Giáo trình Vật lý đại cương (Dành cho sinh viên ngành Y - Dược): Phần 1

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:108

Thêm vào BST

Báo xấu

17
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phần 1 cuốn giáo trình "Vật lý đại cương" trình bày các nội dung: Động lực học chất điểm, động lực học chất điểm - năng lượng, cơ học chất lưu, các định luật thực nghiệm về chất khí. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Vật lý đại cương (Dành cho sinh viên ngành Y - Dược): Phần 1

B0 g iA o d u cv A d Ao ta o DAI HOC THAI NGUYEN BUI VAN THlfiN - NGUYEN QUANG DONG GIAO TRINH VfiT IV DM CUONG (Danh cho sinh vien dai hoc chinh quy nganh Y - Dirac) DAI HOC THAI NC-UYEN TRUNG TAM HOC LIEU NHA XUAT BAN DAI HOC QUOC GIA HA N 0I
s A c h d u o c x u a t b a n b c ji sir t a i t r o c u a d u A n g iA o d u c d a i h o c 2
MUC LUC Lai noi dau: ' Phan thufnhat: CO HOC 9 Bai mo dau: Cac khai niem dai cuomg 11 Chuong 1 Dong hoc chat diem 14 1 Vecto dich chuydn 14 2 Van toe 15 3 Gia toe 17 4 M6t sd dang chuydn dong dac biet 20 5 Chuydn dong dao dong 23 6 Chuydn dong song 26 7 Song am va sieu am 29 8 Hieu umg Doppler va ling dung 34 Chuong 2 Dong luc hoc chat diem - Nangluong 36 1 Dinh luat Niuton thur nhat 36 2 Dinh luat Niuton thu: hai 36 3 Djnh luat Niuton thti ba 37 4 Dinh luat bao toan dong lucrng trongco he km 38 5 Cong va cong suat 39 6 Dong nang 41 7 The nang 42 8 Dinh luat bao toan co nang trong trudng luc the 44 Chuong 3 Ca hoc chat luu 46 1 Dac diem cua cha't luu 46 2 Tinh hoc cha't luu 3
3 Dong luc hoc ch£t luu If tuong 48 4 Hien tuong nhdt. Ung dung 50 Phan thurhai: NHIET HOC 53 Bai md dau 53 Chuong 1 Cac dinh luat thuc nghiem ve chat khi 58 1 Thuyet dong hoc chat khf va khf ly tudng 58 2 Phuong trinh trang thai cua khf ly tucmg 60 Chuong 2 Cac nguyen ly nhiet dong luc hoc 62 1 Nguyen ly thu: nhat cua nhiet dong luc hoc 62 2 Nguyen ly thu: hai cua nhiet dong luc hoc 68 3 Entropi va nguyen ly thur hai cua nhiet dong luc hoc 71 Chuong 3: Chat long 81 1 Cau tao va chuydn dong phan tir cua cha't long 81 2 Cac hien tuong mat ngoai cua chat long 82 3 Hien tuong mao dan 87 4 Hien tuong soi, hien tuong bay hoi 91 Phan thurba: DIEN T I f HOC 95 Chuong 1: Tinh dien 97 1 Khai niem mo dau 97 2 Dinh luat Coulomb 99 3 Dien trudng cua cac dien tfch diem 100 4 Dien the. Hieu dien the. 105 Chuong 2: Dong dien khong doi 107 1 Nhung khai niem md dau 107 2 Nhung dai luong dac trung cua ddng dien 108 Chuong 3: Tir trircmg dong dien khong doi 112 1 Thf nghiem v& tuong tac tir cua ddng dien 112 A
Dinh luat Ampe ve tucmg tac ttr cua dong dien 113 Vecto cam ling tti, vecta cudng dd tti trudng 114 Cam urng dien tir 120 Thi nghiem ve hien tucmg cam ting dien tti 120 Cac dinh luat cor ban ve cam ting di6 n tti 121 Mot sd trudng hap dac biet cua cam ting dien tti 123 Dao dong dien tir - Song dien tir 125 Cac luan didm cua Macxoen 125 Su tao thanh song dien tti. Cac tfnh cha't, dac didm cua song dien tti 126 Thang song dien tti 128 QUANG HOC 129 Co sd cua quang hinh hoc - Dung cu quang hoc 131 Cac dinh luat ca ban cua quang hinh hoc 131 Dung cu quang hoc 135 Giao thoa anh sang 146 Nguyen If Huyghen - Frenen 146 Ly thuyet chung ve hien tuong giao thoa anh sang 147 Giao thoa cua hai chum tia sang 154 Ung dung hien tuong giao thoa 156 Nhi6u xa anh sang 160 Ly thuyet chung ve nhilu xa anh sang 160 Nhiiu xa cua song cau qua Id tron 162 Nhidu xa gay bdi cac song phang 165 Phan cuc anh sang 172 a Anh sang tu nhien va anh sang phan cuc 172 Su phan cuc anh sang do truyen qua ban Tuamalin day. Dinh luat Malus. 173 5
