SKKN Giải thích định tính một số hiện tượng Quang học

Trường THPT Pleiku - Tổ Vật lý Đề tài “Giải thích đònh tính các hiện tượng Quang học” PHẦN I: MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI: Vật lý học khơng phải chỉ là các phương trình và con số. Vật lý học là những điều đang xảy ra trong thế giới xung quanh ta. Nó nói về các màu sắc trong một cầu vòng, về ánh sáng lóng lánh và tính cứng rắn của viên kim cương. Nó có liên quan đến việc đi bộ, đi xe đạp, lái ơ tơ và cả việc điều khiển một con tàu vũ trụ . Việc học mơn Vật lý khơng chỉ dừng lại ở sự tìm cách vận dụng các cơng thức Vật lý để giải cho xong các phương trình và đi đến những đáp số, mà còn phải giải thích được các hiện tượng Vật lý đang xảy ra trong thiên nhiên quanh ta, trong các đối tượng cơng nghệ của nền văn minh mà ta đang sử dụng. Mặt khác, thực tế việc giảng dạy Vật lý hiện nay, chủ yếu dành nhiều thời gian dạy học sinh nhận diện các kiểu, loại bài tồn khác nhau và cách thức vận dụng các cơng thức Vật lý cho từng kiểu, loại tốn đó, mà ít chú trọng giúp học sinh giải thích các hiện tượng Vật lý xảy ra trong tự nhiên. Xuất phát từ ý nghĩa và thực tế đó, tơi mạnh dạn nghiên cứu đề tài “Giải thích định tính các hiện tượng Quang học”, nhằm giúp học sinh u thích và hiểu hơn bản chất Vật lý của các hiện tượng Quang học. 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU: Để hồn thành đề tài này tơi chọn phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp nghiên cứu tài liệu: + Đọc các sách giáo khoa phổ thơng, các sách đại học, sách tham khảo phần Quang học. - Phương pháp thống kê: + Chọn các hiện tượng có trong chương trình phổ thơng và gần gũi với đời sống hằng ngày. - Phương pháp phân tích và tổng hợp kinh nghiệm trong q trình giảng dạy và thực tế đời sống. Phạm vi nghiên cứu đề tài này là trong phần Quang học của chương trình lớp 12 hiện hành. * CẤU TRÚC PHẦN NỘI DUNG GỒM: I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CƠ BẢN CỦA QUANG HỌC VÀ MỘT VÀI HIỆN TƯỢNG QUANG HỌC THƯỜNG GẶP TRONG ĐỜI SỐNG. II. PHƯƠNG PHÁP CHUNG ĐỂ GIẢI ĐÁP NHANH NHỮNG CÂU HỎI ĐỊNH TÍNH QUANG HỌC. III. 30 HIỆN TƯỢNG QUANG HỌC PHỔ BIẾN TRONG TỰ NHIÊN. ----------   ---------- Page 1 of 27 Created by Nguyen Van Hoanh I S i i’ R N Trường THPT Pleiku - Tổ Vật lý Đề tài “Giải thích đònh tính các hiện tượng Quang học” PHẦN II: NỘI DUNG Quang học là một mơn học, trong đó người ta nghiên cứu các hiện tượng liên quan đến ánh sáng; từ sự truyền của ánh sáng đến sự tạo ra các ảnh; từ các tính chất của ánh sáng đến bản chất của áng sáng. I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CƠ BẢN CỦA QUANG HỌC VÀ MỘT VÀI HIỆN TƯỢNG QUANG HỌC THƯỜNG GẶP TRONG ĐỜI SỐNG. a. Cơ sở lý thuyết cơ bản của quang học. + Định luật truyền thẳng ánh sáng - Trong một mơi trường trong suốt, đồng tính và đẳng hướng ánh sáng truyền theo đường thẳng. + Ngun lí về tính thuận nghịch của chiều truyền ánh sáng - Đường đi của ánh sáng khơng đổi khi đảo ngược chiều truyền ánh