Đang tải... (xem toàn văn)
Chöông I : DAO ÑOÄNG CÔ HOÏC Baøi 1. DAO ÑOÄNG TUAÀN HOAØN DAO ÑOÄNG ÑIEÀU HOØA – CON LAÉC LOØ XO 1. Dao ñoäng : laø chuyeån ñoäng coù giôùi haïn trong khoâng gian, laëp ñi laëp laïi nhieàu laàn quanh vò trí caân baèng. 2. Dao ñoäng tuaàn hoaøn : laø dao ñoäng maø traïng thaùi chuyeån ñoäng cuûa vaät ñöôïc laëp laïi nhö cuõ sau nhöõng khoaûng thôøi gian baèng nhau. Chu kyø T : laø thôøi gian ngaén nhaát maø traïng thaùi dao ñoäng cuûa vaät laëp laïi nhö cuõ, ñôn vò laø s Taàn soá f : laø soá laàn dao ñoäng trong 1 ñôn vò thôøi gian, ñôn vò Hz. 3. Con laéc loø xo dao ñoäng ñieàu hoøa : • Caáu taïo : con laéc loø xo goàm 1 hoøn bi coù khoái löôïng m gaén vaøo 1 loø xo khoái löôïng khoâng ñaùng keà, ñaët naèm ngang. Hoøn bi chuyeån ñoäng khoâng ma saùt doïc theo 1 thanh ngang coá ñònh. • Phöông trình dao ñoäng : Chieáu leân phöông chuyeån ñoäng : Theo ñònh luaät 2 Newton : F = m.a Do a = x’’ = v’ Vaø ñaët 2 = Suy ra : x’’ = – 2 .x Giaûi phöông trình ta ñöôïc : x = A.sin( .t + ) Vôùi : A > 0 : Bieân ñoä dao ñoäng ( hoaønh ñoä cöïc ñaïi ) ( .t + ) : Pha dao ñoäng : Pha ban ñaàu . x : Ly ñoä, hoaønh ñoä. Ñònh nghóa dao ñoäng ñieàu hoøa : Dao ñoäng ñöôïc moâ taû baèng moät ñònh luaät daïng sin ( hoaëc cosin ) theo thôøi gian, trong ñoù A, , laø nhöõng haèng soá goïi laø dao ñoäng ñieàu hoøa . Chu kyø cuûa dao ñoäng ñieàu hoaø : Baøi 2. KHAÛO SAÙT DAO ÑOÄNG ÑIEÀU HOØA 1. Chuyeån ñoäng troøn ñeàu vaø dao ñoäng ñieàu hoaø : Moät dao ñoäng ñieàu hoøa coù theå ñöôïc coi nhö hình chieáu cuûa moät chuyeån ñoäng troøn ñeàu xuoáng moät ñöôøng thaúng naèm trong maët phaúng quyõ ñaïo. 2. Pha vaø taàn soá goùc cuûa dao ñoäng ñieàu hoøa : • Pha dao ñoäng vaø pha ban ñaàu khoâng phaûi laø
GV : Trần Thanh Tùng Ôn Thi Tú tài Kiến Thức Cơ Bản – Chương I : DAO ĐỘNG CƠ HỌC Bài DAO ĐỘNG TUẦN HOÀN - DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA – CON LẮC LÒ XO Dao động : chuyển động có giới hạn không gian, lặp lặp lại nhiều lần quanh vò trí cân Dao động tuần hoàn : dao động mà trạng thái chuyển động vật lặp lại cũ sau khoảng thời gian Chu kỳ T : thời gian ngắn mà trạng thái dao động vật lặp lại cũ, đơn vò s Tần số f : số lần dao động đơn vò thời gian, đơn vò Hz f T Con lắc lò xo - dao động điều hòa : Cấu tạo : lắc lò xo gồm bi có khối lượng m gắn vào lò xo khối lượng không đáng kề, đặt nằm ngang Hòn bi chuyển động không ma sát dọc theo ngang cố đònh Phương trình dao động : - Chiếu lên phương chuyển động : Fhl kx - Theo đònh luật Newton : F = m.a a k x m Suy : Do a = x’’ = v’ Và đặt 2 = k m x’’ = – 2 x Giải phương trình ta : x = A.sin( .t + ) Với : A > : Biên độ dao động ( hoành độ cực đại ) ( .t + ) : Pha dao động : Pha ban đầu x : Ly độ, hoành độ Đònh nghóa dao động điều hòa : Dao động mô tả đònh luật dạng sin ( cosin ) theo thời gian, A, , số gọi dao động điều hòa Chu kỳ dao động điều hoà : T 2 m k Bài KHẢO SÁT DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA Chuyển động tròn dao động điều hoà : Một dao động điều hòa coi hình chiếu chuyển động tròn xuống đường thẳng nằm mặt phẳng quỹ đạo Pha tần số góc dao động điều hòa : GV : Trần Thanh Tùng Ôn Thi Tú tài Kiến Thức Cơ Bản – Pha dao động pha ban đầu góc thật, mà lượng trung gian cho phép ta xác đònh trạng thái dao động Pha dao động xác đònh trạng thái dao động thời điểm pha ban đầu xác đònh trạng thái ban đầu dao động Dao động tự : Biên độ pha ban đầu phụ thuộc điều kiện ban đầu, tức cách kích thích dao động cách chọn hệ tọa độ gốc thời gian Dao động mà chu kỳ phụ thuộc vào đặc tính hệ không phụ thuộc vào yếu tố bên gọi dao động tự Nó thục dao động theo chu kỳ riêng Vận tốc gia tốc