BÀI 1: ĐIỆN TÍCH ĐỊNH LUẬT CU-LƠNG I Sự nhiễm điện vật Điện tích Tương tác điện Sự nhiễm điện vật  Một vật bị nhiễm điện do: cọ xát lên vật khác, tiếp xúc với vật nhiễm điện khác, đưa lại gần vật nhiễm điện khác  Có thể dựa vào tượng hút vật nhẹ để kiểm tra xem vật có bị nhiễm điện hay khơng Điện tích Điện tích điểm  Vật bị nhiễm điện cịn gọi vật mang điện, vật tích điện điện tích  Điện tích điểm vật tích điện có kích thước nhỏ so với khơng gian mà ta xét Tương tác điện  Các điện tích dấu đẩy  Các điện tích khác dấu hút II Định luật Cu-lơng Hằng số điện môi Định luật Cu-lông: “Lực hút hay đẩy hai diện tích điểm đặt chân khơng có phương trùng với đường thẳng nối hai điện tích điểm đó, có độ lớn tỉ lệ thuận với tích độ lớn hai điện tích tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách chúng” F =k q1 q2 với k = 9.109 Nm2/C2; q1 q2 có đơn vị (C: cu-lơng); r (m); F(N) r Lực tương tác điện tích điểm đặt điện mơi đồng tính Hằng số điện mơi  Điện môi môi trường cách điện  Khi đặt điện tích điện mơi đồng tính lực tương tác chúng yếu ε lần so với đặt chân khơng ε gọi số điện môi môi trường (ε ≥ 1) q q  Lực tương tác điện tích điểm đặt điện mơi : F = k 22 Với chân không e= εr  Hằng số điện mơi đặc cho tính chất cách điện chất cách điện ▲Cách đổi đon vị thường dùng cho vật lí: Đơn vị ước số Đơn vị bội số o m…= 10-3 … (mili….) o k…= 103… (kilô…) o m …= 10-6 … (micrô…) o M…= 106…(Mega…) -9 o G…= 109…(Giga…) o n…= 10 … (nanô…) -12 o T…= 1012…(Tiga…) o p…= 10 …(picô…) BÀI 2: THUYẾT ELECTRON ĐỊNH LUẬT BẢO TỒN ĐIỆN TÍCH I Thuyết electron Cấu tạo nguyên tử phương diện điện Điện tích nguyên tố a) Cấu tạo nguyên tử  Gồm: hạt nhân mang điện tích dương nằm trung tâm electron mang điện tích âm chuyển động xung quanh  Hạt nhân cấu tạo hai loại hạt nơtron không mang điện prôtôn mang điện dương  Electron có điện tích –e = -1,6.10 -19C khối lượng me = 9,1.10-31kg Prơtơn có điện tích +e = +1,6.10-19C khối lượng mp = 1,67.10-27kg Khối lượng nơtron xấp xĩ khối lượng prôtôn  Số prôtôn hạt nhân số electron quay quanh hạt nhân nên bình thường ngun tử trung hồ điện b) Điện tích nguyên tố  Điện tích electron điện tích prơtơn điện tích nhỏ mà ta có Vì ta gọi chúng điện tích ngun tố Thuyết electron  Bình thường tổng đại số tất điện tích nguyên tử khơng, ngun tử trung hồ điện  Nếu nguyên tử bị số electron tổng đại số điện tích nguyên tử số dương, ion dương Ngược lại ngun tử nhận thêm số electron ion âm  Khối lượng electron nhỏ nên chúng có độ linh động cao Do electron dễ dàng bứt khỏi nguyên tử, di chuyển vật hay di chuyển từ vật sang vật khác làm cho vật bị nhiễm điện  Vật nhiễm điện âm vật thiếu electron; Vật nhiễm điện dương vật thừa electron II.Vận dụng Vật dẫn điện vật cách điện  Vật dẫn điện vật có chứa điện tích tự  Vật cách điện vật không chứa electron tự  Sự phân biệt vật dẫn điện vật cách điện tương đối Sự nhiễm điện tiếp xúc  Nếu cho vật tiếp xúc với vật nhiễm điện nhiễm điện dấu với vật  Giải thích: Do electrơn di chuyển từ vật thừa sang vật thiếu (hoặc từ vật thừa nhiều sang vật thừa hơn) Sự nhiễm diện hưởng ứng  Đưa cầu nhiễm điện lại gần đầu M kim loại MN trung hồ điện đầu M nhiễm điện trái dấu với đầu N  Giải thích: Khi đặt gần cầu kim loại nhiễm điện mật độ eleltron tự MN bị phân bố lại (một đầu tập trung nhiều đầu tập trung hơn) III Định luật bảo tồn điện tích: “Trong hệ vật cô lập điện, tổng đại số điện tích khơng đổi”  Chú ý: Hai vật kim loại có chất, kích thứơc hình dạng giống mang điện tích q q2 ' cho chúng tiếp xúc điện tích vật q1 = q '2 = q1 + q 2 Bài 3: ĐIỆN TRƯỜNG VÀ CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG ĐƯỜNG SỨC ĐIỆN I Điện trường Môi trường truyền tương tác điện: Môi trường tuyền tương tác điện tích gọi điện trường Điện trường: Điện trường dạng vật chất (môi trường) bao quanh điện tích gắn liền với điện tích Điện trường tác dụng lực điện lên điện tích khác đặt II Cường dộ điện trường Khái niệm cường dộ điện trường: Cường độ điện trường điểm đại lượng đặc trưng cho độ mạnh yếu điện trường điểm Định nghĩa: Cường độ điện trường điểm đại lượng đặc trưng cho tác dụng lực điện trường điện trường điểm Nó xác định thương số độ lớn lực điện F tác dụng lên điện tích thử q (dương) đặt điểm độ lớn q E= F () q Đơn vị cường độ điện trường N/C người ta thường dùng V/m Véc tơ cường độ điện trường → F E= q →  () → Véc tơ cường độ điện trường E gây điện tích điểm có :  Điểm đặt điểm ta xét  Phương trùng với đường thẳng nối điện tích điểm với điểm ta xét  Chiều hướng xa điện tích điện tích dương, hướng phía điện tích điện tích âm  Độ lớn : E = k |Q| () er    Nguyên lí chồng chất điện trường: Các điện trường E1 , E2 , E3 … đồng thời tác dụng lực điện lên điện tích q      cách độc lập với điện tích q chịu tác dụng điện trường tổng hợp E : E = E1 + E2 + E3 + Chú ý: Các vectơ cường độ điện trường điểm tổng hợp theo quy tắc hình bình hành Ví dụ: Xét trường hợp điểm xét có cường độ điện trường thành phần:    E = E1 + E2   + E1 ↑↑ E2 ⇒ E = E1 + E2   + E1 ↑↓ E2 ⇒ E = E1 − E2   + E1 ⊥ E2 ⇒ E = E12 + E2 ·    +  E1 ; E2 ÷ = α ⇒ E = E12 + E2 + E1 E2 cosα  ÷   α E1 = E2 ⇒ E = 2.E1 cos III Đường sức điện Hình ảnh đường sức điện: Các hạt nhỏ cách điện đặt điện trường bị nhiễm điện nằm dọc theo đường mà tiếp tuyến điểm trùng với phương véc tơ cường độ điện trường điểm Định nghĩa: Đường sức điện trường đường mà tiếp tuyến điểm giá véc tơ cường độ điện trường điểm Nói cách khác đường sức điện trường đường mà lực điện tác dụng dọc theo Hình dạng đường sức số điện trường: Xem hình vẽ sgk Các đặc điểm đường sức điện  Qua điểm điện trường có đường sức điện mà thơi  Đường sức điện đường có hướng Hướng đường sức điện điểm hướng véc tơ cường độ điện trường điểm  Đường sức điện điện trường tĩnh đường khơng khép kín  Qui ước vẽ số đường sức qua diện tích định đặt vng góc với với đường sức điện điểm mà ta xét tỉ lệ với cường độ điện trường điểm Điện trường  Điện trường điện trường mà véc tơ cường độ điện trường điểm có phương chiều độ lớn  Đường sức điện trường đường thẳng song song cách Ví dụ: Điện trường kim loại song song nhiễm điện trái dấu độ lớn Bài 4: CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN I Công lực điện Đặc điểm lực điện tác dụng lên điện tích đặt điện trường → → F = q E () → Lực F lực khơng đổi có đặc điểm: -   F ↑↑ E q >   F ↑↓ E q < Độ lớn: F = q E () Công lực điện điện trường đều: AMN = qEd • Với d hình chiếu đường MN đường sức điện (lấy chiều dương chiều đường sức, d có giá trị đại số) • Cơng lực điện trường di chuyển điện tích điện trường từ M đến N A MN = qEd, khơng phụ thuộc vào hình dạng đường mà phụ thuộc vào vị trí điểm đầu M điểm cuối N đường Công lực điện di chuyển điện tích điện trường o Cơng lực điện di chuyển điện tích điện trường khơng phụ thuộc vào hình dạng đường mà phụ thuộc vào vị trí điểm đầu điểm cuối đường - o Lực tĩnh điện lực thế, trường tĩnh điện trường II Thế điện tích điện trường 1.Khái niệm điện tích điện trường: Thế điện tích đặt điểm điện trường đặc trưng cho khả sinh cơng điện trường đặt điện tích điểm 2.Sự phụ thuộc WM vào điện tích q o Thế điện tích điểm q đặt điểm M điện trường : WM = AM∞ = qVM o Thế tỉ lệ thuận với q (trong công thức VM hệ số tỉ lệ) 3.Công lực điện độ giảm điện tích điện trường: AMN = WM - WN Khi điện tích q di chuyển từ điểm M đến điểm N điện trường cơng mà lực điện trường tác dụng lên điện tích sinh độ giảm điện tích q điện trường Bài 5: ĐIỆN THẾ HIỆU ĐIỆN THẾ I Điện Khái niệm điện Xét cơng thức tính điện tích q điện trường WM = A M¥ = VM q , hệ số VM không phụ thuộc q mà phụ thuộc điện trường M Nó đặc trưng cho điện trường phương diện tạo điện tích q Ta gọi điện M Vậy: Điện điểm điện trường đặc trưng cho điện trường phương diện tạo điện tích Định nghĩa Điện điểm M điện trường đại lượng đặc trưng cho điện trường phương diện tạo đặt điện tích q Nó xác định thương số công lực điện tác dụng lên điện tích q q di chuyển từ M xa vô cực độ lớn q AM∞ q VM = Đơn vị điện vôn (V) Đặc điểm điện Điện đại lượng đại số Thường chọn điện đát điểm vô cực làm mốc (bằng 0) II Hiệu điện Định nghĩa Hiệu điện hai điểm M, N điện trường đại lượng đặc trưng cho khả sinh công điện trường di chuyển điện tích từ M đến N Nó xác định thương số cơng lực điện tác dụng lên điện tích q di chuyển q từ M đến N độ lớn q UMN = VM – VN = AMN q Đo hiệu điện Đo hiệu điện tĩnh điện tĩnh điện kế Hệ thức liên hệ hiệu điện cường độ điện trường E= U d Tiết TỤ ĐIỆN I Tụ điện Tụ điện ? Tụ điện hệ hai vật dẫn đặt gần ngăn cách lớp cách điện Mỗi vật dẫn gọi tụ điện Tụ điện dùng để chứa điện tích Tụ điện phẵng gồm hai kim loại phẵng đặt song song với ngăn cách lớp điện mơi Kí hiệu tụ điện Cách tích điện cho tụ điện Nối hai tụ điện với hai cực nguồn điện Độ lớn điện tích tụ điện tích điện gọi điện tích tụ điện II Điện dung tụ điện Định nghĩa Điện dung tụ điện đại lượng đặc trưng cho khả tích điện tụ điện hiệu điện định Nó xác định thương số điện tích tụ điện hiệu điện hai C= Đơn vị điện dung fara (F) Điện dung tụ điện phẵng : Q U C= εS 9.10 9.4πd Các loại tụ điện Thường lấy tên lớp điện môi để đặt tên cho tụ điện: tụ khơng khí, tụ giấy, tụ mi ca, tụ sứ, tụ gốm, … Trên vỏ tụ thường ghi cặp số liệu điện dung hiệu điện giới hạn tụ điện Người ta cịn chế tạo tụ điện có điện dung thay đổi gọi tụ xoay Năng lượng điện trường tụ điện Năng lượng điện trường tụ điện tích điện W= 1 Q2 QU = = CU2 2 C Chương II DỊNG ĐIỆN KHƠNG ĐỔI Tiết 11-12 DỊNG ĐIỆN KHƠNG ĐỔI NGUỒN ĐIỆN I Dịng điện + Dịng điện dịng chuyển động có hướng điện tích + Dịng điện kim loại dịng chuyển động có hướng electron tự + Qui ước chiều dòng điện chiều chuyển động diện tích dương (ngược với chiều chuyển động điện tích âm) + Các tác dụng dịng điện : Tác dụng từ, tác dụng nhiệt, tác dụng hốc học, tác dụng học, sinh lí, … + Cường độ dòng điện cho biết mức độ mạnh yếu dòng điện Đo cường độ dòng điện ampe kế Đơn vị cường độ dòng điện ampe (A) II Cường độ dịng điện Dịng điện khơng đổi Cường độ dòng điện Cường độ dòng điện đại lượng đặc trưng cho tác dụng mạnh, yếu dòng điện Nó xác định thương số điện lượng ∆q dịch chuyển qua tiết diện thẳng vật dẫn khoảng thời gian ∆t khoảng thời gian ∆q ∆t I= Dịng điện khơng đổi Dịng điện khơng đổi dịng điện có chiều cường độ khơng đổi theo thời gian Cường độ dịng điện dịng điện khơng đổi: I = ∆q ∆t Đơn vị cường độ dòng điện điện lượng Đơn vị cường độ dòng điện hệ SI ampe (A) 1A = 1C 1s Đơn vị điện lượng culông (C) 1C = 1A.1s III Nguồn điện Điều kiện để có dịng điện Điều kiện để có dịng điện phải có hiệu điện đặt vào hai đầu vật dẫn điện Nguồn điện + Nguồn điện trì hiệu điện hai cực + Lực lạ bên nguồn điện: Là lực mà chất lực điện Tác dụng lực lạ tách chuyển electron ion dương khỏi cực, tạo thành cực âm (thừa nhiều electron) cực dương (thiếu thừa electron) trì hiệu điện hai cực IV Suất điện động nguồn điện Công nguồn điện Công lực lạ thực làm dịch chuyển điện tích qua nguồn gọi cơng nguồn điện Suất điện động nguồn điện a) Định nghĩa Suất điện động E nguồn điện đại lượng đặc trưng cho khả thực công nguồn điện đo thương số công A lực lạ thực dịch chuyển điện tích dương q ngược chiều điện trường độ lớn điện tích b) Cơng thức E = A q c) Đơn vị Đơn vị suất điện động hệ SI vôn (V) Số vôn ghi nguồn điện cho biết trị số suất điện động nguồn điện Suất điện động nguồn điện có giá trị hiệu điện hai cực mạch ngồi hở Mỗi nguồn điện có điện trở gọi điện trở nguồn điện V Pin acquy Pin điện hoá Cấu tạo chung pin điện hố gồm hai cực có chất khác ngâm vào chất điện phân a) Pin Vôn-ta Pin Vơn-ta nguồn điện hố học gồm cực kẻm (Zn) cực đồng (Cu) ngâm dung dịch axit sunfuric (H2SO4) loảng Do tác dụng hố học kẻm thừa electron nên tích điện âm cịn đồng thiếu electron nên tích điện dương Suất điện động khoảng 1,1V b) Pin Lơclăngsê + Cực dương : Là than bao bọc xung quanh hỗn hợp mangan điôxit MnO graphit + Cực âm : Bằng kẽm + Dung dịch điện phân : NH4Cl + Suất điện động : Khoảng 1,5V + Pin Lơclăngsê khô : Dung dịch NH4Cl trộn thứ hồ đặc đóng vỏ pin kẽm, vỏ pin cực âm Acquy a) Acquy chì Bản cực dương chì điơxit (PbO2) cực âm chì (Pb) Chất điện phân dnng dịch axit sunfuric (H 2SO4) loảng Suất điện động khoảng 2V Acquy nguồn điện nạp lại để sử dụng nhiều lần dựa phản ứng hoá học thuận nghịch: tích trử lượng dạng hố nạp giải phóng lượng dạng điện phát điện Khi suất điện động acquy giảm xuống tới 1,85V phải nạp điện lại b) Acquy kiềm Acquy cađimi-kền, cực dương làm Ni(OH) 2, cực âm làm Cd(OH) ; cực dược nhúng dung dịch kiềm KOH NaOH Suất điện động khoảng 1,25V Acquy kiềm có hiệu suất nhỏ acquy axit lại tiện lợi nhẹ bền Tiết 14-15 ĐIỆN NĂNG CÔNG SUẤT ĐIỆN I Điện tiêu thụ công suất điện Điện tiêu thụ đoạn mạch A = Uq = UIt Điện tiêu thụ đoạn mạch tích hiệu điện hai đầu đoạn mạch với cường độ dòng điện thời gian