sáng. + Định luật phản xạ ánh sáng - Tia phản xạ nằm trong mặt phẳng tới và ở phía bên kia pháp tuyến so với tia tới. - Góc phản xạ bằng góc tới (i ’ = i) + Định luật khúc xạ ánh sáng - Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới và ở bên kia pháp tuyến so với tia tới - Đối với một cặp mơi trường trong suốt nhất định thì tỉ số giữa sin của góc tới (sin i) với sin của góc khúc xạ (sin r) ln ln là mọt số khơng đổi. Số khơng đổi này phụ thuộc vào bản chất của hai mơi trường và được gọi là chiếc suất tỉ đối của mơi trường chứa tia khúc xạ (mơi trường 2) đối với mơi trường chứa tia tới (mơi trường 1). Kí hiệu n 21 = n 21 + Hiện tượng phản xạ tồn phần - Khi ánh sáng truyền từ mặt phân cách của mơi trường chiếc quang hơn (n 1 ) sang mơi trường chiếc quang kém (n 2 ) thì góc khúc xạ r lớn hơn góc tới i. - Góc khúc xạ lớn nhất bằng 90 0 ; tia khúc xạ nằm là là mặt phân cách hai mơi trường thì góc tới tương ứng gọi là góc giới hạn i gh - Với các góc tới có giá trị lớn hơn i gh , thì khơng còn xảy ra khúc xạ, tồn bộ áng sáng đều trở lại mơi trường chiếc quang hơn. Khi đó có hiện tượng phản xạ tồn phần. + Máy ảnh - Vật kính của máy ảnh là một thấu kính hội tụ (hoặc một hệ thấu kính tương đương với thấu kính hội tụ) cho ảnh của vật cần chụp hiện rõ trên phim (ảnh). + Mắt - Thủy tinh thể của mắt có vai trò như vật kính của máy ảnh, còn võng mạc có vai trò như phim. - Khi nhìn vật đặt ở điểm cực viễn C V , mắt khơng cần điều tiết. Còn khi nhìn vật đặt ở điểm cực cận C C mắt phải điều tiết tối đa rất chóng mỏi mắt. Giới hạn nhìn rõ của mắt là khoảng C V C C . Khoảng cách thấy rõ ngắn nhất là Đ = OC C (O là quang Page 2 of 27 Created by Nguyen Van Hoanh r K N S I i Trường THPT Pleiku - Tổ Vật lý Đề tài “Giải thích đònh tính các hiện tượng Quang học” tâm của mắt). Thường lấy Đ = 25cm. Mắt bình thường có điểm cực viễn ở xa vơ cùng, còn điểm cực cận cách mắt 10cm đến 20cm. - Mắt cận thị có độ tụ lớn hơn mắt bình thường khơng có tật, điểm cực viễn của mắt cận thị ở tương đối gần mắt. Thường sửa tật cận thị bằng cách đeo kính phân kỳ. - Mắt viễn thị có độ tụ nhỏ hơn mắt bình thường; điểm cực cận của mắt viễn thị ở tương đối xa mắt. Sửa tật viễn thị bằng cách đeo kính hội tụ. - Góc trơng α của một vật (hoặc ảnh) AB đặt thẳng góc với trục nhìn của mắt O là α = góc AOB với tgα = . - Năng suất phân li của mắt bình thường: α ≈ 1’ = rad + Các dụng cụ quang học: Kính lúp, hiển vi, thiên văn. -Độ bội giác G của một số dụng cụ quang học: G = ≈ Trong đó: α là góc trơng ảnh của một vật qua dụng cụ, α 0 là góc trơng vật đặt ở điểm cực cận của mắt. + Tính chất sóng của ánh sáng - Ánh sáng là sóng điện từ. Ánh sáng đơn sắc nhìn thấy có một bước sóng λ xác định và có một màu nhất định. Một chùm ánh sáng trắng song song, gồm các ánh sáng đơn sắc có bước sóng từ 0,4 μm (tia tím) đến 0,76 μm (tia đỏ), đến lăng kính khi ló ra khỏi lăng kính, bị phân tích thành dãy nhiều màu, từ đỏ đến tím, gọi là quang phổ của ánh sáng trắng. Tia đỏ bị lệch (về