Tài liệu Phương pháp giải toán vật lý 12 phần 2

1 Mục lục Trang Mục lục . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 Chương 3- SÓNG CƠ A- HIỆN TƯỢNG SÓNG- GIAO THOA SÓNG 3.1 Hiện tượng sóng: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.1 Quan sát . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.2 Định nghĩa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.3 Giải thích . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.4 Phân loại . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Những đại lượng đặc trưng của sóng . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.1 Vận tốc truyền sóng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.2 Chu kỳ của sóng (T ), tần số (f) . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.3 Bước sóng (λ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.4 Biên độ sóng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3 Phương trình truyền sóng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.1 Phương trình truyền sóng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.2 Tính tuần hoàn của sóng theo không gian và thời gian . . . 3.3.3 Độ lệch pha giữa hai điểm trên phương truyền sóng . . . . . 3.4 Hiện tượng giao thoa sóng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.1 Thí nghiệm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.2 Định nghĩa độ lệch pha. Giải thích hiện tượng giao thoa sóng 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 6 6 6 6 6 6 6 7 7 7 7 7 8 8 8 8 9 B- DẠNG BÀI TẬP 10 Chủ đề 1. Viết biểu thức sóng tại một điểm trên phương truyền sóng . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Chủ đề 2. Dựa vào độ lệch pha ∆ϕ và điều kiện giới hạn của tần số, bước sóng, vận tốc để tìm tần số, bước sóng, vận tốc? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Chủ đề 3. Viết phương trình sóng tại một điểm trên miền giao thoa? Xác định số điểm dao động cực đại và cực tiểu ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 A. Nếu uS1 = uS2 = a. cos(ω.t) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.Phương trình sóng tại điểm M cách S1 và S2 một khoảng d1 và d2 . . . . . . . . . . . . . . 11 2. Số điểm cực đại và cực tiểu trên đoạn S1 S2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 3. Số điểm cực đại và cực tiểu trên đoạn S1 D được giới hạn bởi hình chử nhật S1 S2 DC . . . 11 4. Số điểm cực đại và cực tiểu trên đoạn DC được giới hạn bởi hình chử nhật S1 S2 DC . . . . 11 B. Nếu uS1 = a. cos(ωt + ϕ1 ) và uS2 = a. cos(ω.t + ϕ2 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.Phương trình sóng tại điểm M cách S1 và S2 một khoảng d1 và d2 . . . . . . . . . . . . . . 11 Vật lý lớp 12 DĐ: 0983.885241 2. Số điểm cực đại và cực tiểu trên đoạn S1 S2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Số điểm cực đại và cực tiểu trên đoạn S1 D được giới hạn bởi hình chử nhật S1 S2 DC . . . 4. Số điểm cực đại và cực tiểu trên đoạn DC được giới hạn bởi hình chử nhật S1 S2 DC . . . . C- SÓNG DỪNG- SÓNG ÂM 3.5 Sóng dừng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.1 Thí nghiệm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.2 Giải thích . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.3 Điều kiện để có sóng dừng . . . . . . . . . . . . . . 3.6 Sóng âm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.6.1 Dao động âm và sóng âm . . . . . . . . . . . . . . 3.6.2 Môi trường truyền âm . . . . . . . . . . . . . . . . 3.6.3 Những đặc trưng sinh lí của âm . . . . . . . . . . . 3.7 Hiệu ứng Đốp-ple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.7.1 Định nghĩa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.7.2 Giải thích hiện tượng . . . . . . . . . . . . . . . . a.Nguồn âm đứng yên, người quan sát chuyển động . . . . b.Nguồn âm chuyển động lại gần người quan sát đứng yên . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 12 12 14 14 14 14 14 15 15 15 15 16 16 16 16 16 D- DẠNG BÀI TẬP 17 Chủ đề 1. Viết phương trình sóng dừng tại một điểm ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Chương 4- DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU 18 A- DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU- ĐỊNH LUẬT OHM 4.1 Dòng điện xoay chiều . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1.1 Suất điện động xoay chiều . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1.2 Điện áp xoay chiều, cường độ dòng điện xoay chiều . . . . 4.1.3 Cường độ dòng điện hiệu dụng, điện áp hiệu dụng . . . . 4.1.4 Lý do sử dụng giá trị hiệu điện thế và cường độ dòng điện 4.2 Định luật Ohm cho mạch điện chỉ có điện trở thuần . . . . . . . 4.2.1 Tác dụng của điện trở . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.2 Mối quan hệ giữa điện áp u và cường độ dòng điện i . . . 4.2.3 Giản đồ Frexnen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.4 Định luật Ohm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3 Định luật Ohm cho mạch điện chỉ có tụ điện . . . . . . . . . . . 4.3.1 Tác dụng của tụ điện . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3.2 Mối quan hệ giữa điện áp u và cường độ dòng điện i . . . 4.3.3 Giản đồ Frexnen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3.4 Định luật Ohm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4 Định luật Ohm cho mạch điện chỉ cuộn cảm . . . . . . . . . . . 4.4.1 Tác dụng của cuộn cảm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4.2 Mối quan hệ giữa điện áp u và cường độ dòng điện i . . . 4.4.3 Giản đồ Frexnen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4.4 Định luật Ohm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.5 Định luật Ohm cho mạch điện RLC . . . . . . . . . . . . . . . . 4.5.1 Mối quan hệ giữa điện áp u và cường độ dòng điện . . . . ThS Trần Anh Trung 2 . . . . . . . . . . . . hiệu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . dụng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 18 18 18 19 19 20 20 20 20 20 20 20 20 21 21 21 21 21 21 22 22 22 TTBDKT- LTĐH- Số 8 Lê Lợi- Huế Vật lý lớp 12 4.6 4.5.2 4.5.3 4.5.4 Công 4.6.1 4.6.2 4.6.3 DĐ: 0983.885241 Giản đồ Frexnen . . . . . . . . . . . Định luật Ohm . . . . . . . . . . . . Hiện tượng cộng hưởng . . . . . . . suất của dòng điện xoay chiều . . . . Công suất tức thời . . . . . . . . . . Công suất của dòng điện xoay chiều Ý nghĩa của hệ số công suất . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 23 23 24 24 24 24 B- DẠNG BÀI TẬP Chủ đề 1. Viết biểu thức cường độ dòng điện qua đoạn mạch khi biết biểu thức hiệu điện thế và ngược lại? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Chủ đề 2. Xác định độ lệch pha giữa hai hiệu điện thế tức thời u1 và u2 của hai đoạn mạch khác nhau trên cùng một dòng điện xoay chiều không phân nhánh? Cách vận dụng? . . . . . . . . Chủ đề 3.Đoạn mạch RLC, cho biết U, R: tìm hệ thức L, C, ω để: cường độ dòng điện qua đoạn mạch cực đại, hiệu điện thế và cường độ dòng điện cùng pha, công suất tiêu thụ trên đoạn mạch đạt cực đại. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Chủ đề 4.Cho mạchRLC: Biết U, ω, tìm L, hayC, hay R để công suất tiêu thụ trên đoạn mạch cực đại. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.Tìm L hay C để công suất tiêu thụ trên đoạn mạch cực đại . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.Tìm R để công suất tiêu thụ trên đoạn mạch cực đại . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Chủ đề 5.Đoạn mạch RLC: Cho biết U, R, f: tìm L ( hay C) để UL (hay UC ) đạt giá trị cực đại? . 1.Tìm L để hiệu thế hiệu dụng ở hai đầu cuộn cảm cực đại . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.Tìm C để hiệu thế hiệu dụng ở hai đầu tụ điện cực đại . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Chủ đề 6.Đoạn mạch RLC: Cho biết U, R, f: tìm L ( hay C) để URL (hay URC ) đạt giá trị cực đại? 1.Tìm L để hiệu thế hiệu dụng ở hai đầu đoạn RL đạt cực đại . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.Tìm C để hiệu thế hiệu dụng ở hai đầu đoạn RC đạt cực đại . . . . . . . . . . . . . . . . . Chủ đề 7.Đoạn mạch RLC: Cho biết U, R, L, C: tìm ω để UR (UL hay UC ) đạt giá trị cực đại? . . 1.Tìm f ( hay ω) để hiệu thế hiệu dụng ở hai đầu điện trở cực đại . . . . . . . . . . . . . . . 2.Tìm f ( hay ω) để hiệu thế hiệu dụng ở hai đầu cuộn cảm cực đại . . . . . . . . . . . . . . 3.Tìm f ( hay ω) để hiệu thế hiệu dụng ở hai đầu tụ điện cực đại . . . . . . . . . . . . . . . . Chủ đề 8.Xác định khoảng thời gian đèn neon sáng và tắt trong một chu kì T? . . . . . . . . . . . 25 C - MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU- MÁY BIẾN ÁP - SỰ TRUYỀN 4.1 Máy phát điện xoay chiều một pha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1.1 Nguyên tắc hoạt động . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1.2 Nguyên tắc cấu tạo: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2 Máy phát điện xoay chiều ba pha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.1 Nguyên tắc hoạt động . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.2 Định nghĩa dòng điện ba pha: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3 Động cơ không đồng bộ ba pha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3.1 Nguyên tắc hoạt động . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3.2 Cách tao ra từ trường quay bằng dòng điện ba pha . . . . . . . 4.3.3 Cấu tạo của động cơ không đồng bộ ba pha: . . . . . . . . . . . 4.4 Máy biến áp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4.1 Cấu tạo của máy biến thế . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4.2 Nguyên tắc hoạt động . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 34 34 34 35 35 35 36 36 36 37 37 37 37 ThS Trần Anh Trung 3 TẢI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ĐIỆN NĂNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 26 28 29 29 29 30 30 30 31 31 31 32 32 32 32 33 TTBDKT- LTĐH- Số 8 Lê Lợi- Huế Vật lý lớp 12 4.4.3 4.4.4 DĐ: 0983.885241 Sự biến đổi hiệu điện thế và cường độ dòng điện . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Truyền tải điện năng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . D - DẠNG BÀI TẬP Chủ đề 1.Xác định từ thông- suất điện động cảm ứng ? . . . . . . Chủ đề 2.Máy phát điện xoay chiều một pha: xác định tần số, điện Chủ đề 3.Máy phát điện xoay chiều ba pha. . . . . . . . . . . . . . Chủ đề 4.Máy biến áp. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Chủ đề 5.Truyền tải điện năng- hiệu suất của quá trình truyền tải . . . . . . . . . . . áp hiệu dụng ở hai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Chương 5- DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ- SÓNG ĐIỆN TỪ 5.1 Dao động điện từ trong mạch LC. Sự chuyển hóa và bảo toàn năng lượng động LC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.1 Sự biến thiên điện tích và dòng điện trong mạch dao động . . . . . . 5.1.2 Hiệu điện thế và cường độ dòng điện trong mạch dao động LC . . . 5.1.3 Sự chuyển hóa và bảo toàn năng lượng trong mạch dao động LC . . 5.2 Điện trường. Sóng điện từ. Các tính chất của sóng điện từ . . . . . . . . . . 5.2.1 Điện trường biến thiên và từ trường biến thiên . . . . . . . . . . . . 5.2.2 Sóng điện từ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.3 Các tính chất của sóng điện từ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3 Sự truyền sóng vô tuyến điện. Nguyên lí phát và thu sóng vô tuyến điện . . 5.3.1 Mạch dao động hở. Anten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3.2 Nguyên tắc truyền sóng điện từ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3.3 Sự truyền sóng vô tuyến . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3.4 Nguyên lí phát và thu sóng vô tuyến điện . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . đầu máy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 38 40 40 40 41 41 42 44 trong mạch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . dao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 44 45 45 46 46 47 47 47 47 47 48 48 B - DẠNG BÀI TẬP 49 Chủ đề 1. Xác định chu kì và tần số của mạch dao động LC ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 Chủ đề 2. Dao động điện tự do trong mạch LC: viết biểu thức q(t)? Suy ra cường độ dòng điện i(t)? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 Chủ đề 3. Cách áp dụng định luật bảo toàn năng lượng trong mạch dao động LC . . . . . . . . . 50 1.Biết Q0 ( hay U0 ) tìm biên độ I0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 2.Biết Q0 ( hay U0 )và q ( hay u), tìm i lúc đó . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 Chủ đề 3. Mạch LC ở lối vào của máy thu vô tuyến có tụ xoay biến thiên Cmax ÷ Cmin : tìm dải bước sóng hay dải tần số mà máy thu được? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 Chương 6- HIỆN TƯỢNG TÁN SẮC ÁNH SÁNG- GIAO THOA ÁNH SÁNG A. LÝ THUYẾT 6.1 Tán sắc ánh sáng . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.1.1 Thí nghiệm Newton về hiện tượng tán sắc 6.1.2 Thí nghiệm về ánh sáng đơn sắc . . . . . 6.1.3 TỔng hỢp ánh sáng trẮng . . . . . . . . 6.2 HiỆn tƯỢng nhiỄu xạ . . . . . . . . . . . . . . . 6.2.1 Định nghĩa . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2.2 Giải thích . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3 Hiện tượng giao thoa ánh sáng . . . . . . . . . . ThS Trần Anh Trung 4 . . . . . . ánh sáng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 52 52 52 53 53 53 53 54 TTBDKT- LTĐH- Số 8 Lê Lợi- Huế Vật lý lớp 12 6.4 6.5 6.6 6.7 DĐ: 0983.885241 6.3.1 Thí nghiệm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3.2 Giải thích . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3.3 Bước sóng ánh sáng và màu sắc ánh sáng . . . . . . 6.3.4 Đo bước sóng bằng phương pháp giao thoa . . . . . 6.3.5 Chiết suất của môi trường và bước sóng ánh sáng . Máy quang phổ. Các loại quang phổ . . . . . . . . . . . . . 6.4.1 Máy quang phổ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.4.2 Quang phổ liên tục . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.4.3 Quang phổ vạch phát xạ . . . . . . . . . . . . . . . 6.4.4 Quang phổ vạch hấp thụ . . . . . . . . . . . . . . . 6.4.5 Hiện tượng đảo sắc các vạch quang phổ: . . . . . . . 6.4.6 Phép phân tích quang phổ và tiện lợi của phép phân Tia hồng ngoại. Tia tử ngoại. Tia X . . . . . . . . . . . . . 6.5.1 Thí nghiệm phát hiện tia hồng ngoại và tia tử ngoại 6.5.2 Tia hồng ngoại . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.5.3 Tia tử ngoại . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tia Ronghen ( Tia X) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.6.1 Ống Ronghen ( Tia X) . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.6.2 Bản chất, tính chất và ứng dụng của tia Ronghen . 6.6.3 Giải thích cơ chế phát ra tia Ronghen . . . . . . . . 6.6.4 Tác dụng quang điện của tia Ronghen . . . . . . . . 6.6.5 Công thức về tia Ronghen . . . . . . . . . . . . . . . Thuyết điện từ ánh sáng. Thang sóng điện từ . . . . . . . . 6.7.1 Thuyết điện từ ánh sáng . . . . . . . . . . . . . . . . 6.7.2 Thang sóng điện từ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . tích quang phổ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 54 55 55 56 56 56 57 58 58 59 59 59 59 60 60 61 61 61 62 62 62 62 62 63 B - DẠNG BÀI TẬP 64 Chủ đề 1. Xác định khoảng vân - tọa độ vân sáng và vân tối trên miền giao thoa . . . . . . . . . 64 Chủ đề 2. Xác định tính chất sáng (tối) và tìm bậc giao thoa ứng với mỗi điểm trên màn? . . . . 64 Chủ đề 3. Tìm số vân sáng và vân tối quan sát được trên miền giao thoa . . . . . . . . . . . . . . 65 Chủ đề 4. Trường hợp nguồn phát hai ánh sáng đơn sắc. Tìm vị trí trên màn ở đó có sự trùng nhau của hai vân sáng thuộc hai hệ đơn sắc? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 Chủ đề 5. Trường hợp giao thoa ánh sáng trắng: tìm độ rộng quang phổ, xác định ánh sáng cho vân tối ( sáng) tại một điểm (xM ) ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 1.Xác định độ rộng quang phổ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 2.Xác định ánh sáng cho vân tối ( sáng) tại một điểm (xM ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 3.Xác định khoảng chồng chập của hai quang phổ liên tiếp trên miền giao thoa? . . . . . . . 67 Chủ đề 6. Thí nghiệm giao thoa với ánh sáng thực hiện trong môi trường có chiếc suất n > 1. Tìm khoảng vân mới i0 ? Hệ vân thay đổi thế nào? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 Chủ đề 7. Thí nghiệm Young: đặt bản mặt song song (e,n) trước khe S1 ( hoặc S2 ). Tìm chiều và độ dịch chuyển của hệ vân trung tâm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 ThS Trần Anh Trung 5 TTBDKT- LTĐH- Số 8 Lê Lợi- Huế Vật lý lớp 12 DĐ: 0983.885241 Chương 3 SÓNG CƠ A. HIỆN TƯỢNG SÓNG- GIAO THOA SÓNG 3.1 3.1.1 Hiện tượng sóng: Quan sát Ném hòn đá xuống nước, trên mặt nước xuất hiện hình ảnh sóng tròn đồng tâm lan tỏa.... 3.1.2 Định nghĩa Sóng là sự lan truyền các dao động cơ học trong môi trường vật chất theo thời gian. 3.1.3 Giải thích Sóng lan truyền được nhờ các phần tử môi trường dao động liên kết với nhau bằng lực liên kết đàn hồi. Phần tử ở xa tâm, dao động trể pha hơn. 3.1.4 Phân loại a. Sóng ngang: Là sóng có phương dao động vuông góc với phương truyền sóng. Sóng ngang chỉ truyền được trong môi trường chất rắn. Ví dụ: sóng trên dây đàn hồi, sóng trên tấm kim loại mỏng. Chú ý: trong vật rắn, sóng cơ học truyền được nhờ lực đàn hồi xuất hiện gây ra biến dạng lệch. b. Sóng dọc: Là sóng có phương dao động trùng với phương truyền sóng. Sóng dọc truyền được cả trong môi trường rắn, lỏng, khí. Chú ý: trong môi trường khí, lỏng, sóng cơ học truyền được nhờ lực đàn hồi xuất hiện gây ra biến dạng nén, dẻo. Sóng cơ học không lan truyền được trong chân không. 3.2 3.2.1 Những đại lượng đặc trưng của sóng Vận tốc truyền sóng Là vận tốc truyền pha dao động của môi trường mà ta xét. Vận tốc truyền sóng là một đặc trưng quan trọng của sóng, vận tốc truyền phụ thuộc vào môi trường truyền sóng. V = dx dt (3.1) Ví dụ: Vận tốc truyền âm trong không khí v = 331m/s; vận tốc truyền âm trong nước v = 1435m/s. ThS Trần Anh Trung 6 TTBDKT- LTĐH- Số 8 Lê Lợi- Huế Vật lý lớp 12 3.2.2 DĐ: 0983.885241 Chu kỳ của sóng (T ), tần số (f) Chu kì sóng là chu kì dao động của các phần tử vật chất khi sóng truyền qua, bằng chu kì của nguồn sóng. Tần số của sóng là đại lượng nghịch đảo của chu kì sóng: f = 3.2.3 1 T (3.2) Bước sóng (λ) Bước sóng là đoạn đường sóng đi được trong một chu kì λ = V.T = V f (3.3) Hay: Bước sóng là khoảng cách giữa hai điểm dao động cùng pha liên tiếp trên cùng một phương truyền sóng. Chú ý: Khoảng cách giữa hai điểm trên phương truyền sóng dao động cùng pha: (3.4) d = k.λ k ∈ Z Khoảng cách giữa hai điểm trên phương truyền sóng dao động ngược pha:   1 d= k+ .λ k ∈ Z 2 3.2.4 (3.5) Biên độ sóng Khi sóng truyền qua một điểm thì làm cho phần tử vật chất tại điểm đó cũng dao động. Biên độ dao động càng lớn thì sóng càng mạnh. Biên độ là đặc trưng sóng tại điểm ta xét: + Khi sóng lan truyền càng xa nguồn, biên độ càng giảm; + Khi sóng truyền tới, một phần tử vật chất tại đó dao động. Vậy quá trình truyền sóng là quá trình truyền năng lượng. Chú ý: Quá trình truyền sóng cũng chính là quá trình truyền pha. Theo hình vẽ ta thấy: pha của dao động đã truyền từ nguồn dao động A tới B tới C và tới D rồi tới E. . . sau những khoảng thời gian T4 . Sau một thời gian là chu kì dao động, pha dao động truyền từ A đến E, do đó, trên hình vẽ ta thấy A và E dao động cùng pha. Khoảng cách giữa chúng là một bước sóng λ. 3.3 3.3.1 Phương trình truyền sóng Phương trình truyền sóng Ta xét sóng truyền theo một đường thẳng Ox, bỏ qua mất mát năng lượng. Giả sử dao động sóng tại O có dạng: uO = a cos ωt. x x Thời gian sóng truyền từ O đến M (OM = x) là: t0 = .Vậy: uM (t) = uO (t − ) v v Phương trình sóng tại M có dạng:   x uM (t) = a cos ω(t − ) v ThS Trần Anh Trung 7 TTBDKT- LTĐH- Số 8 Lê Lợi- Huế Vật lý lớp 12 DĐ: 0983.885241 hay:   2πx uM (t, x) = a cos ωt − λ (3.6) 2π x so với sóng tại O. Biểu thức (3.6) cho chúng ta thấy, quá trình truyền λ sóng là quá trình truyền theo không gian (x) và thời gian (t). Vậy: sóng tại M luôn trể pha là 3.3.2 Tính tuần hoàn của sóng theo không gian và thời gian a. Tính tuần hoàn theo thời gian: OM = x0 , cho chúng ta thấy sự dao động của một điểm M nhất định, từ (3.6)   2πx0 d uM (t, x0 ) = a cos ωt − điều kiện t ≥ (3.7) λ v Chu kì truyền sóng theo thời gian: T = 2π ω (3.8) b.Tính tuần hoàn theo không gian: t = t0 = const, cho ta biết sự dao động của toàn bộ sợi dây cao su ở thời điểm t0 nhất định ( dạng của môi trường), từ (3.6)   2πx uM (t0 , x) = a cos ωt0 − điều kiện x ≤ v.t0 (3.9) λ Ta có:    
2πx 2π uM (t0 , x) = a cos ωt0 − 2π − = a cos ωt0 − x+λ λ λ Vậy: Chu kì theo không gian là bước sóng λ. 3.3.3 Độ lệch pha giữa hai điểm trên phương truyền sóng a.Độ lệch pha của hai sóng tại một điểm ở hai thời điểm khác nhau: ∆ϕ = ω(t2 − t1 ) = ω∆t (3.10) b.Độ lệch pha của sóng tại hai điểm cách nhau đoạn d: ∆ϕ = 3.4 3.4.1 2π 2π (x2 − x1 ) = d λ λ (3.11) Hiện tượng giao thoa sóng Thí nghiệm Gắn hai quả cầu nhỏ S1 và S2 trên một nhánh hình chử U có cần gắn vào một âm thoa ( có tần số f) sau đó cho chạm nhẹ vào mặt nước. Khi cho âm thoa rung, hai quả cầu S1 và S2 dao động, kết quả trên mặt nước xuất hiện: + Có những điểm dao động với biên độ cực đại, chúng tạo thành các đường liên tục có dạng là Hypecbol. + Có những điểm dao động với biên độ cực tiểu, chúng tạo thành các đường liên tục có dạng là Hypecbol xen kẻ với các đường dao động cực đại. ThS Trần Anh Trung 8 TTBDKT- LTĐH- Số 8 Lê Lợi- Huế Vật lý lớp 12 3.4.2 DĐ: 0983.885241 Định nghĩa độ lệch pha. Giải thích hiện tượng giao thoa sóng a. Độ lệch pha Là đại lượng đặc trưng cho sự khác nhau về trạng thái giữa hai dao động cùng chu kì và được xác định bằng hiệu số: ∆ϕ = ϕ2 − ϕ1 b. Giải thích hiện tượng giao thoa Xét một điểm M trên miền giao thoa (M S1 = d1 ; M S2 = d2 ). Giả sử phương trình dao động tại S1 và S2 đều có dạng u = a cos ωt.   2π d1 Sóng từ S1 về M : tại M : u1 = a. cos ωt − λ   2π Sóng từ S2 về M : tại M : u2 = a. cos ωt − d2 λ Độ lệch pha của hai sóng là: Độ lệch pha của hai sóng là: ∆ϕ = 2π 2π (d2 − d1 ) = δ λ λ với hiệu đường đi của sóng δ = d2 − d1 (3.12) Biên độ sóng: A= p 2a2 (1 + cos ∆ϕ) (3.13) Để M dao động với biên độ cực đại khi hai sóng tới M phải dao động cùng pha: ∆ϕ = 2kπ. Vậy, từ (3.12) ta được: δ = d2 − d1 = kλ (3.14) Vậy: tập hợp những điểm M dao động với biên độ cực đại là họ đường cong Hypebol, nhận hai điểm S1 và S2 làm hai tiêu điểm ( kể cả đường trung trực của S1 S2 . Để M dao động với biên độ cực tiểu khi hai sóng tới M phải dao động ngược pha: ∆ϕ = (2k + 1)π. Vậy, từ (3.12) ta được:   1 δ = d2 − d1 = k + λ (3.15) 2 Vậy: tập hợp những điểm M dao động với biên độ cực tiểu là họ đường cong Hypebol, nhận hai điểm S1 và S2 làm hai tiêu điểm xen kẻ với họ đường cong cực đại. c. Định nghĩa giao thoa Giao thoa là sự gặp nhau hai hay nhiều sóng kết hợp trong không gian, trong đó có những chổ cố định mà biên độ sóng được tăng cường hay giảm bớt. d. Ý nghĩa của hiện tượng giao thoa Bất kì một quá trình nào gây ra hiện tượng giao thoa đều được xem là quá trình sóng. ThS Trần Anh Trung 9 TTBDKT- LTĐH- Số 8 Lê Lợi- Huế Vật lý lớp 12 DĐ: 0983.885241 B. DẠNG BÀI TẬP Chủ đề 1.Viết biểu thức sóng tại một điểm trên phương truyền sóng? Phương trình sóng tại nguồn O có dạng: (3.1) uO = a. cos(ωt + ϕ0 ) Phương trình sóng tại M cách O một đoạn x:   2π x uM = a. cos ωt + ϕ0 − λ Chú ý: Nếu biết phương trình sóng tại M, viết phương trình sóng tại O: sóng tại O nhanh pha sóng tại M   2π uO = a. cos ωt + ϕM + x λ (3.2) 2π x so với λ (3.3) π Bài 1: Phương trình sóng tại một điểm trên phương truyền sóng có dạng: u = 2 cos(2πt − 0, 02π.x + )(cm). 6 Trong đó t(s), x(m). Xác định vận tốc truyền sóng ? π Bài 2: Phương trình sóng tại một điểm trên phương truyền sóng có dạng: u = 2 cos(2πt − 0, 02π.x + )(cm). 6 Trong đó t(s), x(m). Viết phương trình sóng tại nguồn O ? Bài 3: Sóng cơ học lan truyền trên mặt nước với biên độ không đổi a = 4cm, tần số là 25Hz, vận tốc là 0,5m/s. Tại thời điểm ban đầu sóng tại nguồn O đi qua vị trí cân bằng theo chiều dương. a. Viết phương trình sóng tại một điểm M cách nguồn O là 0,5m? b. Xác định độ lệch của phần tử vật chất tại điểm M sau khoảng thời gian 0,5(s)? π Bài 4: Một sóng cơ học lan truyền trên mặt nước với phương trình u = a. cos(10πt + )(cm). Khoảng cách 2 giữa hai điểm gần nhau nhất trên cùng phương truyền sóng mà tại đó dao động của các phần tử một trường π lệch pha nhau là (rad) là 5cm. Hãy tính vận tốc truyền sóng ? 3 Chủ đề 2.Dựa vào độ lệch pha ∆ϕ và điều kiện giới hạn của tần số, bước sóng, vận tốc để tìm tần số, bước sóng, vận tốc? Độ lệch pha của sóng tại hai điểm cách nhau d trên cùng một phương truyền sóng: ∆ϕ = Nếu hai điểm dao động cùng pha: ∆ϕ = 2kπ λ= 2π d λ (3.4) d k (3.5) Bài 1: Một mũi nhọn S vừa chạm nhẹ vào mặt nước và dao động với tần số f = 20Hz. Người ta thấy 2 điểm A và B cùng trên một phương truyền sóng cách nhau một khoảng 10cm luôn dao động ngược pha với nhau. Tính vận tốc truyền sóng ? Biết rằng 0, 8m/s ≤ v ≤ 1m/s Bài 2: Một sợi dây đàn hồi rất dài, đầu A dao động điều hòa với tần số 22Hz ≤ f ≤ 26Hz theo phương vuông góc với sợi dậy, vận tốc truyền sóng trên dây là 4m/s. Điểm M cách A 28cm luôn dao động lệch pha π với A một góc ∆ϕ = (2k + 1) (k ∈ Z). Hãy xác định bước sóng ? 2 Bài 3: ( Đề thi đại học năm 2005) Một sợi dây đàn hồi rất mảnh, rất dài, có đầu O dao động với tần số f thay đổi được trong khoảng từ 40Hz đến 53Hz, theo phương vuông góc với sợi dây. Sóng tạo thành trên dây có vận tốc không đổi v= 5m/s. a. Khi f = 40Hz.Xác định tần số và bước sóng. b. Tìm f để diểm M cách O một đoạn 20cm luôn dao động cùng pha với O. Câu 4: Tại đầu O của chất lỏng người ta gây ra dao động với tần số 2Hz, biên độ 2cm, vận tốc truyền sóng ThS Trần Anh Trung 10 TTBDKT- LTĐH- Số 8 Lê Lợi- Huế Vật lý lớp 12 DĐ: 0983.885241 √ trên mặt nước là 60cm/s. Giả sử tại điểm cách O một đoạn x(cm) biên độ sóng giảm 2, 5 x lần. Viết biểu thức sóng tại điểm M cách nguồn O một đoạn 25cm. Chủ đề 3.Viết phương trình sóng tại một điểm trên miền giao thoa? Xác định số điểm dao động cực đại và cực tiểu ? Phân biệt hai trường hợp: 1.Phương trình sóng tại điểm M cách S1 và S2 một khoảng d1 và d2 : uM = 2.a. cos M dao động cực đại: M dao động cực tiểu:   π π (d1 − d2 ). cos ωt − (d1 + d2 ) λ λ (3.6) δ = d1 − d2 = kλ (3.7) 1 δ = d1 − d2 = (k + )λ 2 (3.8) 2. Số điểm cực đại và cực tiểu trên đoạn S1 S2 : Ta có: −S1 S2 ≤ δ ≤ S1 S2 (3.9) Thay (3.7), (3.8) vào (3.9) , ta được số điểm cực đại và cực tiểu thỏa mãn phương trình: −S1 S2 S1 S2 ≤k≤ λ λ 1 S1 S2 1 −S1 S2 − ≤k≤ − λ 2 λ 2 (3.10) 3. Số điểm cực đại và cực tiểu trên đoạn S1 D được giới hạn bởi hình chử nhật S1 S2 DC: Ta có: −S1 S2 ≤ δ ≤ (S1 D − S2 D) (3.11) Thay (3.7), (3.8) vào (3.11) , ta được số điểm cực đại và cực tiểu thỏa mãn phương trình: −S1 S2 S1 D − S2 D ≤k≤ λ λ −S1 S2 1 S1 D − S2 D 1 − ≤k≤ − λ 2 λ 2 (3.12) 4. Số điểm cực đại và cực tiểu trên đoạn DC được giới hạn bởi hình chử nhật S1 S2 DC: Ta có: S1 C − S2 C ≤ δ ≤ S1 D − S2 D (3.13) Thay (3.7), (3.8) vào (3.13) , ta được số điểm cực đại và cực tiểu thỏa mãn phương trình: S1 C − S2 C S1 D − S2 D ≤k≤ λ λ S1 C − S2 C 1 S1 D − S2 D 1 − ≤k≤ − λ 2 λ 2 (3.14) 1.Phương trình sóng tại điểm M cách S1 và S2 một khoảng d1 và d2 : uM    π ϕ1 − ϕ2 π ϕ1 + ϕ2 = 2.a. cos (d1 − d2 ) + . cos ωt − (d1 + d2 ) + λ 2 λ 2 ThS Trần Anh Trung  11 (3.15) TTBDKT- LTĐH- Số 8 Lê Lợi- Huế Vật lý lớp 12 DĐ: 0983.885241 M dao động cực đại: δ = d1 − d2 = kλ + M dao động cực tiểu: ϕ1 − ϕ2 λ 2π (3.16) 1 ϕ1 − ϕ2 δ = d1 − d2 = (k + )λ + λ 2 2π (3.17) 2. Số điểm cực đại và cực tiểu trên đoạn S1 S2 : −S1 S2 ϕ1 − ϕ2 S1 S2 ϕ1 − ϕ2 + ≤k≤ + λ 2π λ 2π 1 ϕ1 − ϕ2 S1 S2 1 ϕ1 − ϕ2 −S1 S2 − + ≤k≤ − + λ 2 2π λ 2 2π (3.18) 3. Số điểm cực đại và cực tiểu trên đoạn S1 D được giới hạn bởi hình chử nhật S1 S2 DC: −S1 S2 ϕ1 − ϕ2 S1 D − S2 D ϕ1 − ϕ2 + ≤k≤ + λ 2π λ 2π −S1 S2 1 ϕ1 − ϕ2 S1 D − S2 D 1 ϕ1 − ϕ2 − + ≤k≤ − + λ 2 2π λ 2 2π (3.19) 4. Số điểm cực đại và cực tiểu trên đoạn DC được giới hạn bởi hình chử nhật S1 S2 DC: S1 C − S2 C ϕ1 − ϕ2 S1 D − S2 D ϕ1 − ϕ2 + ≤k≤ + λ 2π λ 2π S1 C − S2 C 1 ϕ1 − ϕ2 S1 D − S2 D 1 ϕ1 − ϕ2 − + ≤k≤ − + λ 2 2π λ 2 2π (3.20) λ 2 = 4. cos 50πt(cm), với vận tốc truyền Chú ý: Trên đoạn nối giữa hai nguồn sóng, khoảng cách giữa hai điểm cực đại và hai cực tiểu là Bài 1: Hai nguồn sóng A và B dao động cùng phương trình uS1 = uS2 sóng trên mặt nước là 0,5m/s. Biết rằng hai nguồn cách nhau 10cm. a. Viết phương trình sóng tại điểm M là trung điểm của AB? b. Viết phương trình sóng tại điểm N nằm trên trung trực của AB cách trung điểm M một đoạn là 5cm ? c. Tìm số điểm dao động cực đại và cực tiểu trên đoạn AB ? d.Tìm số điểm dao động cực đại và cực tiểu trên đoạn AC, được giới hạn bởi hình vuông ABCD ? e. Tìm số điểm dao động cực đại và cực tiểu trên đoạn DC, được giới hạn vởi hình vuông ABCD ? Bài 2: Hai nguồn sóng A và B dao động cùng phương trình uS1 = 4. cos 50πt(cm) và uS2 = 4. cos(50πt + π)(cm), với vận tốc truyền sóng trên mặt nước là 0,5m/s. Biết rằng hai nguồn cách nhau 10cm. a. Viết phương trình sóng tại điểm M là trung điểm của AB? b. Viết phương trình sóng tại điểm N nằm trên trung trực của AB cách trung điểm M một đoạn là 5cm ? c. Tìm số điểm dao động cực đại và cực tiểu trên đoạn AB ? d.Tìm số điểm dao động cực đại và cực tiểu trên đoạn AC, được giới hạn bởi hình vuông ABCD ? e. Tìm số điểm dao động cực đại và cực tiểu trên đoạn DC, được giới hạn vởi hình vuông ABCD ? Bài 3: Một nhánh chữ U gắn vào một âm thoa dao động với tần số f = 100Hz. Hai nhánh chữ U chạm vào mặt nước tại hai điểm S1 S2 cách nhau 3cm. Người ta thấy 29 gợn lồi xuất hiện. Khoảng cách giữa hai gợn lồi ngoài cùng đo dọc theo S1 S2 là 2,8cm. a. Tính vận tốc truyền sóng trên mặt nước ? b. Xác định trạng thái dao động của hai điểm M1 và M2 có: S1 M1 = 4, 5cm S2 M1 = 3, 5cm; S1 M2 = 4cm; S2 M2 = 3, 5cm. Bài 4: Trong thí nghiệm về sóng, người ta tạo nên mặt nước hai nguồn dao động với phương trình uS1 = ThS Trần Anh Trung 12 TTBDKT- LTĐH- Số 8 Lê Lợi- Huế Vật lý lớp 12 DĐ: 0983.885241 uS2 = 5. cos 10πt(cm). Vận tốc truyền sóng trên mặt nước là 20cm/s. Coi biên độ sóng là không đổi. a. Viết phương trình sóng tại điểm M cách S1 là 72cm và cách S2 là 8,2cm. Nhận xét về dao động tại điểm này ? b. Một điểm N nằm trên mặt nước với S1 N − S2 N = −10cm. Hỏi điểm này nằm trên đường cực đại hay đường cực tiểu về phía nào của đường trung trực ? ThS Trần Anh Trung 13 TTBDKT- LTĐH- Số 8 Lê Lợi- Huế Vật lý lớp 12 DĐ: 0983.885241 C .SÓNG DỪNG- SÓNG ÂM 3.5 Sóng dừng 3.5.1 Thí nghiệm Ta dùng một sợi dây đàn hồi AC, đầu A cầm ở tau, đầu C buộc vào điểm cố định. Khi thay đổi tần số rung ở đầu A cho tới khi sợi dây có hình dạng cố định: Có những điểm của sợi dây không dao động, các điểm này cách đều nhau gọi là nút, khoảng cách giữa hai nút liên tiếp gọi là múi sóng, chiều dài của múi sóng là λ2 . Các điểm khác nhau đều dao động, điểm giữa hai nút dao động với biên độ cực đại gọi là bụng. Vậy: Sóng dừng là sóng có các điểm nút và điểm bụng cố định trong không gian. 3.5.2 Giải thích Dao động từ A truyền trên dây cao su đến C, tại C có sóng phản xạ sinh ra và truyền ngược lại. Mỗi điểm M trên sợi dây cao su sẽ nhận được đồng thời hai dao động. Dao động từ điểm A tới M và dao động phản xạ từ C đến M . Hai dao động này là kết hợp, chúng giao thoa với nhau. Kết quả trên sợi dây có những điểm dao động với biên độ cực đại gọi là bụng sóng và những điểm dao động với biên độ cực tiểu gọi là nút sóng. Đầu C đứng yên nên là một nút. Đầu A dao động nhưng biên độ nhỏ so với bụng, có thể xem như gần đúng là nút. Tóm lại: sóng dừng là sự giao thoa của hai sóng có biên độ bằng nhau, có phương truyền ngược nhau. Kết quả, trên phương truyền xuất hiện những điểm bụng và điểm nút cố định. 3.5.3 Điều kiện để có sóng dừng a. Đối với dây có hai đầu cố định Hai đầu cố định được xem như là hai nút sóng, điều kiện để có sóng dừng là chiều dài của sợi dây bằng một số nguyên lần múi sóng. λ với k = 1, 2 . . . (3.1) l=k 2 b. Một đầu tự do, một đầu cố định Đầu cố định được xem như là nút sóng, đầu tự do được xem như là bụng sóng, điều kiện để có sóng dừng là chiều dài của sợi dây bằng một số bán nguyên lần múi sóng.   1 λ l= k+ với k = 0, 1, 2 . . . (3.2) 2 2 Hay: λ l=m ; 4 m = 1, 3, 5, 7 . . . (3.3) Hiện tượng sóng dừng cho phép chúng ta đo được bước sóng v bằng cách xác định bước sóng λ và tần số f. ThS Trần Anh Trung 14 TTBDKT- LTĐH- Số 8 Lê Lợi- Huế Vật lý lớp 12 3.6 3.6.1 DĐ: 0983.885241 Sóng âm Dao động âm và sóng âm a. Dao động âm: Tai con người chỉ cảm thụ được những dao động có tần số trong khoảng từ 10Hz − 20000Hz. Những dao động trong miền tần số đó được gọi là dao động âm. b. Sóng âm: Những sóng dọc truyền trong môi trường vật chất đàn hồi có miền tần số nói trên gọi là sóng âm. Sóng âm có tần số lớn hơn 20000Hz gọi là siêu âm; Sóng âm có tần số nhỏ hơn 16Hz gọi là hạ âm. Âm thanh được chia làm hai loại: nhạc âm và tiếng ồn; Nhạc âm có tần số xác định. Sóng âm truyền được trong mọi môi trường vật chất trừ môi trường chân không. 3.6.2 Môi trường truyền âm Ta xét sự truyền âm trong không khí: Khi chưa có âm truyền qua, không khí quanh điểm M có áp suất là p0 . Khi âm truyền qua thì không khí sẽ bị dao động theo phương truyền gây ra độ biến thiên áp suất ∆p quanh điểm M , do đó áp suất tại điểm M là p0 + ∆p. Tai con người có thể cảm nhận được độ biến thiên áp suất nhỏ ∆p = 10−5 P a ( ứng với tần số 3000Hz − 4000Hz) Vậy: Sóng âm là sự lan truyền độ biến thiên áp suất trong môi trường đàn hồi. Đối với chất rắn và chất lỏng, có thể truyền âm như trong không khí. Vận tốc âm phụ thuộc vào tính đàn hồi và mật độ của môi trường. Nói chung vận tốc âm trong chất rắn lớn hơn vận tốc âm trong chất lỏng lớn hơn vận tốc âm trong không khí. 3.6.3 Những đặc trưng sinh lí của âm Âm tạo cho chúng ta các cảm giác, nhờ đó ta nhận biết được các đặc trưng của sóng âm: Các đặc trưng sinh lý của âm: độ cao, âm sắc và độ to của âm; Các đặc trưng vật lý: tần số, cường độ âm và biên độ của âm. a. Độ cao của âm: Những âm có tần số khác nhau gây cho ta cảm giác âm khác nhau. Âm cao ( thanh) có tần số lớn; âm thấp ( trầm) có tần số bé. Độ cao của âm là đặc trưng sinh lý của âm nó dựa vào đặc tính vật lý là tần số. b. Âm sắc: Mỗi người, mỗi nhạc cụ phát ra với sắc thái khác nhau, đặc tính đó được gọi là âm sắc. Âm sắc là đặc trưng sinh lý của âm, nó dựa vào đặc tính vật lý là tần số và biên độ. Thực nghiệm chứng tỏ rằng: mỗi nhạc cụ hoặc một người phát ra âm có tần số f1 thì cũng đồng thời phát ra âm có tần số f2 = 2f1 ; f3 = 3f1 . . . . Âm có tần số f1 gọi là âm cơ bản, âm có tần số f2 , f3 . . . gọi là họa âm. Tùy theo cấu trúc của thanh quảng, họa âm có biên độ khác nhau. Vậy: âm phát ra là sự tổng hợp của âm cơ bản và các họa âm, nó có tần số f1 của âm cơ bản, nhưng đường biểu diễn của nó không phải là đường sin mà là một đường phức tạp có tính tuần hoàn. Một dạng đường biểu diễn ứng với một âm sắc nhất định. Như vậy: đặc trưng vật lý thứ ba là đồ thị của âm. c. Độ to của âm: Độ to của âm là đặc trưng sinh lý của âm. Nó phụ thuộc trước hết vào cường độ âm. Cường độ âm: là lượng năng lượng được sóng âm truyền qua trong một đơn vị thời gian qua ThS Trần Anh Trung 15 TTBDKT- LTĐH- Số 8 Lê Lợi- Huế Vật lý lớp 12 DĐ: 0983.885241 một đơn vị diện tích đặt vuông góc với phương truyền âm.( đơn vị W/m2 ) P S I= (3.4) Mức cường độ âm L là loga thập phân của tỉ số II0 giữa cường độ âm I củ âm đang xét và I0 chọn làm chuẩn. I đơn vị là: B (3.5) L = lg I0 hay L = 10 lg I I0 đơn vị là: dB (3.6) Sự phụ thuộc độ to vào tần số của âm Muốn gây cảm giác âm, cường độ âm phải lớn hơn một giá trị cực tiểu nào đó gọi là ngưỡng nghe. Tuy nhiên do đặc tính sinh lý của tai người mà ngưỡng nghe thay đổi tùy theo tần số của âm. Do đó, độ to của âm phụ thuộc vào tần số của âm. Tai người thính nhất đối với các âm trong miền 1000Hz − 5000Hz và nghe âm cao thính hơn âm trầm. Nếu cường độ âm lên tới I = 10W/m2 thì đối với mọi tần số, sóng âm gây ra cảm giác nhức nhối. Giá trị đó gọi là ngưỡng đau. Miền nằm giữa ngưỡng nghe và ngưỡng đau gọi là miền nghe được. 3.7 3.7.1 Hiệu ứng Đốp-ple Định nghĩa Là sự thay đổi tần số âm khi có sự chuyển động tương đối của nguồn âm và máy thu 3.7.2 Giải thích hiện tượng a.Nguồn âm đứng yên, người quan sát chuyển động: Gọi v là vận tốc của sóng âm tần số f, vM là vận tốc của người quan sát * Nếu người quan sát chuyển động gần nguồn âm thì nghe được âm có tần số: f0 = v + vM f; v (3.7) f0 > f * Nếu người quan sát chuyển động ra xa nguồn âm thì nghe được âm có tần số: f0 = v − vM f; v (3.8) f0 < f b.Nguồn âm chuyển động lại gần người quan sát đứng yên: Gọi v là vận tốc của sóng âm tần số f, vS là vận tốc di chuyển của nguồn âm. * Nếu nguồn âm chuyển động gần người quan sát thì tần số âm nghe được: f0 = v f v − vS (3.9) * Nếu nguồn âm chuyển động ra xa người quan sát thì tần số âm nghe được: f0 = ThS Trần Anh Trung v f v + vS 16 (3.10) TTBDKT- LTĐH- Số 8 Lê Lợi- Huế Vật lý lớp 12 DĐ: 0983.885241 D .DẠNG BÀI TẬP Chủ đề 1.Viết phương trình sóng dừng tại một điểm ? Gọi l là chiều dài của sợi dây AC, một điểm M cách đầu C một đoạn x, đầu A dao động với tần số f, vận tốc truyền sóng dừng trên dây là V. Phương trình sóng dừng tại điểm M cách đầu C một đoạn x: 1. Nếu vật cản là điểm cố định: phương trình sóng dừng tại điểm cách vật cản một đoạn x có dạng:   2π 2π u = 2.a sin x. cos ωt − l (3.1) λ λ 2. Nếu vật cản là điểm tự do: phương trình sóng dừng tại điểm cách vật cản một đoạn x có dạng:   2π 2π x. cos ωt − l (3.2) u = 2.a cos λ λ   π 2π Bài 