Đề cương ôn tập học kì I môn Vật lý Lớp 12 - Năm học 2019-2020 - Trường THPT Yên Hòa

TRƯỜNG THPT YÊN HÒA ĐỀ CƯƠNG HỌC KÌ I MÔN VẬT LÝ 12 Họ tên Lớp 풌 흎 = √ 품 흎 = √ 풍 흎 = √푳푪 Năm học 2019-2020 1 TRƯỜNG THPT YÊN HÒA CHƯƠNG I: DAO ĐỘNG CƠ. 1. Dao động điều hòa + Dao động là chuyển động qua lại quanh vị trí cân bằng. + Dao động tuần hoàn là dao động được lặp lại như cũ sau những khoảng thời gian bằng nhau (chu kì). + Dao động điều hòa là dao động trong đó li độ của vật là một hàm côsin (hay sin) của thời gian. + Phương trình dao động: x = Acos(t + ), trong đó: . x là li độ của dao động. . A là biên độ dao động; đơn vị cm, m; A>0, phụ thuộc cách kích thích. .  là tần số góc của dao động; đơn vị rad/s; >0 . (t + ) là pha của dao động tại thời điểm t; đơn vị rad; . là pha ban đầu của dao động; đơn vị rad. ( - π ≤ φ ≤ π) + Một điểm dao động điều hòa trên một đoạn thẳng luôn luôn có thể được coi là hình chiếu của một điểm tương ứng chuyển động tròn đều trên đường kính là đoạn thẳng đó. + Chu kì T của dao động điều hòa là khoảng thời gian để vật thực hiện một dao động toàn phần; đơn vị giây (s). + Tần số f của dao động điều hòa là số dao động toàn phần thực hiện được trong một giây; đơn vị héc (Hz). 2 1t 2 Tf= = =;2 = =  f N T + Vận tốc là đạo hàm bậc nhất của li độ theo thời gian: v = x' = - Asin(t + ) = Acos(t + + /2). + v luôn cùng chiều chuyển động. + Gia tốc là đạo hàm bậc nhất của vận tốc (đạo hàm bậc hai của li độ) theo thời gian: a = v' = x’’ = - 2Acos(t + ) = - 2x. + a luôn hướng về vị trí cân bằng; khi |v| tăng thì |a| giảm và ngược lại. + Vận tốc biến thiên điều hòa cùng tần số, sớm pha hơn /2 so với với li độ. Gia tốc biến thiên điều hòa cùng tần số nhưng ngược pha với li độ (sớm pha /2 so với vận tốc). 2 2 2 2 2 22v v2−− v 1 a 2 a 1 + Hệ thức độc lập Ax= +2;  = 2 2 = 2 2  x1−− x 2 v 1 v 2 2 + Tại vị trí biên (x = A): v = 0; |a| = amax =  A. + Tại vị trí cân bằng (x = 0): |v| = vmax = A; a = 0. + Chiều dài quỹ đạo bằng 2A. + Quãng đường vật đi được trong 1 chu kì T là 4A, trong 1/2T là 2A. Đường đi trong 1/4 chu kỳ là A khi vật đi từ VTCB đến vị trí biên hoặc ngược lại (còn các vị trí khác phải tính). + Mỗi chu kì vật qua vị trí biên 1 lần, qua các vị trí khác 2 lần (1 lần theo chiều dương và 1 lần theo chiều âm). + Tính khoảng thời gian ngắn nhất để vật đi từ vị trí x1 đến x2: −− T.( ) xx t =1 2 = = 1 2 cos ==12 ;cos  2 12AA + Sơ đồ phân bố thời gian 2 TRƯỜNG THPT YÊN HÒA 2. Con lắc lò xo + Con lắc lò xo là một hệ dao động điều hòa. k m 1 + Tần số góc, chu kì, tần số:  = ; T = 2 ; f = m k 2 ∆푙0 mg Với con lắc lò xo treo thẳng đứng 휔 = √ ; = 2 √ ( l0 là độ giãn của lò xo ở VTCB: =l0 ) ∆푙0 k  max −  min  max +  min + A = ℓmax – ℓcb; A = với ℓcb = 2 2 + Với con lắc lò xo nằm ngang thì lực kéo về và lực đàn hồi là một Với con lắc lò xo thẳng đứng hoặc đặt trên mặt phẳng nghiêng - Độ lớn lực đàn hồi có biểu thức: -A nén Fđh=k l0 + x với chiều dương hướng xuống -A Fđh=k l0 - x với chiều dương hướng lên l0 l0 giãn O O - Lực đàn hồi cực đại (lực kéo): giãn Fmax=k( l0 + A)=FKmax (lúc vật ở vị trí thấp nhất) A - Lực đàn hồi cực tiểu: A Nếu A < l0 Fmin=k( l0 - A)=FKMin x x Nếu A ≥ l0 Fmin=0 (lúc vật đi qua vị trí lò xo không biến dạng) Lực đẩy (lực nén) đàn hồi cực đại: FNmax=k(A - l0) (lúc vật ở vị trí cao nhất) + Một lò xo có độ cứng k, chiều dài l được cắt thành các lò xo có độ cứng k1, k2, và chiều dài tương ứng là l1, l2, thì có: kl=k1l1=k2l2= 3 TRƯỜNG THPT YÊN HÒA 1 2 1 2 2 2 + Động năng: Wđ = mv = m A sin (t+ ). 2 2 1 2 1 2 2 2 + Thế năng (mốc thế năng ở vị trí cân bằng): Wt = kx = m A cos (t + ). 2 2 1 2 1 2 1 2 1 2 2 + Cơ năng: W = Wt + Wđ = kx + mv = kA = m A = hằng số. 2 2 2 2 + Cơ năng của con lắc tỉ lệ với bình phương của biên độ dao động. + Cơ năng của con lắc được bảo toàn nếu bỏ qua mọi ma sát. A + Cứ sau thời gian T/4 thì động năng lại bằng thế năng, ở vị trí: x = . 2 A n + Khi Wđ = nWt → x = , v = A n +1 n +1 + Hợp lực tác dụng lên vật luôn hướng về vị trí cân bằng làm cho vật dao động điều hòa được gọi là lực kéo về. Lực kéo về có độ lớn tỉ lệ với li độ và là lực gây ra gia tốc cho vật dao động điều hòa, được viết dưới dạng đại số: F = -kx = -m2x. + Li độ, vận tốc, gia tốc, lực kéo về biến thiên điều hòa cùng tần số. + Dao động điều hoà có tần số góc là , tần số f, chu kỳ T. Thì động năng và thế năng biến thiên với tần số góc 2, tần số 2f, chu kỳ T/2 3. Con lắc đơn g 2 l 11 g + Khi 100:  = ; T ==2 ; f = = = l  g Tl22 + Tại cùng một nơi con lắc đơn chiều dài l1 có chu kỳ T1, con lắc đơn chiều dài l2 có 2 2 2 chu kỳ T2, con lắc đơn chiều dài l1 + l2 có chu kỳ T3 thì TTT3=+ 1 2 + Phương trình dao động (khi 100): s S0 s = S0cos(t + ) hoặc = 0 cos(t + ); với = ; 0 = l l 2 2 2 v 22v a=- s=- αl; Ss2=+ 2() 2 =+ 0  0 gl 1 2 + Động năng: Wđ = mv 2 + Thế năng (mốc thế năng ở vị trí cân bằng): Wt = mgl(1 - cos ) + Cơ năng của con lắc đơn được bảo toàn nếu bỏ qua mọi ma sát: 1 2 W = Wt + Wđ = mv + mgl(1 - cos ) = mgl(1 - cos 0) = hằng số 2 1 1mg 1 1 Khi 100: W =m2 S 2 = S 2 = mgl 2 = m  2 l 2 2 20 2l 0 2 0 2 0 + Công thức vận tốc và lực căng dây 11 . 100 : v g (22 ) ; T = mg(1+ 2 −1,5 2 ) ; W m2 S 2 mg 2 0 0 0 2200 0 . 