phía dáy lăng kính) ít nhất, tia tím bị lệch nhiều nhất. Ngun nhân của sự tán sắc đó là do chiếc suất của thuỷ tinh (mơi trường) phụ thuộc vào bước sóng (tần số) ánh sáng. - Hai sóng ánh sáng kết hợp, do hai nguồn sáng kết hợp phát ra, giao thoa với nhau khi gặp nhau, tạo nên vân sáng (cực đại giao thoa) và vân tối (cực tiểu giao thoa) trên màn quan sát. + Lượng tử ánh sáng - Chùm ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ được coi như dòng các phơtơn (lượng tử ánh sáng), mỗi phơtơn mang năng lượng xác định ε = h f = h (f là tần số ánh sáng, h là hằng số Plăng; h = 6,625.10 -34 J.s; c = 3. 10 8 m/s). Cường độ ánh sáng tỉ lệ với số phơtơn. - Hiện tượng quang điện là hiện tượng các electrơn bị bật ra (gọi là electrơn quang điện) khi chiếu vào mặt kim loại chùm ánh sáng có bước sóng λ thích hợp. b. Một vài hiện tượng quang học thường gặp trong đời sống hằng ngày. Có khi nào ta ngồi suy nghĩ: Tại sao trần nhà lại sơn màu trắng? còn bốn vách tường lại khơng sơn màu trắng? hay mỗi lần đi trên đường phải dừng lại khi gặp: “Đèn đỏ”, và tại sao lại phải “Đèn đỏ”? v.v . Những hiện tượng rất thực tế, rất gần gũi với chúng ta, nhiều lúc chúng ta xem đó là hiển nhiên, ta vơ tình khơng cần biết. Nhưng khi hiểu được “chúng” thì đúng là thú vị thật. VÌ SAO TRẦN NHÀ TRONG BUỒNG SƠN MÀU TRẮNG, CỊN BỐN BỨC VÁCH TỐT NHẤT KHƠNG SƠN MÀU TRẮNG? Page 3 of 27 Created by Nguyen Van Hoanh Trường THPT Pleiku - Tổ Vật lý Đề tài “Giải thích đònh tính các hiện tượng Quang học” Vách tường trong buồng qt vơi thành màu gì hoặc hoa văn ra sao chẳng những vì mỹ quang, mà còn phải cân nhắc đến vấn đề ánh sáng nữa. Vật thể màu trắng phản quang rất mạnh. Sơn trần nhà thành màu trắng, ban ngày nó sẽ phản quang ánh Mặt Trời xuống dưới, còn ban đêm có thể phản xạ ánh đèn xuống, làm cho gian buồng thêm sáng sủa, mà khơng ảnh hưởng gì tới mắt người cả, vì người chẳng mấy khi ngửa cổ nhìn lâu trên trần nhà. Thế thì tại sao bốn mặt vách tường tốt nhất khơng sơn thành màu trắng nhỉ? Đó là vì bốn bức tường nằm trong trường nhìn của chúng ta. Bất cứ bạn ngồi hay đứng, nhìn trái, nhìn phải hoặc nhìn trước nhìn ra sau, mắt đều gặp phải bức tường. Nếu bốn bức tường cũng lại sơn thành màu trắng, thế thì ánh Mặt Trời hoặc ánh đèn chiếu lên vách tường trắng sẽ sinh ra phản quang rất mạnh, và trực tiếp rọi vào mắt người, làm cho mắt cảm thấy rất khó chịu. Điều đó khơng có lợi đối với con mắt. Mọi người đều có thể nghiệm này: Đọc sách báo dưới ánh Mặt Trời tương đối chói chang thì mắt sẽ cảm thấy rất mệt mỏi chính là vì lẽ đó. Vì vậy, vách tường xung quanh phòng tốt nhất là sơn thành màu xanh nhạt, màu vàng lúa hoặc màu lam nhạt. Ánh sáng phản xạ của chúng tương đối dịu, sẽ khơng làm cho mắt bị kích thích. TẠI SAO TRONG GIAO THƠNG, NGƯỜI TA DÙNG ĐÈN ĐỎ ĐỂ BÁO HIỆU NGUY HIỂM, MÀ KHƠNG DÙNG ĐÈN MÀU KHÁC? Có hai lý do. Lý do thứ nhất, lý do khách quan, là trong bảy màu quang phổ, màu đỏ ứng với bước sóng lớn nhất, nên ánh sáng đỏ truyền trong khơng khí được xa hơn. Khi một chùm ánh sáng truyền trong khơng khí, nhất là khơng khí có nhiều bụi hoặc hạt nước nhỏ (tức là sương mù), thì một phần năng lượng ánh sáng bị các phân tử khơng khí và các hạt đó tán xạ ra mọi phía, nên năng lượng chùm sáng càng giảm, khi truyền đi càng xa. Phần ánh sáng mất do tán xạ tăng rất nhanh khi bước sóng giảm, nên ánh sáng có bước sóng dài bị mất mát ít hơn và truyền được xa hơn ánh sáng các màu khác. Lý do thứ hai, lý do chủ quan là như sau: Khi đứng rất xa một đèn màu, ta trơng thấy đèn nhưng khơng nhận ra màu của nó. Phải lại gần thêm, mới phân biệt màu của ánh sáng đèn. Nghĩa là đối với các màu lục, lam, vàng, tím ngưỡng sáng (là lượng ánh sáng nhỏ nhất mà mắt phát hiện được) khơng trùng với ngưỡng màu (lượng ánh sáng nhỏ nhất để nhận ra màu ánh sáng). Chỉ riêng với màu đỏ, là hai ngưỡng đó trùng nhau: ban đêm nếu đặt một chiếc đèn đỏ trên đường, thì từ xa đi lại, lúc bắt đầu trơng thấy đèn ta cũng đồng thời nhận ra màu đỏ của nó. Như vậy dùng đèn đỏ để báo hiệu nguy hiểm thì khơng sợ nhầm lẫn và lại có thể nhận thấy được từ xa. Page 4 of 27 Created by Nguyen Van Hoanh Trường THPT Pleiku - Tổ Vật lý Đề tài “Giải thích đònh tính các hiện tượng Quang học” VÌ SAO GIẦY DA BƠI XI VÀO CÀNG LAU CÀNG BĨNG? Một đơi giầy da vừa cũ vừa bẩn, chỉ cần lau sạch bụi bặm, bơi xi đánh giầy vào cẩn thận xát nhẹ một lượt thì đã biến thành vừa bóng vừa đẹp mắt rồi. Đó là lý do gì vậy? Thì ra, ánh sáng chiếu tới bất cứ trên bề mặt nào cũng đều có thể xảy ra phản xạ. Giả dụ mặt bằng đó trơn bóng, thế thì có thể sinh ra phản quang rất mạnh, nhìn vào rất sáng. Có lẽ bạn sẽ hỏi: Vì sao trên bề mặt của các vật thể như tường nhà, bàn v.v . khơng nhìn thấy phản quang rất mạnh nhỉ? Bề mặt các vật thể như tường, bàn v.v . khơng thực sự trơn bóng đâu. Bạn cầm một kính lúp quan sát tỉ mỉ một lúc, thì sẽ phát hiện bề mặt của các vật thể đó đều xù xì, thơ ráp, cao thấp khơng đều. Bề mặt thơ ráp cũng có thể phản xạ ánh sáng. Có điều phản xạ về bốn phương, tám hướng, chứ khơng phải tập trung vào một hướng nhất định. Cái đó trong vật lý gọi là sự phản xạ khuếch tán v.v . Vì vậy chúng ta khơng trơng thấy ánh sáng phản xạ mạnh. Bề mặt của giầy da cũng khơng phải rất trơn bóng. Nếu chiíec giầy bẩn thì cố nhiên trở thành thơ ráp hơn. Như vậy nó khơng thể làm cho tia sáng tập trung về một hướng nhất định. Cho nên nhìn vào khơng thấy bóng lộn. Mục đích của việc bơi xi đánh giầy là để những hạt li ti trong xi lấp vào những chỗ trũng thấp trên bề mặt giầy da, làm cho nó trở nên bằng phẳng, và xi đánh giầy có một loại năng lực thẩm thấu. Nó có thể lấp kín mọi lỗ nhỏ, sau đó dùng vải xát lên để xi được phủ đầy khắp, tình trạng thơ ráp của bề mặt giầy da được cải thiện lên nhiều, ánh sáng phản xạ về một hướng nào đó, chiếc giầy liền bóng lộn lên nhiều. Cho nên sau khi bơi xi lên giầy, càng xát nó càng bóng lên. CHẬU THAU ĐỰNG ĐẦY NƯỚC, VÌ SAO KHI NHÌN NGHIÊNG THẤY NƯỚC TRỞ THÀNH NƠNG HƠN? Khi chậu thau đựng đầy nước, nhìn nghiêng từ bên cạnh, độ sâu từ mặt nước tới đáy chậu có vẻ như trở thành nơng hơn. Hiện tượng kì lạ này, rốt cuộc đã xảy ra như thế nào? Muốn làm sáng tỏ chân tướng của một cách triệt để thì cần phải hiểu rõ một số tính Page 5 of 27 Created by Nguyen Van Hoanh Trường THPT Pleiku - Tổ Vật lý Đề tài “Giải thích đònh tính các hiện tượng Quang học” khí của ánh sáng trước đã. Thì ra trong cùng một loại mơi trường, ánh sáng bao giờ cũng truyền theo đường thẳng-đường ngắn nhất. Song nó từ một loại mơi trường đi vào một mơi trường khác, ví dụ như từ khơng khí vào nước, hoặc từ nước vào khơng khí, do tốc độ truyền của ánh sáng trong hai loại mơi trường đó khác nhau, trên mặt phân cách của hai mơi trường, ánh sáng sẽ bị cong lại, đi theo một đường gấp khúc. Loại hiện tượng này của ánh sáng gọi là khúc xạ ánh sáng. Chậu nước của bạn trơng thấy biến thành nơng đi chính là do khúc xạ của ánh sáng gây nên. Bạn xem kìa, dưới khe suối có con cá nhỏ, tia sáng từ thân cá phản xạ ra, đến mặt phân cách giữa nước và khơng khí liền đổi hướng truyền theo đường thẳng, nó gấp nghiêng với mặt nước một góc. Cái đập vào mắt chúng ta chính là tia sáng đã gấp khúc đổi hướng. Song con mắt khơng cảm nhận được, vẫn cứ tưởng rằng tia sáng đó theo đường thẳng chiếu tới, và ngộ nhận ảnh ảo do tia sáng đã bị đổi hướng đó tạo ra con cá thật. Như vậy vị trí của cá trong nước nhìn có vẻ nơng hơn. Lí lẽ khiến cho chậu nước trở thành nơng hơn cũng như thế đấy. Trò đùa nghịch của tia sáng cũng giống như cách biến hố của nhà ảo thuật thế thơi. Khi chúng ta nhận biết rõ đủ loại tính khí của tia sáng, thì sẽ khơng bị nó “lừa gạt” nữa. Người đánh cá có kinh nghiệm khi dùng cái xiên để xỉa cá, người ấy quyết khơng xỉa thẳng vào con cá, vì rằng đó chẳng qua chỉ là ảo ảnh của cá. Chắc chắn anh ta nhằm vào chỗ hơi xa và sâu hơn một chút dùng sức đâm tới. Như vậy, một con cá giãy giụa tứ tung đã bị xiên chặt. Đó đúng là kinh nghiệm phong phú mà người đánh bắt cá tích luỹ được qua thực tiễn lâu dài của mình. EM BÉO LÊN PHẢI KHƠNG? Hai anh em Tồn, Thư mỗi lần đi học đều đứng trước gương để xem đầu tóc, khăn qng có chỉnh trang chưa. Một hơm, trên đường cùng đi học, hai anh em nhìn thấy chiếc ơ tơ đỗ bên đường, có cái gương gắn bên buồng lái xinh xinh. Thư chạy lại soi thử một lúc, rồi tần ngần kêu lên: Ơi, em béo thêm lên thì phải? Tồn chạy lại nhìn thì qi lạ sao: Thư trong gương trơng béo hẳn lên. Em tới gần để soi thử thì chính em cũng béo lên! Thế là thế nào nhỉ? Cả hai anh em chẳng hiểu vì sao, bèn bảo nhau tới hỏi thầy dạy vật lý các lớp trên, ở gần nhà hai em. Vừa hay thầy lại đang chuẩn bị bài giảng ‘‘Quang học” cho các anh chị lớp trên, nên thầy vừa giảng giải, lại vừa có ‘‘giáo cụ trực quang’’ chỉ cặn kẽ cho hai em : Page 6 of 27 Created by Nguyen Van Hoanh Trường THPT Pleiku - Tổ Vật lý Đề tài “Giải thích đònh tính các hiện tượng Quang học” Những gương ta thường thấy này, được gọi chung là mặt gương. Mặt gương có ba loại. Loại thường dùng trong các gia đình để soi mặt, chải đầu được gọi là gương phẳng. Bề mặt của nó phẳng. Một chùm tia sáng song song chiếu tới gương thì ánh sáng phản xạ cũng là những tia sáng song song, cho nên gnười đứng song song với mặt gương có hình dạng thế nào, sẽ thấy ảnh của mình như thế trong gương. Loại mặt gương thứ hai là có mặt gương cong lồi lên, gọi là gương cầu lồi. Loại gương này có hai đặc điểm. Một là tia sáng từ bên ngồi chiếu tới thì qua sự phản xạ của gương cầu lồi sẽ tản rộng ra. Nếu các em tới soi sẽ thấy béo lên. Một đặc điểm khác là dùng gương cầu lồi, mắt người có thể nhìn tới phạm vi lớn hơn so với khi nhìn vào gương phẳng. Bởi vậy, gương soi để nhìn về phía sau của ơtơ đều dùng mặt gương lồi là để người lái xe có thể nhìn thấy phạm vi sau xe rộng hơn một chút, giúp cho điều khiển xe an tồn. Loại gương thứ ba là gương có mặt cong lõm xuống dưới. gọi là gương cầu lõm. Loại gương này có hai đặc điểm, mà hai đặc điểm này lại ngược với gương lồi. Nó có thể làm cho các tia sáng hội tụ lại, nên khi soi sẽ thấy hình như gầy đi, nhỏ lại. Thứ gương mà các thày thuốc dùng soi họng cho người bệnh là loại gương lõm này. Khi soi tia sáng sẽ hội tụ lại nơi cần soi như trong họng, lỗ tai, giúp thầy thuốc nhìn thấy các biểu hiện các bệnh tật mà chuẩn đốn bệnh. II. PHƯƠNG PHÁP CHUNG ĐỂ GIẢI ĐÁP NHANH NHỮNG CÂU HỎI ĐỊNH TÍNH QUANG HỌC. Những hiện tượng trong tự nhiên xảy ra xung quanh ta rất đa dạng, phong phú, mn hình mn vẽ. Tuy nhiên, tất cả mọi hiện tượng đếu có ngun nhân của nó. Dùng tư tưởng khoa học, phương pháp khoa học và tri thức khoa học chính xác sẽ giúp ta trả lời chính xác bản chất của các hiện tượng này. Những hiện tượng Quang học cũng vậy, chúng đều có ngun nhân cả. Để trả lời đúng, chính xác và nhanh chóng hiện tượng xảy ra, ngồi việc phải nắm vững kiến thức phần Quang học, ta còn phải xác định ‘‘mấu chốt’’ của vấn đề, xem những hiện tượng xảy ra đó thuộc mảng kiến thức nào của phần Quang học: Quang hình học, giao thoa, nhiễu xạ hay hiện tượng phát quang v.v . để giới hạn kiến thức và giải thích chính xác bản chất hiện tượng. III. 30 HIỆN TƯỢNG QUANG HỌC PHỔ BIẾN TRONG TỰ NHIÊN. 1. CĨ THỂ DẪN ÁNH SÁNG ĐI THEO NHỮNG ỐNG CONG, NHƯ DẪN NƯỚC, ĐƯỢC KHƠNG? Page 7 of 27 Created by Nguyen Van Hoanh Trường THPT Pleiku - Tổ Vật lý Đề tài “Giải thích đònh tính các hiện tượng Quang học” Ánh sáng truyền theo đường thẳng, nhưng khi gặp một tấm gương, thì tia sáng bị hắt theo hướng khác. Nếu ta đặt một dãy nhiều gương phẳng, sao cho cái nọ nối tiếp cái kia (hình a) thì khi rọi một tia sáng vào gương thứ nhất tia sáng sẽ lần lượt phản xạ trên các gương của dãy và đi theo một đường gấp khúc. Muốn cho đường gấp khúc trở thành một đường cong, thì các gương phải nhỏ, nhiều vơ hạn, và đặt nối tiếp nhau thành đường cong mà ta muốn tia sáng đi theo. Có thể thực hiện được điều đó bằng cách dùng một mặt kim loại, nhẵn bóng, uốn thành một mặt trụ. Nhưng biện pháp tốt nhất là dựa vào sự phản xạ tồn phần. Ta xét thanh trong suốt bằng thuỷ tinh, hoặc chất dẻo, uống cong (hình b) và rọi một chùm tia sáng hẹp vào một đầu ống. Chiếc suất và độ cong của thanh đã được lựa chọn để cho các tia sáng tới thành bên của thanh dưới những góc lớn hơn góc giới hạn phản xạ tồn phần. Do đó, tới chỗ cong, tia sáng liên tiếp bị phản xạ tồn phần và cuối cùng, đi theo thanh mà ló ra ở đầu kia. Thanh như thế đã hướng chùm sáng đi theo nó, và được gọi là ống dẫn sáng. Trong thực tế, ống dẫn sáng được làm bằng một bó sợi chất dẻo, để cho mềm và dễ uốn theo ý muốn. Nó được dùng trong y học để rọi sáng vào miệng khi chuẩn đón các bệnh về răng, miệng, họng, để soi sáng các phần trong cơ thể, chẳng hạn các bộ phận của cơ quan tiêu hố. 2. BẢNG ĐO THỊ LỰC ĐƯỢC CẤU TẠO NHƯ THẾ NÀO? ĐO THỊ LỰC THẾ NÀO CHO ĐÚNG? Thị lực là con số đánh giá khả năng phân ly của mắt. Võng mạc của mắt được cấu tạo bởi hai loại tế bào: tế bào nón và tế bào que. Giữa võng mạc có một vòng tròn đường kính chừng 1mm gọi là điểm vàng, tâm hơi trũng xuống. Trong điểm vàng chỉ có tồn tế bào hình nón, nên điểm vàng là điểm nhạy sáng nhất của võng mạc. Mỗi tế bào nón được nối với đầu một dây thần kinh thị giác. Khi nhìn một vật bao giờ ta cũng hướng trục nhìn của mắt vào vật, để ảnh của vật vào đúng điểm vàng. Nếu ảnh của hai điểm khác nhau A và B rơi vào hai tế bào nón khác nhau trên điểm vàng, thì hai dây thần kinh ghi được hai cảm giác khác nhau, và mắt nhận biết được rằng đấy là hai điểm khác nhau. Nhưng nếu vì vật ở xa, hoặc vì A và B q gần nhau đến mức ảnh của hai điểm rơi vào cùng một tế bào nhạy sáng của võng mạc thì mắt chỉ ghi được một cảm giác độc nhất, tức là mắt sẽ thấy hai điểm đó trùng nhau. Vậy, muốn phân biệt hai điểm A và B thì góc trơng đoạn AB phải lớn hơn hay ít nhất là bằng một trị số giới hạn α, gọi là năng suất phân ly của mắt. Đối với Page 8 of 27 Created by Nguyen Van Hoanh Trường THPT Pleiku - Tổ Vật lý Đề tài “Giải thích đònh tính các hiện tượng Quang học” người bình thường trong phòng sáng vừa phải, α có trị số chừng 1 phút, tức là chừng 3/10000rad. Mắt có α đúng bằng 1 phút, thì có thị lực 10, thị lực 9 ứng với α = 2’, thị lực 8 ứng với α = 3’v.v Bảng đo thị lực gồm hơn một chục hàng chữ. Chữ ở hàng số 10 thì nét rộng 2mm, để khi đứng bảng 5m ta nhìn các chữ số của hàng ấy dưới góc 1’. Chữ hàng số 9 thì lớn gấp đơi, ở hàng số 8 thì lớn gấp 3 . hàng số 10. Hàng chữ trên cùng, số 1, có nét rộng 22m, hàng số 11, 12 nhỏ hơn hàng số 10. Muốn đo thị lực phải đứng cách bảng 5m và bảng phải có độ rọi tiêu chuẩn 50lux, và thử đọc chữ ở các hàng, bắt đầu từ hàng số 1, bằng từng mắt một. Nếu đọc được đến hàng số 9, nhưng khơng đọc được hàng số 10, thì ghi thị lực của mắt là 9. Để phép đo được đúng, ngồi việc đảm bảo cho bảng có độ rọi chuẩn, nên đứng một lát cho quen mắt rồi thử và thử đi thử lại một vài lần. 3. TẠI SAO CÁC VÌ SAO LÁP LÁNH? Những đêm hè quang mây khơng Trăng ngồi hóng mát ngồi sân, chúng ta thường say mê ngắm bầu trời, với mn vàng ngơi sao lấp lánh. Nếu qua sát kỹ, chúng ta sẽ thấy rằng, những ngơi sao ở thấp gần chân trời lấp lánh mạnh hơn, còn những ngơi sao ở cao, giữa vòm trời, thì khơng lấp lánh. Hẳn bạn đã nhiều lần nhìn thấy rằng, khi nhìn qua phía trên đầu máy xe lửa, vào một vật ở xa, thí dụ như vào cửa sổ của một ngơi nhà, thì thấy đường nét của ngơi nhà thành ngoằn ngo, lung linh. Đó là vì lớp khơng khí gần đầu máy nóng lên và chuyển động lên phía trên (tạo thành dòng đối lưu trong khơng khí). Dòng khí nóng có tỉ trọng nhỏ hơn, do đó có chiếc suất nhỏ hơn khơng khí xung quanh. Tia sáng từ vật tới mắt bạn khi đi qua dòng khí đó bị khúc xạ trở thành hơi cong nên nhìn thấy vật ở một vị trí hơi khác so với khi tia sáng khơng bị cong. Vì dòng khí khơng đều và khơng ổ định nên những điểm khác nhau của vật bị dich chuyển khơng đều nhau và vật bị “biến dạng”, mép cửa trở thành ngoằn ngo. Và những chổ ngoằn ngo lại thay đổi liên tục, nên ta thấy vật như lay động nhẹ. Sao trên trời lấp lánh cũng do cùng một ngun nhân. Các tia sáng từ sao đến mắt ta cũng qua một lớp khí quyển dày. Ban ngày mặt đất bị Mặt Trời nung nóng nên trong khí quyển ln ln có dòng khí đối lưu nhỏ, chiếc suất khác nhau. Tia sáng từ vì sao tới mắt ta, khi đi qua những dòng khí ấy, bị khúc xạ thành hơi cong, lúc cong về phía này, lúc cong về phía khác. Do đó một mặt vị trí của ngơi sao hình như bị thay đổi liên tục, mặt khác số tia sáng rọi vào mắt cũng khơng đều, lúc nhiều, lúc ít khiến ta thấy sao có lúc sáng hơn, có lúc tối hơn, tức là thấy nó lấp lánh. Sao càng ở gần chân trời, lớp khơng khí mà tia sáng phải đi qua càng dày, sao càng lấp lánh mạnh. Khi sao ở giữa đỉnh đầu, lớp khơng khí mà ánh sáng đi qua mỏng hơn, tia sáng lại đi cùng phương với dòng khí, nên tia sáng khơng bị cong và hầu như khơng lấp lánh. Nếu bạn qua sát kỹ, thì thấy rằng sao Hơm (hay Sao Mai), và nói chung hành tinh thì khơng lấp lánh. Đó là vì góc trơng của hành tinh tương đối lớn (góc trơng Page 9 of 27 Created by Nguyen Van Hoanh Trường THPT Pleiku - Tổ Vật lý Đề tài “Giải thích đònh tính các hiện tượng Quang học” của các sao đều bằng khơng), chùm sáng từ hành tinh rọi vào mắt tương đối rộng nên thăng giáng trong chùm khơng rõ rệt. 4. NHÌN BẰNG HAI MẮT CĨ LỢI GÌ HƠN NHÌN MỘT MẮT? Người ta có hai con mắt khơng phải do tạo hố muốn người ta trơng nhìn nhiều hơn ăn, nói. Tác dụng của sự nhìn bằng hai mắt, là cho ta cảm giác về độ sâu, về hình nổi. Hai mắt cách nhau một khoảng 5-6cm. Khi nhìn một vật bằng cả hai mắt, hai ảnh phối cảnh của vật trên võng mạc của hai mắt hơi khác nhau một chút. Khi thần kinh thị giác của hai mắt “chập” hai cảm giác thu được với mỗi mắt, thành cảm giác chung về hình ảnh của vật, thì hai cảm giác khơng “chập” hồn tồn, và do đó cho ta cảm giác về độ sâu về hình nổi. 5. TẠI SAO XẢY RA HIỆN TƯỢNG ẢO ẢNH? Chắc là mọi người đều biết ngun nhân vật lý của hiện tượng ảo ảnh thơng thường. Lớp khơng khí nơng ở kề sát mặt cát bị hun nóng trên sa mạc có những tính chất của gương phẳng, đó là do lớp khơng khí này có mật độ nhỏ hơn lớp khơng khí nằm trên. