Skip to content · ⁨Bỏ qua nội dung⁩
Subjects · ⁨Môn học⁩

AP Physics 2 · ⁨AP Vật lý 2⁩

Tips · ⁨Mẹo⁩

AP Physics 2 tiếp tục vật lý đại số sang nhiệt động học, lực điện, trường và thế điện, mạch điện, từ trường, quang học hình học, sóng và quang học vật lý, và vật lý hiện đại. Khóa học giả định rằng bạn đã nắm vững cơ học của AP Physics 1 thay vì học lại.

Trường vô hình, và đề thi biết rõ điều đó. Câu hỏi hỏi điều gì xảy ra với đại lượng khi cái khác thay đổi — gấp đôi khoảng cách, đặt điện môi vào, đảo chiều dòng điện — và yêu cầu giải thích không cần tính toán ra con số cụ thể.

Học mỗi mối quan hệ dưới dạng tỷ lệ, không chỉ là công thức. Đó chính là yếu tố giúp giải quyết các câu hỏi này trở nên khả thi.

Ghi chú theo từng đơn vị bao gồm chất lưu, nhiệt động học, tĩnh điện, mạch điện, từ trường, quang học và vật lý hiện đại, kèm theo sơ đồ cho những phần khó hình dung. Thư viện chứa các đề thi cũ đã công bố; AP Physics 2 tập trung nhiều vào giải thích bằng lời vì sao điều gì đó xảy ra, nên hãy luyện viết lập luận chứ không chỉ viết con số.

  • 9

    Thermodynamics · ⁨Nhiệt động lực học⁩

    Watch lesson · ⁨Xem bài học⁩
    9.1

    Kinetic Theory of Temperature and Pressure

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 9.1.A: Describe the pressure a gas exerts on its container in terms of atomic motion within that gas.

    • 9.1.A.1 Atoms in a gas collide with and exert forces on other atoms in the gas and with the container in which the gas is contained.
      • 9.1.A.1.i Collisions involving pairs of atoms or an atom and a fixed object can be described and analyzed using conservation of momentum principles.
      • 9.1.A.1.ii The pressure exerted by a gas on a surface is the ratio of the sum of the magnitudes of the perpendicular components of the forces exerted by the gas's atoms on the surface to the area of the surface.
        • Equation: $P = \dfrac{F_{\perp}}{A}$
      • 9.1.A.1.iii Pressure exists throughout the gas itself, not just at the boundary between the gas and the container.

    Learning Objective 9.1.B: Describe the temperature of a system in terms of the atomic motion within that system.

    • 9.1.B.1 The temperature of a system is characterized by the average kinetic energy of the atoms within that system.
      • 9.1.B.1.i The Maxwell–Boltzmann distribution provides a graphical representation of the energies and speeds of atoms at a given temperature.
      • 9.1.B.1.ii The root-mean-square speed corresponding to the average kinetic energy for an ideal gas is related to the temperature of the gas by
        • Equation: $K_{\text{avg}} = \dfrac{3}{2} k_B T = \dfrac{1}{2} m v_{\text{rms}}^2$

    Boundary statement: AP Physics 2 only expects students to perform qualitative and quantitative analysis of collisions in one and two dimensions. Students are not expected to know the functional form of the Maxwell-Boltzmann distribution but are expected to be familiar with how features of the distribution are related to the temperature of the gas.

    Tiếng Việt

    Mục tiêu Học tập 9.1.A: Mô tả áp suất mà một khí tác dụng lên bình chứa theo chuyển động của các nguyên tử bên trong khí đó.

    • 9.1.A.1 Các nguyên tử trong khí va chạm với nhau, tác dụng lực lên các nguyên tử khác trong khí và lên bình chứa khí.
      • 9.1.A.1.i Các va chạm liên quan đến cặp nguyên tử hoặc một nguyên tử và một vật cố định có thể được mô tả và phân tích bằng các nguyên lý bảo toàn động lượng.
      • 9.1.A.1.ii Áp suất mà khí tác dụng lên một bề mặt là tỷ số giữa tổng độ lớn các thành phần vuông góc của lực do các nguyên tử khí tác dụng lên bề mặt và diện tích của bề mặt đó.
        • Phương trình: $P = \dfrac{F_{\perp}}{A}$
      • 9.1.A.1.iii Áp suất tồn tại khắp nơi bên trong bản thân khối khí, không chỉ giới hạn ở ranh giới giữa khí và bình chứa.

    Mục tiêu Học tập 9.1.B: Mô tả nhiệt độ của một hệ theo chuyển động của các nguyên tử bên trong hệ đó.

    • 9.1.B.1 Nhiệt độ của một hệ được đặc trưng bởi động năng trung bình của các nguyên tử bên trong hệ đó.
      • 9.1.B.1.i Phân bố Maxwell–Boltzmann cung cấp biểu diễn đồ thị về năng lượng và tốc độ của các nguyên tử ở một nhiệt độ xác định.
      • 9.1.B.1.ii Tốc độ bình phương trung bình tương ứng với động năng trung bình đối với khí lý tưởng liên hệ với nhiệt độ của khí qua công thức:
        • Phương trình: $K_{\text{avg}} = \dfrac{3}{2} k_B T = \dfrac{1}{2} m v_{\text{rms}}^2$

    Tuyên bố giới hạn: AP Physics 2 chỉ yêu cầu học sinh thực hiện phân tích định tính và định lượng về các va chạm trong một và hai chiều. Học sinh không cần biết dạng hàm của phân bố Maxwell-Boltzmann nhưng cần am hiểu cách các đặc điểm của phân bố này liên hệ với nhiệt độ của khí.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    Kinetic theory: gas pressure

    Thermodynamics 热力学 studies heat and energy in large collections of particles. The kinetic theory 分子运动论 explains gas behavior from the random motion of its molecules:

    The key assumptions of the kinetic theory of an ideal gas
    The key assumptions of the kinetic theory of an ideal gas
    • Temperature 温度 is a measure of the average kinetic energy of the molecules: $K_{\text{avg}}=\tfrac{3}{2}k_B T$ (with $T$ in kelvin). Hotter means faster-moving molecules.
    • Pressure 压强 comes from molecules colliding with the container walls – more frequent or harder collisions give more pressure.
    The Maxwell-Boltzmann speed distribution shifts right and flattens at higher temperature
    The Maxwell-Boltzmann speed distribution shifts right and flattens at higher temperature

    Worked example. Find the average kinetic energy of a gas molecule at $300\ \text{K}$, using $k_B=1.38\times10^{-23}\ \text{J/K}$:

    $$K_{\text{avg}}=\tfrac32 k_B T=1.5\times1.38\times10^{-23}\times300=6.2\times10^{-21}\ \text{J}.$$
    It depends only on temperature, not on the type of gas – at the same $T$, light and heavy molecules share the same average kinetic energy (so the light ones move faster).

    Explore · ⁨Khám phá⁩

    Explore the spread of molecular speeds · ⁨Khám phá sự phân bố tốc độ phân tử⁩

    Raise the temperature and watch the whole speed distribution shift right and flatten — the particles move faster on average, which is exactly what $\bar K = \tfrac{3}{2} k_B T$ means. · ⁨Tăng nhiệt độ và quan sát toàn bộ phân bố tốc độ dịch sang phải và dẹt đi — các hạt chuyển động nhanh hơn về mặt trung bình, đây chính là ý nghĩa của $\bar K = \tfrac{3}{2} k_B T$.⁩

    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    Thermodynamics/ˌθɜːməʊdaɪˈnæmɪks/ Nhiệt động lực học
    kinetic theory/kɪˈnetɪk ˈθɪəri/ lý thuyết động học
    Temperature/ˈtemprɪtʃə/ Nhiệt độ
    Pressure/ˈpreʃə/ Áp suất
    Watch lesson · ⁨Xem bài học⁩
    9.2

    The Ideal Gas Law

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 9.2.A: Describe the properties of an ideal gas.

    • 9.2.A.1 The classical model of an ideal gas assumes that the instantaneous velocities of atoms are random, the volumes of the atoms are negligible compared to the total volume occupied by the gas, the atoms collide elastically, and the only appreciable forces on the atoms are those that occur during collisions.
    • 9.2.A.2 An ideal gas is one in which the relationships between pressure, volume, the number of moles or number of atoms, and temperature of a gas can be modeled using the equation
      • Equation: $PV = nRT = N k_B T$
    • 9.2.A.3 Graphs modeling the pressure, temperature, and volume of gases can be used to describe or determine properties of that gas.
    • 9.2.A.4 A temperature at which an ideal gas has zero pressure can be extrapolated from a graph of pressure as a function of temperature.
    Tiếng Việt

    Mục tiêu Học tập 9.2.A: Mô tả các tính chất của khí lý tưởng.

    • 9.2.A.1 Mô hình cổ điển của khí lý tưởng giả sử rằng vận tốc tức thời của các nguyên tử là ngẫu nhiên, thể tích của các nguyên tử là không đáng kể so với tổng thể tích do khí chiếm giữ, các nguyên tử va chạm đàn hồi, và các lực đáng kể duy nhất tác dụng lên nguyên tử là những lực xảy ra trong quá trình va chạm.
    • 9.2.A.2 Khí lý tưởng là khí mà trong đó mối quan hệ giữa áp suất, thể tích, số mol hoặc số nguyên tử, và nhiệt độ của khí có thể được mô hình hóa bằng phương trình
      • Phương trình: $PV = nRT = N k_B T$
    • 9.2.A.3 Các biểu đồ mô tả áp suất, nhiệt độ và thể tích của khí có thể được sử dụng để mô tả hoặc xác định các tính chất của khí đó.
    • 9.2.A.4 Một nhiệt độ tại đó khí lý tưởng có áp suất bằng không có thể được ngoại suy từ biểu đồ áp suất theo nhiệt độ.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    An iceberg: heat, density and phase changes connect thermodynamics to fluids and buoyancy
    An iceberg: heat, density and phase changes connect thermodynamics to fluids and buoyancy

    An ideal gas 理想气体 obeys

    $$PV=nRT \qquad(\text{or } PV=Nk_B T),$$
    linking pressure $P$, volume $V$, amount ($n$ moles or $N$ molecules), and absolute temperature $T$. Use it to predict how a gas responds when you change one quantity and hold others fixed (e.g. heating at constant volume raises pressure).

    Boyle's law: at constant temperature, pressure times volume is constant
    Boyle's law: at constant temperature, pressure times volume is constant

    Worked example. A sealed rigid container of gas is at $1.0\times10^{5}\ \text{Pa}$ and $300\ \text{K}$. It is heated to $450\ \text{K}$. Because the volume and amount are fixed, $P/T$ is constant:

    $$P_2=P_1\frac{T_2}{T_1}=1.0\times10^{5}\times\frac{450}{300}=1.5\times10^{5}\ \text{Pa}.$$
    Always convert temperatures to kelvin before using a gas law – using Celsius here would give nonsense.

    A hot air balloon rising into the sky
    Heating the gas inside a balloon lowers its density, so the balloon rises — the ideal gas law in action
    Explore · ⁨Khám phá⁩

    Explore squeezing a gas · ⁨Khám phá việc nén khí⁩

    Slide the piston in to shrink the volume. The same particles are crammed into less space, so they hit the walls more often and the pressure climbs — while $PV$ stays constant at fixed temperature. · ⁨Trượt pit-tông vào để giảm thể tích. Số lượng hạt như nhau bị nhồi vào không gian nhỏ hơn, nên chúng va chạm vào thành bình thường xuyên hơn và áp suất tăng lên — trong khi $PV$ không đổi ở nhiệt độ cố định.⁩

    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    ideal gas/aɪˈdɪəl ɡæs/ chất khí lý tưởng
    Watch lesson · ⁨Xem bài học⁩
    9.3

    Thermal Energy Transfer and Equilibrium

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 9.3.A: Describe the transfer of energy between two systems in thermal contact due to temperature differences of those two systems.

    • 9.3.A.1 Two systems are in thermal contact if the systems may transfer energy by thermal processes.
      • 9.3.A.1.i Heating is the transfer of energy into a system by thermal processes.
      • 9.3.A.1.ii Cooling is the transfer of energy out of a system by thermal processes.
    • 9.3.A.2 The thermal processes by which energy may be transferred between systems at different temperatures are conduction, convection, and radiation.
    • 9.3.A.3 Energy is transferred through thermal processes spontaneously from a higher-temperature system to a lower-temperature system.
      • 9.3.A.3.i In collisions between atoms from different systems, energy is most likely to be transferred from higher-energy atoms to lower-energy atoms.
      • 9.3.A.3.ii After many collisions of atoms from different systems, the most probable state is one in which both systems have the same temperature.
    • 9.3.A.4 Thermal equilibrium results when no net energy is transferred by thermal processes between two systems in thermal contact with each other.
    Tiếng Việt

    Mục tiêu Học tập 9.3.A: Mô tả sự truyền năng lượng giữa hai hệ tiếp xúc nhiệt do sự chênh lệch nhiệt độ của hai hệ đó.

    • 9.3.A.1 Hai hệ được coi là tiếp xúc nhiệt nếu chúng có thể trao đổi năng lượng thông qua các quá trình nhiệt.
      • 9.3.A.1.i Sự nung nóng là quá trình truyền năng lượng vào một hệ thống thông qua các cơ chế nhiệt.
      • 9.3.A.1.ii Sự làm lạnh là quá trình truyền năng lượng ra khỏi một hệ thống thông qua các cơ chế nhiệt.
    • 9.3.A.2 Các quá trình nhiệt thông qua đó năng lượng có thể được truyền giữa các hệ ở nhiệt độ khác nhau bao gồm dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ nhiệt.
    • 9.3.A.3 Năng lượng được truyền thông qua các quá trình nhiệt tự phát từ hệ có nhiệt độ cao hơn sang hệ có nhiệt độ thấp hơn.
      • 9.3.A.3.i Trong các va chạm giữa các nguyên tử từ các hệ thống khác nhau, năng lượng có khả năng được truyền cao nhất từ các nguyên tử có năng lượng lớn hơn sang các nguyên tử có năng lượng nhỏ hơn.
      • 9.3.A.3.ii Sau nhiều lần va chạm giữa các nguyên tử từ các hệ thống khác nhau, trạng thái xác suất nhất là trạng thái trong đó cả hai hệ thống đều có cùng nhiệt độ.
    • 9.3.A.4 Cân bằng nhiệt đạt được khi không có sự truyền năng lượng ròng nào thông qua các quá trình nhiệt giữa hai hệ đang tiếp xúc nhiệt với nhau.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    Heat 热量 $Q$ is energy transferred because of a temperature difference; it flows from hot to cold. Two objects in contact reach thermal equilibrium 热平衡 when they share the same temperature, and net heat flow stops. The three transfer methods are conduction 传导, convection 对流, and radiation 辐射.

    Explore · ⁨Khám phá⁩

    Add heat and watch the temperature · ⁨Thêm nhiệt và quan sát nhiệt độ⁩

    Adding heat usually raises temperature, but during a phase change the temperature holds flat while the energy breaks bonds. Two bodies in contact settle at one temperature — thermal equilibrium. · ⁨Thêm nhiệt thường làm tăng nhiệt độ, nhưng trong chuyển pha, nhiệt độ giữ nguyên trong khi năng lượng phá vỡ liên kết. Hai vật tiếp xúc sẽ ổn định ở một nhiệt độ chung — cân bằng nhiệt.⁩

    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    Heat/hiːt/ Nhiệt
    thermal equilibrium/ˈθɜːml ˌiːkwɪˈlɪbrɪəm/ cân bằng nhiệt
    conduction/kənˈdʌkʃn/ dẫn nhiệt
    convection/kənˈvekʃn/ đối lưu
    radiation/ˌreɪdɪˈeɪʃn/ bức xạ
    Watch lesson · ⁨Xem bài học⁩
    9.4

    The First Law of Thermodynamics

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 9.4.A: Describe the internal energy of a system.

    • 9.4.A.1 The internal energy of a system is the sum of the kinetic energy of the objects that make up the system and the potential energy of the configuration of those objects.
      • 9.4.A.1.i The atoms in an ideal gas do not interact with each other via conservative forces, and the internal structure is not considered. Therefore, an ideal gas does not have internal potential energy.
      • 9.4.A.1.ii The internal energy of an ideal monatomic gas is the sum of the kinetic energies of the constituent atoms in the gas.
        • Equation: $U = \dfrac{3}{2} nRT = \dfrac{3}{2} N k_B T$
    • 9.4.A.2 Changes to a system's internal energy can result in changes to the internal structure and internal behavior of that system without changing the motion of the system's center of mass.

    Learning Objective 9.4.B: Describe the behavior of a system using thermodynamic processes.

    • 9.4.B.1 The first law of thermodynamics is a restatement of conservation of energy that accounts for energy transferred into or out of a system by work, heating, or cooling.
      • 9.4.B.1.i For an isolated system, the total energy is constant.
      • 9.4.B.1.ii For a closed system, the change in internal energy is the sum of energy transferred to or from the system by heating, or work done on the system.
        • Equation: $\Delta U = Q + W$
      • 9.4.B.1.iii The work done on a system by a constant or average external pressure that changes the volume of that system (for example, a piston compressing a gas in a container) is defined as
        • Equation: $W = -P \Delta V$
    • 9.4.B.2 Pressure-volume graphs (also known as PV diagrams) are representations used to represent thermodynamic processes.
      • 9.4.B.2.i Lines of constant temperature on a PV diagram are called isotherms.
      • 9.4.B.2.ii The absolute value of the work done on a gas when the gas expands or compresses is equal to the area underneath the curve of a plot of pressure vs. volume for the gas.
    • 9.4.B.3 Special cases of thermal processes depend on the relationship between the configuration of the system, the nature of the work done on the system, and the system's surroundings. These include constant volume (isovolumetric), constant temperature (isothermal), and constant pressure (isobaric), as well as processes where no energy is transferred to or from the system through thermal processes (adiabatic).
    Tiếng Việt

    Mục tiêu Học tập 9.4.A: Mô tả nội năng của một hệ.

    • 9.4.A.1 Nội năng của một hệ là tổng động năng của các vật thể cấu thành hệ và thế năng của cấu hình các vật thể đó.
      • 9.4.A.1.i Các nguyên tử trong khí lý tưởng không tương tác với nhau qua lực bảo toàn, và cấu trúc bên trong không được xét đến. Do đó, khí lý tưởng không có thế năng nội tại.
      • 9.4.A.1.ii Nội năng của khí đơn nguyên tử lý tưởng là tổng động năng của các nguyên tử cấu thành khí đó.
        • Phương trình: $U = \dfrac{3}{2} nRT = \dfrac{3}{2} N k_B T$
    • 9.4.A.2 Sự thay đổi nội năng của một hệ có thể dẫn đến sự thay đổi về cấu trúc nội tại và hành vi nội tại của hệ mà không làm thay đổi chuyển động của tâm khối hệ.

    Mục tiêu học tập 9.4.B: Mô tả hành vi của một hệ thông qua các quá trình nhiệt động lực học.

    • 9.4.B.1 Định luật thứ nhất của nhiệt động lực học là cách phát biểu lại định luật bảo toàn năng lượng, tính đến năng lượng truyền vào hoặc ra khỏi hệ qua công, gia nhiệt hoặc làm mát.
      • 9.4.B.1.i Đối với hệ cô lập, tổng năng lượng là không đổi.
      • 9.4.B.1.ii Đối với hệ kín, độ biến thiên nội năng bằng tổng năng lượng truyền vào hoặc ra khỏi hệ qua gia nhiệt, hoặc công thực hiện lên hệ.
        • Phương trình: $\Delta U = Q + W$
      • 9.4.B.1.iii Công thực hiện lên hệ bởi áp suất ngoài không đổi hoặc trung bình làm thay đổi thể tích của hệ (ví dụ: pit-tông nén khí trong bình chứa) được xác định là
        • Phương trình: $W = -P \Delta V$
    • 9.4.B.2 Đồ thị áp suất-thể tích (còn gọi là sơ đồ PV) là các biểu diễn dùng để mô tả các quá trình nhiệt động lực học.
      • 9.4.B.2.i Các đường đẳng nhiệt trên sơ đồ PV được gọi là đường đẳng nhiệt.
      • 9.4.B.2.ii Giá trị tuyệt đối của công thực hiện lên khí khi khí giãn nở hoặc bị nén bằng diện tích nằm dưới đường cong của đồ thị áp suất theo thể tích của khí.
    • 9.4.B.3 Các trường hợp đặc biệt của quá trình nhiệt phụ thuộc vào mối quan hệ giữa cấu hình hệ, bản chất của công thực hiện lên hệ và môi trường xung quanh. Bao gồm đẳng tích (đẳng thể tích), đẳng nhiệt và đẳng áp, cũng như các quá trình không có sự trao đổi năng lượng qua quá trình nhiệt với hệ (quá trình đẳng nhiệt).

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    The first law 热力学第一定律 is conservation of energy for a gas:

    $$\Delta U = Q + W,$$
    where $\Delta U$ is the change in internal energy 内能 (tied to temperature), $Q$ is heat added to the gas, and $W$ is work done on the gas. On a pressure–volume diagram, the work done by the gas is the area under the process curve. Watch signs: compressing a gas does positive work on it.

    A gas pushing a piston out by a small distance does work equal to p times the volume change
    A gas pushing a piston out by a small distance does work equal to p times the volume change
    The four thermodynamic processes drawn from a common starting state on a PV diagram
    The four thermodynamic processes drawn from a common starting state on a PV diagram
    The work done during a volume change equals the area under the P-V curve
    The work done during a volume change equals the area under the P-V curve

    Worked example. A gas absorbs $500\ \text{J}$ of heat and, as it expands, does $200\ \text{J}$ of work on its surroundings. Find the change in its internal energy. Work done on the gas is $W=-200\ \text{J}$ (it does work, so it loses that energy):

    $$\Delta U=Q+W=500+(-200)=300\ \text{J}.$$
    The internal energy rises by $300\ \text{J}$, so the gas ends up hotter. Getting the sign of $W$ right is the whole game in first-law problems.

    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    first law/fɜːst lɔː/ định luật đầu tiên
    internal energy/ɪnˈtɜːnl ˈenədʒi/ năng lượng nội phân tử
    9.5

    Specific Heat and Thermal Conductivity

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 9.5.A: Describe the energy required to change the temperature of an object by a certain amount.

    • 9.5.A.1 The amount of energy required to change the temperature of a material is related to the material's specific heat.
      • Equation: $Q = mc\Delta T$
    • 9.5.A.2 The specific heat of a material is an intrinsic property of that material that depends on the arrangement and interactions of the atoms that make up the material.

    Learning Objective 9.5.B: Describe the rate at which energy is transferred by conduction through a given material.

    • 9.5.B.1 The rate at which energy is transferred by conduction through a given material is related to the thermal conductivity, the physical dimensions of the material, and the temperature difference across the material.
      • Equation: $\dfrac{Q}{\Delta t} = \dfrac{kA\Delta T}{L}$
    • 9.5.B.2 The thermal conductivity of a material is an intrinsic property of that material that depends on the arrangement and interactions of the atoms that make up the material.

    Boundary statement: AP Physics 2 will model specific heat as independent of temperature.

    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 9.5.A: Mô tả năng lượng cần thiết để thay đổi nhiệt độ của một vật một lượng nhất định.

    • 9.5.A.1 Lượng năng lượng cần thiết để thay đổi nhiệt độ của một vật liệu liên quan đến nhiệt dung riêng của vật liệu đó.
      • Phương trình: $Q = mc\Delta T$
    • 9.5.A.2 Nhiệt dung riêng của một vật liệu là tính chất nội tại của vật liệu đó, phụ thuộc vào cấu trúc sắp xếp và tương tác của các nguyên tử cấu thành vật liệu.

    Mục tiêu học tập 9.5.B: Mô tả tốc độ mà năng lượng được truyền qua dẫn nhiệt trong một vật liệu cho trước.

    • 9.5.B.1 Tốc độ mà năng lượng được truyền qua dẫn nhiệt trong một vật liệu cho trước liên quan đến độ dẫn nhiệt, kích thước vật lý của vật liệu và hiệu nhiệt độ xuyên qua vật liệu.
      • Phương trình: $\dfrac{Q}{\Delta t} = \dfrac{kA\Delta T}{L}$
    • 9.5.B.2 Độ dẫn nhiệt của một vật liệu là tính chất nội tại của vật liệu đó, phụ thuộc vào cấu trúc sắp xếp và tương tác của các nguyên tử cấu thành vật liệu.

    Tuyên bố giới hạn: AP Physics 2 sẽ mô hình hóa nhiệt dung riêng độc lập với nhiệt độ.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    • Specific heat 比热容 $c$ is the heat needed to raise one kilogram by one degree: $Q=mc\,\Delta T$. A high specific heat (like water's) means a substance resists temperature change.
    • Thermal conductivity 热导率 measures how fast heat conducts through a material; the rate of conduction rises with area and temperature difference and falls with thickness.
    Conduction: vibrating particles pass energy along a metal bar
    Conduction: vibrating particles pass energy along a metal bar

    Worked example. How much heat raises the temperature of $2.0\ \text{kg}$ of water from $20\,{}^{\circ}\text{C}$ to $80\,{}^{\circ}\text{C}$? Water's specific heat is $c=4200\ \text{J/(kg}\,{}^{\circ}\text{C)}$:

    $$Q=mc\,\Delta T=2.0\times4200\times(80-20)=5.0\times10^{5}\ \text{J}.$$
    Water's large specific heat is why it is used as a coolant and why coastal climates are mild.

    Explore · ⁨Khám phá⁩

    Explore how much energy heats a material · ⁨Khám phá mức năng lượng cần thiết để làm nóng vật liệu⁩

    Pick a material, set the mass and temperature rise, and read the energy from $Q = mc\,\Delta T$. Water needs far more energy than the metals to warm by the same amount. · ⁨Chọn một vật liệu, thiết lập khối lượng và độ tăng nhiệt độ, rồi đọc giá trị năng lượng từ $Q = mc\,\Delta T$. Nước cần rất nhiều năng lượng hơn so với các kim loại để tăng nhiệt độ cùng một mức.⁩

    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    Specific heat/spəˈsɪfɪk hiːt/ Nhiệt dung riêng
    Thermal conductivity/ˈθɜːml kɒndəkˈtɪvɪti/ Độ dẫn nhiệt
    Watch lesson · ⁨Xem bài học⁩
    9.6

    Entropy and the Second Law of Thermodynamics

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 9.6.A: Describe the change in entropy for a given system over time.

    • 9.6.A.1 The second law of thermodynamics states that the total entropy of an isolated system can never decrease and is constant only when all processes the system undergoes are reversible.
    • 9.6.A.2 Entropy can be qualitatively described as the tendency of energy to spread or the unavailability of some of the system's energy to do work.
      • 9.6.A.2.i Localized energy will tend to disperse and spread out.
      • 9.6.A.2.ii Entropy is a state function and therefore only depends on the current state or configuration of a system, not how the system reached that state.
      • 9.6.A.2.iii Maximum entropy occurs when a system is in thermodynamic equilibrium.
    • 9.6.A.3 The change in a system's entropy is determined by the system's interactions with its surroundings.
      • 9.6.A.3.i Isolated systems spontaneously move toward thermodynamic equilibrium.
      • 9.6.A.3.ii The entropy of an isolated system never decreases, but the entropy of a closed system can decrease because energy can be transferred into or out of the system.

    Boundary statement: Only qualitative treatment of the second law of thermodynamics is within the scope of AP Physics 2.

    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 9.6.A: Mô tả sự biến thiên entropy của một hệ cho trước theo thời gian.

    • 9.6.A.1 Định luật thứ hai của nhiệt động lực học phát biểu rằng tổng entropy của một hệ cô lập không bao giờ giảm và chỉ không đổi khi tất cả các quá trình mà hệ trải qua đều thuận nghịch.
    • 9.6.A.2 Entropy có thể được mô tả định tính là xu hướng lan tỏa của năng lượng hoặc khả năng không sẵn có của một phần năng lượng hệ để thực hiện công.
      • 9.6.A.2.i Năng lượng cục bộ sẽ có xu hướng phân tán và lan rộng.
      • 9.6.A.2.ii Entropy là hàm trạng thái do đó chỉ phụ thuộc vào trạng thái hiện tại hoặc cấu hình của hệ, không phụ thuộc vào cách hệ đạt đến trạng thái đó.
      • 9.6.A.2.iii Entropy cực đại xảy ra khi hệ ở trạng thái cân bằng nhiệt động lực học.
    • 9.6.A.3 Sự biến thiên entropy của hệ được xác định bởi sự tương tác của hệ với môi trường xung quanh.
      • 9.6.A.3.i Hệ cô lập tự phát tiến tới trạng thái cân bằng nhiệt động lực học.
      • 9.6.A.3.ii Entropy của hệ cô lập không bao giờ giảm, nhưng entropy của hệ kín có thể giảm vì năng lượng có thể truyền vào hoặc ra khỏi hệ.

    Tuyên bố giới hạn: Chỉ xử lý định tính định luật thứ hai của nhiệt động lực học nằm trong phạm vi của AP Physics 2.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    Entropy 熵 measures the disorder, or the number of ways to arrange, a system. The second law 热力学第二定律: the total entropy of an isolated system never decreases – energy naturally spreads out. This sets the direction of processes: heat flows hot→cold on its own, never the reverse, and no engine can convert heat entirely into work.

    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    Entropy/ˈentrəpi/ Entropy
    second law/ˈsekənd lɔː/ định luật thứ hai
    9.6

    Exam tips

    • Always convert temperatures to kelvin ($T_{\text{K}}=T_{\text{C}}+273$) before using any gas law.
    • In the first law $\Delta U = Q + W$, get the sign of $W$ right: work done on the gas is positive; when the gas expands and does work on its surroundings, $W$ is negative.
    • Temperature measures the average kinetic energy of particles, so at the same $T$ lighter molecules move faster.
    • On a PV diagram the work done by the gas is the area under the process curve.
    • Use $Q=mc\,\Delta T$ for temperature change; the second law fixes the direction — heat flows hot→cold and total entropy never decreases.
  • 10

    Electric Force, Field, and Potential · ⁨Lực điện, điện trường và điện thế⁩

    Watch lesson · ⁨Xem bài học⁩
    10.1

    Electric Charge and Electric Force · ⁨Điện Tích và Lực điện⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 10.1.A: Describe the electric force that results from the interactions between charged objects or systems.

    • 10.1.A.1 Charge is a fundamental property of all matter.
      • 10.1.A.1.i Charge is described as positive or negative.
      • 10.1.A.1.ii The magnitude of the charge of a single electron or proton, the elementary charge $e$, can be considered to be the smallest indivisible amount of charge.
      • 10.1.A.1.iii The charge of an electron is $-e$, the charge of a proton is $+e$, and a neutron has no electric charge.
      • 10.1.A.1.iv A point charge is a model in which the physical size of a charged object or system is negligible in the context of the situation being analyzed.
    • 10.1.A.2 Coulomb's law describes the electrostatic force between two charged objects as directly proportional to the magnitude of each of the charges and inversely proportional to the square of the distance between the objects.
      • Equation: $\left|\vec{F}_E\right| = \dfrac{1}{4\pi\varepsilon_0}\dfrac{\left|q_1 q_2\right|}{r^2} = k\dfrac{\left|q_1 q_2\right|}{r^2}$
    • 10.1.A.3 The direction of the electrostatic force depends on the signs of the charges of the interacting objects and is parallel to the line of separation between the objects.
      • 10.1.A.3.i Two objects with charges of the same sign exert repulsive forces on each other.
      • 10.1.A.3.ii Two objects with charges of opposite signs exert attractive forces on each other.
    • 10.1.A.4 Electric forces are responsible for some of the macroscopic properties of objects in everyday experiences. However, the large number of particle interactions that occur make it more convenient to treat everyday forces in terms of nonfundamental forces called contact forces, such as normal force, friction, and tension.

    Learning Objective 10.1.B: Describe the electric and gravitational forces that result from interactions between charged objects with mass.

    • 10.1.B.1 Electrostatic forces can be attractive or repulsive, while gravitational forces are always attractive.
    • 10.1.B.2 For any two objects that have mass and electric charge, the magnitude of the gravitational force is usually much smaller than the magnitude of the electrostatic force.
    • 10.1.B.3 Gravitational forces dominate at larger scales even though they are weaker than electrostatic forces, because systems at large scales tend to be electrically neutral.

    Learning Objective 10.1.C: Describe the electric permittivity of a material or medium.

    • 10.1.C.1 Electric permittivity is a measurement of the degree to which a material or medium is polarized in the presence of an electric field.
    • 10.1.C.2 Electric polarization can be modeled as the induced rearrangement of electrons by an external electric field, resulting in a separation of positive and negative charges within a material or medium.
    • 10.1.C.3 Free space has a constant value of electric permittivity, $\varepsilon_0$, that appears in physical relationships.
    • 10.1.C.4 The permittivity of matter has a value different from that of free space that arises from the matter's composition and arrangement.
      • 10.1.C.4.i In a given material, electric permittivity is determined by the ease with which electrons can change configurations within the material.
      • 10.1.C.4.ii Conductors are made from electrically conducting materials in which charge carriers move easily; insulators are made from electrically nonconducting materials in which charge carriers cannot move easily.

    Boundary statement: AP Physics 2 only expects students to make calculations of the electric force between four or fewer interacting charged objects or systems. The analysis of the resulting electric force from more charges is allowed in situations of high symmetry.

    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 10.1.A: Mô tả lực điện phát sinh từ các tương tác giữa các vật hoặc hệ mang điện.

    • 10.1.A.1 Điện tích là một tính chất cơ bản của mọi vật chất.
      • 10.1.A.1.i Điện tích được mô tả là dương hoặc âm.
      • 10.1.A.1.ii Độ lớn điện tích của một electron hay proton đơn lẻ, điện tích nguyên tố $e$, có thể được xem là lượng điện tích nhỏ nhất không thể chia nhỏ được.
      • 10.1.A.1.iii Điện tích của electron là $-e$, điện tích của proton là $+e$, và neutron không mang điện tích.
      • 10.1.A.1.iv Điện tích điểm là một mô hình trong đó kích thước vật lý của một vật hoặc hệ mang điện là không đáng kể trong bối cảnh tình huống đang được phân tích.
    • 10.1.A.2 Định luật Coulomb mô tả lực tĩnh điện giữa hai vật mang điện trực tiếp tỉ lệ thuận với độ lớn của mỗi điện tích và inversly tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa các vật.
      • Phương trình: $\left|\vec{F}_E\right| = \dfrac{1}{4\pi\varepsilon_0}\dfrac{\left|q_1 q_2\right|}{r^2} = k\dfrac{\left|q_1 q_2\right|}{r^2}$
    • 10.1.A.3 Hướng của lực tĩnh điện phụ thuộc vào dấu của các điện tích các vật tương tác và song song với đường nối giữa các vật.
      • 10.1.A.3.i Hai vật mang điện cùng dấu sẽ tác dụng lên nhau các lực đẩy.
      • 10.1.A.3.ii Hai vật mang điện trái dấu sẽ tác dụng lên nhau các lực hút.
    • 10.1.A.4 Các lực điện chịu trách nhiệm cho một số tính chất vĩ mô của các vật trong trải nghiệm hàng ngày. Tuy nhiên, số lượng lớn các tương tác hạt xảy ra khiến việc xử lý các lực hàng ngày dưới dạng các lực phi cơ bản gọi là lực tiếp xúc, như lực pháp tuyến, lực ma sát và lực căng dây, trở nên thuận tiện hơn.

    Mục tiêu học tập 10.1.B: Mô tả các lực điện và lực hấp dẫn phát sinh từ tương tác giữa các vật mang điện có khối lượng.

    • 10.1.B.1 Các lực tĩnh điện có thể là lực hút hoặc lực đẩy, trong khi các lực hấp dẫn luôn là lực hút.
    • 10.1.B.2 Đối với bất kỳ hai vật thể nào có khối lượng và điện tích, độ lớn của lực hấp dẫn thường nhỏ hơn nhiều so với độ lớn của lực tĩnh điện.
    • 10.1.B.3 Lực hấp dẫn chiếm ưu thế ở quy mô lớn mặc dù nó yếu hơn lực tĩnh điện, vì các hệ ở quy mô lớn thường trung hòa về mặt điện.

    Mục tiêu học tập 10.1.C: Mô tả hằng số điện môi của một vật liệu hay môi trường.

    • 10.1.C.1 Hằng số điện môi là đại lượng đo lường mức độ mà một vật liệu hay môi trường bị phân cực trong sự hiện diện của một điện trường.
    • 10.1.C.2 Sự phân cực điện có thể được mô hình hóa như sự sắp xếp lại electron do điện trường bên ngoài gây ra, dẫn đến sự tách biệt giữa các điện tích dương và âm bên trong vật liệu hay môi trường.
    • 10.1.C.3 Không gian tự do có một giá trị không đổi của hằng số điện môi, $\varepsilon_0$, xuất hiện trong các mối liên hệ vật lý.
    • 10.1.C.4 Hằng số điện môi của vật chất có giá trị khác với không gian tự do phát sinh từ thành phần và cấu trúc của vật chất đó.
      • 10.1.C.4.i Trong một vật liệu nhất định, hằng số điện môi được xác định bởi mức độ dễ dàng mà các electron có thể thay đổi cấu hình bên trong vật liệu.
      • 10.1.C.4.ii Chất dẫn điện được làm từ các vật liệu dẫn điện nơi các hạt tải điện di chuyển dễ dàng; chất cách điện được làm từ các vật liệu không dẫn điện nơi các hạt tải điện không thể di chuyển dễ dàng.

    Tuyên bố giới hạn: AP Physics 2 chỉ yêu cầu học sinh thực hiện tính toán lực điện giữa bốn hoặc ít hơn các vật thể hoặc hệ thống mang điện tương tác. Phân tích lực điện thu được từ nhiều điện tích hơn được phép trong các tình huống có tính đối xứng cao.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English

    Electric charge 电荷 is a fundamental property of matter, and it comes in two kinds, positive and negative; like charges repel and opposite charges attract. Charge is conserved and quantized (a multiple of the elementary charge $e$). The force between two point charges is Coulomb's law 库仑定律:

    $$F=\frac{k q_1 q_2}{r^2},$$
    directed along the line joining them – an inverse-square law like gravity, but it can push or pull.

