Đề cương ôn tập môn Vật lý Lớp 12 - Chương II - Bài 7 đến 18 - Năm học 2021-2022

Nội dung tài liệu: Đề cương ôn tập môn Vật lý Lớp 12 - Chương II - Bài 7 đến 18 - Năm học 2021-2022

1. Học liệu Lý thuyết Vật lý 12 – Năm học: 2021 - 2022 CHƯƠNG II : SÓNG CƠ BÀI 7. SÓNG CƠ VÀ SỰ TRUYỀN SÓNG CƠ 1. Sóng cơ- Định nghĩa- phân loại + Sóng cơ là những dao động lan truyền trong môi trường . + Khi sóng cơ truyền đi chỉ có pha dao động của các phần tử vật chất lan truyền còn các phần tử vật chất thì dao động xung quanh vị trí cân bằng cố định. + Sóng ngang là sóng trong đó các phần tử của môi trường dao động theo phương vuông góc với phương truyền sóng. Ví dụ: sóng trên mặt nước, sóng trên sợi dây cao su. + Sóng dọc là sóng trong đó các phần tử của môi trường dao động theo phương trùng với phương truyền sóng. Ví dụ: sóng âm, sóng trên một lò xo. 2. Các đặc trưng của một sóng hình sin + Biên độ của sóng A: là biên độ dao động của một phần tử của môi trường có sóng truyền qua. + Chu kỳ sóng T: là chu kỳ dao động của một phần tử của môi trường sóng truyền qua. 1 + Tần số f: là đại lượng nghịch đảo của chu kỳ sóng : f = T + Tốc độ truyền sóng v : là tốc độ lan truyền dao động trong môi trường . v + Bước sóng : là quảng đường mà sóng truyền được trong một chu kỳ.  = vT = . f +Bước sóng  cũng là khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên phương truyền sóng dao động cùng pha. 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 G 3. Phương trình sóng: a. Tại nguồn O: uO =Aocos(t) b. Tại M trên phương truyền sóng: u uM=AMcos(t- t) sóng Nếu bỏ qua mất mát năng lượng trong quá trình truyền x sóng thì biên độ sóng tại O và tại M bằng nhau: Ao = AM O = A. M x t x x Thì:uM =Acos(t - ) =Acos 2 ( ) Với t x/v v T  Trang 1
2. Học liệu Lý thuyết Vật lý 12 – Năm học: 2021 - 2022 c. Tổng quát: Tại điểm O: uO = Acos(t + ). d. Tại điểm M cách O một đoạn x trên phương truyền sóng. * Sóng truyền theo chiều dương của trục Ox thì: x x uM = AMcos(t + -  ) = AMcos(t + - 2 ) t x/v x v  x * Sóng truyền theo chiều âm của trục Ox thì: O M x x uM = AMcos(t + +  ) = AMcos(t + + 2 ) v  e. Độ lệch pha giữa hai điểm cách nguồn một khoảng xM, xN: xx -Nếu 2 điểm M và N nằm trên một phương truyền sóng và cách nhau một khoảng x thì:  2 v  2 d (Nếu 2 điểm M và N trên phương truyền sóng và cách nhau một khoảng d thì : = )  - Vậy 2 điểm M và N trên phương truyền sóng sẽ: + dao động cùng pha khi: d = k  + dao động ngược pha khi: d = (2k + 1) d2 2 d1 d  + dao động vuông pha khi: d = (2k + 1) 0 M N 4 với k = 0, ±1, ±2 ... Lưu ý: Đơn vị của x, x1, x2,d,  và v phải tương ứng với nhau. f. Trong hiện tượng truyền sóng trên sợi dây, dây được kích thích dao động bởi nam châm điện với tần số dòng điện là f thì tần số dao động của dây là 2f. BÀI 8. GIAO THOA SÓNG 1. Điều kiện để có giao thoa: Hai sóng là hai sóng kết hợp tức là hai sóng cùng phương, cùng tần số