Bài báo cáo trình bày đầy đủ nội dung kiến thức chương sóng ánh sáng một cách cụ thể và chi tiết, kèm theo nhiều hình ảnh giải thích, hình ảnh minh họa rõ ràng, sinh động. Chủ đề sóng ánh sáng bao gồm những nội dung kiến thức khó, với nhiều hiện tượng sinh động gần gũi với đời sống hằng ngày của học sinh, nhưng lại là những hiện tượng phức tạp và khó hiểu, không thể bắt đầu hình thành kiến thức phần này bằng phương pháp suy luận lý thuyết đơn thuần....
ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH ………………… TIỂU LUẬN NGHIÊN CỨU CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ PHỔ THÔNG ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU NỘI DUNG KIẾN THỨC PHẦN “SÓNG ÁNH SÁNG” CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ 12 Nhóm: Lớp: ĐHSP Vật lý K55 GV hướng dẫn: Phạm Thị Thanh Hương Đồng Hới, tháng /2016 Phân tích chương trình Vật lý THPT MỤC LỤC MỤC LỤC A MỞ ĐẦU B NỘI DUNG .6 Nhiệm vụ phần sóng ánh sáng Nội dung kiến thức 2.1 Hiện tượng tán sắc ánh sáng 2.1.1 Ánh sáng đơn sắc .7 2.1.2 Ánh sáng trắng 2.1.3 Hiện tượng tán sắc ánh sáng 2.2 Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng 12 2.2.1 Khái niệm 12 2.2.2 Nhiễu xạ gây sóng cầu 12 2.2.2.1 Phương phán đới cầu Fresnel .13 2.2.2.2 Nhiễu xạ qua lỗ tròn .14 2.2.2.3 Nhiễu xạ qua đĩa tròn 16 2.2.3 Nhiễu xạ gây sóng phẳng 17 2.2.3.1 Nhiễu xạ qua khe hẹp Cách tử nhiễu xạ 17 2.2.3.2 Nhiễu xạ tinh thể 18 2.3 Hiện tượng giao thoa ánh sáng 19 2.3.1 Định nghĩa tượng giao thoa .19 2.3.2 Điều kiện để có tượng giao thoa 19 2.3.3 Khoảng vân vị trí vân giao thoa 20 2.4 Máy quang phổ 24 2.5 Các loại quang phổ .25 2.5.1 Quang phổ liên tục 25 Trang Phân tích chương trình Vật lý THPT 2.5.2 Quang phổ vạch phát xạ 26 2.5.3 Quang phổ vạch hấp thụ 27 2.6 Các xạ không nhìn thấy .28 2.6.1 Tia hồng ngoại 28 2.6.1.1 Khái niệm tia hồng ngoại .28 2.6.1.2 Vai trò tia hồng ngoại 29 2.6.2 Tia tử ngoại .30 2.6.2.1 Khái niệm tia tử ngoại 30 2.6.2.2 Vai trò tia tử ngoại 30 2.6.3 Tia X 31 2.6.3.1 Khái niệm tia X 31 2.6.3.2 Vai trò tia X 32 2.7 Thuyết điện từ ánh sáng 33 KẾT LUẬN .35 Trang Phân tích chương trình Vật lý THPT A MỞ ĐẦU Ngày nay, dạy học không truyền thụ kiến thức mà giáo viên (GV) tổ chức cho học sinh (HS) hoạt động, hướng dẫn cho HS tìm tòi kiến thức để qua góp phần hoàn thiện nhân cách HS, tạo cho HS số kiến thức tảng phương pháp học, hỗ trợ cho HS trình tự học suốt đời Để làm việc đó, bên cạnh việc am hiểu tâm sinh lý HS để có tác động phù hợp nhất, GV phải hiểu sâu sắc nội dung kiến thức chương trình, phải nắm nguồn gốc hình thành kiến thức để giúp HS làm quen với phương pháp nhận thức vật lý phổ biến… Chương Sóng ánh sáng có nhiều ứng dụng sống để hiểu giải thích ứng dụng phải dùng kiến thức xa thực tế Chương lại liên quan đến nhiều vấn đề chương khác sóng cơ, sóng điện từ Chính GV phải nghiên cứu kỹ để nắm chất có cách phân tích dễ hiểu HS Việc học môn Nghiên cứu chương trình Vật lý điều kiện để nhóm nghiên cứu kỹ kiến thức chương trình đặc biệt chương Sóng ánh sáng Vì lí nên chọn đề tài “Nghiên cứu kiến thức phần SÓNG ÁNH SÁNG ” làm tiểu luận cho học phần nhằm xác định nhiệm vụ chương Sóng ánh sáng, nghiên cứu để trình bày chuẩn kiến thức kỹ hợp lý, làm rõ kiến thức kỹ Tuy nỗ lực cố gắng tiểu luận tránh khỏi thiếu sót Kính mong góp ý cô giáo hướng dẫn bạn để tiểu luận hoàn chỉnh Trang Phân tích chương trình Vật lý THPT B NỘI DUNG Nhiệm vụ phần sóng ánh sáng Phần sóng ánh sáng phần quang học khảo sát tượng chứng tỏ ánh có chất sóng (hiện tượng tán sắc ánh sáng, tượng nhiễu xạ ánh sáng, tượng giao thoa ánh sáng), nghiên cứu ứng dụng phổ biến chúng khảo sát tính chất, công dụng xạ không nhìn thấy (tia hồng ngoại, tia tử ngoại, tia X) Ở phần đề cập đến khái niệm liên quan đến sóng ánh sáng như: tán sắc ánh sáng gồm ánh sáng đơn sắc, ánh sáng trắng; nhiễu xạ ánh sáng gồm nhiễu xạ gây sóng cầu, nhiễu xạ gây sóng phẳng, giao thoa ánh sáng; quang phổ liên tục, quang phổ vạch phát xạ, quang phổ vạch hấp thụ; tia hồng ngoại, tia tử ngoại, tia X; thuyết điện từ ánh sáng thang sóng điện từ Phương pháp nghiên cứu chủ yếu phương pháp nghiên cứu lý thuyết: nghiên cứu sách, báo, tài tiệu chuyên ngành liên quan Nội dung kiến thức Sóng ánh sáng Các loại quang phổ Bản chất sóng AS Thuyết điện từ Bức xạ không nhìn thấy HT HT HT tán nhiễu xạ giao sắc ánh sáng ánh sáng thoa ánh sáng QP liên tục QP vạch phát xạ QP vạch hấp thụ Phép phân tích QP Máy QP lăng kính ánh sáng, thang sóng điện từ Tia hồng ngoại Sơ đồ nội dung kiến thức chương Sóng ánh sáng Trang Tia tử ngoại Tia X Phân tích chương trình Vật lý THPT 2.1 Hiện tượng tán sắc ánh sáng * Thảo luận Theo bạn, phần tượng tán sắc ánh sáng cần lưu ý nội dung kiến thức nào? Hãy kể tên số tượng tán sắc ánh sáng thực tế? 2.1.1 Ánh sáng đơn sắc Ánh sáng đơn sắc ánh sáng không bị tán sắc mà bị lệch qua lăng kính Bước sóng ánh sáng đơn sắc chân không là: λ= c f (1) Với c tốc độ ánh sáng chân không, f tần số ánh sáng Nhưng môi trường khác, ánh sáng truyền với tốc độ v nhỏ c: v= c n (2) Trong đó, n chiết suất môi trường Lúc ánh sáng đơn sắc có bước sóng: λ' = v c λ = = f nf n (3) Như vậy, truyền từ môi trường sang môi trường khác bước sóng ánh sáng thay đổi Đối với môi trường khác bước sóng ánh sáng thay đổi khác Với loại ánh sáng đơn sắc khác chiết suất môi trường có giá trị khác Bằng lý thuyết ête đàn hồi, Cauchy đưa công thức phụ thuộc chiết suất vào bước sóng theo hàm số sau: n = f ( λ) = A + B C + + λ2 λ4 (4) Trong đó, λ bước sóng ánh sáng chân không, số từ C trở sau bé bỏ qua Tức chiết suất tăng bước sóng giảm Cũng cần biết tốc độ biến thiên chiết suất theo bước sóng độ tán sắc: D= dn dλ (5) Như vậy, ánh sáng đơn sắc ánh sáng có tần số xác định, ứng với bước sóng chân không xác định, tương ứng với màu xác định, chiết suất môi trường (các chất suốt) phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng chân không, chiết suất giảm bước sóng tăng Chiết suất chất suốt biến thiên theo màu sắc ánh sáng tăng dần từ màu đỏ đến màu tím Trang Phân tích chương trình Vật lý THPT Và thực tạo ánh sáng tuyệt đối đơn sắc mà tạo ánh sáng có bước sóng nằm khoảng nhỏ từ λ+∆λ đến λ-∆λ Nếu ∆λ bé ánh sáng tạo gần với ánh sáng đơn sắc 2.1.2 Ánh sáng trắng Ánh sáng trắng tập hợp nhiều ánh sáng đơn sắc khác có màu từ đỏ tới tím Ánh sáng trắng trường hợp ánh sáng phức tạp hay ánh sáng đa sắc Chùm ánh sáng trắng mặt trời qua lăng kính bị phân tách thành chùm sáng có màu khác 2.1.3 Hiện tượng tán sắc ánh sáng * Khái niệm: Người nghiên cứu tượng tán sắc Niu tơn Thí nghiệm tán sắc ánh sáng với lăng kính Niu tơn cho thấy chùm hẹp ánh sáng trắng mặt trời qua lăng kính bị phân tách thành dải màu giống màu sắc cầu vồng gồm màu chính: đỏ, cam, vàng, lục, lam,chàm, tím Hiện tượng gọi tượng tán sắc ánh sáng lăng kính Dải màu có màu sắc thay đổi liên tục từ đỏ đến tím gọi phổ ánh sáng trắng Hình 1: Sự tán sắc ánh sáng trắng qua lăng kính Thí nghiệm với ánh sáng phức tạp khác đèn dây tóc, hồ quang… cho kết tương tự Và thay lăng kính dung dịch suốt khác người ta quan sát thấy tượng tán sắc ánh sáng với phổ có độ dài khác Do đó, nêu khái quát khái niệm tượng tán sắc tượng chùm ánh sáng phức tạp bị phân tách thành chùm ánh sáng đơn sắc khác truyền môi trường chân không (ví dụ thủy tinh) Trang Phân tích chương trình Vật lý THPT Tuy nhiên, để rút khái niệm ánh sáng trắng tổng hợp nhiều ánh sáng đơn sắc phải tiến hành thí nghiệm ngược lại, để dải màu vừa bị tán sắc qua lăng kính thứ hai thu chùm ánh sáng trắng Và để rút khái niệm ánh sáng đơn sắc ánh sáng không bị tán sắc mà bị lệch qua lăng kính phải làm thí nghiệm tách lấy màu vừa bị tán sắc cho qua lăng kính thứ hai, chùm sáng giữ nguyên màu cũ bị lệch xuống đáy lăng kính Hình 2: Thí nghiệm lệch ánh sáng đơn sắc qua lăng kính Thí nghiệm đồng thời chứng tỏ lăng kính làm thay đổi màu sắc ánh sáng chiếu vào mà làm ánh sáng có màu sắc khác bị lệch theo góc khác góc lệch phụ thuộc bước sóng ánh sáng tính chất lăng kính * Giải thích tượng tán sắc ánh sáng: Theo lý luận trên, nguyên nhân tượng tán sắc ánh sáng phụ thuộc chiết suất môi trường vào bước sóng ánh sáng tới Chiết suất môi trường ánh sáng đơn sắc có bước sóng khác khác Ánh sáng trắng tổng hợp nhiều ánh sáng đơn sắc khác có màu từ đỏ tới tím, ánh sáng tím có bước sóng ngắn ánh sáng đỏ có bước sóng dài Trang Phân tích chương trình Vật lý THPT Hình 3: Bảng bước sóng ánh sáng chân không Ranh giới bước sóng ứng với màu đơn sắc không rõ ràng Ánh sáng tím có bước sóng nhỏ nên chiết suất lăng kính ánh sáng tím lớn nhất, ngược lại chiết suất lăng kính ánh sáng đỏ nhỏ Mà chiết suất môi trường lớn góc lệch tia sáng lớn Do đó, thí nghiệm trên, ánh sáng đơn sắc thành phần ánh sáng trắng qua lăng kính ánh sáng tím bị lệch nhiều ánh sáng đỏ bị lệch nhất, hai màu tất màu khác quang phổ tạo thành dải màu liên tục Theo thuyết êlectron cổ điển tán sắc ánh sáng ánh sáng tương tác với hạt mang điện cấu tạo nên môi trường Trong trường điện từ xoay chiều sóng ánh sáng, điện tích thực dao động cưỡng Biên độ dao động cưỡng phụ thuộc vào hiệu f – f o tần số ánh sáng kích thích f tần số dao động riêng fo điện tích Đối với ánh sáng nhìn thấy (f : 10 15Hz) có êlectron vành ngoài, có liên kết yếu với nguyên tử, ion hay phân tử, có dao động cưỡng đáng kể Những êlectron gọi êlectron quang học Dao động êlectron quang học kéo theo thay đổi mômen lưỡng cực điện phân tử đó, có thay đổi độ phân cực điện, độ điện thẩm, số điện môi Mặt khác, chiết suất mội trường lại có liên quan đến số điện môi n = εµ nên rõ ràng chiết suất môi trường phụ thuộc vào tần số ánh sáng kích thích Trang 10 Phân tích chương trình Vật lý THPT + Khi k = 0, từ (19) suy θ = Như vậy, có vân sáng nằm giao điểm trục với quan sát Cực đại nơi mà sóng từ khe đến với hiệu số pha không + Khi giá trị k lớn dần, (19) cho thấy có vân sáng ứng với giá trị θ lớn dần, phía phía cực đại Ánh sáng từ kλ phía a khe đến với hiệu số pha kλ tương ứng với góc θ = arcsin phía trục asinθ = (2k + 1) - Để có vân tối thì: λ (20) với k = 0, 1, 2,… Các giá trị k dùng để đặt tên cho cực tiểu giao thoa (vân tối) Vân tối thứ ứng với k = có hiệu số pha λ tương ứng với góc kλ θ = arcsin nằm phía phía trục Đối với giá trị lớn dần a k, có giá trị lớn dần góc θ * Vị trí vân giao thoa Vì góc θ bé nên áp dụng công thức gần đúng:sinθ ≈ tanθ, kết hợp với (18) suy ra: r2 − r1 = S1O ≈ atanθ ≈ a y D (21) Từ điều kiện cực đại, cực tiểu giao thoa (21) tính vị trí vân sáng vân tối: λD , k = 0;±1;±2; a - Vị trí vân sáng: xS = k - Vị trí vân tối: x t = ( 2k + 1) λD , k = 0;±1;±2; 2a (22) (23) * Khoảng vân (i) khoảng cách hai vân sáng hai vân tối liên tiếp: i = x k +1 − x k = λD a Thảo luận 2: Hãy nêu yếu tố ảnh hưởng đến hình ảnh giao thoa? Trang 22 (24) Phân tích chương trình Vật lý THPT Trả lời: - Sự không đơn sắc xạ làm cho hình ảnh giao thoa đi; thực tế xạ nguyên tử phân tử nguồn sáng lại xảy khoảng thời gian hữu hạn t0 , nên xạ nguồn sáng tuyệt đối đơn sắc - Nếu tăng dần kích thước nguồn sáng, ví dụ mở rộng dần khe sáng S thí nghiệm Y- âng , dải hẹp chiều rộng khe cho ta hệ vân giao thoa riêng, tổng hợp tất hệ vân cho phân bố cường độ sáng điểm khác quan sát Và thí nghiệm chứng tỏ, độ rộng b khe sáng S vượt qua giới hạn b0 không quan sát vân giao thoa Vì vậy, muốn quan sát hình ảnh giao thoa ∆x phải nhỏ i , tức khe S hẹp dễ quan sát.Error: Reference source not found - Nếu nguồn sáng S1 S2 phát ánh sáng trắng gồm ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ = 0,38 ± 0,76µm ánh sáng đơn sắc cho hệ vân giao thoa có màu sắc riêng độ rộng i khác Tại vị trí miền giao thoa, ánh sáng đơn sắc cho cực đại nên vân cực đại vân sáng trắng (vân sáng trung tâm) Hình ảnh quan sát Hình 19: Hình ảnh vân giao thoa quan sát dùng ánh sáng trắng Hai bên vân trắng trung tâm hai vân tối hoàn toàn cực tiểu thứ hệ vân gần trùng Ngoài hai vân tối đó, không vân tối khác Nguyên nhân vị trí có vân tối ứng với bước sóng có vân sáng bước sóng khác chồng lên - Nhiều người nhầm lẫn màu sắc nhìn thấy ánh sáng mặt trời đến đập bong bóng xà phòng váng dầu tán sắc thực kết giao thoa sóng phản xạ từ mặt mặt mỏng suốt Trang 23 Phân tích chương trình Vật lý THPT + Trường hợp mỏng có bề dày không đổi, chiếu nguồn đơn sắc rộng, thấu kính đặt song song với mặt bản, ta quan sát hệ vân gồm vòng tròn đồng tâm vòng tròn sáng tối xen kẽ có tâm tiêu điểm F Càng xa tâm vân sát lại với Hình 20: Sự giao thoa mỏng có bề dày không thay đổi + Trường hợp mỏng có bề dày thay đổi, chiếu mỏng ánh sáng trắng ánh sáng đơn sắc cho hệ thống vân mặt ta quan sát thấy màu sắc cầu vồng, màu sắc vân mỏng Hình 21: Sự giao thoa mỏng có bề dày thay đổi Và nhiều tượng khác thực tế giải thích tượng giao thoa Hình 22: Một số hình ảnh giao thoa tự nhiên 2.4 Máy quang phổ Trang 24 Phân tích chương trình Vật lý THPT Máy quang phổ dụng cụ dùng để phân tích chùm sáng có nhiều thành phần thành thành phần đơn sắc khác Cấu tạo gồm: - Ống chuẩn trực C gồm thấu kính hội tụ L khe hẹp F nằm tiêu diện thấu kính, có tác dụng tạo chùm sáng song song từ nguồn sáng Hình 23: Sơ đồ cấu tạo quang phổ lăng kính - Hệ tán sắc gồm vài lăng kính P, có tác dụng phân tích chùm sáng song song từ thấu kính L chiếu tới thành nhiều chùm sáng đơn sắc song song Theo lý thuyết lăng kính, ảnh khe máy quang phổ tức vạch quang phổ rõ nét với hai điều kiện: + Chùm sáng qua lăng kính chùm song song + Lăng kính đặt góc lệch cực tiểu - Buồng tối hay buồng ảnh hộp kín có thấu kính L kính ảnh (để chụp ảnh quang phổ) kính mờ để quan sát quang phổ, đặt tiêu diện L2 Nguyên tắc hoạt động máy quang phổ lăng kính dựa tượng tán sắc ánh sáng: Khi ló khỏi ống chuẩn trực, chùm ánh sáng phát từ nguồn S mà ta cần nghiên cứu trở thành chùm song song Chùm qua lăng kính bị tách thành nhiều chùm đơn sắc song song, lệch theo phương khác Mỗi chùm sáng đơn sắc thấu kính L buồng ảnh làm hội tụ thành vạch tiêu diện L2 cho ta ảnh thật khe F vạch màu Tập hợp vạch màu tạo thành quang phổ nguồn S Phân tích quang phổ phương pháp vật lý dùng để xác định thành phần hoá học chất (hay hợp chất), dựa vào việc nghiên cứu quang phổ ánh sáng chất phát hấp thụ 2.5 Các loại quang phổ 2.5.1 Quang phổ liên tục Trang 25 Phân tích chương trình Vật lý THPT Quang phổ liên tục quang phổ gồm dải ánh sáng có màu thay đổi cách liên tục từ đỏ đến tím Các vật rắn, chất lỏng chất khí có áp suất lớn phát quang phổ liên tục bị nung nóng Hình 24: Quang phổ liên tục Quang phổ liên tục không phụ thuộc vào chất vật phát sáng mà phụ thuộc vào nhiệt độ vật Ở nhiệt độ, vật xạ Khi nhiệt độ tăng dần cường độ xạ mạnh vùng xạ có cường độ lớn dịch dần phía sóng ngắn Tính chất nguyên tắc chế tạo loại dụng cụ đo nhiệt độ vật gọi hỏa kế quang học 2.5.2 Quang phổ vạch phát xạ Quang phổ vạch phát xạ quang phổ gồm vạch màu riêng lẻ, ngăn cách khoảng tối Hình 25: Quang phổ vạch phát xạ số chất Quang phổ vạch chất khí áp suất thấp phát bị kích thích (khi đốt nóng sáng có dòng điện phóng qua) Các nguyên tử nguyên tố hóa học, bị kích thích, phát xạ có bước sóng xác định cho quang phổ vạch phát xạ riêng, đặc trưng cho nguyên tố Trang 26 Phân tích chương trình Vật lý THPT 2.5.3 Quang phổ vạch hấp thụ Quang phổ vạch hấp thụ chất khí (hay kim loại) quang phổ liên tục thiếu số vạch màu bị chất khí (hay kim loại) hấp thụ Hình 26: Quang phổ vạch hấp thụ Thí nghiệm để thu quang phổ vạch hấp thụ sau: Kích thích cho khối natri (Na) áp suất thấp phát sáng ảnh máy quang phổ xuất hai vạch vàng đặc trưng nguyên tố Na Bây chiếu ánh sáng Mặt Trời (là nguồn phát ánh sáng trắng có nhiệt độ cao) ngang qua khối Na thấy ảnh máy quang phổ xuất hai vạch đen vị trí với hai vạch màu vàng nói Ta nói: Khối khí Na hấp thụ hai xạ màu vàng Nếu di chuyển khối Na khỏi đường chùm ánh sáng Mặt Trời ta lại có quang phổ liên tục đầy đủ ánh sáng Mặt Trời Hình 27: Quang phổ vạch hấp thụ Na Với máy quang phổ có độ phân giải cao người ta quan sát thấy có nhiều vạch đen quang phổ ánh sáng Mặt Trời mà bình thường (với máy quang phổ có độ phân giải thấp) ta không thấy Hình ảnh sau phần nhỏ quang phổ vạch hấp thụ ánh sáng Mặt Trời (có bề rộng 50 nm vùng đỏ) Hình 28: Quang phổ vạch hấp thụ ánh sáng mặt trời Trang 27 Phân tích chương trình Vật lý THPT Nhờ nghiên cứu chi tiết quang phổ vạch hấp thụ ánh sáng Mặt Trời mà người ta phát khí hêli có khí Mặt Trời trước phát thấy hêli Trái Đất Quang phổ vạch phát xạ quang phổ vạch hấp thụ nguyên tố có tính chất đặc trưng cho nguyên tố Vì vậy, vào quang phổ vạch phát xạ quang phổ vạch hấp thụ để nhận biết có mặt nguyên tố hỗn hợp hay hợp chất Một vấn đề cần quan tâm phần điều kiện để thu quang phổ vạch hấp thụ: nhiệt độ đám khí (hay hơi) hấp thụ phải thấp nhiệt độ nguồn sáng phát quang phổ liên tục Sở dĩ khối hấp thụ muốn hấp thụ phôton từ quang phổ liên tục lượng phải nhỏ lượng quang phổ liên tục Và thông thường nhiệt độ nguồn phát quang phổ liên tục không lớn nhiệt độ nguồn phát quang phổ vạch phát xạ nên có trường hợp khối hấp thụ vừa hấp thụ vừa phát xạ Và tượng đảo vạch quang phổ cho thấy nguyên tố hóa học có khả phát xạ hấp thụ xạ 2.6 Các xạ không nhìn thấy * Thảo luận 3: Trình bày hiểu biết bạn tia hồng ngoại, tia tử ngoại tia X? Trả lời: 2.6.1 Tia hồng ngoại 2.6.1.1 Khái niệm tia hồng ngoại Tia hồng ngoại (bức xạ hồng ngoại) xạ có bước sóng dài 0,76µm vài milimet (lớn bước sóng ánh sáng đỏ nhỏ bước sóng sóng vô tuyến) Ranh giới bước sóng 0,76µm tia hồng ngoại ánh sáng khả kiến thực gần Nhờ có nguồn hồng ngoại mạnh tia laser, người ta phát mắt người “nhìn” tia hồng ngoại có bước sóng tới 1,2 ÷ 1,5µm Tuy nhiên, độ nhạy mắt tia nhỏ, nên tính toán, người ta coi giới hạn phổ khả kiến 0,76µm Tia hồng ngoại phân tử vật chất phát xạ chúng chuyển trạng thái có mức lượng dao động quay khác nhau, electron chuyển Trang 28 Phân tích chương trình Vật lý THPT dời quỹ đạo xa hạt nhân Bất kỳ vật có nhiệt độ cao nhiệt độ môi trường xung quanh phát tia hồng ngoại Trong ánh sáng mặt trời, có khoảng 50% lượng chùm sáng thuộc tia hồng ngoại Nguồn phát tia hồng ngoại thường dùng bóng đèn có dây tóc vonfram nóng sáng công suất từ 250W đến 1000W Hình 29: Hình ảnh chó chụp camera hồng ngoại nhiệt Những chỗ có nhiệt độ cao phát tia hồng ngoại có tần số cao hơn, thể màu nóng sáng hình 2.6.1.2 Vai trò tia hồng ngoại - Tia hồng ngoại tác dụng nhiệt mạnh, dễ bị vật hấp thụ nên dùng để sưởi, sấy, đời sống sản xuất công nghiệp - Tia hồng ngoại gây tượng quang điện số chất bán dẫn - Tia hồng ngoại có khả gây số phản ứng hoá học, tác dụng lên số phim ảnh, loại phim để chụp ảnh ban đêm, chụp ảnh Trái Đất từ vệ tinh - Tia hồng ngoại điều biến sóng điện từ cao tần, nên sử dụng điều khiển từ xa để điều khiển hoạt động TV, thiết bị nghe nhìn - Tia hồng ngoại có nhiều ứng dụng đa dạng lĩnh vực quân sự: ống nhòm hồng ngoại để quan sát ban đêm, camera hồng ngoại dùng quay phim, chụp ảnh ban đêm, tên lửa tự động tìm mục tiêu dựa vào tia hồng ngoại mục tiêu phát Trang 29 Phân tích chương trình Vật lý THPT Hình 30: Cảnh nhìn đêm hai binh sỹ Mỹ chiến tranh Iraq năm 2003 2.6.2 Tia tử ngoại 2.6.2.1 Khái niệm tia tử ngoại Tia tử ngoại xạ không nhìn thấy, có bước sóng ngắn 0,38 µm đến cỡ 10-9m Ranh giới bước sóng 0,38 µm tia tử ngoại ánh sáng khả kiến thực gần Trong tính toán, người ta thường lấy giá trị 0,4µm Bản chất tia tử ngoại sóng điện từ Các vật nung nóng đến nhiệt độ 2000oC phát tia tử ngoại đèn thủy ngân, hồ quang điện Trong ánh sáng mặt trời, có khoảng 9% công suất chùm sáng phát thuộc tia tử ngoại Hình 31: Hình mặt trời nhìn bước sóng tia tử ngoại 17,1nm kính viễn vọng tử ngoại tàu vũ trụ SOHO 2.6.2.2 Vai trò tia tử ngoại Trang 30 Phân tích chương trình Vật lý THPT - Tia tử ngoại tác dụng mạnh lên phim ảnh, làm ion hóa không khí nhiều chất khí khác - Tia tử ngoại kích thích phát quang nhiều chất, gây số phản ứng quang hoá phản ứng hoá học - Tia tử ngoại gây số tượng quang điện - Tia tử ngoại bị thuỷ tinh, nước hấp thụ mạnh Nhưng tia tử ngoại có bước sóng từ 0,18 µm đến 0,4 µm truyền qua thạch anh - Tia tử ngoại có tác dụng sinh lí: hủy diệt tế bào da, làm da rám nắng, làm hại mắt, diệt khuẩn, diệt nấm mốc Tia tử ngoại dùng để chữa bệnh, khử trùng nước, thực phẩm dụng cụ y tế , dùng để chữa bệnh còi xương, tìm vết nứt bề mặt kim loại - Tia tử ngoại dùng để dò tìm vết nứt, vết xước nhỏ bề mặt sản phẩm, kỹ thuật phát tiền giả, phòng chống tội phạm,… - Dùng tia tử ngoại để nghiên cứu khoáng thạch: kích thích ánh sáng tử ngoại, mẫu khoáng vật phát sáng huỳnh quang với bước sóng khác - Trong lĩnh vực thiên văn học: dùng tia tử ngoại nghiên cứu hình thành vận động thiên hà Hình 32: Một số mẫu khoáng vật 2.6.3 Tia X 2.6.3.1 Khái niệm tia X Tia X (hay tia Rơn-ghen) xạ có bước sóng từ 10 -11 m đến 10-8 m (ngắn bước sóng tia tử ngoại) Tia X có chất với ánh sáng, sóng điện từ Kim loại có nguyên tử lượng lớn bị chùm tia êlectron (tia catôt) có lượng lớn đập vào phát tia X Có hai chế phát tia X Trang 31 Phân tích chương trình Vật lý THPT + Cơ chế thứ hãm electron chuyển động nhanh điện trường tĩnh gần hạt nhân làm phát xung sóng điện từ gồm vô số sóng điện từ đơn sắc Bản thân electron tham gia vào trình dẫn điện để nối kín mạch điện qua ống phát tia X Tia X phát theo chế có phổ liên tục Người ta gọi tia X phát theo chế xạ hãm + Cơ chế thứ hai nhảy mức electron từ quỹ đạo vào quỹ đạo gần hạt nhân Khi nguyên tử chất va chạm với electron nguyên tử bị kích thích, tức electron nguyên tử từ quỹ đạo nhảy quỹ đạo ngoài, bị bứt khỏi nguyên tử Sau thời gian, electron lại nhảy trở quỹ đạo trong, xạ lượng tử ánh sáng Electron bị chuyển quỹ đạo từ quỹ đạo gần hạt nhân nguyên tử có khối lượng lớn xạ có bước sóng ngắn Tia X phát theo chế có phổ vạch Người ta thường gọi tia X tia X đặc trưng 2.6.3.2 Vai trò tia X Tia X tuân theo định luật truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ, gây tượng nhiễu xạ, giao thoa ánh sáng khả kiến có vai trò sau: - Tia X có khả đâm xuyên Có thể dùng chì làm chắn tia X - Tia X tác dụng lên phim ảnh, làm ion hoá không khí nhiều chất khí khác - Tia X có tác dụng làm phát quang nhiều chất, gây số phản ứng quang hoá phản ứng hoá học - Tia X gây tượng quang điện hầu hết kim loại - Tia X có tác dụng sinh lí mạnh: huỷ diệt tế bào, diệt vi khuẩn - Tia X dùng để chiếu điện, chụp điện để chẩn đoán xương gãy, mảnh kim loại người , chữa bệnh ung thư Trong công nghiệp, tia X dùng để kiểm tra chất lượng vật đúc, tìm vết nứt, bọt khí vật kim loại Ngoài tia X dùng để kiểm tra hành lý hành khách máy bay, nghiên cứu cấu trúc vật rắn Trang 32 Phân tích chương trình Vật lý THPT Hình 33: Hình ảnh chụp X-quang 2.7 Thuyết điện từ ánh sáng Lý thuyết ánh sáng lý thuyết hạt ánh sáng Isaac Newton đưa Theo lý thuyết này, ánh sáng dòng di chuyển hạt vật chất Lý thuyết giải thích tượng phản xạ số tính chất khác ánh sáng, nhiên không giải thích nhiều tượng giao thoa, nhiễu xạ… Lý thuyết thứ hai lý thuyết sóng ánh sáng Christissn Huygens đưa vào kỷ 17 Theo thuyết này, ánh sáng truyền dạng sóng Dựa vào thuyết giải thích tượng giao thoa, nhiễu xạ, đồng thời giải thích tượng khúc xạ phản xạ thiếu sót Năm 1860, Maxwell nêu giả thuyết chất ánh sáng thuyết điện từ ánh sáng: Ánh sáng sóng điện từ có bước sóng ngắn lan truyền không gian Ông cho sóng điện từ sóng ánh sáng truyền chân không với tốc độ c Sóng điện từ truyền thẳng, phản xạ mặt kim loại, khúc xạ ánh sáng thông thường Sóng điện từ giao thoa tạo sóng dừng, nghĩa là, sóng điện từ có đủ tính chất biết sóng ánh sáng Lý thuyết thực nghiệm chứng minh điều Lý thuyết kết nối tượng quang học với tượng điện từ học qua biểu thức: c = εμ v (25) c tốc độ ánh sáng chân không; v tốc độ ánh sáng môi trường có số điện môi ε độ từ thẩm µ Từ suy hệ thức chiết suất môi trường n = εμ chứng tỏ ε phụ thuộc vào tần số ánh sáng ε= F(f) Nhờ ông giải thích tán sắc ánh sáng Trang 33 Phân tích chương trình Vật lý THPT Sau thành công lý thuyết điện từ, khái niệm ánh sáng lan truyền sóng chấp nhận rộng rãi Các hiểu biết sóng học âm học cổ điển dẫn nhà khoa học đến giả thuyết sóng ánh sáng lan truyền sóng học môi trường giả định ête tràn ngập khắp vũ trụ, có độ cứng cao kim cương Cuối kỷ XIX, nhiều thí nghiệm tìm kiếm tồn ête thất bại lúc chúng cho thấy tốc độ ánh sáng số không phụ thuộc hệ quy chiếu; tồn môi trường lan truyền cố định kiểu ête Miền sóng điện từ Bước sóng (m) Tần số (Hz) Sóng vô tuyến điện 3.104 104 104 3.1012 Tia hồng ngoại 10-3 7,6.10-7 3.1011 4.1014 Ánh sáng nhìn thấy 7,6.10-7 3,8.10-7 4.1014 8.1014 Tia tử ngoại 3,8.10-7 10-9 8.1014 3.1017 Tia X 10-8 10-11 3.1016 3.1019 Tia gamma Dưới 10-11 Trên 3.1019 Bảng thứ tự miền sóng điện từ theo bước sóng thang sóng điện từ - Sóng vô tuyến, tia hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy được, tia tử ngoại, tia Rơnghen, tia gamma (xếp theo bước sóng giảm dần) có chung chất sóng điện từ Điểm khác chúng bước sóng dài, ngắn khác nên tính chất tia khác - Các tia có bước sóng ngắn (tia gamma, tia Rơnghen) có tính đâm xuyên mạnh, dễ tác dụng lên kính ảnh, dễ làm phát quang chất, dễ làm ion hóa không khí - Các tia có bước sóng dài dễ quan sát tượng giao thoa chúng - Giữa vùng tia ranh giới rõ rệt Trang 34 Phân tích chương trình Vật lý THPT KẾT LUẬN Qua việc nghiên cứu trình bày tiểu luận rút kết luận sau: - Việc nghiên cứu tìm hiểu kiến thức chương trình Vật lý phổ thông quan trọng cần thiết để GV tự tin hơn, có phương pháp tổ chức hoạt động nhận thức cho HS phù hợp mục kiến thức - Kiến thức chương Sóng ánh sáng có nhiều khái niệm trừu tượng có nhiều ứng dụng sống nên đòi hỏi GV phải nghiên cứu kỹ chương kiến thức chương này, từ tìm cách giải thích ứng dụng kiến thức Thông qua việc nghiên cứu chương trình vật lý phổ thông phần “Sóng ánh sáng” nhóm có dịp nghiên cứu nhiều tài liệu Từ hiểu sâu sắc kiến thức phần Sau nghiên cứu, nhóm học nhiều điều từ kiến thức cũ Điều quan trọng cá nhân sau giảng dạy Chúng tự tin vào kiến thức từ tìm cách hướng dẫn để học sinh lĩnh hội kiến thức cách hiệu Chúng xin chân thành cảm ơn Cô giáo bạn sinh viên lớp hướng dẫn chân thành góp ý để hoàn thành tốt tiểu luận Trang 35 Phân tích chương trình Vật lý THPT TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Công Triêm (2004), Nghiên cứu chương trình Vật lý phổ thông, Huế Lương Duyên Bình (Tổng chủ biên) (2006), Vật lí 12 bản, Nhà xuất Giáo dục Lương Duyên Bình (Tổng chủ biên) (2006), Sách giáo viên Vật lí 12 bản, Nhà xuất Giáo dục Nguyễn Thế Khôi (Tổng chủ biên) (2006), Vật lí 12 nâng cao, Nhà xuất Giáo dục Nguyễn Thế Khôi (Tổng chủ biên) (2006), Sách giáo viên Vật lí 12 nâng cao, Nhà xuất Giáo dục Trần Ngọc Hợi (Chủ biên), Vật lý đại cương nguyên lý ứng dụng, Nhà xuất Giáo Dục Trang 36 [...]... ánh sáng truyền đi dưới dạng sóng Dựa vào thuyết này có thể giải thích được các hiện tượng giao thoa, nhiễu xạ, đồng thời giải thích được hiện tượng khúc xạ và phản xạ nhưng vẫn còn thiếu sót Năm 1860, Maxwell đã nêu ra giả thuyết mới về bản chất ánh sáng là thuyết điện từ về ánh sáng: Ánh sáng là sóng điện từ có bước sóng rất ngắn lan truyền trong không gian Ông cho rằng sóng điện từ và sóng ánh sáng. .. 2.7 Thuyết điện từ về ánh sáng Lý thuyết đầu tiên về ánh sáng là lý thuyết hạt ánh sáng được Isaac Newton đưa ra Theo lý thuyết này, ánh sáng là dòng di chuyển của các hạt vật chất Lý thuyết này giải thích được hiện tượng phản xạ và một số tính chất khác của ánh sáng, tuy nhiên không giải thích được nhiều hiện tượng như giao thoa, nhiễu xạ… Lý thuyết thứ hai là lý thuyết sóng ánh sáng được Christissn... sau: - Việc nghiên cứu và tìm hiểu kiến thức chương trình Vật lý phổ thông là rất quan trọng và cần thiết để một GV tự tin hơn, có phương pháp tổ chức hoạt động nhận thức cho HS phù hợp hơn đối với từng mục kiến thức - Kiến thức chương Sóng ánh sáng có rất nhiều khái niệm trừu tượng và có nhiều ứng dụng trong cuộc sống nên đòi hỏi GV phải nghiên cứu kỹ chương kiến thức chương này, từ đó mới tìm được... ánh sáng Tuy nhiên khi đó hiện tượng giao thoa chỉ xảy ra khi hiệu quang trình ∆ (hiệu đường đi) của hai sóng kết hợp phải nhỏ hơn độ dài l kết hợp của đoàn sóng Hình 16: Lưỡng lăng kính Fresnel và lưỡng thấu kính Billet 2.3.3 Khoảng vân và vị trí vân giao thoa Sóng ánh sáng đi qua S2 cùng pha với sóng đi qua S 1 vì hai sóng này là những phần của một sóng duy nhất được truyền đến màn B Tuy nhiên, sóng. .. hồng ngoại) là những bức xạ có bước sóng dài hơn 0,76µm vài milimet (lớn hơn bước sóng của ánh sáng đỏ và nhỏ hơn bước sóng của sóng vô tuyến) Ranh giới bước sóng 0,76µm giữa tia hồng ngoại và ánh sáng khả kiến thực ra chỉ là gần đúng Nhờ có nguồn hồng ngoại mạnh là tia laser, người ta đã phát hiện ra được rằng mắt người có thể “nhìn” được tia hồng ngoại có bước sóng tới 1,2 ÷ 1,5µm Tuy nhiên, độ nhạy... nhiễu xạ ánh sáng 2.2.1 Khái niệm Hiện tượng tia sáng bị lệch khỏi phương truyền thẳng khi đi gần các chướng ngại vật được gọi là hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng Như vậy, hiện tượng nhiễu xạ nêu ra giới hạn áp dụng của định luật truyền thẳng ánh sáng và do đó không thể dựa vào quang hình học để giải thích được mà phải sử dụng quan điểm mới, xem ánh sáng có tính chất sóng 2.2.2 Nhiễu xạ gây bởi các sóng cầu... số mạng Công thức được gọi là công thức Vulf – Bragg Công thức Vulf – Bragg được dùng để xác định cấu trúc của vật rắn tinh thể Hình 14: Nhiễu xạ trên tinh thể Trang 18 Phân tích chương trình Vật lý THPT 2.3 Hiện tượng giao thoa ánh sáng 2.3.1 Định nghĩa hiện tượng giao thoa Khe S được chiếu sáng đóng vai trò là một nguồn sáng Ánh sáng qua kính lọc sắc truyền đến khe S1, S2 làm cho ánh sáng phát ra... c là tốc độ ánh sáng trong chân không; v là tốc độ ánh sáng trong môi trường có hằng số điện môi ε và độ từ thẩm µ Từ đó suy ra hệ thức về chiết suất của môi trường n = εμ và chứng tỏ được rằng ε phụ thuộc vào tần số của ánh sáng ε= F(f) Nhờ đó ông đã giải thích được sự tán sắc ánh sáng Trang 33 Phân tích chương trình Vật lý THPT Sau thành công của lý thuyết điện từ, khái niệm rằng ánh sáng lan truyền... ête Miền sóng điện từ Bước sóng (m) Tần số (Hz) Sóng vô tuyến điện 3.104 104 104 3.1012 Tia hồng ngoại 10-3 7,6.10-7 3.1011 4.1014 Ánh sáng nhìn thấy 7,6.10-7 3,8.10-7 4.1014 8.1014 Tia tử ngoại 3,8.10-7 10-9 8.1014 3.1017 Tia X 10-8 10-11 3.1016 3.1019 Tia gamma Dưới 10-11 Trên 3.1019 Bảng thứ tự các miền sóng điện từ theo bước sóng trong thang sóng điện từ - Sóng vô tuyến, tia hồng ngoại, ánh sáng nhìn... tổng hợp sóng nhưng chỉ có hiện tượng giao thoa khi hai sóng đó là sóng kết hợp Hai sóng kết hợp là hai sóng có cùng bước sóng và có độ lệch pha dao động không đổi theo thời gian (pha ban đầu của chúng có giá trị tùy ý) Nếu hai sóng có độ kết hợp càng cao thì vân giao thoa càng rõ nét và càng dễ quan sát Rõ ràng chỉ có những sóng ánh sáng đơn sắc mới thỏa mãn yêu cầu ở trên còn bất kỳ một nguồn sáng thông ... B NỘI DUNG Nhiệm vụ phần sóng ánh sáng Phần sóng ánh sáng phần quang học khảo sát tượng chứng tỏ ánh có chất sóng (hiện tượng tán sắc ánh sáng, tượng nhiễu xạ ánh sáng, tượng giao thoa ánh sáng) ,... ánh sáng cần lưu ý nội dung kiến thức nào? Hãy kể tên số tượng tán sắc ánh sáng thực tế? 2.1.1 Ánh sáng đơn sắc Ánh sáng đơn sắc ánh sáng không bị tán sắc mà bị lệch qua lăng kính Bước sóng ánh. .. niệm liên quan đến sóng ánh sáng như: tán sắc ánh sáng gồm ánh sáng đơn sắc, ánh sáng trắng; nhiễu xạ ánh sáng gồm nhiễu xạ gây sóng cầu, nhiễu xạ gây sóng phẳng, giao thoa ánh sáng; quang phổ liên