3 Phan cuc vi phan xa. Dinh luat Brewster 175 4 Phan cuc quay. tJng dung 175 Chuong 5: Hien tuong quang dien 179 1 Hien tuong quang dien 179 2 Cac dinh luat quang dien 180 3 Thuyet luong tu anh sang cua Einstein va giai thich cac dinh luat quang dien 181 Chuong 6: Su hap thu anh sang 183 1 Dinh luat ha'p thu anh sang 183 2 Ung dung quang pho ha'p thu phan tu 186 Chuong 7: Kien thurc co ban ve laser 190 1 Khai niem ve birc xa cam urng 190 2 Laser va may phat tia laser 191 3 So lupc ve tinh cha't cua chum tia laser 192 4 Ung dung cua laser 193 Ph£n thurnam: PHONG XA VA PHONG XA SINH HOC 195 Chuong 1: Phong xa va phong xa sinh hoc 197 1 Cac dac trung co ban cua phong xa 197 2 Cac phuong phap ghi do phong xa 202 3 Tuong tac cua tia phong xa vcti vat chat 204 4 Cac hieu ting sinh hoc cua phong xa 207 5 An toan phong xa 213 Chuong 2: (Jng dung mot so ki thuat vat ly vao chan doan benh bang hinh anh 221 1 Nguyen ly tao hinh chung 221 2 Nguyen ly tao hinh trong chupcat ldp 222 3 Chup cat ldp dung vi tmh 223 Tai lieu tham khao 225 6
Lcfi noi dau Ngay nay nhifng thanh tUu cua vat ly difdc ling dung rong rai trong nhieu Imh vuc, d 5 c biet trong Y hoc, nhifng ung dung cua Vat ly hoc nhu: sif dung cac ki thu^t vat ly trong chin doan va di£u tri, dien tim, dien tam dd, dien nao d 6 , dieu tri bang nhiet, bang tif trudng, ling dung cua am va sieu am , chup X quang, sdi quang hoc trong md ndi soi, ting dung cua phong xa, chup hinh c£t ldp vi tinh, chup cdng hudng tir hat nhan, mat va cac dung cu quang hoc, ling dung cua anh sang trong dieu tri, nhifng ting dung cua laser... da lam cho nganh Y - Difpc co mdt su phat trien vudt bac, giup cac thly thuoc chan doan va di£u tri chinh xac va cd hieu qua cao. Giang day mdn Vat ly dai ctfdng nham trang bi cho sinh vien nganh Y - Dude nhifng kien thuc vat ly cd ban nhat lien quan phuc vu nganh nghe, va trang bi cho sinh vien phudng phap tu duy khoa hdc, ket hdp vdi thuc tien, cung cap cac khai niem, nguyen ly, quy luat cd ban nhat cua vat ly, de? tif dd ho cd the hoc cac mdn hoc khac nhu : Hoa vd cd, Hoa - Ly, Ly sinh y hoc, Vat ly tri lieu - phuc hdi chuc nang, Chan doan hinh anh, y hoc hat nhan, va cac mdn hoc khac cd lien quan. Giao trinh nay dude bien soan theo chuong trinh dao tao mdi xay dung cua Trudng Dai hoc Y - Dude - Dai hoc Thai Nguyen. Noi dung cua tai lieu cung cap nhifng kie'n thuc cd ban ve: Cd hoc, nhiet hoc, dien hoc, quang hoc, phdng xa, hat nhan nguyen tu ... phuc vu nganh Y - Dude. Do doi tudng dao tao chu yeu la sinh vien mien nui, nen kha n£ng tiep thu kieh thuc vat ly cd nhieu han che'. Vi vay, vifc bien soan mdt giao trinh V at ly dai cifdng vifa dam bao tinh cd ban va he thong kie'n thuc, phu hdp vdi chudng trinh chung cua Bd, vifa phu hdp vdi doi tudng dao tao la mdt viec lam can thiet. Giao trinh d u d e b ien soan lin d au , do kha nang va kinh nghiem con han che', chSc chin khdng tranh khoi thie'u sot. Chung tdi rat mong nhan d u d e su gop y cua cac ban dong nghiep va cac em sinh vien de’ giao trinh ngay cang d u d e hoan chinh hdn. Xin chan thanh cam dn! Thai Nguyen,, ngay 27 thang 2 n2m 2008 CAC tA c g i a 7
P h a n thCr n h a t CO HOC o
Bai md dau CAC KHAI NIEM DAI CUONG 1. Chuyen dong co hoc La su thay ddi vi tri cua vat hay mot bo phan cua vat trong khong gian theo thdi gian. 2. Chat diem La mot vat co khoi lupng nhung co kich thu 6 c rat nho so v6 i nhung khoang cach ma ta dang khao sat. Mot tap hop chat diem goi la he chat diem (Mot vat co the coi la tap hop cua vo so chat diem). Chat diem co tfnh tuong doi. Vf du: Electron chuyen dong tren quy dao quanh hat nhan; Trai Dat quay xung quanh Mat Tr6 i dupe coi la chat diem. 3. He quy chieu Vat dupe chon lam moc, cung voi he toa do va mot chiec dong ho gin lien voi no, de xac dinh vi tri cua vat khac, goi la he quy chieu. 4. Phuong trinh chuyen dong cua chat diem /V Trong he toa do De-cac, vi tri cua chat diem M tai mot thai diem nao do dupe xac dinh boi 3 toa do x, y, z hoac boi ban kinh vecto r , deu la nhung ham y, z) cua thai gian. x = x(t); y = y(t); z = z(t) r = r(t) Q Zj Cac phuong trinh tren goi la cac phuong trinh chuyen dong cua chat diem. 5. Quy dao chuyen dong Quy dao chuyen dong la duong ma chat diem vach ra trong khong gian khi chuyen dong. 11
Muon xac dinh duoc dang quy dao, ta phai tim phuong trinh quy dao. Phuong trinh quy dao la phuong trinh bidu di6 n md'i quan he giua cac toa do. Vi du: y = ax 2 + bx +c (Quy dao parabol) 6. Tinh chat tirong doi cua chuyen dong Chuyen dong co tmh tuong doi, tuy theo he quy chieu ta chon, mot vat co the coi la dting yen hay chuyen dong. Vi du: Mot ngudi dang dutig yen tren tau hoa, nhung lai chuyen dong so vdi cay ben dudng. 7. Don vi do ludng M 6 i mot thuoc tmh cua mot doi tuong vat ly dupe dac trung boi mot hay nhieu dai lupng vat ly. Mot trong nhung van de co ban cua vat ly hoc la do ludng cac dai lupng vat ly. Ngudi ta phai chon mot dai lupng lam m lu goi la don vi. Tti nam 1971 ngudi ta da chon he don vi do ludng quoc te SI (System International - He quoc te). Bang 1.1. Bay dai lirgng vat ly co ban trong he SI Ten dai ludng Ky hieu Ten ddn vi Ky hieu ddn vj Chieu dai L met m Khoi luong M kilogam kg Thdi gian T giay s Cuong do dong dien 1 ampe A CifOng do sang J candela Cd Nhiet do e kelvin K Lirong vat chat N mol Mol Muon bieu diin nhung sd rat nho hay rat ldn, ngudi ta dung luy thua 10. Vf du: 3,6 mA = 3,6.10'3A 2,0 nm = 2,0.10'9nm Bang 1.2 ThCra so Ten tien to Ky hieu ThCra so Ten tien to Ky hieu 1012 Tera T 101 dexi d 109 Giga G 10-2 centi c 106 Mega M 103 mili m 103 Kilo K 10'6 micro 102 Hecto H 109 nano n 101 Deca D 10-12 pico P 12
8. Thur nguyen Thu: nguyen cua mdt dai lupng vat ly la c6 ng thtic neu len su phu thudc cua dai lupng do vao cac dai lupng co ban. Vf du: V^n toe = Chieu dai / Thdi gian Ta ky hieu thti nguyen van toe la: [Van toe] = L/T = L T 1 Don vi cua van toe la: m/s. Vf du: Cong thtic chu ky cua con ldc: T = 2n Thti nguyen cua hai ve la: T = thtic tren la hop ly. 9. Cac dai lupng vat ly M 6 i thuoc tfnh cua mot doi tupng vat ly (Mot vat the, mot hien tuong, mot qua trinh...) dupe dac trung boi mot hay nhieu dai lupng vat ly. Vi clu: Khoi lupng, thdi gian, the tfch, luc, nang lupng... Cac dai lupng vat ly co the la vo hudng hay dai lupng vecto (huu hudng). 9.1. Xac dinh mot dai luong vd hu&ng Nghla la xac dinh gia tri cua no, co nhung dailupng vo hudng khong am nhu: The tich, khoi lupng..., co nhung dai lupng vo huong ma gia tri co the am hay duong, vf du nhu: dien tfch, hieu dien the... 9.2. Xac dinh mot dai luang vecto Nghla la xac djnh diem dat, phuong, chieu, va do 1dm cua vecto dac trung cho dai lupng do. Vf du: luc F, cudng do dien trudng E... 13
Chuong 1 * DONG HOC CHAT DIEM Dong hoc la mot ph£n cua co hoc nghien ctiu cac quy luat van dong co, khong chu y den nguyen nhan da gay ra anh hudng, tac dong len van dong co. 1. V e c to d jc h c h u y e n Gia thiet co mot chat diem van dong co. Sau thdi gian t vach ra quy dao cong AB. Ngudi ta goi do dai cua doan duong AB la doan duong dich chuyen, ky hieu la S. S la mot ham cua thoi gian: S = S(t) Neu xet doan duong dich chuyen AB tti A den B hay tti B ve A thi do dai, tmh chat, do cong... khong khac gi nhau. Hinh 1.1 Neu la'y A lam goc, B lam ngon, ve vecto AB, ngudi ta goi vecto AB la vecto dich chuyen, ky hieu la L . Vecto dich chuyen L khac doan dudng dich chuyen S ve do dai, do la vecto chi huong chuyen dong. Do vay, khong the dung doan dudng dich chuyen S de thay cho vecto dich chuyen L va nguoc lai. Nhung neu xet trong then gian vo cung nho dt, chat diem di duoc doan dudng vo cung nho dS, vecto dich chuyen tuong ting dL. Ta thay ve do ldn dS = dL (day cung chap len cung vi phan). Khi chat diem chuyen dong thang, cd quy dao la mot doan thang thi cac vecto djch chuyen vi phan dL trung phuong vdi doan dudng dich chuyen dS. Khi chat diem chuyen dong cong, cd quy dao la mot dudng cong. thi cac vecto dich chuyen dL cd phuong tiep tuyen vdi doan dudng dich chuyen dS. dL Al— -> ---------------------------- 1 B dt Hinh 1.2 14
2 . V a n td 'c ■ 2.1. Djnh nghla Van toe la dai luong vat ly dac trung cho su bi6 n d 6 i cua quang ducmg dich chuyen theo thoi gian. No chi cucmg do chuyen dong. Ky hieu: v, don vi: m/s (trong he SI). 2.1.1. Van toe trung binh La ty so g iu a doan dudng dich chuyen AS m a chat di^m di duoc sau khoang thdi gian At vdi khoang thdi gian At dd: - AS v= — At Trong mot khoang thdi gian chuyen dong At, cha't diem cd the cd van td'c khdng deu, khi nhanh, khi cham. Do dd van toe trung binh v khdng dac trung cho cudng do chuyen dong cua chat diem d tfimg thdi di^m, tiirng vi tri mot tren quy dao. Do dd ngudi ta dung khai niem van toe tire thdi. 2.1.2. Van toe titc thdi La van toe cua chat diem d mot thdi diem xac dinh AS dS v„ = lim — = — A,-*° At dt Van toe tuc thdi cd do ldn bang dao ham bac nhat cua quang dudng theo thdi gian. 6 mdi thdi diem xac dinh, chat diem cd mot gia tri van toe ttic thdi xac dinh. Vay van toe tuc thdi cung la mot ham sd cua thdi gian chuyen dong: vt = v,(t) 2.2. Vecto van toe Khi chuyen dong, chat diem cd van toe luc nhanh, luc cham, khi di theo hudng nay, khi di theo hudng khac. Do vay, de bieu thi van toe chuyen dong cua mot cha't diem, chung ta phai dung mot vecto de md ta ca ve do ldn va phuong chieu. Ky hieu: vecto van toe v 2.2.1. Vecto van toe trung binh Sau mot khoang thdi^gian At, chat diem di duoc doan dudng AS, cd vecto dich chuyen tuong ung la AL . Vecto van toe trung binh: 15
= AL v=---- At 2.2.2. Vecto van toe t&c th&i Vecto van toe trung binh khong dac trung cho chuyen dong cua chat diem 6 tiirng thdi didm, ta dung khai niem vecto van toe turc thdi (goi tat la vecto van toe). - AL dL v= lim ---- = — A t-> 0 At dt v cd phuong chieu la phuong chieu cua dL (phuong tiep tuyen vdi quy dao cong tai diem xet) dL dS . . Dd ldn: = — = — (vi dL=dS) dt dt (bang dao ham bac nhat cua quang dudng dich chuydn theo thdi gian) - Neu chat diem chuyen dong tren mat phang thi toa do cua no cd hai thanh phan (x va y). v - v x+ v y - Neu chat diem chuydn dong trong khdng gian, van toe cd ba thanh phan. v = v x+ v y+ v z 2.3. Y nghla + Vecto van toe v cho biet chuyen dong la cong hay thang, bien doi hay deu - Neu v cd phuong khdng doi theo thdi gian thi chuyen dong khong doi phuong, quy dao la mot doan thang. - Neu v cd phuong va do ldn khdng doi theo thdi gian thi chuyen dong la thang deu. - Neu v cd phuong va do ldn luon thay doi theo thdi gian thi chuyen ddng la cong, bien doi, quy dao la mot dudng cong. + Biet do ldn v suy ra quang dudng dich chuyen v = — => v.dt = dS=> S = [v.dt dt J . ... 16 ". I
3. Gia toe 3.1. Djnh nghla Gia toe la mdt dai luong vat ly dac trung cho su bien d 6 i cua vecto van toe theo thdi gian. Ky hieu la a . Don vi trong he SI: m/s2. 3.2. Bieu thurc 3.2.1. Gia toe trung binh Av a=- At G ia toe trung binh cua chuyen dong trong khoang thdi gian At la ty sd giua do bien thien van toe Av vdi khoang thdi gian At xay ra do bien thien van toe dd. 3.3.2. Gia toe tuc thdi L a dai luong dac trung cho su bien doi cua vecto van toe d tai m o t thdi diem xac dinh (goi la gia toe). K hoang thdi gian At cang nhd thi gia toe trung binh cang dac trung chm h xac cho su bien thien cua van toe. ~ Av dv a = lim a = l i m — = — At->0 At->0 At dt Vay: Gia toe la dai luong vecto bang dao ham bae nhat cua vecto van toe theo thdi gian. 3.3. Cac thanh phan cua gia toe Gia toe la mot dai luong vecto nen ta cd the phan chia gia toe ra lam 2 thanh phan: gia toe tiep tuyen a , va gia toe phap tuyen a n. Mdi thanh phan cua gia toe dac trung cho sir bien doi cua vecto van toe ve moi phuong dien: do ldn va phuong chieu. Xet mot chat diem chuyen dong cong, gia su sau thdi gian At rat nhd, sao cho quy dao MM | cd th 6 coi nhu mot cung tren dudng tron tam O, ban kinh R: DAI HOC THAI NGUYEN 17 TRUNG TAM HOC L IE U
- Tai di£m M: chat diem co van toe v bi£u di6 n bang vecto MA - Sau thdi gian At, chat didm 6 vi tri M, co vecto van toe v,= v + Avbi£u di6 n boi vecto M,A, . Tti di6 m M ve vecto MB=v, . Noi A va B ta duoc vecto AB = v,- v = Av - Tu: diem M tren phuong v, ta dat doan MC = v,. Noi C va B, theo hinh ve ta co: AB=AC+CB hay Av=Avt+Avn • - ,• Av Av. Avn => gia toe a= lim— = lim— L+ lim— - A At A 0 At A At t-»0 t-> t-*0 a=a,+a n t Vay gia toe a duoc phan tfch thanh hai thanh phan. Ta hay tim y nghla cua tCrng thanh phan. 3.3.1. Gia toe tiep tuyen — AC A v, a ,= lim = lim A t—>0 At At —>0 At > - Phuong cua a, : la phuong cua A v „ khi At — 0. Nghla la phuong tiep tuyen vdi quy dao cong tai M. Do dd at duoc coi la gia toe tiep tuyen. - Chieu cua a, : la chieu cua A v , , cung chieu V neu v, > v va nguoc lai (nghla la cung chieu chuyen dong, neu chuyen dong nhanh dan, a, nguoc chieu chuydn dong neu chuyen dong cham dan v, < v). Av v,-v Av dv d:S Do ldn cua a, : a,t = a t = lim a = = lim - 1— = lim — = — = —- A t—>0 At At-»o At A At dt ,^° dt' Vay gia toe tiep tuyen cd do ldn bang dao ham bae nha'tdo ldncua van toe theo thdi gian. Do ldn cua van toe bien doi cang nhieu, a, cang ldn. Vi vay, ta noi: gia toe tiep tuyen dac tning cho sic bien doi cua vecto van toe ve mat do Ion. 3.3.2. Gia toe phap tuyen CB A vn lim — = lim- A o At A At t-> ,_>0 18