text:
Bồi dưỡng kiến thức cơ học
Chia sẻ: Trần Bá Trung | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:79
lượt xem 49
download
Bồi dưỡng kiến thức cơ học
Tham khảo tài liệu 'bồi dưỡng kiến thức cơ học', tài liệu phổ thông, vật lý phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả
Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!
Nội dung Text: Bồi dưỡng kiến thức cơ học
- Trung taâm LTÑH Tröôøng ÑHSP TP.HCM GV: Buøi Gia Noäi Lôøi môû ñaàu Theo chuû tröông cuûa Boä Giaùo Duïc & Ñaøo Taïo , töø naêm 2007 hình thöùc thi cöû ñaùnh giaù keát quaû hoïc taäp cuûa caùc em hoïc sinh ñoái vôùi moân Vaät Lyù seõ chuyeån töø hình thöùc thi töï luaän sang hình thöùc thi traéc nghieäm. Ñeå giuùp caùc em hoïc sinh hoï c taäp, reøn luyeän toát caùc kó naêng giaûi caùc baøi toaùn traéc nghieäm, ngöôøi bieân soaïn xin traân troïng göûi tôùi caùc baäc phuï huynh, caùc quyù thaày coâ, caùc em hoïc sinh moät soá taøi lieäu traéc nghieäm moân Vaät Lyù THPT Troïng taâm laø caùc taøi lieäu daønh cho caùc kyø thi toát nghieäp vaø ñaï i hoï c. Vôùi noäi dung ñaày ñuû , boá cuïc saép xeáp roõ raøng töø cô baûn ñeán naâng cao, ngöôøi bieân soaïn hi voïng caùc taøi lieäu naøy seõ giuùp ích cho caùc em trong vieäc oân luyeän vaø ñaït keát quaû cao trong caùc kì thi. Maëc duø ñaõ heát söùc coá gaéng vaø caån troïng trong khi bieân soaïn nhöng vaãn khoâng theå traùnh khoûi nhöõng sai soùt ngoaø i yù muoán, raát mong nhaän ñöôïc söï goùp yù xaây döïng töø phía ngöôøi ñoïc. Xin chaân thaønh caûm ôn! CAÙC TAØI LIEÄU ÑAÕ BIEÂN SOAÏN: @ Baøi taäp traéc nghieäm dao ñoäng cô hoïc soùng cô hoïc (400 baøi). @ Baøi taäp traéc nghieäm dao ñoäng ñieän soùng ñieän töø (400 baøi). @ Baøi taäp traéc nghieäm quang hình hoïc (400baøi). @ Baøi taäp traéc nghieäm quang lyù vaät lyù haït nhaân (400 baøi). @ Baøi taäp traéc nghieäm cô hoïc chaát raén ban khoa hoïc töï nhieân (250 baøi). @ Baøi taäp traéc nghieäm toaøn taäp vaät lyù 12 (1200 baøi). @ Tuyeån taäp 40 ñeà thi traéc nghieäm vaät lyù daønh cho oân thi toát nghieäp vaø ñaïi hoïc (2 t p). @ Ñeà cöông oân taäp caâu hoûi lyù thuyeát suy luaän vaät lyù 12 duøng cho thi traéc nghieäm. @ V n ki n h i th o H ng d n thi tr c nghi m (ST). @ Baøi taäp traéc nghieäm vaät lyù 11 theo chöông trình saùch giaùo khoa naâng cao. @ Baøi taäp traéc nghieäm vaät lyù 10 theo chöông trình saùch giaùo khoa naâng cao. Noäi dung caùc saùch coù söï tham khaûo taøi lieäu vaø yù kieán ñoùng goùp cuûa caùc taùc giaû vaø ñoàng nghieäp. Xin chaân thaønh caûm ôn! Moïi yù kieán xin vui loøng lieân heä: ': 0210.471.167 - 08.909.22.16 090.777.54.69 *: buigianoi@yahoo.com.vn GV: BUØI GIA NOÄI (Boä moân vaät lyù) Thaønh Phoá Hoà Chí Minh, tháng 06 naêm 2007 ': 090.777.54.69 Trang: 1
- Trung taâm LTÑH Tröôøng ÑHSP TP.HCM GV: Buøi Gia Noäi DAO ÑOÄNG CÔ HOÏC Caâu 1 : Ñònh nghóa dao ñoän g ñieàu hoøa. Vieát phöông trình, neâu ñònh nghóa caùc ñaïi löôïng trong phöông trình. Thaønh laäp coân g thöùc tính vaän toác vaø gia toác trong dao ñoäng ñieàu hoaø. Trình baøy moái lieân heä giöõa chuyeån ñoäng troøn ñeàu vaø dao ñoäng ñieà u hoøa. 1. ÑÒNH NGHÓA - VIEÁT PHÖÔNG TRÌNH Dao ñoäng ñieàu hoøa laø dao ñoäng coù ly ñoä x bieán ñoåi theo thôøi gian tuaân theo ñònh luaät hình sin (hay cosin). Phöông trình dao ñoäng ñieàu hoøa: x = Asin(wt + j) § A : bieân ñoä hay giaù trò cöïc ñaïi cuûa ly ñoä. § j : pha ban ñaàu laø ñaïi löôïng xaùc ñònh vò trí, vaän toác luùc t = 0. § (wt + j) : pha dao ñoäng laø ñaïi löôïng xaùc ñinh vò trí, vaän toác luùc t. § T laø chu kyø cuûa dao ñoäng. Noù laø khoaûng thôøi gian ngaén nhaát sau ñoù traïng thaùi dao ñoäng laäp laïi nhö cuõ hay thôøi gian ñeå vaät thöïc hieän ñöôïc 1 laàn dao ñoäng. § f laø taàn soá. Noù laø soá dao ñoäng maø vaät thöïc hieän trong moät ñôn vò thôøi gian. § w laø taàn soá goùc cuûa dao ñoäng. Laø ñaïi löôïng trung gian cho pheùp xaùc ñònh taàn soá vaø chu kyø 2p cuûa dao ñoäng theo coâng thöùc : w = = 2pf T 2. VAÄN TOÁC - GIA TOÁC - Vaän toác : v = x = Aw cos(wt + j) - Gia toác : a = x = - Aw2sin(wt + j) 3. LIEÂN HEÄ GIÖÕA CHUYEÅN ÑOÄNG TROØN ÑEÀU VAØ DAO ÑOÄNG ÑIEÀU HOØA Xeùt ñieåm M chuyeån ñoäng ñeàu treân voøng troøn (O, A) vôùi vaän toác goùc w : x M § ÔÛ t = 0 : M coù ly ñoä goùc laø j. P § ÔÛ t : M coù ly ñoä goùc laø (wt + j). A wt Mo Goïi P laø hình chieáu cuûa M xuoáng truïc x Ox, ta coù: j xp = OP = OMsin(wt + j) Þ xp = Asin(wt + j) O C (D) Ta thaáy chuyeån ñoäng cuûa P laø moät dao ñoäng ñieàu hoøa. Noùi khaùc ñi dao ñoäng ñieàu hoøa coù theå coi nhö laø hình chieáu cuûa moät chuyeån ñoäng troøn ñeàu xuoáng moät truïc naèm trong maët phaúng x' quyõ ñaïo. Caâu 2 : * Nhaän xeùt veà pha dao ñoäng giöõa v vaø x, giöõa a vaø x. * Cho bieát nhöõng ñieåm gioáng nhau vaø khaùc nhau giöõa dao ñoäng ñieàu hoøa vaø dao ñoäng tuaàn hoaøn. 1. Nhaäân xeùt veà pha dao ñoäng giöõa v vaø x; giöõa a vaø x p * v = A w cos (wt + j) = A w sin [(wt + j) + ] 2 x = A sin (wt + j) Þ v vaø x laø 2 ñaïi löôïng vuoâng pha * a = - A w sin (wt + j) = A w2 sin [(wt + j) + p ] 2 x = A sin (wt + j) Þ a vaø x laø 2 ñaïi löôïng ngöôïc pha ': 090.777.54.69 Trang: 2
- Trung taâm LTÑH Tröôøng ÑHSP TP.HCM GV: Buøi Gia Noäi 2. Ñieåm gioáng nhau vaø khaùc nhau cuûa hai dao ñoäng ñieàu hoøa vaø dao ñoäng tuaàn hoaøn * Gioáng nhau : - Ñeàu coù söï laëp laïi nhöõng khoaûng thôøi gian baèng nhau. - Hai ñao ñoäng ñeàu coù chu kyø, taàn soá. * Khaùc nhau: - Dao ñoäng ñieàu hoøa moâ taû baèng ñinh luaät hình sin vaø coù quyõ ñaïo luoân laø ñöôøng thaúng, trong khi dao ñoäng tuaàn hoaøn thì khoâng nhaát thieát phaûi caàn ñieàu kieän ñoùù. - Dao ñoäng ñieàu hoøa laø taäp con cuûa dao ñoäng tuaàn hoaøn, dao ñoäng tuaàn hoaøn laïi laø taäp con cuûa caùc dao ñoäng noùi chung. Caâu 3 : Dao ñoäng cuûa con laéc loø xo naèm ngang * Moâ taû caáu taïo vaø thí nghieä m. * Thieát laäp phöông trình dao ñoäng. 1. Moâ taû caáu taïo thí nghieäm veà con laéc loø xo - Xeùt moät heä goàm loø xo coù ñoä cöùng K, moät ñaàu gaén vaøo moät ñieåm coá ñònh, ñaàu kia mang quaû caàu khoái löôïng m, giöõa quaû caàu coù moät caùi raõnh cho pheùp noù chuyeån ñoäng doïc theo moät thanh ngang khoâng ma saùt. F - Choïn goác O laø vò töø luùc quaû caàu ñöùng yeân. ur N - Keùo quaû caàu ra khoûi vò trí caân baèng ñeán ly ñoä x = A roài K m O buoâng tay, quaû caàu chuyeån ñoäng nhanh daàn veà phía O, vöôït qua O u r do quaùn tính, roài chuyeån ñoäng chaäm daàn ñeán khi vaän toác baèng 0, P x sau ñoù chuyeån ñoäng nhanh ñaàn veà phía O roài laïi chaäm daàn ñeán khi O vaän toác baèng 0. Sau ñoù chuyeån ñoäng laëp laïi nhö cuõ. K 2. Thieát laäp phöông trình dao ñoäng cuûa con laéc loø xo O m a. Phaân tích löïc u r u r r F ÔÛ vò trí x hoøn bi chòu taùc duïng cuûa 3 löïc : troïng löïc P = mg , ur u r u r ur phaûn löïc N cuûa thanh ngang vaø löïc ñaøn hoài F cuûa loø xo. Vì P vaø N caân baèng nhau neân chæ coøn löïc F laøm cho hoøn bi dao ñoäng. Theo ñònh luaät Hooke thì F = - Kx, vôùi K laø ñoä cöùng cuûa loø xo coøn daáu tröø chæ löïc F luoân luoân höôùng veà vò trí caân baèng. b. Laäp phöông trình chuyeån ñoäng u ur u r r r Theo ñònh luaät 2 Newton: P + N + F = ma (*) Choïn chieàu döông nhö hình veõ, chieáu (*) xuoáng F Þ - Kx = mx Þ x= - - x m K Ñaët w2 = Suy ra x = w2x Hay x + w2x = 0 m Ñaây laø phöông trình vi phaân moâ taû chuyeån ñoäng cuûa con laéc loø xo Nghieäm cuûa phöông trình vi phaân coù daïng: x = Asin(wt + j) Vaäy chuyeån ñoäng cuûa con laéc loø xo laø moät ñao ñoäng ñieàu hoøa. Caâu 4 : * Laäp coâng thöùc lieân heä giöõa w vaø T. * Vieát coâng thöùc chu kì dao ñoäng cuûa con laéc loø xo coù chieàu daøi l treo vaät m. Neáu taêng chi u daøi loø xo laø 2l vaø vaãn treo vaät m thì chu kyø dao ñoäng cuûa con laéc loø xo theá naøo. ': 090.777.54.69 Trang: 3
- Trung taâm LTÑH Tröôøng ÑHSP TP.HCM GV: Buøi Gia Noäi 1. Quan heä giöõa w vaø T: 2p Ta coù : x = A sin(wt + j) ó x = A sin(wt + j +2p) ó x = A sin [w( t + ) + j] w 2p 2p Vaäy li ñoä taïi thôøi ñieåm t baèng ly ñoä ôû thôøi ñieåm ( t + ), neân khoaûng thôøi gian goïi w w 2p laø chu kyø cuûa ñao ñoäng ñieàu hoøa. T= w 2. Coâng thöùc chu kyø cuûa con laéc loø xo: K 2p m * Vì w = ÞT= = 2p m w K * Heä soá ñaøn hoài cuûa loø xo: S K K=E vôùi E laø suaát young. Þ chieàu daøi taêng 2 laàn thì ñoä cöùng giaûm 2 laàn: K = l 2 m Þ T = 2p . 2=T 2. Vaäy chu kyø taêng 2 laàn. K Caâu 5: Laäp moãi lieân heä giöõa ly ñoä, bieân ñoä vaø taàn soá cuûa vaät dao ñoäng ñieàu hoaø x2 Ta coù : x = A sin(wt + j) Þ sin2(wt+j)= A2 v2 v = A w cos(wt + j) Þ cos2(wt + j) = A 2 w2 x2 v2 Þ 2 + 2 2 =1 A Aw Caâu 6: * Dao ñoäng cuûa con laé c ñôn: Caáu taïo vaø laäp phöông trình dao ñoäng * So saùnh hai phöông trình cuûa con laéc loø xo vaø con laé c ñôn * Dao ñoäng cuûa con laé c ñôn coù phaû i laø dao ñoäng töï do khoâng? 1. CAÁU TAÏO VAØ PHÖÔNG TRÌNH DAO ÑOÂNG CUÛA CON LAÉC ÑÔN: a. Caáu taïo: Con laéc ñôn goàm hoøn bi coù khoái löôïng m treo vaøo daây daøi coù khoái löôïng vaø ñoä daõn khoâng ñaùng keå. b. Laäp phöông trình: ao a Hôïp löïc taùc duïng leân vaät m coù ly ñoä goùc a u r r u r r r r ì P :troïng löïc T F = P + t = mavôùi í r u r î t : löïc caêngdaây F Chieáu hôïp löïc leân tieáp tuyeán: O u r - mgsin a = m aT laø gia toác tieáp tuyeán: aT = s P ® - gsin a = s (*) Ñieàu kieän: a0 nhoû (a0 < 100) ': 090.777.54.69 Trang: 4
- Trung taâm LTÑH Tröôøng ÑHSP TP.HCM GV: Buøi Gia Noäi s s g Þ sin a = a = Þ - g = s'' => s''+ s=0 l'' l l g Ñaët w2 = Þ s + w2 s = 0 (1) l Phöông trình (1) laø phöông trình vi phaân moâ taû ñao ñoäng cuûa con laéc ñôn. Noù coù nghieäm : s = s0 sin(wt + j) (2) Phöông trình (2) laø phöông trình dao ñoäng cuûa con laéc ñôn. Phöông trình cho thaáy con laéc l ñôn ñao ñoäng ñieàu hoøa vôùi chu kyø: T = 2p g 2. SO SAÙNH: * Gioáng nhau: Hai phöông trình cuûa con laéc loø xo vaø con laéc ñôn coù daïng toaùn hoïc gioáng nhau vaø ñeàu moâ taû dao ñoäng ñieàu hoøa. * Khaùc nhau: K · Taàn soá goùc khaùc nhau. Ñoái vôùi con laéc loø xo thì w = chæ phuï thuoäc vaøo heä kín ( loø m g xo vaø vaät), trong khi ñoái vôùi con laéc ñôn thì w = chæ phuï thuoäc vaøo g. l · Khi khoâng ma saùt thì dao ñoäng con laéc loø xo laø dao ñoäng ñieàu hoøa, trong khi dao ñoäng cuûa con laéc ñôn chæ gaàn ñuùng laø dao ñoäng ñieàu hoøa khi bieân ñoä nhoû. 3. ÑOÁI VÔÙI DAO ÑOÄNG NHOÛ : (a0 < 100) thì chu kyø con laéc ñôn khoâng phuï thuoäc bieân ñoä, maø phuï thuoäc ñoä lôùn gia toác troïng löïc g. Taïi vò trí coá ñònh ñoái vôùi traùi ñaát g khoâng ñoåi, dao ñoäng cuûa con laéc ñôn ñöôïc coi laø dao ñoäng töï do. Caâu 7: Khaûo saùt ñònh tính vaø ñònh löôïng söï bieán ñoåi naêng löôïng trong dao ñoäng ñieàu hoøa cuûa con laéc loø xo. 1. KHAÛO SAÙT ÑÒNH TÍNH: (Söï bieán ñoåi naêng löôïng) § Keùo hoøn bi töø vò trí caân baèng O ñeán bôø B cb thì löïc keûo thöïc hieän coâng vaø truyeàn cho + hoøn bi moät naêng löôïng ban ñaàu laø theá naêng ñaøn hoài. § Thaû hoøn bi töùc laø löïc keùo maát ñi thì löïc ñaøn hoài keùohoøn bi chuyeån B ng nhanh daàn veà vò B O ñoä trí caên baèng O. Ñoäng naêng hoøn bi taêng, theá naêng loø xo giaûm. § Taïi vò trí caân baèng O, theá naêng loø xo baêng khoâng, ñoäng naêng hoøn bi cöïc ñaïi r § Do quaùn tính hoøn bi tieáp tuïc chuyeån ñoäng ñeán bôø B', löïc ñaøn hoài f ñoåi chieàu laøm hoøn bi chuyeån ñoäng chaäm daàn: ñoäng naêng hoøn bi giaûm, theá naêng loø xo taêng. § Taïi bôø B', hoøn bi döøng laïi, loø xo neân toái ña, ñoäng naêng hoøn bi baèng khoâng theá naêng loø xo cöïc ñaïi. § Sau ñoù hoøn bi döôùi taùc duïng löïc ñaøn hoài laïi chuyeån ñoäng veà vò trí caân baèng O vaø quaù trình nhö treân ñöôïc laäp laïi. Vaäy: Trong quaù trình dao ñoäng cuûa con laéc loø xo coù söï chuyeân hoùa giöõa ñoäng naêng vaø theá naêng ': 090.777.54.69 Trang: 5
- Trung taâm LTÑH Tröôøng ÑHSP TP.HCM GV: Buøi Gia Noäi 2. KHAÛO SAÙT ÑÒNH LÖÔÏNG: (Söï baûo toaøn naêng löôïng) 1 2 1 *) Ñoäng naêng hoøn bi: Eñ = mv vôùi v = Aw cos(wt + j) Þ Eñ = mA2w2cos2(wt + j) 2 2 1 2 *) Theá naêng loø xo: Et = Kx vôùi x = Asin(w + j) vaø K = mw2 2 1 => Et = mw2A2sin2(wt + j) 2 1 *) Cô naêng: E = Et +Eñ ó E = mw2A2 [cos2(wt + j) + sin2(wt + j)] 2 1 E = mw2A2 2 Vaäy: Trong suoát quaù trình dao ñoäng cô naêng caûa con laéc laø khoâng ñoåi vaø tæ leä vôùi bình phöông cuûa bieân ñoä dao ñoäng Caâu 8: * Ñoäng naêng vaø theá naêng cuûa con laéc loø xo bieán ñoåi ñieàu haøa vôùi taàn soá goùc bao nhieâu . * Neáu khoái löôïng taêng 4 1aàn vaø bieân ñoä giaûm 2 laàn thì cô naêng con laéc loø xo ñoåi theánaøo. 1. Ta coù: 1 * Eñ = mA2w2 cos2 (wt + j) 2 1 + cos(2wt + 2j) vì cos2 ( t + ) = 2 1 1 = + cos(2wt + 2j) 2 2 1 1 Þ Eñ = m A2w2 + mA2 w2cos (2wt + 2j) 4 4 Vaäy Eñ bieán ñoåi ñieàu hoøa vôùi taàn soá goùc w0 = 2w vaø f0 = 2f => chu kì T0 = 0,5T * Töông töï Et bieán ñoåi ñieàu hoøa vôùi taàn soá goùc w0 = 2w vaø f0 = 2f => chu kì T0 = 0,5T * Eñ , Et bieán ñoåi ñieàu hoøa cuøng taàn soá nhöng ngöôïc pha nhau. 1 2. Cô naêng: E = m A2 w2. 2 KK w Khi m = 4 m Þ w = == m' 4m 2 2 A A 1 w2 A 2 A = ÞA 2= Vaäy E = .4m. . 2 4 2 4 4 1 1 E E = ( mA 2 w2 ) Þ E = Vaäy cô naêng giaûm 4 laàn. 4 2 4 Caâu 9: Khaûo saùt ñònh tính vaø ñònh löôïng söï bieán ñoåi naên g löôïng cuûa con laéc ñôn trong khi dao ñoäng. Chöùng minh raèng neáu dao ñoä ng cuûa con laéc ñôn laø dao ñoä ng ñieàu hoøa thì cô naêng cuûa noù khoân g ñoåi vaø tæ leä vôùi bình phöông cuûa bieân ñoï dao ñoäng. ': 090.777.54.69 Trang: 6
- Trung taâm LTÑH Tröôøng ÑHSP TP.HCM GV: Buøi Gia Noäi 1. KHAÛO SAÙT ÑÒNH TÍNH: (Söï bieán ñoåi naêng löôïng) § Keùo con laéc ñôn leäch khoûi vò trí caân baèng moät goùc a0 thì löïc keùo thöïc hieän moät coâng vaø truyeàn cho con laéc ñôn moät theá naêng troïng tröôøng. § Thaû nheï hoøn bi thì löïc keûo maát ñi, hoøn bi chuyeån ñoäng nhanh daàn vaø vò trí caân baèng vaø theá naêng giaûm daàn trong khi ñoäng naêng taêng. § Hoøn bi veà vò trí caân baèng, theá naêng baèng khoâng, ñoäng naêng cöïc ñaïi. § Do quaùn tính hoøn bi leân cao daàn. Theá naêng hoøn bi taêng, ñoäng naêng giaûm. § Khi hoøn bi leân vò trí cao nhaát B thì döøng laïi. Ñoäng naêng baèng khoâng vaø theá naêng cöïc ñaïi. § Sau ñoù hoøn bi chuyeån ñoäng nhanh daàn ñeàu veà vò trí caân baèng O vaø quaù trình nhö treân taùi dieãn. Vaäy: Trong quaù trình dao ñoäng coù söï chuyeån hoùa giöõa theá naêng vaø ñoäng naêng 2. KHAÛO SAÙT ÑÒNH LÖÔÏNG: (Söï baûo toaøn naêng löôïng) a § Theá naêng : Et = mgh vôùi h = l - l cos a = l (1 - cosa) = 2lsin2 2 1 g s 1 s2 1 Þ Et = mg l a2 vì w2 = vaø a = Þ Et = mgl 2 = mw2s2 2 l l 2 l 2 1 Maët khaùc: s = sosin(wt + j) Þ Et = mw2 s2 sin2(wt + j) 0 2 1 2 § Ñoäng naêng: Eñ = mv vôùi v =sowcos(wt + j) Þ Eñ = mw2 s2 cos2(wt + j) 0 2 1 2 2 § Cô naêng: E = Et + Eñ ó E = mw s0 2 Vaäy: Trong quaù trình dao ñoäng ñieàu hoøa cô naêng cuûa con laéc ñôn laø khoâng ñoåi vaø tæ leä vôùi bình phöông cuûa bieân ñoä dao ñoäng Caâu 10: - Phaùt bieåu caùc ñònh nghóa: dao ñoäng töï do, dao ñoäng cöôõng böùc, heä dao ñoäng - Dao ñoäng töï do vaø dao ñoäng cöôõng böùc coù ñieåm naøo gioáng nhau vaø khaù c nhau 1. Phaùt bieåu ñònh nghóa: v Dao ñoäng töï do: laø dao ñoäng maø chu kyø chæ phuï thuoäc caùc ñaëc tính cuûa heä dao ñoäng nhöng khoâng phuï thuoäc caùc yeáu toá beân ngoaøi v Dao ñoäng cöôõng böùc: laø dao ñoäng chòu taùc duïng cuûa löïc cöôõng böùc bieán thieân tuaàn hoaøn F = Fosin(wt + j) vôùi Fo laø bieân ñoä ngoaïi löïc. v Heä giao ñoäng: laø heä coù khaû naêng thöïc hieän dao ñoäng töï do. Sau khi bò kích thích heä dao ñoäng seõ töï noù thöïc hieän dao ñoäng theo chu kyø rieâng cuûa noù. 2. Dao ñoäng töï do vaø dao ñoäng cöôõ ng böùc coù ñieåm naøo gioáng vaø khaùc nhau: v Gioáng nhau: ñeàu coù tính tuaàn hoaøn (dao ñoäng ñieàu hoøa) v Nhaù c nhau: Chu kyø vaø taàn soá cuûa dao ñoäng cöôõng böùc phuï thuoäc ngoaïi löïc taùc duïng trong khi dao ñoäng töï do thì khoâng. ': 090.777.54.69 Trang: 7
- Trung taâm LTÑH Tröôøng ÑHSP TP.HCM GV: Buøi Gia Noäi Caâu 11: Bieåu dieãn dao ñoäng ñieà u hoøa baèng phöông Phaùp giaùn ñoà vectô quay Fresnel Phöông phaùp vectô quay döïa treân tính chaát: moät dao ñoäng ñieàu hoaø coù theå ñöôïc coi nhö hình chieáu cuûa moät chuyeån ñoäng troøn ñeàu xuoáng moät truïc naèm x trong maët phaúng quyõ ñaïo. M + P - Giaû söû caàn bieåu dieãn dao ñoäng: x = Asin(wt + j) Ta veõ moät truïc naèm ngang (D) vaø moät truïc thaúng ñöùng wt Mo (t = 0) r j x'x caét (D) taïi O. Veõ moät vectô A coù goác taïi O: coù ñoä daøi baèng O (D) bieân ñoä A vaø taïo vôùi truïc (D) moät goùc baèng j taïi thôøi ñieåm t = 0. r Cho vectô A quay ñeàu theo chieàu döông löôïng giaùc vôùi vaän toác r goùc w. Luùc ñoù chuyeån ñoäng cuûa hình chieáu ñaàu muùt vectô A xuoáng truïc x'x laø moät dao ñoäng ñieàu hoøa: x' x = OP = Asin(wt + j) r - Ta keát luaän raèng dao ñoäng ñieàu hoøa x = Asin(wt + j) ñöôïc bieåu dieãn baèng vectô quay A Caâu 12: Toång hôïp hai dao dao ñoäng ñieàu hoøa cuøng phöông, cuøng taàn soá baèng phöông phaùp vectô quay. 1. TOÅNG HÔÏP HAI DAO ÑOÄNG ÑIEÀU HOØA CUØNG PHUÔNG CUØNG TAÀN SOÁ BAÈNG PHÖÔNG PHAÙP VECTÔ QUAY: Xeùt vaät tham gia 2 dao ñoäng ñieàu hoøa cuøng phöông, cuøng ña soá: x1 = A1sin(wt + jl) x x2 = A2sin(wt + j2) M Dao ñoäng toång hôïp: x = x1 + x2. Tìm x baèng phöông phaùp M2 vectô quay. Ta veõ caùc vectô bieåu dieãn x1, x2, x nhö hình veõ: · Ta thaáy M1OM 2 = j1 - j2 = haèng A2 r r A Cho hai vectô A1 ,A 2 , quay quanh O theo chieàu döông vôùi vaän toác goùc w khoâng ñoåi. Khi ñoù hình bình haønh OM1MM2 M1 khoâng bieán daïng neân vectô toång hôïp coù ñoä lôùn khoâng ñoåi vaø cuõng j A1 quay quanh O theo chieàu ñöông vôùi vaän toác goùc w. j1 r r Vì toång ñaïi soá caù c hình chieáu cuûa hai vectô A1 ,A 2 O (D) r xuoá ng truïc x'Ox baèng hình chieáu cuûa vectô A1 xuoáng truïc ñoù neân chuyeån ñoäng toån g hôïp cuûa hai ñao ñoäng ñieàu hoø a cuø ng phöông vaø cuøng ña soá laø moä t dao ñoäng ñieàu hoø a cuø ng phöông vaø cuøn g ña soá . r Do ñoù vectô A1 bieåu dieãn dao ñoäng ñieàu hoøa toång hôïp vaø goùc j bieåu dieãn pha ban ñaàu cuûa ñao ñoäng toång hôïp. 2. BIEÂN ÑOÄ VAØ PHA BAN ÑAÀU CUÛA DAO ÑOÄNG TOÅNG HÔÏP: uuuu r uuuuu uuuuu r r Coù OM = OM1 + OM 2 Chieáu xuoáng truïc (D) vaø truïc x x: Acosa = A1cosj 1 + A2cosj2 (1) Asina = A1sinj 1 + A2sinj2 (2) (l)2 + (2)2 cho A 2 = A1 + A 2 + 2A1A 2 cos(j1 - j2 ) 2 2 ': 090.777.54.69 Trang: 8
- Trung taâm LTÑH Tröôøng ÑHSP TP.HCM GV: Buøi Gia Noäi (2) A sin j1 + A 2 sin j2 cho tgj = 1 (1) A1 cos j1 + A 2 cos j2 § Neáu x1 vaø x2 dao ñoäng cuøng pha : j1 - j2 = K2p Þ A = A1 + A2 § Neáu x1 vaø x2 dao ñoäng ngöôïc pha : j1 - j2 = (2K + 1)p Þ A = A1 - A 2 § Neáu x1 vaø x2 dao ñoäng baát kyø : A1 - A 2 < A < (A1 + A2) Caâu 13: Dao ñoäng taét daàn: ñònh nghóa, nguyeân nhaân, ñaëc ñieåm. 1. Ñònh nghóa: Dao ñoäng taét daàn laø dao ñoäng coù bieân ñoä giaûm daàn theo thôøi gian. 2. Nguyeân nhaân: Trong thöïc teá caùc vaät ñeàu dao ñoäng trong moät moâi tröôøng xaùc ñònh neân caùc taùc duïng ma saùt cuûa moâi tröôøng ñoù. Do phaûi thöïc hieän coâng ñeå thaéng ma saùt neân naêng löôïng heä cô giaûm daàn laøm cho bieân ñoä giaûm daàn vaø cuoái cuøng vaät döøng laïi ôû vò trí caân baèng. 3. Ñaëc ñieåm: x § Löïc ma saùt nhoû thì dao ñoäng taét daàn chaäm. Ví duï: con laéc ñao ñoäng trong khoâng khí. t x § Löïc ma saùt lôùn thì dao ñoäng taét daàn nhanh. Ví duï: con laéc dao ñoäng trong nöôùc. t x § Löïc ma saùt quaù lôùn thì con laéc khoâng dao ñoäng Ví duï: con laéc dao ñoäng trong nhôùt. t Caâu 14: - Trình baøy veà dao ñoäng cöôõng böùc. Bieân ñoä dao ñoäng cöôõng böùc phuï thuoä c vaøo yeáu toá naøo? - Söï coäng höôûng cô hoïc laø gì? Neâu moät ví duï veà coäng höôûng coù lôïi vaø coù haïi - Haõy cho bieát caùc ñieåm gioáng nhau vaø khaùc nhau giöõa dao rieâng cöôõng böù c vaø söï töï dao ñoäng. 1. Dao ñoäng cöôõ ng böùc: Thoâng thöôøng, moät heä dao ñoäng chòu taùc duïng löïc ma saùt cuûa moâi tröôøng neân sinh coâng aâm laøm giaûm cô naêng vaø dao ñoäng bò taét ñaàn. Muoán duy trì dao ñoäng, ta taùc duïng leân heä moät ngoaïi löïc bieán thieân tuaàn hoaøn: F = F0sin(wt + j) vôùi F0 laø bieân ñoä cuûa ngoaïi löïc; w laø taàn soá goùc Trong thôøi gian Dt raát ngaén, dao ñoäng cuûa heä laø moät dao ñoäng phöùc taïp do söï toång hôïp cuûa dao ñoäng rieâng cuûa heä vaø dao ñoäng cuûa ngoaïi löïc. Sau thôøi gian Dt, dao ñoäng rieâng taét haún vaø heä chæ dao ñoäng vôùi ña soá cuûa ngoaïi löïc. Ñoù laø ñao ñoäng cöôõng böùc. a. Ñònh nghóa: Dao ñoäng cöôõng böùc laø dao ñoäng gaây ra bôûi moät ngoaïi löïc bieán thieân tuaàn hoaøn F = F0sin(wt + j) goïi laø löïc cöôõng böùc. ': 090.777.54.69 Trang: 9
- Trung taâm LTÑH Tröôøng ÑHSP TP.HCM GV: Buøi Gia Noäi b. Ñaëc ñieåm: § Coù taàn soá baèng taàn soá cuûa ngoaïi löïc § Coù bieân ñoä phuï thuoäc söï cheânh leäch giöõa taàn soá f cuûa löïc cöôõng böùc vaø taàn soá dao ñoäng rieâng f0 cuûa heä ñao ñoäng. 2. Coäng höôûng cô: a. Ñònh nghóa: Söï coäng höôûng laø hieän töôïng bieân ñoä cuûa dao ñoäng cöôõng böùc taêng ñoät ngoät khi ña soá cuûa löïc cöôõng böùc xaáp xæ baèng taàn soá rieâng cuûa heä dao ñoäng. b. Thí duï veà coäng höôû ng: v Coäng höôûng coù lôïi: Moät em nhoû cuõng coù theå ñöa voõng cho moät ngöôøi lôùn leân raát cao. Neáu em taùc duïng leân voõng moät ngoaïi löïc coù taån soá f0 gaàn baèng ñuùng taàn soá rieâng f0 cuûa voõng, nghóa laø löïc keùo cuûa tay aên nhòp vôùi nhòp ñong ñöa cuûa voõng, sau moät thôøi gian, bieân ñoä dao ñoäng cuûa voõng raát lôùn. Neáu muoán döøng söùc ñeå ñaåy voõng moät laàn leân cao nhö vaäy, em nhoû seõ khoâng laøm ñöôïc. v Coäng höôûng coù haïi: Chieác caàu, beä maùy, khung xe,... laø nhöõng heä thoáng dao ñoäng coù taàn soá rieâng. Neáu ñeå chuùng dao ñoäng cöôõng böùc vôùi moät vaät dao ñoäng khaùc ñaët leân chuùng (ví duï: moät maùy phaùt ñieän lôùn), chuùng coù theå rung leân raát maïnh vaø coù theå bò gaõy. 3. Ñieåm gioáng nhau vaø khaùc nhau giöõa dao ñoäng cöôõng böùc vaø söï töï dao ñoäng: v Gioáng nhau: Duy trì dao ñoäng laâu nhôø ñöôïc buø naêng löôïng (ñeå thaéng löïc ma saùt) v Khaùc nhau: Söï töï dao ñoäng khoâng caàn taùc duïng cuûa ngoaïi löïc trong khi dao ñoäng cöôõng böùc laø do ngoaïi löïc taùc duïng. Caâu 15: - Neâu nguyeân nhaân ñeå dao ñoän g khoâng taét daàân. - Neâu bieän phaùp kyõ thuaät ñeå duy trì dao coäng cuûa con laéc ñoàng hoã vaø bieän phaùp kó thuaät laøm cho dao ñoäng khung xe oâtoâ choùng taé t. 1. DAO ÑOÄNG DUY TRÌ: a. Ñònh nghóa: Dao ñoäng coù bieân ñoä khoâng thay ñoåi theo thôøi gian gôïi laø dao ñoäng duy trì coøn goïi laø töï dao ñoäng. b. Nguyeân taéc duy trì dao ñoäng: laø phaûi taùc duïng vaøo con laéc moät löïc tuaàn hoaøn coù taàn soá baèng taàn soá rieâng cuûa con laéc. Löïc tuaàn hoaøn nhoû khoâng laøm bieán ñoåi taàn soá rieâng cuûa con laéc, löïc cung caáp naêng löôïng cho con laéc trong moãi nöûa chu kyø ñeå buø ñaép naêng löôïng maát ñi do ma saùt. 2. ÖÙNG DUÏNG: a. Bieän phaùp kyõ thuaät ñeå duy trì dao ñoäng cuûa con laéc ñoàng hoà: Laø leân daây coùt cuûa ñoàng hoà. Khi leân daây coùt laø ta cung caáp moät theá naêng ñaøn hoài cho con laéc. Sau ñoù moãi khi con laéc ñaït tôùi bieân ñoä sau moät nöûa chu kyø thì ñaây coùt daõn ra moät chuùt vaø moät phaàn theá naêng cuûa noù truyeàn cho con laéc nhôø caùc cô caáu thích hôïp. b. Bieän phaùp kyõ thuaät laøm dao ñoäng cuûa khung xe oâ toâ choùng taét: Khi oâ toâ bò xoùc thì loø xo giaûm xoùc bò neùn hay daõn. Ñeå laøm cho dao ñoäng cuûa khung xe oâtoâ choùng taét khi qua choã bò xoùc thì ngöôøi ta duøng moät thieát bò goàm piston chuyeån ñoäng theo chieàu thaúng ñöùng trong moät xylanh chöùa ñaày daàu nhôùt. Piston gaén vôùi khung xe, xylanh gaén vôùi truïc baùnh xe. Khi khung xe dao ñoäng treân loø xo giaûm xoùc thì piston cuõng dao ñoäng trong xylanh vaø nhôø daàu nhôùt dao ñoäng trong khung xe choùng taét. ': 090.777.54.69 Trang: 10
- Trung taâm LTÑH Tröôøng ÑHSP TP.HCM GV: Buøi Gia Noäi SOÙNG CÔ VAØ AÂM HOÏC Caâu 1 : Soùng cô hoïc laø gì? Giaûi thích söï taïo thaøn h soùng treân maët nöôùc. Vì sao quaù trình truyeàn soùng laø moät quaù trình truyeàn naêng löôïn g. Thaønh laäp phöông trình dao ñoäng cuûa moät ñieåm treân phöông truyeàn soùng? 1. ÑÒNH NGHÓA SOÙNG: Soùng cô hoïc laø nhöõng dao ñoäng ñaøn hoài lan truyeàn trong moâi tröôøng vaät chaát theo thôøi gian. 2. GIAÛI THÍCH SÖÏ TAÏO THAØNH SOÙNG TREÂN MAËT NÖÔÙC: § Hieän töôïng soùng nöôùc: - Neùm hoøn ñaù nhoû xuoáng hoà nöôùc yeân laëng ta thaáy xuaát hieän nhöõng soùng nöôùc hình troøn töø nôi hoøn ñaù rôi lan roäng ra treân moâi tröôøng nöôùc vôùi bieân ñoä giaûm daàn - Caùi phao nhaáp nhoâ theo soùng nhöng khoâng truyeàn ñi. § Giaûi thích: Giöõa caùc phaàn töû nöôùc coù löïc töông taùc neân khi moät phaàn töû M ñao ñoäng vaø nhoâ leân cao thì caùc löïc töông taùc keùo caùc phaân töø keá caän nhoá leân theo nhöng chaäm hôn moät chuùt, caùc löïc ñoù cuõng keûo M veà caân baèng. Keát quaû laø dao ñoäng lan roäng ra treân moâi tröôøng nöôùc. Phao chæ nhaáp nhoâ theo soùng maø khoâng truyeàn ñi laø vì trong moâi tröôøng truyeàn soùng thì traïng thaùi dao ñoäng truyeàn ñi coøn phaàn töø vaät chaát cuûa moâi tröôøng chæ dao ñoäng quanh vò trí caân baèng cuûa noù. 3. GIAÛI THÍCH VÌ SAO QUAÙ TRÌNH TRUYEÀN SOÙNG LAØ MOÄT QUAÙ TRÌNH TRUYEÀN NAÊNG LÖÔÏNG: § Naêng löôïng truyeàn soùng taïi moät ñieåm tæ leä vôùi bình phöông cuûa bieân ñoä soùng taïi ñoù. Vì vaäy soùng truyeàn ñeán ñieåm naøo thì laøm cho caùc phaàn töû vaät chaát cuûa moâi tröôøng taïi ñieåm ñoù dao ñoäng vôùi moät bieân ñoä nhaát ñònh töùc laø truyeàn cho caùc phaàn töû ñoù moät naêng löôïng. Do ñoù quaù trình truyeàn soùng cuõng laø moät quaù trình truyeàn naêng löôïng. § Theo ñònh luaät baûo toaøn naêng löôïng thì naêng löôïng soùng truyeàn ñi töø nguoàn do phaûi traûi roäng ra cho caùc phaàn töû cuûa moâi tröôøng neân naêng löôïng soùng caøng xa nguoàn caøng nhoû. 4. LAÄP PHÖÔNG TRÌNH DAO ÑOÄNG CUÛ A MOÄT ÑIEÅM TREÂN PHÖÔNG TRUYEÀN SOÙNG: Do soùng truyeàn ñi theo moïi phöông nhö nhau neân ta chæ xeùt moät phöông truyeàn soùng Ox. Xeùt ñieåm M treân phöông truyeàn soùng Ox caùch nguoàn soùng O moät khoaûng OM = x. § Phöông trình nguoàn soùng O: u0 = asin2pft x § Phöông trình soùng taïi M: u(M) (t) = u(t - q) vôùi q = v x 2px v 2px Þ uM = asin2pf(t - ) = asin(2pft ) Vì l = Þ uM = asin(2pft - ) v v f l f Caâu 2: Neâu caùc ñònh nghóa: cuûa soùng cô hoïc, soùng doïc, soùng ngang, caùc soùng keát hôïp söï giao thoa cuûa caùc soùng, soùng döøng, chu kyø cuûa soùn g, taàn soá cuûa soùng, böôùc soùng, vaän toác truyeàn soùng, bieân ñoä soùng. Ñònh nghóa 2 dao ñoäng leäch pha, cuøng pha, ngöôïc pha 1. NEÂU CAÙC ÑÒNH NGHÓA: § Soùng cô laø nhöõng dao ñoäng ñaøn hoài lan truyeàn trong moâi tröôøng vaät chaát theo thôøi gian. § Soùng ngang laø soùng coù phöông dao ñoäng vuoâng goùc vôùi phöông truyeàn soùng. § Soùng doïc laø soùng coù phöông dao ñoäng truøng vôùi phöông truyeàn soùng. § Soùng keát hôïp laø caùc soùng coù cuøng phöông, cuøng taàn soá vaø coù ñoä leäch pha khoâng ñoåi. ': 090.777.54.69 Trang: 11
- Trung taâm LTÑH Tröôøng ÑHSP TP.HCM GV: Buøi Gia Noäi § Söï giao thoa cuûa soùng laø söï toång hôïp cuûa hai hay nhieàu soùng keát hôïp trong khoâng gian, trong ñoù coù nhöõng choã coá ñònh maø bieân ñoä soùng ñöôïc taêng cöôøng hay giaûm bôùt. § Soùng döøng laø soùng coù caùc nuùt vaø caùc buïng coá ñònh trong khoâng gian. § Chu kyø T cuûa soùng laø chu kyø dao ñoäng chung cuûa caùc phaàn töû vaät chaát coù soùng truyeàn qua vaø baèng chu kyø dao ñoäng cuûa nguoàn soùng. § Taàn soá f cuûa soùng laø taàn soá dao ñoäng chung cuûa caùc phaàn töû vaät chaát coù soùng truyeàn qua vaø baèng taàn soá dao ñoäng cuûa nguoàn soùng. § Böôùc soùng l laø khoaûng caùch gaàn nhaát giöõa hai ñieåm dao ñoäng cuøng pha (hay ngöôïc pha) treân cuøng moät phöông truyeàn soùng, noù cuõng laø quaõng ñöôøng maø soùng truyeàn ñi ñöôïc trong moät chu kyø cuûa soùng. § Vaän toác truyeàn soùng v laø vaän toác truyeàn pha dao ñoäng § Bieân ñoä soùng A taïi moät ñieåm laø bieân ñoä dao ñoäng cuûa caùc phaàn töû vaät chaát taïi ñieåm ñoù khi soáng truyeàn qua. v Lieân heä giöõa T, f, v vaø l laø: l = v.T = f 2. THEÁ NAØO LAØ HAI DAO ÑOÄNG LEÄCH PHA, CUØNG PHA, NGÖÔÏC PHA: § Hai dao ñoäng leäch pha laø hai ñao ñoäng coù ñoä leäch pha khoâng ñoåi vaø khaùc khoâng § Hai dao ñoäng cuøng pha laø hai dao ñoäng coù ñoä leäch pha baèng 0 hay baèng k2p § Hai dao ñoäng ngöôïc pha laø hai dao ñoäng coù ñoä leäch pha baèng p hay baèng (2k + 1)p § Khi Dj = j1 - j2 > 0 thì dao ñoäng 1 sôùm pha hôn dao ñoäng 2 hay dao ñoäng 2 treã pha hôn dao ñoäng 1 . Caâu 3: Ñònh nghóa ñoä leäch pha giöõa hai soùng. Chöùng minh raèng ñoä leäch pha laø yeáu toá quan troïng trong vieäc giaûi thích hieän töôïng giao thoa soùng nöôùc. 1. Ñònh nghóa ñoä leäch pha giöõa hai soùng: Ñoä leäch pha laø ñaïi löôïng ñaëc tröng cho söï khaùc nhau veà traïng thaùi giöõa hai hai dao ñoäng vaø ñöôïc xaùc ñònh baèng hieäu caùc pha ban ñaàu: Dj = j1 - j 2 2. Vai troø ñoà leäch pha giöõa 2 soùng trong vieäc giaûi thích hieän töôïng giao thoa: * Phöông trình soùng taïi M do hai nguoàn keát hôïp S1, S2 taïo ra laàn löôït laø: 2pd1 2pd 2 U1M = a sin (2pft - ) và U2M = a sin (2pft - ) l l * Phöông trình soùng toång hôïp taïi M: p p uM = u1m + u2m Þ uM = 2a cos (d1 - d2)sin [2pft - (d1 + d2)] l l Ñaây laø moät dao ñoäng ñieàu hoøa coù: p § Pha ban ñaàu: j = - (d1 + d2) l p § Bieân ñoä: A = 2a cos (d1 - d 2 ) 2p l Dj Dj Vì: Dj = j 2M - j1M = (d1 d2) Þ (d1 d 2) = Þ A = 2a cos l 2p 2 Ta thaáy: Taïi M hai soùng cuøng pha thì Dj = k2p Þ A = 2a Taïi M hai soùng ngöôïc pha thì Dj = (2k + l)p Þ A = 0 Vaäy trong hieän töôïng giao thoa cuûa 2 soùng, ñoä leäch pha cuûa 2 soùng thaønh phaàn taïi ñieåm hai soùng ñoù gaëp nhau seõ quyeát ñònh ñoä lôùn cuûa bieân ñoä dao ñoäng toång hôïp taïi ñoù. ': 090.777.54.69 Trang: 12
- Trung taâm LTÑH Tröôøng ÑHSP TP.HCM GV: Buøi Gia Noäi Caâu 4: Moâ taû hai hieän töôïng ñaëc tröng cuûa löu trình truyeàn soùng: hieän töôïng giao thoa vaø hieän töôïng nhieãu xaï. 1. HIEÄN TÖÔÏNG GIAO THOA CUÛA SOÙNG NÖÔÙC: a. Thí nghieäm: Duøng moät aâm thoa coù moät nhaùnh noái vôùi maãu theùp hình chöõ U coù hai ñaàu chaïm S1 nheï vaøo maët nöôùc taïi S1 vaø S2. Khi aâm thoa rung caùc voøng troøn soùng phaùt ra töø S1 vaø S2 lan truyeàn treân maët f nöôùc. S2 Hai nguoàn S1 vaø S2 cuøng taàn soá, coù ñoä leäch pha khoâng ñoåi goïi laø hai nguoàn soùng keát hôïp. Hai soùng do chuùng taïo ra goïi laø hai soùng keát hôïp. Trong vuøng giao nhau cuûa hai soùng keát hôïp. k = 3; 2; 1; 0; -1;-2,-3 Trong vuøng giao nhau cuûa hai soùng keát hôïp xuaát hieän caùc ñöôøng hyperbol coù bieân ñoä cöïc ñaïi, bieân ñoä baèng khoâng naèm xen keõ nhau nhaän S1, S2laøm tieâu S1 S2 ñieåm goïi laø hieän töôïng giao thoa soùng nöôùc. Caùc ñöôøng hyperbol goïi laø vaân giao thoa soùng. b. Giaûi thích: Taïi ñieåm M trong vuøng giao thoa soùng töø nguoàn S1 vaø S2 truyeàn ñeán coù phöông trình laàn löôït laø: 2pd1 2pd 2 u1M = asin(2pft - ) vaø u2M = asin(2pft - ) M l l Þ Phöông trình soùng giao thoa taïi M: d1 d2 2pd1 2pd 2 uM = u1M + u2M - a[sin(2pft - ) + sin(2pft - )] l l S1 S2 p(d1 - d 2 ) p uM = 2acos sin[2pft - (d1 + d2)] l l p(d1 - d 2 ) Bieân ñoä soùng taïi M: A = 2a cos l p(d1 - d 2 ) p(d1 - d 2 ) § M laø vaân cöïc ñaïi: Amax Þ cos = cos kp Þ = kp l l Þ (d1 d2) = kp § M laø vaân ñöùng yeân: A = 0 p(d1 - d 2 ) p p(d1 - d 2 ) p p Þ cos = cos(2k + 1) Þ = (2k + 1) Þ (d1 d2) = (2k+1) l 2 l 2 2 Vì: d1 - d 2 = haèng soá neân M ôû treân ñöôøng hyperbol nhaän S1, S2 laøm tieâu ñieåm. c. Ñieàu kieäân coù hieän töôïng giao thoa: - Hai soùng coù cuøng taàn soá - Hai soùng coù ñoä leäch pha khoâng ñoåi theo thôøi gian Caùc soùng coù tính chaát treân goïi laø soùng keát hôïp. Caùc nguoàn taïo ra soùng keát hôïp goïi laø nguoàn keát hôïp. 2. HIEÄN TÖÔÏNG NHIEÃU XAÏ: Khi gaëp moät chöôùng ngaïi vaät coù kích thöôùc nhoû so vôùi böôùc soùng thì soùng coù theå ñi voøng qua veà phía sau vaät nhö khoâng gaëp gì caû. Neáu vaät caûn coù kích thöôùc lôùn hôn so vôùi böôùc soùng thì soùng cuõng ñi voøng qua vaät nhöng ngay phía sau vaät coù moät vuøng khoâng coù soùng. Hieän töôïng soùng ñi voøng qua vaät caûn goïi laø hieän töôïng nhieãu xaï. Khi bò nhieãu xaï caùc tia soùng bò uoán cong ñi. ': 090.777.54.69 Trang: 13
- Trung taâm LTÑH Tröôøng ÑHSP TP.HCM GV: Buøi Gia Noäi Caâu 5: Khaùi nieäm veà soùng döøng. Giaûi thích caùch hình thaønh soùng döøn g treân moät sôïi daây vaø neâu ñieàu kieän ñeå coù soùng döøng. Caùch xaùc ñònh vaän toác truyeàn soùng baèng hieän töôïng soùng döøng. 1. KHAÙI NIEÄM VEÀ SOÙNG DÖØNG: Khi moät soùng tôùi vaø soùng phaûn xaï cuûa noù truyeàn theo cuøng moät phöông thì chuùng giao thoa vôùi nhau. Keát quaû laø treân phöông truyeàn soùng coù nhöõng ñieåm coá ñònh maø caùc phaàn töû vaät chaát taïi ñoù luoân dao ñoäng vôùi bieân ñoä cöïc ñaïi (goïi laø buïng) vaø nhöõng ñieåm coá ñònh khaùc maø caùc phaàn töû vaät chaát taïi ñoù luoân ñöùng yeân (goïi laø nuùt). Caùc ñao ñoäng naøy taïo thaønh moät soùng khoâng truyeàn ñi trong khoâng gian goïi laø soùng döøng. Vaäy: Soùng döøng laø soùng coù caùc nuùt vaø buïng coá ñònh trong khoâng gian 2. GIAÛI THÍCH CAÙCH HÌNH THAØNH SOÙNG DÖØNG TREÂN MOÄT SÔÏI DAÂY VAØ NEÂU ÑIEÀU KIEÄN ÑEÅ COÙ SOÙNG DÖØNG: a. Caùch hình thaønh soùng döøng: l l Buoäc ñaàu M cuûa sôïi daây coá ñònh vaøo töôøng vaø cho ñaà u P 4 2 dao ñoäng. - Thay ñoåi ña soá dao ñoäng cuûa P ñeán moät luùc naøo ñoù ta B A thaáy sôïi daày dao ñoäng oån ñònh trong ñoù coù nhöõng choã dao ñoäng raát maïnh vaø nhöõng choã haàu nhö khoâng dao ñoäng. l b. Giaûi thích: Dao ñoäng truyeàn töø A ñeán B treân ñaày döôùi daïng moät soùng ngang. Ñeán B soùng N Phaûn xaï truyeàn ngöôï c laïi A. Hình veõ coù: 4 buïng, 4 nuùt vaø 3 boù soùng Soùng tôùi vaø soùng phaûn xaï thoûa maõn ñieàu kieän soùng keát hôïp vaø ngöôï c pha nhau taïi B (B coá ñònh) Þ hai soùng naøy giao nhau taïo neân soùng döøng. Keát quaû cho thaáy: A, B laø hai ñieåm luoân ñöùng yeân, caù c ñieåm treân sôïi daây AB caùch A vaø B nhöng l khoaûng baèng moät soá nguyeân laàn nöûa böôùc soùng (k) luoân luoân ñöùng yeân (goïi laø caùc nuùt cuûa soùng döøng), 2 l caùc ñieåm treân AB naèm caùch A vaø B nhöõng khoaûng caùch baèng moät soá leû phaàn tö böôùc soùng [(2k + 1) ] thì 4 dao ñoäng vôùi bieân ñoä cöïc ñaïi (goïi laø caùc buïng cuûa soùng döøng). Khoaûng caùch giöõa 2 nuùt hay 2 buïng lieân l tieáp nhau laø . Ñoái vôùi soùng doïc tuy hình aûnh soùng döøng coù khaùc nhöng noù vaãn goàm coù caùc nuùt vaø buïng. 2 l Khoaûng caùch giöõa hai nuùt treân tieáp vaãn baèng 2 c. Ñieàu kieän coù soùng döøng: § Ñeå coù soùng döøng vôùi hai ñieåm nuùt ôû hai ñaàu daây phaûi coù ñieàu kieän: l l = k (Î Z) vôùi l laø chieàu daøi daây 2 § Ñeå coù soùng döøng vôùi moät nuùt ôû ñaàu naøy vaø moät buïng ôû ñaàu kia phaûi coù ñieàu kieän: l l = (2k + 1) (k Î Z) 4 3. CAÙCH XAÙC ÑÒNH VAÄN TOÁC TRUYEÀN SOÙNG BAÈNG HIEÄN TÖÔÏNG SOÙNG DÖØNG: Hieän töôïng soùng döøng cho pheùp ta ñaõ ñöôïc böôùc soùng 1 moät caùch chính xaùc. Ñoái vôùi soùng aâm vaø caùc soùng khaùc, vieäc do taàn soá f cuõng ñôn giaûn. Bieát l vaø f ta xaùc ñònh vaän toác truyeàn soùng theo heä thöùc: v = lf Ví duï: Vôùi moät sôïi daây ñaøn hoài coù hai ñaàu coá ñònh. Quan saùt soùng treân daây ta ñeám ñöôïc soá l 2l 2l baèng (k). Bieát chieàu daøi l cuûa sôïi daây ta thaáy: l = k Þ l = Vaäy: v = lf = f 2 k k ': 090.777.54.69 Trang: 14
- Trung taâm LTÑH Tröôøng ÑHSP TP.HCM GV: Buøi Gia Noäi Caâu 6: Theá naøo laø dao ñoäng aâm vaø soùng aâm? Moâi tröôøng truyeàn aâm vaø vaän toác aâm, vai troø cuûa baàu ñaøn vaø caùc daây ñaøn cuûa chieác ñaøn ghi - ta. 1. DAO ÑOÄNG VAØ SOÙNG AÂM: a. Soùng aâm: Laø caùc soùng doïc cô hoïc truyeàn trong caùc moâi tröôøng khí, loûng hay raén. Soùng aâm nghe ñöôïc coù taàn soá naèm trong khoaûng töø 16Hz ñeán 20.000Hz Soùng aâm coù taàn soá nhoû hôn 16Hz goïi laø caùc soùng haï aâm. Soùng aâm coù taàn soá lôùn hôn 20.000Hz goïi laø caùc soùng sieâu aâm. Tai ta khoâng nghe ñöôïc haï aâm vaø sieâu aâm. b. Dao ñoäng aâm: Laø caùc dao ñoäng cô hoïc cuûa caùc vaät raén, loûng, khí v.v coù taàn soá naèm trong khoaûng noùi treân. Caùc vaät coù dao ñoäng aâm, coù khaû naêng taïo ra soùng aâm trong moâi tröôøng bao quanh goïi laø caùc vaät phaùt dao ñoäng aâm. 2. MOÂI TRÖÔØNG TRUYEÀN AÂM - VAÄN TOÁC AÂM: a. Moâi tröôøng truyeàn aâm: Soùng aâm truyeàn ñöôïc truyeàn caû ba moâi tröôøng raén, loûng vaø khí, nhöng khoâng truyeàn ñöôïc trong chaân khoâng. b. Vaän toá c truyeàn cuûa soùng aâm: § Phuï thuoäc vaøo tính ñaøn hoài vaø maät ñoä cuûa môùi tröôøng: Vaän toác aâm trong chaát raén lôùn hôn trong chaát loûng vaø trong chaát loûng lôùn hôn trong chaát khí § Vaän toác aâm thay ñoåi theo nhieät ñoä § Nhöõng vaät lieäu nhö boâng, nhung, taám xoáp v.v truyeàn aâm keùm vì tính ñaøn hoài cuûa chuùng keùm. Chuùng ñöôïc duøng ñeå laøm caùc vaät lieäu caùch aâm. 3. VAI TROØ CUÛA DAÂY ÑAØN VAØ BAÀU ÑAØN TRONG CHIEÁC ÑAØN GHI TA: Trong ñaøn ghi ta caùc daây ñaøn ñoùng vai troø vaät phaùt dao ñoäng aâm. Dao ñoäng naøy thoâng qua giaù ñôõ, ñaây ñaøn gaén treân maët baàu ñaøn seõ laøm cho maët baàu ñaøn ñao ñoäng. Baàu ñaøn ñoùng vai troø hôïp coäng höôûng coù khaû naêng coäng höôûng ñoái vôùi nhieàu taàn soá khaùc nhau vaø taêng cöôøng nhöõng aâm coù caùc ña soá ñoù. Baàu ñaøn ghi ta coù hình daïng rieâng vaø laøm baèng goã ñaëc bieät neân noù coù khaû naêng coäng höôûng vaø taêng cöôøng moät soá hoïa aâm xaùc ñònh, taïo ra aâm saéc ñaëc tröng cho loaïi ñaøn naøy. Caâu 7: Nhöõng ñaëc tröng sinh lyù cuûa aâm vaø söï phuï thuoäc cuûa chuùng vaøo nhöõng ñaëc tröng vaät lí cuûa aâm 1. ÑOÄ CAO CUÛA AÂM: laø moät ñaëc tröng sinh lí cuûa aâm, phuï thuoäc vaøo ñaëc tính vaät lyù cuûa aâm ñoù laø taàn soá. § AÂm coù taàn soá caøng lôùn thì caøng cao (caøng thanh) § AÂm coù taàn soá caøng nhoû thì caøng thaáp (caøng traàm) 2. AÂM SAÉC: § Moãi ngöôøi, moãi nhaïc cuï phaùt ra nhöõng aâm thanh coù saéc thaùi khaùc nhau (duø cuøng moät cao ñoä) maø tai coù theå phaân bieät ñöôïc. Ñaëc tính ñoù ñöôïc goïi laø aâm saéc. § Thí nghieäm cho bieát neáu nhaïc cuï vaø ngöôøi phaùt ra cuøng moät aâm coù taàn soá f1 thì ñoàng thôøi cuõng phaùt ra caùc aâm coù taàn soá f2 = 2f1, f3 = 3f1, ... aâm coù ña soá f1 laø aâm cô baûn, aâm coù taàn soá f2, f3 goïi laø caùc hoïa aâm thöù 2, thöù 3,.. Do ñoù, aâm phaùt ra laø söï toång hôïp cuûa caùc aâm cô baûn vaø caùc hoïa aâm cuûa noù (vôùi caùc bieân ñoä khaùc nhau) neân ñöôøng bieåu dieãn cuûa noù coù daïng phöùc taïp nhöng chu kyø nhaát ñònh vaø moãi daïng taïo ra moät aàm saéc nhaát ñònh. § Vaäy aâm saéc laø moät ñaëc tröng sinh lyù cuûa aâm, noù phuï thuoäc vaøo ñaëc tính vaät lyù cuûa aâm laø taàn soá vaø bieân ñoä cuûa aâm cô baûn vaø caùc hoïa aâm cuûa noù. ': 090.777.54.69 Trang: 15
- Trung taâm LTÑH Tröôøng ÑHSP TP.HCM GV: Buøi Gia Noäi 3. ÑOÄ TO CUÛA AÂM: a. Naêng löôïng aâm: Soùng aâm mang theo naêng löôïng truyeàn ñi töø nguoàn aâm ñeán tai ngöôøi nghe. Naêng löôïng naøy tæ leä vôùi bình phöông bieân ñoä soùng. Cöôøng ñoä aâm laø naêng löôïng aâm ñöôïc soùng aâm truyeàn trong moät ñôn vò thôøi gian qua moät ñôn vò dieän tích ñaët vuoâng goùc vôùi phöông truyeàn aâm, kyù hieäu I, ñôn vò W/m2. b. Ñoä to cuûa aâm: § Muoán gaây caûm giaùc aâm, cöôøng ñoä aâm phaûi lôùn hôn moät giaù trò cöïc tieåu naøo ñoù ñöôïc goïi laø ngöôõng nghe. Ngöôõng nghe phuï thuoäc vaøo ña soá aâm. § Ñoä to cuûa aâm laø moät ñaëc tính sinh lyù cuûa aâm, noù phuï thuoäc vaøo cöôøng ñoä cuûa aâm vaø taàn soá cuûa aâm. Ví duï: - Vôùi aâm coù taàn soá f töø 1000Hz 1500Hz thì ngöôõng nghe I0 = 10-12W/m2 - Vôùi aâm coù taàn soá f = 1000Hz thì ngöôõng nghe I0 = 10-7W/m2 - Vôùi aâm coù taàn soá 1000Hz coù cöôøng ñoä I = 10-7W/m2 lôùn gaáp 105 laàn ngöôõng nghe laø moät aâm khaù to nghe raát roõ. Vôùi moät aâm coù taàn soá f = 50Hz cuõng coù cöôøng ñoä 10-7 W/m2 thì chæ môùi vöøa baèng ngöôõng nghe I0 cuûa noù neân chæ hôi nghe. Ñoä to cuûa aâm coøn phuï thuoäc vaøo taàn soá aâm. Tai nghe tính nhaát ñoái vôùi caùc aâm coù taàn soá trong khoaûng 1000Hz ñeán 5000Hz vaø nghe aâm coù taàn soá cao (aâm cao) thích hôn aâm coù taàn soá thaáp (aâm traàm). § Neáu cöôøng ñoä aâm leân tôùi 10W/m2 thì ñoái vôùi moïi taàn soá ñeàu gaây ra caûm giaùc cho tai, giaù trò naøy goïi laø ngöôõng ñau. § Mieàn naèm giöõa ngöôõng nghe vaø ngöôõng ñau laø mieàn nghe ñöôïc. c. Möùc ñoä aâm: Ñeå ñaëc tröng cho ñoä to cuûa aâm ta thöôøng duøng moät ñaïi löôïng laø möùc cöôøng ñoä aâm (kí hieäu L). Möùc cöôøng ñoä aâm laø logarit thaäp phaân cuûa tæ soá cöôøng ñoä aâm vaø ngöôõng nghe. I I L(B) = lg ; L(dB) = 10 lg I0 I0 1 Ñôn vò laø Ben (B) hay ñeàxiben (dB), 1dB = B 10 Caâu 8: * Vaän toác truyeàn aâm trong khoâng khí ôû 350C vaø 200C coù khaùc nhau khoâng? Taïi sao. * So saùnh vaän toác truyeàn aâm trong khí oxy vaø khí hidro ôû cuøng nhieät ñoä. Giaûi thích. * Thay ñoåi ñoä caêng daây ñaøn hoài thì böôùc soùng cuûa soùng döøng coù ñoåi khoâng. Taïi sao (cho taàn soá soùng döøng khoâng ñoåi). 1. Vaän toác truyeàn aâm trong khoâng khí ôû 350C vaø 200C khaùc nhau vì vaän toác truyeàn aâm thay ñoåi theo nhieät ñoä (vaän toác tæ leä caên baäc 2 cuûa nhieät ñoä tuyeät ñoái). 2. Vaän toác truyeàn aâm tæ leä nghòch vôùi khoái löôïng phaân töû cuûa chaát khí. Ta thaáy khí hydro coù khoái löôïng phaân töû nhoû hôn oxy neân vaän toác truyeàn aâm trong hydro nhanh hôn. T 3. Theo coâng thöùc Melde : v = vôùi T laø löïc caêng daây vaø m laø khoái löôïng cuûa moät ñôn m vò chieàu daøi daây. Vaäy khi löïc caêng T ñoåi thì vaän toác v ñoåi. Vì v = lf Þ böôùc soùng l ñoåi. ': 090.777.54.69 Trang: 16
- Trung taâm LTÑH Tröôøng ÑHSP TP.HCM GV: Buøi Gia Noäi DOØNG ÑIEÄN XOAY CHIEÀU Caâu 1 : 1. Nguyeân taéc taïo ra doøng ñieän xoay chieàu. Hieäu ñieän theá vaø cöôøng ñoä doøng ñieän xoay chieàu. 2. Theá naøo laø cöôøng ñoä doøng ñieän hieäu duïng, hieäu ñieän theá hieäu duïng? Vì sao ñoái vôùi doøng ñieän xoay chieàu ngöôøi ta söû duïng caùc ñaïi löôïng naøy? 1. NGUYEÂN TAÉC TAÏO RA DOØNG ÑIEÄN XOAY CHIEÀU Nguyeân taéc taïo ra doøng ñieän xoay chieàu döïa treân hieän töôïng caûm öùng ñieän töø. x r t =0 Cho moät khung daây kim loaïi coù N voøng B t daây, coù dieän tích S quay vôùi vaän toác goùc w khoâng r ur wt n ñoåi trong töø tröôøng ñeàu B sao cho truïc xoay x x r r n B vuoâng goùc vôùi ñöôøng caûm öùng cuûa töø tröôøng. O r v Luùc t = 0: Phaùp tuyeán n cuûa khung daây u r truøng phöông chieàu cuûa töø tröôøng B . r ur v Luùc t : Phaùp tuyeán n hôïp vôùi vectô B x' moät goùc (wt). - Khi ñoù töø thoâng qua khung daây laø : F = NBScoswt. - Theo ñònh luaät caûm öùng ñieän töø trong khung daây xuaát hieän SÑÑ caûm öùng : E = -F = wNBSsinwt Ñaët Eo = NBSw : Bieân ñoä suaát ñieän ñoäng hay suaát ñieän ñoäng cöïc ñaïi. Þ e = Eosinwt Vaäy : Suaát ñieän ñoäng caûm öùng trong khung daây laø ñaïi löôïng bieán ñoåi ñieàu hoaø ñöôï c goïi laø suaát ñieän ñoäng xoay chieàu . Noái hai ñaàu khung daây vôùi maïch ngoaøi thì trong maïch ngoaøi coù moät doøng ñieän xoay chieàu. 2. HIEÄU ÑIEÄN THEÁ XOAY CHIEÀU VAØ CÖÔØNG ÑOÄ DOØNG ÑIEÄN XOAY CHIEÀU - Vì suaát ñieän ñoäng xoay chieàu bieán thieân ñieàu hoaø vôùi taàn soá goùc w neân hieäu ñieän theá maø noù gaây ra ôû maïch ngoaøi cuõng bieán thieân ñieàu hoaø vôùi taàn soá goùc w. u = Uosin(wt + ju) - Doøng ñieän xoay chieàu trong maïch ngoaøi cuõng bieán thieân ñieàu hoaø vôùi taàn soá goùc w. i = Iosin(wt + ji) trong ñoù ju = ji + j j laø goùc leäch pha giöõa u, i vaø noù tuyø thuoäc tính chaát cuûa maïch ñieän. Vì ñieän tröôøng truyeàn trong daây daãn coù vaän toác vaøo khoaûng 3.108 m/s neân ôû moãi thôøi ñieåm nhaát ñònh ñieän tröôøng ôû moïi ñieåm treân maïch noái tieáp laø nhö nhau, do ñoù cöôøng ñoä doøng ñieän ôû moïi ñieåm treân maïch noái tieáp laø nhö nhau. 3. CÖÔØNG ÑOÄ HIEÄU DUÏNG VAØ HIEÄU ÑIEÄN THEÁ HIEÄU DUÏNG Cho moät doøng ñieän xoay chieàu i = Iosinwt chaïy qua ñieän trôû thuaàn R trong thôøi gian t thì nhieät löôïng toaû ra treân ñieän trôû laø : 2 I2 æ I ö Q = R 0 t = Rç 0 ÷ t 2 è 2ø Baây giôø cho doøng ñieän khoâng ñoåi coù cöôøng ñoä I chaïy qua ñieän trôû thuaàn R nhö treân sao cho cuõng trong thôøi gian t thì nhieät löôïng toaû ra cuõng laø : Q = RI2t I0 So saùnh : I = 2 ': 090.777.54.69 Trang: 17
- Trung taâm LTÑH Tröôøng ÑHSP TP.HCM GV: Buøi Gia Noäi Vaäy: Xeùt veà taùc duïng nhieät trong moät thôøi gian daøi thì doøng ñieän xoay chieàu I0 i = Iosinwt töông ñöông vôùi doøng ñieän khoâng ñoåi I = . Cöôøng ñoä doøng ñieän I goïi laø cöôøng ñoä 2 hieäu duïng cuûa doøng ñieän xoay chieàu. Ñònh nghóa : Cöôøng ñoä hieäu duïng cuûa doøng ñieän xoay chieàu baèng cöôøng ñoä cuûa moät doøng ñieän khoâng ñoåi maø neáu chuùng laàn löôït ñi qua cuøng moät ñieän trôû trong cuøng moät thôøi gian thì toaû ra cuøng moät nhieät löôïng. Töông töï suaát ñieän ñoäng hieäu duïng vaø hieäu ñieän theá hieäu duïng laàn löôït laø: E0 U E = ;U= 0 2 2 4. LYÙ DO SÖÛ DUÏNG CAÙC GIAÙ TRÒ HIEÄU DUÏNG CUÛA CÖÔØNG ÑOÄ DOØNG ÑIEÄN XOAY CHIEÀU VAØ HIEÄU ÑIEÄN THEÁ XOAY CHIEÀU Vôùi doøng ñieän xoay chieàu, ta khoâng theå xaùc ñònh cöôøng ñoä töùc thôøi cuûa noù vì noù bieán ñoåi raát nhanh cuõng nhö khoâng theå laáy giaù trò trung bình cuûa cöôøng ñoä vì trong chu kyø giaù trò naøy baèng khoâng. Ta cuõng khoâng theå duøng ampe keá hay voân keá khung quanh ñeå ño cöôøng ñoä hay hieäu ñieän theá xoay chieàu, vì moãi khi doøng ñieän ñoåi chieàu thì chieàu quay cuûa kim cuõng thay ñoåi nhöng do quaùn tính lôùn cuûa kim vaø khung daây neân kim khoâng theo kòp söï ñoåi chieàu nhanh cuûa doøng ñieän vaø kim seõ ñöùng yeân. Vôùi doøng ñieän xoay chieàu, ta khoâng caàn quan taâm taùc duïng töùc thôøi cuûa noù ôû töøng thôøi ñieåm maø chæ quan taâm taùc duïng cuûa doøng ñieän xoay chieàu trong thôøi gian daøi. Maët khaùc, taùc duïng nhieät cuûa doøng ñieän thì tæ leä vôùi bình phöông cuûa cöôøng ñoä doøng ñieän, khoâng phuï thuoäc chieàu doøng ñieän; do ñoù coù theå so saùnh doøng ñieän xoay chieàu vôùi doøng ñieän khoâng ñoåi gaây ra taùc duïng nhieät töông ñöông. Ñoù laø caùc lyù do ñeå ñöa ra khaùi nieäm cuûa cöôøng ñoä hieäu duïng cuûa doøng ñieän xoay chieàu. Caâu 2 : 1. Trình baøy coâng suaát cuûa doøng ñieän xoay chieàu . Xeùt caùc tröôøng hôïp rieâng : - Maïch chæ coù R. - Maïch chæ coù C. - Maïch chæ coù L. - Maïch RLC maéc noái tieáp trong ñieàu kieän coù coäng höôûng ñieän. 2. Neâu yù nghóa cuûa heä soá coâng suaát. 3. Vì sao khi cheá taïo caùc duïng cuï ñieän nhö quaït, tuû laïnh, ñoäng cô ngöôøi ta coá gaéng taêng heä soá coâng suaát. 1. COÂNG SUAÁT CUÛA DOØNG ÑIEÄN XOAY CHIEÀU Ñaët moät hieäu ñieän theá xoay chieàu ôû 2 ñaàu moät ñoaïn maïch. Duøng voân keá, ampe keá, watt keá ñeå ño hieäu ñieän theá hieäu duïng U ôû 2 ñaàu ñoaïn maïch; cöôøng ñoä hieäu duïng I cuûa doøng ñieän qua maïch; coâng suaát tieâu thuï P cuûa ñoaïn maïch thì thaáy : * Neáu ñoaïn maïch chæ coù ñieän trôû thuaàn thì : P = UI. * Neáu ñoaïn maïch coù theâm cuoän caûm hay tuï ñieän hay caû hai thì : P < UI. * Caùc keát quaû ño cho ta : P = UI vôùi K £ 1. * Thöïc nghieäm cho thaáy giöõa heä soá K vaø goùc leäch pha j (cuûa u vaø i) coù moái lieân heä : k = cosj. æ Rö Vaäy : P = UIcosj cosj : goïi laø heä soá coâng suaát ç cos j = ÷ è Zø ': 090.777.54.69 Trang: 18
- Trung taâm LTÑH Tröôøng ÑHSP TP.HCM GV: Buøi Gia Noäi Ta xeùt caùc tröôøng hôïp rieâng : * Vôùi maïch chæ coù R : cosj = 1 Þ P = UI * Vôùi maïch chæ coù C :cosj = 0 Þ P = 0 * Vôùi maïch chæ coù L : cosj = 0 Þ P = 0 * Vôùi maïch RLC maéc noái tieáp trong ñieàu kieän coù coäng höôûng : ZL = ZC Þ cosj = 1 Þ P = UI 2. YÙ NGHÓA CUÛA HEÄ SOÁ COÂNG SUAÁT Khi U vaø I coù moät giaù trò nhaát ñònh thì töø P = UIcosj, ta thaáy P caøng lôùn khi cosj caøng lôùn. * cosj = 1 Þ j = 0 : ñaây laø tröôøng hôïp ñoaïn maïch chæ coù R hay ñoaïn maïch coù RLC maéc noái tieáp trong ñieàu kieän coäng höôûng. Khi ñoù coâng suaát tieâu thuï treân ñoaïn maïch lôùn nhaát vaø baèng UI. p * cosj = 0 Þ j = ± : ñaây laø tröôøng hôïp ñoaïn maïch chæ coù C hay L, hay coù L, C. 2 Khi coù coâng suaát tieâu thuï treân ñoaïn maïch nhoû nhaát vaø baèng khoâng. Luùc naøy nguoàn ñieän coù theå cung caáp cho ñoaïn maïch moät coâng suaát khaù lôùn töùc laø U vaø I cuûa ñoaïn maïch khaù lôùn, nhöng ñoaïn maïch vaãn khoâng tieâu thuï moät phaàn naøo cuûa coâng suaát ñoù, coù nghóa laø doøng ñieän khoâng coù hieäu quaû coù ích trong khi coù moät phaàn nhoû cuûa coâng suaát vaãn bò hao phí voâ ích treân ñöôøng daây ñieän truyeàn taûi. p p * 0 < cosj < 1 töùc laø - < j < 0 hay 0 < j < : ñaây laø tröôøng hôïp thöôøng gaëp 2 2 trong thöïc teá. * Khi ñoù coâng suaát tieâu thuï treân ñoaïn maïch P = UIcosj nhoû hôn coâng suaát Po = UI cung caáp cho ñoaïn maïch. 3. LYÙ DO TAÊNG cosj Muoán taêng hieäu quaû cuûa vieäc söû duïng ñieän naêng, ta phaûi tìm caùch naâng cao trò soá cuûa heä soá coâng suaát cosj ñeå ñoaïn maïch söû duïng ñöôïc phaàn lôùn coâng suaát do nguoàn cung caáp. Coâng suaát tieâu thuï P = UIcosj goàm coâng suaát höõu ích (cô naêng, hoaù naêng, ) vaø moät phaàn coâng suaát hao phí döôùi daïng nhieät naêng (tröø tröôøng hôïp caùc maùy thu chæ toaû nhieät nhö beáp dieän, baøn laø ). Phaàn coâng suaát höõu ích vaø hieäu ñieän theá U cuûa maïch laø do nhu caàu tieâu duøng neân chuùng P khoâng ñoåi. Vaäy cöôøng ñoä doøng ñieän I = chæ phuï thuoäc cosj. U cos j Neáu cosj lôùn thì I nhoû Þ phaàn hao phí döôùi daïng nhieät naêng nhoû, nhöng neáu cosj nhoû thì I lôùn Þ phaàn hao phí döôùi daïng nhieät lôùn coù theå laøm hoûng caùc duïng cuï ñieän. Chính vì theá khi cheá taïo caùc duïng cuï tieâu thuï ñieän nhjö quaït, tuû laïnh, ñoäng cô, ngöôøi ta coá gaéng taêng heä soá coâng suaát (trong thöïc teá cosj > 0,85). ': 090.777.54.69 Trang: 19
- Trung taâm LTÑH Tröôøng ÑHSP TP.HCM GV: Buøi Gia Noäi Caâu 3 : 1. Trình baøy nguyeân taéc hoaït ñoäng, caáu taïo vaø bieåu thöùc suaát ñieän ñoäng cuûa maùy phaùt ñieän xoay chieàu 1 pha. 2. Trình baøy nguyeân taéc caáu taïo vaø hoaït ñoäng cuøa maùy phaùt ñieän xoay chieàu 3 pha. Vì sao doøng ñieän xoay chieàu laïi ñöôïc söû duïng roäng raõi trong thöïc teá. 1. MAÙY PHAÙT ÑIEÄN XOAY CHIEÀU 1 PHA a. Nguyeân taéc hoaït ñoäng Maùy phaùt ñieän xoay chieàu kieåu caûm öùng hoaït ñoäng döïa vaøo hieän töôïng caûm öùng ñieän töø. Cho khung daây kim loaïi coù N voøng daây coù dieän tích S quay vôùi vaän toác goùc w khoâng ñoåi trong moät tröôøng ñeàu B sao cho truïc quay cuûa khung daây vuoâng goùc ñöôøng caûm öùng cuûa töø tröôøng. Khi ñoù töø thoâng qua khung daây dao ñoäng ñieàu hoaø laøm phaùt sinh trong khung daây moät suaát ñieän ñoäng xoay chieàu. Suaát ñieän ñoäng trong moät khung daây laø raát nhoû. Ñeå coù suaát ñieän ñoäng ñuû lôùn duøng ñöôïc trong coâng nghieäp vaø ñôøi soáng, ngöôøi ta boá trí trong maùy phaùt ñieän nhieàu cuoän daây daãn, moãi cuoän goàm nhieàu voøng daây vaø nhieàu nam chaâm ñieän taïo thaønh nhieàu caëp cöïc N S khaùc nhau. Caùc cuoän daây trong maùy phaùt ñieän ñöôïc maéc noái tieáp nhau vaø hai ñaàu ñöôïc noái vôùi maïch tieâu thuï baèng moät cô caáu rieâng goïi laø boä goùp. b. Caáu taïo - Boä goùp laø heä thoáng vaønh khuyeân choåi queùt : hai vaønh khuyeân ñaët ñoàng truïc vôùi khung daây vaø cuøng quay vôùi khung daây. Noái ñaàu daây A vôùi vaønh khuyeân 1 vaø ñaàu daây B vôùi vaønh khuyeân 2. Hai choåi queùt a, b coá ñònh tì leân 2 vaønh khuyeân vaø ñöôïc noái vôùi maïch ngoaøi. Khi khung daây quay, hai vaønh khuyeân tröôïc treân hai choåi queùt vaø doøng ñieän töø khung daây chuyeàn qua vaønh khuyeân, choåi queùt ra maïch ngoaøi. - Phaàn caûm taïo ra töø tröôøng: trong maùy phaùt ñieän nhoû, phaàn caûm laø nam chaâm vónh cöõu; trong maùy phaùt ñieän lôùn, phaàn caûm laø nam chaâm ñieän. - Phaàn öùng taïo ra doøng ñieän. - Caùc cuoän daây cuûa phaàn caûm vaø phaàn öùng ñeàu quaán treân loõi laøm baèng theùp Silic ñeå taêng cöôøng töø thoâng qua cuoän daây. Ñeå traùnh doøng Foucault caùc loõi ñöôïc gheùp baèng nhieàu taám theùp moûng caùch ñieän vôùi nhau. - Phaàn caûm vaø phaàn öùng coù theå laø boä phaän ñöùng yeân hay boä phaän chuyeån ñoäng cuûa maùy. Boä phaän ñöùng yeân goïi laø stato, boä phaän chuyeån ñoäng goïi laø roâto. - Goïi p laø soá caëp cöïc cuûa phaàn caûm vaø quay vôùi vaän toác quay n (voøng/s) thì taàn soá doøng ñieän phaùt ra laø: f = np c. Bieåu thöùc suaát ñieän ñoäng r r - Luùc t = 0 giaû söû phaùp tuyeán n cuûa khung daây truøng vôùi töø tröôøng B . r - Luùc t ¹ 0 thì n quay vôùi moät goùc wt vaø töø thoâng bieán ñoåi qua khung daây laø : F = NBScoswt - Theo ñònh luaät caûm öùng ñieän töø trong khung xuaát hieän suaát ñieän ñoäng caûm öùng töùc thôøi : e = -F = NBSwsinwt ñaët Eo = NBSw Þ e = Eosinwt Khi ñoù giöõa hai ñaàu A, B cuûa khung xuaát hieän hieäu ñieän theá töùc thôøi : u = e = Uosinwt ': 090.777.54.69 Trang: 20
CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD
-
Tóm tắt kiến thức cơ bản Toán 9
21 p | 425 | 129
-
Tóm tắt các kiến thức Hình học ở trung học cơ sở - Nguyễn Nam Tiến
25 p | 342 | 89
-
Hệ thống kiến thức Hóa học hữu cơ Lớp 9
4 p | 262 | 70
-
Ebook Bồi dưỡng năng lực tự học Vật Lý 6: Phần 1
90 p | 98 | 39
-
Ebook Bồi dưỡng năng lực tự học Vật Lý 6: Phần 2
72 p | 71 | 30
-
Ebook Kiến thức cơ bản Vật lý 9: Phần 1
68 p | 40 | 22
-
Ebook Kiến thức cơ bản Vật lí 8: Phần 1
80 p | 44 | 19
-
Ebook Kiến thức cơ bản và nâng cao về tam giác đồng dạng
30 p | 43 | 18
-
Ebook Kiến thức cơ bản Toán 7: Phần 2
97 p | 36 | 15
-
Ebook Kiến thức cơ bản Toán 7: Phần 1
117 p | 32 | 15
-
Ebook Kiến thức cơ bản Vật lí 8: Phần 2
48 p | 29 | 14
-
Ebook Kiến thức cơ bản Vật lý 9: Phần 2
68 p | 28 | 13
-
Ebook Bồi dưỡng năng lực tự học về hàm số và đồ thị
22 p | 26 | 9
-
Ebook Bồi dưỡng năng lực tự học về tam giác
40 p | 30 | 8
-
Ôn tập kiến thức cơ bản Hóa học 8
5 p | 10 | 7
-
Ebook Kiến thức cơ bản Ngữ văn 8: Phần 1
147 p | 22 | 4
-
Ebook Kiến thức cơ bản và nâng cao về tam giác bằng nhau
32 p | 28 | 4

markdown:
# Bồi dưỡng kiến thức cơ học
Chia sẻ: Trần Bá Trung | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:79
lượt xem 49
download
![](http://image.tlvnimg.com/document/thumbnail/2010/20100720/trungtran1/80x100/co_hoc_1964_3397.jpg)
##
Bồi dưỡng kiến thức cơ học
[Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ](javascript:void(0);)
Download
![](http://static.tlvnimg.com/b2013az/templates/version1/default/images/down16x21.png)
Tham khảo tài liệu 'bồi dưỡng kiến thức cơ học', tài liệu phổ thông, vật lý phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả
Bình luận(0)
[Đăng nhập để gửi bình luận!](javascript:void(0);)
##
Nội dung Text: Bồi dưỡng kiến thức cơ học
- Trung taâm LTÑH Tröôøng ÑHSP TP.HCM GV: Buøi Gia Noäi Lôøi môû ñaàu Theo chuû tröông cuûa Boä Giaùo Duïc & Ñaøo Taïo , töø naêm 2007 hình thöùc thi cöû ñaùnh giaù keát quaû hoïc taäp cuûa caùc em hoïc sinh ñoái vôùi moân Vaät Lyù seõ chuyeån töø hình thöùc thi töï luaän sang hình thöùc thi traéc nghieäm. Ñeå giuùp caùc em hoïc sinh hoï c taäp, reøn luyeän toát caùc kó naêng giaûi caùc baøi toaùn traéc nghieäm, ngöôøi bieân soaïn xin traân troïng göûi tôùi caùc baäc phuï huynh, caùc quyù thaày coâ, caùc em hoïc sinh moät soá taøi lieäu traéc nghieäm moân Vaät Lyù THPT Troïng taâm laø caùc taøi lieäu daønh cho caùc kyø thi toát nghieäp vaø ñaï i hoï c. Vôùi noäi dung ñaày ñuû , boá cuïc saép xeáp roõ raøng töø cô baûn ñeán naâng cao, ngöôøi bieân soaïn hi voïng caùc taøi lieäu naøy seõ giuùp ích cho caùc em trong vieäc oân luyeän vaø ñaït keát quaû cao trong caùc kì thi. Maëc duø ñaõ heát söùc coá gaéng vaø caån troïng trong khi bieân soaïn nhöng vaãn khoâng theå traùnh khoûi nhöõng sai soùt ngoaø i yù muoán, raát mong nhaän ñöôïc söï goùp yù xaây döïng töø phía ngöôøi ñoïc. Xin chaân thaønh caûm ôn! CAÙC TAØI LIEÄU ÑAÕ BIEÂN SOAÏN: @ Baøi taäp traéc nghieäm dao ñoäng cô hoïc soùng cô hoïc (400 baøi). @ Baøi taäp traéc nghieäm dao ñoäng ñieän soùng ñieän töø (400 baøi). @ Baøi taäp traéc nghieäm quang hình hoïc (400baøi). @ Baøi taäp traéc nghieäm quang lyù vaät lyù haït nhaân (400 baøi). @ Baøi taäp traéc nghieäm cô hoïc chaát raén ban khoa hoïc töï nhieân (250 baøi). @ Baøi taäp traéc nghieäm toaøn taäp vaät lyù 12 (1200 baøi). @ Tuyeån taäp 40 ñeà thi traéc nghieäm vaät lyù daønh cho oân thi toát nghieäp vaø ñaïi hoïc (2 t p). @ Ñeà cöông oân taäp caâu hoûi lyù thuyeát suy luaän vaät lyù 12 duøng cho thi traéc nghieäm. @ V n ki n h i th o H ng d n thi tr c nghi m (ST). @ Baøi taäp traéc nghieäm vaät lyù 11 theo chöông trình saùch giaùo khoa naâng cao. @ Baøi taäp traéc nghieäm vaät lyù 10 theo chöông trình saùch giaùo khoa naâng cao. Noäi dung caùc saùch coù söï tham khaûo taøi lieäu vaø yù kieán ñoùng goùp cuûa caùc taùc giaû vaø ñoàng nghieäp. Xin chaân thaønh caûm ôn! Moïi yù kieán xin vui loøng lieân heä: ': 0210.471.167 - 08.909.22.16 090.777.54.69 *: buigianoi@yahoo.com.vn GV: BUØI GIA NOÄI (Boä moân vaät lyù) Thaønh Phoá Hoà Chí Minh, tháng 06 naêm 2007 ': 090.777.54.69 Trang: 1
- Trung taâm LTÑH Tröôøng ÑHSP TP.HCM GV: Buøi Gia Noäi DAO ÑOÄNG CÔ HOÏC Caâu 1 : Ñònh nghóa dao ñoän g ñieàu hoøa. Vieát phöông trình, neâu ñònh nghóa caùc ñaïi löôïng trong phöông trình. Thaønh laäp coân g thöùc tính vaän toác vaø gia toác trong dao ñoäng ñieàu hoaø. Trình baøy moái lieân heä giöõa chuyeån ñoäng troøn ñeàu vaø dao ñoäng ñieà u hoøa. 1. ÑÒNH NGHÓA - VIEÁT PHÖÔNG TRÌNH Dao ñoäng ñieàu hoøa laø dao ñoäng coù ly ñoä x bieán ñoåi theo thôøi gian tuaân theo ñònh luaät hình sin (hay cosin). Phöông trình dao ñoäng ñieàu hoøa: x = Asin(wt + j) § A : bieân ñoä hay giaù trò cöïc ñaïi cuûa ly ñoä. § j : pha ban ñaàu laø ñaïi löôïng xaùc ñònh vò trí, vaän toác luùc t = 0. § (wt + j) : pha dao ñoäng laø ñaïi löôïng xaùc ñinh vò trí, vaän toác luùc t. § T laø chu kyø cuûa dao ñoäng. Noù laø khoaûng thôøi gian ngaén nhaát sau ñoù traïng thaùi dao ñoäng laäp laïi nhö cuõ hay thôøi gian ñeå vaät thöïc hieän ñöôïc 1 laàn dao ñoäng. § f laø taàn soá. Noù laø soá dao ñoäng maø vaät thöïc hieän trong moät ñôn vò thôøi gian. § w laø taàn soá goùc cuûa dao ñoäng. Laø ñaïi löôïng trung gian cho pheùp xaùc ñònh taàn soá vaø chu kyø 2p cuûa dao ñoäng theo coâng thöùc : w = = 2pf T 2. VAÄN TOÁC - GIA TOÁC - Vaän toác : v = x = Aw cos(wt + j) - Gia toác : a = x = - Aw2sin(wt + j) 3. LIEÂN HEÄ GIÖÕA CHUYEÅN ÑOÄNG TROØN ÑEÀU VAØ DAO ÑOÄNG ÑIEÀU HOØA Xeùt ñieåm M chuyeån ñoäng ñeàu treân voøng troøn (O, A) vôùi vaän toác goùc w : x M § ÔÛ t = 0 : M coù ly ñoä goùc laø j. P § ÔÛ t : M coù ly ñoä goùc laø (wt + j). A wt Mo Goïi P laø hình chieáu cuûa M xuoáng truïc x Ox, ta coù: j xp = OP = OMsin(wt + j) Þ xp = Asin(wt + j) O C (D) Ta thaáy chuyeån ñoäng cuûa P laø moät dao ñoäng ñieàu hoøa. Noùi khaùc ñi dao ñoäng ñieàu hoøa coù theå coi nhö laø hình chieáu cuûa moät chuyeån ñoäng troøn ñeàu xuoáng moät truïc naèm trong maët phaúng x' quyõ ñaïo. Caâu 2 : * Nhaän xeùt veà pha dao ñoäng giöõa v vaø x, giöõa a vaø x. * Cho bieát nhöõng ñieåm gioáng nhau vaø khaùc nhau giöõa dao ñoäng ñieàu hoøa vaø dao ñoäng tuaàn hoaøn. 1. Nhaäân xeùt veà pha dao ñoäng giöõa v vaø x; giöõa a vaø x p * v = A w cos (wt + j) = A w sin [(wt + j) + ] 2 x = A sin (wt + j) Þ v vaø x laø 2 ñaïi löôïng vuoâng pha * a = - A w sin (wt + j) = A w2 sin [(wt + j) + p ] 2 x = A sin (wt + j) Þ a vaø x laø 2 ñaïi löôïng ngöôïc pha ': 090.777.54.69 Trang: 2
- Trung taâm LTÑH Tröôøng ÑHSP TP.HCM GV: Buøi Gia Noäi 2. Ñieåm gioáng nhau vaø khaùc nhau cuûa hai dao ñoäng ñieàu hoøa vaø dao ñoäng tuaàn hoaøn * Gioáng nhau : - Ñeàu coù söï laëp laïi nhöõng khoaûng thôøi gian baèng nhau. - Hai ñao ñoäng ñeàu coù chu kyø, taàn soá. * Khaùc nhau: - Dao ñoäng ñieàu hoøa moâ taû baèng ñinh luaät hình sin vaø coù quyõ ñaïo luoân laø ñöôøng thaúng, trong khi dao ñoäng tuaàn hoaøn thì khoâng nhaát thieát phaûi caàn ñieàu kieän ñoùù. - Dao ñoäng ñieàu hoøa laø taäp con cuûa dao ñoäng tuaàn hoaøn, dao ñoäng tuaàn hoaøn laïi laø taäp con cuûa caùc dao ñoäng noùi chung. Caâu 3 : Dao ñoäng cuûa con laéc loø xo naèm ngang * Moâ taû caáu taïo vaø thí nghieä m. * Thieát laäp phöông trình dao ñoäng. 1. Moâ taû caáu taïo thí nghieäm veà con laéc loø xo - Xeùt moät heä goàm loø xo coù ñoä cöùng K, moät ñaàu gaén vaøo moät ñieåm coá ñònh, ñaàu kia mang quaû caàu khoái löôïng m, giöõa quaû caàu coù moät caùi raõnh cho pheùp noù chuyeån ñoäng doïc theo moät thanh ngang khoâng ma saùt. F - Choïn goác O laø vò töø luùc quaû caàu ñöùng yeân. ur N - Keùo quaû caàu ra khoûi vò trí caân baèng ñeán ly ñoä x = A roài K m O buoâng tay, quaû caàu chuyeån ñoäng nhanh daàn veà phía O, vöôït qua O u r do quaùn tính, roài chuyeån ñoäng chaäm daàn ñeán khi vaän toác baèng 0, P x sau ñoù chuyeån ñoäng nhanh ñaàn veà phía O roài laïi chaäm daàn ñeán khi O vaän toác baèng 0. Sau ñoù chuyeån ñoäng laëp laïi nhö cuõ. K 2. Thieát laäp phöông trình dao ñoäng cuûa con laéc loø xo O m a. Phaân tích löïc u r u r r F ÔÛ vò trí x hoøn bi chòu taùc duïng cuûa 3 löïc : troïng löïc P = mg , ur u r u r ur phaûn löïc N cuûa thanh ngang vaø löïc ñaøn hoài F cuûa loø xo. Vì P vaø N caân baèng nhau neân chæ coøn löïc F laøm cho hoøn bi dao ñoäng. Theo ñònh luaät Hooke thì F = - Kx, vôùi K laø ñoä cöùng cuûa loø xo coøn daáu tröø chæ löïc F luoân luoân höôùng veà vò trí caân baèng. b. Laäp phöông trình chuyeån ñoäng u ur u r r r Theo ñònh luaät 2 Newton: P + N + F = ma (*) Choïn chieàu döông nhö hình veõ, chieáu (*) xuoáng F Þ - Kx = mx Þ x= - - x m K Ñaët w2 = Suy ra x = w2x Hay x + w2x = 0 m Ñaây laø phöông trình vi phaân moâ taû chuyeån ñoäng cuûa con laéc loø xo Nghieäm cuûa phöông trình vi phaân coù daïng: x = Asin(wt + j) Vaäy chuyeån ñoäng cuûa con laéc loø xo laø moät ñao ñoäng ñieàu hoøa. Caâu 4 : * Laäp coâng thöùc lieân heä giöõa w vaø T. * Vieát coâng thöùc chu kì dao ñoäng cuûa con laéc loø xo coù chieàu daøi l treo vaät m. Neáu taêng chi u daøi loø xo laø 2l vaø vaãn treo vaät m thì chu kyø dao ñoäng cuûa con laéc loø xo theá naøo. ': 090.777.54.69 Trang: 3
- Trung taâm LTÑH Tröôøng ÑHSP TP.HCM GV: Buøi Gia Noäi 1. Quan heä giöõa w vaø T: 2p Ta coù : x = A sin(wt + j) ó x = A sin(wt + j +2p) ó x = A sin [w( t + ) + j] w 2p 2p Vaäy li ñoä taïi thôøi ñieåm t baèng ly ñoä ôû thôøi ñieåm ( t + ), neân khoaûng thôøi gian goïi w w 2p laø chu kyø cuûa ñao ñoäng ñieàu hoøa. T= w 2. Coâng thöùc chu kyø cuûa con laéc loø xo: K 2p m * Vì w = ÞT= = 2p m w K * Heä soá ñaøn hoài cuûa loø xo: S K K=E vôùi E laø suaát young. Þ chieàu daøi taêng 2 laàn thì ñoä cöùng giaûm 2 laàn: K = l 2 m Þ T = 2p . 2=T 2. Vaäy chu kyø taêng 2 laàn. K Caâu 5: Laäp moãi lieân heä giöõa ly ñoä, bieân ñoä vaø taàn soá cuûa vaät dao ñoäng ñieàu hoaø x2 Ta coù : x = A sin(wt + j) Þ sin2(wt+j)= A2 v2 v = A w cos(wt + j) Þ cos2(wt + j) = A 2 w2 x2 v2 Þ 2 + 2 2 =1 A Aw Caâu 6: * Dao ñoäng cuûa con laé c ñôn: Caáu taïo vaø laäp phöông trình dao ñoäng * So saùnh hai phöông trình cuûa con laéc loø xo vaø con laé c ñôn * Dao ñoäng cuûa con laé c ñôn coù phaû i laø dao ñoäng töï do khoâng? 1. CAÁU TAÏO VAØ PHÖÔNG TRÌNH DAO ÑOÂNG CUÛA CON LAÉC ÑÔN: a. Caáu taïo: Con laéc ñôn goàm hoøn bi coù khoái löôïng m treo vaøo daây daøi coù khoái löôïng vaø ñoä daõn khoâng ñaùng keå. b. Laäp phöông trình: ao a Hôïp löïc taùc duïng leân vaät m coù ly ñoä goùc a u r r u r r r r ì P :troïng löïc T F = P + t = mavôùi í r u r î t : löïc caêngdaây F Chieáu hôïp löïc leân tieáp tuyeán: O u r - mgsin a = m aT laø gia toác tieáp tuyeán: aT = s P ® - gsin a = s (*) Ñieàu kieän: a0 nhoû (a0 < 100) ': 090.777.54.69 Trang: 4
- Trung taâm LTÑH Tröôøng ÑHSP TP.HCM GV: Buøi Gia Noäi s s g Þ sin a = a = Þ - g = s'' => s''+ s=0 l'' l l g Ñaët w2 = Þ s + w2 s = 0 (1) l Phöông trình (1) laø phöông trình vi phaân moâ taû ñao ñoäng cuûa con laéc ñôn. Noù coù nghieäm : s = s0 sin(wt + j) (2) Phöông trình (2) laø phöông trình dao ñoäng cuûa con laéc ñôn. Phöông trình cho thaáy con laéc l ñôn ñao ñoäng ñieàu hoøa vôùi chu kyø: T = 2p g 2. SO SAÙNH: * Gioáng nhau: Hai phöông trình cuûa con laéc loø xo vaø con laéc ñôn coù daïng toaùn hoïc gioáng nhau vaø ñeàu moâ taû dao ñoäng ñieàu hoøa. * Khaùc nhau: K · Taàn soá goùc khaùc nhau. Ñoái vôùi con laéc loø xo thì w = chæ phuï thuoäc vaøo heä kín ( loø m g xo vaø vaät), trong khi ñoái vôùi con laéc ñôn thì w = chæ phuï thuoäc vaøo g. l · Khi khoâng ma saùt thì dao ñoäng con laéc loø xo laø dao ñoäng ñieàu hoøa, trong khi dao ñoäng cuûa con laéc ñôn chæ gaàn ñuùng laø dao ñoäng ñieàu hoøa khi bieân ñoä nhoû. 3. ÑOÁI VÔÙI DAO ÑOÄNG NHOÛ : (a0 < 100) thì chu kyø con laéc ñôn khoâng phuï thuoäc bieân ñoä, maø phuï thuoäc ñoä lôùn gia toác troïng löïc g. Taïi vò trí coá ñònh ñoái vôùi traùi ñaát g khoâng ñoåi, dao ñoäng cuûa con laéc ñôn ñöôïc coi laø dao ñoäng töï do. Caâu 7: Khaûo saùt ñònh tính vaø ñònh löôïng söï bieán ñoåi naêng löôïng trong dao ñoäng ñieàu hoøa cuûa con laéc loø xo. 1. KHAÛO SAÙT ÑÒNH TÍNH: (Söï bieán ñoåi naêng löôïng) § Keùo hoøn bi töø vò trí caân baèng O ñeán bôø B cb thì löïc keûo thöïc hieän coâng vaø truyeàn cho + hoøn bi moät naêng löôïng ban ñaàu laø theá naêng ñaøn hoài. § Thaû hoøn bi töùc laø löïc keùo maát ñi thì löïc ñaøn hoài keùohoøn bi chuyeån B ng nhanh daàn veà vò B O ñoä trí caên baèng O. Ñoäng naêng hoøn bi taêng, theá naêng loø xo giaûm. § Taïi vò trí caân baèng O, theá naêng loø xo baêng khoâng, ñoäng naêng hoøn bi cöïc ñaïi r § Do quaùn tính hoøn bi tieáp tuïc chuyeån ñoäng ñeán bôø B', löïc ñaøn hoài f ñoåi chieàu laøm hoøn bi chuyeån ñoäng chaäm daàn: ñoäng naêng hoøn bi giaûm, theá naêng loø xo taêng. § Taïi bôø B', hoøn bi döøng laïi, loø xo neân toái ña, ñoäng naêng hoøn bi baèng khoâng theá naêng loø xo cöïc ñaïi. § Sau ñoù hoøn bi döôùi taùc duïng löïc ñaøn hoài laïi chuyeån ñoäng veà vò trí caân baèng O vaø quaù trình nhö treân ñöôïc laäp laïi. Vaäy: Trong quaù trình dao ñoäng cuûa con laéc loø xo coù söï chuyeân hoùa giöõa ñoäng naêng vaø theá naêng ': 090.777.54.69 Trang: 5
- Trung taâm LTÑH Tröôøng ÑHSP TP.HCM GV: Buøi Gia Noäi 2. KHAÛO SAÙT ÑÒNH LÖÔÏNG: (Söï baûo toaøn naêng löôïng) 1 2 1 *) Ñoäng naêng hoøn bi: Eñ = mv vôùi v = Aw cos(wt + j) Þ Eñ = mA2w2cos2(wt + j) 2 2 1 2 *) Theá naêng loø xo: Et = Kx vôùi x = Asin(w + j) vaø K = mw2 2 1 => Et = mw2A2sin2(wt + j) 2 1 *) Cô naêng: E = Et +Eñ ó E = mw2A2 [cos2(wt + j) + sin2(wt + j)] 2 1 E = mw2A2 2 Vaäy: Trong suoát quaù trình dao ñoäng cô naêng caûa con laéc laø khoâng ñoåi vaø tæ leä vôùi bình phöông cuûa bieân ñoä dao ñoäng Caâu 8: * Ñoäng naêng vaø theá naêng cuûa con laéc loø xo bieán ñoåi ñieàu haøa vôùi taàn soá goùc bao nhieâu . * Neáu khoái löôïng taêng 4 1aàn vaø bieân ñoä giaûm 2 laàn thì cô naêng con laéc loø xo ñoåi theánaøo. 1. Ta coù: 1 * Eñ = mA2w2 cos2 (wt + j) 2 1 + cos(2wt + 2j) vì cos2 ( t + ) = 2 1 1 = + cos(2wt + 2j) 2 2 1 1 Þ Eñ = m A2w2 + mA2 w2cos (2wt + 2j) 4 4 Vaäy Eñ bieán ñoåi ñieàu hoøa vôùi taàn soá goùc w0 = 2w vaø f0 = 2f => chu kì T0 = 0,5T * Töông töï Et bieán ñoåi ñieàu hoøa vôùi taàn soá goùc w0 = 2w vaø f0 = 2f => chu kì T0 = 0,5T * Eñ , Et bieán ñoåi ñieàu hoøa cuøng taàn soá nhöng ngöôïc pha nhau. 1 2. Cô naêng: E = m A2 w2. 2 KK w Khi m = 4 m Þ w = == m' 4m 2 2 A A 1 w2 A 2 A = ÞA 2= Vaäy E = .4m. . 2 4 2 4 4 1 1 E E = ( mA 2 w2 ) Þ E = Vaäy cô naêng giaûm 4 laàn. 4 2 4 Caâu 9: Khaûo saùt ñònh tính vaø ñònh löôïng söï bieán ñoåi naên g löôïng cuûa con laéc ñôn trong khi dao ñoäng. Chöùng minh raèng neáu dao ñoä ng cuûa con laéc ñôn laø dao ñoä ng ñieàu hoøa thì cô naêng cuûa noù khoân g ñoåi vaø tæ leä vôùi bình phöông cuûa bieân ñoï dao ñoäng. ': 090.777.54.69 Trang: 6
- Trung taâm LTÑH Tröôøng ÑHSP TP.HCM GV: Buøi Gia Noäi 1. KHAÛO SAÙT ÑÒNH TÍNH: (Söï bieán ñoåi naêng löôïng) § Keùo con laéc ñôn leäch khoûi vò trí caân baèng moät goùc a0 thì löïc keùo thöïc hieän moät coâng vaø truyeàn cho con laéc ñôn moät theá naêng troïng tröôøng. § Thaû nheï hoøn bi thì löïc keûo maát ñi, hoøn bi chuyeån ñoäng nhanh daàn vaø vò trí caân baèng vaø theá naêng giaûm daàn trong khi ñoäng naêng taêng. § Hoøn bi veà vò trí caân baèng, theá naêng baèng khoâng, ñoäng naêng cöïc ñaïi. § Do quaùn tính hoøn bi leân cao daàn. Theá naêng hoøn bi taêng, ñoäng naêng giaûm. § Khi hoøn bi leân vò trí cao nhaát B thì döøng laïi. Ñoäng naêng baèng khoâng vaø theá naêng cöïc ñaïi. § Sau ñoù hoøn bi chuyeån ñoäng nhanh daàn ñeàu veà vò trí caân baèng O vaø quaù trình nhö treân taùi dieãn. Vaäy: Trong quaù trình dao ñoäng coù söï chuyeån hoùa giöõa theá naêng vaø ñoäng naêng 2. KHAÛO SAÙT ÑÒNH LÖÔÏNG: (Söï baûo toaøn naêng löôïng) a § Theá naêng : Et = mgh vôùi h = l - l cos a = l (1 - cosa) = 2lsin2 2 1 g s 1 s2 1 Þ Et = mg l a2 vì w2 = vaø a = Þ Et = mgl 2 = mw2s2 2 l l 2 l 2 1 Maët khaùc: s = sosin(wt + j) Þ Et = mw2 s2 sin2(wt + j) 0 2 1 2 § Ñoäng naêng: Eñ = mv vôùi v =sowcos(wt + j) Þ Eñ = mw2 s2 cos2(wt + j) 0 2 1 2 2 § Cô naêng: E = Et + Eñ ó E = mw s0 2 Vaäy: Trong quaù trình dao ñoäng ñieàu hoøa cô naêng cuûa con laéc ñôn laø khoâng ñoåi vaø tæ leä vôùi bình phöông cuûa bieân ñoä dao ñoäng Caâu 10: - Phaùt bieåu caùc ñònh nghóa: dao ñoäng töï do, dao ñoäng cöôõng böùc, heä dao ñoäng - Dao ñoäng töï do vaø dao ñoäng cöôõng böùc coù ñieåm naøo gioáng nhau vaø khaù c nhau 1. Phaùt bieåu ñònh nghóa: v Dao ñoäng töï do: laø dao ñoäng maø chu kyø chæ phuï thuoäc caùc ñaëc tính cuûa heä dao ñoäng nhöng khoâng phuï thuoäc caùc yeáu toá beân ngoaøi v Dao ñoäng cöôõng böùc: laø dao ñoäng chòu taùc duïng cuûa löïc cöôõng böùc bieán thieân tuaàn hoaøn F = Fosin(wt + j) vôùi Fo laø bieân ñoä ngoaïi löïc. v Heä giao ñoäng: laø heä coù khaû naêng thöïc hieän dao ñoäng töï do. Sau khi bò kích thích heä dao ñoäng seõ töï noù thöïc hieän dao ñoäng theo chu kyø rieâng cuûa noù. 2. Dao ñoäng töï do vaø dao ñoäng cöôõ ng böùc coù ñieåm naøo gioáng vaø khaùc nhau: v Gioáng nhau: ñeàu coù tính tuaàn hoaøn (dao ñoäng ñieàu hoøa) v Nhaù c nhau: Chu kyø vaø taàn soá cuûa dao ñoäng cöôõng böùc phuï thuoäc ngoaïi löïc taùc duïng trong khi dao ñoäng töï do thì khoâng. ': 090.777.54.69 Trang: 7
- Trung taâm LTÑH Tröôøng ÑHSP TP.HCM GV: Buøi Gia Noäi Caâu 11: Bieåu dieãn dao ñoäng ñieà u hoøa baèng phöông Phaùp giaùn ñoà vectô quay Fresnel Phöông phaùp vectô quay döïa treân tính chaát: moät dao ñoäng ñieàu hoaø coù theå ñöôïc coi nhö hình chieáu cuûa moät chuyeån ñoäng troøn ñeàu xuoáng moät truïc naèm x trong maët phaúng quyõ ñaïo. M + P - Giaû söû caàn bieåu dieãn dao ñoäng: x = Asin(wt + j) Ta veõ moät truïc naèm ngang (D) vaø moät truïc thaúng ñöùng wt Mo (t = 0) r j x'x caét (D) taïi O. Veõ moät vectô A coù goác taïi O: coù ñoä daøi baèng O (D) bieân ñoä A vaø taïo vôùi truïc (D) moät goùc baèng j taïi thôøi ñieåm t = 0. r Cho vectô A quay ñeàu theo chieàu döông löôïng giaùc vôùi vaän toác r goùc w. Luùc ñoù chuyeån ñoäng cuûa hình chieáu ñaàu muùt vectô A xuoáng truïc x'x laø moät dao ñoäng ñieàu hoøa: x' x = OP = Asin(wt + j) r - Ta keát luaän raèng dao ñoäng ñieàu hoøa x = Asin(wt + j) ñöôïc bieåu dieãn baèng vectô quay A Caâu 12: Toång hôïp hai dao dao ñoäng ñieàu hoøa cuøng phöông, cuøng taàn soá baèng phöông phaùp vectô quay. 1. TOÅNG HÔÏP HAI DAO ÑOÄNG ÑIEÀU HOØA CUØNG PHUÔNG CUØNG TAÀN SOÁ BAÈNG PHÖÔNG PHAÙP VECTÔ QUAY: Xeùt vaät tham gia 2 dao ñoäng ñieàu hoøa cuøng phöông, cuøng ña soá: x1 = A1sin(wt + jl) x x2 = A2sin(wt + j2) M Dao ñoäng toång hôïp: x = x1 + x2. Tìm x baèng phöông phaùp M2 vectô quay. Ta veõ caùc vectô bieåu dieãn x1, x2, x nhö hình veõ: · Ta thaáy M1OM 2 = j1 - j2 = haèng A2 r r A Cho hai vectô A1 ,A 2 , quay quanh O theo chieàu döông vôùi vaän toác goùc w khoâng ñoåi. Khi ñoù hình bình haønh OM1MM2 M1 khoâng bieán daïng neân vectô toång hôïp coù ñoä lôùn khoâng ñoåi vaø cuõng j A1 quay quanh O theo chieàu ñöông vôùi vaän toác goùc w. j1 r r Vì toång ñaïi soá caù c hình chieáu cuûa hai vectô A1 ,A 2 O (D) r xuoá ng truïc x'Ox baèng hình chieáu cuûa vectô A1 xuoáng truïc ñoù neân chuyeån ñoäng toån g hôïp cuûa hai ñao ñoäng ñieàu hoø a cuø ng phöông vaø cuøng ña soá laø moä t dao ñoäng ñieàu hoø a cuø ng phöông vaø cuøn g ña soá . r Do ñoù vectô A1 bieåu dieãn dao ñoäng ñieàu hoøa toång hôïp vaø goùc j bieåu dieãn pha ban ñaàu cuûa ñao ñoäng toång hôïp. 2. BIEÂN ÑOÄ VAØ PHA BAN ÑAÀU CUÛA DAO ÑOÄNG TOÅNG HÔÏP: uuuu r uuuuu uuuuu r r Coù OM = OM1 + OM 2 Chieáu xuoáng truïc (D) vaø truïc x x: Acosa = A1cosj 1 + A2cosj2 (1) Asina = A1sinj 1 + A2sinj2 (2) (l)2 + (2)2 cho A 2 = A1 + A 2 + 2A1A 2 cos(j1 - j2 ) 2 2 ': 090.777.54.69 Trang: 8
- Trung taâm LTÑH Tröôøng ÑHSP TP.HCM GV: Buøi Gia Noäi (2) A sin j1 + A 2 sin j2 cho tgj = 1 (1) A1 cos j1 + A 2 cos j2 § Neáu x1 vaø x2 dao ñoäng cuøng pha : j1 - j2 = K2p Þ A = A1 + A2 § Neáu x1 vaø x2 dao ñoäng ngöôïc pha : j1 - j2 = (2K + 1)p Þ A = A1 - A 2 § Neáu x1 vaø x2 dao ñoäng baát kyø : A1 - A 2 < A < (A1 + A2) Caâu 13: Dao ñoäng taét daàn: ñònh nghóa, nguyeân nhaân, ñaëc ñieåm. 1. Ñònh nghóa: Dao ñoäng taét daàn laø dao ñoäng coù bieân ñoä giaûm daàn theo thôøi gian. 2. Nguyeân nhaân: Trong thöïc teá caùc vaät ñeàu dao ñoäng trong moät moâi tröôøng xaùc ñònh neân caùc taùc duïng ma saùt cuûa moâi tröôøng ñoù. Do phaûi thöïc hieän coâng ñeå thaéng ma saùt neân naêng löôïng heä cô giaûm daàn laøm cho bieân ñoä giaûm daàn vaø cuoái cuøng vaät döøng laïi ôû vò trí caân baèng. 3. Ñaëc ñieåm: x § Löïc ma saùt nhoû thì dao ñoäng taét daàn chaäm. Ví duï: con laéc ñao ñoäng trong khoâng khí. t x § Löïc ma saùt lôùn thì dao ñoäng taét daàn nhanh. Ví duï: con laéc dao ñoäng trong nöôùc. t x § Löïc ma saùt quaù lôùn thì con laéc khoâng dao ñoäng Ví duï: con laéc dao ñoäng trong nhôùt. t Caâu 14: - Trình baøy veà dao ñoäng cöôõng böùc. Bieân ñoä dao ñoäng cöôõng böùc phuï thuoä c vaøo yeáu toá naøo? - Söï coäng höôûng cô hoïc laø gì? Neâu moät ví duï veà coäng höôûng coù lôïi vaø coù haïi - Haõy cho bieát caùc ñieåm gioáng nhau vaø khaùc nhau giöõa dao rieâng cöôõng böù c vaø söï töï dao ñoäng. 1. Dao ñoäng cöôõ ng böùc: Thoâng thöôøng, moät heä dao ñoäng chòu taùc duïng löïc ma saùt cuûa moâi tröôøng neân sinh coâng aâm laøm giaûm cô naêng vaø dao ñoäng bò taét ñaàn. Muoán duy trì dao ñoäng, ta taùc duïng leân heä moät ngoaïi löïc bieán thieân tuaàn hoaøn: F = F0sin(wt + j) vôùi F0 laø bieân ñoä cuûa ngoaïi löïc; w laø taàn soá goùc Trong thôøi gian Dt raát ngaén, dao ñoäng cuûa heä laø moät dao ñoäng phöùc taïp do söï toång hôïp cuûa dao ñoäng rieâng cuûa heä vaø dao ñoäng cuûa ngoaïi löïc. Sau thôøi gian Dt, dao ñoäng rieâng taét haún vaø heä chæ dao ñoäng vôùi ña soá cuûa ngoaïi löïc. Ñoù laø ñao ñoäng cöôõng böùc. a. Ñònh nghóa: Dao ñoäng cöôõng böùc laø dao ñoäng gaây ra bôûi moät ngoaïi löïc bieán thieân tuaàn hoaøn F = F0sin(wt + j) goïi laø löïc cöôõng böùc. ': 090.777.54.69 Trang: 9
- Trung taâm LTÑH Tröôøng ÑHSP TP.HCM GV: Buøi Gia Noäi b. Ñaëc ñieåm: § Coù taàn soá baèng taàn soá cuûa ngoaïi löïc § Coù bieân ñoä phuï thuoäc söï cheânh leäch giöõa taàn soá f cuûa löïc cöôõng böùc vaø taàn soá dao ñoäng rieâng f0 cuûa heä ñao ñoäng. 2. Coäng höôûng cô: a. Ñònh nghóa: Söï coäng höôûng laø hieän töôïng bieân ñoä cuûa dao ñoäng cöôõng böùc taêng ñoät ngoät khi ña soá cuûa löïc cöôõng böùc xaáp xæ baèng taàn soá rieâng cuûa heä dao ñoäng. b. Thí duï veà coäng höôû ng: v Coäng höôûng coù lôïi: Moät em nhoû cuõng coù theå ñöa voõng cho moät ngöôøi lôùn leân raát cao. Neáu em taùc duïng leân voõng moät ngoaïi löïc coù taån soá f0 gaàn baèng ñuùng taàn soá rieâng f0 cuûa voõng, nghóa laø löïc keùo cuûa tay aên nhòp vôùi nhòp ñong ñöa cuûa voõng, sau moät thôøi gian, bieân ñoä dao ñoäng cuûa voõng raát lôùn. Neáu muoán döøng söùc ñeå ñaåy voõng moät laàn leân cao nhö vaäy, em nhoû seõ khoâng laøm ñöôïc. v Coäng höôûng coù haïi: Chieác caàu, beä maùy, khung xe,... laø nhöõng heä thoáng dao ñoäng coù taàn soá rieâng. Neáu ñeå chuùng dao ñoäng cöôõng böùc vôùi moät vaät dao ñoäng khaùc ñaët leân chuùng (ví duï: moät maùy phaùt ñieän lôùn), chuùng coù theå rung leân raát maïnh vaø coù theå bò gaõy. 3. Ñieåm gioáng nhau vaø khaùc nhau giöõa dao ñoäng cöôõng böùc vaø söï töï dao ñoäng: v Gioáng nhau: Duy trì dao ñoäng laâu nhôø ñöôïc buø naêng löôïng (ñeå thaéng löïc ma saùt) v Khaùc nhau: Söï töï dao ñoäng khoâng caàn taùc duïng cuûa ngoaïi löïc trong khi dao ñoäng cöôõng böùc laø do ngoaïi löïc taùc duïng. Caâu 15: - Neâu nguyeân nhaân ñeå dao ñoän g khoâng taét daàân. - Neâu bieän phaùp kyõ thuaät ñeå duy trì dao coäng cuûa con laéc ñoàng hoã vaø bieän phaùp kó thuaät laøm cho dao ñoäng khung xe oâtoâ choùng taé t. 1. DAO ÑOÄNG DUY TRÌ: a. Ñònh nghóa: Dao ñoäng coù bieân ñoä khoâng thay ñoåi theo thôøi gian gôïi laø dao ñoäng duy trì coøn goïi laø töï dao ñoäng. b. Nguyeân taéc duy trì dao ñoäng: laø phaûi taùc duïng vaøo con laéc moät löïc tuaàn hoaøn coù taàn soá baèng taàn soá rieâng cuûa con laéc. Löïc tuaàn hoaøn nhoû khoâng laøm bieán ñoåi taàn soá rieâng cuûa con laéc, löïc cung caáp naêng löôïng cho con laéc trong moãi nöûa chu kyø ñeå buø ñaép naêng löôïng maát ñi do ma saùt. 2. ÖÙNG DUÏNG: a. Bieän phaùp kyõ thuaät ñeå duy trì dao ñoäng cuûa con laéc ñoàng hoà: Laø leân daây coùt cuûa ñoàng hoà. Khi leân daây coùt laø ta cung caáp moät theá naêng ñaøn hoài cho con laéc. Sau ñoù moãi khi con laéc ñaït tôùi bieân ñoä sau moät nöûa chu kyø thì ñaây coùt daõn ra moät chuùt vaø moät phaàn theá naêng cuûa noù truyeàn cho con laéc nhôø caùc cô caáu thích hôïp. b. Bieän phaùp kyõ thuaät laøm dao ñoäng cuûa khung xe oâ toâ choùng taét: Khi oâ toâ bò xoùc thì loø xo giaûm xoùc bò neùn hay daõn. Ñeå laøm cho dao ñoäng cuûa khung xe oâtoâ choùng taét khi qua choã bò xoùc thì ngöôøi ta duøng moät thieát bò goàm piston chuyeån ñoäng theo chieàu thaúng ñöùng trong moät xylanh chöùa ñaày daàu nhôùt. Piston gaén vôùi khung xe, xylanh gaén vôùi truïc baùnh xe. Khi khung xe dao ñoäng treân loø xo giaûm xoùc thì piston cuõng dao ñoäng trong xylanh vaø nhôø daàu nhôùt dao ñoäng trong khung xe choùng taét. ': 090.777.54.69 Trang: 10
- Trung taâm LTÑH Tröôøng ÑHSP TP.HCM GV: Buøi Gia Noäi SOÙNG CÔ VAØ AÂM HOÏC Caâu 1 : Soùng cô hoïc laø gì? Giaûi thích söï taïo thaøn h soùng treân maët nöôùc. Vì sao quaù trình truyeàn soùng laø moät quaù trình truyeàn naêng löôïn g. Thaønh laäp phöông trình dao ñoäng cuûa moät ñieåm treân phöông truyeàn soùng? 1. ÑÒNH NGHÓA SOÙNG: Soùng cô hoïc laø nhöõng dao ñoäng ñaøn hoài lan truyeàn trong moâi tröôøng vaät chaát theo thôøi gian. 2. GIAÛI THÍCH SÖÏ TAÏO THAØNH SOÙNG TREÂN MAËT NÖÔÙC: § Hieän töôïng soùng nöôùc: - Neùm hoøn ñaù nhoû xuoáng hoà nöôùc yeân laëng ta thaáy xuaát hieän nhöõng soùng nöôùc hình troøn töø nôi hoøn ñaù rôi lan roäng ra treân moâi tröôøng nöôùc vôùi bieân ñoä giaûm daàn - Caùi phao nhaáp nhoâ theo soùng nhöng khoâng truyeàn ñi. § Giaûi thích: Giöõa caùc phaàn töû nöôùc coù löïc töông taùc neân khi moät phaàn töû M ñao ñoäng vaø nhoâ leân cao thì caùc löïc töông taùc keùo caùc phaân töø keá caän nhoá leân theo nhöng chaäm hôn moät chuùt, caùc löïc ñoù cuõng keûo M veà caân baèng. Keát quaû laø dao ñoäng lan roäng ra treân moâi tröôøng nöôùc. Phao chæ nhaáp nhoâ theo soùng maø khoâng truyeàn ñi laø vì trong moâi tröôøng truyeàn soùng thì traïng thaùi dao ñoäng truyeàn ñi coøn phaàn töø vaät chaát cuûa moâi tröôøng chæ dao ñoäng quanh vò trí caân baèng cuûa noù. 3. GIAÛI THÍCH VÌ SAO QUAÙ TRÌNH TRUYEÀN SOÙNG LAØ MOÄT QUAÙ TRÌNH TRUYEÀN NAÊNG LÖÔÏNG: § Naêng löôïng truyeàn soùng taïi moät ñieåm tæ leä vôùi bình phöông cuûa bieân ñoä soùng taïi ñoù. Vì vaäy soùng truyeàn ñeán ñieåm naøo thì laøm cho caùc phaàn töû vaät chaát cuûa moâi tröôøng taïi ñieåm ñoù dao ñoäng vôùi moät bieân ñoä nhaát ñònh töùc laø truyeàn cho caùc phaàn töû ñoù moät naêng löôïng. Do ñoù quaù trình truyeàn soùng cuõng laø moät quaù trình truyeàn naêng löôïng. § Theo ñònh luaät baûo toaøn naêng löôïng thì naêng löôïng soùng truyeàn ñi töø nguoàn do phaûi traûi roäng ra cho caùc phaàn töû cuûa moâi tröôøng neân naêng löôïng soùng caøng xa nguoàn caøng nhoû. 4. LAÄP PHÖÔNG TRÌNH DAO ÑOÄNG CUÛ A MOÄT ÑIEÅM TREÂN PHÖÔNG TRUYEÀN SOÙNG: Do soùng truyeàn ñi theo moïi phöông nhö nhau neân ta chæ xeùt moät phöông truyeàn soùng Ox. Xeùt ñieåm M treân phöông truyeàn soùng Ox caùch nguoàn soùng O moät khoaûng OM = x. § Phöông trình nguoàn soùng O: u0 = asin2pft x § Phöông trình soùng taïi M: u(M) (t) = u(t - q) vôùi q = v x 2px v 2px Þ uM = asin2pf(t - ) = asin(2pft ) Vì l = Þ uM = asin(2pft - ) v v f l f Caâu 2: Neâu caùc ñònh nghóa: cuûa soùng cô hoïc, soùng doïc, soùng ngang, caùc soùng keát hôïp söï giao thoa cuûa caùc soùng, soùng döøng, chu kyø cuûa soùn g, taàn soá cuûa soùng, böôùc soùng, vaän toác truyeàn soùng, bieân ñoä soùng. Ñònh nghóa 2 dao ñoäng leäch pha, cuøng pha, ngöôïc pha 1. NEÂU CAÙC ÑÒNH NGHÓA: § Soùng cô laø nhöõng dao ñoäng ñaøn hoài lan truyeàn trong moâi tröôøng vaät chaát theo thôøi gian. § Soùng ngang laø soùng coù phöông dao ñoäng vuoâng goùc vôùi phöông truyeàn soùng. § Soùng doïc laø soùng coù phöông dao ñoäng truøng vôùi phöông truyeàn soùng. § Soùng keát hôïp laø caùc soùng coù cuøng phöông, cuøng taàn soá vaø coù ñoä leäch pha khoâng ñoåi. ': 090.777.54.69 Trang: 11
- Trung taâm LTÑH Tröôøng ÑHSP TP.HCM GV: Buøi Gia Noäi § Söï giao thoa cuûa soùng laø söï toång hôïp cuûa hai hay nhieàu soùng keát hôïp trong khoâng gian, trong ñoù coù nhöõng choã coá ñònh maø bieân ñoä soùng ñöôïc taêng cöôøng hay giaûm bôùt. § Soùng döøng laø soùng coù caùc nuùt vaø caùc buïng coá ñònh trong khoâng gian. § Chu kyø T cuûa soùng laø chu kyø dao ñoäng chung cuûa caùc phaàn töû vaät chaát coù soùng truyeàn qua vaø baèng chu kyø dao ñoäng cuûa nguoàn soùng. § Taàn soá f cuûa soùng laø taàn soá dao ñoäng chung cuûa caùc phaàn töû vaät chaát coù soùng truyeàn qua vaø baèng taàn soá dao ñoäng cuûa nguoàn soùng. § Böôùc soùng l laø khoaûng caùch gaàn nhaát giöõa hai ñieåm dao ñoäng cuøng pha (hay ngöôïc pha) treân cuøng moät phöông truyeàn soùng, noù cuõng laø quaõng ñöôøng maø soùng truyeàn ñi ñöôïc trong moät chu kyø cuûa soùng. § Vaän toác truyeàn soùng v laø vaän toác truyeàn pha dao ñoäng § Bieân ñoä soùng A taïi moät ñieåm laø bieân ñoä dao ñoäng cuûa caùc phaàn töû vaät chaát taïi ñieåm ñoù khi soáng truyeàn qua. v Lieân heä giöõa T, f, v vaø l laø: l = v.T = f 2. THEÁ NAØO LAØ HAI DAO ÑOÄNG LEÄCH PHA, CUØNG PHA, NGÖÔÏC PHA: § Hai dao ñoäng leäch pha laø hai ñao ñoäng coù ñoä leäch pha khoâng ñoåi vaø khaùc khoâng § Hai dao ñoäng cuøng pha laø hai dao ñoäng coù ñoä leäch pha baèng 0 hay baèng k2p § Hai dao ñoäng ngöôïc pha laø hai dao ñoäng coù ñoä leäch pha baèng p hay baèng (2k + 1)p § Khi Dj = j1 - j2 > 0 thì dao ñoäng 1 sôùm pha hôn dao ñoäng 2 hay dao ñoäng 2 treã pha hôn dao ñoäng 1 . Caâu 3: Ñònh nghóa ñoä leäch pha giöõa hai soùng. Chöùng minh raèng ñoä leäch pha laø yeáu toá quan troïng trong vieäc giaûi thích hieän töôïng giao thoa soùng nöôùc. 1. Ñònh nghóa ñoä leäch pha giöõa hai soùng: Ñoä leäch pha laø ñaïi löôïng ñaëc tröng cho söï khaùc nhau veà traïng thaùi giöõa hai hai dao ñoäng vaø ñöôïc xaùc ñònh baèng hieäu caùc pha ban ñaàu: Dj = j1 - j 2 2. Vai troø ñoà leäch pha giöõa 2 soùng trong vieäc giaûi thích hieän töôïng giao thoa: * Phöông trình soùng taïi M do hai nguoàn keát hôïp S1, S2 taïo ra laàn löôït laø: 2pd1 2pd 2 U1M = a sin (2pft - ) và U2M = a sin (2pft - ) l l * Phöông trình soùng toång hôïp taïi M: p p uM = u1m + u2m Þ uM = 2a cos (d1 - d2)sin [2pft - (d1 + d2)] l l Ñaây laø moät dao ñoäng ñieàu hoøa coù: p § Pha ban ñaàu: j = - (d1 + d2) l p § Bieân ñoä: A = 2a cos (d1 - d 2 ) 2p l Dj Dj Vì: Dj = j 2M - j1M = (d1 d2) Þ (d1 d 2) = Þ A = 2a cos l 2p 2 Ta thaáy: Taïi M hai soùng cuøng pha thì Dj = k2p Þ A = 2a Taïi M hai soùng ngöôïc pha thì Dj = (2k + l)p Þ A = 0 Vaäy trong hieän töôïng giao thoa cuûa 2 soùng, ñoä leäch pha cuûa 2 soùng thaønh phaàn taïi ñieåm hai soùng ñoù gaëp nhau seõ quyeát ñònh ñoä lôùn cuûa bieân ñoä dao ñoäng toång hôïp taïi ñoù. ': 090.777.54.69 Trang: 12
- Trung taâm LTÑH Tröôøng ÑHSP TP.HCM GV: Buøi Gia Noäi Caâu 4: Moâ taû hai hieän töôïng ñaëc tröng cuûa löu trình truyeàn soùng: hieän töôïng giao thoa vaø hieän töôïng nhieãu xaï. 1. HIEÄN TÖÔÏNG GIAO THOA CUÛA SOÙNG NÖÔÙC: a. Thí nghieäm: Duøng moät aâm thoa coù moät nhaùnh noái vôùi maãu theùp hình chöõ U coù hai ñaàu chaïm S1 nheï vaøo maët nöôùc taïi S1 vaø S2. Khi aâm thoa rung caùc voøng troøn soùng phaùt ra töø S1 vaø S2 lan truyeàn treân maët f nöôùc. S2 Hai nguoàn S1 vaø S2 cuøng taàn soá, coù ñoä leäch pha khoâng ñoåi goïi laø hai nguoàn soùng keát hôïp. Hai soùng do chuùng taïo ra goïi laø hai soùng keát hôïp. Trong vuøng giao nhau cuûa hai soùng keát hôïp. k = 3; 2; 1; 0; -1;-2,-3 Trong vuøng giao nhau cuûa hai soùng keát hôïp xuaát hieän caùc ñöôøng hyperbol coù bieân ñoä cöïc ñaïi, bieân ñoä baèng khoâng naèm xen keõ nhau nhaän S1, S2laøm tieâu S1 S2 ñieåm goïi laø hieän töôïng giao thoa soùng nöôùc. Caùc ñöôøng hyperbol goïi laø vaân giao thoa soùng. b. Giaûi thích: Taïi ñieåm M trong vuøng giao thoa soùng töø nguoàn S1 vaø S2 truyeàn ñeán coù phöông trình laàn löôït laø: 2pd1 2pd 2 u1M = asin(2pft - ) vaø u2M = asin(2pft - ) M l l Þ Phöông trình soùng giao thoa taïi M: d1 d2 2pd1 2pd 2 uM = u1M + u2M - a[sin(2pft - ) + sin(2pft - )] l l S1 S2 p(d1 - d 2 ) p uM = 2acos sin[2pft - (d1 + d2)] l l p(d1 - d 2 ) Bieân ñoä soùng taïi M: A = 2a cos l p(d1 - d 2 ) p(d1 - d 2 ) § M laø vaân cöïc ñaïi: Amax Þ cos = cos kp Þ = kp l l Þ (d1 d2) = kp § M laø vaân ñöùng yeân: A = 0 p(d1 - d 2 ) p p(d1 - d 2 ) p p Þ cos = cos(2k + 1) Þ = (2k + 1) Þ (d1 d2) = (2k+1) l 2 l 2 2 Vì: d1 - d 2 = haèng soá neân M ôû treân ñöôøng hyperbol nhaän S1, S2 laøm tieâu ñieåm. c. Ñieàu kieäân coù hieän töôïng giao thoa: - Hai soùng coù cuøng taàn soá - Hai soùng coù ñoä leäch pha khoâng ñoåi theo thôøi gian Caùc soùng coù tính chaát treân goïi laø soùng keát hôïp. Caùc nguoàn taïo ra soùng keát hôïp goïi laø nguoàn keát hôïp. 2. HIEÄN TÖÔÏNG NHIEÃU XAÏ: Khi gaëp moät chöôùng ngaïi vaät coù kích thöôùc nhoû so vôùi böôùc soùng thì soùng coù theå ñi voøng qua veà phía sau vaät nhö khoâng gaëp gì caû. Neáu vaät caûn coù kích thöôùc lôùn hôn so vôùi böôùc soùng thì soùng cuõng ñi voøng qua vaät nhöng ngay phía sau vaät coù moät vuøng khoâng coù soùng. Hieän töôïng soùng ñi voøng qua vaät caûn goïi laø hieän töôïng nhieãu xaï. Khi bò nhieãu xaï caùc tia soùng bò uoán cong ñi. ': 090.777.54.69 Trang: 13
- Trung taâm LTÑH Tröôøng ÑHSP TP.HCM GV: Buøi Gia Noäi Caâu 5: Khaùi nieäm veà soùng döøng. Giaûi thích caùch hình thaønh soùng döøn g treân moät sôïi daây vaø neâu ñieàu kieän ñeå coù soùng döøng. Caùch xaùc ñònh vaän toác truyeàn soùng baèng hieän töôïng soùng döøng. 1. KHAÙI NIEÄM VEÀ SOÙNG DÖØNG: Khi moät soùng tôùi vaø soùng phaûn xaï cuûa noù truyeàn theo cuøng moät phöông thì chuùng giao thoa vôùi nhau. Keát quaû laø treân phöông truyeàn soùng coù nhöõng ñieåm coá ñònh maø caùc phaàn töû vaät chaát taïi ñoù luoân dao ñoäng vôùi bieân ñoä cöïc ñaïi (goïi laø buïng) vaø nhöõng ñieåm coá ñònh khaùc maø caùc phaàn töû vaät chaát taïi ñoù luoân ñöùng yeân (goïi laø nuùt). Caùc ñao ñoäng naøy taïo thaønh moät soùng khoâng truyeàn ñi trong khoâng gian goïi laø soùng döøng. Vaäy: Soùng döøng laø soùng coù caùc nuùt vaø buïng coá ñònh trong khoâng gian 2. GIAÛI THÍCH CAÙCH HÌNH THAØNH SOÙNG DÖØNG TREÂN MOÄT SÔÏI DAÂY VAØ NEÂU ÑIEÀU KIEÄN ÑEÅ COÙ SOÙNG DÖØNG: a. Caùch hình thaønh soùng döøng: l l Buoäc ñaàu M cuûa sôïi daây coá ñònh vaøo töôøng vaø cho ñaà u P 4 2 dao ñoäng. - Thay ñoåi ña soá dao ñoäng cuûa P ñeán moät luùc naøo ñoù ta B A thaáy sôïi daày dao ñoäng oån ñònh trong ñoù coù nhöõng choã dao ñoäng raát maïnh vaø nhöõng choã haàu nhö khoâng dao ñoäng. l b. Giaûi thích: Dao ñoäng truyeàn töø A ñeán B treân ñaày döôùi daïng moät soùng ngang. Ñeán B soùng N Phaûn xaï truyeàn ngöôï c laïi A. Hình veõ coù: 4 buïng, 4 nuùt vaø 3 boù soùng Soùng tôùi vaø soùng phaûn xaï thoûa maõn ñieàu kieän soùng keát hôïp vaø ngöôï c pha nhau taïi B (B coá ñònh) Þ hai soùng naøy giao nhau taïo neân soùng döøng. Keát quaû cho thaáy: A, B laø hai ñieåm luoân ñöùng yeân, caù c ñieåm treân sôïi daây AB caùch A vaø B nhöng l khoaûng baèng moät soá nguyeân laàn nöûa böôùc soùng (k) luoân luoân ñöùng yeân (goïi laø caùc nuùt cuûa soùng döøng), 2 l caùc ñieåm treân AB naèm caùch A vaø B nhöõng khoaûng caùch baèng moät soá leû phaàn tö böôùc soùng [(2k + 1) ] thì 4 dao ñoäng vôùi bieân ñoä cöïc ñaïi (goïi laø caùc buïng cuûa soùng döøng). Khoaûng caùch giöõa 2 nuùt hay 2 buïng lieân l tieáp nhau laø . Ñoái vôùi soùng doïc tuy hình aûnh soùng döøng coù khaùc nhöng noù vaãn goàm coù caùc nuùt vaø buïng. 2 l Khoaûng caùch giöõa hai nuùt treân tieáp vaãn baèng 2 c. Ñieàu kieän coù soùng döøng: § Ñeå coù soùng döøng vôùi hai ñieåm nuùt ôû hai ñaàu daây phaûi coù ñieàu kieän: l l = k (Î Z) vôùi l laø chieàu daøi daây 2 § Ñeå coù soùng döøng vôùi moät nuùt ôû ñaàu naøy vaø moät buïng ôû ñaàu kia phaûi coù ñieàu kieän: l l = (2k + 1) (k Î Z) 4 3. CAÙCH XAÙC ÑÒNH VAÄN TOÁC TRUYEÀN SOÙNG BAÈNG HIEÄN TÖÔÏNG SOÙNG DÖØNG: Hieän töôïng soùng döøng cho pheùp ta ñaõ ñöôïc böôùc soùng 1 moät caùch chính xaùc. Ñoái vôùi soùng aâm vaø caùc soùng khaùc, vieäc do taàn soá f cuõng ñôn giaûn. Bieát l vaø f ta xaùc ñònh vaän toác truyeàn soùng theo heä thöùc: v = lf Ví duï: Vôùi moät sôïi daây ñaøn hoài coù hai ñaàu coá ñònh. Quan saùt soùng treân daây ta ñeám ñöôïc soá l 2l 2l baèng (k). Bieát chieàu daøi l cuûa sôïi daây ta thaáy: l = k Þ l = Vaäy: v = lf = f 2 k k ': 090.777.54.69 Trang: 14
- Trung taâm LTÑH Tröôøng ÑHSP TP.HCM GV: Buøi Gia Noäi Caâu 6: Theá naøo laø dao ñoäng aâm vaø soùng aâm? Moâi tröôøng truyeàn aâm vaø vaän toác aâm, vai troø cuûa baàu ñaøn vaø caùc daây ñaøn cuûa chieác ñaøn ghi - ta. 1. DAO ÑOÄNG VAØ SOÙNG AÂM: a. Soùng aâm: Laø caùc soùng doïc cô hoïc truyeàn trong caùc moâi tröôøng khí, loûng hay raén. Soùng aâm nghe ñöôïc coù taàn soá naèm trong khoaûng töø 16Hz ñeán 20.000Hz Soùng aâm coù taàn soá nhoû hôn 16Hz goïi laø caùc soùng haï aâm. Soùng aâm coù taàn soá lôùn hôn 20.000Hz goïi laø caùc soùng sieâu aâm. Tai ta khoâng nghe ñöôïc haï aâm vaø sieâu aâm. b. Dao ñoäng aâm: Laø caùc dao ñoäng cô hoïc cuûa caùc vaät raén, loûng, khí v.v coù taàn soá naèm trong khoaûng noùi treân. Caùc vaät coù dao ñoäng aâm, coù khaû naêng taïo ra soùng aâm trong moâi tröôøng bao quanh goïi laø caùc vaät phaùt dao ñoäng aâm. 2. MOÂI TRÖÔØNG TRUYEÀN AÂM - VAÄN TOÁC AÂM: a. Moâi tröôøng truyeàn aâm: Soùng aâm truyeàn ñöôïc truyeàn caû ba moâi tröôøng raén, loûng vaø khí, nhöng khoâng truyeàn ñöôïc trong chaân khoâng. b. Vaän toá c truyeàn cuûa soùng aâm: § Phuï thuoäc vaøo tính ñaøn hoài vaø maät ñoä cuûa môùi tröôøng: Vaän toác aâm trong chaát raén lôùn hôn trong chaát loûng vaø trong chaát loûng lôùn hôn trong chaát khí § Vaän toác aâm thay ñoåi theo nhieät ñoä § Nhöõng vaät lieäu nhö boâng, nhung, taám xoáp v.v truyeàn aâm keùm vì tính ñaøn hoài cuûa chuùng keùm. Chuùng ñöôïc duøng ñeå laøm caùc vaät lieäu caùch aâm. 3. VAI TROØ CUÛA DAÂY ÑAØN VAØ BAÀU ÑAØN TRONG CHIEÁC ÑAØN GHI TA: Trong ñaøn ghi ta caùc daây ñaøn ñoùng vai troø vaät phaùt dao ñoäng aâm. Dao ñoäng naøy thoâng qua giaù ñôõ, ñaây ñaøn gaén treân maët baàu ñaøn seõ laøm cho maët baàu ñaøn ñao ñoäng. Baàu ñaøn ñoùng vai troø hôïp coäng höôûng coù khaû naêng coäng höôûng ñoái vôùi nhieàu taàn soá khaùc nhau vaø taêng cöôøng nhöõng aâm coù caùc ña soá ñoù. Baàu ñaøn ghi ta coù hình daïng rieâng vaø laøm baèng goã ñaëc bieät neân noù coù khaû naêng coäng höôûng vaø taêng cöôøng moät soá hoïa aâm xaùc ñònh, taïo ra aâm saéc ñaëc tröng cho loaïi ñaøn naøy. Caâu 7: Nhöõng ñaëc tröng sinh lyù cuûa aâm vaø söï phuï thuoäc cuûa chuùng vaøo nhöõng ñaëc tröng vaät lí cuûa aâm 1. ÑOÄ CAO CUÛA AÂM: laø moät ñaëc tröng sinh lí cuûa aâm, phuï thuoäc vaøo ñaëc tính vaät lyù cuûa aâm ñoù laø taàn soá. § AÂm coù taàn soá caøng lôùn thì caøng cao (caøng thanh) § AÂm coù taàn soá caøng nhoû thì caøng thaáp (caøng traàm) 2. AÂM SAÉC: § Moãi ngöôøi, moãi nhaïc cuï phaùt ra nhöõng aâm thanh coù saéc thaùi khaùc nhau (duø cuøng moät cao ñoä) maø tai coù theå phaân bieät ñöôïc. Ñaëc tính ñoù ñöôïc goïi laø aâm saéc. § Thí nghieäm cho bieát neáu nhaïc cuï vaø ngöôøi phaùt ra cuøng moät aâm coù taàn soá f1 thì ñoàng thôøi cuõng phaùt ra caùc aâm coù taàn soá f2 = 2f1, f3 = 3f1, ... aâm coù ña soá f1 laø aâm cô baûn, aâm coù taàn soá f2, f3 goïi laø caùc hoïa aâm thöù 2, thöù 3,.. Do ñoù, aâm phaùt ra laø söï toång hôïp cuûa caùc aâm cô baûn vaø caùc hoïa aâm cuûa noù (vôùi caùc bieân ñoä khaùc nhau) neân ñöôøng bieåu dieãn cuûa noù coù daïng phöùc taïp nhöng chu kyø nhaát ñònh vaø moãi daïng taïo ra moät aàm saéc nhaát ñònh. § Vaäy aâm saéc laø moät ñaëc tröng sinh lyù cuûa aâm, noù phuï thuoäc vaøo ñaëc tính vaät lyù cuûa aâm laø taàn soá vaø bieân ñoä cuûa aâm cô baûn vaø caùc hoïa aâm cuûa noù. ': 090.777.54.69 Trang: 15
- Trung taâm LTÑH Tröôøng ÑHSP TP.HCM GV: Buøi Gia Noäi 3. ÑOÄ TO CUÛA AÂM: a. Naêng löôïng aâm: Soùng aâm mang theo naêng löôïng truyeàn ñi töø nguoàn aâm ñeán tai ngöôøi nghe. Naêng löôïng naøy tæ leä vôùi bình phöông bieân ñoä soùng. Cöôøng ñoä aâm laø naêng löôïng aâm ñöôïc soùng aâm truyeàn trong moät ñôn vò thôøi gian qua moät ñôn vò dieän tích ñaët vuoâng goùc vôùi phöông truyeàn aâm, kyù hieäu I, ñôn vò W/m2. b. Ñoä to cuûa aâm: § Muoán gaây caûm giaùc aâm, cöôøng ñoä aâm phaûi lôùn hôn moät giaù trò cöïc tieåu naøo ñoù ñöôïc goïi laø ngöôõng nghe. Ngöôõng nghe phuï thuoäc vaøo ña soá aâm. § Ñoä to cuûa aâm laø moät ñaëc tính sinh lyù cuûa aâm, noù phuï thuoäc vaøo cöôøng ñoä cuûa aâm vaø taàn soá cuûa aâm. Ví duï: - Vôùi aâm coù taàn soá f töø 1000Hz 1500Hz thì ngöôõng nghe I0 = 10-12W/m2 - Vôùi aâm coù taàn soá f = 1000Hz thì ngöôõng nghe I0 = 10-7W/m2 - Vôùi aâm coù taàn soá 1000Hz coù cöôøng ñoä I = 10-7W/m2 lôùn gaáp 105 laàn ngöôõng nghe laø moät aâm khaù to nghe raát roõ. Vôùi moät aâm coù taàn soá f = 50Hz cuõng coù cöôøng ñoä 10-7 W/m2 thì chæ môùi vöøa baèng ngöôõng nghe I0 cuûa noù neân chæ hôi nghe. Ñoä to cuûa aâm coøn phuï thuoäc vaøo taàn soá aâm. Tai nghe tính nhaát ñoái vôùi caùc aâm coù taàn soá trong khoaûng 1000Hz ñeán 5000Hz vaø nghe aâm coù taàn soá cao (aâm cao) thích hôn aâm coù taàn soá thaáp (aâm traàm). § Neáu cöôøng ñoä aâm leân tôùi 10W/m2 thì ñoái vôùi moïi taàn soá ñeàu gaây ra caûm giaùc cho tai, giaù trò naøy goïi laø ngöôõng ñau. § Mieàn naèm giöõa ngöôõng nghe vaø ngöôõng ñau laø mieàn nghe ñöôïc. c. Möùc ñoä aâm: Ñeå ñaëc tröng cho ñoä to cuûa aâm ta thöôøng duøng moät ñaïi löôïng laø möùc cöôøng ñoä aâm (kí hieäu L). Möùc cöôøng ñoä aâm laø logarit thaäp phaân cuûa tæ soá cöôøng ñoä aâm vaø ngöôõng nghe. I I L(B) = lg ; L(dB) = 10 lg I0 I0 1 Ñôn vò laø Ben (B) hay ñeàxiben (dB), 1dB = B 10 Caâu 8: * Vaän toác truyeàn aâm trong khoâng khí ôû 350C vaø 200C coù khaùc nhau khoâng? Taïi sao. * So saùnh vaän toác truyeàn aâm trong khí oxy vaø khí hidro ôû cuøng nhieät ñoä. Giaûi thích. * Thay ñoåi ñoä caêng daây ñaøn hoài thì böôùc soùng cuûa soùng döøng coù ñoåi khoâng. Taïi sao (cho taàn soá soùng döøng khoâng ñoåi). 1. Vaän toác truyeàn aâm trong khoâng khí ôû 350C vaø 200C khaùc nhau vì vaän toác truyeàn aâm thay ñoåi theo nhieät ñoä (vaän toác tæ leä caên baäc 2 cuûa nhieät ñoä tuyeät ñoái). 2. Vaän toác truyeàn aâm tæ leä nghòch vôùi khoái löôïng phaân töû cuûa chaát khí. Ta thaáy khí hydro coù khoái löôïng phaân töû nhoû hôn oxy neân vaän toác truyeàn aâm trong hydro nhanh hôn. T 3. Theo coâng thöùc Melde : v = vôùi T laø löïc caêng daây vaø m laø khoái löôïng cuûa moät ñôn m vò chieàu daøi daây. Vaäy khi löïc caêng T ñoåi thì vaän toác v ñoåi. Vì v = lf Þ böôùc soùng l ñoåi. ': 090.777.54.69 Trang: 16
- Trung taâm LTÑH Tröôøng ÑHSP TP.HCM GV: Buøi Gia Noäi DOØNG ÑIEÄN XOAY CHIEÀU Caâu 1 : 1. Nguyeân taéc taïo ra doøng ñieän xoay chieàu. Hieäu ñieän theá vaø cöôøng ñoä doøng ñieän xoay chieàu. 2. Theá naøo laø cöôøng ñoä doøng ñieän hieäu duïng, hieäu ñieän theá hieäu duïng? Vì sao ñoái vôùi doøng ñieän xoay chieàu ngöôøi ta söû duïng caùc ñaïi löôïng naøy? 1. NGUYEÂN TAÉC TAÏO RA DOØNG ÑIEÄN XOAY CHIEÀU Nguyeân taéc taïo ra doøng ñieän xoay chieàu döïa treân hieän töôïng caûm öùng ñieän töø. x r t =0 Cho moät khung daây kim loaïi coù N voøng B t daây, coù dieän tích S quay vôùi vaän toác goùc w khoâng r ur wt n ñoåi trong töø tröôøng ñeàu B sao cho truïc xoay x x r r n B vuoâng goùc vôùi ñöôøng caûm öùng cuûa töø tröôøng. O r v Luùc t = 0: Phaùp tuyeán n cuûa khung daây u r truøng phöông chieàu cuûa töø tröôøng B . r ur v Luùc t : Phaùp tuyeán n hôïp vôùi vectô B x' moät goùc (wt). - Khi ñoù töø thoâng qua khung daây laø : F = NBScoswt. - Theo ñònh luaät caûm öùng ñieän töø trong khung daây xuaát hieän SÑÑ caûm öùng : E = -F = wNBSsinwt Ñaët Eo = NBSw : Bieân ñoä suaát ñieän ñoäng hay suaát ñieän ñoäng cöïc ñaïi. Þ e = Eosinwt Vaäy : Suaát ñieän ñoäng caûm öùng trong khung daây laø ñaïi löôïng bieán ñoåi ñieàu hoaø ñöôï c goïi laø suaát ñieän ñoäng xoay chieàu . Noái hai ñaàu khung daây vôùi maïch ngoaøi thì trong maïch ngoaøi coù moät doøng ñieän xoay chieàu. 2. HIEÄU ÑIEÄN THEÁ XOAY CHIEÀU VAØ CÖÔØNG ÑOÄ DOØNG ÑIEÄN XOAY CHIEÀU - Vì suaát ñieän ñoäng xoay chieàu bieán thieân ñieàu hoaø vôùi taàn soá goùc w neân hieäu ñieän theá maø noù gaây ra ôû maïch ngoaøi cuõng bieán thieân ñieàu hoaø vôùi taàn soá goùc w. u = Uosin(wt + ju) - Doøng ñieän xoay chieàu trong maïch ngoaøi cuõng bieán thieân ñieàu hoaø vôùi taàn soá goùc w. i = Iosin(wt + ji) trong ñoù ju = ji + j j laø goùc leäch pha giöõa u, i vaø noù tuyø thuoäc tính chaát cuûa maïch ñieän. Vì ñieän tröôøng truyeàn trong daây daãn coù vaän toác vaøo khoaûng 3.108 m/s neân ôû moãi thôøi ñieåm nhaát ñònh ñieän tröôøng ôû moïi ñieåm treân maïch noái tieáp laø nhö nhau, do ñoù cöôøng ñoä doøng ñieän ôû moïi ñieåm treân maïch noái tieáp laø nhö nhau. 3. CÖÔØNG ÑOÄ HIEÄU DUÏNG VAØ HIEÄU ÑIEÄN THEÁ HIEÄU DUÏNG Cho moät doøng ñieän xoay chieàu i = Iosinwt chaïy qua ñieän trôû thuaàn R trong thôøi gian t thì nhieät löôïng toaû ra treân ñieän trôû laø : 2 I2 æ I ö Q = R 0 t = Rç 0 ÷ t 2 è 2ø Baây giôø cho doøng ñieän khoâng ñoåi coù cöôøng ñoä I chaïy qua ñieän trôû thuaàn R nhö treân sao cho cuõng trong thôøi gian t thì nhieät löôïng toaû ra cuõng laø : Q = RI2t I0 So saùnh : I = 2 ': 090.777.54.69 Trang: 17
- Trung taâm LTÑH Tröôøng ÑHSP TP.HCM GV: Buøi Gia Noäi Vaäy: Xeùt veà taùc duïng nhieät trong moät thôøi gian daøi thì doøng ñieän xoay chieàu I0 i = Iosinwt töông ñöông vôùi doøng ñieän khoâng ñoåi I = . Cöôøng ñoä doøng ñieän I goïi laø cöôøng ñoä 2 hieäu duïng cuûa doøng ñieän xoay chieàu. Ñònh nghóa : Cöôøng ñoä hieäu duïng cuûa doøng ñieän xoay chieàu baèng cöôøng ñoä cuûa moät doøng ñieän khoâng ñoåi maø neáu chuùng laàn löôït ñi qua cuøng moät ñieän trôû trong cuøng moät thôøi gian thì toaû ra cuøng moät nhieät löôïng. Töông töï suaát ñieän ñoäng hieäu duïng vaø hieäu ñieän theá hieäu duïng laàn löôït laø: E0 U E = ;U= 0 2 2 4. LYÙ DO SÖÛ DUÏNG CAÙC GIAÙ TRÒ HIEÄU DUÏNG CUÛA CÖÔØNG ÑOÄ DOØNG ÑIEÄN XOAY CHIEÀU VAØ HIEÄU ÑIEÄN THEÁ XOAY CHIEÀU Vôùi doøng ñieän xoay chieàu, ta khoâng theå xaùc ñònh cöôøng ñoä töùc thôøi cuûa noù vì noù bieán ñoåi raát nhanh cuõng nhö khoâng theå laáy giaù trò trung bình cuûa cöôøng ñoä vì trong chu kyø giaù trò naøy baèng khoâng. Ta cuõng khoâng theå duøng ampe keá hay voân keá khung quanh ñeå ño cöôøng ñoä hay hieäu ñieän theá xoay chieàu, vì moãi khi doøng ñieän ñoåi chieàu thì chieàu quay cuûa kim cuõng thay ñoåi nhöng do quaùn tính lôùn cuûa kim vaø khung daây neân kim khoâng theo kòp söï ñoåi chieàu nhanh cuûa doøng ñieän vaø kim seõ ñöùng yeân. Vôùi doøng ñieän xoay chieàu, ta khoâng caàn quan taâm taùc duïng töùc thôøi cuûa noù ôû töøng thôøi ñieåm maø chæ quan taâm taùc duïng cuûa doøng ñieän xoay chieàu trong thôøi gian daøi. Maët khaùc, taùc duïng nhieät cuûa doøng ñieän thì tæ leä vôùi bình phöông cuûa cöôøng ñoä doøng ñieän, khoâng phuï thuoäc chieàu doøng ñieän; do ñoù coù theå so saùnh doøng ñieän xoay chieàu vôùi doøng ñieän khoâng ñoåi gaây ra taùc duïng nhieät töông ñöông. Ñoù laø caùc lyù do ñeå ñöa ra khaùi nieäm cuûa cöôøng ñoä hieäu duïng cuûa doøng ñieän xoay chieàu. Caâu 2 : 1. Trình baøy coâng suaát cuûa doøng ñieän xoay chieàu . Xeùt caùc tröôøng hôïp rieâng : - Maïch chæ coù R. - Maïch chæ coù C. - Maïch chæ coù L. - Maïch RLC maéc noái tieáp trong ñieàu kieän coù coäng höôûng ñieän. 2. Neâu yù nghóa cuûa heä soá coâng suaát. 3. Vì sao khi cheá taïo caùc duïng cuï ñieän nhö quaït, tuû laïnh, ñoäng cô ngöôøi ta coá gaéng taêng heä soá coâng suaát. 1. COÂNG SUAÁT CUÛA DOØNG ÑIEÄN XOAY CHIEÀU Ñaët moät hieäu ñieän theá xoay chieàu ôû 2 ñaàu moät ñoaïn maïch. Duøng voân keá, ampe keá, watt keá ñeå ño hieäu ñieän theá hieäu duïng U ôû 2 ñaàu ñoaïn maïch; cöôøng ñoä hieäu duïng I cuûa doøng ñieän qua maïch; coâng suaát tieâu thuï P cuûa ñoaïn maïch thì thaáy : * Neáu ñoaïn maïch chæ coù ñieän trôû thuaàn thì : P = UI. * Neáu ñoaïn maïch coù theâm cuoän caûm hay tuï ñieän hay caû hai thì : P < UI. * Caùc keát quaû ño cho ta : P = UI vôùi K £ 1. * Thöïc nghieäm cho thaáy giöõa heä soá K vaø goùc leäch pha j (cuûa u vaø i) coù moái lieân heä : k = cosj. æ Rö Vaäy : P = UIcosj cosj : goïi laø heä soá coâng suaát ç cos j = ÷ è Zø ': 090.777.54.69 Trang: 18
- Trung taâm LTÑH Tröôøng ÑHSP TP.HCM GV: Buøi Gia Noäi Ta xeùt caùc tröôøng hôïp rieâng : * Vôùi maïch chæ coù R : cosj = 1 Þ P = UI * Vôùi maïch chæ coù C :cosj = 0 Þ P = 0 * Vôùi maïch chæ coù L : cosj = 0 Þ P = 0 * Vôùi maïch RLC maéc noái tieáp trong ñieàu kieän coù coäng höôûng : ZL = ZC Þ cosj = 1 Þ P = UI 2. YÙ NGHÓA CUÛA HEÄ SOÁ COÂNG SUAÁT Khi U vaø I coù moät giaù trò nhaát ñònh thì töø P = UIcosj, ta thaáy P caøng lôùn khi cosj caøng lôùn. * cosj = 1 Þ j = 0 : ñaây laø tröôøng hôïp ñoaïn maïch chæ coù R hay ñoaïn maïch coù RLC maéc noái tieáp trong ñieàu kieän coäng höôûng. Khi ñoù coâng suaát tieâu thuï treân ñoaïn maïch lôùn nhaát vaø baèng UI. p * cosj = 0 Þ j = ± : ñaây laø tröôøng hôïp ñoaïn maïch chæ coù C hay L, hay coù L, C. 2 Khi coù coâng suaát tieâu thuï treân ñoaïn maïch nhoû nhaát vaø baèng khoâng. Luùc naøy nguoàn ñieän coù theå cung caáp cho ñoaïn maïch moät coâng suaát khaù lôùn töùc laø U vaø I cuûa ñoaïn maïch khaù lôùn, nhöng ñoaïn maïch vaãn khoâng tieâu thuï moät phaàn naøo cuûa coâng suaát ñoù, coù nghóa laø doøng ñieän khoâng coù hieäu quaû coù ích trong khi coù moät phaàn nhoû cuûa coâng suaát vaãn bò hao phí voâ ích treân ñöôøng daây ñieän truyeàn taûi. p p * 0 < cosj < 1 töùc laø - < j < 0 hay 0 < j < : ñaây laø tröôøng hôïp thöôøng gaëp 2 2 trong thöïc teá. * Khi ñoù coâng suaát tieâu thuï treân ñoaïn maïch P = UIcosj nhoû hôn coâng suaát Po = UI cung caáp cho ñoaïn maïch. 3. LYÙ DO TAÊNG cosj Muoán taêng hieäu quaû cuûa vieäc söû duïng ñieän naêng, ta phaûi tìm caùch naâng cao trò soá cuûa heä soá coâng suaát cosj ñeå ñoaïn maïch söû duïng ñöôïc phaàn lôùn coâng suaát do nguoàn cung caáp. Coâng suaát tieâu thuï P = UIcosj goàm coâng suaát höõu ích (cô naêng, hoaù naêng, ) vaø moät phaàn coâng suaát hao phí döôùi daïng nhieät naêng (tröø tröôøng hôïp caùc maùy thu chæ toaû nhieät nhö beáp dieän, baøn laø ). Phaàn coâng suaát höõu ích vaø hieäu ñieän theá U cuûa maïch laø do nhu caàu tieâu duøng neân chuùng P khoâng ñoåi. Vaäy cöôøng ñoä doøng ñieän I = chæ phuï thuoäc cosj. U cos j Neáu cosj lôùn thì I nhoû Þ phaàn hao phí döôùi daïng nhieät naêng nhoû, nhöng neáu cosj nhoû thì I lôùn Þ phaàn hao phí döôùi daïng nhieät lôùn coù theå laøm hoûng caùc duïng cuï ñieän. Chính vì theá khi cheá taïo caùc duïng cuï tieâu thuï ñieän nhjö quaït, tuû laïnh, ñoäng cô, ngöôøi ta coá gaéng taêng heä soá coâng suaát (trong thöïc teá cosj > 0,85). ': 090.777.54.69 Trang: 19
- Trung taâm LTÑH Tröôøng ÑHSP TP.HCM GV: Buøi Gia Noäi Caâu 3 : 1. Trình baøy nguyeân taéc hoaït ñoäng, caáu taïo vaø bieåu thöùc suaát ñieän ñoäng cuûa maùy phaùt ñieän xoay chieàu 1 pha. 2. Trình baøy nguyeân taéc caáu taïo vaø hoaït ñoäng cuøa maùy phaùt ñieän xoay chieàu 3 pha. Vì sao doøng ñieän xoay chieàu laïi ñöôïc söû duïng roäng raõi trong thöïc teá. 1. MAÙY PHAÙT ÑIEÄN XOAY CHIEÀU 1 PHA a. Nguyeân taéc hoaït ñoäng Maùy phaùt ñieän xoay chieàu kieåu caûm öùng hoaït ñoäng döïa vaøo hieän töôïng caûm öùng ñieän töø. Cho khung daây kim loaïi coù N voøng daây coù dieän tích S quay vôùi vaän toác goùc w khoâng ñoåi trong moät tröôøng ñeàu B sao cho truïc quay cuûa khung daây vuoâng goùc ñöôøng caûm öùng cuûa töø tröôøng. Khi ñoù töø thoâng qua khung daây dao ñoäng ñieàu hoaø laøm phaùt sinh trong khung daây moät suaát ñieän ñoäng xoay chieàu. Suaát ñieän ñoäng trong moät khung daây laø raát nhoû. Ñeå coù suaát ñieän ñoäng ñuû lôùn duøng ñöôïc trong coâng nghieäp vaø ñôøi soáng, ngöôøi ta boá trí trong maùy phaùt ñieän nhieàu cuoän daây daãn, moãi cuoän goàm nhieàu voøng daây vaø nhieàu nam chaâm ñieän taïo thaønh nhieàu caëp cöïc N S khaùc nhau. Caùc cuoän daây trong maùy phaùt ñieän ñöôïc maéc noái tieáp nhau vaø hai ñaàu ñöôïc noái vôùi maïch tieâu thuï baèng moät cô caáu rieâng goïi laø boä goùp. b. Caáu taïo - Boä goùp laø heä thoáng vaønh khuyeân choåi queùt : hai vaønh khuyeân ñaët ñoàng truïc vôùi khung daây vaø cuøng quay vôùi khung daây. Noái ñaàu daây A vôùi vaønh khuyeân 1 vaø ñaàu daây B vôùi vaønh khuyeân 2. Hai choåi queùt a, b coá ñònh tì leân 2 vaønh khuyeân vaø ñöôïc noái vôùi maïch ngoaøi. Khi khung daây quay, hai vaønh khuyeân tröôïc treân hai choåi queùt vaø doøng ñieän töø khung daây chuyeàn qua vaønh khuyeân, choåi queùt ra maïch ngoaøi. - Phaàn caûm taïo ra töø tröôøng: trong maùy phaùt ñieän nhoû, phaàn caûm laø nam chaâm vónh cöõu; trong maùy phaùt ñieän lôùn, phaàn caûm laø nam chaâm ñieän. - Phaàn öùng taïo ra doøng ñieän. - Caùc cuoän daây cuûa phaàn caûm vaø phaàn öùng ñeàu quaán treân loõi laøm baèng theùp Silic ñeå taêng cöôøng töø thoâng qua cuoän daây. Ñeå traùnh doøng Foucault caùc loõi ñöôïc gheùp baèng nhieàu taám theùp moûng caùch ñieän vôùi nhau. - Phaàn caûm vaø phaàn öùng coù theå laø boä phaän ñöùng yeân hay boä phaän chuyeån ñoäng cuûa maùy. Boä phaän ñöùng yeân goïi laø stato, boä phaän chuyeån ñoäng goïi laø roâto. - Goïi p laø soá caëp cöïc cuûa phaàn caûm vaø quay vôùi vaän toác quay n (voøng/s) thì taàn soá doøng ñieän phaùt ra laø: f = np c. Bieåu thöùc suaát ñieän ñoäng r r - Luùc t = 0 giaû söû phaùp tuyeán n cuûa khung daây truøng vôùi töø tröôøng B . r - Luùc t ¹ 0 thì n quay vôùi moät goùc wt vaø töø thoâng bieán ñoåi qua khung daây laø : F = NBScoswt - Theo ñònh luaät caûm öùng ñieän töø trong khung xuaát hieän suaát ñieän ñoäng caûm öùng töùc thôøi : e = -F = NBSwsinwt ñaët Eo = NBSw Þ e = Eosinwt Khi ñoù giöõa hai ñaàu A, B cuûa khung xuaát hieän hieäu ñieän theá töùc thôøi : u = e = Uosinwt ': 090.777.54.69 Trang: 20
CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD
-
Tóm tắt kiến thức cơ bản Toán 9
21 p |
425 |
129
-
Tóm tắt các kiến thức Hình học ở trung học cơ sở - Nguyễn Nam Tiến
25 p |
342 |
89
-
Hệ thống kiến thức Hóa học hữu cơ Lớp 9
4 p |
262 |
70
-
Ebook Bồi dưỡng năng lực tự học Vật Lý 6: Phần 1
90 p |
98 |
39
-
Ebook Bồi dưỡng năng lực tự học Vật Lý 6: Phần 2
72 p |
71 |
30
-
Ebook Kiến thức cơ bản Vật lý 9: Phần 1
68 p |
40 |
22
-
Ebook Kiến thức cơ bản Vật lí 8: Phần 1
80 p |
44 |
19
-
Ebook Kiến thức cơ bản và nâng cao về tam giác đồng dạng
30 p |
43 |
18
-
Ebook Kiến thức cơ bản Toán 7: Phần 2
97 p |
36 |
15
-
Ebook Kiến thức cơ bản Toán 7: Phần 1
117 p |
32 |
15
-
Ebook Kiến thức cơ bản Vật lí 8: Phần 2
48 p |
29 |
14
-
Ebook Kiến thức cơ bản Vật lý 9: Phần 2
68 p |
28 |
13
-
Ebook Bồi dưỡng năng lực tự học về hàm số và đồ thị
22 p |
26 |
9
-
Ebook Bồi dưỡng năng lực tự học về tam giác
40 p |
30 |
8
-
Ôn tập kiến thức cơ bản Hóa học 8
5 p |
10 |
7
-
Ebook Kiến thức cơ bản Ngữ văn 8: Phần 1
147 p |
22 |
4
-
Ebook Kiến thức cơ bản và nâng cao về tam giác bằng nhau
32 p |
28 |
4

Server: Apache/2.2.31 (CentOS)

Set-Cookie: TLDEVNamespace=veboro4tcfm4i0f79bpggspne0; path=/; domain=.tailieu.vn; HttpOnly