Tóm tắt lý thuyết môn Vật lí Lớp 12 - Trường THPT Cẩm Lệ

38 trang Đăng Bình 09/12/2023 1270

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Tóm tắt lý thuyết môn Vật lí Lớp 12 - Trường THPT Cẩm Lệ", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

tom_tat_ly_thuyet_mon_vat_li_lop_12_truong_thpt_cam_le.pdf

Nội dung text: Tóm tắt lý thuyết môn Vật lí Lớp 12 - Trường THPT Cẩm Lệ

VẬT LÍ – CÔNG NGHỆ  TÓM TẮT LÝ THUYẾT VẬT LÍ 12 h.c  h. f  Tài liệu này của: Lớp 12/ . Lưu hành nội bộ
Tóm tắt lý thuyết Vật lí 12 CHƢƠNG I: DAO ĐỘNG CƠ HỌC Bài 1. DAO ĐỘNG ĐIỀU HÕA I. Dao động cơ 1. Dao động cơ Là chuyển động có giới hạn trong không gian, lặp đi lặp lại nhiều lần quanh vị trí cân bằng. 2. Dao động tuần hoàn Là dao động mà trạng thái chuyển động của vật đƣợc lặp lại nhƣ cũ sau những khoảng thời gian bằng nhau. II. Phƣơng trình của dao động điều hoà 1. Định nghĩa Dao động điều hoà là dao động trong đó li độ của vật là một hàm côsin (hay sin) của thời gian 2. Phƣơng trình dao động điều hoà x = A.cos( .t + ) - x là li độ của dao động - A là biên độ dao động luôn dƣơng (độ lệch cực đại của dao động) - ( .t + ) là pha dao động tại thời điểm t , đơn vị rad - là pha ban đầu, đơn vị rad - Chu kỳ T : là thời gian vật thực hiện một dao động toàn phần, đơn vị là s III. Chu kỳ. Tần số. Tần số góc của dao động điều hoà 1. Chu kỳ và tần số a. Chu kỳ T Chu kỳ T là khoảng thời gian để vật thực hiện một dao động toàn phần Đơn vị của chu kỳ là giây (s) b. Tần số f Tần số f là số dao động toàn phần thực hiện trong 1 s, đơn vị tần số là Héc Hz. 1 f T 2. Tần số góc của dao động điều hoà 2  2 f T Đơn vị của tần số góc là rad/s IV. Vận tốc và gia tốc trong dao động điều hòa 1. Vận tốc Vận tốc là đạo hàm của ly độ theo thời gian v x' A  sin(  t ) Vận tốc là đại lƣợng biến thiên điều hoà - Ở vị trí biên x = A thì vận tốc bằng không - Ở vị trí cân bằng x = 0 thì vận tốc có độ lớn cực đại: vAmax  2. Gia tốc Gia tốc là đạo hàm của vận tốc theo thời gian - 2 -
Tóm tắt lý thuyết Vật lí 12 a v'2 A  cos(  t ) = -2.x - Ở vị trí cân bằng x = 0 thì a = 0 và hợp lực F = 0 2 - Ở vị trí biên, x = A thì thì aAmax  . - Gia tốc luôn ngƣợc dấu với li độ (hay vectơ gia tốc luôn hƣớng về vị trí cân bằng) - Dao động điều hòa là dao động hình sin. Gia tốc a sớm pha /2 hơn vận tốc, vận tốc v sớm pha /2 hơn li độ x Bài 2. CON LẮC LÕ XO I. Con lắc lò xo 1. Cấu tạo Gồm một vật (quả cầu) nhỏ khối lƣợng m N gắn vào một đầu lò xo có độ cứng k và / khối lƣợng lò xo không đáng kể, đầu kia x O x N của lò xo đƣợc giữ cố định. Vật m có thể F trƣợt không ma sát trên mặt phẳng nằm N P ngang. F P 2. Vị trí cân bằng của vật Là vị trí khi lò xo không biến dạng. Tại vị trí cân bằng thì trọng lực P cân bằng với phản lực N Các vị trí khác có lực đàn hồi F ngƣợc hƣớng với hƣớng biến dạng của lò xo. II. Khảo sát dao động của con lắc lò xo về mặt động lực học Dao động của con lắc lò xo là dao động điều hoà với phương trình: x = A.cos( .t + ) Tần số góc, chu kỳ, tần số của con lắc lò xo k m  ; T 2 , √ . m k II. Khảo sát dao động của lò xo về mặt năng lƣợng 1. Động năng của con lắc lò xo 1 2 2 2 2 Wđ = .m. v = m. .A .sin (t + ) 2 2. Thế năng của con lắc lò xo 2 2 2 Wt = k.x = k.A .cos (t + ) Vật dao động điều hòa với tần số f thì động năng và thế năng biến đổi với tần số 2f, chu kì T/2. 3. Cơ năng của con lắc lò xo. Sự bảo toàn cơ năng 2 2 2 W = Wt + Wđ = m. .A = kA = const - Cơ năng của con lắc tỉ lệ với bình phƣơng biên độ dao động . - Cơ năng của con lắc đƣợc bảo toàn nếu bỏ qua ma sát - 3 -
Tóm tắt lý thuyết Vật lí 12 Bài 3. CON LẮC ĐƠN I. Thế nào là con lắc đơn 1. Cấu tạo Con lắc đơn gồm một sợi dây không dãn, có khối lƣợng không đáng kể, treo 1 vật nặng có kích thƣớc rất nhỏ so với chiều dài dây treo. 2. Vị trí cân bằng của con lắc Là vị trí mà dây treo có phƣơng thẳng đứng II. Khảo sát dao động của con lắc đơn về mặt động lực học - Phƣơng trình dao động của con lắc đơn là: s = So cos(t + ) hoặc : 0 cos(t ) Với Sl00 . là biên độ dao động. - Tần số góc và chu kì: g l  ; T 2 l g - Điều kiện để con lắc đơn dao động điều hoà là 100 ( 1 rad) III. Khảo sát dao động của con lắc về mặt năng lƣợng 1 2 1. Động năng của con lắc đơn: Là động năng của vật : Wđ = .m. v 2 2. Thế năng của con lắc đơn: Là thế năng trọng trƣờng của vật. Nếu chọn mốc tính thế năng tại vị trí cân bằng. Wt = mgl 1 cos , trong đó là li độ góc 3. Cơ năng của con lắc 1 W W W mv2 mgl(1 cos ) = const dt2 IV. Ứng dụng: dùng để xác định gia tốc rơi tự do Bài 4. DAO ĐỘNG TẮT DẦN. DAO ĐỘNG CƢỠNG BỨC I. Dao động tắt dần 1. Thế nào là dao động tắt dần Dao động tắt dần là dao động có biên độ giảm dần theo thời gian Dao động tắt dần là dao động có năng lƣợng giảm dần theo thời gian - 4 -
Tóm tắt lý thuyết Vật lí 12 2. Giải thích Nguyên nhân làm dao động tắt dần là do lực cản của môi trƣờng. 3. Ứng dụng Các thiết bị đóng cửa tự động hay giảm sóc ô tô Khi một ngƣời đẩy loại cửa khép tự động để đo vào, cánh cửa dao động nhƣ là một con lắc. Nhờ thết bị sinh ra lực làm dao động tắt dần mà cánh cửa tự khép lại. Khi ô tô đi qua chỗ mấp mô, nó nảy lên và dao động giống nhƣ một con lắc lò xo làm hành khách khó chịu, nhờ có thiết bị giảm sóc mà dao động của khung xe chóng tắt. II. Dao động duy trì Dao động đƣợc duy trì bằng cách giữ cho biên độ không đổi mà không làm thay đổi chu kì dao động riêng gọi là dao động duy trì. Dao động của con lắc đồng hồ là dao động duy trì. Với loại đồng hồ cũ dùng dây cót, khi lên dây cót ta tích luỹ vào dây cót một thế năng nhất định. Dây cót cung cấp năng lƣợng cho con lắc thông qua một cơ cấu trung gian. Cơ cấu này cho phép chính con lắc điều khiển sự cung cấp năng lƣợng theo chu kỳ riêng của nó. III. Dao động cƣỡng bức 1. Định nghĩa Dao động của một hệ dƣới tác dụng của một ngoại lực cƣỡng bức tuần hoàn gọi là dao động cƣỡng bức. 2. Đặc điểm - Dao động cƣỡng bức có biên độ không đổi và tần số bằng tần số của lực cƣỡng bức - Biên độ của dao động cƣỡng bức không chỉ phụ thuộc voà biên độ của lực cƣỡng bức mà còn phụ thuộc cả vào độ chênh lệch giữa tần số của lực cƣỡng bức và tần số rieeneg của hệ dao động IV. Sự cộng hƣởng 1. Định nghĩa Hiện tƣợng biên độ cuả dao động cƣỡng bức tăng nhanh đến 1 giá trị cực đại khi tần số f của lực cƣỡng bức bằng tần số riêng f0 của hệ dao động đƣợc gọi sự cộng hƣởng. Điều kiện có cộng hƣởng : ff 0 . 2. Giải thích Khi thì hệ đƣợc cung cấp năng lƣợng một cách nhịp nhàng đúng lúc, do đó diên độ dao động của hệ tăng dần lên. Biên độ dao động đạt đến giá trị không đổi và cực đại khi tốc độ tiêu hao năng lƣợng do ma sát bằng năng lƣợng cung cấp cho hệ. 3. Tầm quan trọng của hiện tượng cộng hưởng Có hại: Do có cộng hƣởng những hệ dao động nhƣ toà nhà, cầu, bệ máy, khung xe có thể bị dao động quá mạnh gây đỗ hoặc gẫy Có lợi: Chế tạo hộp cộng hƣởng (hộp đàn của các đàn ghita, violon ) - 5 -
Tóm tắt lý thuyết Vật lí 12 Bài 5. TỔNG HỢP HAI DAO ĐỘNG ĐIỀU HOÀ CÙNG PHƢƠNG, CÙNG TẦN SỐ. PHƢƠNG PHÁP GIẢN ĐỒ FRE-NEN I. Véc tơ quay Biểu diễn phƣơng trình dao động điều hoà bằng một vectơ quay thì vectơ quay ⃗ ⃗⃗⃗ ⃗⃗ có: M + - Gốc: Tại gốc toạ độ của trục Ox - Độ dài: Bằng biên độ dao động OM =A - Hợp với trục Ox một góc bằng pha ban đầu (chọn chiều dƣơng là chiều dƣơng của 0 đƣờng tròn lƣợng giác). II. Phƣơng pháp giản đồ Fre-nen 1. Phương pháp giản đồ Fre-nen Lần lƣợt vẽ hai vectơ quay biểu diễn hai phƣơng trình dao động thành phần. Sau đó vẽ vectơ tổng của hai vectơ trên. Vectơ tổng là vectơ quay biểu diễn phƣơng trình của dao động tổng hợp. 2. Sự tổng hợp dao động Tổng hợp 2 dđđh cùng phƣơng, cùng tần số là 1 dđđh cùng phƣơng, cùng tần số với 2 dđ thành phần và có biểu thức : x = x1 + x2 = A.cos(t + ). Biên độ và pha ban đầu đƣợc tính bằng các công thức sau 2 2 A A1 A2 2A1A2 cos tg = A1 sin 1 A2 sin 2 A1 cos 1 A2 cos 2 3. Ảnh hưởng của độ lệch pha Xét 2 dao động điều hòa có phƣơng trình dao động là : x1 =A1 .cos(t + 1) và x2 =A2 .cos(t + 2). Độ lệch pha giữa hai dao động: = 2 - 1 + Nếu = 2 - 1 = 2n . (n = 1, 2, ): hai dao động cùng pha: Biên độ tổng hợp đạt cực đại A = A1 + A2 + Nếu = 2 - 1 = (2k + 1) : hai dao động ngƣợc pha. Biên độ tổng hợp cực tiểu A = A1 – A2 Biên độ tổng hợp A luôn thỏa mãn điều kiện A1 – A2 A (A1 – A2) - 6 -
Tóm tắt lý thuyết Vật lí 12 CHƢƠNG II . SÓNG CƠ VÀ SÓNG ÂM Bài 7. SÓNG CƠ VÀ SỰ TRUYỀN SÓNG CƠ I. Sóng cơ 1. Định nghĩa Sóng cơ là những dao động lan truyền trong một môi trƣờng. 2. Sóng ngang Là sóng trong đó các phan tử của môi trƣờng dao động theo phƣơng vuông góc với phƣơng truyền sóng. Trừ trƣờng hợp sóng mặt nƣớc, còn sóng ngang chỉ truyền đƣợc trong chất rắn. 3. Sóng dọc Là sóng trong đó các phân tử của môi trƣờng dao động theo phƣơng trùng với phƣơng truyền sóng. Sóng dọc truyền đƣợc trong chất rắn, chất lỏng và khí II. Các đặc trƣng của một sóng hình sin 1. Biên độ sóng Biên độ A của sóng là biên độ dao động của một phàn tử của môi trƣờng có sóng truyền qua. 2. Chu kỳ (hoặc tần số) của sóng Chu kỳ T của sóng là chu kỳ dao động của một phần tử môi trƣờng có sóng truyền qua. 1 Đại lƣợng f gọi là tần số sóng. T 3. Tốc độ truyền sóng Tốc độ truyền sóng v là tốc độ lan truyền dao động trong môi trƣờng. Đối với mỗi môi trƣờng, tốc độ truyền sóng v có một giá trị không đổi. Tốc độ truyền sóng âm: v rắn > v lỏng > v khí. 4. Bước sóng Bƣớc song  là quãng đƣờng mà sóng truyền đi trong 1 chu kỳ v  v.T f Những điểm cách nhau một số nguyên bƣớc sóng trên phƣơng truyền thì dao động cùng pha với nhau. Khoảng cách d = k thì = 2 - 1 = k2 . (k = 1, 2, ): cùng pha Hai điểm gần nhất trên một phƣơng truyền dao động cùng pha cách nhau một bƣớc sóng: dmin = . Những điểm cách nhau một số lẻ nửa bƣớc sóng trên phƣơng truyền thì dao động ngƣợc pha với nhau. Khoảng cách d = (2k + 1)/2 thì = 2 - 1 = (2k + 1) : ngƣợc pha - 7 -
Tóm tắt lý thuyết Vật lí 12 Hai điểm gần nhất trên một phƣơng truyền dao động ngƣợc pha cách nhau nửa bƣớc sóng: dmin = /2. 5. Năng lượng sóng Là năng lƣợng dao động của các phần tử của môi trƣờng có sóng truyền qua. III. Phƣơng trình sóng Giả sử phƣơng trình sóng tại O là: u0 = Atcos Phƣơng trình sóng tại điểm M trên phƣơng truyền sóng cách O một đoạn x là x t x uM Acos t t A cos t A cos2 vT  Bài 8. GIAO THOA SÓNG I. Hiện tƣợng giao thoa 1. Sóng kết hợp - Hai nguồn dao động cùng tần số, có độ lệch pha không đổi theo thời gian gọi là 2 nguồn kết hợp. - Sóng mà do 2 nguồn kết hợp phát ra gọi là 2 sóng kết hợp. 2. Hiện tƣợng giao thoa Hiện tƣợng giao thoa là hiện tƣợng hai sóng kết hợp khi gặp nhau thì có những điểm ở đó chúng luôn tăng cƣờng lẫn nhau, có những điểm ở đó chúng luôn triệt tiêu lẫn nhau. Hình ảnh giao thoa sóng mặt nƣớc ta quan sát thấy có các gợn hypebol xem kẽ nhau II. Cực đại và cực tiểu 1. Vị trí cực đại giao thoa Cực đại giao thoa nằm tại các điểm có hiệu đƣờng đi của hai sóng tới đó bằng một số nguyên lần bƣớc sóng d21 d k ; k 0, 1, 2, 2. Vị trí cực tiểu giao thoa Cực tiểu giao thoa nằm tại các điểm có hiệu đƣờng đi của hai sóng tới đó bằng một số nửa nguyên lần bƣớc sóng. 1 d21 d k ; 2 Bài 9. SÓNG DỪNG I. Sự phản xạ của sóng 1. Sự phản xạ của sóng trên vật cản cố định Khi phản xạ trên vật cản dố định, sóng phản xạ luôn luôn ngƣợc pha với sóng tới ở điểm phản xạ 2. Phản xạ của sóng trên vật cản tự do - 8 -
Tóm tắt lý thuyết Vật lí 12 Khi phản xạ trên vật cản tự do, sóng phản xạ luôn luôn cùng pha với sóng tới ở điểm phản xạ II. Sóng dừng 1. Định nghĩa Sóng có các nút và các bụng cố định trong không gian Các điểm bụng hoặc các điểm nút cách đều nhau một số nguyên lần  2 2. Giải thích - Điểm bụng : Tại đó sóng tới và sóng phản xạ cùng pha - Điểm nút : Tại đó sóng tới và sóng phản xạ ngƣợc pha. - Nếu các vật cản cố định: thì tại điểm phản xạ, sóng phản xạ luôn ngƣợc pha với sóng tới và triệt tiêu lẫn nhau. - Nếu vật cản tự do thì tại điểm phản xạ ,sóng phản xạ luôn cùng pha với sóng tới và tăng cƣờng lẫn nhau. 3. Sóng dừng trên một sợi dây có hai đầu cố định Điều kiện để có sóng dừng trên sợi dây có hai đầu cố định là chiều dài của sợi dây phải bằng một số nguyên lần nửa bƣớc sóng  lk 2 4. Sóng dừng trên một sợi dây có một đầu cố định một đầu tự do: Điều kiện để có Sóng dừng trên một sợi dây có một đầu cố định một đầu tự do là  chiều dài của sợi dây phải bằng số lẻ lần 4  lk 21 4 Chú ý: Khoảng cách giữa hai bụng sóng liên tiếp bằng nửa bƣớc sóng Khoảng cách giữa hai nút sóng liên tiếp bằng nửa bƣớc sóng Khoảng cách giữa nút sóng và bụng sóng liên tiếp bằng 1/4 bƣớc sóng; * Đầu cố định hoặc đầu dao động nhỏ là nút sóng. Đầu gắn với âm thoa hay cần rung là nút. * Đầu tự do là bụng sóng. * Hai điểm đối xứng với nhau qua nút sóng luôn dao động ngƣợc pha. * Hai điểm đối xứng với nhau qua bụng sóng luôn dao động cùng pha. * Các điểm trên dây đều dao động với biên độ không đổi năng lƣợng không truyền đi * Khoảng thời gian giữa hai lần sợi dây căng ngang, duỗi thẳng (các phần tử đi qua VTCB) là nửa chu kỳ t = T/2. - 9 -
Tóm tắt lý thuyết Vật lí 12 Bài 10. ĐẶC TRƢNG VẬT LÝ CỦA ÂM I. Âm, nguồn âm 1. Âm là gì - Sóng âm là những sóng cơ truyền trong các môi trƣờng khí, lỏng , rắn. - Tần số của sóng âm cũng chính là tần số âm 2. Nguồn âm Một vật dao động phát ra âm là một nguồn âm Tần số của âm phát ra bằng tần số dao động của nguồn âm 3. Âm nghe được, hạ âm, siêu âm Âm nghe đƣợc (âm thanh) có tần số nằm trong khoảng 16Hz đến 20.000Hz Hạ âm là âm có tần số nhỏ hơn 16Hz Siêu âm là âm có tấn số lớn hơn 20,000Hz 4. Sự truyền âm a. Môi trường truyên âm - Âm không truyền đƣợc trong chân không. - Âm truyền qua đƣợc chất rắn, lỏng và khí - Âm hầu nhƣ không truyền qua đƣợc các chất nhƣ bông, len, xốp, những chất đó gọi là chất cách âm b. Tốc độ truyền âm Sóng âm truyền trong một môi trƣờng với một tốc độ hoàn toàn xác định. Tốc độ truyền sóng âm: v rắn > v lỏng > v khí. II. Những đặc trƣng vật lý của âm 1. Tần số âm Tần số âm là một trong những đặc trƣng vật lý quan trọng nhất của âm 2. Cường độ âm và mức cường độ âm a. Cƣờng độ âm Cƣờng độ âm I tại một điểm là đại lƣợng đo bằng năng lƣợng mà sóng âm tải qua một đơn vị diện tích đặt tại điểm đó, vuông góc với phƣơng truyền sóng trong một đơn vị thời gian. Đơn vị của cƣờng độ âm: W/m2 b. Mức cƣờng độ âm I Đại lƣợng L = log đƣợc gọi là mức cƣờng độ âm của âm I I0 I0 là mức cƣờng độ âm chuẩn 1 Đơn vị của mức cƣờng độ âm là Ben, kí hiệu B : 1dB= B 10 Công thức tính mức cƣờng độ âm theo đơn vị dB : L(dB) = 10.log 3. Âm cơ bản và hoạ âm Khi cho một nhạc cụ phát ra một âm có tần số f0, thì bao giờ nhạc cụ đó cũng phát một loạt âm có tần số 2f0, 3 f0, .có cƣờng độ khác nhau. Âm có tần số f0 gọi là âm cơ bản hay hoạ âm thứ nhất Các âm có tần số 2f0, 3 f0, . gọi là các hoạ âm thứ 2, thứ 3, . Tập hợp các hoạ âm tạo thành phổ của nhạc âm Tổng hợp đồ thị dao động của tất cả các hạo âm trong một nhạc âm ta đƣợc đồ thị dao động của nhạc âm đó. Đặc trƣng vật lý thứ ba của âm là đồ thị dao động của âm đó. - 10 -
Tóm tắt lý thuyết Vật lí 12 Bài 11. ĐẶC TRƢNG SINH LÝ CỦA ÂM I. Độ cao của âm Độ cao của âm là một đặc trƣng sinh lý của âm gắn liền với tần số âm Âm có tần số càng lớn thì nghe càng cao, âm có tần số càng nhỏ thì nghe càng trầm II. Độ to Độ to chỉ là một khái niệm nói về đặc trƣng sinh lý của âm gắn liền với đặc trƣng vật lý mức cƣờng độ âm Âm có cƣờng độ càng lớn thì nghe càng to. III. Âm sắc Âm sắc là một đặc trƣng sinh lý của âm, giúp ta phân biệt âm do các nguồn khác nhau phát ra. Âm sắc có liên quan mật thiết với với đồ thị dao động âm. Âm sắc phụ thuộc vào tần số âm, số lƣợng họa âm, biên độ các họa âm. - 11 -
Tóm tắt lý thuyết Vật lí 12 CHƢƠNG III : DÕNG ĐIỆN XOAY CHIỀU Bài 12. ĐẠI CƢƠNG VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU I. Khái niệm dòng điện xoay chiều Dòng điện xoay chiều hình sin, gọi tắt là dòng điện xoay chiều, là dòng điện có cƣờng độ biến thiên tuần hoàn với thời gian theo quy luật của hàm số sin hay cosin, với dạng tổng quát i I0 cos  t I là giá trị tức thời của dòng điện (cƣờng độ tức thời) I0 >0 gọi là giá trị cực đại của I (Cƣờng độ cực đại)  0 đƣợc gọi là tần số góc 2  T = gọi là chu kỳ và f = là tần số của i  2 t là pha của i, là pha ban đầu II. Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều Quay 1 khung dây kim loại có diện tích S và có N vòng dây, quanh 1 trục đối xứng trong 1 từ trƣờng đều B với vận tốc góc  không đổi. Từ thông qua khung là :  =NBS cost Suất điện động cảm ứng : d e = = .NBS.sint dt Nếu cuộn dây khép kín có điện trở R thì cƣờng độ dòng điện cảm ứng cho bởi NBS it .sin R Đây là dòng điện xoay chiều với tần số góc  và cƣờng độ cực đại NBS I 0 R Suất điện động e trễ pha /2 so với từ thông . III. Giá trị hiệu dụng 1. Cƣờng độ dòng điện hiệu dụng Cƣờng độ hiệu dụng của dòng điện xoay chiều là đại lƣợng có giá trị bằng cƣờng độ của một dòng điện không đổi, sao cho khi đi qua cùng 1 điện trở R, trong cùng 1 thời gian thì công suất tiêu thụ trong R bởi dòng điện không đổi ấy bằng công suất trung bình tiêu thụ trong R bởi dòng điện xoay chiều nói trên. I = I0 2 Khi dùng ampe kế, vôn kế đo dòng điện xoay chiều ta chỉ đo đƣợc giá trị hiệu dụng. 2. Các giá trị hiệu dụng tương ứng Giá trị hiệu dụng = Giá trị cực đại / I = I/ 2 , U = U0/ , E = E0/ - 12 -
Tóm tắt lý thuyết Vật lí 12 Bài 13. CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU I. Mạch chỉ có điện trở 1. Khảo sát mạch chỉ có điện trở Nối hai đầu mạch chỉ có điện trở R vào một điện áp xoay chiều u= U2 c os t thì biểu thức cƣờng độ dòng điện là: i I2 cos t Kết luận: Cƣờng độ dòng điện tức thời trong mạch cùng pha với điện áp tức thời hai đầu mạch Giản đồ vectơ: U R I 0 2. Định luật Ôm Cƣờng độ hiệu dụng trong mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở bằng thƣơng số giữa điện áp hiệu dụng và điện trở của mạch U I R II. Mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện 1. Khảo sát mạch điện chỉ có tụ điện Nối một tụ điện C vào một nguồn điện xoay chiều tạo nên điện áp u giữa hai đầu tụ u U0 cos t U 2 cos t Thì biểu thức cƣờng độ dòng điện qua mạch: i I2 c os  t 2 Kết luận : Mạch chỉ có tụ điện với đện dung C, điện áp ở 2 đầu đoạn mạch biến thiên điều hòa trễ pha hơn dòng điện 1 góc O 2 . Giản đồ vectơ quay 2. Dung kháng 1 Z C C 3. Định luật Ôm Cƣờng độ dòng điện trong đoạn mạch chỉ chứa tụ điện có giá trị bằng thƣơng số của điện áp hiệu dụng giữa hai đầu đoạn mạch và dung kháng đoạn mạch U I ZC 4. Ý nghĩa của dung kháng - 13 -
Tóm tắt lý thuyết Vật lí 12 - Dung kháng đặc trƣng cho tính cản trở dòng điện xoay chiều của tu điện. - Có tác dụng làm cho i sớm pha so với u 2 III. Mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần 1. Hiện tượng tự cảm trong mạch điện xoay chiều Khi có dòng điện xoay chiều cƣờng độ i chạy qua cuộn cảm thì từ thông tự cảm là:  Li Từ thông biến thiên theo thời gian t trong cuộn cảm suất hiện một suất điện động tự cảm i eL t i di Khi t 0 , thì i, do đó: eL t dt 2. Khảo sát mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn thuần cảm Giả sử cƣờng độ dòng điện tức thời trong mạch có biểu thức : i I2 cos t Điện áp tức thời hai đầu cuộn cảm: u U2 c os  2 Kết luận : Mạch chỉ có cuộn dây có độ tự cảm L, điện áp ở 2 đầu đoạn mạch biến thiên điều hòa nhanh pha hơn dòng điện 1 góc 2 . Giản đồ vectơ quay 0 Cảm kháng ZL : ZL = L. L : Độ tự cảm của cuộn dây ( H)  : Tần số dòng điện 3. Định luật Ôm Trong mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần, cƣờng độ hiệu dụng có giá trị bằng thƣờng số của điện áp hiệu dụng và cảm kháng của mạch U I ZL 4. Ý nghĩa của cảm kháng - Cảm kháng đặc trƣng cho tính cản trở dòng điện xoay chiều của cuộn cảm. - Có tác dụng làm cho i trễ pha so với u Bài 14. MẠCH CÓ R, L, C MẮC NỐI TIẾP I. Phƣơng pháp giản đồ Fre-nen 1. Đinh luật về điện áp tức thời - 14 -
Tóm tắt lý thuyết Vật lí 12 Trong đoạn mạch xoay chiều gồm nhiều đoạn mạch mắc nối tiếp thì điện áp tức thời giữa hai đầu của mạch bằng tổng đại số các điện áp tức thời giữa hai đầu của từng đoạn mạch ấy 2. Phương pháp giản đồ Fre-nen Phép cộng đại số các đại lƣợng xoay chiều hình sin (cùng tần số) đƣợc thay thế bằng phép cộng các vectơ quay tƣơng ứng Các thông tin về tổng đại số phải tính (giá trị hiệu dụng, độ lệch pha) đƣợc hoàn toàn xác định bằng các tính toán trên giản đồ Fre-nen tƣơng ứng II. Mạch R, L, C mắc nối tiếp 1. Định luật Ôm cho đoạn mạch chỉ có R, L, C mắc nối tiếp. Tổng trở 2 2 Tổng trở: ZRZZ LC Định luật Ôm: Cƣờng độ hiệu dụng trong mạch điện xoay chiều có R, L, C mắc nối tiếp có giá trị bằng thƣơng số của điện áp hiệu dụng của mạch và tổng trở của mạch U I Z 2. Độ lệch pha giữa điện áp và dòng điện UUZZ tan LCLC URR Nếu ZL > Zc thì > 0: Điện áp u sớm pha so với dòng điện i một góc Nếu ZL < Zc thì < 0: Điện áp u trễ pha so với dòng điện i một góc 3. Hiện tượng cộng hưởng trong đoạn mạch RLC 1 2 1 2 Khi L  hay  LC = 1 hay ZL = ZC thì: C LC U + Dòng điện qua mạch có giá trị cực đại: I ; R + Điện áp cùng pha với cƣờng độ dòng điện: = 0; + Công suất cực đại Pmax; Tổng trở nhỏ nhất Zmin = R, Điện áp hai đầu điện trở cực đại URmax = U; điện áp hiệu dụng hai đầu tụ điện bằng điện áp hiệu dụng hai đầu cuộn cảm UL = UC. Cách làm mạch điện xoay chiều có cộng hƣởng: Với R và U cố định ta điều chỉnh L, C, f ,  để: ZL = ZC hay hay 2  LC = 1 hay ; P = Pmax ; Zmin = R, UL = UC; = 0 điện áp u cùng pha với i. - 15 -
Tóm tắt lý thuyết Vật lí 12 Bài 15. CÔNG SUẤT ĐIỆN TIÊU THỤ CỦA MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU. HỆ SỐ CÔNG SUẤT I. Công suất của mạch điện xoay chiều 1. Biểu thức công suất P = U.I.cos , P = R.I2 2. Điện năng tiêu thụ của mạch điện Điện năng tiêu thụ của mạch điện trong thì gian t là: W = P.t II. Hệ số công suất 1. Biểu thức của hệ số công suất RR cos Z 2 1 RL  C cos =1 = 0 : Mạch chỉ có R hoặc mạch cộng hƣởng : P=U.I cos = 0 = : Mạch chỉ có L hoặc chỉ có C hoặc có L và C nối tiếp : P = 0 2 0 0 P - Cƣờng độ dòng điện hiệu dụng I đƣợc dẫn từ máy điện qua các đƣờng dây tải Ucos điên. P2 - Công suất hao phí trên đƣờng dây tải điện: P rI2 r hp U 22cos - Nếu hệ số công suất cos nhỏ thì Php sẽ lớn ảnh hƣởng đến sản xuất kinh doanh. Do đó ta phải nâng cao hệ số công suất. Mục đích giảm cƣờng độ dòng điện I và giảm công suất hao phí trên đƣờng dây dẫn Bài 16. TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG. MÁY BIẾN ÁP I. Bài toán truyền tải điện năng Công suất phát từ nhà máy: Pphát = UphátI 2 Pphat r Công suất hao phí trên đƣờng dây : Php= rI = rP22 phat UUphat phat - 16 -