1: Phương trình sóng dừng trên dây có dạng: u = 4. sin x. cos 50πt − (cm). Trong đó x tính đơn 3 3 vị (m), t tính đơn vị (s). Xác định vận tốc truyền sóng dừng trên dây ? ThS Trần Anh Trung 17 TTBDKT- LTĐH- Số 8 Lê Lợi- Huế Vật lý lớp 12 DĐ: 0983.885241 Chương 4 DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU A. DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU- ĐỊNH LUẬT OHM 4.1 4.1.1 Dòng điện xoay chiều Suất điện động xoay chiều Cho khung dây có tiết diện S quay đều với tốc độ góc không đổi là ω trong từ trường đều có cảm ứng từ − → B . Suất điện động của dòng điện cảm ứng qua khung dây có dạng: e = E0 cos(ωt + ϕ0 )(V )   là suất điện động tức thời  e : E0 : là suất điện động cực đại    ϕ0 : là pha ban đầu của suất điện động Trong đó: (4.1) Kết luận: Suất điện động xoay chiều là một biểu thức biểu diễn dao động điều hòa, với chu kì và tần số  T = 2π ω (4.2) f = ω 2π 4.1.2 Điện áp xoay chiều, cường độ dòng điện xoay chiều a. Điện áp xoay chiều: Khi nối hai đầu khung dây với mạch ngoài thì điện áp ở hai đầu đoạn mạch có dạng: Trong đó: u = U0 cos(ωt + ϕu )(V )   là điện áp tức thời  u : U0 : là điện áp cực đại    ϕu : là pha ban đầu của điện áp (4.3) Kết luận: Điện áp xoay chiều là một biểu thức biểu diễn dao động điều hòa. b. Cường độ dòng điện xoay chiều: Cường độ dòng điện xoay chiều qua đoạn mạch có dạng: (4.4) i = I0 cos(ωt + ϕi )(A) Trong đó:    i :    là cường độ dòng điện tức thời I0 : là cường độ dòng điện cực đại ϕi : là pha ban đầu của cường độ dòng điện Kết luận: Cường độ dòng điện xoay chiều là một biểu thức biểu diễn dao động điều hòa. Chú ý: Cường độ tại mọi điểm trên mạch nối tiếp là có giá trị như nhau. c. Độ lệch pha của điện áp so với cường độ dòng điện: ThS Trần Anh Trung 18 TTBDKT- LTĐH- Số 8 Lê Lợi- Huế Vật lý lớp 12 DĐ: 0983.885241 Độ lệch pha của điện áp so với cường độ dòng điện: (4.5) ϕ = ϕu − ϕi Nếu:    ϕ > 0 :    thì u nhanh pha so với i ϕ<0: thì u chậm pha so với i ϕ=0: thì u cùng pha so với i Chú ý: Dòng điện xoay chiều là dòng điện đổi chiều hai lần trong một chu kì. Bài tập nhỏ: 1.Dòng điện xoay chiều có tần số f = 50Hz thì trong một chu kì dòng điện đổi chiều mấy lần. π 2. Cường độ dòng điện qua bóng đèn có dạng i = 4. cos(100πt − )(A). Tìm số lần cường độ dòng điện có 2 giá trị tuyệt đối là 2(A) trong một chu kì thời gian. 4.1.3 Cường độ dòng điện hiệu dụng, điện áp hiệu dụng Giả sử có dòng điện xoay chiều có dạng i = I0 cos ωt chạy qua điện trở thuần R, thì trong khoảng thời gian t, nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở R có dạng: Q= 1 2 RI t 2 0 (4.6) Khi cho dòng điện một chiều có cường độ I chạy qua điện trở R. Để trong khoảng thời gian t, nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở R vẫn là Q: Q = RI 2 t (4.7) Từ đó ta được: I0 I= √ 2 (4.8) I gọi là cường độ dòng điện hiệu dụng của dòng điện xoay chiều. Vậy: "Cường độ dòng điện hiệu dụng của dòng điện xoay chiều bằng cường độ dòng điện không đổi, nếu cho hai dòng điện đó lần lược đi qua điện trở trong những khoảng thời gian như nhau thì tỏa ra nhiệt lượng bằng nhau." Tương tự, suất điện động và điện áp hiệu dụng E0 E= √ 2 U0 U= √ 2 4.1.4 (4.9) Lý do sử dụng giá trị hiệu điện thế và cường độ dòng điện hiệu dụng Đối với dòng điện xoay chiều ta không thể dùng ampe kế hay vol kế có khung dây để đo được, vì mỗi khi dòng điện đổi chiều thì chiều quay của kim quay cũng thay đổi, do quán tính lớn của kim không theo kịp sự đổi chiều nhanh của dòng điện nên kim đứng yên. Vì vây: muốn đo những đại lượng đặc trưng cho dòng điện xoay chiều ta phải dựa trên tác dụng nào không phụ thuộc vào chiều của dòng điện mà cũng gây ra những kết quả như dòng điện không đổi, đó là tác dụng nhiệt của dòng điện. Dựa vào nguyên tắc trên người ta chế tạo các máy đo dùng cho dòng điện xoay chiều đó là ampe nhiệt, volke nhiệt. Số đo của chúng chỉ giá trị hiệu dụng của cường độ và hiệu điện thế. ThS Trần Anh Trung 19 TTBDKT- LTĐH- Số 8 Lê Lợi- Huế Vật lý lớp 12 4.2 4.2.1 DĐ: 0983.885241 Định luật Ohm cho mạch điện chỉ có điện trở thuần Tác dụng của điện trở Khi có dòng điện xoay chiều i = I0 cos(ωt) chạy qua điện trở R trong khoảng thời gian t thì theo định luật Jun- Lenxo, nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở là: Q= 4.2.2 1 2 I Rt = RI 2 t 2 0 (4.10) Mối quan hệ giữa điện áp u và cường độ dòng điện i Đặt vào hai đầu đoạn mạch một điện áp xoay chiều có dạng: (4.11) uR = U0R . cos ωt Trong khoảng thời gian vô cùng bé, cường độ dòng điện qua điện trở thuần R có dạng i= 4.2.3 U0R uR = . cos ωt = I0 . cos ωt R R với I0 = U0R R (4.12) Giản đồ Frexnen Từ (4.11) và (4.12) chúng ta thấy điện áp ở hai đầu mạch điện luôn cùng pha với cường độ dòng điện qua mạch điện. 4.2.4 Định luật Ohm I0 = 4.3 4.3.1 U0R R hay I= UR R (4.13) Định luật Ohm cho mạch điện chỉ có tụ điện Tác dụng của tụ điện Tụ điện không cho dòng điện một chiều chạy qua. Tụ điện cho dòng điện xoay chiều chạy qua. Khi dòng điện chạy qua tụ điện, tụ điện đóng vai trò như một điện trở gọi là dung kháng ( kí hiệu là ZC ) 4.3.2 Mối quan hệ giữa điện áp u và cường độ dòng điện i Đặt vào hai đầu đoạn mạch một điện áp xoay chiều có dạng: (4.14) uC = U0C . cos ωt Điện tích của tụ điện ở thời điểm t Dòng điện qua tụ điện: q = C.u → q = C.U0 cos ωt   di π i= = −C.U0 ω sin ωt = I0 . cos ωt + với I0 = CU0 ω dt 2 ThS Trần Anh Trung 20 (4.15) TTBDKT- LTĐH- Số 8 Lê Lợi- Huế