Tài liệu ôn thi cấp tốc lý thuyết môn Vật lý 12 THPT Quốc gia

Taiª Facebook.com/taie.luyenthivatly CHƯƠNG 1: DAO ĐỘNG CƠ HỌC I. ĐẠI CƯƠNG VỀ DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA 1. Các khái niệm cơ bản - Dao động là chuyển động qua lại trên một đoạn đường xác định, quanh một vị trở cân bằng. - Dao động tuần hoàn là dao động mà trạng thái chuyển động của vật được lặp lại như cũ sau những khoảng thời gian bằng nhau. - Chu kỳ dao động là thời gian vật thực hiện được một dao động toàn phần gọi. Ký hiệu là T, đơn vị là giây (s). - Tần số dao động là số dao động toàn phần mà vật thực hiện được trong một 1 giây. Ký hiệu là f, f , đơn vị là héc (Hz). T 2. Dao động điều hòa là dao động trong đó li độ của vật là một hàm côsin (hay sin) của thời gian nhân với một hằng số. Phương trình dao động: x Acos  t x: li độ dao động A: biên độ dao động ( A xmax ) : tần số góc t+ : pha dao động : pha ban đầu (pha dao động khi t=0) 2 - Chu kỳ: T (s)  1  - Tần số: f (Hz) T 2 3. Phương trình vận tốc: v x'  A sin  t - x = 0 (VTCB) thì vận tốc có độ lớn cực đại: E-mail: mr.taie1987@gmail.com 3/62 Mobile: 0965.147.898 Taiª Facebook.com/taie.luyenthivatly vmax  A - x = A (biên) thì v 0 4. Phương trình gia tốc: a v' 22 A cos  t  x (a ngược pha với li độ x) - x = A thì gia tốc có độ lớn cực đại: 2 aAmax  2 + x = A: a  A 2 + x = - A: a  A - x = 0 thì a 0 Chú ý: Quan hệ về pha của x, v, a được biểu diễn ở hình bên dưới. 5. Hệ thức độc lập thời gian giữa x, v và a x 2 x 2 a 2 Ta có: cos2 t (*); sin2 t (**); và cos2 t (***) A2  2A 2  4A 2 + Cộng vế với về (*) và (**) ta được: 2 2 2 x x 2 2 v 1 hay A x (đồ thị x – v là đường elip) A2  2A 2  2 + Cộng vế với về (**) và (***) ta được: 2 2 2 x a 2 2 2 2 a 1 hay vmax  A v (đồ thị v – a là đường elip)  2A 2  4A 2  2 + a  2 x (đồ thị a – x là đoạn thẳng) E-mail: mr.taie1987@gmail.com 4/62 Mobile: 0965.147.898 Taiª Facebook.com/taie.luyenthivatly 6. Thời gian ngắn nhất để vật đi từ x1 đến x2 (**) Độc chiêu: II. CON LẮC LÒ XO kg 1. Tần số góc:  ; ml l là độ biến dạng của lò xo khi vật cân bằng; k: độ cứng của lò xo (N/m); l 0 : chiều dài tự nhiên của lò xo. + Con lắc lò xo treo thẳng đứng: mg g l k  2 2. Chu kỳ và tần số 2 ml T 22  kg 1 1kg 1 f T22 m l 3. Lực hồi phục + Hợp lực tác dụng lên vật gọi là lực hồi phục (lực kéo về) Lực hồi phục (lực kéo về): Fhp kx . E-mail: mr.taie1987@gmail.com 5/62 Mobile: 0965.147.898 Taiª Facebook.com/taie.luyenthivatly + Lực kéo về luôn hướng về VTCB (cùng chiều với gia tốc a) và có độ lớn tỉ lệ với độ lớn li độ x. độ lớn: Fhp k x Fhp max kA Fhp min 0 4. Năng lượng dao động của CLLX (Chọn gốc thế năng tại VTCB) 1 2 - Động năng: Wđ mv 2 (Động năng biến thiên tuần hoàn theo thời gian với chu kỳ bằng 1/2 chu kỳ dao động điều hoà (T’=T/2), tần số f’=2f. 1 2 - Thế năng: Wt kx 2 (Thế năng biến thiên tuần hoàn theo thời gian với chu kỳ bằng 1/2 chu kỳ dao động điều hoà (T’=T/2), tần số f’=2f. --== Khoảng thời gian giữa 2 lần Wđ=Wt liên tiếp là T/4. - Cơ năng (năng lượng dao động): 1 1 WWW kA2 m 2 A 2 đ t 2 2 Cơ năng của CLLX dao động điều hòa được bảo toàn W t A + Vị trí của vật khi W nW : x đ t n 1 n + Vận tốc của vật lúc : v  A n 1 E-mail: mr.taie1987@gmail.com 6/62 Mobile: 0965.147.898 Taiª Facebook.com/taie.luyenthivatly III. CON LẮC ĐƠN g 1. Tần số góc:  l 2 l T 2  g 2. Chu kì, tần số: 1 1 g f T 2 l (g là gia tốc rơi tự do, l là chiều dài dây treo con lắc. 3. Lực hồi phục 2 Fhp m s 0 4. Năng lượng dao động của CLĐ dao động điều hòa ( 0 nhỏ: 0<10 ) 1 2 + Động năng: Wđ mv 2 1 2 + Thế năng: Wt mgl 2 1 2 + Cơ năng: W mgl 0 2 0 (rad) là biên độ góc của con lắc đơn, (rad) là li độ góc của con lắc. S + Vị trí của vật khi : s 0 n 1 Wđ nWt và 0 n 1 n v  S 0 n 1 E-mail: mr.taie1987@gmail.com 7/62 Mobile: 0965.147.898 Taiª Facebook.com/taie.luyenthivatly 5. Vận tốc – lực căng Khi con lắc ớ vị trí li độ góc vận tốc và lực căng tương ứng của vật: v gl coscos2 0 T mg 3cos 2cos 0 IV. DAO ĐỘNG TẮT DẦN, DAO ĐỘNG DUY TRÌ VÀ DAO ĐỘNG CƯỠNG BỨC 1. Dao động tắt dần - Trong thực tế bất kỳ vật nào cũng dao động trong một môi trường và chịu tác dụng của lực cản của môi trường, lực cản này sinh công âm làm giảm cơ năng (W) của vật do đó biên độ dao động (A) giảm dần theo thời gian ta gọi dao động này là dao động tắt dần. - Dao động tắt dần càng nhanh nếu lực cản của môi trường càng lớn và ngược lại. Dao động tắt dần chậm Nếu vật (hệ vật) dao động điều hòa với tần số góc 0 chịu thêm tác dụng của một lực cản rất nhỏ thì biên độ của vật (hệ vật) giảm chậm, khi ấy ta gọi dao động của vật là dao động tắt dần chậm. Chu kỳ của dao động tắt dần chậm có thể xem gần đóng bằng chu kỳ dao động riêng. 2. Dao động duy trì Nếu ta cung cấp năng lượng cho vật dao động tắt dần (do ma sát) để bù lại sự tiêu hao vì ma sát mà không làm thay đổi chu kỳ dao động riêng của nó thì dao động kéo dài mãi mãi và được gọi là dao động duy trì. 3. Dao động cưỡng bức. Cộng hưởng  Tác dụng lên vật đang ở VTCB một ngoại lực F biến đổi điều hòa 0 cos tFF  , thì người ta đã chứng minh được rằng chuyển động của vật dưới tác dụng của ngoại lực gồm 2 giai đoạn: + Giai đoạn chuyển tiếp: dao động của vật chưa ổn định, giá trị của biên độ tăng dần. + Giai đoạn ổn định: giai đoạn này thì biên độ dao động của vật không thay đổi. - Dao động của vật trong giai đoạn ổn định gọi là dao động cưỡng bức. E-mail: mr.taie1987@gmail.com 8/62 Mobile: 0965.147.898 Taiª Facebook.com/taie.luyenthivatly  Các đặc điểm của dao động cưỡng bức: + Dao động cưỡng bức là dao động điều hòa nhưng tần số góc của dao động cưỡng bức bằng tần số  của ngoại lực (chứ không bằng tần số riêng 0 của vật). + Biên độ của dao động cưỡng bức tỉ lệ thuận với biên độ F0 của ngoại lực và phụ thuộc vào , tần số dao động riêng 0 của vật và lực cản của môi trường.  Cộng hưởng - Thực nghiệm chứng tỏ biên độ A của dao động cưỡng bức phụ thuộc vào tần số góc  của ngoại lực: giá trị cực đại của biên độ A của dao động cưỡng bức đạt được khi tần số góc của ngoại lực (gần đúng) bằng tần số góc dao động riêng của hệ dao động tắt dần. - Khi biên độ của dao động cưỡng bức đạt giá trị cực đại, người ta nói rằng có hiện tượng cộng hưởng. - Điều kiện xảy ra cộng hưởng là =0.  