Lý 12 chương 4 5 lý thuyết + bài tập đầy đủ

Từ trường biến thiên và điện trường xoáy Điện trường biến thiên và từ trường xoáy + Xung quanh khoảng không gian có từ trường biến thiên xuất hiện điện trường xoáy + Xung quanh khoảng k

Chương IV: DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ

LÝ THUYẾT VỀ MẠCH DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ DẠNG 1 TÍNH TOÁN CÁC ĐẠI LƯỢNG TRONG MẠCH DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ

* Chu kỳ, tần số dao động riêng của mạch LC: ω0 =

* Bước sóng của sóng điện từ:  = c.T = c.2π √ LC

(c = 3.108m/s vận tốc ánh sáng trong chân không)

Chú ý: Công thức tính điện dung của tụ điện phẳng là C= ε S

điện Khi tăng d (hoặc giảm d) thì C giảm (hoặc tăng), từ đó ta được mối liên hệ với T, f.

* Với tụ C 1 có các đại lượng tương ứng T 1 , f 1 ,  1 Với tụ C 2 có các đại lượng tương ứng T 2 , f 2 ,  2

- Nếu mắc C1 nối tiếp C2 ta có:

* Với cuộn dây L 1 có T 1 , f 1 ,  1; Với cuộn dây L 2 ,có T 2 , f 2 ,  2 

- Nếu mắc L1 nối tiếp L2 ta có: ℓ = L1 + L2 thì T2= T12+ T22 ;

Nhận xét: Ta có nhận định sau: Từ biểu thức tính chu kì ta thấy T tỉ lệ với căn bậc hai của điện dung C và

độ tự cảm L.Tức là, nếu C tăng (hay giảm) n lần thì T tăng (hay giảm) lần, nếu L tăng (hay giảm) m lần thì T tăng (hay giảm) lần Ngược lại với tần số f.

DẠNG 2 BÀI TOÁN GHÉP CÁC TỤ ĐIỆN NỐI TIẾP, SONG SONG

, tức là điện dung của bộ tụ giảm đi, Cb < C1; Cb < C2

Khi đó tần số góc, chu kỳ, tần số của mạch là

* Các tụ C1, C2 mắc nối tiếp thì ta có Cb = C1 + C2, tức là điện dung của bộ tụ tăng lên, Cb > C1; Cb > C2.

Khi đó tần số góc, chu kỳ, tần số của mạch là { ω= 1

√ LC =

1

√ L ( C 1 + C 2 ) ¿ { T=2π √ L ( C 1 + C 2 ) ¿¿¿¿

* Giả sử:

T1; f1 là chu kỳ, tần số của mạch khi mắc L với C1

T1; f1 là chu kỳ, tần số của mạch khi mắc L với C2

- Gọi Tnt; fnt là chu kỳ, tần số của mạch khi mắc L với (C1 nối tiếp C2)

Hướng suy luận được các công thức ở trên dựa vào việc suy luận theo C.

- Khi các tụ mắc nối tiếp thì C giảm, dẫn đến T giảm và f tăng từ đó ta được { Tnt= T1T2

√ T12+ T22¿ ¿¿¿

- Khi các tụ mắc song song thì C tăng, dẫn đến T tăng và f giảm, từ đó ta được { T ss = √ T 1 2 + T 2 2 ¿¿¿¿

→ Từ các công thức tính T nt , f nt và T ss , f ss ta được { T nt T ss = T 1 .T 2 ¿¿¿¿

DẠNG 3 PHƯƠNG PHÁP VIẾT BIỂU THỨC u, i, q TRONG MẠCH DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ

* Biểu thức điện tích hai bản tụ điện: q = Q 0 cos(ω + φ) C.ω + φ) C.) C.

* Biểu thức cường độ dòng điện chạy trong cuộn dây: i = q’ = I 0 cos(ω + φ) C.ω + φ) C + π/2) A; I 0 = ωQ 0

* Biểu thức hiệu điện thế hai đầu tụ điện: u = \f(q,C =

+) Khoảng thời gian giữa hai lần liên tiếp mà điện tích trên một bản tụ điện có độ lớn cực đại là Δt = \f(T,2

+) Khoảng thời gian ngắn nhất Δt để điện tích trên bản tụ này tích điện bằng một nửa giá trị cực đại là \

f(T,6

Bảng đơn vị chuẩn:

L: độ tự cảm, đơn vị henry(ω + φ) C.H) C:điện dung đơn vị là Fara (ω + φ) C.F) F:tần số đơn vị là Héc (ω + φ) C.Hz)

1mH = 10-3 H [mili (m) = 10-3 ] 1mF = 10-3 F [mili (m) =10-3 ] 1KHz = 103 Hz [ kilô =103 ]1μH = 10H = 10-6 H [micrô( μH = 10 )=10-6 ] 1μH = 10F = 10-6 F [micrô( μH = 10 )= 10-6 ] 1MHz = 106 Hz [Mêga(M) =106

]1nH = 10-9 H [nanô (n) = 10-9 ] 1nF = 10-9 F [nanô (n) =10-9 ] 1GHz = 109 Hz [Giga(G) =109 ]

2) Năng lượng từ trường (ω + φ) C.W L ): Là năng lượng tích lũy trong cuộn cảm, tính bởi công thức: WL = \f(1,2Li2

3) Năng lượng điện từ (ω + φ) C.W): Là tổng của năng lượng điện trường và năng lượng từ trường, cho bởi

Vậy trong mạch dao động LC thì năng lượng có thể chuyển hóa qua lại giữa năng lượng điện trường

và năng lượng từ trường nhưng tổng của chúng là năng lượng điện từ luôn được bảo toàn.

Mối liên hệ I 0 và U 0: ta có Wđmax = Wtmax=

0 2

2 0 2

2 0 2

2 0

2 0

2 0

2 0

2 0 2

2 2 2 2

2 0

2 2 2 0 2

2 2

2 2 2 0 2

2 2 0

) (

) (

1 1

2

u L

C I u

U L

C i

hay i C

L U i

I C

L u

U

u I

i hay Q

q I

i hay

i q CLi q

Q hay

i C

L u U hay q

i L

q i I hay u L

C i I

III SỰ TƯƠNG QUAN GIỮA DAO ĐỘNG CƠ VÀ DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ

Các đại lượng tương tự nhau của dao động cơ và dao động điện từ thể hiện qua bảng sau:

q C

ĐIỆN TỪ TRƯỜNG- SÓNG ĐIỆN TỪ

I ĐIỆN TỪ TRƯỜNG

1) Các giả thuyết của Măcxoen

iả th u y ế t 1:

- Mọi từ trường biến thiên theo thời gian đều sinh ra một điện trường xoáy

- Điện trường xoáy là điện trường mà các đường sức bao quanh các đường cảm ứng từ

G

iả th u y ế t 2:

- Mọi điện trường biến thiên theo thời gian đều sinh ra một từ trường biến thiên

- Từ trường xoáy là từ trường mà các đường cảm ứng từ bao quanh các đường sức của điện trường

2) Điện từ trường

* Phát minh của Măcxoen dẫn đến kết luận không thể có điện trường hoặc từ trường tồn tại riêng biệt,

độc lập với nhau Điện trường biến thiên nào cũng sinh ra từ trường biến thiên và ngược lại từ trường biến thiên nào cũng sinh ra điện trường biến thiên

* Điện trường và từ trường là hai mặt thể hiện khác nhau của một loại trường duy nhất gọi là điện từ trường

3) Sự lan truyền tương tác điện từ

Giả sử tại 1 điểm O trong không gian có một điện trường biến thiên E1 không tắt dần Nó sinh ra ở các điểm lân cận một từ trường xoáy B1; từ trường biến thiên B1 lại gây ra ở các điểm lân cận nó một điện trường biến thiên E2 và cứ thế lan rộng dần ra điện từ trường lan truyền trong không gian ngày càng xa điểm O

K

ế t luận:

Tương tác điện từ thực hiện thông qua điện từ trường phải tốn một khoảng thời gian để truyền được từ điểm nọ đến điểm kia

LIÊN HỆ GIỮA ĐIỆN TRƯỜNG BIẾN THIÊN VÀ TỪ TRƯỜNG BIẾN THIÊN:

+ Nếu tại một nơi có một từ trường biến thiên theo thời gian thì tại nơi đó xuất hiện một điện trường

xoáy Điện trường xoáy là điện trường có các đường sức là đường cong kín

+ Nếu tại một nơi có điện trường biến thiên theo thời gian thì tại nơi đó xuất hiện một từ trường Đường sức của từ trường luôn khép kín

Từ trường biến thiên và điện trường xoáy Điện trường biến thiên và từ trường xoáy + Xung quanh khoảng không gian có từ

trường biến thiên xuất hiện điện trường xoáy

+ Xung quanh khoảng không gian có điện trường biến thiên xuất hiện từ trường xoáy

Điện trường xoáy Điện trường tĩnh Từ trường xoáy Từ trường tĩnh

- Nguồn gốc: tồn tại xung quanh điện tích

- Đường sức luôn khép kín, bao xung quanh các đượng sứcđiện

- Nguồn gốc: điện trường biến thiên

- Đường sức khép kín hoặc

vô hạn

- Nguồn gốc: sinh ra xung quanh điện tích chuyển động

+ Chiều đường sức điện trường xoáy:

Chiều của đường sức điện trường xoáy xác

định giống chiều của dòng điện cảm ứng

+ Chiều đường sức từ trường xoáy:

- Tụ nạp điện dòng tới bản dương, điện trường tăng; Tụ phóng điện dòng tới bản âm và điện trường giảm

- Chiều của từ trường xoáy tuân theo quy tác nắm bàn tay phải với chiều của dòng điện qua tụ.

Vai trò điện trường xoáy: đẩy các điện tích tự

do chuyển động thành dòng khép kín sinh ra

dòng điện cảm ứng

Vai trò của từ trường xoáy: Tương đương với một

dòng điện (dòng điện dịch) đi qua tụ C => khép kín dòng điện trong mạch dao động

II SÓNG ĐIỆN TỪ

1) Sóng điện từ

a) Sự hình thành sóng điện từ khi một điện tích điểm dao động điều hòa

Khi tại một điểm O có một điện tích điểm dao động điều hòa với tần số f theo phương thẳng đứng

Nó tạo ra tại O một điện trường biến thiên điều hòa với tần số f Điện trường này phát sinh một từ trường biến thiên điều hòa với tần số f

Vậy tại O hình thành một điện từ trường biến thiên điều hòa Điện từ trường này lan truyền trong

không gian dưới dạng sóng Sóng đó gọi là sóng điện từ.

b) Sóng điện từ: Sóng điện từ là quá trình truyền đi trong không gian của điện từ trường biến thiên

tuần hoàn trong không gian theo thời gian

2) Tính chất của sóng điện từ

- Sóng điện từ truyền được trong các môi trường vật chất và cả trong chân

không - Vận tốc truyền sóng điện từ trong chân không lớn nhất, và bằng

vận tốc ánh sáng v = c = 3.108 m/s

- Sóng điện từ là sóng ngang Trong quá trình truyền sóng, tại một điểm bất

kỳ trên phương truyền, vectơ ⃗ E , vectơ B ⃗ luôn vuông góc với nhau và vuông góc với phương

truyền sóng

- Trong sóng điện từ, điện trường và từ trường tại một điểm luôn dao động cùng pha với nhau

- Sóng điện từ có tính chất giống sóng cơ học: phản xạ, có thể khúc xạ và giao thoa được với nhau

3) Sóng vô tuyến

a) Khái niệm sóng vô tuyến: Sóng điện từ có bước sóng từ vài mét đến vài kilomet được dùng trong

thông tin liên lạc vô tuyến gọi là sóng vô tuyến.

b) Công thức tính bước sóng vô tuyến

Trong chân không: λ =

v

f = v T =2π v √ LC với v = 3.108 m/s là tốc độ ánh sáng trong chân không Trong môi trường vật chất có chiết suất n thì λn = \f(v,ƒ = v.T = \f(λ,n ; n = \f(c,v , với v là tốc độ ánh sángtruyền trong môi trường có chiết suất n

4) Phân loại và đặc điểm của sóng vô tuyến

a) Phân loại sóng vô tuyến

b) Đặc điểm của các loại sóng vô tuyến

- Tầng điện li: Là tầng khí quyển ở độ cao từ 80 - 800 km có chứa nhiều hạt mang điện tích là các

electron, ion dương và ion âm

- Sóng dài: Có năng lượng nhỏ nên không truyền đi xa được Ít bị nước hấp thụ nên được dùng trong

thông tin liên lạc trên mặt đất và trong nước

- Sóng trung: Ban ngày sóng trung bị tần điện li hấp thụ mạnh nên không truyền đi xa được Ban

đêm bị tần điện li phản xạ mạnh nên truyền đi xa được được dùng trong thông tin liên lạc vào ban đêm

- Sóng ngắn: Có năng lượng lớn, bị tần điện li và mặt đất phản xạ mạnh Vì vậy từ một đài phát trên

mặt đất thì sóng ngắn có thể truyền tới mọi nơi trên mặt đất Dùng trong thông tin liên lạc trên mặt đất

- Sóng cực ngắn: Có năng lượng rất lớn và không bị tần điện li phản xạ hay hấp thụ Được dùng

B

trong thông tin vũ trụ.

III NGUYÊN TẮC TRUYỀN THÔNG BẰNG SÓNG ĐIỆN TỪ

1) Các loại mạch dao động

a) Mạch dao động kín: Trong quá trình dao động điện từ diễn ra ở mạch dao động LC, điện từ trường

hầu như không bức xạ ra bên ngoài Mạch dao động như vậy gọi là mạch dao động kín

b) Mạch dao động hở: Nếu tách xa hai bản cực của tụ điện C, đồng thời tách các vòng dây của cuộn cảm

thì vùng không gian có điện trường biến thiên và từ trường biến thiên được mở rộng Khi đó mạch được gọi là mạch dao động hở

c) Anten: Là một dạng dao động hở, là công cụ bức xạ sóng điện từ.

2) Nguyên tắc chung của việc thông tin liên lạc bằng sóng vô tuyến

a) Nguyên tắc truyền thông tin: Có 4 nguyên tắc trong việc truyền thông tin bằng sóng vô tuyến

- Phải dùng các sóng vô tuyến có bước sóng ngắn nằm trong vùng các dải sóng vô tuyến Những sóng

vô tuyến dùng để tải các thông tin gọi là các sóng mang Đó là các sóng điện từ cao tần có bước sóng từ

vài m đến vài trăm m

- Phải biến điệu các sóng mang

+ Dùng micrô để biến dao động âm thành dao động điện: sóng âm tần

+ Dùng mạch biến điệu để “trộn” sóng âm tần với sóng mang: biến điện sóng điện từ

- Ở nơi thu, dùng mạch tách sóng để tách sóng âm tần ra khỏi sóng cao tần để đưa ra loa.

- Khi tín hiệu thu được có cường độ nhỏ, ta phải khuyếch đại chúng bằng các mạch khuyếch đại.

b) Sơ đồ khối của máy phát sóng vô tuyến đơn giản

c) Sơ đồ khối của máy thu sóng vô tuyến đơn giản

SƠ ĐỒ KHỐI CỦA MỘT MÁY PHÁT THANH VÀ MÁY THU THANH VÔ TUYẾN ĐƠN GIẢN

Máy phát thanh

Máy thu thanh

(1): Micrô: Tạo ra dao động điện từ âm tần

(2): Mạch phát sóng điện từ cao tần: Phát sóng điện từ có

tần số cao (cỡ MHz)

(3): Mạch biến điệu: Trộn dao động điện từ cao tần với

dao động điện từ âm tần

(4): Mạch khuyếch đại: Khuyếch đại dao động điện từ cao

tần đã được biến điệu

(5): Anten phát: Tạo ra điện từ trường cao tần lan truyền

trong không gian

(1): Anten thu: Thu sóng điện từ cao tần biến điệu.(2): Mạch khuyếch đại dao động điện từ cao tần: khuyếch đại dao động điện từ cao tần từ anten gởi tới.(3): Mạch tách sóng: tách dao động điện từ âm tần ra khỏi dao động điện từ cao tần

(4): Mạch khuyếch đại dao động điện từ âm tần: Khuyếch đại dao động điện từ âm tần từ mạch tách sóng gởi đến

(5): Loa: Biến dao động điện thành dao động âm

IV PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP

Sóng điện từ mạch dao động LC phát hoặc thu được có tần số đúng bằng tần số riêng của mạch, ta có thể xác định bước sóng của chúng λ = v.T = 2πv √ LC

Từ công thức tính bước sóng ta thấy, bước sóng biến thiên theo L và C L hay C càng lớn, bước sóng càng lớn Nếu điều chỉnh mạch sao cho C và L biến thiên từ Cmin, Lmin đến Cmax, Lmax thì bước sóng cũng biến thiên tương ứng trong dải từ λ min= 2πv √ LminCmin

→ λ min= 2πv √ LminCmin

Đối với bài toán các tụ C1, C2 mắc song song hoặc nối tiếp thì ta có thể giải theo quy tắc sau:

Biến điệuMicro

* Nếu L mắc với tụ C1 thì mạch thu được bước sóng λ1; Nếu L mắc với tụ C2 thì mạch thu được bước sóng λ2

* Không truyền được trong chân không

* Truyền tốt trong các môi trường theo thứ tự: Rắn

> lỏng > khí

VD Khi sóng cơ truyền từ không khí vào nước thì

vận tốc tăng bước sóng tăng

* Lan truyền tương tác điện – từ trong mọi môitrường

* Tần số rất lớn

* Lan truyền tốt nhất trong chân không

* Truyền tốt trong các môi trường thường theo thứtự: Chân không > khí > lỏng > rắn

VD.Khi sóng điện từ truyền từ không khí vào nướcthì vận tốc giảm n lần v = c/n, bước sóng giảm n lần

n = /n.