dao động điều hòa : v A cos(t ) a A2 sin(t ) v2 A2 2 a 2 x x2 Liên hệ a, v x : Pha dao động xác đònh trạng thái dao động vật Pha ban đầu xác đònh trạng thái ban đầu dao động Con lắc đơn : Cấu tạo : Con lắc đơn gồm sợi dây không dãn, có khối lượng không đáng kể, treo vật nặng có kích thước nhỏ so với chiều dài dây treo Phương trình dao động : - Lực tác dụng vào vật : - Do nhỏ nên : sin s’’ = –2.s Với : F = –mgsin s l F=–m g l s g l Giaûi phương trình ta : s = So sin(t + ) Chu kỳ dao động : T 2 l g Bài NĂNG LƯNG TRONG DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA Sự chuyển hoá lượng DĐĐH Xét hệ lắc lò xo : Kéo cầu khỏi VTCB : Et Max; = GV : Trần Thanh Tùng Ôn Thi Tú tài Kiến Thức Cơ Bản – Buông , cầu chuyển động VTCB: Et ; Đến VTCB : Et = ; Eñ Max ( v MAX ) Do quán tính, vật tiếp tục lên : Et ; Đến vò trí cao nhất, FMAX Et Max ; = * Trong trình dao động xãy tượng động tăng giãm ngược lại Sự bảo toàn lượng DĐĐH : Động : = Thế : Et = m k.x2 Cô : E = Et + = v2 = = m.2.A2.cos2(t k.A2.sin2(t +) +) m.2.A2 = const Vậy : Trong suốt trình dao động, không đổi tỉ lệ với bình phương biên độ dao động Bài & SỰ TỔNG HP DAO ĐỘNG Sự lệch pha dao động : Xét dao động điều hòa có phương trình dao động : x1 =A1 sin(t + 1 ) x2 =A2 sin(t + 2 ) Độ leäch pha : =(t + 1 ) –(t + 2 ) = 1 – 2 Nhận xét : > : dao động nhanh pha dao động < : dao động chậm pha dao động = 2k : dao động pha = (2k + 1) : dao động ngược pha Sự tổng hợp dao động : Phương pháp vectơ quay : Mỗi dao động điều hòa biểu diễn vectơ : Vectơ có gốc gốc tọa độ, độ lớn biên độ dao động , phương chiều xác đònh Vectơ quay ngược chiều kim đồng hồ với vận tốc góc Tại thời điểm t, hình chiếu vectơ lên trục tọa độ giá trò dao động ứng với thời điểm Tổng hợp DĐĐH phương, tần số : GV : Trần Thanh Tùng Ôn Thi Tú tài Kiến Thức Cơ Bản – Xét vật đồng thời tham gia dđđh phương tần soá : x1 =A1 sin(t + 1 ) x2 =A2 sin(t + 2 ) Tổng hợp dđđh phương, tần số dđđh phương, tần số với dđ thành phần có biểu thức : x = x + x2 = A.sin(t + ) Tính biên độ A : A A 12 A 22 2A 1A cos Tính : A sin A sin tg = A cos A cos 1 2 Nhaän xét : Biên độ dđ tổng hợp phụ thuộc vào độ lệch pha dđ thành phần : =2k cos = : A=A1 + A2 : Biên độ TH cực đại =(2k+1) cos = : A = A1 – A2 : Biên độ TH cực tiểu : A1 – A2 < A < A1 + A2 Bài & DAO ĐỘNG TẮT DẦN - DAO ĐỘNG CƯỢNG BỨC Dao động tắt dần Dao động tắt dần dao động có biên độ giảm dần theo thời gian Nguyên nhân làm dao động tắt dần lực cản môi trường Dao động cưỡng : - Đònh nghóa : Dao động hệ tác dụng ngoại lực tuần hoàn gọi dao động cưỡng - Đặc điểm : Lúc đầu, khoảng thời gian t ngắn lắc tham gia dao động : dao động riêng với tần số f dao động tác dụng ngoại lực tuần hoàn tần số f nên dao động vật phức tạp Khi ổn đònh, dao động có tần số ngoại lực Biên độ dao động phụ thuộc mối quan hệ tần số ngoại lực tần số riêng hệ Sự cộng hưởng : Hiện tượng biên độ cuả dao động cưỡng tăng nhanh đến giá trò cực đại tần số lực cưỡng tần số riêng hệ dao động gọi cộng hưởng GV : Trần Thanh Tùng Ôn Thi Tú tài Kiến Thức Cơ Bản – Sự tự dao động : Sự tự dao động trì mà không cần tác dụng ngoại lực tuần hoàn lên hệ gọi tự dao động Trong tự dao động tần số dao động tần số riêng nó, biên độ dao động giống dao động tự CHƯƠNG II SÓNG CƠ HỌC ÂM HỌC Bài SÓNG CƠ HỌC Sóng học thiên nhiên : Đònh nghóa : Sóng học dao động đàn hồi lan truyền môi trường vật chất không gian theo thời gian Sóng ngang : Sóng có phương dao động vuông góc với phương truyền sóng Sóng dọc : Sóng có phương dao động trùng với phương truyền sóng Sự truyền pha dao động, Bước sóng : Khoảng cách hai điểm phương truyền sóng gần dao động pha với gọi bước sóng Những điểm cách số nguyên bước sóng phương truyền dao động pha với Những điểm cách số lẻ bước sóng phương truyền dao động ngược pha với Chu kì, tần số vận tốc sóng : Chu kỳ : Chu kỳ dao động phần tử vật chất mà sóng học truyền qua với chu kỳ dao động nguồn Đó chu kỳ sóng Vận tốc truyền sóng : Vận tốc truyền pha dao động gọi vận tốc sóng Bước sóng : Quãng đường mà sóng truyền chu kỳ sóng gọi bước sóng v T v f Biên độ lượng sóng : Khi sóng truyền tới điểm điểm dao động với biên độ đònh Đó biên độ sóng điểm Khi sóng làm cho phần tử vật chất dao động tức truyền cho chúng lượng.Vậy, trình truyền sóng trình truyền lượng Truyền cáng xa lượng giảm, biên độ giảm theo GV : Trần Thanh Tùng Ôn Thi Tú tài Kiến Thức Cơ Bản – Trường hợp sóng truyền đường thẳng lượng sóng không bò giảm nên biên độ sóng điểm sóng truyền qua Bài & 10 SÓNG ÂM Sóng âm cảm giác âm : Đònh nghóa : Sóng học có tần số từ 16 Hz đến 20.000 Hz Gây cảm giác âm Sóng siêu âm : Sóng học có tần số > 20.000 Hz Sóng hạ âm : Sóng học có tần số < 16 Hz Sự truyền âm – Vận tốc âm : - Sóng âm sóng dọc nên truyền môi trường vật chất - Vận tốc âm phụ thuộc vào tính đàn hồi, nhiệt độ mật độ môi trường - Vận tốc âm chất lỏng nhỏ vận tốc truyền âm chất rắn lớn vận tốc truyền âm chất khí Độ cao âm : Nhạc âm : Âm có tần số hoàn toàn xác đònh, gây cảm giác êm ái, dễ chòu Tạp âm : Âm tần số đònh Âm có tần số lớn gọi âm cao ( thanh), âm có tần số nhỏ gọi âm thấp ( trầm) Độ cao âm đặc tính sinh lí âm, dựa vào đặc tính vật lí âm tần số Âm sắc : * Mỗi người nhạc cụ phát âm sắc thái khác mà tai ta phân biệt gọi âm sắc Âm sắc đặc tính sinh lí âm, hình thành sở đặc tính vật lí âm tần số biên độ Họa âm : Thực nghiệm chứng tỏ nhạc cụ người phát âm có tần số f1 đồng thời phát âm có tần số f2=2f1; f3=3f1; f4=4f1, f1 gọi âm âm thứ f2, f3, f4 gọi họạ âm thứ nhất, thứ hai, thứ ba, âm phát tổng hợp âm họạ âm Năng lượng âm : Cường độ âm I : lượng lượng sóng âm truyền đơn vò thời gian qua đơn vò diện tích đặt vuông góc với phương truyền Đơn vò W/m2 Trong thực tế, người ta dùng mức cường độ âm L để đo cảm giác sinh lý tai người Ta có L lg I I ( Bell ) GV : Trần Thanh Tùng Ôn Thi Tú tài Kiến Thức Cơ Bản – Thường, người ta dùng dB ( đề xi bel ) với : L 10.lg I I Người ta chọn I0 tần số f = 1000Hz để làm cường độ âm chuẩn (I0 ~10–12 W/m2 ) 6.Độ to âm : Ngưỡng nghe : Cường độ âm nhỏ gây cảm giác âm Ngưỡng đau : Cường độ âm lớn gây cảm giác âm bình thường Miền nghe : Nằm ngưỡng nghe ngưỡng đau Nguồn âm – Hộp cộng hưởng : Mỗi loại đàn có bầu đàn có hình dạng đònh, đóng vai trò hộp cộng hưởng, tức vật rỗng có khả cộng hưởng nhiều tần số khác tăng cường âm có tần số Tùy theo hình dạng chất liệu bầu đàn, loại đàn có khả tăng cường số họa âm tạo âm sắc đặc trưng cho loại đàn Bài 11 GIAO THOA SÓNG : Hiện tượng giao thoa : Giao thoa tổng hợp hay nhiều sóng kết hợp không gian, có chỗ cố đònh mà biên độ sóng tăng lên bò giảm bớt Hai nguồn dao động tần số , có độ lệch pha không đổi theo thời gian gọi nguồn kết hợp Sóng mà chúng tạo thành gọi sóng kết hợp Lí thuyết giao thoa : Một điểm M cách nguồn đoạn d chậm pha nguồn có phương trình uM = U0sin2f(t - ) = U0sin(2ft – 2 d) Xét điểm M cách nguồn A, B đoạn d , d2 Nếu A B có dao động truyền tới : uA= a.sin(2ft – 2 d1 ) uB= a.sin(2ft – 2 d2 ) Xeùt = 1 – 2= 2 d1 – d2 2 = M d2 d Nhận xét : d1 A B d = k = 2k : M dao động cực đại GV : Trần Thanh Tùng Ôn Thi Tú tài d = ( 2k +1 ) Kiến Thức Cơ Bản – = ( 2k + ) : M đứng yên Sóng dừng : Đònh nghóa : Sóng có nút bụng cố đònh không gian Các điểm bụng điểm nút cách số nguyên lần Giải thích : - Tại điểm dây có tổng hợp sóng tới sóng phản xạ( sóng kết hợp ) - Điểm bụng : Tại sóng tới sóng phản xạ pha - Điểm nút : Tại sóng tới sóng phản xạ ngược pha Xác đònh vận tốc truyền sóng : - Thí nghiệm sóng dừng - Biết tần số sóng f, đo bước sóng - Áp dụng công thức : V f CHƯƠNG III : DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU Bài 12 HIỆU ĐIỆN THẾ DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA - DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU Hiệu điện dao động điều hòa : Quay khung dây kim loại có diện tích S có N vòng dây, quanh trục đối xứng từ trường B với vận tốc góc không đổi Từ thông qua khung : =NBS cost =0 cost với : 0 = NBS Suất điện động cảm ứng : e =‘ = .0 sint =E0.sint với E0 = .0 =.NBS Vậy, khung dây xuất suất điện động biến thiên điều hòa Hiệu điện biến thiên điều hòa : u = U0 sint Dòng điện xoay chiều : HĐT xoay chiều : u = U0 sint Dòng điện xoay chieàu : i = I0sin(t + ) Dòng điện mô tả đònh luật dạng sin – Biến thiên điều hoà theo t Cường độ hiệu dụng : GV : Trần Thanh Tùng Ôn Thi Tú tài Kiến Thức Cơ Bản – Cường độ hiệu dụng dòng điện xoay chiều cường độ dòng điện không đổi chúng qua điện trở, thời gian chúng tỏa nhiệt lượng I= I0 U= U0 vaø E= E0 Khi dùng ampe kế, vôn kế đo dòng điện xoay chiều ta đo giá trò hiệu dụng Bài 13 & 14 DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU TRO ĐOẠN MẠCH CHỈ CÓ ĐIỆN TRỞ THUẦN, CUỘN CẢM HOẶC TỤ ĐIỆN Mạch có điện trở : Dòng điện qua maïch : i = I0 sint => u = U0 sint với I0 = U0 R Mạch có R hiệu điện đầu đoạn mạch biến thiên điều hòa pha với dòng điện Giản đồ vectơ : Đoạn mạch có tụ điện : UR o I * Dung khaùng ZC : ZC = C C : Điện dung tụ ( F ) 1F = 10-6 F + Tụ điện không cho dòng điện không đổi qua + Tụ điện có tác dụng cản trở dòng điện xoay chiều ( gọi dung kháng ) * Quan hệ u i : Dòng điện qua maïch : i = I0 sint => uC = U0C sin(t - ) với u0C = I0ZC * Kết luận : Mạch có tụ điện với đện dung C, hiệu điện đầu đoạn mạch biến thiên điều hòa O trễ pha dòng điện góc I Giản đồ vectơ quay : Mạch có cuộn dây : UC * Cảm kháng ZL : ZL = L. L : Độ tự cảm cuộn dây ( H ) : Tần số dòng điện + Cuộn cảm có tác dụng cản trở dòng điện xoay chiều (Gọi cảm kháng ) GV : Trần Thanh Tùng Ôn Thi Tú tài Kiến Thức Cơ Bản – Quan hệ u i : Dòng điện xoay chiều qua mạch i = I0 sint => uL =U0L sin(t + với ) U0L = I0 ZL * Kết luận : Mạch có cuộn dây có độ tự cảm L, hiệu v điện đầu đoạn mạch biến thiên điều hòa nhanh pha dòng điện góc UL Giản đồ vectơ quay v I Bài 15 DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU TRONG ĐOẠN MẠCH KHÔNG PHÂN NHÁNH Dòng điện hiệu điện : i I0 sin t � u U sin(t ) u U sin t � i I0 sin(t ) Tính tổng trở Z : với U0 = I0 Z Z R ZL Z C Tính góc lệch pha : tg = ZL Z C R NHẬN XÉT : Khi ZL > ZC : Mạch có tính cảm kháng, u nhanh pha i góc Khi ZL < ZC : Mạch có tính dung kháng, u chậm pha i góc Khi ZL > ZC : Mạch cộng hưởng, u pha với i Ta coi cuộn L có thêm điện trở R ( dây gây ) mạch R0 nối tiếp cuộn dây L Hiện tượng cộng hưởng đoạn mạch RLC : Khi L 1 C LC - Dòng điện qua mạch có giá trò cực đại I U R - Hiệu điện pha với cường độ dòng điện Bài 16 CÔNG SUẤT DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU Đặt hiệu điện xoay chiều đầu đoạn mạch Dùng ampe kế, vôn kế Oát kế để đo U,I P tiêu thụ mạch Thực nghiệm cho thấy : Mạch có R : Mạch có thêm L C có : P = k.U.I < U.I P =U.I 10 GV : Traàn Thanh Tùng Ôn Thi Tú tài Kiến Thức Cơ Bản – Khi đó, ảnh ta thu tập hợp vạch màu tạo thành quang phổ nguồn Quang phổ liên tục : Đònh nghóa : Là dãy sáng có màu biến đổi liên tục từ đỏ đến tím Điều kiện phát sinh : Quang phổ liên tục vật rắn, lỏng, khí có tỉ khối lớn, bò nung nóng phát Đặc điểm : - Quang phổ liên tục không phụ thuộc thành phần cấu tạo