Tóm tắt lý thuyết Vật lí 12 Pphat hoàn toàn xác định do đó để giảm Php biện pháp có hiệu quả rõ rệt là tăng Uphát II. Máy biến áp Máy biến áp: là thiết bị có khả năng biến đổi hiệu điện áp xoay chiều. Máy biến áp không làm thay đổi tần số dòng điện xoay chiều 1. Cấu tạo và nguyên tắc của máy biến áp a. Cấu tạo: Gồm 2 cuộn dây quấn trên cùng 1 lõi thép hình khung. Lõi thép này nhiều lá thép mỏng ghép cách điện với nhau nhằm tránh dòng điện Phucô. Cuộn dây nối với nguồn gọi là cuộn sơ cấp; cuộn dây nối với tải tiêu thụ gọi là cuộn thứ cấp. b. Nguyên tắc hoạt động: Nguồn phát điện tạo nên một điện áp xoay chiều tần số f ở hai đầu cuộn sơ cấp. Dòng xoay chiều trong cuộn sơ cấp gây ra biến thiên từ thông trong hai cuộn. Từ thông qua mỗi vòng dây là  0 cost . Từ thông qua cuộn sơ cấp và thứ cấp  Nt  cos 1 1 0 2 Nt 2  0 cos Trong cuộn thứ cấp suất hiện suất điện động cảm ứng d e N  sin t 2dt 2 0 Vậy khi làm việc trong cuộn thứ cấp xuất hiện dọng điện xoay chiều cùng tần số với dòng điện ở cuộn sơ cấp 2. Sự quan hệ giữa điện áp và cường độ dòng điện qua máy biến áp: UIN 2 1 2 UIN1 2 1 Kết luận: Khi một máy biến áp làm việc ở điều kiện lý tƣởng N - Tỉ số các điện áp hiệu dụng ở cuộn sơ cấp và thứ cấp bằng tỉ số 2 N1 - Tỉ số các cƣờng độ hiệu dụng ở mạch thứ cấp và mạch sơ cấp bằng nghịch đảo . Bài 17. MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU I. Máy phát điện xoay chiều một pha Phần cảm: Tạo ra từ thông biến thiên bằng nam châm quay; đó là một vành tròn (có trục quay ), trên gắn các nam châm (2p cực nam châm gồm p cực nam và p cực bắc) mắc xen kẽ nối tiếp nhau và quay tròn xung quanh trục với tốc độ n vòng/s. Khi đó phần cảm gọi là roto - 17 -
Tóm tắt lý thuyết Vật lí 12 Phần ứng: Gồm các cuộn dây giống nhau, cố định trên một vòng tròn. Khi đó phần ừng gọi là stato Khi roto quay, từ thông qua mỗi cuộn dây của stato biến thiên tuần hoàn với tần số: f = np n là tốc độ quay (vòng/s), p là số cặp cực từ Kết quả: Xuất hiện trong đó một suất điện động xoay chiều hình sin cùng tần số f. Các cuộ dây đƣợc nối với nhau sao cho các suất điện động trong các cuộ dây luôn luôn cùng chiều, do đó luôn cộng lại với nhau. II. Máy phát điện xoay chiều ba pha 1. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động Máy phát điện ba pha là máy tạo ra ba suất điện động xoay chiều hình sin cùng tần số, cùng biên độ và độ lệch pha nhau 2 /3 Cấu tạo: - Ba cuộn dây hình trụ gióng nhau gắn cố định trên một đƣờng tròn tại ba vị trí đối xứng (ba trục của ba cuộn dây đồng quy tại tâm O của đƣờng tròn và lệch pha nhau 1200). Nguyên tắc hoạt động - Một nam châm NS có thể quay quanh trục O với tốc độ góc  không đổi. Khi nam châm quay từ thông qua mỗi mỗi cuộn dây là ba hàm số sin của thời gian, cùng tần số , cùng biên độ và lệch pha nhau 2 /3. Trong ba cuộn dây xuất hiện ba xuất điện động xoay chiều cùng tần số, cùng biên độ và lệch pha nhau 2 /3. 2. Cách mắc mạch ba pha a. Cách mắc hình sao UPha : Điện áp giữa dây pha và dây trung hòa – gọi là điện áp pha . Udây : điện áp giữa 2 dây pha với nhau – gọi là điên áp dây. Udây = Upha. 3 Idây = Ipha b. Cách mắc tam giác Udây = Upha Idây = Ipha - 18 -
Tóm tắt lý thuyết Vật lí 12 Bài 18. ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA I. Nguyên tắc hoạt động của động cơ không đồng bộ Giả sử một nam châm chữ U quay đều xung quanh trục thẳng đứng . Các vectơ cảm ứng từ B của nam châm nằm giữa hai cực N, S cùng quay đều xung quanh trục . Từ trƣờng của nam châm này là từ trƣờng quay. Trong từ trƣờng quay đó đặt một khung dây dẫn cứng MNPQ khung này cũng có thể quay quanh trục . Lúc đầu khung ở vị trí sao cho  mặt phẳng MNPQ. Chọn n của MNPQ cùng hƣớng với tại đó (t=0), nghĩa là nB, =0, từ thông qua khung  BS 0 0 Khi quay một góc nB,0 từ thông qua khung  BS cos 0 , giảm đi trong khung suất hiện đồng thời dòng điện cảm ứng i và khung dây dẫn có dòng điện i lại nawmg trong từ trƣờng, nên từ trƣờng sẽ tác dụng lên khung một ngẫu lực làm chpo khung quay. Theo định luật Len-xơ chiều của dòng điện cảm ứng i phải có tác dụng làm khung quay theo chiều từ trƣờng, chống lại sự biến thiên của từ thông khung quay nhanh dần đuổi theo từ trƣờng. Khi tốc độ góc của tăng lên thì tốc độ biến thiên của từ thông sẽ giảm đi, do đó cƣờng độ của dòng điện cảm ứng i đồng thời mô men ngẫu lực cũng giảm đi. Cho đến khi moomen ngẫu lực cản của các lực cản và ma sát thì khung sẽ quay đều. Tốc độ góc của khung nhỏ hơn tốc độ góc của từ trƣờng quay. II. Động cơ không đồng bộ ba pha Động cơ không đồng bộ ba pha hoạt động dựa trên nguyên tắc hoạt động của động cơ không đồng bộ Cấu tạo : Gồm 2 phần chính - Roto : là khung dây dẫn có thể quay dƣới tác dụng của từ trƣờng quay. Có thể thay khung dây bằng rooto lồng sóc - Stato : 3 cuộn dây giống hệt nhau , bố trí trên một vành tròn sao cho trục của ba cuộn dây đồng quy tại tâm O của vòng tròn đó và hợp nhau một góc 1200 Khi cho dòng ba pha đi vào ba cuộn dây ấy thì từ trƣờng tổng hợp do ba cuộn dây tạo ra ở O là từ trƣờng quay. Roto lồng sóc nằm trong từ trƣờng quay sẽ bị quay theo với tốc độ nhỏ hơn tốc độ quay của từ trƣờng - 19 -
Tóm tắt lý thuyết Vật lí 12 CHƢƠNG IV: SÓNG ĐIỆN TỪ Bài 20. MẠCH DAO ĐỘNG – DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ I. Mạch dao động 1. Một cuộn cảm có độ tự cảm L mắc nối tiếp với một tụ điện có điện dung C thành một mạch điện kín gọi là mạch dao động. Mạch dao động lý tƣởng là mạch cóc điện trở rất nhỏ. 2. Muốn cho mạch dao động hoạt động ta phải tích điện cho tụ điện tòi cho nó phóng điện qua mạch. Tụ điện sẽ phóng điện qua lại trong mạch nhiều lần, tạo ra một dòng điện xoay chiều trong mạch. 3. Ngƣời ta sử dụng điện áp xoay chiều đƣợc tạo ra giữa hai bản của tụ bằng cách nối hai bản này với mạch ngoài. II. Dao động điện từ tự do trong mạch dao động 1. Định luật biến thiên điện tích và cƣờng độ dòng điện trong một mạch dao động lý tƣởng. Sự biến thiên điện tích của một bản tụ nhất định: q = Q0 cos(t + ) Với 2 = 1 LC q >0 ứng với bản mà ta xét điện tích dƣơng dq Phƣơng trình về i: i I0 cos  t Với I0 = q0 dt 2 i > 0 ứng với dòng điện có chiều chạy đến bản mà ta đang xét. Vậy: Điện tích q của một bản tụ điện và cƣờng độ dòng điện i trong mạch dao động biến thiên điều hoà theo thời gian, i sớm pha so với q. 2 2. Định nghĩa dao động điện từ từ do Sự biến thiên điều hoà theo thời gian của điện tích q của một bản tụ điện và cƣờng độ dòng điện i (hoặc cƣờng độ điện trƣờng E và cảm ứng từ B ) trong mạch dao động gọi là dao động điện từ tự do 3. Chu kỳ và tần số dao động riêng của mạch dao động 1 T 2; LC f 2 LC II. Năng lƣợng điện từ Tổng năng lƣợng điện trƣờng trong tụ điện và năng lƣợng từ trƣờng trong cuộn cảm của mạch gọi là năng lƣợng điện từ. Mạch LC lí tƣởng có năng lƣợng điện từ bảo toàn - 20 -
Tóm tắt lý thuyết Vật lí 12 Bài 21. ĐIỆN TỪ TRƢỜNG I. Mối quan hệ giữa điện trƣờng và từ trƣờng 1. Từ trường biến thiên và điện trường xoáy Điện trƣờng có đƣờng sức là đƣờng cong kín gọi là điện trƣờng xoáy Nếu tại một nơi có một từ trƣờng biến thiên theo thời gian thì tại nơi đó xuất một điện trƣờng xoáy 2. Điện trường biến thiên và từ trường a. Từ trường của mạch dao động: Xét một mạch dao động lý tƣởng đang hoạt động. Giả sử tại thời điểm t cƣờng độ dòng điện trong mạch là: dq i dt dE Mặt khác ta lại có q = CU =CEd do đó: i Cd dt Điều này chứng tỏ có sự liên quan mật thiết giữa cƣờng độ dòng điện trong mạch và tốc độ biến thiên của cƣờng độ điện trƣờng trong tụ điện. Nếu ta quan niệm dòng điện chạy trong mạch là dòng điện kín thì phần dòng điện chạy qua tụ điện lúc đó sẽ ứng với sự biến thiên của điện trƣờng trong tụ điện theo thời gian. b. Kết luận: Nếu tại một nơi có điện trƣờng biến thiên theo thời gian thì tại nơi đó xuất hiện một từ trƣờng. Đƣờng sức của từ trƣờng bao giờ cũng khép kín. II. Điện từ trƣờng và thuyết điện từ Măc-xoen 1. Điện từ trường Điện trƣờng biến thiên theo thời gian sinh ra từ trƣờng, từ trƣờng biến thiên theo thời gian sinh ra điện trƣờng xoáy. Hai trƣờng biến thiên này liên quan mật thiết với nahu và là hai thành phần của một trƣờng thống nhất, gọi là điện từ trƣờng 2. Thuyết điện từ Măc-xoen: Măc-xoen đã xây dựng một hệ thống bốn phƣơng trình diễn tả mối quan hệ: - Điện tích, điện trƣờng, dòng điện và từ trƣờng - Sự biến thiên của từ trƣờng theo thời gian và điện trƣờng xoáy - Sự biến thiên của điện trƣờng theo thời gian và từ trƣờng. Bài 22. SÓNG ĐIỆN TỪ I. Sóng điện từ 1. Sóng điện từ là gì? Điện từ trƣờng lan truyền trong không gian dƣới dạng sóng gọi là sóng điện từ. - 21 -
Tóm tắt lý thuyết Vật lí 12 2. Những đặc điểm của sóng điện từ - Sóng từ lan truyền đƣợc trong chân không. Tốc độ của sóng điện từ trong chân không bằng c=3.108m/s. - Sóng điện từ lan truyền trong tất cả các môi trƣờng. Tốc độ của dòng điện từ trong các môi trƣờng thì nhỏ hơn chân không và thuộc vào hằng số điện môi - Sóng điện từ là sóng ngang: Vectơ cƣờng độ điện trƣờng E và véc tƣ cảm ứng từ B luôn vuông góc với nhau và vuông góc với phƣơng truyền sóng. Ba vec tơ , , v tại một điểm tạo với nhau th ành một tam diện thuận. - Trong sóng điên từ thì dao động của điện trƣờng và của từ trƣờng tại một điểm luôn cùng pha với nhau. - Khi sóng điện từ gặp mặt phân cách giữa hai môi trƣờng thì nó cũng phản xạ, khúc xạ nhƣ ánh sáng. - Sóng điện từ mang năng lƣợng II. Sự truyền sóng vô tuyến trong khí quyển 1. Các vùng sóng ngắn ít bị hấp thụ - Các phần tử không khí trong khí quyển hấp thu rất mạnh các sóng dài, sóng trung và sóng cực ngắn. Nên các sóng này không thể truyền đi xa. - Không khí nói chung hấp thụ mạnh sóng điện từ trong vùng có bƣớc sóng ngắn. Trong một số vùng tƣơng đối hẹp, các sóng có bƣớc sóng ngắn hầu nhƣ không bị không khí hấp thụ. 2. Sự phản xạ của các sóng ngắn trên tầng điện ly - Tầng điện ly là một lớp khí quyển, trong đó các phẩn tử đã bị ion hoá rất mạnh dƣới tác dụng của các tia tử ngoại trong ánh sáng mặt trời. - Các sóng ngắn vô tuyến phản xạ rất tốt trên tầng điện ly, mặt đất và mặt nƣớc biển. - Nhờ sự phản xạ tốt trên tầng điện ly, trên mặt đất mà sóng ngắn có thể truyền đi xa. Bài 23. NGUYÊN TẮC THÔNG TIN LIÊN LẠC BẰNG SÓNG VÔ TUYẾN I. Nguyên tắc chung của việc thông tin liên lạc bằng sóng vô tuyến: 1. Phải dùng các sóng điện từ cao tần Những sóng vô tuyến dùng để tải các thông tin gọi là sóng mang. 2. Phải biến điệu sóng mang - Dùng micro để biến dao động âm thành dao động điện cùng tần số. Dao động này ứng một sóng điện từ gọi là sóng âm tần. - 22 -
Tóm tắt lý thuyết Vật lí 12 - Biến điệu sóng điện từ. Bộ phận trộn sóng gọi là mạch biến điệu. Sóng mang đã đƣợc biến điệu sẽ truyền từ đài phát đến máy thu 3. Ở nơi thu phải tách sóng âm tần ra khỏi sóng cao tần để đƣa ra loa. Bộ phận này đƣợc gọi là mạch tách sóng. Loa sẽ biến dao động điện th ành dao động âm 4. Khi tín hiệu thu đƣợc có cƣờng độ nhỏ, ta phải khuếch đại chúng bằng mạch khuếch đại. II. Sơ đồ khối của máy phát thanh (1): Micrô. (2): Mạch phát sóng điện từ cao tần. 1 (3): Mạch biến điệu (trộn sóng). 3 4 5 (4): Mạch khuyếch đại. 2 (5): Anten phát. III. Sơ đồ khối của máy thu thanh (1): Anten thu. (2): Mạch khuyếch đại dao động điện từ cao tần. (3): Mạch tách sóng. 5 (4): Mạch khuyếch đại dao động điện từ âm tần. 1 2 3 4 (5): Loa. - 23 -
Tóm tắt lý thuyết Vật lí 12 CHƢƠNG V: SÓNG ÁNH SÁNG Bài 24. TÁN SẮC ÁNH SÁNG I. Thí nghiệm về sự tán sắc ánh sáng của Niu-tơn - Dùng dải ánh sáng trắng hẹp chiếu qua 1 lăng kính, ta đƣợc 1 dải màu cầu vồng từ đỏ đến tím, tia đỏ lệch ít nhất còn tia tím lệch nhiều nhất. - Hiện tƣợng ánh sáng trắng bị tách ra thành nhiều chùm sáng có màu sắc khác nhau gọi là hiện tƣợng tán sắc ánh sáng - Quang phổ của ánh sáng trắng: là dải màu liên tục biến đổi liên tục từ màu đỏ đến màu tím Có 7 màu chính là: đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím. II. Thí nghiệm về ánh sáng đơn sắc - Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng không bị tán sắc khi đi qua lăng kính. - Mỗi ánh sáng đơn sắc có một màu nhất định gọi là màu đơn sắc. III. Giải thích hiện tƣợng tán sắc ánh sáng - Ánh sáng trắng là tập hợp của vô số các ánh sáng đơn sắc khác nhau có màu biến đổi liên tục từ đỏ đến tím. - Chiết suất của các chất trong suốt đối với ánh sáng có màu khác nhau thì khác nhau. Chiết suất có giá trị nhỏ nhất đối với ánh sáng màu đỏ và lớn nhất đối với ánh sáng màu tím, nđỏ < n tím. - Vì góc lệch của một tia sáng khúc xạ qua lăng kính tăng theo chiết suất, nên các chùn tia sáng có màu khác nhau trong chùm sáng tới bị lăng kính làm lệch những góc khác nhau. Do đó chùm tia sáng bị xoè rộng thành nhiều chùm đơn sắc. Vậy sự tán sắc ánh sáng là sự phân tách một chùm sáng phức tạp thành các chùm sáng đơn sắc. Bài 25. GIAO THOA ÁNH SÁNG I.Hiện tƣợng nhiễu xạ ánh sáng Hiện tƣợng truyền sai lệch so với sự truyền thẳng khi ánh sáng gặp vật cản gọi là hiện tƣợng nhiễu xạ ánh sáng. Hiện nhiễu xạ ánh sáng chỉ có thể giải thích đƣợc nếu thừa nhận ánh sáng có tính chất sóng. Mỗi chùm sáng đơn sắc ci nhƣ một sóng có bƣớc sóng xác định II. Hiện tƣợng giao thoa ánh sáng 1. Vị trí vân sáng: D Vị trí vân sáng : x k( k 0, 1, 2, ) s a Hệ số k gọi là bậc giao thoa 2. Vị trí vân tối: Xen chính giữa hai vân sáng là một vân tối - 24 -
Tóm tắt lý thuyết Vật lí 12 1 D Vị trí vân tối : x ( k, ) ( k 0, 1, 2, ) t 2 a Đối với vân tối không có khái niệm bậc giao thoa 3. Khoảng vân a. Định nghĩa: Khoảng vân i là khoảng cách giữa hai vân sáng hoặc hai vân tối liên tiếp. b. Công thức tính khoảng vân i = D a c. Ứng dụng Đo bƣớc sóng ánh sáng bằng phƣơng pháp giao thoa : ia  D III. Bƣớc sóng ánh sáng và màu sắc 1. Mỗi ánh sáng đơn sắc có một bƣớc sóng trong chân không nhất định. 2. Các ánh sáng đơn sắc có bƣớc sóng trong khoảng từ 0,38 m 0,76  m. Tần số (chu kì) của ánh sáng đơn sắc là không thay đổi khi truyền từ môi trƣờng này sang môi trƣờng kia (bƣớc sóng và tốc độ truyền thay đổi ). BÀI 26. CÁC LOẠI QUANG PHỔ I. Máy quang phổ lăng kính + Máy quang phổ là dụng cụ dùng để phân tích chùm sáng có nhiều thành phần thành những thành phần đơn sắc 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 1. Cấu tạo: Máy quang phổ có 3 bộ phận chính : - Ống chuẩn trực : tạo chùm tia song song. - Hệ tán sắc: Gồm một hoặc hai ba lăng kính làm tán sắc ánh sáng . - Buồng ảnh: thu các vạch màu sau khi chùm tia song song bị tán sắc bởi lăng kính P. II. Quang phổ phát xạ 1. Quang phổ liên tục a. Định nghĩa: Là một dãy sáng có màu biến đổi liên tục từ đỏ đến tím b. Điều kiện phát sinh: Quang phổ liên tục do các vật rắn, lỏng, khí có tỉ khối lớn, bị nung nóng phát ra. c. Đặc điểm : - Quang phổ liên tục không phụ thuộc thành phần cấu tạo của nguồn sáng, mà chỉ phụ thuộc vào nhiệt đo của nguồn sáng. - 25 -
Tóm tắt lý thuyết Vật lí 12 - Nhiệt độ càng cao, miền phát sáng của vật càng mở rộng về phía ánh sáng có bƣớc sóng ngắn. d. Ứng dụng : Ngƣời ta dùng quang phổ liên tục để xác định nhiệt độ của vật phát sáng 2. Quang phổ vạch phát xạ a. Định nghĩa: Quang phổ vạch phát xạ gồm một hệ thống những vạch màu riêng rẽ nằm trên một nền tối. b. Điều kiện phát sinh: Quang phổ vạch phát xạ là do chất khí hay hơi ở áp suất thấp bị kích thích phát sáng. c. Đặc điểm : - Quang phổ liên tục không phụ thuộc nhiệt độ của nguồn sáng mà chỉ phụ thuộc thành phần cấu tạo của nguồn sáng - Quang phổ vạch phát xạ của các nguyên tố khác nhau thì khác nhau về : Số lƣợng vạch màu, Vị trí các vạch màu, Màu sắc và độ sáng tỉ đối của các vạch. d. Ứng dụng: Nhận biết sự có mặt của các nguyên tố hoá học và nồng độ, tỉ lệ của các nguyên tố đó trong hợp chất 3. Quang phổ vạch hấp thụ a. Định nghĩa: Là một hệ thống các vạch tối trên nền quang phổ liên tục. b. Điều kiện phát sinh: Điều kiện để thu đƣợc quang phổ vạch hấp thụ là nhiệt độ của đám khí hấp thụ phải nhỏ hơn nhiệt độ của nguồn phát ra ánh sáng trắng. c. Đặc điểm: Ở một nhiệt độ nhất định, một đám khí hay hơi có khả năng phát ra những ánh sáng đơn sắc nào thì nó cũng chỉ có khả năng hấp thụ những ánh sáng đơn sắc đó. Nhƣ vậy, quang phổ vạch hấp thụ của mỗi nguyên tố cũng có tính chất đặc trƣng riêng cho nguyên tố đó. Bài 27. TIA HỒNG NGOẠI VÀ TIA TỬ NGOẠI I. Bản chất và tính chất chung của tia hồng ngoại và tia tử ngoại 1. Bản chất Tia hồng ngoại và tia tử ngoại có cùng bản chất với ánh sáng nhƣng không nhìn thấy đƣợc. 2. Tính chất - Tia hồng ngoại và tia tử ngoại tuân theo các định luật: Truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ, gây hiện tƣợng nhiễu xạ, giao thoa nhƣ ánh sáng thông thƣờng - Miền hồng ngoại có bƣớc sóng trong khoảng 760 nm đến vài mm: 0,76.10-6 m – 10-3 m - Miền tử ngoại có bƣớc sóng trong khoảng 380 nm đến vài nm: 10-9 m – 0,38.10-6m II. Tia hồng ngoại - 26 -
Tóm tắt lý thuyết Vật lí 12 1. Định nghĩa: Tia hồng ngoại là những bức xạ không nhìn thấy đƣợc, có bản chất là sóng điện từ và có bƣớc sóng lớn hơn bƣớc sóng của ánh sáng đỏ ( > 0,75m) 2. Nguồn phát ra tia hồng ngoại - Tia hồng ngoại do các vật bị nung nóng phát ra.Vật có nhiệt độ thấp chỉ phát ra tia hồng ngoại. - Trong ánh sáng mặt trời có khoảng 50% năng lƣợng của chùm tia sáng thuộc về các tia hồng ngoại. - Ngƣời ta thƣờng dùng các bóng đèn có dây tóc bằng vônfram nóng sáng, có công suất từ 250W đến 1000W (Nhiệt độ dây tóc khoảng 20000C) 3. Tác dụng - Tác dụng nổi bật nhất của tia hồng ngoại là tác dụng nhiệt; - Có khả năng gây ra một sô phản ứng hoá học; - Có thể biến điệu đƣợc nhƣ sóng điện từ cao tần 4. Ứng dụng - dùng để sấy hoặc suởi. Trong công nghiệp, dùng sấy khô các sản phẩm sơn (nhƣ vỏ ô tô, tủ lạnh ) hoặc các hoa quả Trong y tế, dùng đèn hồng ngoại để sƣởi ấm ngoài da. - Chế tạo phim ảnh chụp đƣợc tia hồng ngoại để chụp ảnh vào ban đêm. - Chế tạo các bộ điều khiển từ xa III. Tia tử ngoại 1. Định nghĩa: Tia tử ngoại là những bức xạ không nhìn thấy đƣợc, có bản chất là sóng điện từ và có bƣớc sóng ngắn hơn bƣớc sóng của ánh sáng tím ( < 0,40m) 2. Nguồn phát ra tia hồng ngoại - Các vật bị nung nóng trên 30000 C phát ra tia tử ngoại rất mạnh. - Khoảng 9% công suất của chùm ánh sáng Mặt trời thuộc về các tia tử ngoại - Các đèn hồ quang điện cũng là nguồn phát tia tử ngoại mạnh. 3. Tác dụng - Tia tử ngoại bị nƣớc , thủy tinh hấp thụ mạnh; - Tác dụng mạnh lên kính ảnh; - Làm một số chất phát quang; - Iôn hóa không khí; - Gây một số phản ứng quang hóa, quang hợp ; - Có tác dụng sinh học. 4. Ứng dụng - Trong công nghiệp, dùng để phát hiện các vết nứt, vết xƣớc nhỏ trên bề mặt sản phẩm tiện. - Trong y học, dùng chữa bệnh còi xƣơng. - 27 -
Tóm tắt lý thuyết Vật lí 12 BÀI 28. TIA X 1. Ống Rơnghen - Ống Cu-lit-giơ Ống thủy tinh, áp suất bên trong khoảng 10–3 mmHg và có 3 điện cực : anốt, catốt và đối catốt. Đối âm cực làm bằng kim loại có nguyên tử lƣợng lớn và chịu nhiệt để chắn dòng tia âm cực. Hiệu điện thế giữa anốt và catốt vài chục ngàn vôn. 2. Bản chất của tia X - Các electron trong tia âm cực tƣơng tác với hạt nhân nguyên tử và với các electron ở các lớp trong làm phát ra sóng điện từ có bƣớc sóng rất ngắn mà ta gọi là bức xạ hãm, tức là tia X. - Tia X là sóng điện từ có bƣớc sóng ngắn 10–8 m ~ 10–12 m Tia hồng ngoại, tia tử ngoại, tia X là các bức xạ điện từ không nhìn thấy. 3. Các tính chất và công dụng của tia X - + - Có khả năng đâm xuyên mạnh. F A - Tác dụng mạnh lên kính ảnh. K F’ Nƣớc làm - Làm phát quang một số chất. nguội - Có khả năng ion hóa chất khí. - Có tác dụng sinh lý, hủy hoại tế bào, giết vi khuẩn Tia X Công dụng: - Trong y học dùng để chiếu điện, chụp điện, chữa bệnh ung thƣ nông, gần da. - Làm các máy đo liều lƣợng tia X - Trong công nghiệp để dò các lỗ hổng, khuyết tật nằm bên trong các sản phẩm đúc. 4. Thang sóng điện từ - Tia gamma , Tia X, tia tử ngoại, ánh sáng nhìn thấy đƣợc – ánh sáng khả kiến, tia hồng ngoại và các sóng vô tuyến đều có chung bản chất là sóng điện từ chỉ khác nhau là giữa chúng có bƣớc sóng dài ngắn khác nhau. Nếu sắp xếp theo bƣớc sóng thì ta có một thang sóng điện từ . - Tia có bƣớc sóng càng ngắn (có năng lƣợng càng lớn) thì khả năng đâm xuyên càng mạnh, đễ tác dụng lên kính ảnh, làm phát quang các chất, dễ ion hóa chất khí. - Tia có bƣớc sóng dài thì dễ giao thoa. - 28 -
Tóm tắt lý thuyết Vật lí 12 CHƢƠNG VIII. LƢỢNG TỬ ÁNH SÁNG Bài 30. HIỆN TƢỢNG QUANG ĐIỆN. THUYẾT LƢỢNG TỬ ÁNH SÁNG I. Hiện tƣợng quang điện Định nghĩa: Chiếu ánh sáng thích hợp vào mặt một tấm kim loại thì nó làm cho các electron ở mặt kim loại đó bị bật ra II. Định luật về giới hạn quang điện - Đối với mỗi kim loại dùng làm catốt, ánh sáng kích thích phải có bƣớc sóng nhỏ hơn một giới hạn 0 nào đó thì mới gây ra đƣợc hiện tƣợng quang điện. III. THUYẾT LƢỢNG TỬ ÁNH SÁNG 1. Giả thuyết Plăng Lƣợng năng lƣợng mà mỗi lần nguyên tử (phân tử) hấp thụ hay phát xạ có giá trị hoàn toàn xác định và bằng hf, trong đó f là tần số của ánh sáng bị hấp thụ hay đƣợc phát ra, còn h là 1 hằng số. * Chú ý: quan niệm thƣờng (cũ) về phát xạ và hấp thụ năng lƣợng là liên tục, không gian đoạn hc 2. Lƣợng tử năng lƣợng:  hf  Với h = 6,625.10 34 (J.s): gọi là hằng số Plăng. 3. Thuyết lƣợng tử ánh sáng - Ánh sáng đƣợc tạo bởi các hạt gọi là phôtôn - Với mỗi ánh sáng đơn sắc có tần số f, các phôtôn đều giống nhau. Mỗi phôtôn mang năng lƣợng bằng hf. - Trong chân không, phôtôn bay với vận tốc c = 3.108 m/s dọc theo các tia sáng. - Mỗi lần một nguyên tử (phân tử) phát xạ hay hấp thụ ánh sáng thì chúng phát ra hay hấp thụ một phôtôn. 4. Giải thích đinh luật quang điện bằng thuyết lƣợng tử ánh sáng - Muốn electron bức ra khỏi bề mặt kim loại phải cung cấp cho nó một năng lƣợng để hc thắng các liên kết (công thoát A, với A ) 0 hc hc Điều kiện:  > A hf A A     ,  A 00 Với 0 gọi là bƣớc sóng giới hạn quang điện (m),  là bƣớc sóng ánh sáng tới IV. LƢỠNG TÍNH SÓNG HẠT CỦA ÁNH SÁNG Ánh sáng vừa có tính chất sóng vừa có tính chất hạt. Vậy ánh sáng có lƣỡng tính sóng - hạt. * Chú ý: - Mọi đối tƣợng đều có lƣỡng tính sóng - hạt. Khi tính chất hạt càng dễ bộc lộ thì tính chất sóng càng bị lƣu mờ và ngƣợc lại. - Sóng ánh sáng có năng lƣợng càng lớn (bƣớc sóng càng nhỏ) thì tính chất hạt càng dễ bộc lộ, tính chất sóng càng khó thể hiện. - 29 -
