Hệ thống lý thuyết môn Vật lý Lớp 12 - Đoàn Văn Lượng

102 trang thungat 2360

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Hệ thống lý thuyết môn Vật lý Lớp 12 - Đoàn Văn Lượng", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

he_thong_ly_thuyet_mon_vat_ly_lop_12_doan_van_luong.pdf

Nội dung text: Hệ thống lý thuyết môn Vật lý Lớp 12 - Đoàn Văn Lượng

Tài liệu ôn thi TỐT NGHIỆP THPT QUỐC GIA  Hệ thống lí thuyết vật lí 12 LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay kì thi tốt nghiệp trung học phổ thông và kì thi tuyển sinh đại học – cao đẳng nhập lại thành một kì thi QUỐC GIA, môn khoa học tự nhiên là tổ hợp của môn vật lí, hóa học và sinh học được lựa chọn hình thức thi trắc nghiệm khách quan, cấu trúc của đề thi thường có 40 câu hỏi cho mỗi môn, đơn vị kiến thức rộng, hầu như vào tất cả các phần của chương trình, do vậy các em học sinh không nên học tủ, học lệch mà cần học hiểu và biết vận dụng toàn bộ chương trình vào bài làm, phải tự bổ sung những phần lí thuyết mà các em còn chưa nắm vững. Tài liệu “Hệ thống lí thuyết Vật lý 12” với nội dung khá rõ ràng, ngắn gọn, có cập nhật thêm các sơ đồ giải nhanh, thuận tiện cho việc ôn tập nhanh phục vụ trước kì thi QUỐC GIA hàng năm, nhằm giúp các em có tư liệu ôn tập, củng cố kiến thức cần thiết để tự tin bước vào kì thi. Qua nhiều năm giảng dạy, bồi dưỡng học sinh ôn thi tốt nghiệp quốc gia , xét tuyển vào các trường đại học và cao đẳng, tôi nhận thấy: Trong bài thi của các thí sinh thường hay bị nhầm lẫn về lí thuyết. Điều này là do các em chưa quan tâm đúng mức đến việc học lí thuyết, chỉ quan tâm giải bài tập, có thể do học sinh chưa có tài tiệu tham khảo phù hợp, cũng có thể học sinh chưa có phương pháp học lí thuyết hiệu quả. Để có thể đạt kết quả tốt trong kì thi thì bài làm của thí sinh phải hoàn thiện đầy đủ, chính xác không chỉ các câu hỏi dạng bài tập mà còn phải trả lời chuẩn các câu hỏi dạng lí thuyết. Muốn đạt được như vậy các em phải đầu tư thời gian để ôn luyện phù hợp, học phải hiểu bản chất của từng vấn đề, từng nội dung kiến thức, có như vậy các em mới không nhầm lẫn khi làm bài. Dù cố gắng nhiều, nhưng chắc chắn không tránh khỏi sai sót, rất mong nhận được ý kiến đóng góp, hoặc nguyện vọng từ các em học sinh, các quý thầy cô để cuốn tài liệu này được đầy đủ hơn. Hi vọng rằng tài liệu “Hệ thống lí thuyết Vật lý 12” này là người bạn đồng hành, giúp các em ôn luyện vững chắc, kịp thời để hoàn thiện kiến thức, kỹ năng làm bài đạt kết quả cao nhất trong kì thi, tạo cho các em tự tin bước vào kỳ thi QUỐC GIA hàng năm. Xin trân trọng cảm ơn ! Thành phố HCM, tháng 5 năm 2018 Nguyễn Văn Bình - Đoàn Văn Lượng (Tài liệu gốc của thầy Nguyễn Văn Bình gửi tặng, tôi cập nhật thêm các sơ đồ giải nhanh, xin thầy Bình lượng thứ cho tôi chia sẻ miễn phí tài liệu này) Giáo viên:Đoàn Văn Lượng  1  Email: doanvluong@gmail.com
Tài liệu ôn thi TỐT NGHIỆP THPT QUỐC GIA  Hệ thống lí thuyết vật lí 12 MỤC LỤC LÍ THUYẾT VẬT LÍ 12 Chương 1. DAO ĐỘNG CƠ Chủ đề 1.1. Đại cương về dao động điều hoà Chủ đề 1.2. Con lắc lò xo Chủ đề 1.3. Con lắc đơn. Con lắc vật lí Chủ đề 1.4. Các loại dao động. Cộng hưởng Chủ đề 1.5. Độ lệch pha. Tổng hợp dao động. Chủ đề 1.6. Các sơ đồ giải nhanh. Chương 2. SÓNG CƠ Chủ đề 2.1. Đại cương về sóng cơ Chủ đề 2.2. Giao thoa sóng cơ. Nhiễu xạ sóng Chủ đề 2.3. Phản xạ sóng. Sóng dừng Chủ đề 2.4. Sóng âm. Hiệu ứng đôp-ple Chương 3. DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU Chủ đề 3.1. Đại cương về dòng điện xoay chiều Chủ đề 3.2. Mạch R, L, C nối tiếp. Cộng hưởng điện Chủ đề 3.3. Công suất của dòng điện xoay chiều. Chủ đề 3.4. Cực trị điện xoay chiều. Chủ đề 3.5. Giản đồ vec tơ. Chủ đề 3.6. Các loại máy điện Chương 4. DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ Chủ đề 4.1. Dao động điện từ. Mạch dao động Chủ đề 4.2. Điện từ trường. Sóng điện từ Chủ đề 4.3. Truyền thông bằng sóng điện từ Chương 5. SÓNG ÁNH SÁNG Chủ đề 5.1. Tán sắc ánh sáng Chủ đề 5.2. Giao thoa ánh sáng. Nhiễu xạ Chủ đề 5.3. Quang phổ. Các loại tia Chương 6. LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG Chủ đề 6.1. Hiện tượng quang điện Chủ đề 6.2. Mẫu nguyên tử Bo. Quang phổ nguyên tử hiđrô Chủ đề 6.3. Hấp thụ, phản xạ lọc lựa. Màu sắc các vật. Sự phát quang. Laze Chương 7. HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ Chủ đề 7.1. Đại cương về hạt nhân nguyên tử Chủ đề 7.2. Phóng xạ Chủ đề 7.3. Phản ứng hạt nhân Chủ đề 7.4. Hai loại phản ứng hạt nhân toả năng lượng. Nhà máy điện hạt nhân Chương 8. SƠ LƯỢC VỀ THUYẾT TƯƠNG ĐỐI HẸP Chủ đề 8.1. Thuyết tương đối hẹp Chủ đề 8.2. Hệ thức Anh-xtanh giữa khối lượng và năng lượng ĐÓN ĐỌC: 1.TUYỆT ĐỈNH CÔNG PHÁ CÁC CHUYÊN ĐỀ VẬT LÍ 3 TẬP Tác giả: Đoàn Văn Lượng-ThS Nguyễn Thị Tường Vi 2.TUYỆT ĐỈNH PHẨM CÁC CHUYÊN ĐỀ VẬT LÍ TẬP 1 (ĐXC) Tác giả: Hoàng Sư Điểu- Đoàn Văn Lượng Website: WWW.nhasachkhangviet.vn Sách có bán tại các nhà sách trên toàn quốc. Giáo viên:Đoàn Văn Lượng  2  Email: doanvluong@gmail.com
Tài liệu ôn thi TỐT NGHIỆP THPT QUỐC GIA  Hệ thống lí thuyết vật lí 12 Chương 1 DAO ĐỘNG CƠ Chương này gồm 5 chủ đề: Chủ đề 1.1. Đại cương về dao động điều hoà Chủ đề 1.2. Con lắc lò xo Chủ đề 1.3. Con lắc đơn. Chủ đề 1.4. Các loại dao động Chủ đề 1.5. Độ lệch pha. Tổng hợp dao động CHỦ ĐỀ 1.1. ĐẠI CƯƠNG VỀ DAO ĐỘNG ĐIỀU HOÀ 1. CÁC ĐỊNH NGHĨA VỀ DAO ĐỘNG 1.1. Dao động: Dao động là chuyển động qua lại của vật quanh một vị trí cân bằng. 1.2. Dao động tuần hoàn: a) Định nghĩa: Dao động tuần hoàn là dao động mà trạng thái dao động của vật được lặp lại như cũ sau những khoảng thời gian bằng nhau. b) Chu kì và tần số dao động: * Chu kì dao động: là khoảng thời gian ngắn nhất sau đó trạng thái dao động được lặp lại như cũ(hay là khoảng thời gian ngắn nhất để vật thực hiện xong một dao động toàn phần). Kí hiệu: Ts * Tần số dao động: là số lần dao động mà vật thực hiện được trong một đơn vị thời gian. Kí hiệu: fHz 1t * Mối quan hệ chu kì và tần số dao động: T fN (N là số dao động toàn phần mà vật thực hiện được trong thời gian t) 1.3. Dao động điều hoà: Dao động điều hoà là dao động được mô tả bằng một định luật dạng cosin hay sin theo thời gian t: x A.cos  t . Trong đó A, , là những hằng số 2. DAO ĐỘNG ĐIỀU HOÀ 2.1. Phương trình dao động điều hoà Trong đó: x : li độ, là độ dời của vật xo với vị trí cân bằngcm;m A: biên độ, là độ dời cực đại của vật so với vị trí cân bằngcm;m, phụ thuộc cách kích thích. : tần số góc, là đại lượng trung gian cho phép xác định chu kì và tần số dao độngrad t : pha của dao động, là đại lượng trung gian cho phép xác định trạng thái dao động(x,v,a) của vật ở thời điểm t bất kìrad : pha ban đầu, là đại lượng trung gian cho phép xác định trạng thái dao động của vật ở thời điểm ban đầu ; phụ thuộc vào cách chọn gốc thời gian.  Chú ý : A, luôn dương. : có thể âm, dương hoặc bằng 0. 2.2. Chu kì và tần số dao động điều hoà Dao động điều hoà là dao động tuần hoàn vì hàm cos là một hàm tuần hoàn có chu kì T, tần số f a) Chu kì: T 2 /  b) Tần số: f  / 2 2.3. Vận tốc và gia tốc trong dao động điều hoà a) Vận tốc: Vận tốc tức thời trong dao động điều hoà được tính bằng đạo hàm bậc nhất của li độ x theo thời gian t: v = x’ = - Asin  t hay v  Asin  t (cm/s; m/s) b) Gia tốc: Gia tốc tức thời trong dao độngđiều hoà được tính bằng đạo hàm bậc nhất của vận tốc theo thời gian hoặc đạo hàm bậc hai của li độ x theo thời gian t: a = v’ = x’’ = - 2Acos(  t ) a 2 Acos(  t ) (cm/s2; m/s2) 3. LỰC TÁC DỤNG ( LỰC KÉO VỀ) Hợp lực F tác dụng vào vật khi dao động điều hoà và duy trì dao động gọi là lực kéo về hay là lực hồi phục. Giáo viên:Đoàn Văn Lượng  3  Email: doanvluong@gmail.com
Tài liệu ôn thi TỐT NGHIỆP THPT QUỐC GIA  Hệ thống lí thuyết vật lí 12 a) Định nghĩa: Lực hồi phục là lực tác dụng vào vật khi dao động điều hoà và có xu hướng đưa vật trở về vị trí cân bằng b) Biểu thức: F ma kx m2 x Hay: F m 2 Acos(  t ) Từ biểu thức ta thấy: lực hồi phục luôn hướng về vị trí cân bằng của vật. c) Độ lớn: F k x m2 x Ta thấy: lực hồi phục có độ lớn tỉ lệ thuận với li độ 2 + Lực hồi phục cực đại khi x = A, lúc đó vật ở vị trí biên: Fmax kA m  A + Lực hồi phục cực tiểu khi x = 0, lúc đó vật đi qua vị trí cân bằng: Fmin 0 Nhận xét: + Lực hồi phục luôn thay đổi trong quá trình dao động + Lực hồi phục đổi chiều khi qua vị trí cân bằng + Lực hồi phục biến thiên điều hoà theo thời gian cùng pha với a, ngược pha với x. 4. MỐI LIÊN HỆ GIỮA CHUYỂN ĐỘNG TRÒN ĐỀU VÀ DAO ĐỘNG ĐIỀU HOÀ Xét một chất điểm M chuyển động tròn đều trên một đường tròn tâm O, bán kính A như hình vẽ. + Tại thời điểm t = 0 : vị trí của chất điểm là M , xác định bởi góc 0 M + + Tại thời điểm t : vị trí của chất điểm là M, xác định bởi góc t + Hình chiếu của M xuống trục xx’ là P, có toạ độ x: M0 x = OP = OMcos t x’ x Hay: x A.cos  t O x P Ta thấy: hình chiếu P của chất điểm M dao động điều hoà quanh điểm O. Kết luận: a) Khi một chất điểm chuyển động đều trên (O, A) với tốc độ góc , thì chuyển động của hình chiếu của chất điểm xuống một trục bất kì đi qua tâm O, nằm trong mặt phẳng quỹ đạo là một dao động điều hoà. b) Ngược lại, một dao động điều hoà bất kì, có thể coi như hình chiếu của một chuyển động tròn đều xuống một đường thẳng nằm trong mặt phẳng quỹ đạo, đường tròn bán kính bằng biên độ A, tốc độ góc  bằng tần số góc của dao động điều hoà. c) Biểu diễn dao động điều hoà bằng véctơ quay: Có thể biểu diễn một dao động điều hoà có phương trình: x A.cos  t bằng một vectơ quay A y + Gốc vectơ tại O + A A + Độ dài: A ~ A O x + ( A,Ox ) = 5. CÁC CÔNG THỨC ĐỘC LẬP VỚI THỜI GIAN x 2 v2 a) Mối quan hệ giữa li độ x và vận tốc v : 1; E : elip A 2 2A 2 2 22 2 2 v 2 2 2 2 xv Hoặc: A x 2 hay v  (A x ) hay 22 1  Avmax b) Mối quan hệ giữa li độ x và gia tốc a : a 2 x  Chú ý : a.x < 0; x  A; A Vì khi dao động x biến đổi a biến đổi chuyển động của vật là biến đổi không đều. 2 2 v a c) Mối quan hệ giữa vận tốc v và gia tốc a : 1 ; A 2A Giáo viên:Đoàn Văn Lượng  4  Email: doanvluong@gmail.com
Tài liệu ôn thi TỐT NGHIỆP THPT QUỐC GIA  Hệ thống lí thuyết vật lí 12 2 2 2 2 v a 2 2 2 2 v a Hay 2 2 2 1 hay a  (vmax v ) hay 2 2 1 v max  v max v max a max va22 Biên độ: A2 24 6. ĐỘ LỆCH PHA TRONG DAO ĐỘNG ĐIỀU HOÀ Ta có: x A.cos  t = Acos( t x ) v  Asin  t = Acos(  t ) v .cos(  t ) 2 max v 2 2 a  Acos(  t ) = Acos(  t ) amax cos(  t a ) x v2 a Kết kuận: - Vận tốc v vuông pha với cả x và a (v sớm pha hơn x một góc /2; v trễ pha hơn a một góc /2) - Li độ x ngược pha với gia tốc a (a sớm pha một góc so với x) 7. ĐỒ THỊ TRONG DAO ĐỘNG ĐIỀU HOÀ 7.1.Tổng quan về đồ thị: a) Đồ thị theo thời gian: - Đồ thị của li độ(x), vận tốc(v), gia tốc(a) theo thời gian t: có dạng hình sin b) Đồ thị theo li độ x: - Đồ thị của v theo x: Đồ thị có dạng elip (E) - Đồ thị của a theo x: Đồ thị có dạng là đoạn thẳng c) Đồ thị theo vận tốc v: - Đồ thị của a theo v: Đồ thị có dạng elip (E) 7.2. Đồ thị của dao động điều hòa: x = Acos(ωt+φ) -Xét phương trình dao động điều hoà: x = Acos(ωt+φ), nếu chọn gốc thời gian và chiều dương trục toạ độ thích hợp để φ = 0. Ta lập bảng giá trị sau để vẽ đồ thị của hàm điều hoà x = Acos(ωt+φ) . Bảng biến thiên 1: x = Acos(ωt) π π 3π 2π x t 0 A 2ω ω 2ω ω 3   t π 3π 0 ωt 0 π 2π 2π /ω 2 2 x A 0 -A 0 A A 2π 1 ω 2 -Từ đồ thị, ta có chu kì dao động điều hoà:T = . Và tần số: f = = . =>  2 f . ω T2π T -Biên độ: Giá trị lớn nhất trên trục tung ( Với O là VTCB) 2 Bảng biến thiên 2: x = Acos t T x A t 0 T/4 T/2 3T/4 T 0 π 3 2π T t 2 2 2 O t x A 0 -A 0 A -A T T T Đường biểu diễn li độ x = Acos(ωt + φ) với φ = 0 - Đồ thị của dao động điều hòa là một đường hình sin =>Người ta gọi dao động điều hoà là dao động hình sin. Lưu ý: Trong đề trắc nghiệm chỉ cho đồ thị và xác định phương trình, nên phần cách vẽ đồ thị các HS tự tìm hiểu. Giáo viên:Đoàn Văn Lượng  5  Email: doanvluong@gmail.com
Tài liệu ôn thi TỐT NGHIỆP THPT QUỐC GIA  Hệ thống lí thuyết vật lí 12 7.3. Đồ thị và so sánh pha của các dao động điều hòa: x; v; a. - Vẽ đồ thị cho trường hợp = 0. t 0 T/4 T/2 3T/4 T x A 0 -A 0 A v 0 -A 0 A 0 a -A2 0 A2 0 -A2 A2 a. Đồ thị của ly độ dao động điều hoà: 2π x - Khi = 0: x = Acos(t) = Acos( T t). A b. Đồ thị của vận tốc: v = -Asin( t) O T T T 3T t -Lưu ý tại gốc O của v vật đổi chiều chuyển động ( ứng với 4 2 4 -A vị trí biên của x) và tại các biên của v ứng với VTCB của x. c.Đồ thị của gia tốc: a = -ω2Acost ( = 0) v 2 A a = -A cos( t) O t +Nhận xét: -Nếu dịch chuyển đồ thị v về phía chiều dương của trục Ot -A một đoạn T/4 thì đồ thị v và x cùng pha. a Nghĩa là: v nhanh pha hơn x góc π/2 hay về thời gian là T/4. A2 -Nếu dịch chuyển đồ thị a về phía chiều dương của trục Ot O một đoạn T/4 thì đồ thị a và v cùng pha. t Nghĩa là: a nhanh pha hơn v góc π/2 hay về thời gian là T/4. -A2 -Dễ thấy a và x ngược pha ( trái dấu) 7.4. Đồ thị của ly độ ,vận tốc và gia tốc dao động điều hoà vẽ chung trên 1 hệ tọa độ: a. Ly độ: x = Acos(ωt+φ), π b. Vận tốc: v = x/ = -Aωsin(ωt+φ) = Aωcos(ωt+φ + ). 2 |v|max = Aω khi sin(ωt+φ) = 1. => Tốc độ của vật dao động điều hoà đạt giá trị cực đại khi vật qua vị trí cân bằng. c. Gia tốc: a = v/ = [-Aωsin(ωt+φ)]/ = -Aω2cos(ωt+φ) = -ω2x. a = -Aω2cos(ωt+φ) = -ω2x 2 |a|max = Aω khi cos(ωt+φ) = -1. =>Gia tốc của vật dao động điều hoà có độ lớn đạt giá trị cực đại khi khi vật ở biên( |x| = A). x, v, a ω2A ωA a(t) A O T/2 T t x(t) -A v(t) -ωA -ω2A T Đường biểu diễn x(t), v(t) và a(t) vẽ trong cùng một hệ trục toạ độ, ứng với φ = 0 Giáo viên:Đoàn Văn Lượng  6  Email: doanvluong@gmail.com
Tài liệu ôn thi TỐT NGHIỆP THPT QUỐC GIA  Hệ thống lí thuyết vật lí 12 7.5: Đồ thị năng lượng trong dao động điều hoà a. Sự bảo toàn cơ năng: Dao động của con lắc đơn, và con lắc lò xo dưới tác dụng của lực thế ( trọng lực và lực đàn hồi ) và không có ma sát nên cơ năng của nó được bảo toàn. Vậy cơ năng của vật dao động được bảo toàn. b. Biểu thức thế năng: Xét con lắc lò xo. Tại thời điểm t bất kì vật có li độ Wt x= Acos(t+ ) và lò xo có thế năng: 1 2 2 2 m A 1 2 2 2 Wt= kx = kA cos (t+ ) 2 1 2 2 4 m A 2 2 2 2 Thay k =  m ta được:Wt= m A cos (t+ ) O T T t 4 2 Đồ thị Wt ứng với trường hợp = 0 ở hình bên. Wd c. Biểu thức động năng: Tại thời điểm t bất kì vật nặng m có vận tốc 1/2 m 2 A 2 v = -Asin(t+ ) và có động năng 2 2 2 2 1/4 2 2 Wđ = mv = mA  sin (t+ ) m  A Đồ thị Wđ ứng với trường hợp = 0 ở hình bên. O T/4 T/2 t d. Biểu thức cơ năng: Cơ năng của vật tại thời điểm t: W = Wt + Wđ Wt Wđ 2 2 2 2 2 2 = m A cos (t+ ) + mA  sin (t+ ) 1 2 2 W 2 m A 2 2 2 2 2 2 1 = m A [cos (t+ ) + sin (t+ )] 4 m A W = m2A2 = const. O T T t 4 2 Đồ thị Wt, Wđ vẽ trong cùng một hệ trục toạ độ ở hình bên. 7.6. Phương pháp xác định phương trình từ đồ thị ( Đọc đồ thị): a. Xác định biên độ: Nếu tại VTCB x=0 thì: x = xmax =A (Từ số liệu trên đồ thị ta có thể xác định A ). v = vmax =ωA (Từ số liệu trên đồ thị ta có thể xác định vmax ). 2 a = amax = ω A (Từ số liệu trên đồ thị ta có thể xác định amax ). b. Xác định pha ban đầu : x0 v0 a0 -Nếu là hàm cos, dùng công thức : cos ; cos v ; cos a A vmax amax Lưu ý: Với đồ thị x= Acos(t+ ) ; lúc t = 0 đồ thị cắt trục tung tại x0 ( x = x0 : Có 9 vị trí đặc biệt của x0 ; mỗi x0 có 2 giá trị đặc biệt của tương ứng trái dấu , dấu của ngược dấu với vận tốc v; riêng các vị trí đặc biệt: x0= A=> = 0; x0= -A=> = π . Vậy có 16 giá trị đặc biệt của ) c. Xác định chu kì T ( Suy ra tần số f hoặc tần số góc ): Nhận dạng thời điểm trạng thái lặp lại, hay chu kì T là khoảng thời gian giữa hai điểm cùng pha gần nhất . Rồi suy ra tần số f (hoặc tần số góc  ) - Dựa vào thời gian ghi trên đồ thị và pha ban đầu, vẽ lại đường tròn Fresnel để xác định góc quét tương ứng với thời gian sau đó áp dụng công thức tìm :  t  Lưu ý: - Các đồ thị dao động điều hòa của li độ (x), vận tốc (v) và gia tốc (a) biến thiên điều hòa theo hàm số sin và cos với chu kì T. - Các đồ thị đồng năng và thế năng biến thiên tuần hoàn theo hàm số sin và cos với chu kì T/2 Giáo viên:Đoàn Văn Lượng  7  Email: doanvluong@gmail.com
Tài liệu ôn thi TỐT NGHIỆP THPT QUỐC GIA  Hệ thống lí thuyết vật lí 12 ⋇ Vận dụng giải các bài tập về đồ thị, chúng ta quan sát đồ thị tìm ra các đại lượng dựa quy luật sau: + Tìm biên độ dao động dựa vào trục giới hạn cắt điểm nào đó trên trục tung (tìm biên độ A, Aω hoặc Aω2). + Tìm chu kì dao động dựa vào sự lặp lại trên trục thời gian, hoặc dựa vào khoảng thời gian gần nhất cùng pha để vật nhận giátrị nào đó. + Tại thời điểm t thì x = ?, v = ? , a = ? nhằm tìm được pha ban đầu φ và chu kì T. Suy ra tần số góc ω. + Dựa vào đường tròn và vận dụng các công thức của dao động tìm các đại lượng và các yếu tố cần tìm. d.Lược đồ pha ban đầu theo các vị trí đặc biệt x0 V 0 A A 2 A 3 A 3 A 2 A 0 A 2 2 2 2 2 2 A x T T 24 12 Vậ n tố c: O x vmax vmax v 3 v 3 v v 0 max max max max 0 Gia tố c:2 2 2 2 2 2 a 3 a 2 a a a max 2 a 3 2 max max max 0 max max  A 2 2 2 2 2 2 -ω2A x Giáo viên:Đoàn Văn Lượng  8  Email: doanvluong@gmail.com
Tài liệu ôn thi TỐT NGHIỆP THPT QUỐC GIA  Hệ thống lí thuyết vật lí 12 CHỦ ĐỀ 1.2. CON LẮC LÒ XO 1. Định nghĩa con lắc lò xo: Con lắc lò xo là một hệ thống gồm một lò xo có độ cứng k, khối lượng không đáng kể (lí tưởng) một đầu cố định và một đầu gắn vật nặng có khối lượng m. k 2. Phương trình động lực học của vật dao động điều hoà trong CLLX: m x '' 2 x 0 (*) Trong toán học phương trình (*) được gọi là phương trình vi phân bậc 2 có nghiệm: x A.cos  t k 4. Tần số góc:  m 5. Chu kì và tần số dao động: m * Chu kì dao động: T 2 k 1 k * Tần số dao động: f 2 m  Chú ý : Trong các công thức trên m (kg); k (N/m) 6. Động năng, thế năng và cơ năng: 1 2 a) Động năng: Wđ = mv 2 1 2 2 2 2 2 2 Wđ = m  A sin (t + ) = kA sin ( t + ) = W0 sin ( t + ) 2 1 cos(2  t 2 ) W0 W0 = W0( ) = + cos(2 t + 2 + ) 2 2 2 Wđ = - cos(2 t + 2 ) 1 2 b) Thế năng: Wt = kx 2 2 2 2 2 2 Wt = m A cos ( t + ) = kA cos ( t + ) = W0cos ( t + ) 1 cos(2  t 2 ) W0 W0 = W0( ) = + cos(2 t + 2 ) 2 2 2 Nhận xét: Động năng và Thế năng ngược pha nhau. c) Cơ năng: Cơ năng bằng tổng động năng và thế năng. 2 2 W = Wđ + Wt = m A = kA = const. 1 2 2 2 2 2 W = mv + kx = kA = m A = m v 2 max W = Wđmax = Wtmax = const 2m 2 W = 2m 2 f2A2 = A2 T 2 d) Các kết luận: Con lắc lò xo dao động điều hoà với tần số f, chu kì T, tần số góc  thì động năng và thế năng biến thiên tuần hoàn với tần số f’ = 2f, chu kì T’ = T/2, tần số góc , = 2 . Động năng và thế năng biến thiên tuần hoàn cùng biên độ, cùng tần số nhưng lệch pha nhau góc ( hay ngược pha nhau). Giáo viên:Đoàn Văn Lượng  9  Email: doanvluong@gmail.com
Tài liệu ôn thi TỐT NGHIỆP THPT QUỐC GIA  Hệ thống lí thuyết vật lí 12 Trong qúa trình dao động điều hoà có sự biến đổi qua lại giữa động năng và thế năng, mỗi khi động năng giảm thì thế năng tăng và ngược lại nhưng tổng của chúng tức là cơ năng được bảo toàn, không đổi theo thời gian và tỉ lệ thuận với bình phương biên độ dao động. TT' Khoảng thời gian ngắn nhất giữa hai lần động năng bằng thế năng là t . min 24 Cơ năng của vật = động năng khi qua vị trí cân bằng = thế năng ở vị trí biên. 7. Ghép lò xo: Cho hai lò xo lí tưởng có độ cứng lần lượt là k1 và k2. Gọi k là độ cứng của hệ hai lò xo. 1 1 1 k k a) Ghép nối tiếp: k 1 2 k k12 k k1 k 2 b) Ghép song song: k k1 k 2 c) Ghép có vật xen giữa: k k1 k 2 8. Cắt lò xo: Cho một lò xo lí tưởng có chiều dài tự nhiên 0 , độ cứng là k0. Cắt lò xo thành n phần, có chiều dài lần lượt là 1, 2 , , n . Độ cứng tương ứng là k1, k2, , kn. Ta có hệ thức sau: k0 0 k 1 1 k 2 2 k n n 9.Viết phương trình dao động nhờ máy tính fx-570ES khi có x0 và v0: + Tính tần số góc  (nếu chưa có). + Thao tác trên máy: SHIFT MODE 1 (màn hình xuất hiện Math) MODE 2 (màn hình xuất hiện CMPLX ) SHIFT MODE 4 (chọn đơn vị đo góc là rad), v0 nhập x0 - i (bấm ENG để nhập số ảo i) = (hiễn thị kết quả dạng a + bi)  SHIFT 2 3 = (hiễn thị kết quả dạng A  ). +Phương trình dao động: x = A(cost + ). CHỦ ĐỀ 1.3. CON LẮC ĐƠN (CON LẮC TOÁN HỌC) I. CON LẮC ĐƠN 1. Định nghĩa con lắc đơn: Con lắc đơn là một hệ thống gồm một sợi dây không giãn khối lượng không đáng kể có chiều dài một đầu gắn cố định, đầu còn lại treo vật nặng có khối lượng m kích thước không đáng kể coi như chất điểm. 2. Phương trình động lực học (phương trình vi phân): khi 100 l s'' 2s 0 3. Phương trình dao động của con lắc đơn - Phương trình theo cung: s S0 cos  t m - Phương trình theo góc: 0 cos  t - Mối quan hệ S0 và 0 : S0 = 0 C 4. Tần số góc. Chu kì và tần số dao động của con lắc đơn g * Tần số góc:  l T * Chu kì dao động: T2 g M O s 1g P * Tần số dao động: f + t P 2 n P 5. Năng lượng dao động điều hoà của con lắc đơn Giáo viên:Đoàn Văn Lượng  10  Email: doanvluong@gmail.com
Tài liệu ôn thi TỐT NGHIỆP THPT QUỐC GIA  Hệ thống lí thuyết vật lí 12 5.1. Trường hợp tổng quát: với góc bất kì mv2 a) Động năng: Wđ = 2 b) Thế năng: Wt = mgh = mg (1 - cos ) vì h = (1 - cos ) 1 2 c) Cơ năng: W = Wđ + Wt = + mg (1 - cos ) = mv mg 1 cos 2 max max 5.2. Trường hợp dao động điều hoà: a) Động năng: Wđ = mà v = s’ = - S0 sin( t + ) 11 W mv2 m  2 S 2 sin 2  t d022 b) Thế năng: 2 * Nếu góc nhỏ ( 100 ), ta có: 1 - cos = 2.sin 2 2 2 1 W mg 2 ( : rad) t 2 s 1 mg 1 * Mà: sin W s2 m  2 s 2 t 22 1 22 * Mà: s = S0cos( t ) W m  S cos  t t02 c) Cơ năng: 2 mv 1 mg 2 1 2 2 2 2 1 22 W = Wđ + Wt = s = m S sin  t cos  t = mS 22 2 0 2 0 1 mg 1 1 W S2 m  2 S 2 mg 2 const . 20 2 0 2 0 d) Các kết luận: Con lắc đơn dao động điều hoà với tần số f, chu kì T, tần số góc  thì động năng và thế năng biến thiên tuần hoàn với tần số f’ = 2f, chu kì T’ = T/2, tần số góc , = 2 . Động năng và thế năng biến thiên tuần hoàn cùng biên độ, cùng tần số nhưng lệch pha nhau góc ( hay ngược pha nhau). Trong qúa trình dao động điều hoà có sự biến đổi qua lại giữa động năng và thế năng, mỗi khi động năng giảm thì thế năng tăng và ngược lại nhưng tổng của chúng tức là cơ năng được bảo toàn, không đổi theo thời gian và tỉ lệ thuận với bình phương biên độ dao động. TT' Khoảng thời gian ngắn nhất giữa hai lần động năng bằng thế năng là t . min 24 Cơ năng của vật = động năng khi qua vị trí cân bằng = thế năng ở vị trí biên. 6. Lực hồi phục (lực kéo về) g F m s 7. Các công thức độc lập với thời gian v2 a) Mối quan hệ giữa s và v: Ss22 0 2 b) Mối quan hệ giữa s và a: as 2 va22 c) Mối quan hệ giữa a và v: S2 0 24 Giáo viên:Đoàn Văn Lượng  11  Email: doanvluong@gmail.com
Tài liệu ôn thi TỐT NGHIỆP THPT QUỐC GIA  Hệ thống lí thuyết vật lí 12 CHỦ ĐỀ 1.4. CÁC LOẠI DAO ĐỘNG 1. HỆ DAO ĐỘNG Hệ dao động gồm vật dao động và vật tác dụng lực kéo về lên vật dao động. 2. CÁC LOẠI DAO ĐỘNG 2.1. Dao động tự do a) Định nghĩa: Dao động tự do là dao động mà chu kì (tần số) chỉ phụ thuộc vào các đặc tính của hệ mà không phụ thuộc vào các yếu tố bên ngoài. b) Đặc điểm: - Dao động tự do xảy ra chỉ dưới tác dụng của nội lực - Dao động tự do hay còn được gọi là dao động riêng, dao động với tần số góc riêng 0 . c) Điều kiện để con lắc dao động tự do là: Các lực ma sát phải rất nhỏ, có thể bỏ qua. Khi ấy con lắc lò xo và con lắc đơn sẽ dao động mãi mãi với chu kì riêng. m + Con lắc lò xo: dao động với chu kì riêng T 2 ( T chỉ phụ thuộc m và k) k + Con lắc đơn: dao động với chu kì riêng: T2 g  Chú ý : Con lắc đơn chỉ có thể thể coi là dao động tự do nếu không đổi vị trí (để cho g = const, T chỉ phụ thuộc ) 2.2. Dao động tắt dần a) Định nghĩa: Dao động tắt dần là dao động có biên độ giảm dần theo thời gian. b) Nguyên nhân: Do lực cản và ma sát của môi trường - Dao động tắt dần càng nhanh nếu môi trường càng nhớt và ngược lại. - Tần số dao động càng nhỏ (chu kì dao động càng lớn) thì dao động tắt càng chậm. c) Dao động tắt dần chậm: - Dao động điều hoà với tần số góc riêng nếu chịu thêm tác dụng của lực cản nhỏ thì được gọi là dao động tắt dần chậm. - Dao động tắt dần chậm coi gần đúng là dạng sin với tần số góc riêng nhưng biên độ giảm dần về 0 m + Con lắc lò xo dao động động tắt dần chậm: chu kì T2 k + Con lắc đơn dao động tắt dần chậm: chu kì T2 g - Dao động tắt dần có thể coi là dao động tự do nếu coi môi trường tạo nên lực cản cũng thuộc về hệ dao động. d) Dao động tắt dần có lợi và có hại: + Có lợi: chế tạo bộ giảm xóc ở ôtô, xe máy, + Có hại: đồng hồ quả lắc, chiếc võng, 2.3. Dao động cưỡng bức a) Định nghĩa: Dao động cưỡng bức là dao động do tác dụng của ngoại lực biến thiên điều hoà theo thời gian có dạng F F0 cos  t ;  2f f là tần số của ngoại lực (hay tần số cưỡng bức) b) Đặc điểm: Khi tác dụng vào vật một ngoại lực F biến thiên điều hoà theo thời gian F F0 cos  t thì vật chuyển động theo 2 giai đoạn: * Giai đoạn chuyển tiếp: - Dao động của hệ chưa ổn định - Biên độ tăng dần, biên độ sau lớn hơn biên độ trước * Giai đoạn ổn định: - Dao động đã ổn định, biên độ không đổi - Giai đoạn ổn định kéo dài đến khi ngoại lực ngừng tác dụng Giáo viên:Đoàn Văn Lượng  12  Email: doanvluong@gmail.com
Tài liệu ôn thi TỐT NGHIỆP THPT QUỐC GIA  Hệ thống lí thuyết vật lí 12 - Dao động trong giai đoạn này được gọi là dao động cưỡng bức * Lí thuyết và thực nghiệm chứng tỏ rằng: - Dao động cưỡng bức là điều hoà (có dạng sin) - Tần số góc của dao động cưỡng bức ( ) bằng tần số góc (  ) của ngoại lực:   . - Biên độ của dao động cưỡng bức tỉ lệ thuận với biên độ của ngoại lực (F0) và phụ thuộc vào . 2.4. Dao động duy trì a) Định nghĩa: Dao động duy trì là dao động có biên độ không thay đổi theo thời gian. Dao động duy trì còn được gọi là “sự tự dao động” b) Nguyên tắc để duy trì dao động: Để duy trì dao động phải tác dụng vào hệ(con lắc) một lực tuần hoàn với tần số riêng. Lực này nhỏ không làm biến đổi tần số riêng của hệ. Cách cung cấp: sau mỗi chu kì lực này cung cấp một năng lượng đúng bằng phần năng lượng đã tiêu hao vì nhiệt. c) Ứng dụng: để duy trì dao động trong con lắc đồng hồ (đồng hồ có dây cót)  Chú ý : Dao động của con lắc đồng hồ được gọi là sự tự dao động 3. Hiện tượng cộng hưởng cơ học a) Định nghĩa: Cộng hưởng là hiện tượng biên độ dao động cưỡng bức tăng nhanh đột ngột đến một giá trị cực đại khi tần số của lực cưỡng bức bằng tần số riêng của hệ. b) Điều kiện xảy ra:  0 hay  0 . Khi đó: f = f0 ; T = T0. c) Đặc điểm: - Với cùng một ngoại lực tác dụng: nếu ma sát giảm thì giá trị cực đại của biên độ tăng - Lực cản càng nhỏ (Amax) càng lớn cộng hưởng rõ cộng hưởng nhọn - Lực cản càng lớn (Amax) càng nhỏ cộng hưởng không rõ cộng hưởkhoongtu d) Ứng dụng: - Chế tạo tần số kế, lên dây đàn, CHỦ ĐỀ 1.5. ĐỘ LỆCH PHA. TỔNG HỢP DAO ĐỘNG 1. Độ lệch pha của hai dao động Xét hai dao động điều hoà cùng tần số, có phương trình: x1 A 1 cos  t 1 và x2 A 2 cos  t 2 Độ lệch pha giữa hai dao động x1 và x2 ở cùng một thời điểm là: 2 1 * Các trường hợp: Trường hợp Độ lệch pha Kết luận 1 Nếu 0 : 2 1 dao động x2 sớm pha hơn dao động x1 2 Nếu 0 : 2 1 dao động x2 trễ pha hơn dao động x1 3 Nếu k2 hai dao động cùng pha(đồng pha) 4 Nếu (2k 1) hai dao động ngược pha 5 Nếu (2k 1) hai dao động vuông pha 2 (Trong đó : k ) 2. Tổng hợp dao động 2.1. Bài toán 1: Một vật thực hiện đồng thời hai dao động điều hoà cùng phương, cùng tần số có phương trình: và . Tìm phương trình dao động tổng hợp ? Giải: - Dao động có phương trình: x1 A 1 cos  t 1  A1 - Dao động có phương trình: x2 A 2 cos  t 2  A 2 - Dao động tổng hợp: x = x1 + x2 = Acos( t )  A : A = + 2 2 * Biên độ dao động tổng hợp: A A1 A2 2A1A2 cos 2 1 Giáo viên:Đoàn Văn Lượng  13  Email: doanvluong@gmail.com
Tài liệu ôn thi TỐT NGHIỆP THPT QUỐC GIA  Hệ thống lí thuyết vật lí 12 22 Hay: A A1 A 2 2A 1 A 2 cos Biên độ dao động tổng hợp không phụ thuộc vào tần số(f) mà chỉ phụ thuộc vào A1, A2 và . A sin A sin * Pha ban đầu của dao động tổng hợp: tan 1 1 2 2 A1 cos 1 A 2 cos 2 * Một số trường hợp đặc biệt: Trường hợp 1: Nếu k2 (k Z) Hai dao động x1, x2 cùng pha AA12 AAAA 1 2 max 12() Trường hợp 2: Nếu (2k 1) (k Z) Hai dao động x1, x2 ngược pha AA12 AAAA 1 2 min 1 AA;AA 1 2 2 1 2 Trường hợp 3: Nếu (2k 1) (k Z) Hai dao động x1, x2 vuông pha AA 2 12 22 AAA 12 : vẽ hình, áp dụng công thức để tính. A 2A cos 1 2 Trường hợp 4: Nếu A1 = A2 12 2 Tổng hợp lượng giác: x = x1 + x2 = A1 cos  t 12 cos  t 2 1 1 2 2A1 cos cos  t 22 21 Biên độ dao động tổng hợp: A 2A1 cos 2 2 Đặc biệt: Nếu 1200 AAA 3 12  Chú ý : A1 A2 A A1 A2 2.2. Bài toán 2:Một vật thực hiện đồng thời n dao động điều hoà cùng phương, cùng tần số x1, x2, xn. Tìm phương trình dao động tổng hợp. Giải:* Cách 1: Tổng hợp theo phương pháp giản đồ vectơ Fresnel Chú ý: - Tổng hợp 2 dao động một - Tổng hợp 2 dao động cùng phương trước, vuông góc, * Cách 2: Phương pháp hình chiếu - Biểu diễn các dao động điều hoà bằng các vectơ trên hệ trục toạ độ Oxy x = x1 + x2 + + xn A A1 A 2 A n Ax A 1x A 2x A nx Ay A 1y A 2y A ny 22 - Biên độ dao động tổng hợp: AAA xy A - Pha ban đầu của dao động tổng hợp được xác định: tan y Ax Giáo viên:Đoàn Văn Lượng  14  Email: doanvluong@gmail.com
Tài liệu ôn thi TỐT NGHIỆP THPT QUỐC GIA  Hệ thống lí thuyết vật lí 12 2.3 Dùng máy tính fx-570ES, giải bài toán tổng hợp dao động: a. Tìm dao động tổng hợp xác định A và bằng cách thực hiện phép CỘNG: Với máy FX570ES; 570ES Plus: Bấm: MODE 2 xuất hiện: CMPLX. Chọn đơn vị góc là Rad bấm: SHIFT MODE 4 màn hình hiển thị R (hoặc chọn đơn vị góc là độ bấm:SHIFT MODE 3 màn hình hiển thị D ) Thực hiện phép cộng số phức: AAA1 1 2  2  Nhập: A1 SHIFT (-) φ1 + A2 SHIFT (-) φ2 = kết quả: a + bi (hoặc: A  ) (Nếu hiển thị số phức dạng: a+bi thì bấm SHIFT 2 3 = kết quả: A  ) b.Tìm dao động thành phần: Trường hợp biết một dao động thành phần x1 = A1cos(t + 1) và dao động tổng hợp là x = Acos(t + ) thì dao động thành phần còn lại x2 = x – x1: Thực hiện phép trừ số phức. Ta có: x2 =x - x1 hoặc x1 =x – x2 Chẳng hạn x2 = x - x1 với: x2 = A2cos(t + 2). Xác định A2 và 2? Bấm MODE 2 SHIFT MODE 4 hoặcSHIFT MODE 3 . Thực hiện phép trừ số phức: AAA 2  2 1  1 ; hoặc: AAA 1  1 2  2 Nhập A SHIFT (-) φ - (chú ý dấu trừ), Nhập A1 SHIFT (-) φ1 = kết quả. (Nếu hiển thị số phức thì bấm SHIFT 2 3 = kết quả trên màn hình: A2  2 c. Trường hợp tổng hợp nhiều dao động điều hòa cùng phương cùng tần số là x = x1 + x2 + + xn: thực hiện phép cộng nhiều số phức. CÁC EM HỌC SINH KHÓA 2000 ĐÓN ĐỌC: 1.TUYỆT ĐỈNH CÔNG PHÁ CHUYÊN ĐỀ VẬT LÍ 3 TẬP Tác giả: Đoàn Văn Lượng ( Chủ biên)- ThS Nguyễn Thị Tường Vi . 2.TUYỆT PHẨM CÁC CHUYÊN ĐỀ VẬT LÍ ĐIỆN XOAY CHIỀU. Tác giả: Hoàng Sư Điểu & Đoàn Văn Lượng 3. PHÂN LOẠI VÀ GIẢI NHANH BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM VẬT LÍ 12 THEO HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC HỌC SINH. Tác giả: Trần Văn Hưng – Đoàn Văn Lượng - Dương Văn Đổng Lê Thanh Huy – Phạm Thị Bá Linh Giáo viên:Đoàn Văn Lượng  15  Email: doanvluong@gmail.com
Tài liệu ôn thi TỐT NGHIỆP THPT QUỐC GIA  Hệ thống lí thuyết vật lí 12 CHỦ ĐỀ 1.6. CÁC SƠ ĐỒ GIẢI NHANH VÀ CÁC BẢNG NHỚ NHANH 1.Bảng Các vị trí đặc biệt trong dao động điều hòa Tên gọi của vị trí x đặc biệt Kí hiệu Góc pha Tốc độ tại Giá trị gia tốc li độ x tại li độ x + 0 2 Biên dương A: x = A B 0 0 rad V= 0 -amax = -ω A + 0 C3/2 ±30 vmax a 3 3 v a max Nửa căn ba dương: x = A 2 2 6 2 + 0 a A HD ±45 vmax max Hiệu dụng dương: x = v a 2 4 2 2 + 0 A NB ±60 v 3 amax Nửa biên dương: x = v max a 2 3 2 2 0 Cân bằng O: x = 0 CB ±90 Vmax = ωA a=0;Fhp=0 2 - 0 NB ±120 2 amax Nửa biên âm: : x = - a 3 2 - 0 a HD ±135 3 max Hiệu dụng âm: x = - a 4 2 - 0 C3/2 ±150 5 a 3 max Nửa căn ba âm: x = - a 6 2 - 0 2 Biên âm: x = -A B 180 V= 0 amax = ω A 2.Lược đồ đường tròn lượng giác liên hệ các vị trí đặc biệt 900 1200 600 0 45 1350 2 2 3 3 3 1500 300 4 4 5 6 6 A A A 3A A 3A 0 -A A 180 2 O 2 • • • 2 • 2 • 2• • 2 • • x 5 6 6 0 0 3 -30 -150 4 4 2 0 -1350 -45 3 3 0 -1200 2 -60 0 -90 3.Các vị trí đặc biệt trong dao động điều hoà -A O A x • • • • • • • • • • - + + B- C3-/2 HD- NB CB NB+ HD C3 /2 B+ Giáo viên:Đoàn Văn Lượng  16  Email: doanvluong@gmail.com
Tài liệu ôn thi TỐT NGHIỆP THPT QUỐC GIA  Hệ thống lí thuyết vật lí 12 4.Lược đồ đường tròn lượng giác liên hệ các đại lượng trong DĐĐH V 0 Wt= 1 2 2 3 1 1 1 3 kA kA W W W Wt= 0 W W W 4 2 4 O 4 2 4 2 x 2 2 0 1 1 3 kA 3 1 1 0 Wd W W W W W W 2 Wd= 4 2 4 4 2 4 0 5.Sơ đồ thời gian 2: Có thể liên hệ với vòng tròn lượng giác: t .T .T  2 3600 O -A A x • • • • • • • • • B- C3/2- HD- NB- CB NB+ HD+ C3/2+ B+ T T 12 12 T 8 T 6 T T 4 4 Giáo viên:Đoàn Văn Lượng  17  Email: doanvluong@gmail.com
Tài liệu ôn thi TỐT NGHIỆP THPT QUỐC GIA  Hệ thống lí thuyết vật lí 12 6.Sơ đồ tổng hợp giải nhanh nhiều đại lượng : π 2 2π π 3 3 3π π 4 4 5π 6 x=0 π v =-Aω 6 min a=0 xmin = -A xmax = A 2 amax = Aω Chuyển động theo chiều âm v 0 x=0 v =Aω max π 5π 6 a=0 6 3π π 4 4 2π π 3 3 π 2 T/4 T/4 T/6 T/6 T/8 T/8 T/12 T/12 A -A -A 3 -A 2 -A O A2A3 A 2 2 2 2 2 2 Wđmax Wđ=0 Wđ=0 Wt=Wđ Wt=0 Wtmax Wtmax Wt=Wđ Wđ=3Wt Wđ=3Wt Wt=3Wđ Wt=3Wđ * Tìm một đại lượng chưa biết nhờ chức năng SOLVE trong máy tính cầm tay fx-570ES (chỉ dùng trong COMP): Bấm MODE 1 (để tính toán chung), bấm SHIFT MODE 1 (màn hình xuất hiện Math), nhập biểu thức có chứa đại lượng cần tìm (để có dấu = trong biểu thức, bấm ALPHA CALC, để nhập đại lượng cần tìm (gọi là X), bấm ALPHA ), để hiển thị giá trị của X, bấm SHIFT CALC = (với những biểu thức hơi phức tạp thì thời gian chờ để hiễn thị kết quả hơi lâu ). Giáo viên:Đoàn Văn Lượng  18  Email: doanvluong@gmail.com
Tài liệu ôn thi TỐT NGHIỆP THPT QUỐC GIA  Hệ thống lí thuyết vật lí 12 Chương 2: SÓNG CƠ Chương này gồm 4 chủ đề: Chủ đề 2.1. Đại cương về sóng cơ Chủ đề 2.2. Giao thoa sóng cơ. Nhiễu xạ sóng Chủ đề 2.3. Phản xạ sóng. Sóng dừng Chủ đề 2.4. Sóng âm CHỦ ĐỀ 2.1. ĐẠI CƯƠNG VỀ SÓNG CƠ 1. Hiện tượng sóng trong cơ học Thí nghiệm: Cho mũi S chạm vào mặt nước tại O, kích thích cho cần rung dao động, sau một thời gian ngắn, mẩu nút chai ở M cũng dao động. M Vậy, dao động từ O đã truyền qua nước tới M. Ta nói, đã có sóng trên S O mặt nước và O là nguồn sóng.  Chú ý : Nút chai tại M chỉ dao động nhấp nhô tại chỗ, không truyền đi theo sóng. 2. Định nghĩa và phân loại sóng cơ học 2.1. Định nghĩa: Sóng cơ học là dao động cơ lan truyền trong một môi trường đàn hồi. 2.2. Phân loại: Căn cứ vào mối quan hệ giữa phương dao động của phần tử môi trường và phương truyền sóng, sóng cơ học phân ra làm hai loại là sóng ngang và sóng dọc. a) Sóng ngang: Các phần tử môi trường dao động theo phương vuông góc với phương truyền sóng. * Ví dụ: Sóng trên mặt chất lỏng * Môi trường truyền sóng ngang: Sóng ngang truyền trong môi trường có lực đàn hồi xuất hiện khi bị biến dạng lệch. Sóng ngang truyền trong chất rắn và sóng trên mặt chất lỏng là một trường hợp riêng. b) Sóng dọc: là sóng mà các phần tử dao dộng dọc theo phương truyền sóng. * Ví dụ: Sóng âm truyền trong chất khí * Môi trường truyền sóng dọc: Sóng dọc truyền trong các môi trường có lực đàn hồi xuất hiện khi bị biến dạng nén, dãn. Như vậy, sóng dọc truyền được trong chất rắn, lỏng, khí. 3.Sơ đồ kiến thức: -Sóng cơ là những dao động cơ học lan truyền trong môi trường vật chất đàn hồi theo thời gian. lan truyền dao động, năng Truyền được Phần tử dao động gần lượng, lan truyền pha dao rắn, lỏng, khí nguồn nhận được sóng động Không truyền sớm hơn phần tử xa không lan truyền vật chất được trong chân nguồn. (các phần tử vật chất) không. (gần nguồn sớm pha hơn) vR > vL > vk Các loại sóng sóng dọc Rắn, lỏng, khí Phần tử vật chất Phương truyền sóng Sóng cơ Rắn và bề mặt chất lỏng sóng ngang Phương truyền sóng 4. Những đại lượng đặc trưng của chuyển động sóng 4.1. Chu kì, tần số sóng (T, f): Mọi phần tử trong môi trường dao động cùng chu kì và tần số bằng chu kì và tần số của nguồn sóng, gọi là chu kì và tần số của sóng. Ts = Tnguồn ; fs = fnguồn Giáo viên:Đoàn Văn Lượng  19  Email: doanvluong@gmail.com
Tài liệu ôn thi TỐT NGHIỆP THPT QUỐC GIA  Hệ thống lí thuyết vật lí 12 4.2. Biên độ sóng (A): Biên độ sóng tại một điểm trong không gian chính là biên độ dao động của một phần tử môi trường tại điểm đó. Thực tế: càng ra xa tâm dao động thì biên độ càng giảm. 4.3. Bước sóng (  ): * Cách 1: Bước sóng là khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên cùng phương truyền sóng dao động cùng pha. * Cách 2: Bước sóng là quãng đường mà sóng truyền được trong thời gian một chu kì dao động của sóng. v  v.T f λ +Khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên phương truyền sóng mà dao động ngược pha là . 2 λ +Khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên phương truyền sóng mà dao động vuông pha là . 4 +Khoảng cách giữa hai điểm bất kỳ trên phương truyền sóng mà dao động cùng pha là: k. +Khoảng cách giữa hai điểm bất kỳ trên phương truyền sóng mà dao động ngược pha là: (2k+1) . +Lưu ý: Giữa n đỉnh (ngọn) sóng có (n - 1) bước sóng. 2λ λ A E I Phương truyền sóng B D F H J  C 2 G  4.4. Tốc độ truyền sóng (v): 3 Tốc độ truyền sóng là tốc độ truyền pha 2 dao động, được đo bằng thương số giữa quãng đường mà sóng truyền được trong một đơn vị thời gian. s v t Trong đó: s là quãng đường mà sóng truyền được trong thời gian t . - Tốc độ truyền sóng phụ thuộc vào bản chất của môi trường như: độ đàn hồi, mật độ vật chất, nhiệt độ, - Đối với một môi trường nhất định thì vận tốc có giá trị không đổi: v = const.  vf  T 4.5. Năng lượng sóng (W): - Quá trình truyền sóng là quá trình truyền năng lượng. a) Sóng thẳng: sóng truyền theo một phương( ví dụ: sóng truyền trên sợi dây đàn hồi lí tưởng) W const A const b) Sóng phẳng: sóng truyền trên mặt phẳng(ví dụ: sóng truyền mặt mặt nước) Gợn sóng là những vòng tròn đồng tâm năng lượng sóng từ nguồn trải đều trên toàn bộ vòng 2 WAMMR N tròn đó. Ta có: WOMMNN 2 R .W 2 R .W 2 WRANMN 11 Vậy: W ~ ;A ~ R R c) Sóng cầu: Sóng truyền trong không gian (ví dụ: sóng âm phát ra từ một nguồn điểm) Mặt sóng có dạng là mặt cầu năng lượng sóng từ nguồn trải đều trên toàn bộ mặt cầu. 2 2 22WAMMR N Ta có: WOMMNN 4 R .W 4 R .W 22 WRANMN Giáo viên:Đoàn Văn Lượng  20  Email: doanvluong@gmail.com
Tài liệu ôn thi TỐT NGHIỆP THPT QUỐC GIA  Hệ thống lí thuyết vật lí 12 11 Vậy: W ~ ;A ~ RR2 5. phương trình sóng a) Phương trình sóng: Giả sử phương trình dao động sóng tại nguồn O có dạng: uO  Acos t Phương trình dao động tại M, cách O một đoạn là x có dạng: x t x x u(t) Acos(t  ) Acos2( ) hay u A cos(  t 2 ) MMMvT MM  b) Một số tính chất của sóng suy ra từ phương trình sóng: Tính tuần hoàn theo thời gian: Xét một phần tử sóng tại điểm M trên đường truyền sóng có toạ độ x = d, ta có: d u(t) A cos(t  2 ) MM  Chuyển động của phần tử tại M là một dao động tuần hoàn theo thời gian với chu kì T. Tính tuần hoàn theo không gian: Xét tất cả các phần tử sóng tại một thời điểm xác định t = t0, ta có: x u(x,t) Acos(  t 2 ) 00 Vậy, u biến thiên tuần hoàn theo toạ độ x trong không gian với chu kì là  . 6. Vận tốc dao động của phần tử môi trường ' x vdd u  Asin  t 2  2 - Tốc độ dao động của phần tử môi trường cực đại: v  A A dd max T  Chú ý : Tốc độ dao động của phần tử môi trường khác với tốc độ truyền sóng. 7. Độ lệch pha a) Tổng quát: Giả sử phương trình dao động tại nguồn có dạng Xét 2 điểm M, N trên mặt chất lỏng cách nguồn O lần lượt là d1, d2. Phương trình dao động tại M, 2 2 N lần lượt là uM1 Acos  t d ; uN2 Acos  t d . Độ lệch pha giữa hai điểm M, N tại   2 cùng một thời điểm: dd  12 b) Đặc biệt: Nếu hai điểm M, N nằm trên cùng phương truyền sóng 2 2 f 2 d dd  v T v Với d = MN: là khoảng cách giữa hai điểm M, N. Các trường hợp: Nếu hai điểm M, N dao động cùng pha: 2k dk  ; (k = 1,2,3, )  Nếu hai điểm M, N dao động ngược pha: 2k 1 d 2k 1 ; (k = 0,1,2, ) 2  Nếu hai điểm M, N dao động vuông pha: 2k 1 d 2k 1 ; (k = 0,1,2, ) 2 4 c) Xét dao động tại một điểm M: Tính độ lệch pha giữa hai thời điểm t1, t2 ? 2  t t t t 2 1T 2 1 Giáo viên:Đoàn Văn Lượng  21  Email: doanvluong@gmail.com
Tài liệu ôn thi TỐT NGHIỆP THPT QUỐC GIA  Hệ thống lí thuyết vật lí 12 CHỦ ĐỀ 2.2. GIAO THOA SÓNG CƠ. NHIỄU XẠ SÓNG 1. Hiện tượng giao thoa sóng cơ học Dùng một thiết bị để tạo ra hai nguồn dao động cùng tần số và cùng pha trên mặt nước. Kết quả: trên mặt nước tại vùng hai sóng chồng lên nhau xuất hiện hai nhóm đường cong xen kẽ: một nhóm gồm các đường dao động với biên độ cực đại (gợn lồi) và nhóm kia gồm các đường dao S1 S2 động với biên độ cực tiểu (gợn không dao động), có 1 đường thẳng là đường trung trực của S1S2.  Chú ý : - Hình ảnh quan sát: có 1 đường thẳng, còn lại là các đường hypebol nhân S1, S2 làm tiêu điểm. - Nếu hai nguồn S1, S2 dao động cùng pha: đường trung trực của AB dao động cực đại - Nếu hai nguồn S1, S2 dao động ngược pha: đường trung trực của AB dao động cực tiểu. 2. Định nghĩa: Hiện tượng hai sóng kết hợp, khi gặp nhau tại những điểm xác định, luôn luôn hoặc tăng cường nhau, hoặc làm yếu nhau được gọi là sự giao thoa của sóng. 3. Điều kiện có giao thoa: phải có nguồn sóng kết hợp Điều kiện để hai nguồn A và B là nguồn kết hợp là: - Cùng tần số f (cùng chu kì T) - Độ lệch pha không đổi (hoặc cùng pha) S1 S2  Chú ý : Không nhất thiết phải cùng biên độ. 4. Lí thuyết về giao thoa sóng trên mặt nước Xét hai nguồn S1, S2 dao động cùng phương, cùng biên độ, cùng tần số và cùng pha, có phương trình u12 u Acos  t Xét tại một điểm M trên mặt nước, cách S1, S2 lần lượt là d1, d2 - Phương trình dao động tại M do nguồn S1 truyền đến: d 1 M u1M Acos(  t 2 )  d1 d2 - Phương trình dao động tại M do nguồn S2 truyền đến: S1 S2 d u Acos(  t 2 2 ) 2M  - Phương trình dao động tổng hợp tại M: uM = u1M + u2M dd12 uMM A cos  t  dd - Biên độ dao động tổng hợp: A 2A cos 12 M  a) Tại M dao động cực đại: - Tại M dao động cực đại khi u1M và u2M dao động cùng pha - Biên độ tại M: (AM)max = 2A - Hiệu đường đi: d12 d k  (k Z ) b) Tại M dao động cực tiểu: - Tại M dao động cực tiểu khi u1M và u2M dao động ngược pha - Biên độ tại M: (AM)min = 0  - Hiệu đường đi: d d (2k 1) (k Z ) hay d d (k 0,5)  12 2 12 5. Ứng dụng - Nhận ra được hiện tượng giao thoa khẳng định có tính chất sóng. - Có thể xác định được các đại lượng v, f.  Chú ý : Xét các điểm nằm trên đường nối S1, S2 Giáo viên:Đoàn Văn Lượng  22  Email: doanvluong@gmail.com
Tài liệu ôn thi TỐT NGHIỆP THPT QUỐC GIA  Hệ thống lí thuyết vật lí 12  - Khoảng cách giữa hai điểm dao động cực đại (cực tiểu) gần nhau nhất bằng: 2  - Khoảng cách giữa một điểm cực đại và một điểm cực tiểu gần nhau nhất bằng: . 4 6. Sự nhiễu xạ của sóng Hiện tượng sóng khi gặp vật cản thì đi lệch khỏi phương truyền thẳng của sóng và đi vòng qua vật cản gọi là sự nhiễu xạ của sóng. CHỦ ĐỀ 2.3. SỰ PHẢN XẠ SÓNG. SÓNG DỪNG I. SỰ PHẢN XẠ SÓNG A P 1. Phản xạ của sóng trên vật cản cố định Khi gặp vật cản cố định: sóng phản xạ và sóng tới có cùng biên độ, P cùng tần số, cùng bước sóng nhưng ngược pha nhau. A - Độ lệch pha giữa sóng tới và sóng phản xạ tại điểm vật cản cố định là: 2k 1 A A - Li độ: upx = -ut 2. Phản xạ của sóng trên vật cản tự do Khi gặp vật cản tự do: sóng phản xạ và sóng tới có cùng biên độ, cùng tần số, cùng bước sóng và cùng pha nhau - Độ lệch pha giữa sóng tới và sóng phản xạ tại điểm vật cản tự do là: 2k - Li độ: upx = ut P P II. SÓNG DỪNG 1. Định nghĩa: Sóng dừng là sóng có các nút và bụng cố định trong không gian. 2. Giải thích 2.1. Giải thích định tính Sóng dừng là do sự giao thoa của sóng tới và sóng phản xạ trên cùng một phương truyền sóng Sự tạo thành điểm bụng: Tại một điểm M có sóng tới và sóng phản xạ dao động cùng pha chúng tăng cường lẫn nhau tạo thành điểm bụng (biên độ 2A). Sự tạo thành điểm bụng: Tại một điểm M có sóng tới và sóng phản xạ dao động ngược pha nhau chúng triệt tiêu lẫn nhau tạo thành điểm nút (biên độ bằng 0): không dao động. 2.2. Giải thích định lượng Chọn: gốc toạ độ tại B, chiều dương của trục toạ độ từ B đến A. Giả sử phương trình dao động tại B do sóng tới từ A truyền đến có dạng: S. tới x u  Acos t B x A - Phương trình dao động tại M do sóng tới từ A truyền đến: B x M O u Acos(  t 2 ) S. pxạ 1M  ' - Phương trình sóng phản xạ tại B: vì đầu B cố định(B là nút) nên uB + u B = 0 ' uB Acos  t Acos(  t ) - Phương trình dao động tai M do sóng phản xạ từ B truyền đến: x u Acos(  t 2 ) 2M  - Phương trình dao động tổng hợp tại M: uM = u1M + u2M 2x u 2Acos( )cos(  t ) M  22 2x - Biên độ dao động tổng hợp: AM 2A cos  2 Giáo viên:Đoàn Văn Lượng  23  Email: doanvluong@gmail.com
Tài liệu ôn thi TỐT NGHIỆP THPT QUỐC GIA  Hệ thống lí thuyết vật lí 12 a) Điểm bụng: - Tại M là bụng sóng khi sóng tới và sóng phản xạ tại đó dao động cùng pha - Biên độ: (AM)max = 2A - Vị trí của các điểm bụng so với gốc toạ độ O(đầu B):  x (2k 1) ; (k = 0,1,2, ) b 4 b) Điểm nút: - Tại M là nút sóng khi sóng tới và sóng phản xạ tại đó dao động ngược pha - Biên độ: (AM)min = 0 - Vị trí của các điểm nút so với gốc toạ độ O(đầu B):  xk ; (k = 1,2, ) n 2 3. Điều kiện có sóng dừng trên dây Gọi là chiều dài của dây a) Trường hợp 1: Nếu sợi dây có hai đầu cố định (2 đầu là 2 nút)  k ; (k N*) 2 Trong đó: k là số bó sóng = số bụng sóng = số múi sóng b) Trường hợp 2: Nếu sợi dây có một đầu cố định (nút) và một đầu tự do (bụng)  k ; (k N) 24 Trong đó: k là số bó sóng nguyên (một bó nguyên có 2 nút ở hai đầu)  Hoặc: m , với m = 1, 3, 5, , (2k+1). 4 4. Đặc điểm của sóng dừng: -Khoảng cách giữa 2 nút cạnh nhau bằng một nửa bước sóng .Chính là độ dài một bụng .   -Khoảng cách giữa 2 nút hoặc 2 bụng liền kề là . -Khoảng cách giữa nút và bụng liền kề là . 2 4  -Khoảng cách giữa hai nút sóng ( hoặc hai bụng sóng) bất kỳ là: k . 2 *Chú ý :Trong sóng dừng bề rộng của một bụng là : 2.aN=2.2a=4a .  bụng l = 2λ l=λ 2 A nút B  4 B B B B B B B B 5.Trường hợp sóng dừng trong ống: Một đầu bịt kín → ¼ bước sóng Hai đầu bịt kín → 1 bước sóng Hai đầu hở → ½ bước sóng  -Tốc độ truyền sóng: v = f = . T 2 d * Công thức tính biên độ của một phần tử trên dây có sóng dừng là Aa 2 | sinM | . M  Giáo viên:Đoàn Văn Lượng  24  Email: doanvluong@gmail.com
Tài liệu ôn thi TỐT NGHIỆP THPT QUỐC GIA  Hệ thống lí thuyết vật lí 12 6. Ứng dụng - Để xác định tốc độ truyền sóng trên dây, tốc độ âm trong cột khí - Thí nghiệm đo được  , biết tần số f v f  Chú ý :  - Khoảng cách giữa hai nút sóng hay hai bụng sóng gần nhau nhất là 2  - Khoảng cách giữa một bụng và một nút gần nhau nhất là 4 - Bề rộng một bụng sóng là : L = 4A - Trong khi sóng tới và sóng phản xạ vẫn truyền đi theo hai chiều khác nhau, nhưng sóng tổng hợp dừng tại chỗ, nó không truyền đi trong không gian Gọi là sóng dừng. T - Khoảng thời gian ngắn nhất giữa hai lần sợi dây duỗi thẳng là . 2  - Mối quan hệ giữa tốc độ truyền sóng trên dây và lực căng dây: v  m (  : là lực căng dây;  0 : mật độ khối lượng của dây dài , khối lượng m) - Nếu dây là kim loại (sắt) được kích bởi nam châm điện (Nam châm được nuôi bởi dòng điện xoay chiều có tần số fdđ) thì tần số dao động của dây là: f = 2fdđ. - Ở một thời điểm nhất định: mọi điểm trên dây dao động cùng pha với nhau. - Sóng dừng không truyền năng lượng. 7.Lưu ý 1: Sự liên quan giữa độ lệch và khoảng cách từ điểm M đến BỤNG (hoặc NÚT): -Nút sóng có độ lệch (biên độ cực tiểu) AN =0, Bụng sóng có độ lệch bằng biên độ sóng dừng AB= 2a -Nếu đề bài yêu cầu tìm khoảng cách từ M đến BỤNG hoặc NÚT thì : x aaM 2 cos(2 ) +Nếu điểm M cách bụng một khoảng x thì biên độ được xác định:  x aaM 2 sin(2 ) +Nếu điểm M cách nút một khoảng x thì biên độ được xác định:  Vẽ BÓ SÓNG và biểu diễn các đoạn cách NÚT ( hoặc cách BỤNG) dễ dàng suy ra đáp số! 2a λ/4 λ/8 a 2 a M M N λ/6 λ/12 a 3 B Hình vẽ với các khoảng cách từ Hình vẽ với các khoảng cách từ NÚT sóng đến M có biên độ aM BỤNG sóng đến M có biên độ aM NHẬN XÉT: (sóng dừng có biên độ BỤNG là 2a) + Khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm M và N dao động cùng pha, cùng biên độ a là: λ/3 + Khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm M và N dao động ngược pha, cùng biên độ a là: λ/6 + Khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm M và N dao động cùng pha, cùng biên độ a 3 là: λ/6 + Khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm M và N dao động ngược pha, cùng biên độ a 3 là: λ/3 + Khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm M và N dao động cùng pha, cùng biên độ a 2 là: λ/4 + Khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm M và N dao động ngược pha, cùng biên độ là: λ/4 Giáo viên:Đoàn Văn Lượng  25  Email: doanvluong@gmail.com