Ảnh hưởng của ma sát -Với cùng một ngoại lực tuần hoàn tác dụng, nếu ma sát giảm thì giá trị cực đại của biên độ tăng. Hiện tượng cộng hưởng rõ nét hơn. - Người ta ứng dụng hiện tượng cộng hưởng để chế tạo tần số kế, lên dây đàn E-mail: mr.taie1987@gmail.com 9/62 Mobile: 0965.147.898 Taiª Facebook.com/taie.luyenthivatly V. TỔNG HỢP DAO ĐỘNG Phương pháp giản đồ Frexnel tổng hợp 2 dao động điều hoà cùng phương: x1 A 1 cos  t 1 x2 A 2 cos  t 2 x x1 x 2 Acos  t AAAAA 2 2 2 cos 1 2 1 2 2 1 AAsin sin tan 1 1 2 2 AA1cos 1 2cos 2 Lưu ý: + Khi x1 và x2 cùng pha thì: AAA 1 2 + Khi x1 và x2 ngược pha thì: AAA 1 2 2 2 + Khi x1 và x2 vuông pha thì: AAA 1 2 + Biên độ tổng hợp thõa mãn điều kiện: AAAAA1 2 1 2 E-mail: mr.taie1987@gmail.com 10/62 Mobile: 0965.147.898 Taiª Facebook.com/taie.luyenthivatly CHƯƠNG 2: SÓNG CƠ HỌC I. ĐẠI CƯƠNG VỀ SÓNG CƠ 1. Sóng cơ và sự truyền sóng cơ - Sóng cơ học: là những dao động cơ học lan truyền theo thời gian trong một môi trường vật chất - Người ta dựa vào phương dao động của các phần tử vật chất và phương truyền sóng mà phân sóng cơ thành hai loại: + Sóng ngang: là sóng mà phương dao động của các phần tử vật chất vuông góc với phương truyền sóng. + Sóng dọc: là sóng mà phương dao động của các phần tử vật chất cùng phương với phương truyền sóng. - Sóng ngang chỉ truyền trong chất rắn và bề mặt của chất lỏng, sóng dọc truyền được cả trong chất rắn, lỏng, khí. Sóng cơ không truyền được trong chân không. - Sóng cơ được tạo thành và lan truyền trong môi trường vật chất nhờ lực liên kết đàn hồi giữa các phân tử của môi trường truyền dao động. 2. Các đại lượng đặc trưng của chuyển động sóng a. Chu kỳ, tần số Tất cả các phần tử của môi trường có sóng truyền qua đều dao động với cùng chu kỳ và tần số bằng chu kỳ và tần số của nguồn dao động gọi là chu kỳ và tần số của sóng. b. Biên độ sóng - Biên độ dao động của phần tử môi trường tại một điểm được gọi là biên độ sóng tại điểm đó. - Trong thực tế càng xa tâm dao động thì biên độ sóng càng nhỏ. c. Bước sóng Có hai định nghĩa bước sóng: - Bước sóng là quãng đường mà sóng truyền đi được trong một chu kỳ dao động. Bước sóng ký hiệu là lamda  . Đơn vị là mét (m). - Bước sóng là khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên một phương truyền sóng dao động cùng pha. E-mail: mr.taie1987@gmail.com 11/62 Mobile: 0965.147.898 Taiª Facebook.com/taie.luyenthivatly d. Tốc độ truyền sóng - Trong thời gian một chu kỳ T sóng truyền đi được quãng đường bằng bước sóng  , vậy tốc độ truyền sóng là:  vf  T -Tốc độ truyền sóng bằng tốc độ truyền pha dao động khác tốc độ dao động của các phần tử vật chất. - Trong khi sóng truyền đi các đỉnh sóng (pha dao động) được truyền đi còn các phần tử vật chất chỉ dao động tại chỗ quanh vị trở cân bằng của nó. e. Năng lượng sóng - Quá trình truyền sóng là quá trình truyền năng lượng. -Nếu sóng truyền đi theo đường thẳng thì biên độ sóng không thay đổi (năng lượng sóng được bảo toàn); nếu sóng truyền đi trong mặt phẳng (sóng nước chẳng hạn) thì năng lượng sóng tỷ lệ nghịch với khoảng cách tới nguồn; nếu sóng truyền đi trong không gian (sóng âm chẳng hạn) thì năng lượng sóng tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách tới nguồn. 3. Phương trình sóng - Phương trình sóng là phương trình xác định li độ u của mỗi phần tử của môi trường tại điểm có tọa độ x vào một thời điểm t bất kỳ. - Sóng truyền từ N qua O và đến M, giả sử biểu thức Sóng tại O có dạng: 0 tAu  )cos( , thì: 2 x cos( tAu  ) M  (M trể pha hơn O) x'2 cos( tAu  ) N  (N sớm pha hơn O) E-mail: mr.taie1987@gmail.com 12/62 Mobile: 0965.147.898