Đề cương Ôn tập vật lý 12 - Chương 1, 2, 3, 4

Chương 1: Dao động cơ học. I. Tóm tắt lý thuyết: 1. Dao động: Dao động Là chuyển động có giới hạn trong không gian lặp đi lặp lại xung quanh một vị trí cân bằng. Tuần hoàn Là dao động mà trạng thái của chuyển động được lặp lại như cũ sau những khoảng thời gian bằng nhau. Điều hoà Là dao động mà tọa độ mô tả bằng quy luật dạng sin hoặc cosin: trong đó là những hằng số. Tắt dần Là dao động có biên độ giảm dần theo thời gian Cưỡng bức Là dao động được duy trì dưới tác dụng của ngoại lực biến thiên tuần hoàn . Nếu tần số của lực cưỡng bức bằng với tần số riêng của vật dao động thì biên độ của dao động đạt cực đại.( Hiện tượng công hưởng) 2. Các đại lượng đặc trưng cho dao động điều hòa: Li độ độ dời của vật dao động so với gốc tọa độ( vị trí cân bằng) Vận tốc Cho biết vật chuyển động nhanh hay chậm. Vận tốc sớm pha hơn li độ Gia tốc Cho biết vận tốc của vật biến thiên nhanh hay chậm. Gia tốc ngược pha so với li độ và sớm pha so với vận tốc Chu kì , nếu trong thời gian t vật thực hiện được N dao động thì: (s) Thời gian vật thực hiện được một dao động. Tần số (Hz), nếu trong thời gian t vật thực hiện được N dao động thì: (Hz) Là số dao động thực hiện trong một đơn vị thời gian. Vận tốc góc (rad/s) Là đại lượng trung gian cho biết dao động thực hiện nhanh hay chậm. Động năng (J) Năng lượng của vật có được do chuyển động, là đại lượng biến thiên tuần hoàn theo thời gian với chu kì , tần số 2f. Thế năng (J) Là năng lượng có được do tương tác giữa các phần của lò xo, là đại lượng biến thiên tuần hoàn theo thời gian với chu kì , tần số 2f. Cơ năng Tổng động năng cộng thế năng. Là đại lượng không đổi theo thời gian( bảo toàn) 3. Các con lắc: Cấu tạo Điều kiện dao động điều hòa Chu kì Con lắc lò xo Một lò xo có khối lượng không đáng kể, một đầu cố định, một đầu gắn với một quả nặng Trong giới hạn đàn hồi của lò xo, ma sát không đáng kể Con lắc đơn Một dây mảnh, khối lượng không đáng kể, không dãn, một đầu treo cố định, một đầu gắn quả nặng m. Được treo ở nơi xác định, dao động không ma sát với biên độ góc nhỏ 4. Chú ý: -Li độ dao động đạt cực đại khi vật ở biên: x = A -Li độ dao động đạt cực tiểu khi vật ở vị trí cân bằng( VTCB): x =0 -Vận tốc của vật dao động đạt cực đại khi vật đi qua vị trí cân bằng: -Vận tốc của vật dao động đạt cực tiểu khi vật ở biên: - Gia tốc của vật dao động đạt cực tiểu khi vật ở vị trí cân bằng: - Gia tốc của vật dao động đạt cực đại khi vật ở vị trí biên: Với con lắc lò xo chu kì được tính bằng công thức: + Vậy chu kì của nó phụ thuộc vào độ cứng của lò xo và khối lượng đặt vào vật. Với con lắc đơn chu kì được tính bằng biểu thức: - Vậy chu kì của nó phụ thuộc vào chiều dài của dây treo và gia tốc rơi tự do + Gia tốc rơi tự do phụ thuộc vào vĩ độ địa lý và khoảng cách từ nơi treo con lắc đến tâm trái đất nên chu kì của con lắc cũng phụ thuộc vào các yếu tố này. + Sợi dây của con lắc có thể làm bằng các vật liệu khác nhau nên chiều dài của nó phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trường nên chu kì của nó cũng phụ thuộc vào yếu tố này. - Biểu thức độc lập: 5. Tổng hợp dao động điều hòa: a. Điều kiện để tổng hợp hai dao động điều hòa là hai dao động này phải cùng phương, cùng tần số. b. Công thức tổng hợp: Cho hai dao động điều hòa: +Với ta có dao động tổng hợp là tổng đại số của hai dao động trên: = + Với ta tổng hợp bằng phương pháp Fresnel: Biên độ tổng hợp là: Vận tốc góc tổng hợp: Pha ban đầu của dao động tổng hợp là: Nếu hai dao động thành phần: - Cùng pha: thì - Ngược pha: thì - Lệch pha nhau bất kì: II. Các dạng bài tập thường gặp: Dạng 1: Viết phương trình dao động điều hòa. Xác định các đặc trưng của một dao động điều hòa. + Xác định tần số góc ; Biên độ A và pha ban đầu Dạng 2: Xác định thời điểm vật đi qua li độ x0 và vận tốc v0: + Xác định thời điểm khi vật đi qua li độ x0. + Xác định thời điểm khi vật đạt vận tốc v0. + Xác định li độ khi vật có vận tốc v1. + Xác định vận tốc khi vật đi qua li độ x1. Dạng 3: Xác định quãng đường, vận tốc trung bình và số lần vật đi qua li độ x0 từ thời điểm t1 đến t2. Dạng 4: Xác định lực tác dụng cực đại và cực tiểu tác dụng lên vật và chiều dài của lò xo khi vật dao động. Dạng 5: Xác định năng lượng của dao động điều hòa. Dạng 6: Xác định thời gian ngắn nhất vật đi qua li độ x1 đến x2. Dạng 7: Xác định chu kì T của con lắc lò xo ghép nối tiếp và song song; Chu kì của con lắc đơn có chiều dài l =l1 + l2. Dạng 8: Tổng hợp hai dao động cùng phương cùng tần số. Dạng 9: Bài toán về sự cộng hưởng của dao động. Chương 2:Sóng cơ học. ÂM HọC 1. Sóng cơ học: a. Khái niệm: Sóng Là những dao động cơ học lan truyền trong môi trường vật chất theo thời gian ngang Là sóng có phương dao động vuông góc với phương truyền sóng dọc Là sóng có phương dao động trùng với phương truyền sóng. b. Các đại lượng đặc trưng cho sóng: Đại lượng Khái niệm Biểu thức. Chu kì sóng Là khoảng thời gian ngắn nhất mỗi phần tử môi trường có sóng truyền qua thực hiện một dao động. Tần số sóng Là số dao động mà mỗi phần tử môi trường thực hiện được trong một đơn vị thời gian. Bước sóng +Là khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm trên cùng một phương truyền sóng dao động cùng pha với nhau. + Là quãng đường mà sóng truyền đi được trong thời gian một chu kì dao động của sóng. Vận tốc sóng Là vận tốc truyền pha dao động. Biên độ sóng Biên độ sóng là biên độ dao động của phần tử vật chất tại điểm khảo sát khi có sóng truyền qua. - Những phần tử càng xa nguồn, năng lượng mà sóng truyền tới càng nhỏ. + Sóng là sóng cầu: Năng lượng truyển sóng ( giảm) tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách tới nguồn. + Sóng là sóng phẳng: Năng lượng truyền sóng( giảm) tỉ lệ nghịch với khoảng tới nguồn. + Sóng truyền trên một đường thẳng thì năng lượng truyển qua mọi điểm là như nhau. Năng lượng sóng + Sóng làm cho các phần tử môi trường có sóng truyền qua dao động nên sóng mang năng lượng. + Quá trình truyền sóng là quá trình truyền năng lượng. 