    The constant $k$ hides a property of the medium: the permittivity 介电常数. Free space has a fixed permittivity of free space $\varepsilon_0$ (with $k = 1/4\pi\varepsilon_0$), while the permittivity of matter differs from $\varepsilon_0$, depending on the material's composition and arrangement - which is why a material between two charges changes the force. Note also that although the electric force is vastly stronger than gravity, gravity dominates at large scales, because large objects are usually electrically neutral (equal + and −), leaving only gravity to act.

    Worked example. Two point charges, $+3.0\ \mu\text{C}$ and $-2.0\ \mu\text{C}$, sit $0.10\ \text{m}$ apart ($k=9.0\times10^{9}$). The force between them is

    $$F=\frac{k q_1 q_2}{r^2}=\frac{9.0\times10^{9}\times(3.0\times10^{-6})(2.0\times10^{-6})}{(0.10)^2}=5.4\ \text{N},$$
    attractive, because the charges have opposite signs. (Use the magnitudes for the size and decide the direction from the signs.)

    Tiếng Việt

    Điện tích là một tính chất cơ bản của vật chất, tồn tại dưới hai loại, dương và âm; các điện tích cùng dấu đẩy nhau và các điện tích trái dấu hút nhau. Điện tích được bảo toàn và lượng tử hóa (là bội số của điện tích nguyên tố $e$). Lực giữa hai điện tích điểm tuân theo định luật Coulomb:

    $$F=\frac{k q_1 q_2}{r^2},$$
    có phương dọc theo đường nối chúng – một định luật nghịch bình phương như trọng lực, nhưng nó có thể đẩy hoặc kéo.

    Hằng số $k$ ẩn chứa một tính chất của môi trường: điện dung. Chân không có điện dung chân không cố định $\varepsilon_0$ (với $k = 1/4\pi\varepsilon_0$), trong khi điện dung của vật chất khác với $\varepsilon_0$, phụ thuộc vào thành phần và cấu trúc của vật liệu - đó là lý do tại sao một vật liệu đặt giữa hai điện tích sẽ làm thay đổi lực tác dụng. Lưu ý rằng mặc dù lực điện mạnh hơn rất nhiều so với lực hấp dẫn, hấp dẫn chiếm ưu thế ở quy mô lớn, vì các vật thể lớn thường mang điện trung hòa (bằng + và −), chỉ còn lại lực hấp dẫn tác dụng.

    Ví dụ minh họa. Hai điện tích điểm, $+3.0\ \mu\text{C}$ và $-2.0\ \mu\text{C}$, nằm cách nhau $0.10\ \text{m}$ ($k=9.0\times10^{9}$). Lực giữa chúng là

    $$F=\frac{k q_1 q_2}{r^2}=\frac{9.0\times10^{9}\times(3.0\times10^{-6})(2.0\times10^{-6})}{(0.10)^2}=5.4\ \text{N},$$
    hút, vì các điện tích có dấu ngược nhau. (Sử dụng giá trị tuyệt đối để tính độ lớn và quyết định hướng dựa trên dấu.)

    Một người chạm tay vào máy phát Van de Graaff với mái tóc dựng đứng
    Các điện tích cùng loại đẩy nhau: mỗi sợi tóc đều mang cùng một loại điện tích từ máy phát Van de Graaff, nên chúng đẩy nhau
    10.2

    The Process of Charging · ⁨Quá trình Tích điện⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 10.2.A: Describe the behavior of a system using conservation of charge.

    • 10.2.A.1 The net charge or charge distribution of a system can change in response to the presence of, or changes in, the net charge or charge distribution of other systems.
      • 10.2.A.1.i The net charge of a system can change due to friction or contact between systems.
      • 10.2.A.1.ii Induced charge separation occurs when the electrostatic force between two systems alters the distribution of charges within the systems, resulting in the polarization of one or both systems.
      • 10.2.A.1.iii Induced charge separation can occur in neutral systems.
    • 10.2.A.2 Any change to a system's net charge is due to a transfer of charge between the system and its surroundings.
      • 10.2.A.2.i The charging of a system typically involves the transfer of electrons to and from the system.
      • 10.2.A.2.ii The net charge of a system will be constant unless there is a transfer of charge to or from the system.
    • 10.2.A.3 Grounding involves electrically connecting a charged system to a much larger and approximately neutral system (e.g., Earth).
    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 10.2.A: Mô tả hành vi của một hệ sử dụng nguyên lý bảo toàn điện tích.

    • 10.2.A.1 Điện tích tổng hợp hay phân bố điện tích của một hệ có thể thay đổi do sự hiện diện của, hoặc sự thay đổi trong, điện tích tổng hợp hay phân bố điện tích của các hệ khác.
      • 10.2.A.1.i Điện tích tổng hợp của một hệ có thể thay đổi do ma sát hoặc tiếp xúc giữa các hệ.
      • 10.2.A.1.ii Sự phân tách điện tích cảm ứng xảy ra khi lực tĩnh điện giữa hai hệ làm thay đổi phân bố các điện tích bên trong các hệ, dẫn đến sự phân cực của một hoặc cả hai hệ.
      • 10.2.A.1.iii Sự phân tách điện tích cảm ứng có thể xảy ra trong các hệ trung hòa.
    • 10.2.A.2 Mọi sự thay đổi đối với điện tích tổng hợp của một hệ đều do sự chuyển giao điện tích giữa hệ và môi trường xung quanh.
      • 10.2.A.2.i Việc tích điện cho một hệ thường bao gồm sự chuyển giao electron vào và ra khỏi hệ.
      • 10.2.A.2.ii Điện tích tổng hợp của một hệ sẽ không đổi trừ khi có sự chuyển giao điện tích vào hoặc ra khỏi hệ.
    • 10.2.A.3 Nối đất bao gồm việc nối điện một hệ mang điện với một hệ lớn hơn nhiều và xấp xỉ trung hòa (ví dụ: Trái Đất).

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English

    Objects charge by moving electrons. A conductor 导体 lets charge move freely; an insulator 绝缘体 holds it in place. Three methods:

    • Friction: rubbing transfers electrons.
    • Conduction 接触起电: touching shares charge.
    • Induction 感应起电: a nearby charge rearranges charge in a neutral object, which can then be grounded to leave it charged.
    Tiếng Việt

    Vật tích điện bằng cách di chuyển electron. Vật dẫn cho phép điện tích di chuyển tự do; vật cách điện giữ điện tích cố định tại chỗ. Ba phương pháp:

    • Ma sát: cọ xát chuyển electrons.
    • Dẫn điện: chạm vào chia sẻ điện tích.
    • Cảm ứng: một điện tích gần đó sắp xếp lại điện tích trong một vật trung hòa, sau đó có thể nối đất để giữ lại điện tích.
    Explore · ⁨Khám phá⁩

    Charge an object by rubbing · ⁨Tích điện cho vật bằng cách cọ xát⁩

    Rubbing transfers electrons from one surface to another, leaving one positively and one negatively charged. Like charges repel, opposite charges attract. · ⁨Cọ xát chuyển electron từ bề mặt này sang bề mặt khác, khiến một vật mang điện dương và một vật mang điện âm. Các điện tích cùng dấu đẩy nhau, trái dấu hút nhau.⁩

    10.3

    Electric Fields · ⁨Điện Trường⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 10.3.A: Describe the electric field produced by a charged object or configuration of point charges.

    • 10.3.A.1 Electric fields may originate from charged objects.
    • 10.3.A.2 The electric field at a given point is the ratio of the electric force exerted on a test charge at that point to the charge of the test charge.
      • Equation: $\vec{E} = \dfrac{\vec{F}_E}{q}$
      • 10.3.A.2.i A test charge is a point charge of small enough magnitude such that its presence does not significantly affect an electric field in its vicinity.
      • 10.3.A.2.ii An electric field points away from isolated positive charges and toward isolated negative charges.
      • 10.3.A.2.iii The electric force exerted on a positive test charge by an electric field is in the same direction as the electric field.
    • 10.3.A.3 The electric field is a vector quantity and can be represented in space using vector field maps.
      • 10.3.A.3.i The net electric field at a given location is the vector sum of individual electric fields created by nearby charged objects.
      • 10.3.A.3.ii Electric field maps use vectors to depict the magnitude and direction of the electric field at many locations within a given region.
      • 10.3.A.3.iii Electric field line diagrams are simplified models of electric field maps and can be used to determine the relative magnitude and direction of the electric field at any position in the diagram.

    Learning Objective 10.3.B: Describe the electric field generated by charged conductors or insulators.

    • 10.3.B.1 While in electrostatic equilibrium, the excess charge of a solid conductor is distributed on the surface of the conductor, and the electric field within the conductor is zero.
      • 10.3.B.1.i At the surface of a charged conductor, the electric field is perpendicular to the surface.
      • 10.3.B.1.ii The electric field outside an isolated sphere with spherically symmetric charge distribution is the same as the electric field due to a point charge with the same net charge as the sphere located at the center of the sphere.
    • 10.3.B.2 While in electrostatic equilibrium, the excess charge of an insulator is distributed throughout the interior of the insulator as well as at the surface, and the electric field within the insulator may have a nonzero value.

    Boundary statement: AP Physics 2 only expects students to make calculations of the electric field resulting from four or fewer charged objects or systems. Analysis of the electric field resulting from more charges is allowed in situations of high symmetry. Students will only be expected to perform qualitative analysis of electric fields within insulators.

    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 10.3.A: Mô tả điện trường tạo ra bởi một vật thể mang điện hoặc cấu hình các điện tích điểm.

    • 10.3.A.1 Điện trường có thể bắt nguồn từ các vật thể mang điện.
    • 10.3.A.2 Điện trường tại một điểm cho trước là tỷ số giữa lực điện tác dụng lên một điện tích thử tại điểm đó và điện tích của điện tích thử.
      • Phương trình: $\vec{E} = \dfrac{\vec{F}_E}{q}$
      • 10.3.A.2.i Điện tích thử là một điện tích điểm có độ lớn đủ nhỏ sao cho sự hiện diện của nó không ảnh hưởng đáng kể đến điện trường trong vùng lân cận.
      • 10.3.A.2.ii Điện trường hướng ra xa các điện tích dương đơn lẻ và hướng về phía các điện tích âm đơn lẻ.
      • 10.3.A.2.iii Lực điện tác dụng lên một điện tích thử dương do điện trường gây ra cùng hướng với điện trường.
    • 10.3.A.3 Điện trường là một đại lượng vectơ và có thể được biểu diễn trong không gian bằng các bản đồ trường vectơ.
      • 10.3.A.3.i Điện trường tổng hợp tại một vị trí cho trước là tổng vectơ của các điện trường riêng lẻ tạo ra bởi các vật thể mang điện gần đó.
      • 10.3.A.3.ii Bản đồ điện trường sử dụng các vectơ để mô tả độ lớn và hướng của điện trường tại nhiều vị trí trong một vùng cho trước.
      • 10.3.A.3.iii Sơ đồ đường sức điện là các mô hình rút gọn của bản đồ điện trường và có thể được sử dụng để xác định độ lớn tương đối và hướng của điện trường tại bất kỳ vị trí nào trong sơ đồ.

    Mục tiêu học tập 10.3.B: Mô tả điện trường tạo ra bởi các vật dẫn mang điện hoặc vật cách điện.

    • 10.3.B.1 Khi ở trạng thái cân bằng tĩnh điện, điện tích dư thừa của một vật dẫn đặc được phân bố trên bề mặt của vật dẫn, và điện trường bên trong vật dẫn bằng không.
      • 10.3.B.1.i Tại bề mặt của vật dẫn mang điện, điện trường vuông góc với bề mặt.
      • 10.3.B.1.ii Điện trường bên ngoài một quả cầu đơn lẻ có phân bố điện tích đối xứng cầu giống hệt điện trường do một điện tích điểm mang cùng điện tích tổng hợp đặt tại tâm của quả cầu đó gây ra.
    • 10.3.B.2 Khi ở trạng thái cân bằng tĩnh điện, điện tích dư thừa của một vật cách điện được phân bố khắp phần bên trong cũng như trên bề mặt của vật cách điện, và điện trường bên trong vật cách điện có thể có giá trị khác không.

    Tuyên bố giới hạn: AP Physics 2 chỉ yêu cầu học sinh thực hiện tính toán điện trường do bốn hoặc ít hơn các vật thể hoặc hệ thống mang điện gây ra. Phân tích điện trường do nhiều điện tích hơn gây ra được phép trong các tình huống có tính đối xứng cao. Học sinh chỉ được yêu cầu thực hiện phân tích định tính về điện trường bên trong các vật cách điện.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English
    The electric field of a dipole

    An electric field 电场 $\vec{E}$ is the force per unit charge that a small positive test charge would feel:

    $$\vec{E}=\frac{\vec{F}}{q},\qquad E=\frac{kQ}{r^2}\ \text{for a point charge}.$$
    Field lines point away from positive charges and toward negative ones; where they are denser, the field is stronger. A charge in a field feels $\vec{F}=q\vec{E}$.

    Worked example. Find the electric field $0.20\ \text{m}$ from a $+5.0\ \mu\text{C}$ point charge: $E=\dfrac{kQ}{r^2}=\dfrac{9.0\times10^{9}\times5.0\times10^{-6}}{(0.20)^2}=1.1\times10^{6}\ \text{N/C}$, pointing away from the charge. A $+2\ \text{nC}$ charge placed there would feel $F=qE=2\times10^{-9}\times1.1\times10^{6}=2.2\times10^{-3}\ \text{N}$.

    Tiếng Việt
    Trường điện của một lưỡng cực
    Nhiều tia sét sáng chói phân nhánh đánh xuống từ bầu trời u ám trên một cảng biển
    Sét: điện tích tích tụ đến mức điện trường giữa mây và mặt đất đủ mạnh để tước electrons khỏi phân tử không khí, và dòng điện khổng lồ chảy qua

    Một điện trường $\vec{E}$ là lực trên mỗi đơn vị điện tích mà một điện tích thử dương nhỏ sẽ cảm nhận được:

    $$\vec{E}=\frac{\vec{F}}{q},\qquad E=\frac{kQ}{r^2}\ \text{for a point charge}.$$
    Các đường sức điện hướng ra xa các điện tích dương và hướng về phía các điện tích âm; nơi nào đường sức dày đặc hơn thì điện trường càng mạnh. Một điện tích đặt trong điện trường sẽ chịu $\vec{F}=q\vec{E}$.

    Mẫu đường sức điện cho các bản song song, dipole và điện tích điểm
    Sơ đồ đường sức điện trường cho tấm phẳng song song, dipole và điện tích điểm

    Ví dụ minh họa. Tìm điện trường $0.20\ \text{m}$ từ một điện tích điểm $+5.0\ \mu\text{C}$: $E=\dfrac{kQ}{r^2}=\dfrac{9.0\times10^{9}\times5.0\times10^{-6}}{(0.20)^2}=1.1\times10^{6}\ \text{N/C}$, hướng ra xa điện tích. Một điện tích $+2\ \text{nC}$ đặt tại đó sẽ chịu $F=qE=2\times10^{-9}\times1.1\times10^{6}=2.2\times10^{-3}\ \text{N}$.

    Explore · ⁨Khám phá⁩

    Map the field around a charge · ⁨Biểu diễn trường xung quanh một điện tích⁩

    An electric field points the way a positive test charge would be pushed: away from a positive charge, toward a negative one. Closer lines mean a stronger field. · ⁨Điện trường chỉ hướng mà một điện tích thử dương sẽ bị đẩy: ra xa điện tích dương, tiến gần điện tích âm. Đường sức dày đặc hơn nghĩa là trường mạnh hơn.⁩

    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    Electric charge/ɪˈlektrɪk tʃɑːdʒ/ Điện tích
    Coulomb's law/ˈkuːlɒmz lɔː/ Định luật Coulomb
    permittivity/ˌpɜːmɪˈtɪvəti/ hằng số điện môi
    conductor/kənˈdʌktə/ vật dẫn điện
    insulator/ˈɪnsjuːleɪtə/ vật cách điện
    Conduction/kənˈdʌkʃn/ Truyền dẫn
    Induction/ɪnˈdʌkʃn/ Hướng dẫn ban đầu
    electric field/ɪˈlektrɪk fiːld/ điện trường
    electric potential energy/ɪˈlektrɪk pəˈtenʃl ˈenədʒi/ thế năng điện
    Electric potential/ɪˈlektrɪk pəˈtenʃl/ Điện thế
    10.4

    Electric Potential Energy · ⁨Năng lượng thế điện⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 10.4.A: Describe the electric potential energy of a system.

    • 10.4.A.1 The electric potential energy of a system of two point charges equals the amount of work required for an external force to bring the point charges to their current positions from infinitely far away.
    • 10.4.A.2 The general form for the electric potential energy of two charged objects is given by the equation
      • Equation: $U_E = \dfrac{1}{4\pi\varepsilon_0}\dfrac{q_1 q_2}{r} = k\dfrac{q_1 q_2}{r}$
    • 10.4.A.3 The total electric potential energy of a system can be determined by finding the sum of the electric potential energies of the individual interactions between each pair of charged objects in the system.

    Boundary statement: As the methods to calculate the electric potential energy due to extended charge distributions exceed the scope of the course, AP Physics 2 only requires that students calculate the electric potential energy of configurations of four or fewer point charges.

    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 10.4.A: Mô tả năng lượng điện thế của một hệ.

    • 10.4.A.1 Năng lượng điện thế của một hệ gồm hai điện tích điểm bằng công cần thiết để một lực bên ngoài di chuyển các điện tích điểm này từ vô cùng xa về vị trí hiện tại của chúng.
    • 10.4.A.2 Dạng tổng quát của năng lượng điện thế cho hai vật mang điện được biểu diễn bởi phương trình
      • Phương trình: $U_E = \dfrac{1}{4\pi\varepsilon_0}\dfrac{q_1 q_2}{r} = k\dfrac{q_1 q_2}{r}$
    • 10.4.A.3 Tổng năng lượng điện thế của một hệ có thể được xác định bằng cách tìm tổng các năng lượng điện thế của từng tương tác riêng lẻ giữa mỗi cặp vật mang điện trong hệ.

    Phát biểu giới hạn: Vì các phương pháp tính năng lượng thế điện do phân bố điện tích kéo dài vượt quá phạm vi chương trình, AP Physics 2 chỉ yêu cầu học sinh tính năng lượng thế điện của các cấu hình gồm bốn điện tích điểm trở xuống.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English

    Two charges have electric potential energy 电势能 stored in their arrangement:

    $$U=\frac{k q_1 q_2}{r}.$$
    Like charges pushed together store positive energy; opposite charges have negative energy (bound). Moving a charge changes $U$, and the electric force does work equal to $-\Delta U$.

    Tiếng Việt

    Hai điện tích có thế năng điện được lưu trữ trong cách sắp xếp của chúng:

    $$U=\frac{k q_1 q_2}{r}.$$
    Các điện tích giống nhau bị đẩy lại gần nhau sẽ lưu trữ năng lượng dương; các điện tích khác dấu có năng lượng âm (liên kết). Di chuyển một điện tích làm thay đổi $U$, và lực điện thực hiện công bằng $-\Delta U$.

    Trong điện trường đều, thế giảm dần theo khoảng cách, nên E liên hệ với V
    Trong điện trường đều, thế giảm dần theo khoảng cách, nên E liên hệ với V
    10.5

    Electric Potential · ⁨Thế Điện⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 10.5.A: Describe the electric potential due to a configuration of charged objects.

    • 10.5.A.1 Electric potential describes the electric potential energy per unit charge at a point in space.
    • 10.5.A.2 The electric potential due to multiple point charges can be determined by the principle of scalar superposition of the electric potential due to each of the point charges.
      • Equation: $V = \dfrac{1}{4\pi\varepsilon_0}\sum_{i}\dfrac{q_i}{r_i}$
    • 10.5.A.3 The electric potential difference between two points is the change in electric potential energy per unit charge when a test charge is moved between the two points.
      • Equation: $\Delta V = \dfrac{\Delta U_E}{q}$
      • 10.5.A.3.i Electric potential difference may also result from chemical processes that cause positive and negative charges to separate, such as in a battery.
    • 10.5.A.4 When conductors are in electrical contact, electrons will be redistributed such that the surfaces of the conductors are at the same electric potential.

    Learning Objective 10.5.B: Describe the relationship between electric potential and electric field.

    • 10.5.B.1 The average electric field between two points in space is equal to the electric potential difference between the two points divided by the distance between the two points.
      • Equation: $\left|\vec{E}\right| = \left|\dfrac{\Delta V}{\Delta r}\right|$
    • 10.5.B.2 Electric field vector maps and equipotential lines are tools to describe the field produced by a charge or configuration of charges and can be used to predict the motion of charged objects in the field.
      • 10.5.B.2.i Equipotential lines represent lines of equal electric potential in space. These lines are also referred to as isolines of electric potential.
      • 10.5.B.2.ii Isolines are perpendicular to electric field vectors. An isoline map of electric potential can be constructed from an electric field vector map, and an electric field map may be constructed from an isoline map.
      • 10.5.B.2.iii An electric field vector points in the direction of decreasing potential.
      • 10.5.B.2.iv There is no component of an electric field along an isoline.

    Boundary statement: As the methods to calculate the electric potential due to extended charges exceed the scope of the course, AP Physics 2 only expects that students calculate the electric potential of configurations of four or fewer particles (or more in situations of high symmetry).

    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 10.5.A: Mô tả điện thế do một cấu hình các vật mang điện tạo ra.

    • 10.5.A.1 Điện thế mô tả năng lượng điện thế trên mỗi đơn vị điện tích tại một điểm trong không gian.
    • 10.5.A.2 Điện thế do nhiều điện tích điểm tạo ra có thể được xác định theo nguyên lý cộng gộp vô hướng của điện thế do từng điện tích điểm tạo ra.
      • Phương trình: $V = \dfrac{1}{4\pi\varepsilon_0}\sum_{i}\dfrac{q_i}{r_i}$
    • 10.5.A.3 Hiệu điện thế giữa hai điểm là độ biến thiên năng lượng điện thế trên mỗi đơn vị điện tích khi một điện tích thử được di chuyển giữa hai điểm đó.
      • Phương trình: $\Delta V = \dfrac{\Delta U_E}{q}$
      • 10.5.A.3.i Hiệu điện thế cũng có thể phát sinh từ các quá trình hóa học gây ra sự tách biệt các điện tích dương và âm, chẳng hạn như trong pin.
    • 10.5.A.4 Khi các vật dẫn tiếp xúc với nhau, electron sẽ phân bố lại sao cho bề mặt của các vật dẫn nằm ở cùng một mức điện thế.

    Mục tiêu học tập 10.5.B: Mô tả mối quan hệ giữa điện thế và điện trường.

    • 10.5.B.1 Điện trường trung bình giữa hai điểm trong không gian bằng hiệu điện thế giữa hai điểm đó chia cho khoảng cách giữa hai điểm.
      • Phương trình: $\left|\vec{E}\right| = \left|\dfrac{\Delta V}{\Delta r}\right|$
    • 10.5.B.2 Bản đồ vectơ điện trường và các đường đẳng thế là các công cụ để mô tả điện trường do một điện tích hoặc cấu hình điện tích tạo ra và có thể được sử dụng để dự đoán chuyển động của các vật mang điện trong điện trường.
      • 10.5.B.2.i Các đường đẳng thế biểu diễn các đường có giá trị điện thế bằng nhau trong không gian. Những đường này còn được gọi là đường đẳng thế (isolines) của điện thế.
      • 10.5.B.2.ii Các đường đẳng thế vuông góc với các vectơ điện trường. Một bản đồ đường đẳng thế của điện thế có thể được xây dựng từ bản đồ vectơ điện trường, và bản đồ điện trường có thể được xây dựng từ bản đồ đường đẳng thế.
      • 10.5.B.2.iii Vectơ điện trường chỉ theo hướng giảm dần điện thế.
      • 10.5.B.2.iv Không có thành phần nào của điện trường dọc theo một đường đẳng thế.

    Phát biểu giới hạn: Vì các phương pháp tính điện thế do điện tích kéo dài vượt quá phạm vi chương trình, AP Physics 2 chỉ yêu cầu học sinh tính điện thế của các cấu hình gồm bốn hạt (hoặc nhiều hơn trong các trường hợp đối xứng cao).

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English

    Electric potential 电势 $V$ is the potential energy per unit charge – a scalar field, measured in volts:

    $$V=\frac{U}{q}=\frac{kQ}{r}.$$
    The potential difference (voltage) 电压 between two points is the work per unit charge to move between them: $\Delta V=\dfrac{\Delta U}{q}$, and $U=qV$. Positive charges move from high to low potential on their own. Because potential is a scalar, adding the potentials from several charges is much easier than adding field vectors.

    Tiếng Việt

    Thế điện $V$ là thế năng trên mỗi đơn vị điện tích – một trường vô hướng, đo bằng volt:

    $$V=\frac{U}{q}=\frac{kQ}{r}.$$
    Hiệu điện thế (điện áp) giữa hai điểm là công thực hiện trên mỗi đơn vị điện tích để di chuyển giữa chúng: $\Delta V=\dfrac{\Delta U}{q}$, và $U=qV$. Các điện tích dương tự di chuyển từ nơi có thế cao đến nơi có thế thấp. Vì thế là một vô hướng, việc cộng các thế từ nhiều điện tích dễ hơn nhiều so với việc cộng các vectơ trường.

    Thế năng gần một điện tích điểm thay đổi theo 1/r
    Thế gần một điện tích điểm biến thiên theo 1/r
    10.6

    Capacitors · ⁨Tụ Điện⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 10.6.A: Describe the physical properties of a parallel-plate capacitor.

    • 10.6.A.1 A parallel-plate capacitor consists of two separated parallel conducting surfaces that can hold equal amounts of charge with opposite signs.
    • 10.6.A.2 Capacitance relates the magnitude of the charge stored on each plate to the electric potential difference created by the separation of those charges.
      • Equation: $C = \dfrac{Q}{\Delta V}$
      • 10.6.A.2.i The capacitance of a capacitor depends only on the physical properties of the capacitor, such as the capacitor's shape and the material used to separate the plates.
      • 10.6.A.2.ii The capacitance of a parallel-plate capacitor is proportional to the area of one of its plates and inversely proportional to the distance between its plates. The constant of proportionality is the product of the dielectric constant, $\kappa$, of the material between the plates and the electric permittivity of free space, $\varepsilon_0$.
        • Equation: $C = \kappa\varepsilon_0\dfrac{A}{d}$
    • 10.6.A.3 The electric field between two charged parallel plates with uniformly distributed electric charge, such as in a parallel-plate capacitor, is constant in both magnitude and direction, except near the edges of the plates.
      • 10.6.A.3.i The magnitude of the electric field between two charged parallel plates, where the plate separation is much smaller than the dimensions of the plates, can be described with the equation
        • Equation: $E_C = \dfrac{Q}{\kappa\varepsilon_0 A}$
      • 10.6.A.3.ii A charged particle between two oppositely charged parallel plates undergoes constant acceleration and therefore its motion shares characteristics with the projectile motion of an object with mass in the gravitational field near Earth's surface.
    • 10.6.A.4 The electric potential energy stored in a capacitor is equal to the work done by an external force to separate that amount of charge on the capacitor.
    • 10.6.A.5 The electric potential energy stored in a capacitor is described by the equation
      • Equation: $U_C = \dfrac{1}{2}Q\Delta V$
    • 10.6.A.6 Adding a dielectric between two plates of a capacitor changes the capacitance of the capacitor and induces an electric field in the dielectric in the opposite direction to the field between the plates.

    Boundary statement: While other shapes are also able to separate charges, only the analysis and descriptions of parallel-plate capacitors are required for AP Physics 2. Edge effects will be ignored unless explicitly stated otherwise.

    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 10.6.A: Mô tả các tính chất vật lý của tụ điện song song.

    • 10.6.A.1 Tụ điện song song bao gồm hai bề mặt dẫn điện song song tách rời nhau có thể lưu giữ lượng điện tích bằng nhau nhưng trái dấu.
    • 10.6.A.2 Điện dung liên hệ độ lớn điện tích lưu trữ trên mỗi bản với hiệu điện thế được tạo ra do sự tách biệt của các điện tích đó.
      • Phương trình: $C = \dfrac{Q}{\Delta V}$
      • 10.6.A.2.i Điện dung của tụ điện chỉ phụ thuộc vào các tính chất vật lý của tụ điện, chẳng hạn như hình dạng của tụ điện và vật liệu dùng để ngăn cách các bản tụ.
      • 10.6.A.2.ii Điện dung của tụ điện song song tỷ lệ thuận với diện tích của một bản tụ và tỷ lệ nghịch với khoảng cách giữa các bản tụ. Hằng số tỷ lệ là tích của hằng số điện môi, $\kappa$, của vật liệu nằm giữa các bản tụ và hằng số điện môi chân không, $\varepsilon_0$.
        • Phương trình: $C = \kappa\varepsilon_0\dfrac{A}{d}$
    • 10.6.A.3 Điện trường giữa hai bản tụ song song mang điện tích đều, chẳng hạn như trong tụ điện song song, không đổi cả về độ lớn lẫn hướng, ngoại trừ gần các cạnh của các bản tụ.
      • 10.6.A.3.i Độ lớn của điện trường giữa hai bản tụ song mang điện, nơi khoảng cách giữa các bản nhỏ hơn nhiều so với kích thước của các bản, có thể được mô tả bằng phương trình
        • Phương trình: $E_C = \dfrac{Q}{\kappa\varepsilon_0 A}$
      • 10.6.A.3.ii Một hạt mang điện nằm giữa hai bản tụ song mang điện trái dấu chịu gia tốc không đổi và do đó chuyển động của nó có những đặc điểm giống với chuyển động ném xiên của một vật có khối lượng trong trường hấp dẫn gần bề mặt Trái Đất.
    • 10.6.A.4 Năng lượng điện thế lưu trữ trong tụ điện bằng công thực hiện bởi một lực bên ngoài để tách lượng điện tích đó ra khỏi tụ điện.
    • 10.6.A.5 Năng lượng điện thế lưu trữ trong tụ điện được mô tả bởi phương trình
      • Phương trình: $U_C = \dfrac{1}{2}Q\Delta V$
    • 10.6.A.6 Việc thêm vật liệu điện môi giữa hai bản của tụ điện sẽ làm thay đổi điện dung của tụ điện và cảm ứng ra một điện trường trong vật liệu điện môi theo hướng ngược lại với điện trường giữa các bản tụ.

    Phát biểu giới hạn: Mặc dù các hình dạng khác cũng có thể tách điện tích, nhưng chỉ việc phân tích và mô tả tụ song song là bắt buộc đối với AP Physics 2. Hiệu ứng cạnh sẽ bị bỏ qua trừ khi được nêu rõ ngược lại.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English
    Discharging a capacitor: τ = RC
    Charging a capacitor (RC)

    A capacitor 电容器 stores charge and energy on two conductors separated by a gap. Its capacitance 电容 relates charge to voltage:

    $$C=\frac{Q}{V},$$
    and the stored energy is $U=\tfrac{1}{2}CV^2$. Capacitance depends on the plates' geometry and the material between them, not on the charge placed on it.

    Worked example. A $100\ \mu\text{F}$ capacitor is charged to $12\ \text{V}$. It holds $Q=CV=100\times10^{-6}\times12=1.2\times10^{-3}\ \text{C}$ of charge and stores $U=\tfrac12 CV^2=\tfrac12\times100\times10^{-6}\times12^2=7.2\times10^{-3}\ \text{J}$ of energy.

    Tiếng Việt
    Xả tụ điện: τ = RC
    Nạp điện cho tụ điện (RC)

    Một tụ điện lưu trữ điện tích và năng lượng trên hai vật dẫn cách nhau bởi một khe hở. Điện dung của nó liên hệ điện tích với điện áp:

    $$C=\frac{Q}{V},$$
    và năng lượng được lưu trữ là $U=\tfrac{1}{2}CV^2$. Điện dung phụ thuộc vào hình học của các bản tụ và vật liệu ở giữa, không phụ thuộc vào điện tích đặt lên nó.

    Các tụ điện mắc song song chia sẻ cùng hiệu điện thế, và tổng điện tích của chúng cộng lại
    Các tụ điện mắc song song có cùng hiệu điện thế, và tổng điện tích của chúng cộng lại

    Ví dụ có lời giải. Một tụ điện $100\ \mu\text{F}$ được sạc đến $12\ \text{V}$. Nó giữ $Q=CV=100\times10^{-6}\times12=1.2\times10^{-3}\ \text{C}$ điện tích và lưu trữ $U=\tfrac12 CV^2=\tfrac12\times100\times10^{-6}\times12^2=7.2\times10^{-3}\ \text{J}$ năng lượng.

    Explore · ⁨Khám phá⁩

    Charge and discharge a capacitor · ⁨Tích và xả điện cho tụ điện⁩

    A capacitor stores charge on two plates. It fills and empties exponentially, set by the time constant $\tau = RC$ — bigger $R$ or $C$ means slower charging. · ⁨Tụ điện lưu trữ điện tích trên hai bản cực. Nó nạp đầy và xả điện theo hàm mũ, được xác định bởi hằng số thời gian $\tau = RC$ — giá trị $R$ hoặc $C$ càng lớn thì quá trình nạp càng chậm.⁩

    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    capacitor/kəˈpæsɪtə/ tụ điện
    capacitance/kəˈpæsɪtəns/ điện dung
    10.7

    Conservation of Electric Energy · ⁨Bảo Toàn Năng Lượng Điện⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 10.7.A: Describe changes in energy in a system due to a difference in electric potential between two locations.

    • 10.7.A.1 When a charged object moves between two locations with different electric potentials, the resulting change in the electric potential energy of the object-field system is given by the following equation.
      • Equation: $\Delta U_E = q\Delta V$
    • 10.7.A.2 The movement of a charged object between two points with different electric potentials results in a change in kinetic energy of the object consistent with the conservation of energy.
    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 10.7.A: Mô tả sự thay đổi năng lượng trong một hệ do sự chênh lệch điện thế giữa hai vị trí.

    • 10.7.A.1 Khi một vật mang điện di chuyển giữa hai vị trí có điện thế khác nhau, độ biến thiên năng lượng điện thế của hệ vật-trường được cho bởi phương trình sau đây.
      • Phương trình: $\Delta U_E = q\Delta V$
    • 10.7.A.2 Sự di chuyển của một vật mang điện giữa hai điểm có điện thế khác nhau dẫn đến sự thay đổi động năng của vật phù hợp với định luật bảo toàn năng lượng.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English

    Energy is conserved for charges just as for masses. A charge released in a field converts electric potential energy into kinetic energy:

    $$q\,\Delta V=\tfrac{1}{2}mv^2 \quad(\text{gaining speed as it "falls" through a potential difference}).$$

    Worked example. An electron ($q=1.6\times10^{-19}\ \text{C}$, $m=9.1\times10^{-31}\ \text{kg}$) is accelerated from rest through a potential difference of $100\ \text{V}$. Its final speed is

    $$v=\sqrt{\frac{2q\,\Delta V}{m}}=\sqrt{\frac{2\times1.6\times10^{-19}\times100}{9.1\times10^{-31}}}=5.9\times10^{6}\ \text{m/s}.$$
    This is exactly how the electron gun in an old television or an electron microscope works.

    Tiếng Việt

    Năng lượng được bảo toàn đối với các điện tích cũng như đối với khối lượng. Một điện tích được thả trong điện trường sẽ chuyển hóa thế năng điện thành động năng:

    $$q\,\Delta V=\tfrac{1}{2}mv^2 \quad(\text{gaining speed as it "falls" through a potential difference}).$$

    Ví dụ minh họa. Một electron ($q=1.6\times10^{-19}\ \text{C}$, $m=9.1\times10^{-31}\ \text{kg}$) được gia tốc từ trạng thái nghỉ qua hiệu điện thế là $100\ \text{V}$. Vận tốc cuối cùng của nó là

    $$v=\sqrt{\frac{2q\,\Delta V}{m}}=\sqrt{\frac{2\times1.6\times10^{-19}\times100}{9.1\times10^{-31}}}=5.9\times10^{6}\ \text{m/s}.$$
    Đây chính xác là nguyên lý hoạt động của súng electron trong tivi cũ hoặc kính hiển vi điện tử.

    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    potential difference/pəˈtenʃl ˈdɪfrəns/ hiệu điện thế
    10.7

    Exam tips · ⁨Mẹo làm bài thi⁩

    English
    • Coulomb's law and the point-charge field are inverse-square — doubling the separation makes the force (or field) four times smaller.
    • Use magnitudes for the size of a force and decide direction from the signs; the field points the way a positive test charge would move.
    • Potential ($V$) is a scalar so potentials from several charges simply add; the field ($E$) is a vector and must be added by direction.
    • For a charge accelerated through a voltage use energy conservation $qV=\tfrac12 mv^2$.
    • Capacitor relations: $C=Q/V$ (capacitance is fixed by geometry) and energy $U=\tfrac12 CV^2$.
    Tiếng Việt
    • Định luật Coulomb và trường của điện tích điểm là nghịch bình phương – khi gấp đôi khoảng cách thì lực (hoặc trường) nhỏ đi bốn lần.
    • Sử dụng độ lớn cho kích thước lực và quyết định hướng từ dấu; trường chỉ về phía mà một điện tích thử dương sẽ di chuyển.
    • Thế ($V$) là một vô hướng nên thế từ nhiều điện tích chỉ cần cộng lại; trường ($E$) là một vectơ và phải được cộng theo hướng.
    • Đối với điện tích được gia tốc qua điện áp, sử dụng định luật bảo toàn năng lượng $qV=\tfrac12 mv^2$.
    • Các hệ thức của tụ điện: $C=Q/V$ (điện dung cố định bởi hình học) và năng lượng $U=\tfrac12 CV^2$.
  • 11

    Electric Circuits · ⁨Mạch Điện⁩

    Watch lesson · ⁨Xem bài học⁩
    11.1

    Electric Current · ⁨Dòng Điện⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 11.1.A: Describe the movement of electric charges through a medium.

