Bài giảng Vật lý 3: Chương 1 - Dao động và sóng

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:67

Thêm vào BST

Báo xấu

1
lượt xem 0
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Vật lý 3: Chương 1 - Dao động và sóng, được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Dao động cơ; dao động điện từ; Phương trình dao động điện từ điều hoà; sự tổng hợp dao động; Sóng cơ – sóng âm và hiệu ứng doppler;...Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Vật lý 3: Chương 1 - Dao động và sóng

HỌC LIỆU 1. Bài giảng Vật lý 3 và thí nghiệm, 2015. Nguyễn Thị Thúy Liễu và Võ Thị Thanh Hà. Thư viện HVCNBCVT 2. Vật lí đại cương, tập I, II, III - Lương Duyên Bình, Ngô Phú An, Lê Băng Sương và Nguyễn Hữu Tăng. Nhà xuất bản Giáo dục - 2003. 3. Cơ sở Vật lí, Tập VI - Halliday, Resnick, Walker. Nhà xuất bản Giáo dục 1998. 4. Vật lí đại cương, tập I, II, III - Đặng Quang Khang và Nguyễn Xuân Chi. Nhà xuất bản Đại học Bách khoa Hà Nội - 2001. 1
Nội dung Chương 1: DAO ĐỘNG VÀ SÓNG Chương 2: GIAO THOA ÁNH SÁNG. Chương 3: NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG Chương 4: TÁN SẮC, HẤP THỤ VÀ TÁN XẠ ÁNH SÁNG Chương 5: PHÂN CỰC ÁNH SÁNG Chương 6: THUYẾT TƯƠNG ĐỐI HẸP EINSTEIN Chương 7: QUANG HỌC LƯỢNG TỬ. Chương 8: CƠ HỌC LƯỢNG TỬ Chương 9: VẬT LÝ NGUYÊN TỬ Chương 10: VẬT LÝ CHẤT RẮN VÀ BÁN DẪN 2
CHƯƠNG 1: DAO ĐỘNG VÀ SÓNG
PHẦN 1 – DAO ĐỘNG
1. Dao động cơ Dao động cơ điều hòa Dao động điều hoà là dao động mà độ lệch khỏi vị trí cân bằng của vật là hàm tuần hoàn (có dạng sin hay cosin) theo thời gian. 5
2. DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ Dao động điện từ điều hoà Hình 1-6. Mạch dao động điện từ riêng 6
Ta xét chi tiết hơn quá trình dao động của mạch trong một chu kỳ T • Tại thời điểm t = 0: -điện tích của tụ là Q 0 𝑄0 -hiệu điện thế giữa hai bản là 𝑈0 = 𝐶 -năng lượng điện trường của tụ điện có giá trị cực đại bằng: 𝑄2 0 𝑊𝑒 𝑚𝑎𝑥 = 2𝐶 7
Hình 1-7. Quá trình tạo thành dao động điện từ riêng 𝑇 𝑊𝑒 = 0 𝑇= 𝑇 2 𝑇= 𝑞 = 𝑄0 4 2 𝑄0 𝐼 = 𝐼0 𝑊𝑒 𝑚𝑎𝑥 = 𝐿𝐼0 2𝐶 𝑊𝑚 = 2 8
Phương trình dao động điện từ điều hoà Vì không có sự mất mát năng lượng trong mạch, nên năng lượng điện từ của mạch không đổi: 𝑊𝑒 + 𝑊 𝑚 = 𝑊 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 𝑞2 𝐿𝑖 2 Thay 𝑊𝑒 = ; 𝑊𝑚 = 2𝐶 2 𝑞2 𝐿𝑖 2 + = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 2𝐶 2 Lấy đạo hàm cả hai vế của phươnng trình trên theo thời gian: (dq/dt =i) 𝑑2 𝑖 1 𝑑2 𝑖 2 + 𝑖 = 0 ⇒ 2 + 𝜔0 𝑖 = 0 (1.17) 𝑑𝑡 2 𝐿𝐶 𝑑𝑡 1 2 trong đó ta đặt: = 𝜔0 𝐿𝐶 9
Đó là phương trình vi phân cấp hai thuần nhất có hệ số không đổi. Nghiệm tổng quát của (1-17) có dạng: i  I 0 cos0 t   (1.18) trong đó: I0 là biên độ của cường độ dòng điện,  là pha ban đầu của dao động, tần số góc riêng của dao động và chu kỳ riêng : 1 0  LC 2 T0   2 LC 0 Điện tích của tụ điện, hiệu điện thế giữa hai bản tụ…. cũng biến thiên với thời gian theo những phương trình có dạng tương tự như (1-18). 10
B/ Mạch dao động điện từ tắt dần Trong mạch dao động bây giờ có thêm một điện trở R tượng trưng cho điện trở của toàn mạch. Ta cũng tiến hành nạp điện cho tụ C, sau đó cho tụ điện phóng điện qua điện trở R và ống dây L. 11
Phương trình dao động điện từ tắt dần • Theo định luật bảo toàn và chuyển hoá năng lượng, ta có:  q 2 Li 2  dW  Ri dt  d  2    Ri 2 dt  2C 2  • Chia cả hai vế của phương trình cho dt, sau đó lấy đạo hàm theo thời gian ta thu được: q di  L   Ri C dt d 2i R di 1 d 2i di Trong đó ta đặt:   i  0  2  2   0 i  0 2 dt 2 L dt LC dt dt R 1  2 ,  0 2 L LC 12
Đó là phương trình vi phân cấp hai thuần nhất có hệ số không đổi. Với điều kiện hệ số tắt đủ nhỏ sao cho: 1  R  L 2 w0      R2 LC  2 L  C thì nghiệm tổng quát của phương trình(1-25) có dạng: i  I 0 e t cost   2 1  R      0 LC  2L  I 0 e t   ln  T 2 2 2 t T  T   I0e  1  R  2   2 2   0 LC  2 L  𝛿 Lượng giảm lôga 13
C/ Dao động điện từ cưỡng bức • Để duy trì dao động điện từ trong mạch dao động RLC, người ta phải cung cấp năng lượng cho mạch điện: E  E0 sin(t ) • Khi dao động tắt dần không còn nữa và trong mạch chỉ còn dao động điện từ không tắt có tần số góc bằng tần số góc  của nguồn điện. Đó là dao động điện từ cưỡng bức. 14
Phương trình dao động điện từ cưỡng bức Theo định luật bảo toàn và chuyển hoá năng lượng, ta có : dW  Ri 2 dt  Eidt  q 2 Li 2  d    Ri 2 dt  Eidt  2C 2  Lấy vi phân rồi lấy đạo hàm hai vế theo thời gian ta được: di q L  Ri   E0 sin t dt C d 2i di i  L 2  R   E0  cos t dt dt C 15
R 1 2 Đặt  2 ,  0 ta thu được phương trình vi phân sau: L LC d 2i di E  2   0 i  0 cos t 2 dt 2 dt L • Phương trình vi phân (1-34) có nghiệm là tổng của hai nghiệm sau: - Nghiệm tổng quát của phương trình thuần nhất. Đó chính là nghiệm của phương trình dao động điện từ tắt dần. - Nghiệm riêng của phương trình không thuần nhất. Nghiệm này biểu diễn một dao động điện từ không tắt do tác dụng của nguồn điện. 16
Nghiệm riêng này có dạng: i  I 0 cost    1 L  I0  E0 , cot g    C trong đó 2 R  1  R   L  2   C  Đặt tổng trở của mạch dao động là: 2  1  Z  R 2   L    C  Và cảm kháng và dung kháng của dao động lần lượt là: Z L  L 1 ZC  C 17
Hiện tượng cộng hưởng Hiện tượng biên độ dòng điện của mạch dao động điện từ cưỡng bức đạt giá trị cực đại được gọi là hiện tượng cộng hưởng điện. 1 1 L   0 hay  ch   0 C LC 18
Dao động điện từ điều hòa Dao động điện từ tắt dần i  I 0 cos0 t   i  I 0 e t cost   1 1 R 0    ( )2 LC LC 2 L 2 2 R T0  T   T ;   0  2L Hiện tượng cộng hưởng: 1 1 ch L   0   ch  chC LC 19
VD 1. Một mạch dao động điện từ có điện dung C = 0.25µF, hệ số tự cảm L = 1.015 H và điện trở R = 0. Ban đầu hai cốt của tụ điện được tích điện Q0 =2.5.10-6C a. Viết phương trình dao động của mạch điện đối với điện tích Q và dòng điện i. b. Năng lượng điện từ của mạch. c. Tần số dao động của mạch. q  Q0 cos(t   ) a. Pt dao động của q: 1  cần tìm 𝜔 và 𝜑:  t  0  q  Q0 cos   Q0    0 LC Pt dao động của i: i=q’ 2 Q0 E  ( Eđ ) max  2C b. Năng lượng điện từ của mạch.   2 f  f c. Tần số dd: 20