Quang học

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ NGUYỄN TRẦN TRÁC – DIỆP NGỌC ANH LƯU HÀNH NỘI BỘ - 2004 G I Á O T R Ì N H LỜI NÓI ĐẦU Giáo trình Quang học này được soạn để dùng cho sinh viên Khoa Vật lý, Trường Đại học Sư phạm, theo chương trình của Bộ Giáo dục và Đào tạo, có được mở rộng để sinh viên có tài liệu tham khảo một cách thấu đáo. Nội dung Giáo trình gồm các phần sau : - Quang hình học - Giao thoa ánh sáng - Nhiễu xạ ánh sáng - Phân cực ánh sáng - Quang điện từ - Các hiệu ứng quang lượng tử - Laser và quang học phi tuyến Để giúp sinh viên có điều kiện thuận lợi hơn trong học tập, giáo trình này sẽ được bổ sung bởi một giáo trình toán Quang học. Qua tài liệu thứ hai này các bạn sinh viên sẽ có điều kiện củng cố vững chắc thêm các kiến thức có được từ phần nghiên cứu lý thuyết. Người soạn hy vọng rằng với bộ Giáo trình này các bạn sinh viên sẽ đạt kết quả tốt trong quá trình học tập, nghiên cứu về Quang học. Soạn giả Nguyễn Trần Trác – Diệp Ngọc Anh Chương I QUANG HÌNH HỌC SS1. NHỮNG ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA QUANG HÌNH HỌC. Chúng ta sẽ sử dụng khái niệm tia sáng để tìm ra các qui luật lan truyền của ánh sáng qua các môi trường, tia sáng biểu thị đường truyền của năng lượng ánh sáng. I/- NGUYÊN LÝ FERMA. Ta biết rằng, theo nguyên lí truyền thẳng ánh sáng trong một môi trường đồng tính về quang học (chiết suất của môi trường như nhau tại mọi điểm) ánh sáng truyền theo đường thẳng, nghĩa là khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm cho trước. Khi truyền từ một môi trường này sang một môi trường khác (có chiết suất khác nhau), ánh sáng sẽ bị phản xạ và khúc xạ ở mặt phân cách hai môi trường, nghĩa là tia sáng bị gãy khúc. Vậy trong trường hợp chung, giữa hai điểm cho trước ánh sáng có thể truyền theo đường ngắn nhất không? Ta hãy khảo sát thí nghiệm sau: HÌNH 1 Xét một gương êlipôit tròn xoay M1 có mặt trong là mặt phản xạ. Tại tiêu điểm F1 của gương, ta đặt một nguồn sáng điểm. Theo tính chất của êlipxôit, các tia sáng phát suất từ F1, sau khi phản xạ trên mặt gương, đều qua tiêu điểm F2, đồng thời các đường đi của tia sáng giữa hai tiêu điểm đều bằng nhau. Trên hình vẽ ta xét hai đường đi F1OF2 và F1O’F2 . Bây giờ giả sử ta có thêm hai gương M2 và M3 tiếp xúc với gương êlipxôit tại O. Đường ( là pháp tuyến chung của 3 gương tại O (hình 1). Thực tế cho biết F1OF2 là đường truyền có thực của ánh sáng đối với cả 3 gương. Ta rút ra các nhận xét sau: - So với tất cả các con đường đi từ F1 đến gương M2 rồi đến F2 thì con đường truyền thực F1OF2 của ánh sáng là con đường dài nhất (mọi con đường khác đều ngắn hơn con đường tương ứng phản xạ trên êlipxôit). - Đối với gương M3, con đường thực F1OF2 là con đường ngắn nhất (mọi con đường khác đều dài hơn con đường tương ứng phản xạ trên êlipxôit) - Đối với gương êlipxôit M1, có vô số đường truyền thực của ánh sáng từ F1 tới M1 rồi tới F2. Các đường truyền này đều bằng nhau. Vậy đường truyền thực của ánh sáng từ một điểm này tới một điểm khác là một cực trị. Ta có thể phát biểu một cách tổng quát trên khái niệm quang lộ: khi ánh sáng đi từ một điểm A tới một điểm B trong một môi trường có chiết suất n, thì quang lộ được định nghĩa là : M2 O M3 (∆) F2 F1 M1 λ = n . AB Nguyên lý FERMA được phát biểu như sau : “Quang lộ từ một điểm này tới một điểm khác phải là một cực ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc ĐỀ CƢƠNG MÔN THI CƠ SỞ TUYỂN SINH SĐH NĂM 2016 Ban hành theo QĐ số:3466/QĐ-ĐHBK-ĐTSĐH ngày 08 – 12 – 2015 Hiệu Trƣởng Trƣờng Đại Học Bách Khoa Tên môn thi: QUANG HỌC Ngành đào tạo Thạc sĩ: VẬT LÝ KỸ THUẬT (60520401) Chƣơng 1: CƠ SỞ CỦA QUANG HÌNH HỌC – CÁC ĐẠI LƢỢNG TRẮC QUANG Các định luật quang hình học Những phát biểu tương đương định luật Descartes Các đại lượng trắc quang Chƣơng 2: CƠ SỞ CỦA QUANG HỌC SÓNG Bản chất sóng điện từ ánh sáng Hàm sóng ánh sáng Cường độ sáng Nguyên lý chồng chất ánh sáng Chƣơng 3: GIAO THOA ÁNH SÁNG Hiện tượng giao thoa hai sóng ánh sáng kết hợp Hiện tượng giao thoa phản xạ Giao thoa gây mỏng bề dày thay đổi – Vân độ dày Giao thoa gây mỏng bề dày không đổi – Vân độ nghiêng Ứng dụng tượng giao thoa Bài tập Chƣơng 4: NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng Nguyên lý Huygens – Fresnel Nhiễu xạ Fresnel Nhiễu xạ Fraunhofer Cách tử nhiễu xạ, quang phổ nhiễu xạ Bài tập Chƣơng 5: PHÂN CỰC ÁNH SÁNG Ánh sáng tự nhiên ánh sáng phân cực Sự phân cực ánh sáng phản xạ khúc xạ Sự phân cực lưỡng chiết Các loại kính phân cực Ánh sáng phân cực ellipse phân cực tròn Lưỡng chiết nhân tạo Sự quay mặt phẳng phân cực Bài tập Chƣơng 6: QUANG HỌC LƢỢNG TỬ Bức xạ nhiệt Các đại lượng đặc trưng Định luật Kirchhoff Thuyết lượng tử Planck Công thức Planck Thuyết photon Einstein Hiệu ứng quang điện Hiệu ứng Compton Bài tập TÀI LIỆU THAM KHẢO Lương Duyên Bình Vật lý đại cƣơng (Lý thuyết + Bài tập), Tập Halliday D., Resnick R., Walker J.: Cơ sở vật lý, Tập Salen: PHOTONICS 4 QUANG HÌNH HỌC Câu 1. Tia sáng đi từ không khí vào chất lỏng trong suốt với góc tới i = 600 thì góc khúc xạ r = 300. Để xảy ra phản xạ toàn phần khi tia sáng từ chất lỏng ra không khí thì góc tới i có giá trị là A. i> 28,50. B. i > 35,260. C. i > 420 . D. i = 420. Câu 2 Độ phóng đại của vật qua gương cầu được xác định bởi biểu thức nào?A. k = -fdf−. B. k = ffd −'. C. k =dd'. D. k = fdf +.Câu 3. Một vật sáng nhỏ đặt vuông góc với trục chính của một thấu kính hội tụ có tiêu cự f = 20cm. Biết khoảng cách từ vật tới thấu kính là 15cm. Độ phóng đại của ảnh là bao nhiêu?A. k = 1/4 B. k = - 4 C. k = 4 D. k = - 1/4Câu 4 Vật sáng AB vuông góc với trục chính của một gương cầu sẽ có ảnh A’B’ cùng chiều cao bằng một nửa AB và cách AB 30 cm. Tiêu cự f của gương là A. f = 20 cm. B. f = -20 cm. C. f = -10 cm. D. f = -15 cm. Câu 5 Phát biểu nào sau đây là đúng cho mắt cận thị? A. Mắt cận thị là mắt khi không điều tiết, có tiêu điểm nằm sau võng mạc.B. Mắt cận thị là mắt khi không điều tiết, có tiêu điểm nằm trước võng mạc. C. Mắt cận thị là mắt khi không điều tiết, có tiêu điểm nằm đúng võng mạc. D. Mắt cận thị là mắt khi không điều tiết, có tiêu điểm nằm ngoài võng mạc.Câu 6 Chọn câu trả lời đúng khi nói về kính thiên văn?A. Độ bội giác của kính thiên văn khi ngắm chừng ở vô cực phụ thuộc độ tụ của thị kính và vật kính.B. Độ bội giác kính thiên văn khi ngắm chừng ở vô cực chỉ phụ thuộc vào khoảng nhìn rõ của mắt.C. Độ bội giác của kính thiên văn khi ngắm chừng ở vô cực chỉ phụ thuộc vào độ tụ của thị kính.D. Độ bội giác của kính thiên văn khi ngắm chừng ở vô cực chỉ phụ thuộc vào độ tụ của vật kính.Câu 7 Trên vành của kính lúp có ghi ký hiệu : x 2,5. Tiêu cự của kính lúp có giá trị làA. f = 0,4cm. B. f = 10cm. C. f = 4cm. D. f =2,5cm. Câu 8 Một gương cầu lõm có bán kính 3m. Một vật AB đặt vuông góc với trục chính tại điểm A trước gương 60cm. Hãy xác định vị trí, tính chất của ảnh?A. Ảnh thật cách gương 85cm. B. Ảnh thật cách gương 100cm.C. Ảnh ảo cách gương 85cm. D. Ảnh ảo cách gương 100cm.Câu 9. Vật sáng AB đặt cách thấu kính 30cm qua thấu kính cho ảnh ảo A’B’ cao bằng nửa vật. Hỏi tiêu cự của thấu kính nhận giá trị nào sau đây?A. 60cm. B. 20cm. C. 30cm. D. 10cm.Câu 11. Một người viễn thị có khoảng nhìn rõ ngắn nhất là 40 cm. Tính độ tụ của kính mà người ấy đeo sát mắt để có thể đọc được các dòng chữ cách mắt gần nhất là 25 cm. A. -1,6 điôp. B. +1,6 điôp. C. -1,5 điôp. D. +1,5 điôp.Câu 12. Vật kính và thị kính của kính hiển vi có vai trò:A. Vật kính tạo ra một ảnh ảo rất lớn của vật cần quan sát, thị kính dùng như một kính lúp để quan sát ảnh nói trên.B. Vật kính tạo ra ảnh thật rất lớn của vật quan sát, thị kính dùng như một kính lúp để quan sát nói trên. C. Thị kính tạo ra ảnh rất lớn của vật cần quan sát, vật kính dùng như một kính lúp để quan sát ảnh nói trên. D. Thị kính tạo ra ảnh thật rất lớn của vật quan sát, vật kính như một kính lúp quan sát ảnh nói trên. Câu 13. Mắt một người có đặc điểm sau: OCC = 5cm, OCV = 1m. Kết luận nào sau đây là đúng?A. Mắt bị lão hoá (vừa cận, vừa viễn). B. Mắt không bị tật.C. Mắt viễn thị. D. Mắt cận thị.Câu 14 Một thấu kính hội tụ cho vật thật AB một ảnh ảo A’B’ = 4 AB. Thay thấu kính hội tụ bằng thấu kính phân kỳ tiêu cự có cùng giá trị tuyệt đối. Độ phóng đại dài của ảnh là: A. -4/3 B. 4/3 C. 4/7 D-4/7Câu 15. Mắt không có tật là mắt: A. Khi không điều tiết có tiêu điểm nằm trên võng mạc.B. Khi điều tiết có tiêu điểm nằm trên võng mạc. C. Khi không điều tiết có tiêu điểm nằm trước võng mạc.D. Khi điều tiết có tiêu điểm nằm trước võng mạc. Câu 16. Một vật sáng AB đặt vuông góc với trục chính một gương cầu lõm và cách tấm gương 100cm có ảnh A’B’ nhìn thấy qua gương cao gấp rưỡi AB. Khoảng cách từ AB đến gương là: A. d = 50 cm. B. d = 20 cm. C. d = 80 cm. D. d = 30 cm.Câu 17. Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về sự phản xạ của một tia sáng qua gương cầu lồi?A. Tia tới đi đến đỉnh gương cho tia phản xạ đối xứng với Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM –––––––––––––––––––––––– NGUYỄN VĂN ĐỨC THIẾT KẾ WEBSITE HỖ TRỢ HỌC SINH TỰ ÔN TẬP VÀ KIỂM TRA, ĐÁNH GIÁ KIẾN THỨC PHẦN "MẮT. CÁC DỤNG CỤ QUANG HỌC", VẬT LÍ 11 - NÂNG CAO LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC THÁI NGUYÊN - 2010 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM –––––––––––––––––––––––– NGUYỄN VĂN ĐỨC THIẾT KẾ WEBSITE HỖ TRỢ HỌC SINH TỰ ÔN TẬP VÀ KIỂM TRA, ĐÁNH GIÁ KIẾN THỨC PHẦN "MẮT. CÁC DỤNG CỤ QUANG HỌC", VẬT LÍ 11 - NÂNG CAO Chuyên ngành: LÍ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC VẬT LÍ Mã số: 60.14.10 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS PHẠM XUÂN QUẾ THÁI NGUYÊN - 2010 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn i LỜI CẢM ƠN Tôi xin trân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Sau đại học, khoa Vật lí trường ĐHSP Thái Nguyên đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập tại khoa và nghiên cứu khoa học. Tôi xin trân thành cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS. Phạm Xuân Quế đã trực tiếp giảng dạy, nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn này. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới Ban giám hiệu, các thầy cô giáo trường THPT Lục Nam đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành khóa học. Tôi cũng trân thành cảm ơn các thầy cô giáo ở trường thực nghiệm đã nhiệt tình đóng góp ý kiến, tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình thực nghiệm sư phạm. Tôi xin thành cảm bạn bè đồng nghiệp và người thân trong gia đình, cảm ơn các bạn học viên cao học K16 chuyên ngành lí luận và phương pháp giảng dạy vật lí trường ĐHSP Thái Nguyên đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn. Thái nguyên, tháng 8 năm 2010 Nguyễn Văn Đức Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN vi MỞ ĐẦU . 1 1. Lí do chọn đề tài 1 2. Mục đích nghiên cứu . 2 3. Khách thể và đối tƣợng nghiên cứu . 3 3.1. Khách thể nghiên cứu . 3 3.2. Đối tượng nghiên cứu . 3 4. Giả thuyết khoa học . 3 5. Phạm vi nghiên cứu . 3 6. Nhiệm vụ nghiên cứu 3 7. Phƣơng pháp nghiên cứu . 4 8. Những đóng góp mới của luận văn 4 9. Ý nghĩa lí luận và