0 10 : v 2g (cos cos0 ) ; T = mg(3cos − 2cos 0 ) ; W mgh00 mg (1 cos ) Chú ý: + vmax và T max khi = 0 + vmin và T min khi = 0 + Con lắc đơn chịu thêm tác dụng của lực F không đổi (ngoài trọng lực P và lực căng dây T ) PPF' =+ gọi là trọng lực hiệu dụng hay trọng lực biểu kiến VTCB là vị trí mà dây treo có phương trùng với phương của trọng lực hiệu dụng F gg' =+ gọi là gia tốc trọng trường hiệu dụng hay gia tốc trọng trường biểu kiến. m 4 TRƯỜNG THPT YÊN HÒA l Chu kỳ dao động của con lắc đơn khi đó: T '2= g ' + Biến thiên chu kì do nhiều nguyên nhân T 1  T 1 g - Do điều chỉnh chiều dài: = ; do thay đổi gia tốc: = - ; T 2  T 2 g T 1 h T d do nhiệt độ thay đổi: = t ; do thay độ cao: ; do độ sâu: = ; T 2 R T 2R D' do lực đẩy Acsimet: 2D T - Thời gian sai lệch trong 1 ngày đêm: ∆tnđ =  .86400 (s) T - Điều kiện đồng hồ chạy đúng: = 0 4. Dao động tắt dần, dao động cưỡng bức + Khi không có ma sát, con lắc dao động điều hòa với tần số riêng f0 chỉ phụ thuộc vào các đặc tính của con lắc. + Dao động có biên độ giảm dần theo thời gian gọi là dao động tắt dần. Nguyên nhân làm tắt dần dao động là do lực ma sát và lực cản của môi trường. Ứng dụng: giảm xóc trên xe cộ, cửa tự đóng Độ giảm cơ năng = công lực ma sát 2mg - Độ giảm biên độ sau ½ chu kì: ∆A1/2 = = 2x . Trong đó: kx0 = μmg k 0 + Dao động được duy trì bằng cách giữ cho biên độ không đổi mà không làm thay đổi chu kỳ dao động riêng gọi là dao động duy trì. VD: dao động của đồng hồ quả lắc. + Dao động chịu tác dụng của một ngoại lực cưỡng bức tuần hoàn gọi là dao động cưỡng bức. Dao động cưỡng bức có biên độ không đổi và có tần số bằng tần số f của lực cưỡng bức. Biên độ của dao động cưỡng bức phụ thuộc vào biên độ của lực cưỡng bức, vào lực cản trong hệ dao động và vào sự chênh lệch giữa tần số cưỡng bức f và tần số riêng f0 của hệ. Biên độ của lực cưỡng bức càng lớn, lực cản càng nhỏ và sự chênh lệch giữa f và f0 càng ít thì biên độ của dao động cưỡng bức càng lớn. A + Hiện tượng biên độ dao động cưỡng bức tăng dần lên đến giá trị cực đại khi tần số f của lực cưỡng bức tiến đến bằng tần số riêng f0 của hệ dao động gọi là hiện tượng cộng hưởng. Điều kiện cộng hưởng: f = f0. Đường cong (1) ứng với ma sát lớn, còn đường cong (2) ứng với ma sát nhỏ. (2) (1) 5. Tổng hợp các dao động điều hòa + Mỗi dao động điều hòa được biểu diễn bằng một véc tơ quay. Véc tơ này có gốc tại gốc O 0  tọa độ của trục Ox, có độ dài bằng biên độ dao động A và hợp với trục Ox một góc bằng pha ban đầu . + Phương pháp giản đồ Fre-nen: Lần lượt vẽ hai véc tơ quay biểu M diễn hai phương trình dao động thành phần. Sau đó vẽ véc tơ tổng của hai véc tơ trên. Véc tơ tổng là véc tơ quay biểu diễn phương M 2 (+) trình