Tài liệu ôn thi TỐT NGHIỆP THPT QUỐC GIA  Hệ thống lí thuyết vật lí 12 8.Lưu ý 2: Trong sóng dừng chỉ có dao động cùng pha hoặc ngược pha. Các điểm thuộc cùng một bó sóng thì dao động cùng pha, hai bó liền kề thì dao động ngược pha. +Nếu hai điểm M và N gần nhau nhất (x= MN/2) cùng biên độ AM và dao động cùng pha thì: x AM  A cos(2 ) x arccos(M )  2A => 22 A +Nếu hai điểm M và N gần nhau nhất (x= MN/2) cùng biên độ AM và dao động ngược pha thì: x AM  A sin(2 ) x arcsin(M )  2A => 22 A 9.Hình ảnh bó sóng dừng: Liên hệ giữa khoảng cách , biên độ và thời gian u a 3 a2 a 2a Hình bó sóng  2 O      3 5 12 8 6 4 3 8 12 T/12 Thời T/8 T/6 gian T/4 T/2 M’ 10.Sự tương tự giữa bài toán dao động cơ và sóng dừng Dao động cơ Sóng dừng Khoảng thời gian : t Khoảng cách giữa 2 điểm: d (hoặc x, y) a1 B u Chu kỳ : T Bước sóng :  -2a O a2 2a Công thức tính góc quay: Công thức tính góc lệch pha: 2 2 M . tt d T  N + Nếu cần tìm biên độ của điểm M1 cách NÚT N một khoảng d thì ta có góc quét trên đường tròn là 2 2 d NOM d , khi đó, biên độ tại M là a1 2 a sin 2 a sin (hình vẽ trên)   + Nếu cần tìm biên độ của điểm M’ cách BỤNG B một khoảng d thì ta có góc quét trên đường tròn là 2 2 d BOM' d , Khi đó biên độ tại M’ là a2 2 a cos 2 a cos (hình vẽ trên)   4.Tỉ số li độ bằng tỉ số vận tốc dao động bằng tỉ số biên độ ương tứng. Giáo viên:Đoàn Văn Lượng  26  Email: doanvluong@gmail.com
Tài liệu ôn thi TỐT NGHIỆP THPT QUỐC GIA  Hệ thống lí thuyết vật lí 12 1.Trong sóng dừng nếu M và N nằm cùng một bó sóng (hoặc nằm trên các bó sóng cùng chẵn , cùng lẻ) thỉ dao dộng cùng pha và ta có tỉ số li độ bằng tỉ số vận tốc dao động bằng tỉ số biên độ ương tứng: 22 xy sinMM cos u v a MMM  u v22 xy a NNNsinNN cos  2.Trong sóng dừng nếu M và N nằm trên hai bó sóng liền kề (hoặc 1 điểm nằm trên các bó sóng chẵn , điểm kia nằm trên các bó sóng lẻ) thì dao dộng ngược pha và ta có tỉ số li độ bằng tỉ số vận tốc dao động bằng trừ tỉ số biên độ ương tứng: 22 xy sinMM cos u v a MMM  u v22 xy a NNNsinNN cos  Với xM là khoảng cách từ M đến nút chọn làm gốc.Với xN là khoảng cách từ N đến bụng chọn làm gốc. Với yM là khoảng cách từ M đến bụng chọn làm gốc.Với yN là khoảng cách từ N đến bụng chọn làm gốc. CHỦ ĐỀ 2.4. SÓNG ÂM. HIỆU ỨNG ĐÔP – PLE (ban nâng cao) I. SÓNG ÂM 1. Nguồn âm. Cảm giác âm a) Nguồn âm: Nguồn âm là những vật dao động phát ra âm. b) Cảm giác về âm: - Sóng âm truyền qua không khí, lọt vào tai, gặp màng nhĩ, tác dụng lên màng nhĩ một áp suất biến thiên, làm cho màng nhĩ dao động. Dao động của màng nhĩ lại được truyền đến các đầu dây thần kinh thính giác, làm cho ta có cảm giác về âm. - Cảm giác về âm phụ thuộc vào nguồn âm và tai người nghe. 2. Định nghĩa và phân loại sóng âm a) Định nghĩa: Sóng âm là những dao động cơ truyền trong các môi trường khí, lỏng, rắn. - Trong chất khí, lỏng: sóng âm là sóng dọc - Trong chất rắn: sóng âm gồm cả sóng ngang và sóng dọc. b) Phân loại: 3 loại Âm thanh: là những âm mà tai người có thể cảm nhận được (nghe thấy): 16 Hz f 20.000 Hz. Hạ âm: là những âm tai người không nghe được: f 20.000 Hz. 2. Môi trường truyền âm. Tốc độ âm a) Môi trường truyền âm: - Sóng âm truyền được trong các môi trường vật chất đàn hồi như: rắn, lỏng, khí. - Sóng âm không truyền được trong chân không. b) Tốc độ truyền âm: - Tốc độ truyền âm phụ thuộc vào độ đàn hồi, mật độ của môi trường. - Tốc độ truyền âm còn phụ thuộc vào nhiệt độ: v ~ T(K) - Nói chung tốc độ truyền âm trong chất rắn lớn hơn trong chất lỏng, và trong chất lỏng lớn hơn trong chất khí. vr v v kk 3. Năng lượng âm Sóng âm mang năng lượng, năng lượng sóng âm tỉ lệ thuận với bình phương biên độ sóng. 2 a) Cường độ âm: I W / m Cường độ âm tại một điểm là lượng năng lượng được sóng âm truyền đi trong một đơn vị thời gian qua một đơn vị diện tích đặt vuông góc với phương truyền âm tại điểm đó. Giáo viên:Đoàn Văn Lượng  27  Email: doanvluong@gmail.com
Tài liệu ôn thi TỐT NGHIỆP THPT QUỐC GIA  Hệ thống lí thuyết vật lí 12 WPP I S.t S 4 d2 b) Mức cường độ âm: LB: ben - Mức cường độ âm là đại lượng gây ra cảm giác là âm này to gấp mấy lần âm kia. - Mức cường độ âm L là lôga thập phân của tỉ số cường độ I của âm, và cường độ I0 của âm chuẩn: I L(B) lg I0 - Đơn vị mức cường độ âm là Ben (kí hiệu: B) - Trong thực tế người ta thường dùng đơn vị đêxiben (dB): 1B = 10dB I L(dB) 10lg I0 4. Các đặc trưng sinh lý của âm: Độ cao, độ to, âm sắc. 4.1. Độ cao của âm - Độ cao phụ thuộc vào tần số của âm (f) - Âm có tần số lớn: âm nghe cao(thanh, bổng), âm có tần số nhỏ: âm nghe thấp(trầm) - Hai âm có cùng tần số thì có cùng độ cao và ngược lại - Dây đàn: + Để âm phát ra nghe cao(thanh): phải tăng tần số làm căng dây đàn + Để âm phát ra nghe thấp(trầm): phải giảm tần số làm trùng dây đàn - Thường: nữ phát ra âm cao, nam phát ra âm trầm(chọn nữ làm phát thanh viên) - Trong âm nhạc: các nốt nhạc xếp theo thứ tự f tăng dần (âm cao dần): đồ, rê, mi, pha, son, la, si. - Tiếng nói con người có tần số trong khoảng từ 200 Hz đến 1000 Hz. 4.2. Độ to - Cường độ âm càng lớn, cho ta cảm giác nghe thấy âm càng to. Tuy nhiên độ to của âm không tỉ lệ thuận với cường độ âm. - Cảm giác nghe âm “to” hay “nhỏ” không những phụ thuộc vào cường độ âm mà còn phụ thuộc vào tần số của âm(mức cường độ âm). Với cùng một cường độ âm, tai nghe được âm có tần số cao “to” hơn âm có tần số thấp. - Tai con người có thể nghe được âm có cường độ nhỏ nhất bằng 10-12 W/m2 ứng với âm chuẩn có -12 2 tần số 1000 Hz(gọi là cường độ âm chuẩn I0 = 10 W/m ) - Tai con người có thể nghe được âm có cường độ lớn nhất bằng 10 W/m2 4.3. Âm sắc - Âm sắc là sắc thái của âm giúp ta phân biệt được giọng nói của người này đối với người khác, phân biệt được “nốt nhạc âm” do nhạc cụ nào phát ra. - Âm sắc phụ thuộc vào đồ thị dao động âm 5. Giới hạn nghe của tai người a) Ngưỡng nghe: Để âm thanh gây được cảm giác âm đối với tai thì mức cường độ âm phải lớn hơn một giá trị cực tiểu nào đó gọi là ngưỡng nghe. - Ngưỡng nghe thay đổi theo tần số âm Ví dụ: ở tần số từ 1000 Hz đến 1500 Hz thì ngưỡng nghe vào khoảng 0 dB, tần số 50 Hz thì 50 dB. b) Ngưỡng đau: Giá trị cực đại của cường độ âm mà tai ta có thể chịu đựng được gọi là ngưỡng đau. - Ngưỡng đau hầu như không phụ thuộc vào tần số âm. - Ngưỡng đau ứng với mức cường độ âm là Lmax = 130 dB c) Miền nghe được: là miền nằm giữa ngưỡng nghe và ngưỡng đau. - Mức cường độ âm: L  0;130 (dB) 6. Nguồn nhạc âm. Hộp cộng hưởng a) Nguồn nhạc âm: * Dây đàn hai đầu cố định:  v nv - Trên dây đàn có sóng dừng khi: nn f 2 2f 2 v + Khi n = 1 f : âm phát ra được gọi là âm cơ bản 1 2 Giáo viên:Đoàn Văn Lượng  28  Email: doanvluong@gmail.com
Tài liệu ôn thi TỐT NGHIỆP THPT QUỐC GIA  Hệ thống lí thuyết vật lí 12 v + Khi n = 2 f21 2f : âm phát ra được gọi là hoạ âm bậc 2 3v + Khi n = 3 f 3f : âm phát ra được gọi là hoạ âm bậc 3 312 kv + Khi n = k f kf : âm phát ra được gọi là hoạ âm bậc k k12 - Như vậy: mỗi dây đàn được kéo căng bằng một lực cố định đồng thời phát ra âm cơ bản và một số hoạ âm bậc cao hơn, có tần số là một số nguyên lần tần số của âm cơ bản. * Ống sáo: Ống sáo có một đầu kín và một đầu hở - Trong ống sáo có sóng dừng nếu chiều dài của ống sáo thoả mãn:  v mv mm f 4 4f 4 v + Khi m = 1 f : âm phát ra được gọi là âm cơ bản 1 4 3v + Khi m = 3 f 3f : âm phát ra được gọi là hoạ âm bậc 3, 314 - Như vậy: ống sáo có một đầu kín, một đầu hở chỉ có thể phát ra các hoạ âm bậc lẻ. - Chiều dài của ống sáo càng lớn âm phát ra tần số càng nhỏ âm nghe càng trầm.  Chú ý : Nếu ống sáo hở hai đầu, để trong ống sáo có sóng dừng thì cần điều kiện:   n hay n1 ( n là số bó sóng nguyên) 22 2 b) Hộp cộng hưởng: - Âm thanh do các nguồn âm trực tiếp phát ra thường có cường độ âm rất nhỏ. Muốn âm to hơn, phải dùng nguồn âm đó kích thích cho một khối không khí chứa trong một vật rỗng dao động cộng hưởng để nó phát ra âm có cường độ lớn. Vật rỗng này gọi là hộp cộng hưởng. Ví dụ: Bầu đàn ghi ta. - Hộp cộng hưởng có tác dụng làm tăng cường độ âm, vẫn giữ nguyên độ cao và tạo ra âm sắc riêng đặc trưng cho mỗi loại đàn. 7. Nhạc âm. Tạp âm a) Nhạc âm: - Nhạc âm là âm có tần số hoàn toàn xác định. - Gây ra cho tai cảm giác êm ái, dễ chịu như bài hát, bản nhạc, - Đồ thị dao động âm là đường cong tuần hoàn. b) Tạp âm: - Tạp âm là âm không có tần số xác định, và là hỗn hợp của nhiều âm có tần số và biên độ khác nhau. - Gây ra cho tai cảm giác ức chế, khó chịu cho tai người, - Đồ thị dao động âm là đường cong không tuần hoàn. II. HIỆU ỨNG ĐÔP – PLE ( NÂNG CAO ) 1. Định nghĩa: Sự thay đổi tần số sóng do nguồn sóng chuyển động tương đối so với máy thu được gọi là hiệu ứng Đốp-ple. 2. Công thức xác định tần số sóng: f là tần số sóng âm do một nguồn âm phát ra f ' là tần số sóng âm do máy thu thu được Gọi v là tốc độ truyền âm trong môi trường vS là tốc độ chuyển động của nguồn âm vM là tốc độ chuyển động của máy thu vv ff' M vvs  Chú ý : Lại gần thì tần số tăng và ngược lại. Giáo viên:Đoàn Văn Lượng  29  Email: doanvluong@gmail.com
Tài liệu ôn thi TỐT NGHIỆP THPT QUỐC GIA  Hệ thống lí thuyết vật lí 12 Chương 3 DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU Chương này gồm 6 chủ đề: Chủ đề 3.1. Đại cương về dòng điện xoay chiều Chủ đề 3.2. Mạch R, L, C nối tiếp. Cộng hưởng điện Chủ đề 3.3. Công suất của dòng điện xoay chiều Chủ đề 3.4. Cực trị điện xoay chiều Chủ đề 3.5. Giản đồ vec tơ Chủ đề 3.6. Các loại máy điện CHỦ ĐỀ 3.1. ĐẠI CƯƠNG VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU 1. Điện áp và cường độ dòng điện xoay chiều 1.1. Điện áp xoay chiều a) Định nghĩa: Điện áp xoay chiều là điện áp biến thiên điều hoà theo thời gian u U0u cos(  t ) Với: u là điện áp tức thời; U0 là điện áp cực đại; u là pha ban đầu của điện áp. b) Cách tạo: Có nhiều cách * Cách đơn giản là: Cho một khung dây quay đều quanh một trục nằm trong mặt phẳng của khung và vuông góc với đường sức của một từ trường đều có vectơ cảm ứng từ B . * Gọi N là số vòng dây của khung, S là diện tích mỗi vòng dây,  là tốc độ góc của khung, B là cảm ứng từ của từ trường đều. Từ thông  qua khung là  NBScos  t * Suất điện động cảm ứng xuất hiện trên khung: e = - ' e NBSsint Hay: e E0e cos(  t ) Với: E0  NBS là suất điện động cực đại; e : pha ban đầu của suất điện động.  Chú ý : - Từ thông cực đại qua 1 vòng dây:  1max BS - Từ thông cực đại qua cả khung dây:  max NBS - Đơn vị của từ thông là Vê-be(Wb) c) Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều: dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. 1.2. Cường độ dòng điện xoay chiều a) Định nghĩa: Dòng điện xoay chiều là dòng điện có cường độ tức thời biến thiên theo một hàm sin(hoặc cosin) của thời gian. i I0i cos(  t ) Với: i là cường độ dòng điện tức thời; I0 là cường độ dòng điện cực đại; i : pha ban đầu của i. b) Cách tạo: Nếu ta mắc hai đầu khung dây trên với một mạch ngoài thì trong mạch xuất hiện dòng điện xoay chiều.  Chú ý : - Dòng điện xoay chiều có giá trị thay đổi theo thời gian - Dòng điện xoay chiều có chiều thay đổi theo thời gian - Trong 1 chu kì dòng điện đổi chiều 2 lần - Trong một giây dòng điện đổi chiều 2f lần (f là tần số của dòng điện xoay chiều) c) Tác dụng của dòng điện: - Tác dụng nhiệt - Tác dụng hoá học - Tác dụng từ (nổi bật nhất) - Tác dụng sinh lí, 1.3. Độ lệch pha giữa u và i Giáo viên:Đoàn Văn Lượng  30  Email: doanvluong@gmail.com
Tài liệu ôn thi TỐT NGHIỆP THPT QUỐC GIA  Hệ thống lí thuyết vật lí 12 Độ lệch pha giữa u và i là phụ thuộc vào tính chất của mạch điện, được xác định: u i Nếu > 0 điện áp u sớm pha hơn cường độ dòng điện i Nếu < 0 điện áp u trễ pha hơn cường độ dòng điện i Nếu = 0 u và i cùng pha (đồng pha) 1.4. Cường độ dòng điện hiệu dụng và điện áp hiệu dụng a) Định nghĩa: Cường độ hiệu dụng của một dòng điện xoay chiều bằng cường độ của dòng điện không đổi nào đó mà khi đi qua cùng một điện trở, trong cùng một thời gian thì toả ra cùng một nhiệt lượng như dòng điện xoay chiều. I I 0 2 b) Suất điện động và điện áp hiệu dụng: E * Suất điện động hiệu dụng: E 0 2 U * Điện áp hiệu dụng: U 0 2  Chú ý : Số chỉ của các dụng cụ đo như vônkế, ampe kế cho biết các giá trị hiệu dụng. 2. Các phần tử của mạch điện 2.1. Điện trở a) Tác dụng của điện trở: Điện trở cho cả dòng điện một chiều và xoay chiều đi qua và có tác dụng cản trở dòng điện. b) Điện trở thuần R của một vật dẫn có dạng hình trụ: R S Với: là điện trở suất của vật dẫn( m); là chiều dài vật dẫn(m); S: diện tích tiết diện ngang(m2). c) Biến trở: Điện trở có giá trị thay đổi được gọi là biến trở. d) Ghép điện trở thành bộ: - Ghép nối tiếp(R1ntR2): RRRb 1 2 1 1 1 - Ghép song song(R1ssR2): RRRb 1 2 2.2. Cuộn dây a) Hệ số tự cảm (Độ tự cảm): L Đối với ống dây hình trụ: dài , có N vòng dây, độ từ thẩm bên trong lòng ống dây là  , thể tích của ống dây là V. Ta có: 2 7 N L 4 .10  .V b) Cuộn dây thuần cảm: có độ tự cảm L (H: Henry) + Đối với dòng điện không đổi (một chiều có cường độ không đổi): cuộn thuần cảm coi như dây dẫn, không cản trở dòng điện không đổi. + Đối với dòng điện xoay chiều: cuộn thuần cảm cho dòng điện xoay chiều đi qua và có tác dụng cản trở dòng điện xoay chiều, đại lượng đặc trưng cho sự cản trở đó gọi là cảm kháng (ZL): ZL L Hay: ZL = 2 fL c) Cuộn dây không thuần cảm: có độ tự cảm L và điện trở thuần r - Cản trở cả dòng điện không đổi và xoay chiều Giáo viên:Đoàn Văn Lượng  31  Email: doanvluong@gmail.com
Tài liệu ôn thi TỐT NGHIỆP THPT QUỐC GIA  Hệ thống lí thuyết vật lí 12 U - Đối với dòng điện không đổi: r I U - Đối với dòng điện xoay chiều: Z r22 Z I L d) Định luật ôm cho đoạn mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn dây thuần cảm U U - Biểu thức định luật ôm: I Z:L 2 fL + Nếu tăng f ZL tăng I giảm: dòng điện qua cuộn dây khó khăn + Nếu giảm f ZL giảm I tăng: dòng điện qua cuộn dây dễ dàng + Nếu f = 0 ZL = 0 I rất lớn cuộn thuần cảm không cản trở dòng điện không đổi. - Điện áp giữa 2 đầu cuộn thuần cảm(uL) luôn sớm pha góc so với cường độ dòng điện(i): 2 uL i 2 e) Ghép cuộn thuần cảm thành bộ: - Hai cuộn cảm ghép nối tiếp (L1ntL2): LLL ; ZZZ nt 1 2 Lnt L12 L 1 1 1 1 1 1 - Hai cuộn cảm ghép song song (L1ssL2): ; LLL ZZZ ss 1 2 Lss L12 L 2.3. Tụ điện a) Điện dung của tụ điện: - Điện dung là đại lựơng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện - Tụ điện có điện dung C (F: Fara) S - Điện dung của tụ điện phẳng: C 4 kd Trong đó:  là hằng số điện môi, S: diện tích phần đối diện giữa hai bản tụ điện, d: khoảng cách giữa hai bản tụ, k = 9.109 (Nm2/C2). b) Tác dụng của tụ điện: - Đối với dòng điện không đổi: tụ ngăn không cho đi qua - Đối với dòng điện xoay chiều: cho dòng điện xoay chiều đi qua nhưng cản trở dòng điện xoay chiều, đại lượng đặc trưng cho sự cản trở đó gọi là dung kháng( ZC): 1 1 Z Hay: Z C C C 2 fC c) Định luật ôm cho đoạn mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện U - Biểu thức định luật ôm: I U.2 fC ZC + Nếu tăng f ZC giảm I tăng: dòng điện qua tụ dễ dàng + Nếu giảm f ZC tăng I giảm: dòng điện qua tụ khó khăn + Nếu f = 0 ZC = I = 0: dòng điện một chiều không qua tụ. - Điện áp giữa hai đầu tụ điện(uC) luôn trễ pha góc so với cường độ dòng điện(i): uC i 2 d) Ghép tụ điện thành bộ: 1 1 1 - Hai tụ C1 và C2 ghép song song: CCC ; ss 1 2 ZZZ Css C12 C 1 1 1 - Hai tụ C1 và C2 ghép nối tiếp: ; ZZZ Cnt C12 C CCCnt 1 2 2.4. Bóng đèn Trên bóng đèn thường ghi (aV – bW) Cho biết: Uđm = a(V) và Pđm = b(W) Giáo viên:Đoàn Văn Lượng  32  Email: doanvluong@gmail.com
Tài liệu ôn thi TỐT NGHIỆP THPT QUỐC GIA  Hệ thống lí thuyết vật lí 12 Tính được: Pdm b + Cường độ dòng điện định mức: Idm U dm a 2 2 Udm a + Điện trở của bóng đèn: Rd Pbdm 2.5. Các dụng cụ đo a) Vôn kế: - Cách mắc: mắc song song với đoạn mạch cần đo - Thường cho điện trở của vôn kế rất lớn để không làm ảnh hưởng tới mạch cần đo (RV ) - Số chỉ của vôn kế cho biết giá trị hiệu dụng: U b) Ampe kế: - Cách mắc: mắc ampe kế nối tiếp với đoạn mạch cần đo - Thường cho điện trở của ampe kế rất nhỏ để không làm ảnh hưởng đến mạch điện (RA 0) - Số chỉ của ampe kế cho biết giá trị hiệu dụng: I 2.6. Khoá K, chuyển mạch K R C A N X B Cho điện trở RK = 0 không ảnh hưởng đến mạch điện a) Khoá K: K - K đóng: bỏ phần tử X (nối tắt) mạch R nt C (1) Y - K mở: lấy phần tử X Mach R,C, X nối tiếp. M b) Chuyển mạch K: A X K B - K ở (1): mạch gồm (X nt Y) Z (2) - K ở (2): mạch gồm (X nt Z) CHỦ ĐỀ 3.2. MẠCH R, L, C MẮC NỐI TIẾP NỐI TIẾP 1. Quan hệ về pha giữa hiệu điện thế cường độ và dòng điện * Đoạn mạch chỉ có điện trở thuần R: Điện áp giữa hai đầu điện trở luôn cùng pha với cường độ dòng điện. Ta có: i I sin(t );u U sin(t ) uiR 0 i R 0R i u i R R * Đoạn mạch chỉ có cuộn dây thuần cảm: Điện áp giữa hai đầu cuộn dây thuần cảm luôn sớm pha hơn so với cường độ dòng điện góc /2. Ta có: uL i 2 i I sin(t );u U sin(t ) 0 i L 0L i 2 * Đoạn mạch chỉ có tụ điện: Điện áp giữa hai đầu tụ điện luôn trễ pha so với cường độ dòng điện góc /2. Ta có: uC i 2 i I sin(t );u U sin(t ) 0 i c 0C i 2 2 2 2 2 1 2. Tổng trở của mạch: Z R ZL ZC hay Z R L C U U 3. Định luật ôm: I ;I 0 Z 0 Z ZZUU 4. Độ lệch pha giữa u và i: tan LCLC ( ) RUR 22 5. Điện áp: Điện áp tức thời: u = uR + uL + uC = U0 cos( t ) Giáo viên:Đoàn Văn Lượng  33  Email: doanvluong@gmail.com
Tài liệu ôn thi TỐT NGHIỆP THPT QUỐC GIA  Hệ thống lí thuyết vật lí 12 Điện áp dạng vectơ: UUUU RLC 2 2 Biên độ điện áp: UUUU0 0R 0L 0C 2 2 Điện áp hiệu dụng: UUUU RLC 6. Hiện tượng cộng hưởng điện a) Điều kiện để xảy ra hiện tượng cộng hưởng: 1 Z Z hay LC2 1 hay  L C LC b) Khi xảy ra hiện tượng cộng hưởng thì: Tổng trở: Zmin = R U Cường độ dòng điện hiệu dụng: I max R U2 U2 Công suất tiêu thụ: P 0 max R 2R Hệ số công suất: cos 1 = 0 ui : u, i cùng pha Điện áp hiệu dụng: UL = UC 0 Điện áp hiệu dụng trên điện trở: UR max U  Chú ý : - Để xảy ra hiện tượng cộng hưởng điện thì ta phải điều chỉnh một trong các đại lượng: L, C, f để Imax, Pmax, URmax, (cos )max , Zmin, u và i cùng pha, điều chỉnh C để ULmax, L để Ucmax, - Điều chỉnh R không bao giờ xảy ra cộng hưởng - Khi đang xảy ra hiện tượng cộng hưởng nếu thay đổi L, C hoặc f thì: Z , I , P , cos , UR , UL UC - Nếu đoạn mạch thiếu phần tử nào thì cho giá trị của các phần tử đó bằng 0. CHỦ ĐỀ 3.3. CÔNG SUẤT CỦA DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU 1. Công suất của dòng điện xoay chiều Đặt vào hai đầu đoạn mạch một điện áp xoay chiều có biểu thức u U0u cos(  t ) thì cường độ dòng điện chạy trong mạch có dạng i I0i cos(  t ) . Công suất tiêu thụ trên đoạn mạch là: UI U2 P UIcos 00 cos cos2 2R  Chú ý : Công suất trên là công suất trung bình trong một chu kì. 2. Hệ số công suất: a) Tổng quát: đại lượng cos được gọi là hệ số công suất của đoạn mạch điện xoay chiều 0 cos 1 * Trường hợp cos = 1: = 0 - Đoạn mạch đó chứa chỉ có R hoặc RLC nối tiếp khi có cộng hưởng - Công suất lúc này lớn nhất: Pmax UI max * Trường hợp cos = 0: 2 - Đoạn mạch chứa: chỉ có L, C hoặc cả L và C - Công suất nhỏ nhất: Pmin 0 - Mạch có chứa C, L hoặc L và C không tiêu thụ điện năng. * Trường hợp: 0 cos 1: 0 hoặc 0 2 2 - Đoạn mạch chứa RL, RC hoặc RLC nối tiếp (ZL ZC) Giáo viên:Đoàn Văn Lượng  34  Email: doanvluong@gmail.com
Tài liệu ôn thi TỐT NGHIỆP THPT QUỐC GIA  Hệ thống lí thuyết vật lí 12 b) Mạch R, L, C nối tiếp: - Điện năng chỉ tiêu thụ trên điện trở R. Khi đó công suất tiêu thụ điện trên đoạn mạch bằng công suất toả nhiệt trên điện trở R: P UIcos RI2 R U - Hệ số công suất: cos R ZU c) Cách tăng hệ số công suất - Trong mạch điện xoay chiều bất kì, ta có: P UIcos RI2' P Trong đó: P là công suất tiêu thụ, P’ là công suất điện năng chuyển thành dạng năng lượng khác như cơ năng, hoá năng, , RI2 là công suất điện năng chuyển thành nhiệt. - Để tăng P’ giảm (RI2) giảm I tăng cos - Trong các mạch điện dân dụng, công nghiệp (Ví dụ: quạt, tủ lạnh, ) người ta làm tăng cos bằng cách dùng các thiết bị có thêm tụ điện nhằm tăng dung kháng, sao cho cos > 0,85. CHỦ ĐỀ 3.4. CỰC TRỊ CỦA MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU NỐI TIẾP: I.TÓM TẮT CÁC DẠNG CỰC TRỊ TRONG MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU 1. Đoạn mạch RLC có R thay đổi khi khảo sát công suất: a: Mạch RLC mắc nối tiếp, cuộn dây thuần cảm (r=0)  Giá trị của R để công suất tỏa nhiệt trên mạch đạt giá trị cực đại là: RZZ LC 2 U 2 2 U Hệ quả: Z = R 2; ; cos = ; Pmax cos u ; U R 4 2 2R i 2 2 U 2  Nếu khi R = R1 và khi R = R2 mà P1= P2=> Công suất đó bằng: PP12 RR12 2 2 U 2 U Giá trị của R để P max: R R ;R .R ( Z Z ) ; RRRZZ ; P ; 12 1 2P 1 2 LC 1 2LC max 2 2 RR12 b: Mạch RLC mắc nối tiếp, cuộn dây có điện trở trong r  Giá trị của R để công suất tỏa nhiệt trên mạch đạt giá trị cực đại là: R + r = ZL - ZC 2 U  Hệ quả: Z R r 2 ;  ;cos ;P 2 4 2Max 2 Rr U2 2 2 P +Giá trị của R để PRmax là: R r ZLC Z => Rmax 2 r22 (Z Z ) r LC Vì r ; ZL; ZC và U là các đại lượng không đổi nên muốn đạt giá trị cực đại thì chỉ cần cường độ dòng điện qua mạch cực đại => Imax khi giá trị của biến trở R = 0. c: Mạch RLC mắc nối tiếp có P = const Tìm R => thường giải pt bậc 2 theo RL: 2 2 U 2 2 2 P = RI = R => PR U R P ZL ZC 0 U 2 22 P P R + (ZLC - Z ) max 2 ZZLC GHI NHỚ: P  Đồ thị sự biến thiên của công suất tiêu thụ theo biến trở R max * Khi R = 0 => P = 0 * Khi R = ZL- ZC => PMax * Khi R => => P => 0 * Khi R P ; R => P * Khi R > ZL- ZC ngh biến: R  => P ; R => P O R=ZL - ZC  R Giáo viên:Đoàn Văn Lượng  35  Email: doanvluong@gmail.com
Tài liệu ôn thi TỐT NGHIỆP THPT QUỐC GIA  Hệ thống lí thuyết vật lí 12 2. Đoạn mạch RLC có L thay đổi: 1 * Khi L thì IMax; URmax; PMax còn ULCMin Lưu ý: Lvà C mắc liên tiếp nhau (Cộng hưởng)  2C 22 22 RZ C URZ C 2 2 2 2 2 2 * Khi ZL thì U LMax và UUUUUUUULMax R C; LM ax C LM ax 0 ZC R 1 1 1 1 2LL12 * Với L = L1 hoặc L = L2 thì UL có cùng giá trị thì ULmax khi () L ZZZLL2 LLL12 12 ZRZ 4 22 2RU * Khi Z CC thì U Lưu ý: R và L mắc liên tiếp nhau L 2 RLMax 22 4RZZ CC 3. Đoạn mạch RLC có C thay đổi: 1 * Khi C thì IMax URmax; PMax còn ULCMin Lưu ý: L và C mắc liên tiếp nhau  2 L 22 22 RZ L URZ L 2 2 2 2 22 * Khi ZC thì UCMax và UUUUCLRmax UUUUCLLRmax ZL R 1 1 1 1 CC12 * Khi C = C1 hoặc C = C2 thì UC có cùng giá trị thì UCmax khi () C ZZZ22 CCC12 ZRZ 4 22 2RU * Khi Z LL thì U Lưu ý: R và C mắc liên tiếp nhau C 2 RCMax 22 4RZZ LL LR2 4. Mạch RLC có  thay đổi: Đặt Z tro C 2 1 * Khi  thì IMax URmax; PMax còn ULCMin Lưu ý: L và C mắc liên tiếp nhau 0 LC 1 1 1 2.UL * Khi  = =>  ZZ thì U L 2 L tro C LMax 22 LR C.Z CZtro R4 LC R C C tro C 2 2 1 LR Ztro 2.UL * Khi C = => C.L Z tro  Z tro Z L thì UCMax LC 2 L R4 LC R22 C * Với  = 1 hoặc  = 2 thì I hoặc P hoặc UR có cùng giá trị thì IMax hoặc PMax hoặc URMax khi: 0  1.  2 tần số f0 f 1 .f 2 II. Công thức thường gặp cần nhớ khi L,C, f thay đổi (không Cộng hưởng):  Tìm L để ULmax:( Mạch điện hình vẽ bên phải khi L thay đổi) R C L 22 22 22 A B R + ZC R + ZC R + ZC ULmax = U Với Z=L => L= R ZC ωZC V  Tìm C để UCmax:( Mạch điện hình vẽ bên phải khi C thay đổi) R L C 22 22 A B R + ZL R + ZL ZLω UCmax = U Với Z=C => C= 22 R ZL R + ZL V  Xác định giá trị cực đại ULmax, và UCmax khi tần số f thay đổi: 2LU 1 Z L 2 UU Khi:  ;  tro (Điều kiện 2 R ) LCmax max 22 L C R4 LC R C CZtro L C Giáo viên:Đoàn Văn Lượng  36  Email: doanvluong@gmail.com
Tài liệu ôn thi TỐT NGHIỆP THPT QUỐC GIA  Hệ thống lí thuyết vật lí 12 III.Các công thức của các điện áp hiệu dụng cực đại khi thông số của mạch thay đổi: a. Điện áp hiệu dụng UR: + R thay đổi : UR(max) = U Khi R , Nghĩa là khi: R thì :UUR 1 + L,hay C, hay  thay đổi : UR(max) = U Khi  ( Cộng hưởng ) LC +Nhận xét: Điện áp hiệu dụng giữa hai đầu R không vượt quá điện áp hiệu dụng giữa hai đầu đoạn mạch. b. Điện áp hiệu dụng : UL U + R thay đổi : UL(max) = ZL , khi R = 0 ZZLC 22 22 URZ C RZ C + L thay đổi : UL(max) = IZL = , khi ZL = R ZC 2LL12 Lưu ý: Khi L = L1 hoặc L = L2 mà UL có cùng giá trị thì ULmax khi : L LL12 U 1 + C thay đổi : UL(max) = IZL = Z . khi C = ( Cộng hưởng ) R L L 2 1 LR2 + thay đổi : UL(max) = IZL . khi  =>ULmax khi ZZC tro C.Ztro C 2 U 1 CR2 U max . Với 1. L 1 nL2 1 n2 c. Điện áp hiệu dụng : UC U + R thay đổi : UC(max) = ZC khi R = 0 ZZLC 22 22 URZ L RZ L + C thay đổi : UC(max) = IZC = khi ZC = R ZL CC12 Lưu ý: Khi C = C1 hoặc C = C2 mà UC có cùng giá trị thì: UCmax khi: C 2 U 1 + L thay đổi : UC(max) = IZC = Z .khi L = ( Cộng hưởng ) R C C 2 2 Ztro LR + thay đổi : UC(max) = IZC . khi  => U khi ZZ L C max L tro C 2 U U max . Với C 1 1 n2 + Trên trục tần số ta có: Chia cho n Nhân với CH C  n R CH L n. CH  max U max max UC R U L d. Điện áp hiệu dụng : URL . Để URLmax (R và L mắc liên tiếp nhau) Giáo viên:Đoàn Văn Lượng  37  Email: doanvluong@gmail.com