    • 11.1.A.1 Current is the rate at which charge passes through a cross-sectional area of a wire.
      • Equation: $I = \dfrac{\Delta q}{\Delta t}$
      • 11.1.A.1.i Electric charge moves in a circuit in response to an electric potential difference, sometimes referred to as electromotive force, or $\mathrm{emf}$ ($\varepsilon$).
      • 11.1.A.1.ii If the current is zero in a section of wire, the net motion of charge carriers in the wire is also zero, although individual charge carriers will not have zero speed.
    • 11.1.A.2 Although current is not a vector quantity, it does have a direction. The direction of current is associated with what the motion of positive charge would be but not with any coordinate system in space.
      • 11.1.A.2.i The direction of conventional current is chosen to be the direction in which positive charge would move.
      • 11.1.A.2.ii In common circuits, current is actually due to the movement of electrons (negative charge carriers).
    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 11.1.A: Mô tả sự di chuyển của các điện tích qua môi trường.

    • 11.1.A.1 Cường độ dòng điện là tốc độ điện tích đi qua tiết diện ngang của dây dẫn.
      • Phương trình: $I = \dfrac{\Delta q}{\Delta t}$
      • 11.1.A.1.i Điện tích di chuyển trong mạch do sự chênh lệch điện thế, đôi khi còn gọi là suất điện động, hoặc $\mathrm{emf}$ ($\varepsilon$).
      • 11.1.A.1.ii Nếu cường độ dòng điện bằng không tại một đoạn dây, chuyển động tổng hợp của các hạt tải điện trong dây cũng bằng không, mặc dù vận tốc của từng hạt tải điện riêng lẻ sẽ không bằng không.
    • 11.1.A.2 Mặc dù cường độ dòng điện không phải là đại lượng vectơ, nhưng nó vẫn có hướng. Hướng của dòng điện tương ứng với hướng mà dòng điện dương sẽ di chuyển, chứ không liên quan đến hệ tọa độ nào trong không gian.
      • 11.1.A.2.i Hướng của dòng điện quy ước được chọn là hướng mà dòng điện dương sẽ di chuyển.
      • 11.1.A.2.ii Trong các mạch thông thường, dòng điện thực chất là do sự di chuyển của electron (các hạt tải điện âm).

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English

    Electric current 电流 is the rate at which charge flows past a point, measured in amperes 安培 (A):

    $$I=\frac{\Delta q}{\Delta t}.$$
    By convention, current points the way positive charge would move (opposite to the electrons in a wire). A steady current needs a complete loop and an energy source (a battery's electromotive force, or emf).

    Tiếng Việt
    Máy示波器: hành vi mạch qua thời gian được đo bằng điện áp theo thời gian
    Máy ghi oscilloscope: hành vi của mạch theo thời gian được đo dưới dạng điện áp theo thời gian

    Dòng điện là tốc độ dòng chảy của điện tích qua một điểm, đo bằng ampe (A):

    $$I=\frac{\Delta q}{\Delta t}.$$
    Theo quy ước, chiều dòng điện chỉ về phía mà điện tích dương sẽ di chuyển (ngược với electron trong dây dẫn). Dòng điện ổn định cần một vòng khép kín và nguồn năng lượng (lực điện động của pin, hay emf).

    Các hạt tải điện trôi chậm trong vật dẫn để tạo ra dòng điện
    Các hạt mang điện trôi chậm trong vật dẫn để tạo ra dòng điện
    11.2

    Simple Circuits · ⁨Mạch Điện Đơn Giản⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 11.2.A: Describe the behavior of a circuit.

    • 11.2.A.1 A circuit is composed of electrical loops, which may include circuit elements such as wires, batteries, resistors, lightbulbs, capacitors, switches, ammeters, and voltmeters.
    • 11.2.A.2 A closed electrical loop is a closed path through which charges may flow.
      • 11.2.A.2.i A closed circuit is one in which charges would be able to flow.
      • 11.2.A.2.ii An open circuit is one in which charges would not be able to flow.
      • 11.2.A.2.iii A short circuit is one in which charges would be able to flow with no change in potential difference.
    • 11.2.A.3 A single circuit element may be part of multiple electrical loops.
    • 11.2.A.4 Circuit schematics are representations used to describe and analyze electric circuits.
      • 11.2.A.4.i The properties of an electric circuit are dependent on the physical arrangement of its constituent elements.
      • 11.2.A.4.ii Circuit elements have common symbols that are used to create schematic diagrams. Variable elements are indicated by a diagonal strikethrough arrow across the standard symbol for that element. (Standard symbols: Battery, Bulb, Switch, Capacitor, Resistor, Ammeter, Voltmeter.)

    Boundary statement: Unless otherwise specified, all circuit schematic diagrams will be drawn using conventional current.

    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 11.2.A: Mô tả hành vi của một mạch điện.

    • 11.2.A.1 Một mạch điện bao gồm các vòng điện, có thể chứa các linh kiện mạch như dây dẫn, pin, điện trở, bóng đèn, tụ điện, công tắc, ampe kế và vôn kế.
    • 11.2.A.2 Một vòng điện kín là đường khép kín mà qua đó các điện tích có thể di chuyển.
      • 11.2.A.2.i Mạch kín là mạch mà trong đó các điện tích có thể di chuyển.
      • 11.2.A.2.ii Mạch hở là mạch mà trong đó các điện tích sẽ không thể di chuyển.
      • 11.2.A.2.iii Mạch ngắn là mạch mà trong đó các điện tích có thể di chuyển mà không có sự thay đổi hiệu điện thế.
    • 11.2.A.3 Một linh kiện mạch đơn lẻ có thể là một phần của nhiều vòng điện khác nhau.
    • 11.2.A.4 Sơ đồ mạch điện là các biểu diễn dùng để mô tả và phân tích mạch điện.
      • 11.2.A.4.i Các đặc tính của mạch điện phụ thuộc vào cách sắp xếp vật lý của các linh kiện cấu thành nên nó.
      • 11.2.A.4.ii Các linh kiện mạch có các ký hiệu chuẩn được sử dụng để vẽ sơ đồ mạch. Các linh kiện biến thiên được chỉ thị bằng mũi tên chéo cắt ngang qua ký hiệu tiêu chuẩn của linh kiện đó. (Ký hiệu tiêu chuẩn: Pin, Bóng đèn, Công tắc, Tụ điện, Điện trở, Ampe kế, Vôn kế.)

    Câu phát biểu biên: Trừ khi có quy định khác, tất cả các sơ đồ mạch điện đều được vẽ theo chiều dòng điện quy ước.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English

    A circuit is a closed loop of conductors, a source (battery), and components. In a series 串联 path the same current flows through each element; in a parallel 并联 path the same voltage is across each branch. A circuit diagram uses standard symbols; reading it correctly is the first step of any circuit problem.

    Tiếng Việt

    Một mạch điện là một vòng khép kín gồm các vật dẫn, nguồn (pin), và linh kiện. Trong đường nối nối tiếp, cùng một dòng điện chạy qua từng phần tử; trong đường nối song song, cùng một điện áp đặt lên từng nhánh. Sơ đồ mạch điện sử dụng các ký hiệu tiêu chuẩn; đọc hiểu đúng sơ đồ là bước đầu tiên của mọi bài toán mạch điện.

    Các linh kiện có thể được mắc nối tiếp hoặc mắc song song
    Các linh kiện có thể được nối nối tiếp hoặc song song
    Một mạch điện tử được xây dựng trên bảng thử nghiệm
    Mạch điện thực tế: các linh kiện được cắm vào breadboard và nối với nhau bằng dây dẫn để dòng điện có đường đi khép kín
    Explore · ⁨Khám phá⁩

    Build series and parallel circuits · ⁨Xây dựng mạch nối tiếp và song song⁩

    In series the same current flows through every bulb and voltage divides; in parallel each branch gets the full voltage. Switch mode to see the bulbs' brightness change. · ⁨Trong nối tiếp, cùng một dòng điện chạy qua mỗi bóng đèn và hiệu điện thế chia sẻ; trong nối song, mỗi nhánh nhận đủ hiệu điện thế. Chuyển chế độ để xem độ sáng của bóng đèn thay đổi.⁩

    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    Electric current/ɪˈlektrɪk ˈkʌrənt/ Dòng điện
    amperes/ˈæmpeəz/ ampe
    series/ˈsɪəriːz/ nối tiếp
    parallel/ˈpærəlel/ song song
    Resistance/rɪˈzɪstəns/ Kháng cự
    Ohm's law/əʊmz lɔː/ Định luật Ohm
    resistivity/ˌriːzɪˈstɪvəti/ điện trở suất
    Electric power/ɪˈlektrɪk ˈpaʊə/ Công suất điện
    light bulb/laɪt bʌlb/ Bóng đèn
    brightness/ˈbraɪtnəs/ độ sáng
    equivalent resistance/ɪˈkwɪvələnt rɪˈzɪstəns/ điện trở tương đương
    11.3

    Resistance, Resistivity, and Ohm's Law · ⁨Điện Trở, Điện Trở Suất, và Định Luật Ohm⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 11.3.A: Describe the resistance of an object using physical properties of that object.

    • 11.3.A.1 Resistance is a measure of the degree to which an object opposes the movement of electric charge.
    • 11.3.A.2 The resistance of a resistor with uniform geometry is proportional to its resistivity and length and is inversely proportional to its cross-sectional area.
      • Equation: $R = \dfrac{\rho \ell}{A}$
      • 11.3.A.2.i Resistivity is a fundamental property of a material that depends on its atomic and molecular structure and quantifies how strongly the material opposes the motion of electric charge.
      • 11.3.A.2.ii The resistivity of a conductor typically increases with temperature.

    Learning Objective 11.3.B: Describe the electrical characteristics of elements of a circuit.

    • 11.3.B.1 Ohm's law relates current, resistance, and potential difference across a conductive element of a circuit.
      • Equation: $I = \dfrac{\Delta V}{R}$
      • 11.3.B.1.i Materials that obey Ohm's law have constant resistance for all currents and are called ohmic materials.
      • 11.3.B.1.ii The resistivity of an ohmic material is constant regardless of temperature.
      • 11.3.B.1.iii Resistors can also convert electrical energy to thermal energy, which may change the temperature of both the resistor and the resistor's environment.
      • 11.3.B.1.iv The resistance of an ohmic circuit element can be determined from the slope of a graph of the current in the element as a function of the potential difference across the element.
    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 11.3.A: Mô tả điện trở của một vật dựa trên các đặc tính vật lý của vật đó.

    • 11.3.A.1 Điện trở là thước đo mức độ mà một vật cản trở sự di chuyển của điện tích.
    • 11.3.A.2 Điện trở của một điện trở có hình dạng đồng nhất tỷ lệ thuận với điện trở suất và chiều dài của nó, và tỷ lệ nghịch với tiết diện ngang của nó.
      • Phương trình: $R = \dfrac{\rho \ell}{A}$
      • 11.3.A.2.i Điện trở suất là một đặc tính cơ bản của vật liệu phụ thuộc vào cấu trúc nguyên tử và phân tử của nó, và định lượng mức độ vật liệu cản trở sự di chuyển của điện tích.
      • 11.3.A.2.ii Điện trở suất của vật dẫn thường tăng lên khi nhiệt độ tăng.

    Mục tiêu học tập 11.3.B: Mô tả các đặc tính điện của các linh kiện trong mạch.

    • 11.3.B.1 Định luật Ohm liên hệ giữa cường độ dòng điện, điện trở và hiệu điện thế trên một linh kiện dẫn điện của mạch.
      • Phương trình: $I = \dfrac{\Delta V}{R}$
      • 11.3.B.1.i Các vật liệu tuân theo định luật Ohm có điện trở không đổi đối với mọi cường độ dòng điện và được gọi là vật liệu ohmic.
      • 11.3.B.1.ii Điện trở suất của vật liệu ohmic không đổi bất kể nhiệt độ.
      • 11.3.B.1.iii Điện trở cũng có thể chuyển hóa năng lượng điện thành nhiệt năng, điều này có thể làm thay đổi nhiệt độ của cả điện trở và môi trường xung quanh nó.
      • 11.3.B.1.iv Điện trở của một linh kiện mạch ohmic có thể được xác định từ độ dốc của đồ thị biểu diễn cường độ dòng điện trong linh kiện theo hiệu điện thế đặt lên linh kiện đó.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English

    Resistance 电阻 $R$ opposes current, measured in ohms. Ohm's law 欧姆定律 links the three key quantities:

    $$V=IR.$$
    A component's resistance depends on the material's resistivity 电阻率 $\rho$, its length, and its cross-sectional area: $R=\dfrac{\rho L}{A}$ – longer and thinner means more resistance.

    Worked example. A $2.0\ \text{A}$ current flows through a $6.0\ \Omega$ resistor. The voltage across it is $V=IR=2.0\times6.0=12\ \text{V}$.

    Tiếng Việt

    Điện trở $R$ cản trở dòng điện, đo bằng ohm. Định luật Ohm liên hệ ba đại lượng quan trọng này:

    $$V=IR.$$
    Điện trở của một linh kiện phụ thuộc vào điện trở suất $\rho$ của vật liệu, chiều dài, và diện tích tiết diện của nó: $R=\dfrac{\rho L}{A}$ – càng dài và càng mỏng thì điện trở càng lớn.

    Đường đặc tuyến I-V của vật dẫn Ohm là đường thẳng đi qua gốc tọa độ
    Đường đặc tuyến I-V của vật dẫn tuân theo định luật Ohm là đường thẳng đi qua gốc tọa độ

    Ví dụ minh họa. Dòng điện $2.0\ \text{A}$ chạy qua điện trở $6.0\ \Omega$. Điện áp đặt lên nó là $V=IR=2.0\times6.0=12\ \text{V}$.

    Explore · ⁨Khám phá⁩

    Apply Ohm's law · ⁨Áp dụng định luật Ohm⁩

    Ohm's law $V=IR$: for a fixed resistance, current is proportional to voltage. Raise the resistance and the same voltage pushes less current. · ⁨Định luật Ohm $V=IR$: đối với điện trở không đổi, cường độ dòng điện tỷ lệ thuận với hiệu điện thế. Tăng điện trở thì cùng một hiệu điện thế sẽ đẩy ít dòng điện hơn.⁩

    11.4

    Electric Power · ⁨Công Suất Điện⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 11.4.A: Describe the transfer of energy into, out of, or within an electric circuit, in terms of power.

    • 11.4.A.1 The rate at which energy is transferred, converted, or dissipated by a circuit element depends on the current in the element and the electric potential difference across it.
      • Equation: $P = I \Delta V$
      • Equation (derived): $P = I^2 R = \dfrac{(\Delta V)^2}{R}$
    • 11.4.A.2 The brightness of a bulb increases with power, so power can be used to qualitatively predict the brightness of bulbs in a circuit.
    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 11.4.A: Mô tả sự truyền tải năng lượng vào, ra hoặc bên trong một mạch điện dưới góc độ công suất.

    • 11.4.A.1 Tốc độ năng lượng được truyền tải, chuyển đổi hoặc tiêu tán bởi một linh kiện mạch phụ thuộc vào cường độ dòng điện trong linh kiện và hiệu điện thế đặt lên linh kiện đó.
      • Phương trình: $P = I \Delta V$
      • Phương trình (suy ra): $P = I^2 R = \dfrac{(\Delta V)^2}{R}$
    • 11.4.A.2 Độ sáng của bóng đèn tăng lên cùng với công suất, vì vậy công suất có thể được sử dụng để dự đoán định tính độ sáng của các bóng đèn trong mạch.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English

    Electric power 电功率 is the rate a component converts electrical energy (to heat, light, motion):

    $$P=IV=I^2R=\frac{V^2}{R}.$$
    Pick the form that uses the quantities you know. A resistor's power all becomes heat.

    Worked example. The $6.0\ \Omega$ resistor above, carrying $2.0\ \text{A}$, dissipates $P=I^2R=2.0^2\times6.0=24\ \text{W}$ – equivalently $P=IV=2.0\times12=24\ \text{W}$.

    A light bulb 灯泡 is just a resistor that glows, and its brightness 亮度 rises with the power it dissipates. So to rank bulbs, compare their power. In a series string every bulb carries the same current, so by $P=I^2R$ the bulb with the largest resistance is brightest; wired in parallel every bulb gets the full battery voltage, so by $P=V^2/R$ the bulb with the smallest resistance is brightest.

    Tiếng Việt

    Công suất điện là tốc độ mà một linh kiện chuyển hóa năng lượng điện (thành nhiệt, ánh sáng, chuyển động):

    $$P=IV=I^2R=\frac{V^2}{R}.$$
    Chọn dạng thức phù hợp với các đại lượng bạn đã biết. Công suất của điện trở hoàn toàn chuyển hóa thành nhiệt.

    Ví dụ minh họa. Điện trở $6.0\ \Omega$ ở trên, mang dòng $2.0\ \text{A}$, tiêu tán $P=I^2R=2.0^2\times6.0=24\ \text{W}$ – tương đương với $P=IV=2.0\times12=24\ \text{W}$.

    Một bóng đèn thực chất là một điện trở phát sáng, và độ sáng của nó tăng lên tùy theo công suất mà nó tiêu tán. Vì vậy, để xếp hạng các bóng đèn, hãy so sánh công suất của chúng. Trong chuỗi mắc nối tiếp, mỗi bóng đèn đều mang cùng một dòng điện, nên theo $P=I^2R$, bóng đèn có điện trở lớn nhất sẽ sáng nhất; được mắc song song, mỗi bóng đèn đều nhận đủ điện áp của pin, nên theo $P=V^2/R$, bóng đèn có điện trở nhỏ nhất sẽ sáng nhất.

    Dây dẫn truyền tải điện áp cao: điện năng được truyền tải ở điện áp cao để dòng điện (và tổn hao I²R) giữ ở mức thấp
    Đường dây tải điện cao thế: công suất điện được truyền tải ở điện áp cao để dòng điện (và hao phí I²R) giữ ở mức thấp
    Explore · ⁨Khám phá⁩

    Read an I-V characteristic · ⁨Đọc đồ thị đặc tuyến I-V⁩

    Power is $P=IV$. A resistor's I-V line is straight, but a lamp curves as it heats and its resistance rises. The area under I-V relates to the energy delivered. · ⁨Công suất là $P=IV$. Đồ thị I-V của điện trở là đường thẳng, nhưng của bóng đèn bị cong khi nó nóng lên và điện trở tăng. Diện tích dưới đồ thị I-V liên quan đến năng lượng truyền tải.⁩

    11.5

    Compound DC Circuits · ⁨Mạch Điện DC Phức Hợp⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 11.5.A: Describe the equivalent resistance of multiple resistors connected in a circuit.

    • 11.5.A.1 Circuit elements may be connected in series and/or in parallel.
      • 11.5.A.1.i A series connection is one in which any charge passing through one circuit element must proceed through all elements in that connection and has no other path available. The current in each element in series must be the same.
      • 11.5.A.1.ii A parallel connection is one in which charges may flow through one of two or more paths. Across each path, the potential difference is the same.
    • 11.5.A.2 A collection of resistors in a circuit may be analyzed as though it were a single resistor with an equivalent resistance $R_{\text{eq}}$.
      • 11.5.A.2.i The equivalent resistance of a set of resistors in series is the sum of the individual resistances.
        • Equation: $R_{\text{eq},s} = \sum_i R_i$
      • 11.5.A.2.ii The inverse of the equivalent resistance of a set of resistors connected in parallel is equal to the sum of the inverses of the individual resistances.
        • Equation: $\dfrac{1}{R_{\text{eq},p}} = \sum_i \dfrac{1}{R_i}$
      • 11.5.A.2.iii When resistors are connected in parallel, the number of paths available to charges increases, and the equivalent resistance of the group of resistors decreases.

    Learning Objective 11.5.B: Describe a circuit with resistive wires and a battery with internal resistance.

    • 11.5.B.1 Ideal batteries have negligible internal resistance. Ideal wires have negligible resistance.
      • 11.5.B.1.i The resistance of wires that are good conductors may normally be neglected, because their resistance is much smaller than that of other elements of a circuit.
      • 11.5.B.1.ii The resistance of wires may only be neglected if the circuit contains other elements that do have resistance.
      • 11.5.B.1.iii The potential difference a battery would supply if it were ideal is the potential difference measured across the terminals when there is no current in the battery and is sometimes referred to as its $\mathrm{emf}$ ($\varepsilon$).
    • 11.5.B.2 The internal resistance of a nonideal battery may be treated as the resistance of a resistor in series with an ideal battery and the remainder of the circuit.
    • 11.5.B.3 When there is current in a nonideal battery with internal resistance $r$, the potential difference across the terminals of the battery is reduced relative to the potential difference when there is no current in the battery.
      • Equation (derived): $\Delta V_{\text{terminal}} = \varepsilon - Ir$

    Learning Objective 11.5.C: Describe the measurement of current and potential difference in a circuit.

    • 11.5.C.1 Ammeters are used to measure current at a specific point in a circuit.
      • 11.5.C.1.i Ammeters must be connected in series with the element in which current is being measured.
      • 11.5.C.1.ii Ideal ammeters have zero resistance so that they do not affect the current in the element that they are in series with.
    • 11.5.C.2 Voltmeters are used to measure electric potential difference between two points in a circuit.
      • 11.5.C.2.i Voltmeters must be connected in parallel with the element across which potential difference is being measured.
      • 11.5.C.2.ii Ideal voltmeters have an infinite resistance so that no charge flows through them.
    • 11.5.C.3 Nonideal ammeters and voltmeters will change the properties of the circuit being measured.

    Boundary statement: AP Physics 2 only expects students to qualitatively discuss how a nonideal ammeter or voltmeter will affect the results of measurements. Unless otherwise stated, all batteries, wires, and meters are assumed to be ideal.

    Boundary statement: Circuits with batteries of different potential differences connected in parallel will not be assessed.

    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 11.5.A: Mô tả điện trở tương đương của nhiều điện trở mắc nối tiếp và/hoặc song song trong mạch.

    • 11.5.A.1 Các linh kiện mạch có thể được mắc nối tiếp và/hoặc song song.
      • 11.5.A.1.i Mắc nối tiếp là cách mắc mà mọi điện tích đi qua một linh kiện mạch nhất định bắt buộc phải đi qua tất cả các linh kiện trong cách mắc đó và không có đường đi nào khác. Cường độ dòng điện trong mỗi linh kiện mắc nối tiếp phải bằng nhau.
      • 11.5.A.1.ii Một mạch song song là mạch trong đó các điện tích có thể di chuyển theo một trong hai hoặc nhiều đường dẫn hơn. Trên mỗi đường dẫn, hiệu điện thế đều bằng nhau.
    • 11.5.A.2 Một tập hợp các điện trở trong mạch có thể được phân tích như thể nó là một điện trở đơn với điện trở tương đương $R_{\text{eq}}$.
      • 11.5.A.2.i Điện trở tương đương của một tập hợp các điện trở mắc nối tiếp bằng tổng các điện trở riêng lẻ.
        • Phương trình: $R_{\text{eq},s} = \sum_i R_i$
      • 11.5.A.2.ii nghịch đảo của điện trở tương đương của một tập hợp các điện trở mắc song song bằng tổng các nghịch đảo của các điện trở riêng lẻ.
        • Phương trình: $\dfrac{1}{R_{\text{eq},p}} = \sum_i \dfrac{1}{R_i}$
      • 11.5.A.2.iii Khi các điện trở được mắc song song, số lượng đường dẫn cho phép các điện tích đi qua tăng lên, và điện trở tương đương của nhóm điện trở giảm xuống.

    Mục tiêu học tập 11.5.B: Mô tả một mạch gồm dây điện trở và pin có điện trở trong.

    • 11.5.B.1 Pin lý tưởng có điện trở trong không đáng kể. Dây dẫn lý tưởng có điện trở không đáng kể.
      • 11.5.B.1.i Điện trở của các dây dẫn dẫn điện tốt thường có thể bỏ qua, vì điện trở của chúng nhỏ hơn rất nhiều so với điện trở của các thành phần khác trong mạch.
      • 11.5.B.1.ii Điện trở của dây chỉ có thể bỏ qua nếu mạch chứa các thành phần khác có điện trở.
      • 11.5.B.1.iii Hiệu điện thế mà pin sẽ cung cấp nếu nó là lý tưởng chính là hiệu điện thế đo được giữa hai cực khi không có dòng điện chạy qua pin, và đôi khi được gọi là $\mathrm{emf}$ ($\varepsilon$).
    • 11.5.B.2 Điện trở trong của một pin không lý tưởng có thể được xem xét như điện trở của một điện trở mắc nối tiếp với pin lý tưởng và phần còn lại của mạch.
    • 11.5.B.3 Khi có dòng điện chạy trong một pin không lý tưởng có điện trở trong $r$, hiệu điện thế giữa hai cực của pin sẽ giảm so với hiệu điện thế khi không có dòng điện chạy qua pin.
      • Phương trình (suy ra): $\Delta V_{\text{terminal}} = \varepsilon - Ir$

    Mục tiêu học tập 11.5.C: Mô tả việc đo cường độ dòng điện và hiệu điện thế trong một mạch.

    • 11.5.C.1 Ampe kế được dùng để đo cường độ dòng điện tại một điểm cụ thể trong mạch.
      • 11.5.C.1.i Ampe kế phải được mắc nối tiếp với thành phần đang đo dòng điện.
      • 11.5.C.1.ii Ampe kế lý tưởng có điện trở bằng không để không ảnh hưởng đến dòng điện trong thành phần mắc nối tiếp với nó.
    • 11.5.C.2 Vôn kế được dùng để đo hiệu điện thế giữa hai điểm trong mạch.
      • 11.5.C.2.i Vôn kế phải được mắc song song với thành phần mà hiệu điện thế đang được đo.
      • 11.5.C.2.ii Vôn kế lý tưởng có điện trở vô hạn để không có điện tích nào chảy qua nó.
    • 11.5.C.3 Ampe kế và vôn kế không lý tưởng sẽ làm thay đổi các đặc tính của mạch đang được đo.

    Tuyên bố giới hạn: AP Physics 2 chỉ yêu cầu học sinh thảo luận định tính cách ampe kế hoặc vôn kế không lý tưởng sẽ ảnh hưởng đến kết quả đo lường. Trừ khi có tuyên bố khác, tất cả các pin, dây dẫn và thiết bị đo đều được coi là lý tưởng.

    Tuyên bố giới hạn: Các mạch có các pin có hiệu điện thế khác nhau mắc song song sẽ không được kiểm tra.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English

    Combine resistors to find an equivalent resistance 等效电阻:

    • Series: $R_{\text{eq}}=R_1+R_2+\cdots$ (resistances add).
    • Parallel: $\dfrac{1}{R_{\text{eq}}}=\dfrac{1}{R_1}+\dfrac{1}{R_2}+\cdots$ (the total is less than the smallest).

    Reduce the network step by step to find the total current from the battery, then work back to each element.

    Worked example. A $12\ \text{V}$ battery drives a $4.0\ \Omega$ and a $12\ \Omega$ resistor in parallel. First combine them: $\dfrac{1}{R_{\text{eq}}}=\dfrac14+\dfrac{1}{12}=\dfrac{4}{12}\Rightarrow R_{\text{eq}}=3.0\ \Omega$. The total current from the battery is $I=\dfrac{V}{R_{\text{eq}}}=\dfrac{12}{3.0}=4.0\ \text{A}$, which splits so that the smaller resistor carries the larger share ($3.0\ \text{A}$ through the $4\ \Omega$, $1.0\ \text{A}$ through the $12\ \Omega$).

    Tiếng Việt

    Kết hợp các điện trở để tìm điện trở tương đương:

    Các điện trở mắc nối tiếp được cộng lại thành một điện trở tương đương duy nhất
    Các điện trở mắc nối tiếp được cộng lại thành một điện trở tương đương duy nhất
    • Nối tiếp: $R_{\text{eq}}=R_1+R_2+\cdots$ (các điện trở cộng lại).
    • Nối song song: $\dfrac{1}{R_{\text{eq}}}=\dfrac{1}{R_1}+\dfrac{1}{R_2}+\cdots$ (tổng điện trở nhỏ hơn điện trở nhỏ nhất).

    Rút gọn mạng lưới từng bước để tìm dòng điện tổng từ pin, sau đó tính ngược lại từng phần tử.

    Ví dụ có lời giải. Một nguồn pin $12\ \text{V}$ cấp dòng cho hai điện trở $4.0\ \Omega$ và $12\ \Omega$ mắc nối song song. Đầu tiên gộp chúng: $\dfrac{1}{R_{\text{eq}}}=\dfrac14+\dfrac{1}{12}=\dfrac{4}{12}\Rightarrow R_{\text{eq}}=3.0\ \Omega$. Dòng điện tổng từ pin là $I=\dfrac{V}{R_{\text{eq}}}=\dfrac{12}{3.0}=4.0\ \text{A}$, phân chia sao cho điện trở nhỏ mang phần dòng lớn hơn ($3.0\ \text{A}$ đi qua $4\ \Omega$, $1.0\ \text{A}$ đi qua $12\ \Omega$).

    11.5

    Measuring Current and Voltage · ⁨Đo Dòng Điện và Điện Áp⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 11.5.A: Describe the equivalent resistance of multiple resistors connected in a circuit.

    • 11.5.A.1 Circuit elements may be connected in series and/or in parallel.
      • 11.5.A.1.i A series connection is one in which any charge passing through one circuit element must proceed through all elements in that connection and has no other path available. The current in each element in series must be the same.
      • 11.5.A.1.ii A parallel connection is one in which charges may flow through one of two or more paths. Across each path, the potential difference is the same.
    • 11.5.A.2 A collection of resistors in a circuit may be analyzed as though it were a single resistor with an equivalent resistance $R_{\text{eq}}$.
      • 11.5.A.2.i The equivalent resistance of a set of resistors in series is the sum of the individual resistances.
        • Equation: $R_{\text{eq},s} = \sum_i R_i$
      • 11.5.A.2.ii The inverse of the equivalent resistance of a set of resistors connected in parallel is equal to the sum of the inverses of the individual resistances.
        • Equation: $\dfrac{1}{R_{\text{eq},p}} = \sum_i \dfrac{1}{R_i}$
      • 11.5.A.2.iii When resistors are connected in parallel, the number of paths available to charges increases, and the equivalent resistance of the group of resistors decreases.

    Learning Objective 11.5.B: Describe a circuit with resistive wires and a battery with internal resistance.

    • 11.5.B.1 Ideal batteries have negligible internal resistance. Ideal wires have negligible resistance.
      • 11.5.B.1.i The resistance of wires that are good conductors may normally be neglected, because their resistance is much smaller than that of other elements of a circuit.
      • 11.5.B.1.ii The resistance of wires may only be neglected if the circuit contains other elements that do have resistance.
      • 11.5.B.1.iii The potential difference a battery would supply if it were ideal is the potential difference measured across the terminals when there is no current in the battery and is sometimes referred to as its $\mathrm{emf}$ ($\varepsilon$).
    • 11.5.B.2 The internal resistance of a nonideal battery may be treated as the resistance of a resistor in series with an ideal battery and the remainder of the circuit.
    • 11.5.B.3 When there is current in a nonideal battery with internal resistance $r$, the potential difference across the terminals of the battery is reduced relative to the potential difference when there is no current in the battery.
      • Equation (derived): $\Delta V_{\text{terminal}} = \varepsilon - Ir$

    Learning Objective 11.5.C: Describe the measurement of current and potential difference in a circuit.

    • 11.5.C.1 Ammeters are used to measure current at a specific point in a circuit.
      • 11.5.C.1.i Ammeters must be connected in series with the element in which current is being measured.
      • 11.5.C.1.ii Ideal ammeters have zero resistance so that they do not affect the current in the element that they are in series with.
    • 11.5.C.2 Voltmeters are used to measure electric potential difference between two points in a circuit.
      • 11.5.C.2.i Voltmeters must be connected in parallel with the element across which potential difference is being measured.
      • 11.5.C.2.ii Ideal voltmeters have an infinite resistance so that no charge flows through them.
    • 11.5.C.3 Nonideal ammeters and voltmeters will change the properties of the circuit being measured.

    Boundary statement: AP Physics 2 only expects students to qualitatively discuss how a nonideal ammeter or voltmeter will affect the results of measurements. Unless otherwise stated, all batteries, wires, and meters are assumed to be ideal.

    Boundary statement: Circuits with batteries of different potential differences connected in parallel will not be assessed.

    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 11.5.A: Mô tả điện trở tương đương của nhiều điện trở mắc nối tiếp và/hoặc song song trong mạch.

    • 11.5.A.1 Các linh kiện mạch có thể được mắc nối tiếp và/hoặc song song.
      • 11.5.A.1.i Mắc nối tiếp là cách mắc mà mọi điện tích đi qua một linh kiện mạch nhất định bắt buộc phải đi qua tất cả các linh kiện trong cách mắc đó và không có đường đi nào khác. Cường độ dòng điện trong mỗi linh kiện mắc nối tiếp phải bằng nhau.
      • 11.5.A.1.ii Một mạch song song là mạch trong đó các điện tích có thể di chuyển theo một trong hai hoặc nhiều đường dẫn hơn. Trên mỗi đường dẫn, hiệu điện thế đều bằng nhau.
    • 11.5.A.2 Một tập hợp các điện trở trong mạch có thể được phân tích như thể nó là một điện trở đơn với điện trở tương đương $R_{\text{eq}}$.
      • 11.5.A.2.i Điện trở tương đương của một tập hợp các điện trở mắc nối tiếp bằng tổng các điện trở riêng lẻ.
        • Phương trình: $R_{\text{eq},s} = \sum_i R_i$
      • 11.5.A.2.ii nghịch đảo của điện trở tương đương của một tập hợp các điện trở mắc song song bằng tổng các nghịch đảo của các điện trở riêng lẻ.
        • Phương trình: $\dfrac{1}{R_{\text{eq},p}} = \sum_i \dfrac{1}{R_i}$
      • 11.5.A.2.iii Khi các điện trở được mắc song song, số lượng đường dẫn cho phép các điện tích đi qua tăng lên, và điện trở tương đương của nhóm điện trở giảm xuống.

    Mục tiêu học tập 11.5.B: Mô tả một mạch gồm dây điện trở và pin có điện trở trong.

    • 11.5.B.1 Pin lý tưởng có điện trở trong không đáng kể. Dây dẫn lý tưởng có điện trở không đáng kể.
      • 11.5.B.1.i Điện trở của các dây dẫn dẫn điện tốt thường có thể bỏ qua, vì điện trở của chúng nhỏ hơn rất nhiều so với điện trở của các thành phần khác trong mạch.
      • 11.5.B.1.ii Điện trở của dây chỉ có thể bỏ qua nếu mạch chứa các thành phần khác có điện trở.
      • 11.5.B.1.iii Hiệu điện thế mà pin sẽ cung cấp nếu nó là lý tưởng chính là hiệu điện thế đo được giữa hai cực khi không có dòng điện chạy qua pin, và đôi khi được gọi là $\mathrm{emf}$ ($\varepsilon$).
    • 11.5.B.2 Điện trở trong của một pin không lý tưởng có thể được xem xét như điện trở của một điện trở mắc nối tiếp với pin lý tưởng và phần còn lại của mạch.
    • 11.5.B.3 Khi có dòng điện chạy trong một pin không lý tưởng có điện trở trong $r$, hiệu điện thế giữa hai cực của pin sẽ giảm so với hiệu điện thế khi không có dòng điện chạy qua pin.
      • Phương trình (suy ra): $\Delta V_{\text{terminal}} = \varepsilon - Ir$

    Mục tiêu học tập 11.5.C: Mô tả việc đo cường độ dòng điện và hiệu điện thế trong một mạch.

    • 11.5.C.1 Ampe kế được dùng để đo cường độ dòng điện tại một điểm cụ thể trong mạch.
      • 11.5.C.1.i Ampe kế phải được mắc nối tiếp với thành phần đang đo dòng điện.
      • 11.5.C.1.ii Ampe kế lý tưởng có điện trở bằng không để không ảnh hưởng đến dòng điện trong thành phần mắc nối tiếp với nó.
    • 11.5.C.2 Vôn kế được dùng để đo hiệu điện thế giữa hai điểm trong mạch.
      • 11.5.C.2.i Vôn kế phải được mắc song song với thành phần mà hiệu điện thế đang được đo.
      • 11.5.C.2.ii Vôn kế lý tưởng có điện trở vô hạn để không có điện tích nào chảy qua nó.
    • 11.5.C.3 Ampe kế và vôn kế không lý tưởng sẽ làm thay đổi các đặc tính của mạch đang được đo.

    Tuyên bố giới hạn: AP Physics 2 chỉ yêu cầu học sinh thảo luận định tính cách ampe kế hoặc vôn kế không lý tưởng sẽ ảnh hưởng đến kết quả đo lường. Trừ khi có tuyên bố khác, tất cả các pin, dây dẫn và thiết bị đo đều được coi là lý tưởng.

    Tuyên bố giới hạn: Các mạch có các pin có hiệu điện thế khác nhau mắc song song sẽ không được kiểm tra.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English

    Two meters read a circuit. An ammeter 电流表 measures the current at a point, so it must be wired in series – the current you want to measure has to flow through it. A voltmeter 电压表 measures the potential difference between two points, so it is wired in parallel, bridging across the component whose voltage you want.

    For a meter to read the true value it must barely disturb the circuit:

    • an ideal ammeter has zero resistance, so putting it in series does not reduce the current it reads;
    • an ideal voltmeter has infinite resistance, so almost no current is diverted through it.

    A real, nonideal 非理想 meter is imperfect: a real ammeter has a small resistance (it slightly lowers the current), and a real voltmeter lets a little current leak through (it slightly lowers the voltage it reads). So connecting any meter changes, a little, the very quantity it is measuring.

    Tiếng Việt

    Hai đồng hồ đo một mạch điện. Ammeter đo dòng điện tại một điểm, vì vậy phải mắc nối tiếp – dòng điện cần đo phải chảy qua nó. Voltmeter đo hiệu điện thế giữa hai điểm, nên mắc nối song song, bắc cầu qua linh kiện muốn đo điện áp của nó.

    Để đồng hồ đọc đúng giá trị thực, nó phải gây nhiễu tối thiểu cho mạch:

    • một amometer lý tưởng có điện trở bằng không, do đó việc mắc nối tiếp không làm giảm dòng điện mà nó đo;
    • một voltmeter lý tưởng có điện trở vô hạn, do đó hầu như không có dòng điện bị phân nhánh qua nó.

    Một đồng hồ thực tế, không lý tưởng thì không hoàn hảo: amometer thực có điện trở nhỏ (làm giảm nhẹ dòng điện), và voltmeter thực cho phép một ít dòng điện rò rỉ qua (làm giảm nhẹ điện áp nó đo). Vì vậy, việc kết nối bất kỳ đồng hồ nào cũng thay đổi, dù chỉ chút ít, chính đại lượng mà nó đang đo.

    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    ammeter/ˈæmiːtə/ vôn kế
    voltmeter/ˈvəʊltmiːtə/ vôn kế
    nonideal/ˌnɒnaɪˈdɪəl/ Không lý tưởng
    Kirchhoff's loop rule/ˈkɜːkhɒfs luːp ruːl/ Quy tắc vòng Kirchhoff
    Kirchhoff's junction rule/ˈkɜːkhɒfs ˈdʒʌŋkʃn ruːl/ Quy tắc nút Kirchhoff
    RC circuit/ˌɑː ˈsiː ˈsɜːkɪt/ mạch RC
    11.6

    Kirchhoff's Loop Rule · ⁨Quy Tắc Vòng Kirchhoff⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 11.6.A: Describe a circuit or elements of a circuit by applying Kirchhoff's loop rule.

    • 11.6.A.1 Energy changes in simple electrical circuits may be represented in terms of charges moving through electric potential differences within circuit elements.
      • Equation: $\Delta U_E = q \Delta V$
    • 11.6.A.2 Kirchhoff's loop rule is a consequence of the conservation of energy.
    • 11.6.A.3 Kirchhoff's loop rule states that the sum of potential differences across all circuit elements in a single closed loop must equal zero.
      • Equation: $\sum \Delta V = 0$
    • 11.6.A.4 The values of electric potential at points in a circuit can be represented by a graph of electric potential as a function of position within a loop.
    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 11.6.A: Mô tả một mạch hoặc các thành phần của mạch bằng cách áp dụng quy tắc vòng Kirchhoff.

    • 11.6.A.1 Sự biến đổi năng lượng trong các mạch điện đơn giản có thể được biểu diễn dưới dạng các điện tích di chuyển qua các hiệu điện thế bên trong các thành phần mạch.
      • Phương trình: $\Delta U_E = q \Delta V$
    • 11.6.A.2 Quy tắc vòng Kirchhoff là hệ quả của định luật bảo toàn năng lượng.
    • 11.6.A.3 Quy tắc vòng Kirchhoff phát biểu rằng tổng các hiệu điện thế trên tất cả các thành phần mạch trong một vòng khép kín duy nhất phải bằng không.
      • Phương trình: $\sum \Delta V = 0$
    • 11.6.A.4 Giá trị điện thế tại các điểm trong mạch có thể được biểu diễn bằng đồ thị điện thế theo vị trí trong một vòng.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English

    Kirchhoff's loop rule 基尔霍夫电压定律 (energy conservation): around any closed loop, the voltage gains and drops sum to zero. Add the battery's emf and subtract each $IR$ drop as you go around. This gives one equation per independent loop.

    Tiếng Việt

    Quy tắc vòng Kirchhoff (bảo toàn năng lượng): quanh bất kỳ vòng khép kín nào, tổng các mức tăng và mức giảm điện thế bằng zero. Cộng EMF của pin và trừ mỗi mức giảm $IR$ khi đi quanh vòng. Điều này tạo ra một phương trình cho mỗi vòng độc lập.

    11.7

    Kirchhoff's Junction Rule · ⁨Quy Tắc Nhánh Kirchhoff⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 11.7.A: Describe a circuit or elements of a circuit by applying Kirchhoff's junction rule.

    • 11.7.A.1 Kirchhoff's junction rule is a consequence of the conservation of electric charge.
    • 11.7.A.2 Kirchhoff's junction rule states that the total amount of charge entering a junction per unit time must equal the total amount of charge exiting that junction per unit time.
      • Equation: $\sum I_{\text{in}} = \sum I_{\text{out}}$
    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 11.7.A: Mô tả một mạch hoặc các thành phần của mạch bằng cách áp dụng quy tắc nút Kirchhoff.

    • 11.7.A.1 Quy tắc nút Kirchhoff là hệ quả của định luật bảo toàn điện tích.
    • 11.7.A.2 Quy tắc nút Kirchhoff phát biểu rằng tổng lượng điện tích đi vào một nút trong một đơn vị thời gian phải bằng tổng lượng điện tích đi ra khỏi nút đó trong một đơn vị thời gian.
      • Phương trình: $\sum I_{\text{in}} = \sum I_{\text{out}}$

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English

    Kirchhoff's junction rule 基尔霍夫电流定律 (charge conservation): the total current into any junction equals the total current out. Together with the loop rule, it lets you solve any multi-loop circuit for its unknown currents.

    Tiếng Việt

    Quy tắc nhánh Kirchhoff (bảo toàn điện tích): tổng dòng điện vào bất kỳ nhánh nào bằng tổng dòng điện ra. Kết hợp với quy tắc vòng, nó cho phép giải mọi mạch đa vòng để tìm các dòng điện chưa biết.

    Dòng điện phân nhánh tại một nút: lượng vào bằng lượng ra
    Dòng điện phân nhánh tại một nút: lượng vào bằng lượng ra
    11.8

    RC Circuits · ⁨Mạch RC⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 11.8.A: Describe the equivalent capacitance of multiple capacitors.

    • 11.8.A.1 A collection of capacitors in a circuit may be analyzed as though it were a single capacitor with an equivalent capacitance $C_{\text{eq}}$.
      • 11.8.A.1.i The inverse of the equivalent capacitance of a set of capacitors connected in series is equal to the sum of the inverses of the individual capacitances.
        • Equation: $\dfrac{1}{C_{\text{eq},s}} = \sum_i \dfrac{1}{C_i}$
      • 11.8.A.1.ii The equivalent capacitance of a set of capacitors in series is less than the capacitance of the smallest capacitor.
      • 11.8.A.1.iii The equivalent capacitance of a set of capacitors in parallel is the sum of the individual capacitances.
        • Equation: $C_{\text{eq},p} = \sum_i C_i$
    • 11.8.A.2 As a result of conservation of charge, each of the capacitors in series must have the same magnitude of charge on each plate.

    Learning Objective 11.8.B: Describe the behavior of a circuit containing combinations of resistors and capacitors.

    • 11.8.B.1 The time constant $\tau$ is a significant feature of an RC circuit.
      • 11.8.B.1.i The time constant of an RC circuit is a measure of how quickly the capacitor will charge or discharge and is defined as $\tau = R_{\text{eq}} C_{\text{eq}}$.
      • 11.8.B.1.ii For a charging capacitor, the time constant represents the time required for the capacitor's charge to increase from zero to approximately 63 percent of its final asymptotic value.
      • 11.8.B.1.iii For a discharging capacitor, the time constant represents the time required for the capacitor's charge to decrease from fully charged to approximately 37 percent of its initial value.
    • 11.8.B.2 The potential difference across a capacitor and the current in the branch of the circuit containing the capacitor each change over time as the capacitor charges and discharges, but both will reach a steady state after a long time interval.
      • 11.8.B.2.i Immediately after being placed in a circuit, an uncharged capacitor acts like a wire, and charge can easily flow to or from the plates of the capacitor.
      • 11.8.B.2.ii As a capacitor charges, changes to the potential difference across the capacitor affect the charge on the plates of the capacitor, the current circuit branch in which the capacitor is located, and the electric potential energy stored in the capacitor.
      • 11.8.B.2.iii The potential difference across a capacitor, the current in the circuit branch in which the capacitor is located, and the electric potential energy stored in the capacitor all change with respect to time and asymptotically approach steady state conditions.
      • 11.8.B.2.iv After a long time, a charging capacitor approaches a state of being fully charged, reaching a maximum potential difference at which there is zero current in the circuit branch in which the capacitor is located.
      • 11.8.B.2.v Immediately after a charged capacitor begins discharging, the amount of charge on the capacitor plates and the energy stored in the capacitor begin to decrease.
      • 11.8.B.2.vi As a capacitor discharges, the amount of charge on the capacitor, the potential difference across the capacitor, and the current in the circuit branch in which the capacitor is located all decrease until a steady state is reached.
      • 11.8.B.2.vii After either charging or discharging for times much greater than the time constant, the capacitor and the relevant circuit branch may be modeled using steady-state conditions.

    Boundary statement: Descriptions of charging/discharging RC circuits in AP Physics 2 are limited to qualitative descriptions and representations. While students should be able to mathematically describe initial and final states of RC circuits, students are not expected to mathematically model these behaviors with respect to time.

    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 11.8.A: Mô tả điện dung tương đương của nhiều tụ điện.

    • 11.8.A.1 Một tập hợp các tụ điện trong mạch có thể được phân tích như thể nó là một tụ điện đơn với điện dung tương đương $C_{\text{eq}}$.
      • 11.8.A.1.i Nghịch đảo của điện dung tương đương của một tập hợp các tụ điện mắc nối tiếp bằng tổng các nghịch đảo của các điện dung riêng lẻ.
        • Phương trình: $\dfrac{1}{C_{\text{eq},s}} = \sum_i \dfrac{1}{C_i}$
      • 11.8.A.1.ii Điện dung tương đương của một tập hợp các tụ điện mắc nối tiếp nhỏ hơn điện dung của tụ điện nhỏ nhất.
      • 11.8.A.1.iii Điện dung tương đương của một tập hợp các tụ điện mắc song song bằng tổng các điện dung riêng lẻ.
        • Phương trình: $C_{\text{eq},p} = \sum_i C_i$
    • 11.8.A.2 Do định luật bảo toàn điện tích, mỗi tụ điện trong mạch mắc nối tiếp phải mang cùng độ lớn điện tích trên mỗi bản tụ.

    Mục tiêu học tập 11.8.B: Mô tả hành vi của mạch bao gồm sự kết hợp của điện trở và tụ điện.

    • 11.8.B.1 Hằng số thời gian $\tau$ là một đặc điểm quan trọng của mạch RC.
      • 11.8.B.1.i Hằng số thời gian của mạch RC là thước đo tốc độ tụ điện sạc hay xả, và được xác định là $\tau = R_{\text{eq}} C_{\text{eq}}$.
      • 11.8.B.1.ii Đối với tụ điện đang nạp, hằng số thời gian đại diện cho khoảng thời gian cần thiết để điện tích của tụ tăng từ không đến khoảng 63 phần trăm giá trị tiệm cận cuối cùng.
      • 11.8.B.1.iii Đối với tụ điện đang xả, hằng số thời gian đại diện cho khoảng thời gian cần thiết để điện tích của tụ giảm từ trạng thái nạp đầy còn khoảng 37 phần trăm giá trị ban đầu.
    • 11.8.B.2 Hiệu điện thế giữa hai bản tụ và dòng điện trong nhánh mạch chứa tụ thay đổi theo thời gian khi tụ nạp và xả, nhưng cả hai đều sẽ đạt đến trạng thái ổn định sau một khoảng thời gian dài.
      • 11.8.B.2.i Ngay sau khi được đặt vào mạch, một tụ điện chưa nạp đóng vai trò như một dây dẫn, và điện tích có thể dễ dàng chảy vào hoặc ra khỏi các bản tụ.
      • 11.8.B.2.ii Khi tụ điện đang nạp, những thay đổi về hiệu điện thế giữa hai bản tụ ảnh hưởng đến điện tích trên các bản tụ, nhánh mạch chứa tụ và năng lượng thế điện được lưu trữ trong tụ.
      • 11.8.B.2.iii Hiệu điện thế giữa hai bản tụ, dòng điện trong nhánh mạch chứa tụ và năng lượng thế điện được lưu trữ trong tụ đều thay đổi theo thời gian và tiệm cận dần đến trạng thái ổn định.
      • 11.8.B.2.iv Sau một thời gian dài, tụ điện đang nạp tiến tới trạng thái nạp đầy, đạt hiệu điện thế tối đa tại đó dòng điện trong nhánh mạch chứa tụ bằng không.
      • 11.8.B.2.v Ngay sau khi tụ điện đã nạp bắt đầu xả, lượng điện tích trên các bản tụ và năng lượng được lưu trữ trong tụ bắt đầu giảm.
      • 11.8.B.2.vi Khi tụ điện đang xả, lượng điện tích trên tụ, hiệu điện thế giữa hai bản tụ và dòng điện trong nhánh mạch chứa tụ đều giảm dần cho đến khi đạt trạng thái ổn định.
      • 11.8.B.2.vii Sau khi nạp hoặc xả trong thời gian lớn hơn nhiều so với hằng số thời gian, tụ điện và nhánh mạch liên quan có thể được mô hình hóa sử dụng các điều kiện trạng thái ổn định.

    Tuyên bố giới hạn: Mô tả các mạch RC nạp/xả trong AP Physics 2 chỉ giới hạn ở các mô tả và biểu diễn định tính. Mặc dù học sinh nên có thể mô tả toán học các trạng thái ban đầu và cuối cùng của mạch RC, học sinh không được kỳ vọng phải mô hình hóa toán học các hành vi này theo thời gian.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English
    Charging a capacitor (RC)

    An RC circuit RC电路 contains a resistor and a capacitor. When charging, the capacitor's voltage rises and the current falls, both exponentially, over a characteristic time $\tau=RC$. Key limits: at the first instant the uncharged capacitor acts like a plain wire (maximum current); after a long time it is fully charged and blocks current (acts like a break).

    Worked example. For $R=10\ \text{k}\Omega$ and $C=100\ \mu\text{F}$, the time constant is $\tau=RC=(10\times10^{3})(100\times10^{-6})=1.0\ \text{s}$. After one time constant the capacitor reaches about $63\%$ of the supply voltage; after about $5\tau$ it is essentially fully charged.

    Tiếng Việt
    Nạp điện cho tụ điện (RC)

    Một mạch RC chứa điện trở và tụ điện. Khi nạp, điện áp tụ tăng và dòng điện giảm, cả hai đều theo hàm exponential, trong khoảng thời gian đặc trưng $\tau=RC$. Các giới hạn quan trọng: ngay tại thời điểm đầu, tụ chưa nạp đóng vai như dây dẫn thường (dòng tối đa); sau một thời gian dài, tụ đã nạp đầy và chặn dòng (đóng vai như断路).

    Điện tích trên tụ điện suy giảm theo hàm exponential khi xả
    Điện tích trên tụ điện suy giảm theo hàm exponential khi xả

    Ví dụ có lời giải. Đối với $R=10\ \text{k}\Omega$ và $C=100\ \mu\text{F}$, hằng số thời gian là $\tau=RC=(10\times10^{3})(100\times10^{-6})=1.0\ \text{s}$. Sau một hằng số thời gian, tụ đạt khoảng $63\%$ điện áp nguồn; sau khoảng $5\tau$ nó cơ bản đã nạp đầy.

    11.8

    Exam tips · ⁨Mẹo làm bài thi⁩

    English
    • In series the current is the same throughout; in parallel the voltage is the same across each branch — never mix these up.
    • Combine resistors: series add; parallel $1/R_{\text{eq}}=\sum 1/R_i$ (the total is less than the smallest).
    • Apply Kirchhoff's rules: junction (current in = current out, charge conserved) and loop (voltages sum to zero, energy conserved).
    • Pick the power form that fits your knowns: $P=IV=I^2R=V^2/R$.
    • An ammeter goes in series (ideal: zero resistance); a voltmeter goes in parallel (ideal: infinite resistance). A real meter slightly disturbs the circuit it measures.
    • A bulb is brighter when it dissipates more power – in series the biggest resistance ($I^2R$) glows brightest; in parallel the smallest ($V^2/R$) does.
    • In an RC circuit the capacitor acts like a plain wire the instant it starts charging and like a break once fully charged.
    Tiếng Việt
    • Trong nối tiếp dòng điện giống nhau ở mọi nơi; trong nối song song điện áp giống nhau trên mỗi nhánh — đừng bao giờ nhầm lẫn.
    • Gộp điện trở: nối tiếp cộng; nối song song $1/R_{\text{eq}}=\sum 1/R_i$ (tổng nhỏ hơn cái nhỏ nhất).
    • Áp dụng quy tắc Kirchhoff: nhánh (dòng vào = dòng ra, bảo toàn điện tích) và vòng (tổng điện áp bằng zero, bảo toàn năng lượng).
    • Chọn dạng công suất phù hợp với dữ liệu bạn có: $P=IV=I^2R=V^2/R$.
    • Một amometer mắc nối tiếp (lý tưởng: điện trở bằng không); một voltmeter mắc nối song song (lý tưởng: điện trở vô hạn). Đồng hồ thực gây nhiễu nhẹ cho mạch đang đo.
    • Một bóng đèn sáng hơn khi nó tiêu thụ nhiều công suất hơn – mắc nối tiếp, điện trở lớn nhất ($I^2R$) sáng nhất; mắc song song, điện trở nhỏ nhất ($V^2/R$) sáng nhất.
    • Trong một mạch RC, tụ đóng vai như dây dẫn thường ngay khi bắt đầu nạp và như断路 khi đã nạp đầy.
  • 12

    Magnetism and Electromagnetism · ⁨Từ tính và điện từ⁩

    Watch lesson · ⁨Xem bài học⁩
    12.1

    Magnetic Fields · ⁨Từ Trường⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    Learning ObjectiveEssential Knowledge

    12.1.A
    Describe the properties of a magnetic field.

    • 12.1.A.1 A magnetic field is a vector field that can be used to determine the magnetic force exerted on moving electric charges, electric currents, or magnetic materials.
      • 12.1.A.1.i Magnetic fields can be produced by magnetic dipoles or combinations of dipoles, but never by monopoles.
      • 12.1.A.1.ii Magnetic dipoles have north and south polarity.
    • 12.1.A.2 A magnetic field is a vector quantity and can be represented using vector field maps.
      • 12.1.A.2.i Magnetic field lines form closed loops.
      • 12.1.A.2.ii Magnetic fields in a bar magnet form closed loops, with the external magnetic field pointing away from one end (defined as the north pole) and returning to the other end (defined as the south pole).

    12.1.B
    Describe the magnetic behavior of a material as a result of the configuration of magnetic dipoles in the material.

    • 12.1.B.1 Magnetic dipoles result from the circular or rotational motion of electric charges. In magnetic materials, this can be the motion of electrons.
      • 12.1.B.1.i Permanent magnetism and induced magnetism are system properties that both result from the alignment of magnetic dipoles within a system.
      • 12.1.B.1.ii No magnetic north pole is ever found in isolation from a south pole. For example, if a bar magnet is broken in half, both halves are magnetic dipoles.
      • 12.1.B.1.iii Magnetic poles of the same polarity will repel; magnetic poles of opposite polarity will attract.
      • 12.1.B.1.iv The magnitude of the magnetic field from a magnetic dipole decreases with increasing distance from the dipole.
    • 12.1.B.2 A magnetic dipole, such as a magnetic compass, placed in a magnetic field will tend to align with the magnetic field.
    • 12.1.B.3 A material's composition influences its magnetic behavior in the presence of an external magnetic field.
      • 12.1.B.3.i Ferromagnetic materials such as iron, nickel, and cobalt can be permanently magnetized by an external field that causes the alignment of magnetic domains or atomic magnetic dipoles.
      • 12.1.B.3.ii Paramagnetic materials such as aluminum, titanium, and magnesium interact weakly with an external magnetic field, in that the magnetic dipoles of the material do not remain aligned after the external field is removed.
      • 12.1.B.3.iii All materials have the property of diamagnetism, in that their electronic structure creates a usually weak alignment of the dipole moments of the material opposite the external magnetic field.
    • 12.1.B4 Earth's magnetic field may be approximated as a magnetic dipole.

    12.1.C
    Describe the magnetic permeability of a material.

    • 12.1.C.1 Magnetic permeability is a measurement of the amount of magnetization in a material in response to an external magnetic field.
    • 12.1.C.2 Free space has a constant value of magnetic permeability, known as the vacuum permeability $\mu_0$, that appears in equations representing physical relationships.
    • 12.1.C.3 The permeability of matter has values different from that of free space and arises from the matter's composition and arrangement. It is not a constant for a material and varies based on many factors, including temperature, orientation, and strength of the external field.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English
    The magnetic field around a current

    Different materials respond very differently to a magnetic field, and the course names three. Ferromagnetic 铁磁性 materials (iron, nickel, cobalt) have dipoles that align strongly and stay aligned, so they can be permanent magnets. Paramagnetic 顺磁性 materials (aluminium, titanium) align only weakly and do not stay aligned. Diamagnetic 抗磁性 materials - in fact all materials have some diamagnetism - align weakly opposite the field. This behaviour comes from a material property, the permeability 磁导率: free space has a fixed permeability of free space $\mu_0$, while the permeability of matter differs from it and is not even constant for a given material.

    A magnetic field 磁场 $\vec{B}$ surrounds magnets and moving charges. Field lines run from a magnet's north pole to its south pole outside the magnet, and denser lines mean a stronger field. Magnetic poles always come in pairs – cutting a magnet in half makes two smaller magnets, never an isolated pole.

    Tiếng Việt
    Từ trường xung quanh dòng điện
    Màn极光 ánh sáng màu xanh lá cây lấp lánh trên bầu trời đêm bao phủ cảnh quan tuyết trắng
    Cực quang: các hạt mang điện từ Mặt Trời bị từ trường Trái Đất điều hướng về phía cực, nơi chúng va chạm với khí quyển và khiến nó phát sáng

    Các vật liệu khác nhau phản ứng rất khác nhau với từ trường, và khóa học nêu ba loại. Sắt từ (sắt, niken, cobalt) có các dipole sắp xếp mạnh và giữ nguyên trạng thái sắp xếp, nên có thể thành nam châm vĩnh cửu. Thuận từ (nhôm, titanium) chỉ sắp xếp yếu và không giữ nguyên. Nghị từ - thực tế tất cả các vật liệu đều có một chút nghịch từ - sắp xếp yếu ngược chiều với từ trường. Hành vi này đến từ một thuộc tính vật liệu, là độ từ thẩm: chân không có độ từ thẩm cố định là độ từ thẩm chân không $\mu_0$, trong khi độ từ thẩm của vật chất khác biệt với nó và thậm chí không phải hằng số đối với một vật liệu cụ thể.

    Một từ trường $\vec{B}$ bao quanh nam châm và các điện tích chuyển động. Các đường sức từ chạy từ cực Bắc sang cực Nam bên ngoài nam châm, và các đường dày đặc hơn nghĩa là từ trường mạnh hơn. Các cực từ luôn xuất hiện thành cặp – cắt đôi một nam châm sẽ tạo ra hai nam châm nhỏ hơn, không bao giờ tạo ra một cực đơn lẻ.

    Các đường sức từ chạy từ cực Bắc sang cực Nam bên ngoài nam châm thanh, dày đặc hơn nơi từ trường mạnh hơn
    Các đường sức từ chạy từ N sang S bên ngoài nam châm thanh, gần nhau hơn ở nơi từ trường mạnh
    Sắt vụn tạo thành các đường cong xung quanh nam châm thanh
    Hạt sắt sắp xếp dọc theo từ trường, làm cho các đường sức từ vô hình của nam châm thanh trở nên hữu hình
    Explore · ⁨Khám phá⁩

    See a magnet's field lines · ⁨Quan sát các đường sức từ của nam châm⁩

    Magnetic field lines run from the north pole to the south pole outside the magnet. Where the lines crowd together the field is strongest. · ⁨Đường sức từ chạy từ cực bắc sang cực nam bên ngoài nam châm. Nơi các đường sức tập trung密集 thì trường mạnh nhất.⁩

    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    Ferromagnetic/ˌferəməɡˈnetɪk/ Sắt từ
    Paramagnetic/ˌpærəməɡˈnetɪk/ Từ tính
    Diamagnetic/ˌdaɪəməɡˈnetɪk/ Chống từ
    permeability/ˌpɜːməˈbɪlɪti/ độ từ thẩm
    magnetic field/mæɡˈnetɪk fiːld/ từ trường
    12.2

    Magnetism and Moving Charges · ⁨Từ Tính và Điện Tích Chuyển Động⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 12.2.A: Describe the magnetic field produced by moving charged objects.

    • 12.2.A.1 A single moving charged object produces a magnetic field.
      • 12.2.A.1.i The magnetic field at a particular point produced by a moving charged object depends on the object's velocity and the distance between the point and the object.
      • 12.2.A.1.ii At a point in space, the direction of the magnetic field produced by a moving charged object is perpendicular to both the velocity of the object and the position vector from the object to that point in space and can be determined using the right-hand rule.
      • 12.2.A.1.iii The magnitude of the magnetic field is a maximum when the velocity vector and the position vector from the object to that point in space are perpendicular.

    Learning Objective 12.2.B: Describe the force exerted on moving charged objects by a magnetic field.

    • 12.2.B.1 Magnetic forces describe interactions between moving charged objects.
    • 12.2.B.2 A magnetic field may exert a force on a charged object moving in that field.
      • 12.2.B.2.i The magnitude of the force exerted by a magnetic field on a moving charged object is proportional to the magnitude of the charge, the magnitude of the charged object's velocity, and the magnitude of the magnetic field and also depends on the angle between the velocity and magnetic field vectors.
        • Equation: $F_B = qvB\sin\theta$
      • 12.2.B.2.ii The direction of the force exerted by a magnetic field on a moving charged object is perpendicular to both the direction of the magnetic field and the velocity of the charge, as defined by the right-hand rule.
    • 12.2.B.3 In a region containing both a magnetic field and an electric field, a moving charged object will experience independent forces from each field.
    • 12.2.B.4 The Hall effect describes the potential difference created in a conductor by an external magnetic field that has a component perpendicular to the direction of charges moving in the conductor.

    Boundary statement: Quantitative treatment of the magnitude of the magnetic force exerted by a magnetic field on a moving charge is limited to angles of 0, 90, and 180 degrees between the velocity and the magnetic field. Qualitative analysis of other angles is permitted.

    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 12.2.A: Mô tả từ trường sinh ra bởi các vật mang điện chuyển động.

    • 12.2.A.1 Một vật mang điện đơn lẻ khi chuyển động sẽ sinh ra từ trường.
      • 12.2.A.1.i Từ trường tại một điểm cụ thể sinh ra bởi vật mang điện chuyển động phụ thuộc vào vận tốc của vật và khoảng cách giữa điểm đó và vật.
      • 12.2.A.1.ii Tại một điểm trong không gian, phương của từ trường sinh ra bởi vật mang điện chuyển động vuông góc với cả vận tốc của vật và vectơ vị trí từ vật đến điểm đó trong không gian; có thể xác định bằng quy tắc bàn tay phải.
      • 12.2.A.1.iii Độ lớn của từ trường đạt cực đại khi vectơ vận tốc và vectơ vị trí từ vật đến điểm đó trong không gian vuông góc với nhau.

    Mục tiêu học tập 12.2.B: Mô tả lực tác dụng lên các vật mang điện chuyển động bởi từ trường.

    • 12.2.B.1 Lực từ mô tả sự tương tác giữa các vật mang điện chuyển động.
    • 12.2.B.2 Từ trường có thể tác dụng lực lên một vật mang điện đang chuyển động trong trường đó.
      • 12.2.B.2.i Độ lớn của lực do từ trường tác dụng lên vật mang điện chuyển động tỷ lệ thuận với độ lớn của điện tích, độ lớn của vận tốc vật mang điện và độ lớn của từ trường, đồng thời phụ thuộc vào góc giữa vectơ vận tốc và vectơ từ trường.
        • Phương trình: $F_B = qvB\sin\theta$
      • 12.2.B.2.ii Phương của lực do từ trường tác dụng lên vật mang điện chuyển động vuông góc với cả phương của từ trường và vận tốc của điện tích, được xác định bởi quy tắc bàn tay phải.
    • 12.2.B.3 Trong vùng chứa cả từ trường và điện trường, một vật mang điện chuyển động sẽ chịu tác dụng của các lực độc lập từ mỗi trường.
    • 12.2.B.4 Hiệu ứng Hall mô tả hiệu điện thế sinh ra trong vật dẫn bởi từ trường ngoài có thành phần vuông góc với phương chuyển động của các điện tích trong vật dẫn.

    Tuyên bố biên: Việc xử lý định lượng độ lớn của lực từ do từ trường tác dụng lên điện tích chuyển động chỉ giới hạn ở các góc 0, 90 và 180 độ giữa vận tốc và từ trường. Phân tích định tính cho các góc khác được phép.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English
    A moving charge in a magnetic field

    A charge moving through a magnetic field feels a magnetic force 磁力:

    $$F=qvB\sin\theta,$$
    where $\theta$ is the angle between the velocity and the field. The force is perpendicular to both $\vec{v}$ and $\vec{B}$ (use the right-hand rule), so it changes direction but not speed – a charge moving perpendicular to a uniform field travels in a circle. A stationary charge, or one moving parallel to the field, feels no magnetic force.

    Worked example. A proton ($q=1.6\times10^{-19}\ \text{C}$, $m=1.67\times10^{-27}\ \text{kg}$) enters a $0.50\ \text{T}$ field at $2.0\times10^{5}\ \text{m/s}$, at right angles to the field. The magnetic force is

    $$F=qvB=1.6\times10^{-19}\times2.0\times10^{5}\times0.50=1.6\times10^{-14}\ \text{N}.$$
    This force is the centripetal force, so it bends the proton into a circle of radius
    $$r=\frac{mv}{qB}=\frac{1.67\times10^{-27}\times2.0\times10^{5}}{1.6\times10^{-19}\times0.50}=4.2\times10^{-3}\ \text{m}.$$
    Setting $qvB=\dfrac{mv^2}{r}$ and cancelling gives that neat $r=mv/(qB)$ – the principle behind mass spectrometers.

    Tiếng Việt
    Một điện tích chuyển động trong trường từ

    Một điện tích di chuyển trong từ trường sẽ chịu một lực từ:

    $$F=qvB\sin\theta,$$
    trong đó $\theta$ là góc giữa vận tốc và từ trường. Lực này vuông góc với cả $\vec{v}$ và $\vec{B}$ (áp dụng quy tắc bàn tay phải), do đó làm thay đổi hướng nhưng không làm thay đổi tốc độ – một điện tích di chuyển vuông góc với từ trường đều sẽ chuyển động theo hình tròn. Điện tích đứng yên hoặc di chuyển song song với từ trường sẽ không chịu lực từ.

    A charged particle moving across a magnetic field follows a circular path
    A charged particle moving across a magnetic field follows a circular path

    Ví dụ có lời giải. Một proton ($q=1.6\times10^{-19}\ \text{C}$, $m=1.67\times10^{-27}\ \text{kg}$) đi vào từ trường $0.50\ \text{T}$ với vận tốc $2.0\times10^{5}\ \text{m/s}$, vuông góc với từ trường. Lực từ tác dụng lên nó là

    $$F=qvB=1.6\times10^{-19}\times2.0\times10^{5}\times0.50=1.6\times10^{-14}\ \text{N}.$$
    Lực này chính là lực hướng tâm, khiến proton chuyển động theo hình tròn có bán kính
    $$r=\frac{mv}{qB}=\frac{1.67\times10^{-27}\times2.0\times10^{5}}{1.6\times10^{-19}\times0.50}=4.2\times10^{-3}\ \text{m}.$$
    Đặt $qvB=\dfrac{mv^2}{r}$ và triệt tiêu các đại lượng giống nhau, ta thu được công thức gọn gàng $r=mv/(qB)$ – nguyên lý cơ bản của máy phân tử khối.

    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    magnetic force/mæɡˈnetɪk fɔːs/ Lực từ
    12.3

    Magnetism and Current-Carrying Wires · ⁨Từ tính và Dây dẫn mang dòng điện⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 12.3.A: Describe the magnetic field produced by a current-carrying wire.

    • 12.3.A.1 A current-carrying wire produces a magnetic field.
      • 12.3.A.1.i The magnetic field vectors around a long, straight, current-carrying wire are tangent to concentric circles centered on that wire. The field has no component toward, away from, or parallel to the long, straight, current-carrying wire.
      • 12.3.A.1.ii At a point in space, the magnitude of the magnetic field due to a long, straight, current-carrying wire is proportional to the magnitude of the current in the wire and inversely proportional to the perpendicular distance from the central axis of the wire to the point.
        • Equation: $B = \dfrac{\mu_0}{2\pi}\dfrac{I}{r}$
      • 12.3.A.1.iii The direction of the magnetic field created by a current-carrying wire is determined with the right-hand rule.
      • 12.3.A.1.iv The direction of the magnetic field at the center of a current-carrying loop is directed along the axis of the loop and can be found using the right-hand rule.
      • 12.3.A.1.v The magnetic field at a location near two or more current-carrying wires can be determined using vector addition principles.

    Learning Objective 12.3.B: Describe the force exerted on a current-carrying wire by a magnetic field.

    • 12.3.B.1 A magnetic field may exert a force on a current-carrying wire.
      • 12.3.B.1.i The magnitude of the force exerted by a magnetic field on a current-carrying wire is proportional to the current, the length of the portion of the wire within the magnetic field, and the magnitude of the magnetic field, and also depends on the angle between the direction of the current in the wire and the direction of the magnetic field.
        • Equation: $F_B = I\ell B\sin\theta$
      • 12.3.B.1.ii The direction of the force exerted by the magnetic field on a current-carrying wire is determined by the right-hand rule.
    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 12.3.A: Mô tả từ trường sinh ra bởi dây dẫn mang điện.

    • 12.3.A.1 Dây dẫn mang điện sinh ra từ trường.
      • 12.3.A.1.i Các vectơ từ trường xung quanh một dây dẫn dài, thẳng mang điện tiếp xúc với các vòng tròn đồng tâm có tâm tại dây dẫn đó. Từ trường không có thành phần hướng về phía, ra xa hoặc song song với dây dẫn dài, thẳng mang điện.
      • 12.3.A.1.ii Tại một điểm trong không gian, độ lớn của từ trường do một dây dẫn dài, thẳng mang điện sinh ra tỷ lệ thuận với độ lớn của dòng điện trong dây và nghịch đảo với khoảng cách vuông góc từ trục trung tâm của dây đến điểm đó.
        • Phương trình: $B = \dfrac{\mu_0}{2\pi}\dfrac{I}{r}$
      • 12.3.A.1.iii Phương của từ trường tạo bởi dây dẫn mang điện được xác định bằng quy tắc bàn tay phải.
      • 12.3.A.1.iv Phương của từ trường tại tâm của vòng dây mang điện hướng dọc theo trục của vòng dây và có thể tìm thấy bằng quy tắc bàn tay phải.
      • 12.3.A.1.v Từ trường tại một vị trí gần hai hoặc nhiều dây dẫn mang điện có thể được xác định bằng nguyên cộng vectơ.

    Mục tiêu học tập 12.3.B: Mô tả lực tác dụng lên dây dẫn mang điện bởi từ trường.

    • 12.3.B.1 Từ trường có thể tác dụng lực lên dây dẫn mang điện.
      • 12.3.B.1.i Độ lớn của lực do từ trường tác dụng lên dây dẫn mang điện tỷ lệ thuận với cường độ dòng điện, chiều dài đoạn dây nằm trong từ trường và độ lớn của từ trường, đồng thời phụ thuộc vào góc giữa phương dòng điện trong dây và phương của từ trường.
        • Phương trình: $F_B = I\ell B\sin\theta$
      • 12.3.B.1.ii Phương của lực do từ trường tác dụng lên dây dẫn mang điện được xác định bằng quy tắc bàn tay phải.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English

    Because a current is moving charge, a magnetic field pushes on a current-carrying wire:

    $$F=BIL\sin\theta.$$
    A current also creates its own magnetic field: circular field lines wrap around a straight wire (right-hand rule), and a coil (solenoid) makes a field like a bar magnet. This is how electromagnets and motors work.

    Worked example. A $0.30\ \text{m}$ length of wire carries $4.0\ \text{A}$ at right angles to a $0.20\ \text{T}$ field. The force on it is $F=BIL=0.20\times4.0\times0.30=0.24\ \text{N}$ – the push that turns a motor's coil.

    Tiếng Việt

    Vì dòng điện là sự di chuyển của các điện tích, từ trường sẽ tác dụng lực lên một dây dẫn mang dòng điện:

    $$F=BIL\sin\theta.$$
    Dòng điện cũng tạo ra từ trường riêng của nó: các đường sức từ dạng vòng tròn bao quanh dây dẫn thẳng (quy tắc bàn tay phải), và cuộn dây (cuộn cảm) tạo ra từ trường giống như nam châm thanh. Đây là nguyên lý hoạt động của nam châm điện và động cơ điện.

    Các đường sức từ hình tròn đồng tâm bao quanh một dây dẫn thẳng mang dòng điện
    Concentric circular field lines surround a straight current-carrying wire

    Ví dụ minh họa. Một đoạn dây dài $0.30\ \text{m}$ mang dòng điện $4.0\ \text{A}$ vuông góc với từ trường $0.20\ \text{T}$. Lực tác dụng lên nó là $F=BIL=0.20\times4.0\times0.30=0.24\ \text{N}$ – lực đẩy làm quay cuộn dây của động cơ điện.

    A current-carrying coil (solenoid) makes a magnetic field shaped just like a bar magnet's
    A current-carrying coil (solenoid) makes a magnetic field shaped just like a bar magnet's
    Explore · ⁨Khám phá⁩

    Find the force on a current in a field · ⁨Tìm lực tác dụng lên dòng điện trong từ trường⁩

    A current in a magnetic field feels a force $F = BIL$, at right angles to both. Use the left-hand rule; reverse the current or field and the force flips. · ⁨Dòng điện trong từ trường chịu một lực $F = BIL$, vuông góc với cả hai. Dùng quy tắc bàn tay trái; đảo chiều dòng điện hoặc từ trường thì lực cũng đảo chiều.⁩

    12.4

    Electromagnetic Induction and Faraday's Law · ⁨Cảm ứng điện từ và Định luật Faraday⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 12.4.A: Describe the induced electric potential difference resulting from a change in magnetic flux.

