Dao động cơ 1

(1)

Nội dung lý thuyết môn Vật lí khối 12 1

Chương I. DAO ĐỘNG CƠ Bài 1: DAO ĐỘNG DIỀU HÒA I. Dao động cơ

1. Thế nào là dao động cơ?

Dao động cơ là chuyển động qua lại của vật quanh một vị trí cân bằng.

2. Dao động tuần hoàn

Dao động tuần hoàn là dao động mà sau những khoảng thời gian bằng nhau, gọi là chu kì, vật trở lại vị trí cũ theo hướng cũ.

II. Phương trình của dao động điều hòa 1. Ví dụ

Xét điểm M chuyển động tròn đều theo chiều dương (ngược chiều kim đồng hồ) với tốc độ góc

 trên quỹ đạo tâm O bán kính OM = A.

+ Ở thời điểm t = 0, điểm M ở vị trí M0 được xác định bởi góc .

+ Ở thời điểm t bất kì M được xác định bởi góc (t + ).

+ Hình chiếu của M xuống trục Ox là P có tọa độ: x =

____

OP = Acos(t + ).

Vì hàm sin hay cosin là một hàm điều hòa, nên dao động của điểm P được gọi là dao động điều hòa.

2. Định nghĩa

Dao động điều hòa là dao động trong đó li độ của vật là một hàm côsin (hay sin) của thời gian.

3. Phương trình

Phương trình dao động: x = Acos(t + ) Trong đó:

A là biên độ dao động (A > 0). Nó là độ lệch cực đại của vật; đơn vị m, cm.

(t + ) là pha của dao động tại thời điểm t.

 là pha ban đầu của dao động; đơn vị rad; có giá trị nằm trong khoảng từ -  đến .

4. Chú ý

+ Điểm P dao động điều hòa trên một đoạn thẳng luôn luôn có thể dược coi là hình chiếu của một điểm M chuyển động tròn đều lên đường kính là đoạn thẳng đó.

+ Đối với phương trình dao động điều hòa x = Acos(t + ) ta qui ước chọn trục x làm gốc để tính pha của dao động.

III. Chu kì, tần số, tần số góc của dao động điều hòa 1. Chu kì và tần số

(2)

+ Chu kì (kí hiệu T) của dao động điều hòa là khoảng thời gian để vật thực hiện một dao động toàn phần; đơn vị giây (s).

+ Tần số (kí hiệu f) của dao động điều hòa là số dao động toàn phần thực hiện được trong một giây; đơn vị héc (Hz).

2. Tần số góc

 trong phương trình x = Acos(t + ) gọi là tần số góc của dao động điều hòa.

Liên hệ giữa , T và f:  = T



2 = 2f.

IV. Vận tốc và gia tốc của vật dao động điều hòa 1. Vận tốc

+ Vận tốc là đạo hàm của li độ theo thời gian: v = x' = - Asin(t + ).

+ Vận tốc của vật dao động điều hòa biến thiên điều hòa cùng tần số nhưng sớm pha hơn 2

 so với với li độ của dao động.

- Ở vị trí biên, x =  A thì vận tốc bằng 0.

- Ở vị trí cân bằng, x = 0 thì vận tốc có độ lớn cực đại: vmax = A.

2. Gia tốc

+ Gia tốc là đạo hàm của vận tốc theo thời gian: a = v' = - ²Acos(t + ) = - ²x + x, v và a biến thiên điều hòa cùng tần số; a ngược pha với x, sớm pha

2

 so với v.

+ a



luôn hướng về vị trí cân bằng và có độ lớn tỉ lệ với độ lớn của li độ.

- Ở vị trí biên, x =  A thì gia tốc có độ lớn cực đại : amax = ²A.

- Ở vị trí cân bằng (x = 0) thì a = 0.

V. Đồ thị của dao động điều hòa

Đồ thị của dao động điều hòa là một đường hình sin Bài 2: CON LẮC LÒ XO

I. Con lắc lò xo 1. Cấu tạo

Gồm một vật nho, khối lượng m gắn vào đầu của một lò xo có độ cứng k, có khối lượng không đáng kể. Đầu kia của lò xo được giữ cố định. Vât m có thể trượt trên một mặt phẵng ngang không có ma sát.

2. Nhận xét

+ Vị trí cân bằng của vật là vị trí khi lò xo không bị biến dạng.

(3)

+ Kéo vật nặng ra khỏi vị trí cân bằng cho lò xo dãn ra một đoạn nhỏ rồi buông tay, ta thấy vật dao động trên một đoạn thẳng quanh vị trí cân bằng.

II. Khảo sát dao động của con lắc lò xo về mặt động lực học 1. Phương trình chuyển động

Vật chịu tác dụng của 3 lực: Trọng lực ^P, phản lực N^ và lực đàn hồi F^. Theo định luật II Newton:

m^a=



P +N^ +



F Chiếu lên trục Ox ta có:

ma = F = - kx  a = - m

k x.

Đặt ² = m

k ta có: a = - ² x

Nghiệm của phương trình này có dạng :

x = Acos(t + ) Như vậy con lắc lò xo dao động điều hòa.

2. Tần số góc và chu kì

Tần số góc:  = m

k .

