Đề cương ôn tập học kì II môn Vật lý Lớp 12 - Chương IV đến VII - Năm học 2017-2018 - Trường THPT Yên Hòa

THPT YÊN HÒA ĐỀ CƯƠNG HỌC KÌ II MÔN VẬT LÝ 12 Họ tên Lớp  = √푳푪 푫 풊 = 휺 = 풉풇 푬 = Năm học 2017-2018 PHẦN LÝ THUYẾT CHƯƠNG IV: DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ 1. Mạch LC (mạch dao động điện từ) - Một cuộn cảm có độ tự cảm L mắc nối tiếp với tụ điện có điện dung C thành một C L mạch điện kín gọi là mạch dao động. - Nếu điện trở của mạch rất nhỏ, coi như bằng không thì mạch là mạch dao động lí tưởng. 2. Dao động điện từ tự do trong mạch LC Sau khi tụ điện đã được tích điện, nó phóng điện qua cuộn cảm và tạo ra trong mạch LC một dao động điện từ tự dao (hay một dòng điện xoay chiều) a. Dao động điện từ tự do - Sự biến thiên điều hoà theo thời gian của điện tích q của một bản tụ điện và cường độ dòng điện i (hoặc cường độ điện trường E và cảm ứng từ B ) trong mạch dao động được gọi là dao động điện từ tự do. - Trong đó q , i , B , E biến thiên điều hoà theo thời gian với cùng 1 1 Tần số góc:  = Chu kì riêng: T= 2 LC Tần số: f = LC 2 LC b. Điện tích tức thời của một bản tụ điện: q=+ q0 cos( t ) q0 c. Hiệu điện thế tức thời giữa hai bản tụ điện: u=+ U0 cos( t ) Với U = 0 C d. Dòng điện tức thời trong mạch LC: i= I0 cos  t + + Với Iq00=  2 e. Năng lượng điện từ trong mạch dao động 2 12 1q 1 2 2 - Năng lượng điện trường tập trung trong tụ điện: W= Cu = = qcos ( t + ) C 2 2CC 2 0 11 - Năng lượng từ trường tập trung trong cuộn cảm: W= Li2 = q 2sin 2 ( t + ) L 22C 0 2 1q0 122 1 - Năng lượng điện từ của mạch dao động: W= W + W = = CU = LI = const CL2C 200 2 Trong quá trình dao động điện từ, có sự chuyển hoá qua lại giữa năng lượng điện trường và năng lượng từ trường nhưng tổng năng lượng điện từ là không đổi. 2 3. Hệ dao động Trên thực tế, các mạch dao động điện từ đều có điện trở nên năng lượng toàn phần bị tiêu hao, dao động điện từ trong mạch bị tắt dần. Để tạo dao động duy trì cho mạch, phải bù đắp phần năng lượng đã bị tiêu hao sau mỗi chu kì. Người ta sử dụng đặc tính điều khiển của tranzito để tạo dao động duy trì. Khi đó ta có hệ dao động. 4. Điện từ trường – Sóng điện từ a. Giả thuyết của Maxoen Tại bất cứ nơi nào, khi có từ trường biến thiên theo thời gian thì sẽ sinh ra trong không gian xung quanh đó một điện trường xoáy (đường sức là đường cong khép kín) biến thiên theo thời gian. Ngược lại khi điện trường biến thiên theo thời gian thì cũng sinh ra trong không gian xung quanh một từ trường xoáy (đường sức là đường cong khép kín) biến thiên theo thời gian. b. Điện từ trường - Điện trường biến thiên và từ trường biến thiên cùng tồn tại trong không gian. Chúng có thể chuyển hóa lẫn nhau trong một trường thống nhất được gọi là điện từ trường. - Trong thực tế, khi nói tới điện trường hay từ trường là chỉ xét tới từng mặt của một chỉnh thể là điện từ trường mà thôi, không bao giờ có sự tồn tại riêng biệt của điện trường hay từ trường cả. c. Sóng điện từ. Đặc điểm - tính chất của sóng điện từ Điện từ trường lan truyền trong không gian, kể cả trong chân không dưới dạng sóng. Đó là sóng điện từ. - Sóng điện từ truyền được trong mọi môi trường vật chất và cả trong chân không (không cần môi trường truyền sóng). - Sóng điện từ lan truyền trong chân không với tốc độ bằng tốc độ ánh 8 sáng ( c= 3.10 m / s ) và có bước sóng bằng  = c T = c / f . - Sóng điện từ mang năng lượng. Tần số của sóng điện từ là tần số của trường điện từ. Khi truyền từ môi trường này sang môi trường khác: f không đổi; v và  thay đổi. - Sóng điện từ là sóng ngang: E,à B v v tại một điểm tạo thành một tam diện thuận. Tại một điểm trong sóng điện từ thì dao động của điện trường ( E ) và của từ trường ( B ) luôn đồng pha. 5. Ứng dụng của sóng điện từ trong truyền thông a. Cấu tạo nguyên lí của hệ thống phát và thu sóng điện từ trong truyền thông - Phần phát gồm các bộ phận chính là: nguồn tín hiệu, máy tạo dao động cao tần, bộ phận biến điệu, anten phát. - Phần thu gồm các bộ phận chính là: anten thu, mạch chọn sóng, mạch tách sóng. b. Nguyên tắc thu sóng điện từ - Anten chính là một dạng dao động hở, dùng để thu và phát sóng điện từ trong không gian. - Nguyên tắc thu sóng điện từ dựa vào hiện tượng cộng hưởng điện từ, để thu được sóng điện từ có tần số f, thì ta cần phải điều chỉnh C hoặc L của mạch chọn sóng (là mạch LC) sao cho tần số riêng f0 của mạch bằng với f. - Bước sóng điện từ thu được là : = cT= c2 LC 3 CHƯƠNG V: SÓNG ÁNH SÁNG 1. Tán sắc ánh sáng a. Tán sắc ánh sáng ❖ Tán sắc ánh sáng là sự phân tách một chùm ánh sáng phức tạp thành các chùm ánh sáng đơn sắc, trong đó chùm màu đỏ bị lệch ít nhất, chùm màu tím bị lệch nhiều nhất. ❖ Nguyên nhân của hiện tượng tán sắc ánh sáng là do chiết suất của môi trường trong suốt phụ thuộc vào tần số (bước sóng) của ánh sáng. - Ánh sáng có tần số nhỏ (bước sóng dài) thì chiết suất của môi trường bé. - Ngược lại ánh sáng có tần số lớn (bước sóng ngắn) thì chiết suất của môi trường lớn. - Chiết suất của ánh sáng tăng dần từ đỏ cho tới tím. b. Ánh sáng đơn sắc Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng có bước sóng (tần số) và màu sắc xác định, nó không bị tán sắc mà chỉ bị lệch khi qua lăng kính. c. Ánh sáng trắng Ánh sáng trắng là hỗn hợp của nhiều ánh sáng đơn sắc khác nhau có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím. 2. Nhiễu xạ ánh sáng. Giao thoa ánh sáng a. Nhiễu xạ ánh sáng Nhiễu xạ ánh sáng là hiện tượng ánh sáng không tuân theo định luật truyền thẳng, khi ánh sáng truyền qua một lỗ nhỏ, hoặc gần mép những vật trong suốt hoặc không trong suốt. b. Giao thoa ánh sáng Hiện tượng giao thoa ánh sáng - Hai sóng ánh sáng kết hợp khi gặp nhau sẽ giao thoa với nhau, tạo thành các vân giao thoa. - Đối với ánh sáng đơn sắc: vân giao thoa là những vạch sáng tối xen kẽ nhau một cách đều nhau. - Đối với ánh sáng trắng: vân trung tâm có màu trắng, quang phổ bậc 1 có màu cầu vồng, tím ở trong, đỏ ở ngoài. Từ quang phổ bậc 2 trở lên không rõ nét vì có một phần các màu chồng chất lên nhau. Giao thoa bằng khe Young d1 F Đèn đơn sắc 1 x Vân sáng d2 Vân sáng a trung tâm D Vân tối F2 Màn chắn Hai khe hẹp Màn chắn 4 ax - Hiệu đường đi: dd21−= D - Vân sáng là vị trí hai sóng kết hợp gặp nhau và tăng cường lẫn nhau. Điều kiện: d2 − d1 = k (k Z) - Vân tối là vị trí hai sóng kết hợp gặp nhau và triệt tiêu lẫn nhau. 1 Điều kiện: d 2 − d1 = k +  (k Z) 2 D - Khoảng vân: là khoảng cách giữa hai vân sáng (hoặc tối) cạnh nhau i = a D - Vị trí có vân sáng: x== k i k ( k = 0, 1, 2, gọi là bậc giao thoa) s a 11 D - Vị trí có vân tối: xt = k + i = k + 22 a c. Kết luận Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng và giao thoa ánh sáng là bằng chứng thực nghiệm chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng. d. Một số công thức tính nhanh • Nếu thí nghiệm được tiến hành trong môi trường trong suốt có chiết suất n thì bước sóng và khoảng vân giảm n lần so với trong không khí: n =  n ; in = i n • Xác định số vân sáng, vân tối trong vùng giao thoa (trường giao thoa) có bề rộng L (đối xứng qua vân trung tâm) L + Số vân sáng: N s = 2 +1 2i Kí hiệu x: phần nguyên của x. Ví dụ [6]=6 ; [6,1]=6; [6,9]=6 L + Số vân tối: N t = 2 + 0,5 2i • Xác định số vân sáng, số vân tối giữa hai điểm M, N có tọa độ x1, x2 (giả sử x1< x2) + Vân sáng: x1 ki x2 5 + Vân tối: x1 (k + 0,5)i x2 Số giá trị k Z là số vân sáng (vân tối) cần tìm. Lưu ý: M,N ở cùng phía với vân trung tâm thì x1 và x2 cùng dấu M,N ở khác phía với vân trung tâm thì x1 và x2 khác dấu. • Xác định khoảng vân i biết trong khoảng L có n vân sáng L L + Nếu hai đầu là hai vân sáng thì: i = + Nếu hai đầu là hai vân tối thì: i = n −1 n L + Nếu một đầu là vân sáng, một đầu là vân tối thì: i = n − 0,5 • Khoảng cách dài nhất và ngắn nhất giữa vân sáng và vân tối cùng bậc k: D xk =[k − ( − 0,5) ] Khi vân sáng và vân tối nằm khác phía đối với vân trung tâm. Mina t đ D xk =[k + ( − 0,5) ] Khi vân sáng và vân tối nằm cùng phía đối với vân trung tâm. Mtax a đ e. Sự trùng nhau của các bức xạ 1, 2, (khoảng vân tương ứng là i1, i2, ) + Trùng nhau của các vân sáng: xs = k1i1 = k2i2 = ... k11 = k22 = ... + Khoảng cách nhỏ nhất giữa hai vân sáng trùng nhau: xmin=k1i1=k2i2= trong đó k1, k2, là số nguyên nhỏ nhất thỏa mãn + Trùng nhau của các vân tối: xt = (k1 + 0,5)i1 = (k2 + 0,5)i2 = ... (k1 + 0,5)1 = (k2 + 0,5)2 = ... Lưu ý: vị trí có màu trùng với vân sáng trung tâm là vị trí trùng nhau của tất cả các vân sáng của các bức xạ. f. Giao thoa với ánh sáng trắng( 0,38m  0,76m ) Nếu hai khe Young được chiếu bằng ánh sáng trắng thì chính giữa màn có vạch sáng trắng, hai bên là những dải màu như cầu vồng (quang phổ) tím ở trong và đỏ ở ngoài. D + Bề rộng quang phổ bậc k: x = k(i − i ) = k ( −  ) đ t a đ t + Xác định số vân sáng, số vân tối và các bức xạ tại một vị trí xác định(đã biết x) D ax - Vân sáng: x = k  = (k Z) a kD Với 0,38m  0,76m các giá trị của k  D ax - Vân tối : x = (k + 0,5)  = (k Z) a (k + 0,5)D Với 0,38m  0,76m các giá trị của k  3. Máy quang phổ. Các loại quang phổ 6 a. Máy quang phổ Định nghĩa: Máy quang phổ là dụng cụ dùng để phân tích chùm sáng phức tạp thành những thành phần đơn sắc khác nhau, dùng để nhận biết cấu tạo của một chùm sáng phức tạp do nguồn sáng phát ra. Cấu tạo - Ống chuẩn trực: để tạo chùm ánh sáng song song. - Hệ tán sắc: là lăng kính, làm nhiệm vụ tán sắc ánh sáng. - Buồng ảnh: ghi nhận ảnh quang phổ của các nguồn sáng. Nguyên tắc hoạt động: dựa trên hiện tượng tán sắc ánh sáng b. Phân tích quang phổ Phân tích quang phổ là phương pháp vật lí dùng để xác định thành phần hóa học của một chất hay hợp chất, dựa vào việc nghiên cứu quang phổ của ánh sáng do chất ấy phát ra. c. Các loại quang phổ Quang phổ Quang phổ liên tục Quang phổ vạch phát xạ Quang phổ vạch hấp thụ Là hệ thống các vạch màu Là hệ thống những vạch Là một dải màu biến thiên Định nghĩa riêng rẽ nằm trên một nền tối. tối riêng rẽ trên nền quang liên tục từ đỏ đến tím. phổ liên tục. Do chất khí hay hơi ở áp Do chiếu một chùm ánh Do các vật rắn, lỏng, khí suất thấp khi được kích thích sáng qua một khối khí hay hơi Nguồn phát có tỉ khối lớn khi được kích phát ra. được nung nóng ở nhiệt độ thích phát ra. thấp. Không phụ thuộc vào thành phần cấu tạo của nguồn Mỗi nguyên tố hóa học đều sáng, chỉ phụ thuộc vào nhiệt có một quang phổ vạch phát xạ Mỗi nguyên tố hoá học độ của nguồn sáng đặc trưng riêng cho nguyên tố đều có một quang phổ vạch Đặc điểm Nhiệt độ càng cao, miền đó (về số vạch, màu vạch, vị trí hấp thụ đặc trưng riêng cho phát sáng càng mở rộng về vạch và độ sáng tỉ đối giữa các nguyên tố đó. vùng ánh sáng có bước sóng vạch) ngắn. Dùng đo nhiệt độ của Dùng xác định thành phần Dùng xác định thành phần Ứng dụng nguồn sáng. cấu tạo của nguồn sáng. cấu tạo của nguồn sáng. 4. Các bức xạ không nhìn thấy Bức xạ (tia) Tia Hồng ngoại Tia Tử ngoại Tia Rơn ghen (Tia X) Là bức xạ không nhìn thấy Là bức xạ không nhìn thấy Là bức xạ không nhìn thấy Định nghĩa có bản chất là sóng điện từ, có có bản chất là sóng điện từ, có có bản chất là sóng điện từ, có bước sóng dài hơn bước sóng bước sóng ngắn hơn bước bước sóng ngắn hơn bước tia đỏ. sóng tia tím. sóng tia tử ngoại. Nguồn phát Mọi vật có nhiệt độ nóng Do vật bị nung nóng ở Tia X được tạo ra bằng ống hơn nhiệt độ môi trường. nhiệt độ cao phát ra. Rơn-ghen hay ống Cu-lit-giơ. - Tác dụng kính ảnh. - Tác dụng kính ảnh. Tính chất - Tác dụng vật lí: gây ra - Tác dụng vật lí: gây ra hiện tượng quang điện. hiện tượng quang điện. - Tác dụng hoá học: ion - Tác dụng hoá học: ion - Tác dụng kính ảnh. hóa không khí, phản ứng hóa không khí, phản ứng 7 quang hoá, tác dụng phát quang hoá, tác dụng phát - Tác dụng nhiệt. quang quang - Bi hơi nước hấp thụ - Tác dụng sinh học. - Tác dụng sinh học: diệt mạnh. khuẩn, huỷ diệt tế bào - Bị nước, thủy tinh hấp thụ mạnh. - Có khả năng đâm xuyên. - Trong công nghiệp: dò - Trong công nghiệp: kiểm tìm vết nứt, trầy xước trên tra khuyết tật của sản - Chụp ảnh vào ban đêm Công dụng bề mặt sản phẩm. phẩm đúc. - Dùng sấy khô, sưỡi ấm - Trong y học: dùng tiệt - Trong y học: dùng chiếu , - Dùng điều khiển từ xa. trùng, chữa bệnh còi chụp điện, chữa bệnh xương. ung thư. 5. Thang sóng điện từ. Nội dung cơ bản của thuyết điện từ ánh sáng a. Thang sóng điện từ b. Nội dung cơ bản của thuyết điện từ về ánh sáng - Ánh sáng là sóng điện từ có bước sóng rất ngắn lan truyền trong không gian. c - Mối liên hệ giữa tính chất điện từ và tính chất quang  v o c : tốc độ ánh sáng trong chân không. o  : hằng số điện môi. o  : độ từ thẩm. o v : vận tốc độ ánh sáng trong môi trường có hằng số điện môi và độ từ thẩm . - Hệ thức về chiết suất của môi trường n =  8 CHƯƠNG VI: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG 1. Hiện tượng quang điện ngoài. Các định luật quang điện a. Hiện tượng quang điện ngoài (hiện tượng quang điện) Hiện tượng quang điện là hiện tượng khi chiếu ánh sáng thích hợp vào mặt kim loại thì các electron ở mặt kim loại bị bật ra khỏi bề mặt kim loại. b. Các định luật quang điện - Định luật về giới hạn quang điện  0 Hiện tượng quang điện chỉ xảy ra khi  00;;f f  A - Định luật về cường độ dòng quang điện bão hòa Đối với ánh sáng thích hợp (có ) cường độ dòng quang điện bão hòa tỉ lệ thuận với cường độ của chùm ánh sáng kích thích. - Định luật về động năng cực đại của electron quang điện Động năng ban đầu cực đại của electron bay khỏi catốt không phụ thuộc vào cường độ của chùm ánh sáng kích thích, mà chỉ phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng kích thích và bản chất của kim loại. 2. Thuyết lượng tử ánh sáng a. Nội dung thuyết lượng tử ánh sáng - Chùm ánh sáng là một chùm các hạt phôtôn (lượng tử ánh sáng). Mỗi một phôtôn có năng lượng hoàn toàn hc xác định ()  ==hf (J)  : bước sóng ánh sáng đơn sắc f: tần số của sóng ánh sáng đơn sắc h=6,625.10-34Js: hằng số Plăng c=3.108m/s: vận tốc ánh sáng - Phân tử, nguyên tử, electron phát xạ hay hấp thụ ánh sáng, có nghĩa là chúng phát xạ hay hấp thụ phôtôn. - Các phôtôn bay dọc theo tia sáng với tốc độ c=3.108m/s trong chân không. b. Công thức Anhxtanh hc hc 1122  =A + Wd0 max = + m e v 0 max = hf 0 + m e v 0 max 0 22  : lượng tử năng lượng (J) A : công thoát (J) Wd0 max : động năng ban đầu cực đại (J) 0 : giới hạn quang điện của kim loại (m) f0 : tần số giới hạn (Hz) −31 me = 9,1.10 ( kg ) : khối lượng electron 1 m v2 = eU 2 e0 max h 3. Lưỡng tính sóng - hạt của ánh sáng - Ánh sáng vừa có tính chất sóng, vừa có tính chất hạt → ánh sáng có lưỡng tính sóng - hạt. - Trong mỗi hiện tượng quang học, ánh sáng thường thể hiện rõ một trong hai tính chất trên. Tính chất sóng thể hiện qua bước sóng  và tính chất hạt thể hiện qua năng lượng phôtôn  (bước sóng  càng lớn, tính chất sóng càng rõ và ngược lại năng lượng phôtôn càng lớn, tính hạt càng nổi trội). 4. Hiện tượng quang điện trong. Hiện tượng quang dẫn a. Hiện tượng quang điện trong 9 Hiện tượng quang điện trong là hiện tượng tạo thành các electron dẫn và lỗ trống trong bán dẫn, do tác dụng của ánh sáng thích hợp. b. Đặc điểm của hiện tượng quang điện trong - Muốn gây ra hiện tượng quang điện trong thì ánh sáng kích thích phải có bước sóng nhỏ hơn hoặc bằng giới hạn quang điện của bán dẫn.  00;;f f  A - Giới hạn quang điện của nhiều bán dẫn nằm trong vùng hồng ngoại. c. Hiện tượng quang dẫn Hiện tượng quang dẫn Hiện tượng quang dẫn là hiện tượng giảm điện trở suất, tức là tăng độ dẫn điện của bán dẫn, khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào. Giải thích hiện tượng quang dẫn bằng thuyết lượng tử ánh sáng Khi chiếu ánh sáng thích hợp vào bán dẫn (  00;;f f  Ath ) thì trong bán dẫn sẽ xuất hiện thêm lectron dẫn và lỗ trống. Do đó, mật độ hạt tải điện trong bán dẫn tăng, độ dẫn điện của bán dẫn tăng, tức là điện trở suất của nó giảm. Cường độ ánh sáng chiếu vào bán dẫn càng mạnh thì điện trở suất cùa nó càng nhỏ. 5. Quang điện trở - pin quang điện a. Quang điện trở Quang điện trở là một điện trở được làm bằng chất bán dẫn và có giá trị điện trở thay đổi được khi cường độ chùm sáng chiếu vào nó thay đổi. Quang điện trở được chế tạo dựa trên hiệu ứng quang điện trong. b. Pin quang điện Pin quang điện là nguồn điện, trong đó quang năng được biến đổi trực tiếp thành điện năng. Hoạt động dựa trên hiện tượng quang điện trong. 6. Sự hấp thụ và phản xạ lọc lựa ánh sáng. Hiện tượng hấp thụ ánh sáng Hiện tượng hấp thụ ánh sáng là hiện tượng môi trường vật chất làm giảm cường độ của chùm ánh sáng truyền qua nó. Định luật về hấp thụ ánh sáng Cường độ của chùm ánh sáng đơn sắc khi truyền qua môi trường hấp thụ, giảm theo định luật hàm mũ của − d độ dài đường đi của tia sáng. I= I0 e I : cường độ chùm ánh sáng đang xét I0 : cường độ chùm ánh sáng tới : hệ số hấp thụ của môi trường d : độ dài đường đi của tia sáng - Hấp thụ của môi trường có tính chất lọc lựa, hệ số hấp thụ phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng. - Màu sắc các vật là kết quả của sự hấp thụ và phản xạ, tán xạ lọc lựa ánh sáng chiếu vào nó. Phản xạ (tán xạ) lọc lựa Một số vật có khả năng phản xạ (tán xạ) ánh sáng mạnh, yếu khác nhau phụ thuộc vào ánh sáng tới. Ví dụ: tấm đồng có mặt đánh bóng phản xạ (tán xạ) mạnh ánh sáng có bước sóng dài nhưng yếu đối với ánh sáng có bước sóng ngắn. 7. Sự phát quang – Sơ lược về laze a. Sự phát quang Hiện tượng quang phát quang Hiện tượng quang phát quang là hiện tượng một chất hấp thụ ánh sáng có bước sóng này và phát ra ánh sáng có bước sóng khác. Đặc điểm 10