nghiên cứu chương trình sóng ánh sáng LOP 12

Ứng dụng của hiện tượng nhiễu xạ...32 Trong kính hiển vi, sự tán xạ hoặc nhiễu xạ ánh sáng có thể xảy ra tại mặt phẳng đặt mẫu vật do tương tác của ánh sáng với các hạt hoặc đặc trưng nh

KHOA VẬT LÍ

NGHIÊN CỨU CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THÔNG

Đề tài:

NGHIÊN CỨU NỘI DUNG KIẾN THỨC CƠ BẢN

Phần: SÓNG ÁNH SÁNG

Lê Thanh Sơn Lớp LL & PPDH Vật lí – K23

Huế, tháng 4 năm 2015

MỤC LỤC

NỘI DUNG 6

Chương 1 6

SƠ LƯỢC CÁC GIẢ THUYẾT VỀ ÁNH SÁNG 6

Chương 2 14

CÁC HIỆN TƯỢNG LIÊN QUAN ĐẾN TÍNH CHẤT SÓNG ÁNH SÁNG 14

2.2 Hiện tượng nhiễu xạ 25

29

2.2.4 Ứng dụng của hiện tượng nhiễu xạ 32

Trong kính hiển vi, sự tán xạ hoặc nhiễu xạ ánh sáng có thể xảy ra tại mặt phẳng đặt mẫu vật do tương tác của ánh sáng với các hạt hoặc đặc trưng nhỏ, và lại ở rìa của vật kính hoặc tại mép của lỗ tròn ở trong hoặc ở gần phía sau vật kính Sự nhiễu xạ, hay sự trải rộng ánh sáng này cho phép người ta quan sát được hình ảnh phóng to của mẫu vật trong kính hiển vi, tuy nhiên, sự nhiễu xạ cũng giới hạn kích thước của vật thể có thể phân giải được Nếu ánh sáng truyền qua một mẫu vật và nó không bị hấp thụ hoặc nhiễu xạ thì mẫu vật sẽ không nhìn thấy được khi xem qua thị kính Cách thức ảnh được tạo ra trong kính hiển vi phụ thuộc sự nhiễu xạ ánh sáng thành các sóng phân kì, rồi chúng tái kết hợp thành hình ảnh phóng đại qua sự giao thoa tăng cường và triệt tiêu 34

Khi chúng ta quan sát mẫu vật, trực tiếp hoặc với kính hiển vi, kính thiên văn, hay thiết bị quang nào khác, hình ảnh chúng ta nhìn thấy gồm vô số điểm sáng chồng chất tỏa ra từ bể mặt của mẫu vật đó Do đó, sự xuất hiện và tính toàn vẹn của hình ảnh từ một điểm sáng nào đó giữ một vai trò quan trọng đối với sự tạo ảnh toàn thể Do các tia sáng tạo ảnh bị nhiễu xạ, nên một điểm sáng thật sự chưa bao giờ được thấy là một điểm trong kính hiển vi, mà là một hình ảnh nhiễu xạ gồm một đĩa hoặc một đốm sáng ở giữa có đường kính hạn chế và bao quanh là các vòng nhạt dần Hệ quả là ảnh của mẫu vật chưa bao giờ là hiện thân chính xác của mẫu vật, và đặt ra giới hạn dưới về những chi tiết nhỏ nhất trong mẫu vật có thể được phân giải Năng suất phân giải là khả năng của một thiết bị quang học tạo ra hình ảnh tách biệt nhau rõ rệt của hai điểm ở gần kề nhau Tính đến điểm mà ở đó sự nhiễu xạ làm cho độ phân giải bị giới hạn, thì chất lượng của thấu kính và gương trong thiết bị, cũng như tính chất của môi trường xung quanh (thường là không khí) xác định độ phân giải cuối cùng 34

2.3 Hiện tượng giao thoa ánh sáng 37

3.5 Thang sóng điện từ 63

KẾT LUẬN 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO 68

Lớp LL&PPDH Vật lí K23 3

MỞ ĐẦU

Hiện nay nền giáo dục của nước ta đang tiếp cận với quan điểm dạy học “lấyngười học làm trung tâm” Với quan điểm này, vai trò người thầy trong quá trình dạyhọc không bị mờ nhạt mà trái lại còn rõ nét hơn, người thầy vẫn là “linh hồn” của giờhọc sinh động và sáng tạo Giáo viên phải có trình độ chuyên môn sâu, có trình độ sưphạm lành nghề, có đầu óc sáng tạo và nhạy cảm cái mới có thể đóng vai trò là ngườigợi mở, xúc tác, trợ giúp, hướng dẫn, động viên, cố vấn, trọng tài trong các hoạt độngđộc lập của học sinh, đánh thức năng lực tiềm năng trong mỗi em, chuẩn bị tốt chocác em tham gia phát triển cộng đồng Để có thể làm người hướng dẫn, cung cấpthông tin, trọng tài, cố vấn… người thầy ngoài việc phải nắm vững bản chất và cácquy luật của quá trình dạy học để có thể vận dụng những phương pháp dạy học phùhợp thì yêu cầu quang trọng đối với người thầy vẫn phải là hiểu biết sâu sắc nhữngkiến thức cơ bản của môn học mình đảm nhiệm

Là giáo viên phổ thông, chúng tôi ý thức được tầm quan trọng của việc nghiêncứu kĩ cấu trúc chương trình, nội dung kiến thức trong sách giáo khoa Hiểu sâu sắcnhững kiến thức đó là cơ sở để xác định mục tiêu, yêu cầu, từ đó hình thành phươngpháp dạy học thích hợp

Chính vì lí do đó, chúng tôi đã đi sâu vào phân tích nội dung kiến thức cơ bảntrong chương trình vật lý phổ thông Với phạm vi trong một tiểu luận môn học

“Nghiên cứu chương trình Vật lí phổ thông ” chúng tôi chỉ tập trung vào tìm hiểuchương sóng ánh sáng ở sách Vật lý 12 nâng cao

Như đã biết, quang học là một phần của vật lý học nghiên cứu các tính chất vàhành xử của ánh sáng, bao gồm tương tác của nó với vật chất và cách chế tạo ra cácdụng cụ nhằm sử dụng hoặc phát hiện nó

Trong chương trình vật lý phổ thông, quang học gồm các phần: quang hìnhhọc, sóng ánh sáng và lượng tử ánh sáng Nhiệm vụ cơ bản của phần sóng ánh sáng làkhảo sát một số các hiện tượng liên quan đến tính chất sóng của ánh sáng như hiệntượng tán sắc ánh sáng, hiện tượng nhiễu xạ, hiện tượng giao thoa và một số ứng dụngcủa chúng Ngoài ra, ta còn khảo sát các tính chất và công dụng của các bức xạ khôngnhìn thấy (tia hồng ngoại, tia tử ngoại, tia X)

Trong tiểu luận này, chương 1 sẽ trình bày sơ lược các thuyết về ánh sáng đểgiúp người học có cái nhìn tổng quát hơn về lược sử nghiên cứu ánh sáng Chương 2

và chương 3 trình bày khá chi tiết những kiến thức trong phần sóng ánh sáng đặc biệt

đi sâu tìm hiểu một số ứng dụng của chúng trong khoa học- kỹ thuật và đời sống hằngngày Hy vọng rằng tiểu luận này sẽ là một tài liệu bổ ích cho giáo viên phổ thôngtrong công tác giảng dạy của mình

Lớp LL&PPDH Vật lí K23 5

NỘI DUNG

Chương 1

SƠ LƯỢC CÁC GIẢ THUYẾT VỀ ÁNH SÁNG 1.1 Thuyết sóng Huygens

Cơ sở của thuyết

Huygens dựa vào sự tương tự giữa quang học và âm học Ông cho rằng ánhsáng lan truyền trong không gian cũng giống như sóng cơ nhưng trong môi trườngđặc biệt ete Lí thuyết sóng của Huygens dựa trên sự dựng hình cho phép xác địnhmột mặt sóng cho trước sau một thời gian sẽ ở đâu nếu biết vị trí ban đầu của nó

Nội dung của thuyết

Mỗi điểm của môi trường có sóng đạt đến sẽ trở thành một tâm phát sóng thứcấp Mặt bao của tất cả các sóng thứ cấp tại một thời điểm bất kỳ xác định mặt đầusóng lan truyền ở thời điểm đó

Hệ quả của thuyết

trình lan truyền ánh sáng đã được ô hình hóa từ nguyên lí Huygens

Vận dụng của thuyết để giải thích trường hợp cụ thể

- Hiện tượng phản xạ: Thuyết sóng xem nguồn sáng phát ra các sóng ánh

sáng trải ra theo mọi hướng Khi chạm lên gương, các sóng bị phản xạ theo góc tới,

nhưng với mỗi sóng phản hồi trở lại tạo ra một ảnh đảo ngược

Hiện tượng khúc xạ ánh sáng: Khi một chùm ánh sáng truyền giữa hai môi

trường có chiết suất khác nhau thì chùm tia bị khúc xạ (đổi hướng) Một phần nhỏ củamỗi đầu sóng góc phải chạm đến môi trường thứ hai trước khi phần còn lại của đầusóng tiến đến mặt phân giới Phần này sẽ bắt đầu đi qua môi trường thứ hai sẽ chuyểnđộng chậm hơn do chiết suất của môi trường thứ hai cao hơn, trong khi phần còn lạicủa sóng vẫn còn truyền trong môi trường thứ nhất Do mặt sóng lúc này truyền ở haitốc độ khác nhau, nên nó sẽ uốn cong vào môi trường thứ hai, do đó làm thay đổi

hướng truyền

Từ nguyên lí Huygens, ta có thể tìm lại được định luật khúc xạ ánh sáng

Cho chùm tia sáng song song I, II, III, IV truyền từ một trường 1 có chiết suất n1 vàomôi trường 2 có chiết suất n2 và giả sử n2>n1 Tại thời điểm cho trước, mặt đầu sóngtới AB đạt đến mặt phân giới của hai môi trường Điểm A bắt đầu phát sóng cầu thứ

Lớp LL&PPDH Vật lí K23 7

cấp trong môi trường 2 Tại các điểm L, E, và D, sóng tương tự xuất hiện lần lượtchậm hơn một ít Mặt đầu sóng khúc xạ trong môi trường 2 là mặt DF.

Như vậy, từ thuyết sóng Huygens, ta

nhận ra rằng nếu n2>n1 thì v2<v1

Thiếu sót của thuyết

Huyghens chỉ vận dụng thuyết sóng ánh sáng để nghiên cứu sự phản xạ vàkhúc xạ ánh sáng, là những hiện tượng đã quen biết và đã được giải thích bằng thuyếthạt ánh sáng mà không nghiên cứu về màu sắc, nhiễu xạ và giao thoa ánh sáng, lànhững hiện tượng đặc thù của sóng mà thuyết hạt ánh sáng không giải thích được

1.2 Thuyết hạt ánh sáng của Newton

Cơ sở của thuyết

Theo Newton, cơ học ánh sáng là đồng nhất với cơ học các thiên thể Trongquan niệm tổng thể về vũ trụ này, Newton cho rằng hành trạng của vạn vật – từ cácvật vô cùng bé, như các hạt ánh sáng, đến các vật vô cùng lớn, như các thiên thể xaxôi - đều bị chi phối bởi cùng các lực cơ học và tất định

Nội dung của thuyết

Ánh sáng được coi như những dòng hạt vật chất đặc biệt nhỏ bé được phát ra

từ các vật phát sáng và bay theo đường thẳng trong môi trường đồng chất

Kích thước của các hạt gây cảm giác về màu sắc Chẳng hạn, các hạt nhỏ nhất tạo racảm giác tím Các hạt lớn hơn gây ra cảm giác về màu chàm, và cứ tiếp tục như vậy

Hệ quả của thuyết

Nhờ mô hình hạt và các khái niệm được gợi ý từ lý thuyết vạn vật hấp dẫn của

mình – lý thuyết chi phối sự rơi của quả táo và chuyển động của các hành tinh Newton đã giải thích được các định luật cơ bản của quang học Chẳng hạn, để giảithích các định luật phản xạ, khúc xạ và nhiễu xạ, Newton đã đưa vào các lực hút và

-I

IVIIIII

i1i2

B

F

n1

n2Hình 2

đẩy giữa các hạt ánh sáng, những hạt mà nếu để tự do chúng sẽ truyền theo đườngthẳng.

Vận dụng thuyết để giải thích trường hợp cụ thể

- Hiện tượng phản xạ: do sự phản xạ của các quả cầu đàn hồi trong chùm

sáng khi va chạm và các hạt bị nảy lên từ những điểm khác nhau, nên trật tự củachúng trong chùm sáng bị đảo ngược lại tạo ra một hình đảo ngược (hình vẽ) Nếu bềmặt quá gồ ghề thì các hạt bị nảy lên ở nhiều góc khác nhau, kết quả là làm tán xạ ánh

sáng

- Hiện tượng khúc xạ: Do tác dụng của mặt phân giới lên hạt ánh sáng làm

cho hạt đó thay đổi hướng truyền và bị gãy khúc ở mặt phân cách giữa hai môitrường Vì ánh sáng đi vào môi trường đậm đặc hơn sẽ bị các phân tử môi trường đóhút và vận tốc sẽ tăng lên dẫn đến vận tốc ánh sáng trong môi trường nước hay thủy

tinh lại lớn hơn vận tốc ánh sáng trong môi trường khí

- Tán sắc ánh sáng qua lăng kính: Newton đưa ra giả thuyết cho rằng trên bề

mặt của một vật trong suốt (như lăng kính, chẳng hạn) tồn tại một vùng rất mỏng ở đó

có một lực tác dụng để kéo các tia sáng vào bên trong nó Vì vậy, các hạt màu tím, dochúng nhỏ hơn, sẽ bị hút bởi một môi trường đặc hơn không khí (như thủy tinh, chẳnghạn) mạnh hơn so với các hạt lớn hơn có màu đỏ, tức các hạt màu tím bị lệch khỏiđường đi ban đầu của nó nhiều hơn các hạt màu đỏ Như vậy, Newton đã giải thíchđược tại sao các chùm đơn sắc khác nhau lại bị lệch hướng khác nhau bởi cùng mộtmôi trường, và tại sao một chùm đơn sắc bị lệch hướng khác nhau trong các môitrường trong suốt khác nhau

- Hiện tượng nhiễu xạ: Newton giải thích là do có một lực đẩy có tác dụng

đẩy các hạt ánh sáng vào trong bóng tối hình học của một vật

Lớp LL&PPDH Vật lí K23 9

Thiếu sót của thuyết

Một lý thuyết thuần túy hạt liệu có thể thực sự giải thích được tất cả các tínhchất của ánh sáng hay không? Một thí nghiệm đặc biệt, do chính Newton thực hiện,khiến người ta phải suy nghĩ

Khi Newton đặt một thấu kính phẳng lồi lên trên một tấm thủy tinh (với mặtphẳng ngửa lên trên) và chiếu sáng tất cả bằng ánh sáng đơn sắc, ông đã phát hiện ramột hiện tượng quang học mới, rất lạ Nhiều vòng tròn đồng tâm (ngày nay được gọi

là các “vân tròn Newton”) xuất hiện, đan xen giữa vân đen và vân màu

Hoàn toàn tự nhiên, Newton giải thích các vân đen là vùng ở đó ánh sáng bịthấu kính phản xạ, và các vân màu là các vùng ở đó ánh sáng được truyền qua Nhưnglàm thế quái nào có thể giải thích được một hạt ánh sáng, khi đến bề mặt của thấukính, lúc thì bị phản xạ, lúc thì được truyền qua? Newton cho rằng, bởi vì các điềukiện của thủy tinh và của thấu kính là giống nhau và không đổi, nên chính các tínhchất của các hạt ánh sáng phải biến đổi và khác nhau Như vậy ông cho mỗi một hạtánh sáng một tính chất được gọi là “accès” (đường tới) Các hạt có “accès” truyền qua

dễ thì sẽ truyền qua, còn các hạt ánh sáng có “accès” phản xạ dễ thì sẽ phản xạ.Nhưng “lý thuyết” này không giải thích được điều gì: nó chỉ làm xuất hiện thêm vấn

đề, vì cần phải có một lý thuyết khác để giải thích các tính chất được gọi là “accès”

1.3 Thuyết điện từ ánh sang của Maxwell

Cơ sở của thuyết

Maxwell đã kết nối các hiện tượng quang học với các hiện tượng điện từ học

và ông cho rằng ánh sáng chỉ là một trường hợp riêng của sóng điện từ

Nội dung của thuyết

Ánh sáng là một nhiễu loạn điện từ và vận tốc ánh sáng trong môi trường dohằng số điện môi và độ từ thẩm của môi trường xác định Maxwell khẳng định ánhsáng là sóng điện từ với vận tốc là 300.000 km/s.

Tính chất quang của môi trường liên hệ với tính chất điện và từ bởi hệ thức:

trong đó c và v lần lượt là vận tốc ánh sáng trong chân không và trong môi trường cóhằng số điện môi ε và độ từ thẩm µ.

Hệ quả của thuyết

Sau thành công của lý thuyết điện từ, khái niệm rằng ánh sáng lan truyền nhưcác sóng đã được chấp nhận rộng rãi Các hiểu biết về sóng cơ học, như âm thanh, của

cơ học cổ điển, đã dẫn các nhà khoa học đến giả thuyết rằng sóng ánh sáng lan truyềnnhư sóng cơ học trong môi trường giả định ête, tràn ngập khắp vũ trụ, nhưng có độcứng cao hơn cả kim cương

Vận dụng thuyết để giải thích trường hợp cụ thể

Dùng thuyết để giải thích sự phụ thuộc của chiết suất môi trường vào vận tốcánh sáng (hay bước sóng ánh sáng) (xem mục 2.1.3 chương 2)

Lý thuyết trường điện từ Maxwell đã đi trước khá xa so với thực nghiệm lúcbấy giờ Vì vậy sau khi nó ra đời, phải đợi một phần tư thế kỷ nữa nó mới được thựcnghiệm khẳng định một cách trọn vẹn Như năm 1888, Heinrich Hertz đã chế tạo radụng cụ thí nghiệm có thể phát và thu sóng vô tuyến, sóng này có tính chất giống nhưánh sáng và do đó đã xác nhận những ý tưởng đúng đắn của Faraday và Maxwell

Hạn chế của thuyết

Một vấn đề được đặt ra lúc này là vận tốc này của ánh sáng được tính so vớicái gì? Các phương trình của Maxwell không trả lời được cho câu hỏi này Đi theo vếtchân của Newton, Maxwell nghĩ hoàn toàn tự nhiên rằng ánh sáng lan truyền với vận

Lớp LL&PPDH Vật lí K23 11

tốc 300.000 km/s là so với một chất ête tĩnh choán đầy trong vũ trụ Nhưng ête ở đâyđược làm từ gì? Nó bắt nguồn từ đâu và có những tính chất gì?

Cuối thế kỷ XIX, đầu thế kỷ XX, nhiều thí nghiệm tìm kiếm sự tồn tại của ête,như thí nghiệm Michelson-Morley, đã thất bại, cùng lúc chúng cho thấy tốc độ ánhsáng là hằng số không phụ thuộc hệ quy chiếu; do đó không thể tồn tại môi trường lantruyền cố định kiểu ête

1.4 Thuyết lượng tử ánh sáng

Cơ sở của thuyết

Theo như quan điểm cổ điển thì với cường độ ánh sáng càng mạnh thìelectrong ngày càng tích tụ được nhiều năng lượng để bức ra khỏi kim loại, nhưngtrên thực tế thí nghiệm lại không phải như vậy Ở hiệu ứng quang điện, Einstein đãnhận thấy rằng, nếu chiếu một ánh sáng có tần số thấp vào một kim loại, thì hiệu ứngvẫn không thể xảy ra, dù chiếu với cường độ mạnh bao nhiêu đi nữa Ngược lại khichiều ánh sáng với tần số cao, như ánh sáng cực tím thì hiệu ứng lại lập tức xảy ra màkhông cần khoảng thời gian để electron tích lũy năng lượng Để giải thích về hiệntượng kì lạ này, Einstein đã đặt vấn đề cần xem xét lại bản chất của ánh sáng Ông đãđưa ra một giả thuyết táo bạo rằng hiệu ứng quang điện chỉ có thể giải thích được nếusóng ánh sáng bị kim loại hấp thụ không phải là một sóng liên tục mà được cấu thành

từ các “hạt” hay các lượng tử năng lượng xác định Năng lượng này không thể tùytiện lấy bất kì, mà đúng bằng một bội số của tần số

Nội dung của thuyết

Einstein đã khai triển thuyết lượng tử của Plank và đưa ra thuyết photon, chorằng năng lượng ánh sáng tập trung trong những hạt nhỏ gọi là photon hay quang tử

Vận dụng thuyết để giải thích trường hợp cụ thể

Trong khuôn khổ giả thuyết này thì Einstein đã giải thích được tất cả các sựkiện thực nghiệm quan sát được Như vậy, một lần nữa ánh sáng lại được khẳng định

về bản chất hạt của nó, tuy nhiên ta có thể thấy quan niệm “hạt ánh sáng” do Einsteinđưa ra là khác với quan niệm trước đây của Newton, đó không phải là những hạt cơhọc đơn giản như quan niệm của Newton mà có những thuộc tính riêng của nó Nhờvào giả thuyết về lượng tử ánh sáng này Einstein đã hoàn toàn giải thích được 3 thínghiệm của mình về hiệu ứng quang điện Chính “Hiệu ứng quang điện” này là côngtrình đã mang đến cho Einstein giải thưởng Nobel chứ không phải là “Thuyết tươngđối hẹp” như nhiều người vẫn thường lầm tưởng Sau đó hơn 10 năm, trong thập niên

1920, lí thuyết của Einstein về tính chất hạt của ánh sáng một lần nữa được củng cốbởi các thí nghiệm của nhà vật lí người Mĩ Arthur H.Compton, người chứng minhđược photon có xung lượng, một yêu cầu cần thiết để củng cố lí thuyết vật chất vànăng lượng có thể hoán đổi cho nhau, hiệu ứng đó sau này được gọi là hiệu ứngCompton

Như vậy, cho đến đầu thế kỉ thứ 20 tồn tại một câu hỏi đặt ra cho các nhà khoahọc: bản chất của ánh sáng là sóng hay hạt Trước khi hiện tượng quang điện xuấthiện con người có thể dễ dàng tin chắc rằng ánh sáng là sóng điện từ với các hiện

tượng liên quan đến sự truyền của ánh sáng như giao thoa, nhiễu xạ,…Tuy nhiên chođến đầu thế kỉ 20, với lí thuyết sóng ánh sáng con người sẽ không thể lí giải đượccho các hiện tượng về sự tương tác giữa ánh sáng và vật chất như hiệu ứng quangđiện, hiệu ứng Compton… Để có được đáp án cho những hiện tượng này, con người

sẽ phải chấp nhận quan điểm hạt photon của Einstein Vậy ánh sáng thực chất là sónghay hạt?

Cùng khoảng thời gian nghiên cứu của Compton, một nhà khoa học ngườiPháp Louis Victor-de Broglie cho rằng tất cả vật chất và bức xạ đều có những tínhchất vừa giống sóng vừa giống hạt Dưới sự chỉ dẫn của Max Planck, De Broglie đãngoại suy công thức nổi tiếng của Einstein liên hệ khối lượng với năng lượng chứaluôn hằng số Planck:

Lớp LL&PPDH Vật lí K23 13

Chương 2 CÁC HIỆN TƯỢNG LIÊN QUAN ĐẾN TÍNH CHẤT SÓNG ÁNH SÁNG 2.1 Hiện tượng tán sắc ánh sáng

2.1.1 Sơ đồ thí nghiệm Newton về tán sắc ánh sáng

2.1.2 Kết luận từ thí nghiệm

- Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng không bị tán sắc khi qua lăng kính

- Ánh sáng trắng là tập hợp vô số ánh sáng đơn sắc khác nhau biến thiên liêntục từ đỏ đến tím

2.1.3 Khái niệm hiện tượng tán sắc ánh sáng

Theo nghĩa rộng, sự phân giải một chùm sáng nhiều thành phần thành một phổgồm nhiều thành phần đơn sắc khác nhau gọi là sự tán sắc Như vậy, có thể có sự tánsắc do khúc xạ, tán sắc do giao thoa và tán sắc do nhiễu xạ

Theo nghĩa hẹp: sự tán sắc ánh sáng là hiện tượng phụ thuộc của chiết suấttuyệt đối n của môi trường trong suốt vào tần số ánh sáng (hoặc vào bước sóng ánh

( ) ( )

n= f λ =ϕ ω với λ =c n/ [1]

Tóm lại: “sự tán sắc ánh sáng là sự phân tích một chùm ánh sáng trắng (ánhsáng phức tạp) thành các chùm ánh sáng đơn sắc khác nhau” Ánh sáng trắng khi điqua lăng kính thì bị phân tích thành các các chùm sáng đơn sắc khác nhau và lệch đinhững góc khác nhau, ánh sáng tím bị lệch nhiều nhất, ánh sáng đỏ bị lệch ít nhất,giữa hai màu này là tất cả các màu khác của quang phổ

2.1.4 Giải thích hiện tượng tán sắc ánh sáng

Theo thuyết êlectron cổ điển về sự tán sắc ánh sáng, hiện tượng này xảy ra do

sự tương tác của ánh sáng với các hạt mang điện cấu tạo nên môi trường Trongtrường điện từ xoay chiều của sóng ánh sáng, các điện tích này sẽ thực hiện các daođộng cưỡng bức Biên độ của dao động cưỡng bức phụ thuộc vào hiệu (v-v0) giữa tần

số ánh sáng kích thích v và tần số dao động riêng v0 của điện tích Đối với ánh sángnhìn thấy được (v: 1015Hz) thì chỉ có êlectron vành ngoài, có liên kết yếu nhất vớicác nguyên tử, ion hay phân tử, mới có những dao động cưỡng bức đáng kể Nhữngêlectron này gọi là các êlectron quang học Dao động của các êlectron quang học kéotheo sự thay đổi mômen lưỡng cực điện của phân tử và do đó, có sự thay đổi của độphân cực điện, độ điện thẩm, hằng số điện môi Mặt khác, chiết suất của mội trườnglại có liên quan đến hằng số điện môi n= εµ Như vậy, ta đã giải thích được mộtcách gián tiếp sự phụ thuộc của chiết suất của môi trường vào tần số của ánh sángkích thích

Đi sâu hơn nữa vào cơ chế truyền sóng điện từ trong môi trường , ta thấy khicác êlectron quang học dao động cưỡng bức thì chúng phát ra các sóng điện từ thứcấp Vì khoảng cách trung bình giữa các phân tử của môi trường rất nhỏ, so với chiềudài của một đoàn sóng, nên những sóng thứ cấp do các êlectron quang học nằm trongmột số rất lớn phân tử cạnh nhau là kết hợp với nhau và kết hợp với sóng sơ cấp Do

đó, khi gặp nhau, chúng sẽ giao thoa với nhau Kết quả của sự giao thoa phụ thuộcvào sự tương quan biên độ và pha của sóng thành phần Trong môi trường đồng tính

và đẳng hướng về quang học, theo các phương khác với phương truyền sóng sơ cấpthì các sóng thứ cấp triệt tiêu lẫn nhau, chỉ còn lại sóng truyền theo phương truyềncủa sóng sơ cấp Đồng thời, sóng tổng hợp cứ chậm pha dần, tức là vận tốc pha của

Lớp LL&PPDH Vật lí K23 15

sóng giảm đi so với trường hợp truyền trong chân không Vận tốc pha này rõ ràng phụthuộc vào tần số của ánh sáng kích thích.

Như vậy, chiết suất của một môi trường không giống nhau đối với các ánhsáng thấy được Chiết suất của một chất đối với ánh sáng đơn sắc bằng tỉ số giữa vậntốc ánh sáng truyền trong chân không (c) và vận tốc của ánh sáng truyền trong chất đó(v)

n c v= / hay n=λ0T /λT =λ λ0/

Ánh sáng đơn sắc khi truyền từ môi trường này sang môi trường khác tần sốkhông thay đổi, còn bước sóng có thể thay đổi, màu sắc được xác định bằng tần sốchứ không phải bằng bước sóng cho nên khi ánh sáng truyền qua những môi trườngkhác nhau thì nó vẫn không thay đổi màu Theo định luật khúc xạ ánh sáng, góc lệchcủa một tia sáng đơn sắc khúc xạ qua lăng kính phụ thuộc vào chiết suất của lăngkính, chiết suất của lăng kính càng lớn thì góc lệch càng lớn và ngược lại

Như vậy, các chùm sáng đơn sắc có màu khác nhau trong chùm ánh sáng trắng,sau khi khúc xạ qua lăng kính, bị lệch các góc khác nhau, trở thành tách rời nhau Kếtquả, chùm ánh sáng trắng sau khi đi qua lăng kính bị trải rộng ra thành nhiều chùmđơn sắc, tạo thành quang phổ của ánh sáng trắng

2.1.5 Ứng dụng hiện tượng tán sắc

2.1.5 1 Giải thích hiện tượng cầu vồng

Hiện tượng tán sắc xãy ra đồng thời với hiện tượng khúc xạ nên rất phổ biến.Tuy nhiên thường các màu hay bị lẫn với màu trắng nên ta không nhận thấy hiệntượng tán sắc Để nhìn thấy hiện tượng tán sắc qua một lần khúc xạ, ta hãy nhìn mộthạt gạo hoặc mảnh sứ trắng trong nước sâu, mắt đặt gần mặt nước Ta thấy ảnh hạtgạo nhòe thành dải nhiều màu Một góc bể cá vàng hình hộp có thể coi như lăng kínhbằng nước, có góc chiết quang 900 Để mắt nhìn sát mặt bên, ta cũng thấy quang phổnhiều màu nếu ở phía mặt bên vuông góc có một ngọn đèn

Cũng tương tự như

hiện tượng cầu vồng, đó là

giọt sương có màu rất đẹp

khi có ánh sáng mặt trời

chiếu vào, nếu ta nhìn nó

từ một vị trí thích hợp Bây giờ ta xét ví dụ về hiện tượng tán sắc ánh sáng trong tự

nhiên là cầu vồng

Cầu vồng là hiện tượng tán sắc ánh sáng Mặt trời qua các giọt nước nhỏ có

trong khí quyển

Hình 5 minh họa nguyên tắc tạo ra cầu vồng Tia sáng Mặt trời tới một giọt nước mưa

rơi xuống từ đám mây, bị khúc xạ lần đầu, sau đó bị phản xạ trong giọt nước, và cuối

cùng bị khúc xạ lần thứ hai ra khỏi giọt nước đi tới mắt ta Người ta chứng minh được

rằng, chùm tia ló khỏi giọt nước đạt cường độ cực đại khi độ lệch trung bình của nó

đối với chùm tia tới vào khoảng 400 ÷420 Giọt nước đóng vai trò một hệ tán sắc

giống như lăng kính: chùm tia tím T bị lệch nhiều hơn chùm tia đỏ Đ

Một người muốn trông thấy cầu vồng phải đảm bảo hai điều kiện:

- Người quan sát phải ở khoảng giữa Mặt trời và các giọt nước mưa

- Góc giữa mặt trời, giọt nước, người quan sát phải nằm trong khoảng

0

0 42

40 ÷

Do hai điều kiện đó, ta chỉ có thể trông thấy cầu vồng tạo nên bởi những giọt nước

mưa trên bầu trời vào buổi sáng và buổi chiều Ở biên trên của cầu vồng là tia đỏ đến

từ những giọt nước mưa phía trên, ứng với góc 420 Còn ở biên giới của cầu vồng là

tia tím đến từ những giọt nước mưa ở phía dưới, ứng với góc 400 Nằm ở giữa theo

thứ tự từ trên xuống là các tia sáng màu cam, vàng, lục và chàm, gộp với hai màu

ngoài cùng đỏ và tím thành bảy sắc cầu vồng Nếu tia sáng mặt trời phản xạ hai lần

bên trong các giọt nước thì sẽ hình thành cầu vồng kép Chiếc cầu vồng thứ hai có thứ

tự ngược lại với chiếc cầu vồng thứ nhất, tức là màu tím ở trên cùng, rồi đến các màu

chàm, lam, lục, vàng, cam, đỏ (Hình 4)

2.1.5.2 Máy quang phổ lăng kính

Hiện tượng tán sắc ánh sáng được ứng dụng trong các máy quang phổ để phân

tích thành phần quang phổ của nguồn sáng

Lớp LL&PPDH Vật lí K23 17

Hình 5 Sự tạo thành cầu vồng

B là đám mây tạo mưa

S là chùm sáng Mặt trời

O là mắt quan sát viên đứng trên mặt đất

G là giọt nước, tại đó có sự khúc xạ và phản

xạ tia sáng mặt trời tới nó.

O là mắt quan sát

Máy quang phổ là dụng cụ dùng để phân tích chùm sáng có nhiều thành phần thànhnhững thành phần đơn sắc khác nhau Nói khác đi, nó dùng để nhận biết các thànhphần cấu tạo của một chùm sáng phức tạp do một nguồn sáng phát ra.

Máy quang phổ lăng kính là máy quang phổ dùng lăng kính để phân tích chùm sáng

Xét cấu tạo của máy quang phổ lăng kính Máy quang phổ lăng kính có cấu tạo gồm

Hình 13

Lăng kính phải đặt ở góc lệch cực tiểu, vì theo lý thuyết về lăng kính, ảnh củakhe máy quang phổ tức là vạch quang phổ chỉ rõ nét với hai điều kiện:

- Chùm sáng qua lăng kính là chùm song song

- Lăng kính đặt ở góc lệch cực tiểu

Trong thực tế, lăng kính chỉ đặt đúng ở góc lệch cực tiểu đối với bức xạ trung bình,nhưng đối với các bức xạ khác, góc lệch cũng không khác góc lệch cực tiểu baonhiêu

Buồng ảnh

Bộ phận này là hộp kín dùng để thu ảnh quang phổ của nguồn sáng J Phíatrước buồng ảnh là một thấu kính hội tụ có tác dụng làm chùm tia ló sau khi ra khỏilăng kính P thì hội tụ ngay trên bề mặt của kính ảnh F Người ta có thể thay thếbuồng ảnh bằng một ống ngắm để quan sát hình ảnh của quang phổ

Khi máy phân tích quang phổ hoạt động, ánh sáng phát ra từ nguồn J sau khiqua khỏi lăng kính bị tách ra thành các chùm sáng đơn sắc lệch theo các phương khácnhau Thấu kính hội tụ L2 làm các chùm tia ló sau khi ra khỏi lăng kính P hội tụ ngaytrên bề mặt của kính ảnh F Nếu nguồn sáng J gồm hai thành phần đơn sắc có bướcsóng λ1 và λ2 thì trên kính ảnh ta thu được hai vạch sáng đơn sắc S1, S2 phân biệt trênnền tối Nếu nguồn sáng J là một nguồn ánh sáng trắng thì trên kính ảnh ta thu đượcmột dải màu liên tục từ đỏ đến tím Dải màu này là quang phổ liên tục của nguồn ánhsáng trắng

2.1.5.3 Quang phổ liên tục

Định nghĩa

Quang phổ liên tục là một dải sáng có màu biến đổi liên tục từ đỏ đến tím

Thực ra, quang phổ liên tục gồm các vạch màu đơn sắc riêng rẽ nhưng nằm sátnhau đến mức nối liền với nhau tạo thành một dải màu liên tục

Đối với các vật có nhiệt độ không quá cao thì quang phổ liên tục do vật ấy phát

ra chỉ có một phần - ví dụ chỉ có vùng đỏ, cam nếu nhiệt độ của vật khoảng 1000 0C.Hai quang phổ liên tục được gọi là giống nhau, khi cả hai chứa cùng dải màu, và độsáng (đúng ra là độ chói) của các dải màu đó phải bằng nhau

Lớp LL&PPDH Vật lí K23 19

Ví dụ, nếu quang phổ thứ nhất chỉ trải dài từ màu đỏ cho đến màu lam (thiếumàu chàm và màu tím), thì quang phổ thứ hai cũng chỉ được trải dài đến màu lam, và

độ sáng của mọi màu, từ màu đỏ đến màu lam, trên hai quang phổ phải bằng nhau.Hai quang phổ liên tục cho bởi hai vật khác nhau, tuy ở cùng một nhiệt độ, thì nóichung, vẫn khác nhau Chỉ khi nào hai vật ấy cùng có thể được coi là vật đen tuyệt đối– ví dụ, một cục than và một thanh vonfam – thì quang phổ của chúng mới giốngnhau Miếng sắt, và nhất là miếng sứ, khó có thể coi là vật đen Để quang phổ chúnggiống nhau, miếng sứ phải có nhiệt độ cao hơn miếng sắt

Nguồn phát ra quang phổ liên tục

Các vật rắn, lỏng hoặc các khối khí có tỉ khối lớn khi bị nung nóng sẽ phát ra

quang phổ liên tục Ví dụ như bóng đèn dây tóc, Mặt trời

Đặc điểm của quang phổ liên tục

- Không phụ thuộc thành phần cấu tạo của nguồn sáng mà chỉ phụ thuộc nhiệt

độ của nguồn sáng

- Ở nhiệt độ càng cao quang phổ liên tục càng mở rộng dần về phía bước sóngngắn (đầu tím của dãy quang phổ) Ở nhiệt độ từ 2500 K đến 3000 K, quang phổ liêntục của vật phát sáng có đầy đủ màu sắc từ đỏ đến tím

- Quang phổ liên tục của các nguồn sáng khác nhau phát ra ở cùng nhiệt độ lànhư nhau

Nguyên nhân

Quang phổ này do một hệ thống các nguyên tử của vật phát ra trong trạng tháitương tác với nhau (do ở gần nhau) Ở trạng thái này, theo Cơ học lượng tử, các mứcnăng lượng đều bị suy biến rất mạnh, và năng lượng của bức xạ nhiệt là do cácnguyên tử phát ra tuân theo phân bố thống kê lượng tử Bose-Einstein:

Ứng dụng

Dùng để đo nhiệt độ của các vật có nhiệt độ rất cao như dây tóc bóng đèn, lòcao hoặc các thiên thể Để đo nhiệt độ của một vật bị nung sáng, người ta so sánh độsáng của vật đó với độ sáng của một dây tóc bóng đèn ở một vùng bước sóng nào đó.Nhiệt độ của dây tóc bóng đèn ứng với những độ sáng khác nhau đã hoàn toàn đượcbiết trước

Đặc điểm của quang phổ vạch phát xạ

Quang phổ vạch phát xạ của các nguyên tố khác nhau thì khác nhau về sốlượng các vạch quang phổ, vị trí của các vạch, màu sắc và độ sáng tỉ đối của các vạch.Như vậy mỗi nguyên tố hóa học ở trạng thái khí hay hơi nóng sáng dưới áp suất thấpcho một quang phổ vạch đặc trưng cho nguyên tố đó

Ứng dụng

Quang phổ vạch phát xạ dùng để xác định sự có mặt của một nguyên tố trongmột hợp chất hay hỗn hợp, tức là xác định thành phần cấu tạo của hợp chất hay hỗnhợp đó

2.1.5.5 Quang phổ vạch hấp thụ (Quang phổ hấp thụ nguyên tử)

Định nghĩa

Quang phổ vạch hấp thụ là hệ thống các vạch tối (vạch đen) trên nền quangphổ liên tục

Điều kiện phát sinh

Trên đường đi của một chùm ánh sáng trắng có một khối khí hay hơi ở áp suấtthấp trong trạng thái bị kích thích phát sáng

Điều kiện để thu được quang phổ vạch hấp thụ là n hiệt độ của khối khí hayhơi phát sáng phải nhỏ hơn nhiệt độ của nguồn phát ra ánh sáng trắng

Thực ra quang phổ của ánh sáng Mặt Trời mà ta thu được trên Trái Đất làquang phổ vạch hấp thụ vì ánh sáng trắng phát ra từ bề mặt của Mặt Trời phải đingang qua bầu khí quyển của nó (đang phát sáng nhưng có nhiệt độ thấp hơn)

Với máy quang phổ có độ phân giải cao người ta quan sát thấy có rất nhiều cácvạch đen trong quang phổ của ánh sáng Mặt Trời mà bình thường (với các máy quangphổ có độ phân giải thấp) ta không thấy được

Hình ảnh sau đây là một phần nhỏ của quang phổ vạch hấp thụ của ánh sángMặt Trời (có bề rộng 50 nm trong vùng đỏ)

Lớp LL&PPDH Vật lí K23 23

Hình 15 Quang phổ vạch hấp thụ

Hình 16 Quang phổ vạch hấp thụ

của Na

Nhờ nghiên cứu chi tiết quang phổ vạch hấp thụ của ánh sáng Mặt Trời màngười ta phát hiện ra khí hêli có trong khí quyển của Mặt Trời trước khi phát hiệnthấy hêli trên Trái Đất

Hiện tượng đảo sắc các vạch quang phổ

Khảo sát quang phổ hấp thụ của nhiều chất khác nhau, ta thấy chúng cũng làquang phổ vạch, nhưng vạch phổ sáng khi phát xạ trở thành vạch tối trong quang phổhấp thụ Hiện tượng đó gọi là sự đảo vạch quang phổ

Đặc điểm của quang phổ vạch hấp thụ và ứng dụng

Quang phổ vạch hấp thụ của mỗi nguyên tố có tính chất đặc trưng riêng chonguyên tố đó Vì vậy, có thể căn cứ vào quang phổ vạch hấp thụ để nhận biết sự cómặt của nguyên tố đó trong hỗn hợp hay hợp chất

Giải thích sự hình thành quang phổ vạch

Quang phổ vạch phát xạ hay hấp thụ do các nguyên tử phát ra hoặc hấp thụ khi

ở trong trạng thái cô lập nên tương tác giữa chúng rất nhỏ, coi như không đáng kể Do

đó các mức năng lượng của nguyên tử không bị suy biến, các vạch quang phổ phát xạhay hấp thụ xuất hiện do sự chuyển mức năng lượng của nguyên tử Ta biết rằng cácnguyên tử khác nhau sẽ có hiệu mức năng lượng giữa các lớp K, L, M là khác nhau

Hình 17 Quang phổ vạch hấp thụ của ánh sáng

mặt trời

Vì vậy mỗi nguyên tố sẽ có các vạch quang phổ đực trưng và hiện tượng đảo sắc làđương nhiên.

2.1.5.6 Phép phân tích quang phổ

Định nghĩa

Phân tích quang phổ là phương pháp Vật lí dùng để xác định thành phần hóahọc của một chất (hay hợp chất, dựa vào việc nghiên cứu quang phổ của ánh sáng dochất ấy phát ra hoặc hấp thụ

Ưu điểm của phép phân tích quang phổ

Nhờ phép phân tích quang phổ người ta biết được thành phần cấu tạo và nhiệt

độ của các thiên thể như Mặt Trời và các ngôi sao ở rất xa, sự có mặt của các nguyên

tố khác nhau trong mẫu vật nghiên cứu

Phép phân tích quang phổ gồm phép phân tích quang phổ định tính và phépphân tích quang phổ định lượng:

- Phép phân tích quang phổ định tính được sử dụng khi muốn nhận biết sự cómặt của nguyên tố trong hỗn hợp hay hợp chất

- Phép phân tích quang phổ định lượng được sử dụng khi muốn đo nồng độcủa các thành phần trong mẫu cần phân tích

2.2 Hiện tượng nhiễu xạ

2.2.1 Sơ đồ thí nghiệm

Trên hình 6, khi ánh sáng truyền từ nguồn S

qua một lỗ tròn trên màng chắn P, trên màn quan sát E

nhận được một vệt sáng tròn Nếu thu nhỏ kích thước

của lỗ lại thì theo định luật truyền thẳng, kích thước

của ab của lỗ cũng nhỏ lại

Lớp LL&PPDH Vật lí K23 25

Hình 6

Thực nghiệm cho thấy khi kích thước của lỗ thu nhỏ đến một mức nào đó thì trên mànquan sát sẽ xuất hiện những vân tròn sáng tối xen kẽ nhau Trong phạm vi ab ta thấy

có vân tối, ngoài phạm vi ab ta thấy có vân sáng

Thí nghiệm trên chứng tỏ khi đi qua vật chắn các tia sáng đã lệch khỏi phương truyềnthẳng

Hiện tượng tia sáng bị lệch khỏi phương truyền thẳng khi đi gần các chướngngại vật được gọi là hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng [1]

2.2.2 Một số hình ảnh nhiễu xạ

Nhiễu xạ qua một lỗ tròn

Nhiễu xạ qua một đĩa tròn không trong suốt

Nhiễu xạ qua một khe hẹp

Lớp LL&PPDH Vật lí K23 27

* Nhiễu xạ qua nhiều khe hẹp Cách tử nhiễu xạ

2.2.3 Giải thích hiện tượng nhiễu xạ

Nguyên lý Huygens-Fresnel

Nguyên lý Huygens được sử dụng để giải thích định tính hiện tượng nhiễu xạ,tức là giải thích được hiện tượng lệch phương truyền của tia sáng

Lớp LL&PPDH Vật lí K23 29

Nguyên lý Fresnel bổ sung thêm phần biên độ và pha của nguồn sáng thứ cấp, tức là

bổ sung thêm phần định lượng

Nguyên lý Huygens –Fresnel: Bất kỳ điểm sáng nào mà ánh sáng truyền đếnđều trở thành nguồn sáng thứ cấp phát ánh sáng về phía trước nó, nguồn sáng thứ cấp

có cùng biên độ và cùng pha với nguồn sáng thực

Giải thích nhiễu xạ qua lỗ tròn bằng phương pháp đới cầu Fresnel

Xét một nguồn điểm S và điểm được chiếu sáng M

Dựng một mặt cầu ∑ bao quanh S, bán kính

b trong đó λ là bước

sóng của ánh sáng do nguồn S phát ra Các mặt

cầu ∑0,∑1,∑2 chia ∑ thành các đới gọi là đới

cầu Fresnel

Diện tích các đới cầu Fresnel đều bằng nhau và bằng:

Bán kính r k của đới cầu thứ k bằng: λ λ

b R

giảm: a1 >a2 >a3

Vì khoảng cách từ các đới cầu đến điểm M và góc nghiêng θ tăng rất chậm, nên cácbiên độ ak giảm chậm và có thể coi biên độ dao động sáng do đới thứ k gây ra tại Mbằng trung bình cộng của biên độ dao động sáng do hai đới bên cạnh gây ra:

Rb S

+

=

∆

Hình 7

Khoảng cách từ hai đới cầu kế tiếp tới điểm M khác nhau

2

λ

Các đới cầu đều nằmtrên cùng một mặt sóng nên pha dao động của các điểm trên mọi đới cầu đều nhưnhau Kết quả, hiệu pha dao động do hai đới cầu kế tiếp gây ra tại M là:

π

λλ

πλ

π

∆

2

2)(

Xét sự truyền ánh sáng từ một nguồn điểm O đến một điểm M qua một lỗ tròn

AB khoét trên mèn chắn (O và M nằm trên trục của lỗ) Vẽ mặt cầu ∑tâm M, tựavào lỗ AB Dùng M làm tâm vẽ đới cầu Fresnel trên mặt ∑ Giả sử lỗ tròn chứa n đớiFresnel

Biên độ dao động sáng tổng hợp tại M:

a a= − + − + ±1 a2 a3 a4 a n 





+a n nếu n lẻ -a n nếu n chẳn

Trong trường hợp này cường độ sáng tại M nhỏ hơn so với khi không có màn chắn.

Vậy: điểm M có thể sáng hơn lên hoặc tối đi so với khi không có màn chắn tùy theo

giá trị của n, tức là tùy theo kích thước của lỗ tròn và vị trí màn quan sát

2.2.4 Ứng dụng của hiện tượng nhiễu xạ

Sắc màu bầu trời

Sự tán xạ ánh sáng, một hình thức nhiễu xạ, cũng là nguyên nhân tạo ra màuxanh của bầu trời và cảnh bình minh và hoàng hôn thường rực rỡ có thể thấy ở phíachân trời Nếu như Trái Đất không có bầu khí quyển (không có không khí, nước, bụi

và các mảnh vụn) thì bầu trời sẽ có màu đen, kể cả vào ban ngày Khi ánh sáng từ MặtTrời truyền qua bầu khí quyển của Trái Đất, những khối phân tử không khí riêng biệt

có mật độ biến thiên, do các dao động nhiệt và sự có mặt của hơi nước, sẽ làm tán xạánh sáng Những bước sóng ngắn nhất (tím và xanh dương) bị tán xạ nhiều nhất, làmcho bầu trời có màu xanh thẩm Khi có một lượng đáng kể bụi hoặc hơi ẩm trongkhông khí, thì các bước sóng dài (chủ yếu là màu đỏ) cũng bị tán xạ cùng với bướcsóng xanh dương, làm cho bầu trời xanh trong có vẻ trắng hơn

Khi Mặt Trời ở trên cao (khoảng giữa trưa) trong bầu khí quyển khô, trongtrẻo, đa số ánh sáng khả kiến truyền qua bầu khí quyển không bị tán xạ đáng kể, vàMặt Trời có vẻ như trắng trên nền trời xanh thẩm Khi Mặt Trời bắt đầu lặn, sóng ánhsáng phải truyền qua lượng nhiều hơn của bầu khí quyển, thường chứa một số lượnglớn các hạt bụi lơ lửng và hơi ẩm Dưới những điều kiện này, những bước sóng dàihơn của ánh sáng trở nên bị tán xạ và những màu khác bắt đầu lấn át màu của MặtTrời, biến đổi từ vàng sang cam, cuối cùng chuyển sang đỏ trước khi nó lặn khuấtdưới đường chân trời

Chúng ta có thể thường thấy những sắc thái xanh dương, hồng, tía và xanh lá ởcác đám mây, phát sinh bởi sự kết hợp của các hiệu ứng khi ánh sáng bị khúc xạ và

nhiễu xạ từ những giọt nước trong các đám mây đó Lượng nhiễu xạ phụ thuộc vào

bước sóng ánh sáng, bước sóng càng ngắn bị nhiễu xạ ở góc càng lớn so với bướcsóng dài (trong thực tế, ánh sáng xanh dương và tím bị nhiễu xạ ở góc lớn hơn so với

ánh sáng đỏ) Thuật ngữ nhiễu xạ và tán xạ cũng thường được dùng hoán đổi nhau

trường hợp đặc biệt của sự tán xạ ánh sáng trong đó một vật có các đặc trưng lặp lạiđều đặn (ví dụ như vật tuần hoàn hoặc cách tử nhiễu xạ) tạo ra hình ảnh nhiễu xạ cótrật tự Trong thế giới thực, đa số các vật có hình dạng rất phức tạp và phải được xem

là gồm nhiều đặc trưng nhiễu xạ riêng rẽ có thể cùng tạo ra một sự tán xạ ánh sángngẫu nhiên

Ảnh của mẫu vật qua dụng cụ quang học (kính hiễn vi…)

Lớp LL&PPDH Vật lí K23 33

Trong kính hiển vi, sự tán xạ hoặc nhiễu xạ ánh sáng có thể xảy ra tại mặtphẳng đặt mẫu vật do tương tác của ánh sáng với các hạt hoặc đặc trưng nhỏ, và lại ởrìa của vật kính hoặc tại mép của lỗ tròn ở trong hoặc ở gần phía sau vật kính Sựnhiễu xạ, hay sự trải rộng ánh sáng này cho phép người ta quan sát được hình ảnhphóng to của mẫu vật trong kính hiển vi, tuy nhiên, sự nhiễu xạ cũng giới hạn kíchthước của vật thể có thể phân giải được Nếu ánh sáng truyền qua một mẫu vật và nókhông bị hấp thụ hoặc nhiễu xạ thì mẫu vật sẽ không nhìn thấy được khi xem qua thịkính Cách thức ảnh được tạo ra trong kính hiển vi phụ thuộc sự nhiễu xạ ánh sángthành các sóng phân kì, rồi chúng tái kết hợp thành hình ảnh phóng đại qua sự giaothoa tăng cường và triệt tiêu.

Khi chúng ta quan sát mẫu vật, trực tiếp hoặc với kính hiển vi, kính thiên văn,hay thiết bị quang nào khác, hình ảnh chúng ta nhìn thấy gồm vô số điểm sáng chồngchất tỏa ra từ bể mặt của mẫu vật đó Do đó, sự xuất hiện và tính toàn vẹn của hìnhảnh từ một điểm sáng nào đó giữ một vai trò quan trọng đối với sự tạo ảnh toàn thể

Do các tia sáng tạo ảnh bị nhiễu xạ, nên một điểm sáng thật sự chưa bao giờ đượcthấy là một điểm trong kính hiển vi, mà là một hình ảnh nhiễu xạ gồm một đĩa hoặcmột đốm sáng ở giữa có đường kính hạn chế và bao quanh là các vòng nhạt dần Hệquả là ảnh của mẫu vật chưa bao giờ là hiện thân chính xác của mẫu vật, và đặt ra giớihạn dưới về những chi tiết nhỏ nhất trong mẫu vật có thể được phân giải Năng suấtphân giải là khả năng của một thiết bị quang học tạo ra hình ảnh tách biệt nhau rõ rệtcủa hai điểm ở gần kề nhau Tính đến điểm mà ở đó sự nhiễu xạ làm cho độ phân giải

bị giới hạn, thì chất lượng của thấu kính và gương trong thiết bị, cũng như tính chấtcủa môi trường xung quanh (thường là không khí) xác định độ phân giải cuối cùng

Đèn sân khấu

Đĩa CD-ROM là một cách tử nhiễu xạ