nguồn sáng, mà phụ thuộc vào nhiệt độ nguồn sáng - Nhiệt độ cao, miền phát sáng vật mở rộng phía ánh sáng có bước sóng ngắn Ứng dụng : Người ta dùng quang phổ liên tục để xác đònh nhiệt độ vật phát sáng Bài 46 QUANG PHỔ VẠCH Quang phổ vạch phát xạ : Đònh nghóa : Quang phổ vạch phát xạ gồm hệ thống vạch màu riêng rẽ nằm tối Điều kiện phát sinh : Quang phổ vạch phát xạ chất khí hay áp suất thấp bò kích thích phát sáng Đặc điểm : + Quang phổ liên tục không phụ thuộc nhiệt độ nguồn sáng mà phụ thuộc thành phần cấu tạo nguồn sáng + Quang phổ vạch phát xạ nguyên tố khác khác : Số lượng vạch màu Vò trí vạch màu Màu sắc độ sáng tỉ đối vạch Như vậy, nguyên tố hóa học trạng thái khí hay nóng sáng áp suất thấp cho quang phổ vạch riêng, đặc trưng cho nguyên tố Ứng dụng : Nhận biết có mặt nguyên tố hoá học nồng độ, tỉ lệ nguyên tố hợp chất Quang phổ vạch hấp th : Đònh nghóa : Là hệ thống vạch tối quang phổ liên tục Điều kiện phát sinh : Điều kiện để thu quang phổ vạch hấp thụ nhiệt độ đám khí hấp thụ phải nhỏ nhiệt độ nguồn nóng phát ánh sáng trắng 31 GV : Trần Thanh Tùng Ôn Thi Tú tài Kiến Thức Cơ Bản – Hiện tượng đảo sắc vạch quang phổ : Nếu bỏ nguồn phát ánh sáng trắng quang phổ liên tục biến vò trí vạch tối xuất vạch màu quang phổ vạch phát xạ chất khí hay bò đung nóng Đó tượng đảo sắc vạch quang phổ Đặc điểm : Ở nhiệt độ đònh, đám khí hay có khả phát ánh sáng đơn sắc có khả hấp thụ ánh sáng đơn sắc Như vậy, quang phổ vạch hấp thụ nguyên tố có tính chất đặc trưng riêng cho nguyên tố Phép phân tích quang phổ : Phép phân tích thành phấn cấu tạo chất dựa vào việc nghiên cứu quang phổ gọi phép phân tích quang phổ Phép phân tích quang phổ đònh tính cho biết chất khác có mẫu vật cần nghiên cứu Phép phân tích quang phổ đơn giản cho kết nhanh phép phân tích hóa học Phép phân tích quang phổ đònh lượng cho biết nồng độ thành phần mẫu vật cần nghiên cứu Nó cho biết số nộng độ nhỏ chất mẫu vật Phép phân tích quang phổ cho biết thành phần cấu tạo nhiệt độ vật xa BÀI 47 TIA HỒNG NGOẠI - TIA TỬ NGOẠI Thí nghiệm phát tia hồng ngoại tử ngoại : Chiếu ánh sáng hồ quang J qua máy quang phổ để thu quang phổ liên tục Tách ánh sáng đơn sắc quang phổ khe hẹp tiếp tục chiếu vào mối hàn pin nhiệt điện nh sáng đơn sắc có tác dụng nhiệt Tác dụng nhiệt chùm ánh sáng đơn sắc khác khác Ngoài vùng dải màu liên tục có loại ánh sáng ( hay gọi xạ ) không nhìn thấy Tia hồng ngoại : Đònh nghóa : Tia hồng ngoại xạ không nhìn thấy được, có chất sóng điện từ có bước sóng lớn bước sóng ánh sáng đỏ ( 0,75m ) Nguồn phát tia hồng ngoại : - Tia hồng ngoại vật bò nung nóng phát ra.Vật có nhiệt độ thấp phát tia hồng ngoại - Trong ánh sáng mặt trời có khoảng 50% lượng chùm tia sáng thuộc tia hồng ngoại 32 GV : Trần Thanh Tùng Ôn Thi Tú tài Kiến Thức Cơ Bản – - Người ta thường dùng bóng đèn có dây tóc vônfram nóng sáng, có công suất từ 250W đến 1000W ( Nhiệt độ dây tóc khoảng 20000C ) Tác dụng : - Tác dụng bật tia hồng ngoại tác dụng nhiệt - Tác dụng lên kính ảnh hồng ngoại Ứng dụng : dùng để sấy sûi Trong công nghiệp, dùng sấy khô sản phẩm sơn ( vỏ ô tô, tủ lạnh ) hoa Trong y tế, dùng đèn hồng ngoại để sưởi ấm da Tia tử ngoại : Đònh nghóa : Tia tử ngoại xạ không nhìn thấy được, có chất sóng điện từ có bước sóng ngắn bước sóng ánh sáng tím (0,40m ) Nguồn phát tia hồng ngoại : - Các vật bò nung nóng 30000 C phát tia tử ngoại mạnh - Khoảng 9% công suất chùm ánh sáng Mặt trời thuộc tia tử ngoại - Các đèn hồ quang điện nguồn phát tia tử ngoại mạnh Tác dụng : Tia tử ngoại bò nước , thủy tinh hấp thụ mạnh Tác dụng mạnh lên kính ảnh Làm số chất phát quang Iôn hóa không khí Gây số phản ứng quang hóa, quang hợp Có tác dụng sinh học Ứng dụng : Trong công nghiệp, dùng để phát vết nứt, vết xước nhỏ bề mặt sản phẩm tiện Trong y học, dùng chữa bệnh còi xương BÀI 48 TIA RƠNGHEN Ống Roentgen : Ống Rơn ghen ống thủy tinh, áp suất bên khoảng 10 –3 mmHg có điện cực : anốt, catốt đối âm cực Đối âm cực làm kim loại có nguyên tử lượng lớn chòu nhiệt để chắn dòng tia âm cực 33 GV : Trần Thanh Tùng Ôn Thi Tú tài Kiến Thức Cơ Bản – Hiệu điện anốt catốt vài chục ngàn vôn Khi đó, có tia âm cực anốt catốt Tia đập vào đối âm cực phát tia Rơnghen 2.Bản chất tia Rơnghen : Các electron tia âm cực tăng tốc điện trường mạnh nên thu động lớn Khi đến đối âm cực, chúng xuyên sâu vào lớp bên vỏ nguyên tử tương tác với hạt nhân nguyên tử với electron lớp Trong tương tác phát sóng điện từ có bước sóng ngắn mà ta gọi xạ hãm, tức tia Rơnghen 10 –12 Tia Rơnghen sóng điện từ có bước sóng ngắn 10 –8 m~ m Các tính chất công dụng tia Rơnghen : Tính chất : Có khả đâm xuyên mạnh Tác dụng mạnh lên kính ảnh Làm phát quang số chất Có khả ion hóa chất khí Có tác dụng sinh lý, hủy hoại tế bào, giết vi khuẩn Công dụng : Trong y học dùng để chiếu điện, chụp điện, chữa bệnh ung thư nông, gần da Làm máy đo liều lượng tia Rơnghen Trong công nghiệp để dò lỗ hổng, khuyết tật nằm bên sản phẩm đúc Thang sóng điện từ : Tia Rơnghen, tia tử ngoại, ánh sáng nhìn thấy , tia hồng ngoại sóng vô tuyến có chung chất sóng điện từ khác chúng có bước sóng dài ngắn khác Nếu xếp theo bước sóng ta có thang sóng điện từ Tia có bước sóng ngắn khả đâm xuyên mạnh, đễ tác dụng lên kính ảnh, làm phát quang chất, dễ ion hóa chất khí Tia có bước sóng dài dễ giao thoa Chương VIII LƯNG TỬ ÁNH SÁNG Bài 49 HIỆN TƯNG QUANG ĐIỆN Thí nghiệm hecxơ ( hertz ) : * Hiện tượng quang điện : Khi chiếu chùm tia sáng thích hợp (có bước sóng ngắn) vào mặt kim loại làm cho electron 34 GV : Trần Thanh Tùng Ôn Thi Tú tài Kiến Thức Cơ Bản – mặt kim loại bò bật Đó tượng quang điện Các electron bò bật gọi electron quang điện Thí nghiệm với tế bào quang điện : Kết thí nghiệm : Đối với kim loại dùng làm catốt, ánh sáng kích thích phải có bước sóng nhỏ giới hạn 0 gây tượng quang điện Khi tăng UAK cường độ dòng quang điện tăng theo Nhưng UAK đạt giá trò cường độ dòng quang điện đạt giá trò bão hoà Ibh Sau dù tăng UAK Ibh không tăng Người ta biểu diễn phụ thuộc cường độ dòng quang điện bảo hoà vào UAK đường đặc trưng Vôn - Ampe tế bào quang điện Để I=0 UAK =Uh En ) nguyên tử phát phôtôn có lượng hiệu E m – En : = h.fmn = Em – En Ngược lại, nguyên tử trạng thái dừng có lượng En thấp mà hấp thụ phôtôn có lượng h.f mn hiệu Em – En chuyển lên trạng thái dừng có lượng Em lớn c) Hệ : Trong trạng thái dừng nguyên tử, electron chuyển động quanh hạt nhân theo quỹ đạo có bán kính hoàn toàn xác đònh gọi quỹ đạo dừng 37 GV : Trần Thanh Tùng Ôn Thi Tú tài Kiến Thức Cơ Bản – Giải thích tạo thành quang phổ vạch hydrô : Bán kính quỹ đạo dừng Hrô tăng tỉ lệ với bình phương số nguyên liên tiếp : Bán kính : r0 Tên quỹ ñaïo : K r0 r0 L M 16 r0 N 25 r0 36 r0 O P Với r0 = 5,3.10–11m : Bán kính Bo Người ta thấy, quang phổ vạch Hrô xếp thành dãy riêng biệt, tách rời : Dãy Lai-man ( Lyman ) : Ở vùng tử ngoại Đó electron quỹ đạo (L, M, N, O, P ) chuyển quỹ đạo K Dãy Ban-me ( Balmer ) : phần nằm vùng tử ngoại, phần nằm vùng ánh sáng nhìn thấy Ở phần ánh sáng thấy , có vạch Đó electron quỹ đạo (M, N, O, P ) chuyển quỹ đạo L Dãy Pa-sen ( Paschen ) : nằm vùng hồng ngoại Do electron từ quỹ đạo (P, O, L ) M * Giải thích tạo thành quang phổ vạch nguyên tử hydrô : - Ở trạng thái nguyên tử có lượng thấp , electron chuyển động quỹ đạo K - Khi nguyên tử nhận lượng kích thích , electron chuyển lên quỹ đạo cao L, N, O, P … Sau thời gian ngắn lai chuyển quỹ đạo thấp phát phôtôn - Mỗi phôtôn ứng với sóng ánh sáng đơn sắc cho vạch quang phổ có màu đònh CHƯƠNG IX NHỮNG KIẾN THỨC SƠ BỘ VỀ HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ Bài 54 CẤU TẠO CỦA HẠT NHÂN NGUYÊN TỬ ĐƠN VỊ KHỐI LƯNG NGUYÊN TỬ Cấu tạo hạt nhân nguyên tử : Đường kính nguyên tử 10- m, đường kính hạt nhân 10 m Hạt nhân nguyên tử cấu tạo từ hạt nuclôn Có loại nuclôn : - 14 – 10 -15 Prôtôn , kí hiệu p , mang điện tích dương +1,6.10 -19c , khối lượng mp = 1,67263.10-27kg nơ tron, kí hiệu n , không mang điện tích , khối lượng m n = 1,67494.10-27kg Nếu nguyên tố X có số thứ tự Z bảng tuần hoàn Menđêlêép hạt nhân chứa Z proton N nơtron Kí hiệu : A ZX 38 GV : Trần Thanh Tùng Ôn Thi Tú tài Kiến Thức Cơ Bản – Với : Z gọi nguyên tử số A=Z+N gọi số khối Lực hạt nhân : nuclôn liên kết với lực hút mạnh gọi lực hạt nhân Lực hạt nhân có bán kính tác dụng khoảng 10-13m Đồng vò : Các nguyên tử có số prôtôn ( số Z ) số nơtron khác (nên khác số khối A) gọi đồng vò Ví dụ : 16 O 17 O 18 O 235 U 238 92 U 92 Đơn vò khối lượng nguyên tử : Đơn vò khối lượng nguyên tử kí hiệu u 1u 1/12 khối lượng nguyên tử bon 12 12 NA 12 6C , : 1u = (g) 1u = 1,66055 10–27 kg với NA = 6,022.1023 nguyên tử / mol gọi số Avôgadrô Khối lượng prôtôn : mp = 1,007276 u = 1836.me Khoái lượng e : me = 9,1.10–31 kg Mol lượng chất gồm NA phân tử chất Bài 55 SỰ PHÓNG XẠ Sự phóng xạ : Đònh nghóa : Phóng xạ tượng hạt nhân tự động phóng xạ không nhìn thấy gọi tia phóng xạ biến đổi thành hạt nhân khác Đặc điểm : + Do nguyên nhân bên hạt nhân gây ra, không phụ thuộc tác động bên + Tia phóng xạ có tác dụng : làm ion hóa môi trường , làm đen kính ảnh, gây phản ứng hóa học v.v Bản chất tính chất tia phóng xạ : Tia alpha : dòng hạt 42 He Lệch phía âm tụ, chuyển động với vận tốc khoảng 10 m/s Nó có khả ion hóa môi trường khả đâm xuyên yếu Tia bêta –: dòng electron Lệch phía dương tụ, chuyển động với vận tốc gần vận tốc ánh sáng Nó có khả ion hóa môi trường yếu lại đâm xuyên mạnh tia 39 GV : Trần Thanh Tùng Ôn Thi Tú tài Kiến Thức Cơ Bản – Tia + : dòng hạt pôziton Lệch phía dương tụ Nó có vận tốc tính chất giống – Tia gamma sóng điện từ có bước sóng ngắn,nên không bò lệch điện trường Nó có khả đâm xuyên mạnh Đònh luật phóng xạ : Mỗi chất phóng xạ đặc trưng thời gian T gọi chu kì bán rã, sau chu kì 1/2 số nguyên tử chất biến đổi thành chất khác Gọi N0 , m0 số nguyên tử, khối lượng ban đầu chất phóng xạ N, m số nguyên tử , khối lượngï lúc sau chất phóng xạ : N = N0 e–t m = m0 e–t Với : = Ln2 0693 , T T : Haèng số phóng xạ Độ phóng xạ : Độ phóng xạ H môt lượng chất phóng xạ đại lượng đặc trưng cho tính phóng xạ mạnh hay yếu, đo số phân rã giây đơn vò Bq ( Becquerel ) Công thức : H = H0 e–t H N H N Với : H0 độ phóng xạ lúc đầu H độ phóng xạ lúc sau Đơn vò độ phóng xạ Bq ( Becquerel ) Ci ( Curi ) : 1Ci = 3,7.10 10 Bq Bài 56 PHẢN ỨNG HẠT NHÂN Phản ứng hạt nhân : Đònh nghóa : Phản ứng hạt nhân tương tác hạt nhân dẫn đến biến đổi chúng thành hạt khác A+B C+D Các hạt hạt sơ cấp : electron 1e ; prôtôn 1H ; nơtron 0n ; phoâtoân 1e ; poâzitoân 0 Trường hợp riêng : Phóng xạ trường hợp riêng phản ứng hạt nhân Các đònh luật bảo toàn phản ứng hạt nhân : 40 GV : Trần Thanh Tùng Ôn Thi Tú tài Kiến Thức Cơ Bản – * Bảo toàn số nuclôn: Tổng số nuclôn hạt trước phản ứng sau phản ứng * Bảo toàn điện tích : Tổng điện tích hạt trước phản ứng sau phản ứng * Bảo toàn lượng toàn phần bảo toàn động lượng hệ hạt tham gia phản ứng Vì tổng độ hụt khối hạt nhân trước sau phản ứng khác nên bảo toàn khối lượng phản ứng hạt nhân Quy tắc dòch chuyển phóng xạ : A A Z X He Z 2Y Phóng