Vật lý b2 chương 1

1 THUYẾT SÓNG ĐIỆN TỪ ÁNH SÁNG  Thuyết sóng điện từ khẳng định ánh sáng có chất sóng điện từ O  Sóng điện từ đặc trưng    véc tơ E H v tạo thành tam diện thuận * Hàm sóng:   E(0)  a sin(t) Với: 2L E(M)  a sin(t  )   hay   = cT: bước sóng as chân không; L = n.OM = c: quang lộ as đoạn OM (1.1) Nhận Xét: Sóng M trễ pha sóng nguồn lượng:   2L (1.2)  * Cường độ sáng: Cường độ sáng điểm đại lượng có trị số lượng as truyền qua đơn vị diện tích đặt vuông góc với phương truyền sáng đơn vị thời gian (mật độ dòng quang năng) S Cường độ ánh sáng tỉ lệ với bình phương biên độ sóng: * Nguyên lí chồng chất ánh sáng: Khi hai hay nhiều sóng ánh sáng gặp sóng riêng biệt không bị sóng khác làm nhiễu loạn Sau gặp sóng ánh sáng truyền cũ, điểm gặp nhau, dao động sóng tổng dao động thành phần E P I   ka S.t S (1.3) * Vận tốc ánh sáng chân không: c 0  0  (8,85.1012 F / m).(4 107 H / m) số điện, 0 số từ  3.108 m / s (1.4) * Định lí Malus:  Mặt trực giao: mặt phẳng vuông góc với tia chùm sáng  Định lý Malus: quang lộ tia sáng hai mặt trực giao chùm sáng 2 THANG SÓNG ĐIỆN TỪ  Tia Gamma: λ < 0,001 nm Tia Rơnghen: 0,001 nm < λ < 100 A0  Tia tử ngoại: : 100 A0 < λ < 0,3 µm Ánh sáng nhìn thấy: 0,4 µm < λ < 0,76 µm  Tia hồng ngoại: 0,76 µm < λ < 1000 µm Sóng vô tuyến điện: 1mm < λ < 1Km PHƯƠNG PHÁP ĐO VẬN TỐC ÁNH SÁNG c = 299792,458 ± 0,001 Km/s *Phương pháp đo vận tốc ánh sáng cổ điển Phương pháp lăng trụ quay Michenson G1 A S G2 G4 G5 G G3 B O G lăng trụ mặt gương quay với vận tốc ω; A B hai gương cầu; G1 , G3 G5 gương phẳng; G2 , G4 bán mạ cho ánh sáng truyền qua phần phản xạ phần; S nguồn sáng; O ống ngắm nhìn ảnh S  Chọn vận tốc quay lăng trụ cho khoảng thời gian ánh sáng quãng đường L (tức ánh sáng L = 2l) lăng trụ quay 1/8 vòng Lăng trụ quay 1/8 vòng ánh sáng lại bị ngắt lần 2  2l  8l 16 nl 2l t      c    16nl Khi ta có t   4. c 4.   c n số vòng quay lăng trụ giây Michelson chọn l = 35,4 km n = 528 vòng/s Kết thu c = 299796 ± km/s Phương pháp đại Vận tốc ánh sáng đo theo công thức c   f λ bước sóng ánh sáng, f tần số ánh sáng Phải dùng nguồn sáng có độ đơn sắc cao Evelson xác định vận tốc ánh sáng c  299792, 458  0, 001km / s CÁC ĐẠI LƯỢNG TRẮC QUANG VÀ CÁC ĐƠN VỊ ĐO ĐẠI LƯỢNG TRẮC QUANG 4.1 Quang thông (  ) Để đặc trưng cho phần lượng gây cảm giác sáng người ta đưa khái niệm quang thông * Định nghĩa: Quang thông chùm sáng gửi tới diện tích dS đại lượng có trị số phần lượng gây cảm giác sáng gửi tới dS đơn vị thời gian Đơn vị : lm (lu men) 4.2 Cường độ sáng ( I ) * Góc khối: Góc khối nhìn thấy diện tích dS từ điểm O phần không gian giới hạn hình nón có đỉnh O có đường sinh tựa chu vi  dS dS0 n Đơn vị: sr (stêradian) 1m O d α dS d     dS  r  Biết dS0 = dS.cosα Suy : d  dS cos r2 * Cường độ sáng: cường độ sáng nguồn theo phương đại lượng có trị số quang thông nguồn gửi đơn vị góc khối theo phương d (1.5) I d Quang thông toàn phần có giá trị:    Id  I  d  4I (1.6) Đơn vị: cd (ca đê la) d  1cd 1sr  1lm (1.7) Vậy: lumen quang thông nguồn sáng điểm đẳng hướng có cường độ sáng cađêla gởi góc khối stêradian 4.3 Độ rọi ( E ) * Định nghĩa: Độ rọi E mặt đại lượng có giá trị quang thông gửi tới đơn vị diện tích mặt E d dS (1.8)  * Độ rọi gây nguồn điểm: n d α r dS O 1m Quang thông gửi qua dS d  Id  Độ rọi diện tích dS E  * Đơn vị: (lx) lux IdS cos r2 d I cos  dS r2 (1.9) 1lx  1lm 1m ĐỊNH LUẬT TRUYỀN THẲNG CỦA ÁNH SÁNG 5.1 Định luật: môi trường suốt, đồng chất đẳng hướng ánh sáng truyền theo đường thẳng 5.2 Tia sáng chùm tia sáng Ảnh thật, ảnh ảo Vật thật, vật ảo Nếu tia sáng xuất phát từ điểm M, sau qua hệ quang học đồng quy điểm M’ , M’ ảnh quang học điểm sáng M Vật thật - ảnh ảo Vật thật - ảnh thật Nguyên lý tính thuận nghịch chiều truyền ánh sáng Nếu ABC đường truyền ánh sáng đường cho ánh sáng từ A đến C từ C đến A 6 SỰ PHẢN XẠ, KHÚC XẠ ÁNH SÁNG VÀ NGUYÊN LÝ FERMAT Sự phản xạ ánh sáng *Định luật phản xạ ánh sáng: - Tia phản xạ nằm mặt phẳng tới nằm phía bên pháp tuyến so với tia tới - Góc tới góc phản xạ (i= i’ ) Sự khúc xạ ánh sáng A B Trong : AB : mặt phân cách hai môi trường I điểm tới IN : pháp tuyến I SI : tia tới IR : tia khúc xạ i : góc tới r : góc khúc xạ * Hiện tượng khúc xạ ánh sáng: khúc xạ ánh sáng Hiện tượng lệch phương (gãy) tia sáng truyền xuyên góc qua mặt phân cách hai môi trường suốt khác * Định luật khúc xạ ánh sáng: - Tia khúc xạ nằm mặt phẳng tới bên pháp tuyến so với tia tới -Hai môi trường suốt định, tỉ số sin góc tới i (sin i) sin góc khúc xạ r (sin r) không đổi số không đổi chiết suất tỉ đối môi trường n1.sini = n2.sinr (1.10) Chiết suất tỉ đối môi trường : Chiết suất tuyệt đối n:  Ánh sáng truyền chân không với vận tốc c = 3.108 m/s  Ánh sáng truyền môi trường định có vận tốc v < c Chiết suất tuyệt đối n : n = Chiết suất tỉ đối : c v n21 = (1.11) n2 v  n1 v2 (1.12) Nếu n21 > ( n2 > n1 ) r < i : tia khúc xạ lệch gần pháp tuyến Ta nói môi trường chiết quang môi trường Nếu n21 < ( n2 < n1 ) r > i : tia khúc xạ lệch xa pháp tuyến Ta nói môi trường chiết quang môi trường Nguyên lý Fermat a Quang lộ A s s1 n1 A s3 s2 n3 n2 s4 s5 n4 n5 B Thời gian truyền ánh sáng từ A đến B môi trường chiết suất n: s t v B (1.13) * Định nghĩa: Quang lộ hai điểm A,B môi trường đoạn đường ánh sáng truyền chân không khoảng thời gian t ( thời gian ánh sáng truyền môi trường từ A đến B) Quang lộ L hai điểm A,B môi trường chiết suất n: Từ (1.13) (1.14) ta có: L = n.s L  c.t (1.14) (1.15) Ánh sáng từ A đến B qua nhiều môi trường 1, 2, 3…chiết suất môi trường n1 , n2 , n3 …và có độ dài đường tương ứng s1, s2 , s3 ….Quang lộ tổng cộng là: L  n s  n s  n s   n s 1 2 3  i 1 i i (1.15) B L   nds ds, n A B (1.16) A b Nguyên lý fermat Trong vô số đường từ điểm A đến điểm B, ánh sáng truyền theo đường thời gian Nói cách khác: Trong vô số đường từ điểm A đến điểm B, ánh sáng truyền theo đường mà quang lộ cực trị (cực đại, cực tiểu dừng)  Sự tương đương nguyên lý Fermat định luật phản xạ ánh sáng A N i M B i’ I N B’  AIB đường truyền có quang lộ cực tiểu, tia sáng từ A đến B sau lần phản xạ MN  Tia IB € mp (ABB’)  i = i’  Sự tương đương nguyên lý Fermat định luật khúc xạ ánh sáng A Đặt: AA’ =h1 , BB’ = h2 , A’I = x, A’B’ = y h1  i A’ B’ I Quang lộ AIB là: L  n1 AI  n2 IB x I1  y  x 2  h2 Theo nguyên lý Fermat: dL 0 dx h2 r hay L  n1 x  h1  n2 P Q B dL  n1 dx Mặt khác: sin i  x x  h1 2 x x  h1 và:  n2 sin r  yx  y  x  h2 yx 2  y  x  h2 2  (1.18) (1.19) [...]... trong môi trường chiết suất n: Từ (1. 13) và (1. 14) ta có: L = n.s L  c.t (1. 14) (1. 15) Ánh sáng đi từ A đến B qua nhiều môi trường 1, 2, 3…chiết suất của các môi trường lần lượt là n1 , n2 , n3 …và có độ dài đường đi tương ứng là s1, s2 , s3 ….Quang lộ tổng cộng là: L  n s  n s  n s   n s 1 1 2 2 3 3  i 1 i i (1. 15) B L   nds ds, n A B (1. 16) A b Nguyên lý fermat Trong vô số các đường đi... đổi là chiết suất tỉ đối của môi trường n1.sini = n2.sinr (1. 10) Chiết suất tỉ đối của môi trường : Chiết suất tuyệt đối n:  Ánh sáng truyền trong chân không với vận tốc c = 3 .10 8 m/s  Ánh sáng truyền trong một môi trường nhất định có vận tốc v < c Chiết suất tuyệt đối n : n = Chiết suất tỉ đối : c v n 21 = (1. 11) n2 v  1 n1 v2 (1. 12) Nếu n 21 > 1 ( n2 > n1 ) thì r < i : tia khúc xạ lệch gần pháp... lệch gần pháp tuyến hơn Ta nói môi trường 2 chiết quang môi trường 1 Nếu n 21 < 1 ( n2 < n1 ) thì r > i : tia khúc xạ lệch xa pháp tuyến hơn Ta nói môi trường 2 chiết quang kém môi trường 1 6 3 Nguyên lý Fermat a Quang lộ A s s1 n1 A s3 s2 n3 n2 s4 s5 n4 n5 B Thời gian truyền ánh sáng từ A đến B trong môi trường chiết suất n: s t v B (1. 13) * Định nghĩa: Quang lộ giữa hai điểm A,B trong môi trường là... = y h1  i A’ B’ I Quang lộ AIB là: L  n1 AI  n2 IB x I1  y  x 2  h2 2 Theo nguyên lý Fermat: dL 0 dx 2 h2 r hay L  n1 x 2  h1  n2 P Q B dL  n1 dx Mặt khác: sin i  x x  h1 2 2 x x  h1 2 và: 2  n2 sin r  yx  y  x  h2 yx 2 2  y  x  h2 2 2  0 (1. 18) (1. 19) ... sr (stêradian) 1m O d α dS d  1    dS 0  r  2 Biết dS0 = dS.cosα Suy ra : d  dS cos r2 * Cường độ sáng: cường độ sáng của nguồn theo một phương nào đó là một đại lượng có trị số bằng quang thông của nguồn gửi đi trong một đơn vị góc khối theo phương đó d (1. 5) I d Quang thông toàn phần có giá trị:    Id  I  d  4I (1. 6) Đơn vị: cd (ca đê la) d  1cd 1sr  1lm (1. 7) Vậy: lumen... cường độ sáng 1 cađêla gởi đi trong góc khối 1 stêradian 4.3 Độ rọi ( E ) * Định nghĩa: Độ rọi E của một mặt nào đó là đại lượng có giá trị bằng quang thông gửi tới một đơn vị diện tích của mặt đó E d dS (1. 8)  * Độ rọi gây bởi nguồn điểm: n d α r dS O 1m Quang thông gửi qua dS d  Id  Độ rọi của diện tích dS là E  * Đơn vị: (lx) lux IdS cos r2 d I cos  dS r2 (1. 9) 1lx  1lm 1m 2 5 ĐỊNH... nguyên lý Fermat và định luật phản xạ ánh sáng A N i M B i’ I N B’  AIB là đường truyền có quang lộ cực tiểu, đối với tia sáng đi từ A đến B sau một lần phản xạ trên MN  Tia IB € mp (ABB’)  i = i’  Sự tương đương giữa nguyên lý Fermat và định luật khúc xạ ánh sáng A Đặt: AA’ =h1 , BB’ = h2 , A’I = x, A’B’ = y h1  i A’ B’ I Quang lộ AIB là: L  n1 AI  n2 IB x I1  y  x 2  h2 2 Theo nguyên lý Fermat:... TRUYỀN THẲNG CỦA ÁNH SÁNG 5 .1 Định luật: trong môi trường trong suốt, đồng chất và đẳng hướng ánh sáng truyền theo một đường thẳng 5.2 Tia sáng và chùm tia sáng 5 3 Ảnh thật, ảnh ảo Vật thật, vật ảo Nếu các tia sáng xuất phát từ một điểm M, sau khi qua một hệ quang học đồng quy tại điểm M’ , thì M’ là ảnh quang học của điểm sáng M Vật thật - ảnh ảo Vật thật - ảnh thật 5 4 Nguyên lý về tính thuận nghịch... từ A đến C hoặc từ C đến A 6 SỰ PHẢN XẠ, KHÚC XẠ ÁNH SÁNG VÀ NGUYÊN LÝ FERMAT 6 1 Sự phản xạ ánh sáng *Định luật phản xạ ánh sáng: - Tia phản xạ nằm trong mặt phẳng tới và nằm về phía bên kia pháp tuyến so với tia tới - Góc tới bằng góc phản xạ (i= i’ ) 6 2 Sự khúc xạ ánh sáng A B Trong đó : AB : mặt phân cách giữa hai môi trường 1 và 2 I điểm tới IN : pháp tuyến tại I SI : tia tới IR : tia khúc xạ...4 CÁC ĐẠI LƯỢNG TRẮC QUANG VÀ CÁC ĐƠN VỊ ĐO ĐẠI LƯỢNG TRẮC QUANG 4 .1 Quang thông (  ) Để đặc trưng cho phần năng lượng gây ra cảm giác sáng người ta đưa ra khái niệm quang thông * Định nghĩa: Quang thông do một chùm sáng gửi tới diện tích dS là một đại lượng có trị số