Chu kì: T =





2 = 2 m

 k . 3. Lực kéo về

Lực luôn luôn hướng về vị trí cân bằng gọi là lực kéo về. Lực kéo về có độ lớn tỉ lệ với li độ, là lực gây ra gia tốc cho vật dao động điều hòa.

III. Khảo sát dao động của con lắc lò xo về mặt năng lượng 1. Động năng của con lắc lò xo

Wđ = 2

1mv² = 2

1m²A²sin²(t+) = 2

1kA²sin²(t + ) . 2. Thế năng của con lắc lò xo

Wt = 2

1kx² = 2

1k A²cos²(t + )

3. Cơ năngcủa con lắc lò xo. Sự bảo toàn cơ năng

W = Wt + Wđ = 2

1k A² = 2

1 m²A² = hằng số.

(4)

Cơ năng của con lắc tỉ lệ với bình phương của biên độ dao động.

Cơ năng của con lắc được bảo toàn nếu bỏ qua mọi ma sát.

BÀI 3: CON LẮC ĐƠN I. Con lắc đơn

Con lắc đơn gồm một vật nhỏ khối lượng m, treo ở đầu của một sợi dây không giãn có chiều dài l và khối lượng không đáng kể.

Con lắc có 1 vị trí cân bằng là vị trí dây treo thẳng đứng

Nếu kéo vật khỏi vị trí cân bằng một góc α buông ra vật sẽ dao động quanh vị trí cân bằng, giữa hai vị trí biên

II. Khảo sát dao động của con lắc lò xo về mặt động lực học

Xét vật khi lệch khỏi vị trí cân bằng với li độ góc α hay li độ cong s = lα - Thành phần lực kéo về Pt = -mgsinα

- Áp dụng định luật II Niu tơn Pt = ma - Nếu α nhỏ thì sinα  α

l

 s ma ms"

l

mgs  



  " s0

l s g

Đặt ω² = l

g s"²s0

* Vậy dao động của con lắc đơn là dao động điều hòa. Với phương trìnhss₀cos



t



* Tần số góc:

l

 g



* Chu kì:

g T 2 l

* Tần số: ¹ 2 f g

 l



III. Khảo sát dao động của lò xo về mặt năng lượng 1. Động năng của con lắc đơn ²

2 1mv W_đ 

2. Thế năng của con lắc đơn - Chọn góc thế năng ở vị trí cân bằng W_t mg(1cos)

* Thế năng và động năng của con lắc lò xo biến thiên điều hòa với chu kì T/2.

3. Cơ năng của con lắc đơn. Sự bảo toàn cơ năng

) cos 1 2 (

1 2   

 mv mgl

W = hằng số

Bỏ qua ma sát thì cơ năng được bảo toàn.

IV. Ứng dụng: xác định gia tốc rơi tự do

(5)

- Người ta dùng con lắc đơn để đo gia tốc trọng trường của trái đất.

+ Đo chu kì tương ứng với chiều dài của con lắc nhiều lần + Áp dụng l

g T₂ 42



BÀI 4: DAO ĐỘNG TẮT DẦN. DAO ĐỘNG CƯỠNG BỨC I. Dao động tắt dần

1. Thế nào là dao động tắt dần.

Dao động có biên độ giảm dần theo thời gian được gọi là dao động tắt dần 2. Giải thích

Trong dao động của con lắc thì ma sát làm mất đi một phần năng lượng của dao động làm cho biên độ giảm dần.

3. Ứng dụng

Dao động tắt dần được ứng dụng trong các thiết bị đóng cửa tự động, giảm xóc ô tô, mô tô. . . II. Dao động duy trì

Để dao động không tắt dần người ta dùng thiết bị cung cấp năng lượng đúng bằng năng lượng tiêu tốn sau mỗi chu kì. Dao động như thế gọi là dao động duy trì.

III. Dao động cưỡng bức

1. Thế nào là dao động cưỡng bức?

Dao động được duy trì bằng cách tác dụng vào nó một ngoại lực cưỡng bức tuần hoàn. Gọi là dao động tuần hoàn

2.Ví dụ…………..

3. Đặc điểm

- Dao động cưỡng bức có biên độ không đổi, tần số bằng tần số lực cưỡng bức.

- Biên độ phụ thuộc vào biên độ lực cưỡng bức và sự chênh lệch tần số của lực cưỡng bức và tần số riêng của dao động

IV. Hiện tượng cộng hưởng 1. Định nghĩa

Hiện tượng biên độ dao động cưỡng bức tăng đến giá trị cực đại khi tần số f của lực cưỡng bức tiến đến bằng tần số riêng f0 của hệ dao động gọi là hiện tượng cộng hưởng.

* Điều kiện cộng hưởng: f = f0

2. Giải thích

Khi f = f0 thì năng lượng được cung cấp một cách nhịp nhàng biên độ tăng dần lên. Biên độ cực đại khi tốc độ cung cấp năng lượng bằng tốc độ tiêu hao năng lượng

3. Tầm quan trọng của hiện tượng cộng hưởng

(6)

- Hiện tượng cộng hưởng có hại: làm sập nhà cửa, cầu … - Hiện tượng cộng hưởng có lợi: hộp đàn guitar, violon….

Bài 5: TỔNG HỢP HAI DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA CÙNG PHƯƠNG, CÙNG TẦN SỐ.

PHƯƠNG PHÁP GIẢN ĐỒ FRE-NEN I. Vectơ quay

Ta có thể biểu diễn một dao động x Acos(t) bằng một vectơ quay tai thời điểm ban đầu có các đặc điểm sau:

+ Có gốc tại góc tọa độ của Ox

+ Có độ dài bằng biên độ dao động; OM = A.

+ Hợp với Ox một góc 

II. Phương pháp giản đồ Fre-nen 1. Đặt vấn đề

Tìm tổng của hai dao động

) cos(

2 2

2

1 1

1

















t A

x

t A

x

2. Phương pháp giản đồ Fre-nen

Ta lần lượt ta vẽ hai vec tơ quay đặt trưng cho hai dao động:

- Ta thấy OM₁ và OM₂ quay với tốc độ góc ω thì OM cũng quay với tốc độ góc là ω.

- Phương trình tổng hợp

) cos( 

 A t x

* Kết luận: “Dao động tổng hợp của hai dao động điều hòa cùng phương, cùng tần số là một dđ đh cùng phương, cùng tần số với hai dao động đó”

Trong đó:

) cos(

2 ₁ ₂ ₂ ₁

2 2 2 1

2  A  A  AA  

A (1);

2 2 1 1

cos cos

sin tan sin



 

A A



  (2)

3. Ảnh hưởng của độ lệch pha

* Nếu hai dao động cùng pha:  ₂ ₁ 2n với n = 1;2;3...

2

1 A

A A 

 (lớn nhất)

* Nếu hai dao động ngược pha:  ₂₁ (2n1) với n = 1;2;3...

(7)

2

1 A

A A 

 (nhỏ nhất) 4. Ví dụ

Tính tổng hai dao động

) 3)(

5 cos(

4

) )(

5 cos(

3

2 1

cm t

x

cm t x

 







Giải Áp dụng các công thức đã học: x6,1cos(5t0,19)(cm)

CHƯƠNG II : SÓNG CƠ HỌC, ÂM HỌC Bài 7: SÓNG CƠ VÀ SỰ TRUYỀN SÓNG CƠ I. SÓNG CƠ HỌC

- Định nghĩa: Sóng cơ học là những dao động lan truyền trong môi trường vật chất theo thời gian - Đặc điểm: Chỉ có trạng thái dao động ( tức là pha dao động ) truyền đi, còn các phần tử vật chất

chỉ dao động tại chỗ

- Sóng cơ không truyền trong chân không, chỉ truyền được trong môi trường ( rắn, lỏng, khí ) - Phân loại:

 Sóng ngang : Phương dao động vuông góc với phương truyền sóng Sóng ngang truyền được trong chất rắn và mặt chất lỏng

 Sóng dọc : Phương dao động trùng với phương truyền sóng Sóng dọc truyền được trong chất rắn , chất lỏng, và chất khí II. CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA MỘT SÓNG HÌNH SIN

1. Biên độ sóng: Biên độ A của sóng là biên độ dao động của một phần tử của môi trường có sóng truyền qua.

2. Chu kì ( hoạc Tần số ) của sóng: Chu kì T [ s ] của sóng là chu kì dao động của một phần tử của môi trường có sóng truyền qua.

Đại lượng f ¹

 Tgọi là tần số của sóng

3. Tốc độ truyền sóng: Tốc độ truyền sóng v [ m/s ] là tốc độ lan truyền dao động trong môi trường ( hay tốc độ truyền pha dao động )

- Đối với mỗi môi trường, tốc độ truyền sóng v có một giá trị không đổi

- Bước sóng: Bước sóng  [ m ] là quãng đường mà sóng truyền được trong một chu kì ( hay là khoảng cách giữa hai điểm gần nhau nhất trên phương truyền sóng và dao động cùng pha nhau )

v.T v

   f

- Năng lượng sóng: Năng lượng sóng là năng lượng dao động của các phần tử của môi trường có sóng truyền qua.

III. PHƯƠNG TRÌNH SÓNG

(8)

- Chọn gốc tọa độ tại 0 và gốc thời gian sao cho phương trình sóng tại nguồn 0:

u0 A cos t

Trong đó u₀ là li độ tại nguồn 0 vào thời điểm t ( độ dời của 0 vào thời điểm t ) - Phương trình sóng tại điểm M trên phương truyền sóng có tọa độ x ( cách nguồn 1 đoạn x )

có sóng truyền qua:

M

x t x 2 x

u A cos (t ) A cos 2 ( ) A cos( t )

v T

         

 

Trong đó u_M là li độ tại M có tọa độ x vào thời điểm t ( độ dời của M vào thời điểm t ) Bài 8: GIAO THAO SÓNG

I. HIỆN TƯỢNG GIAO THOA

- Giao thoa là hiện tượng hai sóng kết hợp khi gặp nhau thì có những điểm cố định mà ở đó biên độ được tăng cường hoặc bị triệt tiêu ( hoặc giảm bớt )

- Các gợn sóng có hình các đường hypebol gọi là các vân giao thoa II. CỰC ĐẠI VÀ CỰC TIỂU

1. Dao động của một điểm trong vùng giao thoa:

 Xét điểm M trong miền giao thoa, cách hai nguồn kết hợp S1 và S2 lần lượt d1 = MS1 ; d2 = MS2 có vận tốc truyền sóng là v.

