LÍ THUYẾT VẬT LÝ 12 CHƯƠNG SÓNG ÁNH SÁNG doc

Tương lai không phải thuộc về những người thông minh nhất mà thuộc về những người cần cù và siêng năng nhất! LÍ THUYẾT CHƯƠNG SÓNG ÁNH SÁNG I. TÓM TẮT CÔNG THỨC GIAO THOA ÁNH SÁNG Giao thoa với khe Young (Y-âng hay I-âng) Thí nghiệm giao thoa ánh sáng của Young S 1 , S 2 là hai khe sáng; O là vị trí vân sáng trung tâm a (m): khoảng cách giữa hai khe sáng; D (m): khoảng cách từ hai khe sáng đến màn λ (m): bước sóng ánh sáng; L (m): bề rộng vùng giao thoa, Hình ảnh vân giao thoa 1. Hiệu đường đi từ S 1 , S 2 đến điểm A trên màn Xét D >> a, x thì: d 2 – d 1 = D ax (1) 2. Khoảng vân i Khoảng cách giữa hai vân sáng hoặc hai vân tối liên tiếp gọi là khoảng vân D i a   (2) 3. Vị trí vân sáng và vân tối a. Vị trí vân sáng Tại A có vân sáng khi hai sóng cùng pha, hiệu đường đi bằng số nguyên lần bước sóng: d 2 – d 1 = k  (3) Điều kiện trên còn được gọi là điều kiện cực đại giao thoa.  x s = k a D  hay x s =ki (với k  Z). (4) Khi k = 0 thì x = 0: ứng với vân sáng trung tâm hay vân sáng chính giữa. Khi k =  1: ứng với vân sáng bậc (thứ) 1. x =  a D  Khi k =  2: ứng với vân sáng bậc (thứ) 2. Khi k =  n: ứng với vân sáng bậc (thứ) n (n là số nguyên dương) b. Vị trí vân tối Tại M có vân tối khi hai sóng từ hai nguồn đến M ngược pha nhau. Điều kiện này thỏa mãn khi hiệu đường đi từ hai nguồn đến M bằng số lẻ nửa bước sóng (số bán nguyên bước sóng) d 2 – d 1 = (2k + 1) 2  hay d 2 – d 1 = (k+ 1 2 )  (5) Điều kiện trên còn được gọi là điều kiện cực tiểu giao thoa. Từ (1) và (5) ta có: t x = (2k +1) a D 2  , hay 1D xk 2a      , hay 1 xk i 2     (6) vuøng giao thoa Tối thứ 1 , k= 0  Tối thứ 3 , k=2  Tối thứ 4 , k=3  Tối thứ 5 , k=4  Tối thứ 2 , k= 1  Tối thứ 2 , k=1  Tối thứ 3 , k= 2  Tốithứ 4 , k= 3  i i  Vân sán g TT , k= 0  Sán g thứ 1 , k= 1 , b ậ c 1  Sán g thứ 2 , k=-2 , b ậ c 2  Sán g thứ 3 , k=-3 , b ậ c 3  Sán g thứ 4 , k=-4 , b ậ c  Sán g thứ 2 , k= 2 , b ậ c 2  Sán g thứ 1 , k=-1 , b ậ c 1  Sán g thứ 3 , k= 3 , b ậ c 3  Sán g thứ 4 , k= 4 , b ậ c 4 Tối thứ 1 , k=0  Tốithứ 5 , k= 4  Tương lai không phải thuộc về những người thông minh nhất mà thuộc về những người cần cù và siêng năng nhất! Tổng quát :vị trí vân tối xác định bởi công thức: ikx t ) 2 1 (  ;k=0 vân tối thứ 1;k=1 vân tối thứ 2 II.MỘT SỐ DẠNG TOÁN 1. Gọi L là khoảng cách giữa n vân sáng liên tiếp hoặc khoảng cách giữa n vân tối liên tiếp. L=(n  1)i, i = L n1 (1) * Xác định khoảng vân i trong khoảng có bề rộng L. Biết trong khoảng L có n vân sáng. + Nếu 2 đầu là hai vân sáng thì: 1 L i n = - + Nếu 2 đầu là hai vân tối thì: L i n = + Nếu một đầu là vân sáng còn một đầu là vân tối thì: 0,5 L i n = - 2. Xác định vị trí một điểm M bất kì trên trường giao thoa cách vân trung tâm một khoảng x M có vân sáng hay vân tối + Lập tỉ số: M x n i  (2) Nếu n nguyên, hay n Z, thì tại M có vân sáng bậc k=n. Nếu n bán nguyên hay n=k+0,5 với k Z, thì tại M có vân tối thứ (k +1). 3. Xác định số vân sáng quan sát được trên màn + Gọi L là bề rộng của trường giao thoa trên màn. -Lập tỉ số: i L 2 -Số vân sáng : 1 2 2         i L N S -Số vân tối:        5,0 2 2 i L N T Với  là lấy phần nguyên của biểu thức bên trong dấu ngoặc vuông. Ví dụ:  27,2  ;  22,2  4. Giao thoa với khe Young trong môi trường có chiết suất là n Gọi  là bước sóng ánh sáng trong chân không hoặc không khí =c/f. Gọi ' là bước sóng ánh sáng trong môi trường có chiết suất n: ’=v/f. nc v 1 ,    hay n    , (6) a. Vị trí vân sáng: x s ’ = k'D a  = kD x n.a n   (7) b.Vị trí vân tối: x t ’ =(2k +1) 'D 2a  = (2k +1) t x D 2na n   (8) c. Khoảng vân: i’= 'D a  = Di an n   (9) 5. Giao thoa ánh sáng với nhiều bức xạ đơn sắc Tìm vị trí vân sáng của các bức xạ đơn sắc trùng nhau, các vân sáng trùng nhau có màu giống màu vân trung tâm x = a D k 1 1  = a D k 2 2  = a D k 3 3  = …= a D k n n  . (10) k 1 i 1 =k 2 i 2 =k 3 i 3 =k 4 i 4 = =k n i n . (11) k 1 λ 1 =k 2 λ 2 =k 3 λ 3 =k 4 λ 4 = =k n λ n . (12) với k 1 , k 2 , k 3 ,…, k n Z Tương lai không phải thuộc về những người thông minh nhất mà thuộc về những người cần cù và siêng năng nhất!  22 12 2 11 i kk k i    (13) Dựa vào phương trình biện luận chọn các giá trị k thích hợp, thông thường đưa tỉ số trên về phân số của hai số nguyên tối giản, chọn k 1 và k 2 là bội số của số nguyên đó. Ví dụ: Thí nghiệm Yuong về giao thoa cho a=1mm, D=2m, hai bức xạ λ 1 =0,6m và λ 2 =0,5m cho vân sáng trùng nhau. Xác định vị trí trùng nhau. Ta có k 1 λ 1 =k 2 λ 2  2 122 1 5 kkk 6    ; ta chọn được k 2 là bội của 6 và k 1 là bội của 5 Có thể lập bảng như sau: k 1 0 5 10 15 20 25 k 2 0 6 12 18 24 30 x 0 6mm 12mm 18mm 24mm 30mm 6. Giao thoa ánh sáng với nhiều bức xạ đơn sắc hay ánh sáng trắng  1 =0,4.10 -6 m (tím)    0,75.10 -6 m=  2 (đỏ) a. Xác định bề rộng quang phổ bậc k trong giao thoa với ánh sáng trắng Bề rộng quang phổ là khoảng cách giữa vân sáng màu đỏ ngoài cùng và vân sáng màu tím của một vùng quang phổ.  x k = x đk -x tk = dt DD kk aa   , x k = k )( td a D   , x k = k(i đ  i t ) (14) với k N*, k là bậc quang phổ. b. Xác định các bức xạ của ánh sáng trắng cho vân sáng tại x 0 Tại x 0 có thể là giá trị đại số xác định hoặc là một vị trí chưa xác định cụ thể. Vị trí vân sáng bất kì x= a D k  =x 0 kD ax 0   . (15) với điều kiện  1     2 , thông thường  1 =0,4.10 -6 m (tím)    0,75.10 -6 m=  2 (đỏ) D 1 0 2 0  ax k D ax  , (với k  Z) (16) Số giá trị k Z chọn được là số bức xạ cho vân sáng tại x 0 . và thay các giá trị k tìm được vào tính  . đó là các bước sóng các bức xạ của ánh sáng trắng cho vân sáng tại x 0 . c. Các bức xạ của ánh sáng trắng cho vân tối (bị tắt) tại x 0 : khi x = (k+ 1 2 ) D a  =x 0 0 ax 1 (k )D 2   (17) với điều kiện  1     2   1  0 ax 1 (k )D 2    2 (18) 00 21 ax ax 1 k D2D   , (với k  Z) (19) Số giá trị k Z chọn được là số bức xạ cho vân tối tại x 0 (bị tắt tại x 0 ). và thay các giá trị k tìm được vào tính  . 7. Xác định số vân sáng, số vân tối giữa hai điểm M, N M, N có toạ độ x 1 , x 2 (giả sử x 1 < x 2 ) + Vân sáng: x 1 < ki < x 2 (20) + Vân tối: x 1 < (k+0,5)i < x 2 (21) Số giá trị k  Z là số vân sáng (vân tối) cần tìm Lưu ý : M và N cùng phía với vân trung tâm thì x 1 và x 2 cùng dấu. M và N khác phía với vân trung tâm thì x 1 và x 2 khác dấu. 8. Đặt bản mỏng trước khe Young Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng với khe Young (I-âng), nếu ta đặt trước khe 1 S một bản thủy tinh có chiều dày e, chiết suất n. Hệ vân bị lệch một đoạn x 0 về phía khe đặt bản mỏng. 1 x  Tương lai không phải thuộc về những người thông minh nhất mà thuộc về những người cần cù và siêng năng nhất! Hay: o (n 1)eD x a   . (22) 9. TỊNH TIẾN KHE SÁNG S ĐOẠN y 0 -Trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng, nguồn sáng S phát ánh sáng đơn sắc có bước sóng . Khoảng cách từ nguồn S đến mặt phẳng chứa hai khe S 1 ; S 2 là d. Khoảng cách giữa hai khe S 1 ; S 2 là a , khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe tới màn quan sát là D. -Tịnh tiến nguồn sáng S theo phương S 1 S 2 về phía S 1 một đoạn y thì hệ thống vân giao thoa di chuyển theo chiều ngược lại đoạn x 0 . 0 yD x d  (23) 10.TÁN SẮC ÁNH SÁNG * Sự tán sắc ánh sáng Tán sắc ánh sáng là sự phân tách một chùm sáng phức tạp thành các chùm sáng đơn sắc. * Ánh sáng đơn sắc, ánh sáng trắng Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng không bị tán sắc khi đi qua lăng kính. Mỗi ánh sáng đơn sắc có một màu gọi là màu đơn sắc. Mỗi màu đơn sắc trong mỗi môi trường có một bước sóng xác định. Khi truyền qua các môi trường trong suốt khác nhau vận tốc của ánh sáng thay đổi, bước sóng của ánh sáng thay đổi còn tần số của ánh sáng thì không thay đổi. Ánh sáng trắng là tập hợp của vô số ánh sáng đơn sắc khác nhau có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím. Dải có màu như cầu vồng (có có vô số màu nhưng được chia thành 7 màu chính là đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím) gọi là quang phổ của ánh sáng trắng. Chiết suất của các chất lỏng trong suốt biến thiên theo màu sắc của ánh sáng và tăng dần từ màu đỏ đến màu tím. 1. Đường đi của tia sáng qua lăng kính: - Tia sáng ló JR qua lăng kính bị lệch về phía đáy của lăng kính so với phương của tia sáng tới. 2. Công thức của lăng kính: - Tại I: sini = n.sinr. - Tại J: sini’ = n.sinr’. - Góc chiết quang của lăng kính: A = r + r’. - Góc lệch của tia sáng qua lăng kính: D = i + i’ – A. * Trường hợp nếu các góc là nhỏ ta có các công thức gần đúng: i = n.r ; i’ = n.r’. ; A = r + r’. ; D = (n – 1).A 3. Góc lệch cực tiểu:Khi tia sáng qua lăng kính có góc lệch cực tiểu thì đường đi của tia sáng đối xứng qua mặt phân giác của góc chiết quang của lăng kính. Ta có: i = i’ = i m (góc tới ứng với độ lệch cực tiểu) S 1 S 2 S’ S O O’ x 0 y D d S 1 S 2 M O e A I S K n J Tương lai không phải thuộc về những người thông minh nhất mà thuộc về những người cần cù và siêng năng nhất! r = r’ = A/2. D m = 2.i m – A. hay i m = (D m + A)/2. sin(D m + A)/2 = n.sinA/2. 4. Điều kiện để có tia ló ra cạnh bên: - Đối với góc chiết quang A: A ≤ 2.i gh . - Đối với góc tới i: i  i 0 với sini 0 = n.sin(A – i gh ). 5. Bề rộng vùng quang phổ khi chiếu chùm sáng hẹp qua lăng kính x=DT. - Với góc A nhỏ ta có góc lệch: D = (n – 1)A  ( ) td DT L A n n (37) L L (m) là khoảng cách từ lăng kính đến màn A (rad) là góc chiết quang của lăng kính. A<10 0 n đ , n t là chiết suất của lăng kính đối với ánh sáng đỏ và tím. 11.CÁC LOẠI QUANG PHỔ . Máy quang phổ : là dụng cụ dùng để phân tích chùm sáng phức tạp thành những thành phần đơn sắc khác nhau. . Máy quang phổ lăng kính gồm 3 bộ phận chính : + Ống chuẩn trực: Dùng để tạo ra chùm tia song song + Hệ tán sắc: Dùng để tán sắc ánh sáng + Buồng ảnh: Dùng để ghi nhận hình ảnh quang phổ . Nguyên tắc hoạt động : dựa trên hiện tượng tán sắc ánh sáng.  Các loại quang phổ : QP Vạch liên tục QP Vạch phát xạ QP Vạch hấp thụ Định nghĩa Là QP gồm nhiều dải màu từ đỏ đến tím, nối liền nhau một cách liên tục Là QP gồm các vạch màu riêng lẻ, ngăn cách nhau bằng những khoảng tối. Là QP liên tục bị thiếu 1 số vạch màu do chất khí hay hơi kim loại hấp thụ Nguồn phát Các chất rắn, chất lỏng và chất khí ở áp suất lớn bị nung nóng. Các chất khí hay hơi ở áp suất thấp bị kích thích nóng sáng. Đám khí hay hơi kim loại có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ nguồn sáng phát ra QP liên tục Tính chất - Không phụ thuộc bản chất của vật, chỉ phụ thuộc nhiệt độ của vật. - Ở mọi nhiệt độ, vật đều bức xạ. - Khi nhiệt độ tăng dần thì cường độ bức xạ càng mạnh và miền quang phổ lan dần từ bức xạ có bước sóng dài sang bức xạ có bước sóng ngắn. Nguyên tố khác nhau có quang phổ vạch riêng khác nhau về số lượng vạch, màu