xạ : Ví dụ : A A Z X 1e Z1Y Phóng xạ – : 226 88 Ra Ví dụ : He 210 83 Bi 222 86 Rn 1e 210 84 P o (Poâloâni ) A A Z X 1e Z 1Y Phóng xạ + : nơtrinô ) Ví dụ : p n + e+ + (: Phóng xạ : thường kèm với phóng xạ , Không có biến đổi hạt nhân phóng xạ Bài 57 PHẢN ỨNG HẠT NHÂN NHÂN TẠO Phản ứng hạt nhân nhân tạo : Người ta dùng hạt nhân nhẹ bắn phá hạt nhân nguyên tử khác Đó phản ứng hạt nhân nhân tạo Ví dụ : He42 N14 p Li73 O17 p He42 He42 Năm 1934 , ông bà Joliot -Curie dùng hạt bắn phá nhôm thu phản ứng : He 27 13 Al 30 15 P 0n Haït nhân Phốt sinh không bền vững nên phân rã phát phóng xạ + : 30 15 P 30 14 Si 1e Nguyeân tử P gọi đồng vò phóng xạ nhân tạo ng dụng đồng vò phóng xạ : 60 Co dùng để tìm khuyết tật chi Chất Côban 27 tiết máy, bảo quản thực phẩm, chữa bệnh ung thư 41 GV : Trần Thanh Tùng Ôn Thi Tú tài Kiến Thức Cơ Bản – Dùng đồng vò phóng xạ nguyên tố để nghiên cứu vận chuyển nguyên tố Đó phương pháp nguyên tử đánh dấu dùng nhiều nghiên cứu sinh học, dò bệnh y học Trong khảo cổ học người ta dùng C 12 để xác đònh tuổi xác di vật Người ta dùng đồng vò phóng xạ để phân tích vi lượng mẫu vật Bài 58 HỆ THỨC EINSTEIN GIỮA NĂNG LƯNG VÀ KHỐI LƯNG Nếu vật có khối lượng m lượng E tỉ lệ với m, gọi lượng nghỉ : E = m.c2 Theo thuyết tương đối : Năng lượng nghỉ biến đổi thành lượng thông thường ngược lại.Sự biến đổi xảy phản ứng hạt nhân, không xảy phản ứng hóa học trình vật lý thông thường Khối lượng thay đổi làm lượng nghỉ thay đổi Khối lượng lượng nghỉ không thiết bảo toàn Nhưng lượng toàn phần bao gồm lượng nghỉ lượng thông thường bảo toàn Đơn vò lượng hạt nhân laø eV : 1eV = 1,6.10–19 J 1MeV = 106 eV = 1,6.10–13 J kg = 0,561.1030 MeV/c2 Bài 59 ĐỘ HỤT KHỐI VÀ NĂNG LƯNG LIÊN KẾT Độ hụt khối lượng liên kết : Tổng khối lượng nuclon đứng yên chưa liên kết : m0 = Z.mp + N.mn = Z.mp + (A – Z ).mn Người ta thấy khối lượng hạt nhân m nhỏ m Sự chênh lệch khối lượng gọi độ hụt khối : m = m0 – m Theo thuyết tương đối, lượng liên kết E nuclon tỉ lệ với độ hụt khối m : E = m.c2 Vậy hạt nhân có độ hụt khối lớn, tức lượng liên kết lớn, bền vững Phản ứng hạt nhân tỏa lượng thu lượng : Xét phản ứng hạt nhân : A + B C + D 42 GV : Trần Thanh Tùng Ôn Thi Tú tài Kiến Thức Cơ Bản – Gọi M0 tổng khối lượng hạt nhân A B ; M tổng hạt nhân C D Khi : Một phản ứng hạt nhân có hạt sinh có tổng khối lượng bé hạt ban đầu, nghóa bền vững hơn, phản ứng tỏa lượng Một phản ứng hạt nhân có hạt sinh có tổng khối lượng lớn hạt ban đầu, nghóa bền vững hơn, phản ứng thu lượng Hai loại phản ứng hạt nhân tỏa lượng : Một hạt nhân nặng nặng Urani, Plutôni hấp thụ nơtron vỡ thành hai hạt nhân có số khối trung bình với việc tỏa lượng lớn Đó phản ứng phân hạch Hai hạt nhân nhẹ Hidrô, Hêli kết hợp với thành hạt nhân nặng tỏa lượng lớn Phản ứng kết hợp gọi phản ứng nhiệt hạch Bài 60 SỰ PHÂN HẠCH NHÀ MÁY ĐIỆN NGUYÊN TỬ Phản ứng dây chuyền : Khi dùng nơ tron chậm bắn phá hạt nhân Urani 235 92 U , người ta thấy hạt nhân bò phân đôi Phản ứng phát 2, nơtron thứ cấp khoảng 200 MeV ( 3,2.10–11 J) Một phần số nơ tron sinh bò mát sau lần phân hạch, lại trung bình s nơ tron S nơ tron tiếp tục bắn phá hạt nhân khác gây s phân hạch, sinh s nơ tron, s3 nơ tron Số phân hạch tăng nhanh thời gian ngắn Đó phản ứng phân hạch s gọi hệ số nhân nơ tron * Điều kiện để có phản ứng dây chuyền : Làm giàu U235 : tách U235 khỏi U238 Urani tự nhiên ( U235 chiếm khoảng 0,72% ) làm chậm nơtron để tăng độ hấp thụ nơtron U235 Khối lượng U235 phải lớn giá trò đònh để cho s=1 : Hệ thống tới hạn , lượng tỏa không đổi,có thể khống chế s >1 : Hệ thống vượt hạn, lượng tỏa dội, không khống chế chế tạo bom nguyên tử s : ảnh thật d < : vật ảo d'