Tài liệu ôn thi TỐT NGHIỆP THPT QUỐC GIA  Hệ thống lí thuyết vật lí 12 22 ZRZCC 4 2UR + Khi Z thì U L 2 RLmax 22 4RZZ CC e. Điện áp hiệu dụng : URC . Để URCmax (R và C mắc liên tiếp nhau) ZRZ 4 22 2UR + Khi Z LL thì U C 2 RC max 22 4RZZ LL f. Điện áp hiệu dụng : URC Để URcmax ; URL Để URLmax khi  thay đổi: U max U max Sơ đồ trục tần số khi RC và RL khi ω biến thiên. Chia cho p Nhân với p CH RC R CH . p RL p. CH . max U R b. Các công thức hệ quả: 1 2 CH 1 RC 1 RC 1 Từ sơ đồ trục ω ta suy ra: RL  RC  CH => ; ; LC RL p CH p RL p max U max Thay chúng vào U RL ta có các hệ quả cho U RL : 1 p 2 max U max U max U *U RL ; U RL ; U RL    1 (CH )4 1 (RC )4 1 (RC )2 RL CH RL ZLL  RL 2 max ZC11 CH max U * Khi U RL thì 1 =>U RL Z Z22 LC p C L RL RL ZC 2 RLC 1 ( ) ZL max Tương tự như vậy ta cũng có các công thức cho U RC max U max U max U Ta có các hệ quả: U RC ; U RC ; U RC    1 (CH )4 1 (C )4 1 (C )2 L CH L ZLL  RC 2 max ZC1  CH max U * Khi U RC thì 1 p =>U RC Z Z22 LC C L RC RC ZL 2 RCC 1 ( ) ZC 2 2 24 2 U  U  U  + RC 1; RC 1; CH 1 U RLmax  RL U RLmax  CH U RLmax  RL 2 2 24 2 U  U  U  + RC 1; RC 1; CH 1 U RCmax  RL U RCmax  CH U RCmax  RL Giáo viên:Đoàn Văn Lượng  38  Email: doanvluong@gmail.com
Tài liệu ôn thi TỐT NGHIỆP THPT QUỐC GIA  Hệ thống lí thuyết vật lí 12 IV.CÁC DẠNG BÀI TẬP CỰC TRỊ TRONG MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU RLC 1. BÀI TOÁN CỘNG HƯỞNG ĐIỆN: 1 Điều kiện xảy ra cộng hưởng điện: ZL = ZC L LC 2 1 C - Hệ quả: + = 0 u cùng pha với i và uR ( hay u trể pha so với uL ; u sớm pha so với uC ) 2 u U U 2 + cos 1 + i + Zmin = R + Imax = + Pmax = UI = Z R R - Các dấu hiệu khác nhận biết bài toán cộng hưởng điện: + Khi thay đổi L, C,  hoặc f dẫn đến công suất trên mạch đạt cực đại (Pmax). + L thay đổi dẫn đến URmax, UCmax. + C thay đổi dẫn đến URmax, ULmax. +  hoặc f thay đổi để URmax. 2. BÀI TOÁN THAY ĐỔI ĐIỆN TRỞ R TH1: Mạch RLC mắc nối tiếp, cuộn dây thuần cảm - Giá trị của R để công suất tỏa nhiệt trên mạch đạt giá trị cực đại là: RZZ LC 2 Hệ quả: 2 UU Z = R 2; ; cos = ; Pmax ;U R 4 2 2R 2 Chú ý:+Khi R= ∞ thì :UUR (I = 0) U 2 + Khi thay đổi R = R1 và R = R2 thì công suất trong mạch như nhau. Công suất đó: PP12 RR12 + Khi thay đổi R = R1 và R = R2 thì công suất trong mạch như nhau. Khi đó, giá trị của R để công suất trong U 2 mạch cực đại là: RRRZZ ; P ; 1 2LC max 1 2 2 2 RR12 U.Z +Khi R= 0 thì xem như đoạn mạch chứa LC và ta có: U U.ZL C I ;ULC ;U ZZZZZZLCLCLC TH2: Mạch RLC mắc nối tiếp, cuộn dây có điện trở trong r - Giá trị của R để công suất tỏa nhiệt trên mạch đạt giá trị cực đại là: RZZ + r LC 2 U 2 Hệ quả: Z = (R+r) 2; ; cos = ; P 4 2max 2(Rr ) + Khi thay đổi R = R1 và R = R2 thì công suất trong mạch như nhau. Khi đó, giá trị của Rm để công suất trong mạch cực đại là: Rmm r (R1 r)(R 2 r) R (R 1 r)(R 2 r)r 22 U 2 - Giá trị của R để công suất trên R đạt cực đại: R r () ZLC Z : P Rmax 22 22r r ( ZLC Z ) Giáo viên:Đoàn Văn Lượng  39  Email: doanvluong@gmail.com
Tài liệu ôn thi TỐT NGHIỆP THPT QUỐC GIA  Hệ thống lí thuyết vật lí 12 3. BÀI TOÁN THAY ĐỔI L HOẶC THAY ĐỔI C (Mạch RLC nối tiếp) L thay đổi C thay đổi * Để ULmax : UU RC * Để UCmax : UU RL 2 2 2 2 R ZC R ZL + ZL0 = + ZC0 = U RL ZC U ZL U U R2 Z 2 U R2 Z 2 L C U L + ULmax = L + UCmax = R U R R 22 UUU22 UUURC RL = UC = U R U R U RC U 22 22 =>UUUUULRCRmax =>UUUUUCRLRmax Hệ quả: Hệ quả: 2 2 2 2 22 + UUUULCRmax ; UUUULCCRmax 2 2 2 2 22 + UUUUCLRmax ; UUUUCLLRmax 2 2 2 2 22 + ZZZRLC ; ZZZRLCC 2 2 2 2 22 + ZZZRCL ; ZZZRCLL 2 2 + UUUULLC() ; Z ZLLC (Z Z ) 2 2 + UCCL (U U ) U ; R ZLCL (Z Z ) 2 + ULmax (U Lmax U C ) U 2 2 + Z ZCCL (Z Z ) ; UCmax (U Cmax U L ) U 2 1 1 1 Z Z 2 + ; L 1 1 1 Z Z 2 2 2 + ; C UUUR RC ZRC 2 2 2 UUUR RL ZRL - Lưu ý: - Lưu ý: +Khi C = C1 hoặc C = C2 mà UC có cùng giá trị thì: +Khi L = L1 hoặc L = L2 mà UL có cùng giá trị thì: CC12 UCmax khi: C 2 1 1 2LL12 ULmax khi : => L 2 ZZZLLL0 1 2 LL12 +Khi C = C1 hoặc C = C2 mà P có cùng giá trị thì: +Khi L = L1 hoặc L = L2 mà P có cùng giá trị thì: ZZCC12 ZL ZZLL12 LL12 2 ZC Và: Pmax khi : L 2 2 1 1 1 1 2CC12 Và Pmax khi: () C * Để URLmax (R và L mắc nối tiếp) CCCCC2 1 2 1 2 22 * Để URCmax (R và C mắc nối tiếp) ZRZCC 4 + Khi ZL 2 ZRZ 4 22 + Khi Z LL 2UR C 2 thì U RLmax 4RZZ22 CC 2UR thì U RC max 22 * Để URLmin (R và L mắc nối tiếp) 4RZZ LL U.R * Để URCmin (R và C mắc nối tiếp) ZL= 0 => U RLmin 22 RZ C U.R ZC= 0 => U RC min 22 RZ L + Khi L = L1 (C = C1) thì độ lệch pha 1 và công suất P1 + Khi L = L2 (C = C2) thì độ lệch pha 2 và công suất P2 2 P1 cos 1 Thì 2 P2 cos 2 Giáo viên:Đoàn Văn Lượng  40  Email: doanvluong@gmail.com
Tài liệu ôn thi TỐT NGHIỆP THPT QUỐC GIA  Hệ thống lí thuyết vật lí 12 LR2 4. BÀI TOÁN THAY ĐỔI TẦN SỐ GÓC  (Mạch R,L,C nối tiếp: 2L>R2C ) Với Z tro C 2 11 1 1 2UL + Khi  = =>  ZZ thì U L 2 L tro C Lmax 22 C LR C.Z CZtro R4 LC R C tro C 2 U 1 CR2 1 U max . với n 1 1 Và khi đó: ZZZ2 2 2 ; tan .tan L 1 nL2 LCRC 2 1 n2 2 1 LR Ztro Ztro 2UL + Khi C = => C ZZ tro L thì UC max LC 2 L L R4 LC R22 C U 1 U max . với Và khi đó: ZZZ2 2 2 ; tan .tan C 1 CLRL 2 1 n2 2UL max max U => UULmax C max hay ULC U . R4 LC R22 C 1 n 2 Thay đổi tần số góc ω thì để UL, UC có cực trị cần điều kiện là biểu thức trong căn của >0 1 Z 1 1 2. =>   tro ω .ω = ω2 => 2L > CR L ; C và ω=R => LCR CZtro L LC LC + Với  1 hoặc  2 mà I hoặc P hoặc UR có cùng giá trị thì Imax hoặc Pmax hoặc URmax khi :  12  f f12 f . 1 1 1 1 +Khi và khi thì UL trong mạch là như nhau. Giá trị của  để ULMax cực đại là: 22 2 2  12  21 2 2 +Khi và khi thì UC trong mạch là như nhau. Giá trị của để UCmax cực đại là:    2 12 11 + Khi  thì URL không phụ thuộc vào R (R và L mắc liên tiếp nhau). Khi đó: ZZCL 2 . 2 LC 2 + Khi  thì URC không phụ thuộc vào R (R và C mắc liên tiếp nhau). Khi đó: ZZLC 2 . LC + Khi tần số góc là 1 thì cảm kháng và dung kháng của đoạn mạch có giá trị lần lượt là ZL và ZC . Khi zzCC tần số góc là2 thì mạch cộng hưởng. Khi đó: 2 1 ff 2 1 zzLL Giáo viên:Đoàn Văn Lượng  41  Email: doanvluong@gmail.com
Tài liệu ôn thi TỐT NGHIỆP THPT QUỐC GIA  Hệ thống lí thuyết vật lí 12 CHỦ ĐỀ 3.5. GIẢI ĐIỆN XOAY CHIỀU DÙNG GIẢN ĐỒ VÉCTƠ I) LÝ THUYẾT. 1. Độ lệch pha của điện áp hai đầu mạch u đối với cường độ dòng điện i: ( u/i) Vì chỉ có một cường độ dòng điện qua mạch nên ta dùng pha i để tính các pha của u. * Đối với đoạn mạch chỉ có R: + uR = i = – i = 0 uR / i uR O UR I Ta có uR cùng pha với i, Giản đồ vectơ như sau: Lấy trục gốc I làm chuẩn ta có vectơ biểu diễn UR trùng với vectơ I . * Đối với đoạn mạch chỉ có cuộn cảm thuần (Rd = 0) uL = i + = – i = 2 uL / i uL Giản đồ vectơ như sau: uL sớm pha hơn i một góc O * Đối với đoạn mạch chỉ có tụ điện UL I O = i – = – i = . uC uC / i uC 2 Giản đồ vectơ như sau : uC trễ pha hơn i một góc . UC * Lưu ý : - u sớm pha hơn i u / i > 0 - u trễ pha hơn i < 0 - u cùng pha với i = 0 2. Gỉan đồ véc tơ đoạn mạch xoay chiều R, L, C: * Đối với đoạn mạch có nhiều hơn một phần tử thì độ lệch pha tính theo công thức sau : UR I + ZZUULCLC O tan u / i u/i RUR UC UAB * Từ giản đồ ta có: 2 2 2 UAB U R (U L U C ) * Cũng có thể dùng giản đồ với các giá trị của Z ZL ZRZZ 2 2 AB L C R + Từ giản đồ, ta thấy: O u/i * uC trễ pha hơn uL một góc hay uC ngược pha uL ZC ZAB * uC trễ pha hơn uR môt góc 2 * uL sớm pha hơn uR môt góc * uR luôn cùng pha với cường độ dòng điện. * Khi trên mạch không có điện trở R thì độ lệch pha giữa điện áp hai đầu mạch và cường độ dòng điện là tan nên . 2 3. Cách vẽ giản đồ véc tơ: - Xét mạch R,L,C mắc nối tiếp như hình 1. R L C A B Các giá trị tức thời của dòng điện là như nhau: iR = iL = iC = i Hình 1 Các giá trị tức thời của điện áp các phần tử là khác nhau và ta có: u = uR + uL + uC - Việc so sánh pha dao động giữa điện áp hai đầu mỗi phần tử với dòng điện chạy qua nó cũng chính là so sánh pha dao động của chúng với dòng điện chạy trong mạch chính. Do đó trục pha trong giản đồ Frexnel ta thường chọn là trục dòng điện, thường nằm ngang. Các véc tơ biểu diễn các điện áp hai đầu mỗi phần tử và hai đầu mạch điện biểu diễn trên trục pha thông qua quan hệ pha của nó với cường độ dòng điện. Giáo viên:Đoàn Văn Lượng  42  Email: doanvluong@gmail.com
Tài liệu ôn thi TỐT NGHIỆP THPT QUỐC GIA  Hệ thống lí thuyết vật lí 12 a. Cách vẽ giản đồ véc tơ cùng gốc O: Véc tơ buộc (Qui tắc hình bình hành):Chiều dương ngược chiều kim đồng hồ. ( xem hình 2) + uR cùng pha với i => U cùng chiều với trục i: Nằm ngang R π + uL nhanh pha hơn i => UL vuông góc với trục i và hướng lên. 2 I + uC chậm pha so với i => UC vuông góc với trục i và hướng xuống . Hình 2 Điện áp hai đầu đoạn mạch là: u = uR +uL + uC => UUUU RL C Chung gốc O, rồi tổng hợp véc tơ (Như Sách Giáo khoa Vật Lý 12 CB). + Độ dài các véc-tơ tỉ lệ với các giá trị hiệu dụng tương ứng. + Dựa vào các hệ thức lượng trong tam giác để tìm các điện áp hoặc góc chưa biết. + Độ lệch pha giữa các điện áp là góc hợp bởi giữa các véc-tơ tương ứng. + Độ lệch pha giữa điện áp và dòng điện là góc hợp bởi véc-tơ điện áp với trục i - Cách dùng các loại giản đồ véc-tơ để giải quyết bài toán là rất quan trọng: + Khi gặp bài toán có liên quan đến quan hệ bắt chéo thì dùng véc-tơ buộc. + Khi gặp bài toán không liên quan đến quan hệ bắt chéo thì dùng véc-tơ trượt. + Khi gặp bài toán thay đổi thông số, cấu trúc mạch thì dùng véc-tơ kép(chập). - Thông thường, để có một giản đồ véc tơ gọn ta không nên dùng quy tắc hình bình hành (hình 2b) mà nên dùng quy tắc đa giác (hình 3). UL b.Cách vẽ giản đồ véc tơ theo quy tắc đa giác :Véc tơ trượt (hình 3) Xét tổng véc tơ: UR I O UUUU RL C U Từ điểm ngọn của véc tơ ta vẽ nối tiếp véc tơ (gốc của LC U trùng với ngọn của ). Từ ngọn của véc tơ vẽ nối U tiếp véc tơ . Véc tơ tổng U có gốc là gốc của và có C U R ngọn là ngọn của véc tơ cuối cùng (Hình 3) U L L - lên.; C – xuống.; R – ngang. O Vận dụng quy tắc vẽ này ta vẽ giản đồ véc tơ cho các bài toán mạch điện xoay chiều . UC c. Cách vẽ giản đồ véc tơ kép: Hình 2b Hình 3 U + Khi gặp bài toán thay đổi về thông số hay cấu trúc mạch ta dùng véc-tơ kép . Ví dụ: Khi gặp bài toán có khóa K thì I thay đổi và U không đổi nên ta thường chọn trục u nằm ngang. Khi k đóng và k mở có 2 trường hợp nên có hai giản đồ véc tơ ta vẽ chập lại cùng U nên gọi là giản đồ véc tơ kép: E I 2 E I 2 U R2 U C2 U A AB B U A A B B U R1 ULC1 F I 1 F I 1 Ghép 2 giả n đồ lạ i Giáo viên:Đoàn Văn Lượng  43  Email: doanvluong@gmail.com
Tài liệu ôn thi TỐT NGHIỆP THPT QUỐC GIA  Hệ thống lí thuyết vật lí 12 4. Một số trường hợp thường gặp: a. Trường hợp 1: UL > UC > 0 u sớm pha hơn i +Phương pháp véc tơ trượt (đa giác): Đầu tiên vẽ véc tơ UR , tiếp đến là UL cuối cùng là UC . Nối gốc của Nối gốc của U R với ngọn của UC ta được véc tơ U như hình ở giữa sau: ZL UL Z UUULC L C U C U Z UL - UC UL - UC Z - Z L C U R I R Quy tắc đa giác đa giác tổng trở UC ZRZZ L C Quy tắc hình bình hành(véc tơ buộc) +.Khi cần biểu diễn URL U UL - UC UL - UC Vẽ theo quy tắc đa giác Vẽ theo quy tắc hình bình hành + .Khi cần biểu diễn URC UL - UC UL - UC U RC Vẽ theo quy tắc hình bình hành Vẽ theo quy tắc đa giác b. Trường hợp 2: UL < 0: u trễ pha so với i (hay i sớm pha hơn u ) +Cách vẽ như trên ta được các giản đồ tương ứng sau: UC – UC – UL UL Giáo viên:Đoàn Văn Lượng  44  Email: doanvluong@gmail.com
Tài liệu ôn thi TỐT NGHIỆP THPT QUỐC GIA  Hệ thống lí thuyết vật lí 12 + Khi cần biểu diễn URL URL UL UR UC – UL C U – UL U U C +Khi cần biểu diễn URC UC – UL UC – UL U RC U RC c. Trường hợp 3 -Cuộn cảm có điện trở thuần r Vẽ theo quy tắc đa giác và lần lượt từ U , đến Ur , đến , đến U R U L C R L,r C +Trường hợp ZL > ZC => UL>UC : A N B M m U U d Rd d UL - UC UL - UC Ur L C U - U UL - UC URC Giáo viên:Đoàn Văn Lượng  45  Email: doanvluong@gmail.com
Tài liệu ôn thi TỐT NGHIỆP THPT QUỐC GIA  Hệ thống lí thuyết vật lí 12 + Trường hợp ZL UL< UC : Học sinh tự vẽ. 5. Một số công thức toán học cần áp dụng: a. Hệ thức lượng trong tam giác vuông: , Cho tam giác ABC vuông tại A đường cao AH = h, BC = b, AC = b, AB = c, CH = b , BH = c, ta có hệ thức sau: a2 b 2 c;b 2 2 ab;c , 2 ac , B c' h2 b , c , ; b.c a.h H 1 1 1 a c h2 b 2 c 2 h b’ b. Hệ thức lượng trong tam giác: A C * Định lý hàm số sin: b a b c A sin A sin B sinC b c * Định lý hàm số cos: B a C a2 b 2 c 2 2bccosA c. Kinh nghiệm nhẩm :Ba bộ số thường gặp: 1 1 1 52 = 32 + 42 ; ; 1, 3 và 2; 2,42 3 2 4 2 3 2 3; 4; 5; 2,4 1; ; 2; 1;1; 2 ; 2 2 CÁC EM HỌC SINH KHÓA 2000 ĐÓN ĐỌC: 1.TUYỆT ĐỈNH CÔNG PHÁ CHUYÊN ĐỀ VẬT LÍ 3 TẬP Tác giả: Đoàn Văn Lượng ( Chủ biên)- ThS Nguyễn Thị Tường Vi . 2.TUYỆT PHẨM CÁC CHUYÊN ĐỀ VẬT LÍ ĐIỆN XOAY CHIỀU. Tác giả: Hoàng Sư Điểu & Đoàn Văn Lượng 3. PHÂN LOẠI VÀ GIẢI NHANH BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM VẬT LÍ 12 THEO HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC HỌC SINH. Tác giả: Trần Văn Hưng – Đoàn Văn Lượng - Dương Văn Đổng Lê Thanh Huy – Phạm Thị Bá Linh Giáo viên:Đoàn Văn Lượng  46  Email: doanvluong@gmail.com
Tài liệu ôn thi TỐT NGHIỆP THPT QUỐC GIA  Hệ thống lí thuyết vật lí 12 CHỦ ĐỀ 3.6. CÁC LOẠI MÁY ĐIỆN 1. Máy phát điện xoay chiều một pha (Máy dao điện một pha) a) Nguyên tắc hoạt động: dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ b) Cấu tạo: gồm hai phần chính là phần cảm và phần ứng - Phần cảm: tạo ra từ trường - Phần ứng: là phần tạo ra dòng điện - Phần cảm, phần ứng có thể đứng yên hoặc chuyển động: + bộ phận đứng yên gọi là Stato + bộ phận chuyển động gọi là rôto - Ngoài ra còn sử dụng bộ góp điện(vành khuyên và chổi quét) để lấy điện ra np c) Tần số dòng điện xoay chiều do máy dao điện phát ra là: f 60 Trong đó: n là số vòng quay của rôto/phút; p là số cặp cực (bắc – nam)  Chú ý : Nếu cho n là số vòng/giây thì dùng công thức: f np 2. Máy phát điện xoay chiều ba pha (Máy dao điện ba pha) Máy phát điện xoay chiều ba pha tạo ra dòng điện xoay chiều ba pha a) Dòng điện xoay chiều 3 pha: Dòng điện xoay chiều ba pha là hệ thống ba dòng điện xoay chiều, gây ra bởi ba suất điện động 2 xoay chiều có cùng tần số, cùng biên độ nhưng lệch pha nhau từng đôi một là . 3 - Biểu thức của các suất điện động cảm ứng: e10  E cos t N 2 e20 E cos  t 3 2 S e30 E cos  t 3 - Hệ thống dòng điện xoay chiều ba pha tương ứng: 22 i1 Icost;i 0  2 Icos 0  t ;i 3 Icos 0  t 33 b) Cấu tạo: tương tự máy phát điện xoay chiều một pha - Phần cảm (Rôto): là nam châm điện - Phần ứng (Stato): gồm ba cuộn dây giống nhau nhưng đặt lệch nhau 1200 trên một vòng tròn. c) Nguyên tắc hoạt động: dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. d) Cách mắc dây với dòng điện xoay chiều ba pha: Gọi: - Up là điện áp pha: là điện áp giữa 1 dây pha và 1 dây trung hoà A1 A1 - Ud là điện áp dây: là điện áp giữa hai dây pha với nhau. B3 - Xét trường hợp tải mắc đối xứng(tức là các tải giống nhau) * Cách mắc hình sao: O - Máy phát mắc hình sao: U 3U dp A3 A2 B2 A2 B1 A3 - Tải mắc hình sao: IIdp - Cường độ dòng điện dây trung hoà: i = i1 + i2 + i3 = 0 * Cách mắc hình tam giác: - Máy phát mắc hình tam giác: UUdp - Tải mắc hình tam giác: Idp 3I e) Ưu điểm của dòng điện xoay chiều 3 pha so với dòng điện xoay chiều 1 pha: - Tuỳ vào cách đấu dây: tiết kiệm được dây dẫn - Tạo ra được từ trường quay dễ dàng. 3. Động cơ không đồng bộ ba pha a) Nguyên tắc hoạt động: Biến điện năng thành cơ năng dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ và có sử dụng từ trường quay. Giáo viên:Đoàn Văn Lượng  47  Email: doanvluong@gmail.com
Tài liệu ôn thi TỐT NGHIỆP THPT QUỐC GIA  Hệ thống lí thuyết vật lí 12 b) Cách tạo ra từ trường quay bằng dòng điện xoay chiều ba pha: - Cho dòng điện xoay chiều 3 pha vào ba cuộn dây giống nhau, đặt lệch nhau 1200 trên một vòng tròn. - Cảm ứng từ do dòng điện xoay chiều ba pha tao ra là 22 (1) B1 Bcost;B 0  2 Bcos 0  t ;B 3 Bcos 0  t 33 - Bên trong 3 cuộn dây (tại O) sẽ có một từ trường quay có độ lớn không đổi. - Vectơ cảm ứng từ tổng hợp B : BBBB 1 2 3 O + Gốc: tại tâm O B3 B2 + Phương, chiều: thay đổi liên tục (3) (2) B1 + Độ lớn: B = 1,5B0 c) Cấu tạo: Gồm hai phần chính - Stato: gồm 3 cuộn dây giống nhau quấn trên lõi sắt, đặt lệch nhau 1200 trên một vòng tròn để tạo ra từ trường quay. - Rôto: dạng hình trụ, có tác dụng giống như cuộn dây quấn trên lõi thép (rôto lồng sóc) P d) Hiệu suất của động cơ không đồng bộ: H i P Trong đó: Pi là công suất cơ(có ích), P là công suất toàn phần. e) Ưu điểm của động cơ không đồng bộ ba pha: - Cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, - Sử dụng tiện lợi vì không cần dùng: bộ góp điện - Có thể đổi chiều quay động cơ dễ dàng: thay đổi 2 trong 3 dây pha đưa vào động cơ. - Có công hiệu suất lớn hơn động cơ một chiều, xoay chiều một pha.  Chú ý : - Tần số quay của từ trường( B ) bằng tần số của dòng điện xoay chiều > tần số quay của rôto. - Gọi o là tốc độ góc của từ trường quay,  là tốc độ góc của rôto:  o 4. Máy biến áp. Sự truyền tải điện năng đi xa 4.1. Máy biến thế(Máy biến áp) a) Định nghĩa: Máy biến áp là thiết bị dùng để biến đổi điện áp của dòng điện xoay chiều mà không làm thay đổi tần số của nó. b) Cấu tạo: Gồm hai bộ phận chính - Lõi thép(sắt): Làm từ nhiều lá thép mỏng(kĩ thuật điện: tôn silíc, ) ghép sát cách điện với nhau để giảm hao phí dòng điện Phucô gây ra. U2 - Cuộn dây: gồm hai cuộn sơ cấp và thứ cấp được làm bằng đồng U1 N1 N2 quấn trên lõi thép. + Cuộn dây sơ cấp: là cuộn được nối với nguồn điện xoay chiều, gồm N1 vòng dây + Cuộn dây thứ cấp: là cuộn được nối với tải tiêu thụ, gồm N2 vòng dây. - Kí hiệu máy biến áp (MBA) như hình bên: c) Nguyên tắc hoạt động: dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. d) Sự biến đổi điện áp và cường độ dòng điện qua máy biến áp: * Chế độ không tải (khoá K mở): Nếu bỏ qua điện trở các dây quấn thì U1 = E1; U2 = E2 EUN 1 1 1 A1 A2 EUN2 2 2 K - Nếu : N2 > N1 U2 > U1: Máy tăng áp ~ V1 V2 R - Nếu : N2 < N1 U2 < U1: Máy hạ áp * Chế độ có tải (khoá K đóng): P - Hiệu suất của máy biến thế: H 2 P1 Trong đó: P1 = U1I1cos 1 là công suất đầu vào; P2 = U2I2cos 2 là công suất đầu ra. - Mối quan hệ giữa cường độ dòng điện và điện áp: Giáo viên:Đoàn Văn Lượng  48  Email: doanvluong@gmail.com
Tài liệu ôn thi TỐT NGHIỆP THPT QUỐC GIA  Hệ thống lí thuyết vật lí 12 Nếu bỏ qua mọi hao phí trong máy biến thế, coi máy biến thế là lí tưởng, ta có: H = 1 I1 U 2 Người ta chứng minh được rằng: cos 1 = cos 2 . Ta có: I 2 U1 P U. I . c os *Hiệu suất của máy biến áp : H = thu cap 2 2 2 Pso cap U1. I 1 . c os 1 Nhận xét: Qua máy biến áp, điện áp tăng bao nhiêu lần thì cường độ dòng điện giảm đi báy nhiêu lần và ngược lại. Trong đó: cos 1 và cos 2 lần lượt là hệ số công suất của cuộn sơ cấp và thứ cấp. (Hiệu suất của máy biến áp thường rất cao trên 95 %) e) Ứng dụng: Truyền tải điện năng, nấu chảy kim loại, hàn điện, 4.2. Truyền tải điện năng đi xa 2 PPhat 2 r a.Công suất hao phí trên đường dây tải điện: Php r. 22 PPhat Với: Pphat I.U phat UUPhat Phat Trong đó: PPhát = P, UPhát = U là công suất và hiệu điện thế nơi phát. P2 Nếu cos H = 1 – h (thường tính theo phần trăm) P=I2.r 2 P’= P- P; b. Khi tăng U lên n lần thì công suất hao phí Php giảm đi n lần. P=UIcos U’=U- U c. Điện năng hao phí trên đường dây sau thời gian t: A P.t U=I.r UU' U d. Độ giảm thế trên dây dẫn: U = r.I = = P.r U’ Với U’ là điện áp hiệu dụng ở nơi tiêu thụ. Với: r (hay R ): Rd là điện trở tổng cộng của dây tải điện. d S (lưu ý: đường dây tải điện 1 pha gồm 2 đường dây nên chiều dài dây là 2ℓ) ρ: điện trở suất của chất làm dây dẫn (Ω.m); ℓ: chiều dài dây dẫn (m); S: tiết diện dây dẫn (m2) I: Cường độ dòng điện trên dây tải điện P: Là công suất truyền đi ở nơi cung cấp; U: là điện áp ở nơi cung cấp cos : là hệ số công suất ở nơi phát điện (thường = 1). e. Hiệu suất truyền tải điện năng: P' P P P P.r * Theo công suất: H 11 P P P (Ucos )2 U' U U U I.r * Theo điện áp: H 11 UUUU - Để giảm công suất hao phí n lần thì phải tăng U lên n lần. Giáo viên:Đoàn Văn Lượng  49  Email: doanvluong@gmail.com
Tài liệu ôn thi TỐT NGHIỆP THPT QUỐC GIA  Hệ thống lí thuyết vật lí 12 Chương 4 DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ Chương này gồm 3 chủ đề: Chủ đề 4.1. Dao động điện từ. Mạch dao động Chủ đề 4.2. Điện từ trường. Sóng điện từ Chủ đề 4.3. Truyền thông bằng sóng điện từ CHỦ ĐỀ 4.1. MẠCH DAO ĐỘNG LC. DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ I. MẠCH DAO ĐỘNG 1. Định nghĩa: 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 (hay khung dao động) - Nếu điện trở của mạch rất nhỏ, coi như bằng không mạch dao động lí tưởng. 2. Phương trình vi phân bậc hai: q''  2 q 0 3. Tần số góc riêng, chu kì và tần số dao động riêng: i 1 + q * Tần số góc riêng:  C E L LC - * Chu kì dao động riêng: T 2 LC 1 * Tần số dao động riêng: f 2 LC 4. Điện tích tức thời trên tụ điện: q q0q cos(  t ) ; q0 là điện tích cực đại trên tụ. q q 5. Điện áp tức thời giữa hai bản tụ điện: u 0 cos(  t ) U cos(  t ) CCC q 0 uC 6. Điện áp tức thời giữa hai đầu cuộn cảm: u u U cos(  t ) U cos(  t ) L C 0 uCC 0 u u U cos(  t ) L 0 uL 7. Cường độ dòng điện tức thời: i q'  q sin(  t ) I cos(  t ) 0 q 0 q 2 i I0i cos(  t ) 8. Cảm ứng từ: B B cos(  t ) hay B B cos(  t ) 0q2 0B q q  Chú ý : + Iq  0 ; U 0 00LC 0 C + Khi t =0 nếu i đang tăng thì 0. Với: + i iq2 9.Kết luận: . Vậy trong mạch q;u;i luôn biến thiên điều hoà cùng tần số nhưng lệch pha nhau: + q;u cùng pha nhau. + i sớm pha hơn u, q một góc /2. Nên ta có: 2 2 2 2 u i q i 11hoaëc UIQI0 0 0 0 10. Các công thức mở rộng: 2. QQ + I = .Q 00 00T LC Giáo viên:Đoàn Văn Lượng  50  Email: doanvluong@gmail.com
Tài liệu ôn thi TỐT NGHIỆP THPT QUỐC GIA  Hệ thống lí thuyết vật lí 12 QI L + U 00 I hayU L I C 0CCC 0 0 0 + Khi tụ phóng điện thì q và u giảm và ngược lại + Quy ước: q > 0 ứng với bản tụ ta xét tích điện dương thì i > 0 ứng với dòng điện chạy đến bản tụ mà ta xét. u2 i 2 q 2 i 2 i 2 22 2 2 2 2 1 Q0 q + Công thức độc lập với thời gian: UIQI0 0 0 0  hay i  Q22 q 0 11. Nguyên tắc hoạt động của mạch dao động: dựa trên hiện tượng tự cảm. II. DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ 1. Dao động điện từ: Biến thiên của điện trường và từ trường ở trong mạch dao động được gọi là dao động điện từ. - Nếu không có tác động điện hoặc từ với bên ngoài, thì dao động này gọi là dao động điện từ tự do. 2. Năng lượng điện từ trong mạch dao động: a) Năng lượng điện trường tập trung ở tụ điện (WC): q2 q2 W 0 cos2 (  t ) C 2C 2C b) Năng lượng từ trường tập trung ở cuộn cảm (WL): Li2 L2 q 2 q 2 W 00 sin22 (  t ) sin (  t ) L 2 2 2C c) Năng lượng điện từ toàn phần của mạch dao động LC: q2 Li 2 Cu 2 Li 2 qu Li 2 WWW CL2C 2 2 2 2 2 q2 CU 2 q U LI 2 W 0 0 0 0 0 const 2C 2 2 2 d) Kết luận: Mạch dao động thực hiện dao động điện từ tự do với tần số f, chu kì T, tần số góc  thì năng lượng điện trường và năng lượng từ trường biến thiên tuần hoàn với tần số f’ = 2f, chu kì T’ = T/2, tần số góc , = 2 . Năng lượng điện trường và năng lượng từ trường biến thiên tuần hoàn cùng biên độ, cùng tần số nhưng lệch pha nhau góc ( hay ngược pha nhau). Trong qúa trình dao động điện từ tự do có sự biến đổi qua lại giữa năng lượng điện trường và năng lượng từ trường, mỗi khi năng lượng điện trường giảm thì năng lượng từ trường tăng và ngược lại nhưng tổng của chúng tức là năng lượng điện từ trường được bảo toàn, không đổi theo thời gian. TT' Khoảng thời gian ngắn nhất giữa hai lần mà WL = WC là t . min 24 3. Dao động điện từ tắt dần Vì trong mạch dao động luôn có điện trở R năng lượng dao động giảm dần biên đô q0, U0, I0, B0 giảm dần theo thời gian gọi là dao động điện từ tắt dần. Đặc điểm: nếu điện trở R càng lớn thì dao động điện từ tắt dần cành nhanh và ngược lại. 4. Dao động điện từ duy trì. Hệ tự dao động Muốn duy trì dao động ta phải bù đủ và đúng phần năng lượng bị tiêu hao trong mỗi chu kì. Để làm việc này người ta dung tranzito để điều khiển việc bù năng lượng cho phù hợp Mạch dao động điều hoà có sử dụng tranzito tạo thành hệ tự dao động 5. Dao động điện từ cưỡng bức. Sự cộng hưởng Giáo viên:Đoàn Văn Lượng  51  Email: doanvluong@gmail.com