Vật lý đại cương 2 phần: Điện – Quang

pdf

136

3 MB

11

488

4.2 (
5 lượt)

1363 MB11

Nhấn vào bên dưới để tải tài liệu

Đang xem trước 10 trên tổng 136 trang, để tải xuống xem khá đầy đủ hãy nhấn vào bên trên

Chủ đề tương quan

Tài liệu tương tự

Nội dung

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG 2

ĐIỆN – QUANG

Hà Nội 12/03/2014

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG 2

ĐIỆN – QUANG

SINH VIÊN

: HOÀNG VĂN TRỌNG

LỚP

: K54 Địa lý

QUÊ QUÁN

: Giao Thủy – Nam Định

ĐIỆN THOẠI

: 0974 971 149

EMAIL

: [email protected]

Hà Nội 12/03/2014

Lời chia sẻ
Điện – Quang là môn học thuộc “Khối kiến thức cơ bản chung của nhóm ngành”
và các ngành đào tạo của trường ĐHKHTN, ĐHQGHN đều học môn học này.
Nội dung của Điện – Quang gồm 2 phần chính có liên quan chặt chẽ với nhau:
+ Điện học (bao gồm Điện và Từ)
+ Quang học (tính chất sóng và tính chất hạt của ánh sáng)
Trong phần Điện học là những nội dung cơ bản về trường điện và trường từ.
Trước hết, cần nắm được các khái niệm, hiểu và nhớ các định luật để giải quyết các bài
tập liên quan – đây là điều kiện cần. Để tiếp thu kiến thức của môn học bớt khó khăn
thì cần phải xem lại những kiến thức liên quan tới môn Toán như: đạo hàm – vi phân,
tích phân hàm một biến (môn Giải tích 1 – giáo trình Toán học cao cấp tập 2), tích
phân hàm nhiều biến (môn Giải tích 2 – giáo trình Toán học cao cấp tập 3), lý thuyết
trường về toán tử rot, toán tử div,…
Các định luật phát biểu cho điện tích điểm, hạt cơ bản, yếu tố dòng,….nhưng bài
toán lại cần tìm giá trị tổng hợp. Vì thế, trong quá trình vận dụng lý thuyết vào bài tập
thì thường gặp khó khăn do liên quan đến phép tính tích phân mà cụ thể là đi tìm biểu
thức dưới dấu tích phân.
Bản chất của phép lấy tích phân chỉ là phép cộng: cộng vô số các số hạng trong
b

đó mỗi số hạng có giá trị vô cùng nhỏ:  f(x) dx 
a

n

lim 
n

i1

ba
f(x i )
n

Ta sử dụng tích phân khi có một hoặc nhiều yếu tố biến đổi, ví dụ điện trường do
các điện tích ở vị trí khác nhau là khác nhau, các điện tích phân bố liên tục. Muốn tìm
biểu thức dưới dấu tích phân thì phải xác định giá trị (ví dụ điện trường) do một yếu tố
vi phân vô cùng nhỏ gây nên sau đó lấy tích phân để cộng các giá trị đó lại với nhau.
Ngoài ra, biểu thức dưới dấu tích phân có thể xuất hiện véctơ tức là chiều của các
véctơ thay đổi theo từng yếu tố vi phân. Nếu có 1 yếu tố biến đổi thì ta có tích phân
của hàm 1 biến, nếu có 2 yếu tố biến đổi thì ta có tích phân mặt, nếu có 2 yếu tố biến
đổi mà biến số này là hàm của biến số kia thì có thể đưa về tích phân đường,…
Ngoài ra, một số định lý và định luật còn được thể hiện dưới dạng vi phân và liên
quan tới toán tử rot, toán tử div: định lý O – G trong điện trường, từ trường; định luật
Faraday về hiện tượng cảm ứng điện từ, định luật Ampere về dòng toàn phần, các
phương trình của Maxwell. Vì vậy cần phải hiểu được rot và div:

 Edl

rot E  lim L
S 0

S

(trong đó S là diện tích giới hạn bởi đường cong kín L)

 EdS

div E  lim S
V 0

V

(trong đó V là thể tích giới hạn bởi mặt kín S)

Một vấn đề khó khăn nữa là khi xác định chiều theo quy tắc bàn tay phải thì
thường bị gượng tay. Các bạn có thể thay bằng quy tắc vặn đinh ốc cho dễ tưởng
tượng, với quy ước: vặn đinh ốc xoay theo chiều kim đồng hồ thì đinh ốc sẽ chuyển
động tịnh tiến về phía trước và ngược lại.
Phần Quang học cũng chứa nhiều nội dung tương ứng với lịch sử phát triển của
nó. Trong khuôn khổ của môn học và cũng để phục vụ cho thi kết thúc môn, chúng ta
nên tập trung vào bản chất sóng của ánh sáng (giao thoa, nhiễu xạ, phân cực) và lượng
tử ánh sáng (các định luật bức xạ của vật đen tuyệt đối, hiệu ứng quang điện, hiệu ứng
Compton). Nhìn chung, bài tập trong phần này dễ hơn phần Điện nhưng lý thuyết cần
phải nhớ thì khá nhiều.
File này được cấu trúc như sau: đối với mỗi phần thì đầu tiên là tóm tắt lý thuyết
với các công thức hay sử dụng được bao quanh bởi viền màu đỏ, sau đó là áp dụng lý
thuyết vào giải một số bài toán liên quan. Cuối file là một số đề thi và đề kiểm tra. Cần
hiểu và ghi nhớ những nội dung lý thuyết cơ bản, cách xây dựng công thức,…vì chúng
sẽ xuất hiện trong bài thi kết thúc môn học.
 Trên đây là chút kiến thức ít ỏi mà mình muốn chia sẻ cùng các bạn. Do hạn chế
nhận thức về môn học nên chắc chắn còn nội dung nào đó viết chưa đúng hoặc chưa
đầy đủ, rất mong các bạn thông cảm và góp ý để mình chỉnh sửa thêm.
Các bạn có điều gì thắc mắc xin gửi về địa chỉ: [email protected]
Hoặc đăng ý kiến lên page: ĐỀ THI HUS – KHTN HÀ NỘI của trang web
facebook.com để cùng trao đổi và thảo luận.

Hoàng Văn Trọng

Cập nhật 12/03/2014

MỤC LỤC
PHẦN I: ĐIỆN HỌC …………………………………………………………………………………………………… 8
A. LÝ THUYẾT …………………………………………………………………………………………………………. 8
1. Điện trường ………………………………………………………………………………………………………… 8
a. Điện tích …………………………………………………………………………………………………………. 8
b. Định luật Coulomb …………………………………………………………………………………………… 8
c. Điện trường……………………………………………………………………………………………………… 9
d. Đường sức điện trường……………………………………………………………………………………… 9
e. Nguyên lý chồng chất điện trường ………………………………………………………………………. 9
2. Định lý Ostrogradski – Gauss (O – G) …………………………………………………………………. 10
a. Thông lượng điện trường…………………………………………………………………………………. 10
b. Định lý O – G…………………………………………………………………………………………………. 10
3. Điện thế ……………………………………………………………………………………………………………. 10
a. Công của lực tĩnh điện…………………………………………………………………………………….. 10
b. Tính chất thế của trường tĩnh điện ……………………………………………………………………. 11
c. Thế năng của một điện tích trong điện trường ……………………………………………………. 11
d. Điện thế – Hiệu điện thế …………………………………………………………………………………… 11
e. Mặt đẳng thế ………………………………………………………………………………………………….. 12
g. Mối liên hệ giữa điện thế và cường độ điện trường …………………………………………….. 12
4. Năng lượng điện trường ……………………………………………………………………………………… 13
a. Năng lượng tĩnh điện của vật dẫn …………………………………………………………………….. 13
b. Năng lượng của tụ điện …………………………………………………………………………………… 13
c. Năng lượng và mật độ năng lượng điện trường ………………………………………………….. 14
5. Dòng điện …………………………………………………………………………………………………………. 14
a. Dòng điện. Mật độ dòng điện …………………………………………………………………………… 14
b. Phương trình liên tục ………………………………………………………………………………………. 15
c. Lực lạ ……………………………………………………………………………………………………………. 15
6. Từ trường …………………………………………………………………………………………………………. 15
a. Định luật Ampere về tương tác từ giữa hai yếu tố dòng cơ bản ……………………………. 15
b. Từ trường ………………………………………………………………………………………………………. 16
c. Định luật Biot – Savart – Laplace …………………………………………………………………….. 16
d. Lực tác dụng của từ trường lên dòng điện …………………………………………………………. 16
7. Định luật Ampere về dòng toàn phần và ứng dụng ………………………………………………… 17
a. Định luật Ampere về dòng toàn phần ………………………………………………………………… 17
b. Ứng dụng của định luật Ampere về dòng toàn phần ……………………………………………. 17
c. Định lý Ostrogradski – Gauss trong từ trường …………………………………………………… 18
8. Lực Lorentz – Hiệu ứng Hall ………………………………………………………………………………. 18
a. Lực Lorentz ……………………………………………………………………………………………………. 18
b. Hiệu ứng Hall ………………………………………………………………………………………………… 18
9. Các định luật về cảm ứng điện từ ………………………………………………………………………… 19
a. Định luật Faraday ………………………………………………………………………………………….. 19
b. Định luật Lenz ……………………………………………………………………………………………….. 19
10. Hiện tượng hỗ cảm và hiện tượng tự cảm ……………………………………………………………. 19
a. Hiện tượng hỗ cảm …………………………………………………………………………………………. 19
b. Hiện tượng tự cảm ………………………………………………………………………………………….. 20
11. Năng lượng từ trường ………………………………………………………………………………………. 20
a. Năng lượng từ trường ……………………………………………………………………………………… 20
b. Mật độ năng lượng từ trường …………………………………………………………………………… 20
Hoàng Văn Trọng – 0974.971.149
1

