nghiên cứu chương trình sóng ánh sáng LOP 12

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA VẬT LÍ TIỂU LUẬN MÔN HỌC NGHIÊN CỨU CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THÔNG Đề tài: NGHIÊN CỨU NỘI DUNG KIẾN THỨC CƠ BẢN Phần: SÓNG ÁNH SÁNG Giảng viên hướng dẫn Học viên thực PGS TS Lê Công Triêm Nguyễn Thị Thanh Nga Lê Thanh Sơn Lớp LL & PPDH Vật lí – K23 Huế, tháng năm 2015 Nghiên cứu chương trình Vật lí phổ thông- Phần Sóng ánh sáng MỤC LỤC NỘI DUNG Chương SƠ LƯỢC CÁC GIẢ THUYẾT VỀ ÁNH SÁNG Chương 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 tượng nhiễu xạ 32 Trong kính hiển vi, tán xạ nhiễu xạ ánh sáng xảy mặt phẳng đặt mẫu vật tương tác ánh sáng với hạt đặc trưng nhỏ, lại rìa vật kính mép lỗ tròn gần phía sau vật kính Sự nhiễu xạ, hay trải rộng ánh sáng cho phép người ta quan sát hình ảnh phóng to mẫu vật kính hiển vi, nhiên, nhiễu xạ giới hạn kích thước vật thể phân giải Nếu ánh sáng truyền qua mẫu vật không bị hấp thụ nhiễu xạ mẫu vật không nhìn thấy xem qua thị kính Cách thức ảnh tạo kính hiển vi phụ thuộc nhiễu xạ ánh sáng thành sóng phân kì, chúng tái kết hợp thành hình ảnh phóng đại qua giao thoa tăng cường triệt tiêu 34 Khi quan sát mẫu vật, trực tiếp với kính hiển vi, kính thiên văn, hay thiết bị quang khác, hình ảnh nhìn thấy gồm vô số điểm sáng chồng chất tỏa từ bể mặt mẫu vật Do đó, xuất tính toàn vẹn hình ảnh từ điểm sáng giữ vai trò quan trọng tạo ảnh toàn thể Do tia sáng tạo ảnh bị nhiễu xạ, nên điểm sáng thật chưa thấy điểm kính hiển vi, mà hình ảnh nhiễu xạ gồm đĩa đốm sáng có đường kính hạn chế bao quanh vòng nhạt dần Hệ ảnh mẫu vật chưa thân xác mẫu vật, đặt giới hạn chi tiết nhỏ mẫu vật phân giải Năng suất phân giải khả thiết bị quang học tạo hình ảnh tách biệt rõ rệt hai điểm gần kề Tính đến điểm mà nhiễu xạ làm cho độ phân giải bị giới hạn, chất lượng thấu kính gương thiết bị, tính chất môi trường xung quanh (thường không khí) xác định độ phân giải cuối 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 Nghiên cứu chương trình Vật lí phổ thông- Phần Sóng ánh sáng Lớp LL&PPDH Vật lí K23 Nghiên cứu chương trình Vật lí phổ thông- Phần Sóng ánh sáng MỞ ĐẦU Hiện giáo dục nước ta tiếp cận với quan điểm dạy học “lấy người học làm trung tâm” Với quan điểm này, vai trò người thầy trình dạy học không bị mờ nhạt mà trái lại rõ nét hơn, người thầy “linh hồn” học sinh động sáng tạo Giáo viên phải có trình độ chuyên môn sâu, có trình độ sư phạm lành nghề, có đầu óc sáng tạo nhạy cảm đóng vai trò người gợi mở, xúc tác, trợ giúp, hướng dẫn, động viên, cố vấn, trọng tài hoạt động độc lập học sinh, đánh thức lực tiềm em, chuẩn bị tốt cho em tham gia phát triển cộng đồng Để làm người hướng dẫn, cung cấp thông tin, trọng tài, cố vấn… người thầy việc phải nắm vững chất quy luật trình dạy học để vận dụng phương pháp dạy học phù hợp yêu cầu quang trọng người thầy phải hiểu biết sâu sắc kiến thức môn học đảm nhiệm Là giáo viên phổ thông, ý thức tầm quan trọng việc nghiên cứu kĩ cấu trúc chương trình, nội dung kiến thức sách giáo khoa Hiểu sâu sắc kiến thức sở để xác định mục tiêu, yêu cầu, từ hình thành phương pháp dạy học thích hợp Chính lí đó, sâu vào phân tích nội dung kiến thức chương trình vật lý phổ thông Với phạm vi tiểu luận môn học “Nghiên cứu chương trình Vật lí phổ thông ” tập trung vào tìm hiểu chương sóng ánh sáng sách Vật lý 12 nâng cao Như biết, quang học phần vật lý học nghiên cứu tính chất hành xử ánh sáng, bao gồm tương tác với vật chất cách chế tạo dụng cụ nhằm sử dụng phát Trong chương trình vật lý phổ thông, quang học gồm phần: quang hình học, sóng ánh sáng lượng tử ánh sáng Nhiệm vụ phần sóng ánh sáng khảo sát số tượng liên quan đến tính chất sóng ánh sáng tượng tán sắc ánh sáng, tượng nhiễu xạ, tượng giao thoa số ứng dụng chúng Ngoài ra, ta khảo sát tính chất công dụng xạ không nhìn thấy (tia hồng ngoại, tia tử ngoại, tia X) Trong tiểu luận này, chương trình bày sơ lược thuyết ánh sáng để giúp người học có nhìn tổng quát lược sử nghiên cứu ánh sáng Chương Lớp LL&PPDH Vật lí K23 Nghiên cứu chương trình Vật lí phổ thông- Phần Sóng ánh sáng chương trình bày chi tiết kiến thức phần sóng ánh sáng đặc biệt sâu tìm hiểu số ứng dụng chúng khoa học- kỹ thuật đời sống ngày Hy vọng tiểu luận tài liệu bổ ích cho giáo viên phổ thông công tác giảng dạy Lớp LL&PPDH Vật lí K23 Nghiên cứu chương trình Vật lí phổ thông- Phần Sóng ánh sáng NỘI DUNG Chương SƠ LƯỢC CÁC GIẢ THUYẾT VỀ ÁNH SÁNG 1.1 Thuyết sóng Huygens Cơ sở thuyết Huygens dựa vào tương tự quang học âm học Ông cho ánh sáng lan truyền không gian giống sóng môi trường đặc biệt ete Lí thuyết sóng Huygens dựa dựng hình cho phép xác định mặt sóng cho trước sau thời gian đâu biết vị trí ban đầu Nội dung thuyết Mỗi điểm môi trường có sóng đạt đến trở thành tâm phát sóng thứ cấp Mặt bao tất sóng thứ cấp thời điểm xác định mặt đầu sóng lan truyền thời điểm Hệ thuyết Nguyên lí Huygens mô tả đơn giản hình 1.1 sau: Sóng phẳng phát từ nguồn sáng vô tới Hình mặt AB, tất điểm mặt sóng AB trở thành nguồn thứ cấp lại phát sóng cầu phía trước, bao hình CD tất sóng cầu lại trở thành mặt sóng Như nói Lớp LL&PPDH Vật lí K23 Nghiên cứu chương trình Vật lí phổ thông- Phần Sóng ánh sáng trình lan truyền ánh sáng ô hình hóa từ nguyên lí Huygens Vận dụng thuyết để giải thích trường hợp cụ thể - Hiện tượng phản xạ: Thuyết sóng xem nguồn sáng phát sóng ánh sáng trải theo hướng Khi chạm lên gương, sóng bị phản xạ theo góc tới, với sóng phản hồi trở lại tạo ảnh đảo ngược Hiện tượng khúc xạ ánh sáng: Khi chùm ánh sáng truyền hai môi trường có chiết suất khác chùm tia bị khúc xạ (đổi hướng) Một phần nhỏ đầu sóng góc phải chạm đến môi trường thứ hai trước phần lại đầu sóng tiến đến mặt phân giới Phần bắt đầu qua môi trường thứ hai chuyển động chậm chiết suất môi trường thứ hai cao hơn, phần lại sóng truyền môi trường thứ Do mặt sóng lúc truyền hai tốc độ khác nhau, nên uốn cong vào môi trường thứ hai, làm thay đổi hướng truyền Từ nguyên lí Huygens, ta tìm lại định luật khúc xạ ánh sáng Cho chùm tia sáng song song I, II, III, IV truyền từ trường có chiết suất n vào môi trường có chiết suất n giả sử n2>n1 Tại thời điểm cho trước, mặt đầu sóng tới AB đạt đến mặt phân giới hai môi trường Điểm A bắt đầu phát sóng cầu thứ Lớp LL&PPDH Vật lí K23 Nghiên cứu chương trình Vật lí phổ thông- Phần Sóng ánh sáng cấp môi trường Tại điểm L, E, D, sóng tương tự xuất chậm Mặt đầu sóng khúc xạ môi trường mặt DF Từ hình bên, ta có: AD.sin i1 = BD = v1.∆t AD.sin i2 = AF = v2 ∆t Trong đó, v1 v2 vận tốc ánh sáng I I I I IIIV môi trường tương ứng sin i1 v1 n2 = = Từ đó, ta rút được: sin i2 v2 n1 Như vậy, từ thuyết sóng Huygens, ta B i1 A n L D E i2 F Hình n nhận n2>n1 v2[...]... Lớp LL&PPDH Vật lí K23 26 Nghiên cứu chương trình Vật lí phổ thông- Phần Sóng ánh sáng Nhiễu xạ qua một đĩa tròn không trong suốt Nhiễu xạ qua Lớp LL&PPDH Vật lí K23 một khe hẹp 27 Nghiên cứu chương trình Vật lí phổ thông- Phần Sóng ánh sáng * Nhiễu xạ qua nhiều khe hẹp Cách tử nhiễu xạ Lớp LL&PPDH Vật lí K23 28 Nghiên cứu chương trình Vật lí phổ thông- Phần Sóng ánh sáng 2.2.3 Giải thích hiện tượng... cứu chương trình Vật lí phổ thông- Phần Sóng ánh sáng 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 (ánh sáng phức tạp) thành các chùm ánh sáng đơn sắc khác nhau” Ánh sáng trắng khi đi qua lăng kính thì bị phân tích thành các các chùm sáng đơn sắc khác nhau và lệch đi những góc khác nhau, ánh sáng tím bị lệch nhiều nhất, ánh sáng đỏ bị... khoa học: bản chất của ánh sáng là sóng hay hạt Trước khi hiện tượng quang điện xuất hiện con người có thể dễ dàng tin chắc rằng ánh sáng là sóng điện từ với các hiện Lớp LL&PPDH Vật lí K23 12 Nghiên cứu chương trình Vật lí phổ thông- Phần Sóng ánh sáng tượng liên quan đến sự truyền của ánh sáng như giao thoa, nhiễu xạ,…Tuy nhiên cho đến đầu thế kỉ 20, với lí thuyết sóng ánh sáng con người sẽ không... Sóng ánh sáng 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 liên tục từ đỏ đến tím 2.1.3 Khái niệm hiện tượng tán sắc ánh sáng Theo nghĩa... 15 Nghiên cứu chương trình Vật lí phổ thông- Phần Sóng ánh sáng sóng giảm đi so với trường hợp truyền trong chân không Vận tốc pha này rõ ràng phụ thuộc vào tần số của ánh sáng kích thích Như vậy, chiết suất của một môi trường không giống nhau đối với các ánh sáng thấy được Chiết suất của một chất đối với ánh sáng đơn sắc bằng tỉ số giữa vận tốc ánh sáng truyền trong chân không (c) và vận tốc của ánh. .. tia sáng Lớp LL&PPDH Vật lí K23 29 Nghiên cứu chương trình Vật lí phổ thông- Phần Sóng ánh sáng 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 đến đều 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. . .Nghiên cứu chương trình Vật lí phổ thông- Phần Sóng ánh sáng Ánh sáng là một nhiễu loạn điện từ và vận tốc ánh sáng trong môi trường do hằng số điện môi và độ từ thẩm của môi trường xác định Maxwell khẳng định ánh sáng 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: n = εµ trong đó c và v lần lượt là vận tốc ánh sáng trong... trong quang phổ của ánh sáng Mặt Trời mà bình thường (với các máy quang phổ 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 sáng Mặt Trời (có bề rộng 50 nm trong vùng đỏ) Lớp LL&PPDH Vật lí K23 23 Nghiên cứu chương trình Vật lí phổ thông- Phần Sóng ánh sáng Hình 17 Quang phổ vạch hấp thụ của ánh sáng mặt trời Nhờ nghiên cứu chi tiết quang... bước sóng ánh sáng, bước sóng càng ngắn bị nhiễu xạ ở góc càng lớn so với bước sóng 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 và có thể xem gần như là tương đương trong nhiều trường hợp Sự nhiễu xạ mô tả một Lớp LL&PPDH Vật lí K23 32 Nghiên cứu chương trình Vật lí phổ thông- Phần Sóng ánh. .. tốc ánh sáng , h là hằng số Planck và f là tần số Công trình của De Broglie, liên hệ tần số của một sóng với năng lượng và khối lượng của một hạt, mang tính cơ sở trong sự phát triển của một lĩnh vực mới cuối cùng sẽ dùng để giải thích bản chất vừa giống sóng vừa giống hạt của ánh sáng Đó chính là ngành cơ học lượng tử Lớp LL&PPDH Vật lí K23 13 Nghiên cứu chương trình Vật lí phổ thông- Phần Sóng ánh sáng ... tán sắc ánh sáng 2.1.1 Sơ đồ thí nghiệm Newton tán sắc ánh sáng 2.1.2 Kết luận từ thí nghiệm - Ánh sáng đơn sắc ánh sáng không bị tán sắc qua lăng kính - Ánh sáng trắng tập hợp vô số ánh sáng... thông- Phần Sóng ánh sáng n = f ( λ ) = ϕ ( ω ) với λ = c / n [1] Tóm lại: “sự tán sắc ánh sáng phân tích chùm ánh sáng trắng (ánh sáng phức tạp) thành chùm ánh sáng đơn sắc khác nhau” Ánh sáng trắng... học gồm phần: quang hình học, sóng ánh sáng lượng tử ánh sáng Nhiệm vụ phần sóng ánh sáng khảo sát số tượng liên quan đến tính chất sóng ánh sáng tượng tán sắc ánh sáng, tượng nhiễu xạ, tượng giao