CHƯƠNG V SÓNG ÁNH SÁNG I TÁN SẮC ÁNH SÁNG Lý thuyết + Tán sắc ánh sáng phân tách chùm sáng phức tạp thành chùm sáng đơn sắc khác + Nguyên nhân tượng tán sắc: môi trường, ánh sáng đơn sắc khác truyền với tốc độ khác + Ứng dụng: giải thích ứng dụng máy quang phổ lăng kính, tượng cầu vồng bảy sắc, nguyên nhân tạo màu sắc sặc sở viên kim cương + Khi qua lăng kính, chùm tia sáng màu đỏ bị lệch chùm tia sáng màu tím bị lệch nhiều + Ánh sáng đơn sắc ánh sáng có màu định không bị tán sắc truyền qua lăng kính + Mỗi màu đơn sắc mơi trường có bước sóng xác định + Ánh sáng trắng Mặt Trời hỗn hợp vô số ánh sáng đơn sắc có bước sóng biến thiên liên tục từ đến Nhưng xạ có bước sóng khoảng từ 0,38 m đến 0,76 m giúp cho mắt nhìn thấy vật phân biệt màu sắc + Ánh sáng nhìn thấy chia thành vùng xếp theo thứ tự bước sóng giảm dần (tần số tăng dần) là: đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm tím + Chiết suất chất suốt biến thiên theo màu sắc ánh sáng tăng dần theo thứ tự từ màu đỏ đến màu tím (nđ < nc < nv < nlu < nla < nch < nt) + Khi truyền từ môi trường suốt sang môi trường suốt khác bước sóng vận tốc truyền v ánh sáng đơn sắc thay đổi màu sắc tần số f khơng đổi Cơng thức + Bước sóng ánh sáng: Trong chân khơng: = c f Trong mơi trường có chiết suất n: ’ = v c f nf n + Cơng thức lăng kính góc chiết quang A góc tới i1 nhỏ: i1 = nr1; i2 = nr2; A = r1 + r2; D = Dmin = A(n – 1) + Định luật phản xạ ánh sáng: i = i’ + Định luật khúc xạ ánh sáng: n1sini1 = n2sini2 + Góc giới hạn phản xạ toàn phần: sinigh = II GIAO THOA ÁNH SÁNG Lý thuyết n2 n1 với n1 > n2 + Nhiễu xạ ánh sáng tượng ánh sáng truyền sai lệch so với truyền thẳng ánh sáng gặp vật cản + Giao thoa ánh sáng tổng hợp hai hay nhiều sóng ánh sáng kết hợp khơng gian, xuất vạch sáng vạch tối xen kẽ + Điều kiện xảy tượng giao thoa ánh sáng: hai chùm sáng giao thoa phải hai chùm sáng kết hợp (nguồn kết hợp) Hai nguồn kết hợp hai nguồn phải phát hai sóng ánh sáng có bước sóng hiệu số pha hai nguồn không đổi theo thời gian + Ứng dụng: - Giải thích nguyên nhân tạo màu sặc sỡ váng dầu, mỡ bong bóng xà phịng - Nhờ thí nghiệm giao thoa để đo bước sóng ánh sáng Công thức ax + Hiệu đường ánh sáng từ hai nguồn đến điểm xét: d2 – d1 = D Khi d2 – d1 = k (k Z) có vân sáng Khi d2 – d1 = (2k + 1) (k Z) có vân tối + Vị trí vân sáng, vân tối, khoảng vân: D D D a a xs = k ; xt = (2k + 1) ; i = a ; với k Z + Cách sử dụng đơn vị đại lượng để đổi đơn vị theo hệ SI toán giao thoa ánh sáng: x, i, a lấy đơn vị milimét (mm); D lấy đơn vị mét (m); lấy đơn vị micrơmét (m) + Thí nghiệm giao thoa thực khơng khí đo khoảng vân i đưa vào mơi trường có chiết i n suất n đo khoảng vân i’ = + Giữa n vân sáng (hoặc vân tối) liên tiếp (n – 1) khoảng vân OM xM + Tại M có vân sáng khi: i = i = k; vân sáng bậc k xM i + Tại M có vân tối khi: = k + ; vân tối thứ |k| + L + Số vân sáng, tối vùng giao thoa bề rộng L: lập tỉ số 2i = k,a (k phần nguyên; a phần thập phân): Số vân sáng: Ns = 2k + Số vân tối: Nt = 2k: a < (phần thập phân nhỏ 0,5); Nt = 2k + 2: a > (phần thập phân lớn 0,5) + Số vân sáng, tối vùng AB (xA < xB) có giao thoa: xA xB Số vân sáng số giá trị k Z với: i k i xA xB Số vân tối số giá trị k Z với: i - k i - + Giao thoa với ánh sáng hỗn hợp: n D 1 D 2 D Vị trí vân trùng: x = k1 a = k2 a = … = kn a ; k Z