Ngày này, hiện tượng quang điện trong hầu như đã hoàn toàn thay thế được hiện tượng quang điện ngoài trong các ứng dụng cuộc sống hàng ngày. Vậy thì Hiện tượng quang điện trong là gì ? Đó chính là nội dung mới của bài học ngày hôm nay, chúng ta sẽ tìm hiểu về các khái niệm mới : Hiện tượng quang điện trong, Quang điện trở và Pin quang điện.
Bán dẫn: 2 loại: loại p và loại n.
Chất bán dẫn: GE, Si, CdS, PbS,...
⇒ Chất quang dẫn là chất bán dẫn khi không bị chiếu sáng sẽ dẫn điện kém và dẫn điện rất tốt khi được chiếu sáng thích hợp.
b. Hiện tượng quang điện trong
Quang điện trở là một điện trở làm bằng chất quang dẫn. Nó được cấu tạo gồm một sợi dây bằng chất quang dẫn gắn trên một đế cách điện.
Điện trở của quang điện trở có thể thay đổi từ vài MΩ khi không được chiếu sáng xuống đến vài chục Ω khi được chiếu ánh sáng thích hợp.
2.3. Pin quang điện
Pin quang điện là một nguồn điện chạy bằng năng lượng ánh sáng. Nó biến đổi trực tiếp quang năng thành điện năng.
Hiệu suất của pin quang điện chỉ vào khoảng trên dưới 10%.
Cấu tạo và hoạt động:
Pin có một tấm bán dẫn loại n, bên trên có phủ một lớp mỏng bán dẫn loại p. Trên cùng là một lớp kim loại rất mỏng. Dưới cùng là một đế kim loại. Các kim loại này đóng vai trò các điện cực.
Giữa bán dẫn loại n và bán dẫn loại p hình thành một lớp tiếp xúc p-n. Lớp này ngăn không cho electron khuếch tán từ n sang p và lỗ trống khuếch tán từ p sang n. Vì vậy, người ta gọi lớp tiếp xúc này là lớp chặn.
Khi chiếu ánh sáng có bước sóng ngắn hơn giới hạn quang điện vào lớp kim loại mỏng trên cùng thì ánh sáng sẽ đi xuyên qua lớp này vào lớp loại p, gây ra hiện tượng quang điện trong và giải phóng ra các cặp electron và lỗ trống. Electron dễ dàng qua lớp chặn xuống bán dẫn loại n còn lỗ trong thì bị giữ lại trong lớp p. Kết quả là điện cực kim loại mỏng ở trên sẽ nhiễm điện dương và trở thành điện cực dương của pin, còn đế kim loại ở dưới sẽ nhiễm điện âm và trở thành điện cực âm của pin.
Suất điện động của pin quang điện nằm trong khoảng từ 0,5V đến 0,8V.
Ứng dụng: Pin quang điện được ứng dụng trong:
Nguồn điện ở vùng sâu, vùng xa.
Nguồn điện trong máy tính bỏ túi.
Nguồn điện ở các tàu vũ trụ,...
Ứng dụng trong các máy đo ánh sáng.
Chọn câu đúng khi nói về hiện tượng quang dẫn (còn gọi là hiện tượng quang điện trong) :
A. Electron trong kim loại bật ra khỏi kim loại khi được chiếu sáng thích hợp.
B. Electron trong bán dẫn bật ra khỏi bán dẫn khi được chiếu sáng thích hợp.
C. Electron ở bề mặt kim loại bật ra khỏi kim loại khi được chiếu sáng thích hợp.
D. Electron trong bán dẫn bật ra khỏi liên kết phân tử khi được chiếu sáng thích hợp.
Pin quang điện hoạt động dựa vào
A. hiện tượng quang điện ngoài
B. hiện tượng quang điện trong
C. hiện tượng tán sắc ánh sáng
D. sự phát quang của các chất
Điện trở của một quang điện trở có đặc điểm nào dưới đây ?
A. Có giá trị rất lớn
B. Có giá trị rất nhỏ
C. Có giá trị không đổi
D. Có giá trị thay đổi được
Qua bài giảng Hiện tượng quang điện trong này, các em cần hoàn thành 1 số mục tiêu mà bài đưa ra như :
Nêu được định nghĩa về hiện tượng quang điện trong và vận dụng để giải thích được hiện tượng quang dẫn.
Trình bày được định nghĩa,cấu tạo và chuyển vận của quang điện trở và pin quang điện.
Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Vật lý 12 Bài 31 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết.
Chọn câu trả lời đúng. Quang dẫn là hiện tượng :
Chọn câu trả lời đúng :
Hiện tượng bức electron ra khỏi kim loại , khi chiếu ánh sáng kích thích có bước sóng thích hợp lên kim loại được gọi là :
Chọn câu sai khi so sánh hiện tượng quang điện ngoài và hiện tượng quang điện trong :
Câu 4-10: Mời các em đăng nhập xem tiếp nội dung và thi thử Online để củng cố kiến thức về bài học này nhé!
Các em có thể xem thêm phần hướng dẫn Giải bài tập Vật lý 12 Bài 31để giúp các em nắm vững bài học và các phương pháp giải bài tập.
Bài tập 1 trang 162 SGK Vật lý 12
Bài tập 2 trang 162 SGK Vật lý 12
Bài tập 3 trang 162 SGK Vật lý 12
Bài tập 4 trang 162 SGK Vật lý 12
Bài tập 5 trang 162 SGK Vật lý 12
Bài tập 6 trang 162 SGK Vật lý 12
Bài tập 31.1 trang 87 SBT Vật lý 12
Bài tập 31.2 trang 87 SBT Vật lý 12
Bài tập 31.3 trang 87 SBT Vật lý 12
Bài tập 31.4 trang 87 SBT Vật lý 12
Bài tập 31.5 trang 87 SBT Vật lý 12
Bài tập 31.6 trang 87 SBT Vật lý 12
Bài tập 31.7 trang 88 SBT Vật lý 12
Bài tập 31.8 trang 88 SBT Vật lý 12
Bài tập 31.9 trang 88 SBT Vật lý 12
Bài tập 31.10 trang 88 SBT Vật lý 12
Bài tập 31.11 trang 89 SBT Vật lý 12
Bài tập 31.12 trang 89 SBT Vật lý 12
Bài tập 31.13 trang 89 SBT Vật lý 12
Bài tập 31.14 trang 89 SBT Vật lý 12
Bài tập 31.15 trang 89 SBT Vật lý 12
Bài tập 31.16 trang 90 SBT Vật lý 12
Bài tập 31.17 trang 90 SBT Vật lý 12
Bài tập 1 trang 236 SGK Vật lý 12 nâng cao
Bài tập 2 trang 236 SGK Vật lý 12 nâng cao
Bài tập 3 trang 236 SGK Vật lý 12 nâng cao
Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, Cộng đồng Vật lý DapAnHay sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!
Chúc các em học tập tốt và luôn đạt thành tích cao trong học tập!
-- Mod Vật Lý 12 DapAnHay
Chọn câu trả lời đúng. Quang dẫn là hiện tượng :
Chọn câu trả lời đúng :
Hiện tượng bức electron ra khỏi kim loại , khi chiếu ánh sáng kích thích có bước sóng thích hợp lên kim loại được gọi là :
Chọn câu sai khi so sánh hiện tượng quang điện ngoài và hiện tượng quang điện trong :
Hiện tượng kim loại bị nhiễm điện dương khi được chiếu sáng thích hợp là :
Chọn câu đúng. Hiện tượng quang dẫn là hiện tượng :
Chọn câu đúng. Pin quang điện là nguồn điện trong đó :
Phát biểu nào sau đây là đúng ?
Điện trở của một quang điện trở có đặc điểm nào dưới đây ?
Chọn câu đúng khi nói về hiện tượng quang dẫn (còn gọi là hiện tượng quang điện trong) :
Chọn phát biểu đúng về hiện tượng quang điện trong
Chất quang dẫn là gì?
Hiện tượng quang điện trong là gì? Giải thích tính quang dẫn của một chất.
Trình bày cấu tạo và hoạt động của một pin quang điện.
Hãy ghép nửa câu ở phần trên với nửa câu ở phần dưới để thành một câu có nội dung đúng.
A. pin hóa học...
B. Pin nhiệt điện...
C. Pin quang điện....
a) ... hoạt động dựa vào hiện tượng quang điện trong xảy ra bên cạnh một lớp chặn.
b) ... hoạt động dựa vào sự hình thành các hiệu điện thế điện hóa ở hai điện cực.
c) ... hoạt động dựa vào sự hình thành hiệu điện thế khi các êlectron tự do khuếch tán từ đầu nóng sàn đầu lạnh của một dây kim loại.
Điện trở của một quang điện trở có đặc điểm nào dưới đây?
A. Có giá trị rất lớn.
B. Có giá trị rất nhỏ.
C. Có giá trị không đổi.
D. Có giá trị thay đổi được.
Suất điện động của một pin quang điện có đặc điểm nào dưới đây?
A. Có giá trị rất lớn.
B. Có giá trị rất nhỏ.
C. Có giá trị không đổi, không phụ thuộc điều kiện bên ngoài.
D. Chỉ xuất hiện khi pin được chiếu sáng.
Hãy chọn phát biểu đúng.
Hiện tượng quang dẫn là hiện tượng ?
A. dẫn sóng ánh sáng bằng cáp quang.
B. tăng nhiệt độ của một chất khi bị chiếu sáng.
C. giảm điện trở của một chất khi bị chiếu.
D. thay đổi màu của một chất khi bị chiếu sáng.
Hãy chọn phát biểu đúng.
Hiện tượng quang điện trong là hiện tượng
A. bứt êlectron ra khỏi bề mặt kim loại khi bị chiếu sáng.
B. giải phóng êlectron khỏi mối liên kết trong chất bán dẫn khi bị chiếu sáng.
C. giải phóng êlectron khỏi kim loại bằng cách đốt nóng.
D. giải phóng êỉectron khỏi một chất bằng cách bắn phá ion.
Hãy chọn phát biểu đúng.
Có thể giải thích tính quang dẫn bằng thuyết
A. êlectron cổ điển.
B. sóng ánh sáng.
C. phôtôn.
D. động học phân tử.
Quang điện trở hoạt động dựa vào nguyên tắc nào ?
A. Hiện tượng nhiệt điện
B. Hiện tượng quang điện
C. Hiện tượng quang điện trong.
D. Sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ.
Pin quang điện hoạt động dựa vào những nguyên tắc nào ?
A. Sự tạo thành hiệu điện thế điện hoá ở hai điện cực.
B. Sự tạo thành hiệu điện thế giữa hai đầu nóng lạnh khác nhau của một dây kim loại.
C. Hiện tượng quang điện trong - xảy ra bên cạnh một lớp chặn.
D. Sư tạo thành hiệu điện thế tiếp xúc giữa hai kim loại.
Đồ thị nào ở Hình 31.1 có thể là đồ thị U = f(I) của một quang điện trở dưới chế độ rọi sáng không đổi ?
I: cường độ dòng điện chạy qua quang điện trở.
U: hiệu điện thế giữa hai đầu quang điện trở.
A. Đồ thị a.
B. Đồ thị b.
C. Đồ thị c
D. Đồ thị d.
Dụng cụ nào dưới đây không làm bằng chất bán dẫn ?
A. Điôt chỉnh lưu.
B. Cặp nhiệt điện.
C. Quang điên trở.
D. Pin quang điện.
Trong dụng cụ nào dưới đây không có các lớp tiếp xúc ?
A. Điôt chỉnh lưu.
B. Cặp nhiệt điện.
C. Quang điện trở.
D. Pin quang điện.
Các kí hiệu trong sơ đồ ở Hình 31.2 như sau : (1) Đèn ; (2) Chùm sáng ; (3) Quang điện trở ; (4) Rơle điện từ ; (5) Còi báo động.
Rơle điện từ dùng để đóng, ngắt khoá K. Nó chỉ hoạt động được khi cường độ dòng điện qua nó đủ lớn.
Chọn phương án đúng.
A. Đèn 1 tắt thì còi báo động không kêu.
B. Rơle 4 hút khoá K thì còi báo động kêu.
C. Còi báo động chỉ kêu khi có chùm sáng 2 chiếu vào quang điện trở 3.
D. Còi báo động chỉ kêu khi chùm sáng 2 bị chắn.
Trong sơ đồ ở Hình 31.3 thì : 1 là chùm sáng ; 2 là quang điện trở ; A là ampe kế; V là vôn kế.
Số chỉ của ampe kế và vôn kế sẽ thay đổi như thế nào, nếu tắt chùm ánh sáng 1?
A. Số chỉ của cả ampe kế và vôn kế đều tăng.
B. Số chỉ của cả ampe kế vẩ vôn kế đều giảm.,
C. Số chỉ của ampe kế tăng, của vôn kế giảm.
D. Số chỉ của ampe kế giảm, của vôn kế tăng.
Hình 31.4 biểu diễn dạng của đồ thị U = f(I) của các pin quang điện dưới chế độ rọi sáng nhất định.
U : hiệu điện thế giữa hai đầu pin.
I : cường độ dòng điện chạy qua pin.
Gọi e1 và r1 là suất điện động và điện trở trong của pin khi cường độ dòng điện nhỏ : e2 và r2 là suất điện động và điện trở trong của pin khi cường độ dòng điện trong mạch rất lớn.
Chọn phương án đúng.
A. e1 > e2 ; r1 > r2.
B. e1 > e2 ; r1 < r2.
C. e1 < e2 ; r1 > r2.
D. e1 < e2 ; r1 < r2.
Pin quang điện là nguồn điện trong đó
A. nhiệt năng được biến đổi trực tiếp thành điện năng.
B. hoá năng được biến đổi trực tiếp thành điện năng.
C. quang năng được biến đổi trực tiếp thành điện năng.
D. cơ năng được biến đổi trực tiếp thành điện năng.
Nguyên tắc hoạt động của quang điện trở dựa vào
A. hiện tượng quang điện trong.
B. hiện tượng tán sắc ánh sáng.
C. hiện tượng phát quang của chất rắn.
D. hiện tượng quang điện ngoài
Một chất quang dẫn có giới hạn quang dẫn là 5μm. Hãy tính năng lượng kích hoạt của chất đó. Lấy h = 6,62.1034 J.s.
Họ và tên
Tiêu đề câu hỏi
Nội dung câu hỏi
Câu trả lời của bạn
Khi hai lò xo mắc nối tiếp ta có \(T=\sqrt{{{T}_{1}}^{2}+{{T}_{2}}^{2}}=\sqrt{{{3}^{2}}+{{4}^{2}}}=5.\)
Khi hai lò xo ghép song song ta có \(T=\frac{{{T}_{1}}.{{T}_{2}}}{\sqrt{{{T}_{1}}^{2}+{{T}_{2}}^{2}}}=\frac{3.4}{\sqrt{{{3}^{2}}+{{4}^{2}}}}=2,4.\)
Câu trả lời của bạn
Vì hệ lò xo ghép nối tiếp nên độ cứng tương đương là \(k={{k}_{1}}+{{k}_{2}}\)(2)
Mặt khác, ta có \(T=2\pi \sqrt{\frac{m}{k}}\Rightarrow \frac{1}{k}=\frac{1}{4{{\pi }^{2}}m}.{{T}^{2}}\)
Tức là \(\frac{1}{k}\) tỉ lệ thuận với \({{T}^{2}}\), nên kết hợp với (1) ta được \(\frac{1}{{{T}^{2}}}=\frac{1}{{{T}_{1}}^{2}}+\frac{1}{{{T}_{2}}^{2}}\).
Suy ra tần số dao động được xác định bởi biểu thức \({{f}^{2}}={{f}_{1}}^{2}+{{f}_{2}}^{2}\)
Câu trả lời của bạn
Ta có khi cắt lò xo thì tích của độ cứng và chiều dài là không đổi
\({{k}_{0}}.{{l}_{0}}={{k}_{1}}.{{l}_{1}}={{k}_{2}}.{{l}_{2}}={{k}_{3}}.{{l}_{3}}\)
Vì ta cắt lò xo làm 3 đoạn có tỉ lệ 1:2:3 nên ta có:
\(\frac{{{l}_{1}}}{1}=\frac{{{l}_{2}}}{2}=\frac{{{l}_{3}}}{3}\Rightarrow \frac{{{l}_{1}}}{1}=\frac{{{l}_{2}}}{2}=\frac{{{l}_{3}}}{3}=\frac{{{l}_{1}}+{{l}_{2}}+{{l}_{3}}}{1+2+3}=\frac{{{l}_{0}}}{6}\Rightarrow \left\{ \begin{align} & {{l}_{1}}=\frac{{{l}_{0}}}{6} \\ & {{l}_{2}}=\frac{{{l}_{0}}}{3} \\ & {{l}_{3}}=\frac{{{l}_{0}}}{2} \\ \end{align} \right.\)
Như vậy độ cứng của lò xo thứ nhất là
\(\left\{ \begin{align} & {{k}_{1}}=\frac{{{k}_{0}}{{l}_{0}}}{{{l}_{1}}} \\ & {{l}_{1}}=\frac{{{l}_{0}}}{6} \\ & {{k}_{0}}=100{N}/{m}\; \\ \end{align} \right.\Rightarrow {{k}_{1}}=100.6=600{N}/{m}\;\)
Tương tự ta tính được \({{k}_{2}}\)= 300 N/m và \({{k}_{3}}\)= 200 N/m.
Câu trả lời của bạn
Vì hai lò xo ghép song song nên có độ cứng tương đương là
\(\Rightarrow k={{k}_{1}}+{{k}_{2}}\)= 400 + 600 = 1000 N/m \(\)
Câu trả lời của bạn
Vì 2 lò xo mắc nối tiếp nên ta có độ cứng tương đương là
\(k=\frac{{{k}_{1}}{{k}_{2}}}{{{k}_{1}}+{{k}_{2}}}=\frac{400.600}{400+600}=240\)(N/m)
Câu trả lời của bạn
\(\begin{array}{l} \left\{ \begin{array}{l} \frac{{{T_1}}}{{{T_2}}} = \sqrt {\frac{{{k_2}}}{{{k_1}}}} = \sqrt {\frac{{{l_1}}}{{{l_2}}}} \\ \frac{{{T_1}}}{{{T_3}}} = \sqrt {\frac{{{l_1}}}{{{l_3}}}} \end{array} \right. \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l} \frac{2}{{\sqrt 3 }} = \sqrt {\frac{l}{{l - 10}}} \\ \frac{2}{T} = \sqrt {\frac{l}{{l - 20}}} \end{array} \right. \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l} l = 40\\ T = \frac{2}{{\sqrt {l - 20} }} \end{array} \right. \Rightarrow T = \sqrt 2 \left( s \right).\\ \end{array}\)
Câu trả lời của bạn
Trong một chu kì dao động vật luôn đi được quãng đường 4A.
Do đó tốc độ trung bình trong một chu kì là: \({{v}_{tb}}=\frac{4A}{T}=\frac{4A}{\frac{2\pi }{\omega }}=\frac{4.A\omega }{2\pi }=\frac{4{{v}_{\max }}}{2\pi }=20\text{cm/s}\).
Câu trả lời của bạn
Trong một phút vật thực hiện được 50 dao động nên chu kì là \(T=\frac{60}{50}=\text{1},2s\).
Và quãng đường đi được là \(50.4A=1600\) từ đó suy ra biên độ \(A=8\text{ cm}\).
Ta có thời gian \(1,6=2.0,6+0,4=2.\frac{T}{2}+\frac{T}{3}\)
Do đó quãng đường nhỏ nhất vật đi được là: \({{S}_{\min }}=k.2A+2A\left( 1-\sin \frac{\alpha }{2} \right)\)
\(=2.2A+2A\left( 1-\sin \frac{\omega t}{2} \right)=2.2.8+2.8.\left( 1-\sin \frac{\frac{2\pi }{T}.\frac{T}{3}}{2} \right)=56\,\text{cm}\)
Tốc độ trung bình bé nhất là \({{v}_{tb}}=\frac{56}{1,6}=35\text{cm/s}\)
Câu trả lời của bạn
Ta có trong khoảng thời gian \(\frac{T}{3}\) góc quét \(\alpha =\frac{2\pi }{3}\) thì quãng đường lớn nhất vật đi được là \({{S}_{\max }}=2A\sin \frac{\alpha }{2}=2A\sin \frac{\frac{2\pi }{3}}{2}=A\sqrt{3}\)
Tốc độ trung bình lớn nhất là \({{v}_{tb\max }}=\frac{A\sqrt{3}}{\frac{T}{3}}=\frac{3\sqrt{3}A}{T}\)
A. tốc độ của vật cực đại.
B. gia tốc của vật cực đại.
C. lực phục hồi tác dụng vào vật bằng với lực đàn hồi.
D. pha dao động của vật bằng 0.
Câu trả lời của bạn
Ta có \({{l}_{\text{max}}}-{{l}_{\min }}=2A\Rightarrow A=10\,\,\text{cm}\).
Mặt khác, \({{l}_{\max }}={{l}_{0}}+\Delta {{l}_{0}}+A\Rightarrow {{l}_{0}}+\Delta {{l}_{0}}={{l}_{\max }}-A=40\,\,\text{cm}\)
Chiều dài của lò xo tại vị trí có li độ x là \({{l}_{x}}={{l}_{0}}+\Delta {{l}_{0}}+x\).
Khi \({{l}_{x}}=40\) thì \(x={{l}_{x}}-\left( {{l}_{0}}+\Delta {{l}_{0}} \right)=40-40=0\).
Suy ra vật đang ở vị trí cân bằng, tốc độ cực đại.
Đáp án A.
Câu trả lời của bạn
Vì theo bài ra ta có \(\frac{F_{\tilde{n}h}^{\max }}{F_{\tilde{n}h}^{\min }}=4\ne \infty \Rightarrow F_{\tilde{n}h}^{\min }\ne 0\) tức là lò xo luôn bị dãn khi vật dao động.
