC mắc nối tiếp có R = 20 Ω; L = 0,2/π H; C = 10-3/2π F. Điện áp hai đầu mạch là u = 80coswt (V). Xác định w để trong mạch có cộng hưởng A. 100π rad/s. B. 50π rad/s. C. 100 2 π rad/s. D. 50 rad/s. Câu 20: Mạch điện xoay chiều mắc nối tiếp gồm R = 30 Ω; L = 0,5/π H; C = 10-3/2π F. Đặt vào hai đầu mạch điện áp xoay chiều 100 V - 50 Hz. Hệ số công suất mạch là A. 0,5. B. 1/ 2 . C. 3/2. D. 0,6. Câu 21: Mạch điện xoay chiều mắc nối tiếp gồm R = 50 Ω; C = 0,1/π mF; cuộn dây thần cảm L = 0,5/π H. Điện áp hai đầu mạch là u = 100 2 cos100πt (V). Viết biểu thức điện áp hai đầu tụ A. uC = 100 2 cos(100πt – π/2) (V). B. uC = 200cos(100πt – π/2) (V). C. uC = 200cos(100πt – π/4) (V). D. uC = 200 2 cos(100pt – p/4) (V). Câu 22: Đoạn mạch điện xoay chiều mắc nối tiếp gồm cuộn dây có điện trở thuần r = 40 Ω, độ tự cảm L = 0,3/π H mắc nối tiếp với tụ điện C = 1/7π mF. Điện áp hai đầu mạch là u = 160cos100πt (V). Điện áp hiệu dụng ở hai đầu cuộn dây là A. 200 V. B. 100 V. C. 100 2 V. D. 200 2 V. Câu 23: Đoạn mạch điện xoay chiều mắc nối tiếp gồm hộp kín X (chứa một trong ba phần tử R0, L0, C0) và điện trở thuần R = 20 Ω. Đặt vào hai đầu đoạn mạch điện áp xoay chiều u = 200 2 cos100πt (V) thì dòng điện trong mạch i = 2 2 sin(100πt + π/2) (A). Phần tử trong hộp X là A. L0 = 318 mH. B. R0 = 80 Ω. C. C0 = 100/π µF. D. R0 = 100 Ω. Câu 24: Đoạn mạch xoay chiều AB mắc nối tiếp gồm hai đoạn mạch AM và MB. AM chứa điện trở R = 40 Ω nối tiếp với cuộn cảm thuần L; MB chứa tụ C. Khi đặt vào hai đầu mạch điện áp u = 80cos100πt (V) thì điện áp hiệu dụng hai đầu đoạn mạch AM và MB là 50 V và 70 V. Cường độ hiệu dụng của dòng điện trong mạch là A. 1 A. B. 2 A. C. 0,5 A. D. 2 A.
  17. Câu 25: Cho đoạn mạch điện gồm R = 40 Ω; L = 1/2π H và tụ C (C thay đổi được) mắc nối tiếp. Điện áp hai đầu mạch u = 220 2 cos100πt (V). Xác định C để công suất của mạch cực đại. A. 2.10-4/π F. B. 10-4/π F. C. 10-4/2π F. D. 10-4/ 2 π F. Câu 26: Đoạn mach RLC mắc nối tiếp. Đặt vào hai đầu đoạn mạch một điện áp xoay chiều u = U 2 cos2πft (V) (với U không đổi, f thay đổi được). Khi f nhận các giá trị 25 Hz và 100 Hz thì dòng điện trọng mạch có cùng giá trị hiệu dụng. Tính f để hệ số công suất của mạch bằng 1. A. 100 Hz. B. 75 Hz. C. 50 Hz. D. 60 Hz. Câu 27: Đoạn mạch xoay chiều AB gồm hai đoạn mạch mắc nối tiếp AM (chứa cuộn dây có điện trở thuần r = 10 3 Ω và độ tự cảm L = 0,3/π H và MB (chứa tụ C nối tiếp với điện trở R). Điện áp hai đầu mạch u = 120 2 cos100πt (V), điện áp hiệu dụng hai đầu MB bằng 60 V. Điện áp hai đầu mạch và hai đầu MB lệch pha nhau π/3. Tính điện áp hiệu dụng hai đầu AM. A. 60 V. B. 60 3 V. C. 60 2 V. D. 120 V. Câu 28: Đoạn mạch AB gồm hai đoạn mạch AM (chứa điện trở R1 nối tiếp với cuộn dây thuần L) và MB (chứa điện trở R2 nối tiếp với tụ C) mắc nối tiếp với nhau. Khi đặt vào hai đầu AB một điện áp xoay chiều có giá trị hiệu 2 2 2 dụng U thì điện áp hiệu dụng hai đầu đoạn mạch AM và MB lần lượt là U1 và U2. Nếu U = U1 + U 2 thì hệ thức nào sau đây đúng? A. L = CR1R2. B. C = LR1R2. C. LC = R1R2. D. L R1 = CR2. Câu 29: Đoạn mạch điện xoay chiều gồm cuộn dây mắc nối tiếp với tụ C. Độ lệch pha của điện áp ở hai đầu cuộn dây so với cường độ dòng điện trong mạch là π/3 và UC = 3Udây. Hệ số công suất của mạch là A. 0,125. B. 0,25. C. 0,5. D. 0,75. Câu 30: Đoạn mạch điện xoay chiều gồm biến trở R (biến đổi từ 0 đến 200 Ω), cuộn cảm thuần L = 0,8/π H và tụ C = 10-4/2π F mắc nối tiếp. Đặt vào hai đầu mạch điện áp u = 200cos100πt (V). Tìm R để công suất của mạch cực đại và giá trị cực đại đó? A. 120 Ω; 250 W. B. 60 Ω; 250 W. C. 120 Ω; 250/3 W. D. 60 Ω; 250/3 W. Câu 31: Đoạn mạch điện xoay chiều có tần số 50 Hz gồm biến trở R mắc nối tiếp với tụ C. Khi biến trở thay đổi, có hai giá trị của R là 50 Ω và 128 Ω thì công suất mạch có cùng giá trị là 100 W. Xác định C. A. 10-3/4π F. B. 10-3/5π F. C. 10-4/1,6π F. D. 10-3/8π F. Câu 32: Đặt điện áp xoay chiều có biểu thức u = U0.cosωt (U0 và w không R C đổi) vào 2 đầu AB của một đoạn mạch nối tiếp như hình vẽ (cuộn dây A M L B thuần 2 • cảm). Biết 2.w LC = 1 Khi thay đổi biến trở đến các giá trị R1 = 80 Ω, ° ° R2 = 100 Ω, R3 = 120 Ω thì điện áp hiệu dụng giữa 2 điểm AM có giá trị lần lượt là U1, U2, U3. Kết luận nào sau đây là đúng? A. U1 U2 > U3. D. U1 = U3 > U2. Câu 33: Đoạn mạch điện xoay chiều AB gồm hai đoạn mạch AM (chứa cuộn cảm thuần L = 2/π H nối tiếp với điện trở R = 100 Ω) và MB (chứa tụ có C biến đổi được). Đặt vào hai đầu mạch điện áp u = 100 2 cos100πt (V). Giá trị của C để điện áp hiệu dụng hai đầu mạch MB cực đại là A. 10-4/2π F. B. 10-4/2,5π F. C. 10-3/2,5π F. D. 10-3/2π F. Câu 34: Đoạn mạch điện xoay chiều mắc nối tiếp gồm cuộn dây không thuần cảm nối tiếp với tụ C biến đổi được. Đặt vào hai đầu mạch điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng U. Khi C = C0 thì điện áp hiệu dụng trên tụ cực đại UCmax và UCmax = 3 U. Xác định điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn dây theo U. A. U. B. 2 U. C. 2U. D. 3U. Câu 35: Đặt điện áp xoay chiều u = U0cosωt (U0 không đổi và ω thay đổi được) vào hai đầu đoạn mạch xoay chiều RLC mắc nối tiếp. Khi ω = ω1 hoặc ω = ω2 thì điện áp hiệu dụng ở hai đầu điện trở có cùng một giá trị. Khi ω = ω0 thì điện áp hiệu dụng ở hai đầu điện trở cực đại. Hệ thức liên hệ giữa ω1, ω2 và ω0 là 1 1 æ 1 1 ö 1 A. = ç + ÷. B. w = (w + w ). 2 ç 2 2 ÷ 0 1 2 w0 2 è w1 w2 ø 2 1 C. w = w w . D. w2 = (w2 + w2 ). 0 1 2 0 2 1 2 Câu 36: Một khung dây dẫn quay đều trong từ trường đều có cảm ứng từ vuông góc với trục quay của khung, từ thông xuyên qua khung dây có biểu thức Φ = 2.10-2cos(720t + π/6) (Wb). Biểu thức của suất điện động cảm ứng trong khung là A. e = 14,4cos(720t – π/3) (V). B. e = 14,4cos(720t + π/3) (V).
  18. C. e = 144cos(720t – π/6) (V). D. e = 14,4cos(720t + π/6) (V). Câu 37: Máy phát điện xoay chiều một pha có rôto là một nam châm điện gồm gồm 5 cặp cực. Để phát ra dòng xoay chiều có tần số 50 Hz thì tốc độ quay của rôto phải bằng A. 300 vòng/phút. B. 600 vòng/phút. C. 3000 vòng/phút. D. 10 vòng/phút. Câu 38: Một máy tăng áp lý tưởng có tỉ số vòng dây giữa các cuộn sơ cấp và thứ cấp là 3. Biết cường độ hiệu dụng của dòng điện trong cuộn sơ cấp và điện áp hiệu dụng giữa hai đầu cuộn sơ cấp lần lượt là 6 A và 120 V. Cường độ hiệu dụng của dòng điện và điện áp hiệu dụng giữa hai đầu cuộn thứ cấp lần lượt là A. 2 A và 360 V. B. 18 V và 360 V. C. 2 A và 40 V. D. 18 A và 40 V. Câu 39: Một máy phát điện xoay chiều có công suất 1000 kW. Dòng điện nó phát ra sau khi tăng điện áp lên đến 110 kV được truyền đi xa bằng một đường dây có điện trở 20 Ω. Công suất điện hao phí trên đường dây là A. 6050 W. B. 5500 W. C. 2420 W. D. 1653 W. Câu 40: Công suất điện truyền đi của một trạm phát điện là 200 kW. Hiệu số chỉ của công tơ điện ở trạm phát và ở nơi sử dụng sau một ngày đêm lệch nhau 480 kWh. Hiệu suất tải điện là A. 70% B. 80% C. 90%. D. 95%.
  19. CHƯƠNG IV: DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT 1. Dao động điện từ + Mạch dao động gồm tụ điện C nối tiếp với cuộn cảm thuần L thành mạch kín. Khi đó dao động điện từ xảy ra trong mạch LC sau khi tụ điện đã được tích một điện lượng q0, mạch dao động lí tưởng khi R = 0, ta có: + Điện tích trên tụ điện trong mạch dao động: q = q0 cos(wt + j) p + Cường độ dòng điện trong mạch dao động: i = q' = - wq0sin(wt + j) = I0cos(wt + j + ) 2 1 với w = I0 = q0w LC + Điện áp giữa hai bản tụ điện: u= cos(�� + �) = � cos(�� + �) , với U0 = + Chu kì và tần số riêng của mạch dao động: 1 T = 2p LC ; f = 2p LC Nhận xét: i sớm pha hơn q một lượng π/2; u cùng pha với q. Lưu ý: • Khoảng thời gian giữa hai thời điểm liên tiếp để dòng điện triệt tiêu là T/2. Vì vây điện lượng chuyển qua qua mạch trong thời gian đó có độ lớn là q T/2 = 2q0 = 2I0/w. • Với dòng điện xoay chiều, trong một chu kì thì có nửa chu kì đầu điện lượng chuyển đi là q T/2= 2I0/w. Đến nửa chu kì tiếp theo cũng có 2I0/w điện lượng chuyển về (chạy ngược chiều so với nửa chu kì đầu) nên điện lượng chuyển qua mạch trong một chu kì bằng 0, nhưng độ lớn điện lượng chuyển đi và chuyển về là ê q Tê= 4I0/w. • Độ lớn điện lượng chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn sau thời gian Dt là Dt 4I 0 Dt 2I 0 Dt êqt ê = q = = T T Tω π * Năng lượng Điện trường + Năng lượng điện trường tập trung trong tụ điện: 2 2 1 q 1 q0 2 WC = �� = = cos (wt + j) 2 C 2 C + Năng lượng từ trường tập trung trong cuộn cảm: 2 1 2 1 2 2 2 1 q0 2 WL = Li = Lw q sin (wt + j) = sin (wt + j) 2 2 0 2 C + Năng lượng điện từ trong mạch dao động: 2 2 2 1 q0 2 1 q0 2 1 q0 1 2 1 2 W = WC + WL = cos (wt + j) + sin (wt + j) = = LI = CU = Const 2 C 2 C 2 C 2 0 2 0 I0 + Liên hệ giữa q0, I0 và U0 trong mạch dao động: q0 = CU0 = = I0 LC w Kết luận: Wc, WL biến thiên tuần hoàn cùng tần số (w’ = 2�; f’= 2f; � = ) và ngược pha nhau. Cứ sau khoảng thì Wc = WL= 2. Điện từ trường * Liên hệ giữa điện và từ trường biến thiên ( thuyết điện từ Mắc-xoen : cha đẻ của sóng điện từ) + Nếu tại một nơi có điện trường biến thiên theo thời gian thì tại nơi đó xuất hiện một từ trường xoáy. Đường sức của từ trường xoáy luôn khép kín và bao quanh các đường sức của điện trường. + Nếu tại một nơi có một từ trường biến thiên theo thời gian thì tại nơi đó xuất hiện một điện trường xoáy. (Điện trường xoáy là điện trường có các đường sức là đường cong kín bao quanh các đường sức của từ trường). * Điện từ trường
  20. Bất kỳ điện trường biến thiên nào cũng sinh ra từ trường biến thiên, và ngược lại, từ trường biến thiên nào cũng sinh ra điện trường biến thiên. Điện trường biến thiên và từ trường biến thiên chuyển hóa lẫn nhau trong một trường thống nhất được gọi là điện từ trường. 3. Sóng điện từ - Thông tin liên lạc bằng vô tuyến a) Điện từ trường lan truyền trong không gian dưới dạng sóng gọi là sóng điện từ. b) Đặc điểm của sóng điện từ + Sóng điện từ lan truyền được trong mọi môi trường, kể cả trong chân không. + Tốc độ của sóng đ iện từ trong chân không lớn nhất và bằng tốc độ của ánh sáng trong chân không bằng c3.10m/s.= 8 + Bước sóng λ = vT = v/f. Trong chân không hay trong trong khí λ = c/f = 3.108/f (m). !" !" + Sóng điện từ là sóng ngang. Vectơ cường độ điện trường E và vectơ cảm ứng từ B vuông góc nhau và cùng !" !" " vuông góc với vectơ vận tốc truyền sóng v . Ba vectơ E,B,v tạo thành một tam diện thuận. !" + Trong sóng điện từ, dao động của điện trường và từ trường tại một điểm luôn đồng pha với nhau ( E vuông góc !" với B). + Sóng điện từ cũng bị phản xạ, khúc xạ, nhiễu xạ, giao thoa, + Sóng điện từ mang năng lượng. + Những sóng điện từ có bước sóng từ vài mét đến vài kilômét dùng trong thông tin liên lạc gọi là sóng vô tuyến. Sóng vô tuyến được chia thành: sóng cực ngắn, sóng ngắn, sóng trung và sóng dài. * Thông tin liên lạc bằng sóng vô tuyến a) Nguyên tắc chung của việc truyền thông tin liên lạc bằng sóng vô tuyến: - Dùng sóng điện từ cao tần để tải các thông tin gọi là sóng mang. - Biến điệu các sóng mang ở nơi phát sóng: + Biến dao động âm thành dao động điện, tạo thành sóng âm tần. + Dùng mạch biến điệu để trộn sóng âm tần với sóng mang, gọi là biến điệu sóng điện từ. - Ở nơi thu sóng, dùng mạch tách sóng để tách sóng âm tần ra khỏi sóng cao tần. Dòng loa biến dao động điện thành dao động âm. - Khi tín hiệu có cường độ nhỏ, dùng mạch khuếch đại để khuếch đại chúng. b) Để tăng cường độ của sóng truyền đi và tăng cường độ của tín hiệu thu được người ta dùng các mạch khuếch đại. + Sơ đồ khối của mạch phát thanh vô tuyến đơn giản gồm: micrô, bộ phát sóng cao tần, mạch biến điệu, mạch khuếch đại và anten. + Sơ đồ khối của một máy thu thanh đơn giản gồm: anten, mạch khuếch đại dao động điện từ cao tần, mạch tách sóng, mạch khuếch đại dao động điện từ âm tần và loa. B. BÀI TẬP MINH HỌA Câu 1: Trong mạch dao động LC lí tưởng có dao động điện từ tự do thì năng lượng A. điện trường tập trung ở cuộn cảm. B. điện trường và năng lượng từ trường luôn không đổi. C. từ trường tập trung ở tụ điện. D. điện từ của mạch được bảo toàn. Câu 2: Sóng điện từ A. là sóng dọc hoặc sóng ngang.
  21. B. là điện từ trường lan truyền trong không gian. C. có điện trường và từ trường tại một điểm dao động cùng phương. D. không truyền được trong chân không. Câu 3: Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về sóng điện từ? A. Khi sóng điện từ gặp mặt phân cách giữa hai môi trường thì nó có thể bị phản xạ hoặc khúc xạ. B. Sóng điện từ truyền được trong chân không. C. Sóng điện từ là sóng ngang nên nó chỉ truyền được trong chất rắn. D. Trong sóng điện từ thì dao động của điện trường và của từ trường tại một điểm luôn đồng pha với nhau. Câu 4: Trong dụng cụ nào dưới đây có cả máy phát và máy thu sóng vô tuyến? A. Máy thu thanh. B. Chiếc điện thoại di động. C. Máy thu hình (Ti vi). D. Cái điều khiển ti vi. Câu 5: Trong sơ đồ khối của một máy phát thanh dùng vô tuyến không có bộ phận nào dưới đây? A. Mạch tách sóng. B. Mạch khuyếch đại. C. Mạch biến điệu. D. Anten. Câu 6: Một mạch dao động gồm một cuộn cảm thuần L = 10-3 H và một tụ điện có điện dung điều chỉnh được trong khoảng từ 4 pF đến 400 pF. Mạch này có thể có những tần số riêng nào? 5 6 4 5 A. fmin = 2,52.10 Hz; fmax = 2,52.10 Hz. B. fmin = 2,52.10 Hz; fmax = 2,52.10 Hz. 6 7 4 6 C. fmin = 2,52.10 Hz; fmax = 2,52.10 Hz. D. fmin = 2,52.10 Hz; fmax = 2,52.10 Hz. Câu 7: Cho một mạch dao động điện từ gồm một tụ điện có điện dung C = 5 µF và một cuộn thuần cảm có độ tự cảm L = 50 mH. Biết điện áp cực đại trên tụ là 6 V. Tìm cường độ dòng điện i khi điện áp trên tụ điện là 4 V? A. i = ±0,045 A. B. i = ±0,45 A. C. i = ±0,045 µA . D. i = ±0,045 mA. Câu 8: Cho mạch dao động lí tưởng với C = 1 nF, L = 1 mH, điện áp hiệu dụng của tụ điện là UC = 4 V. Lúc t = 0, uC = 2 2 V và tụ điện đang được nạp điện. Viết biểu thức điện áp trên tụ điện và cường độ dòng điện chạy trong mạch dao động? A. u = 4 2cos(106t + π/3) (V); i = 4 2.10-3cos(106t + 2π/3) (A). B. u = 4cos(106t - π/3) (V); i = 4.10-3cos(106t + π/6) (A). C. u = 4 2cos(106t - π/3) (V); i = 4 2.10-3cos(106t + π/6) (A). D. u = 4 2cos(106t - π/3) (V); i = 4 2.10-3cos(106t - π/6) (A). Câu 9: Nếu nối hai đầu đoạn mạch gồm cuộn cảm thuần L mắc nối tiếp với điện trở thuần R = 1 Ω vào hai cực của nguồn điện một chiều có suất điện động không đổi và điện trở trong r thì trong mạch có dòng điện không đổi cường độ I. Dùng nguồn điện này để nạp điện cho một tụ điện có điện dung C = 2.10-6 F. Khi điện tích trên tụ điện đạt giá trị cực đại, ngắt tụ điện khỏi nguồn rồi nối tụ điện với cuộn cảm thuần L nói trên thành một mạch dao động thì trong mạch có dao động điện từ tự do với chu kì bằng p.10-6 s và cường độ dòng điện cực đại bằng 8I. Giá trị của r bằng A. 2 Ω. B. 0,25 Ω. C. 0,5 Ω. D. 1 Ω. Câu 10: Một mạch dao động điện từ LC lí tưởng gồm cuộn cảm thuần có độ tự cảm 5 µH và tụ điện có điện dung 5 µF. Trong mạch có dao động điện từ tự do. Tính khoảng thời gian giữa hai lần liên tiếp mà điện tích trên một bản tụ điện có độ lớn cực đại và khoảng thời gian giữa hai lần liên tiếp mà năng lượng điện trường bằng năng lượng từ trường. -6 -6 -6 -6 A. Dt1 = 3,14.10 s; Dt2 = 1,57.10 s. B. Dt1 = 1,57.10 s; Dt2 = 78,5.10 s. -6 -6 -6 -6 C. Dt1 = 31,4.10 s; Dt2 = 15,7.10 s. D. Dt1= 15,7.10 s; Dt2 = 7,85.10 s. Câu 11: Mạch dao động LC đang thực hiện dao động điện từ tự do với chu kỳ T. Tại thời điểm t dòng điện trong mạch có cường độ 4p mA. Tại thời điểm t + 3T/4 thì điện tích trên bản tụ có độ lớn 10-9 C. Năng lượng điện trường trong mạch biến thiên tuần hoàn với chu kỳ A. 0,25 µs. B. 0,5 µs. C. 0,25 ms. D. 0,5 ms. Câu 12: Một mạch dao động điện từ tự do. Khi hiệu điện thế giữa hai đầu cuộn cảm bằng u1 = 1,2 V thì cường độ dòng điện trong mạch bằng i1 = 1,8 mA. Khi hiệu điện thế giữa hai đầu cuộn cảm bằng u2 = 0,9 V thì cường độ dòng điện trong mạch bằng i2 = 2,4 mA. Biết độ tự cảm của cuộn dây L = 5 mH. Điện dung của tụ điện và năng lượng điện từ của mạch bằng A. C = 10 nF và W = 25.10–10 J. B. C = 10 nF và W = 3.10–10 J. C. C = 20 nF và W = 5.10–10 J. D. C = 20 nF và W = 2,25.10–8 J.
  22. Câu 13: Một mạch dao động LC lí tưởng có L = 5 mH đang dao động điện từ tự do. Năng lượng điện trường và năng lượng từ trường của mạch biến thiên theo thời gian t được biểu diễn bằng đồ thị như hình vẽ (đường Wt biểu diễn cho năng lượng từ trường, đường Wđ biểu diễn cho năng lượng điện trường). Điện tích cực đại của tụ điện là A. 2.10-4 C. B. 4.10-4 C. C. 3.10-4 C. D. 5.10-4 C. Câu 14: Sóng điện từ có tần số 10 MHz truyền trong chân không với bước sóng là A. 60 m. B. 6 m. C. 30 m. D. 3 m. Câu 15: Một mạch dao động gồm cuộn cảm có độ tự cảm 27 µH, và tụ điện có điện dung 3000 pF; tổng điện trở thuần của cuộn dây và dây nối là 1 Ω; điện áp cực đại giữa hai bản tụ điện là 5 V. Tính công suất cần cung cấp để duy trì dao động của mạch với điện áp cực đại giữa hai bản tụ điện là 5 V trong một thời gian dài? A. 1,39 W. B. 1,39 mW. C. 1,39.10-5 W. D. 1,39.10-6 W. Câu 16: Mạch chọn sóng ở đầu vào của máy thu vô tuyến điện gồm tụ điện C = 1 nF và cuộn cảm L = 100 µH (lấy π2 = 10) Bước sóng điện từ mà mạch thu được là A. 300 m. B. 600 m. . C. 300 km. D. 1000 m. Câu 17: Một mạch chọn sóng của máy thu vô tuyến gồm cuộn cảm L = 5 µH và một tụ xoay có điện dung biến thiên từ 10 pF đến 240 p. Dải sóng điện từ máy thu được là A. từ 10,5 m đến 92,5 m. B. từ 11 m đến 75 m. C. từ 15,6 m đến 41,2 m. D. từ 13,3 m đến 65,3 m. C©u 18: Một mạch dao động bắt tín hiệu của một máy thu vô tuyến điện gồm một cuộn cảm với độ tự cảm biến thiên từ 0,3 µH đến 2 µH và một tụ điện có điện dung biến thiên từ 0,02 µF đến 0,8 µF. Máy đó có thể bắt được các sóng vô tuyến trong dải sóng nào? A. Dải sóng từ 146 m đến 2384 m. B. Dải sóng từ 923 m đến 2384 m. C. Dải sóng từ 146 m đến 377 m. D. Dải sóng từ 377 m đến 2384 m. Câu 19: Một ăng ten rada đang quay đều với vận tốc góc π (rad/s), một máy bay đang bay về phía nó. Tại thời điểm lúc ăng ten đang hướng về phía máy bay, ăng ten phát sóng điện tử và nhận sóng phản xạ trở lại mất 150 µs, sau đó ăng ten quay 1 vòng rồi lại phát sóng điện tử về phía máy bay, thời gian từ lúc phát đến lúc nhận lần này là 146 µs. Tốc độ trung bình của máy bay là A. 275 m/s. B. 300 m/s. C. 225 m/s. D. 400 m/s. Câu 20: Một sóng điện từ đang truyền từ một đài phát sóng ở Đà Nẵng đến máy thu. Biết cường độ điện trường cực đại là 3 V/m và cảm ứng từ cực đại là 0,6 T. Tại điểm A có sóng truyền về hướng Bắc theo phương nằm ngang. Ở một thời điểm nào đó khi cường độ điện trường là 2 V/m và đang có hướng Đông thì vectơ cảm ứng từ có độ lớn A. 0,45 T và hướng lên. B. 0,45 T và hướng xuống. C. 0,40 T và hướng về phía Nam. D. 0,40 T và hướng xuống.
  23. CHƯƠNG V: SÓNG ÁNH SÁNG A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT I. TÁN SẮC ÁNH SÁNG 1. Hiện tượng tán sắc ánh sáng Hiện tượng ánh sáng bị tách thành nhiều màu khác nhau khi đi qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt gọi là hiện tượng tán sắc ánh sáng. + Ví dụ: Hiện tượng cầu vồng sau khi mưa 2. Ánh sáng đơn sắc Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng không bị tán sắc. Ánh sáng đơn sắc có tần số xác định (không bị thay đổi khi đi từ môi trường này sang môi trường khác). + Bước sóng của ánh sáng đơn sắc trong môi trường: l = v/f + Bước sóng của ánh sáng đơn sắc trong chân không: l0 = c/f ® l = l0/n trong đó: c = 3.108 m/s vận tốc ánh sáng trong chân không; v vận tốc truyền ánh sáng trong môi trường có chiết suất n. + Chiết suất của môi trường trong suốt phụ thuộc vào màu sắc của ánh sáng. Đối với ánh sáng đỏ là nhỏ nhất, màu tím là lớn nhất. 3. Ánh sáng trắng Ánh ánh trắng là tập hợp vô số ánh sáng đơn sắc có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím. Bước sóng của ánh sáng trắng: 0,38 µm £ l £ 0,76 µm. II. HIỆN TƯỢNG GIAO THOA ÁNH SÁNG 1. Thực hiện giao thoa ánh sáng đơn sắc với khe Y-âng * Thí nghiệm: Thí nghiệm giao thoa ánh sáng của Y-âng (Young) + S1, S2 là hai khe sáng (hai nguồn kết hợp); O là vị trí vân sáng trung tâm (hay vân sáng chính giữa). + a: khoảng cách giữa hai khe sáng. + D: khoảng cách từ hai khe sáng đến màn. + λ: bước sóng ánh sáng. + L: bề rộng vùng giao thoa (bề rộng trường giao thoa). * Kết quả thí nghiệm về giao thoa ánh sáng đơn sắc của Young (I-âng): Trên màn ảnh ta thu được các vạch sáng song song cách đều và xen kẽ với các vạch tối (các vạch sáng tối xen kẽ nhau đều đặn). * Định nghĩa: Giao thoa ánh sáng là sự tổng hợp của hai hay nhiều sóng kết hợp, làm xuất hiện những vạch sáng, vạch tối xen kẽ nhau. Các vạch sáng (vân sáng) và các vạch tối (vân tối) gọi là các vân giao thoa. * Giải thích + Hiện tượng giao thoa ánh sáng chỉ có thể giải thích khi thừa nhận ánh sáng có tính chất sóng. + Trong vùng gặp nhau của 2 sóng ánh sáng sẽ có những chỗ hai sóng gặp nhau cùng pha, khi đó chúng tăng cường lẫn nhau và tạo nên vân sáng. Ngược lại, khi hai sóng ngược pha chúng triệt tiêu lẫn nhau sẽ tạo nên vân tối. * Ý nghĩa: Giao thoa ánh sáng là một bằng chứng thực nghiệm quan trọng khẳng định ánh sáng có bản chất sóng. 2. Các công thức trong giao thoa với khe I - âng * Hiệu đường đi của ánh sáng từ hai khe S1, S2 đến điểm A trên màn trong vùng giao thoa (xét D >> a, x): d2 – d1 = ax/D trong đó: x = OAlà tọa độ của điểm A trong trục tọa độ Ox thẳng đứng, chiều dương hướng lên trên, gốc tọa độ O là vị trí vân sáng chính giữa vân sáng. * Vị trí các vân sáng: d2 – d1 = axs/D = kl ® xs = klD/a (kÎZ) k = 0: Vân sáng trung tâm. k = ± 1: Vân sáng bậc 1 k = ± 2: Vân sáng bậc 2 * Vị trí các vân tối: d2 – d1 = axt/D = (k + 1/2)l ® xt = (k + 1/2)lD/a (kÎZ) - Về phía dương (kể cả k = 0): k = 0: Vân tối thứ nhất k = 1: Vân tối thứ 2 k = 2: Vân tối thứ 3 k = Thứ - 1 - Về phía âm:
  24. k = -1: Vân tối thứ nhất k = -2: Vân tối thứ 2 k = -3: Vân tối thứ 3 êkê = Thứ * Khoảng vân i Khoảng vân là khoảng cách giữa hai vân sáng hoặc hai vân tối liên tiếp. i = lD/a Suy ra: Vị trí của vân sáng: xs = ki Vị trí của vân tối: xt = (k + 1/2)i Ánh sáng trắng gồm tập hợp 7 màu: đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím biến thiên liên tục nên khi thực hiện giao thoa với ánh sáng trắng sẽ cho 7 hệ vân giao thoa và ta thấy: + Ở chính giữa, mỗi ánh sáng đơn sắc đều cho vạch màu riêng. Tổng hợp của chúng cho ta vạch sáng màu trắng (do sự chồng chập của các vạch màu từ đỏ đến tím tại vị trí này). Nên vân trung tâm luôn có màu sáng trắng. + Hai bên vân trung tâm là các vạch màu liên tục từ đó tím đến đỏ. Do bước sóng của ánh sáng tím bé nhất, nên khoảng vân itim = ltimD/a là nhỏ nhất nên làm cho vạch tím nằm gần vạch trung tâm hơn vạch đỏ (Xét trong cùng một bậc, tức là cùng 1 giá trị của k). + Tập hợp các vạch từ tím đến vạch đỏ của cùng một bậc (cùng giá trị của k) gọi là quang phổ bậc k. (Ví dụ: Quang phổ bậc 2 bao gồm các vạch từ màu tím đến màu đỏ ứng với k = 2). + Càng ra xa vân trung tâm thì có sự chồng lên nhau của các vân sáng khác bậc. (Ví dụ: Các vạch sáng của quang phổ bậc 9 chồng lên (che mất) các vạch sáng của quang phổ bậc 8. Còn các vạch sáng của quang phổ bậc 9 bị các vạch sáng của quang phổ bậc 10 che lấp). III. CÁC LOẠI QUANG PHỔ 1. Máy quang phổ lăng kính Máy quang phổ lăng kính: là dụng cụ dùng để phân tích chùm sáng phức tạp thành những thành phần đơn sắc khác khác nhau. Nói khác đi, nó dùng để nhận biết các thành phần cấu tạo của một chùm sáng phức tạp do một nguồn sáng phát ra. a) Cấu tạo Máy quang phổ lăng kính gồm ba bộ phận chính: • Ống chuẩn trực: là bộ phận có dạng một cái ống tạo ra chùm tia sáng song song. Nó có một khe hẹp F nằm ở tiêu diện của một thấu kính hội tụ L1. Chùm ánh sáng phát ra từ một nguồn S mà ta cần nguyên cứu được rọi vào khe F. Chùm tia sáng ló ra khỏi thấu kính L1 là một chùm song song. • Hệ tán sắc: Gồm một hoặc vài lăng kính P, có tác dụng phân tích chùm tia song song từ L1 chiếu tới thành nhiều chùm tia đơn sắc song song. • Buồng tối (hay buồng ảnh): là một hộp kín trong đó có một thấu kính hội tụ L2 (đặt chắn chùm tia sáng đã bị tán sắc sau khi qua lăng kính P) và một tấm kính ảnh (để chụp ảnh quang phổ), hoặc một tấm kính mờ (để quan sát quang phổ), đặt tại tiêu diện của L2. b) Nguyên tắc hoạt động Nguyên tắc hoạt động của máy quang phổ lăng kính dựa trên hiện tượng tán sắc ánh sáng. Sau khi ló ra khỏi ống chuẩn trực, chùm ánh sáng phát ra từ nguồn S mà ta cần nguyên cứu sẽ trở thành một chùm song song. Chùm này qua lăng kính sẽ bị phân tách thành nhiều chùm đơn sắc song song, lệch theo các phương khác nhau. Mỗi chùm sáng đơn sắc ấy được thấu kính L2 của buồng ảnh làm hội tụ thành một vạch trên tiêu diện của L2 và cho ta một ảnh thật của khe F, đó là một vạch màu. Các vạch màu này được chụp trên kính ảnh hoặc hiên lên tấm kính mờ. Mỗi vạch màu ứng với một bước sóng xác định, gọi là vạch quang phổ, là một thành phần ánh sáng đơn sắc do nguồn S phát ra. Tập hợp các vạch màu (hoặc dải màu) đó tạo thành quang phổ của nguồn S. 2. Các loại quang phổ Quang phổ liên tục Quang phổ vạch phát xạ Quang phổ vạch hấp thụ Là dãi sáng có màu biến đổi Hệ thống những vạch màu riêng Quang phổ liên tục thiếu một số từ đỏ đến tím, nối liền nhau biệt nằm trên một nền tối. Nói vạch màu do bị chất khí (hay hơi Định một cách liên tục. cách khác là các vạch màu riêng kim loại) hấp thụ. nghĩa lẻ, ngăn cách nhau bằng những khoảng tối.
  25. Nguồn Các chất rắn, chất lỏng và Các chất khí, hay hơi ở áp suất Chiếu ánh sáng trắng qua một và điều những chất khí ở áp suất lớn thấp bị kích thích (khi nóng sáng, chất hơi bị nung nóng (nhiệt độ kiện khi bị nung nóng. hoặc khi có dòng điện phóng chất hơi thấp hơn nhiệt độ nguồn phát qua). sáng trắng). sinh Phụ thuộc vào nhiệt độ của Quang phổ vạch phát xạ của Các vạch tối xuất hiện đúng vị trí nguồn sáng mà không phụ những nguyên tố khác nhau thì các vạch màu của quang phổ Đặc thuộc vào thành phần cấu khác nhau về số lượng vạch, về vạch phát xạ của chất hơi đó. điểm tạo của nguồn sáng. màu sắc, bước sóng (tức là về vị trí) của các vạch và về cường độ sáng của các vạch đó. Xác định nhiệt độ của vật Nhận biết sự có mặt của các Biết được thành phần của hợp Ứng phát sáng (đặc biệt các vật ở nguyên tố trong hỗn hợp hay hợp chất dụng xa) chất. 3. Tia hồng ngoại (hay bức xạ hồng ngoại) và tia tử ngoại (hay bức xạ tử ngoại) a) Các bức xạ không nhìn thấy Ngoài miền ánh sáng nhìn thấy (có bước sóng từ 0,38 µm đến 0,76 µm) còn có những loại ánh sáng (bức xạ) nào đó, không nhìn thấy được, nhưng cũng có tác dụng nhiệt giống như các bức xạ nhìn thấy. b) Tia hồng ngoại (hay bức xạ hồng ngoại) và tia tử ngoại (hay bức xạ tử ngoại) Tia hồng ngoại Tia tử ngoại Là bức xạ không nhìn thấy có bước sóng dài hơn Là bức xạ không nhìn thấy có bước sóng ngắn Định 0,76 µm đến khoảng vài milimét (lớn hơn bước hơn 0,38 µm đến cỡ 10–9 m (ngắn hơn bước sóng nghĩa sóng của ánh sáng đỏ và nhỏ hơn bước sóng vô của ánh sáng tím). tuyến điện). Bản Là sóng điện từ lan truyền với vận tốc ánh sáng. Là sóng điện từ. Không bị lệch trong điện trường chất và từ trường. Các vật bị nung nóng đều phát ra tia hồng ngoại. Những vật được nung nóng đến nhiệt độ trên Tuy nhiên để phân biệt thì nhiệt độ của vật đó 2.0000C đều phát ra tia tử ngoại. Nguồn phát phải lớn hơn nhiệt độ môi trường. thông dụng là đèn hơi thuỷ ngân, hồ quang điện Nguồn Vật ở nhiệt độ thấp chủ yếu phát tia hồng ngoại. có nhiệt độ trên 3.0000C. phát Trong bức xạ Mặt Trời có khoảng 50% năng Trong bức xạ Mặt Trời khoảng 9% năng lượng lượng thuộc về các tia hồng ngoại. Nguồn phát thuộc vùng tử ngoại. tia hồng thông dụng là lò than, lò điện, đèn điện dây tóc • Tính chất nổi bật của tia hồng ngoại là tác • Tác dụng mạnh lên phim ảnh, làm ion hoá dụng nhiệt: vật hấp thụ tia hồng ngoại sẽ nóng không khí và nhiều chất khí khác. lên. • Kích thích sự phát quang của nhiều chất (như • Tia hồng ngoại có khả năng gây ra một số kẽm sunfua, cađimi sunfua), có thể gây ra một số phản ứng hoá học, có thể tác dụng lên một số phản ứng quang hoá và phản ứng hoá học. loại phim ảnh, như loại phim để chụp ảnh ban • Bị thuỷ tinh, nước , hấp thụ mạnh. Những tia đêm tử ngoại có bước sóng từ 0,18µm đến 0,4µm • Tia hồng ngoại có thể biến điệu (điều biến) truyền qua được thạch anh. được như sóng điện từ cao tần. Tác • Có một số tác dụng sinh lí; huỷ diệt tế bào da, • Tia hồng ngoại còn có thể gây ra hiện tượng dụng và làm da rám nắng, làm hại mắt, diệt khuẩn, diệt quang điện trong ở một số chất bán dẫn. ứng nấm mốc, dụng • Tia hồng ngoại dùng để sấy khô, sưởi ấm. • Có thể gây ra hiện tượng quang điện. • Tia hồng ngoại được dùng trong các bộ điều • Tia tử ngoại thường dùng để khử trùng nước, khiển từ xa để điều khiển hoạt động của tivi, thực phẩm và dụng cụ y tế, dùng chữa bệnh (như thiết bị nghe nhìn, bệnh còi xương), để tìm vết nứt trên bề mặt kim • Người ta dùng tia hồng ngoại để chụp ảnh bề loại, mặt của Trái Đất từ vệ tinh. • Tia hồng ngoại có nhiều ứng dụng đa dạng trong lĩnh vực quân sự: tên lửa tự động tìm mục tiêu dựa vào tia hồng ngoại do mục tiêu phát ra; camera hồng ngoại để chụp ảnh, quay phim ban
  26. đêm; ống nhòm hồng ngoại để quan sát ban đêm 4. Tia X (tia Rơn-ghen) a) Tia X là bức xạ không trông thấy có bản chất là sóng điện từ có bước sóng nằm trong khoảng từ 10-11 m đến 10-8 m, tức là từ 0,01 nm đến 10 nm (nhỏ hơn bước sóng của tia tử ngoại). b) Cách tạo tia X: Mỗi khi một chùm tia catốt, tức là một chùm êlectrôn có năng lượng lớn đập vào một vật rắn thì vật đó phát ra tia X. + Để tạo tia X, người ta dùng ống Cu-lít-giơ, các êlectrôn bay ra từ - + dây nung FF’ sẽ chuyển động trong điện trường mạnh giữa anốt và F A catốt đến đập vào A và làm cho A phát ra tia X. K c) Tính chất F’ Nước làm + Tính chất nổi bật của tia X là khả năng đâm xuyên. Nó truyền dễ nguội dàng qua được các vật chắn sáng thông thường như giấy, vải, gỗ, thịt, da, Nó đi qua kim loại khó khăn hơn. Vì vậy, chì thường Tia X được dùng làm tấm chắn bảo vệ cho người sử dụng tia X. Tia X có bước sóng càng ngắn thì khả năng đâm xuyên càng lớn, ta nói nó càng cứng. + Tia X làm đen kính ảnh. Tia X làm phát quang một số chất. Tia X làm ion hóa không khí, làm bứt xạ êlectrôn ra khỏi kim loại. Tia X có tác dụng sinh lý, hủy diệt tế bào. d) Công dụng + Trong y học, tia X được dùng trong việc chiếu điện, chụp điện, chữa trị ung thư nông. + Trong công nghiệp, tia X được dùng để tìm khuyết tật bên trong các sản phẩm đúc bằng kim loại và trong tinh thể. + Ngoài ra tia X còn dùng trong việc kiểm tra hành lý của khách đi máy bay hay sử dụng trong các phòng thí nghiệm để nghiên cứu thành phần cấu trúc của các vật rắn. B. BÀI TẬP MINH HỌA Câu 1: (ĐH_2103) Trong chân không, ánh sáng có bước sóng lớn nhất trong số các ánh sáng đơn sắc: đỏ, vàng, lam, tím là A. ánh sáng tím. B. ánh sáng đỏ. C. ánh sáng vàng. D. ánh sáng lam. Câu 2: Quang phổ liên tục A. của một vật phụ thuộc vào bản chất của vật nóng sáng. B. phụ thuộc vào nhiệt độ của vật nóng sáng. C. không phụ thuộc vào nhiệt độ và bản chất của vật nóng sáng. D. phụ thuộc cả nhiệt độ và bản chất của vật nóng sáng. Câu 3: Phát biểu nào sau đây là không đúng? A. Quang phổ vạch phát xạ của các nguyên tố khác nhau thì khác nhau về số lượng vạch màu, màu sắc vạch, vị trí và độ sáng tỉ đối của các vạch quang phổ. B. Mỗi nguyên tố hoá học ở trạng thái khí hay hơi ở áp suất thấp được kích thích phát sáng có một quang phổ vạch phát xạ đặc trưng. C. Quang phổ vạch phát xạ là những dải màu biến đổi liên tục nằm trên một nền tối. D. Quang phổ vạch phát xạ là một hệ thống các vạch sáng màu nằm riêng rẽ trên một nền tối. Câu 4: Tia hồng ngoại A. là một bức xạ đơn sắc có màu hồng. B. là sóng điện từ có bước sóng nhỏ hơn 0,4µm. C. do các vật có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ môi trường xung quanh phát ra. D. bị lệch trong điện trường và từ trường. Câu 5: Bước sóng λmin của tia rơnghen (tia X) do ống rơnghen phát ra A. càng dài khi hiệu điện thế giữa hai cực trong ống càng lớn. B. càng ngắn khi nhiệt lượng Q mà đối âm cực hấp thụ càng nhiều. C. càng ngắn khi hiệu điện thế giữa hai cực trong ống càng lớn. D. phụ thuộc vào số êlectron đến đối âm cực trong một đơn vị thời gian. Câu 6: Tính chất nào sau đây không phải của tia X? A. Hủy diệt tế bào. B. Gây ra hiện tượng quang điện. C. Làm ion hóa chất khí. D. Xuyên qua các tấm chì dày cỡ cm. Câu 7: Tia hồng ngoại có A. khả năng đâm xuyên rất mạnh.