 Phương trình dao động tại S1 và S2 : u1 = u2 = Acost

 Phương trình dao động tại M do S1 truyền đến: u_1M A cos 2 (^t ^d¹)

  T



 Phương trình dao động tại M do S2 truyền đến: u_2M A cos 2 (^t ^d²)

  T



 Phương trình dao động tại M: u_M u_1M u_2M 2A cos ^(d² ^{d )}¹ cos 2 (^t ^d¹ ^d²)

T 2

  

    

 

- Biên độ dao động tại một điểm trong vùng giao thoa:

2. Vị trí cực đại và cực tiểu giao thoa:

a/ Vị trí các cực đại giao thoa:

- Cực đại giao thoa nằm tại các điểm có hiệu đường đi của hai sóng tới đó bằng một số nguyên lần bước sóng

2 1

d   d k với k   0; 1; 2; 3...

 Vân cực đại ( gợi lồi ): Quĩ tích các điểm này gọi là vân cực đại (các điểm có biên độ dao động cực đại )

2 1

M

(d d ) A 2A cos 



(9)

b/ Vị trí các cực tiểu giao thoa:

- Cực tiểu giao thoa nằm tại các điểm có hiệu đường đi của hai sóng tới đó bằng một số nửa nguyên lần bước sóng

2 1

d d (k 1)

   2 với k   0; 1; 2; 3...

 Vân cực tiểu ( gợi lõm ): Quĩ tích các điểm này gọi là vân cực tiểu (các điểm có biên độ dao động triệt tiêu hoặc cực tiểu )

IV. ĐIỀU KIỆN GIAO THOA. SÓNG KẾT HỢP

1. Nguồn kết hợp: Hai nguồn kết hợp là hai nguồn dao động cùng phương, cùng chu kì ( hay tần số ) và có hiệu số pha ( độ lệch pha ) không đổi

* Hai nguồn kết hợp có cùng pha là hai nguồn đồng bộ

2. Sóng kết hợp: Hai sóng kết hợp là hai sóng do hai nguồn kết hợp phát ra ( Hai sóng kết hợp là hai sóng dao động cùng phương, cùng chu kì [ hay tần số ] và có hiệu số pha [ độ lệch pha ] không đổi )

3. Điều kiện giao thoa: Để có hiện tượng giao thao thì hai sóng ( hai nguồn ) phải kết hợp

4. Kết luận: Hiện tượng giao thoa là một hiện tượng đặc trưng của sóng, ngược lại quá trình vật lý nào gây ra hiện tượng giao thoa cũng tất yếu là một quá trình sóng.

Bài 9: SÓNG DỪNG I. SỰ PHẢN XẠ CỦA SÓNG

1. Phản xạ của sóng trên vât cản cố định:

- Khi phản xạ trên vật cản cố định, sóng phản xạ luôn luôn ngược pha với sóng tới ở điểm phản xạ và triệt tiêu lẫn nhau

2. Phản xạ của sóng trên vât cản tự do:

- Khi phản xạ trên vật cản tự do, sóng phản xạ luôn luôn cùng pha với sóng tới ở điểm phản xạ và tăng cường lẫn nhau

II. SÓNG DỪNG 1. Khái niệm

- Khi một sóng tới và sóng phản xạ của nó truyền theo cùng một phương thì chúng giao thoa với nhau, và tạo thành một hệ sóng dừng.

- Trong sóng dừng có những điểm cố định khác mà phần tử vật chất tại đó luôn luôn đứng yên gọi là nút và những điểm cố định mà các phần tử vật chất tại đó luôn dao động với biên độ cực đại gọi là bụng

- Sóng dừng là sóng có các nút và các bụng cố định trong không gian.

- Khoảng cách giữa hai điểm nút hoặc hai bụng liên tiếp bằng nửa bước sóng ( bằng

2

.) 2. Điều kiện để có sóng dừng

a. Sóng dừng trên một sợi dây có hai đầu cố định ( hai đầu là nút )

- Điều kiện để có sóng dừng trên một sợi dây có hai đầu cố định ( hai đầu là nút ) là chiều dài sợi dây bằng một số nguyên lần nửa bước sóng

(10)

l = k

2

. ( k = 1, 2, 3, ...)

b. Sóng dừng trên một sợi dây có một đầu cố định ( nút ) và một đầu tự do ( bụng )

- Điều kiện để có sóng dừng trên một sợi dây có một đầu cố định ( nút ) và một đầu tự do ( bụng ) là chiều dài sợi dây bằng một số lẻ lần

4



l = k

2

 +

4

 = ( 2k + 1 ) 4

 ( k = 0, 1, 2, 3, ...)

* Lưu ý : Các điều kiện này cũng đúng cho trường hợp cột không khí ( sáo, kèn ...) : Khi đó tại điểm nghe to nhất ứng với bụng sóng, không nghe ứng với nút sóng

3. Cách xác định vận tốc truyền sóng bằng hiện tượng sóng dừng ( một ứng dụng của sóng dừng )

 Đo bước sóng 

 Đo tần số f.  Vận tốc truyền sóng: v = .f

Bài 10: ĐẶC TRƯNG VẬT LÍ CỦA ÂM I. ÂM - NGUỒN ÂM

1. Khái niệm âm ( sóng âm):

- Sóng âm là những sóng cơ học truyền trong các môi trường rắn, lỏng, khí 2. Nguồn âm:

- Một vật dao động phát ra âm gọi là nguồn âm

- Tần số dao động của nguồn cũng là tần số của sóng âm 3. Phân loại:

a. Âm nghe được ( âm thanh ): Những sóng âm gây ra cảm giác âm có tần số từ 16 Hz đến 20.000 Hz

b. Sóng siêu âm: Những sóng âm mà tai người không nghe được có tần số f > 20.000 Hz c. Sóng hạ âm: Những sóng âm mà tai người không nghe được có tần số f < 16 Hz

4. Sự truyền âm:

a. Môi trường truyền âm

- Âm truyền được qua các chất rắn, lỏng và khí - Âm không truyền được trong chân không

* Lưu ý: Âm không truyền được qua một số vật chất ( xốp, bông, len, vải …) các chất này gọi là chất cách âm

- Trong chất khí và chất lỏng sóng âm là sóng dọc

(11)

- Trong chất rắn sóng âm có thể là sóng ngang và sóng dọc b. Tốc độ truyền âm

- Trong mỗi môi trường, âm truyền với một tốc độ xác định II. NHỮNG ĐẶC TRƯNG VẬT LÍ CỦA ÂM

- Nhạc âm: là nhựng âm có tần số xác định - Tạp âm: là nhựng âm không có tần số xác định

- Về phương diện vật lí , âm được đặc trưng bằng: tần số, cường độ ( hoặc mức cường độ ) và đồ thị dao động của âm

1. Tần số âm:

- Tần số âm là một trong những đặc trưng quan trọng nhất của âm 2. Cường độ âm và mức cường độ âm:

a. Cường độ âm

- Cường độ âm I tại một điểm là đại lượng được đo bằng lượng năng lượng mà sóng âm tải qua một đơn vị diện tích đặt tại điểm đó, vuông góc với phương truyền sóng trong một đơn vị thời gian

- Đơn vị: Cường độ âm I ( W/m²) b. Mức cường độ âm:

- Mức cường độ âm L là logarit của tỷ số

0

I

I ( trong đó cường độ âm chuẩn I0 = 10^-12 W/m² ứng với tần số 1000 Hz )

- Công thức tính theo đơn vị B( ben ):

0

L lgI

 I ; theo đơn vị dB( đềxiben ):

0

L 10.lgI

 I 3. Âm cơ bản và họa âm:

- Khi một nhạc cụ phát ra một âm có tần số f0 thì:

+ Âm cơ bản ( họa âm thứ nhất ): là âm có tần số f0

+ Họa âm: là các âm phát đồng thời với âm cơ bản nhưng có tần số 2f0 , 3f0 , 4f0 …gọi là họa âm thứ hai, thứ ba, thứ tư …

- Biên độ các họa âm lớn, nhỏ không như nhau tùy thuộc vào nhạc cụ - Tập hợp các họa âm tạo thành phổ

- Tổng hợp đồ thị dao động của tất cả các họa âm gọi là đồ thị dao động của nhạc âm đó Bài 11: ĐẶC TRƯNG SINH LÍ CỦA ÂM

- Cảm giác âm ở tai người phụ thuộc vào ba đặc trưng vật lí : tần số, cường độ ( hoặc mức cường độ ) và đồ thị dao động của âm và ba đặc trưng sinh lí của âm: độ cao, độ to, và âm sắc

(12)

I. ĐỘ CAO

- Độ cao của âm là một đặc trưng sinh lý của âm, phụ thuộc vào tần số + Âm có tần số lớn gọi là âm cao, bổng

+ Âm có tần số nhỏ gọi là âm thấp, trầm II. ĐỘ TO

- Độ to của âm là một đặc trưng sinh lý của âm, phụ thuộc vào mức cường độ âm L

+ Ngưỡng nghe: là cường độ âm cực tiểu gây được cảm giác âm. Ngưỡng nghe thay đổi theo tần số

+ Ngưỡng đau : là cường độ âm cực đại sẽ gây ra cảm giác đau nhức trong tai

+ Miền nghe được: nằm trong phạm vi từ ngưỡng nghe đến ngưỡng đau, phụ thuộc vào tần số ( miền nghe được có thể thu hẹp hay mở rộng tùy theo tần số f của âm )

III. ÂM SẮC

- Âm sắc là một đặc trưng sinh lí của âm giúp ta phân biệt được các âm có cùng độ cao nhưng phát ra từ những nguồn âm khác nhau.

- Âm sắc được hình thành dựa trên tần số và biên độ âm ( phụ thuộc vào tần số và biên độ ) - Âm sắc phụ thuộc vào đồ thị dao động âm. Âm sắc khác nhau khi đồ thị dao động âm khác

nhau

IV. NGUỒN ÂM - HỘP CỘNG HƯỞNG 1. Có hai nguồn nhạc âm chính:

- Một loại được phát ra do dao động của các dây đàn - Một loại do dao động của cột khí

2. Hộp cộng hưởng:

- Là một vật rỗng có khả năng cộng hưởng với nhiều tần số âm khác nhau để tăng cường những âm đó

Ví dụ: Thùng đàn, thùng trống, than sáo, kèn …

CHƯƠNG III: DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU BÀI 12: ĐẠI CƯƠNG VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU I. Khái niệm về dòng điện xoay chiều

- Là dòng điện có cường độ biến thiên tuần hoàn với thời gian theo quy luật của hàm số sin hay cosin, với dạng tổng quát: i = Imcos(t + )

* i: giá trị của cường độ dòng điện tại thời điểm t, được gọi là giá trị tức thời của i (cường độ tức thời).

* Im > 0: giá trị cực đại của i (cường độ cực đại).

(13)

*  > 0: tần số góc. 2 f ² T

   

f: tần số của i; T: chu kì của i.* (t + ): pha của i.* : pha ban đầu II. Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều

- Xét một cuộn dây dẫn dẹt hình tròn, khép kín, quay quanh trục cố định đồng phẳng với cuộn dây đặt trong từ trường đều Br

có phương  với trục quay.

- Giả sử lúc t = 0,  = 0

- Lúc t > 0   = t, từ thông qua cuộn dây:

 = NBScos = NBScost

với N là số vòng dây, S là diện tích mỗi vòng.

-  biến thiên theo thời gian t nên trong cuộn dây xuất hiện suất điện động cảm ứng:

e d NBS sin t dt^  

  

- Nếu cuộn dây kín có điện trở R thì cường độ dòng điện cảm ứng cho bởi:

i NBS sin t R

 



Vậy, trong cuộn dây xuất hiện dòng điện xoay chiều với tần số góc  và cường độ cực đại:

m

I NBS R

 

Nguyên tắc: dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ.

BÀI 13: CÁC MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU I. Mạch điện xoay chiều chỉ có điện trở

- Nối hai đầu R vào điện áp xoay chiều: u = Umcost = U 2cost - Theo định luật Ohm i u U 2cos t

R R 

  Nếu ta đặt: I ^U

 R thì: i I 2cost - Kết luận:

1. Định luật Ohm đối với mạch điện xoay chiều: Sgk 2. u và i cùng pha.

(14)

II. Mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện 1. Thí nghiệm

- Kết quả:

+ Tụ điện không cho dòng điện một chiều đi qua.

+ Dòng điện xoay chiều có thể tồn tại trong những mạch điện có chứa tụ điện.

2. Khảo sát mạch điện xoay chiều chỉ có tụ điện

a. - Đặt điện áp u giữa hai bản của tụ điện:

u = Umcost = U 2cost - Điện tích bản bên trái của tụ điện:

q = Cu = CU 2cost

- Giả sử tại thời điểm t, dòng điện có chiều như hình, điện tích tụ điện tăng lên.

- Sau khoảng thời gian t, điện tích trên bản tăng q.

- Cường độ dòng điện ở thời điểm t:

i q t

 

 - Khi t và q vô cùng nhỏi dq CU 2sin t

dt  

   hay: 2 (cos )

iCU t2

b. Đặt: I = UC thì 2 (cos )

i I t2 và u = U 2cost - Nếu lấy pha ban đầu của i bằng 0

thì i I 2cost và 2 (cos ) u U t2

- Ta có thể viết:

1 I U

C



 và đặt Z_C ¹ C

 thì:

C

I U

 Z

trong đó ZC gọi là dung kháng của mạch.

~

i u

C

A B

(15)

- Định luật Ohm: (Sgk)

c. So sánh pha dao động của u và i

+ i sớm pha /2 so với u (hay u trễ pha /2 so với i).

3. Ý nghĩa của dung kháng

+ ZC là đại lượng biểu hiện sự cản trở dòng điện xoay chiều của tụ điện.

+ Dòng điện xoay chiều có tần số cao (cao tần) chuyển qua tụ điện dễ dàng hơn dòng điện xoay chiều tần số thấp.

+ ZC cũng có tác dụng làm cho i sớm pha /2 so với u.

III. Mạch điện xoay chiều chỉ có cuộn cảm thuần

- Cuộn cảm thuần là cuộn cảm có điện trở không đáng kể.

1. Hiện tượng tự cảm trong mạch điện xoay chiều

- Khi có dòng điện i chạy qua 1 cuộn cảm, từ thông tự cảm có biểu thức:

 = Li với L là độ tự cảm của cuộn cảm.

- Trường hợp i là một dòng điện xoay chiều, suất điện động tự cảm: e L ⁱ t

  

 - Khi t  0: e L^di

  dt

2. Khảo sát mạch điện xoay chiều có cuộn cảm thuần

- Đặt vào hai đầu L một điện áp xoay chiều. Giả sử i trong mạch là: i = I 2cost - Điện áp tức thời hai đầu cuộn cảm thuần: u Ldi LI 2sin t

dt  

   Hay 2 (cos )

uLI t2 a. Điện áp hiệu dụng ở hai đầu cuộn cảm: U = LI

Suy ra: I ^U

L

 Đặt ZL = L Ta có:

L

I U

Z

~

i u

L

A B

(16)

Trong đó ZL gọi là cảm kháng của mạch.

- Định luật Ohm: (Sgk)

b. Trong đoạn mạch chỉ có một cuộn cảm thuần: i trễ pha /2 so với u, hoặc u sớm pha /2 so với i.

3. Ý nghĩa của cảm kháng

+ ZL là đại lượng biểu hiện sự cản trở dòng điện xoay chiều của cuộn cảm.

+ Cuộn cảm có L lớn sẽ cản trở nhiều đối với dòng điện xoay chiều, nhất là dòng điện xoay chiều cao tần.

+ Z_L cũng có tác dụng làm cho i trễ pha /2 so với u.

Bài 14: MẠCH CÓ R, L, C MẮC NỐI TIẾP I. Phương pháp giản đồ Fre-nen

1. Định luật về điện áp tức thời

- Trong mạch xoay chiều gồm nhiều đoạn mạch mắc nối tiếp thì điện áp tức thời giữa hai đầu của mạch bằng tổng đại số các điện áp tức thời giữa hai đầu của từng đoạn mạch ấy.

u = u1 + u2 + u3 + …

2. Phương pháp giản đồ Fre-nen

a. Một đại lượng xoay chiều hình sin được biểu diễn bằng 1 vectơ quay, có độ dài tỉ lệ với giá trị hiệu dụng của đại lượng đó.

b. Các vectơ quay vẽ trong mặt phẳng pha, trong đó đã chọn một hướng làm gốc và một chiều gọi là chiều dương của pha để tính góc pha.

c. Góc giữa hai vectơ quay bằng độ lệch pha giữa hai đại lượng xoay chiều tương ứng.

d. Phép cộng đại số các đại lượng xoay chiều hình sin (cùng f) được thay thế bằng phép tổng hợp các vectơ quay tương ứng.

e. Các thông tin về tổng đại số phải tính được hoàn toàn xác định bằng các tính toán trên giản đồ Fre-nen tương ứng.

(17)

Hay ²LC1

II. Mạch có R, L, C mắc nối tiếp

1. Định luật Ôm cho đoạn mạch có R, L, C mắc nối tiếp. Tổng trở

- Điện áp tức thời hai đầu đoạn mạch: u = U 2cost

- Hệ thức giữa các điện áp tức thời trong mạch: u = uR + uL + uC

- Biểu diễn bằng các vectơ quay: U Ur  r_RUr_L Ur_C Trong đó: UR = RI, UL = ZLI, UC = ZCI

- Theo giản đồ:

2 2 2

2 ( )2 2

R LC

L C

U U U

R Z Z I

 

 

    - Nghĩa là:

2 ( _L _C)2

U U

I  R Z Z  Z

 

(Định luật Ôm trong mạch có R, L, C mắc nối tiếp). với Z R²(Z_LZ_C)² gọi là tổng trở của mạch.

2. Độ lệch pha giữa điện áp và dòng điện tan ^LC

R

U

  U

- Nếu chú ý đến dấu: tan ^L ^C ^L ^C

R

U U Z Z

U R

 ^  ^

+ Nếu ZL > ZC   > 0: u sớm pha so với i một góc .

+ Nếu ZL < ZC   < 0: u trễ pha so với i một góc .

3. Cộng hưởng điện

- Nếu ZL = ZC thì tan = 0   = 0 : i cùng pha với u.

- Lúc đó Z = R  Imax I ^U

 R  L ¹

 C

   Gọi đó là hiện tượng cộng hưởng điện.

- Điều kiện để có cộng hưởng điện là: Z_L Z_C L ¹

 C

   

R C

A L B

(18)

BÀI 15: CÔNG SUẤT ĐIỆN TIÊU THỤ CỦA MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU.

HỆ SỐ CÔNG SUẤT I. Công suất của mạch điện xoay chiều

1. Biểu thức của công suất

- Công suất điện tiêu tụ trung bình trong một chu kì:

P =UIcos (1)

- Nếu thời gian dùng điện t >> T, thì P cũng là công suất tiêu thụ điện trung bình của mạch trong thời gian đó (U, I không thay đổi).

2. Điện năng tiêu thụ của mạch điện W = P t (2) II. Hệ số công suất

1. Biểu thức của hệ số công suất

- Từ công thức (1), cos được gọi là hệ số công suất.

2. Tầm quan trọng của hệ số công suất

- Các động cơ, máy khi vận hành ổn đinh, công suất trung bình được giữ không đổi và bằng:

P = UIcos với cos > 0 

cos I P

UI 

 

cos

2 2

1

hp

P rI r P

U 

 

- Nếu cos nhỏ  Php sẽ lớn, ảnh hưởng đến sản xuất kinh doanh của công ti điện lực.