của dao động tổng hợp. A + Công thức tính biên độ và pha ban đầu của dao động tổng hợp: φ 2 2 2 φ M1 A = A1 + A2 + 2 A1A2 cos ( 2 - 1) 2 A sin + A sin φ1 x tan = 1 1 2 2 O P P1 P A1 cos 1 + A2 cos 2 2 + Nếu =2kπ (x1, x2 cùng pha) AMax=A1 + A2 5 TRƯỜNG THPT YÊN HÒA Nếu =(2k+1)π (x1, x2 ngược pha) AMin=A1 - A2 A1 - A2 ≤ A ≤ A1 + A2 22 Nếu =(2k+1) ( x1, x2 vuông pha) AAA=+ 2 12 6 TRƯỜNG THPT YÊN HÒA CHƯƠNG II: SÓNG CƠ VÀ SÓNG ÂM. 1. Sóng cơ và sự truyền sóng cơ. + Sóng cơ là dao động cơ lan truyền trong môi trường vật chất. + Sóng ngang là sóng trong đó các phần tử của môi trường dao động theo phương vuông góc với phương truyền sóng. Trừ trường hợp sóng mặt nước, sóng ngang chỉ truyền được trong chất rắn. + Sóng dọc là sóng trong đó các phần tử của môi trường dao động theo phương trùng phương truyền sóng. Sóng dọc truyền được cả trong chất khí, chất lỏng và chất rắn. Sóng cơ không truyền được trong chân không. + Khi có sóng các phần tử môi trường chỉ dao động tại chỗ, pha của dao động được truyền đi + Các phần tử môi trường nơi có sóng truyền qua đều dao động cùng chu kì, tần số với nguồn phát dao động. Khi truyền từ môi trường này sang môi trường khác chỉ có tần số không thay đổi. + Tốc độ truyền sóng: Là tốc độ lan truyền pha dao động. Tốc độ truyền sóng phụ thuộc vào bản chất môi trường (tính đàn hồi và mật độ vật chất môi trường). Đối với mỗi môi trường tốc độ có giá trị xác định. + Bước sóng : là khoảng cách giữa hai phần tử sóng gần nhau nhất trên phương truyền sóng dao động cùng pha. v Bước sóng cũng là quãng đường mà sóng truyền đi được trong một chu kỳ:  = vT = . f 2λ λ A E I B D F H Phương truyền sóng J C G + Nếu phương trình sóng tại nguồn O là uO = Acos(t + ) thì phương trình sóng tại M trên phương truyền sóng là: 2 x uM = Acos [(t - ) + ] = Acos (t + - ) 푣  + Độ lệch pha giữa hai điểm M, N cách nguồn một khoảng d1, d2 d − d d − d =  1 2 = 2 1 2 v  d d Nếu hai điểm đó nằm trên một phương truyền sóng và cách nhau một khoảng d thì =  = 2 v  Lưu ý: đơn vị của d,  và v phải tương ứng với nhau - M, N dao động cùng pha thì : = k.2 → d = k. 1  - M, N dao động ngược pha thì : = (2k +1) → d = (k + ). = (2k +1). 2 2  - M, N dao động vuông pha thì : = (2k +1) → d = (2k +1). 2 4 2. Giao thoa sóng + Hai nguồn kết hợp là hai nguồn dao động cùng phương cùng chu kì (hay tần số) và có hiệu số pha không thay đổi theo thời gian. Hai nguồn kết hợp có cùng pha là hai nguồn đồng bộ. + Hai sóng do hai nguồn kết hợp phát ra là hai sóng kết hợp. + Hiện tượng giao thoa là hiện tượng hai sóng kết hợp khi gặp nhau thì có những điểm ở đó chúng luôn luôn tăng cường lẫn nhau; có những điểm ở đó chúng luôn luôn triệt tiêu nhau. 7 TRƯỜNG THPT YÊN HÒA a. Hai nguồn dao động cùng pha u1 = u2 = Acost M Giả thiết biên độ dao động bằng nhau và không đổi trong quá trình truyền sóng. d1 d2 d − d d + d u = u + u = 2Acos( 2 1 )cos(t − 1 2 ) M 1M 2M S2   S1 d − d - Biên độ dao động tổng hợp tại M: A = 2A cos với = 2 2 1 M 2  - Biên độ dao động tổng hợp cực đại khi hai dao động cùng pha: =2k d 2 − d1 = k Quỹ tích những điểm dao động với biên độ cực đại là một họ đường hypebol. Khi k = 0 thì cực đại dao động là đường thẳng trung trực của S1S2. - Biên độ dao động tổng hợp cực tiểu khi hai dao động ngược pha 1 =(2k+1) d 2 − d1 = k +  2 Quỹ tích những điểm dao động với biên độ cực tiểu là một họ đường hypebol xen kẽ với họ các hypebol của những điểm dao động với biên độ cực đại. - Số điểm dao động cực đại trên đoạn S1S2 bằng số giá trị của k nguyên trong biểu thức: S1S2 S1S2 S1S2 − k NCĐ = 2 +1 + Kí hiệux: phần nguyên của x. Ví dụ [6,9]=6    - Số điểm dao động cực tiểu trên đoạn S1S2 bằng số giá trị của k nguyên trong biểu thức: S1S2 1 S1S2 S1S 2 1 − k + N CT = 2 +  2   2 - Trên đoạn thẳng nối hai nguồn, hai điểm dao động với biên độ cực đại hoặc hai điểm dao động với biên độ cực tiểu cạnh nhau cách nhau một khoảng /2. Khoảng cách ngắn nhất giữa một điểm dao động với biên độ cực đại với điểm có biên độ cực tiểu trên đoạn thẳng nối hai nguồn là /4. b. Trong hiện tượng giao thoa, nếu ban đầu hai nguồn kết hợp dao động đồng pha. Thay đổi để dao động của hai nguồn ngược pha thì vị trí các vân cực đại ban đầu sẽ trở thành các vân cực tiểu và ngược lại vị trí các vân cực tiểu được thay bằng các vân cực đại. 3. Sóng dừng + Nếu vật cản cố định thì tại điểm phản xạ, sóng phản xạ ngược pha với sóng tới và triệt tiêu lẫn nhau. + Nếu vật cản tự do thì tại điểm phản xạ, sóng phản xạ cùng pha với sóng tới và tăng cường lẫn nhau. + Sóng tới và sóng phản xạ nếu truyền theo cùng một phương, thì có thể giao thoa với nhau, và tạo ra một hệ sóng dừng. + Trong sóng dừng có một số điểm luôn luôn đứng yên gọi là nút, và một số điểm luôn luôn dao động với biên độ cực đại gọi là bụng. Khoảng cách giữa hai nút liên tiếp hoặc hai bụng liên tiếp bằng nửa bước sóng. + Đầu gắn với cần rung luôn là nút. Đầu cố định luôn là nút, đầu tự do luôn là bụng. + Thời gian ngắn nhất giữa hai lần sợi dây căng ngang là T/2. + Điều kiện để có sóng dừng giữa hai điểm cách nhau một khoảng l 8 TRƯỜNG THPT YÊN HÒA - Hai điểm đều là nút sóng:  l = k k N * 2 Số bụng sóng=số bó sóng=k Số nút sóng=k+1  - Hai điểm đều là bụng sóng: l = k k N * 2 Số bó sóng nguyên=k-1 Số bụng sóng=k+1 Số nút sóng=k - Một điểm là nút sóng, một điểm là bụng sóng: 1  l = (k + ) k N 2 2 Số bó sóng nguyên=k Số bụng sóng= Số nút sóng =k+1 + Biên độ sóng tại một điểm trên dây x - Biên độ sóng dừng tại vị trí cách nút một đoạn x: AM = 2A sin 2  d - Biên độ sóng dừng tại vị trí cách bụng một đoạn x: AM = 2A cos 2  4. Sóng âm + Sóng âm là những sóng cơ truyền trong các môi trường khí, lỏng, rắn. + Nguồn âm là các vật dao động. + Tần số dao động của nguồn cũng là tần số của sóng âm. + Âm nghe được (âm thanh) có tần số từ 16 Hz đến 20000 Hz. + Âm có tần số dưới 16 Hz gọi hạ âm. Âm có tần số trên 20000 Hz gọi là siêu âm. + Nhạc âm là âm có tần số xác định. + Âm không truyền được trong chân không. + Trong chất khí và chất lỏng, sóng âm là sóng dọc. Trong chất rắn, sóng âm bao gồm cả sóng dọc và sóng ngang. 9 TRƯỜNG THPT YÊN HÒA + Trong một môi trường, âm truyền với một tốc độ xác định. Tốc độ truyền âm phụ thuộc vào bản chất và nhiệt độ của môi trường. + Về phương diện vật lí, âm được đặc trưng bằng tần số, cường độ (hoặc mức cường độ) và đồ thị dao động của âm. + Ba đặc trưng sinh lí của âm là: độ cao, độ to và âm sắc. + Độ cao của âm là đặc trưng liên quan đến tần số của âm. + Độ to của âm là đặc trưng liên quan đến mức cường độ âm L. - Cường độ âm I là năng lượng sóng âm truyền qua một đơn vị diện tích, trong một đơn vị thời gian. E P I = = E(J), P(W): năng lượng, công suất phát âm của nguồn tS S I (W/m2): cường độ âm S (m2): diện tích mặt vuông góc với phương truyền âm P Với sóng cầu S = 4 R2 I = 4 R 2 - Mức cường độ âm I I L(B) = lg L(dB) = 10lg I o I o -12 2 I0=10 W/m ở 1000Hz : cường độ âm chuẩn Khi cường độ âm tăng lên 10n lần thì mức cường độ âm cộng thêm 10n dB. - Công thức liên hệ giữa mức cường độ âm, cường độ âm và khoảng cách tới nguồn âm 2 I R 1 2 L1 − L2 = lg = lg I 2 R1 + Âm sắc là đặc trưng của âm giúp ta phân biệt được các âm phát ra từ các nguồn khác nhau (âm sắc liên quan đến đồ thị dao động âm). + Miền nghe được: Ngưỡng nghe của âm là cường độ âm nhỏ nhất của một âm để có thể gây ra cảm giác âm đó. Ngưỡng đau là cường độ âm lớn nhất mà còn gây ra cảm giác âm. Lúc đó có cảm giác đau đớn trong tai. Miền nghe được là miền nằm trong phạm vi từ ngưỡng nghe đến ngưỡng đau. + Dây đàn: Tần số do đàn phát ra (hai đầu dây cố định hai đầu là nút sóng) v fk= ( k N*). 2l v Ứng với k = 1 âm phát ra âm cơ bản có tần số fcb= f = 1 2l k = 2,3,4 có các họa âm bậc 2 (tần số 2f1), bậc 3 (tần số 3f1) + Ống sáo: Tần số do ống sáo phát ra (một đầu bịt kín (nút sóng), một đầu để hở (bụng sóng) v fk=(2 + 1) ( k N). 4l 푣 Âm cơ bản: fcb= 4푙 Chỉ có các hoạ âm bậc lẻ 10