dòng điện chạy qua đoạn mạch Cơng suất điện Cơng suất điện đoạn mạch tích hiệu điện hai đầu đoạn mạch cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch P = A = UI\ t II Cơng suất toả nhiệt vật dẫn có dòng điện chạy qua Định luật Jun – Len-xơ Nhiệt lượng toả vật dẫn tỉ lệ thuận với điện trở vật đãn, với bình phương cường độ dòng điện với thời gian dòng điện chạy qua vật dẫn Q = RI2t Cơng suất toả nhiệt vật dẫn có dịng điện chạy qua Công suất toả nhiệt vật dẫn có dịng điện chạy qua xác định nhiệt lượng toả vật dẫn đơn vị thời gian P = Q = UI2 t III Công công suất nguồn điên Công nguồn điện Công nguồn điện điện tiêu thụ toàn mạch Ang = qE = E Tt Công suất nguồn điện Công suất nguồn điện công suất tiêu thụ điện toàn mạch P ng = Ang t =ET Tiết 17 ĐỊNH LUẬT ƠM ĐỐI VỚI TỒN MẠCH I Thí nghiệm I(A) 0,1 0,2 0,3 0, 0,5 U(V) 3,2 3,0 2,8 2,6 2,4 2,2 II Định luật Ôm tồn mạch Thí nghiệm cho thấy : UN = U0 – aI = E - aI (9.1) Với UN = UAB = IRN (9.2) gọi độ giảm mạch ngồi Thí nghiệm cho thấy a = r điện trở nguồn điện Do : E = I(RN + r) = IRN + Ir (9.3) Vậy: Suất điện động có giá trị tổng độ giảm điện mạch mạch Từ hệ thức (9.3) suy : UN = IRN = E – It (9.4) I= E RN + r (9.5) Cường độ dịng điện chạy mạch điện kín tỉ lệ thuận với suất điện động nguồn điện tỉ lệ nghịch với điện trở toàn phần mạch III Nhận xét Hiện tượng đoản mạch Cường độ dịng điện mạch kín đạt giá trị lớn RN = Khi ta nói nguồn điện bị đoản mạch I= E r (9.6) Định luật Ơm tồn mạch định luật bảo tồn chuyển hố lượng Cơng nguồn điện sản thời gian t : A = E It (9.7) Nhiệt lượng toả toàn mạch : Q = (RN + r)I2t (9.8) Theo định luật bảo tồn lượng A = Q, từ (9.7) (9.8) ta suy I= E RN + r Như định luật Ôm toàn mạch hoàn toàn phù hợp với định luật bảo tồn chuyển hố lượng Hiệu suất nguồn điện H= UN E Tiết 19 GHÉP CÁC NGUỒN ĐIỆN THÀNH BỘ I Đoạn mạch có chứa nguồn điện Đoạn mạch có chứa nguồn điện, dịng điện có chiều tới cực âm từ cực dương UAB = E – I(r + R) Hay I = E − U AB E − U AB = r+R R AB II Ghép nguồn thành Bộ nguồn ghép nối tiếp Eb = E + E + … + E n Rb = r1 + r2 + … + rn Trường hợp riêng, có n nguồn có suất điện động e điện trở r ghép nối tiếp : E b = ne ; rb = nr Bộ nguồn song song Nếu có m nguồn giống có suất điện động e điện trở r ghép song song : E b = e ; rb = r m Bộ nguồn hỗn hợp đối xứng Nếu có m dãy, dãy có n nguồn nguồn có suất điện động e, điện trở r ghép nối tiếp : E b = ne ; rb = nr m Tiết 20 PHƯƠNG PHÁP GIẢI MỘT SỐ BÀI TỐN VỀ TỒN MẠCH I Những lưu ý phương pháp giải + Cần phải nhận dạng loại nguồn áp dụng công thức tương ứng để tính suất điện động điện trở nguồn + Cần phải nhận dạng điện trở mạch ngồi mắc để để tính điện trở tương đương mạch + Áp dụng định luật Ơm cho tồn mạch để tìm ẩn số theo yêu cầu đề + Các công thức cần sử dụng : I= E ; E = I(RN + r) ; RN + r U = IRN = E – Ir ; Ang = EIt ; Png = EI ; A = UIt ; P = UI II Bài tập ví dụ Bài tập a) Điện trở mạch RN = R1 + R2 + R3 = + 10 + = 18Ω b) Cường độ dịng điện chạy qua nguồn điện (chạy mạch chính) I= E = = 0,3(A) RN + r 18 + Hiệu điện mạch U = IRN = 0,3.18 = 5,4(V) c) Hiệu điện hai đầu R1 U1 = IR1 = 0,3.5 = 1,5(V) Bài tập Điện trở cường độ dòng điện định mức bóng đèn RD1 = U dm1 12 = = 24(Ω) Pdm1 RD2 = U dm = = 8(Ω) Pdm 4,5 Pdm1 = = 0,5(A) U dm1 12 Pdm 4,5 = Idm2 = = 0,75(A) U dm Idm1 = Điện trở mạch RN = RD1 ( Rb + RD ) 24(8 + 8) = RD1 + RB + RD 24 + + = 9,6(Ω) Cường độ dòng điện mạch I= E 12,5 = = 1,25(A) RN + r 9,6 + 0,4 Cường độ dòng điện chạy qua bóng IR U 1,25.9,6 = N = = 0,5(A) RD1 RD1 24 IRN U 1,25.9,6 = = ID1 = RD1 Rb + RD1 8+8 ID1 = = 0,75(A) a) ID1 = Idm1 ; ID2 = Idm2 nên bóng đèn Đ1 Đ2 sáng bình thường b) Cơng suất hiệu suất nguồn Png = EI = 12,5.1,12 = 15,625 (W) H= U IRN 1,25.9,6 = = = 0,96 = 96% E E 12,5 Bài tập a) Suất điện động điện trở nguồn Eb = 4e = (V) ; rb = 4r = 2r = 2(Ω) Điện trở bóng đèn U dm = RĐ = = 6(Ω) = RN Pdm b) Cường độ dòng điện chạy qua đèn I= E = = 0,75(A) RN + r + Cơng suất bóng đèn PĐ = I2RĐ = 0,752.6 = 3,375(W) c) Công suất nguồn, công suất nguồn hai cực nguồn Pb = EbI = 6.0,75 = 4,5(W) Pb 4,5 = = 0,5625(W) 8 I 0,75 = 1,125 (V) Ui = e - r = 1,5 − 2 Pi = Tiết 22-23 THỰC HÀNH: XÁC ĐỊNH SUẤT ĐIỆN ĐỘNG VÀ ĐIỆN TRỞ TRONG CỦA MỘT PIN ĐIỆN HĨA I Mục đích thí nghiệm Áp dụng hệ thức hiệu điện đoạn mạch chứa nguồn điện định luật Ơm tồn mạch để xác định suất điện động điện trở pin điện hoá Sử dụng đồng hồ đo điện đa số để đo hiệu điện cường độ dòng điện mạch điện II Dụng cụ thí nghiệm Pin điện hoá Biến trở núm xoay R Đồng hồ đo điện đa số Điện trở bảo vệ R0 Bộ dây dẫn nối mạch Khoá đóng – ngát điện K III Cơ sở lí thuyết + Khi mạch để hở hiệu điện gữa hai cực nguồn điện suất điện động nguồn điện Đo UMN K ngắt : UMN = E + Định luật Ôm cho đoạn mạch MN có chứa nguồn : UMN = U = E – I(R0 - r) Đo UMN I K đóng, Biết E R0 ta tính r + Định luật Ơm tồn mạch : I= E R + R A + R0 + r Tính tốn so sánh với kết đo IV Giới thiệu dụng cụ đo Đồng hồ đo điện đa số Đồng hồ đo điện đa số DT-830B có nhiều thang đo ứng với chức khác : đo điện áp, đo cường độ dòng điện chiều, xoay chiều, đo điện trở, … Những điểm cần ý thực + Vặn núm xoay đến vị trí tương ứng với chức thang đo cần chọn Sau nối cực đồng hồ vào mạch gạt nút bật – tắt sang vị trí “ON” + Nếu chưa biết rỏ giá trị giới hạn đại lượng cần đo, ta phải chọn thang đo có giá trị lớn phù hợp với chức chọn + Khơng cường độ dịng điện hiệu điện vượt thang đo chọn + Không chuyển đổi chức thang đo có dịng điện chạy qua + Khơng dùng nhầm thang đo cường độ dòng điện để đo hiệu điện + Khi sử dụng xong phép đo phải gạt nút bật – tắt vị trí “OFF” + Phải thay pin 9V bên pin yếu (góc phải hiễn thị kí hiệu + Phải tháo pin khỏi đồng hồ không sử dụng thời gian dài ) CHƯƠNG III DỊNG ĐIỆN TRONG CÁC MƠI TRƯỜNG Tiết 25 DỊNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI I Bản chất dòng điện kim loại + Trong kim loại, nguyên tử bị electron hoá trị trở thành ion dương Các ion dương liên kết với cách có trật tự tạo thành mạng tinh thể kim loại Các ion dương dao động nhiệt xung quanh nút mạng + Các electron hoá trị tách khỏi nguyên tử thành electron tự với mật độ n không đổi Chúng chuyển động hỗn loạn toạ thành khí electron tự chốn tồn thể tích khối kim loại khơng sinh dịng điện → + Điện trường E nguồn điện ngồi sinh ra, đẩy khí electron trơi ngược chiều điện trường, tạo dịng điện + Sự trật tự mạng tinh thể cản trở chuyển động electron tự do, nguyên nhân gây điện trở kim loại Hạt tải điện kim loại electron tự Mật độ chúng cao nên chúng dẫn điện tốt Dòng điện kim loại dịng chuyển dời có hướng electron tự tác dụng điện trường II Sự phụ thuộc điện trở suất kim loại theo nhiệt độ Điện trở suất ρ kim loại tăng theo nhiệt độ gần theo hàm bậc : ρ = ρ0(1 + α(t - t0)) Hệ số nhiệt điện trở phụ thuộc vào nhiệt độ, mà vào độ chế độ gia cơng vật liệu III Điện trở kim loại nhiệt độ thấp tượng siêu dẫn Khi nhiệt độ giảm, điện trở suất kim loại giảm liên tục Đến gần 0K, điện trở kim loại bé Một số kim loại hợp kim, nhiệt độ thấp nhiệt độ tới hạn T c điện trở suất đột ngột giảm xuống Ta nói vật liệu chuyển sang trạng thái siêu dẫn Các cuộn dây siêu dẫn dùng để tạo từ trường mạnh IV Hiện tượng nhiệt điện Nếu lấy hai dây kim loại khác hàn hai đầu với nhau, mối hàn giữ nhiệt độ cao, mối hàn giữ nhiệt độ thấp, hiệu điện đầu nóng đầu lạnh dây khơng giống nhau, mạch có suất điện động E E gọi suất điện động nhiệt điện, hai dây dẫn hàn hai đầu vào gọi cặp nhiệt điện Suất điện động nhiệt điện : E = αT(T1 – T2) Cặp nhiệt điện dùng phổ biến để đo nhiệt độ Tiết 26-27 DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT ĐIỆN PHÂN I Thuyết điện li 10 Trong dung dịch, hợp chất hoá học axit, bazơ muối bị phân li (một phần toàn bộ) thành ion : anion mang điện âm gốc axit nhóm (OH), cịn cation mang điện dương ion kim loại, ion H + số nhóm nguyên tử khác Các ion dương âm vốn tồn sẵn phân tử axit, bazơ muối Chúng liên kết chặt với lực hút Cu-lông Khi tan vào nước dung môi khác, lực hút Cu-lông yếu đi, liên kết trở nên lỏng lẻo Một số phân tử bị chuyển động nhiệt tách thành ion Ion chuyển động tự dung dịch trở thành hạt tải điện Ta gọi chung dung dịch chất nóng chảy axit, bazơ muối chất điện phân II Bản chất dòng điện chất điện phân Dòng điện chất điện phân dòng chuyển dời có hướng ion điện trường Chất điện phân khơng dẫn điện tốt kim loại Dịng điện chất điện phân không tải điện lượng mà tải vật chất theo Tới điện cực có electron tiếp, cịn lượng vật chất đọng lại điện cực, gây tượng điện phân III Các tượng diễn điện cực Hiện tượng dương cực tan Các ion chuyển động điện cực tác dụng với chất làm điện cực với dung môi tạo nên phản ứng hoá học gọi phản ứng phụ tượng điện phân Hiện tượng dương cực tan xảy anion tới anôt kéo ion kim loại diện cực vào dung dịch IV Các định luật Fa-ra-đây * Định luật Fa-ra-đây thứ Khối lượng vật chất giải phóng điện cực bình điện phân tỉ lệ thuận với điện lượng chạy qua bình M = kq k gọi đương lượng hoá học chất giải phóng điện cực * Định luật Fa-ra-đây thứ hai Đương lượng điện hoá k nguyên tố tỉ lệ với đương lượng gam A nguyên tố Hệ số tỉ lệ , F n F gọi số Fa-ra-đây k= A F n Thường lấy F = 96500 C/mol * Kết hợp hai định luật Fa-ra-đây, ta công thức Fa-ra-đây : m= A It F n m chất giải phóng điện cực, tính gam V Ứng dụng tượng điện phân Hiện tượng điện phân có nhiều ứng dụng thực tế sản xuất đời sống luyên nhôm, tinh luyện đồng, điều chế clo, xút, mạ điện, đúc điện, … Luyện nhơm Dựa vào tượng điện phân quặng nhơm nóng chảy Bể điện phân có cực dương quặng nhơm nóng chảy, cực âm than, chất điện phân muối nhơm nóng chảy, dịng điện chạy qua khoảng 104A Mạ điện Bể điện phân có anơt kim loại để mạ, catôt vật cần mạ Chất điện phân thường dung dịch muối kim loại để mạ Dòng điện qua bể mạ chọn cách thích hợp để đảm bảo chất lượng lớp mạ Tiết 29 -30 DỊNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ I Chất khí mơi trường cách điện Chất khí khơng dẫn điện phân tử khí trạng thái trung hồ điện, chất khí khơng có hạt tải điện II Sự dẫn điện chất khí điều kiện thường Thí nghiệm cho thấy: + Trong chất khí có hạt tải điện + Khi dùng đèn ga để đốt nóng chất khí chiếu vào chất khí chùm xạ tử ngoại chất khí xuất hạt tải điện Khi chất khí có khả dẫn điện III Bản chất dòng điện chất khí Sự ion hố chất khí tác nhân ion hoá Ngọn lửa ga, tia tử ngoại đèn thuỷ ngân thí nghiệm gọi tác nhân ion hoá Tác nhân ion hoá ion hoá phân tử khí thành ion dương, ion âm electron tự Dịng điện chất khí dịng chuyển dời có hướng ion dương theo chiều điện trường ion âm ngược chiều điện trường 11 Khi tác nhân ion hóa, ion dương, ion âm, electron trao đổi điện tích với với điện cực để trở thành phân tử khí trung hồ, nên chất khí trở thành khơng dẫn điện, Q trình dẫn điện khơng tự lực chất khí Q trình dẫn điện chất khí nhờ có tác nhân ion hố gọi q trình dẫn điện khơng tự lực Nó tồn ta tạo hạt tải điện khối khí hai cực biến ta ngừng việc tạo hạt tải điện Quá trình dẫn diện khơng tự lực khơng tn theo định luật Ơm Hiện tượng nhân số hạt tải điện chất khí q trình dẫn điện khơng tự lực Khi dùng nguồn điện áp lớn để tạo phóng diện chất khí, ta thấy có tượng nhân số hạt tải điện Hiện tượng tăng mật độ hạt tải điện chất khí dịng điện chạy qua gây gọi tượng nhân số hạt tải điện IV Q trình dẫn điện tự lực chất khí điều kiện để tạo trình dẫn điện tự lực Q trình phóng điện tự lực chất khí q trình phóng điện tiếp tục giữ khơng cịn tác nhân ion hố tác động từ bên ngồi Có bốn cách để dịng điện tạo hạt tải điện chất khí: Dịng điện qua chất khí làm nhiệt độ khí tăng cao, khiến phân tử khí bị ion hố Điện trường chất khí lớn, khiến phân tử khí bị ion hố nhiệt độ thấp Catơt bị dịng điện nung nóng đỏ, làm cho có khả phát electron Hiện tượng gọi tượng phát xạ nhiệt electron Catơt khơng nóng đỏ bị ion dương có lượng lớn đập vào làm bật electron khỏi catôt trở thành hạt tải điện V Tia lữa điện điều kiện tạo tia lữa điện Định nghĩa Tia lữa điện q trình phóng điện tự lực chất khí đặt hai điện cực điện trường đủ mạnh để biến phân tử khí trung hồ thành ion dương electron tự Điều kiện để tạo tia lữa điện Hiệu điện Khoảng cách cực U(V) (mm) Cực phẵng Mũi nhọn 20 000 6,1 15,5 40 000 13,7 45,5 100 000 36,7 220 200 000 75,3 410 300 000 114 600 Ứng dụng Dùng để đốt hỗn hợp xăng không khí động xăng Giải thích tượng sét tự nhiên VI Hồ quang điện điều kiện tạo hồ quang điện Định nghĩa Hồ quang điện q trình phóng điện tự lực xảy chất khí áp suất thường áp suất thấp đặt hai điện cực có hiệu điện khơng lớn Hồ quang điện kèn theo toả nhiện toả sáng mạnh Điều kiện tạo hồ quang điện Dịng điện qua chất khí giữ nhiệt độ cao catôt để catôt phát electron tượng phát xạ nhiệt electron Ứng dụng Hồ quang diện có nhiều ứng dụng hàn điện, làm đèn chiếu sáng, đun chảy vật liệu, … Tiết 31 DỊNG ĐIỆN TRONG