Bài giảng Vật lý II (Phần 1: Quang học sóng): Chương 1 - TS. TS. Ngô Văn Thanh

Chia sẻ: Little Little | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:37

Thêm vào BST

Báo xấu

91
lượt xem 12
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Vật lý II (Phần 1: Quang học sóng) - Chương 1: Dao động và sóng. Chương này gồm có những nội dung cụ thể như: Dao động cơ, dao động điện từ, tổng hợp hai dao động điều hoà cùng phương và có phương vuông góc, sóng cơ, sóng âm và hiệu ứng Doppler, sóng điện từ và hệ phương trình Maxwell, năng lượng và cường độ sóng điện từ.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Vật lý II (Phần 1: Quang học sóng): Chương 1 - TS. TS. Ngô Văn Thanh

TS. Ngô Văn Thanh, Viện Vật lý. Chuyên ngành : Điện tử - Viễn thông , Công nghệ thông tin, Điện - Điện tử
Tài liệu tham khảo.  Vật lý đại cương tập I, II, III; Lương Duyên Bình; NXB Giáo dục 1995.  Vật lý đại cương tập I, II, III; Nguyễn Xuân Chi, Đặng Quang Khang; ĐH BK HN 2001.  Cơ sở Vật lý tập V, VI; Halliday, Resnick, Walker; NXB Giáo dục 1998.  Raymond A. Serway and John W. Jewett, “Physics for Scientists and Engineers” 6th Ed., (Thomson Brooks/Cole, 2004). @2009, Ngô Văn Thanh - Viện Vật lý
Chương 1: Dao động và sóng. 1.1 Dao động. 1.1.1 Dao động cơ 1.1.2 Dao động điện từ 1.1.3 Tổng hợp hai dao động điều hoà cùng phương; có phương vuông góc 1.2 Sóng 1.2.1 Sóng cơ 1.2.2 Sóng âm và hiệu ứng Doppler 1.2.3 Sóng điện từ và hệ phương trình Maxwell 1.2.4 Năng lượng và cường độ sóng điện từ @2009, Ngô Văn Thanh - Viện Vật lý
1.1 Dao động Khái niệm: Dao động là chuyển động tuần hoàn của vật thể quanh vị trí cân bằng theo một chu kỳ nào đó. Lực tác dụng lên vật tỷ lệ thuận với độ dịch chuyển của vật so với vị trí cân bằng. Loại dao động: có 2 loại dao động đó là dao động cơ và dao động điện từ. 1.1.1 Dao động cơ Chuyển động điều hoà đơn giản  Định luật Hooke  Lực đàn hồi của lò xo luôn đưa vật về vị trí cân bằng.  Định luật II Newton  suy ra gia tốc của vật:  Gia tốc của vật tỷ lệ thuận với độ dịch chuyển nhưng trái dấu. @2009, Ngô Văn Thanh - Viện Vật lý
 Độ dịch chuyển của vật quanh vị trí cân bằng phụ thuộc vào thời gian:  A là biên độ dao động, chính là độ dịch chuyển cực đại của vật so với vị trí cân bằng.   là tần số góc, đặc trưng cho tốc độ dao động, đơn vị đo là rad/s   là hằng số pha hoặc là góc pha.  (t + ) gọi là pha của chuyển động.  Chu kỳ: thời gian để vật chuyển động được một vòng.  Tần số: là số dao động của vật quanh vị trí cân bằng trong một đơn vị thời gian  Vận tốc và gia tốc: @2009, Ngô Văn Thanh - Viện Vật lý
 Góc pha và biên độ: Xét tại thời điểm t = 0, vị trí ban đầu và vận tốc ban đầu của vật: suy ra  Gia tốc của vật tỷ lệ thuận với độ dịch chuyển nhưng trái dấu, đây là điều kiện cần và đủ cho một chuyển động điều hoà đơn giản.  Độ dịch chuyển từ vị trí cân bằng, vận tốc và gia tốc của vật đều biến thiên theo thời gian dạng hàm Sin nhưng khác pha.  Tần số và chu kỳ của chuyển động không phụ thuộc vào biên độ. @2009, Ngô Văn Thanh - Viện Vật lý