2. Âm học: a. Dao động âm và sóng âm: - Dao động âm là dao động cơ học có tần số từ 16 Hz – 20 000 Hz ( 20 kHz). - Sóng âm là sóng cơ học có tần số từ 16 Hz – 20 000Hz. - Sóng siêu âm: là sóng có tần số f > 20 kHz. Có một số loài vật như: Cào cào; Dơi; Cá voi…. Có thể phát ra và cảm nhận được sóng siều âm. - Sóng hạ âm: là sóng có tần số f < 16 Hz. Tai người không thể cảm nhận được sóng hạ âm và sóng siêu âm hay sóng siêu âm và sóng hạ âm không gây ra cảm giác âm đối với tai ta. b. Môi trường truyền âm. Vận tốc âm: - Môi trường truyền âm: + Âm truyền được trong mọi môi trường vật chất đàn hồi: rắn, lỏng, khí + Âm không truyền được trong chân không. - Vận tốc: + Phụ thuộc vào tính đàn hồi và mật độ của môi trường, nhiệt độ của môi trường…: rắn > lỏng > khí. + Các chất nhẹ, mềm, xốp truyền âm kém. Chú ý: Khi sóng truyền qua hai môi trường có tính chất khác nhau thì vận tốc thay đổi nên bước sóng cũng thay đổi. Tuy nhiên chu kỳ T, tần số f và tốc độ góc thì không đổi. c. Các đặc trưng vật lí của âm: - Tần số: f = 16 Hz – 20 kHz. - Vận tốc âm khoảng 340 m/s trong không khí đến vài nghìn m/s trong chất rắn. - Bước sóng: (m). - Năng lượng âm – Cường độ âm – Mức cường độ âm: + Cường độ âm (I): tại 1 điểm là năng lượng truyền trong một đơn vị thời gian qua một đơn vị diện tích đặt vuông góc với phương truyền âm. Đơn vị : W/m2. + Mức cường độ âm(L): là đại lượng đo bằng log của tỷ lệ số giữa cường độ I tại điểm đang xét và cường độ âm chuẩn I0 của âm ( I0 = 10 – 12 W/m2) Mức cường độ âm có đơn vị là: Ben (B), đơn vị khác là dexiBen (dB): d. Các đặc tính sinh lí của âm: + Độ cao của âm: là đặc tính sinh lí của âm, nó phụ thuộc vào đặc tính vật lí của âm là tần số. - Nếu f nhỏ: Âm là âm trầm. - Nếu f lớn: Âm là âm cao (bổng). + Âm sắc: Là đặc tính sinh lí của âm, n ó phụ thuộc vào đặc tính vật lí của âm là biên độ và tần số. + Độ to của âm: là đặc tính sinh lí của âm, nó phụ thuộc vào đặc tính vật lí của âm là mức cường độ âm L và tần số âm. e. Ngưỡng nghe, ngưỡng đau và miền nghe được: - Ngưỡng nghe: Muốn gây cảm giác âm thì cường độ âm phải lớn hơn giá trị cực tiểu nào đó gọi là ngưỡng nghe. + ngưỡng nghe phụ thuộc vào tần số: Cụ thể khi f = 100 Hz thì ngưỡng nghe I = 10 – 12 W/m2; Khi tần số f = 50 Hz thì ngưỡng nghe I = 10 – 7 W/m2. + Tai người rất thính với những âm thanh có tần số f = 1000 – 5000 Hz mà giọng nói của phụ nữ có tần số nằm trong khoảng này nên các đài phát thanh thường dùng phát thanh viên là nữ. + Âm cao nghe rõ hơn âm trầm. - Ngưỡng đau: Khi cường độ âm W/m2 với mọi tần số của sóng âm, tai ta có một cảm giác đau đớn, nhức nhối gọi là ngưỡng đau. - Miền nghe được: Miền từ ngưỡng nghe đến ngưỡng đau gọi là miền nghe được. f. Nguồn âm và hộp cộng hưởng: - Nguồn âm: là những vật dao động phát ra âm thanh. VD: dây đàn rung động, cột không khí trong cây sáo, kèn trống, mõ… - Hộp cộng hưởng: Hộp rỗng có khả năng cộng hưởng đối với nhiều tần số khác nhau. 3. Hiện tượng giao thoa và sóng dừng: a. Hiện tượng giao thoa: - Hai sóng kết hợp: là hai sóng có cùng tần số, cùng pha hoặc có độ lệch pha không đổi. - Định nghĩa hiện tượng giao thoa: là sự tổng hợp hai hay nhiều sóng kết hợp trong không gian, trong đó có những chỗ cố định biên độ sóng được tăng cường hoặc giảm bớt. + Độ lệch pha của hai sóng truyền từ hai nguồn truyền tới một điểm M là: - Điểm có biên độ cực đại khi: - Điểm có biên độ cực tiểu khi: b. Sóng dừng: Sóng có các nút và bụng cố định trong không gian. - Những điểm cách đầu cố định một số nguyên lần nửa bước sóng thì là một nút sóng. - Những điểm cách đầu cố định một số lẻ lần bước sóng thì là một bụng sóng: II. Các dạng toán thường gặp: Dạng 1: Viết phương trình sóng tại điểm M trên phương truyền sóng các nguồn O đoạn x = OM. Dạng 2: Xác định trạng thái dao động của điểm M (Cực đại hay cực tiểu) bất kì trong miền giao thoa hai sóng. Dạng 3: Giao thoa với hai nguồn kết hợp S1 và S2. Tìm số gợn lồi (số dao động cực đại) và số gợn lõm (số dao động cực tiểu) trên S1S2. Dạng 4: Xác định điều kiện để có sóng dừng. Suy ra số điểm bụng, số điểm nút. Dòng điện xoay chiều. I. Tóm tắt kiến thức: 1. Dòng điện xoay chiều: a. Suất điện động xoay chiều: Cho khung dây phẳng có diện tích S quay đều với tốc độ góc quanh trục vuông góc với đường sức của từ trường đều có cảm ứng từ . Biểu thức suất điện động xuất hiện trong khung là (V) Trong đó ; pha ban đầu ; tần số góc . b. Điện cung cấp cho mạch ngoài: u: là điện áp tức thời. U0: là điện áp cực đại. (V) : là tốc độ góc ( rad/s) : pha ban đầu hiệu điện thế dao động điều hòa ( rad). c. Cường độ dòng điện ở mạch ngoài: (*) : dòng điện tức thời (A) I0: dòng điện cực đại (A) : pha ban đầu của dòng điện xoay chiều ( rad) Chú ý: Quy ước nói dòng điện xoay chiều là chỉ nói về dòng điện dao động điều hòa. Những dòng điện đổi chiều nhưng không điều hòa hay không được mô tả như biểu thức (*) thì không gọi là dòng điện xoay chiều. e. Các giá trị hiệu dụng: ; ; . f. Nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở R: Q: là nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở R (J) : là cường độ dòng điện cực đại. (A) : là cường độ dòng điện hiệu dụng (A) : là thời gian dòng điện xoay chiều chạy qua điện trở R. (s) II. Định luật Ôm cho các loại mạch điện: 1. Đoạn mạch điện chỉ có điện trở R; tụ điện C hoặc cuộn cảm L: Đoạn mạch chỉ có điện trở thuần Đoạn mạch chỉ có cuộn cảm Đoạn mạch chỉ có tụ điện Sơ đồ mạch điện R B A B A L C B A Đặc điểm - Điện trở R - Điện áp giữa hai đầu đoạn mạch biến thiên điều hòa cùng pha với dòng điện. - Cảm kháng: - Điện áp giữa hai đầu đoạn mạch biến thiên điều hòa sớm pha hơn dòng điện góc - Dung kháng: - Điện áp giữa hai đầu đoạn mạch biến thiên điều hòa trễ pha so với dòng điện góc Định luật Ôm 2. Dòng điện xoay chiều trong đoạn mạch RLC. Công suất của dòng điện xoay chiều: R L B A C Giả sử giữa hai đầu đoạn mạch RLC có điện áp thì trong mạch có dòng điện xoay chiều ; trong đó: ; = gọi là tổng trở của đoạn mạch RLC. ( là góc lệch pha giữa điện áp giữa hai đầu đoạn mạch với cường độ dòng điện chạy qua mạch). 3. Hiện tượng cộng hưởng trong đoạn mạch RLC nối tiếp: Khi hiện tượng cộng hưởng xảy ra: Cường độ dòng điện cực đại là: Điện áp giữa hai đầu đoạn mạch và cường độ dòng điện cùng pha. 4. Công suất của dòng điện xoay chiều: gọi là hệ số công suất. Công suất có thể tính bằng nhiều công thức khác nếu ta liên hệ giữa các đại lượng trong biểu thức với các công thức liên quan. IV: Máy phát điện: 1. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động: Máy phát điện xoay chiều một pha. Máy phát điện xoay chiều ba pha Nguyên tắc hoạt động Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Cờu tạo - Phần cảm: Tạo ra từ trường. - Phần ứng: Tạo ra dòng điện. Phần cảm cũng như phần ứng có thể quay hoặc đứng yên. Bộ phận quay gọi là rôto và bộ phận đứng yên gọi là stato. - Bộ góp: gồm hai vành khuyên đặt đồng trục, cách điện và hai chổi quét tì lên hai vành khuyên. - Tần số được phát ra: + n là tốc độ quay của rôto. + p là số cặp cực từ. - Stato: gồm ba cuộc dây đặt lệch nhau 1200 trên vòng tròn để tạo ra dòng điện. - Rôto là một nam châm điện tạo ra từ trường. 2. Dòng điện xoay chiều ba pha: a. Định nghĩa: Dòng điện xoay chiều ba pha là hệ thống ba dòng điện xoay chiều cùng biên độ, cùng tần số, nhưng lệch pha nhau một góc bằng rad, hay 1200, tức là lệch nhau về thời gian chu kỳ. b. Cách mắc dòng điện xoay chiều ba pha: * Cách mắc hình sao: + Điện áp giữa dây pha với dây trung hòa gọi là điện áp pha, ký hiệu là UP. + Điện áp giữa hai dây pha với nhau gọi là điện áp dây, ký hiệu là Ud + Liên hệ giữa điện áp dây và điện áp pha: + Dòng điện trong dây trung hòa luôn bằng 0. . Dây trung hòa còn được gọi là dây nguội, dây pha còn gọi là dây lửa hay là dây nóng. * Cách mắc tam giác: V. Động cơ không đồng bộ ba pha: 1. Nguyên tắc hoạt động: Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ và bằng cách sử dụng từ trường quay. 2. Cấu tạo: Gồm hai bộ phận chính: - Rôto hình trụ có tác dụng như cuộn dây quấn trên lõi thép. - Stato có ba cuộn dây của ba pha điện quấn trên lõi thép được bố trí trên một vòng tròn để tạo ra từ trường quay. VI. Máy biến thế: 1. Nguyên tắc hoạt động: Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. 2. Cấu tạo: - Lõi thép gồm nhiều lá thép mỏng kĩ thuật điện hình chữ nhật rỗng hoặc hình tròn rỗng ghép cách điện với nhau. - Hai cuộn dây dẫn có điện trở nhỏ quấn chung trên lõi thép, số vòng dây của hai cuộn dây khác nhau. Một cuộn nối với mạch điện xoay chiều gọi là cuộn sơ cấp và cuộn kia nối với tải tiêu thụ gọi là cuộn thứ cấp. 3. Sự biến đổi điện áp và cường độ dòng điện qua máy biến thế: * Gọi N1 và N2 lần lượt là số vòng dây của cuộn sơ cấp và thứ cấp. U1 và U2 lần lượt là điện áp hai đầu cuộn sơ cấp và thứ cấp. - Nếu N2 > N1 U2 > U1: Máy tăng áp. - Nếu N2 < N1 U2 < U1: Máy hạ áp. * Nếu bỏ qua mọi hao phí điện năng thì ta có P1 = P2 ( Trong đó P1 và P2 lần lượt là công suất tiêu thụ của cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp). Vậy dùng máy biến thế tăng hiệu điện thế lên bao nhiêu lần thì cường độ dòng điện giảm đi bấy nhiêu lần. 4. Sự truyền tải điện năng: Gọi là công suất cần truyền tải đi xa, Uph là điện áp trước khi truyền tải, r là điện trở của dây dẫn. Ta có lượng hao phí điện năng là: Từ biểu thức này ta thấy để giảm hao phí điện năng trong quá trình truyền tải ta cần: - Giảm điện trở của dây dẫn Biện pháp này chỉ nên dùng nếu cần truyển tải điện năng trong một phạm vi không lớn lắm. ( VD: Tăng tiết diện của dẫy dẫn, dùng vật liệu có tính dẫn điện tốt…) - Tăng hiệu điện thế trước khi truyền tải Biện pháp này được dùng trong việc truyền tải điện năng đi xa nơi tiêu thụ. ( Ta sử dụng máy biến thế. Cụ thể là dùng máy tăng thế trước khi truyền tải và dùng máy hạ thế trước khi tiêu thụ). II. Các dạng toán thường gặp: Dạng 1: Tìm tổng trở của đoạn mạch RLC mắc nối tiếp. Dạng 2: Đoạn mạch RLC nối tiếp. Cho biểu thức cường độ dòng điện đi qua đoạn mạch . Viết biểu thức điện áp giữa hai đầu điện trở R, hai đầu cuộn cảm L và giữa hai bản tụ điện C, giữa hai đầu đoạn mạch. Dạng 3: Đoạn mạch RLC nối tiếp. Cho biểu thức điện áp giữa hai đầu đoạn mạch . Viết cường độ dòng điện qua mạch, biểu thức điện áp giữa hai đầu điện trở R, hai đầu cuộn cảm L, giữa hai bản tụ điện C. Dạng 4: Xác định công suất tiêu thụ và hệ số công suất của đoạn mạch. Dạng 5: Đoạn mạch RLC nối tiếp, trong đó điện áp giữa hai đầu đoạn mạch, điện trở R không đổi. Tìm L (hay C, hay , f) để: + Công suất tiêu thụ của đoạn mạch (hay cường độ dòng điện qua mạch) đạt cực đại. + Điện áp và dòng điện cùng pha. Dạng 6: Đoạn mạch RLC nối tiếp, biết điện áp giữa hai đầu điện trở R, hai đầu cuộn cảm L, giữa hai bản tụ điện C. Tìm: + Điện áp giữa hai đầu đoạn mạch. + Góc lệch pha giữa điện áp hai đầu đoạn mạch và dòng điện. Dạng 7: Xác định tần số của dòng điện xoay chiều tạo bởi máy phát điện xoay chiều 1 pha. Dạng 8: Máy biến áp: Tìm cường độ dòng điện trong cuộn thứ cấp và điện áp hai đầu cuộn thứ cấp. Dạng 9: Các bài toán về truyền tải điện năng: Điện năng hao phí trên đường dây truyền tải. DAO Động và sóng điện từ I. Dao động điện từ: 1. Dao động điện từ trong mạch dao động: - Mạch dao động là mạch kín gồm tụ điện có điện dung C và cuộn cảm có độ tự cảm L. - Biến thiên của điện trường và từ trường trong mạch LC gọi là dao động điện từ. - Tần số góc: ; Chu kì: ; Tần số . 2. Năng lượng điện từ trong mạch dao động: - Năng lượng điện trường tập trung ở tụ điện, năng lượng từ trường tập trung ở cuộn cảm, năng lượng điện từ của mạch LC bằng tổng năng lượng điện trường và năng lượng từ trường. - Trong quá trình dao động của mạch, năng lượng từ trường và năng lượng điện trường luôn luôn chuyển hóa cho nhau nhưng tổng năng lượng điện từ là không đổi. 3. Sóng điện từ: - Quá trình lan truyền điện từ trường được gọi là sóng điện từ. - Sóng điện từ là sóng ngang. - Bước sóng của sóng điện từ: (c = 3.108m/s là tốc độ ánh sáng trong chân không). II. Các dạng bài toán thường gặp: Dạng 1: Xác định chu kì (tần số) dao động riêng của mạch dao động? Bước sóng của sóng điện từ? Dạng 2: Một máy thu vô tuyến điện có mạch LC ở lối vào có khả năng bắt sóng điện từ có tần số f (hoặc bước sóng ). Xác định C (hay L) của mạch dao động.