CHÂN KHƠNG I Cách tạo dịng điện chân khơng Bản chất dịng điện chân khơng + Chân khơng mơi trường lấy phân tử khí Nó không chứa hạt tải điện nên không dẫn điện + Để chân không dẫn điện ta phải đưa electron vào + Dịng điện chân khơng dịng chuyển dời có hướng electron đưa vào khoảng chân khơng Thí nghiệm Thí nghiệm cho thấy đường đặc tuyến V – A dịng điện chân khơng 12 II Tia catơt Thí nghiệm + Khi áp suất ống áp suất khí ta khơng thấy q trình phóng điện + Khi áp suất ống đủ nhỏ, ống có q trình phóng điện tự lực, ống có cột sáng anơt khoảng tối catơt + Khi áp suất ống hạ xuống khoảng 10 -3mmHg, khoảng tối catơt chiếm tồn ống Q trình phóng điện trì phía đối diện với catôt, thành ống thủy tinh phát ánh sáng màu vàng lục Ta gọi tia phát từ catôt làm huỳnh quang thủy tinh tia catôt + Tiếp tục hút khí để đạt chân khơng tốt q trình phóng điện biến Tính chất tia catôt + Tia catôt phát từ catôt theo phương vng góc với bề mặt catơt Gặp vật cản, bị chặn lại làm vật tích điện âm + Tia catơt nmang lượng: làm đen phim ảnh, làm huỳnh quang số tinh thể, làm kim loại phát tia X, làm nóng vật mà rọi vào tác dụng lực lên vật + Tia catơt bị lệch điện tường từ trường Bản chất tia catơt Tia catơt thực chất dịng electron phát từ catơt, có lượng lớn bay tự không gian Ứng dụng Ứng dụng phổ biến tia catơt để làm ống phóng điện tử đèn hình Tiết 32-33 DỊNG ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN I Chất bán dẫn tính chất Chất bán dẫn chất có điện trở suất nằm khoảng trung gian kim loại chất điện môi Nhóm vật liệu bán dẫn tiêu biểu gecmani silic + Ở nhiệt độ thấp, điện trở suất chất bán dẫn siêu tinh khiết lớn Khi nhiệt độ tăng, điện trở suất giảm nhanh, hệ số nhiệt điện trở có giá trị âm + Điện trở suất chất bán dẫn giảm mạnh pha tạp chất + Điện trở bán dẫn giảm đáng kể bị chiếu sáng bị tác dụng tác nhân ion hóa khác II Hạt tải điện chất bán dẫn, bán dẫn loại n bán dẫn loại p Bán dẫn loại n bán dẫn loại p Bán dẫn có hạt tải điện âm gọi bán dẫn loại n Bán dẫn có hạt tải điện dương gọi bán dẫn loại p Electron lỗ trống Chất bán dẫn có hai loại hạt tải điện electron lỗ trống Dòng điện bán dẫn dòng electron dẫn chuyển động ngược chiều điện trường dòng lỗ trống chuyển động chiều điện trường Tạp chất cho (đôno) tạp chất nhận (axepto) + Khi pha tạp chất nguyên tố có năm electron hóa trị vào tinh thể silic nguyên tử tạp chất cho tinh thể electron dẫn Ta gọi chúng tạp chất cho hay đơno Bán dẫn có pha đôno bán dẫn loại n, hạt tải điện chủ yếu electron + Khi pha tạp chất nguyên tố có ba electron hóa trị vào tinh thể silic nguyên tử tạp chasats nhận electron liên kết sinh lỗ trống, nên gọi tạp chất nhận hay axepto Bán dẫn có pha axepto bán đãn loại p, hạt tải điện chủ yếu lỗ trống III Lớp chuyển tiếp p-n Lớp chuyển tiếp p-n chổ tiếp xúc miền mang tính dẫn p miền mang tính dẫn n tạo tinh thể bán dẫn Lớp nghèo Ở lớp chuyển tiếp p-n khơng có có hạt tải điện, gọi lớp nghèo Ở lớp nghèo, phía bán dẫn n có ion đơno tích điện dương phía bán dẫn p có ion axepto tích điện âm Điện trở lớp nghèo lớn Dòng điện chạy qua lớp nghèo Dòng diện chạy qua lớp nghèo chủ yếu từ p sang n Ta gọi dòng điện qua lớp nghèo từ p sang n chiều thuận, chiều từ n sang p chiều ngược Hiện tượng phun hạt tải điện Khi dòng điện qua lớp chuyển tiếp p-n theo chiều thuận, hạt tải điện vào lớp nghèo tiếp sang miền đối diện Đó phun hạt tải điện IV Điôt bán dẫn mạch chỉnh lưu dùng điôt bán dẫn 13 Điôt bán dẫn thực chất lớp chuyển tiếp p-n Nó cho dịng điện qua theo chiều từ p sang n Ta nói điơt bán dẫn có tính chỉnh lưu Nó dùng để lắp mạch chỉnh lưu, biến điện xoay chiều thành điện chiều V Cấu tạo nguyên lí hoạt động tranzito lưỡng cực n-p-n Hiệu ứng tranzito Xét tinh thể bán dẫn có tạo miền p, hai miền n n2 Mật độ electron miền n lớn so với mật độ lỗ trống miền p Trên miền có hàn điện cực C, B, E Điện cực E, B, C giữ giá trị VE = 0, VB vừa đủ để lớp chuyển tiếp p-n2 phân cực thuận, VC có giá trị tương đối lớn (cở 10V) + Giã sử miền p dày, n1 cách xa n2 Lớp chuyển tiếp n1-p phân cực ngược, điện trở RCB C B lớn Lớp chuyển tiếp p-n2 phân cực thuận miền p dày nên electron từ n không tới lớp chuyển tiếp p-n1, khơng ảnh hưởng tới RCB + Giã sử miền p mỏng, n1 gần n2 Đại phận dòng electron từ n phun sang p tới lớp chuyển tiếp n 1-p, tiếp tục chạy sang n đến cực C làm cho điện trở RCB giảm đáng kể Hiện tượng dòng điện chạy từ B sang E làm thay đổi điện trở R CB gọi hiệu ứng tranzito Vì đại phận electron từ n phun vào p không chạy B mà chạy tới cực C, nên ta có I B ngược chiều v q0 < Lúc chiều lực Lo-ren-xơ chiều ngón chỗi ra; + Có độ lớn: f = |q0|vBsin II Chuyển động hạt điện tích từ trường Chú ý quan trọng → → Khi hạt điện tích q0 khối lượng m bay vào từ trường với vận tốc v mà chịu tác dụng lực Lo-ren-xơ f → → → f ln ln vng góc với v nên f không sinh công, động hạt bảo tồn nghĩa độ lớn vận tốc hạt khơng đổi, chuyển động hạt chuyển động Chuyển động hạt điện tích từ trường Chuyển động hạt điện tích chuyển động phẵng mặt phẵng vng góc với từ trường → → Trong mặt phẵng lực Lo-ren-xơ f ln vng góc với vận tốc v , nghĩa đóng vai trị lực hướng tâm: f= mv = |q0|vB R Kết luận: Quỹ đạo hát điện tích từ trường đều, với điều kiện vận tốc ban đầu vng góc với từ trường, đường trịn nằm mặt phẵng vng góc với từ trường, có bán kín R= mv | q0 | B CHƯƠNG V CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ Tiết 44, 45 TỪ THÔNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ I Từ thông Định nghĩa Từ thông qua diện tích S đặt từ trường đều: Φ = BScosα → → Với α góc pháp tuyến n B Đơn vị từ thông Trong hệ SI đơn vị từ thông vêbe (Wb) 1Wb = 1T.1m2 II Hiện tượng cảm ứng điện từ Thí nghiệm a) Thí nghiệm Cho nam châm dịch chuyển lại gần vịng dây kín (C) ta thấy mạch kín (C) xuất dịng điện b) Thí nghiệm Cho nam châm dịch chuyển xa mạch kín (C) ta thấy mạch kín (C) xuất dịng điện ngược chiều với thí nghiệm c) Thí nghiệm Giữ cho nam châm đứng yên dịch chuyển mạch kín (C) ta thu kết tương tự d) Thí nghiệm Thay nam châm vĩnh cửu nam châm điện Khi thay đổi cường độ dịng điện nam châm điện mạch kín (C) xuất dịng điện 16 Kết luận a) Tất thí nghiệm có đạc điểm chung từ thơng qua mạch kín (C) biến thiên Dựa vào công thức định nghĩa từ thông, ta nhận thấy, đại lượng B, S α thay đổi từ thơng Φ biến thiên b) Kết thí nghiệm chứng tỏ rằng: + Mỗi từ thơng qua mạch kín (C) biến thiên mạch kín (C) xuất dòng điện gọi tượng cảm ứng điện từ + Hiện tượng cảm ứng điện từ tồn khoảng thời gian từ thơng qua mạch kín biến thiên III Định luật Len-xơ chiều dòng điện cảm ứng Dịng điện cảm ứng xuất mạch kín có chiều cho từ trường cảm ứng có tác dụng chống lại biến thiên từ thông ban đầu qua mạch kín Khi từ thơng qua mạch kín (C) biến thiên kết chuyển động từ trường cảm ứng có tác dụng chống lại chuyển động nói IV Dịng điện Fu-cơ Thí nghiệm Một bánh xe kim loại có dạng đĩa tròn quay xung quanh trục O trước nam châm điện Khi chưa cho dịng điện chạy vào nam châm, bánh xe quay bình thường Khi cho dòng điện chạy vào nam châm bánh xe quay chậm bị hãm dừng lại Thí nghiệm Một khối kim loại hình lập phương đặt hai cực nam châm điện Khối treo sợi dây đầu cố dịnh; trước đưa khối vào nam châm điện, sợi dây treo xoắn nhiều vịng Nếu chưa có dịng điện vào nam châm điện, thả khối kim loại quay nhanh xung quanh Nếu có dịng điện vào nam châm điện, thả khối kim loại quay chậm bị hãm dừng lại Giải thích Ở thí nghiệm trên, bánh xe khối kim loại chuyển động từ trường thể tích chúng cuất dịng điện cảm ứng – dịng điện Fu-cơ Theo định luật Len-xơ, dịng điện cảm ứng ln có tác dụng chống lại chuyển dơi, chuyển động từ trường, bánh xe khối kim loại xuất lực từ có tác dụng cản trở chuyển động chúng, lực gọi lực hãm điện từ Tính chất cơng dụng dịng Fu-cơ + Mọi khối kim loại chuyển động từ trường chịu tác dụng lực hãm điện từ Tính chất ứng dụng phanh điện từ ôtô hạng nặng + Dịng điện Fu-cơ gây hiệu ứng tỏa nhiệt Jun – Len-xơ khối kim loại đặt từ trường biến thiên Tính chất ứng dụng lị cảm ứng để nung nóng kim loại + Trong nhiều trường hợp dịng điện Fu-cơ gây nên tổn hao lượng vơ ích Để giảm tác dụng dịng Fu-cơ, người ta tăng điện trở khối kim loại + Dịng Fu-cơ ứng dụng số lị tơi kim loại Tiết 47 SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG I Suất điện động cảm ứng mạch kín Định nghĩa Suất điện động cảm ứng suất điện động sinh dòng điện cảm ứng mạch kín Định luật Fa-ra-đây Suất điện động cảm ứng: eC = Nếu xét độ lớn eC thì: ∆Φ ∆t |eC| = | ∆Φ | ∆t Độ lớn suất điện động cảm ứng xuất mạch kín tỉ lệ với tốc độ biến thiên từ thơng qua mạch kín II Quan hệ suất điện động cảm ứng định luật Len-xơ Sự xuất dấu (-) biểu thức eC phù hợp với định luật Len-xơ Trước hết mạch kín (C) phải định hướng Dựa vào chiều chọn (C), ta chọn chiều pháp tuyến dương để tính từ thơng qua mạch kín Nếu Φ tăng eC < 0: chiều suất điện động cảm ứng (chiều dòng điện cảm ứng) ngược chiều với chiều mạch Nếu Φ giảm eC > 0: chiều suất điện động cảm ứng (chiều dòng điện cảm ứng) chiều với chiều mạch III Chuyển hóa lượng tượng cảm ứng điện từ Xét mạch kín (C) đặt từ trường không đổi, để tạo biến thiên từ thơng qua mạch (C), phải có ngoại lực tác dụng vào (C) để thực dịch chuyển (C) ngoại lực sinh công học Công học làm xuất suất điện động cảm ứng mạch, nghĩa tạo điện Vậy chất tượng cảm ứng điện từ nêu trình chuyển hóa thành điện 17 Tiết 48 TỰ CẢM I Từ thơng riêng qua mạch kín Từ thơng riêng mạch kín có dịng điện chạy qua: Φ = Li Độ tự cảm ống dây: L = 4π.10-7.µ N2 S l Đơn vị độ tự cảm henri (H) 1H = 1Wb 1A II Hiện tượng tự cảm Định nghĩa Hiện tượng tự cảm tượng cảm ứng điện từ xảy mạch có dịng điện mà biến thiên từ thông qua mạch gây biến thiên cường độ dòng điện mạch Một số ví dụ tượng tự cảm a) Ví dụ Khi đóng khóa K, đèn sáng lên đèn sáng lên từ từ Giải thích: Khi đóng khóa K, dịng điện qua ống dây đèn tăng lên đột ngột, ống dây xuất suất điện động tự cảm có tác dụng cản trở tăng dịng điện qua L Do dịng điện qua L đèn tăng lên từ từ b) Ví dụ Khi đột ngột ngắt khóa K, ta thấy đèn sáng bừng lên trước tắt Giải thích: Khi ngắt K, dòng điện iL giảm đột ngột xuống Trong ống dây xuất dòng điện cảm ứng chiều với iL ban đầu, dòng điện chạy qua đèn K ngắt đột ngột nên cường độ dịng cảm ứng lớn, làm cho đén sáng bừng lên trước tắt III Suất điện động tự cảm Suất điện động tự cảm Suất điện động cảm ứng mạch xuát hiện tượng tự cảm gọi suất điện động tự cảm Biểu thức suất điện động tự cảm: etc = - L ∆i ∆t Suất điện động tự cảm có độ lớn tỉ lệ với tốc độ biến thiên cường độ dòng điện mạch Năng lượng từ trường ống dây tự cảm W= Li IV Ứng dụng Hiện tượng tự cảm có nhiều ứng dụng mạch điện xoay chiều Cuộn cảm phần tử quan trọng mạch điện xoay chiều có mạch dao động máy biến áp PHẦN II QUANG HÌNH HỌC CHƯƠNG VI KHÚC XẠ ÁNH SÁNG Tiết 51 KHÚC XẠ ÁNH SÁNG I Sự khúc xạ ánh sáng Hiện tượng khúc xạ ánh sáng Khúc xạ ánh sáng tượng lệch phương (gãy) tia sáng truyền xiên góc qua mặt phân cách hai môi trường suốt khác Định luật khúc xạ ánh sáng + Tia khúc xạ nằm mặt phẵng tới (tạo tia tới pháp tuyến) phía bên pháp tuyến so với tia tới + Với hai môi trường suốt định, tỉ số sin góc tới (sini) sin góc khúc xạ (sinr) luôn không đổi: sin i = số sin r II Chiết suất môi trường Chiết suất tỉ đối Tỉ số không đổi sin i tượng khúc xạ gọi chiết suất tỉ đối n 21 môi trường (chứa tia khúc xạ) đối sin r với môi trường (chứa tia tới): sin i = n21 sin r + Nếu n21 > r < I : Tia khúc xạ lệch lại gần pháp tuyến Ta nói mơi trường chiết quang môi trường + Nếu n21 < r > I : Tia khúc xạ lệch xa pháp tuyến Ta nói mơi trường chiết quang môi trường Chiết suất tuyệt đối Chiết suất tuyệt đối môi trường chiết suất tỉ đối mơi trường chân không 18 Mối liên hệ chiết suất tỉ đối chiết suất tuyệt đối: n 21 = n2 n1 Liên hệ chiết suất vận tốc truyền ánh sáng môi trường: n2 v1 c = ;n= n1 v2 v Công thức định luật khúc xạ viết dạng đối xứng: n 1sini = n2sinr III Tính thuận nghịch truyền ánh sáng Anh sáng truyền theo đường truyền ngược lại theo đường Từ tính thuận nghịch ta suy ra: n12 = n 21 Tiết 53 PHẢN XẠ TOÀN PHẦN I Sự truyền snhs sáng vào môi trường chiết quang Thí nghiệm Góc tới Chùm tia Chùm tia khúc xạ phản xạ i nhỏ r>i Rất sáng Rất mờ i = igh r ≈ 900 Rất sáng Rất mờ i > igh Khơng cịn Rất sáng Góc giới hạn phản xạ tồn phần + Vì n1 > n2 => r > i + Khi i tăng r tăng (r > i) Khi r đạt giá trị cực đại 90 i đạt giá trị igh gọi góc giới hạn phản xạ tồn phần + Ta có: sinigh = n2 n1 + Với i > igh khơng tìm thấy r, nghĩa khơng có tia khúc xạ, tồn tia sáng bị phản xạ mặt phân cách Đó tượng phản xạ toàn phần II Hiện tượng phản xạ toàn phần Định nghĩa Phản xạ toàn phần tượng phản xạ toàn ánh sáng tới, xảy mặt phân cách hai môi trường suốt Điều kiện để có phản xạ tồn phần + Anh sáng truyền từ môi trường tới môi trường chiết quang + i ≥ igh III Cáp quang Cấu tạo Cáp quang bó sợi quang Mỗi sợi quang sợi dây suốt có tính dẫn sáng nhờ phản xạ tồn phần Sợi quang gồm hai phần chính: + Phần lỏi suốt thủy tinh siêu sach có chiết suất lớn (n1) + Phần vỏ bọc suốt, thủy tinh có chiết suất n2 < n1 Ngoài lớp vỏ bọc nhựa dẻo để tạo cho cáp có độ bền độ dai học Công dụng Cáp quang ứng dụng vào việc truyền thông tin với ưu điểm: + Dung lượng tín hiệu lớn + Không bị nhiễu bở xạ điện từ bên ngồi + Khơng có rủi ro cháy (vì khơng có dịng điện) Cáp quang cịn dùng để nội soi y học CHƯƠNG VII MẮT VÀ DỤNG CỤ QUANG HỌC Tiết 55 LĂNG KÍNH I Cấu tạo lăng kính Lăng kính khối chất suốt, đồng chất, thường có dạng lăng trụ tam giác Một lăng kính đặc trưng bởi: + Góc chiết quang A; + Chiết suất n II Đường tia sáng qua lăng kính Tác dụng tán sắc ánh sáng trắng Chùm ánh sáng trắng qua lăng kính bị phân tích thành nhiều chùm sáng đơn sắc khác Đó tán sắc ánh sáng Đường truyền tia sáng qua lăng kính Chiếu đến mặt bên lăng kính chùm sáng hẹp đơn sắc SI 19 + Tại I: tia khúc xạ lệch gần pháp tuyến, nghĩa lệch phía đáy lăng kính + Tại J: tia khúc xạ lệch xa pháp tuyến, tức lệch phía đáy lăng kính Vậy, có tia ló khỏi lăng kính tia ló lệch phía đáy lăng kính so với tia tới Góc tạo tia ló tia tới gọi góc lệch D tia sáng truyền qua lăng kính III Các cơng thức lăng kính sini1 = nsinr1; A = r1 + r2 sini2 = nsinr2; D = i1 + i2 – A IV Công dụng lăng kính Lăng kính có nhiều ứng dụng khoa học kỉ thuật Máy quang phổ Lăng kính phận máy quang phổ Máy quang phổ phân tích ánh sáng từ nguồn phát thành thành phần đơn sắc, nhờ xác định cấu tạo nguồn sáng Lăng kính phản xạ tồn phần Lăng kính phản xạ tồn phần lăng kính thủy tinh có tiết diện thẳng tam giác vng cân Lăng kính phản xạ tồn phần sử dụng để tạo ảnh thuận chiều (ống nhòm, máy ảnh, …) Tiết 56, 57 THẤU KÍNH MỎNG I Thấu kính Phân loại thấu kính + Thấu kính khối chất suốt giới hạn hai mặt cong mặt cong mặt phẵng + Phân loại: - Thấu kính lồi (rìa mỏng) thấu kính hội tụ - Thấu kính lỏm (rìa dày) thấu kính phân kì II Khảo sát thấu kính hội tụ Quang tâm Tiêu điểm Tiêu diện a) Quang tâm + Điểm O thấu kính mà tia sáng tới truyền qua O truyền thẳng gọi quang tâm thấu kính + Đường thẳng qua quang tâm O vng góc với mặt thấu kính trục thấu kính + Các đường thẳng qua quang tâm O trục phụ thấu kính b) Tiêu điểm Tiêu diện + Chùm tia sáng song song với trục sau qua thấu kính hội tụ điểm trục Điểm tiêu điểm thấu kính Mỗi thấu kính có hai tiêu điểm F (tiêu điểm vật) F’ (tiêu điểm ảnh) đối xứng với qua quang tâm + Chùm tia sáng song song với trục phụ sau qua thấu kính hội tụ điểm trục phụ Điểm tiêu điểm phụ thấu kính Mỗi thấu kính có vô số tiêu điểm phụ vật Fn tiêu điểm phụ ảnh Fn’ + Tập hợp tất tiêu điểm tạo thành tiêu diện Mỗi thấu kính có hai tiêu diện: tiêu diện vật tiêu diện ảnh Có thể coi tiêu diện mặt phẵng vng góc với trục qua tiêu điểm Tiêu cự Độ tụ Tiêu cự: f = OF ' Độ tụ: D = f Đơn vị độ tụ điôp (dp): 1dp = 1m Qui ước: Thấu kính hội tụ: f > ; D > II Khảo sát thấu kính phân kì + Quang tâm thấu kính phân kì củng có tính chất quang tâm thấu kính hội tụ + Các tiêu điểm tiêu diện thấu kính phân kì xác định tương tự thấu kính hội tụ Điểm khác biệt chúng ảo, xác định đường kéo dài tia sáng Qui ước: Thấu kính phân kì: f < ; D < IV Sự tạo ảnh thấu kính Khái niệm ảnh vật quang học + Anh điểm điểm đồng qui chùm tia ló hay đường kéo dài chúng, + Anh điểm thật chùm tia ló chùm hội tụ, ảo chùm tia ló chùm phân kì + Vật điểm điểm đồng qui chùm tia tới đường kéo dài chúng + Vật điểm thật chùm tia tới chùm phân kì, ảo chùm tia tới chùm hội tụ Cách dựng ảnh tạo thấu kính Sử dụng hai tia sau: - Tia tới qua quang tâm -Tia ló thẳng - Tia tới song song trục -Tia ló qua tiêu điểm ảnh F’ - Tia tới qua tiêu điểm vật F -Tia ló song song trục - Tia tới song song trục phụ -Tia ló qua tiêu điểm ảnh phụ F’ n Các trường hợp ảnh tạo thấu kính Xét vật thật với d khoảng cách từ vật đến thấu kính: 20 a) Thấu kính hội tụ + d > 2f: ảnh thật, nhỏ vật + d = 2f: ảnh thật, vật + 2f > d > f: ảnh thật lớn vật + d = f: ảnh lớn, vô cực + f > d: ảnh ảo, lớn vật b) Thấu kính phân kì Vật thật qua thấu kính phân kì ln cho ảnh ảo chiều với vật nhỏ vật V Các cơng thức thấu kính + Cơng thức xác định vị trí ảnh: 1 + = f d d' + Công thức xác định số phóng đại: k= d' A' B' =d AB + Qui ước dấu: Vật thật: d > Vật ảo: d < Ảnh thật: d’ > Ảnh ảo: d’ < k > 0: ảnh vật chiều ; k < 0: ảnh vật ngược chiều VI Cơng dụng thấu kính Thấu kính có nhiều cơng dụng hữu ích đời sống khoa học Thấu kính dùng làm: + Kính khắc phục tật mắt + Kính lúp + Máy ảnh, máy ghi hình + Kính hiễn vi + Kính thiên văn, ống dòm + Đèn chiếu + Máy quang phổ Tiết 59 GIẢI BÀI TỐN VỀ HỆ THẤU KÍNH I Lập sơ đồ tạo ảnh Hệ hai thấu kính đồng trục ghép cách Sơ đồ tạo ảnh: L1 L2 AB → A1B1 → A2B2 d1 d1’ d2 d2’ ' d1' d Với: d2 = O1O2 – d1’; k = k1k2 = d1 d 2 Hệ hai thấu kính đồng trục ghép sát Sơ đồ tạo ảnh: L1 L2 AB → A1B1 → A2B2 d1 d1’ d2 d2’ ' ' d1' d d2 Với: d2 = – d1’; k = k1k2 = =d1 d d1 1 1 + ' = + d1 d f1 f Hệ thấu kính tương đương với thấu kính có độ tụ D = D1 + D2 Độ tụ hệ hai thấu kính mỏng II Các tập thí dụ Bài tập Sơ đồ tạo ảnh: L1 L2 AB → A1B1 → A2B2 d1 d1’ d2 d2’ Ta có d’1 = d1 f1 10.(−15) = = - 6(cm) d1 − f1 10 + 15 d2 = l – d’1 = 34 – (-6) = 40(cm) 21 d’2 = k= d2 f2 40.24 = = 60(cm) d − f 40 − 24 ' d1' d − 6.60 = = - 0,9 d1 d 10.40 Anh cuối ảnh thật, ngược chiều với vật cao 0,9 lần vật Bài tập a) Tính d : d' f − 12.(−20) = Ta có: d = ' = 30(cm) − 12 + 20 d −f b) Tiêu cự f2 : Coi hệ thấu kính ghép sát ta có : d d ' 30.(−20) = - 60(cm) = ' 30 − 20 d +d 1 = + Với suy : f f1 f f1 f − 20.