sắc vạch, vị trí vạch và cường độ sáng của vạch QP vạch đặc trưng riêng cho nguyên tố - Ở một nhiệt độ xác định, vật chỉ hấp thụ những bức xạ mà nó có khả năng phát xạ, và ngược lại. - Các nguyên tố khác nhau có QP vạch hấp thụ riêng đặc trưng cho nguyên tố đó. Ứng dụng Đo nhiệt độ của vật Xác định thành phần (nguyên tố), hàm lượng các thành phần trong vật. A S I K D T Tương lai không phải thuộc về những người thông minh nhất mà thuộc về những người cần cù và siêng năng nhất! 12.TIA HỒNG NGOẠI – TIA TỬ NGOẠI – TIA X Tia hồng ngoại Tia tử ngoại Tia X Định nghĩa - Là sóng điện từ có bước sóng dài hơn 0,76 μm ( đỏ ) - Là bức xạ không nhìn thấy nằm ngoài vùng đỏ - Là sóng điện từ có bước sóng ngắn hơn 0,38 μm (tím) - Là bức xạ không nhìn thấy nằm ngoài vùng tím Là sóng điện từ có bước sóng từ 10 -8 m ÷ 10 -11 m (ngắn hơn bước sóng tia tử ngoại) Nguồn phát Mọi vật ở mọi nhiệt độ (T>0K); lò than, lò điện, đèn dây tóc… Chú ý: T vật >T môi trường Các vật bị nung nóng đến trên 2000 o C; đèn hơi thủy ngân, hồ quang điện có nhiệt độ trên 3000 o C… - Ống rơnghen, ống cu-lít- giơ - Khi cho chùm tia e có vận tốc lớn đập vào một đối âm cực bằng kim loại khó nóng chảy như vonfam hoặc platin Tính chất - Tác dụng nhiệt - Gây ra một số phản ứng hóa học - Có thể biến điệu được như sóng cao tần - Gây ra hiện tượng quang điện trong một số chất bán dẫn - Tác dụng lên phim ảnh - Làm ion hóa không khí - Gây ra phản ứng quang hóa, quang hợp - Tác dụng sinh lí: hủy diệt tế bào da, diệt khuẩn… - Gây ra hiện tượng quang điện - Bị nước và thủy tinh hấp thụ rất mạnh - Khả năng đâm xuyên ( khả năng đâm xuyên phụ thuộc vào bước sóng và kim loại dùng làm đối âm cực ) - Tác dụng mạnh lên phim ảnh, làm ion hóa không khí. - Tác dụng làm phát quang nhiều chất. - Gây ra hiện tượng quang điện ở hầu hết kim loại. - Tác dụng diệt vi khuẩn, hủy diệt tế bào.  Thang sóng điện từ : Sóng vô tuyến, tia hồng ngoại, ánh sáng khả kiến, tia tử ngoại, tia X, tia gamma đều có cùng bản chất, cùng là sóng điện từ, chỉ khác nhau về tần số ( hay bước sóng). Các sóng tạo thành một phổ liên tục gọi là thang sóng điện từ. -Xếp theo thứ tự bước sóng giảm dần :Sóng vô tuyến, tia hồng ngoại, ánh sáng khả kiến, tia tử ngoại, tia X, tia gamma Tương lai không phải thuộc về những người thông minh nhất mà thuộc về những người cần cù và siêng năng nhất! . SẮC ÁNH SÁNG * Sự tán sắc ánh sáng Tán sắc ánh sáng là sự phân tách một chùm sáng phức tạp thành các chùm sáng đơn sắc. * Ánh sáng đơn sắc, ánh sáng. nhất! LÍ THUYẾT CHƯƠNG SÓNG ÁNH SÁNG I. TÓM TẮT CÔNG THỨC GIAO THOA ÁNH SÁNG Giao thoa với khe Young (Y-âng hay I-âng) Thí nghiệm giao thoa ánh sáng