* Để máy thu sóng điện từ nhận được tín hiệu của máy phát sóng điện từ thì tần số máy thu phải bằng

tần số máy phát  fthu = fphát  thu = phát Đây gọi là hiện tượng cộng hưởng điện từ

* Mạch dao động có ℓ biến đổi từ LMin  LMax và C biến đổi từ CMin  CMax thì bước sóng  của sóng điện

từ phát (hoặc thu) biến đổi trong khoảng Min <  < Max  c.2π √ Lmin.Cmin< λ<c.2π √ Lmax.Cmax

Để máy thu (hay phát) sóng điện từ có tần số ƒ với f1  f f2

thì tụ C phải có giá trị biến thiên trong khoảng

1

4 π2L f22≤ C≤

1

4 π2L f12

* Mạch chọn sóng sử dụng tụ xoay: Trong mạch chọn sóng của máy thu thông thường người ta chỉnh

bước sóng cộng hưởng của máy thu bằng cách xoay tụ, tức là thay đổi góc giữa 2 bản tụ để thay đổi diệntích đối xứng giữa 2 bản tụ làm thay đổi điện dung của tụ dẫn đến thay đổi bước sóng cộng hưởng củamạch Thông thường ta hay gặp bài toán tụ xoay mà ở đó điện dung của tụ phụ thuộc theo hàm bậc nhấtvới góc xoay 

* Vận dụng: Một tụ xoay có điện dung phụ thuộc với góc xoay theo hàm bậc nhất và có giá trị biến thiên

từ Cmin đến Cmax ứng với góc xoay từ min đến max Gọi Cx là giá trị của điện dung ứng với góc xoay x khiđó:

Ta có: Cmax = a.max + b; Cmin = a.min + b; Cx = a.x + b 

- Ánh sáng có bản chất là sóng điện từ

- Mỗi ánh sáng là một sóng có tần số f xác định, tương ứng với một màu xác định.

- Ánh sáng khả kiến có tần số nằm trong khoảng 3,947.1014 Hz (màu đỏ) đến 7,5.1014 Hz (màu tím)

- Trong chân không mọi ánh sáng đều truyền với vận tốc là v = c =3.10 8 m/s

Trong chân không, ánh sáng nhìn thấy có bước sóng: λtím ≈ 0,38 μH = 10m (tím) ¿ λđỏ ≈ 0,76 μH = 10m (đỏ) Trong cácmôi trường khác chân không, vận tốc nhỏ hơn nên bước

phức tạp thành các chùm sáng đơn sắc đơn giản (Hay

hiện tượng ánh sáng trắng bị tách thành nhiều màu từ

đỏ đến tím khi khúc xạ ở mặt phân cách giữa hai môi

trường trong suốt) gọi là hiện tượng tán sắc ánh sáng

 Dải sáng nhiều màu từ đỏ đến tím gọi là quang phổ của ánh sáng trắng, nó gồm 7 màu chính: đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím

 Lưu ý:

+ Thí nghiệm về sự tán sắc ánh sáng của Newton:

 Chứng minh được ánh sáng trắng là ánh sáng hỗn hợp từ nhiều ánh sáng đơn sắc khác nhau có màu biến thiên liên tục từ đỏ tới tím

 Dùng để phân tích chùm sáng phức tạp thành đơn giản

+ Thí nghiệm về ánh sáng đơn sắc của Newton: Chứng minh được ánh sáng đơn sắc không bị tán sắc

qua lăng kính

+ Hiện tượng tán sắc ánh sáng sẽ xảy ra khi ánh sáng trắng đi qua lăng kính, thấu kính, giọt nước mưa,lưỡng chất phẳng, bản mặt song song (các môi trường trong suốt)

+ Hiện tượng cầu vồng là do hiện tượng tán sắc ánh sáng

+ Ánh sáng phản xạ trên các váng dầu, mỡ hoặc bong bóng xà phòng (có màu sặc sỡ) là do hiện tượng giao thoa ánh sáng khi dùng ánh sáng trắng

+ Nếu tia tới là ánh sáng trắng đi song song với đáy lăng kính, mà tia ló là chùm tia sáng cũng song

song với đáy của lăng kính thì tia tím ở trên tia đỏ ở dưới.

+ Nếu tia tới là ánh sáng trắng sau khi qua lăng kính có 1 tia đi lệch là là mặt bên của lăng kính, thì

các tia còn lại có bước sóng dài hơn.

1 Nguyên nhân của hiện tượng tán sắc ánh sáng: (ω + φ) C.Giải thích) Nguyên nhân của hiện tượng tán sắc ánh

sáng là do

- Chiết suất của một chất trong suốt đối với các ánh sáng đơn sắc khác nhau là khác nhau và tăng lên từ

đỏ đến tím Hay chiết suất của môi trường trong suốt biến thiên theo màu sắc ánh sáng và tăng dần từ

màu đỏ đến màu tím (nđỏ < n cam < n vàng < n lục < n lam < n chàm < n tím ) Cụ thể:

+ Ánh sáng có tần số nhỏ (bước sóng dài) thì chiết suất của môi trường bé

+ Ngược lại ánh sáng có tần số lớn (bước sóng ngắn) thì chiết suất của môi trường lớn

→ Tia màu đỏ lệch ít nhất, tia màu tím lệch nhiều nhất

- Chiếu chùm ánh sáng trắng chứa nhiều thành phần đơn sắc đến mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt dưới cùng một góc tới, nhưng do chiết suất của môi trường trong suốt đối với các tia đơn sắc khác nhau nên bị khúc xạ dưới các góc khúc xạ khác nhau Kết quả, sau khi đi qua lăng kính chúng bị

tách thành nhiều chùm ánh sáng có màu sắc khác nhau => tán sắc ánh sáng

 Ứng dụng:

+ Giải thích một số hiện tượng tự nhiên (cầu vồng, nguyên nhân tạo ra các màu sặc sỡ trên váng

dầu, mỡ hoặc bong bóng xà phòng… )

+ Ứng dụng trong máy quang phổ lăng kính để phân tích chùm sáng phức tạp thành chùm đơn sắcđơn giản

2 Ánh sáng đơn sắc - Ánh sáng trắng:

a) Ánh sáng đơn sắc: Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng có bước sóng (tần số) (ω + φ) C.đặc trưng nhất) và màu sắc

xác định, nó không bị tán sắc mà chỉ bị lệch khi qua lăng kính

 Một chùm ánh sáng khi truyền từ môi trường này sang môi trường khác, thì tần số và màu sắc không

bị thay đổi nhưng bước sóng thay đổi

- Bước sóng của ánh sáng đơn sắc:

+ Trong chân không: (hoặc gần đúng là trong không khí): v = c = 3.10 8 m/s ⇒ λ0 =

c f

+ Trong môi trường có chiết suất n: v < =c = 3.108 m/s ⇒ λ =

0λv

 Một ánh sáng đơn sắc qua nhiều môi trường trong suốt:

- Không đổi: Màu sắc, tần số, không tán sắc

 Nhiều ánh sáng đơn sắc qua một môi trường:

- Ánh sáng bước sóng lớn  Lệch ít thì chiết suất nhỏ; đi nhanh (Chân dài chạy nhanh); khả năng

phản xạ toàn phần càng ít (dễ thoát ra ngoài) Với n = A +

B

λ02

- Bước sóng càng nhỏ  Lệch nhiều thì chiết suất lớn, đi chậm (Chân ngắn chạy chậm); khả năng

phản xạ toàn phần càng cao

b) Ánh sáng trắng: Ánh sáng trắng là hỗn hợp của nhiều ánh sáng đơn sắc khác nhau có màu biến thiên

liên tục từ đỏ đến tím Bước sóng của ánh sáng trắng: 0,38 μm ≤ λ ≤ 0,76 μm

3 Chiết suất – Vận tốc – tần số và bước sóng

 Vận tốc truyền ánh sáng đơn sắc phụ thuộc vào môi trường truyền ánh sáng

(0,57𝜇m – 0,6 𝜇m)

(0,5 𝜇m – 0,575

𝜇m)

(0,45 𝜇m – 0,51 𝜇m)

(0,43𝜇m – 0,46 𝜇m)

(0,38 𝜇m – 0,44 𝜇m)

- Độ rộng của quang phổ thu được trên màn sau khi qua lăng kính: d = L(n t – n đ )A

II NHIỄM XẠ ÁNH SÁNG - GIAO THOA ÁNH SÁNG:

1 Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng:

- Hiện tượng truyền sai lệch so với sự truyền thẳng khi ánh sáng gặp

vật cản gọi là hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng

- Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng chỉ có thể giải thích nếu thừa nhận

ánh sáng có tính chất sóng

- Mỗi ánh sáng đơn sắc coi như một sóng có bước sóng hoặc tần số

trong chân không hoàn toàn xác định

2 Hiện tượng giao thoa ánh sáng:

 Hiện tượng giao thoa ánh sáng: là hiện tượng khi hai sóng ánh sáng kết hợp gặp nhau trong không

gian, vùng hai sóng gặp nhau xuất hiện những vạch rất sáng (vân sáng ) xen kẻ những vạch tối (vân tối ):

gọi là các vân giao thoa

 Hai chùm sáng kết hợp là hai chùm phát ra ánh sáng có cùng tần số và cùng pha hoặc có độ lệch pha không đổi theo thời gian

 Khi hai chùm sáng kết hợp gặp nhau chúng sẽ giao thoa:

- Những chỗ hai sóng gặp nhau mà cùng pha nhau, chúng tăng cường lẫn nhau tạo thành các vân sáng

- Những chỗ hai sóng gặp nhau mà ngược pha với nhau, chúng triệt tiêu nhau tạo thành các vân tối  Nếu ánh sáng trắng giao thoa thì hệ thống vân của các ánh sáng đơn sắc khác nhau sẽ không trùng nhau:

- Ở chính giữa, vân sáng của các ánh sáng đơn sắc khác nhau nằm trùng nhau cho một vân sáng trắng gọi là vân trắng chính giữa (vân trung tâm)

- Ở hai bên vân trung tâm, các vân sáng khác của các sóng ánh sáng đơn sắc khác nhau không trùng với nhau nữa, chúng nằm kề sát bên nhau và cho những quang phổ có màu như ở màu cầu vồng

 Hiện tượng giao thoa ánh sáng là bằng chứng thực nghiệm khẳng định ánh sáng có tính chất sóng

a Vị trí vân, khoảng vân trong giao thoa ánh sáng khe Young

 Nếu tại M là vân sáng thì: Hai sóng từ S1 và S2 truyền đến M là hai sóng cùng pha ⇔ d2 - d1 = k.λ

⇒ xs= k λD

a = k i với k = 0,  1,  2,…

Trong đó: + λ: bước sóng của ánh sáng đơn sắc

+ k = 0 (x = 0): vân sáng chính giữa (vân sáng trung tâm)

n n

Ch ú ý:  Bề rộng của khoảng vân i phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng

 Số vân sáng và vân tối ở phần nửa trên và nửa dưới vân sáng trung

tâm hoàn toàn giống hệt nhau, đối xứng nhau và xen kẻ nhau một cách

đều đặn.

 Khoảng cách giữa vân sáng và vân tối liên tiếp =

1

2 khoảng vân

 Giữa n vân sáng liên tiếp có (n – 1) khoảng vân.

 Độ lệch pha giữa hai sóng tại một điểm:

 Khi nguồn sáng S di chuyển theo phương song song với S1S2 thì hệ vân di chuyển ngược chiều và khoảng

vân i vẫn không đổi.

 Độ dời của hệ vân là:

0 1

D

D

=

Trong đó: D là khoảng cách từ 2 khe tới màn

D1 là khoảng cách từ nguồn sáng tới 2 khe

d là độ dịch chuyển của nguồn sáng

 Để xác định xem tại điểm M trên vùng giao thoa có vân sáng (bậc mấy) hay vân tối:

⟹ Lập tỉ số: :

-Tại M có vân sáng khi: = k, đó là vân sáng bậc k

-Tại M có vân tối khi: = (2k + 1)

b Thí nghiệm Young có bản mặt song song :

 Do có bản mỏng có bề dày là e, chiết suất n :

+ Quang lộ từ S1 đến M là : S1M = (d1 – e)+ n.e

2

xM



i

OM i

x a.

)1



n a

D e

a

D



)1(



n a

D e

0

 Mọi ánh sáng đơn sắc mà ta nhìn thấy (ánh sáng khả kiến) đều có bước sóng trong chân không (hoặckhông khí) trong khoảng từ 0,38m (ánh sáng tím) đến 0,76m (ánh sáng đỏ).

 Những màu chính trong quang phổ ánh sáng trắng (đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím) ứng với từng vùng có bước sóng lân cận nhau

QUANG PHỔ VÀ CÁC LOẠI TIA

I MÁY QUANG PHỔ- CÁC LOẠI QUANG PHỔ:

1 Máy quang phổ lăng kính:

a Khái niệm: Là dụng cụ dùng để phân tích chùm ánh sáng phức tạp tạo thành những thành phần đơn

sắc

b Cấu tạo: Máy quang phổ gồm có 3 bộ phận chính:

- Ống chuẩn trực: gồm thấu kính hội tụ L1 và khe hẹp S ngay tại tiêu điện của thấu kính  để tạo ra chùmtia song song

- Hệ tán sắc (gồm một hoặc hệ các lăng kính): có nhiệm vụ làm tán sắc ánh sáng

- Buồng tối: gồm gồm thấu kính hội tụ L1 và kính ảnh hoặc phim ảnh nằm ngay tại tiêu diện của thấu kính

 để thu ảnh quang phổ

2 Các loại quang phổ:

Quang phổ liên tục Quang phổ vạch phát xạ Quang phổ vạch hấp thụ

Định nghĩa

Gồm một dải màu có màu

thay đổi một cách liên tục

từ đỏ đến tím

Gồm các vạch màu riêng lẻ, ngăn cách nhau bởi những khoảng tối

Gồm các vạch hay đám vạch tối trên nền quang phổ liên tục

Đặc điểm

Không phụ thuộc thành

phần cấu tạo nguồn sáng

Chỉ phụ thuộc nhiệt độ của

nguồn sáng

Các nguyên tố khác nhau thì khác nhau về: số lượng vạch,

vị trí các vạch và độ sáng độ sáng tỉ đối giữa các vạch

- Mỗi nguyên tố hoá học có

một quang phổ vạch đặc

trưng của nguyên tố đó.

Chất rắn, chất lỏng, chất khí đều cho được quang phổ hấp thụ:

- Quang phổ hấp thụ của chất khí chỉ chứa các vạch hấp thụ

- Còn quang phổ của chất lỏng và rắn lại chứa các

gồm nhiều vạch hấp thụ nối tiếp với nhau một cáchliên tục)

II TIA HỒNG NGOẠI VÀ TIA TỬ NGOẠI

1 Phát hiện tia hồng ngoại và tử ngoại:

- Ở ngoài quang phổ nhìn thấy được, ở cả 2 đầu đỏ và tím, còn có những bức xạ mà mắt không nhìn

thấy, nhưng phát hiện nhờ mối hàn của cặp nhiệt điện và bột huỳnh quang

- Bức xạ không trông thấy ở ngoài vùng màu đỏ gọi là bức xạ (hay tia) hồng ngoại

- Bức xạ không nhìn thấy ở ngoài vùng tím gọi là bức xạ (hay tia) tử ngoại

2 Bản chất và tính chất:

 Bản chất: Tia hồng ngoại và tia tử ngoại có cùng bản chất với ánh sáng (sóng điện từ)

Tính chất:

- Tuân theo các định luật truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ, gây ra được hiện giao thoa, nhiễu xạ

- Miền hồng ngoại trải từ bước sóng 760nm đến khoảng vài milimét, còn miền tử ngoại trải từ bướcsóng 380nm đến vài nanômét

3 TIA HỒNG NGOẠI

a Cách tạo ra:

- Mọi vật có nhiệt độ cao hơn 0K đều có thể phát ra tia hồng ngoại

- Để phân biệt được tia hồng ngoại do vật phát ra thì vật phải có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ môi trường

 Nguồn phát: Nguồn hồng ngoại thông dụng là bóng đèn dây tóc, bếp ga, bếp than, điốt hồng

ngoại, Mặt trời…

b Tính chất Ứng dụng:

- Tác dụng nổi bật là tác dụng nhiệt  sưởi ấm; sấy khô, dùng ở bệnh viện

- Tia hồng ngoại có khả năng gây ra một số phản ứng hóa học, làm đen kính ảnh  ứng dụng vào việcchế tạo phim ảnh hồng ngoại để chụp ảnh ban đêm, thiên thể …

- Tia hồng ngoại cũng có thể biến điệu như sóng điện từ cao tần  điều khiển từ xa(Remote)

- Ngoài ra tia hồng ngoại còn được ứng dụng trong trong quân sự: ống nhòm hồng ngoại, camerahồng ngoại để quan sát hoặc quay phim ban đêm, tên lửa tự động tìm mục tiêu phát tia hồng ngoại

4 TIA TỬ NGOẠI

a Nguồn phát: Vật có nhiệt độ cao hơn 20000C thì phát ra tia tử ngoại như Mặt trời, hồ quang điện…

b Tính chất Ứng dụng:

- Tác dụng lên phim ảnh

- Kích thích sự phát quang của nhiều chất tìm vết nứt bề mặt sản phẩm kim looại, đèn huỳnh quang

- Kích thích nhiều phản ứng hóa học như biến đổi O2 thành O3 ; tổng hợp vitamin D …

- Làm ion hóa không khí và nhiều chất khí khác

- Gây ra hiện tương quang điện

- Tác dụng sinh học như diệt tế bào, vi khuẩn tiệt trùng thực phẩm, dụng cụ y tế; chữa bệnh còi xương

- Bị nước, thủy tinh hấp thụ mạnh nhưng có thể truyền qua thạch anh

 Sự hấp thụ tia tử ngoại:

- Thủy tinh hấp thụ mạnh tia tử ngoại;

- Tần ôzôn hấp thụ hầu hết các tia có bước sóng dưới 300nm

III TIA X (ω + φ) C.TIA RƠN-GHEN)

1 Nguồn phát: Mỗi khi một chùm electron có năng lượng lớn, đập vào một vật rắn (kim loại có nguyên tử

lượng lớn) thì vật đó phát ra tia X

2 Cách tạo ra tia X:

- Ống Culítgiơ: Ống thủy tinh chân không, dây nung, anốt, catốt

- Dây nung FF’: nguồn phát electron

- Catốt K : Kim loại có hình chỏm cầu

- Anốt A: Kim loại có nguyên tử lượng lớn, chịu nhiệt cao Hiệu điện thế UAK cỡ vài chục kilôvôn

3 BẢN CHẤT VÀ TÍNH CHẤT CỦA TIA X

a Bản chất: Tia X có bản chất là sóng điện từ, có bước sóng λ = 10-8 m 10-11 m

b Tính chấtỨng dụng:

- Tác dụng nổi bật nhất của Tia X là tính đâm xuyên: Xuyên qua tấm

nhôm vài cm, nhưng không qua tấm chì vài mm  tìm khuyết tật

trong các vật đúc; kiểm tra hành lí, nghiên cứu cấu trúc vật rắn

- Tia X làm đen kính ảnh  Chuẩn đoán chữa 1 số bệnh trong y học

bằng hình ảnh(chụp X quang)

- Tia X làm phát quang 1 số chất các chất này được dùng làm màn

quan sát khi chiếu điện

- Tia X làm ion hóa không khí (rất yếu); gây ra hiện tượng quang

điện

- Tia X tác dụng sinh lí, hủy diệt tế bào  Chữa ung thư ngoài da

BẢNG: SO SÁNH 3 LOẠI TIA: HỒNG NGOẠI, TỬ NGOẠI, TIA RƠN GHEN

Bản chất Cùng là Sóng điện từ nhưng có bước sóng khác nhau



Vật có nhiệt độ cao hơn

- Gây ra một số phản ứng hóa học

- Gây ra hiện tượng quang điện trong, ngoài

- Làm phát quang của một số chất, làm ion hóa chất khí, có tác dụng sinh lí, hủy hoại tế bào, diệt khuẩn

- Gây ra hiện tượng quang điện trong của chất bán dẫn

- Biến điệu biên độ

- Bị nước và thuỷ tinh hấp thụ

- Tầng ôzôn hấp thụ hầu hết các tia có  dưới 300nm và là

“tấm áo giáp” bảo vệ người

và sinh vật trên mặt đất khỏi tác dụng của các tia tử ngoại

từ Mặt Trời

-Có khả năng đâm xuyên mạnh

-Tia X có bước sóng càng ngắn thì khả năng đâm xuyên càng lớn; đó là tia X cứng

Ứng dụng

- Sưởi ấm, sấy khô,

- Làm bộ phận điều khiển từ xa

- Chụp ảnh hồng ngoại

- Trong quân sự: Tên lửa tìm mục tiêu; chụp ảnh quay phim HN; ống nhòm hồng ngoại để quan sát ban đêm

- Tiệt trùng thực phẩm, dụng

cụ y tế,

- Tìm vết nứt trên bề mặt sản phẩm, chữa bệnh còi xương

- Chụp X quang; chiếu điện

- Chụp ảnh bên trong sản phẩm

- Chữa bệnh ung thư nông

c Thang sóng điện từ.

+ Sóng vô tuyến, tia hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy, tia tử ngoại, tia Rơnghen, tia gamma là sóng điện từ.Các loại sóng điện từ đó được tạo ra bởi những cách rất khác nhau, nhưng về bản chất thì chúng cũng chỉ

là một và giữa chúng không có một ranh giới nào rõ rệt

+ Tuy vậy, vì có tần số và bước sóng khác nhau, nên các sóng điện từ có những tính chất rất khác nhau(có thể nhìn thấy hoặc không nhìn thấy, có khả năng đâm xuyên khác nhau, cách phát khác nhau)

Các tia có bước sóng càng ngắn (tia X, tia gamma) có tính chất đâm xuyên càng mạnh, dễ tác dụng lênkính ảnh,làm phát quang các chất và dễ ion hóa không khí

Với các tia có bước sóng dài ta dễ quan sát hiện tượng giao thoa

tuyến

Tia hồng ngoại

Ánh sáng nhìn thấy

Tia

λ (m) 3.104  10-4 10- 3  7,6.10-7 7,6.10- 7  3,8.10-7 3,8.10-7  10-9 10-8  10- 11 Dưới 10- 11

VỊ TRÍ CÁC VÂN GIAO THOA

Tối thứ 1, k= -1

Tối thứ 3, k=2 Tối thứ 4, k=3 Tối thứ 5, k= 4

Tối thứ 2, k= -2 Tối thứ 2, k=1

Tối thứ 3, k= -3 Tối thứ 4, k= -4

i iñ

i iñ

Vân sáng TT, k= 0

Sáng bậc 1, k= -1

Sáng bậc 2, k=2 Sáng bậc 3, k=3 Sáng bậc 4, k=4

Sáng bậc 2, k= -2 Sáng bậc 1, k=

Sáng bậc 3, k= -3 Sáng bậc 4, k= -4

Dạng 1: Vị trí vân sáng- vị trí vân tối- khoảng vân:

a Khoảng vân: là khoảng cách giữa 2 vân sáng liền kề:

Dạng 2: Khoảng cách giữa các vân

 Khoảng cách vân cùng bản chất liên tiếp:

L = (ω + φ) C.số vân – 1).i

+ Nếu là hai vân sáng thì: L = i.(n – 1) ⇔ 1

L i n

=- + Nếu là hai vân tối thì: L = i.n ⇔

L i n

=

 Giữa một vân sáng và một vân tối bất kỳ:

Giả sử xét khoảng cách vân sáng bậc k và vân tối thứ k’,

vị trí: x = k.i; x =(k – 0,5).i

Nếu: + Hai vân cùng phía so với vân trung tâm: =

+ Hai vân khác phía so với vân trung tâm:

- Khoảng cách giữa vân sáng và vân tối liền kề là :

- Sắp xếp thang sóng điện từ theo thứ tự bước sóng tăng dần (ω + φ) C.hay tần số giảm dần):

Phương pháp ion hóaPhương pháp vô tuyến

Sự phân

rã phóng xạ

Ống tia X

Vật nóng trên

2000 o

C

Vật nóng dưới

500 o

C Máy phát vô tuyến điện

Thu

Phát

Các nguồn sáng

i

4

Phuong phap vo tuyen

Phuong phap chup anhPhuong phap quang dienPhuong phap nhiet dien

Phuong phap ion hoa

Thu Phat

⇒ Vị trí vân tối các thứ liên tiếp được xác định: =k (với k lẻ: 1,3,5,7,….)

 Xác định vị trí điểm M trên trường giao thoa cách vân trung tâm một khoảng x(ω + φ) C.m) có vân sáng hay

vân tối, bậc mấy ?

Lập tỉ số: + Nếu n nguyên, hay n Z, thì tại M có vân sáng bậc k = n

+ Nếu n bán nguyên hay n = k + 0,5 với k Z, thì tại M có vân tối thứ k +1

Dạng 3: Xác định số vân trên trường giao thoa:

Cách 1: Trường giao thoa xét là chiều rộng của khu vực chứa toàn bộ hiện tượng giao thoa hứng được

trên màn- kí kiệu L

- Số vân trên trường giao thoa:

+ Số vân sáng: Ns = 1+2 Chia lấy phần nguyên

- Để xác định số vân sáng - tối trong miền giao thoa có bề rộng L ta tính số khoảng vân trên nửa trường

giao thoa trường bằng cách chia nửa giao thoa trường cho i và ta có kết quả: (phần lẻ)

- Ta xác định số vân sáng trên giao thoa trường ta phải nhân cho 2 nên ta có:

+ Số vân sáng (là số lẻ): 2n + 1: (1 : vân sáng trung tâm)

+ Số vân tối (là số chẵn):  Nếu x 0.5 → 2n + 2

 Nếu x < 0.5 → 2n

VD 1: => Số vân sáng: 2.8 +1=17; Số vân tối: 2.8 + 2=18

VD 2: => Số vân sáng: 2.8 +1=17; Số vân tối: 2.8 = 16

+ Khoảng cách giữa hai vân:

- Cùng bên so với vân sáng TT:

- Khác bên so với vân sáng TT:

t

x 2i

M

xn

x n i

L



2



5.085.8

L

3.083.8

2 Giao thoa khe Young trong môi trường có chiết suất n : Gọi là bước sóng ánh sáng trong chân không

hoặc không khí Gọi là bước sóng ánh sáng trong môi trường có chiết suất n

a Vị trí vân sáng: x = =

b.Vị trí vân tối: x =(2k +1) = (2k +1)

c Khoảng vân: i= =

3 Giao thoa với khe Young (Iâng) khi thay đổi khoảng cách D, a.

Ta có: i = i tỉ lệ với D Khi khoảng cách là D: i =

Khi khoảng cách là D’: i’ = + Nếu D = D’ – D > 0 Ta dịch màn ra xa (ứng i’ > i)

+ Nếu D = D’ – D < 0 Ta đưa màn lại gần ( ứng i’ < i)

4 Giao thoa khe Young với nhiều ánh sáng đơn sắc:

a Giao thoa với nguồn ánh sáng 2 ánh sáng đơn sắc khác nhau λ , λ1 2:

Dạng 1: Vị trí vân sáng trùng: Vị trí vân sáng của 2 bức xạ đơn sắc trùng nhau:

x = = Vì cùng a và D => với k1, k2 Z

- Khoảng cách ngắn nhất giữa 2 vân trùng (ω + φ) C.khoảng vân trùng):

Tại vị trí có k 1 = k 2 = 0 là vân trùng trung tâm, do đó khoảng cách gần nhau nhất giữa hai vân trùng

đúng bằng khoảng cách từ vân trùng trung tâm đến vân trùng bậc 1 của cả 2 ánh sáng đơn sắc:

- Khi có giao thoa: Vị trí vân sáng:

- Khi 2 vân sáng của 2 bức xạ trùng nhau:

= = ( Khi nhập vào máy tinh FX570ES sẽ có tỉ số tối giản)

Vị trí trùng: hoặc

- Số vạch trùng quan sát được trên trường giao thoa L:

 '

n.a



'D2a

2na



'Da

1D p a

pn k

2 1



1 1

1 ,

k S

L x

a

D pn