Bài soạn Vật lý lớp 10 - Trường THPT Nguyễn Trãi – An Khê

QUANG HỌC. I - Sự phản xạ ánh sáng : Định Luật: Tia phản xạ nằm trong mặt phẳng tới và ở bên kia pháp tuyến so tia tới. Góc phản xạbằng góc tới (i’ = i). 1)Gương phẳng: Vật và ảnh luôn luôn cùng độ lớn , đối xứng và trái tính chất với nhau qua gương(vật thật qua gương cho ảnh ảo hoặc vật ảo qua gương cho ảnh thật ). Định lý gương quay: “ Tia tới cố định , khi gương quay một góc quanh một trục vuông góc với mặt phẳng tới ,thì tia phản xạ quay một góc 2 cùng chiều quay với gương ”. Nguyên tắc chung:Tia tới qua vật ( hoặc có đường nối dài qua vật) thì cho tia phản xạ(hay tia ló) qua ảnh (hoặc có đường nối dài qua ảnh). Vật là giao điểm của chùm tia tới ; ảnh là giao điểm của chùm tia phản xạ(hay chùm tia ló) . 2) Gương cầu: Đường đi tia sáng: a) Tia tới qua tâm C của gương cầu(hoặc có đường kéo dài qua tâm) cho tia phản xạ trùng tia tới. b) Tia tới song song trục chính của gương cầu cho tia phản xạ qua tiêu điểm chính F (hoặc có đường kéo dài qua tiêu điểm chính F). c) Tia tới qua tiêu điểm chính F(hoặc có đường kéo dài qua tiêu điểm chính F ) cho tia phản xạ song song trục chính. d) Tia tới qua đỉnh O của gương cầu , cho tia phản xạ đối xứng với tia tới qua trục chính ( i’= i ) e) Nếu tia tới bất kỳ , thì tia phản xạ qua tiêu điểm phụ Fp (hoặc có đường kéo dài qua tiêu điểm phụ Fp). Gương cầu lõm: f = R/2 > 0 ; Gương cầu lồi : f = – R/2 < 0 Công thức xác định vị trí vật ảnh : 1/f = 1/d+ 1/d’ Vật thật (trước gương) : d > 0 ; Vật ảo(sau gương) : d < 0 Aûnh thật (trước gương): d’ > 0 ; Aûnh ảo(sau gương) : d’ < 0 Độ phóng đại của ảnh Vật ảnh cùng chiều (Vật ảnh khác tính chất : vật thật,ảnh ảo hoặc vật ảo, ảnh thật): k > 0 Vật ảnh ngược chiều( Vật ảnh cùng tính chất : vật thật,ảnh thật hoặc vật ảo, ảnh ảo):k < 0 Vị trí tương đối giữa vật và ảnh qua gương cầu : Aûnh vật luôn dịch chuyển ngược chiều. II - Sự khúc xạ ánh sáng : 1) Phát biểu định luật: Tia khúc xạ(IR) nằm trong mặt phẳng tới và ở bên kia pháp tuyến so với tia tới (SI). Đối với một cặp môi trường trong suốt nhất định thì tỉ số giữa sin góc tới (sini) và sin góc khúc xạ (sinr) luôn luôn là một số không đổi. Số không đổi này phụ thuộc vào bản chất của hai môi trường gọi là chiết suất tỉ đối của môi trường chứa tia khúc xạ (môi trường 2) đối với môi trường chứa tia tới (môi trường 1), ký hiệu n21 với: n1 là chiết suất tuyệt đối của môi trường 1 (môi trường chứa tia tới) n2 là chiết suất tuyệt đối của môi trường 2(môi trường chứa tia khúc xạ) Trong chân không hoặc trong không khí có chiết suất (tuyệt đối) n = 1 Trong những môi trường khác có chiết suất (tuyệt đối) n > 1 Trường hợp tia phản xạ vuông góc với tia khúc xạ : ( luôn đúng) 2) Sự phản xạ toàn phần: Tia sáng truyền từ môi trường chiết quang hơn sang môi trường chiết quang kém hơn. Góc tới lớn hơn góc giới hạn ( i > igh) với sini gh = < 1 3) Lăng kính : Các công thức(xét môi trường ngoài là không khí): sini = nsinr ; sini’= nsinr’ ; A = r + r’ ; D = i + i’– A Với i : góc tới ; i’: góc ló ; A : góc chiết quang ; D : góc lệch ; SI : tia tới ; RK : tia ló. Nếu góc tới (i) và góc chiết quang (A) là các góc nhỏ: è i= nr ; i’ =nr’ ; A = r + r’ ; D = (n - 1)A Góc lệch D đạt giá trị cực tiểu khi : i = i’ r = r’=A/2 è Tia tới và tia ló đối xứng với nhau qua mặt phẳng phân giác góc chiết quang A D = Dmin =2i – A 4/ Lưỡng chất phẳng: Công thức : nsini = n’sinr * Nếu i , r là các góc nhỏ: *Qua LCP vật và ảnh luôn luôn cùng độ lớn , cùng chiều , cùng phía và trái tính chất với nhau - vì thế từ (1) 5) Bản hai mặt song song (bản mặt song song): sini = nsinr Nếu i , r là các góc nhỏ: với n là chiết suất tỉ đối của BMSS đối với môi trường bên ngoài. Qua bản mặt song song vật và ảnh luôn luôn cùng độ lớn , cùng chiều và trái tính chất với nhau (SI // RK) III Thấu kính : 1) Đường đi tia sáng : a/ Tia tới qua quang tâm O của thấu kính cho tia ló truyền thẳng . b/ Tia tới song song trục chính của TK cho tia ló qua tiêu điểm ảnh chính F’ (hoặc có đường kéo dài qua tiêu điểm ảnh chính F’). c/ Tia tới qua tiêu điểm vật chính F (hoặc có đường kéo dài qua tiêu điểm vật chính F ) cho tia ló song song trục chính. d/ Nếu tia tới bất kỳ, thì tia ló qua tiêu điểm ảnh phụ F p(hoặc có đường kéo dài qua tiêu điểm ảnh phụ F p) 2) Các công thức : a/ Độ tụ(tụ số): với : + D đơn vị diốp (Dp) khi f ,R1,R2 có đơn vị là mét (m). thấukínhn + n là chiết suất tỉ đối của thấu kính đối với môi trường bên ngoài hay: + quy ước : TKHT : f , D > 0 ; TKPK : f , D < 0 Mặt cầu lồi : R1 , R2 > 0 Mặt cầu lõm : R1 , R2 < 0 Mặt phẳng : R 1 , R2 = vơ cùng b/ Công thức xác định vị trí vật ảnh : Như với gương cầu Vật thật (trước TK) : d > 0 ; Vật ảo (sau TK) : d < 0 Aûnh thật (sau TK): d’ > 0 ; Aûnh ảo (trước TK) : d’ < 0 c/ Độ phóng đại của ảnh : như gương cầu Vật ảnh cùng chiều (vật thật,ảnh ảo hoặc vật ảo, ảnh thật): k > 0 Vật ảnh ngược chiều(vật thật,ảnh thật hoặc vật ảo, ảnh ảo):k < 0 * Lưu ý: - Nếu các thấu kính ghép sát với nhau thì độ tụ hay tiêu cự tương đương của hệ là : D = D1 + D2+D3+. 2) Vị trí tương đối giữa vật và ảnh qua thấu kính : ảnh vật luôn dịch chuyển cùng chiều IV. Mắt và dụng cụ quang học 1) Mắt: * Nhìn cực viễn(Cv) è Nhìn không điều tiết è Vật ở xa mắt nhất. *Nhìn cực cận(Cc ) è điều tiết tối đa è Vật ở gần mắt nhất. *Khoảng cách từ điểm cực cận đến mắt khi không mang kính , còn gọi là khoảng cực cận : dc =Đ *Khoảng cách từ điểm cực viễn đến mắt khi không mang kính , còn gọi là khoảng cực viễn : dv *Mắt không có tật ( mắt bình thường ) : dc=25cm; dv = vô cùng *Mắt cận thị có điểm cực cận và cực viễn gần hơn mắt bình thường, để chửa bệnh cận thị phải mang thấu kính phân kỳ có độ tụ thích hợp sao cho nhìn rõ vật ở xa vô cùng (d=vô cùng ) mà mắt không điều tiết , lúc này ảnh của vật qua kính hiện lên tại điểm cực viễn của mắt . Khi đó : f = l – OCv l : khoảng cách mắt đến kính * Mắt viễn thị có điểm cực cận xa hơn mắt bình thường , để chửa bệnh viễn thị phải mang thấu kính hội tụ có độ tụ thích hợp sao cho nhìn rõ vật ở gần như mắt bình thường mà mắt phải điều tiết tối đa, lúc này ảnh của vật qua kính hiện lên tại điểm cực cận của mắt . 