Bài tập phân tích dữ kiện, số liệu
Kỳ thi ĐGNL ĐHQG Hồ Chí Minh
Dao động điều hòa là chuyển động lặp đi lặp lại quanh vị trí cân bằng, tuân theo quy luật hình sin. Phương trình tổng quát của dao động điều hòa có dạng: \(x = A\cos \left( {\omega t + \varphi } \right)\)( x:cm, t:s). Trong đó: x là li độ của dao động; A là biên độ dao động; \(\omega \)là tốc độ góc; \(\varphi \) là pha ban đầu, xác định trạng thái ban đầu của vật \(\left( { - \pi \le \varphi \le \pi } \right)\).
Vận tốc của dao động điều hòa là đạo hàm bậc nhất của li độ. Gia tốc của dao động điều hòa là đạo hàm bậc hai của li độ. Đối với dao động cơ điều hòa, chu kì dao động là quãng thời gian ngắn nhất để một trạng thái của dao động lặp lại như cũ và được xác định bằng công thức: \(T = \frac{{2\pi }}{\omega } = \frac{t}{N}\), với N là số dao động thực hiện được trong thời gian t.
Xét một chất điểm dao động điều hòa trên quỹ đạo dài 8cm, thực hiện 300 dao động trong thời gian 1 phút. Chất điểm dao động với chu kì là:
Ta có:
Chu kì \(T = \frac{t}{N} = \frac{{1.60}}{{300}} = 0,2{\rm{s}}\)
Dao động điều hòa là chuyển động lặp đi lặp lại quanh vị trí cân bằng, tuân theo quy luật hình sin. Phương trình tổng quát của dao động điều hòa có dạng: \(x = A\cos \left( {\omega t + \varphi } \right)\)( x:cm, t:s). Trong đó: x là li độ của dao động; A là biên độ dao động; \(\omega \)là tốc độ góc; \(\varphi \) là pha ban đầu, xác định trạng thái ban đầu của vật \(\left( { - \pi \le \varphi \le \pi } \right)\).
Vận tốc của dao động điều hòa là đạo hàm bậc nhất của li độ. Gia tốc của dao động điều hòa là đạo hàm bậc hai của li độ. Đối với dao động cơ điều hòa, chu kì dao động là quãng thời gian ngắn nhất để một trạng thái của dao động lặp lại như cũ và được xác định bằng công thức: \(T = \frac{{2\pi }}{\omega } = \frac{t}{N}\), với N là số dao động thực hiện được trong thời gian t.
Vẫn xét chất điểm dao động điều hòa ở câu 2. Chọn gốc tọa độ ở vị trí cân bằng, mốc thời gian khi vật qua li độ x = 2cm theo chiều dương. Phương trình dao động của vật là:
Chiều dài quỹ đạo l = 8cm \( \Rightarrow A = \frac{l}{2} = \frac{8}{2} = 4cm\)
Thời điểm ban đầu:
\(\left\{ \begin{array}{l}{x_0} = 2cm\\{v_0} > 0\end{array} \right. \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}\cos \varphi = \frac{2}{4} = 0,5\\\sin \varphi < 0\end{array} \right. \Rightarrow \varphi = - \frac{\pi }{3}\)
Vậy \(x = 4\cos \left( {10\pi t - \frac{\pi }{3}} \right)\)
Chu kì của con lắc đơn được định nghĩa là khoảng thời gian cần thiết để con lắc dao động từ đầu này sang đầu kia và quay lại. Trong nghiên cứu về chu kì của một con lắc đơn giản, hai học sinh phát biểu ý kiến của mình:
Học sinh 1: Chu kì của con lắc phụ thuộc vào hai yếu tố: khối lượg dao động của con lắc (vật dao động ở cuối con lắc) và chiều dài của con lắc. Độ cao lúc đầu thả con lắc không ảnh hưởng đến chu kì T.
Học sinh 2: Chu kì của con lắc T chỉ phụ thuộc vào chiều dài của con lắc. Sự thay đổi khối lượng và độ cao lúc đầu thả con lắc không ảnh hưởng đến thời gian con lắc dao động ngang.
Hai học sinh đã thực hiện một loạt các thí nghiệm để đo chu kì của một con lắc đơn giản bằng cách sử dụng các khối lượng và độ dài khác nhau. Các học sinh không đo chiều cao như một yếu tố. Kết quả của các thí nghiệm có thể được thể hiện trong bảng dưới đây:
|
Mass (kg) |
Chiều dài(m) |
Thời gian (s) |
|
6 kg |
0,25 m |
1 s |
|
6 kg |
1 m |
2 s |
|
10 kg |
4 m |
4 s |
|
10 kg |
9 m |
6 s |
|
14 kg |
9 m |
6 s |
Trong một trận động đất, một số đèn chùm trong biệt thự bắt đầu lắc lư. Một số đèn chùm khá nhỏ trong khi những chiếc khác, chẳng hạn như một chiếc được tìm thấy trong phòng ăn lại rất lớn. Tuy nhiên, tất cả các đèn chùm treo cùng một khoảng cách chính xác với trần nhà. Hai học sinh dự đoán điều gì sẽ xảy ra?
