BÀI GIẢNG VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG A1

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH THANH HÓA
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC

Bài giảng

Tác giả biên soạn:
TS. Đỗ Văn Toàn


GIỚI THIỆU MÔN HỌC
I. Mục tiêu:
Kiến thức:
Cung cấp những kiến thức cơ bản về các phần cơ, điện, quang, làm tiền đề cho sinh viên
ngành Tin học và Kỹ thuật có khả năng học tập và nghiên cứu các môn học cơ sở và
chuyên ngành có liên quan.
Kỹ năng:
Sinh viên có thể giải quyết được các vấn đề cơ bản có liên quan đến nội dung kiến
thức (làm bài tập, giải thích các hiện tượng tự nhiên, kỹ thuật…)
Sinh viên có thể áp dụng các kiến thức đã được học trong việc tự đọc, tự nghiên cứu
các môn học cơ sở và chuyên ngành có liên quan
Sinh viên rút ra cho mình phương pháp tự học tự nghiên cứu phù hợp
II. Thời lượng

Giờ GV lên lớp:
Giờ SV tự học:
Giờ thảo luận:

III. Yêu cầu đối với SV: Thời lượng lên lớp:
Đọc tài liệu:
Chuẩn bị các câu hỏi, chủ đề thảo luận

IV. Tài liệu tham khảo:
Vật lý đại cơng tập, Bài tập vật lý đại cơng Tập 1,2, Lơng
Duyên Bình
Cơ sở vật lý học Tập 1-5, David Halliday, NXBGD 1996
Cơ học, Điện học, Chơng trình đào tạo KS CLC, NXBGD
http//wikipedia.org
http//www.ctu.edu.vn
http.www.hyperphysic.org
http.www.vatlyngaynay.org.vn
http.www.vatllysupham.com
http.www.thuvienvatly.com


VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG A1
Phần 1: CƠ HỌC
Chương 1: Động học
Chương 2: Động lực học
Chương 3: Cơ năng
Chương 4: Nguyên lý tương đối
Phần 2: ĐIỆN TỪ HỌC
Chương 5: Trường tĩnh điện
Chương 6: Dòng điện- Từ trường
Chương 7: Cảm ứng điện từ
Chương 8: Trường điện từ


VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG A1
Phần 1: CƠ HỌC
Chương 1: Động học

Chương 2: Động lực học
Chương 3: Cơ năng
Chương 4: Nguyên lý tương đối
Phần 2: ĐIỆN TỪ HỌC
Chương 5: Trường tĩnh điện
Chương 6: Dòng điện- Từ trường
Chương 7: Cảm ứng điện từ
Chương 8: Trường điện từ


Chương 1: ĐỘNG HỌC

1.1. Các khái niệm cơ bản
1.2. Véc tơ vận tốc và véc tơ gia tốc
1.3. Một số dạng chuyển động cơ học đặc biệt


Chương 1: ĐỘNG HỌC

1.1. Các khái niệm cơ bản
1.2. Véc tơ vận tốc và véc tơ gia tốc
1.3. Một số dạng chuyển động cơ học đặc biệt


1.1. Các khái niệm cơ bản
1.1.1. Chuyển động cơ học và hệ quy chiếu
1.1.2. Chất điểm - Hệ chất điểm
1.1.3. Hệ tọa độ
1.1.3.1. Hệ tọa độ Descartes
1.1.3.2. Hệ tọa độ cầu

Chương 1


1.1. Các khái niệm cơ bản
1.1.1. Chuyển động cơ học và hệ quy chiếu
Chuyển động là gì?
Chuyển động của một vật là sự chuyển dời vị trí của vật đó so với vật
khác trong không gian và theo thời gian
Hệ quy chiếu
Để xác định vị trí, chuyển động của chất điểm, ta cần có vât làm
mốc và
Hệ quy chiếu = Điểm làm mốc + Hệ
hệ trục tọa độ
trục tọa độ
Vị trí của chất điểm M trong không gian được xác định bằng véc tơ
tọa độ OM
Hình chiếu của OM trên các trục (x,y,z) là tọa độ của M
Chương 1


1.1.2. Chất điểm và hệ chất điểm
Coi một vật có kích thước rất nhỏ như một điểm hình học mang tất cả
các đặc trưng của vật-chất điểm. Khi không cần xét sự khác nhau của
các phần của vật thể có thể coi nó là chất điểm.
Tập hợp các chất điểm = hệ chất điểm
1.1.3. Hệ tọa độ
Mô tả chuyển động

Định vị vật trong không gian

Vật làm mốc là gốc của hệ tọa độ
Trong vật lý người ta sử dụng nhiều hệ tọa độ khác nhau
Chương 1


1.1.3.1. Hệ tọa độ Descartes

Z

z

Gồm ba trục Ox, Oy, Oz

M
→

Vị trí của một điểm M bất kỳ được
hoàn toàn
xác định bởi bán kính
→
vectơ r
→

→

→

→

r = x i + y j+ z k

(1.1)

r

→

k

→

i

j

Y

O

x

M'

X

Hình 1.1. Hệ tọa độ Decac.

Hay M (x,y,z)

z

1.1.3.2. Hệ tọa độ cầu

z

M

Vĩ tuyến

Điểm M bất kỳ được xác định bởi ba
tọa độ r, θ, ϕ
x = r.sinθ.cos ϕ
y = r.sinθ.sinϕ
z = r.cosθ

y

→

θ

x

O

r
y

y

ϕ
Kinh tuyến

x

(1.2)
Hình 1.2. Hệ tọa độ cầu.
Chương 1


1.2. Véc tơ vận tốc và véc tơ gia tốc
1.2.1. Véc tơ vận tốc
1.2.1.1. Véc tơ vận tốc trung bình
1.2.1.2. Véctơ vận tốc tức thời
1.2.2. Véc tơ vận tốc trong hệ tọa độ Descartes
1.2.3. Véc tơ gia tốc
1.2.3.1. Khái niệm gia tốc
1.2.3.2. Gia tốc trong hệ tọa độ Descartes
1.2.3.3. Gia tốc trong chuyển động cong-gia tốc tiếp tuyến
và gia tốc pháp tuyến
Chương 1


1.2.1. Véc tơ vận tốc
1.2.1.1. Véc tơ vận tốc trung bình
r r r
∆r r2 − r1
r
vtb =

=
∆t t2 − t1

(1.3)

1.1.3. Vận tốc tức thời
Định nghĩa vận tốc:

→

z

d s (t )
v=
dt

→

→

Véc tơ vận tốc trong hệ tọa độ Đêcac
→

v=

→

r

→

d s (t ) d r (t )
=
dt
dt

(1.4)

M

→

dr
→

M’
→

r+d r

O

x
Véc tơ vận tốc bằng đạo hàm của bán kính véc tơ theo thời gian

y

Chương 1

1.2.2. Véc tơ vận tốc trong hệ tọa độ Descartes
→

→

→

→

v = vx . i + v y . j + vz . k

dx
vx = ;
dt

dy
vy =
;
dt

dz
vz =
dt
2

2

 dx   dy   dz 
v = v +v +v =   +  + 
 dt   dt   dt 

2
x

2
y

(1.5)

2

2
z

Chương 1


1.1.4. Véc tơ gia tốc
Là đại lượng đặc trưng cho sự biến thiên của vận tốc
Định nghĩa và biểu thức
Khi chất điểm qua vị trí M tại thời điểm t, có vận tốc tức thời v, sau thời gian ∆t,
chất điểm qua M’, vận tốc là v’=v+ ∆v
→

→

→

Biến thiên vận tốc sau khoảng thời gian ∆t là ∆v = v'− v
Độ biến thiên vận tốc trung bình trong 1 đơn vị thời gian:
→

dv x d 2 x
ax =
= 2
dt
dt

∆v
atb =
∆t
→

Gia tốc tức thời

→

→

dv y

d2y
ay =
= 2
dt
dt

∆v dv
a = lim
=
∆t →0 ∆t

dt

→

dv z d 2 z
az =
= 2
dt
dt
2

2

2
2
2





d
x
d
y
d
z
2
2
2

a = a x + a y + a z =  2  +  2  +  2 
 dt   dt   dt 

→

2

Chương 1


Gia tốc tiếp tuyến và gia tốc pháp tuyến
Tại t (M): v = MA
Tại t’ (M’): v ' = M ' A'

M

?
O

Tiếp tuyến
→

→

Pháp tuyến,
Hướng tâm

B

A

C

M’

A’

→

a = at + an

Độ lớn:

dv
at =
dt

v2
an =
R

a = at2 + an2

Gia tốc tiếp tuyến đặc trưng cho sự biến đổi về độ lớn của véc tơ vận tốc, có
phương cùng phương với véc tơ vận tốc
Gia tốc pháp tuyến đặc trưng cho sự biến đổi về phương của véc tơ vận tốc, có
phương vuông góc với véc tơ vận tốc, hướng về bề lõm của quỹ đạo.