 Xét biểu thức gia tốc của vật phụ thuộc vào hệ số lực và khối lượng của vật:  nghiệm tổng quát của phương trình vi phân:  Chu kỳ và tần số của hệ @2009, Ngô Văn Thanh - Viện Vật lý
Năng lượng của dao động điều hoà  Động năng và thế năng đàn hồi: vì ta có năng lượng toàn phần của hệ:  Năng lượng toàn phần (cơ năng) của hệ bảo toàn, tỷ lệ với bình phương biên độ dao động. Vận tốc của hệ được xác định bởi @2009, Ngô Văn Thanh - Viện Vật lý
Con lắc đơn  Lực tác dụng lên quả cầu theo phương tiếp tuyến:  Xét trường hợp góc lệnh bé  viết lại phương trình trên  nghiệm của phương trình vi phân:  Chu kỳ của con lắc đơn tỷ lệ với độ dài của dây, tỷ lệ nghịch với gia tốc trọng trường. @2009, Ngô Văn Thanh - Viện Vật lý
Con vật lý  Vật dao động quanh một trục tại điểm O :  d là khoảng cách từ khối tâm đến trục  I là mô men quán tính  Giả thiết rằng góc  bé, ta có @2009, Ngô Văn Thanh - Viện Vật lý
Dao động tắt dần  Tổng hợp lực tác dụng lên vật có thêm lực cản của lò xo:  nghiệm của phương trình vi phân với điều kiện b nhỏ  Khi lực ma sát bé hơn lực đàn hồi, vật dao động với biên độ giảm dần theo thời gian dạng hàm exp. @2009, Ngô Văn Thanh - Viện Vật lý
Dao động cưỡng bức  Tác dụng thêm một lực ngoài tuần hoàn với biên độ không đổi  Tổng hợp lực tác dụng lên vật là  nghiệm của phương trình này có dạng  với  Khi , biên độ dao động của hệ là cực đại, ta có hiện tượng cộng hưởng. còn được gọi là tần số cộng hưởng của hệ. @2009, Ngô Văn Thanh - Viện Vật lý
1.1.2 Dao động điện từ  Dao động điện từ là sự biến thiên tuần hoàn theo thời gian của các đại lượng điện và từ. Mạch điện LC (dao động điều hoà):  Tại thời điểm ban đầu  Năng lượng toàn phần  vì  cường độ dòng điện  thay vào phương trình trên, ta có @2009, Ngô Văn Thanh - Viện Vật lý
 Nghiệm của phương trình vi phân  cường độ dòng điện  Xét trường hợp  Biểu thức cho điện tích và cường độ dòng điện: @2009, Ngô Văn Thanh - Viện Vật lý
 Thay Q và I vào phương trình cho năng lượng toàn mạch  ta có  và lệch pha  Năng lượng toàn mạch:  Chu kỳ dao động @2009, Ngô Văn Thanh - Viện Vật lý
Mạch điện RLC (dao động tắt dần):  Độ biến thiên năng lượng của điện trở  Thay vào phương trình  ta có @2009, Ngô Văn Thanh - Viện Vật lý
 Xét trường hợp R bé, ta có nghiệm của phương trình vi phân  với  Chu kỳ dao động  Điều kiện để có dao động @2009, Ngô Văn Thanh - Viện Vật lý
Mạch điện RLC (dao động cưỡng bức):  Xét mạch điện RLC với nguồn điện không đổi. Giả thiết rằng điện áp đặt trên hai đầu đoạn mạch và cường độ dòng điện có dạng  Áp dụng biểu thức điện áp cho từng đoạn mạch  Trong đó  Hiệu điện thế toàn mạch  suy ra @2009, Ngô Văn Thanh - Viện Vật lý
 Cường độ dòng điện  Tổng trở của mạch  Góc pha  Trường hợp đặc biệt, khi cường độ dòng điện đạt giá trị cực đại và mạch RLC được gọi là mạch cộng hưởng với tần số cộng hưởng là @2009, Ngô Văn Thanh - Viện Vật lý
1.1.3 Tổng hợp hai dao động điều hoà cùng phương; có phương vuông góc Tổng hợp hai dao động điều hoà cùng phương:  Xét hai dao động điều hoà cùng phương, cùng tần số với độ dịch chuyển tương ứng là  Dao động tổng hợp của hệ  Biên độ và pha của dao động được xác định bởi @2009, Ngô Văn Thanh - Viện Vật lý