Điều quan trọng ở đây là nhận ra sự tương tự. Đèn chùm về cơ bản là những con lắc – khối lượng treo ở một điểm nhất định được phép lắc lư. Câu trả lời đúng là câu trả lời trong đó học sinh 1 dự đoán sự thay đổi trong thời gian lắc lư và học sinh 2 dự đoán không có sự thay đổi. Điều này đi đến bất đồng cơ bản của họ, đó là học sinh 1 tin rằng khối lượng của một con lắc ảnh hướng đến chu kì của con lắc.
Chu kì của con lắc đơn được định nghĩa là khoảng thời gian cần thiết để con lắc dao động từ đầu này sang đầu kia và quay lại. Trong nghiên cứu về chu kì của một con lắc đơn giản, hai học sinh phát biểu ý kiến của mình:
Học sinh 1: Chu kì của con lắc phụ thuộc vào hai yếu tố: khối lượg dao động của con lắc (vật dao động ở cuối con lắc) và chiều dài của con lắc. Độ cao lúc đầu thả con lắc không ảnh hưởng đến chu kì T.
Học sinh 2: Chu kì của con lắc T chỉ phụ thuộc vào chiều dài của con lắc. Sự thay đổi khối lượng và độ cao lúc đầu thả con lắc không ảnh hưởng đến thời gian con lắc dao động ngang.
Hai học sinh đã thực hiện một loạt các thí nghiệm để đo chu kì của một con lắc đơn giản bằng cách sử dụng các khối lượng và độ dài khác nhau. Các học sinh không đo chiều cao như một yếu tố. Kết quả của các thí nghiệm có thể được thể hiện trong bảng dưới đây:
|
Mass (kg) |
Chiều dài(m) |
Thời gian (s) |
|
6 kg |
0,25 m |
1 s |
|
6 kg |
1 m |
2 s |
|
10 kg |
4 m |
4 s |
|
10 kg |
9 m |
6 s |
|
14 kg |
9 m |
6 s |
Theo số liệu, mối quan hệ biểu kiến giữa khối lượng m và chu kì T là gì?
Câu trả lời chính xác là chúng không liên quan. Đối với câu hỏi này, hàng quan trọng nhất trong bảng được trình bày là hàng cuối cùng vì nó chứng tỏ rằng việc thay đổi khối lượng của con lắc không ảnh hưởng đến chu kì của con lắc. Lưu ý rằng điều này được thực hiện trong khi giữ cho chiều dài của con lắc không đổi. Do đó, ta kết luận rằng không có mối tương quan giữa khối lượng m và chu kì T của con lắc.
Chu kì của con lắc đơn được định nghĩa là khoảng thời gian cần thiết để con lắc dao động từ đầu này sang đầu kia và quay lại. Trong nghiên cứu về chu kì của một con lắc đơn giản, hai học sinh phát biểu ý kiến của mình:
Học sinh 1: Chu kì của con lắc phụ thuộc vào hai yếu tố: khối lượg dao động của con lắc (vật dao động ở cuối con lắc) và chiều dài của con lắc. Độ cao lúc đầu thả con lắc không ảnh hưởng đến chu kì T.
Học sinh 2: Chu kì của con lắc T chỉ phụ thuộc vào chiều dài của con lắc. Sự thay đổi khối lượng và độ cao lúc đầu thả con lắc không ảnh hưởng đến thời gian con lắc dao động ngang.
Hai học sinh đã thực hiện một loạt các thí nghiệm để đo chu kì của một con lắc đơn giản bằng cách sử dụng các khối lượng và độ dài khác nhau. Các học sinh không đo chiều cao như một yếu tố. Kết quả của các thí nghiệm có thể được thể hiện trong bảng dưới đây:
|
Mass (kg) |
Chiều dài(m) |
Thời gian (s) |
|
6 kg |
0,25 m |
1 s |
|
6 kg |
1 m |
2 s |
|
10 kg |
4 m |
4 s |
|
10 kg |
9 m |
6 s |
|
14 kg |
9 m |
6 s |
Theo dữ liệu được cung cấp, chúng ta dự đoán điều gì xảy ra nếu một thí nghiệm so sánh chu kì của con lắc làm bằng vật nặng trên dây dài một mét và con lắc làm bằng quả bóng tennis trênn dây dài ba mét?
Hai hàng cuối cùng trong bảng cho thấy rằng sự thay đổi khối lượng con lắc không ảnh hưởng đến chu kì của con lắc. Do đó, chỉ có chiều dài của con lắc ảnh hưởng đến chu kì. Ta cũng có thể thấy rằng nếu tăng chiều dài của con lắc thì chu kì của nó cũng tăng => Chúng ta có thể dự đoán rằng chu kì của con lắc có dây treo dài hơn sẽ lớn hơn chu kì của con lắc có dây treo ngắn hơn.
Hình 1 cho thấy phổ điện từ, hay phổ năng lượng của ánh sáng phát ra từ trời. Trục trên cùng hiển thị mỗi loại sóng điện từ dưới dạng tần số (tính bằng Hz), trong đó tần số cao tương ứng với sóng ánh sáng năng lượng cao. Trục dưới cùng hiển thị bước sóng (tính bằng mét) của mỗi loại ánh sáng, trong đó bước sóng ngắn tương ứng với sóng ánh sáng năng lượng cao hơn. Có một tấm lót để hiển thị ánh sáng nhìn thấy, trong đó ánh sáng tím năng lượng cao hơn thường có bước sóng khoảng 400nm và 700nm tương ứng với ánh sáng đỏ năng lượng thấp hơn. Ánh sáng nhìn thấy, như thể hiện trong hình thường được đo bằng nanomet (nm).
Hình 1
Một nhà khoa học nghiên cứu các loại bức xạ điện từ phát ra từ mặt trời đã tổng hợp dữ liệu về cường độ ánh sáng ở các bước sóng khác nhau. Người ta thấy rằngít hơn 1% bức xạ từ mặt trời có bước sóng ngắn hơn 100nm hoặc dài hơn 2500nm. Cường độ của bức xạ ở bước sóng giữa được vẽ trên hình 2.
Hình 2
Loại ánh sáng dồi dào nhất được phát ra từ mặt trời là gì?
Từ hình 2 ta thấy có cực đại ở bước sóng dài hơn 500nm.
Từ hình 1 cho thấy ánh sáng khả kiến nằm trong khoảng từ 400 – 700nm.
=> Chúng ta thấy rằng nó phải là một loại ánh sáng khả kiến nào đó. Cụ thể, các bước sóng dài hơn 500nm một chút dường như nằm trong dải ánh sáng màu xanh lục.
Hình 1 cho thấy phổ điện từ, hay phổ năng lượng của ánh sáng phát ra từ trời. Trục trên cùng hiển thị mỗi loại sóng điện từ dưới dạng tần số (tính bằng Hz), trong đó tần số cao tương ứng với sóng ánh sáng năng lượng cao. Trục dưới cùng hiển thị bước sóng (tính bằng mét) của mỗi loại ánh sáng, trong đó bước sóng ngắn tương ứng với sóng ánh sáng năng lượng cao hơn. Có một tấm lót để hiển thị ánh sáng nhìn thấy, trong đó ánh sáng tím năng lượng cao hơn thường có bước sóng khoảng 400nm và 700nm tương ứng với ánh sáng đỏ năng lượng thấp hơn. Ánh sáng nhìn thấy, như thể hiện trong hình thường được đo bằng nanomet (nm).
Hình 1
Một nhà khoa học nghiên cứu các loại bức xạ điện từ phát ra từ mặt trời đã tổng hợp dữ liệu về cường độ ánh sáng ở các bước sóng khác nhau. Người ta thấy rằngít hơn 1% bức xạ từ mặt trời có bước sóng ngắn hơn 100nm hoặc dài hơn 2500nm. Cường độ của bức xạ ở bước sóng giữa được vẽ trên hình 2.
Hình 2
Như bạn có thể biết, tiếp xúc với tia cực tím rất nguy hiểm vì nó đủ năng lượng để phân hủy DNA, dẫn đến ung thư. Giả sử rằng tất cả các loại bức xạ có năng lượng mạnh hơn tia tử ngoại cũng đều gây ung thư, thì loại ánh sáng nào sau đây cũng có khả năng gây ung thư?
Theo hình 1, tia tử ngoại có tần số theo bậc 1016 Hz và một bước sóng theo thứ tự 10-8 m. Các sóng năng lượng cao hơn nằm ở bên trái của tia cực tím trên quang phổ điện từ nên có tần số cao hơn và bước sóng nhỏ hơn. Điều này đúng với tia gamma và tia X.
Hình 1 cho thấy phổ điện từ, hay phổ năng lượng của ánh sáng phát ra từ trời. Trục trên cùng hiển thị mỗi loại sóng điện từ dưới dạng tần số (tính bằng Hz), trong đó tần số cao tương ứng với sóng ánh sáng năng lượng cao. Trục dưới cùng hiển thị bước sóng (tính bằng mét) của mỗi loại ánh sáng, trong đó bước sóng ngắn tương ứng với sóng ánh sáng năng lượng cao hơn. Có một tấm lót để hiển thị ánh sáng nhìn thấy, trong đó ánh sáng tím năng lượng cao hơn thường có bước sóng khoảng 400nm và 700nm tương ứng với ánh sáng đỏ năng lượng thấp hơn. Ánh sáng nhìn thấy, như thể hiện trong hình thường được đo bằng nanomet (nm).
Hình 1
Một nhà khoa học nghiên cứu các loại bức xạ điện từ phát ra từ mặt trời đã tổng hợp dữ liệu về cường độ ánh sáng ở các bước sóng khác nhau. Người ta thấy rằngít hơn 1% bức xạ từ mặt trời có bước sóng ngắn hơn 100nm hoặc dài hơn 2500nm. Cường độ của bức xạ ở bước sóng giữa được vẽ trên hình 2.
Hình 2
Hình 2 cho thấy một lượng đáng kể bức xạ được tạo ra bởi mặt trời với bước sóng 2000nm. Đó là loại bức xạ nào và bước sóng của nó là?
Ta có:
\(2000nm = {2.10^3}nm = {2.10^3}nm.\frac{{1m}}{{{{10}^9}nm}} = {2.10^{ - 6}}m\)
Sử dụng quang phổ điện từ đã cho để so sánh bước sóng này với ánh sáng hồng ngoại.
Hình 1 cho thấy phổ điện từ, hay phổ năng lượng của ánh sáng phát ra từ trời. Trục trên cùng hiển thị mỗi loại sóng điện từ dưới dạng tần số (tính bằng Hz), trong đó tần số cao tương ứng với sóng ánh sáng năng lượng cao. Trục dưới cùng hiển thị bước sóng (tính bằng mét) của mỗi loại ánh sáng, trong đó bước sóng ngắn tương ứng với sóng ánh sáng năng lượng cao hơn. Có một tấm lót để hiển thị ánh sáng nhìn thấy, trong đó ánh sáng tím năng lượng cao hơn thường có bước sóng khoảng 400nm và 700nm tương ứng với ánh sáng đỏ năng lượng thấp hơn. Ánh sáng nhìn thấy, như thể hiện trong hình thường được đo bằng nanomet (nm).
Hình 1
Một nhà khoa học nghiên cứu các loại bức xạ điện từ phát ra từ mặt trời đã tổng hợp dữ liệu về cường độ ánh sáng ở các bước sóng khác nhau. Người ta thấy rằngít hơn 1% bức xạ từ mặt trời có bước sóng ngắn hơn 100nm hoặc dài hơn 2500nm. Cường độ của bức xạ ở bước sóng giữa được vẽ trên hình 2.
Hình 2
Câu nào liệt kê đúng các loại bức xạ điện từ khác nhau theo thứ tự năng lượng tăng dần?
Từ hình 1 cho thấy bức xạ theo thứ tự giảm dần năng lượng từ trái sáng phải. Do đó, câu trả lời đúng phải liệt kê các loại bức xạ từ phải sang trái. Năng lượng tỉ lệ thuận với tần số và tỉ lệ nghịch với bước sóng: \(E = hf = \frac{{hc}}{\lambda }\)
Hình 1 cho thấy phổ điện từ, hay phổ năng lượng của ánh sáng phát ra từ trời. Trục trên cùng hiển thị mỗi loại sóng điện từ dưới dạng tần số (tính bằng Hz), trong đó tần số cao tương ứng với sóng ánh sáng năng lượng cao. Trục dưới cùng hiển thị bước sóng (tính bằng mét) của mỗi loại ánh sáng, trong đó bước sóng ngắn tương ứng với sóng ánh sáng năng lượng cao hơn. Có một tấm lót để hiển thị ánh sáng nhìn thấy, trong đó ánh sáng tím năng lượng cao hơn thường có bước sóng khoảng 400nm và 700nm tương ứng với ánh sáng đỏ năng lượng thấp hơn. Ánh sáng nhìn thấy, như thể hiện trong hình thường được đo bằng nanomet (nm).
Hình 1
Một nhà khoa học nghiên cứu các loại bức xạ điện từ phát ra từ mặt trời đã tổng hợp dữ liệu về cường độ ánh sáng ở các bước sóng khác nhau. Người ta thấy rằngít hơn 1% bức xạ từ mặt trời có bước sóng ngắn hơn 100nm hoặc dài hơn 2500nm. Cường độ của bức xạ ở bước sóng giữa được vẽ trên hình 2.
Hình 2
Loại ánh sáng nào sau đây được phát ra trong các bức xạ quang phổ lớn hơn \(0,5\frac{{\rm{W}}}{{{m^2}.nm}}\)?
I. Ánh sáng khả kiến
II. Tia gamma
III. Tia hồng ngoại
Dữ kiện cho chúng ta biết rằng các bước sóng không có trong hình 2 được phát ra từ mặt trời với lượng không đáng kể so với các bước sóng trong hình. Ở bước sóng 100nm, tia cực tím là sóng năng lượng cao nhất được hiển thị. Bước sóng năng lượng thấp nhất được hiển thị là 2500nm. Giới hạn năng lượng thấp này tương ứng với ánh sáng hồng ngoại. Do đó, chỉ các loại bức xạ tia cực tím, bức xạ nhìn thấy và tia hồng ngoại phát ra ở cường độ cao hơn \(0,5\frac{{\rm{W}}}{{{m^2}.nm}}\) và chỉ ánh sáng khả kiến là chính xác.
Biểu đồ dưới đây mô tả vị trí của ba chiếc ô tô khác nhau trong khoảng thời gian 15 giây.
Tại thời điểm cả ba ô tô gặp nhau, ô tô nào đi nhanh nhất?
Từ đồ thị ta thấy, ba đường cắt nhau tại t = 3s.
Tại thời điểm này, người ta có thể xác định tốc độ của mỗi ô tô bằng cách xem ô tô đó đi được bao nhiêu mét trong 1 giây.
Tại thời điểm t = 3s:
+ Ô tô 1: đi được 1m mỗi giây
+ Ô tô 2: đi được 2m mỗi giây
+ Ô tô 3: đi được 4m mỗi giây
Một cách khác để xác định xe nào chạy nhanh nhất là nhìn vào độ dốc của đồ thị, ô tô nào có độ dố lớn nhất là đi nhanh nhất.
=> Xe 3 đi nhanh nhất
Biểu đồ dưới đây mô tả vị trí của ba chiếc ô tô khác nhau trong khoảng thời gian 15 giây.
Vận tốc của ô tô 1 tại thời điểm t = 7s là bao nhiêu?
Từ đồ thị ta thấy: tại thời điểm t = 7s, đồ thị của ô tô 1 là 1 đường thẳng, tức là khi đó ô tô 1 giữ nguyên vị trí, không chuyển động => Vận tốc là 0m/s.
Biểu đồ dưới đây mô tả vị trí của ba chiếc ô tô khác nhau trong khoảng thời gian 15 giây.
Nếu ô tô 3 tiếp tục đi với vận tốc hiện tại lúc t = 15s thì vị trí của ô tô sẽ ở đâu vào thời điểm t = 20s?
Lúc t = 15s, ô tô 3 đang đi với vận tốc 4m/s và đang đi ra xa vị trí 0 theo chiều âm.
Lúc t = 15s, ô tô 3 ở vị trí x = -10m.
5 giây sau nó đi được quãng đường 5.4 = 20m
=> Vị trí của nó tại thời điểm t = 20 s là:
X = -10 – 20 = -30 m
Bức xạ vật đen là năng lượng được giải phóng dưới dạng ánh sáng từ bất kì vật thể nào có nhiệt độ khác 0K hoặc khoảng hơn -273,15 độ C). Một ví dụ hàng ngày về bức xạ vật đen là bếp điện. Khi bếp điện ở chế độ cài đặt cao nhất, năng lượng được bơm vào mặt bếp và một phần năng lượng sẽ được giải phóng dưới dạng ánh sáng, khiến bếp phát sáng màu cam. Đây là bức xạ vật đen ở bước sóng ánh sáng tương ứng với màu cam.
Quang phổ nhìn thấy được của các bước sóng ánh sáng là từ 400nm (năng lượng cao) đến khoảng 750nm (năng lượng thấp). Bước sóng của ánh sáng tương quan với năng lượng của ánh sáng đó, trong khi cường độ đề cập đến lượg ánh sáng. Ví dụ, mặt bếp có màu cam rất sáng không có năng lượng trên mỗi photon ánh sáng khác với mặt bếp có màu cam mờ, miễn là chúng có cùng một bóng râm. Thay vào đó, mặt bếp sáng hơn chỉ phát ra nhiều phôton hơn.
Dựa vào thông tin trong đoạn văn, tại sao chúng ta không nhìn thấy những đồ vật thông thường ví dụ như bàn ghế tỏa ánh sáng giống như bếp nấu?
Dữ kiện bài cho nói rằng bức xạ vật đen xảy ra với bất kì vật thể nào ở nhiệt độ khác không. Điều này có nghĩa là các vật thể ở nhiệt độ phòng cũng thể hiện bức xạ vật đen. Vì vậy, tại sao chúng ta không nhìn thấy nó? Câu trả lời nằm trong đoạn văn nói về bước sóng và năng lượng.
Như đoạn văn nói, bếp có thể bắt đầu phát sáng khi được cung cấp năng lượng. Ngược lại, một vật thể ở nhiệt độ phòng có năng lượng ít hơn nhiều so với bếp được đốt nóng và do đó vẫn hiển thị bức xạ vật đen ngoại trừ tần số tương ứng với năng lượng thấp hơn.
Đoạn văn cho chúng ta biết rằng, bước sóng cao hơn có liên quan đến năng lượng thấp hơn => dẫn đến kết luận rằng cac vật thể ở nhiệt độ phòng đang phát ra ánh sáng nhưng ở bước sóng trên quang phổ khả kiến hoặc trên 750nm.
Bức xạ vật đen là năng lượng được giải phóng dưới dạng ánh sáng từ bất kì vật thể nào có nhiệt độ khác 0K hoặc khoảng hơn -273,15 độ C). Một ví dụ hàng ngày về bức xạ vật đen là bếp điện. Khi bếp điện ở chế độ cài đặt cao nhất, năng lượng được bơm vào mặt bếp và một phần năng lượng sẽ được giải phóng dưới dạng ánh sáng, khiến bếp phát sáng màu cam. Đây là bức xạ vật đen ở bước sóng ánh sáng tương ứng với màu cam.
Quang phổ nhìn thấy được của các bước sóng ánh sáng là từ 400nm (năng lượng cao) đến khoảng 750nm (năng lượng thấp). Bước sóng của ánh sáng tương quan với năng lượng của ánh sáng đó, trong khi cường độ đề cập đến lượg ánh sáng. Ví dụ, mặt bếp có màu cam rất sáng không có năng lượng trên mỗi photon ánh sáng khác với mặt bếp có màu cam mờ, miễn là chúng có cùng một bóng râm. Thay vào đó, mặt bếp sáng hơn chỉ phát ra nhiều phôton hơn.
Cho đồ thị:
Đồ thị trên hiển thị lượng ánh sáng do một vật phát ra dưới dạng bức xạ vật đen ở các bước sóng khác nhau. Nếu màu tím tương ứng với bước sóng khoảng 400nm và màu đỏ tương ứng với bước sóng khoảng 600nm. Làm thế nào chúng ta có thể mô tả bức xạ vật đen của vật trên?
Câu trả lời đúng là nó sẽ phát ra ánh sáng ở bóng râm gần với màu tím. Nhìn vào đỉnh của đồ thị năng lượng theo bước sóng ta thấy vật thể có khả năng xuất hiện bóng râm màu tím.
Chất bán dẫn (tiếng Anh: Semiconductor) là chất có độ dẫn điện ở mức trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện. Chất bán dẫn hoạt động như một chất cách điện ở nhiệt độ thấp và có tính dẫn điện ở nhiệt độ phòng. Ứng dụng thực tế đầu tiên của chất bán dẫn là vào năm 1904 với máy Cat’s-whisker detector (tạm dịch là “máy dò râu mèo”) với một diode bán dẫn tinh khiết. Sau đó nhờ việc phát triển của thuyết vật lý lượng tử người ta đã tạo ra bóng bán dẫn năm 1947 và mạch tích hợp đầu tiên năm 1958.
Vì chất bán dẫn không được bày bán một cách phổ thông trong các cửa hàng giống như các thiết bị điện, nên nó có thể khó hình dung với nhiều người, nhưng trong thực tế, nó được sử dụng trong rất nhiều thiết bị hiện nay. Ví dụ:
Cảm biến nhiệt độ được trong điều hòa không khí được làm từ chất bán dẫn. Nồi cơm điện có thể nấu cơm một cách hoàn hảo là nhờ hệ thống điều khiển nhiệt độ chính xác có sử dụng chất bán dẫn. Bộ vi xử lý của máy tính CPU cũng được làm từ các nguyên liệu chất bán dẫn.
Nhiều sản phẩm tiêu dùng kỹ thuật số như điện thoại di động, máy ảnh, TV, máy giặt, tủ lạnh và bóng đèn LED cũng sử dụng chất bán dẫn.
Ngoài lĩnh vực điện tử tiêu dùng, chất bán dẫn cũng đóng một vai trò trung tâm trong hoạt động của các máy ATM, xe lửa, internet, truyền thông và nhiều thiết bị khác trong cơ sở hạ tầng xã hội, chẳng hạn như trong mạng lưới y tế được sử dụng để cung cấp dịch vụ chăm sóc sức khỏe người cao tuổi, vv… Thêm vào đó, hệ thống hậu cần hiệu quả sẽ giúp tiết kiệm năng lượng, thúc đẩy việc bảo tồn môi trường toàn cầu.
Các thiết bị bán dẫn chủ yếu hoạt động dựa trên hiện tượng nào dưới đây?
Các thiết bị bán dẫn hoạt động dựa trên hiện tượng quang điện trong.
Chất bán dẫn (tiếng Anh: Semiconductor) là chất có độ dẫn điện ở mức trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện. Chất bán dẫn hoạt động như một chất cách điện ở nhiệt độ thấp và có tính dẫn điện ở nhiệt độ phòng. Ứng dụng thực tế đầu tiên của chất bán dẫn là vào năm 1904 với máy Cat’s-whisker detector (tạm dịch là “máy dò râu mèo”) với một diode bán dẫn tinh khiết. Sau đó nhờ việc phát triển của thuyết vật lý lượng tử người ta đã tạo ra bóng bán dẫn năm 1947 và mạch tích hợp đầu tiên năm 1958.
Vì chất bán dẫn không được bày bán một cách phổ thông trong các cửa hàng giống như các thiết bị điện, nên nó có thể khó hình dung với nhiều người, nhưng trong thực tế, nó được sử dụng trong rất nhiều thiết bị hiện nay. Ví dụ:
Cảm biến nhiệt độ được trong điều hòa không khí được làm từ chất bán dẫn. Nồi cơm điện có thể nấu cơm một cách hoàn hảo là nhờ hệ thống điều khiển nhiệt độ chính xác có sử dụng chất bán dẫn. Bộ vi xử lý của máy tính CPU cũng được làm từ các nguyên liệu chất bán dẫn.
Nhiều sản phẩm tiêu dùng kỹ thuật số như điện thoại di động, máy ảnh, TV, máy giặt, tủ lạnh và bóng đèn LED cũng sử dụng chất bán dẫn.
Ngoài lĩnh vực điện tử tiêu dùng, chất bán dẫn cũng đóng một vai trò trung tâm trong hoạt động của các máy ATM, xe lửa, internet, truyền thông và nhiều thiết bị khác trong cơ sở hạ tầng xã hội, chẳng hạn như trong mạng lưới y tế được sử dụng để cung cấp dịch vụ chăm sóc sức khỏe người cao tuổi, vv… Thêm vào đó, hệ thống hậu cần hiệu quả sẽ giúp tiết kiệm năng lượng, thúc đẩy việc bảo tồn môi trường toàn cầu.
Năng lượng kích hoạt là năng lượng cần thiết để giải phóng 1 electron liên kết thành 1 electron dẫn, giá trị đó của Ge là 0,66 eV. Lấy \(e=1,{{6.10}^{-19}}\,\,C;\,\,h=6,{{625.10}^{-34}}\,\,J;\,\,c={{3.10}^{8}}\,\,m/s\). Giới hạn quang dẫn của Ge là
Năng lượng giải phóng electron khỏi liên kết là:
\(E=\frac{hc}{\lambda }\Rightarrow \lambda =\frac{hc}{E}=\frac{6,{{625.10}^{-34}}{{.3.10}^{8}}}{0,66.1,{{6.10}^{-19}}}=1,{{88.10}^{-6}}\,\,\left( m \right)=1,88\,\,\left( \mu m \right)\)
Chất bán dẫn (tiếng Anh: Semiconductor) là chất có độ dẫn điện ở mức trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện. Chất bán dẫn hoạt động như một chất cách điện ở nhiệt độ thấp và có tính dẫn điện ở nhiệt độ phòng. Ứng dụng thực tế đầu tiên của chất bán dẫn là vào năm 1904 với máy Cat’s-whisker detector (tạm dịch là “máy dò râu mèo”) với một diode bán dẫn tinh khiết. Sau đó nhờ việc phát triển của thuyết vật lý lượng tử người ta đã tạo ra bóng bán dẫn năm 1947 và mạch tích hợp đầu tiên năm 1958.
Vì chất bán dẫn không được bày bán một cách phổ thông trong các cửa hàng giống như các thiết bị điện, nên nó có thể khó hình dung với nhiều người, nhưng trong thực tế, nó được sử dụng trong rất nhiều thiết bị hiện nay. Ví dụ:
Cảm biến nhiệt độ được trong điều hòa không khí được làm từ chất bán dẫn. Nồi cơm điện có thể nấu cơm một cách hoàn hảo là nhờ hệ thống điều khiển nhiệt độ chính xác có sử dụng chất bán dẫn. Bộ vi xử lý của máy tính CPU cũng được làm từ các nguyên liệu chất bán dẫn.
Nhiều sản phẩm tiêu dùng kỹ thuật số như điện thoại di động, máy ảnh, TV, máy giặt, tủ lạnh và bóng đèn LED cũng sử dụng chất bán dẫn.
Ngoài lĩnh vực điện tử tiêu dùng, chất bán dẫn cũng đóng một vai trò trung tâm trong hoạt động của các máy ATM, xe lửa, internet, truyền thông và nhiều thiết bị khác trong cơ sở hạ tầng xã hội, chẳng hạn như trong mạng lưới y tế được sử dụng để cung cấp dịch vụ chăm sóc sức khỏe người cao tuổi, vv… Thêm vào đó, hệ thống hậu cần hiệu quả sẽ giúp tiết kiệm năng lượng, thúc đẩy việc bảo tồn môi trường toàn cầu.
Một chất quang dẫn có giới hạn quang dẫn là \(0,78\,\,\mu m\). Chiếu vào chất bán dẫn đó lần lượt các chùm bức xạ đơn sắc có tần số \({{f}_{1}}=4,{{5.10}^{14}}\,\,Hz;\,\,{{f}_{2}}=5,{{0.10}^{13}}\,\,Hz;\,\,{{f}_{3}}=6,{{5.10}^{13}}\,\,Hz\) và \({{f}_{4}}=6,{{0.10}^{14}}\,\,Hz\). Cho \(c={{3.10}^{8}}\,\,m/s\). Hiện tượng quang dẫn xảy ra với các chùm bức xạ có tần số
Tần số của bức xạ có thể gây ra hiện tượng quang dẫn của chất đó là:
\(f=\frac{c}{\lambda }=\frac{{{3.10}^{8}}}{0,{{78.10}^{-6}}}=3,{{846.10}^{14}}\,\,\left( Hz \right)\)
Hiện tượng quang dẫn xảy ra khi: \(\lambda \le {{\lambda }_{0}}\Rightarrow f\ge {{f}_{0}}\Rightarrow f\ge 3,{{846.10}^{14}}\,\,\left( Hz \right)\)
Vậy những bức xạ gây ra hiện tượng quang dẫn với chất đó có tần số \({{f}_{1}}\) và \({{f}_{4}}\).