Cập nhật 12/03/2014
12. Hệ phương trình Maxwell và hệ quả ………………………………………………………………….. 20
B. BÀI TẬP ……………………………………………………………………………………………………………… 22
Bài 1: Điện trường của điện tích điểm ……………………………………………………………………… 22
Bài 2: Điện thế của điện tích điểm …………………………………………………………………………… 23
Bài 3: Điện trường của lưỡng cực điện …………………………………………………………………….. 23
Bài 4: Điện thế của lưỡng cực điện………………………………………………………………………….. 25
Bài 5: Điện trường và điện thế của dây dẫn thẳng dài tích điện …………………………………… 25
Trường hợp 1: M nằm trên đường trung trực của sợi dây và cách trung điểm của sợi dây
một khoảng là z. Xét trường hợp đặc biệt khi a   ………………………………………………. 25
Trường hợp 2: M nằm trên đường thẳng AB và cách trung điểm O một khoảng là z…… 28
Trường hợp 3: M nằm trên đường thẳng vuông góc với một đầu của sợi dây và cách đầu
sợi dây một khoảng là z ………………………………………………………………………………………. 30
Trường hợp 4: M nằm trên đường thẳng vuông góc với sợi dây tại điểm cách đầu sợi dây
một khoảng là h, M cách sợi dây một khoảng là z. Đây là trường hợp tổng quát cho 3
trường hợp ở trên……………………………………………………………………………………………….. 32
Bài 6: Điện trường và điện thế của vòng dây tròn tích điện ………………………………………… 34
Trường hợp 1: Vòng dây tròn tâm O bán kính R, tích điện q, mật độ điện dài là . Điểm
M nằm trên trục của vòng dây và cách O một khoảng là z. Xét trường hợp đặc biệt khi z
bằng 0. ……………………………………………………………………………………………………………… 34
Trường hợp 2: Một ống hình trụ rất mỏng có chiều cao h, tích điện dương với mật độ
điện mặt là . Điểm M nằm trên trục của hình trụ và cách tâm của mặt đáy một khoảng
là z……………………………………………………………………………………………………………………. 36
Trường hợp 3: Bán cầu rỗng có bán kính R, tích điện dương với mật độ điện mặt .
Điểm M nằm tại tâm của bán cầu…………………………………………………………………………. 37
Bài 7: Điện trường và điện thế của đĩa tròn tích điện …………………………………………………. 40
Trường hợp 1: Đĩa tròn tâm O bán kính R, tích điện dương với mật độ điện mặt . Điểm
M nằm trên trục của đĩa và cách O một khoảng là z. Xét trường hợp đặc biệt khi z >> R
và khi R  . ……………………………………………………………………………………………………. 40
Trường hợp 2: Hình trụ đặc bán kính R, tích điện dương với mật độ điện khối là . Điểm
M nằm trên trục của khối trụ và cách tâm của mặt đáy một khoảng là z. ………………….. 42
Bài 8: Xác định véc tơ cảm ứng từ B do một dây dẫn thẳng dài có dòng I chạy qua tại
điểm M cách dây một khoảng là z. ……………………………………………………………………… 45
Bài 9: Xác định véctơ cảm ứng từ B do một dòng điện tròn tâm O bán kính R, cường độ I
gây ra tại điểm M nằm trên trục của vòng dây tròn và cách O một khoảng là z. Tìm cảm
ứng từ tại tâm O của vòng dây tròn. …………………………………………………………………….. 47
Bài 10: Nửa vòng dây dẫn điện bán kính R = 0,49m và khối lượng m = 250g, có dòng điện
I = 25A chạy qua (hình vẽ). Hỏi cần một từ trường B có hướng và độ lớn như thế nào
để nửa vòng dây trên lơ lửng trong không gian. ……………………………………………………. 48
Bài 11: Một dây cáp đồng trục có đường kính trong d1 = 2mm vỏ ngoài bọc chì đường kính
d2 = 8 cm, ở giữa lõi và vỏ bọc là chất điện môi có hằng số điện môi  = 3. Trong lõi và
vỏ bọc tích điện trái dấu nhau với mật độ điện dài  = 3,14.10-4 C/m. Hãy xác định
cường độ điện trường tại các điểm cách trục một khoảng: ……………………………………… 49
(a) r1 = 3 cm. ……………………………………………………………………………………………………… 49
(b) r2 = 10 cm. ……………………………………………………………………………………………………. 49
Bài 12: Cho quả cầu không dẫn điện tâm O, bán kính R = 15 cm được tích điện đều với
mật độ điện tích khối  = 1,699.10-7 C/m3, được đặt trong chân không. …………………… 51
(1) Xác định cường độ điện trường tại điểm M cách tâm O một đoạn: (a) r 1 = 10 cm; (b)
r2 = 30 cm. ………………………………………………………………………………………………………… 51
(2) Lấy điện thế tại vô cùng bằng 0. Xác định điện thế tại P cách tâm 20 cm. ……………. 51
Hoàng Văn Trọng – 0974.971.149
2

