LT&BT Sóng Ánh Sáng CHƯƠNG SĨNG ÁNH SÁNG PHẦN I TĨM TẮT LÍ THUYẾT Tán sắc ánh sáng - Sự tán sắc ánh sáng phân tách chùm ánh sáng phức tạp thành chùm sáng đơn sắc - Nguyên nhân xảy tượng tán sắc ánh sáng chiết suất môi trường (thủy tinh, nước, …) ánh sáng đơn sắc khác khác chiết suất có giá trị nhỏ ánh sáng đỏ lớn ánh sáng tím Ánh sáng đơn sắc - Ánh sáng đơn sắc ánh sáng có màu định không bị tán sắc truyền qua lăng kính -Mỗi ánh sáng đơn sắc có bước sóng (hoặc tần số) chân khơng hồn tồn xác định c - Bước sóng ánh sáng đơn sắc truyền chân khơng (hay khơng khí): λ = c.T = f - Khi ánh sáng đơn sắc truyền từ mơi trường sang mơi trường khác tần số f khơng đổi, bước sóng thay đổi, vận tốc thay đổi Ánh sáng trắng: Ánh sáng trắng (hay ánh sáng Mặt Trời) hỗn hợp nhiều ánh sáng đơn sắc có màu biến thiên liên tục từ đổ đến tím -Các ánh sáng đơn sắc có bước sóng khoảng: 0,38µm ≤ λ ≤ 0, 76µm , ánh sáng gây cảm giác sáng nên gọi ánh sáng nhìn thấy (hay ánh sáng khả kiến) Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng - Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng tượng truyền sai lệch so với truyền thẳng ánh sáng gặp vật cản gọi tượng nhiễu xạ ánh sáng - Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng Hiện tượng giao thoa ánh sáng - Hiện tượng giao thoa ánh sáng tượng hai sóng ánh sáng kết hợp gặp M gây tượng giao thoa ánh sáng Trong vùng gặp M có vạch sáng vạch tối xen kẽ cách đặn - Hiện tượng giao thoa ánh sáng chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng - Điều kiện để xảy tượng giao thoa ánh sánglà phải cóhai nguồn kết hợp.(Hai nguồn phát hai sóng ánh sáng phải có tần số có độ lệch pha không đổi theo thời gian) - Những vạch sáng chỗ hai sóng ánh sáng tăng cường lẫn nhau, lượng cực đại (vân sáng) có hiệu đường sóng ánh sáng phải số nguyên lần bước sóng Tức là: ∆d = d − d1 = kλ - Những vạch tối chỗ hai sóng ánh sáng triệt tiêu lẫn nhau, lượng triệt tiêu (vân tối) có hiệu đường sóng ánh sáng phải số nửa nguyên lần bước sóng 1  Tức là: ∆d = d − d1 =  k + ÷λ 2  λD = ki với k = 0, ±1, ±2, gọi bậc giao thoa a k = : gọi vân sáng trung tâm (vân giữa) k = ±1 : gọi vân sáng bậc k = ±2 : gọi vân sáng bậc * Vị trí vân sáng ( x k ) : x k = k HTTr LT&BT Sóng Ánh Sáng  λD  1  =  k '+ ÷i với k ' = 0, ±1, ±2, * Vị trí vân tối ( x k ' ) : x k ' =  k '+ ÷ 2 a 2   k ' = : gọi vân tối thứ k ' = ±1 : gọi vân tối thứ k ' = ±2 : gọi vân tối thứ * Khoảng vân (i): khoảng cách hai vân sáng hai vân tối liên tiếp i = λD a Máy quang phổ Máy quang phổ dụng cụ dùng để phân tích chùm sáng phức tạp thành thành phần đơn sắc Cấu tạo máy quang phổ lăng kính Gồm phận chính: ống chuẩn trực, hệ tán sắc buồng ảnh - Ống chuẩn trực: ống gồm đầu khe hẹp F đầu thấu kính hội tụ L Ánh sáng qua ống chuẩn trực tạo thành chùm tia song song - Hệ tán sắc: gồm vài lăng kính có tác dụng phân tích chùm tia song song từ L1 thành chùm tia đơn sắc song song - Buồng ảnh: gồm thấu kính hội tụ L2 kính ảnh đặt tiêu diện L2 chùm tia đơn sắc song song qua L2 hội tụ tạo thành vạch kính ảnh Tập hợp tất vạch gọi quang phổ nguồn sáng Các loại quang phổ Tiêu đề Định nghĩa Quang phổ liên tục Gồm dãi màu có màu thay đổi cách liên tục từ đỏ đến tím Nguồn phát Do chất rắn, chất lỏng hay chất khí có áp suất lớn bị nung nóng phát Đặc điểm Ứng dụng Các loại tia HTTr Quang phổ vạch phát xạ Quang phổ vạch hấp thụ Gồm vạch màu riêng lẻ, ngăn cách khoảng tối Do chất khí hay áp suất thấp bị kích thích điện hay nhiệt phát Gồm vạch hay đám vạch tối xuất quang phổ liên tục -Các chất rắn, chất lỏng chất khí cho quang phổ hấp thụ - Nhiệt độ chúng phải thấp nhiệt độ nguồn phát quang phổ liên tục -Quang phổ hấp thụ chất khí chứa vạch hấp thụ -Còn quang phổ chất lỏng rắn lại chứa “đám”, đám gồm nhiều vạch hấp thụ nối tiếp cách liên tục Không phụ thuộc thành Các nguyên tố khác phần cấu tạo nguồn khác về: số lượng vạch, vị sáng trí vạch, màu sắc độ sáng độ sáng tỉ đối vạch Chỉ phụ thuộc nhiệt độ -Mỗi ngun tố hố học có nguồn sáng quang phổ vạch đặc trưng nguyên tố Dùng để xác định nhiệt Biết thành phần cấu tạo Nhận biết có mặt độ vật nguồn sáng nguyên tố hỗn hợp hay hợp chất LT&BT Sóng Ánh Sáng Tiêu đề Tia hồng ngoại Bản chất Bước sóng Nguồn phát Tính chất Tia tử ngoại Tia X Cùng Sóng điện từ có bước sóng khác 7,6.10-7m →10-3m 3,8.10-7m → 10-8m ( λ > 0, 76µm ) ( λ < 0, 4µm ) 10-8m →10-11m Vật nhiệt độ cao mơi Vật có nhiệt độ cao -ơng tia X trường: Trên 00K phát tia 20000C: -ông Cu-lit-giơ hồng ngoại.Bóng đèn dây tóc, đèn huỳnh quang, đèn thuỷ -phản ứng hạt nhân bếp ga, bếp than, điốt hồng ngân, hình tivi ngoại Truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ, giao thoa, nhiễu xạ, tác dụng lên kính ảnh (phim) - Tác dụng tia hồng ngoại ℓà tác dụng nhiệt - Có khả gây số phản ứng hóa học, tác dụng ℓên số ℓoại phim ảnh - Tia hồng ngoại biến điệu sóng điện từ cao tần - Tia hồng ngoại gây tượng quang điện số chất bán dẫn - Kích thích phát quang nhiều chất, gây số phản ứng hóa học, quang hóa - Kích thích nhiều phản ứng hóa học - Iơn hóa khơng khí nhiều chất khí khác - Tác dụng sinh học hủy diệt tế bào - Bị nước thủy tinh hấp thụ mạnh suốt với thạch anh - Gây tượng quang điện nhiều kim ℓoại Ứng dụng - Khả năng đâm xuyên mạnh - làm đen kính ảnh - làm phát quang số chất - Gây tượng quang điện hầu hết tất kim ℓoại - làm iơn hóa khơng khí - Tác dụng sinh ℓý, hủy diệt tế bào -Tia X có bước sóng ngắn khả đâm xun lớn; tia X cứng -Chụp X quang; chiếu điện -Chụp ảnh bên sản phẩm -Chữa bệnh ung thư nông -Sưởi ấm, sấy khô,điều khiển từ -Tiệt trùng thực phẩm, dụng xa, chụp ảnh hồng ngoại cụ y tế, -Trong quân sự: Tên lửa tìm -Tìm vết nứt bề mặt sản mục tiêu; ống nhòm hồng ngoại phẩm, chữa bệnh còi xương để quan sát ban đêm 10 Thang sóng điện từ: Sóng vơ tuyến, tia hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy (khả kiến), tia tử ngoại, tia X tia gamma có chất sóng điện, khác tần số (hay bước sóng) Các sóng tạo thành phổ liên tục gọi thang sóng điện từ -Các tia có bước sóng ngắn (tia X, tia gamma) có tính chất đâm xuyên mạnh, dễ tác dụng lên kính ảnh,làm phát quang chất dễ ion hóa khơng khí -Với tia có bước sóng dài ta dễ quan sát tượng giao thoa -Sắp xếp thang sóng điện từ theo thứ tự bước sóng tăng dần (hay tần số giảm dần): 10-8 10-2 0,76.10-6 Sóng Radio Tia hồng ngoại Ánh sáng đỏ Ánh sáng tím Tia tử ngoại Tia X Tia HTTr 0,38.10-6 :tăng f: giảm ε: giảm 10-11 LT&BT Sóng Ánh Sáng PHẦN II CÁC DẠNG BÀI TẬP SĨNG ÁNH SÁNG: Tính khoảng vân, vị trí vân sáng, vân tối λ.D + Khoảng vân: i = a Trong đó: D khoảng cách từ hai nguồn đến (mm); a = S 1S2 (mm) khoảng cách hai nguồn; λ bước sóng ánh sáng đơn sắc ( µ m ) l + Nếu cho l khoảng cách N vân sáng N vân tối liên tiếp i = N −1 λ.D + Vị trí vân sáng: x = k a (k ∈Z ) λ.D + Vị trí vân tối: x = (k − ) a Xác định vị trí M có tọa độ xM vân sáng hay vân tối x Lấy M = n Nếu n nguyên M vân sáng i x Nếu M = n + (n ∈ N) M vân tối thứ n +1 i Tìm khồng vân sáng hoặ vân tối VS VT + Hai vân phía so với vân trung tâm: ∆x = xlon − xnho +Hai vân khác phía so với vân trung tâm: ∆x = xs1 + xs Số vân quan sát bề rộng giao thoa trường - tính khoảng vân: i= λD a - tính Số khoảng vân nửa giao thoa trường n = L 2i Số vân sáng N = 2[n] + (Với [n] phần nguyên) Số vân tối N = 2(n) ( Với (n) số nguyên sau làm tròn) Giao thoa với khe Young (Iâng) mơi trường có chiết suất n Gọi λ bước sóng ánh sáng chân khơng khơng khí Gọi λ ' bước sóng ánh sáng mơi trường có chiết suất n c nv = nλ ' (v vận tốc ánh sáng môi trường chiết suất n) Từ công thức: λ = = f f λ i i ' = n n Vậy từ mơi trường khơng khí vào mơi trường có chiết suất n bước sóng khoảng vân giảm chiết suất lần Giao thoa với khe Young (Iâng) thay đổi khoảng cách D λD ⇒ i tỉ lệ với D + Ta có: i = a λD λD' ⇒ khoảng cách D: i = khoảng cách D’: i’ = a a Nếu ∆ D = D’ – D > Ta dịch xa (ứng i’ > i) Nếu ∆ D = D’ – D < Ta đưa lại gần ( ứng i’ < i) λ'= Vị trí vân sáng trùng Hai vân sáng trùng x1 = x2 ⇔ k1i1 = k2i2 ⇔ k1λ1 = k2λ2 (k1 bậc sáng xạ λ1; k2 bậc sáng xạ λ2) (Tương tự cho hai vân tối trùng nhau, vân tối vân sáng trùng nhau) 10 Giao thoa với ánh sáng trắng: (0,38 µ m ≤ λ ≤ 0,76 µ m) Giao thoa với ánh sáng trắng ảnh giao thoa thu được: HTTr LT&BT Sóng Ánh Sáng - Vân trung tâm vệt sáng màu trắng (do chồng chập vô số ánh sáng đơn sắc) - Về hai bên vân trung tâm ta thu dải màu cầu vồng tím ở trong, đỏ ở ngoài + Bề rộng quang phổ bậc k D ∆xk = k ( λd − λt ) = k (i d − it ) với λđ λt bước sóng ánh sáng đỏ tím a 11 Tìm bức xạ cho vân sáng đểm M có tọa độ xM (Giao thoa với ánh sáng trắng 0,38 µm ≤ λ ≤ 0,76 µm) a.xM λ D ⇔λ= Tại M có xạ cho vân sáng khi: xM = xs = k a kD a.xM 0, 38 ≤ ≤ 0, 76 kD Giải bất phương trình tìm k (k số ngun) - Có k có nhiêu xạ cho vân sáng - Muốn tìm bước sóng xạ k vào lam da 12 Tìm bức xạ cho vân tối (bức xạ bị tắt) đểm M có tọa độ xM (Giao thoa với ánh sáng trắng 0,38 µm ≤ λ ≤ 0,76 µm) λ.D a.xM ⇔λ= Tại M có xạ cho vân tối khi: xM = xs = ( k − 0,5 ) a ( k − 0,5 ) D a.xM 0,38 ≤ ≤ 0, 76 ( k − 0,5 ) D Giải bất phương trình tìm k (k số ngun) - Có k có nhiêu xạ cho vân tối - Muốn tìm bước sóng xạ k vào lam da 13 Bài tập tán sắc ánh sáng a/ Khi góc chiết quang A lớn Các cơng thức quan trọng: + A = r1 + r2 A + D = i1 + i2 - A irD ri + sini1 = n.sin r1 12 + sini2 = n.sin r2 Khi Dmin ta có: i1 = i2= i; r = r1 = r2 = ⇒ ⇒Dmin = 2i - A b/ Khi góc chiết quang A nhỏ: i ≈ n.r ⇒ i1 = n.r1; i2 ≈ n.r2 ⇒ D = i1 + i2 - A = n.r1 + n.r2 - A = nA - A ⇒ D = (n - 1)A + Gọi DD góc lệch tia đỏ so với tia tới: DD = (nd - 1)A + Gọi DT góc lệch tia đỏ so với tia tới: DT = (nT - 1)A + Gọi ΔD góc lệch tia đỏ tia tím: ΔD = Dd − DT = ( nd − nt ) A + Gọi DT bề rộng quang phổ thu màn: ΔD = h ( tan DT − tan DD ) = h ( nt −nd ) A; với [A: rad] HTTr ... LT&BT Sóng Ánh Sáng PHẦN II CÁC DẠNG BÀI TẬP SĨNG ÁNH SÁNG: Tính khoảng vân, vị trí vân sáng, vân tối λ.D + Khoảng vân: i = a Trong đó: D khoảng cách từ hai nguồn đến (mm); a = S 1S2 (mm) khoảng cách... với ánh sáng trắng: (0,38 µ m ≤ λ ≤ 0,76 µ m) Giao thoa với ánh sáng trắng ảnh giao thoa thu được: HTTr LT&BT Sóng Ánh Sáng - Vân trung tâm vệt sáng màu trắng (do chồng chập vô số ánh sáng đơn... ban đêm 10 Thang sóng điện từ: Sóng vơ tuyến, tia hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy (khả kiến), tia tử ngoại, tia X tia gamma có chất sóng điện, khác tần số (hay bước sóng) Các sóng tạo thành phổ