2) Kính lúp: Độ phóng đại của ảnh qua kính lúp : Độ bội giác: (công thức tổng quát) với α là góc nhìn ảnh của vật qua kính lúp (hay qua dụng cụ quang học) αo là góc nhìn trực tiếp vật AB ( nhìn khoảng cực cận ) *Ngắm chừng cực cận : *Ngắm chừng vô cực : *Mắt đặt tại tiêu điểm ảnh của kính lúp: 3) Kính hiển vi: Độ phóng đại của ảnh qua kính hiển vi : K = K1 .K2 Độ dài quang học kính hiển vi : Độ bội giác: (công thức tổng quát) *Ngắm chừng cực cận : Gc = /Kc/= /K1.K2/ *Ngắm chừng vô cực : 4) Kính thiên văn: (Dùng để quan sát vật ở xa vô cùng) Nếu ngắm chừng vô cực : *Khoảng cách giữa vật kính và thị kính : O1O2 = f1 + f2 * Độ bội giác: với f1 >> f2 Lưu ý : * Đối với các dụng cụ quang học , vị trí ngắm chừng là vị trí hiện của ảnh cuối qua quang cụ . * Kính lúp và kính hiển vi : * Kính thiên văn : DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU và DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU 1. Định nghĩa: Dòng điện xoay chiều là dòng điện có cường độ và chiều thay đổi theo qui luật hình sin đối với thời gian. i = I sin( ) với i là cường độ tức thời I là cường độ cực đại ( ) : là pha của i ; là pha ban đầu của i Đối với đoạn mạch RLC nối tiếp, hiệu điện thế hai đầu mạch có dạng: u = U sin( ) Với u là hiệu điện thế tức thời t U là hiệu điện thế cực đại phauphai là độ lệch pha của u và i phụ thuộc vào tính chất mạch điện Ta có thể áp dụng các công thức của dòng điện không đổi cho các giá trị tức thời của điện xoay chiều: 2. Cách tạo ra dòng điện xoay chiều: - Nguyên tắc: dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ - Cấu tạo: quay đều khung dây diện tích S trong từ trường không đổi với vận tốc góc Từ thông qua 1 vòng dây là: 1 vòng 0 Nếu khung có N vòng dây thì từ thông qua khung là: khung Sức điện động cảm ứng sinh ra là: là pha ban đầu Hiệu điện thế mạch ngoài là: u = e (R’ + r).i . Do R’ và r là điện trở khung dây và dây nối xem như không đáng kể nên Ta viết: u = U sin( ) với t là pha ban đầu của u . AB 0 AB u u Khi mạch ngoài gồm R, L, C kín thì dòng điện mạch ngoài là: sin( ) với t i = I 0 uAB ABu/i 3. Mạch điện không phân nhánh: 0 + Mạch chỉ có điện trở thuần: = (u ,i) = 60 R R U 0 sin( ) thì u = U sin(t t ) với i = I I 0 R 0 i i 0 R + Mạch chỉ có tụ C: (u,i) CC 2 U 1 0 sin( ) thì u = U sin(t ) với ; i = I Z t I 0 C 0C i i C 0 Z C 2 C + Mạch chỉ có cuộn thuần cảm L: (u,i) LL 2 U 0 i = I sin( ) thì u = U sin(t ) với ; ZL I t 0 L 0L i L 0 i Z 2 L + Mạch RLC nối tiếp: i = I sin( ) thì u = u = U sin(t t ) 0 AB RLC 0 i iAB U 22 0 ZR(ZZ ) với ; I AB LC 0 Z AB ZZ R LC ; tg cos AB AB R Z AB Qui ước về dầu: > Z : mạch có tính cảm kháng, u nhanh pha hơn i > 0 Khi z L C AB AB < 0 Khi z > Z : mạch có tính dung kháng, i nhanh pha hơn u C L AB AB U AB và i đồng pha, mạch cộng hưởng: Z = Z ; I = = 0 u AB L C max AB R Suy ra: u đồng pha với u AB R Z = R nên U = U Abmin AB R ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 1. Động cơ không đồng bộ ba pha: a) Nguyên tắc hoạt động: Điện năng của dòng điện xoay chiều được biến thành cơ năng nhờ các động cơ điện xoay chiều. Động cơ không đồng bộ ba pha là loại thông dụng nhất hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ và sử dụng từ trường quay: b) Từ trường quay của dòng điện ba pha: Từ trường quay được tạo ra bằng cách cho dòng điện ba pha chạy vào ba nam 0 châm điện đặt lệch nhau 120 trên một vòng tròn. Cách bố trí các cuộn dây tương tự như máy phát điện ba pha, nhưng trong động cơ điện, người ta đưa dòng điện từ ngoài vào các cuộn dây. c) Cấu tạo động cơ không đồng bộ ba pha: Gồm hai phần chính: Stato và rôto - Stato gồm các cuộn dây của ba pha điện quấn trên các lõi sắt bố trí trên một vành tròn để tạo ra từ trường quay. - Rôto hình trụ có tác dụng giống như một cuộn dây quấn trên lõi thép 2. Máy biến thế: a) Nguyên tắc hoạt động và cấu tạo: Máy biến thế là thiết bị cho phép làm biến đổi hiệu điện thế của dòng điện xoay chiều (không làm thay đổi tần số của dòng điện) - Nguyên tắc cấu tạo: gồm hai bộ phận chính: Lõi thép: làm từ nhiều lá thép mỏng (kĩ thuật điện) hình khung rỗng ghép cách điện với nhau. Hai cuộn dây: làm bằng đồng, điện trở rất nhỏ, quấn trên lõi thép. Số vòng của hai cuộn dây là khác nhau. Cuộn dây nối với mạng điện xoay chiều gọi là cuộn sơ cấp Cuộn dây nối với tải tiêu thụ gọi là cuộn thứ cấp - Nguyên tắc hoạt động: dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. b) Sự biến đổi hiệu điện thế và dòng điện qua máy biến thế - Xét một máy biến thế có cuộn sơ cấp gồm N vòng dây và cuộn thứ cấp có N’ vòng dây - Khi nối cuộn sơ cấp với mạng điện xoay chìêu có hiệu điện thế U thì ở hai đầu cuộn thứ cấp có một hiệu điện thế xoay chiều U’. Khi đó: UN UN Nếu: N’ > N thì U’ > U: máy tăng thế: N’ < N thì U’ < U: máy hạ thế IU Nếu bò qua sự mất mát năng lượng thì: IU 3. Chỉnh lưu dòng điện xoay chiều: Để tạo ra dòng điện một chiều, cách đơn giản và phổ biến nhất hiện nay là chỉnh lưu dòng điện xoay chiều. Mạch chỉnh lưu thường dùng là chỉnh lưu nửa chu kì và chỉnh lưu hai nửa chu kì. MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU MỘT PHA và DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU BA PHA 1. Máy phát điện xoay chiều một pha a. Nguyên tắc hoạt động của máy phát điện xoay chiều: Máy phát điện xoay chiều kiểu cảm ứng hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ b. Cấu tạo của máy phát điện xoay chiều Gồm khung dây qauy quanh trục x’x đặt trong từ trường đều. Hai đầu A, B của khung nối với hai vành khuyên đặt đồng trục với khung dây, tì lên hai vành khuyên là hai chổi quét. Khi khung dây quay, hai vành khuyên trượt trên hai chổi quét, dòng điện truyền qua vành khuyên và chổi quét ra mạch ngoài Hệ thống vành khuyên và chổi quét gọi là bộ góp - Phần tạo ra từ trường gọi là phần cảm - Phần tạo ra dòng điện gọi là phần ứng Phần cảm cũng như phần ứng có thể là bộ phận đứng yên hay chuyển động. Bộ phận đứng yên gọi là Stato còn bộ phận chuyển động gọi là rộto. Tần số của dòng điện do máy phát điện xoay chiều phát ra được tính bởi công thức: pn fH z 60 Trong đó: p là số cặp cực, n là tốc độ quay của rôto. Máy páht điện một pha còn gọi là máy dao điện một pha. 2. Dòng điện xoay chiều ba pha: Nguyên tắc của máy phát ba pha cũng giống như của máy phát một pha. Chỗ khác nhau chỉ là cách bố trí cuộn dây phần ứng. 1 Ba cuộn dây phần ứng được bố trí lệch nhau vòng tròn trên stato. Phương trình 3 ba dòng điện đó như sau: = I sin t i 1 0 2 i = I sin t 2 0 3 2 = I sin i t 3 0 3 Để sử dụng có hiệu quả dòng điện xoay chiều ba pha, người ta có thể dùng cách mắc hình tam giác hay hình sao. DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ – SÓNG ĐIỆN TỪ 1. Sự biến thiên điện tích trong mạch dao động: - Xét mạch dao động gồm tụ điện và cuộn cảm như hình vẽ : - Những phân tích lí thuyết cho kết quả: phương trình biểu diễn sự biến thiên của điện tích theo thời 1 (1) gian có dạng: q q 0 LC t Nghiệm của phương trình có dạng: q = Q sin( ) 0 Điều đó chứng tỏ điện tích của tụ điện trong mạch dao động biến thiên điều hòa 1 với tần số góc LC 2. Dao động điện từ trong mạch dao động Chọn điều kiện ban đầu thích hợp để nghiệm phương trình (1) có dạng: sin t. q = Q 0 - Năng lượng tức thời của tụ điện: 2 2 Q Q 1 2 2 0 0 W sintWsint W = qu = , với đ 0đ 0đ 2C 2C 2 - Năng lượng tức thới trong cuộn cảm: 2 Q 1 1 2 222 2 2 0 W = LI = LQcostcostWcost , với t 0 00 t 22C 2 2 Q 1 0 W 0t 2 2LI2C 0 2 Q 0 Năng lượng tổng hợp trong mạch dao động: W = W + W = W = = const. đ r 0 2C - Năng lượng trong mạch dao động gồm năng lượng điện trường tập trung ở tụ điện và năng lượng từ trường tập trung ở cuộn cảm. - Năng lượng từ trường và năng lượng điện trường đều biến thiên tuần hoàn theo cùng một tần số. Tại mọi thời điểm, tổng năng lượng từ trường và năng lượng điện trường là không đổi. Nói cách khác, năng lượng của mạch dao động được bảo toàn. - Dao động của mạch dao động có những tính chất như trên gọi là dao động điện từ. 1 chỉ phụ thuộc vào những đặc tính của mạch, vì vậy dao Tần số dao động LC 1 động điện từ của mạch dao động là một dao động tự do, là tần số dao động LC riêng của mạch. 3. Điện trường biến thiên và từ trường biến thiên: Bằng phương pháp toán học, Mắcxoen đã tìm ra: Khi một từ trường biến thiên theo thời gian, nó sinh ra một điện trường xoáy, là điện trường mà đường sức bao quanh các đường cảm ứng từ. Ngược lại, khi một điện trường biến thiên theo thời gian, nó sinh ra một từ trường xoáy, là từ trường mà đường cảm ứng từ bao quanh các đường sức điện trường. 4-Điện từ trường: Phát minh của Mắcxoen dẫn đến kết luận là không thể có điện trường hoặc từ trường tồn tại riêng biệt, độc lập với nhau. Điện trường và từ trường là hai mặt thể hiện khác nhau của một loại trường duy nhất gọi là điện từ trường. Điện từ trường lan truyền được trong không gian. 5. Sóng điện từ Điện từ trường do một điện tích điểm dao động theo phương thẳng đứng sẽ lan truyền trong không gian dưới dạng sóng. Sóng đó được gọi là sóng điện từ. Ta nói điện tích dao động đã bức xạ ra sóng điện từ. Tần số sóng điện từ bằng tần số f của điện tích dao động và vận tốc của nó trong chân không bằng vận tốc ánh sáng trong chân không c, có giá trị khoảng c = 300000km/s Năng lượng sóng điện từ tỉ lệ với lũy thừa bậc bốn của tần số. Sóng điện từ có những tính chất giống như một sóng cơ học thông thường. Ngoài ra, sóng điện từ còn truyền được cả trong chân không. Sóng điện từ được đặc trưng bởi tần số hoặc bước sóng, giữa chúng có hệ thức: