›
›

Tổng hợp các phương pháp giải toán về dao động điều hòa của con lắc lò xo

pdf 114 trang phuongnguyen 60
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Tổng hợp các phương pháp giải toán về dao động điều hòa của con lắc lò xo", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdftong_hop_cac_phuong_phap_giai_toan_ve_dao_dong_dieu_hoa_cua.pdf

Nội dung text: Tổng hợp các phương pháp giải toán về dao động điều hòa của con lắc lò xo

  1. Tổng hợp các phương pháp giải toán về dao động điều hòa của con lắc lò xo
  2. Mục lục Mục lục 1 Phần1 . PHƯƠNG PHÁP GIẢI TOÁN VỀ DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA CỦA CON LẮC LÒ XO 15 Chủ đề 1. Liên hệ giữa lực tác dụng, độ giãn và độ cứng của lò xo . . . . . . . . . . 15 1.Cho biết lực kéo F , độ cứng k: tìm độ giãn ∆l0, tìm l 15 2.Cắt lò xo thành n phần bằng nhau ( hoặc hai phần không bằng nhau): tìm độ cứngcủamỗiphần 15 Chủ đề 2. Viết phương trình dao động điều hòa của con lắc lò xo . . . . . . . . . . 15 Chủ đề 3. Chứng minh một hệ cơ học dao động điều hòa . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.Phương pháp động lực học . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.Phương pháp định luật bảo toàn năng lượng . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Chủ đề 4. Vận dụng định luật bảo toàn cơ năng để tìm vận tốc . . . . . . . . . . . . 16 Chủ đề 5. Tìm biểu thức động năng và thế năng theo thời gian . . . . . . . . . . . . 17 Chủ đề 6. Tìm lực tác dụng cực đại và cực tiểu của lò xo lên giá treo hay giá đở . . 17 1.Trường hợp lò xo nằm ngang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.Trường hợp lò xo treo thẳng đứng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 3.Chúý 17 Chủ đề 7. Hệ hai lò xo ghép nối tiếp: tìm độ cứng khệ, từ đó suy ra chu kỳ T 18 Chủ đề 8. Hệ hai lò xo ghép song song: tìm độ cứng khệ, từ đó suy ra chu kỳ T 18 Chủ đề 9. Hệ hai lò xo ghép xung đối: tìm độ cứng khệ, từ đó suy ra chu kỳ T 18 Chủ đề 10. Con lắc liên kết với ròng rọc( không khối lượng): chứng minh rằng hệ dao động điều hòa, từ đó suy ra chu kỳ T 19 1.Hòn bi nối với lò xo bằng dây nhẹ vắt qua ròng rọc . . . . . . . . . . . . . . 19 2.Hòn bi nối với ròng rọc di động, hòn bi nối vào dây vắt qua ròng rọc . . . . 19 3.Lò xo nối vào trục ròng rọc di động, hòn bi nối vào hai lò xo nhờ dây vắt qua ròngrọc 19 1
  3. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền Chủ đề 11.Lực hồi phục gây ra dao động điều hòa không phải là lực đàn hồi như: lực đẩy Acximet, lực ma sát, áp lực thủy tỉnh, áp lực của chất khí : chứng minh hệdaođộngđiềuhòa 20 1.F~ làlựcđẩyAcximet 20 2.F~ làlựcmasát 20 3.Áplựcthủytỉnh 21 4.F~ làlựccủachấtkhí 21 Phần2 . PHƯƠNG PHÁP GIẢI TOÁN VỀ DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA CỦA CON LẮC ĐƠN 22 Chủ đề 1. Viết phương trình dao động điều hòa của con lắc đơn . . . . . . . . . . . 22 Chủ đề 2. Xác định độ biến thiên nhỏ chu kỳ ∆T khi biết độ biến thiên nhỏ gia tốc trọng trường ∆g, độ biến thiên chiều dài ∆l 22 Chủ đề 3. Xác định độ biến thiên nhỏ chu kỳ ∆T khi biết nhiệt độ biến thiên nhỏ ∆t; khi đưa lên độ cao h; xuống độ sâu h so với mặt biển . . . . . . . . . . . 23 1. Khi biết nhiệt độ biến thiên nhỏ ∆t 23 2. Khi đưa con lắc đơn lên độ cao h so với mặt biển . . . . . . . . . . . . . . . 23 3. Khi đưa con lắc đơn xuống độ sâu h so với mặt biển . . . . . . . . . . . . . 23 Chủ đề 4. Con lắc đơn chịu nhiều yếu tố ảnh hưởng độ biến thiên của chu kỳ: tìm điều kiện để chu kỳ không đổi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 1.Điều kiện để chu kỳ không đổi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.Ví dụ:Con lắc đơn chịu ảnh hưởng bởi yếu tố nhiệt độ và yếu tố độ cao . . . 24 Chủ đề 5. Con lắc trong đồng hồ gõ giây được xem như là con lắc đơn: tìm độ nhanh hay chậm của đồng hồ trong một ngày đêm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Chủ đề 6. Con lắc đơn chịu tác dụng thêm bởi một ngoại lực F~ không đổi: Xác định chu kỳ dao động mới T 0 25 1.F~ làlựchútcủanamchâm 25 2.F~ là lực tương tác Coulomb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 3.F~ làlựcđiệntrường 25 4.F~ làlựcđẩyAcsimet 26 5.F~ làlựcnằmngang 26 Chủ đề 7. Con lắc đơn treo vào một vật ( như ôtô, thang máy ) đang chuyển động với gia tốc ~a : xác định chu kỳ mới T 0 26 1.Con lắc đơn treo vào trần của thang máy ( chuyển động thẳng đứng ) với gia tốc ~a 27 2.Con lắc đơn treo vào trần của xe ôtô đang chuyển động ngang với gia tốc ~a .27 Th.s Trần AnhTrung 2 Luyện thi đại học
  4. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền 3.Con lắc đơn treo vào trần của xe ôtô đang chuyển động trên mặt phẳng nghiêng một góc α: 28 Chủ đề 8. Xác định động năng Eđ thế năng Et, cơ năng của con lắc đơn khi ở vị trí có góc lệch β 29 Chủ đề 9. Xác định vận tốc dài v và lực căng dây T tại vị trí hợp với phương thẳng đứng một góc β 29 1.VậntốcdàivtạiC 29 2.Lực căng dây T tạiC 29 3.Hệ qủa: vận tốc và lực căng dây cực đại và cực tiểu . . . . . . . . . . . . . . 30 Chủ đề 10. Xác định biên độ góc α0 mới khi gia tốc trọng trường thay đổi từ g sang g0 30 Chủ đề 11. Xác định chu kỳ và biên độ của con lắc đơn vướng đinh (hay vật cản) khiđiquavịtrícânbằng 30 1.TìmchukỳT 30 2.Tìm biên độ mới sau khi vướng đinh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Chủ đề 12. Xác định thời gian để hai con lắc đơn trở lại vị trí trùng phùng (cùng qua vị trí cân bằng, chuyển động cùng chiều) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Chủ đề 13. Con lắc đơn dao động thì bị dây đứt:khảo sát chuyển động của hòn bi saukhidâyđứt? 31 1.Trường hợp dây đứt khi đi qua vị trí cân bằng O . . . . . . . . . . . . . . . . 31 2.Trường hợp dây đứt khi đi qua vị trí có li giác α 32 Chủ đề 14. Con lắc đơn có hòn bi va chạm đàn hồi với một vật đang đứng yên: xác định vận tốc của viên bi sau va chạm? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Phần3 . PHƯƠNG PHÁP GIẢI TOÁN VỀ DAO ĐỘNG TẮT DẦN VÀ CỘNG HƯỞNG CƠ HỌC 33 Chủ đề 1. Con lắc lò xo dao động tắt dần: biên độ giảm dần theo cấp số nhân lùi vô hạng,tìmcôngbộiq 33 Chủ đề 2. Con lắc lò đơn động tắt dần: biên độ góc giảm dần theo cấp số nhân lùi vô hạng, tìm công bội q. Năng lượng cung cấp để duy trì dao động . . . . . . . 33 Chủ đề 3. Hệ dao động cưỡng bức bị kích thích bởi một ngoại lực tuần hoàn: tìm điều kiện để có hiện tượng cộng hưởng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 Phần 4 . PHƯƠNG PHÁP GIẢI TOÁN VỀ SỰ TRUYỀN SÓNG CƠ HỌC, GIAO THOA SÓNG, SÓNG DỪNG, SÓNG ÂM 35 Chủ đề 1. Tìm độ lệch pha giữa hai điểm cách nhau d trên một phương truyền sóng? Tìm bước sóng khi biết độ lệch pha và giới hạn của bước sóng,( tần số, vận tốc truyền sóng). Viết phương trình sóng tại một điểm . . . . . . . . . . . . . . . 35 1.Tìm độ lệch pha giữa hai điểm cách nhau d trên một phương truyền sóng . . 35 Th.s Trần AnhTrung 3 Luyện thi đại học
  5. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền 2.Tìm bước sóng khi biết độ lệch pha và giới hạn của bước sóng,( tần số, vận tốctruyềnsóng) 35 3.Viết phương trình sóng tại một điểm trên phương truyền sóng . . . . . . . . 35 4.Vận tốc dao động của sóng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 Chủ đề 2. Vẽ đồ thị biểu diễn quá trình truyền sóng theo thời gian và theo không gian 36 1.Vẽ đồ thị biểu diễn qúa trình truyền sóng theo thời gian . . . . . . . . . . . . 36 2.Vẽ đồ thị biểu diễn qúa trình truyền sóng theo không gian ( dạng của môi trường ) 36 Chủ đề 3. Xác định tính chất sóng tại một điểm M trên miền giao thoa . . . . . . . 36 Chủ đề 4. Viết phương trình sóng tại điểm M trên miền giao thoa . . . . . . . . . . 37 Chủ đề 5. Xác định số đường dao động cực đại và cực tiểu trên miền giao thoa . . . 37 Chủ đề 6. Xác định điểm dao động với biên độ cực đại ( điểm bụng) và số điểm dao động với biên độ cực tiểu ( điểm nút) trên đoạn S1S2 38 Chủ đề 7.Tìm qũy tích những điểm dao động cùng pha (hay ngược pha) với hai nguồn S1,S2 38 Chủ đề 8.Viết biểu thức sóng dừng trên dây đàn hồi . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 Chủ đề 9.Điều kiện để có hiện tượng sóng dừng, từ đó suy ra số bụng và số nút sóng 39 1.Hai đầu môi trường ( dây hay cột không khí) là cố định . . . . . . . . . . . . 39 2.Một đầu môi trường ( dây hay cột không khí) là cố định, đầu kia tự do . . . . 39 3.Hai đầu môi trường ( dây hay cột không khí) là tự do . . . . . . . . . . . . . 40 Chủ đề 10.Xác định cường độ âm (I) khi biết mức cường độ âm tại điểm. Xác định công suất của nguồn âm? Độ to của âm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 1.Xác định cường độ âm (I) khi biết mức cường độ âm tại điểm . . . . . . . . 40 2.Xác định công suất của nguồn âm tại một điểm: . . . . . . . . . . . . . . . . 40 3.Độtocủaâm: 41 Phần5 . PHƯƠNG PHÁP GIẢI TOÁN VỀ MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU KHÔNG PHÂN NHÁNH (RLC) 42 Chủ đề 1. Tạo ra dòng điện xoay chiều bằng cách cho khung dây quay đều trong từ trường, xác định suất điện động cảm ứng e(t)? Suy ra biểu thức cường độ dòng điện i(t) và hiệu điện thế u(t) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 Chủ đề 2. Đoạn mạch RLC: cho biết i(t)=I0 sin(ωt), viết biểu thức hiệu điện thế u(t). Tìm công suất Pmạch 42 Chủ đề 3. Đoạn mạch RLC: cho biết u(t)=U0 sin(ωt), viết biểu thức cường độ dòng điện i(t). Suy ra biểu thức uR(t)?uL(t)?uC(t)? 42 Th.s Trần AnhTrung 4 Luyện thi đại học
  6. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền Chủ đề 4. Xác định độ lệch pha giữa hai hđt tức thời u1 và u2 của hai đoạn mạch khác nhau trên cùng một dòng điện xoay chiều không phân nhánh? Cách vận dụng? 43 Chủ đề 5. .Đoạn mạch RLC, cho biết U, R: tìm hệ thức L, C, ω để: cường độ dòng điện qua đoạn mạch cực đại, hiệu điện thế và cường độ dòng điện cùng pha, công suất tiêu thụ trên đoạn mạch đạt cực đại. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 1.Cường độ dòng điện qua đoạn mạch đạt cực đại . . . . . . . . . . . . . . . . 43 2.Hiệu điện thế cùng pha với cường độ dòng điện . . . . . . . . . . . . . . . . 44 3.Công suất tiêu thụ trên đoạn mạch cực đại . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 4.Kếtluận 44 Chủ đề 6. .Đoạn mạch RLC, ghép thêm một tụ C0 :tìm C0 để: cường độ dòng điện qua đoạn mạch cực đại, hiệu điện thế và cường độ dòng điện cùng pha, công suất tiêu thụ trên đoạn mạch đạt cực đại. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 Chủ đề 7. .Đoạn mạch RLC: Cho biết UR,UL,UC: tìm U và độ lệch pha ϕu/i 45 Chủ đề 8.Cuộn dây (RL) mắc nối tiếp với tụ C: cho biết hiệu điện thế U1 ( cuộn dây) và UC .TìmUmạch và ϕ. 45 Chủ đề 9. Cho mạchRLC: Biết U, ω, tìm L,hayC,hayR để công suất tiêu thụ trên đoạnmạchcựcđại 45 1.Tìm L hay C để công suất tiêu thụ trên đoạn mạch cực đại . . . . . . . . . . 46 2.Tìm R để công suất tiêu thụ trên đoạn mạch cực đại . . . . . . . . . . . . . 46 Chủ đề 10. .Đoạn mạch RLC: Cho biết U, R, f: tìm L (hayC)đểUL (hay UC ) đạt giátrịcựcđại? 46 1.Tìm L để hiệu thế hiệu dụng ở hai đầu cuộn cảm cực đại . . . . . . . . . . . 47 2.Tìm C để hiệu thế hiệu dụng ở hai đầu tụ điện cực đại . . . . . . . . . . . . 48 Chủ đề 11. .Đoạn mạch RLC: Cho biết U, R, L, C: tìm f (hayω)đểUR, UL hay UC đạtgiátrịcựcđại? 49 1.Tìm f (hayω) để hiệu thế hiệu dụng ở hai đầu điện trở cực đại . . . . . . . 49 2.Tìm f (hayω) để hiệu thế hiệu dụng ở hai đầu cuộn cảm cực đại . . . . . . 49 3.Tìm f (hayω) để hiệu thế hiệu dụng ở hai đầu tụ điện cực đại . . . . . . . . 49 Chủ đề 12. Cho biết đồ thị i(t) và u(t), hoặc biết giản đồ vectơ hiệu điện thế: xác định các đặc điểm của mạch điện? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 1.Cho biết đồ thị i(t) và u(t): tìm độ lệch pha ϕu/i 50 2.Cho biết giản đồ vectơ hiệu điện thế: vẽ sơ đồ đoạn mạch? Tìm Umạch 51 Chủ đề 13. Tác dụng nhiệt của dòng điện xoay chiều: tính nhiệt lượng tỏa ra trên đoạnmạch? 51 Th.s Trần AnhTrung 5 Luyện thi đại học
  7. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền Chủ đề 14. Tác dụng hóa học của dòng điện xoay chiều: tính điện lượng chuyển qua bình điện phân theo một chiều? Tính thể tích khí Hiđrô và Oxy xuất hiện ở các điệncực? 51 1.Tính điện lượng chuyển qua bình điện phân theo một chiều ( trong 1 chu kỳ T , trong t) 51 2.Tính thể tích khí Hiđrô và Oxy xuất hiện ở các điện cực trong thời gian t(s) .52 Chủ đề 15. Tác dụng từ của dòng điện xoay chiều và tác dụng của từ trường lên dòng điệnxoaychiều? 52 1.Nam châm điện dùng dòng điện xoay chiều ( tần số f) đặt gần dây thép căng ngang. Xác định tần số rung f 0 của dây thép . . . . . . . . . . . . . . 52 2.Dây dẫn thẳng căng ngang mang dòng điện xoay chiều đặt trong từ trường có cảm ứng từ B~ không đổi ( vuông góc với dây): xác định tần số rung của dây f 0 52 Phần6 . PHƯƠNG PHÁP GIẢI TOÁN VỀ MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU, BIẾN THẾ, TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG 53 Chủ đề 1. Xác định tần số f của dòng điện xoay chiều tạo bởi máy phát điện xoay chiều1pha 53 1.Trường hợp roto của mpđ có p cặp cực, tần số vòng là n 53 2.Trường hợp biết suất điện động xoay chiều ( E hay Eo) 53 Chủ đề 2. Nhà máy thủy điện: thác nước cao h, làm quay tuabin nước và roto của mpđ. Tìm công suất P của máy phát điện? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 Chủ đề 3. Mạch điện xoay chiều ba pha mắc theo sơ đồ hình Υ: tìm cường độ dòng trung hòa khi tải đối xứng? Tính hiệu điện thế Ud ( theo Up)? Tính Pt (các tải) 53 Chủ đề 4. Máy biến thế: cho U1,I1: tìm U2,I2 54 1.Trường hợp các điện trở của cuộn sơ cấp và thứ cấp bằng 0, cuộn thứ cấp hở 54 2.Trường hợp các điện trở của cuộn sơ cấp và thứ cấp bằng 0, cuộn thứ cấp có tải 54 3.Trường hợp các điện trở của cuộn sơ cấp và thứ cấp khác 0: 55 Chủ đề 5.Truyền tải điện năng trên dây dẫn: xác định các đại lượng trong quá trình truyềntải 55 Chủ đề 6.Xác định hiệu suất truyền tải điện năng trên dây? . . . . . . . . . . . . . . 55 Phần7 . PHƯƠNG PHÁP GIẢI TOÁN VỀ DAO ĐỘNG ĐIỆN TỰ DO TRONG MẠCH LC 57 Chủ đề 1. Dao động điện tự do trong mạch LC: viết biểu thức q(t)? Suy ra cường độ dòng điện i(t)? 58 Chủ đề 2. Dao động điện tự do trong mạch LC, biết uC = U0 sin ωt, tìm q(t)? Suy ra i(t)? 58 Th.s Trần AnhTrung 6 Luyện thi đại học
  8. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền Chủ đề 3. Cách áp dụng định luật bảo toàn năng lượng trong mạch dao động LC 58 1.Biết Q0 (hayU0) tìm biên độ I0 58 2.Biết Q0 (hayU0)và q (hayu), tìm i lúcđó 58 Chủ đề 4. Dao động điện tự do trong mạch LC, biết Q0 và I0:tìm chu kỳ dao động riêng của mạch LC 59 Chủ đề 5. Mạch LC ở lối vào của máy thu vô tuyến điện bắt sóng điện từ có tần số f (hay bước sóng λ).Tìm L(hayC) 59 1.Biết f( sóng) tìm L và C 59 2.Biết λ( sóng) tìm L và C 59 Chủ đề 6. Mạch LC ở lối vào của máy thu vô tuyến có tụ điện có điện dung biến 0 0 thiên Cmax ÷ Cmin tương ứng góc xoay biến thiên 0 ÷ 180 : xác định góc xoay ∆α để thu được bức xạ có bước sóng λ? 59 Chủ đề 7. Mạch LC ở lối vào của máy thu vô tuyến có tụ xoay biến thiên Cmax ÷ Cmin: tìm dải bước sóng hay dải tần số mà máy thu được? . . . . . . . . . . . 60 Phần8 . PHƯƠNG PHÁP GIẢI TOÁN VỀ PHẢN XẠ ÁNH SÁNG CỦA GƯƠNG PHẲNG VÀ GƯƠNG CẦU 61 Chủ đề 1. Cách vẽ tia phản xạ trên gương phẳng ứng với một tia tới đã cho ? . . . . 61 Chủ đề 2. Cách nhận biết tính chất "thật - ảo" của vật hay ảnh( dựa vào các chùm sáng) 61 Chủ đề 3. Gương phẳng quay một góc α (quanh trục vuông góc mặt phẳng tới): tìm gócquaycủatiaphảnxạ? 61 1.Cho tia tới cố định, xác định chiều quay của tia phản xạ . . . . . . . . . . . . 61 2.Cho biết SI = R, xác định quãng đường đi của ảnh S0 61 3.Gương quay đều với vận tốc góc ω: tìm vận tốc dài của ảnh . . . . . . . . . . 62 Chủ đề 4. Xác định ảnh tạo bởi một hệ gương có mặt phản xạ hướng vào nhau . . . 62 Chủ đề 5. Cách vận dụng công thức của gương cầu . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 1.Cho biết d và AB: tìm d0 và độ cao ảnh A0B0 63 2.Cho biết d0 và A0B0: tìm d và độ cao vật AB 63 3.Cho biết vị trí vật d và ảnh d0 xác định tiêu cự f 63 4.Chúý 63 Chủ đề 6. Tìm chiều và độ dời của màn ảnh khi biết chiều và độ dời của vật. Hệ qủa? 64 1.Tìm chiều và độ dời của màn ảnh khi biết chiều và độ dời của vật . . . . . . 64 2.Hệqủa 64 Chủ đề 7. Cho biết tiêu cự f và một điều kiện nào đó về ảnh, vật: xác định vị trí vật dvà vị trí ảnh d0 64 Th.s Trần AnhTrung 7 Luyện thi đại học
  9. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền 1.Cho biết độ phóng đại k và f 64 2.Cho biết khoảng cách l = AA0 64 Chủ đề 8. Xác định thị trường của gương ( gương cầu lồi hay gương phẳng) . . . . . 65 Chủ đề 9. Gương cầu lõm dùng trong đèn chiếu: tìm hệ thức liên hệ giữa vệt sáng tròn trên màn ( chắn chùm tia phản xạ) và kích thước của mặt gương . . . . . . 65 Chủ đề 10. Xác định ảnh của vật tạo bởi hệ "gương cầu - gương phẳng" . . . . . . . 65 1.Trường hợp gương phẳng vuông góc với trục chính . . . . . . . . . . . . . . 66 2.Trường hợp gương phẳng nghiêng một góc 450 so với trục chính . . . . . . . 66 Chủ đề 11. Xác định ảnh của vật tạo bởi hệ "gương cầu - gương cầu" . . . . . . . . 66 Chủ đề 12. Xác định ảnh của vật AB ở xa vô cùng tạo bởi gương cầu lõm . . . . . 67 Phần9 . PHƯƠNG PHÁP GIẢI TOÁN VỀ KHÚC XẠ ÁNH SÁNG, LƯỠNG CHẤT PHẲNG ( LCP), BẢNG MẶT SONG SONG (BMSS), LĂNG KÍNH (LK) 69 Chủ đề 1. Khảo sát đường truyền của tia sáng đơn sắc khi đi từ môi trường chiết quang kém sang môi trường chiết quang hơn? . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 Chủ đề 2. Khảo sát đường truyền của tia sáng đơn sắc khi đi từ môi trường chiết quang hơn sang môi trường chiết quang kém? . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 Chủ đề 3. Cách vẽ tia khúc xạ ( ứng với tia tới đã cho) qua mặt phẳng phân cách giữa hai môi trường bằng phương pháp hình học? . . . . . . . . . . . . . . . . 70 1.Cáchvẽtiakhúcxạ 70 2.Cách vẽ tia tới giới hạn toàn phần . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 Chủ đề 4. Xác định ảnh của một vật qua LCP ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 Chủ đề 5. Xác định ảnh của một vật qua BMSS ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 1.Độdờiảnh 71 2.Độ dời ngang của tia sáng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 Chủ đề 6. Xác định ảnh của một vật qua hệ LCP- gương phẳng ? . . . . . . . . . . 71 1.Vật A - LCP - Gương phẳng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 2.Vật A nằm giữa LCP- Gương phẳng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 Chủ đề 7. Xác định ảnh của một vật qua hệ LCP- gương cầu ? . . . . . . . . . . . . 72 Chủ đề 8. Xác định ảnh của một vật qua hệ nhiều BMSS ghép sát nhau? . . . . . . 72 Chủ đề 9. Xác định ảnh của một vật qua hệ nhiều BMSS - gương phẳng ghép song song? 73 1.Vật S - BMSS - Gương phẳng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 2.Vật S nằm giữa BMSS - Gương phẳng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 Chủ đề 10. Xác định ảnh của một vật qua hệ nhiều BMSS - gương cầu? . . . . . . . 73 Th.s Trần AnhTrung 8 Luyện thi đại học
  10. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền Chủ đề 11. Cho lăng kính (A,n) và góc tới i1 của chùm sáng: xác định góc lệch D? . 74 Chủ đề 12. Cho lăng kính (A,n) xác định i1 để D = min? 74 1.Cho A,n: xác định i1 để D = min,Dmin? 74 2.Cho Avà Dmin:xácđịnhn? 74 3.Chúý: 75 Chủ đề 13. Xác định điều kiện để có tia ló ra khỏi LK? . . . . . . . . . . . . . . . 75 1.Điều kiện về góc chiếc quang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 1.Điềukiệnvềgóctới 75 Phần10 . PHƯƠNG PHÁP GIẢI TOÁN VỀ THẤU KÍNH VÀ HỆ QUANG HỌC ĐỒNG TRỤC VỚI THẤU KÍNH 76 Chủ đề 1. Xác định loại thấu kính ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 1.Căn cứ vào sự liên hệ về tính chất, vị trí, độ lớn giữa vật - ảnh . . . . . . . . 76 2.Căn cứ vào đường truyền của tia sáng qua thấu kính . . . . . . . . . . . . . . 76 3.Căn cứ vào công thức của thấu kính . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 Chủ đề 2. Xác định độ tụ của thấu kính khi biết tiêu cự, hay chiếc suất của môi trường làm thấu kính và bán kính của các mặt cong. . . . . . . . . . . . . . . . 76 1.Khi biết tiêu cự f 76 2.Khi biết chiếc suất của môi trường làm thấu kính và bán kính của các mặt cong 76 Chủ đề 3. Cho biết tiêu cự f và một điều kiện nào đó về ảnh, vật: xác định vị trí vật d và vị trí ảnh d0. 77 1.Cho biết độ phóng đại k và f 77 2.Cho biết khoảng cách l = AA0 77 Chủ đề 4. Xác định ảnh của một vật AB ởxavôcực 77 Chủ đề 5. Xác định ảnh của một vật AB ởxavôcực 77 1.Cho biết khoảng cách "vật - ảnh" L, xác định hai vị trí đặt thấu kính . . . . . 78 2.Cho biết khoảng cách "vật - ảnh" L, và khoảng cách giữa hai vị trí, tìm f 78 Chủ đề 6. Vật hay thấu kính di chuyển, tìm chiều di chuyển của ảnh . . . . . . . . . 78 1.Thấu kính (O) cố định: dời vật gần ( hay xa) thấu kính, tìm chiều chuyển dời củaảnh 78 2.Vật AB cố định, cho ảnh A0B0 trên màn, dời thấu kính hội tụ, tìm chiều chuyểndờicủamàn 78 Chủ đề 8. Liên hệ giữa kích thước vệt sáng tròn trên màn( chắn chùm ló) và kích thước của mặt thấu kính. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 Chủ đề 9. Hệ nhiều thấu kính mỏng ghép đồng trục với nhau, tìm tiêu cự của hệ. . . 79 Th.s Trần AnhTrung 9 Luyện thi đại học
  11. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền Chủ đề 10. Xác định ảnh của một vật qua hệ " thấu kính- LCP". . . . . . . . . . . . 79 1.Trường hợp: AB - TK - LCP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 2.Trường hợp: AB - LCP - TK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 Chủ đề 11. Xác định ảnh của một vật qua hệ " thấu kính- BMSS". . . . . . . . . . . 80 1.Trường hợp: AB - TK - BMSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 2.Trường hợp: AB - LCP - TK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 Chủ đề 12. Xác định ảnh của một vật qua hệ hai thấu kính ghép đồng trục. . . . . . 81 Chủ đề 13. Hai thấu kính đồng trục tách rời nhau: xác định giới hạn của a = O1O2( hoặc d1 = O1A) để ảnh A2B2 nghiệm đúng một điều kiện nào đó ( như ảnh thật, ảnh ảo, cùng chều hay ngược chiều với vật AB) 82 1.Trường hợp A2B2 làthật(hayảo) 82 2.Trường hợp A2B2 cùng chiều hay ngược chiều với vật . . . . . . . . . . . . 82 Chủ đề 14. Hai thấu kính đồng trục tách rời nhau: xác định khoảng cách a = O1O2 để ảnh cuối cùng không phụ thuộc vào vị trí vật AB 82 Chủ đề 15. Xác định ảnh của vật cho bởi hệ "thấu kính - gương phẳng". . . . . . . . 83 1.Trường hợp gương phẳng vuông góc với trục chính . . . . . . . . . . . . . . 83 2.Trường hợp gương phẳng nghiêng một góc 450 so với trục chính . . . . . . . 83 3.Trường hợp gương phẳng ghép xác thấu kính ( hay thấu kính mạ bạc) . . . . 84 4.Trường hợp vật AB đặt trong khoảng giữa thấu kính và gương phẳng . . . . 84 Chủ đề 16. Xác định ảnh của vật cho bởi hệ "thấu kính - gương cầu". . . . . . . . . 84 1.Trường hợp vật AB đặt trước hệ " thấu kính- gương cầu" . . . . . . . . . . . 85 2.Trường hợp hệ "thấu kính- gương cầu" ghép sát nhau . . . . . . . . . . . . . 85 3.Trường hợp vật AB đặt giữa thấu kính và gương cầu: . . . . . . . . . . . . . 85 Phần11 . PHƯƠNG PHÁP GIẢI TOÁN VỀ MẮT VÀ CÁC DỤNG CỤ QUANG HỌC BỔ TRỢ CHO MẮT 89 Chủ đề 1. Máy ảnh: cho biết giới hạn khoảng đặt phim, tìm giới hạn đặt vật? . . . . 89 Chủ đề 2. Máy ảnh chụp ảnh của một vật chuyển động vuông góc với trục chính. Tính khoảng thời gian tối đa mở của sập của ống kính để ảnh không bị nhoè. . 89 Chủ đề 3. Mắt cận thị: xác định độ tụ của kính chữa mắt? Tìm điểm cực cận mới ξc khiđeokínhchữa? 89 Chủ đề 4. Mắt viễn thị: xác định độ tụ của kính chữa mắt? Tìm điểm cực cận mới ξc khiđeokínhchữa? 90 Chủ đề 5. Kính lúp: xác định phạm vi ngắm chừng và độ bội giác. Xác định kích thước nhỏ nhất của vật ABmin mà mắt phân biệt được qua kính lúp . . . . . . 90 1.Xác định phạm vi ngắm chừng của kính lúp . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 Th.s Trần AnhTrung 10 Luyện thi đại học
  12. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền 2.Xác định độ bội giác của kính lúp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 3.Xác định kích thước nhỏ nhất của vật ABmin mà mắt phân biệt được qua kính lúp 92 Chủ đề 6. Kính hiển vi: xác định phạm vi ngắm chừng và độ bội giác. Xác định kích thước nhỏ nhất của vật ABmin mà mắt phân biệt được qua kính hiển vi . . . . 92 1.Xác định phạm vi ngắm chừng của kính hiển vi . . . . . . . . . . . . . . . . 92 2.Xác định độ bội giác của kính hiển vi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 3.Xác định kích thước nhỏ nhất của vật ABmin mà mắt phân biệt được qua kính hiểnvi 93 Chủ đề 7. Kính thiên văn: xác định phạm vi ngắm chừng và độ bội giác? . . . . . . 94 1.Xác định phạm vi ngắm chừng của kính thiên văn . . . . . . . . . . . . . . . 94 2.Xác định độ bội giác của kính thiên văn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 Phần12 . PHƯƠNG PHÁP GIẢI TOÁN VỀ HIỆN TƯỢNG TÁN SẮC ÁNH SÁNG 95 Chủ đề 1. Sự tán sắc chùm sáng trắng qua mặt phân cách giữa hai môi trường: khảo sát chùm khúc xạ? Tính góc lệch bởi hai tia khúc xạ đơn sắc? . . . . . . . . . 95 Chủ đề 2. Chùm sáng trắng qua LK: khảo sát chùm tia ló? . . . . . . . . . . . . . . 95 Chủ đề 3. Xác định góc hợp bởi hai tia ló ( đỏ , tím)của chùm cầu vồng ra khỏi LK. Tính bề rộng quang phổ trên màn? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 Chủ đề 4. Chùm tia tới song song có bề rộng a chứa hai bứt xạ truyền qua BMSS: khảo sát chùm tia ló? Tính bề rộng cực đại amax để hai chùm tia ló tách rời nhau? 95 Phần13 . PHƯƠNG PHÁP GIẢI TOÁN VỀ GIAO THOA SÓNG ÁNH SÁNG 97 Chủ đề 1. Xác định bước sóng λ khi biết khoảng vân i, a,, D 97 Chủ đề 2. Xác định tính chất sáng (tối) và tìm bậc giao thoa ứng với mỗi điểm trên màn? 97 Chủ đề 3. Tìm số vân sáng và vân tối quang sát được trên miền giao thoa . . . . . . 97 Chủ đề 4. Trường hợp nguồn phát hai ánh sáng đơn sắc. Tìm vị trí trên màn ở đó có sự trùng nhau của hai vân sáng thuộc hai hệ đơn sắc? . . . . . . . . . . . . . . 98 Chủ đề 5. Trường hợp giao thoa ánh sáng trắng: tìm độ rộng quang phổ, xác định ánh sáng cho vân tối ( sáng) tại một điểm (xM )? 98 1.Xác định độ rộng quang phổ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 2.Xác định ánh sáng cho vân tối ( sáng) tại một điểm (xM ) 98 Chủ đề 6. Thí nghiệm giao thoa với ánh sáng thực hiện trong môi trường có chiếc suất n>1. Tìm khoảng vân mới i0? Hệ vân thay đổi thế nào? . . . . . . . . . 98 Chủ đề 7. Thí nghiệm Young: đặt bản mặt song song (e,n) trước khe S1 ( hoặc S2). Tìm chiều và độ dịch chuyển của hệ vân trung tâm. . . . . . . . . . . . . . . . 98 Th.s Trần AnhTrung 11 Luyện thi đại học
  13. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền Chủ đề 8. Thí nghiệm Young: Khi nguồn sáng di chuyển một đoạn y = SS0.Tìm chiều, độ chuyển dời của hệ vân( vân trung tâm)? . . . . . . . . . . . . . . . . 99 Chủ đề 9.Nguồn sáng S chuyển động với vân tốc ~v theo phương song song với S1S2: tìm tần số suất hiện vân sáng tại vân trung tâm O? 99 Chủ đề 10.Tìm khoảng cách a = S1S2 và bề rộng miền giao thoa trên một số dụng cụgiaothoa? 99 1.KheYoung 99 2.Lưỡng lăng kính Frexnen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 3.Hai nữa thấu kính Billet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 4.GươngFrexnen 100 Phần14 . PHƯƠNG PHÁP GIẢI TOÁN VỀ TIA RƠNGHEN 101 Chủ đề 1. Tia Rơnghen: Cho biết vận tốc v của electron đập vào đối catot: tìm UAK 101 Chủ đề 2. Tia Rơnghen: Cho biết vận tốc v của electron đập vào đối catot hoặt UAK : tìm tần số cực đại Fmax hay bước sóng λmin? 101 Chủ đề 3. Tính lưu lượng dòng nước làm nguội đối catot của ống Rơnghen: . . . . . 101 Phần15 . PHƯƠNG PHÁP GIẢI TOÁN VỀ HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN 103 Chủ đề 1. Cho biết giới hạn quang điện (λ0). Tìm công thoát A ( theo đơn vị eV )? . 103 Chủ đề 2. Cho biết hiệu điện thế hãm Uh. Tìm động năng ban đầu cực đại (Eđmax) hay vận tốc ban đầu cực đại( v0max), hay tìm công thoát A? 103 1.Cho Uh: tìm Eđmax hay v0max 103 2.Cho Uh và λ (kích thích): tìm công thoát A: 103 Chủ đề 3. Cho biết v0max của electron quang điện và λ( kích thích): tìm giới hạn quang điện λ0? 103 Chủ đề 4. Cho biết công thoát A (hay giới hạn quang điện λ0)vàλ( kích thích): Tìm v0max ? 103 Chủ đề 5. Cho biết UAK và v0max. Tính vận tốc của electron khi tới Anốt ? . . . . . 104 Chủ đề 6. Cho biết v0max và A.Tìm điều kiện của hiệu điện thế UAK để không có dòng quang điện (I =0) hoặc không có một electron nào tới Anốt? . . . . . . 104 Chủ đề 7. Cho biết cường độ dòng quang điện bảo hoà (Ibh) và công suất của nguồn sáng. Tính hiệu suất lượng tử? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 Chủ đề 8. Chiếu một chùm sáng kích thích có bước sóng λ vào một qủa cầu cô lập về điện. Xác định điện thế cực đại của qủa cầu. Nối quả cầu với một điện trở R sau đó nối đất. Xác định cường độ dòng qua R 105 1.Chiếu một chùm sáng kích thích có bước sóng λ vào một qủa cầu cô lập về điện. Xác định điện thế cực đại của qủa cầu: . . . . . . . . . . . . . . 105 Th.s Trần AnhTrung 12 Luyện thi đại học
  14. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền 2.Nối quả cầu với một điện trở R sau đó nối đất. Xác định cường độ dòng qua R:105 Chủ đề 9. Cho λ kích thích, điện trường cản Ec và bước sóng giới hạn λ0: tìm đoạn đường đi tối đa mà electron đi được. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 Chủ đề 10. Cho λ kích thích, bước sóng giới hạn λ0 và UAK : Tìm bán kính lớn nhất của vòng tròn trên mặt Anốt mà các electron từ Katốt đập vào? . . . . . . . . . 105 Chủ đề 11. Cho λ kích thích, bước sóng giới hạn λ0 , electron quang điện bay ra theo phương vuông góc với điện trường (E~). Khảo sát chuyển động của electron ?106 Chủ đề 12. Cho λ kích thích, bước sóng giới hạn λ0 , electron quang điện bay ra theo phương vuông góc với cảm ứng từ của trừ trường đều (B~ ). Khảo sát chuyển độngcủaelectron? 107 Phần16 . PHƯƠNG PHÁP GIẢI TOÁN VỀ MẪU NGUYÊN TỬ HIĐRÔ THEO BO 108 Chủ đề 1. Xác định vận tốc và tần số f của electron ở trạng thái dừng thứ n của nguyêntửHiđrô? 108 Chủ đề 2. Xác định bước sóng của photon do nguyên tử Hiđrô phát ra khi nguyên tử ở trạng thái dừng có mức năng lượng Em sang En ( <Em )? 108 Chủ đề 3. Tìm bước sóng của các vạch quang phổ khi biết các bước sóng của các vạchlâncận? 108 Chủ đề 4. Xác định bước sóng cực đại (λmax) và cực tiểu (λmin) của các dãy Lyman, Banme,Pasen? 109 Chủ đề 5. Xác định qũy đạo dừng mới của electron khi nguyên tử nhận năng lượng kích thích ε = hf? 109 Chủ đề 6. Tìm năng lượng để bức electron ra khỏi nguyên tử khi nó đang ở qũy đạo K ( ứng với năng lượng E1)? 109 Phần17 . PHƯƠNG PHÁP GIẢI TOÁN VỀ PHÓNG XẠ VÀ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 110 Chủ đề 1. Chất phóng xạ A có số khối : tìm số nguyên tử ( hạt) có trong Z X A m(g) hạtnhânđó? 110 Chủ đề 2. Tìm số nguyên tử N( hay khối lượng m) còn lại, mất đi của chất phóng xạ sau thời gian t? 110 Chủ đề 3. Tính khối lượng của chất phóng xạ khi biết độ phóng xạ H? 110 Chủ đề 4. Xác định tuổi của mẫu vật cổ có nguồn gốc là thực vật? . . . . . . . . . 110 Chủ đề 5. Xác định tuổi của mẫu vật cổ có nguồn gốc là khoáng chất? . . . . . . . 111 Chủ đề 6. Xác định năng lượng liên kết hạt nhân( năng lượng tỏa ra khi phân rã một hạtnhân)? 111 Chủ đề 7. Xác định năng lượng tỏa ra khi phân rã hạt nhân A ? 111 m(g) ZX Chủ đề 8. Xác định năng lượng tỏa ( hay thu vào ) của phản ứng hạt nhân? . . . . . 111 Th.s Trần AnhTrung 13 Luyện thi đại học
  15. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền Chủ đề 9. Xác định năng lượng tỏa khi tổng hợp m(g) hạt nhân nhẹ(từ các hạt nhân nhẹhơn)? 112 Chủ đề 10. Cách vận dụng định luật bảo toàn động lượng, năng lượng? . . . . . . . 112 1.Cách vận dụng định luật bảo toàn động lượng: . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 2.Cách vận dụng định luật bảo toàn năng lượng: . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 Chủ đề 11. Xác định khối lượng riêng của một hạt nhân nguyên tử. Mật độ điện tích củahạtnhânnguyêntử? 113 Th.s Trần AnhTrung 14 Luyện thi đại học
  16. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền PHẦN 1 PHƯƠNG PHÁP GIẢI TOÁN VỀ DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA CỦA CON LẮC LÒ XO CHỦ ĐỀ 1.Liên hệ giữa lực tác dụng, độ giãn và độ cứng của lò xo: Phương pháp: 1.Cho biết lực kéo F , độ cứng k: tìm độ giãn ∆l0, tìm l: F +Điều kiện cân bằng: F~ + F~ =0hayF = k∆l hay ∆l = 0 0 0 k mg +Nếu F = P = mg thì ∆l = 0 k +Tìm l: l = l0 +∆l0, lmax = l0 +∆l0 + A; lmin = l0 +∆l0 − A Chú ý: Lực đàn hồi tại mọi điểm trên lò xo là như nhau, do đó lò xo giãn đều. 2.Cắt lò xo thành n phần bằng nhau ( hoặc hai phần không bằng nhau): tìm độ cứng của mỗi phần? S Áp dụng công thức Young: k = E l k l0 a. Cắt lò xo thành n phần bằng nhau (cùng k): = = n → k = nk0. k0 l k l k l b. Cắt lò xo thành hai phần không bằng nhau: 1 = 0 và 2 = 0 k0 l1 k0 l2 CHỦ ĐỀ 2.Viết phương trình dao động điều hòa của con lắc lò xo: Phương pháp: Phương trình li độ và vận tốc của dao động điều hòa: (x = Asin(ωt + ϕ)(cm) v = ωAcos(ωt + ϕ)(cm/s) •Tìm ω: r k + Khi biết k,m: áp dụng: ω = m 2π + Khi biết T hay f: ω = =2πf T • Tìm A: d + Khi biết chiều dài qũy đạo: d = BB0 =2A → A = 2 r v2 + Khi biết x , v : A = x2 + 1 1 1 1 ω2 Th.s Trần AnhTrung 15 Luyện thi đại học
  17. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền l − l + Khi biết chiều dài l ,l của lò xo: A = max min . max min 2 1 r2E + Khi biết năng lượng của dao động điều hòa: E = kA2 → A = 2 k x •Tìm ϕ: Dựa vào điều kiện ban đầu: khi t =0↔ x = x = A sin ϕ → sin ϕ = 0 0 0 A •Tìm A và ϕ cùng một lúc:Dựa vào điều kiện ban đầu: (x = x0 (x0 = Asinϕ (A t0 =0↔ ↔ ↔ v = v0 v0 = ωAcosϕ ϕ t Chú ý:Nếu biết số dao động n trong thời gian t, chu kỳ: T = n CHỦ ĐỀ 3.Chứng minh một hệ cơ học dao động điều hòa: Phương pháp: Cách 1: Phương pháp động lực học ~ 1.Xác định lực tác dụng vào hệ ở vị trí cân bằng: P F0k =0. 2.Xét vật ở vị trí bất kì ( li độ x), tìm hệ thức liên hệ giữa F~ và ~x , đưa về dạng đại số: F = −kx ( k là hằng số tỉ lệ, F là lực hồi phục. 3.Áp dụng định luật II Newton: F = ma ⇔−kx = mx”, đưa về dạng phương trinh: x”+ω2x =0. Nghiệm của phương trình vi phân có dạng: x = Asin(ωt+ ϕ). Từ đó, chứng tỏ rằng vật dao động điều hòa theo thời gian. Cách 2: Phương pháp định luật bảo toàn năng lượng 1.Viết biểu thức động năng Eđ ( theo v) và thế năng Et ( theo x), từ đó suy ra biểu thức cơ năng: 1 2 1 2 E = Eđ + E = mv + kx = const (∗) t 2 2 2.Đạo hàm hai vế (∗) theo thời gian: (const)0 =0;(v2)0 =2v.v0 =2v.x”; (x2)0 = 2x.x0 =2x.v. 3.Từ (∗) ta suy ra được phương trình:x”+ω2x =0. Nghiệm của phương trình vi phân có dạng: x = Asin(ωt + ϕ). Từ đó, chứng tỏ rằng vật dao động điều hòa theo thời gian. CHỦ ĐỀ 4.Vận dụng định luật bảo toàn cơ năng để tìm vận tốc: Phương pháp: Định luật bảo toàn cơ năng: 1 2 1 2 1 2 E = Eđ + E = mv + kx = kA = Eđmax = E (∗) t 2 2 2 tmax r k r k Từ (∗) ta được: v = (A2 − x2) hay v = A m 0max m Th.s Trần AnhTrung 16 Luyện thi đại học
  18. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền CHỦ ĐỀ 5.Tìm biểu thức động năng và thế năng theo thời gian: Phương pháp: 1 1 Thế năng: E = kx2 = kA2sin2(ωt + ϕ) t 2 2 1 2 1 2 2 Động năng: Eđ = mv = kA cos (ωt + ϕ) 2 2 2π Chú ý:Ta có: ωt = t T CHỦ ĐỀ 6.Tìm lực tác dụng cực đại và cực tiểu của lò xo lên giá treo hay giá đở: Phương pháp: Lực tác dụng của lò xo lên giá treo hay giá đở chính là lực đàn hồi. 1.Trường hợp lò xo nằm ngang: Điều kiện cân bằng: P~ + N~ =0, do đó lực của lò xo tác dụng vào giá đở chính là lực đàn hồi.Lực đàn hồi: F = k∆l = k|x|. Ở vị trí cân bằng: lò xo không bị biến dạng: ∆l =0→ Fmin =0. Ở vị trí biên: lò xo bị biến dạng cực đại: x = ±A → Fmax = kA. 2.Trường hợp lò xo treo thẳng đứng: Điều kiện cân bằng: P~ + F~ =0, 0 mg độ giản tỉnh của lò xo: ∆l = . 0 k Lực đàn hồi ở vị trí bất kì: F = k(∆l0 + x) (*). Lực đàn gồi cực đại( khi qủa nặng ở biên dưới): x =+A → Fmax = k(∆l0 + A) Lực đàn hồi cực tiểu: Trường hợp A ∆l0: thì F = min khi x =∆l0 (lò xo không biến dạng): Fmin =0 3.Chú ý: *Lực đàn hồi phụ thuộc thời gian: thay x = A sin(ωt + ϕ) vào (*) ta được: F = mg + kAsin(ωt + ϕ) Đồ thị: Th.s Trần AnhTrung 17 Luyện thi đại học
  19. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền CHỦ ĐỀ 7.Hệ hai lò xo ghép nối tiếp: tìm độ cứng khệ, từ đó suy ra chu kỳ T : Phương pháp: •Ở vị trí cân bằng: + Đối với hệ nằm ngang: P~ + N~ =0 ~ ~ + Đối với hệ thẳng đứng: P + F0 =0 •Ở vị trí bất kì( OM = x): F Lò xo L1 giãn đoạn x1: F = −k1x1 → x1 = − k1 F Lò xo L2 giãn đoạn x2: F = −k2x2 → x2 = − k2 F Hệ lò xo giãn đoạn x: F = −khệx → x = − khệ 1 1 1 r m Ta có :x = x1 + x2, vậy: = + , chu kỳ: T =2π khệ k1 k2 khệ CHỦ ĐỀ 8.Hệ hai lò xo ghép song song: tìm độ cứng khệ, từ đó suy ra chu kỳ T : Phương pháp: •Ở vị trí cân bằng: + Đối với hệ nằm ngang: P~ + N~ =0 + Đối với hệ thẳng đứng: P~ + F~01 + F~02 =0 •Ở vị trí bất kì( OM = x): Lò xo L1 giãn đoạn x: F1 = −k1x Lò xo L2 giãn đoạn x: F2 = −k2x Hệ lò xo giãn đoạn x: Fhệ = −khệx r m Ta có :F = F1 + F2, vậy: khệ = k1 + k2 , chu kỳ: T =2π khệ CHỦ ĐỀ 9.Hệ hai lò xo ghép xung đối: tìm độ cứng khệ, từ đó suy ra chu kỳ T : Phương pháp: •Ở vị trí cân bằng: + Đối với hệ nằm ngang: P~ + N~ =0 + Đối với hệ thẳng đứng: P~ + F~01 + F~02 =0 •Ở vị trí bất kì( OM = x): Lò xo L1 giãn đoạn x: F1 = −k1x Lò xo L2 nén đoạn x: F2 = −k2x Hệ lò xo biến dạng x: Fhệ = −khệx r m Ta có :F = F1 + F2, vậy: khệ = k1 + k2 , chu kỳ: T =2π khệ CHỦ ĐỀ 10.Con lắc liên kết với ròng rọc( không khối lượng): chứng minh rằng hệ Th.s Trần AnhTrung 18 Luyện thi đại học
  20. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền dao động điều hòa, từ đó suy ra chu kỳ T : Phương pháp: Dạng 1.Hòn bi nối với lò xo bằng dây nhẹ vắt qua ròng rọc: 1 2 1 2 Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng:E = Eđ + E = mv + kx = const t 2 2 1 1 Đạo hàm hai vế theo thời gian: m2vv0 + k2xx0 =0. 2 2 r k Đặt: ω = , ta suy ra được phương trình:x”+ω2x =0. m Nghiệm của phương trình vi phân có dạng: x = Asin(ωt+ ϕ). Từ đó, chứng tỏ rằng vật dao động điều hòa theo thời 2π gian.Chu kỳ: T = ω Dạng 2.Hòn bi nối với ròng rọc di động, hòn bi nối vào dây vắt qua ròng rọc: Khi vật nặng dịch chuyển một đoạn thì lò xo biến dạng một đoạn x. x 2 F 2T 2mg Điều kiện cân bằng: ∆l = 0 = 0 = . 0 k k k Cách 1: Ở vị trí bất kỳ( li độ x): ngoài các lực cân bằng, xuất hiện thêm các lực đàn hồi x |F | k |F | = kx = k ⇔|T | = x = x x L 2 x 2 4 Xét vật năng:m~g + T~ = m~a ⇔ mg − (|T0| + |Tx|)= k mx” ⇔ x”+ x =0. 4m k Đặt: ω2 = , phương trình trở thành:x”+ω2x =0, 4m nghiệm của phương trình có dạng:x = Asin(ωt + ϕ),vậy hệ dao động điều hoà. 2π r4m Chu kỳ: T = hay T =2π ω k 1 2 1 2 1 2 1 x 2 Cách 2:Cơ năng:E = Eđ + E = mv + kx = mv + k( ) = const t 2 2 L 2 2 2 1 1 k k Đạo hàm hai vế theo thời gian: m2vv0 + 2xx0 =0⇔ x”+ x =0. 2 2 4 4m k Đặt: ω2 = , phương trình trở thành:x”+ω2x =0, nghiệm của phương trình có 4m dạng:x = Asin(ωt + ϕ), vậy hệ dao động điều hoà. 2π r4m Chu kỳ: T = hay T =2π ω k Dạng 3.Lò xo nối vào trục ròng rọc di động, hòn bi nối vào hai lò xo nhờ dây vắt qua ròng rọc: Ở vị trí cân bằng: P~ = −2T~0; F~02 = −2T~ với (F~01 = T~0) Th.s Trần AnhTrung 19 Luyện thi đại học
  21. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền Ở vị trí bất kỳ( li độ x) ngoài các lực cân bằng nói trên, hệ còn chịu tác dụng thêm các lực: ~ L1 giãn thêm x1, xuất hiện thêm F1, m dời x1. ~ L2 giãn thêm x2, xuất hiện thêm F2, m dời 2x2. Vậy: x = x1 +2x2 (1) Xét ròng rọc: (F02 + F2) − 2(T0 + F1)=mRaR =0nên: F2 =2F1 ⇔ k2x2 =2k1x1, 2k1 hay: x2 = x1 (2) k2 k2 Thay (2)vào(1) ta được: x1 = x k2 +4k1 Lực hồi phục gây ra dao động của vật m là: Fx = F1 = −k1x1 (3) k2k1 Thay (2)vào(3) ta được: Fx = x, k2 +4k1 áp dụng: Fx = max = mx”. k k Cuối cùng ta được phương trình: x”+ 2 1 x =0. m(k2 +4k1) k k Đặt: ω2 = 2 1 , phương trình trở thành:x”+ω2x =0, nghiệm của phương trình m(k2 +4k1) có dạng:x = Asin(ωt + ϕ), vậy hệ dao động điều hoà. 2π k k Chu kỳ: T = hay T =2πr 2 1 ω m(k2 +4k1) CHỦ ĐỀ 11.Lực hồi phục gây ra dao động điều hòa không phải là lực đàn hồi như: lực đẩy Acximet, lực ma sát, áp lực thủy tỉnh, áp lực của chất khí : chứng minh hệ dao động điều hòa: Dạng 1.F~ là lực đẩy Acximet: ~ ~ Vị trí cân bằng: P = −F0A Vị trí bất kỳ ( li độ x): xuất hiện thêm lực đẩy Acximet: F~A = −VD~g.VớiV = Sx, áp dụng định luật II Newton: F = ma = mx”. Ta được phương trình:x”+ω2x =0, nghiệm của phương trình có dạng:x = Asin(ωt+ϕ), vậy hệ dao động điều hoà. 2π rSDg Chu kỳ: T = ,vớiω = ω m Dạng 2.F~ là lực ma sát: Vị trí cân bằng: ~ ~ ~ và ~ ~ P = −(N01 + N02) Fms01 = −Fms02 Vị trí bất kỳ ( li độ ):Ta có: ~ ~ ~ nhưng ~ ~ x P = −(N1 + N2) Fms1 =6 −Fms2 Th.s Trần AnhTrung 20 Luyện thi đại học
  22. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền Hợp lực: |F | = F1 − F2 = µ(N1 − N2) (*) Mà ta có: M = M N~1/G N~2/G N N ⇔ N (l − x)=N (l + x) ⇔ 1 = 2 = 1 2 (l + x) (l − x) N + N N − N 1 2 = 1 2 2l 2x x x x Suy ra: N − N =(N + N ) = P = mg 1 2 1 2 l l l x Từ (*) suy ra: |F | = µmg , áp dụng định luật II Newton: l F = ma = mx”. Ta được phương trình:x”+ω2x =0, nghiệm của phương trình có dạng:x = Asin(ωt+ϕ), vậy hệ dao động điều hoà. 2π µg Chu kỳ: T = ,vớiω = r ω l Dạng 3.Áp lực thủy tỉnh: Ở vị trí bất kỳ, hai mực chất lỏng lệch nhau một đoạn h =2x. Áp lực thuỷ tỉnh: p = Dgh suy ra lực thuỷ tỉnh: |F | = pS = Dg2xS, giá trị đại số:F = −pS = −Dg2xS,áp dụng định luật II Newton: F = ma = mx”. Ta được phương trình:x”+ω2x =0, nghiệm của phương trình có dạng:x = Asin(ωt+ϕ), vậy hệ dao động điều hoà. 2π r2SDg Chu kỳ: T = ,vớiω = ω m Dạng 4.F~ là lực của chất khí: Vị trí cân bằng: p01 = p02 suy ra F01 = F02; V0 = Sd Vị trí bất kỳ ( li độ x):Ta có: V1 =(d + x)S; V2 =(d − x)S áp dụng định luật Bôilơ-Mariốt: p1V1 = p2V2 = p0V0 2p d Suy ra: p − p = 0 x 1 2 d2 − x2 2p dS Hợp lực: |F | = F − F =(p − p )S = 0 x ≈ 2 1 1 2 d2 − x2 2p dS 0 x d2 2p dS Đại số: F = − 0 x, áp dụng định luật II Newton: d2 F = ma = mx”. Ta được phương trình:x”+ω2x =0, nghiệm của phương trình có dạng:x = Asin(ωt+ϕ), 2π s md2 vậy hệ dao động điều hoà. Chu kỳ: T = ,vớiω = ω 2p0V0 Th.s Trần AnhTrung 21 Luyện thi đại học
  23. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền PHẦN 2 PHƯƠNG PHÁP GIẢI TOÁN VỀ DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA CỦA CON LẮC ĐƠN GHI NHỚ 1.Độ biến thiên đại lượng X:∆X = Xsau − Xtrước a. Nếu ∆X>0 thì X tăng. b. Nếu ∆X<0 thì X giảm. 2.Công thức gần đúng: a.∀ε  1 ta có: (1 + ε)n ≈ 1+nε r1+ε1 1 1 1 Hệ quả: ≈ (1 − ε2)(1 + ε1)=1− (ε2 − ε1) 1+ε2 2 2 2 b.∀α ≤ 100; α ≤ 1(rad) α2 Ta có: cos α ≈ 1 − ;sin α ≈ tgα ≈ α(rad) 2 CHỦ ĐỀ 1.Viết phương trình dao động điều hòa của con lắc đơn: Phương pháp: Phương trình dao động có dạng: s = s0sin(ωt + ϕ) hay α = α0sin(ωt + ϕ) (1) s • s = lα hay α = 0 0 0 0 l g •ω: được xác định bởi: ω = r l •Tìm s0 và ϕ cùng một lúc:Dựa vào điều kiện ban đầu: (s = s1 (s1 = s0sinϕ (s0 t0 =0↔ ↔ ↔ v = v1 v1 = ωs0cosϕ ϕ t Chú ý:Nếu biết số dao động n trong thời gian t, chu kỳ: T = n CHỦ ĐỀ 2.Xác định độ biến thiên nhỏ chu kỳ ∆T khi biết độ biến thiên nhỏ gia tốc trọng trường ∆g, độ biến thiên chiều dài ∆l: Phương pháp: r l r l0 T 0 rl0 g Lúc đầu: T =2π ; Lúc sau: T 0 =2π Lập tỉ số: = . g g0 T l g0 ∆T = T 0 − T T 0 = T +∆T   Mà ∆g = g0 − g ⇔ g0 = g +∆g 0 0 ∆l = l − l l = l +∆l Th.s Trần AnhTrung 22 Luyện thi đại học
  24. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền 1 1 T +∆T l +∆l 2 g 2 ∆T 1 ∆l 1 ∆g Vậy: =     ⇔ 1+ = 1+ 1 −  T l g +∆g T 2 l 2 g ∆T 1 ∆l ∆g Hay: =  −  T 2 l g Chú ý: ∆T 1 ∆l a. Nếu g = const thì ∆g =0⇒ = T 2 l ∆T 1 ∆g b. Nếu l = const thì ∆l =0⇒ = − T 2 g CHỦ ĐỀ 3.Xác định độ biến thiên nhỏ chu kỳ ∆T khi biết nhiệt độ biến thiên nhỏ ∆t; khi đưa lên độ cao h; xuống độ sâu h so với mặt biển: Phương pháp: 1.Khi biết nhiệt độ biến thiên nhỏ ∆t: rl1 rl2 Ở nhiệt độ t0C: T =2π ; Ở nhiệt độ t0C: T =2π 1 1 g 2 2 g 1 − 1 T2 rl2 sl0(1 + αt2) r1+αt2   2   2 Lập tỉ số: = = = = 1+αt2 1+αt1 T1 l1 l0(1 + αt1) 1+αt1 Áp dụng công thức tính gần đúng:(1 + ε)n ≈ 1+nε T2  1  1  ∆T 1 1 = 1+ αt2 1 − αt1 Hay: = α(t2 − t1)= α∆t T1 2 2 T1 2 2 2.Khi đưa con lắc đơn lên độ cao h so với mặt biển: r l r l Th r g Ở mặt đất : T =2π ; Ở độ cao h: Th =2π ; Lập tỉ số: = (1). g gh T gh Ta có, theo hệ qủa của định luật vạn vật hấp dẫn: M g = G  R2 M gh = G  (R + h)2 T R + h ∆T h Thay vào (1) ta được: h = Hay: = T R T R 3.Khi đưa con lắc đơn xuống độ sâu h so với mặt biển: r l r l Th r g Ở mặt đất : T =2π ; Ở độ sâu h: Th =2π ; Lập tỉ số: = (2). g gh T gh Ta có, theo hệ qủa của định luật vạn vật hấp dẫn: Th.s Trần AnhTrung 23 Luyện thi đại học
  25. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền M g = G  R2 Mh gh = G  (R − h)2 2 Th r(R − h) M Thay vào (2) ta được: = 2 T R Mh Ta lại có: 4 M = V.D = πR3.D  3 4 3 Mh = Vh.D = π(R − h) .D  3 1 T R 2 ∆T 1 h Thay vào ta được: h =   Hay: = T R − h T 2 R CHỦ ĐỀ 4.Con lắc đơn chịu nhiều yếu tố ảnh hưởng độ biến thiên của chu kỳ: tìm điều kiện để chu kỳ không đổi: Phương pháp: 1.Điều kiện để chu kỳ không đổi: Điều kiện là:"Các yếu tố ảnh hưởng lên chu kỳ là phải bù trừ lẫn nhau" Do đó: ∆T1 +∆T2 +∆T3 + ···=0 ∆T ∆T ∆T Hay: 1 + 2 + 3 + ···=0 (*) T T T 2.Ví dụ: Con lắc đơn chịu ảnh hưởng bởi yếu tố nhiệt độ và yếu tố độ cao: ∆T 1 ∆T h Yếu tố nhiệt độ: 1 = α∆t; Yếu tố độ cao: 2 = T 2 T R 1 h Thay vào (*): α∆t + =0 2 R CHỦ ĐỀ 5.Con lắc trong đồng hồ gõ giây được xem như là con lắc đơn: tìm độ nhanh hay chậm của đồng hồ trong một ngày đêm: Phương pháp: Thời gian trong một ngày đêm: t =24h =24.3600s = 86400(s) t 86400 Ứng với chu kỳ T1: số dao động trong một ngày đêm: n = = . T1 T1 0 t 86400 Ứng với chu kỳ T2: số dao động trong một ngày đêm: n = = . T2 T2 1 1 Độ chênh lệch số dao động trong một ngày đêm: ∆n = |n0 − n| = 86400 − T T 1 2 |∆T | Hay: ∆n = 86400 T2.T1 Th.s Trần AnhTrung 24 Luyện thi đại học
  26. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền |∆T | Vậy: độ nhanh ( hay chậm) của đồng hồ trong một ngày đêm là: θ =∆n.T2 = 86400 T1 Chú ý:Nếu ∆T>0 thì chu kỳ tăng, đồng hồ chạy chậm; Nếu ∆T 0 ⇔ F~ hướng xuống F ⇔ g0 = g + . m Nam châm đặt phía trên: Fx < 0 ⇔ F~ hướng lên F ⇔ g0 = g − . m r l Chu kỳ mới T 0 =2π . Chú ý: chúng ta thường lập tỉ g0 T 0 g số: = r . T g0 2.F~ là lực tương tác Coulomb: |q q | Lực tương tác Coulomb: F = k 1 2 ;Tìmg0 và chu kỳ T 0 r2 như trên. Hai điện tích cùng dấu: F~ lực đẩy. ; Hai điện tích trái dấu: F~ lực hút. 3.F~ là lực điện trường F~ = qE~ : qE~ Trọng lực biểu kiến là: P~ 0 = P~ + qE~ ⇔ ~g 0 = ~g + (2) m qE Chiếu (2) lên xx0: g0 = g + x ; m Th.s Trần AnhTrung 25 Luyện thi đại học
  27. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền v l v l Chu kỳ mới: T 0 =2πu =2πu . u qEx u qE tg + ug1+ x  m t mg Chú ý: chúng ta thường lập tỉ số: 0 − 1 T v 1  qEx  2 1 qEx = u = 1+ =1− T u qEx mg 2 mg t1+ mg ∆T 1 qE hay = − x T 2 mg ~ ~ 4.F là lực đẩy Acsimet FA = −VDkk~g : Trọng lực biểu kiến là: VD ~g VD P~ 0 = P~ + F~ ⇔ ~g 0 = ~g − kk = 1 − kk ~g (3) A m m VD Chiếu (3) lên xx0:g0 = 1 − kk g; m Với: m = V.D, trong đó D là khối lượng riêng của qủa D cầu: g0 = 1 − kk g; D v l Chu kỳ mới: T 0 =2πu . u D u1 − kk g t D T 0 v 1 ∆T 1 D Chú ý: chúng ta thường lập tỉ số: = u hay = kk T u D T 2 D u1 − kk  t D 5.F~ là lực nằm ngang: Trọng lực biểu kiến: P~ 0 = P~ + F~ hay m~g0 = m~g + F~ hướng xiên, dây treo một góc β so F~ với phương thẳng đứng. Gia tốc biểu kiến: ~g 0 = ~g + . m Điều kiện cân bằng: P~ + T~ + F~ =0⇔ P~ 0 = −T~. Vậy β = PO\0P 0 ứng với vị trí cân bằng của con lắc đơn. F Ta có: tgβ = mg Tìm 0 và 0: áp dụng định lý Pitago: 0 q 2 F 2 T g g = g +(m ) g hoăc: g0 = . cos β r l T 0 g √ Chu kỳ mới: T 0 =2π . Thường lập tỉ số: = r = cos β g0 T g0 CHỦ ĐỀ 7.Con lắc đơn treo vào một vật ( như ôtô, thang máy ) đang chuyển động với gia tốc ~a : xác định chu kỳ mới T 0: Th.s Trần AnhTrung 26 Luyện thi đại học
  28. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền Phương pháp: Trong hệ quy chiếu gắn liền với điểm treo( thang máy, ôtô ) con lắc đơn còn chịu tác dụng thêm một lực quán tính F~ = −m~a. Vậy trọng lực biểu kiến P~ 0 = P~ − m~a hay gia tốc biểu kiến: ~g 0 = ~g − ~a (1) r l Sử dụng hình học để suy ra được độ lớn của g0, chu kỳ mới T 0 =2π . Chú ý: chúng ta g0 T 0 g thường lập tỉ số: = r T g0 1.Con lắc đơn treo vào trần của thang máy ( chuyển động thẳng đứng ) với gia tốc ~a : 0 0 Chiếu (1) lên xx : g = g − ax (2) a.Trường hợp ~a hướng xuống: ax > 0 → ax = |a| r l (2):g0 = g − a chu kỳ mới: T 0 =2π g − a T 0 g Thường lập tỉ số: = r T g − a Đó là trường hợp thang máy chuyển động lên chậm dần đều (~v , ~a cùng chiều) hay thang máy chuyển động xuống nhanh dần đều (~v , ~a ngược chiều). b.Trường hợp ~a hướng lên: ax < 0 → ax = −|a| r l T 0 g (2):g0 = g + a chu kỳ mới: T 0 =2π Thường lập tỉ số: = r g + a T g + a Đó là trường hợp thang máy chuyển động lên nhanh dần đều (~v,~a ngược chiều) hay thang máy chuyển động xuống chậm dần đều (~v , ~a cùng chiều). 2.Con lắc đơn treo vào trần của xe ôtô đang chuyển động ngang với gia tốc ~a : Góc: β = PO\0P 0 ứng với vị trí cân bằng của con lắc đơn. F a Ta có: tgβ = = mg g Th.s Trần AnhTrung 27 Luyện thi đại học
  29. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền g Tìm T 0 và g0: áp dụng định lý Pitago: g0 = pg2 + a2 hoăc: g0 = . cos β r l T 0 g √ Chu kỳ mới: T 0 =2π . Thường lập tỉ số: = r = cos β g0 T g0 3.Con lắc đơn treo vào trần của xe ôtô đang chuyển động trên mặt phẳng nghiêng một góc α: ~ ~ ~ Ta có điều kiện cân bằng: P + Fqt + T =0 (*) Chiếu (*)/Ox: T sin β = ma cos α (1) Chiếu (*)/Oy: T cos β = mg − ma sin α (2) 1 a cos α Lập tỉ số: : tgβ = 2 g − a sin α ma cos α Từ (1) suy ra lực căng dây: T = sin β a cos α Từ(*) ta có: P 0 = T ↔ mg0 = T hay g0 = sin β r l r l sin β Chu kỳ mới: T 0 =2π hay T 0 =2π g0 a cos α Th.s Trần AnhTrung 28 Luyện thi đại học
  30. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền CHỦ ĐỀ 8.Xác định động năng Eđ thế năng Et, cơ năng của con lắc đơn khi ở vị trí có góc lệch β: Phương pháp: Chọn mốc thế năng là mặt phẳng đi qua vị trí cân bằng. •Thế năng Et: Ta có: Et = mgh1 ,vớih1 = OI = l(1 − cos β) Vây: Et = mgl(1 − cos β) (1) •Cơ năng E: Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng: E = EC = EB = mgh2 = mgl(1 − cos α) Hay E = mgl(1 − cos α) (2) •Động năng Eđ: Ta có: E = Eđ + Et → Eđ = E − Et Thay (1),(2) vào ta được: Eđ = mgl(cos β − cos α) (3) Đặt biệt: Nếu con lắc dao động bé: áp dụng công thức tính gần đúng: β2 α2 cos β ≈ 1 − ; cos α ≈ 1 − 2 2  1 2 (1) → Et = mglβ  2  1 (2) → E = mglα2 2  1 2 2 (3) → Eđ = mgl(α − β )  2 CHỦ ĐỀ 9.Xác định vận tốc dài v và lực căng dây T tại vị trí hợp với phương thẳng đứng một góc β: Phương pháp: 1.Vận tốc dài v tại C: 1 2 Ta có công thức tính động năng: Eđ = mv , thay vào biểu thức (3)ởchủđề8 ta được: 2 v = p2gl(cos β − cos α) (1) 2.Lực căng dây T tại C: ~ ~ Áp dụng định luật II Newton: P + T = m~aht (2) Chọn trục tọa độ hướng tâm, chiếu phương trình (2) lên xx0: v2 Ta được: −mg cos β + T = m l Th.s Trần AnhTrung 29 Luyện thi đại học
  31. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền Thay (1) vào ta được: T = m[3 cos β − 2 cos α]g (3) Đặt biệt: Nếu dao động của con lắc đơn là dao động bé Thay biểu thức tính gần đúng vào ta được: (1) → v = pgl(α2 − β2) (4)  3 (2) →T = m1+α2 − β2g (5)  2 3.Hệ qủa: vận tốc và lực căng dây cực đại và cực tiểu:   (vmax = p2gl(1 − cos α)  v = max ↔ β =0(vị trí cân bằng), → √ (1), (4) →  v = α gl  max  vị trí biên  v = min ↔ β = α( ) → vmin =0,    (Tmax = m(3 − 2 cos α)g T = max ↔ β =0(vị trí cân bằng), →  2   Tmax = m[1 + α ]g (3), (5) →   (Tmin = mg cos α  T = min ↔ β = α(vị trí biên) →   1 2   Tmin = m[1 − α ]g   2 CHỦ ĐỀ 10.Xác định biên độ góc α0 mới khi gia tốc trọng trường thay đổi từ g sang g0: Phương pháp: Áp dụng công thức số (2) chủ đề (8) 1 Khi con lắc ở nơi có gia tốc trọng trường g: Cơ năng của con lắc: E = mglα2. 2 1 Khi con lắc ở nơi có gia tốc trọng trường g0: Cơ năng của con lắc: E0 = mg0lα02. 2 1 1 Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng: E = E0 ↔ mglα2 = mg0lα02 2 2 g Hay: α0 = αr g0 CHỦ ĐỀ 11.Xác định chu kỳ và biên độ của con lắc đơn vướng đinh (hay vật cản) khi đi qua vị trí cân bằng: Phương pháp: 1.Tìm chu kỳ T: 1 1 Chu kỳ của con lắc đơn vướng đinh T = chu kỳ của con lắc đơn có chiều dài l + 2 2 chu kỳ của con lắc đơn có chiều dài l0 Th.s Trần AnhTrung 30 Luyện thi đại học
  32. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền 1 1 Ta có: T = T + T 2 1 2 2  r l T1 =2π  0 Trong đó:  g với:l = l − QI rl0 T2 =2π  g 2.Tìm biên độ mới sau khi vướng đinh: 1 1 Vận dụng chủ đề (10) ta được: mglα2 = mgl0α02 2 2 r l Hay: α0 = α l0 CHỦ ĐỀ 12.Xác định thời gian để hai con lắc đơn trở lại vị trí trùng phùng (cùng qua vị trí cân bằng, chuyển động cùng chiều): Phương pháp: Giả sử con lắc thứ nhất có chu kỳ T1, con lắc đơn thứ hai có chu kỳ T2 ( T2 >T1). Nếu con lắc thứ nhất thực hiện được n dao động thì con lắc thứ hai thực hiện được n − 1 dao động. Gọi t là thời gian trở lại trùng phùng, ta có: T2 t = nT1 =(n − 1)T2 → n = T2 − T1 T .T Vậy thời gian để trở lại trùng phùng: t = 1 2 T2 − T1 CHỦ ĐỀ 13.Con lắc đơn dao động thì bị dây đứt:khảo sát chuyển động của hòn bi sau khi dây đứt? Phương pháp: 1.Trường hợp dây đứt khi đi qua vị trí cân bằng O: Lúc đó chuyển động của vật xem như là chuyển động vật ném ngang. Chọn hệ trục tọa độ Oxy như hình vẽ. Theo định luật II Newton: F~ = P~ = m~a Hay: ~a = ~g (*) Chiếu (*) lên Ox: ax =0, trên Ox, vật chuyển động thẳng đều với phương trình: x x = v0t → t = (1) v0 Chiếu (*) lên Oy: ax = g, trên Oy, vật chuyển động thẳng nhanh dần đều với phương trình: Th.s Trần AnhTrung 31 Luyện thi đại học
  33. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền 1 1 y = a t2 = gt2 (2) 2 y 2 Thay (1) vào (2), phương trình quỹ đạo: 1 g 2 y = . 2 x 2 v0 Kết luận: quỹ đạo của qủa nặng sau khi dây đứt tại VTCB là một Parabol.( y = ax2) 2.Trường hợp dây đứt khi đi qua vị trí có li giác α: Lúc đó chuyển động của vật xem như là chuyển động vật ném xiên hướng xuống, có ~v c hợp với phương ngang một góc β: vc = p2gl(cos β − cos α0). Chọn hệ trục tọa độ Oxy như hình vẽ. Theo định luật II Newton: F~ = P~ = m~a Hay: ~a = ~g (*) Chiếu (*) lên Ox: ax =0, trên Ox, vật chuyển động thẳng đều với phương trình: x x = vc cos βt → t = (1) v0 cos β Chiếu (*) lên Oy: ax = −g, trên Oy, vật chuyển động thẳng biến đổi đều, với phương trình: 1 y = v sin βt − gt2 (2) c 2 Thay (1) vào (2), phương trình quỹ đạo: g y = − x2 + tgβ.x 2 2vc cos β Kết luận: quỹ đạo của qủa nặng sau khi dây đứt tại vị trí C là một Parabol.( y = ax2 +bx) CHỦ ĐỀ 14.Con lắc đơn có hòn bi va chạm đàn hồi với một vật đang đứng yên: xác định vận tốc của viên bi sau va chạm? Phương pháp: * Vận tốc của con lắc đơn trước va chạm( ở VTCB): v0 = p2gl(1 − cos α0) *Gọi v, v’ là vận tốc của viên bi và qủa nặng sau va chạm: 0 áp dụng định luật bảo toàn động năng: m~v0 = m~v + m1~v (1) 1 1 1 0 áp dụng định luật bảo toàn động lượng: mv2 = mv2 + m v 2 (2) 2 0 2 2 1 Từ (1) và (2) ta suy ra được v và v’. Th.s Trần AnhTrung 32 Luyện thi đại học
  34. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền PHẦN 3 PHƯƠNG PHÁP GIẢI TOÁN VỀ DAO ĐỘNG TẮT DẦN VÀ CỘNG HƯỞNG CƠ HỌC CHỦ ĐỀ 1.Con lắc lò xo dao động tắt dần: biên độ giảm dần theo cấp số nhân lùi vô hạng, tìm công bội q: Phương pháp: 1 • Cơ năng ban đầu(cung cấp cho dao động): E = E = kA2 (1) 0 t(max) 2 1 • Công của lực masat (tới lúc dừng lại): |Ams| = Fmss = µmgs (2), với s là đoạn đường đi tới lúc dừng lại. • Áp dụng định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng: Ams = E0 → s • Công bội q: vì biên độ giảm dần theo cấp số nhân lùi vô hạn nên: A2 A3 An 2 n−1 q = = = ···= → A2 = qA1,A3 = q A1 ··· ,An = q A1(vớiq<1) A1 A2 A(n−1) Đường đi tổng cộng tới lúc dừng lại: 2 n−1 s =2A1 +2A2 + ···+2An =2A1(1 + q + q + ···+ q )=2A1S 1 Với: S =(1+q + q2 + ···+ qn−1)= 1 − q 2A Vậy: s = 1 1 − q CHỦ ĐỀ 2.Con lắc lò đơn động tắt dần: biên độ góc giảm dần theo cấp số nhân lùi vô hạng, tìm công bội q. Năng lượng cung cấp để duy trì dao động: Phương pháp: • Công bội q: vì biên độ góc giảm dần theo cấp số nhân lùi vô hạn nên: α2 α3 αn 2 n−1 q = = = ···= → α2 = qα1,α3 = q α1 ··· ,αn = q α1(vớiq<1) α1 α2 α(n−1) α Vậy: q =n−1 r n α1 • Năng lượng cung cấp ( như lên dây cót) trong thời gian t để duy trì dao động: 1 Cơ năng ở chu kì 1: E = E = mgh ,hayE = mglα2 1 tB1max 1 1 2 1 1 Cơ năng ở chu kì 2: E = E = mgh ,hayE = mglα2 2 tB2max 1 2 2 2 1 Độ giảm cơ năng sau 1 chu kỳ: ∆E = mgl(α2 − α2) 2 1 2 Th.s Trần AnhTrung 33 Luyện thi đại học
  35. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền 1 Hay : ∆E = mgl(α2(1 − q2), đây chính là năng lượng cần cung cấp để duy trì dao 2 1 động trong một chu kỳ. t Trong thời gian t, số dao động: n = . Năng lượng cần cung cấp để duy trì sau n dao T động: E = n.∆E. E Công suất của đồng hồ: P = t CHỦ ĐỀ 3.Hệ dao động cưỡng bức bị kích thích bởi một ngoại lực tuần hoàn: tìm điều kiện để có hiện tượng cộng hưởng: Phương pháp: Điều kiện để có hiện tượng cộng hưởng: f = f0,vớif0 là tần số riêng của hệ. 1 1 r k Đối với con lắc lò xo: f0 = = T0 2π m 1 1 rg Đối với con lắc đơn: f0 = = T0 2π l Th.s Trần AnhTrung 34 Luyện thi đại học
  36. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền PHẦN 4 PHƯƠNG PHÁP GIẢI TOÁN VỀ SỰ TRUYỀN SÓNG CƠ HỌC , GIAO THOA SÓNG, SÓNG DỪNG, SÓNG ÂM CHỦ ĐỀ 1.Tìm độ lệch pha giữa hai điểm cách nhau d trên một phương truyền sóng? Tìm bước sóng khi biết độ lệch pha và giới hạn của bước sóng,( tần số, vận tốc truyền sóng). Viết phương trình sóng tại một điểm : Phương pháp: 1.Tìm độ lệch pha giữa hai điểm cách nhau d trên một phương truyền sóng: • Độ lệch pha giữa hai điểm ở hai thời điểm khác nhau: 2π ∆ϕ = ∆t = ω∆t T • Độ lệch pha giữa hai điểm cách nhau d trên một phương truyền sóng 2π (Hai dao động cùng pha ∆ϕ =2kπ; k ∈ Z ∆ϕ = d Với λ Hai dao động ngược pha ∆ϕ =(2k +1)π; k ∈ Z 2.Tìm bước sóng khi biết độ lệch pha và giới hạn của bước sóng,( tần số, vận tốc truyền sóng): Giả sử xét hai dao động cùng pha ∆ϕ =2kπ , so sánh với công thức về độ lệch pha: d Từ đó suy ra được bước sóng λ theo k: λ = k d Nếu cho giới hạn của λ: ta được: λ ≤ ≤ λ , có bao giá trị nguyên của k thay 1 k 2 vào ta suy ra được bước sóng hay tần số, vận tốc. V Nếu bài toán cho giới hạn của tần số hay vận tốc, áp dụng công thức: λ = V.T = . f Từ đó suy ra các giá trị nguyên của k, suy ra được đại lượng cần tìm. rF Chú ý: Nếu biết lực căng dây F , và khối lượng trên mỗi mét chiều dài ρ, ta có: V = ρ 3.Viết phương trình sóng tại một điểm trên phương truyền sóng: Giả sử sóng truyền từ O đến M:OM = d, giả sử sóng tại O có dạng: uO = a sin ωt (cm). 2π 2π Sóng tại M trể pha d so với O. Phương trình sóng tại M: u = a sin(ωt− d)(cm) λ M λ d với t ≥ V 4.Vận tốc dao động của sóng: du 2π Vận tốc dao động: v = M = ωacos(ωt + d)(cm/s) dt λ Th.s Trần AnhTrung 35 Luyện thi đại học
  37. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền CHỦ ĐỀ 2.Vẽ đồ thị biểu diễn quá trình truyền sóng theo thời gian và theo không gian: Phương pháp: 1.Vẽ đồ thị biểu diễn qúa trình truyền sóng theo thời gian: Xem yếu tố không gian là không đổi. • Cách 1:( Vẽ trực tiếp) 2π Ở gốc O: u = a sin ωt = a sin t O T 2π x Xét điểm M(x = OM = const): u = a sin(ωt − x ) điều kiện t ≥ M M M λ M V Lập bảng biến thiên: t 0 T T 3T T 4 2 4 X0X X 2π uM a sin λ xM x Vẽ đồ thị biểu diễn, chỉ lấy phần biểu diễn trong giới hạn t ≥ M V • Cách 2:( Vẽ gián tiếp) -Vẽ đồ thị : u0 t 0 T T 3T T 4 2 4 u0 0 A0−A 0 x Tịnh tiến đồ thị u (t) theo chiều dương một đoạn θ = M ta 0 V được đồ thị biểu diễn đường sin thời gian. θ Chú ý: Thường lập tỉ số: k = T 2.Vẽ đồ thị biểu diễn qúa trình truyền sóng theo không gian ( dạng của môi trường ): Xem yếu tố thời gian là không đổi. Với M thuộc dây: OM = xM , t0 là thời điểm đang xét t0 = const 2π Biểu thức sóng:u = a sin(ωt − x)(cm) ,vớichukỳ:λ M λ Đường sin không gian là đường biểu diễn u theo x. Giả sử tại t , sóng truyền được một x 0 đoạn x = V.t , điều kiện x ≤ x .Chú ý: Thường lập tỉ số: k = M . M 0 M λ Lập bảng biến thiên: x 0 λ λ 3λ 4 2 4 λ u XXX X a sin ωt0 CHỦ ĐỀ 3.Xác định tính chất sóng tại một điểm M trên miền giao thoa: Th.s Trần AnhTrung 36 Luyện thi đại học
  38. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền Phương pháp: ∀ M:MS1 = d1; MS2 = d2 V Tìm hiệu đường đi: δ = d − d và tìm bước sóng: λ = V.T = 2 1 f Lập tỉ số: δ (•Nếu p = k( nguyên) ⇔ δ = kλ ⇒ Mdao động cực đại k = λ •Nếu 1 bán nguyên ⇔ 1 ⇒ dao động cực tiểu p = k + 2 ( ) δ =(k + 2)λ M CHỦ ĐỀ 4.Viết phương trình sóng tại điểm M trên miền giao thoa: Phương pháp: Giả sử:u1 = u2 = a sin ωt (cm) 2π 2π Sóng tryền từ S đến M:sóng tại M trễ pha d so với S :u = a sin(ωt− d )(cm) 1 λ 1 1 1 λ 1 2π 2π Sóng tryền từ S đến M:sóng tại M trễ pha d so với S :u = a sin(ωt− d )(cm) 2 λ 2 2 2 λ 2 p + q p − q Sóng tại M: u = u +u , thay vào, áp dụng công thức: sin p+sin q = 2 sin cos M 1 2 2 2 π  π  Cuối cùng ta được: uM =2a cos (d2 − d1) sin ωt − d2 + d1 (*) λ λ Phương trình (*) là một phương trình dao động điều hòa có dạng: uM = A sin(ωt +Φ)  π Biên độ dao dộng: A =2a cos (d2 − d1) Với:  λ π Pha ban đầu: Φ=− d2 + d1  λ CHỦ ĐỀ 5.Xác định số đường dao động cực đại và cực tiểu trên miền giao thoa: Phương pháp: ∀ M:MS1 = d1; MS2 = d2,S1S2 = l Xét ∆MS1S2 : ta có: |d2 − d1|≤l ⇔−l ≤ d2 − d1 ≤ l (*) •Để M dao động với biên độ cực đại: δ = d2 − d1 = kλ k ∈ Z l l Thay vào (*),ta được: − ≤ k ≤ , có bao nhiêu giá trị nguyên của k thì có bấy nhiêu λ λ đường dao động với biên độ cực đại ( kể cả đường trung trực đoạn S1S2 ứng với k =0) 1 •Để M dao động với biên độ cực tiểu: δ = d − d = k + λk∈ Z 2 1 2 l 1 l 1 Thay vào (*),ta được: − − ≤ k ≤ − , có bao nhiêu giá trị nguyên của k thì có λ 2 λ 2 bấy nhiêu đường dao động với biên độ cực tiểu. Th.s Trần AnhTrung 37 Luyện thi đại học
  39. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền CHỦ ĐỀ 6.Xác định điểm dao động với biên độ cực đại ( điểm bụng) và số điểm dao động với biên độ cực tiểu ( điểm nút) trên đoạn S1S2: Phương pháp: ∀ M ∈ S1S2 : MS1 = d1; MS2 = d2,S1S2 = l Ta có: d1 + d2 = l (*) •Để M dao động với biên độ cực đại: δ = d2 − d1 = kλ k ∈ Z (1) l λ Cộng (1) và (*) ta được: d = + k , điều kiện: 0 ≤ d ≤ l 2 2 2 2 l l Vậy ta đươc: − ≤ k ≤ , có bao nhiêu giá trị nguyên của k thì có bấy nhiêu điểm λ λ bụng ( kể cả điểm giữa) 1 •Để M dao động với biên độ cực tiểu: δ = d − d = k + λk∈ Z (2) 2 1 2 l 1 λ Cộng (2) và (*) ta được: d = + k +  , điều kiện: 0 ≤ d ≤ l 2 2 2 2 2 l 1 l 1 Vậy ta được: − − ≤ k ≤ − , có bao nhiêu giá trị nguyên của k thì có bấy λ 2 λ 2 nhiêu điểm nút. Chú ý: Để tìm vị trí các điểm dao động cực đại ( hay cực tiểu) ta thường lập bảng: k các giá trị âm -1 0 1 các giá trị dương − λ λ d2 d2i 2 d20 d2i + 2 CHỦ ĐỀ 7.Tìm qũy tích những điểm dao động cùng pha (hay ngược pha) với hai nguồn S1,S2: Phương pháp: π Pha ban đầu sóng tại M: Φ = − (d + d ) M λ 2 1 Pha ban đầu sóng tại S1 (hay S2): ϕ =0 π Độ lệch pha giữa hai điểm: ∆ϕ = ϕ − Φ = (d + d ) (*) M λ 2 1 Để hai điểm dao động cùng pha ∆ϕ =2kπ, so sánh (*): d2 + d1 =2kλ. Vậy tập hợp những điểm dao động cùng pha với hai nguồn S1,S2 là họ đường Ellip, nhận hai điểm S1, S2 làm hai tiêu điểm. Để hai điểm dao động ngược pha ∆ϕ =(2k +1)π, so sánh (*): d2 + d1 =(2k +1)λ. Vậy tập hợp những điểm dao động ngược pha với hai nguồn S1,S2 là họ đường Ellip, nhận hai điểm S1, S2 làm hai tiêu điểm ( xen kẻ với họ Ellip nói trên). CHỦ ĐỀ 8.Viết biểu thức sóng dừng trên dây đàn hồi: Phương pháp: Th.s Trần AnhTrung 38 Luyện thi đại học
  40. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền Gọi: MC = d, AC = l thì AM = l − d. Các bước thực hiện: 1.Viết biểu thức sóng tới: • Sóng tại A: uA = a sin ωt • Sóng tại M: 2π 2π Tại M sóng trể pha (l − d) so với A u = a sin ωt − (l − d) (1) λ M λ 2π 2π Tại C sóng trể pha l so với A u = a sin(ωt − l) (2) λ C λ 2.Viết biểu thức sóng phản xạ: • Sóng tại C: 2π Nếu ở C cố định u0 = −u = −a sin(ωt − l) (3)  C C λ 0 2π Nếu ở C tự do u = uC = a sin(ωt − l) (4)  C λ • Sóng tại M: 2π Tại M sóng trể pha d so với C: λ 2π 2π Nếu ở C cố định u0 = −a sin(ωt − l − d) (5)  M λ λ 2π 2π Nếu ở C tự do u0 = a sin(ωt − l − d) (6)  M λ λ 3.Sóng tại M: 0 , dùng công thức lượng giác suy ra được biểu thức sóng u = uM + uM dừng. CHỦ ĐỀ 9.Điều kiện để có hiện tượng sóng dừng, từ đó suy ra số bụng và số nút sóng: Phương pháp: 1.Hai đầu môi trường ( dây hay cột không khí) là cố định: λ + Điều kiện về chiều dài: là số nguyên lần múi sóng: l = k 2 V V + Điều kiện về tần số: λ = → f = k f 2l 2l + Số múi: k = , số bụng là k và số nút là k +1. λ 2.Một đầu môi trường ( dây hay cột không khí) là cố định, đầu kia tự do: + Điều kiện về chiều dài: là số bán nguyên lần múi sóng: Th.s Trần AnhTrung 39 Luyện thi đại học
  41. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền 1 λ l = k +  2 2 V 1 v + Điều kiện về tần số: λ = → f = k +  f 2 2l 2l 1 + Số múi: k = − , số bụng là k +1và số nút là k +1. λ 2 3.Hai đầu môi trường ( dây hay cột không khí) là tự do: λ + Điều kiện về chiều dài: là số nguyên lần múi sóng: l = k 2 V v + Điều kiện về tần số: λ = → f = k f 2l 2l + Số múi: k = , số bụng là k và số nút là k − 1. λ rF Chú ý: Cho biết lực căng dây F , mật độ chiều dài ρ: V = ρ 4l2f 2ρ Thay vào điều kiện về tần số: F = k2 CHỦ ĐỀ 10.Xác định cường độ âm (I) khi biết mức cường độ âm tại điểm. Xác định công suất của nguồn âm? Độ to của âm: Phương pháp: 1.Xác định cường độ âm (I) khi biết mức cường độ âm tại điểm: I *Nếu mức cường độ âm tính theo đơn vị B: L = lg I0 L Từ đó: I = I0.10 I * Nếu mức cường độ âm tính theo đơn vị dB:L =10lg I0 L Từ đó: I = I0.10 10 −12 −2 Chú ý: Nếu tần số âm f = 1000Hz thì I0 =10 Wm 2.Xác định công suất của nguồn âm tại một điểm: Công suất của nguồn âm tại A là năng lượng truyền qua mặt cầu tâm N bán kính NA trong 1 giây. W Ta có: I = → W = I .S A S A hay Pnguồn = IA.SA 2 Nếu nguồn âm là đẳng hướng: SA =4πNA Nếu nguồn âm là loa hình nón có nữa góc ở đỉnh là α: Gọi R là khoảng cách từ loa đến điểm mà ta xét. Diện tích của chỏm cầu bán kính R và Th.s Trần AnhTrung 40 Luyện thi đại học
  42. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền chiều cao h là S =2πRh Ta có: h = R − R cos α ,vậyS =2πR2(1 − cos α) Vậy, công suất của nguồn âm: P = I.2πR2(1 − cos α) 3.Độ to của âm: Tùy tần số, mỗi âm có một ngưỡng nghe ứng với Imin Độ to của âm: ∆I = I − Imin Độ to tối thiểu mà tai phân biệt được gọi là 1 phôn I Ta có: ∆I =1phôn ↔ 10lg 2 =1dB I1 Th.s Trần AnhTrung 41 Luyện thi đại học
  43. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền PHẦN 5 PHƯƠNG PHÁP GIẢI TOÁN VỀ MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU KHÔNG PHÂN NHÁNH (RLC) CHỦ ĐỀ 1.Tạo ra dòng điện xoay chiều bằng cách cho khung dây quay đều trong từ trường, xác định suất điện động cảm ứng e(t)? Suy ra biểu thức cường độ dòng điện i(t) và hiệu điện thế u(t): Phương pháp: 1.Tìm biểu thức từ thông Φ(t): Φ(t)=NBScos(ωt) hay Φ(t)=Φ0 cos(ωt) với Φ0 = NBS. 2. Tìm biểu thức của sđđ cảm ứng e(t): dΦ(t) e(t)=− = ωNBS sin(ωt) hay e(t)=E sin(ωt) với: E = ωNBS dt 0 0 e(t) 3.Tìm biểu thức cường độ dòng điện qua R: i = R 4.Tìm biểu thức hđt tức thời u(t): u(t)=e(t) suy ra U0 = E0 hay U = E. CHỦ ĐỀ 2.Đoạn mạch RLC: cho biết i(t)=I0 sin(ωt), viết biểu thức hiệu điện thế u(t). Tìm công suất Pmạch? Phương pháp: Nếu i = I0 sin(ωt) thì u = U0 sin(ωt + ϕ) (*) Với: ZL = ωL 2 2 U0 = I0.Z, tổng trở: Z = pR +(ZL − ZC ) với  1 ZC =  ωC Z − Z tgϕ = L C → ϕ,vớiϕ là độ lệch pha của u so với i. R Công suất tiêu thụ của đoạn mạch: U I R Cách 1: Dùng công thức: P = UI cos ϕ ,vớiU = √0 ,I= √0 , cos ϕ = 2 2 Z Cách 2: Trong các phần tử điện, chỉ có điện trở R mới tiêu thụ điện năng dưới dạng tỏa nhiệt: P = RI2 1 Chú ý: =0, 318 π CHỦ ĐỀ 3.Đoạn mạch RLC: cho biết u(t)=U0 sin(ωt), viết biểu thức cường độ dòng điện i(t). Suy ra biểu thức uR(t)?uL(t)?uC(t)? Phương pháp: Nếu u = U0 sin(ωt) thì i = I0 sin(ωt − ϕ) (*) Th.s Trần AnhTrung 42 Luyện thi đại học
  44. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền − U0 2 2 ZL ZC I0 = Z, tổng trở: Z = pR +(ZL − ZC ) với tgϕ = → ϕ . R Hệ qủa: Hiệu điện thế hai đầu điện trở R cùng pha với cđdđ: uR = U0R sin(ωt − ϕ). với: U0R = I0.R. Hiệu điện thế hai đầu cuộn cảm nhanh pha π so với cđdđ: L 2 π u = U sin(ωt − ϕ + ). với: U = I .Z . L 0L 2 0L 0 L Hiệu điện thế hai đầu tụ điện chậm pha π so với cđdđ: C 2 π u = U sin(ωt − ϕ − ). với: U = I .Z . C 0C 2 0C 0 C Chú ý: Nếu phần tử điện nào bị đoản mạch hoặc không có trong đoạn mạch thì ta xem điện trở tương ứng bằng 0. Nếu biết: i = I0 sin(ωt+ϕi) và u = U0 sin(ωt+ϕu) thì độ lệch pha: ϕu/i = ϕu −ϕi CHỦ ĐỀ 4.Xác định độ lệch pha giữa hai hđt tức thời u1 và u2 của hai đoạn mạch khác nhau trên cùng một dòng điện xoay chiều không phân nhánh? Cách vận dụng? Phương pháp: •Cách 1:(Dùng đại số) ZL1 − ZC1 Độ lệch pha của u1 so với i: tgϕ1 = → ϕ1 R1 ZL2 − ZC2 Độ lệch pha của u2 so với i: tgϕ2 = → ϕ2 R2 Ta có: ϕu1/u2 = ϕu1 − ϕu2 =(ϕu1 − ϕi) − (ϕu2 − ϕi) = ϕu1/i − ϕu2/i = ϕ1 − ϕ2 Độ lệch pha của u1 so với u2: ∆ϕ = ϕ1 − ϕ2 •Cách 2:(Dùng giản đồ vectơ) ~ ~ ~ ~ Ta có: u = u1 + u2 ↔ U = U1 + U2 trục pha I. U1 = I.Z1 U2 = I.Z2 ~   U1 ZL1 − ZC1 ; ZL2 − ZC2 tgϕ1 = → ϕ1 tgϕ2 = → ϕ1  R1  R2 Độ lệch pha của u1 so với u2: ∆ϕ = ϕ1 − ϕ2 CHỦ ĐỀ 5.Đoạn mạch RLC, cho biết U, R: tìm hệ thức L, C, ω để: cường độ dòng điện qua đoạn mạch cực đại, hiệu điện thế và cường độ dòng điện cùng pha, công suất tiêu thụ trên đoạn mạch đạt cực đại. Phương pháp: 1.Cường độ dòng điện qua đoạn mạch đạt cực đại: Th.s Trần AnhTrung 43 Luyện thi đại học
  45. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền U U Áp dụng định luật Ohm cho đoạn mạch: I = = (∗) 2 2 Z pR +(ZL − ZC ) Ta có: 1 I = max ↔ M = R2 +(Z − Z )2 = min ↔ Z − Z =0↔ ωL = L C L C ωC U Hay LCω2 =1 (∗) → I = max R 2.Hiệu điện thế cùng pha với cường độ dòng điện: Để u và i cùng pha: ϕ =0 Z − Z 1 hay tgϕ = L C =0↔ Z − Z =0↔ ωL = R L C ωC Hay LCω2 =1 3.Công suất tiêu thụ trên đoạn mạch cực đại: Ta có: P = UI cos ϕ ,đểP = max ↔ cos ϕ =1 R Ta có: cos ϕ = =1 2 2 pR +(ZL − ZC ) 2 2 2 Hay R +(ZL − ZC ) = R Hay LCω2 =1 4.Kết luận: Hiện tượng cộng hưởng điện: • I = max  cùng pha • u, i (ϕ =0)  • cos ϕ =1  LCω2 =1 ↔   U 1.Imax =   R π • Hệ qủa:  Do với  2. ZL = ZC → UL = UC ϕL = −ϕC = −  2  nên U~ = −U~ ↔ u = −u   L C L C CHỦ ĐỀ 6.Đoạn mạch RLC, ghép thêm một tụ C0 :tìm C0 để: cường độ dòng điện qua đoạn mạch cực đại, hiệu điện thế và cường độ dòng điện cùng pha, công suất tiêu thụ trên đoạn mạch đạt cực đại. Phương pháp: Gọi Cb là điện dung tương đương của bộ tụ, tương tự chủ đề 5,ta có: 1 LC ω2 =1→ C = b b Lω2 1 1 1 ◦Nếu nối tiếp với 0: C C = + 0 Cb C C 0 0 ◦Nếu C song song với C : Cb = C + C Th.s Trần AnhTrung 44 Luyện thi đại học
  46. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền CHỦ ĐỀ 7.Đoạn mạch RLC: Cho biết UR,UL,UC: tìm U và độ lệch pha ϕu/i. Phương pháp: Cách 1:( Dùng đại số) U U Áp dụng công thức: I = = 2 2 Z pR +(ZL − ZC ) 2 2 → U = IpR +(ZL − ZC ) 2 2 U = pUR +(UL − UC ) Cách 2:( Dùng giản đồ vectơ) Ta có: u = uR + uL + uC ↔ U~ = U~R + U~L + U~C trục pha I~ Dựa vào giản đồ vectơ: ta được 2 2 U = pUR +(UL − UC ) Z − Z IZ − IZ U − U Độ lệch pha: tgϕ = L C = L C Hay tgϕ = L C R IR UR CHỦ ĐỀ 8.Cuộn dây (RL) mắc nối tiếp với tụ C: cho biết hiệu điện thế U1 ( cuộn dây) và UC .TìmUmạch và ϕ . Phương pháp: Ta có: u = u1 + uC ↔ U~ = U~1 + U~ C (∗) trục pha I~ 2 2  +U1 = I.Z1 = I.pR + Z  L   ZL    •U~  tgϕ1 =  1 ~ ~ với  R  +(I,U1)=ϕ1 R Với   cos ϕ1 =   2 2   pR + ZL  1  +U = I.Z với Z =  ~  C C C ωC •UC π  +(I,~ U~ )=−   C 2 Xét ∆OAC: Định lý hàm cosin: 2 2 2 π 2 2 U = U + U − 2U1UC cos( − ϕ1) Hay U = pU + U +2U1UC sin ϕ1 1 C 2 1 C ZL Với: sin ϕ1 = cos ϕ1.tgϕ1 = 2 2 pR + ZL −→ U Chiếu (*) lên OI: U cos ϕ = U1 cos ϕ1 → cos ϕ = cos ϕ1 U1 CHỦ ĐỀ 9.Cho mạchRLC: Biết U, ω, tìm L,hayC,hayR để công suất tiêu thụ trên đoạn mạch cực đại. Phương pháp: Th.s Trần AnhTrung 45 Luyện thi đại học
  47. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền Trong các phần tử điện, chỉ có điện trở R mới tiêu thụ điện năng dưới dạng tỏa nhiệt: P = RI2 U U RU 2 Ta có: I = = Vậy: P = (*) 2 2 2 2 Z pR +(ZL − ZC ) R +(ZL − ZC ) 1.Tìm L hay C để công suất tiêu thụ trên đoạn mạch cực đại: 2 2 Dể P = max từ (*) ↔ M = R +(ZL − ZC ) = min ↔ ZL − ZC =0  1 C = U 2 hay 2  ω2L LCω =1↔ 1 (∗) → Pmax = L = R  ω2C a. Đồ thị L theo P : 1 L 0 ∞ ω2C P P0 Pmax 0 RU 2 Với P = 0 2 2 R + ZC b. Đồ thị C theo P : 1 C 0 ∞ RU 2 ω2L Với P1 = R2 + Z2 P 0 Pmax P1 L 2.Tìm R để công suất tiêu thụ trên đoạn mạch cực đại: U 2 const Chia tử và mẫu của (*) cho R: P = = (Z − Z )2 M R + L C R Để P = max khi và chỉ khi M = min. Áp dụng bất đẳng thức Côsin: (Z − Z )2 r (Z − Z )2 M = R + L C ≥ 2 R. L C =2|Z − Z | R R L C (Z − Z )2 Dấu ”=”xảy ra khi: R = L C R hay R = |ZL − ZC | U 2 Vậy: Pmax = 2|UL − UC | Bảng biến thiên R theo P : R 0 |ZL − ZC |∞ P 0 Pmax 0 CHỦ ĐỀ 10.Đoạn mạch RLC: Cho biết U, R, f: tìm L (hayC)đểUL (hay UC ) đạt giá trị cực đại? Th.s Trần AnhTrung 46 Luyện thi đại học
  48. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền Phương pháp: 1.Tìm L để hiệu thế hiệu dụng ở hai đầu cuộn cảm cực đại: U.ZL Hiệu điện thế ở hai đầu cuộn cảm: UL = I.ZL = (*) 2 2 pR +(ZL − ZC ) •Cách 1:( Dùng đạo hàm) 2 2 ∂UL (R + ZC − ZLZC )U Đạo hàm hai vế của (*) theo ZL: = 2 2 3 ∂ZL [R +(ZL − ZC ) ] 2 2 2 ∂UL R + ZC Ta có: =0↔ ZL = , ta có bảng biến thiên: ∂ZL ZC 2 2 R + ZC ZL 0 ∞ ZC 2 2 UpR + ZC ∂UL Với U = +0− Lmax R ∂ZL UL % ULmax & •Cách 2:( Dùng đại số) U const Chia tử và mẫu của (*) cho ZL, ta được: UL = = √ sR2 Z y − C 2 2 +(1 ) ZL ZL R2 Z 1 1 Với − C 2 2 2 − 2 2 2 − y = 2 +(1 ) =(R + ZC ) 2 2.ZC +1=(R + ZC )x 2.ZC x +1 ZL ZL ZL ZL 1 Trong đó: ; Ta có: 2 2 x = a =(R + ZC ) > 0 ZL b Z ∆ R2 Nên y = min khi x = − = C , y = − = 2 2 min 2 2 2a R + ZC 4a R + ZC 2 2 2 2 R + ZC UpR + ZC Vậy: ZL = và ULmax = ZC R •Cách 3:( Dùng giản đồ vectơ) ~ ~ ~ ~ Ta có: u = uRC + uL ↔ U = URC + UL (∗) trục pha I , đặt AOB[ = α U U Xét ∆OAB: Định lý hàm sin: L = sin AOB sin OAB U U U ↔ L = = π − sin α sin( 2 ϕ1) cos ϕ1 U Hay: UL = sin α vậy: UL = max cos ϕ1 khi sin α =1→ α =900 → ∆AOB ⊥ O π 1 Từ đó: ϕ1 + |ϕu/i| = ,vìϕ1 0 nên: tgϕ1 = −cotgϕu/i = − 2 tgϕu/i Th.s Trần AnhTrung 47 Luyện thi đại học
  49. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền 2 2 ZC R R + ZL U ↔− = − hay ZL = ,vớiULmax = R ZL − ZC ZC cos ϕ1 UpR2 + Z2 hay U = C Lmax R 2.Tìm C để hiệu thế hiệu dụng ở hai đầu tụ điện cực đại: U.ZC Hiệu điện thế ở hai đầu tụ điện: UC = I.ZC = ( ) 2 2 pR +(ZL − ZC ) •Cách 1:( Dùng đạo hàm) 2 2 ∂UC (R + ZL − ZLZC )U Đạo hàm hai vế của (*) theo ZC : = 2 2 3 ∂ZC [R +(ZL − ZC ) ] 2 2 2 ∂UC R + ZL Ta có: =0↔ ZC = , ta có bảng biến thiên: ∂ZC ZL 2 2 R + ZL ZC 0 ∞ ZL 2 2 UpR + ZL ∂UC Với U = +0− Cmax R ∂ZC UC % UCmax & •Cách 2:( Dùng đại số) U const Chia tử và mẫu của (*) cho ZC , ta được: UC = = √ s R2 Z y L − 2 2 +( 1) ZC ZC R2 Z 1 1 Với L − 2 2 2 − 2 2 2 − y = 2 +( 1) =(R + ZL) 2 2.ZL +1=(R + ZL)x 2.ZLx +1 ZC ZC ZC ZC 1 Trong đó: ;Tacó: 2 2 x = a =(R + ZL) > 0 ZC b Z ∆ R2 Nên y = min khi x = − = L , y = − = 2 2 min 2 2 2a R + ZL 4a R + ZL 2 2 2 2 R + ZL UpR + ZL Vậy: ZC = và UCmax = ZL R •Cách 3:( Dùng giản đồ vectơ) ~ ~ ~ ~ Ta có: u = uRL + uC ↔ U = URL + UC (∗) trục pha I , đặt AOB[ = α Xét ∆OAB: U U Định lý hàm sin: C = sin AOB sin OAB U U U ↔ C = = π − sin α sin( 2 ϕ1) cos ϕ1 U Hay: UC = sin α vậy: UC = max cos ϕ1 Th.s Trần AnhTrung 48 Luyện thi đại học
  50. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền khi sin α =1→ α =900 → ∆AOB ⊥ O π 1 Từ đó: ϕ1 + |ϕu/i| = ,vìϕ1 > 0, ϕu/i 0 C2L2 L2 CL ω2 C2L2 b 2 R2 L2C2 2LC − R2C2 Nên y = min khi x = − =  − . = 2a CL L2 2 2 r 2 Vậy ω = (2) 1 2LC − R2C2 3.Tìm f ( hay ω) để hiệu thế hiệu dụng ở hai đầu tụ điện cực đại: Th.s Trần AnhTrung 49 Luyện thi đại học
  51. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền Hiệu điện thế ở hai đầu điện trở C: 1 U UZC ωC U UC = I.ZC = = = 2 2 2 2 2 2 2 pR +(ZL − ZC ) s 1 pR C ω +(LCω − 1) R2 + ωL −  ωC const Hay U = √ ,đểU cực đại khi y = min. L y L Ta có: y = R2C2ω2 +(LCω − 1)2 = C2L2ω4 +(R2C2 − 2CL)ω2 +1 Hay: y = C2L2x2 +(R2L2 − 2CL)x +1với x = ω2 b 2CL − R2C2 Ta có: a = C2L2 > 0 Nên y = min khi x = − =   2a 2C2L2 2CL − R2C2 1 r2CL − R2C2 Vậy ω2 =   Hay: ω = . (3) 2C2L2 2 LC 2 Chú ý: Ta có: 2 ω0 = ω1.ω2 Hiệu điện thế cực đại ở hai đầu cuộn cảm và tụ điện đều có dạng 2L U UCmax = ULmax = √ R 4LC − R2C2 CHỦ ĐỀ 12.Cho biết đồ thị i(t) và u(t), hoặc biết giản đồ vectơ hiệu điện thế: xác định các đặt điểm của mạch điện? Phương pháp: 1.Cho biết đồ thị i(t) và u(t): tìm độ lệch pha ϕu/i: Gọi θ là độ lệch pha về thời gian giữa u và i ( Đo bằng khoảng thời gian giữa hai cực đại liên tiếp của u và i) • Lệch thời gian T ↔ lệch pha 2π θ • Lệch thời gian θ ↔ lệch pha ϕ Vậy: ϕ =2π u/i u/i T Th.s Trần AnhTrung 50 Luyện thi đại học
  52. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền 2.Cho biết giản đồ vectơ hiệu điện thế: vẽ sơ đồ đoạn mạch? Tìm Umạch Quy tắc: ~ •UR nằm ngang ↔ phần tử R  ~ •UL thẳng đứng hướng lên ↔ phần tử L ~ thẳng đứng hướng xuống phần tử C •UC ↔  +gốcO; ~  Umạch  +ngọn: cuối U~ R; ~ ~  ϕu/i =(I,U) CHỦ ĐỀ 13.Tác dụng nhiệt của dòng điện xoay chiều: tính nhiệt lượng tỏa ra trên đoạn mạch? Phương pháp: Biết I: áp dụng công thức Q = RI2t U U 2 Biết U: Từ công thức I = → Q = R t Z Z2 Nếu cuộn dây (RL) hoặc điện trở dìm trong chất lỏng: tìm ∆t0 2 2 0 0 RI t Ta có: Qtỏa = RI t; Qthu = Cm∆t → ∆t = Cm CHỦ ĐỀ 14.Tác dụng hóa học của dòng điện xoay chiều: tính điện lượng chuyển qua bình điện phân theo một chiều? Tính thể tích khí Hiđrô và Oxy xuất hiện ở các điện cực? Phương pháp: 1.Tính điện lượng chuyển qua bình điện phân theo một chiều ( trong 1 chu kỳ T , trong t): Xét dòng điện xoay chiều i = I0 sin ωt(A) qua bình điện phân chứa dung dịch axit hay bazơ loãng. Trong thời gian dt ( bé): điện lượng qua bình điện phân: dq = idt = I0 sin ωtdt Trong chu kỳ : dòng điện chỉ qua bình điện phân trong T theo một chiều: 1 T 2 T T 2 2 T Z Z 1 2 q1 = idt = I0 sin ωtdt = − I0 cos ωt ω 0 0 0 2I 2π I T hay q = 0 Với ω = do đó ta có: q = 0 1 ω T 1 π t Trong thời gian t, số dao động n = , điện lượng qua bình điện phân theo một chiều là: T t 2I t I t q = nq = .q , vậy: q = 0 = 0 1 T 1 ω T π Th.s Trần AnhTrung 51 Luyện thi đại học
  53. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền 2.Tính thể tích khí Hiđrô và Oxy xuất hiện ở các điện cực trong thời gian t(s): A Cứ 96500C giải phóng =1g tương ứng 11, 2(l)H đktc. n q Vậy qC :thể tích khí H: v = .11, 2(l) H 96500 v Thể tích của khí O: v = H O 2 Vậy ở mỗi điện cực xuất hiện hổn hợp khí với thể tích v = vO + vH CHỦ ĐỀ 15.Tác dụng từ của dòng điện xoay chiều và tác dụng của từ trường lên dòng điện xoay chiều? Phương pháp: 1.Nam châm điện dùng dòng điện xoay chiều ( tần số f) đặt gần dây thép căng ngang. Xác định tần số rung f 0 của dây thép: Trong một chu kỳ, dòng điện đổi chiều hai lần. Do đó nam châm hút hay nhả dây thép hai lần trong một chu kỳ. Nên tần số dao động của dây thép bằng hai lần tần số của dòng điện: f 0 =2f 2.Dây dẫn thẳng căng ngang mang dòng điện xoay chiều đặt trong từ trường có cảm ứng từ B~ không đổi ( vuông góc với dây): xác định tần số rung của dây f 0: Từ trường không đổi B~ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện một lực từ F = Bil( có chiều tuân theo quy tắc bàn tay trái ). Vì F tỉ lệ với i , nên khi i đổi chiều hai lần trong một chu kỳ thì F đổi chiều hai lần trong một chu kỳ, do đó dây rung hai lần trong một chu kỳ. f 0 = f Th.s Trần AnhTrung 52 Luyện thi đại học
  54. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền PHẦN 6 PHƯƠNG PHÁP GIẢI TOÁN VỀ MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU, BIẾN THẾ, TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG CHỦ ĐỀ 1.Xác định tần số f của dòng điện xoay chiều tạo bởi máy phát điện xoay chiều 1 pha Phương pháp: 1.Trường hợp roto của mpđ có p cặp cực, tần số vòng là n: Nếu n tính bằng ( vòng/s) thì: f = np n Nếu n tính bằng ( vòng/phút) thì: f = p 60 số cực ( bắc+ nam) Chú ý: Số cặp cực: p = 2 2.Trường hợp biết suất điện động xoay chiều ( E hay Eo): √ E E 2 Áp dụng: E = NBSω với ω =2πf , nên: f = o = o 2πNBS 2πNBS Chú ý: Nếu có k cuộn dây ( với N1 vòng) thì N = kN1 Thông thường: máy có k cực ( bắc + nam) thì phần ứng có k cuộn dây mắc nối tiếp. CHỦ ĐỀ 2. Nhà máy thủy điện: thác nước cao h, làm quay tuabin nước và roto của mpđ. Tìm công suất P của máy phát điện? Phương pháp: Gọi: HT là hiệu suất của tuabin nước; HM là hiệu suất của máy phát điện; m là khối lượng nước của thác nước trong thời gian t. A mgh m Công suất của thác nước: P = o = = µgh;vớiµ = là lưu lượng nước ( tính o t t t theo khối lượng) Công suất của tuabin nước: PT = HT Po Công suất của máy phát điện: PM = HM PT = HM HT Po CHỦ ĐỀ 3. Mạch điện xoay chiều ba pha mắc theo sơ đồ hình Υ: tìm cường độ dòng trung hòa khi tải đối xứng? Tính hiệu điện thế Ud ( theo Up)? Tính Pt (các tải) Phương pháp: Th.s Trần AnhTrung 53 Luyện thi đại học
  55. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền Tìm ith: i1 = I0 sin ωt  2π → Suy ra:~ −~ ↔ ~ i2 = I0 sin(ωt + 3 ) ith = i1 + i2 + i3 =0 I1 = I23 Ith =0 i = I sin(ωt − 2π )  3 0 3 Tìm Ud: Ta có: hiệu điện thế giữa hai dây pha Ud = UA1A2 = UA2A3 = UA3A1 : hiệu điện thế giữa dây pha và dây trung hòa Up = UA1O = UA2O = UA3O : Ta có: ~ ~ ~ ud = uA1A2 = uA1O + uOA2 = uA1O − uA2O ↔ UA1A2 = UA1O − UA1O √ Từ hình ta được: Ud = Up 3 Tìm Ptải: Up Do hiệu điện thế của các tải bằng nhau (Up) nên: Itải = Ztải Công suất tiêu thụ của mỗi tải: 2 Pt = UpIt cos ϕt = RtIt CHỦ ĐỀ 4. Máy biến thế: cho U1,I1: tìm U2,I2 Phương pháp: 1.Trường hợp các điện trở của cuộn sơ cấp và thứ cấp bằng 0, cuộn thứ cấp hở: U2 N2 Lúc đó: I2 =0 Áp dụng: = → U2 U1 N1 2.Trường hợp các điện trở của cuộn sơ cấp và thứ cấp bằng 0, cuộn thứ cấp có tải: a. Trường hợp hiệu suất MBT H =1: U2 I1 N1 Ta có: P1 = P2 ↔ U1I1 = U2I2 Hay: = hay I2 = I1 U1 I2 N2 b. Trường hợp hiệu suất MBT là H : U2 N2 N1 Ta có: = hay I2 = HI1 U1 N1 N2 Th.s Trần AnhTrung 54 Luyện thi đại học
  56. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền 3.Trường hợp các điện trở của cuộn sơ cấp và thứ cấp khác 0: dΦ Suất điện động qua cuộn sơ cấp: e = −N (1); 1 1 dt dΦ Suất điện động qua cuộn thứ cấp: e = −N (2); 2 2 dt e N Lập tỉ: 1 = 1 ≡ k (3) e2 N2 Cuộn sơ cấp đóng vai trò như một máy phát: u1 = e1 + r1i1 → e1 = u1 − r1i1 (4) Cuộn sơ cấp đóng vai trò như một máy thu: u2 = e2 − r2i2 → e2 = u2 + r2i2 (5) e1 u1 − r1i1 Lập tỉ: = ≡ k ↔ u1 − r1i1 = ku2 + kr2i2 (6) e2 u2 + r2i2 e1 i1 1 i2 u2 Ta có e1i1 = e2i2 hay = = → i1 = và i2 = (7) e2 i2 k k R kR Thay (7) vào (6), thực hiện biến đổi ta được: u = u 2 2 1 k (R + r2)+r1 kR Hay: U = U 2 2 1 k (R + r2)+r1 CHỦ ĐỀ 5. Truyền tải điện năng trên dây dẫn: xác định các đại lượng trong quá trình truyền tải Phương pháp: Tuyền tải: Sản xuất: Cường độ d.điện : I = I2A = I1B Sử dụng: U I N 2l U2B I1B N2B 2A = 1A = 2A Điện trở : R = ρ (l = AB) = = U1A I2A N1A S U1B I2B N1B Độ giảm thế PA = U1AI1A = U2AI2A :∆UAB = U2B − U2A = IR PB = U1BI1B = U2BI2B 2 Công suất hao phí :∆P = PA − PB = RI CHỦ ĐỀ 6. Xác định hiệu suất truyền tải điện năng trên dây? Phương pháp: P Công thức định nghĩa hiệu suất: H = B ; PA P P − ∆P ∆P Xác định theo công suất: H = B = A =1− ; PA PA P Th.s Trần AnhTrung 55 Luyện thi đại học
  57. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền U U − ∆U ∆U Xác định theo hđt: H = B = A =1− UA UA U Th.s Trần AnhTrung 56 Luyện thi đại học
  58. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền PHẦN 7 PHƯƠNG PHÁP GIẢI TOÁN VỀ DAO ĐỘNG ĐIỆN TỰ DO TRONG MẠCH LC Ký hiệu: • qmax = Q0 ( biên độ điện tích) • umax = U0 ( biên độ hiệu điện thế) • imax = I0 ( biên độ dòng điện) GHI NHỚ Dao động cơ học ( con lắc lò xo) Dao động điện ( mạch LC) Li độ: x Điện tích : q dx dq Vận tốc: v = = x0 Cường độ dòng điện : i = − dt dt Các đại lượng đặt trưng Khối lượng: m Độ tự cảm : L 1 Độ cứng: k Nghịch đảo điện dung : C Lực tác dụng : F Hiệu điện thế : u k 1 Phương trình động lực học x”+ x =0 q”+ q =0 m LC ↔ x”+ω2x =0 ↔ q”+ω2q =0 Nghiệm của pt vi phân x = A sin(ωt + ϕ) q = Q0 sin(ωt + ϕ) r k r 1 Tần số góc riêng ω = ω = m LC m √ Chu kỳ dao động T =2πr T =2π LC k Thế năng đàn hồi : Năng lượng điện trường : 2 1 2 1 q 1 2 1 E = kx Wđ = = Cu = qu t 2 2 C 2 2 Động năng : Năng lượng từ trường : 1 2 1 2 Năng lượng dao động Eđ = mv W = Li 2 t 2 Cơ năng : Năng lượng điện từ : 1 1 1 1 q2 E = mv2 + kx2 W = Li2 + 2 2 2 2 C 1 1 1 Q2 1 = kA2 = mω2A2 = 0 = LI2 2 2 2 C 2 0 Bảng so sánh dao động điều hòa của con lắc lò xo và dao động điện tự do Th.s Trần AnhTrung 57 Luyện thi đại học
  59. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền CHỦ ĐỀ 1.Dao động điện tự do trong mạch LC: viết biểu thức q(t)? Suy ra cường độ dòng điện i(t)? Phương pháp: q(t) có dạng tổng quát: q = Q0 sin(ωt + ϕ) với: Q0 = CU0 1 2π ω = √ hoặc ω = =2πf LC T ϕ được xác định nhờ điều kiện ban đầu ( t =0) của q. dq i(t) được xác định: i = − = q0 = −ωQ cos(ωt + ϕ)=−I cos(ωt + ϕ) dt 0 0 Q0 Với I0 = ωQ0 = √ LC CHỦ ĐỀ 2.Dao động điện tự do trong mạch LC, biết uC = U0 sin ωt, tìm q(t)? Suy ra i(t)? Phương pháp: Ta có: q = Cu = Q0 sin ωt vớiQ0 = CU0 dq i(t) được xác định: i = − = −q0 = −ωQ cos ωt = −I cos ωt dt 0 0 π hay i = I sin ωt +  0 2 CHỦ ĐỀ 3.Cách áp dụng định luật bảo toàn năng lượng trong mạch dao động LC. Phương pháp: Áp dụng định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng: W = Wđ + Wt = Wđmax = Wtmax = const 1 2 1 2 1 Cu 1 CU0 hay 2 2 2 2 Li + 2 = LI0 = 2 (∗) 2 1 q 2 1 Q0 2 C 2 C 1.Biết Q0 ( hay U0) tìm biên độ I0 : Từ (*) ta được: 1  Q0  2 I0 = √ CU0 1  2 2 Suy ra  LC 2 = LI0 1 Q0 2 r L  I0 = U0 2 C  C 2.Biết Q0 ( hay U0)vàq ( hay u), tìm i lúc đó : Th.s Trần AnhTrung 58 Luyện thi đại học
  60. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền Từ (*) ta được: 2 − 2 1 2 1 2  rQ0 q Cu CU0 i = 1 2 2 2  LC Li +  2 =  2 Suy ra  1 q 1 Q0 2 rC 2 2   i = (U0 − u ) 2 C 2 C  L CHỦ ĐỀ 4.Dao động điện tự do trong mạch LC, biết Q0 và I0:tìm chu kỳ dao động riêng của mạch LC. Phương pháp: √ Áp dụng công thức Thomson: T =2π LC (1) Q Q2 Q Ta có: √ 0 → 0 , thay vào (1): 0 I0 = LC = 2 T =2π LC I0 T0 CHỦ ĐỀ 5.Mạch LC ở lối vào của máy thu vô tuyến điện bắt sóng điện từ có tần số f (hay bước sóng λ).Tìm L(hayC)? Phương pháp: Điều kiện để bắt được sóng điện từ là tần số của sóng phải bằng tần số riêng của mạch dao động LC: f(sóng)=f0(mạch )(∗∗) 1.Biết f( sóng) tìm L và C: 1 L = 1 2 2 Từ ( )  4π f C → f = √ ↔ 1 2π LC C =  4π2f 2L 2.Biết λ( sóng) tìm L và C: λ2 L = c 1  2 2 Từ ( ) → = √ ↔  4π c C λ λ2 2π LC C =  4π2c2L CHỦ ĐỀ 6.Mạch LC ở lối vào của máy thu vô tuyến có tụ điện có điện dung biến 0 0 thiên Cmax ÷ Cmin tương ứng góc xoay biến thiên 0 ÷ 180 : xác định góc xoay ∆α để thu được bức xạ có bước sóng λ? Phương pháp: λ2 Lập luận như chủ đề 5: C = 4π2c2L 0 0 Khi ∆C0 = Cmax − Cmin ↔ ∆α0 = 180 − 0=180 Khi ∆C = C − Cmin ↔ ∆α C − C Vậy: ∆α = 1800 min Cmax − Cmin Th.s Trần AnhTrung 59 Luyện thi đại học
  61. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền CHỦ ĐỀ 7.Mạch LC ở lối vào của máy thu vô tuyến có tụ xoay biến thiên Cmax ÷ Cmin: tìm dải bước sóng hay dải tần số mà máy thu được? Phương pháp: Lập luận như chủ đề 5, ta có:  √ (λmin ↔ Cmin λ =2πc LCv ↔ −→ λmin ≤ λ ≤ λmax  λ ↔ C  max max 1 (Cmin ↔ fmax f = √ ↔ −→ fmin ≤ f ≤ fmax  2π LC C ↔ f  v max min Th.s Trần AnhTrung 60 Luyện thi đại học
  62. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền PHẦN 8 PHƯƠNG PHÁP GIẢI TOÁN VỀ PHẢN XẠ ÁNH SÁNG CỦA GƯƠNG PHẲNG VÀ GƯƠNG CẦU CHỦ ĐỀ 1.Cách vẽ tia phản xạ trên gương phẳng ứng với một tia tới đã cho ? Phương pháp: 1.Cách 1:( Áp dụng định luật phản xạ ánh sáng) + Vẽ pháp tuyến IN tại điểm tới I, với góc tới i = SIN[. + Vẽ tia phản xạ IR đối xứng với SI: i0 = NIR[ = i 2.Cách 2:( Dựa vào mối liên hệ giữa vật và ảnh) + Nếu tia tới SI phát xuất từ điểm S thì tia phản xạ có phương qua ảnh ảo S0 ( đối xứng với S qua gương). + Nếu tia tới SI có phương qua vật ảo S ( sau gương) thì tia phản xạ trực tiếp qua ảnh thật ( trước gương). CHỦ ĐỀ 2.Cách nhận biết tính chất "thật - ảo" của vật hay ảnh( dựa vào các chùm sáng) Phương pháp: Nhận biết tính chất "thật - ảo" của vật: dựa vào tính chất của chùm tia tới. + Chùm tia tới phân kì thì vật thật.( vật trước gương). + Chùm tia tới hội tụ thì vật ảo.( vật sau gương). Nhận biết tính chất "thật - ảo" của ảnh: dựa vào tính chất của chùm tia phản xạ. + Chùm tia phản xạ hội tụ thì ảnh thật.( ảnh trước gương). + Chùm tia phản xạ phân kỳ thì ảnh ảo.( ảnh sau gương). Chú ý: Đối với gương phẳng, vật thật cho ảnh ảo và ngược lại. CHỦ ĐỀ 3.Gương phẳng quay một góc α (quanh trục vuông góc mặt phẳng tới): tìm góc quay của tia phản xạ? Phương pháp: Định lý:( về gương quay):Khi gương quay một góc α quanh một trục ⊥ mp tới thì tia phản xạ quay một góc β =2α cùng chiều quay của gương." 1.Cho tia tới cố định, xác định chiều quay của tia phản xạ: Dùng hình học: 0 i2 = i2 = i1 + α Suy ra, góc quay: [0 0 β = RIR =2(i2 − i1)=2α 2.Cho biết SI = R, xác định quãng đường đi của ảnh S0: Đường đi S0S”, ứng với góc quay β =2α của tia phản xạ. Th.s Trần AnhTrung 61 Luyện thi đại học
  63. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền 0 Vậy: S S”=Rβrad =2Rαrad 3.Gương quay đều với vận tốc góc ω: tìm vận tốc dài của ảnh? S0S” 2Rα v = = rad =2Rω t t CHỦ ĐỀ 4.Xác định ảnh tạo bởi một hệ gương có mặt phản xạ hướng vào nhau Phương pháp: Dựa vào hai nguyên tắc: 1.Nguyên tắc phân đoạn: Chia quá trình tạo ảnh thành từng giai đoạn, mỗi giai đoạn chỉ xét tạo ảnh trên một gương. 2.Nguyên tắc tạo ảnh liên tiếp: ảnh của gương này là vật của gương kia. Có hai nhóm liên tiếp Nhóm ảnh 1: SG S G S G S ··· −−−−→1 1 −−−−→2 2 −−−−→1 3 Nhóm ảnh 2: SG S0 G S0 G S0 ··· −−−−→2 1 −−−−→1 2 −−−−→2 3 Số ảnh là tổng tất cả các ảnh của hai hệ Hệ qủa: Đối với hệ hai gương song song thì số ảnh là vô hạn nếu mắt đặt ngoài hai gương và hữu hạn nếu mắt đặt giữa hai gương. Nếu hai gương hợp nhau một góc α Mỗi nhóm ảnh, nếu ảnh nào nằm sau gương thì không tạo ảnh nữa. Th.s Trần AnhTrung 62 Luyện thi đại học
  64. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền 3600 Chú ý: Ta chứng minh được rằng nếu α = n với n là số nguyên dương thì hệ có n − 1 ảnh. CHỦ ĐỀ 5.Cách vận dụng công thức của gương cầu Phương pháp: Xét sự tạo ảnh: AB G A0B0 d=OA −−−−−−−−−−−→ d0=OA0 1 1 1 R Áp dụng các công thức: + = (1) với f = d d0 f 2 A0B0 d0 Công thức về độ phóng đại ảnh : k = = − (2) AB d Hay: f d0 − f k = − = − d − f f 1.Cho biết d và AB: tìm d0 và độ cao ảnh A0B0 df Từ (1): → d0 = , nếu d0 > 0: ảnh thật; d0 0 ảnh vật cùng chiều; k 0: vật thật; d 0: gương cầu lõm; f<0 gương cầu lồi. d + d0 4.Chú ý: *Đối với gương cầu lồi: Vật thật luôn cho ảnh ảo, cùng chiều, nhỏ hơn vật, gần gương hơn vật. *Đối với gương cầu lõm: Vật thật nằm trong OF luôn cho ảnh ảo, cùng chiều, nhỏ hơn vật, xa gương hơn vật.Vật thật nằm ngoài OF luôn cho ảnh thật, ngược chiều với vật. Th.s Trần AnhTrung 63 Luyện thi đại học
  65. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền CHỦ ĐỀ 6.Tìm chiều và độ dời của màn ảnh khi biết chiều và độ dời của vật. Hệ qủa? Phương pháp: 1.Tìm chiều và độ dời của màn ảnh khi biết chiều và độ dời của vật: Cách 1: 1 1 1 Ta có: + = = const (*) d d0 f Do đó: khi d tăng thì d’ giảm và ngược lại. Cách 2: df ax (*)→ d0 = hay y = d − f a − x a2 đạo hàm theo x: y0 = − < 0,vậyhàmsốy = f(x) là hàm nghịch biến. (a − x)2 Kết luận: Khi dịch chuyển vật lại gần gương cầu một đoạn ∆d = d1 − d2 thì dịch chuyển mà ra xa gương cầu một đoạn 0 0 0 , và ngược lại. ∆d = d2 − d1 2.Hệ qủa: 0 0 d1 f d1 − f Lần 1: k1 = − = − = − d1 d1 − f f Từ đó ta suy ra (hay 0 ) theo và d1 d1 k1 f 0 0 d2 f d2 − f Lần 2: k2 = − = − = − d2 d2 − f f Từ đó ta suy ra (hay 0 ) theo và d2 d2 k2 f Thay vào độ dịch chuyển của vật ( hay độ dịch chuyển của ảnh) để suy ra được f. CHỦ ĐỀ7.Cho biết tiêu cự f và một điều kiện nào đó về ảnh, vật: xác định vị trí vật dvà vị trí ảnh d0 Phương pháp: 1.Cho biết độ phóng đại k và f: Từ (2) ta được: d0 = −kd, thay vào (1): 1 1 1 + = , d −kd f ta suy ra được phương trình theo d, từ đó suy ra d0. 2.Cho biết khoảng cách l = AA0: Trong mọi trường hợp: l = AA0 = |d0 − d|↔d0 = d ± l 1 1 1 Thay vào (1) ta được phương trình: + = , ta suy ra được phương trình theo d, d d ± l f Th.s Trần AnhTrung 64 Luyện thi đại học
  66. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền từ đó suy ra d0. Chú ý:Ảnh trên màn là ảnh thật, ảnh nhìn thấy trong gương là ảnh ảo. CHỦ ĐỀ 8.Xác định thị trường của gương ( gương cầu lồi hay gương phẳng) Phương pháp: Gọi M 0 là ảnh của mắt M qua gương, ta có sự tạo ảnh: M G M 0 d=OM −−−−−−−−−−−→ d0=OM0 Thị trường của gương là phần không gian trước gương, giới hạn bởi mặt phẳng gương và các đường sinh vẽ từ M 0 tựa lên chu vi của gương. 1 1 0 1 df 1.Đối với gương cầu lồi: + = → d0 = d d f d − f 2. Đối với gương phẳng: M 0 và M đối xứng nhau qua gương phẳng: d0 = −d. OM r Gọi ϕ là góc nữa hình nón của thị trường: ta có : tgϕ = = , r |d0| |d0| là bán kính của gương. 1 Chú ý: 10 = rad 3500 CHỦ ĐỀ 9.Gương cầu lõm dùng trong đèn chiếu: tìm hệ thức liên hệ giữa vệt sáng tròn trên màn ( chắn chùm tia phản xạ) và kích thước của mặt gương Phương pháp: Gọi S0 là ảnh của mắt S( bóng đèn) qua gương, ta có sự tạo ảnh: S G S0 d=OS −−−−−−−−−−−→ d0=OS0 1 1 0 1 df + = → d0 = = OS0 d d f d − f Sử dụng hình học: xét các tam giác đồng dạng để suy ra mối quan hệ giữa Dvà D0 Gọi D0, D lần lượt là đường kính của gương và của vệc sáng tròn. 1.S0 là ảnh ảo ↔ chùm phản xạ là chùm phân kỳ. D |d0| + L = 0 D0 |d | 2.S0 là ảnh thật ↔ chùm phản xạ là chùm hội tụ. D L − d0 = 0 D0 d 3.Chùm phản xạ là chùm song song ( ảnh ở vô cùng) D = D0 CHỦ ĐỀ 10.Xác định ảnh của vật tạo bởi hệ "gương cầu - gương phẳng" Phương pháp: Th.s Trần AnhTrung 65 Luyện thi đại học
  67. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền Xét 2 lần tạo ảnh: ( g.cầu ) ( g. phẳng ) ABd =O A G1 d0 =O A A1B1d =O A G2 A2B2d0 =O A 1 1 −−−−−−−−−−→ 1 1 1 2 2 1 −−−−−−−−−−−−−→ 2 2 2 1.Trường hợp gương phẳng vuông góc với trục chính: Lần 1: 0 1 1 1 0 d1f1 + = → d1 = d 1 d 1 f 1 d1 − f1 0 A1B1 d1 f1 Độ phóng đại: k1 = = − = − AB d1 d1 − f1 Ta có: 0 ( luôn như vậy) d2 = a − d1 Lần 2: Ta có đối xứng với qua gương phẳng, do đó 0 0 A2B2 A1B1 d2 = −d2 = d1 + a 0 A2B2 d2 Độ phóng đại k2 = = − = 1 (2) Vậy: A2B2 = A1B1 A1B2 d2 2.Trường hợp gương phẳng nghiêng một góc 450 so với trục chính: Lần 1: 0 1 1 1 0 d1f1 + = → d1 = d 1 d 1 f 1 d1 − f1 0 A1B1 d1 f1 Độ phóng đại: k1 = = − = − AB d1 d1 − f1 Ta có: 0 ( luôn như vậy) d2 = a − d1 Lần 2: Ta có A2B2 đối xứng với A1B1 qua gương phẳng, do đó : O2A2 = O2A1; A\1O2A2 = 2 × 450 =900 Vậy: A2B2 song song với trục chính và A2B2 = A1B1 CHỦ ĐỀ 11.Xác định ảnh của vật tạo bởi hệ "gương cầu - gương cầu" Phương pháp: Xét 2 lần tạo ảnh: ABd =O A G1 d0 =O A A1B1d =O A G2 A2B2d0 =O A 1 1 1 −−−−→ 1 1 1 2 2 1 −−−−→ 2 2 2 Lần 1: 0 1 1 1 0 d1f1 + = → d1 = d 1 d 1 f 1 d1 − f1 0 0 A1B1 d1 f1 d1 − f1 Độ phóng đại: k1 = = − = − = − (1) AB d1 d1 − f1 f1 Ta có: 0 (2)( luôn như vậy) d2 = a − d1 Th.s Trần AnhTrung 66 Luyện thi đại học
  68. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền Lần 2: 0 1 1 1 0 d2f2 + = → d2 = d 2 d 2 f 2 d2 − f2 0 0 A2B2 d2 f2 d2 − f2 Độ phóng đại: k2 = = − = − = − (3) A1B1 d2 d2 − f2 f2 Chú ý: Độ phóng đại ảnh cuối cùng: 0 0 A2B2 A2B2 A1B1 f2 f1 (d2 − f2) (d1 − f1) khệ = = = k2k1 = = AB A1B1 AB (d2 − f2) (d1 − f1) f2 f1 CHỦ ĐỀ 12.Xác định ảnh của vật AB ở xa vô cùng tạo bởi gương cầu lõm? Phương pháp: 0 0 Xét sự tạo ảnh: ∞ 0 AB( )d=∞ −−−−−−−→O A B d 1 1 1 1 Vì d = ∞ nên =0, từ công thức Đêcart: + = → d0 = f d d d0 f Vậy ảnh A0B0 nằm trên mặt phẳng tiêu diện của gương cầu lõm. Gọi α là góc trông của vật qua gương. 0 0 0 0 0 0 0 Ta có: ∆CA B : A B = CAtgα hay A B = f.tgα ≈ f.αrad Th.s Trần AnhTrung 67 Luyện thi đại học
  69. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền PHỤ LỤC: CÁCH XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT ẢNH CỦA VẬT QUA GƯƠNG CẦU 1.Đối với gương cầu lõm: 2.Đối với gương cầu lồi: Th.s Trần AnhTrung 68 Luyện thi đại học
  70. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền PHẦN 9 PHƯƠNG PHÁP GIẢI TOÁN VỀ KHÚC XẠ ÁNH SÁNG, LƯỠNG CHẤT PHẲNG ( LCP) BẢNG MẶT SONG SONG (BMSS), LĂNG KÍNH (LK) CHỦ ĐỀ 1. Khảo sát đường truyền của tia sáng đơn sắc khi đi từ môi trường chiết quang kém sang môi trường chiết quang hơn? Phương pháp: Luôn có tia khúc xạ gần pháp tuyến hơn so với tia tới 1.Mặt phân cách là mặt phẳng: áp dụng công thức: n1 sin i n1 sin i = n2 sin r ⇒ sin r = n2 Khi: i =0thì r =0: Tia tới vuông góc với mặt phân cách thì tia ló đi thẳng. 2.Mặt phân cách là mặt cong: pháp tuyến tại điểm tới I là bán kính đi qua điểm I. CHỦ ĐỀ 2. Khảo sát đường truyền của tia sáng đơn sắc khi đi từ môi trường chiết quang hơn sang môi trường chiết quang kém? Phương pháp: Có thể có tia khúc xạ nhưng cũng có thể có tia phản xạ tòan phần 1.Mặt phân cách là mặt phẳng: áp dụng công thức: n1 sin i n1 sin i = n2 sin r ⇒ sin r = n2 chiết quang bé n1 Ta có: sin igh = = chiết quang lớn n2 Nếu i<igh thì có hiện tượng khúc xạ ánh sáng Khi: i =0thì r =0: Tia tới vuông góc với mặt phân cách thì tia ló đi thẳng. 0 Nếu i ≥ igh : Thì có hiện tượng phản xạ toàn phần : i = i 2.Mặt phân cách là mặt cong: pháp tuyến tại điểm tới I là bán kính đi qua điểm I. Th.s Trần AnhTrung 69 Luyện thi đại học
  71. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền CHỦ ĐỀ 3. Cách vẽ tia khúc xạ ( ứng với tia tới đã cho) qua mặt phẳng phân cách giữa hai môi trường bằng phương pháp hình học? Phương pháp: 1.Cách vẽ tia khúc xạ a. Vẽ tia khúc xạ thường :(n1 <n2) *Trong môi trường khúc xạ (n2) vẽ hai nữa đường tròn: (I,n1); (I,n2) * Nối dài SI cắt vòng tròn (I,n1) tại J. Hạ JH⊥mp(P ), cắt vòng tròn (I,n2) ở K.TiaIK chính là tia khúc xạ, Thật vậy: ∆IJH : IH = IJ sin i = n1 sin i ∆IKH : IH = IK sin r = n2 sin r Vậy: n1 sin i = n2 sin r b. Vẽ tia khúc xạ giới hạn : IH n1 Ta có: ∆IH0K0 : sin igh = = IK0 n2 2.Cách vẽ tia tới giới hạn toàn phần *Trong môi trường tới (n1) vẽ hai nữa đường tròn: (I,n1); (I,n2) *TừH0 vẽ đường vuông góc mp(P) , cắt (I,n1) ở S0 *S0I chính là tia tới giới hạn toàn phần( ứng với tia ló IK0 là sát mặt phân cách) IH0 n2 Ta có: ∆S0IH0 : sin igh = = IS0 n1 CHỦ ĐỀ 4. Xác định ảnh của một vật qua LCP ? Phương pháp: Lưỡng chất phẳng (LCP) là mặt phân cách giữa hai môi trường có chiết suất n1,n2 Đặt: d = SH: khoảng cách từ mặt phân cách đến vật; d0 = S0H :khoảng cách từ mặt phân cách đến ảnh. Ta có:  HI HI ∆SHI : tgi = → sin i = 0  SH d Vậy: sin i d HI HI = ∆S0HI : tgr = → sin r = sin r d  S0H d0 0 sin i n2 d n2 Ta có: n1 sin i = n2 sin r → = Vậy ta có công thức: = (*) sin r n1 d n1 Th.s Trần AnhTrung 70 Luyện thi đại học
  72. Phương pháp giải toán Vật Lý 12 Trường THPT - Phong Điền Nếu n1 >n2: ánh sáng đi từ môi trường chiếc quang hơn sang môi trường chiếc quang kém: (*) → d0 d, ảnh S0 nằm trên vật S. CHỦ ĐỀ 5. Xác định ảnh của một vật qua BMSS ? Phương pháp: Bản mỏng song song (BMSS) là hệ thống hai LCP. 1.Độ dời ảnh Gọi S0 là ảnh của S qua BMSS, độ dời ảnh là :δ = SS0 Ta có: δ = SS0 = II0 = IH − I0H = e − I0H Mà: JH = I0Htgi = IHtgr hay I0H sin i = IH sin r IH sin i IH e → = = n ⇒ I0H = = I0H sin r n n 1 Vậy: δ = SS0 = e1 −  n Chú ý: Khoảng dời ảnh δ không phụ thuộc vào vị trí đặt vật. Ảnh luôn dời theo chiều ánh sang tới. 2.Độ dời ngang của tia sáng Khi tia sáng qua BMSS thì không đổi phương, nhưng dời ngang. Độ dời ngang của tia sáng là khoảng cách giữa tia tới và tia ló: d = IM Xét: ∆IJM : d = IM = IJ sin(i − r) IN IN e e sin(i − r) Ta có:∆IJN : cos r = → IJ = = Vậy: d = IJ cos r cos r cos r CHỦ ĐỀ 6. Xác định ảnh của một vật qua hệ LCP- gương phẳng ? Phương pháp: 1.Vật A - LCP - Gương phẳng Xét 3 lần tạo ảnh: HA1 n Lần 1: = = n → HA1 = nHA HA n0 Lần 2: A2 đối xứng với A1 qua gương phẳng: Ta có: KA2 = KA1 = KH + HA1 = e + nHA HA n 1 Lần 3: 3 = 0 = HA2 n n 2e Với: HA = HK + KA =2e + nHA → HA = + HA 2 2 3 n Th.s Trần AnhTrung 71 Luyện thi đại học