  27. B. có thể kích thích cho một số chất phát quang. C. chỉ được phát ra từ các vật bị nung nóng có nhiệt độ trên 5000C. D. mắt người không nhìn thấy được. Câu 8: Tia X A. là sóng điện từ có bước sóng nhỏ hơn bước sóng của tia tử ngoại. B. do các vật bị nung nóng ở nhiệt độ cao phát ra. C. có thể được phát ra từ các đèn điện. D. có thể xuyên qua tất cả mọi vật. Câu 9: Chiếu từ nước ra không khí một chùm tia sáng song song rất hẹp (coi như một tia sáng) gồm 5 thành phần đơn sắc: tím, lam, đỏ, lục, vàng. Tia ló đơn sắc màu lục nằm sát mặt nước (sát với mặt phân cách giữa hai môi trường). Không kể tia đơn sắc màu lục, các tia ló ra ngoài không khí là các tia đơn sắc màu A. đỏ, vàng. B. đỏ, vàng, lam. C. tím, lam, đỏ. D. lam, tím. Câu 10: Một nguồn sáng gồm có bốn bức xạ l1 = 1 µm; l2 = 0,43 µm; l3 = 0,25 µm; l4 = 0,9 µm, chiếu chùm sáng từ nguồn này vào máy quang phổ, trên màn máy quang phổ ta quan sát được A. 4 vạch tối. B. 4 vạch sáng. C. 1 vạch sáng. D. một sắc màu tổng hợp. Câu 11: Khi một chùm ánh sáng đơn sắc truyền từ môi trường có chiết suất n1 = 1,6 vào môi trường có chiết suất n2 = 4/3 thì A. tần số tăng, bước sóng giảm. B. tần số giảm, bước sóng tăng. C. tần số không đổi, bước sóng giảm. D. tần số không đổi, bước sóng tăng. Câu 12: Một lăng kính thủy tinh có góc chiết quang A = 40, đặt trong không khí. Chiết suất của lăng kính đối với ánh sáng đỏ và tím lần lượt là 1,643 và 1,685. Chiếu một chùm tia sáng song song, hẹp gồm hai bức xạ đỏ và tím vào mặt bên của lăng kính theo phương vuông góc với mặt này. Góc tạo bởi tia đỏ và tia tím sau khi ló ra khỏi mặt bên kia của lăng kính bằng A. 1,4160. B. 0,3360. C. 0,1680. D. 13,3120. Câu 13: Một thấu kính hội tụ có hai mặt lồi, bán kính cùng bằng 20 cm đặt trong không khí. Lần lượt chiếu qua thấu kính này hai bức xạ đơn sắc tím và đỏ. Biết chiết suất của chất làm thấu kính đối với tia tím là 1,69 và đối với tia đỏ là 1,60. Hiệu số độ tụ của tia tím và độ tụ của tia đỏ là A. 1,6 dp. B. 0,9 dp. C. 1,69 dp. D. 0,009 dp. Câu 14: Trong thí nghiệm Y-âng, hai khe S1S2 cách nhau 2 mm, mặt phẳng chứa hai khe cách màn 4 m, bước sóng dùng trong thí nghiệm là 0,6 µm. Khoảng vân trên màn là A. 1,2 m. B. 0,3 mm. C. 0,3 m. D. 1,2 mm. Câu 15: Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng đơn sắc, hai khe cách nhau 1,5 mm, mặt phẳng chứa hai khe cách màn 3 m, bước sóng của ánh sáng dùng trong thí nghiệm là 600 nm. Khoảng cách giữa một vân sáng và một vân tối liên tiếp là A. 0,6 mm. B. 6 mm. C. 1,2 mm. D. 0,12 mm. Câu 16: Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa của ánh sáng đơn sắc, hai khe hẹp cách nhau 1 mm, mặt phẳng chứa hai khe cách màn quan sát 1,5 m. Khoảng cách giữa 5 vân sáng liên tiếp là 3,6 mm. Bước sóng của ánh sáng dùng trong thí nghiệm này bằng A. 0,48 µm. B. 0,40 µm. C. 0,60 µm. D. 0,76 µm. Câu 17: Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, hai khe cách nhau 2 mm, mặt phẳng chứa hai khe cách màn 4 m, bước sóng của ánh sáng dùng trong thí nghiệm là 0,6 µm. Vị trí vân tối thứ 6 kể từ vân trung tâm trên màn là A. x = ± 1,65 mm. B. x = ± 6,6 mm. C. x = ± 66 mm. D. x = ± 7,8 mm. Câu 18: Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, hai khe cách nhau 0,5 mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến màn 1,5 m. Hai khe được chiếu bằng bức xạ có bước sóng 0,6 µm. Tại điểm M trên màn cách vân sáng trung tâm một đoạn 5,4 mm có vân sáng bậc A. 3. B. 6. C. 2. D. 4. Câu 19: Trong thí nghiệm Y-âng, quan sát vân giao thoa trên màn người ta thấy khoảng cách từ vân sáng bậc 5 đến vân sáng trung tâm là 4,5 mm. Điểm trên màn cách vân trung tâm 3,15 mm có vân tối thứ A. 4. B. 3. C. 2. D. 5. Câu 20: Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, khoảng cách giữa hai vân sáng liên tiếp trên màn 1,5 mm. Vân sáng bậc 2 và vân tối thứ 5 ở cùng một phía so với vân trung tâm cách nhau A. 3,75 mm. B. 3,5 mm. C. 4 mm. D. 4,25 mm. Câu 21: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng với khe Y-âng. Nguồn sáng S phát đồng thời hai bức xạ λ1 = 0,460 µm và λ2. Vân sáng bậc 4 của λ1 trùng với vân sáng bậc 3 của λ2. Tính λ2? A. 0,512 µm. B. 0,586 µm. C. 0,613 µm. D. 0,620 µm.
  28. Câu 22: Trong một thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, hai khe hẹp cách nhau 2 mm, mặt phẳng chứa hai khe cách màn quan sát 1 m. Sử dụng ánh sáng đơn sắc có bước sóng l, khoảng vân đo được là 0,2 mm. Thay bức xạ trên bằng bức xạ có bước sóng l’ > l thì tại vị trí của vân sáng bậc 3 của bức xạ l ta thấy có một vân sáng của bức xạ l’. Bức xạ l’ có giá trị nào dưới đây? A. 0,48 µm. B. 0,58 µm. C. 0,5 µm. D. 0,6 µm. Câu 23: Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, hai khe được chiếu bằng ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,6 µm. Khoảng cách giữa hai khe 1 mm, khoảng cách từ màn tới mặt phẳng chứa hai khe 2,5 m, bề rộng giao thoa 1,25 cm. Tổng số vân sáng và vân tối có trong miền giao thoa là A. 19 vân. B. 17 vân. C. 15 vân. D. 21 vân. Câu 24: Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa, trên một đoạn nào đó trên màn người ta đếm được 12 vân sáng khi dùng ánh sáng có bước sóng 600 nm. Nếu dùng ánh sáng có bước sóng 400 nm thì số vân quan sát được trên đoạn đó là A. 17. B. 18. C. 24. D. 30. Câu 25: Thực hiện giao thoa ánh sáng bằng khe Y-âng với ánh sáng đơn sắc có bước sóng là λ. Người ta đo khoảng cách giữa vân sáng và vân tối nằm cạnh nhau là 1 mm. Trong khoảng giữa hai điểm M và N trên màn và ở hai bên so với vân trung tâm, cách vân này lần lượt là 6 mm, 7 mm có bao nhiêu vân sáng? A. 5. B. 9. C. 6. D. 7. Câu 26: Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, nguồn sáng phát ra ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ1. Trên màn quan sát, trên đoạn thẳng MN dài 20 mm (MN vuông góc với hệ vân giao thoa) có 10 vân tối, M và N là vị trí của hai vân sáng. Thay ánh sáng trên bằng ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ2 = 5λ1/3 thì tại M là vị trí của một vân giao thoa. Số vân sáng trên đoạn MN lúc này là A. 7. B. 5. C. 8. D. 6. Câu 27: Thực hiện giao thoa ánh sáng với khe Y-âng cách nhau 1,2 mm có khoảng vân là 1 mm. Di chuyển màn ảnh ra xa hai khe thêm 50 cm, thì khoảng vân là 1,25 mm. Bước sóng của ánh sáng dùng trong thí nghiệm là A. 0,50 µm. B. 0,60 µm. C. 0,54 µm. D. 0,66 µm. Câu 28: Trong thí nghiệm Y-âng, ánh sáng được dùng là ánh sáng đơn sắc có λ = 0,52 µm. Khi thay ánh sáng trên bằng ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ’ thì khoảng vân tăng lên 1,2 lần. Bước sóng λ’ bằng A. 0,624 µm. B. 4 µm. C. 6,2 µm. D. 0,4 µm. Câu 29: Trong thí nghiệm Y-âng, khi màn cách mặt phẳng chứa hai khe một đoạn D1 thì trên màn thu được một hệ vân giao thoa. Dời màn đến vị trí cách mặt phẳng chứa hai khe đoạn D2 người ta thấy hệ vân trên màn có vân tối thứ 1 (tính từ vân trung tâm) trùng với vân sáng bậc 1 của hệ vân lúc đầu. Tỉ số D2/D1 bằng bao nhiêu? A. 1,5. B. 2,5. C. 2. D. 3. Câu 30: Thí nghiệm giao thoa Y-âng với ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ, khoảng cách giữa hai khe 0,5 mm. Ban đầu, tại M cách vân trung tâm 1 mm người ta quan sát được vân sáng bậc 2. Giữ cố định màn chứa hai khe, di chuyển từ từ màn quan sát ra xa và dọc theo đường thẳng vuông góc với mặt phẳng chứa hai khe một đoạn 50/3 cm thì thấy tại M chuyển thành vân tối thứ 2. Bước sóng λ có giá trị là A. 0,60 µm. B. 0,50 µm. C. 0,40 µm. D. 0,64 µm. Câu 31: Thực hiện thí nghiệm Y-âng về giao thoa với ánh sáng đơn sắc có bước sóng l. Khoảng cách giữa hai khe hẹp là 1 mm. Trên màn quan sát, tại điểm M cách vân trung tâm 4,2 mm có vân sáng bậc 5. Giữ cố định các điều kiện khác, di chuyển dần màn quan sát dọc theo đường thẳng vuông góc với mặt phẳng chứa hai khe ra xa cho đến khi vân giao thoa tại M chuyển thành vân tối lần thứ hai thì khoảng dịch màn là 0,6 m. Bước sóng l bằng A. 0,6 µm. B. 0,5 µm. C. 0,4 µm. D. 0,7 µm. Câu 32: Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, khoảng cách giữa hai khe 1 mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến màn 2 m. Chiếu đồng thời hai bức xạ đơn sắc có l1 = 0,5 µm; l2 = 0,6 µm vào hai khe, thì thấy trên màn có những vị trí tại đó vân sáng của hai bức xạ trùng nhau, gọi là vân trùng. Khoảng cách nhỏ nhất giữa hai vân trùng nhau là A. 4 mm. B. 5 mm. C. 6 mm. D. 7,2 mm. Câu 33: Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, khoảng cách giữa hai khe 0,5 mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến màn 2 m. Nguồn sáng dùng trong thí nghiệm gồm hai bức xạ có bước sóng l1 = 450 nm và l2 = 600 nm. Trên màn quan sát, gọi M, N là hai điểm ở cùng một phía so với vân trung tâm và cách vân trung tâm lần lượt là 5,5 mm và 22 mm. Trên đoạn MN, số vị trí vân sáng trùng nhau của hai bức xạ là A. 4. B. 2. C. 5. D. 3. Câu 34: Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, nguồn sáng phát đồng thời hai ánh sáng đơn sắc; ánh sáng đỏ có bước sóng 686 nm, ánh sáng lam có bước sóng l, với 450 nm < l < 510 nm. Trên màn, trong khoảng
  29. hai vân sáng gần nhau nhất và cùng màu với vân sáng trung tâm có 6 vân ánh sáng màu lam. Trong khoảng này bao nhiêu vân sáng màu đỏ? A. 4. B. 7. C. 5. D. 6. Câu 35: Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng nguồn phát đồng thời hai bức xạ đơn sắc λ1 = 0,64 µm (đỏ), λ2 = 0,48 µm (lam). Trên màn hứng vân giao thoa, trong đoạn giữa 3 vân sáng liên tiếp cùng màu với vân trung tâm có số vân đỏ và vân lam là A. 9 vân đỏ, 7 vân lam. B. 7 vân đỏ, 9 vân lam. C. 4 vân đỏ, 6 vân lam. D. 6 vân đỏ, 4 vân lam. Câu 36: Chiếu đồng thời ba bức xạ đơn sắc có bước sóng 0,4 µm, 0,48 µm và 0,6 µm vào hai khe của thí nghiệm Y-âng. Biết a = 1,2 mm, D = 3 m. Khoảng cách ngắn nhất giữa hai vị trí có màu cùng màu với vân sáng trung tâm là A. 12 mm. B.18 mm. C. 24 mm. D. 6 mm. Câu 37: Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, khe hẹp S phát ra đồng thời ba bức xạ đơn sắc có bước sóng là l1 = 0,42 µm, l2 = 0,56 µm và l3 = 0,63 µm. Trên màn, trong khoảng giữa hai vân sáng liên tiếp có màu giống màu vân trung tâm, nếu hai vân sáng của hai bức xạ trùng nhau ta chỉ tính là một vân sáng thì số vân sáng quan sát được là A. 21. B. 23. C. 26. D. 27. Câu 38: Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, nguồn sáng phát đồng thời hai bức xạ đơn sắc, trong đó bức xạ màu đỏ có bước sóng λđ = 720 nm và bức xạ màu lục có bước sóng λl (có giá trị trong khoảng từ 500 nm đến 575 nm). Trên màn quan sát, giữa hai vân sáng gần nhau nhất và cùng màu với vân sáng trung tâm có 8 vân sáng màu lục. Giá trị của λl là A. 500 nm. B. 520 nm. C. 540 nm. D. 560 nm. Câu 39: Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, hai khe được chiếu bằng ánh sáng trắng có bước sóng từ 0,38 µm đến 0,76 µm. Tại vị trí vân sáng bậc 4 của ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,76 µm còn có bao nhiêu vân sáng của các ánh sáng đơn sắc khác? A. 3. B. 8. C. 7. D. 4. Câu 40: Trong một thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, khoảng cách giữa hai khe là 0,5 mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến màn quan sát là 2 m. Nguồn sáng phát ánh sáng trắng có bước sóng trong khoảng từ 380 nm đến 760 nm. M là một điểm trên màn, cách vân sáng trung tâm 2 cm. Trong các bước sóng của các bức xạ cho vân sáng tại M, bước sóng dài nhất là A. 417 nm. B. 570 nm. C. 714 nm. D. 760 nm.
  30. CHƯƠNG VI: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT I. Hiện tượng quang điện (ngoài) - Thuyết lượng tử ánh sáng a. Hiện tượng quang điện Hiện tượng ánh sáng làm bật các electron ra khỏi mặt kim loại gọi là hiện tượng quang điện ngoài (gọi tắt là hiện tượng quang điện). b. Định luật quang điện Đối với mỗi kim loại ánh sáng kích thích phải có bước sóng l ngắn hơn hay bằng giới hạn quang điện l0 của kim loại đó, mới gây ra được hiện tượng quang điện: l £ l0. c. Thuyết lượng tử ánh sáng + Chùm ánh sáng là chùm các phôtôn (các lượng tử ánh sáng). Mỗi phôtôn có năng lượng xác định (năng lượng h.c e = h. f = của 1 phô tôn e = hf (J). Nếu trong chân không thì l f là tần số của sóng ánh sáng đơn sắc tương ứng. h = 6,625.10-34 J.s : hằng số Plank; c = 3.108 m/s: vận tốc ánh sáng trong chân không. + Cường độ chùm sáng tỉ lệ với số phôtôn phát ra trong 1 giây. + Phân tử, nguyên tử, electron phát xạ hay hấp thụ ánh sáng, nghĩa là chúng phát xạ hay hấp thụ phôtôn. + Các phôtôn bay dọc theo tia sáng với tốc độ c = 3.108 m/s trong chân không. + Năng lượng của mỗi phôtôn rất nhỏ. Một chùm sáng dù yếu cũng chứa rất nhiều phôtôn do rất nhiều nguyên tử, phân tử phát ra. Vì vậy ta nhìn thấy chùm sáng liên tục. + Phôtôn chỉ tồn tại trong trạng thái chuyển động. Không có phôtôn đứng yên. d. Giải thích các định luật quang điện hc - với l0 là giới hạn quang điện của kim loại: l0 = A h.c A = l - Công thoát của e ra khỏi kim loại: 0 c f = 0 l - Tần số sóng ánh sáng giới hạn quang điện : 0 + Bảng giá trị giới hạn quang điện
  31. Chất kim loại lo(µm) Chất kim loại lo(µm) Chất bán dẫn lo(µm) Bạc 0,26 Natri 0,50 Ge 1,88 Đồng 0,30 Kali 0,55 Si 1,11 Kẽm 0,35 Xesi 0,66 PbS 4,14 Nhôm 0,36 Canxi 0,75 CdS 0,90 e. Lưỡng tính sóng - hạt của ánh sáng + Ánh sáng vừa có tính chất sóng, vừa có tính chất hạt. Ta nói ánh sáng có lưỡng tính sóng - hạt. + Trong mỗi hiện tượng quang học, ánh sáng thường thể hiện rỏ một trong hai tính chất trên. Khi tính chất sóng thể hiện rỏ thì tính chất hạt lại mờ nhạt, và ngược lại. + Sóng điện từ có bước sóng càng ngắn, phôtôn có năng lượng càng lớn thì tính chất hạt thể hiện càng rõ, như ở hiện tượng quang điện, ở khả năng đâm xuyên, khả năng phát quang ,còn tính chất sóng càng mờ nhạt. + Trái lại sóng điện từ có bước sóng càng dài, phôtôn ứng với nó có năng lượng càng nhỏ, thì tính chất sóng lại thể hiện rỏ hơn như ở hiện tượng giao thoa, nhiễu xạ, tán sắc, , còn tính chất hạt thì mờ nhạt. II. Hiện tượng quang điện trong a. Chất quang dẫn: Chất quang dẫn là những chất bán dẫn, dẫn điện kém khi không bị chiếu sáng và dẫn điện tốt khi bị chiếu ánh sáng thích hợp. b. Hiện tượng quang điện trong:Hiện tượng ánh sáng giải phóng các electron liên kết để chúng trở thành các electron dẫn đồng thời tạo ra các lỗ trống cùng tham gia vào quá trình dẫn điện, gọi là hiện tượng quang điện trong. c. 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 thích hợp. d. 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 trong của một số chất bán dẫn ( đồng ôxit, sêlen, silic, ). Suất điện động của pin thường có giá trị từ 0,5 V đến 0,8 V Pin quang điện (pin mặt trời) đã trở thành nguồn cung cấp điện cho các vùng sâu vùng xa, trên các vệ tinh nhân tạo, con tàu vũ trụ, trong các máy đo ánh sáng, máy tính bỏ túi. III. So sánh hiện tượng quang điện ngoài và quang điện trong So sánh Hiện tượng quang điện ngoài Hiện tượng quang dẫn Vật liệu Kim loại Chất bán dẫn Bước sóng as kích Nhỏ, năng lượng lớn (như tia tử Vừa, năng lượng trung bình (as nhìn thấy ) thích ngoại) Do ưu điểm chỉ cần ánh sáng kích thích có năng lượng nhỏ (bước sóng dài như as nhìn thấy) nên hiện tượng quang điện trong được ứng dụng trong quang điện trở (điện trở thay đổi khi chiếu ánh sáng kích thích, dùng trong các mạch điều khiển tự động) và pin quang điện (biến trực tiếp quang năng thành điện năng) IV. Hiện tượng quang–Phát quang
  32. 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. b. Huỳnh quang và lân quang- So sánh hiện tượng huỳnh quang và lân quang So sánh Hiện tượng huỳnh quang Hiện tượng lân quang Vật liệu phát quang Chất khí hoặc chất lỏng Chất rắn Rất ngắn, tắt rất nhanh sau khi tắt as Kéo dài một khoảng thời gian sau khi tắt as Thời gian phát quang kích thích kích thích (vài phần ngàn giây đến vài giờ, tùy chất) Ánh sáng huỳnh quang luôn có Biển báo giao thông, bước sóng dài hơn ánh sáng kích Đặc điểm - Ứng dụng thích (năng lượng bé hơn - tần số nhỏ hơn). Dùng trong đèn ống c. Định luật Xtốc về sự phát quang (Đặc điểm của ánh sáng huỳnh quang) Ánh sáng phát quang có bước sóng lhq dài hơn bước sóng của ánh sáng kích thích lkt: hf hq lhq > lkt. d. 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. V. Mẫu nguyên tử Bo a. Mẫu nguyên tử của Bo + Tiên đề về trạng thái dừng - Nguyên tử chỉ tồn tại trong một số trạng thái có năng lượng xác định En, gọi là các trạng thái dừng. Khi ở trạng thái dừng, nguyên tử không bức xạ. - 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. 2 - Công thức tính quỹ đạo dừng của electron trong nguyên tử hyđrô: rn = n r0, với n là số nguyên và r0 = 5,3.10-11 m, gọi là bán kính Bo (lúc e ở quỹ đạo K) Trạng thái dừng n 1 2 3 4 5 6 Tên quỹ đạo dừng K L M N O P 2 Bán kính: rn = n r0 r0 4r0 9r0 16r0 25r0 36r0 13,6 13,6 13,6 13,6 13,6 13,6 13,6 EeVn =- 2 () - 2 - 2 - 2 - 2 - 2 - 2 Năng lượng e Hidro: n 1 2 3 4 5 6
  33. 13,6 EeVn =- 2 () Năng lượng electron trong nguyên tử hiđrô: n Với n Î N . - Bình thường, nguyên tử ở trạng thái dừng có năng lượng thấp nhất gọi là trạng thái cơ bản. Khi hấp thụ năng lượng thì nguyên tử chuyển lên trạng thái dừng có năng lượng cao hơn, gọi là trạng thái kích thích. Thời gian nguyên tử ở trạng thái kích thích rất ngắn (cỡ 10-8 s). Sau đó nguyên tử chuyển về trạng thái dừng có năng lượng thấp hơn và cuối cùng về trạng thái cơ bản. + 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 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 En với sự nhảy của electron từ quỹ đạo dừng có bán kính r sang quỹ đạo m hấp thụ b ứ c x ạ dừng có bán kính rn và ngược lại. hfmn hfnm b. Quang phổ phát xạ và hấp thụ của nguyên tử hidrô Em - Nguyên tử hiđrô có các trạng thái dừng khác nhau EK, EL, EM, . Khi đó electron chuyển động trên các quỹ đạo dừng K, L, M, - Khi electron chuyển từ mức năng lượng cao (Ecao) xuống mức năng lượng thấp hơn (Ethấp) thì nó phát ra một phôtôn có năng lượng xác định: hf = Ecao – Ethấp - Mỗi phôtôn có tần số f ứng với một sóng ánh sáng đơn sắc có bước sóng l = c/f, tức là một vạch quang phổ có một màu (hay một vị trí) nhất định. Điều đó lí giải quang phổ phát xạ của hiđrô là quang phổ vạch. - Ngược lại nếu một nguyên tử hiđrô đang ở một mức năng lượng Ethấp nào đó mà nằm trong một chùm ánh sáng trắng, trong đó có tất cả các phôtôn có năng lượng từ lớn đến nhỏ khác nhau, thì lập tức nguyên tử đó sẽ hấp thụ một phôtôn có năng lượng phù hợp e = Ecao – Ethấp để chuyển lên mức năng lượng Ecao. Như vậy, một sóng ánh sáng đơn sắc đã bị hấp thụ, làm cho trên quang phổ liên tục xuất hiện một vạch tối. Do đó quang phổ hấp thụ của nguyên tử hiđrô cũng là quang phổ vạch. VI. 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. a Đặc điểm của laze + Laze có tính đơn sắc rất cao. + Tia laze là chùm sáng kết hợp (các phôtôn trong chùm có cùng tần số và cùng pha). + Tia laze là chùm sáng song song (có tính định hướng cao). + Tia laze có cường độ lớn. Ví dụ: laze rubi (hồng ngọc) có cường độ tới 106 W/cm2. b. Một số ứng dụng của laze
  34. + Tia laze được dùng như dao mổ trong phẩu thuật mắt, để chữa một số bệnh ngoài da (nhờ tác dụng nhiệt), . + Tia laze dùng truyền thông thông tin bằng cáp quang, vô tuyến định vị, điều khiển con tàu vũ trụ, + Tia laze dùng trong các đầu đọc đĩa CD, bút chỉ bảng, bản đồ, thí nghiệm quang học ở trường phổ thông, + Tia laze được dùng trong đo đạc , ngắm đưởng thẳng + Ngoài ra tia laze còn được dùng để khoan, cắt, tôi, chính xác các vật liệu trong công nghiệp. B. BÀI TẬP MINH HỌA Câu 1: Phát biểu nào dưới đây về lưỡng tính sóng hạt là sai? A. Hiện tượng giao thoa ánh sáng thể hiện tính chất sóng. B. Hiện tượng quang điện ánh sáng thể hiện tính chất hạt. C. Sóng điện từ có bước sóng càng ngắn càng thể hiện rõ tính chất sóng. D. Các sóng điện từ có bước sóng càng dài thì tính chất sóng càng thể hiện rõ hơn tính chất hạt. Câu 2: Giới hạn quang điện của mỗi kim loại là A. Bước sóng dài nhất của bức xạ chiếu vào kim loại đó để gây ra được hiện tượng quang điện. B. Bước sóng ngắn nhất của bức xạ chiếu vào kim loại đó để gây ra được hiện tượng quang điện. C. Công nhỏ nhất dùng để bứt electron ra khỏi kim loại đó. D. Công lớn nhất dùng để bứt electron ra khỏi kim loại đó. Câu 3: Phát biểu nào sau đây là không đúng theo thuyết lượng tử ánh sáng? A. Chùm ánh sáng là một chùm hạt, mỗi hạt được gọi là một photon mang năng lượng. B. Cường độ chùm ánh sáng tỉ lệ thuận với số photon trong chùm. C. Khi ánh sáng truyền đi năng lượng các photon không đổi, không phụ thuộc vào khoảng cách đến nguồn sáng. D. Các photon có năng lượng bằng nhau vì chúng lan truyền với tốc độ bằng nhau. Câu 4: Nếu chiếu một chùm tia hồng ngoại vào tấm kẽm tích điện âm, thì A. tấm kẽm mất dần điện tích dương. B. tấm kẽm mất dần điện tích âm. C. tấm kẽm trở nên trung hoà về điện. D. điện tích âm của tấm kẽm không đổi. Câu 5: Kim loại Kali (K) có giới hạn quang điện là 0,55 µm. Hiện tượng quang điện không xảy ra khi chiếu vào kim loại đó bức xạ nằm trong vùng A. ánh sáng màu tím. B. ánh sáng màu lam. C. hồng ngoại. D. tử ngoại. Câu 6: Chiếu đồng thời hai bức xạ có bước sóng l1 = 0,75 µm và l2 = 0,25 µm vào một tấm kẽm có giới hạn quang điện l0 = 0,35 µm. Bức xạ nào gây ra hiện tượng quang điện? A. Không có bức xạ nào trong hai bức xạ trên. B. Chỉ có bức xạ l2.