Tóm tắt lý thuyết Vật lí 12 Bài 31. HIỆN TƢỢNG QUANG ĐIỆN TRONG I. CHẤT QUANG DẪN Chất dẫn điện kém khi không bị chiếu sáng và trở thành dẫn điện tốt khi bị chiếu ánh sáng thích hợp. II. HIỆN TƢỢNG QUANG ĐIỆN TRONG Hiện tƣợng ánh sáng giải phóng các êlectron liên kết để cho chúng trở thành các êlectron dẫn đồng thời tạo ra các lỗ trống cùng tham gia vào quá trình dẫn điện gọi là hiện tƣợng quang điện trong * Chú ý: Năng lƣợng cần thiết cung cấp để xảy ra quang điện trong nhỏ hơn quang điện ngoài. III. QUANG ĐIỆN TRỞ - Là một điện trở làm bằng chất quang dẫn - Cấu tạo: Gồm một sợi dây bằng chất quang dẫn gắn trên một đế cách điện. - Điện trở của quang điện trở có thể thay đổi từ vào M khi không đƣợc chiếu sáng xuống vài chục ôm khi đƣợc chiếu sáng. IV. PIN QUANG ĐIỆN - Là nguồn điện chạy bằng năng lƣợng ánh sáng, nó biến đổi trực tiếp quang năng thành điện năng, pin hoạt động dựa vào hiện tƣợng quang điện trong xảy ra bên cạnh một lớp chặn. - Hiệu suất của các pin quang điện chỉ vào khoảng trên dƣới 10%. Cấu tạo: gồm có một tấm bán dẫn loại n, bên trên phủ một lớp mỏng bán dẫn loại p, trên cùng là một lớp kim loại rất mỏng, dƣới cùng là một đế kim loại. Lớp tiếp xúc p – n, còn gọi là lớp chặn, ngăn electron khuếch tán từ n sang p và lỗ trống từ p sang n. Hoạt động: Khi chiếu ánh sáng thích hợp vào lớp kim loại trên cùng vào lớp p gây ra hiện tƣợng quang điện trong và giải phóng các cặp electron và lỗ trống. Electron đi xuống bán dẫn n còn lỗ trống thì giữ lại trong lớp p. Kết quả điện cực kim loại trên nhiễm điện dƣơng và đế kim loại dƣới nhiễm điện âm (suất điện động từ 0,5V đến 0,8V). Ứng dụng: đƣợc ứng dụng trong các máy đo ánh sáng, máy tính bỏ túi, vệ tinh nhân tạo, Bài 32. HIỆN TƢỢNG QUANG – PHÁT QUANG I. HIỆN TƢỢNG QUANG – PHÁT QUANG - Là sự hấp thụ ánh sáng có bƣớc sóng này để phát ra ánh sáng có bƣớc sóng khác. - Đặc điểm quan trọng của sự phát quang là nó còn kéo dài một thời gian sau khi tắt ánh sáng II. HUỲNH QUANG VÀ LÂN QUANG - Sự huỳnh quang: Sự phát quang của các chất lỏng và khí bị tắt rất nhanh sau khi tắt ánh sáng kích thích. - Sự lân quang: Sự phát quang của chất rắn có thể kéo dài một khoảng thời gian sau khi tắt ánh sáng kích thích. III. ĐẶC ĐIỂM CỦA ÁNH SÁNG HUỲNH QUANG - Ánh sáng huỳnh quang có bƣớc sóng dài hơn bƣớc sóng của ánh sáng kích thích: hq  kt * Chú ý: Nói cách khác, năng lƣợng (tần số) của ánh sáng huỳnh quang bé hơn năng lƣợng (tần số) của ánh sáng kích thích hq < kt. - 30 -
Tóm tắt lý thuyết Vật lí 12 Bài 33. MẪU NGUYÊN TỬ BO I. MÔ HÌNH HÀNH TINH NGUYÊN TỬ - Rơ-dơ-pho đề xƣớng mẫu hành tinh nguyên tử (các electron chuyển động quanh hạt nhân giống nhƣ các hành tinh chuyển động quanh Mặt Trời), nhƣng không giải thích đƣợc tính bền vững và sự tạo thành quang phổ vạch của các nguyên tử. - Mẫu nguyên tử Bo gồm: mô hình hành tinh nguyên tử và hai tiên đề của Bo. II. CÁC TIÊN ĐỀ CỦA BO VỀ CẤU TẠO NGUYÊN TỬ 1. Tiên đề về các trạng thái dừng Nguyên tử chỉ tồn tại trong một số trạng thái có năng lƣợng xác định, gọi là các trạng thái dừng, khi ở trạng thái dừng thì nguyên tử không bức xạ. Trong các trạng thái dừng của nguyên tử, êlectron chỉ chuyển động quanh hạt nhân trên những quỹ đạo có bán kính hoàn toàn xác định gọi là các quỹ đạo dừng. * Chú ý: - Bình thƣờng nguyên tử ở trong trạng thái dừng có năng lƣợng thấp nhất (gần hạt 11 nhân nhất). Đó là trạng thái cơ bản, có bán kính r0 5,3.10 m (gọi là bán kính Bo) - Các trạng thái còn lại gọi là trạng thái kích thích, thời gian sống trung bình của nguyên tử trong các trạng thái này cỡ 10-8s. Bán kính: r0 4r0 9r0 16r0 25r0 36r0 Tên quỹ K L M N O P đạo (n =1) (n = 2) (n = (n = (n = (n = 3) 4) 5) 6) 2 rn0 n r với n = 1, 2, 3, 2. Tiên đề về sự bức xạ và hấp thụ năng lƣợng của nguyên tử Khi nguyên tử chuyển từ trạng thái dừng có năng lƣợng ( En ) sang trạng thái dừng có năng lƣợng thấp hơn ( Em ) thì nó phát ra một phôtôn có năng lƣợng đúng bằng hiệu - : hc  hfnm = - nm Ngƣợc lại, nếu nguyên tử đang ở trong trạng thái dừng có năng lƣợng mà hấp thụ đƣợc một phôtôn có năng lƣợng đúng bằng hiệu - thì nó chuyển lên trạng thái dừng có năng lƣợng cao . III. QUANG PHỔ PHÁT XẠ VÀ HẤP THỤ CỦA HIDRÔ. - Khi electron chuyển từ mức năng lƣợng cao xuống mức năng En lƣợng thấp thì nó phát ra một phôtôn có năng lƣợng: hf = Ecao - Ethấp - Mỗi phôtôn có tần số f ứng với 1 sóng ánh sáng có bƣớc sóng  hfmn hfmn Em - 31 -
Tóm tắt lý thuyết Vật lí 12 ứng với 1 vạch quang phổ phát xạ (có màu hay vị trí nhất định) - Ngƣợc lại, khi nguyên tử hidrô đang ở mức năng lƣợng thấp mà nằm trong vùng ánh sáng trắng thì nó hấp thụ 1 phôtôn để chuyển lên mức năng lƣợng cao làm trên nền quang phổ liên tục xuất hiện vạch tối. (Quang phổ hấp thụ của nguyên tử hidrô cũng là quang phổ vạch). * Mối liên hệ giữa các bƣớc sóng và tần số của các vạch quang phổ của nguyên từ hiđrô: 31  32  21 (25) f31 f 32 f 21 (26) 1 1 1 (27) 31  32  21 32  21  21  31  32  31 Say ra: 31 ,,  32  21 32  21  21  31  32  31 Bài 34. SƠ LƢỢC VỀ LAZE (LASER) LASER: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation có nghĩa là "Khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ kích thích" I. LAZE LAZE là một nguồn sáng phát ra một chùm sáng có cƣờng độ lớn dựa trên việc ứng dụng hiện tƣợng phát xạ cảm ứng. * Tia laze có đặc điểm: Tính đơn sắc cao, tính định hƣớng, tính kết hợp rất cao và cƣờng độ lớn. II. SỰ PHÁT XẠ CẢM ỨNG Nếu một nguyên tử đang ở trạng thái kích thích, sẵn sàng phát ra một phôtôn có năng lƣợng  hf , bắt gặp một phôtôn có năng lƣợng  ' đúng bằng hf, bay lƣớt qua nó, thì lập tức nguyên tử này cũng phát ra phôtôn  . Phôtôn có cùng năng lƣợng và bay cùng phƣơng với phôtôn . Ngoài ra, sóng điện từ ứng với phôtôn hoàn toàn cùng pha và dao động trong một mặt phẳng song song với mặt phẳng dao động của sóng điện từ ứng với phôtôn . III. CẤU TẠO LAZE 3 loại laze: Laze khí, laze rắn, laze bán dẫn. Laze rubi: Gồm một thanh rubi hình trụ, hai mặt hai đầu mài nhẵn vuông góc với trục của thanh, một mặt mạ bạc, mặt kia mạ lớp mỏng (bán mạ) cho 50% cƣờng độ sáng truyền qua. Ánh sáng đỏ của rubi phát ra là màu của laze. IV. ỨNG DỤNG LAZE o Trong y học: Làm dao mổ, chữa 1 số bệnh ngoài da o Trong thông tin liên lạc: Liên lạc vô tuyến (vô tuyến định vị, liên lạc vệ tinh, ) truyền tin bằng cáp quang o Trong công nghiệp: Khoan, cắt kim loại, compôzit o Trong trắc địa: Đo khoảng cách, ngắm đƣờng. - 32 -
Tóm tắt lý thuyết Vật lí 12 Chƣơng VII. HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ Bài 35. TÍNH CHẤT VÀ CẤU TẠO CỦA HẠT NHÂN I. CẤU TẠO CỦA HẠT NHÂN - Hạt nhân đƣợc cấu tạo bởi hai loại hạt là prôtôn và nơtron, gọi chung là nuclon. - Tổng số nuclôn trong một hạt nhân gọi là số khối A. A - Kí hiệu của hạt nhân: Z X Trong đó Z: nguyên tử số, chính là số prôtôn và là số thứ tự của nguyên tố trong bảng tuần hoàn. - Số nơtron N = A - Z II. ĐỒNG VỊ Là các hạt nhân có cùng số prôton Z, khác nhau số nơtron (khác nhau số khối). III. KHỐI LƢỢNG HẠT NHÂN Khối lƣợng hạt nhân rất lớn so với khối lƣợng của êlectron, vì vậy khối lƣợng nguyên tử gần nhƣ tập trung toàn bộ ở hạt nhân. Đơn vị khối lƣợng hạt nhân là: u 1 27 2 1u m12 ; 1u = 1,66055.10 kg = 931,5 MeV/ c 12 6 C IV. KHỐI LƢỢNG VÀ NĂNG LƢỢNG (Hệ thức Anh-xtanh). E = m . m Ngoài ra theo thuyết tƣơng đối hẹp thì: m 0 v2 1 c2 trong đó: m0 : khối lƣợng nghỉ, tức là khối lƣợng khi vật ở trạng thái nghỉ. m : là khối lƣợng động, tức là khối lƣợng khi vật chuyển động v: vận tốc của vật * Chú ý : - m > m0 - Phôtôn chuyển động với tốc độ bằng c nên khối lƣợng nghỉ phôtôn bằng không. mc2 * Năng lƣợng toàn phần của vật : E mc2 0 v2 1 c2 2 * Năng lƣợng nghỉ (năng lƣợng khi vật đứng yên): E00 m c 2 * Động năng của vật: W® E E 0 (m m 0 )c - 33 -