    • 12.4.A.1 Magnetic flux is a description of the amount of the component of a magnetic field that is perpendicular to a cross-sectional area.
    • 12.4.A.2 Magnetic flux through a surface is proportional to the magnitude of the component of the magnetic field perpendicular to the surface and to the cross-sectional area of the surface.
      • Equation: $\Phi_B = BA\cos\theta$
      • 12.4.A.2.i The area vector is defined to be perpendicular to the plane of the surface and directed outward from a closed surface.
      • 12.4.A.2.ii The sign of the magnetic flux indicates whether the magnetic field is parallel to or antiparallel to the area vector.
    • 12.4.A.3 Faraday’s law describes the relationship between changing magnetic flux and the resulting induced emf in a system.
      • Equation: $|\mathcal{E}| = \left|\dfrac{\Delta\Phi_B}{\Delta t}\right|$
    • 12.4.A.4 Lenz’s law is used to determine the direction of an induced emf resulting from a changing magnetic flux.
      • Equation: $\mathcal{E} = -\dfrac{\Delta\Phi_B}{\Delta t} = -\dfrac{\Delta(BA\cos\theta)}{\Delta t}$
      • 12.4.A.4.i An induced emf generates a current that creates a magnetic field that opposes the change in magnetic flux.
      • 12.4.A.4.ii The right-hand rule is used to determine the relationships between current, emf, and magnetic flux.
    • 12.4.A.5 A common example of electromagnetic induction is a conducting rod on conducting rails in a region with a uniform magnetic field.
      • Derived equation: $\mathcal{E} = B\ell v$
    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 12.4.A: Mô tả hiệu điện thế cảm ứng sinh ra từ sự biến thiên của từ thông.

    • 12.4.A.1 Từ thông là đại lượng mô tả độ lớn của thành phần từ trường vuông góc với diện tích mặt cắt ngang.
    • 12.4.A.2 Từ thông qua một bề mặt tỷ lệ thuận với độ lớn của thành phần từ trường vuông góc với bề mặt và với diện tích mặt cắt ngang của bề mặt đó.
      • Phương trình: $\Phi_B = BA\cos\theta$
      • 12.4.A.2.i Vectơ diện tích được xác định là vuông góc với mặt phẳng của bề mặt và hướng ra bên ngoài đối với bề mặt kín.
      • 12.4.A.2.ii Dấu của từ thông chỉ ra từ trường song song hay ngược hướng với vectơ diện tích.
    • 12.4.A.3 Định luật Faraday mô tả mối quan hệ giữa sự biến thiên của từ thông và suất điện động cảm ứng sinh ra trong hệ thống.
      • Phương trình: $|\mathcal{E}| = \left|\dfrac{\Delta\Phi_B}{\Delta t}\right|$
    • 12.4.A.4 Định luật Lenz được sử dụng để xác định phương của suất điện động cảm ứng sinh ra từ sự biến thiên của từ thông.
      • Phương trình: $\mathcal{E} = -\dfrac{\Delta\Phi_B}{\Delta t} = -\dfrac{\Delta(BA\cos\theta)}{\Delta t}$
      • 12.4.A.4.i Suất điện động cảm ứng sinh ra dòng điện tạo ra từ trường chống lại sự biến thiên của từ thông.
      • 12.4.A.4.ii Quy tắc bàn tay phải được sử dụng để xác định các mối quan hệ giữa dòng điện, suất điện động và từ thông.
    • 12.4.A.5 Một ví dụ điển hình của cảm ứng điện từ là một thanh dẫn điện đặt trên các ray dẫn điện trong vùng có từ trường đều.
      • Phương trình suy ra: $\mathcal{E} = B\ell v$

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English
    Electromagnetic induction

    A changing magnetic field through a loop drives a current – electromagnetic induction 电磁感应. The magnetic flux 磁通量 $\Phi=BA\cos\theta$ measures how much field passes through the loop. Faraday's law 法拉第定律 gives the induced emf:

    $$\varepsilon=-\frac{\Delta\Phi}{\Delta t}.$$
    The flux changes if the field, the area, or the loop's orientation changes. Lenz's law 楞次定律 (the minus sign) says the induced current flows so as to oppose the change that caused it – the basis of generators.

    Worked example. The magnetic flux through a single loop drops from $0.020\ \text{Wb}$ to $0.008\ \text{Wb}$ in $0.030\ \text{s}$. The average induced emf is

    $$\varepsilon=\left|\frac{\Delta\Phi}{\Delta t}\right|=\frac{0.020-0.008}{0.030}=0.40\ \text{V}.$$
    A coil of $N$ turns would give $N$ times this – which is why generators and transformers use many-turn coils.

    Tiếng Việt
    Cảm ứng điện từ

    Một từ trường biến thiên xuyên qua vòng dây sẽ sinh ra dòng điện – cảm ứng điện từ. Từ thông $\Phi=BA\cos\theta$ đo lường lượng từ trường đi qua vòng dây. Định luật Faraday cho biết suất điện động cảm ứng:

    $$\varepsilon=-\frac{\Delta\Phi}{\Delta t}.$$
    Từ thông sẽ thay đổi nếu từ trường, diện tích hoặc hướng của vòng dây thay đổi. Định luật Lenz (dấu âm) phát biểu rằng dòng điện cảm ứng chạy sao cho chống lại sự thay đổi đã gây ra nó – đây là cơ sở của máy phát điện.

    Moving a magnet into a coil induces an e.m.f. that drives a current
    Moving a magnet into a coil induces an e.m.f. that drives a current

    Ví dụ minh họa. Từ thông qua một vòng dẫn kín giảm từ $0.020\ \text{Wb}$ xuống $0.008\ \text{Wb}$ trong khoảng thời gian $0.030\ \text{s}$. Suất điện động cảm ứng trung bình là

    $$\varepsilon=\left|\frac{\Delta\Phi}{\Delta t}\right|=\frac{0.020-0.008}{0.030}=0.40\ \text{V}.$$
    Một cuộn dây có $N$ vòng dây sẽ tạo ra suất điện động gấp $N$ lần – đó là lý do các máy phát điện và máy biến áp sử dụng cuộn dây nhiều vòng.

    A substation transformer: changing magnetic flux in coils induces the voltages that power the grid
    A substation transformer: changing magnetic flux in coils induces the voltages that power the grid
    Explore · ⁨Khám phá⁩

    Induce a voltage by moving a magnet · ⁨Cảm ứng điện áp bằng cách di chuyển nam châm⁩

    Faraday's law: a changing magnetic flux through a coil induces a voltage. Move the magnet faster and the induced EMF grows; Lenz's law sets its direction to oppose the change. · ⁨Định luật Faraday: từ thông thay đổi qua cuộn dây cảm ứng ra điện áp. Di chuyển nam châm nhanh hơn thì suất điện động cảm ứng tăng; Định luật Lenz xác định chiều của nó oppose sự thay đổi.⁩

    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    electromagnetic induction/ɪˌlektrəʊməɡˈnetɪk ɪnˈdʌkʃn/ cảm ứng điện từ
    magnetic flux/mæɡˈnetɪk flʌks/ từ thông
    Faraday's law/ˈfærədeɪz lɔː/ Định luật Faraday
    Lenz's law/ˈlentsɪz lɔː/ Định luật Lenz
    12.4

    Exam tips · ⁨Mẹo làm bài thi⁩

    English
    • The magnetic force $F=qvB\sin\theta$ is perpendicular to the velocity, so it changes direction (a circle) but not speed; a stationary charge or one moving along the field feels no force.
    • Use $F=BIL$ for the force on a current-carrying wire (the motor effect).
    • A current creates a magnetic field (circles around a wire; a solenoid acts like a bar magnet).
    • Induction needs a changing flux $\Phi=BA$ — a stationary magnet in a coil induces nothing.
    • Faraday: $\varepsilon=\Delta\Phi/\Delta t$ (times $N$ turns); Lenz: the induced current opposes the change (energy conservation).
    Tiếng Việt
    • Lực từ $F=qvB\sin\theta$ vuông góc với vận tốc, nên làm thay đổi hướng (thành hình tròn) mà không làm thay đổi tốc độ; điện tích đứng yên hoặc di chuyển dọc theo từ trường sẽ không chịu lực nào.
    • Sử dụng $F=BIL$ để tính lực tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện (hiệu ứng động cơ).
    • Dòng điện tạo ra từ trường (vòng tròn quanh dây; cuộn cảm đóng vai trò như nam châm thanh).
    • Cảm ứng yêu cầu từ thông biến thiên $\Phi=BA$ — nam châm đứng yên trong cuộn dây sẽ không sinh ra dòng điện.
    • Faraday: $\varepsilon=\Delta\Phi/\Delta t$ (nhân với $N$ vòng); Lenz: dòng điện cảm ứng chống lại sự thay đổi (bảo toàn năng lượng).
  • 13

    Geometric Optics · ⁨Quang học hình học⁩

    Watch lesson · ⁨Xem bài học⁩
    13.1

    Reflection · ⁨Suy ngẫm⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 13.1.A: Describe light as a ray.

    • 13.1.A.1 A light ray is a straight line that is perpendicular to the wavefront of a light wave and points in the direction of travel of the wave.
      • 13.1.A.1.i Light rays can be used to determine the behavior of light in geometric optics, where the wave nature of light can be neglected.
      • 13.1.A.1.ii Rays are not sufficient to understand the spreading of light. In interference and diffraction, the wave nature of the light is important.
      • 13.1.A.1.iii A laser is a common source of a single coherent, monochromatic beam of light that can be modeled as a ray. The wave nature of lasers will be considered in Unit 14.
    • 13.1.A.2 Ray diagrams depict the path of light before and after an interaction with matter.

    Learning Objective 13.1.B: Describe the reflection of light from a surface.

    • 13.1.B.1 Light that is incident on a surface can be reflected.
    • 13.1.B.2 The law of reflection states that the angle between the incident ray and the normal (the line perpendicular to the surface) is equal to the angle between the reflected ray and the normal.
      • Equation: $\theta_i = \theta_r$
    • 13.1.B.3 Diffuse reflection is the reflection of light from a rough surface and results in light reflected in many different directions, because the line normal to the surface varies over the area over which the light is incident.
    • 13.1.B.4 Specular reflection is the reflection of light from a smooth surface and results in light uniformly reflected from the surface, because the line normal to the surface has an approximately constant direction over the area the light strikes.
    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 13.1.A: Mô tả ánh sáng dưới dạng tia sáng.

    • 13.1.A.1 Tia sáng là một đường thẳng vuông góc với mặt sóng của sóng ánh sáng và chỉ theo hướng truyền của sóng.
      • 13.1.A.1.i Tia sáng có thể được sử dụng để xác định hành vi của ánh sáng trong quang học hình học, nơi tính chất sóng của ánh sáng có thể bị bỏ qua.
      • 13.1.A.1.ii Các tia sáng không đủ để giải thích sự lan tỏa của ánh sáng. Trong hiện tượng giao thoa và nhiễu xạ, tính chất sóng của ánh sáng đóng vai trò quan trọng.
      • 13.1.A.1.iii Laser là nguồn phát tia sáng đơn sắc, đồng pha phổ biến, có thể được mô hình hóa như một tia sáng. Tính chất sóng của laser sẽ được xem xét trong Chương 14.
    • 13.1.A.2 Sơ đồ tia biểu diễn đường đi của ánh sáng trước và sau khi tương tác với vật chất.

    Mục tiêu học tập 13.1.B: Mô tả sự phản xạ của ánh sáng từ một bề mặt.

    • 13.1.B.1 Ánh sáng tới trên một bề mặt có thể bị phản xạ.
    • 13.1.B.2 Định luật phản xạ phát biểu rằng góc hợp bởi tia tới và pháp tuyến (đường thẳng vuông góc với bề mặt) bằng với góc hợp bởi tia phản xạ và pháp tuyến.
      • Phương trình: $\theta_i = \theta_r$
    • 13.1.B.3 Phản xạ khuếch tán là sự phản xạ ánh sáng từ bề mặt nhám, dẫn đến ánh sáng phản xạ lan tỏa theo nhiều hướng khác nhau, do pháp tuyến của bề mặt thay đổi trên diện tích mà ánh sáng tới chiếu vào.
    • 13.1.B.4 Phản xạ gương là sự phản xạ ánh sáng từ bề mặt nhẵn, dẫn đến ánh sáng phản xạ đều trên bề mặt, do pháp tuyến của bề mặt có hướng xấp xỉ không đổi trên diện tích mà ánh sáng tới chiếu vào.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English

    Geometric optics 几何光学 treats light as straight-line rays. The law of reflection 反射定律: when light bounces off a surface, the angle of incidence 入射角 equals the angle of reflection 反射角, both measured from the normal (the line perpendicular to the surface). Smooth surfaces reflect a clear image; rough surfaces scatter the rays.

    Tiếng Việt

    Quang học hình học coi ánh sáng là những tia truyền thẳng. Định luật phản xạ: khi ánh sáng bật khỏi bề mặt, góc tới bằng góc phản xạ, cả hai đều được đo từ pháp tuyến (đường thẳng vuông góc với bề mặt). Bề mặt nhẵn phản xạ rõ nét hình ảnh; bề mặt thô xù tán xạ các tia sáng.

    The law of reflection: the angle of incidence equals the angle of reflection
    The law of reflection: the angle of incidence equals the angle of reflection
    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    Geometric optics/ˌdʒiːəʊˈmetrɪk ˈɒptɪks/ Quang học hình học
    law of reflection/lɔː ɒv rɪˈflekʃn/ định luật phản xạ
    angle of incidence/ˈæŋɡl ɒv ˈɪnsɪdəns/ góc tới
    angle of reflection/ˈæŋɡl ɒv rɪˈflekʃn/ góc phản xạ
    concave mirror/kɒnˈkeɪv ˈmɪrə/ Gương cầu lõm
    real image/rɪəl ˈɪmɪdʒ/ ảnh thật
    convex mirror/kɒnˈveks ˈmɪrə/ Gương cầu lồi
    virtual image/ˈvɜːtʃuːəl ˈɪmɪdʒ/ ảnh ảo
    Watch lesson · ⁨Xem bài học⁩
    13.2

    Images Formed by Mirrors · ⁨Ảnh tạo bởi Gương⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 13.2.A: Describe the image formed by a mirror.

    • 13.2.A.1 Incident light rays parallel to the principal axis of a concave (converging) mirror will be reflected toward a common location, called the focal point.
    • 13.2.A.2 Incident light rays parallel to the principal axis of a convex (diverging) mirror will be reflected such that they appear to have originated from a common location behind the mirror, called the focal point.
    • 13.2.A.3 The focal point of a plane mirror is an infinite distance from the mirror.
    • 13.2.A.4 The focal point of a spherical mirror may be approximated as a point located on the principal axis of the mirror halfway between the surface of the mirror and the center of the mirror's radius of curvature.
    • 13.2.A.5 A real image is formed by a mirror when light rays emanating from a common point are reflected and then intersect at a common point.
    • 13.2.A.6 A virtual image is formed by a mirror when reflected light rays diverge such that they appear to have originated from a common point.
    • 13.2.A.7 The location of an image depends on the focal length of the mirror and the distance between the object and the surface of the mirror.
      • Equation: $\dfrac{1}{s_i} + \dfrac{1}{s_o} = \dfrac{1}{f}$
      • 13.2.A.7.i The locations of a mirror's focal point, an object near the mirror, and the image of the object formed by the mirror follow sign conventions that are used to determine those locations relative to the mirror itself.
      • 13.2.A.7.ii The distance between the image formed and a plane mirror is equal to the distance between the object and the plane mirror.
    • 13.2.A.8 The magnification of an image formed by a mirror is the ratio of the size of the image produced to the size of the object itself and depends on the locations of the object and image relative to the mirror.
      • Equation: $|M| = \left| \dfrac{h_i}{h_o} \right| = \left| \dfrac{s_i}{s_o} \right|$
    • 13.2.A.9 Ray diagrams can be used to determine the location, type, size, and orientation of images formed by mirrors.
      • 13.2.A.9.i The three principal rays are typically used to find the images formed by mirrors. The principal rays are 1) the ray parallel to the principal axis, 2) the ray that reflects at the center of the mirror where the principal axis intersects the mirror, and 3) the ray that passes through the focal point of the mirror.
      • 13.2.A.9.ii Images formed by a mirror can be upright or inverted, virtual or real, and reduced, enlarged, or the same size as the object.

    Boundary statement: AP Physics 2 limits the study of mirrors to plane mirrors, convex spherical mirrors, and concave spherical mirrors.

    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 13.2.A: Mô tả ảnh tạo bởi một gương.

    • 13.2.A.1 Các tia sáng tới song song với trục chính của gương cầu lõm (hội tụ) sẽ bị phản xạ về một điểm chung, gọi là tiêu điểm.
    • 13.2.A.2 Các tia sáng tới song song với trục chính của gương cầu lồi (phân kỳ) sẽ bị phản xạ sao cho chúng dường như xuất phát từ một điểm chung phía sau gương, gọi là tiêu điểm.
    • 13.2.A.3 Tiêu điểm của gương phẳng nằm ở vô cực so với gương.
    • 13.2.A.4 Tiêu điểm của gương cầu có thể được xấp xỉ là một điểm nằm trên trục chính của gương, cách đều bề mặt gương và tâm bán kính cong của gương.
    • 13.2.A.5 Ảnh thật được tạo ra bởi gương khi các tia sáng phát ra từ một điểm chung bị phản xạ và sau đó cắt nhau tại một điểm chung.
    • 13.2.A.6 Ảnh ảo được tạo ra bởi gương khi các tia sáng phản xạ phân kỳ sao cho chúng dường như xuất phát từ một điểm chung.
    • 13.2.A.7 Vị trí của ảnh phụ thuộc vào tiêu cự của gương và khoảng cách giữa vật và bề mặt gương.
      • Phương trình: $\dfrac{1}{s_i} + \dfrac{1}{s_o} = \dfrac{1}{f}$
      • 13.2.A.7.i Vị trí của tiêu điểm gương, vật gần gương, và ảnh của vật do gương tạo ra tuân theo các quy ước dấu được sử dụng để xác định vị trí của chúng so với chính gương.
      • 13.2.A.7.ii Khoảng cách từ ảnh tạo ra đến gương phẳng bằng với khoảng cách từ vật đến gương phẳng.
    • 13.2.A.8 Độ phóng đại của ảnh do gương tạo ra là tỷ số giữa kích thước ảnh tạo thành và kích thước thực tế của vật, phụ thuộc vào vị trí của vật và ảnh so với gương.
      • Phương trình: $|M| = \left| \dfrac{h_i}{h_o} \right| = \left| \dfrac{s_i}{s_o} \right|$
    • 13.2.A.9 Sơ đồ tia có thể được sử dụng để xác định vị trí, loại, kích thước và chiều của ảnh tạo bởi gương.
      • 13.2.A.9.i Ba tia chính thường được dùng để tìm ảnh tạo bởi gương. Các tia chính gồm: 1) tia song song với trục chính, 2) tia phản xạ tại tâm gương nơi trục chính cắt gương, và 3) tia đi qua tiêu điểm của gương.
      • 13.2.A.9.ii Ảnh tạo bởi gương có thể đứng, ngược, ảo, thật, thu nhỏ, phóng to hoặc cùng kích thước với vật.

    Tuyên bố giới hạn: AP Physics 2 giới hạn việc nghiên cứu gương đối với gương phẳng, gương cầu lồi và gương cầu lõm.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English

    A curved mirror focuses parallel rays at its focal point, a distance $f$ from the mirror. The mirror equation relates object and image distances:

    $$\frac{1}{d_o}+\frac{1}{d_i}=\frac{1}{f},\qquad m=-\frac{d_i}{d_o}.$$
    A concave mirror 凹面镜 (converging) can form a real image 实像 (rays actually meet, projectable, inverted); a convex mirror 凸面镜 always forms a virtual image 虚像 (rays only appear to meet, upright, reduced). The magnification $m$ gives the image's size and orientation. Sign convention matters: a negative image distance means a virtual image behind the mirror or lens.

    Tiếng Việt

    Gương cong hội tụ các tia song song tại tiêu điểm, nằm ở khoảng cách $f$ từ gương. Phương trình gương liên hệ khoảng vật và khoảng ảnh:

    $$\frac{1}{d_o}+\frac{1}{d_i}=\frac{1}{f},\qquad m=-\frac{d_i}{d_o}.$$
    Gương lồi (hội tụ) có thể tạo ảnh thật (các tia thực sự giao nhau, có thể chiếu lên màn, ngược chiều); gương lõm luôn tạo ảnh ảo (các tia chỉ trông như giao nhau, cùng chiều, nhỏ hơn). Độ phóng đại $m$ cho biết kích thước và chiều của ảnh. Quy ước dấu rất quan trọng: khoảng ảnh âm nghĩa là ảnh ảo nằm sau gương hoặc thấu kính.

    Explore · ⁨Khám phá⁩

    Form an image with a curved mirror · ⁨Tạo ảnh bằng gương cầu⁩

    A concave mirror reflects rays through its focus. The object's distance relative to the focal length decides whether the image is real or virtual, enlarged or reduced. · ⁨Gương cầu lõm phản xạ các tia qua tiêu điểm. Khoảng cách của vật so với tiêu cự quyết định ảnh là thật hay ảo, phóng đại hay thu nhỏ.⁩

    Watch lesson · ⁨Xem bài học⁩
    13.3

    Refraction · ⁨Khúc xạ⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 13.3.A: Describe the refraction of light between two media.

    • 13.3.A.1 Refraction is the change in direction of a light ray as the ray passes from one medium into another.
    • 13.3.A.2 Refraction is a result of the speed of light changing when light enters a new medium.
    • 13.3.A.3 The index of refraction of a given medium is inversely proportional to the speed of light in the medium.
      • Equation: $n = \dfrac{c}{v}$
    • 13.3.A.4 Snell's law relates the angles of incidence and refraction of a light ray passing from one medium into another to the indices of refraction of the two media.
      • Equation: $n_1 \sin\theta_1 = n_2 \sin\theta_2$
      • 13.3.A.4.i When a light ray travels from a medium with a higher index of refraction into a medium with a lower index of refraction, the ray refracts away from the normal.
      • 13.3.A.4.ii When a light ray travels from a medium with a lower index of refraction into a medium with a higher index of refraction, the ray refracts toward the normal.
      • 13.3.A.4.iii When a light ray is incident along the normal to a surface, the transmitted ray is not refracted.
    • 13.3.A.5 Total internal reflection may occur when light passes from one medium into another medium with a lower index of refraction.
      • 13.3.A.5.i Total internal reflection of light occurs beyond a critical angle of incidence.
        • Derived equation: $\theta_{\text{critical}} = \sin^{-1}\left( \dfrac{n_2}{n_1} \right)$
      • 13.3.A.5.ii For incident rays at the critical angle, the ray refracts at 90 degrees and travels along the surface of the material.
      • 13.3.A.5.iii For incident rays beyond the critical angle, all light is reflected (no light is transmitted into the other medium).
    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 13.3.A: Mô tả sự khúc xạ của ánh sáng giữa hai môi trường.

    • 13.3.A.1 Khúc xạ là sự thay đổi hướng của tia sáng khi tia truyền từ môi trường này sang môi trường khác.
    • 13.3.A.2 Khúc xạ là kết quả của việc tốc độ ánh sáng thay đổi khi ánh sáng đi vào một môi trường mới.
    • 13.3.A.3 Chiết suất của một môi trường nhất định tỉ lệ nghịch với tốc độ ánh sáng trong môi trường đó.
      • Phương trình: $n = \dfrac{c}{v}$
    • 13.3.A.4 Định luật Snell liên hệ góc tới và góc khúc xạ của tia sáng truyền từ môi trường này sang môi trường khác với chiết suất của hai môi trường.
      • Phương trình: $n_1 \sin\theta_1 = n_2 \sin\theta_2$
      • 13.3.A.4.i Khi tia sáng truyền từ môi trường có chiết suất lớn hơn sang môi trường có chiết suất nhỏ hơn, tia sáng bị khúc xạ lệch khỏi pháp tuyến.
      • 13.3.A.4.ii Khi tia sáng truyền từ môi trường có chiết suất nhỏ hơn sang môi trường có chiết suất lớn hơn, tia sáng bị khúc xạ lại gần pháp tuyến hơn.
      • 13.3.A.4.iii Khi tia sáng tới dọc theo pháp tuyến của bề mặt, tia truyền qua không bị khúc xạ.
    • 13.3.A.5 Phản xạ toàn phần có thể xảy ra khi ánh sáng truyền từ môi trường này sang môi trường khác có chỉ số khúc xạ thấp hơn.
      • 13.3.A.5.i Phản xạ toàn phần của ánh sáng xảy ra khi góc tới vượt quá góc giới hạn.
        • Phương trình suy ra: $\theta_{\text{critical}} = \sin^{-1}\left( \dfrac{n_2}{n_1} \right)$
      • 13.3.A.5.ii Đối với tia tới tại góc giới hạn, tia khúc xạ có góc khúc xạ 90 độ và truyền dọc theo bề mặt vật liệu.
      • 13.3.A.5.iii Đối với tia tới vượt quá góc giới hạn, toàn bộ ánh sáng bị phản xạ (không có ánh sáng nào truyền vào môi trường kia).

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English

    Light bends when it passes between materials because its speed changes – refraction 折射. Each material has an index of refraction 折射率 $n=\dfrac{c}{v}$ (how much it slows light). Snell's law 斯涅尔定律:

    $$n_1\sin\theta_1=n_2\sin\theta_2.$$
    Light entering a denser medium (larger $n$) bends toward the normal. Beyond a critical angle, light going to a less-dense medium reflects entirely – total internal reflection 全反射, used in fibre optics.

    Worked example. A ray in air ($n_1=1.00$) strikes water ($n_2=1.33$) at $40^{\circ}$ to the normal. By Snell's law,

    $$\sin\theta_2=\frac{n_1}{n_2}\sin\theta_1=\frac{1.00}{1.33}\sin 40^{\circ}=0.483\;\Rightarrow\;\theta_2=29^{\circ}.$$
    The ray bends toward the normal, as expected going into the denser medium.

    Worked example (critical angle). For light trying to leave glass ($n=1.50$) for air, total internal reflection begins at the critical angle $\theta_c$ where the refracted ray grazes the surface:

    $$\sin\theta_c=\frac{1}{n}=\frac{1}{1.50}=0.667\;\Rightarrow\;\theta_c=42^{\circ}.$$
    Any ray hitting the inside surface more steeply than $42^{\circ}$ is trapped – the reason optical fibres carry light for kilometres.

    Tiếng Việt

    Ánh sáng bị bẻ cong khi truyền qua ranh giới giữa hai môi trường vì tốc độ của nó thay đổi – khúc xạ. Mỗi môi trường có một chỉ số khúc xạ $n=\dfrac{c}{v}$ (đo mức độ làm chậm ánh sáng). Định luật Snell:

    $$n_1\sin\theta_1=n_2\sin\theta_2.$$
    Ánh sáng đi vào môi trường chiết quang hơn (chỉ số $n$ lớn hơn) sẽ bị bẻ về phía pháp tuyến. Vượt quá góc tới hạn, ánh sáng truyền sang môi trường chiết quang kém sẽ phản xạ hoàn toàn – phản xạ toàn phần, ứng dụng trong cáp quang.

    Light refracts, bending towards the normal as it enters glass
    Light refracts, bending towards the normal as it enters glass

    Ví dụ minh họa. Một tia sáng trong không khí ($n_1=1.00$) chiếu vào nước ($n_2=1.33$) với góc tới $40^{\circ}$ so với pháp tuyến. Theo định luật Snell,

    $$\sin\theta_2=\frac{n_1}{n_2}\sin\theta_1=\frac{1.00}{1.33}\sin 40^{\circ}=0.483\;\Rightarrow\;\theta_2=29^{\circ}.$$
    Tia sáng bị bẻ về phía pháp tuyến, đúng như dự kiến khi đi vào môi trường chiết quang hơn.

    Ví dụ minh họa (góc tới hạn). Đối với ánh sáng cố gắng thoát ra khỏi thủy tinh ($n=1.50$) sang không khí, phản xạ toàn phần bắt đầu xảy ra ở góc tới hạn $\theta_c$ nơi tia khúc xạ chạy sát bề mặt:

    $$\sin\theta_c=\frac{1}{n}=\frac{1}{1.50}=0.667\;\Rightarrow\;\theta_c=42^{\circ}.$$
    Bất kỳ tia sáng nào chạm vào bề mặt bên trong với góc lớn hơn $42^{\circ}$ sẽ bị giam giữ – đó là lý do sợi quang có thể dẫn ánh sáng đi hàng kilomet.

    Ánh sáng trắng tách ra thành quang phổ qua lăng kính thủy tinh
    Khúc xạ làm bẻ mỗi màu với một góc độ khác nhau, nên lăng kính phân tán ánh sáng trắng thành cầu vồng
    Explore · ⁨Khám phá⁩

    Bend light as it enters glass · ⁨ khúc xạ ánh sáng khi vào thủy tinh⁩

    Light refracts (bends) when it changes speed between media, following Snell's law. The denser the medium, the more it bends toward the normal. · ⁨Ánh sáng khúc xạ (bị lệch) khi thay đổi tốc độ giữa các môi trường, tuân theo định luật Snell. Môi trường càng đặc thì ánh sáng càng lệch về phía pháp tuyến.⁩

    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    refraction/rɪˈfrækʃn/ khúc xạ
    index of refraction/ˈɪndeks ɒv rɪˈfrækʃn/ Chiết suất
    Snell's law/snelz lɔː/ Định luật Snell
    total internal reflection/ˈtəʊtl ɪnˈtɜːnl rɪˈflekʃn/ phản xạ toàn phần
    Watch lesson · ⁨Xem bài học⁩
    13.4

    Images Formed by Lenses · ⁨Ảnh tạo bởi Thấu kính⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 13.4.A: Describe the image formed by a lens.

    • 13.4.A.1 Incident light rays parallel to the principal axis of a thin convex (converging) lens will be refracted and converge toward a common location on the transmitted side of the lens, called the focal point.
    • 13.4.A.2 Incident light rays parallel to the principal axis of a thin concave (diverging) lens will be refracted and diverge as if they originated from a focal point on the incident side of the lens.
    • 13.4.A.3 A real image is formed by a lens when light rays originating from a common point are refracted such that they intersect at another common point.
    • 13.4.A.4 A virtual image is formed by a lens when refracted light rays diverge such that they appear to have originated from a common point.
    • 13.4.A.5 For a thin lens, the location of an image depends on the focal length of the lens and the distance between the object and the midline of the lens, as given by the thin-lens equation:
      • Equation: $\dfrac{1}{s_i} + \dfrac{1}{s_o} = \dfrac{1}{f}$
      • 13.4.A.5.i The locations of a lens's focal point, an object, and the image of the object formed by the lens follow sign conventions that are used to determine those locations relative to the lens itself.
      • 13.4.A.5.ii Lenses have a focal point on both sides of the lens that depends on the shape of the respective side of the lens.
    • 13.4.A.6 For a thin lens, the magnification of an image is the ratio of the size of the image produced to the size of the object itself and depends on the locations of the object and image relative to the lens.
      • Equation: $|M| = \left| \dfrac{h_i}{h_o} \right| = \left| \dfrac{s_i}{s_o} \right|$
    • 13.4.A.7 Ray diagrams can be used to determine the location, type, size, and orientation of images formed by lenses.
      • 13.4.A.7.i The three principal rays are typically used to find the images formed by lenses. The principal rays are 1) the ray parallel to the principal axis, 2) the ray that passes through the center of the lens where the principal axis intersects the lens, and 3) the ray that passes through the focal point of the lens.
      • 13.4.A.7.ii Images formed by a lens can be upright or inverted, virtual or real, and reduced, enlarged, or the same size as the object.
    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 13.4.A: Mô tả ảnh được tạo bởi một thấu kính.

    • 13.4.A.1 Các tia tới song song với trục chính của thấu kính hội tụ mỏng sẽ bị khúc xạ và hội tụ về một điểm chung ở phía truyền qua của thấu kính, gọi là tiêu điểm.
    • 13.4.A.2 Các tia tới song song với trục chính của thấu kính phân kỳ mỏng sẽ bị khúc xạ và phân kỳ như thể chúng xuất phát từ một tiêu điểm nằm ở phía tới của thấu kính.
    • 13.4.A.3 Ảnh thật được tạo bởi thấu kính khi các tia sáng xuất phát từ một điểm chung bị khúc xạ sao cho chúng cắt nhau tại một điểm chung khác.
    • 13.4.A.4 Ảnh ảo được tạo bởi thấu kính khi các tia khúc xạ phân kỳ sao cho chúng trông như thể xuất phát từ một điểm chung.
    • 13.4.A.5 Đối với thấu kính mỏng, vị trí của ảnh phụ thuộc vào tiêu cự của thấu kính và khoảng cách giữa vật và đường trung tâm của thấu kính, như được cho bởi phương trình thấu kính mỏng:
      • Phương trình: $\dfrac{1}{s_i} + \dfrac{1}{s_o} = \dfrac{1}{f}$
      • 13.4.A.5.i Vị trí của tiêu điểm thấu kính, vật và ảnh của vật do thấu kính tạo ra tuân theo quy ước dấu dùng để xác định các vị trí đó so với bản thân thấu kính.
      • 13.4.A.5.ii Thấu kính có tiêu điểm ở cả hai phía của thấu kính tùy thuộc vào hình dạng của từng mặt tương ứng của thấu kính.
    • 13.4.A.6 Đối với thấu kính mỏng, độ phóng đại của ảnh là tỷ lệ giữa kích thước ảnh tạo thành và kích thước thực tế của vật, phụ thuộc vào vị trí của vật và ảnh so với thấu kính.
      • Phương trình: $|M| = \left| \dfrac{h_i}{h_o} \right| = \left| \dfrac{s_i}{s_o} \right|$
    • 13.4.A.7 Sơ đồ tia có thể được sử dụng để xác định vị trí, loại, kích thước và hướng của các ảnh được tạo bởi thấu kính.
      • 13.4.A.7.i Ba tia chính thường được sử dụng để tìm ảnh tạo bởi thấu kính. Các tia chính gồm: 1) tia song song với trục chính, 2) tia đi qua tâm thấu kính nơi trục chính cắt thấu kính, và 3) tia đi qua tiêu điểm của thấu kính.
      • 13.4.A.7.ii Ảnh tạo bởi thấu kính có thể thẳng đứng hoặc ngược, ảo hoặc thật, và có thể nhỏ hơn, lớn hơn hoặc bằng kích thước vật.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English
    A converging lens forms a real image

    A lens bends light through refraction. The thin-lens equation has the same form as the mirror equation:

    $$\frac{1}{d_o}+\frac{1}{d_i}=\frac{1}{f},\qquad m=-\frac{d_i}{d_o}.$$
    A converging 会聚 (convex) lens can form a real, inverted image or, for a close object, a virtual, upright, enlarged image (a magnifying glass). A diverging 发散 (concave) lens always forms a virtual, upright, reduced image. Ray diagrams locate the image quickly using two easy rays: one parallel to the axis that bends to pass through the far focus, and one straight through the centre of the lens (undeviated).

    Worked example. An object sits $30\ \text{cm}$ from a converging lens of focal length $f=10\ \text{cm}$. Find the image. From the thin-lens equation,

    $$\frac{1}{d_i}=\frac{1}{f}-\frac{1}{d_o}=\frac{1}{10}-\frac{1}{30}=\frac{2}{30}\;\Rightarrow\;d_i=15\ \text{cm},$$
    and the magnification is $m=-d_i/d_o=-15/30=-0.5$. The image is real (positive $d_i$), inverted (negative $m$), and half the object's size – just what a camera lens does.

    Tiếng Việt
    Thấu hội tụ tạo ảnh thật

    Một thấu kính làm khúc xạ ánh sáng. Phương trình thấu kính mỏng có dạng tương tự như phương trình gương:

    $$\frac{1}{d_o}+\frac{1}{d_i}=\frac{1}{f},\qquad m=-\frac{d_i}{d_o}.$$
    Một thấu hội tụ (lồi) có thể tạo ảnh thật, ngược chiều hoặc, đối với vật gần, tạo ảnh ảo, cùng chiều, phóng to (kính lúp). Một thấu phân kỳ (củi) luôn tạo ảnh ảo, cùng chiều, thu nhỏ. Sơ đồ tia xác định vị trí ảnh nhanh chóng bằng hai tia đơn giản: một tia song song với trục chính bị khúc xạ đi qua tiêu điểm xa, và một tia đi thẳng qua tâm thấu kính (không bị lệch).

    Hai tia xác định vị trí ảnh: tia song song rồi đi qua tiêu điểm, và tia đi thẳng qua tâm
    Hai tia xác định vị trí ảnh: tia song song rồi đi qua tiêu điểm, và tia đi thẳng qua tâm
    Thấu hội tụ tập hợp các tia song song về tiêu điểm chính
    Thấu hội tụ tập hợp các tia song song về tiêu điểm chính

    Ví dụ giải. Một vật đặt $30\ \text{cm}$ từ một thấu kính hội tụ có tiêu cự $f=10\ \text{cm}$. Tìm ảnh. Từ phương trình thấu kính mỏng,

    $$\frac{1}{d_i}=\frac{1}{f}-\frac{1}{d_o}=\frac{1}{10}-\frac{1}{30}=\frac{2}{30}\;\Rightarrow\;d_i=15\ \text{cm},$$
    và độ phóng đại là $m=-d_i/d_o=-15/30=-0.5$. Ảnh là ảnh thật (dấu $d_i$ dương), ngược chiều (dấu $m$ âm) và có kích thước bằng một nửa vật – đúng như chức năng của ống kính máy ảnh.

    Kính lúp hiển thị ảnh ngược phía sau nó
    Thấu kính lồi tạo ảnh thật, ngược chiều của cảnh xa, đúng như sơ đồ tia dự đoán
    Explore · ⁨Khám phá⁩

    Form an image with a converging lens · ⁨Tạo ảnh bằng thấu kính hội tụ⁩

    A converging lens bends parallel rays to its focal point. Move the object and watch the image change from large and inverted to virtual and upright inside the focal length. · ⁨Thấu kính hội tụ bẻ các tia song song về tiêu điểm. Di chuyển vật và quan sát ảnh thay đổi từ lớn và ngược chiều sang ảo và cùng chiều khi nằm trong tiêu cự.⁩

    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    converging/kənˈvɜːdʒɪŋ/ Hội tụ
    diverging/daɪˈvɜːdʒɪŋ/ Phân kỳ
    Watch lesson · ⁨Xem bài học⁩
    13.4

    Exam tips · ⁨Mẹo làm bài thi⁩

    English
    • Measure all angles from the normal, not the surface.
    • Light entering a denser medium (larger $n$) bends toward the normal; use Snell's law $n_1\sin\theta_1=n_2\sin\theta_2$.
    • Total internal reflection happens only going into a less dense medium, beyond the critical angle ($\sin\theta_c=1/n$).
    • For mirrors and lenses use $\tfrac1{d_o}+\tfrac1{d_i}=\tfrac1f$ and $m=-d_i/d_o$: a positive $d_i$ is a real image, negative is virtual.
    • $n=c/v$, so a bigger index means a slower speed of light in the material.
    Tiếng Việt
    • Đo tất cả các góc từ pháp tuyến, không phải từ bề mặt.
    • Ánh sáng đi vào môi trường dày hơn ($n$ lớn hơn) bị khúc xạ về phía pháp tuyến; sử dụng định luật Snell $n_1\sin\theta_1=n_2\sin\theta_2$.
    • Phản xạ toàn phần chỉ xảy ra khi đi vào môi trường mỏng hơn, vượt quá góc tới hạn ($\sin\theta_c=1/n$).
    • Đối với gương và thấu kính dùng $\tfrac1{d_o}+\tfrac1{d_i}=\tfrac1f$ và $m=-d_i/d_o$: $d_i$ dương là ảnh thật, âm là ảnh ảo.
    • $n=c/v$, do đó chỉ số khúc xạ càng lớn thì tốc độ ánh sáng trong vật liệu càng chậm.
  • 14

    Waves, Sound, and Physical Optics · ⁨Sóng, âm thanh và quang học vật lý⁩

    Watch lesson · ⁨Xem bài học⁩
    14.1

    Properties of Wave Pulses and Waves · ⁨Tính chất Xung sóng và Sóng⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 14.1.A: Describe the physical properties of waves and wave pulses.

    • 14.1.A.1 Waves transfer energy between two locations without transferring matter between those locations.
      • 14.1.A.1.i A wave pulse is a single disturbance that transfers energy without transferring matter between two locations.
      • 14.1.A.1.ii A wave is modeled as a continuous, periodic disturbance with well-defined wavelength and frequency.
    • 14.1.A.2 Mechanical waves or wave pulses require a medium in which to propagate. Electromagnetic waves or wave pulses do not require a medium in which to propagate.
    • 14.1.A.3 The speed at which a wave or wave pulse propagates through a medium depends on the type of wave and the properties of the medium.
      • 14.1.A.3.i The speed of all electromagnetic waves in a vacuum is a universal physical constant, $c = 3.00 \times 10^{8}$ m/s.
      • 14.1.A.3.ii The speed at which a wave pulse or wave propagates along a string is dependent upon the tension in the string, $F_T$, and the mass per length of the string.
        • Equation: $v_{\text{string}} = \sqrt{\dfrac{F_T}{m/\ell}}$
      • 14.1.A.3.iii In a given medium, the speed of sound waves increases with the temperature of the medium.
    • 14.1.A.4 In a transverse wave, the direction of the disturbance is perpendicular to the direction of propagation of the wave.
    • 14.1.A.5 In a longitudinal wave, the direction of the disturbance is parallel to the direction of propagation of the wave.
      • 14.1.A.5.i Sound waves are modeled as mechanical longitudinal waves.
      • 14.1.A.5.ii The regions of high and low pressure in a sound wave are called compressions and rarefactions, respectively.
    • 14.1.A.6 Amplitude is the maximum displacement of a wave from its equilibrium position.
      • 14.1.A.6.i The amplitude of a longitudinal pressure wave may be determined by the maximum increase or decrease in pressure from equilibrium pressure.
      • 14.1.A.6.ii The loudness of a sound increases with increasing amplitude.
      • 14.1.A.6.iii The energy carried by a wave increases with increasing amplitude.
    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 14.1.A: Mô tả các tính chất vật lý của sóng và xung sóng.

    • 14.1.A.1 Sóng truyền năng lượng giữa hai vị trí mà không truyền vật chất giữa các vị trí đó.
      • 14.1.A.1.i Một xung sóng là một nhiễu động đơn lẻ truyền năng lượng mà không truyền vật chất giữa hai vị trí.
      • 14.1.A.1.ii Sóng được mô hình hóa là một nhiễu động liên tục, chu kỳ có bước sóng và tần số xác định rõ ràng.
    • 14.1.A.2 Sóng cơ hoặc xung sóng cần môi trường để lan truyền. Sóng điện từ hoặc xung sóng không cần môi trường để lan truyền.
    • 14.1.A.3 Tốc độ lan truyền của sóng hoặc xung sóng trong môi trường phụ thuộc vào loại sóng và tính chất của môi trường.
      • 14.1.A.3.i Tốc độ của tất cả các sóng điện từ trong chân không là hằng số vật lý phổ quát, $c = 3.00 \times 10^{8}$ m/s.
      • 14.1.A.3.ii Tốc độ lan truyền của một xung sóng hoặc sóng dọc theo dây phụ thuộc vào lực căng của dây, $F_T$, và khối lượng trên đơn vị chiều dài của dây.
        • Phương trình: $v_{\text{string}} = \sqrt{\dfrac{F_T}{m/\ell}}$
      • 14.1.A.3.iii Trong một môi trường nhất định, tốc độ của sóng âm tăng lên khi nhiệt độ của môi trường tăng.
    • 14.1.A.4 Trong sóng ngang, hướng của nhiễu động vuông góc với hướng lan truyền của sóng.
    • 14.1.A.5 Trong sóng dọc, hướng của nhiễu động song song với hướng lan truyền của sóng.
      • 14.1.A.5.i Sóng âm được mô hình hóa là sóng cơ dọc.
      • 14.1.A.5.ii Các vùng áp suất cao và thấp trong sóng âm được gọi lần lượt là nén và giãn.
    • 14.1.A.6 Biên độ là độ lệch cực đại của sóng so với vị trí cân bằng.
      • 14.1.A.6.i Biên độ của sóng áp suất dọc có thể được xác định bởi mức tăng hoặc giảm áp suất cực đại so với áp suất cân bằng.
      • 14.1.A.6.ii Độ to của âm thanh tăng lên khi biên độ tăng.
      • 14.1.A.6.iii Năng lượng mang theo bởi sóng tăng lên khi biên độ tăng.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English

    A wave 波 carries energy through a medium (or space) without carrying the matter along. A single disturbance is a pulse; a repeating one is a wave. Two types:

    • Transverse 横波: the medium moves perpendicular to the wave's travel (a wave on a rope, light).
    • Longitudinal 纵波: the medium moves along the direction of travel (sound).
    Tiếng Việt
    Giao thoa trong bể gợn sóng: đường truyền sóng cộng gộp theo hướng xây dựng và triệt tiêu
    Giao thoa trong bể gợn sóng: đường truyền sóng cộng gộp theo hướng xây dựng và triệt tiêu

    Một sóng mang năng lượng qua môi trường (hoặc không gian) mà không vận chuyển vật chất theo. Một sự nhiễu loạn đơn lẻ là một xung; sự lặp lại là sóng. Có hai loại:

    Sóng ngang: môi trường dao động vuông góc với phương truyền sóng
    Sóng ngang: môi trường dao động vuông góc với phương truyền sóng
    • Ngang: môi trường dao động vuông góc với phương truyền sóng (sóng trên dây thừng, ánh sáng).
    • Dọc: môi trường dao động dọc theo phương truyền sóng (âm thanh).
    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    wave/weɪv/ sóng
    Transverse/trænsˈvɜːs/ Sóng ngang
    14.2

    Periodic Waves · ⁨Sóng Chu kỳ⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 14.2.A: Describe the physical properties of a periodic wave.

    • 14.2.A.1 Periodic waves have regular repetitions that can be described using period and frequency.
      • 14.2.A.1.i The period is the time for one complete oscillation of the wave.
      • 14.2.A.1.ii The frequency is the rate at which the wave repeats.
        • Equation: $T = \dfrac{1}{f}$
      • 14.2.A.1.iii The amplitude of a wave is independent of the period and the frequency of that wave.
      • 14.2.A.1.iv The energy of a wave increases with increasing frequency.
      • 14.2.A.1.v The frequency of a sound wave is related to its pitch.
      • 14.2.A.1.vi Wavelength is the distance between successive corresponding positions (such as peaks or troughs) on a wave.
    • 14.2.A.2 A sinusoidal wave can be described by equations for the displacement from equilibrium at a specific location as a function of time. A wave can also be described by an equation for the displacement from equilibrium at a specific time as a function of position.
      • Equation: $x(t) = A\cos(\omega t) = A\cos(2\pi f t)$
      • Equation: $y(x) = A\cos\left(2\pi \dfrac{x}{\lambda}\right)$
    • 14.2.A.3 For a periodic wave, the wavelength is proportional to the wave's speed and inversely proportional to the wave's frequency.
      • Equation: $\lambda = \dfrac{v}{f}$
    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 14.2.A: Mô tả các tính chất vật lý của sóng chu kỳ.

    • 14.2.A.1 Sóng chu kỳ có sự lặp lại đều đặn có thể được mô tả bằng chu kỳ và tần số.
      • 14.2.A.1.i Chu kỳ là thời gian để hoàn thành một dao động đầy đủ của sóng.
      • 14.2.A.1.ii Tần số là tốc độ mà sóng lặp lại.
        • Phương trình: $T = \dfrac{1}{f}$
      • 14.2.A.1.iii Biên độ của sóng độc lập với chu kỳ và tần số của sóng đó.
      • 14.2.A.1.iv Năng lượng của sóng tăng lên khi tần số tăng.
      • 14.2.A.1.v Tần số của sóng âm liên quan đến độ cao của âm.
      • 14.2.A.1.vi Bước sóng là khoảng cách giữa các vị trí tương ứng liên tiếp (như đỉnh hoặc đáy) trên một sóng.
    • 14.2.A.2 Sóng điều hòa có thể được mô tả bằng các phương trình cho độ dịch chuyển khỏi vị trí cân bằng tại một vị trí cụ thể theo thời gian. Một sóng cũng có thể được mô tả bằng phương trình cho độ dịch chuyển khỏi vị trí cân bằng tại một thời điểm cụ thể theo không gian.
      • Phương trình: $x(t) = A\cos(\omega t) = A\cos(2\pi f t)$
      • Phương trình: $y(x) = A\cos\left(2\pi \dfrac{x}{\lambda}\right)$
    • 14.2.A.3 Đối với sóng chu kỳ, bước sóng tỷ lệ thuận với vận tốc của sóng và tỷ lệ nghịch với tần số của sóng.
      • Phương trình: $\lambda = \dfrac{v}{f}$

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English
    Transverse vs longitudinal waves

    A repeating wave is described by:

    • wavelength 波长 $\lambda$ (distance between repeats),
    • frequency 频率 $f$ (cycles per second) and period $T=1/f$,
    • amplitude 振幅 $A$ (maximum displacement – related to energy),
    • wave speed 波速 $v=f\lambda$, set by the medium, not the source.

    Worked example. A musical note has frequency $340\ \text{Hz}$ and the speed of sound is $340\ \text{m/s}$. Its wavelength is $\lambda=v/f=340/340=1.0\ \text{m}$. If the same note travels into water (where sound moves at $\approx 1500\ \text{m/s}$) the frequency stays $340\ \text{Hz}$ but the wavelength stretches to $1500/340\approx 4.4\ \text{m}$ – the source sets the frequency, the medium sets the speed and hence the wavelength.

    Tiếng Việt
    Sóng ngang so với sóng dọc

    Một sóng lặp lại được mô tả bởi:

    Đồ thị liệch - khoảng cách thể hiện biên độ và bước sóng
    Đồ thị liệch - khoảng cách thể hiện biên độ và bước sóng
    • bước sóng $\lambda$ (khoảng cách giữa các điểm lặp lại),
    • tần số $f$ (chu kỳ mỗi giây) và chu kỳ $T=1/f$,
    • biên độ $A$ (liệch cực đại – liên quan đến năng lượng),
    • tốc độ sóng $v=f\lambda$, được quyết định bởi môi trường, không phải nguồn phát.

    Ví dụ giải. Một nốt nhạc có tần số $340\ \text{Hz}$ và tốc độ âm thanh là $340\ \text{m/s}$. Bước sóng của nó là $\lambda=v/f=340/340=1.0\ \text{m}$. Nếu nốt nhạc này truyền sang nước (nơi âm thanh lan truyền với tốc độ $\approx 1500\ \text{m/s}$) thì tần số giữ nguyên $340\ \text{Hz}$ nhưng bước sóng kéo dài thành $1500/340\approx 4.4\ \text{m}$ – nguồn phát quyết định tần số, môi trường quyết định tốc độ và do đó quyết định bước sóng.

    Explore · ⁨Khám phá⁩

    Send a periodic wave · ⁨Gửi sóng chu kỳ⁩

    A periodic wave carries energy without moving matter. Its speed $v=f\lambda$ links frequency and wavelength; raise the frequency and the wavelength shrinks. · ⁨Sóng chu kỳ truyền năng lượng mà không di chuyển vật chất. Tốc độ $v=f\lambda$ của nó liên hệ tần số và bước sóng; tăng tần số thì bước sóng giảm.⁩

    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    Longitudinal/ˌlɒŋɡɪˈtjuːdɪnl/ Nghiên cứu dọc
    wavelength/ˈweɪvleŋθ/ bước sóng
    14.3

    Boundary Behavior and Polarization · ⁨Hành vi tại Biên giới và Phân cực⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 14.3.A: Describe the interaction between a wave and a boundary.

    • 14.3.A.1 A wave that travels from one medium to another can be transmitted or reflected, depending on the properties of the boundary separating the two media.
      • 14.3.A.1.i A wave traveling from one medium to another (for example, a wave traveling between low-mass and high-mass strings) will result in reflected and transmitted waves.
      • 14.3.A.1.ii A reflected wave is inverted if the transmitted wave travels into a medium in which the speed of the wave decreases.
      • 14.3.A.1.iii A reflected wave is not inverted if the transmitted wave travels into a medium in which the speed of the wave increases.
      • 14.3.A.1.iv The frequency of a wave does not change when it travels from one medium to another.
    • 14.3.A.2 Transverse waves that are reflected from a surface, refracted through a medium, or pass through specific openings may be polarized.
      • 14.3.A.2.i Transverse waves can be polarized and oscillate in a single plane.
      • 14.3.A.2.ii Longitudinal waves cannot be polarized.
    • 14.3.A.3 Polarization of a wave may result in a reduction of the wave's intensity.
      • 14.3.A.3.i Intensity is a measure of the amount of power transferred per unit area.
      • 14.3.A.3.ii The intensity of a wave is the average power per unit area over one period of the wave.
    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 14.3.A: Mô tả tương tác giữa sóng và mặt biên.

    • 14.3.A.1 Sóng truyền từ môi trường này sang môi trường khác có thể bị truyền qua hoặc phản xạ, tùy thuộc vào tính chất của mặt biên ngăn cách hai môi trường đó.
      • 14.3.A.1.i Sóng truyền từ một môi trường sang môi trường khác (ví dụ: sóng truyền giữa dây có khối lượng thấp và dây có khối lượng cao) sẽ tạo ra sóng phản xạ và sóng truyền qua.
      • 14.3.A.1.ii Sóng phản xạ bị đảo pha nếu sóng truyền qua đi vào môi trường mà trong đó vận tốc sóng giảm.
      • 14.3.A.1.iii Sóng phản xạ không bị đảo pha nếu sóng truyền qua đi vào môi trường mà trong đó vận tốc sóng tăng.
      • 14.3.A.1.iv Tần số của sóng không thay đổi khi nó truyền từ môi trường này sang môi trường khác.
    • 14.3.A.2 Sóng ngang bị phản xạ từ bề mặt, khúc xạ qua môi trường, hoặc truyền qua các khe nhất định có thể bị phân cực.
      • 14.3.A.2.i Sóng ngang có thể bị phân cực và dao động trong một mặt phẳng duy nhất.
      • 14.3.A.2.ii Sóng dọc không thể bị phân cực.
    • 14.3.A.3 Phân cực sóng có thể dẫn đến sự suy giảm cường độ của sóng.
      • 14.3.A.3.i Cường độ là đại lượng đo lường công suất truyền tải trên mỗi đơn vị diện tích.
      • 14.3.A.3.ii Cường độ của sóng là công suất trung bình trên mỗi đơn vị diện tích trong một chu kỳ của sóng.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English
    Total internal reflection

    At a boundary a wave partly reflects and partly transmits. Reflecting off a denser medium inverts the wave; off a less-dense medium it does not. Polarization 偏振 applies to transverse waves only: a polarizer passes just one direction of oscillation, which is why polarized sunglasses cut glare.

    The effect of a polarizer is measured through intensity 强度 - the average power a wave delivers per unit area over one period, in $\text{W m}^{-2}$. Because a polarizer removes the components of the oscillation that are not aligned with it, it reduces the wave's intensity: unpolarized light passing a single ideal polarizer drops to half its intensity, and a second polarizer at an angle cuts it further. Intensity also falls with distance from a source, since the same power spreads over a larger area.

    Tiếng Việt
    Phản xạ toàn phần

    Tại biên giới, một sóng một phần phản xạ và một phần truyền qua. Phản xạ từ môi trường dày hơn sẽ đảo pha sóng; phản xạ từ môi trường mỏng hơn thì không. Phân cực chỉ áp dụng cho sóng ngang: bộ lọc phân cực chỉ truyền một hướng dao động, đây là lý do kính râm phân cực giúp giảm chói mắt.

    Hiệu ứng của bộ lọc phân cực được đo thông qua cường độ - công suất trung bình mà sóng cung cấp trên một đơn vị diện tích trong một chu kỳ, tính bằng $\text{W m}^{-2}$. Vì bộ lọc phân cực loại bỏ các thành phần dao động không trùng khớp với nó, nên nó làm giảm cường độ sóng: ánh sáng chưa phân cực đi qua một bộ lọc phân cực lý tưởng duy nhất sẽ giảm xuống còn một nửa cường độ ban đầu, và bộ lọc thứ hai đặt ở góc nghiêng sẽ cắt giảm thêm. Cường độ cũng giảm dần theo khoảng cách khỏi nguồn, vì cùng một công suất lan tỏa trên diện tích lớn hơn.

    Sóng chưa phân cực dao động trong nhiều mặt phẳng; sóng phân cực dao động trong một mặt phẳng
    Sóng chưa phân cực dao động trong nhiều mặt phẳng; sóng phân cực dao động trong một mặt phẳng
    14.4

    Electromagnetic Waves · ⁨Sóng Điện Từ⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 14.4.A: Describe the properties of an electromagnetic wave.

    • 14.4.A.1 Electromagnetic waves consist of oscillating electric and magnetic fields that are mutually perpendicular.
      • 14.4.A.1.i Electromagnetic waves are transverse waves because the oscillations of the electric and magnetic fields are perpendicular to the direction of propagation.
      • 14.4.A.1.ii Electromagnetic waves are commonly assumed to be plane waves, which are characterized by planar wave fronts.
    • 14.4.A.2 Electromagnetic waves do not need a medium through which to propagate.
    • 14.4.A.3 Categories of electromagnetic waves are characterized by their wavelengths.
      • 14.4.A.3.i Categories of electromagnetic waves include (in order of decreasing wavelength, spanning a range from kilometers to picometers) radio waves, microwaves, infrared, visible, ultraviolet, X-rays, and gamma rays.
      • 14.4.A.3.ii Visible electromagnetic waves are further broken into categories of color, including (in order of decreasing wavelength) red, orange, yellow, green, blue, and violet.
      • 14.4.A.3.iii Visible electromagnetic waves are also called light. Sometimes, electromagnetic waves of all wavelengths are collectively referred to as light or electromagnetic radiation.

    Boundary statement: AP Physics 2 expects students to know the ordering of the electromagnetic spectrum (including visible light). However, students will not be expected to define exact wavelength ranges within the electromagnetic spectrum.

    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 14.4.A: Mô tả các tính chất của sóng điện từ.

    • 14.4.A.1 Sóng điện từ bao gồm các trường điện và từ trường dao động vuông góc với nhau.
      • 14.4.A.1.i Sóng điện từ là sóng ngang vì các dao động của trường điện và từ trường vuông góc với phương truyền sóng.
      • 14.4.A.1.ii Sóng điện từ thường được giả sử là sóng phẳng, đặc trưng bởi các mặt sóng phẳng.
    • 14.4.A.2 Sóng điện từ không cần môi trường để truyền qua.
    • 14.4.A.3 Các loại sóng điện từ được phân loại dựa trên bước sóng của chúng.
      • 14.4.A.3.i Các loại sóng điện từ bao gồm (theo thứ tự giảm dần của bước sóng, trải dài từ kilômét đến picômét): sóng vô tuyến, sóng vi ba, hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy, tử ngoại, tia X và tia gamma.
      • 14.4.A.3.ii Ánh sáng nhìn thấy được chia thành các nhóm màu sắc, bao gồm (theo thứ tự giảm dần của bước sóng): đỏ, cam, vàng, lục, lam và tím.
      • 14.4.A.3.iii Sóng điện từ nhìn thấy còn được gọi là ánh sáng. Đôi khi, tất cả các sóng điện từ có mọi bước sóng đều được gọi chung là ánh sáng hoặc bức xạ điện từ.

    Đường ranh giới: AP Physics 2 yêu cầu học sinh phải biết thứ tự của phổ điện từ (bao gồm ánh sáng nhìn thấy). Tuy nhiên, học sinh sẽ không bị yêu cầu xác định chính xác các khoảng bước sóng cụ thể trong phổ điện từ.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English

    Electromagnetic waves 电磁波 are oscillating electric and magnetic fields that travel through vacuum at the speed of light $c$, needing no medium. They span the spectrum from radio to gamma rays; higher frequency means shorter wavelength and higher photon energy.

    Tiếng Việt

    Sóng điện từ là các trường điện và từ biến thiên lan truyền trong chân không với tốc độ ánh sáng $c$, không cần môi trường. Chúng trải dài trên phổ từ sóng vô tuyến đến tia gamma; tần số cao hơn nghĩa là bước sóng ngắn hơn và năng lượng photon cao hơn.

    Phổ điện từ, từ sóng vô tuyến đến tia gamma
    Phổ điện từ, từ sóng vô tuyến đến tia gamma
    14.5

    The Doppler Effect · ⁨Hiệu ứng Doppler⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 14.5.A: Describe the properties of a wave based on the relative motion between the source of the wave and the observer of the wave.

    • 14.5.A.1 The Doppler effect describes the relationship between the rest frequency of a wave source, the observed frequency of the source, and the relative velocity of the source and the observer.
    • 14.5.A.2 A greater relative velocity results in a greater measured difference between the observed and rest frequencies.
      • 14.5.A.2.i For a wave source moving at the same velocity as the observer, the observed frequency is equal to the rest frequency.
      • 14.5.A.2.ii For a wave source moving toward an observer, the observed frequency is greater than the rest frequency.
      • 14.5.A.2.iii For a wave source moving away from an observer, the observed frequency is less than the rest frequency.

    Boundary statement: Only qualitative treatments of the Doppler effect are required for AP Physics 2.

    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 14.5.A: Mô tả các tính chất của sóng dựa trên chuyển động tương đối giữa nguồn phát sóng và người quan sát.

    • 14.5.A.1 Hiệu ứng Doppler mô tả mối liên hệ giữa tần số nghỉ của nguồn sóng, tần số quan sát được và vận tốc tương đối giữa nguồn và người quan sát.
    • 14.5.A.2 Vận tốc tương đối lớn hơn dẫn đến sai số đo được lớn hơn giữa tần số quan sát và tần số nghỉ.
      • 14.5.A.2.i Đối với nguồn sóng di chuyển với cùng vận tốc như người quan sát, tần số quan sát bằng tần số nghỉ.
      • 14.5.A.2.ii Đối với nguồn sóng di chuyển về phía người quan sát, tần số quan sát lớn hơn tần số nghỉ.
      • 14.5.A.2.iii Đối với nguồn sóng di chuyển xa người quan sát, tần số quan sát nhỏ hơn tần số nghỉ.

    Đường ranh giới: Chỉ cần xử lý định tính hiệu ứng Doppler đối với AP Physics 2.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English
    The Doppler effect

    The Doppler effect 多普勒效应 is the change in observed frequency when a wave source and observer move relative to each other. Approaching $\Rightarrow$ higher frequency (shorter wavelength); receding $\Rightarrow$ lower frequency. It explains a passing siren's drop in pitch and the redshift of receding galaxies.

    Tiếng Việt
    Hiệu ứng Doppler

    Hiệu ứng Doppler là sự thay đổi tần số quan sát được khi nguồn sóng và người quan sát chuyển động tương đối với nhau. Tiếp cận $\Rightarrow$ tần số cao hơn (bước sóng ngắn hơn); rời xa $\Rightarrow$ tần số thấp hơn. Nó giải thích sự giảm âm điệu của còi xe cứu thương khi đi qua và hiện tượng dịch chuyển đỏ của các thiên hà đang rời xa.

    A moving source squashes the wavefronts ahead of it, raising the observed frequency
    A moving source squashes the wavefronts ahead of it, raising the observed frequency
    Explore · ⁨Khám phá⁩

    Hear the Doppler shift · ⁨Nghe hiệu ứng Doppler⁩

    When a source moves, waves bunch up ahead (higher frequency) and stretch behind (lower) — the Doppler effect. Speed it up to exaggerate the shift. · ⁨Khi một nguồn chuyển động, sóng bị nén lại phía trước (tần số cao hơn) và giãn ra phía sau (tần số thấp hơn) — hiệu ứng Doppler. Tăng tốc độ để làm rõ sự dịch chuyển này.⁩

    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    frequency/ˈfriːkwənsi/ tần số
    amplitude/ˈæmplɪtjuːd/ biên
    wave speed/weɪv spiːd/ tốc độ sóng
    Polarization/ˌpəʊləraɪˈzeɪʃn/ Phân cực
    intensity/ɪnˈtensɪti/ cường độ
    Electromagnetic waves/ɪˌlektrəʊməɡˈnetɪk weɪvz/ Sóng điện từ
    Doppler effect/ˈdɒplə ɪˈfekt/ Hiệu ứng Doppler
    Constructive interference/kənˈstrʌktɪv ˌɪntəˈfɪərəns/ Giao thoa tăng cường
    destructive interference/dɪˈstrʌktɪv ˌɪntəˈfɪərəns/ giao thoa triệt tiêu
    14.6

    Wave Interference and Standing Waves · ⁨Giao thoa Sóng và Sóng Dừng⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 14.6.A: Describe the net disturbance that occurs when two or more wave pulses or waves overlap.

    • 14.6.A.1 Wave interference is the interaction of two or more wave pulses or waves.
    • 14.6.A.2 When two or more wave pulses or waves interact with each other, they travel through each other and overlap rather than bouncing off each other.
    • 14.6.A.3 When two or more wave pulses or waves overlap, the resulting displacement can be determined by adding the individual displacements. This is called superposition.
    • 14.6.A.4 Wave interference may be constructive or destructive.
      • 14.6.A.4.i When the displacements of the superposed wave pulses or waves are in the same direction, the interaction is called constructive interference.
      • 14.6.A.4.ii When the displacements of the superposed wave pulses or waves are in opposite directions, the interaction is called destructive interference.
      • 14.6.A.4.iii Two or more traveling wave pulses or waves can interact in such a way as to produce amplitude variations in the resultant wave pulse or wave.
    • 14.6.A.5 Visual representations of wave pulses or waves are useful in determining the result of two interacting wave pulses or waves.
    • 14.6.A.6 Beats arise from the addition of two waves of slightly different frequency.
      • 14.6.A.6.i Waves with different frequencies are sometimes in phase and sometimes out of phase at locations along the waves, causing periodic amplitude changes in the resultant wave.
      • 14.6.A.6.ii The beat frequency is the difference in the frequencies of the two waves.
        • Equation: $\left|f_{\text{beat}}\right| = \left|f_1 - f_2\right|$
      • 14.6.A.6.iii Tuning forks are devices that are commonly used to demonstrate beat frequencies.

    Learning Objective 14.6.B: Describe the properties of a standing wave.

    • 14.6.B.1 Standing waves can result from interference between two waves that are confined to a region and traveling in opposite directions.
      • 14.6.B.1.i Standing waves have nodes and antinodes. A node is a point on the standing wave where the amplitude is always zero. An antinode is a point on the standing wave where the amplitude is always at maximum.
      • 14.6.B.1.ii The possible wavelengths of a standing wave are determined by the size and boundary conditions of the region to which it is confined.
      • 14.6.B.1.iii Common regions where standing waves can form include pipes with open or closed ends, as well as strings with fixed or loose ends.
    • 14.6.B.2 A standing wave with the longest possible wavelength is called the fundamental or first harmonic. The second-longest wavelength is typically called the second harmonic, the third-longest wavelength is called the third harmonic, and so on. However, for a standing wave with a node at one end and an antinode at the other end, only odd harmonics can be established.
    • 14.6.B.3 Visual representations of standing waves are useful in determining the relationships between length of the region, wavelength, frequency, wave speed, and harmonic.
    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 14.6.A: Mô tả nhiễu loạn tổng hợp xảy ra khi hai hoặc nhiều xung sóng hoặc sóng chồng lên nhau.

    • 14.6.A.1 Giao thoa sóng là sự tương tác của hai hoặc nhiều xung sóng hoặc sóng.
    • 14.6.A.2 Khi hai hoặc nhiều xung sóng hoặc sóng tương tác với nhau, chúng truyền xuyên qua nhau và chồng lên nhau thay vì nảy ra khỏi nhau.
    • 14.6.A.3 Khi hai hoặc nhiều xung sóng hoặc sóng chồng lên nhau, độ dịch chuyển kết quả có thể được xác định bằng cách cộng các độ dịch chuyển riêng lẻ. Hiện tượng này gọi là sự chồng chập.
    • 14.6.A.4 Giao thoa sóng có thể là giao thoa tăng cường hoặc giao thoa triệt tiêu.
      • 14.6.A.4.i Khi các độ dịch chuyển của các xung sóng hoặc sóng chồng chập cùng hướng, sự tương tác được gọi là giao thoa tăng cường.
      • 14.6.A.4.ii Khi các độ dịch chuyển của các xung sóng hoặc sóng chồng chập ngược hướng, sự tương tác được gọi là giao thoa triệt tiêu.
      • 14.6.A.4.iii Hai hoặc nhiều xung sóng hoặc sóng lan truyền có thể tương tác theo cách tạo ra sự biến thiên biên độ trong xung sóng hoặc sóng kết quả.
    • 14.6.A.5 Các biểu diễn trực quan của xung sóng hoặc sóng giúp xác định kết quả của hai xung sóng tương tác hoặc hai sóng tương tác.
    • 14.6.A.6 Sóng đập (beats) xuất hiện do sự cộng gộp của hai sóng có tần số khác nhau một chút.
      • 14.6.A.6.i Các sóng có tần số khác đôi khi cùng pha và đôi khi ngược pha tại các vị trí dọc theo sóng, gây ra những thay đổi biên độ định kỳ trong sóng tổng hợp.
      • 14.6.A.6.ii Tần số đập là hiệu số giữa tần số của hai sóng.
        • Phương trình: $\left|f_{\text{beat}}\right| = \left|f_1 - f_2\right|$
      • 14.6.A.6.iii Nĩa âm thanh là thiết bị thường được sử dụng để minh họa tần số đập.

    Mục tiêu học tập 14.6.B: Mô tả các tính chất của sóng dừng.

    • 14.6.B.1 Sóng dừng có thể hình thành từ sự giao thoa giữa hai sóng bị giới hạn trong một vùng và truyền theo hướng ngược nhau.
      • 14.6.B.1.i Sóng dừng có các nút và bụng sóng. Một nút là điểm trên sóng dừng nơi biên độ luôn bằng không. Một bụng sóng là điểm trên sóng dừng nơi biên độ luôn đạt giá trị cực đại.
      • 14.6.B.1.ii Các bước sóng có thể có của sóng dừng được xác định bởi kích thước và điều kiện biên của vùng mà nó bị giới hạn.
      • 14.6.B.1.iii Các vùng phổ biến nơi sóng dừng có thể hình thành bao gồm ống dẫn có đầu mở hoặc đầu kín, cũng như dây có đầu cố định hoặc đầu tự do.
    • 14.6.B.2 Sóng dừng có bước sóng dài nhất có thể gọi là cơ bản hay谐波 bậc nhất. Bước sóng dài thứ hai thường gọi là谐波 bậc hai, bước sóng dài thứ ba gọi là谐波 bậc ba, và cứ thế tiếp tục. Tuy nhiên, đối với sóng dừng có nút ở một đầu và bụng ở đầu kia, chỉ谐波 lẻ mới có thể hình thành.
    • 14.6.B.3 Các biểu diễn trực quan của sóng dừng hữu ích trong việc xác định mối quan hệ giữa chiều dài vùng, bước sóng, tần số, tốc độ sóng và谐波.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English
    Standing (stationary) waves

    When waves overlap they superpose (add). Constructive interference 相长干涉 (crests aligned) gives a bigger wave; destructive interference 相消干涉 (crest on trough) cancels. Two waves travelling opposite ways in a bounded medium form a standing wave 驻波 with fixed nodes 波节 (no motion) and antinodes 波腹 (maximum motion) – the basis of resonance on strings and in pipes.

    Worked example. A guitar string $0.65\ \text{m}$ long is fixed at both ends. Its fundamental (first harmonic) fits half a wavelength between the ends, so $\lambda=2L=1.30\ \text{m}$. If waves travel along the string at $260\ \text{m/s}$, the note's frequency is $f=v/\lambda=260/1.30=200\ \text{Hz}$. Shortening the string (a fret) raises the pitch.

    When two waves of slightly different frequency overlap, they drift in and out of step, so the combined sound swells loud and soft in a slow throb called beats 拍. The beat frequency 拍频 is simply the difference of the two frequencies:

    $$f_{\text{beat}}=|f_1-f_2|.$$
    Two tuning forks of $256\ \text{Hz}$ and $260\ \text{Hz}$ sounded together give $|260-256|=4$ beats each second; a musician tunes an instrument by slowing these beats towards zero against a reference note.

    Tiếng Việt
    Sóng dừng (tĩnh)

    Khi hai sóng chồng lên nhau, chúng tương tác (cộng gộp). Giao thoa tăng cường (đỉnh sóng trùng khớp) tạo ra sóng lớn hơn; giao thoa triệt tiêu (đỉnh gặp đáy) làm triệt tiêu lẫn nhau. Hai sóng truyền ngược chiều trong môi trường giới hạn tạo thành sóng dừng với các nút (vị trí không dao động) và bụng sóng (vị trí dao động cực đại) – cơ sở của cộng hưởng trên dây đàn và trong ống sáo.

    Sóng dừng hình thành nơi hai sóng truyền theo hướng ngược nhau giao thoa
    A Standing Wave Forms Where Two Opposite Waves Overlap

    Ví dụ minh họa. Dây đàn guitar dài $0.65\ \text{m}$ được cố định ở cả hai đầu. Tần số cơ bản (hòa âm thứ nhất) chiếm đúng nửa bước sóng giữa hai đầu, do đó $\lambda=2L=1.30\ \text{m}$. Nếu sóng truyền trên dây với vận tốc $260\ \text{m/s}$, tần số âm thanh phát ra là $f=v/\lambda=260/1.30=200\ \text{Hz}$. Khi thu ngắn dây đàn (thanh phím), âm cao sẽ tăng lên.

    Khi hai sóng có tần số hơi khác nhau chồng lên nhau, chúng sẽ lệch pha dần, khiến âm thanh tổng hợp忽 lớn忽 nhỏ theo nhịp điệu chậm gọi là nhịp đập. Tần số nhịp đập đơn giản là hiệu số của hai tần số:

    $$f_{\text{beat}}=|f_1-f_2|.$$
    Hai nấc âm có tần số $256\ \text{Hz}$ và $260\ \text{Hz}$ khi vang lên cùng nhau sẽ tạo ra $|260-256|=4$ nhịp đập mỗi giây; nhạc công điều chỉnh nhạc cụ bằng cách làm chậm những nhịp đập này tiến gần về zero so với âm chuẩn.

    Explore · ⁨Khám phá⁩

    Set up a standing wave · ⁨Thiết lập sóng dừng⁩

    Two waves travelling opposite ways interfere into a standing wave with fixed nodes and antinodes. Only certain frequencies fit, giving the harmonics. · ⁨Hai sóng truyền ngược chiều nhau giao thoa tạo thành sóng dừng với các nút và bụng cố định. Chỉ những tần số nhất định mới phù hợp, tạo ra các họa âm.⁩

    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    standing wave/ˈstændɪŋ weɪv/ sóng dừng
    nodes/nəʊdz/ nút
    antinodes/ˌæntɪˈnəʊdz/ Bố cục sóng đứng
    14.7

    Diffraction · ⁨Tán xạ⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 14.7.A: Describe the behavior of a wave and the diffraction pattern resulting from a wave passing through a single opening.

    • 14.7.A.1 Diffraction is the spreading of a wave around the edges of an obstacle or through an opening.
    • 14.7.A.2 Diffraction is most pronounced when the size of the opening is comparable to the wavelength of the wave.
    • 14.7.A.3 Diffraction of multiple wavefronts through a single opening leads to observable interference patterns.
    • 14.7.A.4 Diffraction is commonly demonstrated by monochromatic light of wavelength $\lambda$ incident on a narrow opening of width $a$ that is a distance $L$ from a screen.
      • 14.7.A.4.i Constructive and destructive interference of multiple wavefronts originating from the opening will result in bright and dark bands on the screen.
      • 14.7.A.4.ii The amount of interference between two wavefronts depends on the path length difference $\Delta D$ of the wavefronts.
      • 14.7.A.4.iii The path length difference $\Delta D$ can be described in terms of the opening width $a$ and the angle $\theta$ between the direction of propagation of the wavefront and the normal to the opening by the equation $\Delta D = a\sin\theta$.
      • 14.7.A.4.iv For small angles, where $\theta < 10°$, the small angle approximation can be used to relate $\lambda$, $a$, and $L$ to $y_{\min}$, the distance from the middle of the central bright fringe to the $m^{\text{th}}$ order of minimum brightness on the screen.
        • Equation: $a\left(\dfrac{y_{\min}}{L}\right) \approx m\lambda$
    • 14.7.A.5 The diffraction pattern produced by a wave passing through an opening depends on the shape of the opening.
    • 14.7.A.6 Visual representations of single-slit diffraction patterns are useful in determining the physical properties of the slit and the interacting waves.
    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 14.7.A: Mô tả hành vi của sóng và mô hình nhiễu xạ resulting từ một sóng đi qua một khe đơn.

    • 14.7.A.1 Nhiễu xạ là sự lan tỏa của sóng quanh mép vật cản hoặc qua một khe hở.
    • 14.7.A.2 Nhiễu xạ rõ rệt nhất khi kích thước khe hở tương đương với bước sóng của sóng.
    • 14.7.A.3 Nhiễu xạ của nhiều mặt sóng qua một khe đơn dẫn đến các mô hình giao thoa quan sát được.
    • 14.7.A.4 Nhiễu xạ thường được minh họa bằng ánh sáng đơn sắc có bước sóng $\lambda$ chiếu vào một khe hẹp có độ rộng $a$ nằm cách màn một khoảng $L$.
      • 14.7.A.4.i Giao thoa tăng cường và triệt tiêu của nhiều mặt sóng bắt nguồn từ khe sẽ tạo ra các vạch sáng và tối trên màn hình.
      • 14.7.A.4.ii Mức độ giao thoa giữa hai mặt sóng phụ thuộc vào độ chênh lệch quãng đường $\Delta D$ của các mặt sóng.
      • 14.7.A.4.iii Độ chênh lệch quãng đường $\Delta D$ có thể được mô tả thông qua độ rộng khe $a$ và góc $\theta$ giữa phương truyền của mặt sóng và pháp tuyến của khe bằng phương trình $\Delta D = a\sin\theta$.
      • 14.7.A.4.iv Đối với các góc nhỏ, nơi $\theta < 10°$, xấp xỉ góc nhỏ có thể được sử dụng để liên hệ $\lambda$, $a$, và $L$ với $y_{\min}$, khoảng cách từ trung tâm của vạch sáng trung tâm đến vạch tối $m^{\text{th}}$ order trên màn hình.
        • Phương trình: $a\left(\dfrac{y_{\min}}{L}\right) \approx m\lambda$
    • 14.7.A.5 Mô hình nhiễu xạ tạo ra bởi một sóng đi qua một khe hở phụ thuộc vào hình dạng của khe hở đó.
    • 14.7.A.6 Các biểu diễn trực quan của mô hình nhiễu xạ khe đơn hữu ích trong việc xác định các tính chất vật lý của khe và các sóng tương tác.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English

    Diffraction 衍射 is the bending and spreading of waves around edges or through openings. The spreading is significant when the opening is comparable to the wavelength – so sound (long wavelength) bends around doorways easily, while light (tiny wavelength) needs a very narrow slit.

    Tiếng Việt

    Nhiễu xạ là hiện tượng sóng bị uốn cong và lan tỏa quanh mép vật cản hoặc qua khe hở. Sự lan tỏa trở nên rõ rệt khi kích thước khe hở tương đương với bước sóng – vì vậy âm thanh (có bước sóng dài) dễ dàng uốn cong qua cửa sổ, trong khi ánh sáng (có bước sóng rất ngắn) đòi hỏi khe hẹp mới đủ để quan sát.

    Sóng lan tỏa (nhiễu xạ) khi đi qua một khe hở
    Sóng lan tỏa (nhiễu xạ) khi đi qua một khe hở
    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    Diffraction/dɪˈfrækʃn/ Khúc xạ
    Coherent/kəʊˈhɪərənt/ Đồng bộ
    diffraction grating/dɪˈfrækʃn ˈɡreɪtɪŋ/ lưới nhiễu xạ
    thin film/θɪn fɪlm/ Màng mỏng
    antireflection coating/ˌæntɪrɪˈflekʃn ˈkəʊtɪŋ/ Lớp chống phản xạ
    14.8

    Double-Slit Interference and Diffraction Gratings · ⁨Giao thoa Khe đôi và Lưới nhiễu xạ⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 14.8.A: Describe the behavior of a wave and the diffraction pattern resulting from the wave passing through multiple openings.

    • 14.8.A.1 The pattern resulting from monochromatic light of wavelength $\lambda$ incident on two slits a distance $d$ apart is caused by a combination of wave diffraction and wave interference.
      • 14.8.A.1.i When only considering wave interference, a double slit creates a pattern of uniformly spaced maxima.
      • 14.8.A.1.ii Constructive and destructive interference of the wavefronts originating from each slit will result in bright and dark bands on the screen.
      • 14.8.A.1.iii The amount of interference between two wavefronts depends on the path length difference $\Delta D$ of the wavefronts.
      • 14.8.A.1.iv The path length difference $\Delta D$ can be described in terms of the slit separation $d$ and the angle $\theta$ between the direction of propagation of the wavefront and the normal to the opening by the equation $\Delta D = d\sin\theta$.
      • 14.8.A.1.v For small angles, where $\theta < 10°$, the small angle approximation can be used to relate $\lambda$, $d$, and $L$ to $y_{\max}$, the distance from the middle of the central bright fringe to the $m^{\text{th}}$ order of maximum brightness on the screen.
        • Equation: $d\left(\dfrac{y_{\max}}{L}\right) \approx m\lambda$
      • 14.8.A.1.vi When considering wave interference and wave diffraction, a double slit creates an interference pattern of maxima and minima superimposed within the envelope created by single-slit diffraction.
    • 14.8.A.2 Interference patterns produced by light interacting with a double slit indicate that light has wave properties. The source of this discovery was Young's double-slit experiment.
    • 14.8.A.3 Visual representations of double-slit diffraction patterns are useful in determining the physical properties of the slits and the interacting waves.
    • 14.8.A.4 A diffraction grating is a collection of evenly spaced parallel slits or openings that produce an interference pattern that is the combination of numerous diffraction patterns superimposed on each other.
    • 14.8.A.5 When white light is incident on a diffraction grating, the center maximum is white and the higher-order maxima disperse white light into a rainbow of colors, with the longest-wavelength light (red) appearing farthest from the central maximum.
    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 14.8.A: Mô tả hành vi của sóng và mô hình nhiễu xạ resulting từ sóng đi qua nhiều khe hở.

    • 14.8.A.1 Mô hình resulting từ ánh sáng đơn sắc có bước sóng $\lambda$ chiếu vào hai khe cách nhau một khoảng $d$ là do sự kết hợp giữa nhiễu xạ sóng và giao thoa sóng.
      • 14.8.A.1.i Khi chỉ xét đến giao thoa sóng, khe đôi tạo ra một mô hình các cực đại cách đều nhau.
      • 14.8.A.1.ii Giao thoa tăng cường và triệt tiêu của các mặt sóng bắt nguồn từ mỗi khe sẽ tạo ra các vạch sáng và tối trên màn hình.
      • 14.8.A.1.iii Mức độ nhiễu xạ giữa hai mặt sóng phụ thuộc vào hiệu đường đi $\Delta D$ của các mặt sóng.
      • 14.8.A.1.iv Độ chênh lệch quãng đường $\Delta D$ có thể được mô tả thông qua khoảng cách giữa hai khe $d$ và góc $\theta$ giữa phương truyền của mặt sóng và pháp tuyến của khe bằng phương trình $\Delta D = d\sin\theta$.
      • 14.8.A.1.v Đối với các góc nhỏ, nơi $\theta < 10°$, xấp xỉ góc nhỏ có thể được sử dụng để liên hệ $\lambda$, $d$, và $L$ với $y_{\max}$, khoảng cách từ trung tâm của vạch sáng trung tâm đến vạch sáng $m^{\text{th}}$ order trên màn hình.
        • Phương trình: $d\left(\dfrac{y_{\max}}{L}\right) \approx m\lambda$
      • 14.8.A.1.vi Khi xét cả giao thoa sóng và nhiễu xạ sóng, khe đôi tạo ra một mô hình giao thoa gồm các cực đại và cực tiểu chồng lên nhau trong envelope tạo bởi nhiễu xạ khe đơn.
    • 14.8.A.2 Các mô hình giao thoa tạo ra bởi ánh sáng tương tác với khe đôi cho thấy ánh sáng có tính chất sóng. Nguồn gốc của phát hiện này là thí nghiệm khe đôi Young.
    • 14.8.A.3 Các biểu diễn trực quan của mô hình nhiễu xạ khe đôi hữu ích trong việc xác định các tính chất vật lý của các khe và các sóng tương tác.
    • 14.8.A.4 Lưới nhiễu xạ là một tập hợp các khe hoặc lỗ hở song song cách đều nhau tạo ra mô hình giao thoa, vốn là sự kết hợp của nhiều mô hình nhiễu xạ chồng lên nhau.
    • 14.8.A.5 Khi ánh sáng trắng chiếu vào lưới nhiễu xạ, cực đại trung tâm có màu trắng và các cực đại bậc cao tán sắc ánh sáng trắng thành cầu vồng các màu, với ánh sáng bước sóng dài nhất (màu đỏ) xuất hiện xa nhất so với cực đại trung tâm.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English
    Two-source interference

    Coherent 相干 light through two closely spaced slits produces a pattern of bright and dark fringes. Bright fringes occur where the path difference is a whole number of wavelengths:

    $$d\sin\theta=m\lambda.$$
    A diffraction grating 衍射光栅 has many slits, giving sharp, widely spaced bright lines – useful for separating light into its wavelengths.

    Worked example. Light of wavelength $600\ \text{nm}$ passes through two slits $0.20\ \text{mm}$ apart. The first bright fringe ($m=1$) sits at

    $$\sin\theta=\frac{m\lambda}{d}=\frac{1\times600\times10^{-9}}{0.20\times10^{-3}}=3.0\times10^{-3}\;\Rightarrow\;\theta=0.17^{\circ}.$$
    The tiny angle is why the slits must be very close together and the screen far away to see the fringes clearly.

    Tiếng Việt
    Giao thoa hai nguồn

    Ánh sáng phân cực đi qua hai khe gần nhau tạo ra các vân sáng và tối. Vân sáng xuất hiện nơi độ chênh lệch quãng đường là số nguyên lần bước sóng:

    $$d\sin\theta=m\lambda.$$
    Một lưới nhiễu xạ có nhiều khe, tạo ra các vạch sáng sắc nét và cách xa nhau – hữu ích để tách ánh sáng thành các bước sóng riêng biệt.

    Khe đôi Young tạo ra giao thoa vân sáng và tối
    Khe đôi Young tạo ra giao thoa vân sáng và tối

    Ví dụ giải. Ánh sáng có bước sóng $600\ \text{nm}$ đi qua hai khe cách nhau $0.20\ \text{mm}$. Vân sáng thứ nhất ($m=1$) nằm ở

    $$\sin\theta=\frac{m\lambda}{d}=\frac{1\times600\times10^{-9}}{0.20\times10^{-3}}=3.0\times10^{-3}\;\Rightarrow\;\theta=0.17^{\circ}.$$
    Góc nhỏ này là lý do tại sao các khe phải rất gần nhau và màn hình phải đặt xa để quan sát rõ các vân.

    Màu cầu vồng phản xạ từ bề mặt đĩa CD
    Các rãnh nhỏ trên đĩa CD hoạt động như một lưới nhiễu xạ, tách ánh sáng trắng thành quang phổ
    Explore · ⁨Khám phá⁩

    Superpose two waves · ⁨Lồng ghép hai sóng⁩

    Where two waves arrive in phase they add (bright fringe); out of phase they cancel (dark fringe). That interference makes the double-slit pattern. · ⁨Nơi hai sóng đến cùng pha chúng cộng gộp (vân sáng); ngược pha chúng triệt tiêu nhau (vân tối). Sự giao thoa này tạo nên mô hình khe đôi.⁩

    14.9

    Thin-Film Interference · ⁨Giao thoa Màng mỏng⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 14.9.A: Describe the behavior of light that interacts with a thin film.

    • 14.9.A.1 When light travels from one medium to another, some of the light is transmitted, some is reflected, and some is absorbed.
    • 14.9.A.2 The phase change of a reflected ray depends on the relative indices of refraction of the materials with which the ray interacts.
      • 14.9.A.2.i A phase change of 180 degrees occurs when a light ray is reflected from a medium with a greater index of refraction than the medium through which the ray is traveling.
      • 14.9.A.2.ii No phase change occurs when a light ray is reflected from a medium with a lower index of refraction than the medium through which the ray is traveling.
    • 14.9.A.3 The phase of a wave does not change when it is refracted as it passes from one medium into another.
    • 14.9.A.4 Thin-film interference occurs when light interacts with a medium whose thickness is comparable to the light's wavelength.
      • 14.9.A.4.i The interactions between the initial reflected light and the light exiting the thin film after being reflected from the second interface exhibit wave interference behavior, resulting in a single wave that is the sum of the two interacting waves.
      • 14.9.A.4.ii The amount of constructive or destructive interference between the two reflected waves depends on the relationship between the thickness of the film, the wavelength of light, any phase shifts, and the angle at which the incident light strikes the film.
    • 14.9.A.5 Practical examples of thin-film interference include the color variations seen in soap bubbles and oil films, as well as antireflection coatings.
      • 14.9.A.5.i The spectrum of colors observed in oil films and soap bubbles arises from differences in the thickness of the film.
      • 14.9.A.5.ii Antireflection coatings eliminate reflected light by applying the relationships between indices of refraction, phase shift, and wave interference to create destructive interference of the light reflected from the two surfaces of the coating.
      • 14.9.A.5.iii The simplest antireflection coating has a thickness equal to one-quarter of the wavelength of the light in the coating, and the index of refraction of the coating is greater than that of air and less than that of the surface upon which the coating is applied. This assumes incident light is normal to the surface.

    Boundary statement: Quantitative analysis of thin-film interference is limited to waves that are normal to the incident surface.

    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 14.9.A: Mô tả hành vi của ánh sáng tương tác với một màng mỏng.

    • 14.9.A.1 Khi ánh sáng truyền từ môi trường này sang môi trường khác, một phần ánh sáng bị truyền qua, một phần bị phản xạ và một phần bị hấp thụ.
    • 14.9.A.2 Sự thay đổi pha của tia phản xạ phụ thuộc vào chỉ số khúc xạ tương đối của các vật liệu mà tia tương tác.
      • 14.9.A.2.i Sự thay đổi pha 180 độ xảy ra khi một tia sáng bị phản xạ từ một môi trường có chỉ số khúc xạ lớn hơn môi trường mà tia đang truyền đi.
      • 14.9.A.2.ii Không có sự thay đổi pha nào xảy ra khi một tia sáng bị phản xạ từ một môi trường có chỉ số khúc xạ nhỏ hơn môi trường mà tia đang truyền đi.
    • 14.9.A.3 Pha của sóng không thay đổi khi nó bị khúc xạ khi truyền từ một môi trường này sang môi trường khác.
    • 14.9.A.4 Giao thoa màng mỏng xảy ra khi ánh sáng tương tác với một môi trường có độ dày tương đương với bước sóng của ánh sáng đó.
      • 14.9.A.4.i Sự tương tác giữa ánh sáng ban đầu bị phản xạ và ánh sáng thoát ra khỏi màng mỏng sau khi bị phản xạ từ bề mặt thứ hai thể hiện hành vi giao thoa sóng, dẫn đến một sóng duy nhất là tổng của hai sóng tương tác.
      • 14.9.A.4.ii Mức độ giao thoa tăng cường hoặc triệt tiêu giữa hai sóng phản xạ phụ thuộc vào mối quan hệ giữa độ dày của màng, bước sóng ánh sáng, bất kỳ sự dịch pha nào, và góc tới của ánh sáng chiếu vào màng.
    • 14.9.A.5 Các ví dụ thực tế về giao thoa màng mỏng bao gồm sự biến đổi màu sắc thấy được trong bong bóng xà phòng và màng dầu, cũng như lớp chống phản xạ.
      • 14.9.A.5.i Quang phổ màu sắc quan sát được trong màng dầu và bong bóng xà phòng arises từ sự khác biệt về độ dày của màng.
      • 14.9.A.5.ii Lớp chống phản xạ loại bỏ ánh sáng phản xạ bằng cách áp dụng các mối quan hệ giữa chỉ số khúc xạ, sự dịch pha và giao thoa sóng để tạo ra sự triệt tiêu của ánh sáng phản xạ từ hai bề mặt của lớp phủ.
      • 14.9.A.5.iii Lớp chống phản xạ đơn giản nhất có độ dày bằng một phần tư bước sóng của ánh sáng trong lớp phủ, và chỉ số khúc xạ của lớp phủ lớn hơn chỉ số khúc xạ của không khí và nhỏ hơn chỉ số khúc xạ của bề mặt mà lớp phủ được áp dụng. Điều này giả định ánh sáng tới vuông góc với bề mặt.

    Phát biểu giới hạn: Phân tích định lượng về giao thoa màng mỏng chỉ giới hạn ở các sóng vuông góc với bề mặt tới.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English

    Light reflecting off the top and bottom of a thin film 薄膜 (soap bubble, oil slick) interferes with itself. Depending on the film's thickness and a possible half-wavelength phase flip on reflection off a denser medium, particular wavelengths interfere constructively – producing the shifting colours you see.

    The same physics is put to work in an antireflection coating 增透膜 on camera lenses, glasses, and solar cells: a thin transparent layer whose two reflected waves interfere destructively, so almost no light reflects and more is transmitted. The simplest coating is one quarter of a wavelength thick (measured in the coating), and its refractive index sits between that of air and the glass beneath, so the reflected light cancels itself out.

    Tiếng Việt

    Ánh sáng phản xạ từ mặt trên và mặt dưới của một màng mỏng (bọt xà phòng, vết dầu) giao thoa với chính nó. Tùy thuộc vào độ dày của màng và sự đảo pha nửa bước sóng có thể xảy ra khi phản xạ từ môi trường đặc hơn, các bước sóng cụ thể sẽ giao thoa cộng gộp – tạo nên những màu sắc chuyển động mà bạn thấy.

    Cùng cơ chế vật lý này được áp dụng trong lớp chống phản xạ trên ống kính máy ảnh, kính mắt và pin năng lượng mặt trời: một lớp trong suốt mỏng mà hai sóng phản xạ giao thoa triệt tiêu, do đó hầu như không có ánh sáng nào bị phản xạ và nhiều ánh sáng hơn được truyền qua. Lớp phủ đơn giản nhất có độ dày bằng một phần tư bước sóng (đo trong lớp phủ), và chỉ số khúc xạ của nó nằm giữa chỉ số khúc xạ của không khí và lớp thủy tinh bên dưới, giúp ánh sáng phản xạ triệt tiêu lẫn nhau.

    14.9

    Exam tips · ⁨Mẹo làm bài thi⁩

    English
    • Use $v=f\lambda$; the source sets the frequency, and when a wave enters a new medium the frequency stays fixed while the speed and wavelength change.
    • Distinguish transverse (vibration perpendicular, can be polarised) from longitudinal (vibration along the travel, e.g. sound).
    • Constructive interference needs a path difference of a whole number of wavelengths; destructive needs a half-odd number.
    • On a string fixed at both ends the fundamental fits half a wavelength ($\lambda=2L$).
    • Diffraction is significant only when the gap is comparable to the wavelength — sound bends round doorways, light needs a very narrow slit.
    • Beats: two waves of slightly different frequency throb at $f_{\text{beat}}=|f_1-f_2|$ (e.g. two tuning forks; tuning to zero beats).
    • An antireflection coating is a quarter-wavelength-thick layer (index between air and glass) whose two reflections cancel, cutting the reflected light.
    Tiếng Việt
    • Sử dụng $v=f\lambda$; nguồn xác định tần số, và khi sóng đi vào môi trường mới, tần số giữ nguyên trong khi tốc độ và bước sóng thay đổi.
    • Phân biệt sóng ngang (dao động vuông góc, có thể phân cực) và sóng dọc (dao động dọc theo hướng truyền, ví dụ: âm thanh).
    • Giao thoa cộng gộp cần độ chênh lệch quãng đường là số nguyên lần bước sóng; giao thoa triệt tiêu cần độ chênh lệch là số lẻ lần nửa bước sóng.
    • Trên dây cố định hai đầu, mode cơ bản chứa nửa bước sóng ($\lambda=2L$).
    • Nhiễu xạ chỉ đáng kể khi khe hở có kích thước tương đương với bước sóng — âm thanh uốn cong quanh cửa ra vào, ánh sáng cần một khe hẹp rất nhỏ.
    • Giao thoa (Beats): hai sóng có tần số hơi khác nhau dao động cùng tần số $f_{\text{beat}}=|f_1-f_2|$ (ví dụ: hai âm thoa; chỉnh âm để đạt không có beat).
    • Lớp phủ chống phản xạ là một lớp mỏng có độ dày bằng một phần tư bước sóng (chỉ số khúc xạ nằm giữa không khí và thủy tinh) trong đó hai tia phản xạ triệt tiêu lẫn nhau, làm giảm lượng ánh sáng bị phản xạ.
    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    beats/biːts/ bat
    beat frequency/biːt ˈfriːkwənsi/ Tần số dao động
  • 15

    Modern Physics · ⁨Vật lý hiện đại⁩

    Watch lesson · ⁨Xem bài học⁩
    15.1

    Quantum Theory and Wave-Particle Duality · ⁨Lý thuyết Lượng tử và Tính chất Sóng-Hạt⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 15.1.A: Describe the properties and behavior of an object that exhibits both particle-like and wave-like behavior.

    • 15.1.A.1 Quantum theory was developed to explain observations of matter and energy that could not be explained using classical mechanics. These phenomena include, but are not limited to, atomic spectra, blackbody radiation, and the photoelectric effect.
      • 15.1.A.1.i Quantum theory is necessary to describe the properties of matter at atomic and subatomic scales.
      • 15.1.A.1.ii In quantum theory, fundamental particles can exhibit both particle-like and wave-like behavior.
    • 15.1.A.2 Light can be modeled both as a wave and as discrete particles, called photons.
      • 15.1.A.2.i A photon is a massless, electrically neutral particle with energy proportional to the photon's frequency.
        • Relevant equations:
        • $E = hf$
        • $\lambda = \dfrac{c}{f}$
      • 15.1.A.2.ii Photons travel in straight lines unless they interact with matter.
    • 15.1.A.3 The speed of a photon depends on the medium through which the photon travels.
      • 15.1.A.3.i The speed of all photons in free space is equal to the speed of light, $c = 3.00 \times 10^{8}$ m/s.
      • 15.1.A.3.ii In general, the speed of photons through a given medium is inversely proportional to the index of refraction of that medium.
    • 15.1.A.4 Particles can demonstrate wave properties, as shown by variations of Young's double-slit experiment.
      • 15.1.A.4.i A wave model of matter is quantified by the de Broglie wavelength, which increases as the momentum of a particle decreases.
        • Relevant equation:
        • $\lambda = \dfrac{h}{p}$
      • 15.1.A.4.ii Quantum theory is necessary to describe systems where the de Broglie wavelength is comparable to the size of the system.
    • 15.1.A.5 Values of energy and momentum have discrete, or quantized, values for bound systems described by quantum theory.
    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 15.1.A: Mô tả các tính chất và hành vi của một vật thể vừa thể hiện hành vi giống hạt vừa giống sóng.

    • 15.1.A.1 Lý thuyết lượng tử được phát triển để giải thích các quan sát về vật chất và năng lượng mà cơ học cổ điển không thể giải thích được. Các hiện tượng này bao gồm, nhưng không giới hạn ở, quang phổ nguyên tử, bức xạ vật đen và hiệu ứng quang điện.
      • 15.1.A.1.i Lý thuyết lượng tử là cần thiết để mô tả các tính chất của vật chất ở quy mô nguyên tử và hạ nguyên tử.
      • 15.1.A.1.ii Trong lý thuyết lượng tử, các hạt cơ bản có thể thể hiện cả hành vi giống hạt lẫn giống sóng.
    • 15.1.A.2 Ánh sáng có thể được mô hình hóa vừa là sóng vừa là các hạt rời rạc, gọi là photon.
      • 15.1.A.2.i Photon là một hạt không khối lượng, trung hòa về điện với năng lượng tỷ lệ thuận với tần số của photon.
        • Các phương trình liên quan:
        • $E = hf$
        • $\lambda = \dfrac{c}{f}$
      • 15.1.A.2.ii Photon truyền theo đường thẳng trừ khi chúng tương tác với vật chất.
    • 15.1.A.3 Tốc độ của photon phụ thuộc vào môi trường mà photon truyền qua.
      • 15.1.A.3.i Tốc độ của tất cả các photon trong không gian tự do bằng tốc độ ánh sáng, $c = 3.00 \times 10^{8}$ m/s.
      • 15.1.A.3.ii Nói chung, tốc độ của photon qua một môi trường xác định tỉ lệ nghịch với chỉ số khúc xạ của môi trường đó.
    • 15.1.A.4 Các hạt có thể thể hiện các tính chất sóng, như được minh họa bởi các biến thể của thí nghiệm khe đôi Young.
      • 15.1.A.4.i Mô hình sóng của vật chất được định lượng hóa bởi bước sóng de Broglie, giá trị này tăng lên khi động lượng của hạt giảm.
        • Phương trình liên quan:
        • $\lambda = \dfrac{h}{p}$
      • 15.1.A.4.ii Lý thuyết lượng tử là cần thiết để mô tả các hệ thống mà ở đó bước sóng de Broglie tương đương với kích thước của hệ thống.
    • 15.1.A.5 Giá trị của năng lượng và động lượng có các giá trị rời rạc, hay lượng tử hóa, cho các hệ bị ràng buộc được mô tả bởi lý thuyết lượng tử.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English

    At tiny scales, energy comes in discrete packets called quanta 量子. Light is carried by photons 光子, each with energy set by its frequency:

    $$E=hf,$$
    where $h$ is Planck's constant. Wave–particle duality 波粒二象性: light and matter each show both wave behavior (interference, diffraction) and particle behavior (photons, electrons as localized hits). A particle also has a matter wavelength $\lambda=\dfrac{h}{p}$, and particles genuinely produce interference - a variation of Young's double-slit experiment 双缝实验 done with electrons builds up the same fringe pattern as light.

    Worked example. Find the energy of a photon of orange light with frequency $5.0\times10^{14}\ \text{Hz}$ ($h=6.63\times10^{-34}\ \text{J s}$): $E=hf=6.63\times10^{-34}\times5.0\times10^{14}=3.3\times10^{-19}\ \text{J}$, which is about $2.1\ \text{eV}$ (dividing by $1.6\times10^{-19}$). Visible-light photons carry a few electronvolts – just right to trigger the chemistry of vision and photosynthesis.

    Tiếng Việt
    Buồng mây: vật lý hiện đại theo dõi các hạt mang điện từ quá trình phân rã phóng xạ
    Buồng mây: vật lý hiện đại theo dõi các hạt mang điện từ quá trình phân rã phóng xạ

    Ở quy mô vi mô, năng lượng xuất hiện dưới dạng các gói rời rạc gọi là lượng tử. Ánh sáng được truyền tải bởi các photon, mỗi photon có năng lượng xác định bởi tần số của nó:

    $$E=hf,$$
    trong đó $h$ là hằng số Planck. Tính lưỡng tính sóng-hạt: cả ánh sáng và vật chất đều thể hiện cả hành vi sóng (giao thoa, nhiễu xạ) và hành vi hạt (photon, electron như những va chạm cục bộ). Một hạt cũng có bước sóng vật chất $\lambda=\dfrac{h}{p}$, và các hạt thực sự tạo ra giao thoa — một biến thể của thí nghiệm khe đôi Young thực hiện bằng electron sẽ tích lũy cùng một mẫu vân giao thoa như ánh sáng.

    Electron tạo ra mẫu nhiễu xạ, chứng minh rằng hạt có bản chất sóng
    Electron tạo ra mẫu nhiễu xạ, chứng minh rằng hạt có bản chất sóng

    Ví dụ giải. Tìm năng lượng của một photon ánh sáng màu cam có tần số $5.0\times10^{14}\ \text{Hz}$ ($h=6.63\times10^{-34}\ \text{J s}$): $E=hf=6.63\times10^{-34}\times5.0\times10^{14}=3.3\times10^{-19}\ \text{J}$, xấp xỉ $2.1\ \text{eV}$ (chia cho $1.6\times10^{-19}$). Các photon ánh sáng nhìn thấy mang vài electronvolt — đúng mức để kích hoạt hóa học của thị giác và quang hợp.

    15.2

    The Bohr Model of Atomic Structure · ⁨Mô hình Bohr về Cấu trúc Nguyên tử⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 15.2.A: Describe the properties of an atom.

    • 15.2.A.1 Atoms have internal structure.
      • 15.2.A.1.i Atoms consist of a small, positively charged nucleus surrounded by one or more negatively charged electrons.
      • 15.2.A.1.ii The nucleus of an atom is made up of protons and neutrons.
      • 15.2.A.1.iii The number of neutrons and protons in an atom can be represented using nuclear notation.
      • 15.2.A.1.iv An ion is an atom with a nonzero net electric charge.
    • 15.2.A.2 Each atomic element has a unique number of protons.
      • 15.2.A.2.i The number and arrangements of electrons affects how atoms interact.
      • 15.2.A.2.ii The total number of neutrons and protons identifies the isotope of an element.
      • 15.2.A.2.iii The mass of an atom is dominated by the total mass of the protons and neutrons in its nucleus.
    • 15.2.A.3 The Bohr model of the atom is based on classical physics and was the historical representation of the atom that led to the description of the hydrogen atom in terms of discrete energy states.
      • 15.2.A.3.i In the Bohr model of the atom, electrons are modeled as moving around the nucleus in circular orbits determined by the electron's charge and mass, as well as the electric force between the electron and the nucleus.
        • Relevant equations:
        • $F_e = k\dfrac{q_1 q_2}{r^2}$
        • $F_{\text{net}} = m\dfrac{v^2}{r}$
      • 15.2.A.3.ii The standing wave model of electrons accounts for the existence of specific allowed energy states of an electron in an atom, because the electron orbit's circumference must be an integer multiple of the electron's de Broglie wavelength.

    Boundary statement: The analysis and description of electron structure is limited to energy levels and will not include such advanced descriptions as orbitals, orbital shapes, or probability functions.

    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 15.2.A: Mô tả các tính chất của một nguyên tử.

    • 15.2.A.1 Nguyên tử có cấu trúc bên trong.
      • 15.2.A.1.i Nguyên tử bao gồm một nhân nhỏ mang điện tích dương được bao quanh bởi một hoặc nhiều electron mang điện tích âm.
      • 15.2.A.1.ii Nhân của nguyên tử được cấu tạo từ proton và neutron.
      • 15.2.A.1.iii Số lượng neutron và proton trong một nguyên tử có thể được biểu diễn bằng ký hiệu hạt nhân.
      • 15.2.A.1.iv Ion là một nguyên tử có điện tích tổng hợp khác không.
    • 15.2.A.2 Mỗi nguyên tố hóa học có một số lượng proton riêng biệt.
      • 15.2.A.2.i Số lượng và cách sắp xếp của electron ảnh hưởng đến cách các nguyên tử tương tác.
      • 15.2.A.2.ii Tổng số neutron và proton xác định đồng vị của một nguyên tố.
      • 15.2.A.2.iii Khối lượng của một nguyên tử chủ yếu do tổng khối lượng của các proton và neutron trong hạt nhân quyết định.
    • 15.2.A.3 Mô hình Bohr của nguyên tử dựa trên vật lý cổ điển và là mô hình lịch sử dẫn đến việc mô tả nguyên tử hydro theo các trạng thái năng lượng rời rạc.
      • 15.2.A.3.i Trong mô hình Bohr, electron được mô hình hóa như chuyển động quanh hạt nhân trên các quỹ đạo tròn được xác định bởi điện tích và khối lượng của electron, cũng như lực tĩnh điện giữa electron và hạt nhân.
        • Các phương trình liên quan:
        • $F_e = k\dfrac{q_1 q_2}{r^2}$
        • $F_{\text{net}} = m\dfrac{v^2}{r}$
      • 15.2.A.3.ii Mô hình sóng dừng của electron giải thích sự tồn tại của các mức năng lượng cho phép cụ thể, vì chu vi quỹ đạo phải là bội số nguyên của bước sóng de Broglie của electron.

    Khung giới hạn: Việc phân tích và mô tả cấu trúc electron chỉ giới hạn ở các mức năng lượng và không bao gồm các mô tả nâng cao như orbital, hình dạng orbital hay hàm xác suất.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English

    The Bohr model 玻尔模型 pictures electrons orbiting the nucleus only in certain allowed energy levels 能级. An electron can jump between levels only by absorbing or emitting a photon whose energy exactly matches the gap:

    $$E_{\text{photon}}=|E_{\text{final}}-E_{\text{initial}}|.$$
    Because the levels are discrete, only specific photon energies are allowed.

    Tiếng Việt

    Mô hình Bohr mô tả các electron chỉ quay quanh hạt nhân ở những mức năng lượng cho phép nhất định. Một electron chỉ có thể chuyển giữa các mức này bằng cách hấp thụ hoặc phát ra một photon có năng lượng khớp chính xác với độ chênh lệch:

    $$E_{\text{photon}}=|E_{\text{final}}-E_{\text{initial}}|.$$
    Vì các mức năng lượng là rời rạc, chỉ những năng lượng photon cụ thể nào đó mới được phép tồn tại.

    15.3

    Emission and Absorption Spectra · ⁨Qu phổ phát xạ và hấp thụ⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 15.3.A: Describe the emission or absorption of photons by atoms.

    • 15.3.A.1 Energy transfer occurs when photons are absorbed or emitted by an atom, which is modeled as a system consisting of a nucleus and an electron.
    • 15.3.A.2 Energy can only be absorbed or emitted by an atom if the amount of energy being absorbed or emitted corresponds to the energy difference between two atomic energy states.
      • 15.3.A.2.i An atom in a given energy state may absorb a photon of the appropriate energy and transition to a higher energy state.
      • 15.3.A.2.ii An atom in an excited energy state may emit a photon of the appropriate energy to spontaneously move to a lower energy state.
      • 15.3.A.2.iii Because an atom is modeled as a system consisting of an electron and a nucleus, a change in the energy state of an atom corresponds to a change in the interaction energy between the electron and the nucleus.
    • 15.3.A.3 Transitions between two energy states of an atom correspond to the absorption or emission of a photon of a single frequency and, therefore, a single wavelength.
    • 15.3.A.4 Atoms of each element have a unique set of allowed energy levels and thereby a unique set of absorption and emission frequencies. The unique set of frequencies determines the element's spectrum.
      • 15.3.A.4.i An emission spectrum can be used to determine the elements in a source of light.
      • 15.3.A.4.ii An absorption spectrum can be used to determine the elements composing a substance by observing what light the substance has absorbed.
      • 15.3.A.4.iii Energy level diagrams are commonly used to visually represent the energy states of an atom.
    • 15.3.A.5 Binding energy is the energy required to remove an electron from an atom, causing the atom to become ionized. An atom in the lowest energy level (ground state) will require the greatest amount of energy to remove the electron from the atom.

    Boundary statement: In AP Physics 2, only energy level diagrams of single-electron atoms will be considered.

    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 15.3.A: Mô tả sự phát xạ hoặc hấp thụ photon bởi các nguyên tử.

    • 15.3.A.1 Sự truyền năng lượng xảy ra khi photon được hấp thụ hoặc phát ra bởi một nguyên tử, được mô hình hóa như một hệ gồm hạt nhân và electron.
    • 15.3.A.2 Năng lượng chỉ có thể được hấp thụ hoặc phát ra bởi một nguyên tử nếu lượng năng lượng đó tương ứng với hiệu năng lượng giữa hai trạng thái năng lượng nguyên tử.
      • 15.3.A.2.i Một nguyên tử ở một trạng thái năng lượng nhất định có thể hấp thụ một photon có năng lượng phù hợp và chuyển sang trạng thái năng lượng cao hơn.
      • 15.3.A.2.ii Một nguyên tử ở trạng thái kích thích có thể phát ra một photon có năng lượng phù hợp để tự phát chuyển sang trạng thái năng lượng thấp hơn.
      • 15.3.A.2.iii Vì nguyên tử được mô hình hóa là hệ gồm electron và hạt nhân, nên sự thay đổi trạng thái năng lượng của nguyên tử tương ứng với sự thay đổi năng lượng tương tác giữa electron và hạt nhân.
    • 15.3.A.3 Các chuyển tiếp giữa hai trạng thái năng lượng của nguyên tử tương ứng với việc hấp thụ hoặc phát ra một photon có tần số duy nhất và, do đó, là bước sóng duy nhất.
    • 15.3.A.4 Mỗi nguyên tố có một tập hợp các mức năng lượng cho phép riêng biệt, và từ đó có một tập hợp tần số hấp thụ và phát xạ riêng biệt. Tập hợp tần số đặc trưng này xác định quang phổ của nguyên tố đó.
      • 15.3.A.4.i Quang phổ phát xạ có thể được sử dụng để xác định các nguyên tố có trong nguồn sáng.
      • 15.3.A.4.ii Quang phổ hấp thụ có thể được sử dụng để xác định các nguyên tố cấu thành chất bằng cách quan sát ánh sáng mà chất đó đã hấp thụ.
      • 15.3.A.4.iii Sơ đồ mức năng lượng thường được sử dụng để biểu diễn trực quan các trạng thái năng lượng của nguyên tử.
    • 15.3.A.5 Năng lượng liên kết là năng lượng cần thiết để loại bỏ một electron khỏi nguyên tử, khiến nguyên tử trở thành ion. Nguyên tử ở mức năng lượng thấp nhất (trạng thái cơ bản) sẽ cần lượng năng lượng lớn nhất để loại bỏ electron khỏi nguyên tử.

