Giáo trình Vật lý đại cương A2

 TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRÀ VINH 
 KHOA KHOA HỌC CƠ BẢN 
 TÀI LIỆU GIẢNG DẠY 
 MÔN VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG A2 
 GV biên soạn: Nguyễn Văn Sáu 
 Trà Vinh, ngày 20 tháng 6 năm 2014 
 Lưu hành nội bộ 
 1 
Tài liệu giảng dạy Môn Vật Lí Đại Cương A2 (Điện – Quang) 
 Chương 1 
 TRƯỜNG TĨNH ĐIỆN 
 BÀI HƯỚNG DẪN 1: ĐIỆN TÍCH, VẬT DẪN VÀ ĐIỆN MÔI 
 Mục tiêu 
 Kiến thức: Hiểu biết được khái niệm cơ bản về điện tích, vật dẫn, điện môi; phân biệt được 
 vật dẫn với điện môi. 
 Kỹ năng: Tư duy nhận xét, phân tích vấn đề, tổng hợp thông qua phân tích tổng hợp lực. 
 Thái độ: Ý thức được trong tự nhiên tồn tại hai loại điện tích, từ đó có nhận xét sự vật hiện 
 tượng về điện toàn diện hơn. 
1. Điện tích 
Tương tác điện 
 Các hiện tượng tự nhiên thể hiện dưới rất nhiều dạng khác nhau, nhưng vật lý học hiện 
đại cho rằng chúng đều thuộc vào trong bốn dạng tương tác sau: tương tác hấp dẫn, tương tác 
điện từ, tương tác mạnh, tương tác yếu; trong đó tương tác hấp dẫn, tương tác điện từ là rất 
phổ biến. Đối với các vật thể có kích thước thông thường thì tương tác hấp dẫn là rất yếu và 
có thể bỏ qua. Nhưng tương tác điện từ nói chung là đáng kể, thậm chí nhiều khi rất đáng kể. 
Trong tương tác hấp dẫn giữa hai vật chỉ có một loại, đó là lực hút giữa hai vật đó. Còn tương 
tác điện từ thì có cả lực hút lẫn lực đẩy. Tương tác hấp dẫn phụ thuộc khối lượng của các vật 
thể. Còn tương tác điện từ thì phụ thuộc điện tích của chúng. 
 Trong quá trình hình thành, tồn tại và phát triển, con người đã tìm hiểu tự nhiên, chinh 
phục và cải tạo nó. Các hiện tượng tự nhiên như sự nhiễm điện do ma sát của một số vật đã 
được con người phát hiện từ xa xưa và nghiên cứu chúng. Khi vật bị nhiễm điện thì chúng 
mang điện dương hoặc âm và chúng ta bảo rằng chúng chứa các điện tích [1]. 
 Thực nghiệm chứng tỏ các điện tích luôn luôn tương tác với nhau: các điện tích cùng 
dấu đẩy nhau, trái dấu hút nhau. Tương tác giữa các điện tích đứng yên gọi là tương tác tĩnh 
điện (hay tương tác Coulomb). Điện tích trên một vật bất kỳ có cấu tạo gián đoạn, độ lớn của 
nó luôn bằng một số nguyên lần điện tích nguyên tố. Điện tích nguyên tố là điện tích nhỏ nhất 
được biết trong tự nhiên, có độ lớn e = 1,6 . 10-19(C). 
 Proton là hạt mang điện tích nguyên tố dương +e, Electron là hạt mang điện tích 
nguyên tố âm –e. Proton và electron đều có trong thành phần cấu tạo nguyên tử của mọi chất. 
Proton nằm trong hạt nhân nguyên tử, electron chuyển động xung quanh hạt nhân đó. 
 Nguyên tử mất đi một hoặc nhiều electron, nó sẽ trở thành phần tử mang điện dương, 
khi đó nguyên tử được gọi là ion dương. Nếu nguyên tử nhận thêm electron, nó sẽ trở thành 
phần tử mang điện âm, khi đó nguyên tử được gọi là ion âm. 
 Như vậy, vật mang điện tích dương hay âm là do vật đó mất đi hoặc nhận thêm 
electron so với lúc vật không mang điện. 
Thuyết dự vào sự chuyển dời của electron để giải thích các hiện tượng điện được gọi là thuyết 
điện tử. Theo thuyết này, quá trình nhiễm điện của thủy tinh khi cọ xát vào lụa chính là quá 
trình chuyển dời của electron từ thủy tinh sang lụa: thủy tinh mất electron, do đó mang điện 
tích dương; ngược lại lụa nhận thêm electron từ thủy tinh nên lụa mang điện âm. 
 2 
Tài liệu giảng dạy Môn Vật Lí Đại Cương A2 (Điện – Quang) 
 Đơn vị đo điện tích là Coulomb, ký hiệu là C. Trị tuyệt đối của điện tích được gọi là 
điện lượng. 
 Định luật bảo toàn điện tích: “ Các điện tích không tự sinh ra mà cũng không tự mất 
đi, chúng chỉ có thể truyền từ vật này sang vật khác hoặc dịch chuyển bên trong một vật mà 
thôi ” hay nói cách khác: “Tổng đại số các điện tích trong hệ cô lập về điện là không đổi”. 
 Các điện tích Khối lượng (gam) Điện tích 
 nguyên tố (Coulomb) 
 Electron (e-) 9,1091.10-28 -1,6021.10-19 
 Pronton (p) 1,67252.10-24 +1,6021.10-19 
Hình 1.1. Cấu trúc nguyên tử 
2. Vật dẫn và chất điện môi 
 Vật dẫn điện (vật dẫn) là vật trong đó có các điện tích chuyển động tự do trong toàn 
bộ thể tích của vật, do đó trạng thái nhiễm điện được truyền đi trong vật ( Ví dụ: kim loại, dd 
axid. bazơ). 
 Điện môi (chất cách điện) là những chất trong đó không có các điện tích chuyển động 
tự do, mà điện tích xuất hiện ở đâu sẽ định xứ ở đấy (thuỷ tinh, cao su, dầu, nước, nguyên 
chất). 
 Vật dẫn và chất điện môi chỉ mang tính tương đối. Thật vậy, trong những điều kiện 
nhất định, vật nào cũng có thể dẫn điện được, chúng chỉ khác nhau ở chổ dẫn điện nhiều hay 
ít. 
 Thí dụ: Thuỷ tinh ở nhiệt độ bình thường thì không dẫn điện, nhưng ở nhiệt độ cao trở 
thành chất dẫn điện. 
 Ngoài ra còn có một nhóm chất có tính chất dẫn điện trung gian. Người ta gọi chất này 
là chất bán dẫn. 
 BÀI HƯỚNG DẪN 2 
 ĐỊNH LUẬT COULOMB & VÉCTƠ CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG 
 Mục tiêu 
 Kiến thức: Hiểu biết được định luật Coulomb, cường độ điện trường và các tính chất của 
 điện trường. 
 Kỹ năng: Tư duy nhận xét, phân tích, tổng hợp vấn đề, thông qua phân tích, tổng hợp lực. 
 Thái độ: Ý thức được sự tồn tại dạng vật chất “ điện  ... ................................................. 23 
 2.Tính chất vật dẫn mang điện.......................................................................................... 23 
 3. Hiện tượng điện hưởng ................................................................................................. 23 
 BÀI HƯỚNG DẪN 2: TỤ ĐIỆN. ĐIỆN DUNG ................................................................. 24 
 1. Điện dung của một vật dẫn cô lập ................................................................................ 24 
 2. Điện dung của tụ điện ................................................................................................... 25 
 3. Các tụ điện thường dùng (phân theo hình dạng) .......................................................... 25 
 4. Ghép tụ điện ................................................................................................................. 26 
 BÀI HƯỚNG DẪN 3: NĂNG LƯỢNG ĐIỆN TRƯỜNG .............................................. 28 
 1. Năng lượng tụ điện ....................................................................................................... 28 
 2. Năng lượng điện trường ............................................................................................... 29 
Câu hỏi & bài tập chương 2 ...................................................................................................... 30 
Chương 3 .................................................................................................................................. 32 
ĐIỆN MÔI ................................................................................................................................ 32 
 1. Hiện tượng phân cực chất điện môi .............................................................................. 32 
 2. Điện trường tổng hợp trong chất điện môi ................................................................... 34 
Bài đọc thêm: HIỆU ỨNG ÁP ĐIỆN....................................................................................... 34 
 99 
Tài liệu giảng dạy Môn Vật Lí Đại Cương A2 (Điện – Quang) 
 Ứng dụng ............................................................................................................................. 35 
Chương 4 .................................................................................................................................. 36 
NHỮNG ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI ..................................... 36 
 BÀI HƯỚNG DẪN 1 : DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI .......................................................... 36 
 1. Định nghĩa .................................................................................................................... 36 
 2. Bản chất của các hạt chuyển dời có hướng .................................................................. 36 
 3. Các đaị lượng đặc trưng của dòng điện ........................................................................ 36 
 4. Định luật Ohm .............................................................................................................. 37 
 5. Công và công suất của dòng điện ................................................................................. 38 
 6. Suất điện động của nguồn điện ..................................................................................... 38 
 BÀI HƯỚNG DẪN 2: CÁC ĐỊNH LUẬT KIRCHOFF ................................................. 39 
 1. Mạch phân nhánh ....................................................................................................... 39 
 2. Định luật Kirchoff ...................................................................................................... 40 
Câu hỏi và bài tập chương 4 ..................................................................................................... 41 
Chương 5 .................................................................................................................................. 43 
TỪ TRƯỜNG ........................................................................................................................... 43 
 BÀI HƯỚNG DẪN 1: TƯƠNG TÁC TỪ. ĐỊNH LUẬT AMPERE .................................. 43 
 1. Khái niệm tương tác từ ................................................................................................. 43 
 2. Định luật Ampe ............................................................................................................ 43 
 BÀI HƯỚNG DẪN 2 ........................................................................................................... 44 
 VÉCTƠ CẢM ƯNG TỪ VÀ VÉCTƠ CƯỜNG ĐỘ TỪ TRƯỜNG ............................. 44 
 1. Véctơ cảm ứng từ ......................................................................................................... 44 
 2. Nguyên lý chồng chất từ trường ................................................................................... 44 
 3. Vectơ cường độ từ trường ............................................................................................ 45 
 BÀI HƯỚNG DẪN 3 ........................................................................................................... 48 
 TỪ THÔNG-ĐỊNH LÍ O-G ĐỐI VỚI TỪTRƯỜNG ..................................................... 48 
 ĐỊNH LÍ AMPERE VỀ DÒNG ĐIỆN TOÀN PHẦN ..................................................... 48 
 1. Đường cảm ứng từ (Đường sức từ trường)................................................................... 48 
 2. Từ thông. ...................................................................................................................... 48 
 3.Tính chất xoáy của từ trường ......................................................................................... 49 
 4. Định lý O-G .................................................................................................................. 49 
 5 . Định luật Ampere về dòng điện toàn phần .................................................................. 49 
 BÀI HƯỚNG DẪN 4: LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN PHÂN TỬ DÒNG ĐIỆN .................. 51 
 1. Lực từ tác dụng lên phần tử dòng điện ......................................................................... 51 
 2. Tác dụng của từ trường lên hạt mang điện chuyển động (lực Lorentz) ....................... 51 
 3. Tác dụng tương hỗ giữa hai dòng điện thẳng dài vô hạn đặt song song nhau ............. 52 
 4. Tác dụng của từ trường lên mạch kín ........................................................................... 52 
 BÀI ĐỌC THÊM: SỰ TỪ HOÁ .......................................................................................... 54 
 1. Khái niệm ..................................................................................................................... 54 
 2. Vectơ từ hóa ................................................................................................................. 54 
 3. Cường độ từ trường trong chất từ môi .......................................................................... 55 
Câu hỏi trắc nghiệm chương 5 ................................................................................................. 55 
Chương 6 .................................................................................................................................. 57 
HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ, HIỆN TƯỢNG TỰ CẢM ......................................... 57 
 BÀI HƯỚNG DẪN 1 ........................................................................................................... 57 
 HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ ............................................................................. 57 
 CÁC ĐỊNH LUẬT VỀ HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ ...................................... 57 
 1. Thí nghiệm Faraday ...................................................................................................... 57 
 2. Định luật Lenz .............................................................................................................. 57 
 3. Định luật cơ bản của hiện tượng cảm ứng điện từ ........................................................ 57 
 100 
Tài liệu giảng dạy Môn Vật Lí Đại Cương A2 (Điện – Quang) 
 4. Cách tạo ra dòng điện xoay chiều ................................................................................ 58 
 5. Dòng điện Fucô .......................................................................................................... 59 
 BÀI HƯỚNG DẪN 2: HIỆN TƯỢNG TỰ CẢM VÀ HIỆN TƯỢNG HỔ CẢM .............. 60 
 1. Hiện tượng tự cảm ........................................................................................................ 60 
 2. Hiện tượng hổ cảm. .................................................................................................... 61 
 3. Biến thế điện ............................................................................................................... 61 
 BÀI HƯỚNG DẪN 3: NĂNG LƯỢNG TỪ TRƯỜNG ................................................... 62 
 1. Năng lượng từ trường của ống dây ............................................................................. 62 
 2. Năng lượng từ trường bất kì ......................................................................................... 64 
Câu hỏi trắc nghiệm chương 6 ................................................................................................. 64 
Chương 7 .................................................................................................................................. 66 
MỐI LIÊN HỆ GIỮA ĐIỆN & TỪ ......................................................................................... 66 
 BÀI HƯỚNG DẪN 1 ........................................................................................................... 66 
 CÁC LUẬN ĐIỂM CỦA MAXELL - HỆ PHƯƠNG TRÌNH MAXELL .................... 66 
 1. Luận điểm thứ nhất: Điện trường xoáy - Phương trình Maxell - Faraday ................... 66 
 2. Luận điểm thứ hai của Maxell - dòng điện dịch - phương trình Maxell - Ampere. ..... 67 
 BÀI HƯỚNG DẪN 2: HỆ PHƯƠNG TRÌNH MAXWELL............................................ 68 
 1. Hệ phương trình Maxwell thứ nhất .............................................................................. 69 
 2. Hệ phương trình Maxwell thứ hai ................................................................................ 69 
 BÀI HƯỚNG DẪN 3: SÓNG ĐIỆN TỪ ............................................................................ 70 
 1. Sự hình thành sóng điện từ ........................................................................................... 70 
 2.Phương trình của sóng điện từ ....................................................................................... 70 
 3. Các tính chất cơ bản ..................................................................................................... 71 
 4. Thang sóng điện từ ....................................................................................................... 72 
Câu hỏi trắc nghiệm chương 7 ................................................................................................. 72 
Chương 8 .................................................................................................................................. 74 
BẢN CHẤT SÓNG, HẠT CỦA ÁNH SÁNG, ........................................................................ 74 
HIỆN TƯỢNG GIAO THOA, NHIỄU XẠ. ............................................................................ 74 
 BÀI HƯỚNG DẪN 1 : MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN .................................................. 74 
 1. Sóng .............................................................................................................................. 74 
 2. Bức xạ ........................................................................................................................... 74 
 3. Ánh sáng. ...................................................................................................................... 75 
 4. Định lý Malus về quang lộ ........................................................................................... 76 
 5. Hàm sóng ánh sáng ....................................................................................................... 77 
 6. Cường độ sáng .............................................................................................................. 77 
 BÀI HƯỚNG DẪN 2: HIỆN TƯỢNG GIAO THOA ÁNH SÁNG ................................ 78 
 1. Hiện tượng giao thoa ánh sáng ..................................................................................... 78 
 2. Khảo sát hiện tượng giao thoa ...................................................................................... 79 
 3. Giao thoa với ánh sáng trắng ........................................................................................ 80 
 4. Giao thoa gây bởi bản mỏng ......................................................................................... 81 
 BÀI HƯỚNG DẪN 3: ỨNG DỤNG CỦA HIỆN TƯỢNG GIAO THOA ...................... 84 
 1. Kiểm tra các mặt kính phẳng và lồi .............................................................................. 84 
 2. Khử phản xạ các mặt kính ............................................................................................ 84 
 3. Đo chiết suất các chất (dùng giao thoa kế Rayleigh). ................................................. 85 
 4. Đo chiều dài (dùng giao thoa kế Micheson) ................................................................. 85 
 BÀI HƯỚNG DẪN 4: NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG ............................................................. 85 
 1. Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng ...................................................................................... 85 
 2. Nhiễu xạ của một sóng cầu ........................................................................................... 86 
 3 .Nhiễu xạ qua lỗ tròn ..................................................................................................... 87 
 4. Nhiễu xạ qua một khe hẹp (nhiễu xạ Fraunhofer) ........................................................ 88 
 101 
Tài liệu giảng dạy Môn Vật Lí Đại Cương A2 (Điện – Quang) 
 5. Cách tử nhiễu xạ ........................................................................................................... 90 
Bài đọc thêm ............................................................................................................................. 91 
Phương pháp Nhiễu xạ tia X và Máy SIEMEN D5000 ........................................................... 91 
Câu hỏi trắc nghiệm chương 8 ................................................................................................. 96 
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................ 98 
 102 
Tài liệu giảng dạy Môn Vật Lí Đại Cương A2 (Điện – Quang)