và có độ lệch pha không đổi theo thời gian. 2. Lý thuyết giao thoa: Giao thoa của hai sóng phát ra từ hai nguồn sóng kết hợp S1, S2 cách nhau một khoảng l: +Phương trình sóng tại 2 nguồn :(Điểm M cách hai nguồn lần lượt d1, d2) u Acos(2 ft ) và u Acos(2 ft ) 1122 M +Phương trình sóng tại M do hai sóng từ hai nguồn truyền tới: d1 d2 d1 d2 u11M Acos(2 ft 2 ) và u22M Acos(2 ft 2 )   S1 S2 +Phương trình giao thoa sóng tại M: uM = u1M + u2M d1 d 2 d 1 d 2 1 2 uM 2 Ac os c os 2 ft 22 Trang 2
3. Học liệu Lý thuyết Vật lý 12 – Năm học: 2021 - 2022 dd12 +Biên độ dao động tại M: AM 2 A c os với  2 M 21 d1 d2 S1 S2 * Hai nguồn dao động cùng pha ( 0 hoặc 2k ) 12 2 + Độ lệch pha của hai sóng thành phần tại M: d d  2 1 -2 2 + Biên độ sóng tổng hợp: AM =2.A. cos  d d  2 1 -1 k= 0 1  Amax= 2.A khi:+ Hai sóng thành phần tại M cùng pha  Hình ảnh giao thoa =2.k. (k Z) sóng + Hiệu đường đi d2 – d1= k.  Amin= 0 khi:+ Hai sóng thành phần tại M ngược pha nhau  =(2.k+1) (k Z) 1 + Hiệu đường đi d2 – d1=(k + ). 2 d 2 d1 + Để xác định điểm M dao động với Amax hay Amin ta xét tỉ số  d 2 d1 -Nếu k = số nguyên thì M dao động với Amax và M nằm trên cực đại giao thoa thứ k  d d 1 - Nếu 2 1 k + thì tại M là cực tiểu giao thoa thứ (k+1)  2 + Khoảng cách giữa hai đỉnh liên tiếp của hai hypecbol cùng loại (giữa hai cực đại (hai cực tiểu) giao thoa): /2. + Số đường dao động với Amax và Amin :  Số đường dao động với Amax (luôn là số lẻ) là số giá trị của k thỏa mãn điều kiện (không tính hai nguồn): ll * Số Cực đại: k và k Z.   AB Vị trí của các điểm cực đại giao thoa xác định bởi: d k. (thay các giá trị tìm được của k vào) 1 2 2  Số đường dao động với Amin (luôn là số chẵn) là số giá trị của k thỏa mãn điều kiện (không tính hai nguồn): ll11 ll * Số Cực tiểu: k và k Z.Hay k 0,5 (k Z) 22   AB  Vị trí của các điểm cực tiểu giao thoa xác định bởi: d k. (thay các giá trị của k vào). 1 2 2 4 Số cực đại giao thoa bằng số cực tiểu giao thoa + 1. BÀI 9. SÓNG DỪNG - Định Nghĩa: Sóng dừng là sóng có các nút(điểm luôn đứng yên) và các bụng (biên độ dao động cực đại) cố định trong không gian Trang 3
4. Học liệu Lý thuyết Vật lý 12 – Năm học: 2021 - 2022 - Nguyên nhân: Sóng dừng là kết quả của sự giao thoa giữa sóng tới và sóng phản xạ, khi sóng tới và sóng phản xạ truyền theo cùng một phương. 1. Một số chú ý * Đầu cố định hoặc đầu dao động nhỏ là nút sóng. Đầu tự do là bụng sóng * Hai điểm đối xứng với nhau qua nút sóng luôn dao động ngược pha. * Hai điểm đối xứng với nhau qua bụng sóng luôn dao động cùng pha. * Các điểm trên dây đều dao động với biên độ không đổi năng lượng không truyền đi * Bề rông 1 bụng là 4A, A là biên độ sóng tới hoặc sóng phản xạ. * Khoảng thời gian giữa hai lần sợi dây căng ngang (các phần tử đi qua VTCB) là nửa chu kỳ. 2. Điều kiện để có sóng dừng trên sợi dây dài l:  * P Q * Hai đầu là nút sóng: l k ( k N ) 2 Số bụng sóng = số bó sóng = k ; Số nút sóng = k + 1 Vậy điều kiện để có sóng dừng trên dây với hai đầu cố định là chiều dài dây phải bằng số nguyên lần nửa bước sóng. * Một đầu là nút sóng còn một đầu là bụng sóng: k  l (2 k 1) ( k N ) 4 Số bó (bụng) sóng nguyên = k; Số bụng sóng = số nút sóng = k + 1 Vậy điều kiện để có sóng dừng trên dây một đầu cố định, một đầu tự do là chiều dài dây phải bằng số lẻ lần một phần tư bước sóng. 3. Đặc điểm của sóng dừng:  P Q -Khoảng cách giữa 2 nút hoặc 2 bụng liền kề là . 2  -Khoảng cách giữa nút và bụng liền kề là . 4 k  -Khoảng cách giữa hai nút (bụng, múi) sóng bất kỳ là : k. . 2  -Tốc độ truyền sóng: v = f = . T BÀI 10. ĐẶC TRƯNG VẬT LÍ CỦA ÂM 1. Sóng âm: - Sóng âm là những sóng cơ truyền trong môi trường khí, lỏng, rắn.Tần số của sóng âm là tần số âm. +Âm nghe được có tần số từ 16Hz đến 20000Hz và gây ra cảm giác âm trong tai con người. +Hạ âm : Những sóng cơ học tần số nhỏ hơn 16Hz gọi là sóng hạ âm, tai người không nghe được +siêu âm :Những sóng cơ học tần số lớn hơn 20000Hz gọi là sóng siêu âm , tai người không nghe được. - Sóng âm không truyền được trong chân không. 2. Các đặc trưng vật lý của âm a.Tần số âm: Tần số của của sóng âm cũng là tần số âm . Trang 4
5. Học liệu Lý thuyết Vật lý 12 – Năm học: 2021 - 2022 WP P b.+ Cường độ âm: I= = Cường độ âm tại 1 điểm cách nguồn một đoạn R: I= tS S 4 R2 Với W (J), P (W) là năng lượng, công suất phát âm của nguồn.S (m2) là diện tích mặt vuông góc với phương truyền âm (với sóng cầu thì S là diện tích mặt cầu S=4πR2) + Mức cường độ âm: I IIII I I L 2 1 2 2 LL21 L(B) = lg => 10 Hoặc L(dB) =10.lg => L21 - L = lg lg lg 10 I0 I0 I0 IIII0 0 1 1 -12 2 Với I0 = 10 W/m gọi là cường độ âm chuẩn ở f = 1000Hz Đơn vị của mức cường độ âm là Ben (B), thường dùng đềxiben (dB): 1B = 10dB. c.Âm cơ bản và hoạ âm : Sóng âm do một nhạc cụ phát ra là tổng hợp của nhiều sóng âm phát ra cùng một lúc. Các sóng này có tần số là f, 2f, 3f, .Âm có tần số f là hoạ âm cơ bản, các âm có tần số 2f, 3f, là các hoạ âm thứ 2, thứ 3, . Tập hợp các hoạ âm tạo thành phổ của nhạc âm nói trên -Đồ thị dao động âm : của cùng một nhạc âm do các nhạc cụ khác nhau phát ra thì hoàn toàn khác nhau. BÀI 11. ĐẶC TRƯNG SINH LÍ CỦA ÂM - Độ cao của âm là đặc trung sinh lí phụ thuộc vào tần số của âm, âm có tần số càng lớn nghe càng cao, âm có tần số càng nhỏ nghe càng trầm. - Độ to của âm là một khái niệm nói về đặc trưng sinh lí của âm gắn liền với đặc trưng vật lí mức cường độ âm. - Âm sắc là một đặc trung sinh lí của âm, giúp ta phân biệt âm do các nguồn khác nhau phát ra. Âm sắc có liên quan mật thiết với đồ thị dao động âm. Các nhạc cụ khác nhau phát ra âm có cùng một độ cao nhưng tai ta có thể phân biệt được âm của từng nhạc cụ, đó là vì chúng có âm sắc khác nhau. CHƯƠNG 3: DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU BÀI 12: ĐẠI CƯƠNG VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU 1. Dòng điện xoay chiều: - Khái niệm: là dòng điện có cường độ là hàm số sin hoặc cos của thời gian. i = I0 cos(ωt + φ) - Những đại lượng đặc trưng: i : cường độ dòng điện tức thời. (A) I0: cường độ dòng điện cực đại.(A) ω: tần số góc w = 2π/T = 2πf (rad/s) ωt + φ: pha dao động của i (rad) φ: pha ban đầu của I (rad) I = I0/√2 : cường độ dòng điện hiệu dụng. Ý nghĩa: nếu thay dòng điện xoay chiều có cường độ dòng điện cực đại là I0 bằng một dòng điện không đổi, để tác dụng của 2 dòng điện này là như nhau (công suất như nhau) thì dòng một chiều phải có cường độ là I. 2. Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều. Trang 5
6. Học liệu Lý thuyết Vật lý 12 – Năm học: 2021 - 2022 Nguyên tắc: dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Khi cho khung dây có N vòng dây, có diện tích S, quay đều quanh trục của nó với tốc độ góc ω, trong một từ trường đều B→, có phương vuông vuông góc với trục quay. Tại thời điểm ban đầu góc giữa B→ và vec tơ pháp tuyến n→ của mặt phẳng khung dây là φ Tại thời điểm t, từ thông qua cuộn dây: ф = NBScosα = NBS cos(ωt + φ) Khi đó trong mạch xuất hiện một suất điện động cảm ứng: Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung có biên độ E 0 = NBS ω Nếu cuộn dây khép kín có điện trở R thì cường độ dòng cảm ứng trong mạch là: => Đây là dòng điện xoay chiều. * Chú ý: - Giá trị hiệu dụng = giá trị cực đại/ √2. - Các giá trị về điện áp ghi trên vỏ các thiết bị máy móc là các giá trị hiệu dụng. BÀI 13. CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU 1. Độ lệch pha của điện áp u so với cường độ dòng điện i: kí hiệu là φ - Biểu thức cường độ dòng điện xoay chiều trong mạch có dạng i = I0cos(ωt + φ i ). - Biểu thức điện áp điện áp xoay chiều giữa hai đầu đoạn mạch có dạng u = U0cos(ωt + φ u) 2. Bảng so sánh các mạch điện chứa các phần tử khác nhau Trang 6
7. Học liệu Lý thuyết Vật lý 12 – Năm học: 2021 - 2022 3. Ý nghĩa của dung kháng Z C - Là đại lượng biểu hiện sự cản trở dòng điện xoay chiều của tụ điện. - Nếu C càng nhỏ hoặc f càng lớn thì Z C càng nhỏ, dòng điện xoay chiều ít bị cản trở. - Làm cho I sớm pha 90 0 so vời u. 4. Ý nghĩa của cảm kháng Z L - Là đại lượng biểu hiện sự cản trở dòng điện xoay chiều do định luật Lenxo về cảm ứng điện từ của cuộn cảm. - Nếu L càng nhỏ hoặc f càng lớn thì Z L càng lớn, dòng điện xoay chiều bị cản trở càng nhiều. - Làm cho I sớm pha 90 0 so vời u. - BÀI 14. MẠCH R, L, C NỐI TIẾP 1. Định luật Ôm cho đoạn mạch R, L, C mắc nối tiếp * Xét mạch điện gồm một điện trở R, một cuộn cảm thuần L và một tụ điện C mắc nối tiếp. Giả sử cường độ dòng điện xoay chiều trong mạch là: i = I√2 cos(ωt) Khi đó hiện điện thế giữa 2 đầu điện trở, cuộn cảm và tụ điện lần lượt là: uR = U 0R . cos(ωt)= IR√2 cos(ωt) uL = U 0L cos(ωt + π/2)= IZL√2 cos(ωt + π/2) uC = U 0C cos(ωt - π/2) = IZ C √2 cos(ωt - π/2) → Hiệu điện thế giữa 2 đầu đoạn mạch là: u = uR + uL + uC (1) Trang 7
8. Học liệu Lý thuyết Vật lý 12 – Năm học: 2021 - 2022 - Sử dụng phương pháp giản đồ Fre-nen : được gọi là tổng trở của mạch. 2. Độ lệch pha giữa điện áp và dòng điện φ = φu - φi tanφ = (UL - UC)/UR = (ZL - ZC)/R 3. Hiện tượng cộng hưởng. 2 Khi ZL = ZC ↔ ωL = 1/ωC ↔ ω LC = 1 thì tanφ = 0 nên Đó là hiện tượng cộng hưởng điện. BÀI 15. CÔNG SUẤT ĐIỆN TIÊU THỤ CỦA MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU. HỆ SỐ CÔNG SUẤT 1. Công suất của mạch điện xoay chiều. P = U.Icosφ + U: điện áp hiệu dụng (V). + I: cường độ hiệu dụng (A). + φ = φu - φi là độ lệch pha của u so với I (rad). + P : công suất tiêu thụ (W). + cosφ được gọi là hệ số công suất 2. Hệ số công suất - Ý nghĩa cosφ: thể hiện tỷ lệ giữa khả năng cung cấp công suất điện cho mạch (UI) và công suất điện thực tế tiêu thụ trong mạch - Từ hình vẽ giản đồ vecto của mạch RLC mắc nối tiếp ta có: - Nhận xét: Như vậy điện năng chỉ tiêu thụ trên R mà không tiêu thụ trên L và C. - Biến đổi công thức tính công suất: Trang 8
9. Học liệu Lý thuyết Vật lý 12 – Năm học: 2021 - 2022 - Khi đó điện năng tiêu thụ của mạch trong khoảng thời gian t là: W= P.t BÀI 16. TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG. MÁY BIẾN ÁP 1. Công suất hao phí khi truyền tải điện năng. - Đường dây dẫn điện có điện trở r. - Giả sử công suất phát điện tại nhà máy là Pphát = UphátIcosφphát . 2 - Khi đó công suất hao phí trên đường dây là Php = I r Nhận xét: Muốn giảm công suất hao phí trên đường dây ta có thể + Giảm thay đồng bằng vật liệu dẫn điện tốt hơn như bạc, vật liệu siêu dẫn,... → tốn kém. Tăng diện tích dây → khối lượng đồng tăng lên, lượng cột điện tăng lên → tốn kém. + Tăng hiệu điện thế nơi phát: khi Uphát tăng 10 lần thì Php giảm 100 lần → hiểu quả, không tốn kém→ cần một thiết bị biến đổi điện áp. 2. Hiệu suất truyền tải điện năng: 3. Máy biến áp: - Khái niệm: máy biến áp là máy có thể biến đổi điện áp xoay chiều. - Kí hiệu: như hình bên. - Phân loại: +) Máy tăng áp: máy làm tăng hiệu điện thế xoay chiều. +) Máy giảm áp: máy làm giảm hiệu điện thế xoay chiều. Trang 9
10. Học liệu Lý thuyết Vật lý 12 – Năm học: 2021 - 2022 - Cấu tạo: 2 bộ phận chính: +) Lõi biến áp: một khung sắt non có pha silic giúp truyền toàn bộ từ thông từ cuộn dây này sang cuộn dây kia. +) Hai cuộn dây D1,D2 quấn trên 2 cạnh đối diện của khung, có ddienj trở nhỏ và hệ số tự cảm lớn, có số vòng dây lần lượt là N1,N2. Cuộn dây nối vào nguồn phát điện gọi là cuộn sơ cấp, cuộn dây được nối ra các cơ sơ tiêu thụ là cuộn thứ cấp . - Nguyên tắc hoạt động: dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ. - Ứng dụng: nấu chảy kim loại, hàn điện, dùng trong truyền tải điện năng. ở nhà máy phát điện cần sử dụng máy tăng áp để tăng hiệu điện thế trước khi phát làm giảm hao phí trên đường dây, ở nơi tiêu thụ cần máy hạ áp để có hiệu điện thế phù hợp để sử dụng,... Thực nghiệm chứng minh: Nếu máy biến áp lý tưởng ( không có hao phí điện năng P1 = P2) BÀI 17. MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU 1. Máy phát điện xoay chiều một pha. - Khái niệm: là máy tạo ra một suất điện động xoay chiều hình sin. - Cấu tạo: phần cảm: các nam châm Phần ứng: các cuộn dây nối với nhau. Phần nào quay sẽ được gọi là rôto, phần nào đứng yên sẽ gọi là stato. - Nguyên tắc hoạt động: dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ. Phần cảm với p nam châm (p cặp cực) tạo ra một từ thông xuyên qua phần ứng (khung dây). Khi một trong hai bộ phận quay với tốc độ n (vòng/s) thì từ thông qua phần ứng sẽ biên thiên với tần số f = pn, nên ở phần ứng sẽ có một suất điện động xoay chiều hình sin cùng tần số f. Trang 10
11. Học liệu Lý thuyết Vật lý 12 – Năm học: 2021 - 2022 2. Máy phát điện xoay chiều ba pha. - Khái niệm: là máy tạo ra ba suất điện động xoay chiều hình sin cùng tần số, cùng biên độ và lệch pha nhau 2π/3. - Cấu tạo: Ba cuộn dây hình trụ giống nhau gắn cố định trên 1 vành tròn tại 3 vị trí đối xứng. Một nam chân quay quanh trục O với tốc độ góc ω không đổi - Nguyên tắc hoạt động: tương tự máy phát điện xoay chiều một pha. Khi nam châm quay ừ thông của mỗi cuộn dây sẽ biên thiên với tần số góc ω, cùng biên độ, nhưng lệch pha nhau 2π/3( do ba cuộn dây được đặt tại 3 vị trí đối xứng ( 3 trục của 3 cuộn dây đồng quy tại O và lệch nhau 2π/3) - Ứng dụng: tạo ra dòng điện xoay chiều ba pha: là hệ 3 dòng điện xoay chiều hình sin có cùng tần số, nhưng lệch pha nhau 2π/3, nếu tải là đối xứng thì 3 dòng điện có cùng biên độ. -Ưu điểm của dòng điện ba pha: truyền tải điện năng đi xa tiết kiệm dây, cung cấp điện cho các độ cơ điện ba pha, dùng phổ biến trong các nhà máy xí nghiệp. BÀI 18. ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 1. Động cơ không đồng bộ. - Từ trường quay: là từ trường có các vectơ cảm ứng từ B ⃗ quay trong không gian. VD: khi 1 nam châm quay quanh 1 trục sẽ tạo ra từ trường quay. - Sự quay không đồng bộ: là hai vật quay với tốc độ khác nhau. Động cơ không đồng bộ: là động cơ hoạt động dựa trên nguyên tắc quay không đồng bộ. 2. Động cơ không đồng bộ ba pha - Khái niệm: là động cơ sử dụng dòng điện ba pha để tạo ra sự quay không đồng bộ. - Cấu tạo: Stato: là bộ phân tạo ra từ trường quay: gồm ba cuộn dây giống hệt nhau đặt tại 3 vị trí đối xứng trên một vòng tròn. Rôto: là khung dây dẫn có thể quay dưới tác dụng của từ trường quay đặt trong lòng stato (để tăng hiệu quả thì ta ghép nhiề khung dây đồng trục quay gọi là rôto lồng sắt) Trang 11
12. Học liệu Lý thuyết Vật lý 12 – Năm học: 2021 - 2022 - Nguyên tắc hoạt động: Khi cho dòng điện xoay chiều 3 pha, tần số ω đi qua 3 cuộn dây của stato, tại tâm O của vòng tròn sẽ có một từ trường quay với tần số ωB bằng tần số ω. Khi đó từ trường quay sẽ làm rôto quay theo với tốc độ góc ω' luôn nhỏ hơn ω hay ω = ωB > ω' Trang 12