    Khung giới hạn: Trong AP Physics 2, chỉ xem xét sơ đồ mức năng lượng của các nguyên tử đơn electron.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English
    • An emission spectrum 发射光谱 is the set of bright lines given off when electrons drop to lower levels – each line a specific wavelength.
    • An absorption spectrum 吸收光谱 is the set of dark lines where those same wavelengths are absorbed from a continuous source.

    The line pattern is a fingerprint of the element, since every element has its own energy levels.

    Tiếng Việt
    • Qu phổ phát xạ là tập hợp các vạch sáng được tạo ra khi các electron rơi xuống các mức năng lượng thấp hơn – mỗi vạch ứng với một bước sóng cụ thể.
    • Qu phổ hấp thụ là tập hợp các vạch tối nơi những bước sóng đó bị hấp thụ từ một nguồn liên tục.
    Các mức năng lượng rời rạc của hydro tạo ra qu phổ
    Các mức năng lượng rời rạc của hydro tạo ra qu phổ

    Mẫu qu này giống như một dấu vân tay của nguyên tố, vì mỗi nguyên tố đều có các mức năng lượng riêng biệt.

    Bốn vạch phát xạ nhìn thấy của hydro trên nền đen
    Qu phổ phát xạ của hydro: mỗi vạch sáng là ánh sáng do electron chuyển động giữa các mức năng lượng cố định
    Explore · ⁨Khám phá⁩

    See an element's line spectrum · ⁨Xem quang phổ vạch của một nguyên tố⁩

    Electrons jump between fixed energy levels, emitting or absorbing photons of exact wavelengths — a line spectrum that fingerprints the element. · ⁨Electron nhảy giữa các mức năng lượng xác định, phát ra hoặc hấp thụ photon có bước sóng chính xác — một quang phổ vạch là dấu vân tay của nguyên tố đó.⁩

    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    quanta/ˈkwɒntə/ lượng tử
    photons/ˈfəʊtɒnz/ photon
    Wave–particle duality/weɪv ˈpɑːtɪkl djuːˈælɪti/ Lưỡng tính sóng–hạt
    double-slit experiment/ˈdʌbl slɪt ekˈsperɪmənt/ Thí nghiệm khe đôi
    Bohr model/ˈbəʊə ˈmɒdl/ mô hình Bohr
    energy levels/ˈenədʒi ˈlevlz/ các mức năng lượng
    emission spectrum/ɪˈmɪʃn ˈspektrəm/ quang phổ phát xạ
    absorption spectrum/əbˈsɔːpʃn ˈspektrəm/ qu phổ hấp thụ
    15.4

    Blackbody Radiation · ⁨Bức xạ vật đen⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 15.4.A: Describe the electromagnetic radiation emitted by an object due to its temperature.

    • 15.4.A.1 Matter will spontaneously convert some of its internal thermal energy into electromagnetic energy.
    • 15.4.A.2 A blackbody is an idealized model of matter that absorbs all radiation that falls on the body. If the body is in equilibrium at a constant temperature, then it must in turn emit energy.
    • 15.4.A.3 A blackbody will emit a continuous spectrum that only depends on the body's temperature. The radiation emitted by a blackbody is often modeled by plotting intensity per unit wavelength as a function of wavelength.
      • 15.4.A.3.i The distribution of the intensity of a blackbody's spectrum as a function of temperature cannot be modeled using only classical physics concepts. A blackbody's spectrum is described by Planck's law, which assumes that the energy of light is quantized.
      • 15.4.A.3.ii The peak wavelength emitted by a blackbody (the wavelength at which the blackbody emits the greatest amount of radiation per unit wavelength) decreases with increasing temperature, as described by Wien's law.
        • Relevant equation:
        • $\lambda_{\max} = \dfrac{b}{T}$
      • 15.4.A.3.iii The rate at which energy is emitted (power) by a blackbody is proportional to the surface area of the body and to the temperature of the body raised to the fourth power, as described by the Stefan-Boltzmann law.
        • Relevant equation:
        • $P = A\sigma T^4$
    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 15.4.A: Mô tả bức xạ điện từ phát ra bởi vật thể do nhiệt độ của nó.

    • 15.4.A.1 Vật chất sẽ tự phát chuyển hóa một phần nội năng nhiệt của nó thành năng lượng điện từ.
    • 15.4.A.2 Vật đen là mô hình lý tưởng hóa của vật chất hấp thụ toàn bộ bức xạ chiếu lên nó. Nếu vật nằm trong cân bằng ở nhiệt độ không đổi, thì nó phải phát ra năng lượng.
    • 15.4.A.3 Vật đen sẽ phát ra quang phổ liên tục chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của vật. Bức xạ phát ra từ vật đen thường được mô hình hóa bằng cách biểu diễn cường độ trên đơn vị bước sóng theo hàm của bước sóng.
      • 15.4.A.3.i Phân bố cường độ quang phổ vật đen theo nhiệt độ không thể mô hình hóa chỉ bằng các khái niệm vật lý cổ điển. Quang phổ vật đen được mô tả bởi định luật Planck, giả định rằng năng lượng ánh sáng là lượng tử hóa.
      • 15.4.A.3.ii Bước sóng cực đại phát ra bởi vật đen (bước sóng mà tại đó vật đen phát ra lượng bức xạ lớn nhất trên đơn vị bước sóng) giảm đi khi nhiệt độ tăng, như được mô tả bởi định luật Wien.
        • Phương trình liên quan:
        • $\lambda_{\max} = \dfrac{b}{T}$
      • 15.4.A.3.iii Tốc độ phát năng lượng (công suất) của vật đen tỷ lệ thuận với diện tích bề mặt của vật và bình phương bậc bốn nhiệt độ của vật, như được mô tả bởi định luật Stefan-Boltzmann.
        • Phương trình liên quan:
        • $P = A\sigma T^4$

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English

    A blackbody 黑体 emits a continuous spectrum that depends only on its temperature. Hotter objects glow brighter and peak at shorter wavelengths (red-hot to white-hot to blue-hot). Explaining this spectrum required quantized energy – a founding problem of quantum theory.

    Tiếng Việt

    Một vật đen phát ra qu phổ liên tục phụ thuộc duy nhất vào nhiệt độ của nó. Các vật nóng hơn phát sáng mạnh hơn và đạt cực đại ở bước sóng ngắn hơn (từ đỏ nóng đến trắng nóng đến xanh nóng). Giải thích qu phổ này đòi hỏi năng lượng lượng tử hóa – một vấn đề nền tảng của cơ học lượng tử.

    Một vật đen nóng hơn bức xạ nhiều hơn, và cực đại dịch về bước sóng ngắn hơn
    Một vật đen nóng hơn bức xạ nhiều hơn, và cực đại dịch về phía bước sóng ngắn hơn
    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    blackbody/ˈblækbɒdi/ vật đen
    photoelectric effect/ˌfəʊtəʊɪˈlektrɪk ɪˈfekt/ hiệu ứng quang điện
    work function/wɜːk ˈfʌŋkʃn/ hàm công
    Compton scattering/ˈkɒmptn ˈskætərɪŋ/ Tán xạ Compton
    nucleus/ˈnjuːklɪəs/ nhân
    Fission/ˈfɪʃn/ Phân hạch
    Fusion/ˈfjuːʒn/ Tổng hợp
    15.5

    The Photoelectric Effect · ⁨Hiệu ứng quang điện⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 15.5.A: Describe an interaction between photons and matter using the photoelectric effect.

    • 15.5.A.1 The photoelectric effect is the emission of electrons when electromagnetic radiation is incident upon a photoactive material.
    • 15.5.A.2 The emission of electrons via the photoelectric effect requires a minimum frequency of incident light, called the threshold frequency.
      • 15.5.A.2.i Light that is incident on a material and is at the threshold frequency or higher will induce electron emission, regardless of the number of photons that strike the material.
      • 15.5.A.2.ii The energy of the emitted electrons is not dependent on the number of photons that are incident upon the material, which provides evidence that light is a collection of discrete, quantized energy packets called photons.
    • 15.5.A.3 The maximum kinetic energy of an emitted electron is related to the frequency of the incident light and the work function of the material, $\phi$.
      • 15.5.A.3.i The work function of a material is the minimum energy required to emit an electron from atoms in the material.
      • 15.5.A.3.ii The maximum kinetic energy of an emitted electron is given by the equation $K_{\max} = hf - \phi$.
      • 15.5.A.3.iii In a typical experimental setup to demonstrate the photoelectric effect and determine the work function of a metal, two metal plates are placed in a vacuum chamber and connected to a variable source of potential difference. One of the plates is illuminated by monochromatic light that causes electrons to be ejected and the potential difference between the plates is adjusted until no current is measured in the circuit.

    Boundary statement: Where applicable, work functions for materials will be provided on the exam; students are not expected to know values of work functions or variables of a material that influence the magnitude of its work function.

    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 15.5.A: Mô tả tương tác giữa photon và vật chất thông qua hiệu ứng quang điện.

    • 15.5.A.1 Hiệu ứng quang điện là sự phát xạ electron khi bức xạ điện từ chiếu vào vật liệu hoạt động quang điện.
    • 15.5.A.2 Sự phát xạ electron qua hiệu ứng quang điện yêu cầu tần số tối thiểu của ánh sáng tới, gọi là tần số ngưỡng.
      • 15.5.A.2.i Ánh sáng chiếu vào vật liệu có tần số bằng hoặc cao hơn tần số ngưỡng sẽ gây ra sự phát xạ electron, bất kể số lượng photon va chạm vào vật liệu.
      • 15.5.A.2.ii Năng lượng của các electron phát ra không phụ thuộc vào số lượng photon chiếu vào vật liệu, điều này chứng minh rằng ánh sáng là tập hợp các gói năng lượng rời rạc, lượng tử hóa gọi là photon.
    • 15.5.A.3 Động năng cực đại của electron phát ra liên quan đến tần số của ánh sáng tới và công thoát của vật liệu, $\phi$.
      • 15.5.A.3.i Công thoát của một vật liệu là mức năng lượng tối thiểu cần thiết để phát ra một electron từ các nguyên tử trong vật liệu đó.
      • 15.5.A.3.ii Động năng cực đại của electron phát ra được xác định bởi phương trình $K_{\max} = hf - \phi$.
      • 15.5.A.3.iii Trong một thiết lập thực nghiệm điển hình để minh họa hiệu ứng quang điện và xác định công thoát của kim loại, hai tấm kim loại được đặt trong buồng chân không và nối với nguồn biến thiên hiệu điện thế. Một trong hai tấm được chiếu bằng ánh sáng đơn sắc gây ra sự phóng thích electron và hiệu điện thế giữa hai tấm được điều chỉnh cho đến khi không còn dòng điện nào được đo trong mạch.

    Tuyên bố giới hạn: Khi áp dụng, công thoát của các vật liệu sẽ được cung cấp trong đề thi; học sinh không cần nhớ giá trị công thoát hay các thông số của vật liệu ảnh hưởng đến độ lớn của nó.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English
    The photoelectric effect

    Shining light on a metal can eject electrons – the photoelectric effect 光电效应. Key facts (which only the photon picture explains): electrons come out only if the photon's frequency exceeds a threshold, no matter how bright a dimmer, lower-frequency light is. Energy conservation gives

    $$K_{\max}=hf-\phi,$$
    where $\phi$ is the metal's work function 逸出功 (the energy to free an electron).

    Worked example. Light of frequency $8.0\times10^{14}\ \text{Hz}$ falls on a metal with work function $\phi=3.0\times10^{-19}\ \text{J}$. The most energetic electrons come off with

    $$K_{\max}=hf-\phi=(6.63\times10^{-34}\times8.0\times10^{14})-3.0\times10^{-19}=5.3\times10^{-19}-3.0\times10^{-19}=2.3\times10^{-19}\ \text{J}.$$
    Below the threshold frequency $\phi/h$, $K_{\max}$ would be negative – meaning no electrons escape at all, however bright the light.

    Tiếng Việt
    Hiệu ứng quang điện

    Chiếu ánh sáng lên kim loại có thể bứt ra electron – hiệu ứng quang điện. Những sự thật then chốt (chỉ mô hình photon giải thích được): electron chỉ bứt ra nếu tần số của photon vượt qua ngưỡng giới hạn, bất kể nguồn sáng yếu hơn nhưng có tần số thấp hơn sáng thế nào. Bảo toàn năng lượng mang lại

    $$K_{\max}=hf-\phi,$$
    trong đó $\phi$ là công thoát của kim loại (năng lượng cần thiết để giải phóng một electron).

    Động năng tối đa của các electron quang điện tăng tuyến tính theo tần số
    Động năng cực đại của electron quang điện tăng tuyến tính theo tần số

    Ví dụ minh họa. Ánh sáng có tần số $8.0\times10^{14}\ \text{Hz}$ chiếu lên một kim loại có công thoát $\phi=3.0\times10^{-19}\ \text{J}$. Những electron có năng lượng lớn nhất sẽ bứt ra với

    $$K_{\max}=hf-\phi=(6.63\times10^{-34}\times8.0\times10^{14})-3.0\times10^{-19}=5.3\times10^{-19}-3.0\times10^{-19}=2.3\times10^{-19}\ \text{J}.$$
    Dưới ngưỡng tần số $\phi/h$, $K_{\max}$ sẽ âm – nghĩa là không có electron nào bứt ra cả, dù ánh sáng có sáng đến đâu.

    15.6

    Compton Scattering · ⁨Tán xạ Compton⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 15.6.A: Describe the interaction between photons and matter using Compton scattering.

    • 15.6.A.1 In Compton scattering, a photon interacts with a free electron. The Compton effect is when a photon that emerges from the interaction has a lower energy and longer wavelength than the incoming photon. The magnitude of the change is related to the direction of the photon after the collision.
    • 15.6.A.2 Compton scattering provides evidence that light is a collection of discrete, quantized energy packets called photons.
      • 15.6.A.2.i Compton scattering can be explained by treating a photon as a particle and applying conservation of energy and conservation of momentum to the collision between the photon and electron.
      • 15.6.A.2.ii The transfer of a photon's energy to an electron results in the energy, momentum, frequency, and wavelength of the photon changing.
        • Relevant equations:
        • $E = hf$
        • $\lambda = \dfrac{h}{p}$
    • 15.6.A.3 The change in wavelength experienced by a photon after colliding with an electron is related to how much the photon's direction changes.
      • Relevant equation:
      • $\Delta\lambda = \dfrac{h}{m_e c}(1 - \cos\theta)$

    Boundary statement: AP Physics 2 includes full quantitative and qualitative treatments of conservation of momentum in two dimensions.

    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 15.6.A: Mô tả tương tác giữa photon và vật chất thông qua hiện tượng tán xạ Compton.

    • 15.6.A.1 Trong tán xạ Compton, một photon tương tác với một electron tự do. Hiệu ứng Compton xảy ra khi photon bay ra sau tương tác có năng lượng thấp hơn và bước sóng dài hơn so với photon tới. Độ lớn của sự thay đổi này liên quan đến hướng di chuyển của photon sau va chạm.
    • 15.6.A.2 Tán xạ Compton cung cấp bằng chứng cho thấy ánh sáng là một tập hợp các gói năng lượng rời rạc, lượng tử hóa gọi là photon.
      • 15.6.A.2.i Tán xạ Compton có thể được giải thích bằng cách coi photon như một hạt và áp dụng định luật bảo toàn năng lượng cùng định luật bảo toàn động lượng cho va chạm giữa photon và electron.
      • 15.6.A.2.ii Sự truyền năng lượng từ photon sang electron làm thay đổi năng lượng, động lượng, tần số và bước sóng của photon.
        • Các phương trình liên quan:
        • $E = hf$
        • $\lambda = \dfrac{h}{p}$
    • 15.6.A.3 Sự thay đổi bước sóng mà photon trải qua sau khi va chạm với electron liên quan đến mức độ thay đổi hướng di chuyển của photon.
      • Phương trình liên quan:
      • $\Delta\lambda = \dfrac{h}{m_e c}(1 - \cos\theta)$

    Tuyên bố giới hạn: AP Physics 2 bao gồm cả xử lý định lượng và định tính đầy đủ về định luật bảo toàn động lượng trong hai chiều.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English

    In Compton scattering 康普顿散射, a photon collides with an electron like two particles, transferring some energy and momentum. The scattered photon comes out with less energy (longer wavelength). This is direct evidence that photons carry momentum and behave as particles.

    Tiếng Việt

    Trong tán xạ Compton, một photon va chạm với một electron giống như hai hạt vật chất, truyền một phần năng lượng và động lượng. Photon tán xạ đi ra với năng lượng thấp hơn (bước sóng dài hơn). Đây là bằng chứng trực tiếp cho thấy photon mang động lượng và hành xử như các hạt.

    15.7

    Fission, Fusion, and Nuclear Decay · ⁨Phân hạch, tổng hợp và phân rã hạt nhân⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 15.7.A: Describe the physical properties that constrain the behavior of interacting nuclei, subatomic particles, and nucleons.

    • 15.7.A.1 The strong force is exerted at nuclear scales and dominates the interactions of nucleons (protons or neutrons).
    • 15.7.A.2 Possible nuclear reactions are constrained by the law of conservation of nucleon number.
    • 15.7.A.3 The behavior of the constituent particles of a nuclear reaction is constrained by laws of conservation of energy, energy-mass equivalence, and conservation of momentum.
    • 15.7.A.4 For all nuclear reactions, mass and energy may be exchanged due to mass-energy equivalence.
      • Relevant equation:
      • $E = mc^2$
    • 15.7.A.5 Energy may be released in nuclear processes in the form of kinetic energy of the products or as photons.
    • 15.7.A.6 Nuclear fusion is the process by which two or more smaller nuclei combine to form a larger nucleus, as well as subatomic particles.
    • 15.7.A.7 Nuclear fission is the process by which the nucleus of an atom splits into two or more smaller nuclei, as well as subatomic particles.
    • 15.7.A.8 Nuclear fission may occur spontaneously or may require an energy input, depending on the binding energy of the nucleus.

    Learning Objective 15.7.B: Describe the radioactive decay of a given sample of material consisting of a finite number of nuclei.

    • 15.7.B.1 Radioactive decay is the spontaneous transformation of a nucleus into one or more different nuclei.
      • 15.7.B.1.i The time at which an individual nucleus undergoes radioactive decay is indeterminable, but decay rates can be described using probability
      • 15.7.B.1.ii The half-life, $t_{1/2}$, of a radioactive material is the time it takes for half of the initial number of radioactive nuclei to have spontaneously decayed.
      • 15.7.B.1.iii The decay constant $\lambda$ can be related to the half-life of a radioactive material with the equation $\lambda = \dfrac{\ln 2}{t_{1/2}}$.
    • 15.7.B.2 A material's decay constant may be used to predict the number of nuclei remaining in a sample after a period of time, or the age of a material if the initial amount of material is known.
      • Relevant equation:
      • $N = N_0 e^{-\lambda t}$
      • Derived equation:
      • $\ln\left(\dfrac{N}{N_0}\right) = -\lambda t$
    • 15.7.B.3 Different unstable elements and isotopes may have vastly different half-lives, ranging from fractions of a second to billions of years.
    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 15.7.A: Mô tả các tính chất vật lý ràng buộc hành vi của các hạt nhân tương tác, hạt hạ nguyên tử và nucleon.

    • 15.7.A.1 Lực mạnh tác động ở quy mô hạt nhân và chi phối các tương tác giữa các nucleon (proton hoặc neutron).
    • 15.7.A.2 Các phản ứng hạt nhân khả dĩ bị ràng buộc bởi định luật bảo toàn số nucleon.
    • 15.7.A.3 Hành vi của các thành phần tham gia phản ứng hạt nhân bị ràng buộc bởi các định luật bảo toàn năng lượng, tương đương năng-lượng khối và bảo toàn động lượng.
    • 15.7.A.4 Đối với mọi phản ứng hạt nhân, khối lượng và năng lượng có thể trao đổi nhau do tương đương năng-lượng khối.
      • Phương trình liên quan:
      • $E = mc^2$
    • 15.7.A.5 Năng lượng có thể được giải phóng trong các quá trình hạt nhân dưới dạng động năng của sản phẩm hoặc dưới dạng photon.
    • 15.7.A.6 Tổng hợp hạt nhân là quá trình hai hoặc nhiều hạt nhân nhỏ kết hợp lại tạo thành một hạt nhân lớn hơn, cũng như các hạt hạ nguyên tử.
    • 15.7.A.7 Phân hạch hạt nhân là quá trình hạt nhân của một nguyên tử tách thành hai hoặc nhiều hạt nhân nhỏ hơn, cũng như các hạt hạ nguyên tử.
    • 15.7.A.8 Phân hạch hạt nhân có thể xảy ra tự phát hoặc đòi hỏi cung cấp năng lượng, tùy thuộc vào năng lượng liên kết của hạt nhân.

    Mục tiêu học tập 15.7.B: Mô tả sự phân rã phóng xạ của một mẫu vật nhất định bao gồm một số lượng hữu hạn các hạt nhân.

    • 15.7.B.1 Phân rã phóng xạ là sự biến đổi tự phát của một hạt nhân thành một hoặc nhiều hạt nhân khác.
      • 15.7.B.1.i Thời điểm một hạt nhân riêng lẻ trải qua phân rã phóng xạ là không thể xác định trước, nhưng tốc độ phân rã có thể được mô tả bằng xác suất.
      • 15.7.B.1.ii Bán đời, $t_{1/2}$, của một vật liệu phóng xạ là khoảng thời gian cần thiết để một nửa số hạt nhân phóng xạ ban đầu phân rã tự phát.
      • 15.7.B.1.iii Hằng số phân rã $\lambda$ có thể liên hệ với bán đời của vật liệu phóng xạ thông qua phương trình $\lambda = \dfrac{\ln 2}{t_{1/2}}$.
    • 15.7.B.2 Hằng số phân rã của một vật liệu có thể được sử dụng để dự đoán số hạt nhân còn lại trong mẫu sau một khoảng thời gian, hoặc xác định tuổi của vật liệu nếu biết lượng vật liệu ban đầu.
      • Phương trình liên quan:
      • $N = N_0 e^{-\lambda t}$
      • *Phương trình suy ra:
      • $\ln\left(\dfrac{N}{N_0}\right) = -\lambda t$
    • 15.7.B.3 Các nguyên tố và đồng vị không ổn định khác nhau có thể có bán đời rất khác nhau, dao động từ phân đoạn giây đến hàng tỷ năm.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English

    The nucleus 原子核 stores enormous energy. Fission 裂变 splits a heavy nucleus into lighter ones, releasing energy (nuclear reactors, bombs). Fusion 聚变 joins light nuclei into a heavier one (the Sun's power). Both release energy because the products have slightly less mass, converted by $E=mc^2$.

    Worked example. Even a tiny mass converts to a huge energy. If a nuclear reaction loses $1.0\times10^{-3}\ \text{kg}$ of mass, it releases $E=mc^2=1.0\times10^{-3}\times(3.0\times10^{8})^2=9.0\times10^{13}\ \text{J}$ – roughly the energy of $20\,000$ tonnes of TNT.

    Tiếng Việt

    Hạt nhân chứa trữ năng lượng khổng lồ. Phân hạch tách một hạt nhân nặng thành các hạt nhân nhẹ hơn, giải phóng năng lượng (lò phản ứng hạt nhân, bom nguyên tử). Tổng hợp kết hợp các hạt nhân nhẹ thành một hạt nhân nặng hơn (nguồn năng lượng của Mặt Trời). Cả hai đều giải phóng năng lượng vì các sản phẩm có khối lượng nhỏ hơn một chút, được chuyển đổi qua $E=mc^2$.

    Năng lượng liên kết trên mỗi nucleon đạt cực đại gần sắt, nên cả phân hạch và tổng hợp hạt nhân đều có thể giải phóng năng lượng
    Năng lượng liên kết trên mỗi nucleon đạt cực đại gần sắt, nên cả tổng hợp và phân hạch đều có thể giải phóng năng lượng

    Ví dụ minh họa. Ngay cả một khối lượng nhỏ cũng chuyển đổi thành năng lượng khổng lồ. Nếu một phản ứng hạt nhân mất đi $1.0\times10^{-3}\ \text{kg}$ khối lượng, nó sẽ giải phóng $E=mc^2=1.0\times10^{-3}\times(3.0\times10^{8})^2=9.0\times10^{13}\ \text{J}$ – khoảng bằng năng lượng của $20\,000$ tấn TNT.

    Nhà máy điện hạt nhân: sự phân hạch của hạt nhân nặng giải phóng năng lượng để vận hành nhà máy
    Nhà máy điện hạt nhân: phân hạch các hạt nhân nặng giải phóng năng lượng làm vận hành nhà máy
    Explore · ⁨Khám phá⁩

    Balance a nuclear decay equation · ⁨Cân bằng phương trình phân rã hạt nhân⁩

    In alpha, beta and gamma decay, nucleon and charge numbers must balance. Pick a mode and see how the parent turns into the daughter nuclide. · ⁨Trong phân rã alpha, beta và gamma, số nucleon và điện tích phải được bảo toàn. Chọn một chế độ và xem hạt nhân mẹ biến thành hạt nhân con như thế nào.⁩

    15.8

    Types of Radioactive Decay · ⁨Các loại phân rã phóng xạ⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 15.8.A: Describe the processes by which individual nuclei decay.

    • 15.8.A.1 Some processes by which nuclei decay emit subatomic particles with unique properties.
      • 15.8.A.1.i An alpha particle, or helium nucleus, consists of two neutrons and two protons and is symbolized by $\alpha$ or $\text{He}^{2+}$. (In Physics 2, only He-4 nuclei will be considered.)
      • 15.8.A.1.ii Neutrinos and antineutrinos are subatomic particles that have no electrical charge, have negligible mass, and are symbolized by $\nu$ and $\bar{\nu}$, respectively.
      • 15.8.A.1.iii Neutrinos and antineutrinos only interact with matter via the weak force and the gravitational force, which results in very little interaction with normal matter.
      • 15.8.A.1.iv Positrons, or antielectrons, are subatomic particles that have an electric charge opposite that of an electron, have the same mass as an electron, and are symbolized by $e^+$ or $\beta^+$.
    • 15.8.A.2 Nuclei can undergo radioactive decay via alpha decay, beta-minus decay ($\beta^-$), beta-plus decay ($\beta^+$), and gamma decay ($\gamma$).
      • 15.8.A.2.i In all nuclear decays, nucleon number (the number of neutrons and protons), lepton number (the number of electrons and neutrinos), and charge are conserved.
      • 15.8.A.2.ii Alpha decay occurs when a nucleus ejects an alpha particle.
      • 15.8.A.2.iii Beta-minus decay occurs when a neutron changes to a proton by emitting an electron and antineutrino.
      • 15.8.A.2.iv Beta-plus decay occurs when a proton changes to a neutron by emitting a positron and neutrino.
      • 15.8.A.2.v Gamma decay occurs after a nucleus has undergone alpha or beta decay and the excited nucleus decays to a lower energy state by emitting a photon.
    • 15.8.A.3 The type of decay exhibited by a given nucleus is determined by the isotope of the element.

    Boundary statement: AP Physics 2 does not expect students to memorize the processes by which specific isotopes decay or the half-lives of specific isotopes. Neutron emission and electron capture are not included in the AP Physics 2 curriculum framework. Additionally, types of neutrinos, the characteristics that distinguish neutrinos and antineutrinos, and an explanation or application of the weak force are not within the scope of this course.

    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 15.8.A: Mô tả các quá trình mà qua đó các hạt nhân riêng lẻ phân rã.

    • 15.8.A.1 Một số quá trình phân rã hạt nhân phát ra các hạt hạ nguyên tử có những tính chất đặc trưng riêng biệt.
      • 15.8.A.1.i Hạt alpha, hay hạt nhân heli, gồm hai neutron và hai proton, được ký hiệu là $\alpha$ hoặc $\text{He}^{2+}$. (Trong Vật lý 2, chỉ xét các hạt nhân He-4.)
      • 15.8.A.1.ii Neutrino và antineutrino là các hạt hạ nguyên tử không mang điện tích, có khối lượng không đáng kể, và được ký hiệu lần lượt là $\nu$ và $\bar{\nu}$.
      • 15.8.A.1.iii Neutrino và antineutrino chỉ tương tác với vật chất thông qua lực yếu và lực hấp dẫn, dẫn đến việc tương tác rất ít với vật chất thông thường.
      • 15.8.A.1.iv Positron, hay electron đối, là các hạt hạ nguyên tử mang điện tích trái ngược với electron, có khối lượng bằng electron, và được ký hiệu là $e^+$ hoặc $\beta^+$.
    • 15.8.A.2 Hạt nhân có thể trải qua sự phân rã phóng xạ thông qua phân rã alpha, phân rã beta-trừ ($\beta^-$), phân rã beta-dương ($\beta^+$) và phân rã gamma ($\gamma$).
      • 15.8.A.2.i Trong tất cả các quá trình phân rã hạt nhân, số nucleon (số neutron và proton), số lepton (số electron và neutrino) và điện tích đều được bảo toàn.
      • 15.8.A.2.ii Phân rã alpha xảy ra khi một hạt nhân phóng ra một hạt alpha.
      • 15.8.A.2.iii Phân rã beta-trừ xảy ra khi một neutron chuyển thành proton bằng cách phát ra một electron và antineutrino.
      • 15.8.A.2.iv Phân rã beta-trên xảy ra khi một proton chuyển thành neutron bằng cách phát ra một positron và neutrino.
      • 15.8.A.2.v Phân rã gamma xảy ra sau khi một hạt nhân đã trải qua phân rã alpha hoặc beta, và hạt nhân ở trạng thái kích thích suy biến về trạng thái năng lượng thấp hơn bằng cách phát ra một photon.
    • 15.8.A.3 Loại phân rã mà một hạt nhân cụ thể biểu hiện được xác định bởi đồng vị của nguyên tố đó.

    Tuyên bố giới hạn: AP Physics 2 không yêu cầu học sinh phải ghi nhớ các quá trình phân rã của các đồng vị cụ thể hay chu kỳ bán rã của chúng. Sự phát xạ neutron và bắt giữ electron không nằm trong khung chương trình AP Physics 2. Ngoài ra, các loại neutrino, các đặc điểm phân biệt giữa neutrino và phản neutrino, cũng như giải thích hoặc ứng dụng của lực yếu không thuộc phạm vi của khóa học này.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English
    Radioactive decay & half-life

    Unstable nuclei undergo radioactive decay 放射性衰变, emitting:

    • Alpha decay 阿尔法衰变 ($\alpha$): a helium nucleus – mass number drops by 4.
    • Beta decay 贝塔衰变 ($\beta$) comes in two kinds. In beta-minus ($\beta^-$) a neutron becomes a proton, emitting an electron and an antineutrino 反中微子: $n\rightarrow p+e^-+\bar{\nu}$. In beta-plus ($\beta^+$) a proton becomes a neutron, emitting a positron 正电子 and a neutrino 中微子: $p\rightarrow n+e^++\nu$.
    • Gamma decay 伽马衰变 ($\gamma$): a high-energy photon – the nucleus sheds excess energy.

    The neutrino and antineutrino (symbols $\nu$, $\bar{\nu}$) are tiny, chargeless, almost-massless particles that carry off energy and keep beta decay balanced. Decay is random, but a sample halves every half-life 半衰期: after each half-life, half of the remaining nuclei have decayed. Every decay equation conserves three quantities: nucleon number (mass number), charge, and lepton number 轻子数 – an electron or neutrino counts as $+1$ lepton, a positron or antineutrino as $-1$, and the totals must match on both sides.

    Worked example. A radioactive sample has a half-life of $8.0$ days. What fraction is left after $24$ days? That is $24/8.0=3$ half-lives, so the fraction remaining is $\left(\tfrac12\right)^3=\tfrac18$ – about $12.5\%$. In an alpha decay of uranium-238 ($^{238}_{\ 92}\text{U}$), the daughter has mass number $238-4=234$ and atomic number $92-2=90$: thorium-234.

    Tiếng Việt
    Phân rã phóng xạ & thời gian bán rã

    Các hạt nhân không bền ổn thực hiện phân rã phóng xạ, phát ra:

    Khả năng xuyên thấu của bức xạ alpha, beta và gamma
    Khả năng xuyên thấu của bức xạ alpha, beta và gamma
    • Phân rã alpha ($\alpha$): một hạt nhân heli – số khối giảm đi 4 đơn vị.
    • Phân rã beta ($\beta$) xuất hiện dưới hai dạng. Trong beta trừ ($\beta^-$), một neutron trở thành proton, phát ra một electron và một antineutrino: $n\rightarrow p+e^-+\bar{\nu}$. Trong beta cộng ($\beta^+$), một proton trở thành neutron, phát ra một positron và một neutrino: $p\rightarrow n+e^++\nu$.
    • Phân rã gamma ($\gamma$): một photon năng lượng cao – hạt nhân_COLUMNS bỏ bớt năng lượng dư thừa.

    Neutrino và antineutrino (ký hiệu $\nu$, $\bar{\nu}$) là những hạt rất nhỏ, trung hòa về điện tích, gần như không có khối lượng, mang theo năng lượng và giữ cho quá trình phân rã beta cân bằng. Phân rã là ngẫu nhiên, nhưng một mẫu vật sẽ bị chia đôi sau mỗi thời gian bán rã: sau mỗi thời gian bán rã, một nửa số hạt nhân còn lại đã phân rã. Mọi phương trình phân rã đều bảo toàn ba đại lượng: số nucleon (số khối), điện tích và số lepton – một electron hoặc neutrino tính là $+1$ lepton, một positron hoặc antineutrino tính là $-1$, và tổng số phải cân bằng ở cả hai vế.

    Ví dụ minh họa. Một mẫu phóng xạ có thời gian bán rã là $8.0$ ngày. Tỷ lệ còn lại sau $24$ ngày là bao nhiêu? Đó là $24/8.0=3$ lần thời gian bán rã, nên tỷ lệ còn lại là $\left(\tfrac12\right)^3=\tfrac18$ – xấp xỉ $12.5\%$. Trong một quá trình phân rã alpha của uranium-238 ($^{238}_{\ 92}\text{U}$), hạt con có số khối là $238-4=234$ và số hiệu nguyên tử là $92-2=90$: thorium-234.

    Explore · ⁨Khám phá⁩

    Watch a sample decay · ⁨Quan sát quá trình phân rã của mẫu vật⁩

    Radioactive nuclei decay randomly with a fixed half-life: each half-life halves the number remaining. Step forward and watch the sample shrink. · ⁨Hạt nhân phóng xạ phân rã ngẫu nhiên với bán đời sống cố định: mỗi lần bán đời sống, số hạt còn lại giảm đi một nửa. Bước tới và quan sát mẫu vật thu nhỏ dần.⁩

    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    radioactive decay/ˌreɪdɪəʊˈæktɪv dɪˈkeɪ/ phân rã phóng xạ
    Alpha decay/ˈælfə dɪˈkeɪ/ Phân rã alpha
    Beta decay/ˈbiːtə dɪˈkeɪ/ Phân rã beta
    antineutrino/ˌæntɪnjuːˈtriːnəʊ/ antineutrino
    positron/ˈpɒzɪtrɒn/ positron
    neutrino/njuːˈtriːnəʊ/ neutrino
    Gamma decay/ˈɡæmə dɪˈkeɪ/ Phân rã gamma
    half-life/hɑːf laɪf/ thời gian bán rã
    lepton number/ˈleptɒn ˈnʌmbə/ Số lepton
    15.8

    Exam tips · ⁨Mẹo làm bài thi⁩

    English
    • Photon energy is $E=hf$; below the threshold frequency no electrons are emitted however bright the light (the photoelectric effect).
    • Use $K_{\max}=hf-\phi$ for the fastest photoelectrons ($\phi$ = work function).
    • Electrons jump between discrete energy levels by absorbing/emitting a photon whose energy equals the level gap — the source of line spectra.
    • In fission and fusion the small mass lost becomes energy via $E=mc^2$.
    • Balance decay equations by conserving mass number, charge, and lepton number (write the antineutrino in $\beta^-$, the neutrino in $\beta^+$), and halve the sample every half-life ($(\tfrac12)^n$ after $n$ half-lives).
    Tiếng Việt
    • Năng lượng photon là $E=hf$; dưới tần số ngưỡng thì không có electron nào bị bứt ra dù ánh sáng có sáng đến đâu (hiệu ứng quang điện).
    • Sử dụng $K_{\max}=hf-\phi$ cho các electron quang điện nhanh nhất ($\phi$ = công thoát).
    • Các electron chuyển động giữa các mức năng lượng rời rạc bằng cách hấp thụ/phát ra một photon có năng lượng bằng độ chênh lệch mức – nguồn gốc của qu phổ vạch.
    • Trong phân hạch và tổng hợp, phần khối lượng mất đi nhỏ bé chuyển hóa thành năng lượng thông qua $E=mc^2$.
    • Cân bằng phương trình phân rã bằng cách bảo toàn số khối, điện tích và số lepton (viết antineutrino trong $\beta^-$, neutrino trong $\beta^+$), và giảm một nửa mẫu vật sau mỗi thời gian bán rã ($(\tfrac12)^n$ sau $n$ thời gian bán rã).

Log in or create account · ⁨Đăng nhập hoặc tạo tài khoản⁩

IGCSE, A-Level & AP