Khoảng cách ngắn vân trùng: n D 1 D 2 D x = k1 a = k2 a = … = kn a ; k N nhỏ + Giao thoa với ánh sáng trắng (0,38 m 0,76 m): Ánh sáng đơn sắc cho vân sáng vị trí xét nếu: ax ax D ax D D max a Dk x=k ; kmin = ; kmax = ;= ; với k Z Ánh sáng đơn sắc cho vân tối vị trí xét nếu: ax ax ax 1 D 1 D( k ) D D max - ; k - ; = x = (k + ) a ; kmin = max = n(d t ) a + Bề rộng quang phổ bậc n: xn = max D + Tại điểm M vùng giao thoa với ánh sáng trắng có n xạ cho vân sáng có: k a xM (k + n – 1) min D a * Tìm bội số chung nhỏ ước số chung lớn nhờ máy tính fx-570ES: Áp dụng toán giao thoa ánh sáng với xạ đơn sắc Tìm bội số chung nhỏ ước số chung lớn hai số a b: Bấm a:b = ta phân số giản lược c:d BCNN a b a*d ƯCLN a b a:c Tìm bội số chung nhỏ ước số chung lớn ba số a, b c: Tìm BCNN a b (là d) sau tìm BCNN d c Tìm ƯCLN a b (là d) sau tìm ƯCLN d c * Dùng máy tính fx-570ES để giải tốn tìm xạ cho vân sáng, vân tối giao thoa với sáng trắng: Bấm MODE (màn hình f(X) =); nhập giá trị theo k: k đóng vai trị biến X nhập vào cách bấm ALPHA ); bấm = (màn hình Start?); bấm giá trị ban đầu X (thường 1); bấm = (màn hình End?); bấm giá trị cuối X (thường 9); bấm = (màn hình Step?); bấm giá trị bước nhảy (thường 1); bấm = (xuất bảng (3 cột) giá trị theo k; bấm �(xuống); (lên) để chọn giá trị k (X) (f(X)) thích hợp III CÁC LOẠI QUANG PHỔ CÁC BỨC XẠ KHƠNG NHÌN THẤY Lý thuyết + Máy quang phổ lăng kính dụng cụ ứng dụng tượng tán sắc ánh sáng để phân tích chùm sáng phức tạp thành thành phần đơn sắc + Máy quang phổ lăng kính gồm phận chính: Ống chuẩn trực: phận tạo chùm tia song song Lăng kính: phận phân tích chùm sáng song song thành chùm sáng đơn sắc song song khác Buồng ảnh kính ảnh đặt tiêu diện ảnh thấu kính hội tụ để quan sát quang phổ + Quang phổ liên tục: - Định nghĩa: Là dải sáng có màu biến đổi liên tục từ đỏ đến tím - Nguồn điều kiện phát sinh: Các chất rắn, chất lỏng khí có áp suất lớn phát bị nung nóng - Đặc điểm: Chỉ phụ thuộc nhiệt độ, không phụ thuộc thành phần cấu tạo nguồn sáng - Ứng dụng: Xác nhiệt độ vật sáng, đặc biệt vật xa + Quang phổ vạch phát xạ: - Định nghĩa: Là hệ thống vạch sáng riêng lẻ, nằm ngăn cách khoảng tối - Nguồn điều kiện phát sinh: Chất khí, áp suất thấp bị kích thích nhiệt, điện phát - Đặc điểm: Quang phổ vạch nguyên tố khác khác số lượng, vị trí, màu sắc, độ sáng tỉ đối vạch + Ứng dụng: Nhận biết có mặt nguyên tố hợp chất, hỗn hợp + Quang phổ vạch hấp thụ: - Định nghĩa: Là vạch tối quang phổ liên tục - Nguồn điều kiện phát sinh: Chất rắn, lỏng, khí bị chiếu ánh sáng trắng qua cho quang phổ vạch hấp thụ - Đặc điểm: Các vạch tối xuất vị trí vạch màu quang phổ vạch phát xạ chất + Ứng dụng: Biết thành phần hợp chất + Hiện tượng đảo sắc vạch quang phổ: Ở nhiệt độ định, đám có khả phát ánh sáng đơn sắc có khả hấp thụ ánh sáng đơn sắc + Phép phân tích quang phổ tiện lợi nó: - Định nghĩa: Phép phân tích quang phổ phép phân tích thành phần cấu tạo chất dựa vào nghiên cứu quang phổ chúng - Tiện lợi: Phép phân tích định tính đơn giãn, cho kết nhanh phép phân tích hố học Phép phân tích định lượng nhạy, phát đo nồng độ nhỏ Có thể xác định thành phần cấu tạo nhiệt độ vật xa Mặt Trời Sao + Tia hồng ngoại: xạ khơng nhìn thấy được, có bước sóng lớn bước sóng ánh sáng đỏ ( > 0,76 m) - Nguồn phát: Vật có nhiệt độ cao mơi trường xung quanh