Cập nhật 12/03/2014
Bài 13: Một quả cầu kim loại tâm O, bán kính R = 15 cm. Lấy điện thế tại vô cùng bằng 0,
tích điện cho quả cầu đến hiệu điện thế 1500V. Hãy xác định: ……………………………….. 54
(a) Điện tích và mật độ điện tích trên mặt quả cầu. …………………………………………………. 54
(b) Cường độ điện trường, hiệu điện thế tại các điểm M và N lần lượt cách tâm O một
khoảng là 5 cm và 45 cm. ……………………………………………………………………………………. 54
(c) Mật độ điện trường tại các điểm M, N. …………………………………………………………….. 54
Bài 14: Một dòng điện thẳng dài vô hạn có dòng điện không đổi 1A chạy qua. Một khung
dây hình chữ nhật ABCD đặt trong mặt phẳng đi qua dòng điện. Cho cạnh AB = 30cm,
BC = 20cm. Đoạn AB song song với dòng điện, cách dòng điện 10cm. Hãy xác định từ
thông đi qua cuôn dây. Cho hằng số từ thẩm của môi trường bằng 1. ………………………. 55
Bài 15: Một dây tích điện liên tục nằm dọc theo trục Ox từ điểm x = x 0 đến +. Mật độ
điện tích dài trên dây là 0. Tính cường độ điện trường và điện thế tại gốc tọa độ O. … 56
Bài 16: Một thanh dẫn hình trụ, khối lượng 0.72 kg, bán kính tiết diện 6 cm, có dòng điện I
= 48A chạy qua theo chiều mũi tên, nằm trên hai thanh ray có độ dài L = 45 cm đặt
song song và cách nhau một khoảng d = 12 cm. Toàn bộ hệ được đặt trong một từ
trường đều có độ lớn 0.24 T, hướng vuông góc với mặt phẳng chứa thanh dẫn và thanh
ray. Thanh dẫn đứng yên ở một đầu của ray và bắt đầu lăn không trượt theo ray. Tính
tốc độ của thanh dẫn tại thời điểm rời khỏi đầu kia của ray. …………………………………… 58
Bài 17: Một dây dẫn được uốn như hình vẽ, có dòng I = 5A chạy qua. Bán kính cung tròn
là R = 3 cm. Xác định độ lớn và hướng của cảm ứng từ tại tâm của cung tròn. …………. 59
Bài 18: Một solenoid với n = 400 vòng/m có dòng điện biến thiên I = 30(1 – e-1.6t) A chạy
qua. Một cuộn dây có tổng cộng N = 250 vòng, bán kính 6cm được đặt đồng trục vào
trong lòng của solenoid. Tìm suất điện động cảm ứng xuất hiện trong cuộn dây. ……… 60
Bài 19: Một thanh dài 14 cm được tích điện đều, có diện tích tổng cộng là –22 µC. Xác
định cường độ điện trường và điện thế tại điểm nằm trên trục thanh, cách trung điểm
của thanh một khoảng là 36 cm…………………………………………………………………………… 61
Bài 20: Một thanh dẫn điện có mật độ khối lượng là 0.04 kg/m, được treo bằng hai sợi dây
dẫn mềm cho dòng điện I chạy qua, đặt trong từ trường Bin = 3,6 T, hướng vuông góc
vào trong mặt phẳng. Dòng điện I phải có hướng và độ lớn như thế nào để không có sức
căng trên các dây treo. ……………………………………………………………………………………….. 63
Bài 21: Một dây dẫn gồm vòng dây tròn có bán kính R và hai đoạn dây thẳng, dài, nằm
trong cùng một mặt phẳng. Dây dẫn có dòng điện I = 7A chạy qua theo chiều mũi tên
(hình vẽ). Tìm biểu thức của véctơ cảm ứng từ tại tâm của vòng dây. ……………………… 64
Bài 22: Một cuộn có 15 vòng dây, bán kính R = 10 cm, được cuốn quanh một solenoid có
bán kính 2 cm và n = 1000 vòng/m. Dòng điện chạy trong solenoid theo chiều mũi tên
(hình vẽ) và biến thiên theo quy luật I = 5sin(120t) A. Tìm biểu thức của suất điện động
cảm ứng trong cuộn có 15 vòng dây. …………………………………………………………………… 65
Bài 23: Một quả cầu đặc, bán kính 40 cm, tích điện đều trong toàn bộ thể tích với điện tích
tổng cộng là +26C. Tìm độ lớn và hướng của cường độ điện trường tại những vị trí
cách tâm quả cầu một khoảng: ……………………………………………………………………………. 66
(a) 0 cm. ……………………………………………………………………………………………………………. 66
(b) 10 cm…………………………………………………………………………………………………………… 66
(c) 40 cm. ………………………………………………………………………………………………………….. 66
(d) 60 cm…………………………………………………………………………………………………………… 66
Bài 24: Một thanh có độ dài L nằm dọc theo trục x (hình vẽ). Đầu bên trái của thanh được
đặt tại gốc tọa độ. Thanh được tích điện không đều với mật độ điện tích dài là  = .x
( là một hằng số dương). ………………………………………………………………………………….. 68
(a) Đơn vị của  là gì………………………………………………………………………………………….. 68
(b) Tìm điện thế tại điểm M cách gốc tọa độ một khoảng d……………………………………… 68

Hoàng Văn Trọng – 0974.971.149
3

Cập nhật 12/03/2014
Bài 25: Bốn dây dẫn thẳng song song dài vô hạn có cùng dòng điện I = 5A (hình vẽ). Các
dòng điện A và B hướng vuông góc vào trong mặt phẳng hình vẽ. Các dòng C và D
hướng vuông góc ra bên ngoài mặt phẳng hình vẽ. Tìm độ lớn và hướng của cảm ứng từ

B tại điểm M nằm ở tâm hình vuông có cạnh 0,2m. …………………………………………….. 69
Bài 26: Thanh dẫn có thể trượt không ma sát trên hai ray song song, đặt cách nhau một
khoảng l = 1,2m. Toàn bộ hệ được đặt trong từ trường đều có độ lớn B = 2,5T hướng
vuông góc vào trong mặt phẳng hình vẽ. ……………………………………………………………… 70
(a) Tính lực lực không đổi Fapp cần thiết để trượt thanh dẫn sang phải với tốc độ 2 m/s.
………………………………………………………………………………………………………………………… 70
(b) Tính công suất tỏa ra trên điện trở R = 6. ………………………………………………………. 70
Bài 27: Một quả cầu không dẫn điện đường kính 8 cm, tích điện đều trong toàn bộ thể tích
với điện tích tổng cộng là +5,7 C. Tính điện tích chứa trong các mặt cầu đồng tâm với
quả cầu có bán kính. ………………………………………………………………………………………….. 71
(a) r1 = 2 cm. ……………………………………………………………………………………………………… 71
(b) r2 = 6 cm. ……………………………………………………………………………………………………… 71
Tìm độ lớn và hướng của cường độ điện trường tại các mặt cầu đồng tâm đó. …………… 71
Bài 28: Tính cường độ điện trường và điện thế tại điểm P nằm trên trục của bản vành khăn
tích điện đều với mật độ điện tích mặt  (hình vẽ). ……………………………………………….. 72
Bài 29: Một vật dẫn hình trụ dài vô hạn, bán kính R, có dòng điện I chạy qua (hình vẽ) với
mật độ dòng J không đều trên tiết diện vật dẫn, J = br (với b là hằng số và r là khoảng
cách tính từ trục của hình trụ). Tìm độ lớn cảm ứng từ B tại những điểm nằm cách trục
hình trụ một khoảng: …………………………………………………………………………………………. 74
(a) r1 < R....................................................................................................................... 74 (b) r2 > R. ……………………………………………………………………………………………………… 74
Bài 30: Thanh dẫn có thể trượt không ma sát trên hai thanh ray song song, đặt cách nhau
một khoảng l. Toàn bộ hệ được đặt trong từ trường đều B hướng vuông góc vào trong
mặt phẳng hình vẽ. Một lực không đổi có độ lớn Fapp  1N làm thanh dẫn trượt đều
sang phải với tốc độ 2m/s. Bỏ qua lực ma sát. ……………………………………………………… 76
(a) Tính cường độ dòng điện chạy trong điện trở R = 8. ……………………………………….. 76
(b) Tính công suất tỏa ra trên điện trở R. ………………………………………………………………. 76
Bài 31: Một electrôn chuyển động trên quỹ đạo tròn (hình vẽ) có động năng E đ = 22,5 eV
(1eV = 1,6.10-19 J), cảm ứng từ B = 4,55.10-4 T. …………………………………………………… 77
(a) Tính bán kính quỹ đạo điện tử, biết khối lượng electrôn m = 9,1.10 -31 kg và điện tích
q = 1,6.10-19 C. …………………………………………………………………………………………………… 77
(b) Chu kỳ chuyển động của electrôn. …………………………………………………………….. 77
Bài 32: Một sợi dây thẳng đặt nằm ngang có dòng I = 28A. Hỏi chiều và độ lớn của từ
trường bằng bao nhiêu để nó gây ra một lực cân bằng với trọng lượng của sợi dây. Cho
biết khối lượng trên một đơn vị chiều dài của sợi dây là: m/L = 46,6 g/m. ……………….. 78
Bài 33: Một dây dẫn thẳng được tách thành hai nửa vòng tròn như nhau, có dòng I chạy
qua. Xác định cường độ từ trường tại tâm O của vòng tròn. …………………………………… 79
Bài 34: Tính véctơ cảm ứng từ tại tâm C của hình có dạng dưới đây (hình vẽ) khi có dòng I
chạy qua. …………………………………………………………………………………………………………. 79
Bài 35: Hai vòng dây dẫn một lớn một nhỏ đặt song song với nhau (hình vẽ). Trong vòng
lớn có dòng I đang tăng. Hỏi: ……………………………………………………………………………… 80
(a) Chiều của dòng điện cảm ứng trong cuộn nhỏ. ………………………………………………….. 80
(b) Chiều của lực tác dụng lên cuộn nhỏ. ………………………………………………………………. 80
Bài 36: Một dây dẫn thẳng AB, chiều dài l = 1,2m được nối với một nguồn điện có suất
điện động  = 24V bằng một sợi dây mềm (hình vẽ). Điện trở trong của nguồn điện là r
Hoàng Văn Trọng – 0974.971.149
4

Cập nhật 12/03/2014
= 0,5 . Dây dẫn AB đặt trong từ trường có véctơ cảm ứng từ B = 0,8T vuông góc với
dây dẫn. Điện trở mạch ngoài là R = 2,5. ………………………………………………………….. 81
(a) Tìm dòng chạy trong mạch nếu dây chuyển động với vận tốc v = 12,5 m/s. …………. 81
(b) Dòng thay đổi bao nhiêu lần nếu dây dẫn dừng lại. Bỏ qua từ trường do dòng điện
gây nên. …………………………………………………………………………………………………………….. 81
PHẦN II: QUANG HỌC ……………………………………………………………………………………………. 82
A. LÝ THUYẾT ……………………………………………………………………………………………………….. 82
1. Cơ sở quang hình học ………………………………………………………………………………………… 82
2. Giao thoa ánh sáng …………………………………………………………………………………………….. 83
a. Ánh sáng là một sóng………………………………………………………………………………………. 83
b. Cường độ sáng ……………………………………………………………………………………………….. 83
c. Giao thoa vân không định xứ ……………………………………………………………………………. 84
d. Giao thoa vân định xứ …………………………………………………………………………………….. 86
e. Các giao thoa kế …………………………………………………………………………………………….. 89
3. Nhiễu xạ ánh sáng ……………………………………………………………………………………………… 90
a. Nguyên lý Hugen – Fresnel ……………………………………………………………………………… 90
b. Nhiễu xạ Fresnel …………………………………………………………………………………………….. 91
c. Nhiễu xạ Fraunhofer……………………………………………………………………………………….. 92
4. Phân cực ánh sáng……………………………………………………………………………………………… 96
5. Lượng tử ánh sáng …………………………………………………………………………………………….. 98
a. Bức xạ nhiệt …………………………………………………………………………………………………… 98
b. Các định luật bức xạ của vật đen tuyệt đối ………………………………………………………… 98
c. Thuyết lượng tử ánh sáng của Einstein ……………………………………………………………… 99
d. Hiện tượng quang điện ………………………………………………………………………………….. 100
e. Hiệu ứng Compton ………………………………………………………………………………………… 100
B. BÀI TẬP ……………………………………………………………………………………………………………. 101
Bài 1: Chiếu chùm ánh sáng trắng xuống bản mỏng có chiết suất n = 1,33 trong không khí
với góc tới 60o, ánh sáng có bước sóng 550nm phản xạ cho cường độ cực đại với bậc
giao thoa bằng 2. Hãy xác định bề dày của bản mỏng. Ngoài ánh sáng trên còn ánh sáng
đơn sắc nào khi phản xạ cũng cho cường độ cực đại. …………………………………………… 101
Bài 2: Trên bề mặt của một quang cụ làm bằng thủy tinh có chiết suất n = 1,7 người ta phủ
một lớp trong suốt có chiết suất n1 = 1,7. Hãy xác định bề dày tối thiểu của lớp trong
suốt để ánh sáng có bước sóng 550nm không bị phản xạ. Coi ánh sáng chiếu vuông góc.102
Bài 3: Mặt cầu của thấu kính phẳng lồi tiếp xúc với bản thủy tinh. Bán kính cong của thấu
kính là R = 100cm. Chiếu chùm sáng đơn sắc có bước sóng  = 0,5µm tới vuông góc
với bản thủy tính sao cho vân Newton xuất hiện ở mặt trên mặt cong của thấu kính. Cho
biết chiết suất của vật liệu làm thấu kính là n 1 = 1,5 và chiết suất của thủy tinh là n3 =
1,7. ………………………………………………………………………………………………………………… 103
a) Hãy xác định bán kính của vân tối thứ 5. …………………………………………………………. 103
b) Không gian giữa thấu kính và bản chứa đầy sulphua cacbon có chiết suất n 2 = 1,63.
Hãy xác định bán kính của vân tối thứ 5. …………………………………………………………….. 103
Bài 4: Hai tấm thủy tinh dài 120 mm có một đầu chạm nhau còn đầu kia cách nhau 48 µm
tạo thành nêm không khí. Chiếu chùm ánh sáng đơn sắc có bước sóng  = 0,48 µm
xuống vuông góc với mặt dưới của nêm. Hãy xác định: ………………………………………. 104
a) Khoảng vân. …………………………………………………………………………………………………. 104
b) Số vân giao thoa quan sát được. ……………………………………………………………………… 104
Bài 6: Một nguồn sáng điểm phát ánh sáng đơn sắc bước sóng  = 0,5µm được đặt trên
trục vuông góc đi qua tâm của lỗ tròn truyền sáng, bán kính r = 1 mm, cách lỗ tròn một
khoảng a = 1m. Hãy xác định khoảng cách b từ màn đến điểm quan sát để đối với điểm
đó lỗ tròn chứa đúng 3 đới Fresnel. …………………………………………………………………… 107
Hoàng Văn Trọng – 0974.971.149
5

Cập nhật 12/03/2014
Bài 7: Chiếu chùm ánh sáng đơn sắc bước sóng  = 0,44 µm tới vuông góc với khe hẹp bề
rộng a. Trên màn quan sát đặt cách khe hẹp 1m người ta đo được khoảng cách từ cực
tiểu nhiễu xạ thứ 2 đến cực đại chính giữa là 50cm. Hãy xác định: ……………………….. 107
a) Góc nhiễu xạ ứng với cực tiểu thứ 2. ………………………………………………………………. 107
b) Bề rộng a của khe hẹp. ………………………………………………………………………………….. 107
Bài 8: Trong một thí nghiệm nhiễu xạ của sóng phẳng qua một khe hẹp dài vô hạn, bề rộng
khe là a = 1200nm, khoảng cách từ màn đến khe hẹp là 1m, ánh sáng có bước sóng
600nm. Lấy chính giữa màn làm gốc, hãy xác định vị trí góc và vị trí trên màn của cực
đại phụ và cực tiểu thứ nhất (về phía góc âm) trong các trường hợp khi chùm sáng tới:109
a) Vuông góc với khe hẹp. …………………………………………………………………………………. 109
b) Tạo với pháp tuyến của khe hẹp một góc 30o. ………………………………………………….. 109
Bài 9: Chiếu chùm sáng đơn sắc song song bước sóng  = 0,55 µm tới hai khe hẹp giống
nhau có bề rộng a = 0,25mm; khoảng cách hai khe là d = 1,55mm. Màn quan sát cách
mặt phẳng chứa hai khe đoạn D = 1m………………………………………………………………… 110
a) Xác định khoảng cách giữa các cực đại giao thoa. …………………………………………….. 110
b) Có bao nhiêu vân sáng quan sát được trong cực đại trung tâm của bao hình nhiễu xạ.
………………………………………………………………………………………………………………………. 110
Bài 10: Chiếu một chùm sáng đơn sắc bước sóng 600nm tới vuông góc với một cách tử có
hằng số (chu kỳ) là d = 1900nm và số khe là N = 104. Sau cách tử đặt một thấu kính hội
tụ, màn quan sát đặt ở mặt phẳng tiêu diện của thấu kính. Hãy xác định: ……………….. 112
a) Vị trí và bề rộng góc của vạch quang phổ bậc 2. ………………………………………………. 112
b) Trên màn quan sát được bao nhiêu vạch quang phổ. …………………………………………. 112
Bài 11: Chiếu chùm ánh sáng phát ra từ nguồn Natri tới vuông góc với cách tử có các
thông số như sau: hằng số d = 1900 nm và số khe N = 104. Natri có hai ánh sáng đơn
sắc bước sóng 589 nm và 589,59 nm. Hãy xác định:……………………………………………. 114
a) Khoảng cách góc giữa hai vạch quang phổ bậc 2 của hai ánh sáng trên. ………………. 114
b) Cách tử có phân biệt được hai vạch quang phổ bậc 1 của hai ánh sáng trên không. Tại
sao? ………………………………………………………………………………………………………………… 114
Bài 12: Chiếu chùm ánh sáng tự nhiên có cường độ Io tới hệ gồm kính phân tích A và kính
phân cực P. Hãy xác định góc giữa hai quang trục của hai kính P và A để ánh sáng đi
qua hệ I = Io/8. Bỏ qua hiện tượng hấp thụ ánh sáng khi qua hai kính. …………………… 115
Bài 13: Mắt người thông thường nhạy cảm nhất đối với ánh sáng có bước sóng  = 550
nm. Hãy xác định nhiệt độ của một hốc đen tuyệt đối để mắt người nhìn rõ nhất ánh
sáng do nó phát ra. ………………………………………………………………………………………….. 115
Bài 14: Phổ bức xạ của mặt trời cực đại ở bước sóng max = 480 nm. Coi bề mặt của mặt
trời như vật đen tuyệt đối. Hãy xác định nhiệt độ bề mặt và năng suất bức xạ toàn phần
của mặt trời. Cho hệ số Stefan – Boltzmann  = 5,67.10-8 W/m2K4. Hệ số dịch chuyển
Wien b = 2898 µm.K……………………………………………………………………………………….. 116
Bài 15: Một nguồn sáng điểm công suất 3W phát ánh sáng đơn sắc bước sóng 589 nm. Hãy
xác định số photon đi qua tiết diện 1cm2 theo phương vuông góc với phương truyền,
cách nguồn 1,75 m. …………………………………………………………………………………………. 116
Bài 16: Một photon năng lượng 150 keV tán xạ đàn hồi trên electron tự do đứng yên dưới
góc tán xạ 90o. Cho bước sóng Compton  = 2,42.10-12 m, h = 6,625.10-34 J.s, c = 3.108
m/s. Hãy xác định:…………………………………………………………………………………………… 117
a) Năng lượng photon tán xạ. …………………………………………………………………………….. 117
b) Động năng và vận tốc của electron Compton (sau tán xạ). …………………………………. 117
Bài 17: Một photon năng lượng 58 keV tán xạ đàn hồi trên electron tự do đứng yên, sau tán
xạ bước sóng photon tăng lên 25%. Hãy xác định: ………………………………………………. 118
a) Góc tán xạ. …………………………………………………………………………………………………… 118
b) Bước sóng và năng lượng photon tán xạ. …………………………………………………………. 118
Hoàng Văn Trọng – 0974.971.149
6

Source: https://vh2.com.vn
Category : Khoa Học