Tóm tắt lý thuyết Vật lí 12 Bài 36. NĂNG LƢỢNG LIÊN KẾT CỦA HẠT NHÂN. PHẢN ỨNG HẠT NHÂN I. LỰC HẠT NHÂN Lực tƣơng tác giữa các nuclon gọi là lực hạt nhân. Lực hạt nhân không có cùng bản chất với lực tĩnh điện hay lực hấp dẫn. Lực hạt nhân chỉ phát huy tác dụng trong phạm vi kích thƣớc hạt nhân (bán kính tác dụng cỡ 10-15m). * Chú ý: Lực hạt nhân không phụ thuộc vào điện tích, đây là một lực thuộc tƣơng tác mạnh. II. NĂNG LƢỢNG LIÊN KẾT CỦA HẠT NHÂN 1. Độ hụt khối A Xét hạt nhân Z X . Khối lƣợng các nuclon tạo thành hạt nhân X là: Z mp + ( A – Z) mn Độ hụt khối: m = Z + ( A – Z) - mX Vậy khối lƣợng của một hạt nhân luôn nhỏ hơn tổng khối lƣợng của các nuclon tạo thành hạt nhân đó. 2. Năng lƣợng liên kết Năng lƣợng liên kết của một hạt nhân đƣợc tính bằng tích số của độ hụt khối của hạt nhân với thừa số c2 2 2 Wlk m. c = [ Z + ( A – Z) - ]c Wlk 3. Năng lƣợng kiên kết riêng: WLKR = LKR = A Mức độ bền vững của hạt nhân tùy thuộc vào năng lƣợng liên kết riêng, năng lƣợng kiên kết riêng càng lớn thì hạt nhân càng bền vững. III. PHẢN ỨNG HẠT NHÂN Phản ứng hạt nhân là quá trình biến đổi các hạt nhân, chia làm 2 loại: + Phản ứng hạt nhân tự phát: quá trình tự phân rã của một hạt nhân không bền thành các hạt nhân khác (Phóng xạ). + Phản ứng hạt nhân kích thích: quá trình các hạt nhân tƣơng tác với nhau tạo ra các hạt nhân khác. IV. CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN TRONG PHẢN ỨNG HẠT NHÂN. + Bảo toàn điện tích; + Bảo toàn số nuclon; + Bảo toàn năng lƣợng toàn phần; + Bảo toàn động lƣợng. Trong phản ứng hạt nhân không bảo toàn khối lƣợng, không bảo toán số nơtron * Chú ý: AAAA Cho phản ứng hạt nhân: 1A 2 B 3 D 4 F (1) ZZZZ1 2 3 4 - Bảo toàn điện tích: ZZZZ1 2 3 4 - Bảo toàn nuclon: AAAA1 2 3 4 2 2 2 2 - Bảo toàn năng lƣợng toàn phần: mcW0A ®A mcW 0B ®B mcW 0D ®D mcW 0F ®F - 34 -
Tóm tắt lý thuyết Vật lí 12 1 trong đó: W mv2 (động năng) ® 2 - Bảo toàn động lƣợng: mAABBDDFF v m v m v m v V. NĂNG LƢỢNG CỦA PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 2 W = ( m tröôùc - msau ).c 0 W = |Mtrƣớc - Msau|.931,5 MeV Mtrƣớc > Msau: W > 0 : Phản ứng tỏa năng lƣợng W WWW Mtrƣớc > Msau: W < 0: Phản ứng thu năng lƣợng thu * Chú ý: + mtrƣớc là tổng khối lƣợng các hạt nhân trƣớc phản ứng, ở phản ứng (1) thì mtríc mAB m + msau là tổng khối lƣợng các hạt nhân trƣớc phản ứng, ở phản ứng (1) thì msau m D m F Bài 37. PHÓNG XẠ I. HIỆN TƢỢNG PHÓNG XẠ Là quá trình phân hủy tự phát của một hạt nhân không bền vững (tự nhiên hay nhân tạo). Quá trình phân hủy này kèm theo sự tạo ra các hạt và có thể kèm theo sự phát ra các bức xạ địên từ. Hạt nhân tự phân hủy gọi là hạt nhân mẹ, hạt nhân đƣợc tạo thành sau khi phân hủy gọi là hạt nhân con. II. CÁC DẠNG TIA PHÓNG XẠ 4 8 1) Phóng xạ : tia là dòng hạt nhân 2 He , chuyển động với tốc độ cỡ 2.10 m/s, đi đƣợc trong không khí chừng vài cm, trong chất rắn vài m . Phƣơng trình phản ứng: A A 4 4 ZX Z 2 Y 2 He 0 0 A A 0 0 2) Phóng xạ  : Tia  là dòng các êlectrôn 1 e , phƣơng trình phản ứng: ZX Z 1 Y 1 e  0 A A 0 0 3) Phóng xạ  : Tia  là dòng các pôzitrôn 1 e , phƣơng trình phản ứng: ZX Z 1 Y 1 e 0  - Các hạt  chuyển động với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng, có thể đi đƣợc vài m trong không khí và vài mm trong kim loại. 0 0 * Chú ý:. 0  : gọi là hạt nơtrinô, 0  : gọi là phản hạt của nơtrinô, các hạt này có khối lƣợng rất nhỏ, không điện tích và chuyển động với tốc độ xấp xỉ tốc độ ánh sáng. * Phóng xạ γ: Tia γ là sóng điện từ, do một số hạt nhân con tạo ra ở trạng thái kích khi chuyển về trạng thái có mức năng lƣợng thấp hơn phát ra. Tia γ có thể đi đƣợc vài m trong bê tông và vài cm trong chì. III. ĐỊNH LUẬT PHÓNG XẠ Số hạt nhân phóng xạ giảm theo qui luật hàm số mũ : t t T N = N00 e N 2 IV. CHU KỲ BÁN RÃ: là khoảng thời gian mà số hạt nhân giảm đi một nữa. ln 2 0.693 T  : Hằng số phóng xạ ( s 1 )  * Chú ý: t t T - Độ phóng xạ H (phân rã/s; Bq; Ci): H  N H00 e H 2 với HN00  - 1Ci = 3,7.1010 Bq - 35 -
Tóm tắt lý thuyết Vật lí 12 Bài 38. PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH I. PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH Là phản ứng trong đó một hạt nhân nặng vỡ thành hai hạt nhân nhẹ hơn Phản ứng phân hạch kích thích: Để tạo nên phản ứng phân hạch của hạt nhân X ngƣời ta cần phải truyền cho X một năng lƣợng đủ lớn (giá trị tối thiểu của năng lƣợng này gọi là năng lƣợng kích hoạt), vào cỡ MeV. Thƣờng ngƣời ta dùng nơtron bắn vào hạt nhân X. 235 143 90 235 139 93 VD: 92U n 60Nd 40Zr 3.n 8 , 92U n 58X 41Np 3.n 7. II. PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH TỎA NĂNG LƢỢNG Phản ứng phân hạch là phản ứng tỏa năng lƣợng, năng lƣợng đó gọi là năng lƣợng phân hạch. III. PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH DÂY CHUYỀN + Giả sử một lần phân hạch có k nơtron đƣợc giải phóng đến kích thích các hạt nhân 235U tạo nên những phân hạch mới. Sau n lần phân hạch liên tiếp, số nơtron giải phóng là k n và kích thích phân hạch mới. + Khi k 1 phản ứng phân hạch dây chuyền tự duy trì, năng lƣợng phát ra tăng nhanh và có thể gây nên bùng nổ. * Muốn cho k1 , khối lƣợng của chất phân hạch phải đủ lớn để số nơtron bị bắt nhỏ hơn nhiều so với số nơtron đƣợc giải phóng. + Khối lƣợng tối thiểu của chất phân hạch để phản ứng phân hoạch duy trì đƣợc gọi là khối lƣợng tối hạn. IV. PHẢN ỨNG PHÂN HẠCH KHI CÓ ĐIỀU KHIỂN Khi k = 1 thì phản ứng phân hạch dây chuyền tự duy trì và năng lƣợng phát ra không đổi theo thời gian. Đây là phản ứng phân hạch có điều khiển đƣợc thực hiện trong các lò phản ứng hạt nhân. * Chú ý: Ngƣời ta dùng thanh điều khiển có chứa bo hay cađimi để đảm bảo cho k =1. Bài 39. PHẢN ỨNG NHIỆT HẠCH I. PHẢN ỨNG NHIỆT HẠCH: là phản ứng trong đó hai hay nhiều hạt nhân nhẹ tổng hợp lại thành một hạt nhân nặng hơn. * Điều kiện thực hiện phản ứng nhiệt hạch là nhiệt độ cao ( 50 100 triệu độ) 2 3 4 1 1 D + 1 T 2 He + 0 n + 18 MeV II. ĐIỀU KIỆN ĐỂ CÓ PHẢN ỨNG NHIỆT HẠCH XẢY RA + Nhiệt độ cao khoảng 100 triệu độ. + Mật độ hạt nhân trong plasma phải đủ lớn. + Thời gian duy trì trạng thái plasma ở nhiệt độ cao 100 triệu độ phải đủ lớn. III. NĂNG LƢỢNG NHIỆT HẠCH. + Năng lƣợng tỏa ra bởi các phản ứng nhiệt hạch đƣợc gọi là năng lƣợng nhiệt hạch (rất lớn). + Năng lƣợng nhiệt hạch là nguồn gốc năng lƣợng của hầu hết các vì sao. IV. ƢU ĐIỂM CỦA NĂNG LƢỢNG NHIỆT HẠCH + Nguồn nguyên liệu dồi dào. + Phản ứng nhiệt hạch không gây ô nhiễm môi trƣờng. - 36 -
Tóm tắt lý thuyết Vật lí 12 MỤC LỤC CHƢƠNG I: DAO ĐỘNG CƠ HỌC 2 Bài 1. DAO ĐỘNG ĐIỀU HÕA Bài 2. CON LẮC LÕ XO 3 Bài 3. CON LẮC ĐƠN 4 Bài 4. DAO ĐỘNG TẮT DẦN. DAO ĐỘNG CƢỠNG BỨC 4 Bài 5. TỔNG HỢP HAI DAO ĐỘNG ĐIỀU HOÀ CÙNG PHƢƠNG, 6 CÙNG TẦN SỐ. PHƢƠNG PHÁP GIẢN ĐỒ FRE-NEN CHƢƠNG II . SÓNG CƠ VÀ SÓNG ÂM 7 Bài 7. SÓNG CƠ VÀ SỰ TRUYỀN SÓNG CƠ Bài 8. GIAO THOA SÓNG 8 Bài 9. SÓNG DỪNG 8 Bài 10. ĐẶC TRƢNG VẬT LÝ CỦA ÂM 9 Bài 11. ĐẶC TRƢNG SINH LÝ CỦA ÂM 10 CHƢƠNG III : DÕNG ĐIỆN XOAY CHIỀU 11 Bài 12. ĐẠI CƢƠNG VỀ DÕNG ĐIỆN XOAY CHIỀU Bài 13. CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU 13 Bài 14. MẠCH CÓ R, L, C MẮC NỐI TIẾP 14 Bài 15. CÔNG SUẤT ĐIỆN TIÊU THỤ CỦA MẠCH ĐIỆN XOAY 16 CHIỀU. HỆ SỐ CÔNG SUẤT Bài 17. MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU 17 Bài 18. ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 19 CHƢƠNG IV: SÓNG ĐIỆN TỪ 20 Bài 20. MẠCH DAO ĐỘNG – DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ Bài 21. ĐIỆN TỪ TRƢỜNG 21 Bài 22. SÓNG ĐIỆN TỪ CHƢƠNG V: SÓNG ÁNH SÁNG 24 Bài 24. TÁN SẮC ÁNH SÁNG Bài 25. GIAO THOA ÁNH SÁNG 24 BÀI 26. CÁC LOẠI QUANG PHỔ 25 Bài 27. TIA HỒNG NGOẠI VÀ TIA TỬ NGOẠI 26 BÀI 28. TIA X 28 CHƢƠNG VIII. LƢỢNG TỬ ÁNH SÁNG Bài 30. HIỆN TƢỢNG QUANG ĐIỆN. THUYẾT LƢỢNG TỬ ÁNH 29 SÁNG Bài 31. HIỆN TƢỢNG QUANG ĐIỆN TRONG 30 Bài 33. MẪU NGUYÊN TỬ BO 31 Bài 34. SƠ LƢỢC VỀ LAZE (LASER) 32 Chƣơng VII. HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ 33 Bài 35. TÍNH CHẤT VÀ CẤU TẠO CỦA HẠT NHÂN Bài 36. NĂNG LƢỢNG LIÊN KẾT CỦA HẠT NHÂN. PHẢN ỨNG HẠT 34 NHÂN - 37 -
Tóm tắt lý thuyết Vật lí 12 - 38 -