Chương 1

Trong trường hợp tổng quát, khi chất điểm chuyển động cong, các công thức trên
vẫn đúng. R là bán kính chính khúc của quỹ đạo tại điểm khảo sát.
Một số trường hợp đặc biệt
an=0: Chuyển động thẳng
at=0: Chuyển động cong đều
a=0: Chuyển động thẳng đều

Chương 1


1.3. Một số dạng chuyển động đặc biệt
1.3.1. Chuyển động thẳng
1.3.1.1. Chuyển động thẳng đều
1.4.1.2. Chuyển động thẳng biến đổi đều
1.3.2. Chuyển động tròn
1.3.2.1. Chuyển động tròn đều
1.3.2.2. Chuyển động tròn biến đổi đều
1.3.3. Chuyển động với gia tốc không đổi

Chương 1


1.3.1. Chuyển động thẳng
1.3.1.1. Chuyển động thẳng đều
1.3.2.2. Chuyển động thẳng biến đổi đều
→
Là chuyển động thẳng với gia tốc không đổi a = const

an = 0

⇒

ds
nhưng v =
dt

→

at =

dv
v − v0
= const ⇒
= const
dt
t
t

t

0

0

⇒ s = ∫ ds = ∫ (v0 + at )dt =

⇒ v = v0 + at

1 2

at + v0t
2

⇓
v 2 − v02 = 2as

1.3.2. Chuyển động tròn
∆θ
Vận tốc góc
ωtb =
∆t

⇒ω =

dθ
dt

M
R
O

∆θ

M’

Đơn vị: Radian/giây=rad/s
Chương 1


Chu kỳ

2π
T=
ω

Tần số

f =

1 ω
=
T 2π

Biểu diễn vận tốc góc bằng đại lượng véc tơ gọi là véc tơ
vận tốc góc, nằm trên trục của vòng tròn quỹ đạo, thuận
chiều đối với chiều quay của chuyển động và có giá trị bằng

dθ
ω=
dt

Hệ quả

→

ω

O

→

→

R
M

v

Liên hệ giữa véc tơ vận tốc dài và véc tơ vận tốc góc

ds = R.dω

⇒

Xét cả về phương và chiều
* Liên hệ giữa an và ω
Gia tốc góc

β=

ds
dω
=R
dt
dt
→

→

→

v = ω∧ R
v 2 ( Rω ) 2
an =
=
R
R

dω d θ
= 2
dt
dt (rad/s2)
2

⇒ v = Rω

⇒ a n = Rω 2

β>0: Chuyển động tròn nhanh dần

β<0: Chuyển động tròn chậm dần
β=0: Chuyển động tròn đều
Chương 1


β =const

Chuyển động tròn biến đổi đều
→

dω
β=
dt
dv d ( Rω )
dω
at =
=
=R
= Rβ
dt
dt
dt
→

Véc tơ gia tốc góc
Hệ quả

ω = β t + ω0
1
θ = β t 2 + ω0t
2
ω 2 − ω02 = 2βθ

→

→

→

at = β ∧ R

1.2.3. Chuyển động với gia tốc không
đổi
Xét chuyển động của vật ném xiên từ một điểm trên mặt đất, bỏ qua sức cản
y
kk.
gx 2
Gia tốc trọng trường không đổi g1
y=−
+ x.tgx
2
2
Phương trình quỹ
2 v0 cos α
đạo:
v02 sin 2 α
Độ cao cực đại
ymax =
Tầm xa

xmax

2g
v02 sin 2 2α
=
g

v0 sin α

v0

α
O v0 cos α

x
Chương 1


CHƯƠNG 2: ĐỘNG LỰC HỌC
2.1. Các định luật Newton
2.2. Các định lý về động lượng, mô men động lượng,
động năng và cơ năng
2.3. Các lực thường gặp
2.4. Phương trình cơ bản của chuyển động quay của
vật rắn
2.5. Mô men động lượng và định luật bảo toàn mô men
động lượng


CHƯƠNG 2: ĐỘNG LỰC HỌC
2.1. Các định luật Newton
2.2. Các định lý về động lượng, mô men động lượng,
động năng và cơ năng
2.3. Các lực thường gặp
2.4. Phương trình cơ bản của chuyển động quay của
vật rắn
2.5. Mô men động lượng và định luật bảo toàn mô men
động lượng


2.1. Các định luật Newton

2.1.1. Định luật Newton thứ nhất
2.1.2. Định luật Newton thứ hai


 F
a=
m

2.1.3. Phương trình cơ bản của cơ học chất điểm
 
ma = F (2.1)
2.1.4. Hệ quy chiếu quán tính
Phương trình (2.1) chỉ nghiệm đúng đối với những hệ quy chiếu đặc biệt gọi là hệ
quy chiếu quán tính
2.1.5. Lực tác dụng lên chuyển động cong
  
   ma = F
a = aτ + a n
F = Fτ + Fn
2.1.6. Định luật Newton thứ ba

Fτ = maτ
v2
Fn = ma n = m
R

Chương 2


2.2. Véc tơ động lượng. Định luật bảo toàn động lượng

2.2.1. Véc tơ động lượng. Định lý về động lượng
2.2.2. Định luật bảo toàn động lượng cho hệ cô lập

Chương 2