Dựa vào các thông tin được cung cấp dưới đây để trả lời các câu phía dưới.
Phản ứng tổng hợp hạt nhân (còn gọi là phản ứng nhiệt hạch) cung cấp nguồn năng lượng khổng lồ cho Mặt trời và các vì sao qua việc kết hợp những nguyên tố nhẹ như hydro hay heli. Nếu có thể khai thác được phản ứng này ngay trên Trái đất thì chúng ta sẽ có một nguồn năng lượng sạch vô tận với nguyên liệu chính là nước biển. Nguồn năng lượng này không phát ra khí thải nhà kính, không tạo ra chạy đua hạt nhân và không có nguy cơ phát sinh tai nạn thảm khốc.
Tuy nhiên các quá trình của phản ứng đều khó thực hiện: trước tiên cần phải tạo môi trường plasma với nhiệt độ cao (50 triệu đến 100 triệu độ), mật độ hạt nhân trong plasma phải đủ lớn và thời gian duy trì trạng thái plasma ở nhiệt độ cao phải đủ dài.
Lò phản ứng thí nghiệm nhiệt hạch quốc tế ITER (International Thermonuclear Eperimental Reactor), hiện đang được xây dựng ở Cadarach miền nam nước Pháp, sẽ nghiên cứu "chế độ plasma đốt nóng" khi lượng nhiệt tỏa ra từ phản ứng nhiệt hạch sẽ lớn hơn lượng nhiệt cung cấp cho phản ứng nhiệt hạch. Tổng lượng nhiệt nhận được từ ITER sẽ gấp 5 lần lượng nhiệt cung cấp từ bên ngoài trong những phản ứng gần như liên tục, và đạt được từ 10 đến 30 lần trong những phản ứng thời gian ngắn.
Tìm phát biểu sai. Điều kiện để thực hiện phản ứng tổng hợp hạt nhân là
Điều kiện để thực hiện phản ứng tổng hợp hạt nhân:
- Nhiệt độ cao tới hàng chục triệu độ. → A đúng
- Thời gian duy trì nhiệt độ cao phải đủ lớn. → B đúng
- Mật độ hạt nhân phải đủ lớn. → C đúng
→ D sai
Dựa vào các thông tin được cung cấp dưới đây để trả lời các câu phía dưới.
Phản ứng tổng hợp hạt nhân (còn gọi là phản ứng nhiệt hạch) cung cấp nguồn năng lượng khổng lồ cho Mặt trời và các vì sao qua việc kết hợp những nguyên tố nhẹ như hydro hay heli. Nếu có thể khai thác được phản ứng này ngay trên Trái đất thì chúng ta sẽ có một nguồn năng lượng sạch vô tận với nguyên liệu chính là nước biển. Nguồn năng lượng này không phát ra khí thải nhà kính, không tạo ra chạy đua hạt nhân và không có nguy cơ phát sinh tai nạn thảm khốc.
Tuy nhiên các quá trình của phản ứng đều khó thực hiện: trước tiên cần phải tạo môi trường plasma với nhiệt độ cao (50 triệu đến 100 triệu độ), mật độ hạt nhân trong plasma phải đủ lớn và thời gian duy trì trạng thái plasma ở nhiệt độ cao phải đủ dài.
Lò phản ứng thí nghiệm nhiệt hạch quốc tế ITER (International Thermonuclear Eperimental Reactor), hiện đang được xây dựng ở Cadarach miền nam nước Pháp, sẽ nghiên cứu "chế độ plasma đốt nóng" khi lượng nhiệt tỏa ra từ phản ứng nhiệt hạch sẽ lớn hơn lượng nhiệt cung cấp cho phản ứng nhiệt hạch. Tổng lượng nhiệt nhận được từ ITER sẽ gấp 5 lần lượng nhiệt cung cấp từ bên ngoài trong những phản ứng gần như liên tục, và đạt được từ 10 đến 30 lần trong những phản ứng thời gian ngắn.
So với phản ứng phân hạch, phản ứng tổng hợp hạt nhân có ưu điểm là:
Phản ứng tổng hợp hạt nhân có ưu điểm:
- Tạo ra năng lượng lớn hơn nhiều lần với cùng một khối lượng tham gia phản ứng. → A đúng
- Nguồn nhiên liệu có nhiều trong tự nhiên. → B đúng
- Ít gây ô nhiễm môi trường. → C đúng
