Chương trình Vật lý lớp 11 là nền tảng quan trọng, cung cấp kiến thức về cơ học, điện, từ trường, và dao động, giúp học sinh xây dựng tư duy khoa học và giải quyết các bài toán thực tiễn. Dưới đây là 10 công thức quan trọng nhất, được trình bày chi tiết với các ví dụ minh họa cụ thể, chính xác, và cập nhật để học sinh dễ dàng nắm bắt và áp dụng. Mỗi công thức được giải thích rõ ràng, kèm theo ví dụ thực tế để tăng tính hấp dẫn và dễ hiểu.
Định luật II Newton
F = m.a
- F: lực tác dụng (N)
- m: khối lượng của vật (kg)
- a: gia tốc của vật (m/s²)
Ý nghĩa: Công thức này mô tả mối quan hệ giữa lực tác dụng lên một vật, khối lượng của vật, và gia tốc mà vật nhận được. Đây là nền tảng của cơ học cổ điển, được sử dụng để phân tích chuyển động của các vật thể trong nhiều tình huống thực tế.
Ví dụ: Một ô tô có khối lượng 1200 kg đang tăng tốc với gia tốc 2 m/s² trên đường phẳng. Tính lực kéo của động cơ, bỏ qua ma sát.
- Dữ kiện: m = 1200 kg, a = 2 m/s²
- Công thức: F = m.a
- Tính toán: F = 1200 × 2 = 2400 N
- Kết quả: Lực kéo của động cơ là 2400 N.
Lực hấp dẫn (Định luật vạn vật hấp dẫn)
F = G.(m₁.m₂)/r²
- F: lực hấp dẫn giữa hai vật (N)
- G: hằng số hấp dẫn (6,674 × 10⁻¹¹ N.m²/kg²)
- m₁, m₂: khối lượng của hai vật (kg)
- r: khoảng cách giữa tâm hai vật (m)
Ý nghĩa: Công thức này mô tả lực hấp dẫn giữa hai vật có khối lượng, thường được áp dụng trong các bài toán liên quan đến thiên văn hoặc các vật thể lớn như hành tinh, vệ tinh.
Ví dụ: Tính lực hấp dẫn giữa Trái Đất (khối lượng 5,972 × 10²⁴ kg) và Mặt Trăng (khối lượng 7,342 × 10²² kg) khi khoảng cách trung bình giữa chúng là 384.400 km.
- Dữ kiện: m₁ = 5,972 × 10²⁴ kg, m₂ = 7,342 × 10²² kg, r = 384.400 km = 3,844 × 10⁸ m, G = 6,674 × 10⁻¹¹ N.m²/kg²
- Công thức: F = G.(m₁.m₂)/r²
- Tính toán:
- F = (6,674 × 10⁻¹¹ × 5,972 × 10²⁴ × 7,342 × 10²²) / (3,844 × 10⁸)²
- F ≈ 1,98 × 10²⁰ N
- Kết quả: Lực hấp dẫn giữa Trái Đất và Mặt Trăng là khoảng 1,98 × 10²⁰ N.
Công của lực
W = F.s.cosθ
- W: công của lực (J)
- F: lực tác dụng (N)
- s: độ dịch chuyển (m)
- θ: góc giữa lực và hướng dịch chuyển (độ)
Ý nghĩa: Công của lực đo lường năng lượng truyền từ lực lên vật khi vật dịch chuyển. Góc θ quyết định hiệu quả của lực: nếu θ = 0° (lực cùng hướng dịch chuyển), công đạt giá trị tối đa; nếu θ = 90°, công bằng 0.
Ví dụ: Một người đẩy xe hàng với lực 50 N nghiêng 30° so với phương ngang, khiến xe di chuyển 10 m. Tính công của lực đẩy.
- Dữ kiện: F = 50 N, s = 10 m, θ = 30°, cos30° ≈ 0,866
- Công thức: W = F.s.cosθ
- Tính toán: W = 50 × 10 × 0,866 = 433 J
- Kết quả: Công của lực đẩy là 433 J.
Động năng
Wđ = (1/2).m.v²
- Wđ: động năng (J)
- m: khối lượng (kg)
- v: vận tốc (m/s)
Ý nghĩa: Động năng là năng lượng của vật do chuyển động, phụ thuộc vào khối lượng và bình phương vận tốc.
Ví dụ: Một viên đạn khối lượng 0,02 kg bay với vận tốc 300 m/s. Tính động năng của viên đạn.
- Dữ kiện: m = 0,02 kg, v = 300 m/s
- Công thức: Wđ = (1/2).m.v²
- Tính toán: Wđ = (1/2) × 0,02 × 300² = 900 J
- Kết quả: Động năng của viên đạn là 900 J.
Thế năng trọng trường
Wt = m.g.h
- Wt: thế năng trọng trường (J)
- m: khối lượng (kg)
- g: gia tốc trọng trường (9,8 m/s²)
- h: độ cao so với mặt đất (m)
Ý nghĩa: Thế năng trọng trường là năng lượng của vật do vị trí trong trường trọng lực, phụ thuộc vào khối lượng và độ cao.
Ví dụ: Một hòn đá khối lượng 5 kg được nâng lên độ cao 10 m. Tính thế năng trọng trường của hòn đá.
- Dữ kiện: m = 5 kg, g = 9,8 m/s², h = 10 m
- Công thức: Wt = m.g.h
- Tính toán: Wt = 5 × 9,8 × 10 = 490 J
- Kết quả: Thế năng trọng trường của hòn đá là 490 J.
Định luật bảo toàn cơ năng
Wđ + Wt = const
- Wđ: động năng (J)
- Wt: thế năng (J)
Ý nghĩa: Trong hệ cô lập, tổng động năng và thế năng không đổi, thể hiện sự chuyển hóa giữa hai dạng năng lượng.
Ví dụ: Một quả bóng rơi tự do từ độ cao 20 m (g = 9,8 m/s²), khối lượng 0,5 kg. Tính cơ năng tại điểm cao nhất và khi chạm đất.
- Dữ kiện: m = 0,5 kg, h = 20 m, g = 9,8 m/s²
- Tại điểm cao nhất: Wđ = 0 (v = 0), Wt = m.g.h = 0,5 × 9,8 × 20 = 98 J
- Khi chạm đất: Wt = 0 (h = 0), Wđ = 98 J (bảo toàn cơ năng)
- Kết quả: Cơ năng tại mọi điểm là 98 J.
Định luật Coulomb
F = k.(|q₁.q₂|)/r²
- F: lực điện (N)
- k: hằng số Coulomb (8,987 × 10⁹ N.m²/C²)
- q₁, q₂: điện tích (C)
- r: khoảng cách giữa hai điện tích (m)
Ý nghĩa: Công thức này mô tả lực tương tác giữa hai điện tích điểm, tương tự định luật vạn vật hấp dẫn.
Ví dụ: Hai điện tích q₁ = 2 × 10⁻⁶ C và q₂ = -3 × 10⁻⁶ C cách nhau 0,5 m. Tính lực điện giữa chúng.
- Dữ kiện: q₁ = 2 × 10⁻⁶ C, q₂ = -3 × 10⁻⁶ C, r = 0,5 m, k = 8,987 × 10⁹ N.m²/C²
- Công thức: F = k.(|q₁.q₂|)/r²
- Tính toán: F = (8,987 × 10⁹ × 2 × 10⁻⁶ × 3 × 10⁻⁶) / 0,5² ≈ 0,216 N
- Kết quả: Lực điện giữa hai điện tích là 0,216 N (lực hút vì điện tích trái dấu).
Điện trường của điện tích điểm
E = k.|q|/r²
- E: cường độ điện trường (N/C)
- k: hằng số Coulomb (8,987 × 10⁹ N.m²/C²)
- q: điện tích gây ra điện trường (C)
- r: khoảng cách từ điện tích đến điểm khảo sát (m)
Ý nghĩa: Cường độ điện trường mô tả mức độ mạnh yếu của điện trường tại một điểm.
Ví dụ: Tính cường độ điện trường tại điểm cách điện tích q = 5 × 10⁻⁸ C một khoảng 0,2 m.
- Dữ kiện: q = 5 × 10⁻⁸ C, r = 0,2 m, k = 8,987 × 10⁹ N.m²/C²
- Công thức: E = k.|q|/r²
- Tính toán: E = (8,987 × 10⁹ × 5 × 10⁻⁸) / 0,2² ≈ 11233,75 N/C
- Kết quả: Cường độ điện trường là 11233,75 N/C.
Công thức dao động điều hòa
x = A.cos(ωt + φ)
- x: li độ (m)
- A: biên độ (m)
- ω: tần số góc (rad/s)
- t: thời gian (s)
- φ: pha ban đầu (rad)
Ý nghĩa: Công thức mô tả chuyển động dao động điều hòa, thường gặp trong con lắc lò xo hoặc con lắc đơn.
Ví dụ: Một vật dao động điều hòa với biên độ 0,1 m, tần số góc 2 rad/s, pha ban đầu 0. Tính li độ tại t = 0,5 s.
- Dữ kiện: A = 0,1 m, ω = 2 rad/s, φ = 0, t = 0,5 s
- Công thức: x = A.cos(ωt + φ)
- Tính toán: x = 0,1 × cos(2 × 0,5 + 0) = 0,1 × cos(1) ≈ 0,054 m
- Kết quả: Li độ của vật là 0,054 m.
Chu kỳ dao động của con lắc lò xo
T = 2π.√(m/k)
- T: chu kỳ dao động (s)
- m: khối lượng vật (kg)
- k: độ cứng lò xo (N/m)
Ý nghĩa: Công thức tính chu kỳ dao động của hệ con lắc lò xo, phụ thuộc vào khối lượng và độ cứng lò xo.
Ví dụ: Một con lắc lò xo có khối lượng 0,5 kg, độ cứng lò xo 200 N/m. Tính chu kỳ dao động.
- Dữ kiện: m = 0,5 kg, k = 200 N/m
- Công thức: T = 2π.√(m/k)
- Tính toán: T = 2 × 3,14 × √(0,5/200) ≈ 0,314 s
- Kết quả: Chu kỳ dao động là 0,314 s.
Kết luận
Những công thức trên là nền tảng cốt lõi của chương trình Vật lý lớp 11, giúp học sinh hiểu và áp dụng vào các bài toán thực tế. Việc nắm vững công thức cùng cách áp dụng qua ví dụ sẽ giúp học sinh tự tin hơn trong học tập và thi cử. Hãy luyện tập thường xuyên để củng cố kiến thức!
Cùng xem thêm để phổ cập thêm kiến thức cùng Thư Viện Vật Lý nhé:
