Đang tải... (xem toàn văn)
Phương pháp giải các dạng bài tập vật lý theo chương và chuyên đề ôn thi đại học có dạng toán và hướng dẫn cụ thể Phương pháp giải các dạng bài tập vật lý theo chương và chuyên đề ôn thi đại học có dạng toán và hướng dẫn cụ thể Phương pháp giải các dạng bài tập vật lý theo chương và chuyên đề ôn thi đại học có dạng toán và hướng dẫn cụ thể Phương pháp giải các dạng bài tập vật lý theo chương và chuyên đề ôn thi đại học có dạng toán và hướng dẫn cụ thể Phương pháp giải các dạng bài tập vật lý theo chương và chuyên đề ôn thi đại học có dạng toán và hướng dẫn cụ thể Phương pháp giải các dạng bài tập vật lý theo chương và chuyên đề ôn thi đại học có dạng toán và hướng dẫn cụ thể
CHƯƠNG 5: TÍNH CHẤT SĨNG CỦA ÁNH SÁNG A LÝ THUYẾT: Tán sắc ánh sáng * Sự tán sắc ánh sáng Tán sắc ánh sáng phân tách chùm sáng phức tạp thành chùm sáng đơn sắc * Ánh sáng đơn sắc, ánh sáng trắng + Ánh sáng đơn sắc ánh sáng khơng bị tán sắc qua lăng kính Mỗi ánh sáng đơn sắc có màu xác định gọi màu đơn sắc + Mỗi màu đơn sắc mơi trường có bước sóng xác định + Khi truyền qua mơi trường suốt khác vận tốc ánh sáng thay đổi, bước sóng ánh sáng thay đổi tần số ánh sáng khơng thay đổi + Ánh sáng trắng tập hợp vơ số ánh sáng đơn sắc khác có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím + Dải có màu cầu vồng (có có vơ số màu chia thành màu đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím) gọi quang phổ ánh sáng trắng + Chiết suất chất lỏng suốt biến thiên theo màu sắc ánh sáng tăng dần từ màu đỏ đến màu tím * Ứng dụng tán sắc ánh sáng + Hiện tượng tán sắc ánh sáng dùng máy quang phổ để phân tích chùm sáng đa sắc, vật sáng phát ra, thành thành phần đơn sắc + Nhiều tượng quang học khí quyển, cầu vồng chẳng hạn xảy tán sắc ánh sáng Đó trước tới mắt ta, tia sáng Mặt Trời bị khúc xạ phản xạ giọt nước + Hiện tượng tán sắc làm cho ảnh vật ánh sáng trắng qua thấu kính khơng rỏ nét mà bị nh, lại bị viền màu sắc (gọi tượng sắc sai) Nhiễu xạ ánh sáng - Giao thoa ánh sáng * Nhiểu xạ ánh sáng: Nhiễu xạ ánh sáng tượng truyền sai lệch với truyền thẳng ánh sáng qua lỗ nhỏ gặp vật cản Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng * Hiện tượng giao thoa ánh sáng + Hai chùm sáng kết hợp hai chùm phát ánh sáng có tần số pha có độ lệch pha khơng đổi theo thời gian + Khi hai chùm sáng kết hợp gặp chúng giao thoa với nhau: Những chổ sóng gặp mà pha với nhau, chúng tăng cường lẫn tạo thành vân sáng Những chổ hai sóng gặp mà ngược pha với nhau, chúng triệt tiêu tạo thành vân tối + Nếu dùng ánh sáng trắng hệ thống vân giao thoa ánh sáng đơn sắc khác khơng trùng khít với nhau: giữa, vân sáng ánh sáng đơn sắc khác nằm trùng với cho vân sáng trắng gọi vân trắng Ở hai bên vân trắng giữa, vân sáng khác sóng ánh sáng đơn sắc khác khơng trùng với nữa, chúng nằm kề sát bên cho quang phổ có màu cầu vồng + Hiện tượng giao thoa ánh sáng chứng thực nghiệm khẳng định ánh sáng có tính chất sóng * Vị trí vân, khoảng vân D + Vị trí vân sáng: xs = k ; với k Z a D + Vị trí vân tối: xt = (2k + 1) ; với k Z 2a 11 + Khoảng vân khoảng cách vân sáng (hoặc vân tối) liên tiếp: i = D Giữa n vân sáng liên tiếp a có (n – 1) khoảng vân * Bước sóng màu sắc ánh sáng + Ánh sáng đơn sắc ánh sáng có bước sóng xác định Màu ứng với bước sóng ánh sáng gọi màu đơn sắc + Mọi ánh sáng đơn sắc mà ta nhìn thấy có bước sóng chân khơng (hoặc khơng khí) khoảng từ 0,38m (ánh sáng tím) đến 0,76m (ánh sáng đỏ) + Những màu quang phổ ánh sáng trắng (đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím) ứng với vùng có bước sóng lân cận Bảng màu bước sóng ánh sáng chân khơng: Màu Đỏ Cam Vàng Lục Lam Chàm Tím (m) 0,6400,760 0,5900,650 0,5700,600 0,5000,575 0,4500,510 0,4300,460 0,3800,440 + Ngồi màu đơn sắc có màu khơng đơn sắc hỗn hợp nhiều màu đơn sắc với tỉ lệ khác Quang phổ * Máy quang phổ lăng kính + Máy quang phổ dụng cụ phân tích chùm sáng có nhiều thành phần thành thành phần đơn sắc khác + Máy dùng để nhận biết thành phần cấu tạo chùm sáng phức tạp nguồn phát + Máy quang phổ có ba phận chính: - Ống chuẫn trực phận tạo chùm sáng song song - Hệ tán sắc có tác dụng phân tích chùm tia song song thành nhiều chùm tia đơn sắc song song - Buồng ảnh dùng để quan sát hay chụp ảnh quang phổ + Ngun tắc hoạt động máy quang phổ lăng kính dựa tượng tán sắc ánh sáng * Quang phổ liên tục + Quang phổ liên tục dải màu liên tục từ đỏ đến tím + Quang phổ liên tục chất rắn, chất lỏng chất khí có áp suất lớn, phát bị nung nóng + Quang phổ liên tục chất khác nhiệt độ hồn tồn giống phụ thuộc vào nhiệt độ chúng * Quang phổ vạch phát xạ + Quang phổ vạch phát xạ hệ thống vạch sáng riêng lẻ, ngăn cách khoảng tối + Quang phổ vạch phát xạ chất khí hay áp suất thấp phát bị kích thích điện hay nhiệt + Quang phổ vạch ngun tố khác khác số lượng vạch, vị trí độ sáng tỉ đối vạch Mỗi ngun tố hóa học có quang phổ vạch đặc trưng ngun tố Ví dụ, quang phổ vạch phát xạ hiđrơ, vùng ánh sáng nhìn thấy có bốn vạch đặc trưng vạch đỏ, vạch lam, vạch chàm vạch tím + Phân tích quang phổ vạch, ta xác định có mặt ngun tố hàm lượng chúng mẫu vật * Quang phổ hấp thụ + Quang phổ hấp thụ vạch hay đám vạch tối quang phổ liên tục + Quang phổ hấp thụ chất lỏng chất rắn chứa đám vạch, đám gồm nhiều vạch hấp thụ nối tiếp cách liên tục 22 + Quang phổ hấp thụ chất khí chứa vạch hấp thụ đặc trưng cho chất khí Tia hồng ngoại - Tia tử ngoại * Phát tia hồng ngoại tử ngoại Ở ngồi quang phổ ánh sáng nhìn thấy được, hai đầu đỏ tím, có xạ mà mắt khơng nhìn thấy, nhờ mối hàn cặp nhiệt điện bột huỳnh quang mà ta phát Các xạ gọi tia hồng ngoại tia tử ngoại Tia hồng ngoại tia tử ngoại có chất với ánh sáng Tia hồng ngoại tia tử ngoại tn theo định luật: truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ, gây tượng nhiễu xạ, giao thoa ánh sáng thơng thường * Tia hồng ngoại + Các xạ khơng nhìn thấy có bước sóng dài 0,76m đến khoảng vài milimét gọi tia hồng ngoại + Mọi vật có nhiệt độ cao nhiệt độ mơi trường phát tia hồng ngoại Nguồn phát tia hồng ngoại thơng dụng lò than, lò điện, đèn điện dây tóc + Tính chất: - Tính chất bật tia hồng ngoại tác dụng nhiệt: vật hấp thụ tia hồng ngoại nóng lên - Tia hồng ngoại có khả gây số phản ứng hóa học, tác dụng lên số loại phim ảnh, loại phim hồng ngoại dùng chụp ảnh ban đêm - Tia hồng ngoại điều biến sóng điện từ cao tần - Tia hồng ngoại gây hiệu ứng quang điện số chất bán dẫn + Ứng dụng: - Tia hồng ngoại dùng để sấy khơ, sưởi ấm - Sử dụng tia hồng ngoại để chụp ảnh bề mặt Trái Đất từ vệ tinh - Tia hồng ngoại dùng điều khiển từ xa để điều khiển hoạt động tivi, thiết bị nghe, nhìn, … - Tia hồng ngoại có nhiều ứng dụng đa dạng lĩnh vực qn sự: Tên lửa tự động tìm mục tiêu dựa vào tia hồng ngoại mục tiêu phát ra; camera hồng ngoại dùng để chụp ảnh, quay phim ban đêm; ống nhòm hồng ngoại để quan sát ban đêm * Tia tử ngoại + Các xạ khơng nhìn thấy có bước sóng ngắn 0,38 m đến cở vài nanơmét gọi tia tử ngoại + Nguồn phát: Những vật nung nóng đến nhiệt độ cao (trên 20000C) phát tia tử ngoại Nguồn phát tia tử ngoại phổ biến đèn thủy ngân hồ quang điện + Tính chất: - Tác dụng mạnh lên phim ảnh, làm ion hóa khơng khí nhiều chất khí khác - Kích thích phát quang nhiều chất, gây số phản ứng quang hóa phản ứng hóa học - Có số tác dụng sinh lí: hủy diệt tế bào da, làm da rám nắng, làm hại mắt, diệt khuẩn, diệt nấm mốc - Có thể gây tượng quang điện - Bị nước, thủy tinh… hấp thụ mạnh lại truyền qua thạch anh + Sự hấp thụ tia tử ngoại: Thủy tinh hấp thụ mạnh tia tử ngoại Thạch anh, nước khơng khí suốt với tia có bước sóng 200 nm, hấp thụ mạnh tia có bước sóng ngắn Tầng ơzơn hấp thụ hầu hết tia có bước sóng 300 nm “tấm áo giáp” bảo vệ cho người sinh vật mặt đất khỏi tác dụng hủy diệt tia tử ngoại Mặt Trời 33 + Ứng dụng: Thường dùng để khử trùng nước, thực phẩm dụng cụ y tế, dùng chữa bệnh (như bệnh còi xương), để tìm vết nứt bề mặt kim loại, … Tia X - Thang sóng điện từ * Tia X: Tia X sóng điện từ có bước sóng từ 10-11 m đến 10-8 m * Cách tạo tia X: Cho chùm tia catơt – tức chùm electron có lượng lớn – đập vào vật rắn vật phát tia X Có thể dùng ống Rơn-ghen ống Cu-lít-dơ để tạo tia X * Tính chất tia X: + Tính chất đáng ý tia X khả đâm xun Tia X xun qua giấy, vải, gổ, chí kim loại Tia X dễ dàng xun qua nhơm dày vài cm, lại bị lớp chì vài mm chặn lại Do người ta thường dùng chì để làm chắn tia X Tia X có bước sóng ngắn khả đâm xun lớn; ta nói cứng + Tia X có tác dụng mạnh lên phim ảnh, làm ion hóa khơng khí + Tia X có tác dụng làm phát quang nhiều chất + Tia X gây tượng quang điện hầu hết kim loại + Tia X có tác dụng sinh lí mạnh: hủy diệt tế bào, diệt vi khuẩn, … * Cơng dụng tia X: Tia X sử dụng nhiều để chiếu điện, chụp điện, để chẩn đốn tìm chổ xương gãy, mảnh kim loại người…, để chữa bệnh (chữa ung thư) Nó dùng cơng nghiệp để kiểm tra chất lượng vật đúc, tìm vết nứt, bọt khí bên vật kim loại; để kiểm tra hành lí hành khách máy bay, nghiên cứu cấu trúc vật rắn * Thang sóng điện từ: + Sóng vơ tuyến, tia hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy, tia tử ngoại, tia Rơnghen, tia gamma sóng điện từ Các loại sóng điện từ tạo cách khác nhau, chất thì chúng chúng khơng có ranh giới rỏ rệt Tuy vậy, có tần số bước sóng khác nhau, nên sóng điện từ có tính chất khác (có thể nhìn thấy khơng nhìn thấy, có khả đâm xun khác nhau, cách phát khác nhau) Các tia có bước sóng ngắn (tia X, tia gamma) có tính chất đâm xun mạnh, dễ tác dụng lên kính ảnh, dễ làm phát quang chất dễ ion hóa khơng khí Trong đó, với tia có bước sóng dài ta dễ quan sát tượng giao thoa + Người ta xếp phân loại sóng điện từ theo thứ tự bước sóng giảm dần, hay theo thứ tự tần số tăng dần, gọi thang sóng điện từ B CÁC DẠNG BÀI TẬP DẠNG I: SỰ TÁN SẮC ÁNH SÁNG * Kiến thức liên quan: Tán sắc ánh sáng tượng chùm ánh sáng phức tạp bị phân tích thành chùm ánh sáng đơn sắc Ngun nhân tượng tán sắc chiết suất mơi trường biến thiên theo màu sắc ánh sáng, tăng dần từ màu đỏ đến màu tím c Bước sóng ánh sáng chân khơng: = ; với c = 3.108 m/s f Bước sóng ánh sáng mơi trường: ’ = v f c nf n 44 Khi truyền từ mơi trường suốt sang mơi trường suốt khác vận tốc truyền, bước sóng ánh sáng thay đổi tần số (chu kì, tần số góc) ánh sáng khơng thay đổi - Trong số trường hợp, ta cần giải tốn liên quan đến cơng thức lăng kính: + Cơng thức chung: sini1 = nsinr1; sini2 = nsinr2; A = r1 + r2; D = i2 + i2 - A D A A Khi i1 = i2 (r1 = r2) D = Dmin với sin = n sin 2 + Trường hợp góc chiết quang A góc tới i1 nhỏ (≤ 100), ta có cơng thức gần đúng: i1 = nr1; i2 = nr2; A = r1 + r2; D = A(n – 1); Dmin = A(n – 1) - Trong số trường hợp khác, ta cần giải số tốn liên quan đến định luật phản xạ: i = i’, định luật khúc xạ: n1sini1 = n2sini2 * Bài tập minh họa: Bước sóng ánh sáng đỏ khơng khí 0,64 m Tính bước sóng ánh sáng nước biết chiết suất nước ánh sáng đỏ Một chùm ánh sáng hẹp, đơn sắc có bước sóng chân khơng = 0,60 m Xác định chu kì, tần số ánh sáng Tính tốc độ bước sóng ánh sáng truyền thủy tinh có chiết suất n = 1,5 Một ánh sáng đơn sắc có bước sóng khơng khí 0,6 m chất lỏng suốt 0,4 m Tính chiết suất chất lỏng ánh sáng Một lăng kính có góc chiết quang 600 Biết chiết suất lăng kính ánh sáng đỏ 1,5 Chiếu tia sáng màu đỏ vào mặt bên lăng kính với góc tới 600 Tính góc lệch tia ló so với tia tới Một lăng kính thủy tinh có góc chiết quang A = 600, có chiết suất tia đỏ 1,514; tia tím 1,532 Tính góc lệch cực tiểu hai tia Một lăng kính thủy tinh có góc chiết quang A = 40, đặt khơng khí Chiết suất lăng kính ánh sáng đỏ tím 1,643 1,685 Chiếu chùm tia sáng song song, hẹp gồm hai xạ đỏ tím vào mặt bên lăng kính theo phương vng góc với mặt Tính góc tạo tia đỏ tia tím sau ló khỏi mặt bên lăng kính Chiếu tia sáng đơn sắc màu vàng từ khơng khí (chiết suất coi ánh sáng) vào mặt phẵng phân cách khối chất rắn suốt với góc tới 600 thấy tia phản xạ trở lại khơng khí vng góc với tia khúc xạ vào khối chất rắn Tính chiết suất chất rắn suốt ánh sáng màu vàng Chiếu tia sáng gồm hai thành phần đỏ tím từ khơng khí (chiết suất coi ánh sáng) vào mặt phẵng khối thủy tinh với góc tới 600 Biết chiết suất thủy tinh ánh sáng đỏ 1,51; ánh sáng tím 1,56 Tính góc lệch hai tia khúc xạ thủy tinh * Hướng dẫn giải đáp số: Ta có: ’ = v f Ta có: f = c = 0,48 m nf n c = 5.1014 Hz; T = Ta có: ’ = n Ta có: sinr1 = f n= = 2.10-15 s; v = c n = 2.108 m/s; ’ = v = f = 0,4 m n = 1,5 ' sin i1 = 0,58 = sin35,30 r1 = 35,30 r2 = A – r1 = 24,70; n 55 sini2 = nsinr2 = 0,63 = sin38,00 i2 = 38,80 D = i2 + i2 – A = 38,80 D A A Với tia đỏ: sin d = ndsin = sin49,20 2 D A d = 49,20 Ddmin = 2.49,20 – A = 38,40 = 38024’ D A A D A Với tia tím: sin t = ntsin = sin500 t = 500 Dtmin = 2.500 – A = 400 2 Với A i1 nhỏ ( 100) ta có: D = (n – 1)A Do đó: Dd = (nd = 1)A; Dt = (nt – 1)A Góc tạo tia ló đỏ tia ló tím là: D = Dt – Dd = (nt – nd)A = 0,1680 10’ Ta có: sini = nsinr = nsin(900 – i’) = nsin(900 – i) = ncosi n = tani = Ta có: sinrd = sin i = 0,574 = sin350; sinrt = sin i = 0,555 = sin33,70 r = rd – rt = 1,30 nd nt DẠNG II: GIAO THOA VỚI ÁNH SÁNG ĐƠN SĂC * Các cơng thức: + Vị trí vân sáng, vân tối, khoảng vân: D D D xs = k ; xt = (2k + 1) ;i= ; với k Z 2a a a + Nếu khoảng vân khơng khí i mơi trường có chiết suất n có khoảng vân i’ = i Giữa n vân sáng (hoặc vân tối) liên tiếp (n – 1) khoảng vân n * Phương pháp giải: + Để tìm đại lượng thí nghiệm giao thoa với ánh sáng đơn sắc ta viết biểu thức liên quan đến đại lượng biết đại lượng cần tìm từ suy tính đại lượng cần tìm + Để xác định xem điểm M vùng giao thoa có vân sáng (bậc mấy) hay vân tối ta tính xM khoảng vân i lập tỉ số: i xM Tại M có vân sáng khi: i Tại M có vân tối khi: xM i OM để kết luận: i OM = k, vân sáng bậc k i = (2k + 1) + Để xác định số vân sáng - tối miền giao thoa có bề rộng L ta lập tỉ số N = L để rút kết luận: 2i Số vân sáng: Ns = 2N + 1; với N Z Số vân tối: Nt = 2N phần thập phân N < 0,5; Nt = 2N + phần thập phân N > 0,5 * Bài tập minh họa: Trong thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng, hai khe S S2 chiếu ánh sáng đơn sắc có bước sóng Khoảng cách hai khe 0,8 mm, khoảng cách từ hai khe đến m Người ta đo 66 khoảng cách vân sáng liên tiếp mm Tính bước sóng ánh sáng dùng thí nghiệm khoảng cách từ vân sáng bậc đến vân sáng bậc phía với so với vân sáng 77 Trong thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng, khoảng cách hai khe mm, khoảng cách từ hai khe đến m Dùng ánh sáng đơn sắc có bước sóng chiếu vào hai khe người ta đo khoảng cách từ vân sáng trung tâm tới vân sáng thứ tư mm Xác định bước sóng vị trí vân sáng thứ Trong thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng, hai khe S S2 chiếu ánh sáng đơn sắc có bước sóng = 0,4 m Khoảng cách hai khe 0,4 mm, khoảng cách từ hai khe đến m Xác định khoảng cách vân sáng liên tiếp khoảng cách từ vân sáng đến vân sáng khác phía so với vân sáng Trong thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng, hai khe S S2 chiếu ánh sáng đơn sắc có bước sóng = 0,5 m Khoảng cách hai khe 0,8 mm Người ta đo khoảng cách vân sáng liên tiếp mm Tính khoảng cách từ hai khe đến cho biết điểm C E màn, phía với so với vân sáng trung tâm cách vân sáng trung tâm 2,5 mm 15 mm vân sáng hay vân tối? Từ C đến E có vân sáng? Trong thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng, hai khe S S2 chiếu ánh sáng đơn sắc có bước sóng Khoảng cách hai khe 0,8 mm, khoảng cách từ hai khe đến m Người ta đo khoảng cách vân sáng liên tiếp mm Xác định bước sóng ánh sáng dùng thí nghiệm cho biết điểm M N màn, khác phía so với vân sáng trung tâm cách vân sáng trung tâm mm 13,2 mm vân sáng hay vân tối? Nếu vân sáng vân sáng bậc mấy? Trong khoảng cách từ M đến N có vân sáng? Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng với hai khe Young cách 0,5 mm, ánh sáng có bước sóng 0,5 m, ảnh cách hai khe m Bề rộng vùng giao thoa 17 mm Tính số vân sáng, vân tối quan sát Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, hai khe chiếu ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,6 μm Khoảng cách hai khe mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến quan sát 2,5 m, bề rộng miền giao thoa 1,25 cm (vân sáng trung tâm giữa) Tìm tổng số vân sáng vân tối có miền giao thoa Trong thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng, khoảng cách hai khe a = mm, khoảng cách từ hai khe đến quan sát D = 1,5 m Nguồn sáng đơn sắc có bước sóng = 0,6 m Xét khoảng MN màn, với MO = mm, ON = 10 mm, (O vị trí vân sáng trung tâm) Hỏi MN có vân sáng, vân tối? * Hướng dẫn giải đáp số: Ta có: i = Ta có: i = Ta có: i = Ta có: i = L 1 L 1 D = 1,2 mm; = = 0,48.10-6 m; x8 - x3 = 8i – 3i = 5i = mm D = 1,5 mm; = = 0,5.10-6 m; x6 = 6i = mm D = mm; L = (9 – 1)i = 16 mm; x8 + x4 = 8i + 4i = 12i = 24 mm a L 1 = mm; D = = 1,6 m; xC = 2,5 nên C ta có vân tối; xE = 15 nên N ta có vân i i sáng; từ C đến E có 13 vân sáng kể vân sáng bậc 15 E L x x = 1,2 mm; = = 0,48.10-6 m; M = 2,5 nên M ta có vân tối; N = 11 nên N ta Ta có: i = 1 D i i có vân sáng bậc 11 Trong khoảng từ M đến N có 13 vân sáng khơng kể vân sáng bậc 11 N 88 Ta có: i = D = mm; N = a phân N < 0,5) Khoảng vân: i = L = 4,25; quan sát thấy 2N + = vân sáng 2N = vân tối (vì phần thập 2i D = 1,5 mm Ta có: N = L = 4,17; số vân sáng: Ns = 2N + = 9; số vân tối: phần a 2i thập phân N < 0,5 nên: Nt = 2N = 8; Tổng số vân sáng vân tối miền giao thoa: Ns + Nt = 17 x x D = 0,45.10-3 m; M = 11,1; M có vân sáng bậc 11; N = 22,2; N có vân sáng bậc 22; i = a i i MN có 34 vân sáng 33 vân tối DẠNG III: GIAO THOA VỚI ÁNH SÁNG HỖN HỢP - GIAO THOA VỚI ÁNH SÁNG TRẮNG * Các cơng thức: + Giao thoa với nguồn phát ánh sáng gồm số ánh sáng đơn sắc khác nhau: Vị trí vân trùng (cùng màu): x = k11 = k22 = … = knn; với k Z Khoảng cách ngắn vân trùng: Tại vị trí có k1 = k2 = … = kn = vân trùng trung tâm, khoảng cách gần hai vân trùng khoảng cách từ vân trùng trung tâm đến vân trùng bậc tất ánh sáng đơn sắc: x = k11 = k22 = … = knn; với k N nhỏ + Giao thoa với nguồn phát ánh sáng trắng (0,38 m 0,76 m): - Ánh sáng đơn sắc cho vân sáng vị trí xét nếu: x=k D a ; kmin = ax Dd ; kmax = ax Dt ;= ax ; với k Z Dk - Ánh sáng đơn sắc cho vân tối vị trí xét nếu: .D ax ax 2ax x = (2k + 1) ; kmin = ; kmax = ;= D(2k 1) 2a Dd Dt ( ) + Bề rộng quang phổ bậc n giao thoa với ánh sáng trắng: xn = n d t D a * Bài tập minh họa: Hai khe Iâng cách 0,8 mm cách 1,2 m Chiếu đồng thời xạ đơn sắc 1 = 0,75 m 2 = 0,45 m vào hai khe Lập cơng thức xác định vị trí trùng vân tối xạ 1 2 Một nguồn sáng điểm nằm cách hai khe Iâng phát đồng thời hai xạ đơn sắc có bước sóng 1 = 0,6 m bước sóng 2 chưa biết Khoảng cách hai khe a = 0,2 mm, khoảng cách từ khe đến D = m Trong khoảng rộng L = 2,4 cm màn, đếm 17 vạch sáng, có vạch kết trùng hai hệ vân Tính bước sóng 2, biết hai vạch trùng nằm ngồi khoảng L Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, khoảng cách hai khe 0,5 mm, khoảng cách từ hai khe đến quan sát m Nguồn sáng dùng thí nghiệm gồm hai xạ có bước sóng 1 = 450 nm 2 = 600 nm Trên quan sát, gọi M, N hai điểm phía so với vân trung tâm, cách vân trung tâm 5,5 mm 22 mm Tìm số vị trí vân sáng trùng hai xạ đoạn MN 99 Trong thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng, khoảng cách hai khe mm, khoảng cách từ hai khe đến m Dùng nguồn sáng phát ba xạ đơn sắc 1 = 0,4 m, 2 = 0,45 m 3 = 0,6 110 khơng suốt gọi tượng nhi u xạ ánh sáng Hiện tượng giao thoa ánh sáng (chỉ xét giao thoa ánh sáng thí nghiệm Iâng) - Đ/n: Là tổng hợp hai hay nhiều sóng ánh sáng kết hợp khơng gian xuất vạch sáng vạch tối xen k M d1 S1 Các vạch sáng (vân sáng) vạch tối (vân tối) gọi vân giao thoa x d2 - Hệ thống vân giao thoa as đơn sắc: Là hệ thống vạch màu đơn sắc a I O vạch tối nằm xen k Đối với as trắng: Chính vân sáng trung tâm, bên dải màu tím S2 đỏ ngồi D ax - Hiệu đường ánh sáng (hiệu quang trình): d d d1 D Trong đó: a = S1S2 khoảng cách hai khe sáng D = OI khoảng cách từ hai khe sáng S1, S2 đến quan sát S1M = d1; S2M = d2 x = OM (tọa độ) khoảng cách từ vân trung tâm đến điểm M ta xét λD - ị trí toạ độ vân sáng: d = k x = k = k.i ; k Z a k = 0: Vân sáng trung tâm; k = 1: Vân sáng bậc (thứ) 1; k = 2: Vân sáng bậc (thứ) 2; k > d2 > d1, k < d2 < d1 λD - ị trí toạ độ vân tối: d = (k + 0,5) x = (k + 0, 5) = (k + 0, 5).i ; k Z a Với vân tối khơng có khái niệm bậc giao thoa (Vân tối thứ ứng với k = 2, thứ ứng với k = ) λD - Khoảng vân i: Là khoảng cách hai vân sáng hai vân tối liên tiếp: i = a - Nếu thí nghiệm tiến hành mơi trường suốt có chiết suất n bước sóng khoảng vân đối i nD với mơi trường là: in n n a n - ể tìm số vân sáng số vân tối bề rộng trường giao thoa có chiều dài L đối xứng qua vân trung tâm): n : Phầ n nguyê n L = n, p + Số kho ng vân n a trường giao thoa: 2.i p : Phầ n thậ p phâ n + Số vân sáng trường giao thoa: (2n + 1) + Số vân tối trường giao thoa: (2n) p < 0,5 2(n + 1) p 0,5 + Ví dụ L/2i = 4,5 ==> n = 4; p = 0,5 ==> số vân sáng 9, số vân tối 10 L/2i = 5,45 ==> n = 5; p = 0,45 ==> số vân sáng 11, số vân tối 11 L/2i = 3,72 ==> n = 3; p = 0,72 ==> số vân sáng 7, số vân tối - Biết khoảng vân i biết vị trí điểm M (xM) thì: xM + Tại M vân sáng khi: = n (n N); i xM + Tại M vân tối khi: =n+ i - Xác định số vân sáng vân tối gi a hai điểm M N có toạ độ x1, x2 giả sử x1 < x2) + Vân sáng: x1 ki x2 ( ) + Vân tối: x1 (k+0,5)i x2 ( ) Số giá trị k Z số vân sáng (vân tối) cần tìm Lưu ý: M N phía với vân trung tâm x1 x2 dấu M N khác phía với vân trung tâm x1 x2 khác dấu - Xác định khoảng vân i khoảng có bề rộng L Biết khoảng L có n vân sáng L + Nếu đầu hai vân sáng thì: i n L + Nếu đầu hai vân tối thì: i n 18 L n 0,5 - Sự trùng xạ 1, 2 khoảng vân tương ứng i1, i2 ) + Trùng vân sáng: xs = k1i1 = k2i2 = k11 = k22 = + Trùng vân tối: xt = (k1 + 0,5)i1 = (k2 + 0,5)i2 = (k1 + 0,5)1 = (k2 + 0,5)2 = - Lưu ý: Vị trí có màu màu với vân sáng trung tâm vị trí trùng tất vân sáng xạ - Trong tượng giao thoa ánh sáng trắng 38m 0,76m) D + Bề rộng quang phổ bậc k: x k k ( đ t ) k iđ i t a + Xác định số vân sáng, số vân tối xạ tương ứng vị trí xác định (đã biết x): + Nếu đầu vân sáng đầu vân tối thì: i ax 0,76 giá trị k k D + Vân tối: 0,38 ax 0,76 giá trị k k 0.5 D + Vân sáng: 0,38 S1 S’ Sự xê dịch hệ vân giao thoa: a, Xê dịch xê dịch nguồn S: O S I O’ S2 IO SS' IS Vâ n trung tâ m d / c ngượ c chiề u d / c củ a nguồ n S' IO' thẳ ng hà ng OO' e, n S1 O’ S O S2 b, Xê dịch m t song song: (n 1)eD ; Vân trung tâm dịch phía a ách tạo ngn kết hợp: S1 a) Khe ng (đã học) S b Lưỡng lăng kính rexnen: S2 S1S2 = a = 2.d1.A(n - 1); i = D/a d1 ( d1 d ) ==> i 2.d1.A(n 1) OO' M I O N d2 D Chiều rộng miền giao thoa: MN = 2.d2.A(n -1) c) Lưỡng thấu kính Biê: Gồm thấu kính cưa đơi qua quang tâm rồi: + C1: Hớt nửa phần nhỏ e ghép sát vào Hai nh h i o tạo giao thoa Khoảng cách hai ảnh : a = S1S = 2e d1/ - d1 d1 ; / ( d1/ d ) e ( d d ) d d 1 Bề rộng miền giao thoa là: MN a ; khoảng vân i ; a d1/ d1 d1/ E d1/ d1 / M S1 O1 O1 O S2 S O O2 N d2 Cách D M S1 S O2 d1 E S2 N D d1 d2 Cách 19 + Ho c để đệm miếng bìa mỏng để nửa thấu kính cách khoảng b b.(d1 + d1/ ) Hai nh h i thật cho giao thoa, khoảng cách hai ảnh là: a = ; d1 Miền giao thoa là: MN D b.(d1 d ) ; Khoảng vân: i d1 a d Lưỡng gương phẳng rexnen: gồm hai gương phẳng đặt lệch nha góc nhỏ G1 M S S1 O I S2 d1 G2 N d2 S1S2 = a = 2.d1.tg = 2.d1. Chiều rộng miền giao thoa: MN = 2.d2. Khoảng vân i ( d1 d ) 2.d1. ác loại quang phổ: a, Quang phổ phát xạ: Là quang phổ ánh sáng chất rắn lỏng khí nung nóng nhiệt độ cao phát Quang phổ phát xạ chất chia làm hai loại: quang phổ liên tục quang phổ vạch * Quang phổ liên tục: - Là dải sáng có màu biến đổi liên tục từ đỏ đến tím, giống quang phổ ánh sáng mặt trời - Tất vật rắn, lỏng, khí có tỉ khối lớn bị nung nóng phát quang phổ liên tục - Đặc điểm : quang phổ liên tục khơng phụ thuộc chất nguồn sáng mà phụ thuộc vào nhiệt độ vật phát sáng Khi nhiệt độ vật cao miền quang phổ mở rộng as có bước sóng ngắn - Ứng dụng: cho phép xác định nhiệt độ nguồn sáng * Quang phổ vạch: - Là hệ thống vạch màu riêng r ngăn cách khoảng tối - Khi kích thích khối khí hay áp suất thấp để chúng phát sáng chúng phát quang phổ vạch phát xạ - Đặc điểm: Các ngun tố khác phát qp vạch px khác nhau: số lượng vạch, độ sáng, vị trí, màu sắc vạch độ sáng tỉ đối vạch - Ứng dụng: Dùng để phân tích thành phần mẫu vật b, Quang phổ hấp thụ: - Là hệ thống vạch tối riêng r nằm quang phổ liên tục - Cần nguồn sáng trắng để phát QPLT, nguồn sáng máy qp đám khí hay đốt cháy để phát qp vạch hấp thụ (Qp mặ ời mà hu ượ n ấ p hấp hụ Bề mặ ặ T ời phá u ng phổ i n ụ ) - Đặc điểm: Nhiệt độ nguồn phát qp vạch hấp thụ phải nhỏ nhiệt độ nguồn phát qp liên tục - Ứng dụng: Trong phép phân tích quang phổ * Hiện tượng đảo sắc ánh sáng: Là tượng nguồn phát qplt qplt đi, vạch tối qp vạch hấp thụ trở thành vạch màu qp vạch phát xạ Lúc nguồn phát qp vạch hấp thụ trở thành nguồn phát qp vạch phát xạ hứng tỏ đám có khả phát as đơn sắc có khả hấp thụ as Tia hồng ngoại tia tử ngoại tia X: a Tia hồng ngoại: - Định nghĩa : Là xạ khơng nhìn thấy có bước sóng lớn bước sóng ánh sáng đỏ : > 0,76 m - Bản chất : sóng điện từ 20 - Nguồn phát sinh : Tất vật nung nóng phát tia hồng ngoại (mặt trời, thể người, bóng đèn ) Có 50% lượng Mặt Trời thuộc vùng hồng ngoại - Đặc điểm : Tác dụng nhiệt, td lên kính ảnh hồng ngoại, td hóa học, biến điệu sóng điện từ cao tần - Ứng dụng : Dùng để sưởi ấm, sây khơ, chụp ảnh hồng ngoại, điều khiển từ xa: tivi, tơ b Tia tử ngoại: - Định nghĩa : Là xạ khơng nhìn thấy được, có bước sóng nhỏ bước sóng ánh sáng tím : < 0,38 m - Bản chất : sóng điện từ - Nguồn phát sinh : Vật bị nung nóng 20000C phát tia tử ngoại Nguồn phát tia tử ngoại : mặt trời, hồ quang điện Có 9% lượng Mặt Trời thuộc vùng tử ngoại - Đặc điểm : Tác dụng mạnh lên kính ảnh, làm phát quang số chất, làm ion hóa khơng khí, gây phản ứng quang hóa, quang hợp Bị thủy tinh nước hấp thụ mạnh Có số tác dụng sinh học - Ứng dụng : Dùng để khử trùng, chữa bệnh còi xương (Ứng dụng td sinh học: hủy diệt tế bào) Phát vết nứt, vết xước bề mặt sản phẩm (Ứng dụng td làm phát quang số chất) c, Tia Rơnghen: - Phát tia X: Mỗi chùm tia catơt – tức chùm tia eelectron có lượng lớn – đập vào vật rắn vật phát tia X - Bản chất : sóng điện từ có bước sóng ngắn cỡ 10-11 m 10-8 m - Tính chất : Có khả đâm xun lớn, truyền qua giấy, gỗ truyền qua kim loại khó Kim loại có khối lượng riêng lớn ngăn cản tia Rơnghen tốt (chì ) Tác dụng mạnh lên phim ảnh Làm phát quang số chất Làm ion hố chất khí Có tác dụng sinh lí, hủy hoại tế bào, diệt vi khuẩn - Cơng dụng : Trong y học : dùng để chiếu điện, chụp điện, chữa số bệnh ung thư Trong cơng nghiệp : dùng để dò khuyết tật bên sản phẩm, chế tạo máy đo liều lượng tia rơnghen Thang sóng điện từ: : 0, 640 m 0, 760 m Vùng đ - Sóng vơ tuyến: Bước sóng từ vài chục km đến vài mm : 0, 590 m 0, 650 m Vùng cam - Tia hồng ngoại: Bước sóng từ vài mini mét đến 0,76μm : 0, 570 m 0, 600 m Vùng vàng : 0, 500 m 0, 575 m Vùng l c - Ánh sáng khả kiến: Bước sóng từ 0,76μm đến 0,38μm -7 -9 : 0, 450 m 0, 510 m Vùng lam - Tia tử ngoại: Bước sóng từ 3,8.10 m đến 10 m : 0, 440 m 0, 460 m Vùng chàm - Tia X: Bước sóng từ 10-8m đến 10-11m : 0, 38 m 0, 440 m Vùng tím - Tia gamma: Bước sóng từ 10-12 m đến 10-15 m Sóng vơ tuyến, tia hồng ngoại, ánh sáng khả kiến, tia tử ngoại, tia X tia gamma có chất sóng điện từ có bước sóng khác nên có tính chất, tác dụng khác nguồn phát, cách thu chúng khác HƯƠN I LƯỢN TỬ ÁNH SÁN Hiện tượng quang điện: - Hiện tượng quang điện ngồi: Hiện tượng ánh sáng làm bật êlectron khỏi mặt kim loại gọi tượng quang điện - Hiện tượng quang điện (quang dẫn): Hiện tượng ánh sáng giải phóng êlectron liên kết thành êlectron dẫn lỗ trống tham gia vào q trình dẫn điện, gọi tượng quang điện - Định luật giới hạn quang điện: Đối với kim loại, ánh sáng kích thích phải có bước sóng ngắn giới hạn quang điện 0 kim loại đó, gây tượng quang điện ==> Các tượng quang điện định luật quang điện chứng tỏ ánh sáng có tính chất hạt 21 - Ứng dụng tượng quang điện tế bào quang điện, dụng cụ để biến đổi tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện, quang điện trở, pin quang điện Thuyết lượng tử ánh sáng - Giả thuyết Plăng: Lượng lượng mà lấn ngun tử hay phân tử hấp thụ hay phát xạ có giá trị hồn tồn xác định hf; f tần số ánh sáng bị hấp thụ hay phát xạ, h số (h = 6,625.10-34Js) hc - Năng lượng lượng tử ánh sáng (hạt phơtơn) hf Trong h = 6,625.10-34 Js số Plăng; c = 3.108m/s vận tốc ánh sáng chân khơng; f, tần số, bước sóng ánh sáng (của xạ) Khi as truyền lượng tử as khơng bị thay đổi khơng phụ thuộc k/c tới nguồn sáng - Mỗi phơtơn as đơn sắc có lượng: = hf = hc/ = mc2 ==> Khối lượng tương đối tính phơtơn: m = /c2 = h/(c) ==> Động lượng phơtơn: p = mc = h/ - Lưu ý: hơng có hơtơn đ ng n, hơtơn tồn chuyển động – đ ng n khối lượng khơng - Thuyết lượng tử ánh sáng: + AS tạo thành hạt gọi phơtơn + Với as đơn sắc có tần số f, phơtơn đếu giống nhau, phơtơn mang lượng hf + Phơtơn bay với vận tốc c = 3.108 m/s dọc theo tia sáng + Mỗi lần ngun tử hay phân tử phát xạ hay hấp thụ as chúng phát hay hấp thụ phơtơn Hiện tượng quang điện *Cơng thức Anhxtanh tượng quang điện: hf hc A mv0Max hc cơng kim loại dùng làm catốt; λ0 0 giới hạn quang điện kim loại dùng làm catốt v0Max vận tốc ban đầu electron quang điện khỏi catốt f, tần số, bước sóng ánh sáng kích thích Trong A = * Để dòng quang điện triệt tiêu UAK Uh (Uh < 0), Uh gọi hiệu điện hãm mv 0Max eUh = Lưu ý: Trong số tốn người ta lấy Uh > độ lớn ối với tia Rơnghen X: - Cường độ dòng điện ống Rơnghen: i = Ne Với N số electron tới đập đối catốt giây - Định lí động năng: Eđ – Eđo = eUAK Với Eđ = mv2/2 động electron trước đập vào đối catơt Eđo = mvo2/2 động electron sau bứt khỏi catơt, thường Eđo = ==> Eđ = eUAK - Định luật bảo tồn lượng: Eđ = + Q = hf + Q + Động electron biến thành lượng tia X làm nóng đối catơt + Với lượng tia X Q nhiệt lượng làm nóng đối catơt - Bước sóng nhỏ xạ ống Rơnghen phát ứng với trường hợp tồn động electron Eđ (ngay trước đập vào đối catơt) biến thành lượng tia X: Từ Eđ = + Q = hf + Q ==> Eđ hf = hc/ ==> hc/ Eđ ==> min = hc/ Eđ -34 Với: h = 6,625.10 Js số Plăng, c = 3.10 m/s vận tốc as chân khơng số cơng thức liên quan: * Xét vật lập điện, có điện cực đại VMax khoảng cách cực đại dMax mà electron chuyển động điện trường cản có cường độ E tính theo cơng thức: e VMax = mv 0Max = e EdMax * Với U hiệu điện anốt catốt, vA tốc độ cực đại electron đập vào anốt, vK = v0Max tốc 1 độ ban đầu cực đại electron rời catốt thì: e U AK = mv 2A - mv K2 = EđA – EđK = EđA – ( - A) 2 22 * Cơng suất chiếu sáng: P = N =N.hc/ Trong N số phơtơn tới bề mặt KL phát nguồn giây * Cường độ dòng quang điện bão hòa: Ibh = n.e Trong n số electrơn quang điện đến anơt giây, e = 1,6.10-19C n * Hiệu suất lượng tử (hiệu suất quang điện): H= N Với n N số electron quang điện bứt khỏi catốt số phơtơn đập vào catốt giây * Bán kính quỹ đạo electron chuyển động với vận tốc v từ trường B : mv ( v, B ) R e B sin Lưu ý: Hiện tượng quang điện xảy chiếu đồng thời nhiều xạ tính đại lượng: Tốc độ ban đầu cực đại v0Max, hiệu điện hãm Uh, điện cực đại VMax, … tính ứng với xạ có Min (hoặc fMax) Quang trở pin quang điện: - Quang điện trở điện trở làm chất quang dẫn Điện trở thay đổi từ vài mêgm khơng chiếu sáng xuống đến vài chục ơm chiếu sáng - Pin quang điện (còn gọi pin mặt trời) nguồn điện chạy lượng as Nó biến đổi trực tiếp quang thành điện Pin hoạt động dựa vào tượng quang điện xảy bên cạnh lớp chặn Sự phát quang: - Sự phát quang số chất có khả hấp thụ as có bước sóng để phát as có bước sóng khác - Đặc điểm phát quang: kéo dài thời gian sau tắt as kích thích - Huỳnh quang: Là phát quang chất lỏng chất khí, có đặc điểm as phát quang tắt nhanh sau tắt as kích thích Ánh sáng huỳnh quang có bước sóng dài bước sóng as kích thích: hq > kt - Lân quang: Là phát quang chất rắn, có đặc điểm as phát quang kéo dài khoảng thời gian sau tắt as kích thích Ứng dụng: chế tạo loại sơn biển báo giao thơng, tượng phát sáng Tiên đề Bo - Quang phổ ngun tử Hiđrơ - Tiên đề trạng thái dừng: Ngun t tồn trạng thái có lượng xác định, gọi trạng thái dừng Trong trạng thái dừng ngun t khơng b c xạ Trong trạng thái dừng ngun t , êlectrơn chuyển động quanh hạt nhân quĩ đạo có bán kính hồn tồn xác định gọi quĩ đạo dừng - Tiên đề xạ haapf thị lượng ngun tử: Ecao nhận phơtơn phát phơtơn + hi ngun t chuyển từ trạng thái dừng có lượng Ecao sang trạng thái dừng có m c lượng Ethấ (với Ecao > Ethấ ) ngun t hát hơtơn có lượng hiệu Ecao - Ethấ : Ethấp hc = hf = = Ecao - E hấp + Ngược lại, ngun t trạng thái dừng có lượng thấ Ethấ mà hấ thu hơtơn có lượng h hiệu Ecao - Ethấ chuyển lên trạng thái dừng có lượng Ecao lớn ==> Ngun tử ln có xu hướng chuyển từ mức lượng cao mức lượng thấp * Bán kính quỹ đạo dừng thứ n electron n=6 P ngun tử hiđrơ: rn = n2r0 -11 O n=5 Với r0 =5,3.10 m bán kính Bo (ở quỹ đạo K); n = 1, 2, 3, 4, 5, n=4 N * Năng lượng electron ngun tử hiđrơ: 13, n=3 M En = - (eV) Với n N* n Pasen * Sơ đồ mức lượng - Dãy Laiman: Nằm vùng tử ngoại L n=2 H H H H Ứng với e chuyển từ quỹ đạo bên ngồi quỹ đạo K Lưu ý: Vạch dài LK e chuyển từ L K Vạch ngắn K e chuyển từ K Banme - Dãy Banme: Một phần nằm vùng tử ngoại, phần nằm vùng ánh sáng nhìn thấy Ứng với e chuyển từ quỹ đạo bên ngồi quỹ đạo L n=1 K Laiman 23 Vùng ánh sáng nhìn thấy có vạch: Vạch đỏ H ứng với e: M L Vạch lam H ứng với e: N L Vạch chàm H ứng với e: O L Vạch tím H ứng với e: P L 23 Lưu ý: Vạch dài ML (Vạch đỏ H ) Vạch ngắn L e chuyển từ L 13 - Dãy Pasen: Nằm vùng hồng ngoại 12 Ứng với e chuyển từ quỹ đạo bên ngồi quỹ đạo M Lưu ý: Vạch dài NM e chuyển từ N M Vạch ngắn M e chuyển từ M - Mối liên hệ bước sóng tần số vạch quang phổ ngun từ hiđrơ: 13 12 23 f13 = f12 +f23 (như cộng véctơ) Sơ lược laze: - Laze phiên âm LASER, nghĩa máy khuyếch đại as s hát xạ c m ng - Laze nguồn sáng phát chùm sáng có cường độ lớn dựa ứng dụng hện tượng phát xạ cảm ứng - Đặc điểm tia laze có tính đơn sắc, tính định hướng, tính kết hợp cao cường độ lớn - Tùy vào vật liệu phát xạ người ta chế tạo laze khí, laze rắn laze bán dẫn Đối với laze rắn, laze rubi (hồng ngọc) Al2O3 có pha Cr2O3 màu đỏ tia laze as đỏ hồng ngọc ion crơm phát chuyển từ trạng thái kích thích trạng thái Lưỡng tính sóng hạt ánh sáng: - Ánh sáng vừa có t/c sóng, vừa có t/c hạt as có lưỡng tính sóng hạt - Khi bước sóng as ngắn (thì lượng phơtơn lớn), t/c hạt thể đậm nét: Tính đâm xun, td quang điện, td iơn hóa, td phát quang Ngược lại bước sóng as dài (thì lượng phơtơn nhỏ), t/c sóng thể đậm nét: d quan sát thấy tượng giao thoa, tượng tán sắc as HƯƠN VII ẬT LÝ H T NHÂN ấu tạo hật nhân ngun tử ơn vị khối lượng ngun tử: a ấu tạo hạt nhân ngun tử: - Cấu tạo: + Hạt nhân ngun tử cấu tạo từ prơtơn (mang điện tích ngun tố dương), nơtron (trung hồ điện), gọi chung nuclơn + Hạt nhân ngun tố có ngun tử số Z chứa Z prơton N nơtron; A = Z + N đc gọi số khối + Các nuclơn liên kết với lực hạt nhân Lực hạt nhân khơng có chất với lực tĩnh điện hay lực hấp dẫn; loại lực truyền tương tác nuclơn hạt nhân (lực tương tác mạnh) Lực hạt nhân phát huy tác dụng phạm vi kích thước hạt nhân (cỡ 10-15m) - Bán kính hạn nhân tăng chậm theo số khối A: r = r0.A1/3 Với r0 = 1,2 Fecmi; Fecmi = 10-15m - Đồng vị: Các ngun tử mà hạt nhân có số prơton Z khác số nơtron N gọi đồng vị b số đơn vị hay dùng LHN: - Đơn vị khối lượng ngun tử: Đơn vị u có giá trị 12 khối lượng ngun tử đồng vị 126C , cụ thể: Mev 1u = 1,66055.10-27kg ; 1u = 931,5 c2 ==> 1uc2 = 931,5MeV - u xấp xỉ khối lượng nuclơn nên hạt nhân có số khối A có khối lượng xấp xỉ A u - Đơn vị lượng: eV = 1,6.10-19J ==> MeV = 106.1,6.10-19J = 1,6.10-13J - số đơn vị n/tử thường gặp: mP = 1,67262.10-27 kg = 1,007276 u ; mn = 1.67493.10-27 kg = 1,008665 u ; me = 9,1.10-31 kg = 0,0005486 u; - Các ước bội : G 109; M 106; k 103 ; m 10-3 ; 10-6 ; n 10-9 ; p 10-12 Hệ thức Anhxtanh độ hụt khối lượng liên kết: - Hạt nhân có khối lượng nghỉ m0, chuyển động với vận tốc v, có lượng tính theo cơng thức:E = m0c2 + Wđ 24 Trong Wđ = m0v2/2 = ( - 1)m0c2 động hạt nhân v - c2 - Một vật có khối lượng m0 trạng thái nghỉ, chuyển động với vận tốc v, khối lượng vật s tăng lên m0 thành m với m = v2 - c2 - Ta viết hệ thức Anhxtanh: E = mc2 ==> Wđ = E – E0 ; Với E0 = m0c2 lượng nghỉ vật - ộ hụt khối:: m = [Z.mp + (A – Z).mn] – mx hối lượng hạt nhân ln nh tổng khối lượng nuclơn tạo thành hạt nhân - Năng ượng i n ết: ΔE = Δmc2 Sự tạo thành hạt nhân toả lượng tương ứng ΔE, gọi lượng liên kết hạt nhân (vì muốn tách hạt nhân thành nuclơn cần tốn lượng ΔE) - Năng lượng liên kết riêng : = ΔE/A (là lượng liên kết tính cho nuclơn) Năng lượng liên kết riêng lớn hạt nhân bền vững Phản ứng hạt nhân a, ịnh ngh a: - Phản ứng hạt nhân q trình biến đổi hạt nhân - Phản ứng hạt nhân chia làm hai loại: + Phản ứng hạt nhân tự phát: q trình tự phân rã hạt nhân khơng bền vững thành hạt nhân khác A C + D Trong A: hạt nhân mẹ; C: hạt nhân con; D: tia phóng xạ (, , ) + Phản ứng hạt nhân kích thích: q trình hạt nhân tương tác với thành hạt nhân khác A+BC+D A3 A4 - Phương trình phản ứng: ZA11 X1 ZA22 X Z3 X Z4 X Trong số hạt hạt sơ cấp nuclơn, electrơn, phơtơn - Trường hợp đặc biệt phóng xạ: X1 X2 + X3; X1 hạt nhân mẹ, X2 hạt nhân con, X3 hạt b, ác định luật bảo tồn phản ứng hạt nhân: + Bảo tồn số nuclơn (số khối): A1 + A2 = A3 + A4 + Bảo tồn điện tích (ngun tử số): Z1 + Z2 = Z3 + Z4 + Bảo tồn động lượng: p1 p2 p3 p4 hay m1 v1 m2 v2 m4 v3 m4 v4 + Bảo tồn lượng: K X1 + KX2 +ΔE = KX3 + KX4 ==> ΔE = K X3 + K X4 - (K X1 + K X2 ) Trong đó: E lượng phản ứng hạt nhân KX mx vx2 động chuyển động hạt X - Lưu ý: + Khơng có định luật bảo tồn khối lượng + Mối quan hệ động lượng pX động KX hạt X là: p2X = 2mX K X - Năng lượng phản ứng hạt nhân: E = (M0 - M)c2 Trong đó: M mX1 mX tổng khối lượng hạt nhân trước phản ứng M mX mX tổng khối lượng hạt nhân sau phản ứng Lưu ý: + Nếu M0 > M phản ứng toả lượng E dạng động hạt X3, X4 phơtơn Các hạt sinh có độ hụt khối lớn nên bền vững + Nếu M0 < M phản ứng thu lượng E dạng động hạt X1, X2 phơtơn Các hạt sinh có độ hụt khối nhỏ nên bền vững A3 A4 - Trong phản ứng hạt nhân ZA11 X1 ZA22 X Z3 X Z4 X Các hạt nhân X1, X2, X3, X4 có: Năng lượng liên kết riêng tương ứng 1, 2, 3, 4 Năng lượng liên kết tương ứng E1, E2, E3, E4 ; Độ hụt khối tương ứng m1, m2, m3, m4 Năng lượng phản ứng hạt nhân : E = A33 +A44 - A11 - A22 E = E3 + E4 – E1 – E2 E = (m3 + m4 - m1 - m2)c2 c, Quy tắc dịch chuyển phóng xạ A + Phóng xạ ( 24 He ): ZA X He Z 2Y So với hạt nhân mẹ, hạt nhân lùi bảng tuần hồn có số khối giảm đơn vị 25 Là hn Hêli ( 24 H e ), mang điện tích dương (+2e) nên bị lệch âm bay qua tụ điện Chuyển động với tốc độ cỡ 2.107m/s, qng đường khơng khí cỡ 8cm, vật rắn cỡ vài mm ==> khả đâm xun kém, có khả iơn hóa chất khí A + Phóng xạ ( 01e ): ZA X 1e Z 1Y So với hạt nhân mẹ, hạt nhân tiến bảng tuần hồn có số khối Thực chất phóng xạ - hạt nơtrơn biến thành hạt prơtơn, hạt electrơn hạt nơtrinơ: n p e v Bản chất (thực chất) tia phóng xạ - hạt electrơn ( 10 e ), mang điện tích âm (-1e) nên bị lệch phía dương tụ Hạt nơtrinơ (v) khơng mang điện, khơng khối lượng (hoặc nhỏ) chuyển động với vận tốc ánh sáng khơng tương tác với vật chất Phóng với vận tốc gần vận tốc as Iơn hóa chất khí yếu tia Khả đâm xun mạnh, vài mét khơng khí vài mm kim loại A + Phóng xạ + ( 01e ): ZA X 1e Z 1Y So với hạt nhân mẹ, hạt nhân lùi bảng tuần hồn có số khối Thực chất phóng xạ + hạt prơtơn biến thành hạt nơtrơn, hạt pơzitrơn hạt nơtrinơ: p n e v Bản chất (thực chất) tia phóng xạ + hạt pơzitrơn (e+), mang điện tích dương (+e) nên lệch phía âm tụ điện (lệch nhiều tia đối xứng với tia -) Phóng với vận tốc gần vận tốc as Iơn hóa chất khí yếu tia Khả đâm xun mạnh, vài mét khơng khí vài mm kim loại + Phóng xạ gamma (hạt phơtơn) Có chất sóng điện từ có bước sóng rắt ngắn (< 0,01nm) Là chùm phơtơn có lượng cao Hạt nhân sinh trạng thái kích thích có mức lượng cao E1 chuyển xuống mức hc lượng thấp E2 đồng thời phóng phơtơn có lượng: hf E1 E Là xạ điện từ khơng mang điện nên khơng bị lệch điện trường từ trường Có t/c tia Rơnghen, có khả đâm xun lớn, vài mét bê tơng vài centimét chì nguy hiểm Trong phóng xạ khơng có biến đổi hạt nhân phóng xạ thường kèm theo phóng xạ ịnh luật phóng xạ: -t N N = N0 T = N e-λt = k0 - ố nguy n (hạ nhân) hấ ph ng xạ n ại s u hời gi n : + - ố hạ nguy n phân rã số hạt nhân tạo thành số hạt ( e e ) tạo thành: ΔN = N0 - N = N0 (1- e-λt ) - Khối ượng hấ ph ng xạ n ại s u hời gi n : - t m = m0 T = m0 e-λt = m0 2k Trong đó: + Với NA = 6,0221.1023mol-1 số Avơgađrơ + A số khối ngun tử + N0, m0 số ngun tử (hạt nhân), khối lượng chất phóng xạ ban đầu ln + T chu kỳ bán rã T khoảng thời gian nửa số hạt nhân phân rã ln2 0,693 + λ= số phóng xạ, đặc trưng cho chất phóng xạ xét = T T + T khơng phụ thuộc vào tác động bên ngồi (như nhiệt độ, áp suất ) mà phụ thuộc chất bên chất phóng xạ t + k = T : số chu kì bán rã thời gian t 26 - Khối ượng hấ ph ng xạ s u hời gi n : Δm = m0 - m = m0 (1- e-λt ) m - Ph n ăm ( gi m) hấ ph ng xạ ị phân : e t m0 t m T - Ph n ăm hấ ph ng xạ n ại: e t m0 NA A AN A ΔN - Khối lượng chất tạo thành sau thời gian t: m1 = A1 = (1- e-λt ) = m0 (1- e-λt ) NA NA A Trong đó: A, A1 số khối chất phóng xạ ban đầu chất tạo thành NA = 6,022.10-23 mol-1 số Avơgađrơ Lưu ý: Trường hợp phóng xạ +, - A = A1 m1 = m - Đ ph ng xạ H: Là đại lượng đặc trưng cho tính phóng xạ mạnh hay yếu lượng chất phóng xạ, đo - ối i n h gi hối ượng số hạ nhân: số phân rã giây: H = H N = m - t T = H e-λt = λN = H0 2k H et H0 + Với: H0 = N0 độ phóng xạ ban đầu + Đơn vị: Becơren (Bq); 1Bq = phân rã/giây ; Curi (Ci); Ci = 3,7.1010 Bq ΔH H - H H ==> Đ gi m ph ng xạ (%): = = 1= 1- e-λt H0 H0 H0 Lưu ý: Khi ính ph ng xạ H, H0 (B ) hì hu ỳ ph ng xạ T ph i ổi n vị giây(s) Bảng quy luật phân rã t= T 2T 3T 4T 5T 6T Số hạt lại N0/2 N0/4 N0/8 N0/16 N0/32 N0/64 Số hạt phân rã N0/2 N0/4 Tỉ lệ % phân rã 50% 75% 87.5% 93.75% 96.875% 15 31 Tỉ lê rã lại N0/8 15 N0/16 31 N0/32 63 N0/64 63 - ng dụng đồng vị phóng xạ: phương pháp ngun tử đánh dấu, khảo cổ định tuổi cổ vật dựa vào lượng cacbon 14 Phản ứng phân hạch phản ứng nhiệt hạch: a Phản ứng phân hạch: - P.ư phân hạch: hạt nhân nặng hấp thụ nơtron s vỡ thành hai hạt nhân nhẹ hơn, kèm theo vài nơtrơn Năng lượng tỏa phản ứng cỡ 210 MeV Sự phân hạch 1g 235U giải phóng lượng 8,5.1010J tương đương với lượng 8,5 than dầu tỏa cháy hết - P.ư dây truyền: Gọi k hệ số nhân nơtrơn, số nơtrơn lại sau p.ư h.n đến kích thích h.n khác Khi k xảy p.ư phân hạch dây chuyền: + Khi k < 1, p.ư phân hạch dây chuyền tắt nhanh + Khi k = 1, p.ư phân hạch dây chuyền tự trì lượng phát khơng đổi theo thời gian + Khi k > 1, p.ư phân hạch dây chuyền tự trì lượng phát tăng nhanh gây bùng nổ - Khối lượng tới hạn: khối lượng tối thiểu chất phân hạch để p.ư phân hạch dây chuyền trì Với 235U khối lượng tới hạn cỡ 15 kg, với 239Pu vào cỡ kg b Phản ứng nhiệt hạch p.ư tổng hợp h.n : - Hai hay nhiều hạt nhân nhẹ, kết hợp với thành hạt nhân nặng Phản ứng xảy nhiệt độ cao, nên gọi phản ứng nhiệt hạch Con người thực phản ứng dạng khơng kiểm sốt (bom H) - Điều kiện để p.ư kết hợp h.n xảy ra: + Phải đưa hỗn hợp nhiên liệu sang trạng thái plasma cách đưa nhiệt độ lên tới 108 độ 27 + Mật độ h.n plasma phải đủ lớn + Thời gian trì trạng thái plasma nhiệt độ cao phải đủ lớn HƯƠN III TỪ I MƠ ẾN Ĩ MƠ I Á H T SƠ ẤP: Thế giới vi mơ v mơ xếp theo kích thước lớn dần: Hạt sơ cấp, hạt nhân ngun tử, ngun tử, phân tử, hành tinh, hệ Mặt Trời, thiên hà Hạt sơ cấp: Là hạt có kích thước khối lượng nhỏ hạt nhân ngun tử - Các hạt sơ cấp chia làm ba loại: + phơtơn có m0 = + Các leptơn: Có khối lượng từ đến200 me Bao gồm: nơtrinơ , electron e-, pơzitron e+, + Các hađrơn: Có khối lượng 200me Được chia thành ba nhóm con: Mêzơn , K: Có khối lượng 200me nhỏ khối lượng nuclơn Nuclơn p, n Hipêron: Có khối lượng lớn khối lượng nuclơn h m nu ơn hip n n ượ g i i n - Tất hađrơn cấu tạo từ hạt nhỏ gọi quac Có loại quac (kí hiệu là: u, d, s, c, b, e 2e t) với phản quac tương ứng Các quac có mang điện phân số: , Một thành cơng giả thuyết quac dự đốn hạt ơmêga trừ - - Phần lớn hạt sơ cấp tạo thành cặp gồm hạt phản hạt Phản hạt có khối lượng nghỉ spin hạt đặc trưng khác có trị số độ lớn trái dấu - Lưu ý: + Sắp xếp theo thứ tự tăng dần khối lượng hạt sơ cấp biết: Phơtơn, leptơn, mêzơn barion + Theo quan niệm hạt thực sơ cấp gồm: Các quac, leptơn hạt truyền tương tác gln, phơtơn, W, Z0 gravitơn + Hạt prơton có cấu tạo quac nên prơton bị phá vỡ Bốn loại tương tác vũ trụ: mạnh điện từ yếu hấp dẫn - Tương tác hấp dẫn: Là tương tác hạt (các vật) có khối lượng khác khơng Bán kính lớn vơ cùng, lực tương tác nhỏ.Vd: Trọng l c, l c hút TĐ mặt trăng - Tương tác điện từ: tương tác hạt mang điện vật tiếp tiếp xúc gây nên ma sát Bán kính lớn vơ hạn, lực tương tác mạnh tương tác hấp dẫn cỡ 1038 lần Tương tác điện từ b n chất l c Culơng, l c điện từ, l c Lo – ren, l c ma sát, l c liên kết hóa học - Tương tác yếu – leptơn: Đó tương tác leptơn Bán kính tác dụng nhỏ cỡ 1018 m , lực tương tác yếu tương tác hấp dẫn cỡ 1011 lần Ví d : q trình hân rã : p n + e+ + ve ; ~ n p + e- + ve -Tương tác mạnh: Là tương tác hadrơn; khơng kể q trình phân rã chúng Bán kính tác dụng nhỏ cỡ 1015 m , lực tương tác yếu tương tác hấp dẫn cỡ 102 lần Một trường hợ riêng tương tác mạnh l c hạt nhân Kích thước ngun tử, hạt nhân, prơton là: 10-10m, 10-14m, 10-15m - Theo thứ tự kích thước giảm dần: Phân tử > ngun tử > hạt nhân > nuclơn > quac II MẶT TRỜI – HỆ MẶT TRỜI: Hệ m t trời: Gồm Mặt Trời hành tinh, tiểu hành tinh vệ tinh, chổi thiên thạch - Các hành tinh: Thủy tinh, Kim tinh, Trái Đất, Hỏa tinh, Mộc tinh, Thổ tinh, Thiên Vương tinh, Hải Vương tinh - Để đo đơn vị hành tinh người ta dùng đơn vị thiên văn: 1đvtv 150.106 km - Năm ánh sáng: qng đường mà as năm nă m nh sá ng = 9,46.1012 Km 28 - Các hành tinh quay quanh mặt trời theo chiều thuận phẳng, Mặt Trời hành tinh tự quay quanh quay theo chiều thuận trừ Kim tinh M t trời: - Là thiên thể trung tâm hệ mặt trời Có bán kính > 109 lần bk trái đất; khối lượng = 333 000 lần kl TĐ - Có khối lượng lớn, lực hấp dẫn Mặt Trời có vai trò định hình thành, phát triển chuyển động hệ - Là cầu khí nóng sáng, khoảng 75% hiđrơ 23% heli Nhiệt độ bề mặt 6000K, lòng đến hàng chục triệu độ Trong lòng mặt trời ln x y nhệt hạch tổng hợ hạt nhân hiđrơ thành hn heli -Cấu trúc mặt trời: Nhìn tổng qt, Mặt trời cấu tạo gồm hai phần quang c u khí c u +Quang cầu Nhìn từ Trái đất ta thấy Mặt trời có dạng đĩa sáng tròn bán kính góc 16 phút khối cầu nóng sáng nhìn thấy gọi quang cầu ( gọi quang quyển, có bán kính khoảng 7.105 km) +Khí Mặt trời (khí cầu) Bao quanh quang cầu có khí Mặt trời Khí Mặt trời cấu tạo chủ yếu hiđrơ, heli… có nhiệt độ cao nên khí có đặc tính phức tạp Khí phân hai lớp có tính chất vật lí khác sắc cầu nhật hoa Sắc cầu lớp khí nằm sát mặt quang cầu có độ dày 10 000 km có nhiệt độ khoảng 4500k Phía ngồi sắc cầu nhật hoa Vật chất cấu tạo nhật hoa trạng thái ion hố mạnh (gọi trạng thái plaxma) Nhiệt độ khoảng triệu độ Nhật hoa có hình dạng thay đổi theo thời gian - Cơng suất phát xạ Mặt Trời P 3,9.1026 W A E Lưu ý: ơng suất xạ m t trời P = 3,9.1026W, Mà P = t = t ==> E = P.t ==> Khối Lượng mặt trời giảm : m = E/c2 = Pt/c2 Trái ất: a ấu tạo: Trái Đất có dạng hình cầu, bán kính xích đạo 6378km , bán kính hai cực 6357km , khối lượng riêng trung bình 5515kg/m3 + Lõi Trái Đất: bán kính 3000km ; chủ yếu sắt, niken; nhiệt độ khoảng 3000 - 40000 C + Vỏ Trái Đất: dày khoảng 35km ; chủ yếu granit; khối lượng riêng 3300kg/m3 - vài số liệu T : BK = 6400km, KL = 5,98.1024kg, BK quĩ đạo quanh mặt trời 150.106km Chu kì quay quanh trục 23h56ph004giây Chu kì quay quanh mặt trời 365,2422 ngày Góc nghiêng 23027’ b M t Trăng- vệ tinh Trái đất - Mặt trăng cách Trái Đất 384 000 km có bán kính 1738 km, có khối lượng 7, 35.1022 kg Gia tốc trọng trường Mặt trăng 1,63 m/s2 Mặt trăng chuyển động quanh Trái đất với chu kì 27,32 ngày Trong chuyển động củaTrái Đất, Mặt Trăng quay quanh trục với chu kì chu kì chuyển động quanh Trái Đất Hơn nữa, chiều tự quay chiều với chiều quay quanh Trái đất, nên Mặt Trăng ln hướng nửa định phía Trái đất - Do lực hấp dẫn bé nên Mặt Trăng khơng giữ khí Nói khác, Mặt Trăng khơng có khí - Bề mặt Mặt trăng phủ lớp vật chất xốp Trên bề mặt Mặt Trăng có dãy núi cao, có vùng phẳng gọi biển (biển đá, khơng phải biển nước), đặc biệt có nhiều lỗ tròn đỉnh núi (có thể miệng núi lửa tắt, vết tích va chạm thiên thạch) - Nhiệt độ ngày đêm Mặt Trăng chênh lệch lớn ; vùng xích đạo mặt Mặt Trăng, nhiệt độ lúc trưa 100 0C lúc nửa đêm lại là-150 0C - Mặt Trăng có nhiều ảnh hưởng đến Trái Đất, mà rõ rệt gây tượng thuỷ triều Cần lưu ý khí Trái Đất bị tác dụng lực triều (triều), dâng lên hạ xuống với biên độ lớn biên độ thuỷ triều nhiều lần Hành tinh chuyển động xung quanh Mặt Trời theo quỹ đạo xác định - Các hành tinh: Thủy tinh, Kim tinh, Trái Đất, Hỏa tinh, Mộc tinh, Thổ tinh, Thiên Vương tinh, Hải Vương tinh - Các hành tinh có kích thước nhỏ cỡ vài trăm km nhỏ gọi tiểu hành tinh - Vệ tinh chuyển động quanh hành tinh - Những hành tinh thuộc nhóm Trái Đất là: Thuỷ tinh, Kim tinh, Trái Đất Hoả tinh Đó hành tinh nhỏ, rắn, có khối lượng riêng tương đối lớn Nhiệt độ bề mặt tương đối cao - Những hành tinh thuộc nhóm Mộc tinh là: Mộc tinh, Thổ tinh, Hải vương tinh Thiên vương tinh Chúng hành tinh lớn, khối khí nhân rắn xung quanh chất lỏng Nhiệt độ bề mặt tương dối thấp 29 - Các đặc trưng hành tinh Khoảng cách Bán Khối lượng kính (so với Trái Thiên thể đến Mặt Trời (đvtv) (km) Đất) Khối lượng riêng (103kg/m3) Chu kì tự quay Chu kì chuyển động quanh Mặt Trời Số vệ tinh đă biết Thủy tinh 0,39 2440 0,055 5,4 59 ngày 87,9 ngày Kim tinh 0,72 6056 0,81 5,3 243 ngày 224,7 ngày Trái Đất 6375 5,5 23g56ph 365,25 ngày (1 năm) Hỏa tinh 1,52 3395 0,11 3,9 24g37ph 1,88 năm Mộc tinh 5,2 71490 318 1,3 9g50ph 11,86 năm 63 Thổ tinh 9,54 60270 95 0,7 14g14ph 29,46 năm 34 Thiên Vương tinh 19,19 25760 15 1,2 17g14ph 84,00 năm 27 Hải Vương tinh 30,07 25270 17 1,7 16g11ph 164,80 năm 13 Sao chổi thiên thạch: - Sao chổi: Là khối khí đóng băng lẫn với đá, có đường kính vài km, chuyển động quanh Mặt Trời theo quỹ đạo elíp dẹt mà mặt trời tiêu điểm Khi chổi cđ quĩ đạo gần mặt trời vật chất bị nóng sáng bay thành đám khí bụi quanh Đám khí bụi bao quanh bị áp suất as mặt trời gây đẩy dạt phía đối diện với mặt trời tạo thành chổi Đứng TĐ ta nhìn thấy đầu chổi: u s hổi g n mặ ời, i s hổi x Th n - Thiên thạch: Là tảng đá chuyển động quanh mặt trời Trường hợ thiên thạch bay bầu khí trái đất bị ma sát mạnh nêu nóng sáng bốc cháy, để lại vết dài mà ta gọi s ăng III CÁC SAO VÀ THIÊN HÀ: Sao: - Sao thiên thể nóng sáng giống Mặt Trời Các xa, biết ngơi gần cách đến hàng chục tỉ km (trên năm as); ngơi xa cách xa đến 14 tỉ năm ánh sáng ( nă m nh sá ng 9,46.1012 Km ) - Xung quanh số có hành tinh chuyển động, giống hệ Mặt Trời Khối lượng có giá trị năm khoảng từ 0,1 lần khối lượng Mặt Trời đến vài chục lần (đa số khoảng lần ) khối lượng Mặt Trời Bán kính có giá trị nằm khoảng rộng, từ khoảng phần nghìn lần bán kính Mặt Trời ( chắt) đến gấp hàng ngìn lần bk mặt trời (ở kềnh) ác loại sao: - Đa số tồn trạng thái ổn định; có kích thước, nhiệt độ, … khơng đổi thời gian dài - Ngồi ra; người ta phát thấy có số đặc biệt biến quang, mới, nơtron, … + Sao biến quang có độ sáng thay đổi, có hai loại: Sao biến quang che khuất hệ đơi (gồm vệ tinh), độ sáng tổng hợp mà ta thu s biến thiên có chu kì Sao biến quang nén dãn có độ sáng thay đổi thực theo chu kì xác định + Sao có độ sáng tăng đột ngột lên hàng ngàn, hàng vạn lần sau từ từ giảm Lí thuyết cho pha đột biến q t nh biến hóa hệ 30 + Punxa, nơtron ngồi xạ lượng có phần xạ lượng thành xung sóng vơ tuyến Sao nơtron cấu tạo hạt nơtron với mật độ lớn 1014 g/cm3 Punxa (pulsar) lơi nơtron với bán kính 10km tự quay với tốc độ góc 640 vò ng/s phát sóng vơ tuyến Bức xạ thu Trái Đất có dạng xung sáng giống sáng hải đăng mà tàu biển nhận - Ngồi ra, hệ thống thiên thể vũ trụ có lỗ đen tinh vân + Lỗ đen thiên thể tiên đốn lí thuyết, cấu tao nơtron, có trường hấp dẫn lớn thu hút vật thể, kể ánh sáng Vì vậy, thiên thể tối đen khơng phát sóng điện từ Người ta phát lỗ đen nhờ tia X phát ra, lỗ đen hút thiên thể gần + Tinh vân ta thấy “đám mây sáng”, gọi Đó đám bụi khổng lồ rọi sáng ngơi gần đó, đám khí bị ion hố phóng từ hay siêu Khái qt tiến hố Khi “nhiên liệu” cạn kiệt, biến thành thiên thể khác Lí thuyết cho thấy có khối lượng cỡ Mặt Trời “ sống” tới 10 tỉ năm, sau biến thành chắt trắng (hay lùn ), có bán kính phần trăm hay phần nghìn bán kính Mặt Trời lại có nhiệt độ bề mặt tới 50 000 K Còn có khối lượng lớn mặt trời (từ năm lần trở lên) “sống” khoảng 100 triệu năm, nhiệt độ giảm dần trở thành kềnh đỏ, sau lại tiếp tục tiến hố trở thành nơtron (punxa), lỗ đen Thiên hà: - Các tồn vũ trụ thành hệ thống tương đối độc lập Hệ thống gồm nhiều loại tinh vân gọi thiên hà a ác loại thiên hà: Thiên hà xoắn ốc có hình dạng dẹt đĩa, có cánh tay xoắn ốc, chứa nhiều khí Thiên hà elip có hình elip, chứa khí có khối lượng trải dải rộng Có loại thiên hà elip nguồn phát sóng vơ tuyến điện mạnh Thiên hà khơng định hình trơng đám mây (thiên hà Ma gien-lăng) Đường kính thiên hà vào khoảng 100 000 năm ánh sáng Tồn thiên hà quay xung quanh trung tâm thiên hà b Thiên Hà Ngân hà: - Thiên hà loại thiên hà xoắn ốc, có đường kính khoảng 100 nghìn năm ánh sáng có khối lượng khoảng 150 tỉ lần khối lượng Mặt Trời Nó hệ phẳng giống đĩa, dày khoảng 330 năm ánh sáng, chứa vài trăm tỉ ngơi Hệ Mặt Trời nằm cánh tay xoắn rìa thiên hà, cách trung tâm 30 nghìn năm ánh sáng quay quanh tâm thiên hà với tốc độ khoảng 250 km/s Giữa có bụi khí Phần trung tâm thiên hà có dạng hình cầu dẹp, gọi vùng lồi trung tâm (dày khoảng 15 000 năm ánh sáng ), tạo “già” khí bụi Ngay trung tâm thiên hà có nguồn phát xạ hồng ngoại nguồn phát xạ sóng vơ tuyến điện ; nguồn phát lượng tương đương với độ sáng chừng 20 triệu ngơi mặt trời phóng luồng gió mạnh - Từ Trái đất, Chúng ta nhìn hình chiếu Thiên Hà vòm trời, dải sáng trải bầu trời đêm, gọi dải Ngân Hà Mặt phẳng trung tâm dải Ngân Hà trở nên tối bụi dài Vào đầu đêm mùa hè, ta thấy dải Ngân Hà nằm trời theo hướng Đơng Bắc- Tây Nam c Nhóm thiên hà Siêu nhóm thiên hà: - Vũ trụ có hàng trăm tỉ thiên hà, thiên hà thường cách khoảng mười lần kích thước Thiên Hà Các thiên hà có xu hướng hợp lại với thành nhóm từ vài chục đến vài nghìn thiên hà - Thiên Hà thiên hà lân lận thuộc h m hi n hà ị phư ng, gồm khoảng 20 thành viên, chiếm thể tích khơng gian có đường kính gần triệu năm ánh sáng Nhóm bị chi phối chủ yếu ba thiên hà xoắn ốc lớn: Tinh vân Tiên Nữ (thiên hà Tiên Nữ M31 hay NGC224); Thiên Hà chúng ta; Thiên hà Tam giác, thành viên lại Nhóm thiên hà elip thiên hà khơng định hình tí hon - Ở khoảng cách cỡ khoảng 50 triệu năm ánh sáng Nhóm Trinh Nữ chứa hàng nghìn thiên hà trải rộng bầu trời chòm Trinh Nữ - Các nhóm thiên hà tập hợp lại thành Siêu nhóm thiên hà hay Đại hi n hà Siêu nhóm thiên hà địa phương có tâm nằm Nhóm Trinh Nữ chứa tất nhóm bao quanh nó, có nhóm thiên hà địa phương I THUYẾT Ụ NỔ LỚN BI BAN ác kiện thiên văn quan trọng a ũ trụ dãn nở: Các thiên hà dịch chuyển xa nhau, chứng kiện thiên văn quan trọng : vũ trụ dãn nở 31 b Bức xạ “vũ trụ” Bức xạ phát đồng từ phía khơng trung tương ứng với xạ phát từ vật có nhiệt độ khoảng 3K (chính xác 2,735K); xạ đươc gọi xạ 3K Kết thu chứng tỏ xạ xạ phát từ phía vũ trụ (nay nguội) gọi xạ “nền” vũ trụ ịnh luật Hớp-bơn: - Tốc độ lùi xa thiên hà tỉ lệ với khoảng cách thiên hà chúng ta: v = H.d Với: v tốc độ chạy xa thiên hà d k/c từ thiên hà xét đến thiên hà H 1,7.102 m/s.nă m nh sá ng gọi hs Hớp - bơn nă m nh sá ng 9,46.1012 Km Thuyết vụ nổ lớn Big Bang : - Theo thuyết vụ nổ lớn, vũ trụ bắt đầu dăn nở từ “điểm kì dị” Để tính tuổi bán kính vũ trụ, ta chọn “điểm kì dị” làm mốc (gọi điểm zêrơ Big Bang) - Tại thời điểm định luật vật lí biết thuyết tương đối rộng khơng áp dụng Vật lí học đại dựa vào vật lí hạt sơ cấp để dự đốn tượng xảy thời điểm t p= 10-43s sau Vụ nổ lớn gọi thời điểm Planck - Ở thời điểm Planck, kích thước vụ trụ 1035 m , nhiệt độ 1032 K mật độ 1091 kg/cm3 Các trị số cực lớn cực nhỏ gọi trị số Planck Từ thời điểm Vũ trụ dãn nở nhanh, nhiệt độ Vũ trụ giảm dần Tại thời điểm Planck, Vũ trụ bị tràn ngập hạt có lượng cao electron, notrino quark, lượng 1015 GeV - Tại thời điểm t = 10-6s, chuyển động quark phản quark đủ chậm để lực tương tác mạnh gom chúng lại gắn kết chúng lại tạo thành prơtơn nơtrơn, lượng trung bình hạt vũ trụ lúc 1GeV - Tại thời điểm t phú t , hạt nhân Heli tạo thành Trước đó, prơtơn nơtrơn đă kết hợp với để tạo thành hạt nhân đơteri 12 H Khi đó, đă xuất hạt nhân đơteri 12 H , triti 13 H , heli 24 He bền Các hạt nhân hiđrơ hêli chiếm 98% khối lượng thiên hà, khối lượng hạt nhân nặng chiếm 2% Ở thiên thể, có khối lượng hêli có khối lượng hiđrơ Điều chứng tỏ, thiên thể, 4 thiên hà có chung nguồn gốc - Tại thời điểm t 300000 nă m , loại hạt nhân khác đă tạo thành, tương tác chủ yếu chi phối vũ trụ tương tác điện từ Các lực điện từ gắn electron với hạt nhân tạo thành ngun tử H He - Tại thời điểm t 106 nă m , ngun tử tạo thành, tương tác chủ yếu chi phối vũ trụ tương tác hấp dẫn Các lực hấp dẫn thu gom ngun tử lại, tạo thành thiên hà ngăn cản thiên hà tiếp tục nở Trong thiên hà, lực hấp dẫn nén đám ngun tử lại tạo thành Chỉ có khoảng cách thiên hà tiếp tục tăng lên - Tại thời điểm t 14.109 nă m , vũ trụ trạng thái với nhiệt độ trung bình T 2,7K Lưu ý: - Theo hiệu ứng Đốp-le với sóng as nguồn đ ng n phát xạ đơn sắc bước sóng 0, nguồn chuyển động với tốc độ v máy thu bước sóng xạ mà máy thu nhận v - Độ dịch chuyển bước sóng xạ = - 0 = c + Nếu nguồn xa máy thu v > ==> = - 0 > ==> > 0 , bước sóng xạ d/c phía đỏ, bs dài + Nếu nguồn lại gần máy thu v < ==> = - 0 < ==> < 0, bước sóng xạ d/c phía tím, bs ngắn - Hết húc em học tốt đạt kết cao kì thi tới 32 ... động cho vật) lực để đưa vật vị trí cân (là hợp lực lực tác dụng lên vật xét phương dao động), hướng VTCB, có độ lớn Fhp = kx = m2x Lực đàn hồi lực đưa vật vị trí lò xo không biến dạng Có độ... k = k1 + k + … treo vật khối lượng thì: T2 T1 T22 Gắn lò xo k vào vật khối lượng m1 chu kỳ T1, vào vật khối lượng m2 T2, vào vật khối lượng m1+m2 chu kỳ T3, vào vật khối lượng m1 – m2... Các loại sóng điện từ tạo cách khác nhau, chất thì chúng chúng ranh giới rỏ rệt Tuy vậy, có tần số bước sóng khác nhau, nên sóng điện từ có tính chất khác (có thể nhìn thấy không nhìn thấy, có