Khi vật xuống thấp nhất, độ biến dạng của lò xo lúc đó là lớn nhất nên
\(F_{\tilde{n}h}^{\max }=k\left| \Delta {{l}_{0}}+A \right|\)
Khi vật lên cao nhất, độ biến dạng của lò xo lúc đó là nhỏ nhất nên
\(F_{\tilde{n}h}^{\min }=k\left| \Delta {{l}_{0}}-A \right|\)
Theo bài ra \(\frac{F_{\tilde{n}h}^{\max }}{F_{\tilde{n}h}^{\min }}=\frac{k\left( \Delta {{l}_{0}}+A \right)}{k\left( \Delta {{l}_{0}}-A \right)}=4\Rightarrow \Delta {{l}_{0}}=\frac{5A}{3}=20\,\,\text{cm}\)
Câu trả lời của bạn
Hòn bi đang ở vị trí cân bằng thì được kéo xuống dưới theo phương thẳng đứng một đoạn 3 cm rồi thả nhẹ nên biên độ \(A=3\text{ cm}\).
Hòn bi thực hiện 50 dao động mất 20 s nên tần số
\(f=\frac{N}{t}=\frac{50}{20}=2,5\,\text{Hz}\Rightarrow \omega =2\pi f=5\pi \,\left( \text{rad/s} \right)\)
Độ biến dạng của lò xo khi vật nằm ở vị trí cân bằng
\(\Delta {{l}_{0}}=\frac{g}{{{\omega }^{2}}}=\frac{10}{{{\left( 5\pi \right)}^{2}}}=\frac{10}{250}=0.04\,\text{m}=4\,\text{cm}\)
- Vì \(A<\Delta {{l}_{0}}\) nên trong quá trình dao động lò xo luôn dãn
- Lực đàn hồi có độ lớn cực đại khi vật xuống thấp nhất \(F_{\tilde{n}h}^{\max }=k\left( \Delta {{l}_{0}}+A \right)\)
- Lực đàn hồi có độ lớn cực tiểu khi vật lên cao nhất \(F_{\tilde{n}h}^{\min }=k\left( \Delta {{l}_{0}}-A \right)\)
Vậy tỉ số cần tìm là \(\frac{F_{\tilde{n}h}^{\max }}{F_{\tilde{n}h}^{\min }}=\frac{k\left( \Delta {{l}_{0}}+A \right)}{k\left( \Delta {{l}_{0}}-A \right)}=\frac{\Delta {{l}_{0}}+A}{\Delta {{l}_{0}}-A}=\frac{4+3}{4-3}=7\)
Câu trả lời của bạn
Nhớ lại cách tính thời gian, ta cần xác định vị trí đầu và vị trí cuối của chuyển động. Vị trí ban đầu thì rõ rồi, vật đi qua vị trí cân bằng theo chiều dương. Vị trí lúc sau là vị trí lực đàn hồi có độ lớn cực tiểu, ta cần phải biết được \(\Delta {{l}_{0}}\) lớn hơn hay nhỏ hơn A.
Ta có
\(\Delta {{l}_{0}}=\frac{mg}{k}=\frac{g}{{{\omega }^{2}}}=\frac{{{T}^{2}}g}{4{{\pi }^{2}}}=\frac{0,{{4}^{2}}.10}{4.10}=0,04\,\text{m}=4\,\text{cm}=\frac{A}{2}\)
Thời gian cần tìm là thời gian vật đi từ vị trí cân bằng theo chiều dương, đến biên dương rồi từ biên dương đến vị trí \(-\frac{A}{2}\) theo chiều âm.
Dựa vào đường tròn, ta tính được góc quét lúc này là \(\frac{7\pi }{6}\) nên thời gian là
\(\Delta t=\frac{7}{30}\text{s}\)
Câu trả lời của bạn
- Chọn chiều dương hướng xuống.
- Trong quá trình dao động của vật, lò xo có nén nên \(\Delta l
- Theo bài ra, ta có \(\frac{{{t}_{da\tilde{o}n}}}{{{t}_{ne\grave{u}n}}}=\frac{T-{{t}_{ne\grave{u}n}}}{{{t}_{ne\grave{u}n}}}=2\Rightarrow {{t}_{ne\grave{u}n}}=\frac{T}{3}\)
- Trong khoảng thời gian \(\frac{T}{3}\), lò xo bị nén khi vật chuyển động từ vị trí có li độ \(x=-\Delta l\) theo chiều âm, đến biên âm, rồi từ biên âm trở về vị trí \(x=-\Delta l\) theo chiều dương. Góc quét được của chất điểm tương ứng trên đường tròn là \(\frac{2\pi }{3}\).
Sử dụng đường tròn dễ dàng suy ra \(\Delta l=\frac{A}{2}\)
- Lực kéo về luôn hướng về VTCB, lực đàn hồi là lực đẩy nếu lò xo nén, lực kéo nếu lò xo dãn.
- Từ đó, ta có nhận xét: trong 1 chu kì, thời gian lực đàn hồi ngược chiều với lực kéo về gồm:
+ Thời gian vật đi từ vị trí cân bằng theo chiều âm đến vị trí có li độ \(x=-\Delta l=-\frac{A}{2}\) theo chiều âm
+ Thời gian vật đi từ vị trí có li độ \(x=-\Delta l=-\frac{A}{2}\) theo chiều dương đến vị trí cân bằng theo chiều dương
- Vậy thời gian cân tính là \(\frac{T}{12}+\frac{T}{12}=\frac{T}{6}=0,2\text{s}\)
.Nếu ta không biết vì sao có nhận xét trên, thì ta có thể giải thích như sau. Vì lực đàn hồi ngược chiều lực hồi phục nên tích giá trị đại số của chúng là một số âm. Ta có
\(\left\{ \begin{align} & {{F}_{hp}}=-kx \\ & {{F}_{\tilde{n}h}}=-k\left( \Delta l+x \right) \\ \end{align} \right.\Rightarrow {{F}_{hp}}.{{F}_{\tilde{n}h}}<0\Leftrightarrow kx.k\left( \Delta l+x \right)<0\Leftrightarrow -\Delta l
Câu trả lời của bạn
Vì khoảng cách lớn nhất giữa M và N là 12 cm, tức là độ dài đoạn MN lớn nhất bằng 12 cm. Mà độ dài đoạn MN ban đầu là 10 cm, suy ra độ dãn lớn nhất của lò xo giới hạn bởi hai đầu MN là \(12-10=2\text{ cm}\).
Vì lò xo dãn đều và ban đầu \(OM=MN=NI\) nên ở mọi thời điểm, OM, MN và NI luôn có độ dài bằng nhau. Suy ra độ dãn của chúng ở mọi thời điểm cũng bằng nhau. Vậy độ dãn lớn nhất của lò xo là \(\Delta {{l}_{\text{max}}}=3.2=6\,\text{cm}\).
Mà ta có \(\frac{{{F}_{\max }}}{{{F}_{\min }}}=\frac{k\Delta {{l}_{\max }}}{k\Delta {{l}_{\min }}}=\frac{\Delta {{l}_{\max }}}{\Delta {{l}_{\min }}}=3\Rightarrow \Delta {{l}_{\min }}=\frac{6}{3}=2\,\text{cm}\)
Vậy \(\Delta l=\frac{\Delta {{l}_{\max }}+\Delta {{l}_{\min }}}{2}=4\,\text{cm}\).
Suy ra \(f=\frac{1}{2\pi }\sqrt{\frac{k}{m}}=\frac{1}{2}\sqrt{\frac{g}{{{\pi }^{2}}\Delta l}}=\frac{1}{2}\sqrt{\frac{10}{10.0,04}}=2,5\,\text{Hz}\).
Câu trả lời của bạn
Vì lực đàn hồi có độ lớn \(\left| {{F}_{\tilde{n}h}} \right|=k\Delta l\) và \(\left| {{F}_{hp}} \right|=k\left| x \right|\) nên để tính chúng, ta cần tìm k và phải biết được sau khi vật đi được 3 cm thì vật đến điểm nào để từ đó biết nó cách vị trí cân bằng bao nhiêu (độ lớn li độ bằng bao nhiêu) và lúc đó lò xo dãn bao nhiêu (độ dãn của lò xo so với chiều dài tự nhiên)
Độ cứng \(k=m{{\omega }^{2}}=0,{{1.10}^{2}}=10\text{ N/m}\)
Độ dãn của lò xo khi vật ở VTCB:
\(\Delta {{l}_{0}}=\frac{g}{{{\omega }^{2}}}=\frac{10}{{{10}^{2}}}=\frac{10}{100}=0,1\,\,\text{m}=10\,\,\text{cm}\)
Dựa vào đường tròn thấy ngay thời điểm ban đầu vật có li độ \(x=-2\,\text{cm}\) và đang đi theo chiều dương.
Hoặc ta có thể thay t=0 vào phương trình x, v ta có ngay trạng thái ban đầu
\(\left\{ \begin{align} & {{x}_{0}}=-2\,\,\text{cm} \\ & {{v}_{0}}>0 \\ \end{align} \right.\)
Dựa vào đường tròn, sau khi đi được quãng đường \(S=3\text{ cm}\) thì vật đến tọa độ \(x=1\,\text{cm}\), lúc đó lò xo bị dãn một đoạn
\(\Delta l=\Delta {{l}_{0}}-\left| x \right|=10-1=9\,\,\text{cm}\)
Vậy lực phục hồi và lực đàn hồi có độ lớn là
\(\left\{ \begin{align} & {{F}_{hp}}=kx=10.0,01=0,1\left( N \right) \\ & {{F}_{\tilde{n}h}}=k\Delta l=10.0,09=0,9\left( N \right) \\ \end{align} \right.\)
Câu trả lời của bạn
Cách 1: Phương pháp đại số.
Trạng thái gồm vị trí và chiều chuyển động. Muốn xác định vị trí thì ta tìm li độ tại thời điểm đó (thời điểm ban đầu) là bao nhiêu, muốn tìm chiều chuyển động thì ta tìm xem vận tốc tại thời điểm đó âm hay dương. Ta có
\(\left\{ \begin{align} & x=3\cos \left( 2\pi .0-\frac{\pi }{3} \right)=1,5 \\ & {{v}_{0}}={x}'\left( 0 \right)=-6\pi \sin \left( 2\pi .0-\frac{\pi }{3} \right)=3\sqrt{3}\pi >0 \\ \end{align} \right.\)
Vậy thời điểm ban đầu t=0 vật đang ở vị trí có li độ 1,5 cm và đang đi theo chiều dương.
Cách 2: Sử dụng đường tròn
Để ý rằng \(2\pi -\frac{\pi }{3}\) là pha của dao động, do đó tại thời điểm ban đầu thì pha ban đầu của dao động là \(-\frac{\pi }{3}\). Dựa vào đường tròn ta thấy ngay vật ở vị trí có li độ 1,5 cm và đang đi theo chiều dương. Cụ thể
+ Xác định vị trí chất điểm trên đường tròn dựa vào pha của dao động.
+ Từ chất điểm trên đường tròn, hạ hình chiếu vuông góc xuống Ox được vị trí của vật.
+ Từ chiều của chất điểm trên đường tròn (luôn là chiều ngược chiều kim đồng hồ) suy ra chiều chuyển động của vật.
Câu trả lời của bạn
- Tần số góc của dao động: \(\omega =2\pi f=\pi \).
- Đề bài đã cho biên độ, vậy ta xác định pha của dao động. Dựa trên đường tròn thấy ngay khi vật qua vị trí cân bằng theo chiều dương thì pha ban đầu là \(-\frac{\pi }{2}\).
Vậy phương trình dao động có dạng \(x=4\cos \left( \pi t-\frac{\pi }{2} \right)\,\,\text{cm}.\)
Ngoài việc tính pha ban đầu dựa trên đường tròn, nếu bạn đọc không quen có thể giải hệ phương trình sau:
Tại \(t=0:{{x}_{0}}=0,\,\,{{v}_{0}}>0\) nên
\(\left\{ \begin{array}{l} 0 = \cos \varphi \\ {v_0} = - A\omega \sin \varphi > 0 \end{array} \right. \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l} \varphi = \pm \frac{\pi }{2}\\ \sin \varphi < 0 \end{array} \right. \Rightarrow \varphi = - \frac{\pi }{2}\)
Câu trả lời của bạn
- Tần số góc \(\omega =2\pi f=20\pi \).
- Biên độ \(A=\frac{4}{2}=2\,\,\text{cm}\).
- Pha ban đầu: dựa vào đường tròn thấy ngay \(\varphi =+\frac{\pi }{2}\) hoặc
Tại \(t=0:{{x}_{0}}=0,\,\,{{v}_{0}}<0\)
nên \(\left\{ \begin{array}{l} 0 = \cos \varphi \\ {v_0} = - A\omega \sin \varphi < 0 \end{array} \right. \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l} \varphi = \pm \frac{\pi }{2}\\ \sin \varphi > 0 \end{array} \right. \Rightarrow \varphi = + \frac{\pi }{2}\)
- Phương trình dao động là \(x=2\cos \left( 20\pi t+\frac{\pi }{2} \right)\,\,\text{cm}.\)
Câu trả lời của bạn
Chiều dài quỹ đạo chuyển động của con lắc là:
\(L={{l}_{\max }}-{{l}_{\min }}=2A\Rightarrow A=\frac{{{l}_{\max }}-{{l}_{\min }}}{2}=\frac{28-20}{2}=4(\text{cm})\)
0 Bình luận
Để lại bình luận
Địa chỉ email của hạn sẽ không được công bố. Các trường bắt buộc được đánh dấu *