TÓM TẮT LÝ THUYẾT SÓNG ÁNH SÁNG I Tán sắc ánh sáng * Sự tán sắc ánh sáng:Tán sắc ánh sáng phân tách chùm sáng phức tạp thành chùm sáng đơn sắc * Ánh sáng đơn sắc, ánh sáng trắng -Ánh sáng đơn sắc ánh sáng không bị tán sắc qua lăng kính Mỗi ánh sáng đơn sắc có màu gọi màu đơn sắc.Mỗi màu đơn sắc môi trường có bước sóng xác định -Khi truyền qua môi trường suốt khác vận tốc ánh sáng thay đổi, bước sóng ánh sáng thay đổi tần số ánh sáng không thay đổi -Ánh sáng trắng tập hợp vô số ánh sáng đơn sắc khác có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím -Dải có màu cầu vồng (có có vô số màu chia thành màu đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím) gọi quang phổ ánh sáng trắng -Chiết suất chất suốt biến thiên theo màu sắc ánh sáng tăng dần từ màu đỏ đến màu tím * Ứng dụng tán sắc ánh sáng -Máy quang phổ phân tích chùm sáng đa sắc, vật sáng phát ra, thành thành phần đơn sắc -Hiện tượng cầu vồng xảy tán sắc ánh sáng, tia sáng Mặt Trời bị khúc xạ phản xạ giọt nước trước tới mắt ta Phương pháp giải: Áp dụng công thức lăng kính : + Công thức tổng quát: sini1 = n sinr1 sini2 = n sinr2 A = r1 + r2 D = i1 + i2 – A +Trường hợp i A nhỏ: i1 = nr1 ; i2 = nr2; D = (n – 1)A +Góc lệch cực tiểu: A r1 = r2 = ⇔ ⇒ Dmin = 2i1 − A i1 = i2 Dmin +Công thức tính góc lệch cực tiểu: D +A A sin = n sin 2 ♦ Điều kiện để có phản xạ toàn phần: n1 > n2 i > igh với sinigh = ♦ Với ánh sáng trắng: ntim ≥ nλ ≥ ndo λtim ≤ λ ≤ λdo n2 n1 II Nhiễu xạ ánh sáng – Giao thoa ánh sáng a Nhiểu xạ ánh sáng: Nhiễu xạ ánh sáng tượng truyền sai lệch với truyền thẳng ánh sáng qua lỗ nhỏ gặp vật cản Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng b Hiện tượng giao thoa ánh sáng -Hai chùm sáng kết hợp hai chùm phát ánh sáng có tần số pha có độ lệch pha không đổi theo thời gian -Khi hai chùm sáng kết hợp gặp chúng giao thoa: +Những chổ hai sóng gặp mà pha nhau, chúng tăng cường lẫn tạo thành vân sáng +Những chổ hai sóng gặp mà ngược pha với nhau, chúng triệt tiêu tạo thành vân tối -Nếu ánh sáng trắng giao thoa hệ thống vân ánh sáng đơn sắc khác không trùng nhau: Md1 x a I O S1 d2 S2 D +Ở giữa, vân sáng ánh sáng đơn sắc khác nằm trùng cho vân sáng trắng gọi vân trắng ( vân trung tâm) +Ở hai bên vân trung tâm, vân sáng khác sóng ánh sáng đơn sắc khác không trùng với nữa, chúng nằm kề sát bên cho quang phổ có màu màu cầu vồng -Hiện tượng giao thoa ánh sáng chứng thực nghiệm khẵng định ánh sáng có tính chất sóng c.Vị trí vân, khoảng vân giao thoa ánh sáng khe Young λD a + Vị trí vân sáng: xs = k ; với k ∈ Z λD 2a + Vị trí vân tối: xt = (2k + 1) ; với k ∈ Z + Khoảng vân : i= λD a λ= => Bước sóng: ia D + Giữa n vân sáng liên tiếp có (n – 1) khoảng vân => Vị trí vân sáng: xs = ki => Vị trí vân tối: xt = (2k + 1)i/2 S1 d Thí nghiệm Young có mặt song song : - Do có mỏng có bề dày e, chiết suất n : + Quang lộ từ S1 đến M : S1M = (d1 – e)+ n.e + Quang lộ từ S2 đến M : S2M = d2 - Hiệu quang trình : δ λD a - Vị trí vân sáng : xs = k - Vị trí vân tối : a.x D = d2 D -e e.D (n − 1) a + xt = (k + 0,5) λD a e.D (n − 1) a + x0 - Hệ vân dời đoạn ( n − 1) e.D (n − 1) a x0 phía có đặt mặt song song: = e Bước sóng màu sắc ánh sáng + Ánh sáng đơn sắc ánh sáng có bước sóng xác định chân không + Mọi ánh sáng đơn sắc mà ta nhìn thấy (ánh sáng khả kiến) có bước sóng chân không (hoặc không khí) khoảng từ 0,38µm (ánh sáng tím) đến 0,76µm (ánh sáng đỏ) + Những màu quang phổ ánh sáng trắng (đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím) ứng với vùng có bước sóng lân cận Bảng màu bước sóng ánh sáng chân không sau: Màu sắc Đỏ Cam Vàng Lục Lam Chàm Tím Bước sóng chân không (µ m) 0,640 – 0,760 0,590 – 0,650 0,570 – 0,600 0,500 – 0,575 0,450 – 0,510 0,430 – 0,460 0,380 – 0,440 M x S2 (n − 1) = S2M – S1M = d2 – d1 – e e,n d1 Bước sóng chân không (nm) 640 – 760 590 – 650 570 – 600 500 – 575 450 – 510 430 – 460 380 – 440 III Quang phổ a Máy quang phổ lăng kính + Máy quang phổ dụng cụ phân tích chùm sáng nhiều thành phần thành thành phần đơn sắc khác + Máy dùng để nhận biết thành phần cấu tạo chùm sáng phức tạp nguồn phát + Máy quang phổ có ba phận chính: - Ống chuẫn trực phận tạo chùm sáng song song - Hệ tán sắc có tác dụng phân tích chùm tia song song thành nhiều chùm tia đơn sắc song song O - Buồng ảnh dùng để quan sát hay chụp ảnh quang phổ + Nguyên tắc hoạt động máy quang phổ lăng kính dựa tượng tán sắc ánh sáng b Các loại quang phổ Quang phổ liên tục Định nghĩa Nguồn phát Đặc điểm Gồm dãi màu có màu thay đổi cách liên tục từ đỏ đến tím Do chất rắn, chất lỏng hay chất khí có áp suất lớn bị nung nóng phát Không phụ thuộc thành phần cấu tạo nguồn sáng Chỉ phụ thuộc nhiệt độ nguồn sáng Ứng dụng Dùng để xác định nhiệt độ vật Quang phổ vạch phát xạ Quang phổ vạch hấp thụ Gồm vạch màu riêng Gồm vạch hay đám vạch lẻ, ngăn cách tối quang phổ liên khoảng tối tục Do chất khí hay -Các chất rắn, chất lỏng chất áp suất thấp bị kích khí cho quang phổ thích điện hay nhiệt hấp thụ phát -Nhiệt độ chúng phải thấp nhiệt độ nguồn phát quang phổ liên tục Các nguyên tố khác -Quang phổ hấp thụ chất khác về: số lượng khí chứa vạch hấp thụ vạch, vị trí vạch độ -Còn quang phổ chất lỏng sáng độ sáng tỉ đối rắn lại chứa “đám”, vạch đám gồm nhiều vạch hấp thụ -Mỗi nguyên tố hoá học có nối tiếp cách liên tục quang phổ vạch đặc trưng nguyên tố Biết thành phần cấu Nhận biết có mặt tạo nguồn sáng nguyên tố hỗn hợp hay hợp chất IV Tia hồng ngoại – Tia tử ngoại -Tia X a Phát tia hồng ngoại tử ngoại Ở quang phổ ánh sáng nhìn thấy, hai đầu đỏ tím, có xạ mà mắt không nhìn thấy, nhờ mối hàn cặp nhiệt điện bột huỳnh quang mà ta phát Các xạ gọi tia hồng ngoại tia tử ngoại b.Dùng ống Cu-lít-giơ tạo tia X: Là ống thủy tinh chân không bên có hai điện cực: - Catot K kim loại, hình chỏm cầu làm cho electron từ FF’ hội tụ vào anot A - Anot A kim loại có khối lượng nguyên tử lớn điểm nóng chảy cao làm nguội nước Dây FF’ nung nóng dòng điện, e bay từ FF’ đến đập vào A làm phát tia X b.Các tia Tiêu đề Bản chất Bước sóng Nguồn phát Tia hồng ngoại Tia tử ngoại Tia X Cùng Sóng điện từ có bước sóng khác 7,6.10-7m →10-3m Vật nhiệt độ cao môi trường: Trên 00K phát tia hồng ngoại.Bóng đèn dây tóc, 3,8.10-7m → 10-8m Vật có nhiệt độ cao 20000C: đèn huỳnh quang, đèn thuỷ 10-8m →10-11m -ông tia X -ông Cu-lit-giơ -phản ứng hạt nhân -Sắp xếp thang sóng điện từ theo thứ tự bước sóng tăng dần (hay tần số giảm dần): Tính chất Ứng dụng bếp ga, bếp than, điốt hồng ngân, hình tivi ngoại 10-2 Truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ, giao thoa, nhiễu xạ, tác dụng nhiệt, tác dụng lên kính ảnh (phim) -Tác dụng nhiệt:Làm nóng vật -Gây tượng quang điện trong, -Gây số phản ứng hóa -Làm phát quang số 7,610-7 chất, làm ion hóa chất học khí, có tác dụng sinh lí, hủy hoại tế bào, diệt khuẩn -Gây tượng quang điện -Bị nước thuỷ tinh hấp -Có khả đâm chất bán dẫn thụ xuyên mạnh -Biến điệu biên độ -Tầng ôzôn hấp thụ hầu hết -Tia X có bước sóng tia có λ 300nm ngắn khả “tấm áo giáp” bảo vệ đâm xuyên lớn; người sinh vật mặt tia X cứng đất khỏi tác dụng tia tử ngoại từ Mặt Trời -Sưởi ấm, sấy khô, -Tiệt trùng thực phẩm, dụng -Chụp X quang; chiếu -Làm phận điều khiển từ cụ y tế, điện xa -Tìm vết nứt bề mặt -Chụp ảnh bên -Chụp ảnh hồng ngoại sản phẩm, chữa bệnh còi sản phẩm -Trong quân sự: Tên lửa tìm xương -Chữa bệnh ung thư mục tiêu; chụp ảnh quay phim nông HN; ống nhòm hồng ngoại để quan sát ban đêm c.Thang sóng điện từ + Sóng vô tuyến, tia hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy, tia tử ngoại, tia Rơnghen, tia gamma sóng điện từ Các loại sóng điện từ tạo cách khác nhau, chất chúng chúng ranh giới rỏ rệt +Tuy vậy, có tần số bước sóng khác nhau, nên sóng điện từ có tính chất khác (có thể nhìn thấy không nhìn thấy, có khả đâm xuyên khác nhau, cách phát khác nhau) Các tia có bước sóng ngắn (tia X, tia gamma) có tính chất đâm xuyên mạnh, dễ tác dụng lên kính ảnh,làm phát quang chất dễ ion hóa không khí Với tia có bước sóng dài ta dễ quan sát tượng giao thoa 3,810-7