(−60) = f2 = = 30(cm) f1 − f − 20 + 60 f= Tiết 61, 62 MẮT I Cấu tạo quang học mắt Mắt hệ gồm nhiều môi trường suốt tiếp giáp mặt cầu Từ ngồi vào trong, mắt có phận sau: + Giác mạc: Màng cứng, suốt Bảo vệ phần tử bên làm khúc xạ tia sáng truyền vào mắt + Thủy dịch: Chất lỏng suốt có chiết suất xấp xỉ chiết suất nước + Lịng đen: Màn chắn, có lỗ trống gọi Con có đường kính thay đổi tự động tùy theo cường độ sáng + Thể thủy tinh: Khối chất đặc suốt có hình dạng thấu kính hai mặt lồi + Dịch thủy tinh: Chất lỏng giống chất keo loãng, lấp đầy nhãn cầu sau thể thủy tinh + Màng lưới (võng mạc): Lớp mỏng tập trung đầu sợi dây thần kinh thị giác Ở màng lưới có điểm vng V nơi cảm nhận ánh sáng nhạy điểm mù (tại đó, sợi dây thần kinh vào nhãn cầu) không nhạy cảm với ánh sáng Hệ quang học mắt coi tương đương thấu kính hội tụ gọi thấu kính mắt Mắt hoạt động máy ảnh, đó: - Thấu kính mắt có vai trị vật kính - Màng lưới có vai trị phim II Sự điều tiết mắt Điểm cực viễn Điểm cực cận Ta có: 1 + = f d d' Với mắt d’ = OV khơng đổi Khi nhìn vật khoảng cách khác (d thay đổi) f thấu kính mắt phải thay đổi để ảnh màng lưới Sự điều tiết Điều tiết hoạt động mắt làm thay đổi tiêu cự mắt ảnh vật cách mắt khoảng khác tạo màng lưới + Khi mắt trạng thái không điều tiết, tiêu cự mắt lớn (f max, Dmin) + Khi mắt điều tiết tối đa, tiêu cự mắt nhỏ (f min, Dmax) Điểm cực viễn Điểm cực cận + Khi mắt không điều tiết, điểm trục mắt mà ảnh tạo màng lưới gọi điểm cực viễn C V Đó điểm xa mà mắt nhìn rỏ Mắt khơng có tật CV xa vơ (OCV = ∞) + Khi mắt điều tiết tối đa, điểm trục mắt mà ảnh tạo màng lưới gọi điểm cực cận C C Đó điểm gần mà mắt cịn nhìn rỏ Càng lớn tuổi điểm cực cân lùi xa mắt + Khoảng cách CV CC gọi khoảng nhìn rỏ mắt OCV gọi khoảng cực viễn, Đ = OCC gọi khoảng cực cận III Năng suất phân li mắt + Góc trơng vật AB góc tưởng tượng nối quang tâm mắt tới hai điểm đầu cuối vật + Góc trơng nhỏ ε = αmin hai điểm để mắt cịn phân biệt hai điểm gọi suất phân li mắt Khi đó, ảnh điểm đầu cuối vật tạo hai tế bào thần kinh thị giác kế cận Mắt bình thường ε = αmin = 1’ IV Các tật mắt cách khắc phục 22 Mắt cận cách khắc phục a) Đặc điểm - Độ tụ lớn độ tụ mắt bình thường, chùm tia sáng song song truyền đến mắt cho chùm tia ló hội tụ điểm trước màng lưới - fmax < OV - OCv hữu hạn - Khơng nhìn rỏ vật xa - Cc gần mắt bình thường b) Cách khắc phục Đeo thấu kính phân kì có độ tụ thích hợp để nhìn rỏ vật vơ cực mà mắt điều tiết Tiêu cự thấu kính cần đeo (nếu coi kính đeo sát mắt) : f k = - OCV Mắt viễn thị cách khắc phục a) Đặc điểm - Độ tụ nhỏ độ tụ mắt bình thường, chùm tia sáng song song truyền đến mắt cho chùm tia ló hội tụ điểm sau màng lưới - fmax > OV - Nhìn vật vơ cực phải điều tiết - Cc xa mắt bình thường b) Cách khắc phục Đeo thấu kính hội tụ có tụ số thích hợp để: - Hoặc nhìn rỏ vật xa mà điều tiết mắt - Hoặc nhìn rỏ vật gần mắt bình thường (ảnh ảo điểm gần muốn quan sát qua thấu kính điểm cực cận mắt) Mắt lão cách khắc phục + Khi tuổi cao khả điều tiết giảm mắt yếu thể thủy tinh cứng nên điểm cực cận C C dời xa mắt + Để khắc phục tật lão thị, phải đeo kính hội tụ để nhìn rỏ vật gần mắt bình thường V Hiện tượng lưu ảnh mắt Cảm nhận tác động ánh sáng lên tế bào màng lưới tiếp tục tồn khoảng 0,1s sau ánh sáng kích thích tắt, nên người quan sát cịn “thấy” vật khoảng thời gian Đó tượng lưu ảnh mắt Tiết 64 KÍNH LÚP I Tổng quát dụng cụ quang học bỗ trợ cho mắt + Các dụng cụ quang bỗ trợ cho mắt có tác dụng tạo ảnh với góc trơng lớn góc trơng vật nhiều lần + Số bội giác: G = α tan α = α tan α II Cơng dụng cấu tạo kính lúp + Kính lúp dụng cụ quang bỗ trợ cho mắt để quan sát vật nhỏ + Kính lúp cấu tạo thấu kính hội tụ (hoặc hệ ghép tương đương với thấu kính hội tụ) có tiêu cự nhỏ (cm) III Sự tạo ảnh qua kính lúp + Đặt vật khoảng từ quang tâm đến tiêu điểm vật kính lúp Khi kính cho ảnh ảo chiều lớn vật + Để nhìn thấy ảnh phải điều chỉnh khoảng cách từ vật đến thấu kính để ảnh giới hạn nhìn rỏ mắt Động tác quan sát ảnh vị trí xác định gọi ngắm chừng vị trí + Khi cần quan sát thời gian dài, ta nên thực cách ngắm chừng cực viễn để mắt không bị mỏi III Số bội giác kính lúp + Xét trường hợp ngắm chừng vơ cực Khi vật AB phải đặt tiêu diện vật kính lúp AB AB tan α0 = OC C f tan α OC C Do G∞ = = tan α o f Ta có: tanα = Người ta thường lấy khoảng cực cận OC C = 25cm Khi sản xuất kính lúp người ta thường ghi giá trị G ∞ ứng với khoảng cực cận kính (5x, 8x, 10x, …) + Khi ngắm chừng cực cận: Gc = |k| = | d 'C | dC Tiết 65 KÍNH HIỂN VI I Cơng dụng cấu tạo kính hiễn vi 23 + Kính hiễn vi dụng cụ quang học bỗ trợ cho mắt để nhìn vật nhỏ, cách tạo ảnh có góc trơng lớn Số bội giác kính hiễn vi lớn nhiều so với số bội giác kính lúp + Kính hiễn vi gồm vật kính thấu kính hội tụ có tiêu nhỏ (vài mm) thị kính thấu kính hội tụ có tiêu cự nhỏ (vài cm) Vật kính thị kính đặt đồng truc, khoảng cách chúng O 1O2 = l không đổi Khoảng cách F 1’F2 = δ gọi độ dài quang học kính Ngồi cịn có phận tụ sáng để chiếu sáng vật cần quan sát Đó thường gương cầu lỏm II Sự tạo ảnh kính hiễn vi Sơ đồ tạo ảnh : A1B1 ảnh thật lớn nhiều so với vật AB A2B2 ảnh ảo lớn nhiều so với ảnh trung gian A1B1 Mắt đặt sau thị kính để quan sát ảnh ảo A2B2 Điều chỉnh khoảng cách từ vật đến vật kính (d 1) cho ảnh cuối (A2B2) giới hạn nhìn rỏ mắt góc trơng ảnh phải lớn suất phân li mắt Nếu ảnh sau A2B2 vật quan sát tạo vô cực ta có ngắm chừng vơ cực III Số bội giác kính hiễn vi + Khi ngắm chừng cực cận: GC = d '1 d ' d1 d + Khi ngắm chừng vô cực: G∞ = |k1|G2 = δ OCC f1 f Với δ = O1O2 – f1 – f2 Tiết 66 KÍNH THIÊN VĂN I Cơng dụng cấu tạo kính thiên văn + Kính thiên văn dụng cụ quang bổ trợ cho mắt, có tác dụng tạo ảnh có góc trơng lớn vật xa + Kính thiên văn gồm: Vật kính thấu kính hội tụ có tiêu cự dài (và dm đến vài m) Thị kính thấu kính hội tụ có tiêu cự ngắn (vài cm) Vật kính thị kính đặt đồng trục, khoảng cách chúng thay đổi II Sự tạo ảnh kính thiên văn Hướng trục kính thiên văn đến vật AB xa cần quan sát để thu ảnh thật A 1B1 tiêu diện ảnh vật kính Sau thay đổi khoảng cách vật kính thị kính để ảnh cuối A 2B2 qua thị kính ảnh ảo, nằm giới hạn nhìn rỏ mắt góc trông ảnh phải lớn suất phân li mắt Mắt đặt sau thị kính để quan sát ảnh ảo Để quan sát thời gian dài mà không bị mỏi mắt, ta phải đưa ảnh cuối vô cực: ngắm chừng vô cực III Số bội giác kính thiên văn Khi ngắm chừng vô cực: A1 B1 A1 B1 ; tanα = f1 f2 f tan α = Do dó: G∞ = tan α f2 Ta có: tanα0 = Số bội giác kính thiên văn điều kiện khơng phụ thuộc vị trí đặt mắt sau thị kính 24 ... OV khơng đổi Khi nhìn vật khoảng cách khác (d thay đổi) f thấu kính mắt phải thay đổi để ảnh màng lưới Sự điều tiết Điều tiết hoạt động mắt làm thay đổi tiêu cự mắt ảnh vật cách mắt khoảng khác... gọi tranzito lưỡng cực n-p-n Tranzito có ba cực: + Cực góp cơlectơ (C) + Cực đáy hay cực gốc, bazơ (B) + Cực phát hay Emitơ (E) Ứng dụng phổ biến tranzito để lắp mạch khuếch đại khóa điện tử Tiết... nam châm đứng yên dịch chuyển mạch kín (C) ta thu kết tương tự d) Thí nghiệm Thay nam châm vĩnh cửu nam châm điện Khi thay đổi cường độ dòng điện nam châm điện mạch kín (C) xuất dòng điện 16 Kết