phát xạ hồng ngoại môi trường Nguồn hồng ngoại thơng dụng bóng đèn dây tóc, bếp ga, bếp than, điơt hồng ngoại - Tính chất: Tác dụng nhiệt, tác dụng lên kính ảnh hồng ngoại, biến điệu sóng điện từ - Ứng dụng: Dùng đèn hồng ngoại để sưởi ấm da, giúp máu lưu thông, dùng tia hồng ngoại để sấy khô sản phẩm sơn, sử dụng thiết bị điều khiển từ xa + Tia tử ngoại: xạ khơng nhìn thấy được, có bước sóng nhỏ bước sóng ánh sáng tím ( < 0,38 m) - Nguồn phát: Vật có nhiệt độ 2000 0C phát tia tử ngoại, nhiệt độ vật cao phổ tử ngoại vật trải dài phía sóng ngắn Nguồn phát tử ngoại thường dùng đèn cao áp thuỷ ngân - Tính chất: Tác dụng lên kính ảnh, làm ion hố khơng khí, làm phát quang số chất, có tác dụng sinh học - Ứng dụng: Dùng để chữa bệnh còi xương, diệt vi khuẩn, sử dụng để phát vết nứt vết xước bề mặt sản phẩm + Tia hồng ngoại tia tử ngoại sóng điện từ nằm ngồi vùng quang phổ ánh sáng nhìn thấy Tia hồng ngoại tia tử ngoại tuân theo định luật: truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ gây tượng nhiễu xạ, giao thoa ánh sáng thông thường + Tia X: Là sóng điện từ có bước sóng ngắn ( = từ 10-8 m đến 10-11 m) - Cách tạo ra: Các electron từ âm cực tăng tốc điện trường mạnh có động lớn Khi electron đập vào đối âm cực, chúng xuyên qua lớp vỏ nguyên tử, tương tác với hạt nhân electron bên làm phát sóng điện từ có bước sóng cực ngắn, gọi xạ hãm - Tính chất: Khơng bị lệch điện trường từ trường, tác dụng mạnh lên kính ảnh, tác dụng sinh lí, huỷ diệt tế bào, làm ion hố chất khí, có khả đâm xun mạnh, làm phát quang số chất - Ứng dụng: Nghiên cứu mạng tinh thể, dị tìm khuyết tật sản phẩm đúc, chiếu điện, chụp điện, chữa bệnh ung thư nông, nghiên cứu thành phần, cấu trúc vật rắn, kiểm tra hành lí hành khách máy bay + Tia gamma () sóng điện từ có bước sóng nhỏ bước sóng tia X (học phần Vật lý hạt nhân thường đưa vào phần để so sánh) + Thang sóng điện từ: Là tập hợp loại sóng điện từ xếp theo thứ tự bước sóng tăng (tần số giảm) dần: Tia gamma có < 10-11 m, tia X có từ 10-11 m đến 10-8 m, tia tử ngoại có từ 10-9 m đến 0,38 m, ánh sáng nhìn thấy có bước sóng từ 0,38 đến 0,76 m, tia hồng ngoại có từ 0,76 m đến 10-3 m, sóng vơ tuyến có từ 10-3 m đến 103 m + Các sóng điện từ thang sóng điện từ có tần số khác nên tính chất cơng dụng chúng khác Công thức c + Mối liên hệ f ánh sáng đơn sắc chân không: = + Tia hồng ngoại: 0,76 m mm + Ánh sáng nhìn thấy: 0,38 m 0,76 m + Tia tử ngoại: nm 0,38 m + Tia Rơn-ghen (tia X): 10-11 m 10-8 m + Tia gamma: < 10-11 m + Bề rộng quang phổ bậc n giao thoa với sáng trắng: n(d t ) D a xn = + Động electron tới đối catôt ống phát tia X: Wđ = mv max = eUAK + Tần số lớn (bước sóng nhỏ nhất) tia X mà ống Culitgiơ phát ra: eU0AK = hfmax = hc min ...+ Nhiễu xạ ánh sáng tượng ánh sáng truyền sai lệch so với truyền thẳng ánh sáng gặp vật cản + Giao thoa ánh sáng tổng hợp hai hay nhiều sóng ánh sáng kết hợp khơng gian, xuất vạch sáng vạch tối... bước sóng ánh sáng Công thức ax + Hiệu đường ánh sáng từ hai nguồn đến điểm xét: d2 – d1 = D Khi d2 – d1 = k (k Z) có vân sáng Khi d2 – d1 = (2k + 1) (k Z) có vân tối + Vị trí vân sáng, ... kiện xảy tượng giao thoa ánh sáng: hai chùm sáng giao thoa phải hai chùm sáng kết hợp (nguồn kết hợp) Hai nguồn kết hợp hai nguồn phải phát hai sóng ánh sáng có bước sóng hiệu số pha hai nguồn