Tài liệu luyện thi THPT quốc gia Vật lý 12

HIỀU CHỈ CÓ ĐIỆN TRỞ Trong mạch điện xoay chiều, điện trở chỉ gây ra tác dụng tỏa nhiệt. UR cùng pha i I= URR, IO=UORR , i=uRR MẠCH ĐIỆN CHỈ CHỨA CUỘN DÂY. Cuộn dây thuần cảm (r=0). + Cho dòng điện một chiều đi qua hoàn toàn. + Cho dòng điện xoay chiều đi qua có cản trở với cảm kháng: ZL=Lω UL sớm pha i π2 : I= ULZL , IO=UOLZL MẠCH CHỈ CHỨA TỤ ĐIỆN Tụ điện: + Không cho dòng điện một chiều đi qua. + Cho dòng điện xoay chiều đi qua có cản trở. zC=1Cω UC trễ pha i π2 : I= UCZC , IO=UOCZC BÀI 14: MẠCH R, L, C MẮC NỐI TIẾP ĐỊNH LUẬT VỀ ĐIỆN ÁP TỨC THỜI Điện áp tức thời giữa hai đầu đoạn mạch bằng tổng các điện áp tức thời của các đoạn mạch mắc nối tiếp. u= uR+uL+uC MẠCH R, L, C MẮC NỐI TIẾP Mối liên hệ giữa các điện áp hiệu dụng. UO2 = U2OR + (UOL – UOC)2 hay U2 = U2R + (UL – UC)2 Tổng trở. z= R2+(ZL-ZC)2 Định luật Ohm: U = Z.I hay UO = Z.IO ĐỘ LỆCH PHA GIỮA u và i. tanφ=ZL-ZCR=UL-UCUR=UOL-UOCUOR Hệ quả: ZL > ZC: mạch có tính cảm kháng → u sớm pha i. ZL < ZC: mạch có tính dung kháng → u trễ pha i. ZL = ZC: mạch xảy ra hiện tượng cộng hưởng điện → u cùng pha i. BÀI 15: CÔNG SUẤT. HỆ SỐ CÔNG SUẤT CÔNG SUẤT TIÊU THỤ P=UIcosφ=RI2=U2Rcos2φ Điện năng tiêu thụ: W = P.t HỆ SỐ CÔNG SUẤT cosφ=RZ=URU=UORUO, 0≤cosφ≤1 (cosφ)min = 0 → mạch không chứa R. (cosφ)max = 1 → mạch R,L,C xảy ra hiện tượng cộng hưởngmạch chỉ chứa R Theo qui định cosφ ≥ 0,85 CỘNG HƯỞNG ĐIỆN Điều kiện: ZL = ZC, UL = UC, LCω2=1 ω=1LC , f=12πLC , T=2πLC u cùng pha i. Zmin = R Imax = UR (cosφ)max = 1j Pmax = U.I= U2R URmax = U RLC có tính cảm kháng: u trễ pha i. RLC có tính công hưởng điện: u cùng pha i. Mạch không chứa R: u lệch i π2. Mạch có chứa R: u lệch pha i ≠π2. CÁC CÔNG THỨC ÁP DỤNG Tìm R để Pmax: → R=ZL-ZCPmax=U22R Ứng với ω1 và ω2 thì I như nhau → cộng hưởng điện: ω=ω1ω2 Ứng với R1 và R2 thì P như nhau: R1R2=(ZL-ZC)2 Tìm R để PRmax: R2=r2+(ZL-ZC)2 Tìm ZL để ULmax: → ZL=R2+Zc2ZcULmax=URR2+Zc2 Tìm ZC để UCmax: → ZC=R2+ZL2ZLUCmax=URR2+ZL2 RL: R = ZL, RC: R = ZC, RLC: R = ZL-ZC u lệch pha i π4 →Z=R2, U=UR2, cosφ= 12, P= U22R Tính công suất hao phí trên đường dây truyền tải điện: ∆P=P2U2cos2φ Tính hiệu suất truyền tải điện: H=P-∆PP.100% Tính độ giảm thế trên đường truyền tải điện: ∆U=IR Hiệu suất máy biến thế: H=P2P1 BÀI 16: MÁY BIẾN ÁP BÀI TOÁN TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG. Công suất hao phí: Php=rI2=r.Pp2Up2 Biện pháp giảm hao phí: Tăng điện áp trước khi truyền tải. MÁY BIẾN ÁP. Công dụng: Dùng để biên đổi điện áp xoay chiều mà không làm thay đổi chu kỳ, tần số. Cấu tạo: Gồm 2 cuộn dây được quấn trên lõi thép kỹ thuật: Cuộn N1 nối với mạng điện xoay chiều → cuộn sơ cấp. Cuộn N2 nối với tải tiêu thụ → cuộn thứ cấp. Nguyên tắc hoạt động: Dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ. Cách làm: cho dòng điện xoay chiều đi vào cuộn sơ cấp, từ thông xuyên qua cuộn thứ cấp biến thiên, trong cuộn thứ cấp xuất hiện một suất điện động cảm ứng, vì mạch điện kín nên trong mạch có dòng điện cảm ứng. Hệ thống máy biến áp: N1N2=U1U2=I2I1 → N2>N1:máy tăng âmN2<N1:máy hạ âm Ứng dụng: Truyền tải điện năng: Tại nơi phát, để giảm hao phí người ta dùng máy tăng áp. Tại nơi tiêu thụ, để an toàn cho việc sử dụng người ta dùng máy hạ áp. Nấu chảy kim loại, hàn điện: Dùng máy hạ áp có cuộn sơ cấo nhiều vòng, tiết diện nhỏ; cuộn thứ cấp ít vòng, tiết diện lớn. BÀI 17: MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU BA PHA. Nguyên tắc hoạt động: Dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ. Cấu tạo: gồm 2 phần: Phần cảm: là nam châm tạo ra từ thông biến thiên. Phần ứng: là cuộn dây mà trong đó xuất hiện suất điện động cảm ứng. Tần số của dòng điện xoay chiều: f=np→ n: vòng/s , f=np60→ n: vòng/ phút, p: số cặp cực nam châm. Phần quay→ roto, phần đứng yên → stato. MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU BA PHA. Nguyên tắc hoạt động: Dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ. Cấu tạo: gồm 2 phần: Phần cảm (roto): là nam châm điện. Phần ứng (stato): gồm 3 cuộn dây quấn giống nhau quấn trên lõi thép kỹ thuật đặt lệch pha nhau 1200 trên một vòng tròn. Khi roto quay, trong 3 cuộn dây xuất hiện 3 suất điện động xoay chiều cùng tần số và lệch pha nhau một góc 2π3. Cách mắc mạch ba pha: Hình sao Hình tam giác Ud=3Up Ud=Up Id=Ip, It/h≈0 Id=3Ip Dòng điện xoay chiều ba pha: Là hệ thống 3 dòng điện xoay chiều một pha cùng tần số, lệch pha nhau một góc 2π3 Ưu việt của dòng điện ba pha: Tiết kiệm dây dẫn trong quá trình truyền tải. Cung cấp dòng điện cho động cơ ba pha. BÀI 18: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA. NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG. Dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ và sử dụng từ trường quay. Cách làm: Đặt giữa 2 cực của nam châm chữ U một khung dây có trục quay trùng trục của nam châm. Khi nam châm quay đều với tốc độ ωo thì khung dây cũng quay cùng chiều với tốc độ ω<ωo. Vậy tốc độ quay của khung dây nhỏ hơn tốc độ quay của từ trường. ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA. Nguyên tắc hoạt động: Dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ và sử dụng từ trường quay. Cấu tạo: gồm 2 phần: Stato: gồm 3 cuộn dây giống hệt nhau đặt lệch nhau 1200 trên một vòng tròn. Roto: gồm nhiều khung dây giống nhau có chung trục quay ghép lại với nhau tạo thành một roto lồng sóc. Hoạt động: Khi mắc các cuộn dây của stato vào mạng điện ba pha, ở tâm stato xuất hiện một từ trường quay với tốc độ bằng tần số của dòng điện. Từ trường quay tác dụng lên dòng điện cảm ứng trong roto làm roto quay theo nhưng với tốc độ nhỏ hơn tốc độ của từ trường. CHƯƠNG IV: DAO ĐỘNG – SÓNG ĐIỆN TỪ BÀI 20: MẠCH DAO ĐỘNG MẠCH DAO ĐỘNG Cấu tạo: Mạch dao động là mạch kín gồm cuộn dây có độ tự cảm L mắc nối tiếp với tụ điện có điện dung C (r = 0 → mạch dao động lí tưởng). Cấu tạo: Dựa vào hiện tượng tự cảm. Nối tụ điện với cuộn dây tạo ra mạch dao động, tích điện cho tụ điện. Nối tụ điện với cuộn dây tạo thành mạch dao động, phóng điện cho tụ điện, dòng điện trong cuộn dây biến thiên làm xuất hiện suất điện động tự cảm nạp trở lại cho tụ điện. DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ TỰ DO TRONG MẠCH LC. Sự biến thiên của điện tích q và cường độ dòng điện i: Trong mạch dao động LC, điện tích q và cường độ dòng điện i biến thiên điều hòa cùng tần số nhưng i sớm pha q π2 Io=qoω, ω =1LC=IoQo, f=12πLC=12π.IoQo, T=2πLC =2πQoIo q=Cu→ Qo=CUo Dao động điện từ tự do: Là sự biến thiên điều hòa theo thời gian của điện tích q và cường độ dòng điện i hoặc cường độ điện trường E và cảm ứng từ B. NĂNG LƯỢNG ĐIỆN TỪ TRONG MẠCH LC. Năng lượng điện từ = năng lượng điện trường + năng lượng từ trừng = hằng số. Wđtr=12Cu2=q22C, Wttr=12Li2 Wđt=Wđtr+Wttr=Wđtrmax=Wttrmax→ Wđt=12CUo2=12LIo2=qo22C i và q lệch pha π2: i2Io2+ q2qo2=1, i2+i2ω2=qo2 C1 nối tiếp C2: → 1T2=1T12+1T22f2=f12+f221λ2=1λ12+1λ22 C1 // C2: → T2=T12+T221f2=1f12+1f22λ2=λ12+λ⌚22 BÀI 21: ĐIỆN TỪ TRƯỜNG. MỐI QUAN HỆ GIỮA ĐIỆN TRƯỜNG VÀ TỪ TRƯỜNG. Từ trường biến thiên và điện trường xoáy: Điện trường là một trường thống nhất gồm 2 thành phần: điện trường biến thiên và từ trường biế thiên có mối quan hệ chặc chẽ với nhau. Điện trường biến thiên sinh ra từ trường, từ trường biến thiên sinh ra điện trường xoáy. Điện trường xoáy có đường sức là những đường cong kín. Năng lượng điện trường tập trung ở tụ điện. Năng lượng từ trường tập trung ở cuộn cảm. BÀI 22: SÓNG ĐIỆN TỪ. SÓNG ĐIỆN TỪ. Sóng điện từ là điện trường lan truyền trong không gian. ĐẶC ĐIỂM CỦA SÓNG ĐIỆN TỪ. Sóng điện từ truyền được trong tất cả môi trường: rắn, lỏng, khí và cả chân không. Trong chân không: vmax=c=3.108 ms, λ =2πcLC Sóng điện từ là sóng ngang, tại một điểm 3 vectơ E,B,v vuông góc với nhau từng đôi một (lập thành tam diện thuận). Tại một thời điểm, điện trường và từ trường luôn dao động cùng pha. Sóng điện từ có mang năng lượng. Khi truyền qua mặt phân cách giữa hai môi trường thì sóng điện từ bị phản xạ, khúc xạ. Sóng điện từ dùng trong thông tin liên lạc gọi là sóng vô tuyến chia làm 4 loại: sóng dài, sóng trung, sóng ngắn và sóng cực ngắn. SỰ TRUYỀN SÓNG VÔ TUYẾN TRONG KHÍ QUYỂN. Các vùng sóng ngắn ít bị hấp thụ: Sóng dài, sóng trung và sóng cực ngắn bị không khí hấp thụ mạnh nên không thể truyền đi xa. Xét trong vùng không gian tương đối hẹp, sóng ngắn hầu như không bị hấp thụ nên có thể truyền đi rất xa. Sự phản xạ sóng ngắn trên tầng điện li: Tầng điện li: Là lớp khí quyển mà tại đó các phân tử khí bị ion hóa mạnh dưới tác dụng của tia tử ngoại trong ánh sáng mặt trời ở độ cao từ 80→800km. Sự truyền sóng vô tuyến: Sóng cực ngắn (bước sóng vài mét): có thể xuyên qua tầng điện li → dùng trong thông lin liên lạc vệ tinh. Sóng ngắn (bước sóng vài chục mét): được mặt đất và tầng điện li phản xạ rất tốt → có thể truyền đi rất xa. Sóng trung (bước sóng vài trăm mét): bị tầng điện li và mặt đất hấp thụ nên không thể truyền đi xa. Sóng dài ( bước sóng vài nghìn mét): ít bị nước hấp thụ → dùng trong việc thông tin liên lạc dưới H2O. BÀI 23: NGUYÊN TẮC THÔNG TIN LIÊN LẠC BẰNG SÓNG VÔ TUYẾN Phải dùng các sóng điện từ cao tần (sóng mang) để tải các thông tin đi xa: 500kHz → 900MHz. Tại nơi phát: biến điệu sóng điện từ cao tần ( trộn sóng âm với sóng điện từ cao tần). Tại nơi thu: tách sóng âm ra khỏi sóng mang. Khuyếch đại tín hiệu. Sơ đồ máy phát: Micro → mạch phát sóng cao tần → mạch biến điệu → mạch khuyếch đại → anten phát. Sơ đồ máy thu: Anten thu → mạch khuếch đại cao tần → tách sóng → mạch khuếch đại âm thanh → loa. Micro: biến sóng âm thanh thành dao động điện. Loa: biến dao động điện âm tần thành sóng âm. CHƯƠNG IV: SÓNG ÁNH SÁNG BÀI 24: TÁN SẮC ÁNH SÁNG THÍ NGHIỆM CỦA NEWTON VỀ ÁNH SÁNG ĐƠN SẮC. Chiếu chùm sáng đơn sắc qua lăng kính, sau khi qua lăng kính thì chùm sáng bị lệch về phía đáy mà không bị đổi màu. THÍ NGHIỆM CỦA NEWTON VỀ TÁN SẮC ÁNH SÁNG. Chiếu chùm sáng trắng qua lăng kính, sau khi qua lăng kính chùm tia ló bị lệch về phía đáy và được phân tích thành dãy màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím, trong đó tia đỏ bị lệch ít nhất, tia tím bị lệch nhiều nhất. Hiện tượng tán sắc ánh sáng: Là sự phân tích một chùm ánh sáng phức tạp thành các chùm sáng đơn sắc. GIẢI THÍCH HIỆN TƯỢNG TÁN SẮC ÁNH SÁNG. Ánh sáng trắng là tập hợp của vô số ánh sáng đơn sắc, có màu biến thiên liên tực từ đỏ đến tím. Trong đó có bảy màu cơ bản là đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím. Chiết suất của chất làm lăng kính phụ thuộc vào màu sắc ánh sáng. Lớn nhất ánh sáng màu tím, nhỏ nhất ánh sáng màu đỏ. Góc lệch của tia sáng phụ thuộc vào chiết suất → D thuộc màu sắc ánh sáng → góc lệch của các tia sáng đơn sắc khác nhau là khác nhau. Lớn nhất ánh sáng màu tím, nhỏ nhất ánh sáng màu đỏ. D=A(n-1) ỨNG DỤNG. Giải thích hiện tượng cầu vồng, quầng. Ứng dụng trong máy quang phổ. BÀI 25: GIAO THOA ÁNH SÁNG NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG. Là hiện tượng tia sáng bị lệch so với phương truyền thẳng khi gặp vật cản. GIAO THOA ÁNH SÁNG. Định nghĩa giao thoa ánh sáng: Là hiện tượng 2 sóng ánh sáng kết hợp khi gặp nhau làm xuất hiện trên màn vân sáng, vân tối, xen kẻ, song song, cách đều nhau. Điều kiện giao thoa: 2 sóng ánh sáng phải là 2 sóng kết hợp: Cùng tần số (cùng λ) Độ lệch pha không đổi theo thời gian. Vị trí vân sáng, vân tối: Hiệu đường đi của tia sáng: d2-d1=axD M là vân sáng: ód2-d1=kλ → axsD=kλ → xs=kλDa M là vân tối: ó d2-d1=k+12λ → axtD=k+12λ → xt=(k+12)λDa Khoảng vân i. Khoảng vân là khoảng cách giữa 2 vân sáng hoặc 2 vân tối liên tiếp. i=λDa Ứng dụng: Đo bước sóng ánh sáng: λ=aiD Giải tích hiện tượng màu sắc sặc sỡ trên đĩa CD, bong bóng xà phòng, ván dầu mỡ, BƯỚC SÓNG VÀ MÀU SẮC ÁNH SÁNG. Mỗi ánh sáng đơn sắc có 1 tần số (bước sóng) xác định trong chân không. Ánh sáng trắng là tập hợp của vô số ánh sáng đơn sắc có λ từ 0→∞. Trong đó ta chỉ quan sát được vùng ánh sáng có màu biến thiên liên tục từ màu đỏ đến tím với λ từ 0.76μm→0,38μm. CÁC DẠNG BÀI TẬP SÓNG ÁNH SÁNG. Xác định khoảng vân, bước sóng ánh sáng: i=λDa, λ=aiD , λ=cf , λmt=λckn, imt=ion Xác định vân sáng, vân tối: xs=Ki=KλDa, xt=K+0,5i=(K+0,5)λDa Xác định M là vân sáng hay vân tối: Lập tỉ số: K= xi → K là số nguyên:M là VS bậc KK là số bán nguyên:M là VT thứ K làm tròn Xác định khoảng cách giữa 2 vân: ∆x=x1+x2 (+): khác phía, (-): cùng phía. Tính số vân sáng, vân tối giữa hai điểm M, N: Số VS: xMi≤K≤xNi Số VT: xMi≤K+0,5≤xNi Xác định số vân sáng, vân tối trên bề rộng vùng giao thoa L: Lập tỉ số: K= L2i→ số VS:2Knguyên+1số VT: 2Klàm tròn Xác định bề rộng vùng quang phổ: Tiến hành thí nghiệm Young với ánh sáng màu trắng thì trên màn hình ảnh giao thoa quan sát được là VSTT và vân sáng màu tím, 2 bên là các dãy màu biến thiên liên tục tử đỏ đến tím gọi là dãy quang phổ (tím_gần vân trung tâm, đỏ_ xa vân trung tâm). ∆xk=xđ-xt=KDa(λđ-λt) Hai vân trùng nhau: Hai vân trùng nhau ó x1 = x2 VS1≡VS2: K1λ1 = K2λ2 VT1≡VT2: (K1 + 0,5)λ1 = (K2 + 0,5)λ2 VS1 ≡ VT2: K1λ1 = (K2 + 0,5)λ2 BÀI 26: CÁC LOẠI QUANG PHỔ MÁY QUANG PHỔ. Định nghĩa: Máy quang phổ dùng để phân tích chùm sáng phức tạp, thành những thành ph6àn đơn sắc khác nhau. Cấu tạo và hoạt động: Máy quang phổ lăng kính hoạt động dựa vào hiện tượng tán sắc ánh sáng. Gồm 3 bộ phận: Ống chuẩn trực: là 1 ống gồm một khe hẹp F nằm ở tiêu điểm của thấu kính hội tụ L1. Chùm tia sáng S cần nghiên cứu rọi vào khe F, chùm tia ló là chùm //. Hệ tác sắc: Gồm 1 hoặc vài lăng kính P. Có tác dụng phân tích chùm tia sáng // từ L1 chiếu tới thành nhiều chùm đơn sắc //. Buồng tối (ảnh): Là 1 hộp kín trong đó có thấu kính hội tụ L2 vá 1 tấm phim ảnh K (hoặc kính ảnh) đặt tại mặt phẳng tiêu L2. Mỗi chùm tia sáng // đơn sắc qua thấu kính L2 cho một vạch màu tương ứng trên phim ảnh gọi là vạch quang phổ. Tập hợp các vạch quang phổ làm thành quang phổ của nguồn S. QUANG PHỔ PHÁT XẠ. Quang phổ phát xạ: Là quang phổ thu được do các chất rắn, lỏng, khí được nung nóng ở nhiệt độ cao phát sáng. Các loại quang phổ phát xạ: Quang phổ liên tục: Định nghĩa: quang phổ liên tục gồm dãy màu biến đổi liên tục (từ đỏ đến tím). Nguồn phát: các chất rắn, lỏng, khí ở áp suất lớn khi bị nung nóng phát sáng, qua máy quang phổ cho ta quang phổ liên tục. Tính chất: Quang phổ liên tục của các chất khác nhau ở cùng nhiệt độ thì hoàn toàn giống nhau và chỉ phụ thuộc nhiệt độ của vật phát sáng. Quang phổ vạch phát xạ: Định nghĩa: Quang phổ vạch gồm các vạch màu riêng lẻ, ngăn cách nhau bởi những khoảng tối. Nguồn phát: các chất khí hay hơi ở áp suất thấp khi bị kích thích bằng nhiệt hay bằng điện phát sáng, qua máy quang phổ cho ta quang phổ vạch phát xạ. Tính chất: Quang phổ vạch của các nguyên tố khác nhau thì khác nhau về: số lượng vạch, vị trí (bước sóng), và độ sáng tỉ đối giữa các vạch. Vậy: mỗi nguyên tố hóa học có 1 quang phổ vạch đặc trưng cho nguyên tố đó. + Quang phổ vạch của Natri có 2 vạch màu vàng cạnh nhau. + Quang phổ vạch của Hiđro có 4 vạch màu: đỏ, lam, chàm, tím. QUANG PHỔ HẤP THỤ. Quang phổ hấp thụ là các vạch hay đám vạch tối trên nền quang phổ liên tục. Quang phổ hấp thụ của chất khí chỉ chứa các vạch hấp thụ. Qung phổ hấp thụ của chất lỏng và rắn chứa các “đám” vạch hấp thụ, nối tiếp nhau một cách liên tục. BÀI 27: TIA HỒNG NGOẠI VÀ TIA TỬ NGOẠI PHÁT HIỆN TIA HỒNG NGOẠI VÀ TỬ NGOẠI Kết quả thí nghiệm: Ở ngoài quang phổ của ánh sáng thấy được, ở cả hai đầu đỏ và tím, còn có những bức xạ không nhìn thấy, nhưng nhờ mối hàn của cặp nhiệt điện và bột huỳnh quang mà ta phát hiện được tia hồng ngoại và tử ngoại. TIA HỒNG NGOẠI. Định nghĩa: Tia hồng ngoại là bức xạ điện từ không nhìn thấy trên vùng đỏ. Bản chất:tia hồng ngoại có bản chất là sóng điện từ (như ánh sáng nhìn thấy) có bước sóng từ vài milimét đến 760nm. Cách tạo ra tia hồng ngoại: Mọi vật ở nhiệt độ cao hơn 00K (>-2730C) đều phát ra tia hồng ngoại. Trong môi trường để phân biệt tia hồng ngoại do vật phát ra thì nhiệt độ của vật phải cao hơn nhiệt độ môi trường. Vật phát ra tia hồng ngoại thường dùng là bếp than, bến ga, bóng đèn dây tóc, điốt phát quang hồng ngoại, Tính chất và công dụng: Tia hồng ngoại tuân theo các định luật: truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ và gây ra hiện tượng giao thoa, nhiễu xạ. Tia hồng ngoại có tác dụng nhiệt rất mạnh → dùng để sấy, sưởi. Tia hồng ngoại có tác dụng hóa học → chế tạo phim chụp được tia hồng ngoại → chụp ảnh ban đêm, chụp ảnh các thiên thể. Tia hồng ngoại là sóng điện từ được biến điệu như sóng điện từ cao tần dùng trong các bộ điều khiển từ xa. Trong quân sự tia hồng ngoại được ứng dụng: ống nhòm hồng ngoại, camera quay phim hồng ngoại, tên lửa tự động dò tìm mục tiêu phát ra tia hồng ngoại. TIA TỬ NGOẠI Định nghĩa: Tia tử ngoại là bức xạ không nhìn thấy dưới vùng tím. Bản chất: Tia tử ngoại có bản chất là sóng điện từ ( như ánh sáng nhìn thấy) có bước sóng từ 380nm đến vài nm. Cách tạo ra tia tử ngoại: Mọi vật có nhiệt độ cao hơn 20000C đều phát ra tia tử ngoại. Vật phát ra tia tử ngoại thường là hồ quang điện, ánh sáng mặt trời, đèn hơi thủy ngân, Tính chất và công dụng: Tia tử ngoại tuân theo các định luật: truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ và gây ra hiện tượng giao thoa, nhiễu xạ. Tia tử ngoại có tác dụng phim ảnh → để nghiên cứu tia tử ngoại người ta dùng phim ảnh. Tia tử ngoại làm phát quang nhiều chất → được ứng dụng trong đèn huỳnh quang, phát hiện các vết nứt trên bề mặt vật làm bằng kim loại. Tia tử ngoại kích thích nhiều phản ứng hóa học → tổng hợp H và Cl; biến đổi O2 thành O3, tổng hợp vitamin D ( trị bệnh còi xương). Tia tử ngoại làm ion hóa không khí và nhiều chất khí và có khả năng gây ra hiện tượng quang điện đối với kim loại. Tia tử ngoại có tác dụng sinh học: hủy tế bào, diệt khuẩn → khử trùng trong thực phẩm, diệt nấm mốc, triệt trùng các dụng cụ y tế, Tia tử ngoại bị nước, thủy tinh hấp thụ rất mạnh nhưng truyền qua được thạch anh. Tầng ozon hấp thụ các tia tử ngoại có bước sóng dưới 200nm là tấm áo giáp bảo vệ con người và các sinh vật. BÀI 28: TIA X (TIA RƠNGEN). PHÁT HIỆN TIA X. Mỗi chùm tia catốt (chùm electron có năng lượng lớn) đập vào một vật rắn thì vật đó phát ra tia X. CÁCH TẠO RA TIA X. Cấu tạo ống Cu-lít-giơ: ống Cu-lít-giơ gồm: Ống chân không. Catốt (K) bằng kim loại, hình chỏm cầu, được nung bằng dây vonfram. Anôt làm bằng kim loại có nguyên tử lượng lớn và được làm nguội bằng nước. Hoạt động: Đặt giữa anốt và catốt hiệu điện thế và chục kilôvôn, các electron bay từ dây nung tăng tốc trong điện trường mạnh đập vào anốt, làm anốt phát ra tia X. BẢN CHẤT VÀ TÍNH CHẤT CỦA TIA X. Bản chất: Tia X là sóng điện từ có bước sóng khoảng từ 10-8m đến 10-11m. Tính chất và côn dụng: Tính chất quan trọng nhất của tia X là khả năng đâm xuyên (qua được một số vật mà ánh sáng thông thường không trong suốt). Tia X có bước sóng càng ngắn thì khả năng đâm xuyên càng lớn. Kim loại có nguyên tử lượng càng lớn thì tia X càng khó xuyên qua. Tia X có khả năng làm đen kính ảnh → chụp điện. Tia X có khả năng làm phát quang một số chất → chiếu điện, tìm các khuyết tật bên trong sản phẩm đúc, nghiên cứu cấu trúc tinh thể của vật rắn, kiểm tra hành lí. Tia X có tác dụng sinh lí: hủy tế bào → trị bệnh ung thư nông. Tia X làm ion hóa không khí → đo mức độ ion hóa, biết được liều lượng tia X. THANG SÓNG ĐIỆN TỪ. Thang sóng điện từ: Miền sóng điện từ Bước sóng (m) Tần số (Hz) Sóng vô tuyến 3.104 ÷ 10-4 104 ÷ 3.1012 Tia hồng ngoại 10-3 ÷ 7,6.10-7 3.1011 ÷ 4.1014 Ánh sáng khả kiến 7,6.10-7 ÷ 3,8.10-7 4.1014 ÷ 8.1014 Tia tử ngoại 3,8.10-7 ÷ 10-9 8.1014 ÷ 3.1017 Tia X 10-8 ÷ 10-11 3.1016 ÷ 3.1019 Tia gamma Dưới 10-11 Trên 3.1019 Nhìn tổng quát về sóng điện từ: Sóng vô tuyến, tia hồng ngoại, ánh sáng khả kiến, tia tử ngoại, tia X và tia gamma đều có bản chất là sóng điện từ, chúng được phát và thu bởi các cách khác nhau, giữa chúng không có ranh giới rõ rệt. Do có tần số ( bước sóng trong chân không) khác nhau nên tính chất khác nhau. + Các tia có bước sóng càng ngắn thì có tính đâm xuyên càng mạnh, dễ tác dụng lên kính ảnh, dễ làm phát quang các chất và dễ ion hóa chất khí. + Các tia có bước sóng dài dễ quan sát hiện tượng giao thoa. CHƯƠNG VI: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG BÀI 30: HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN. HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN NGOÀI. Thí nghiệm Hec về hiện tượng quang điện: Gắn một tấm kẽm tích điện âm lên cần tĩnh điện kế thì kim tĩnh điện kế lệch một góc α. Chiếu một chùm sáng hồ quang điện vào tấm kẽm thì góc α giảm, chứng tỏ các electron bị bật ra khỏi tấm kẽm. Chắn chùm hồ quang điện bằng một tấm thủy tinh thì góc α khôn đổi, chứng tỏ các electron không bị bật ra. Hiện tượng quang điện: Là hiện tượng ánh sáng làm bậc các electron ra khỏi bề mặt kim loại. Điều kiện xảy ra hiện tượng quang điện: Hiện tượng quang điện xảy ra: λ ≤ λ0 THUYẾT LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG. Giả thuyết Planck về lượng tử năng lượng: Lượng năng lượng mà mỗi lần một nguyên tử hay phân tử hấp thụ hay bức xạ có giá trị hoàn toàn xác định gọi là lượng tử năng lượng. ε=hf=hcλ h = 6,626.10-34 J.s: hằng số Planck. Thuyết lượng tử ánh sáng: Ánh sáng được tạo thành bởi các hạt gọi là phôtôn. Với mỗi ánh sáng đơn sắc có tần số f, các phôtôn đều giống nhau, mỗi phôtôn mang năng lượng bằng hf. Trong chân không, phôtôn bay với tốc độ c = 3.108 m/s dọc theo các tia sáng. (phôtôn luôn chuyển động). Mỗi lần một nguyên tử hấp thụ hoặc bức xạ ánh sáng thì chúng phát ra hay hấp thụ một phôtôn. Giải thích định luật về giới hạn quang điện bằng thuyết lượng tử ánh sáng. Hiện tượng quang điện xảy ra: ε≥A → hcλ≥A → λ≤hcA λ ≤λ0 với λ0 =hcA λo:giới hạn quang điệnA:công thoát e→ phụ thuộc bản chất kim loại. LƯỠNG TÍNH SÓNG HẠT CỦA ÁNH SÁNG. Hiện tượng giao thoa, nhiễu xạ, tán sắc ánh sáng chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng. Hiện tượng quang điện, quang – phát quang, đâm xuyên, ion hóa không khí chứng tỏ ánh sáng có tính chất hạt. Ánh sáng có tính lưỡng tính sóng – hạt. Bước sóng càng dài, năng lượng càng nhỏ, tính chất sóng thể hiện càng rõ và ngược lại. BÀI 31: HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN TRONG CHẤT QUANG DẪN VÀ HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN TRONG. Chất quang dẫn. Chất quang dẫn là chất bán dẫn, dẫn điện kém khi không bị chiếu sáng và dẫn điện rất tốt khi được chiếu sáng. Hiện tượng quang điện trong: Là hiện tượng ánh sáng giải phóng các electron liên kết thành các electron dẫn, đồng thời tạo ra các lỗ trống cùng tham gia vào quá trình dẫn điện. QUANG ĐIỆN TRỞ. Là điện trở được làm từ chất bán dẫn có giá trị giảm dần từ vài MΩ đến vài chục Ω khi được chiếu sáng thích hợp. PIN QUANG ĐIỆN. Pin quang điện: Là nguồn điện trong đó quang năng được biến đổi trực tiếp thành điện năng. Hiệu suất của pin quang điện thấp, khoảng 10%, suất điện động từ 0,5 → 0,8V. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động: Hoạt động: dựa vào hiện tượng quang điện trong. Chiếu một chùm ánh sáng thích hợp xuyên qua lớp kim loại đến bán dẫn loại p làm xuất hiện các electron và lỗ trống, dưới tác dụng của điện trường tiếp xúc các electron mang điện tích âm chuyển động nhược chiều điện trường xuống phía dưới làm đế kim loại nhiễm điện âm, lỗ trống đi lên cùng chiều điện trường lên phía trên làm lớp kim loại nhiễm điện dương. Ứng dụng của pin quang điện: ứng dụng trong máy tính bỏ túi, vệ tinh nhân tạo. BÀI 32: HIỆN TƯỢNG QUANG – PHÁT QUANG Định nghĩa: Quang – phát quang là hiện tượng các chất có khả năng hấp thụ ánh sáng này để phát ra ánh sáng khác. Phân loại: Nếu tắt ánh sáng kích thích: Ánh sáng phát ra tắt ngay sau đó → huỳnh quang: lỏng, khí. Ánh sáng phát ra còn kéo dài một khoảng thời gian → lân quang: rắn. Đặc điểm: εhpλkt BÀI 33: MẪU NGUYÊN TỬ BO MẪU HÌNH HÀNH TINH NGUYÊN TỬ (MẪU RƠĐƠPHO). Các electron mang điện tích âm chuyển động tròn xung quanh hạt nhân mang điện tích dương. MẪU BO – MẪU RƠĐƠPHO + 2 TIÊN ĐỀ. Tiên đề về trạng thái dừng của nguyên tử: Nguyên tử chỉ tồn tại trong một số trạng thái có năng lượng xác định gọi là trạng thái dừng. Khi ở trạng thái dừng thì nguyên tử không bức xạ. Trong các trạng thái dừng của nguyên tử các electron chỉ chuyển động quanh hạt nhân trên những quỹ đạo có bán kính xác định gọi là quỹ đạo dừng. Đối với nguyên tử H: rn = n2r0 , r0 = 5,3.10-11m: bán kính Bo. Tiên đề về sự hấp thụ và bức xạ năng lượng: Nguyên tử đang ở trạng thái dừng có năng lượng thấp muốn chuyển sang trạng thái dừng có năng lượng cao thì phải hấp thụ một phôtôn có năng lượng bằng ε = Ec – Eth. Nguyên tử đang ở trạng thái dừng có năng lượng cao muốn chuyển sang trạng thái dừng có năng lượng thấp thì phải phát ra một phôtôn có năng lượng bằng ε = Ec – Eth. GIẢI THÍCH HIỆN TƯỢNG QUANG PHỔ VẠCH CỦA NGUYÊN TỬ H. Theo tiên đề 1, nguyên tử có thể tồn tại ở các trạng thái dừng khác nhau (K, L, M,). Khi nguyên tử ở trạng thái kích thích (có năng lượng cao) luôn có xu hướng chuyển về trạng thái có năng lượng thấp để bền vững hơn. Mỗi lần nguyên tử chuyển từ trạng thái dừng có năng lượng co xuống trạng thái dừng có năng lượng thấp thì nó phát ra một phôtôn, ứng với một vạch đơn sắc → Vậy quang phổ phát xạ của nguyên tử H là quang phổ vạch. Nguyên tử H ở trạng thái có năng lượng thấp. Chiếu vào nó một chùm sáng trắng có tất cả các phôtôn, nguyên tử H sẽ hấp thụ một số phôtôn làm chùm sáng trắng bị mất một số phôtôn. Vì vậy trên nền quang phổ liên tục của ánh sáng trắng sẽ xuất hiện các vạch tối → Vậy quang phổ hấp thụ của nguyên tử H là quang phở vạch. BÀI 34: SƠ LƯỢ