3. Tính hệ số công suất của mạch điện R, L, C nối tiếp

cos R

 Z hay cos

2 ( 1 )2

R

R L

C



 



 

-Công suất trung bình tiêu thụ trong mạch:

cos

 

     

2 2

P UI UU R Z Z R U RI

Z

Mạch i

~

(19)

BÀI 16: TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG. MÁY BIẾN ÁP I. Bài toán truyền tải điện năng đi xa

- Công suất phát từ nhà máy: Pphát = UphátI

trong đó I là cường độ dòng điện hiệu dụng trên đường dây.

- Công suất hao phí do toả nhiệt trên đường dây: ^phá

phá

phá phá

2

2 t 2

t t

hp

P R

P RI R P

U U

  

 Muốn giảm Php ta phải giảm R (không thực tế) hoặc tăng Uphát (hiệu quả).

- Kết luận:

Trong quá trình truyền tải điện năng, phải sử dụng những thiết bị biến đổi điện áp.

II. Máy biến áp

- Là những thiết bị có khả năng biến đổi điện áp (xoay chiều).

1. Cấu tạo và nguyên tắc của máy biến áp

* Cấu tạo: (Sgk)

* Nguyên tắc hoạt động

- Đặt điện áp xoay chiều tần số f ở hai đầu cuộn sơ cấp. Nó gây ra sự biến thiên từ thông trong hai cuộn.

- Gọi từ thông này là:

0 = mcost - Từ thông qua cuộn sơ cấp và thứ cấp:

1 = N1mcost

2 = N2mcost - Trong cuộn thứ cấp xuất hiện suất điện động cảm ứng e2:

2 2 m

e d N sin t

dt^  

   

- Vậy, nguyên tắc hoạt động của máy biến áp dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ.

2. Khảo sát thực nghiệm một máy biến áp

(20)

- Hai tỉ số ²

1

N

N và ²

1

U

U luôn bằng nhau: ² ²

1 1

N U N U

- Nếu ²

1

N

N > 1: máy tăng áp. - Nếu ²

1

N

N < 1: máy hạ áp.

- Khi một máy biến áp ở chế độ không tải, thì nó hầu như không tiêu thụ điện năng. ² ¹ ²

1 2 1

U I N

U  I  N - Kết luận: (Sgk)

3. Hiệu suất của máy biến áp - Định nghĩa: (Sgk)

- Sự tổn hao điện năng trong một máy biến áp gồm có:

+ Nhiệt lượng Jun trong các cuộn dây.

+ Nhiệt lượng Jun sinh ra bởi dòng điện Fu-cô.

+ Toả nhiệt do hiện tượng từ trễ.

III. Ứng dụng của máy biến áp 1. Truyền tải điện năng.

2. Nấu chảy kim loại, hàn điện.

Bài 17 : MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU I. Máy phát điện xoay chiều một pha

Cấu tạo:

- Phần cảm (roto) tạo ra từ thông biến thiên bằng các nam châm quay.

- Phần ứng (stato) gồm các cuộn dây giống nhau, cố định trên một vòng tròn.

+ Từ thông qua mỗi cuộn dây biến thiên tuần hoàn với tần số:

f np trong đó: n (vòng/s) p: số cặp cực.

II. Máy phát điện xoay chiều ba pha

- Hệ ba pha gồm máy phát ba pha, đường dây tải điện 3 pha, động cơ ba pha.

1.Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động - Là máy tạo ra 3 suất điện động xoay chiều hình sin cùng tần sồ, cùng biên độ và lệch pha nhau 120⁰ từng đôi một.

(21)

1 0 2cos

e e t; ₂ ₀ 2cos( 2 ) e e t 3

;

3 0 cos

2 ( 4 )

e e t 3 - Cấu tạo: (Sgk)

- Kí hiệu:

2. Cách mắc mạch ba pha ( Giảm tải) 3. Dòng ba pha

- Dòng ba pha là hệ ba dòng điện xoay chiều hình sin có cùng tần số, nhưng lệch pha với nhau 120⁰ từng đôi một.

4. Những ưu việt của hệ ba pha - Tiết kiệm dây dẫn.

- Cung cấp điện cho các động cơ ba pha, dùng phổ biến trong các nhà máy, xí nghiệp.

Bài 18: ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA I. Nguyên tắc họat động của động cơ không đồng bộ

- Tạo ra từ trường quay.

- Đặt trong từ trường quay một (hoặc nhiều) khung kín có thể quay xung quanh trục trùng với trục quay của từ trường.

- Tốc độ góc của khung luôn luôn nhỏ hơn tốc độ góc của từ trường, nên động cơ hoạt động theo nguyên tắc này gọi là động cơ không đồng bộ.

II. Động cơ không đồng bộ ba pha 1.Cấu Tạo:

- Gồm 2 bộ phận chính:

1. Rôto là khung dây dẫn quay dưới tác dụng của từ trường quay.

2. Stato là những ống dây có dòng điện xoay chiều tạo nên từ trường quay.

- Sử dụng hệ dòng 3 pha để tạo nên từ trường quay.

2.Hoạt động :

-Cho dòng 3 pha vào 3 cuộn dây từ trường tổng hợp do 3 cuộn dây tạo ra ở tâm O là từ trường quay .

-Rôto quay theo với tốc độ góc < tốc độ quay của từ trường quay . -Chuyển động quay của rôto được sử dụng để làm quay các máy khác .

HẾT.

~

~ ~

1

2 3 0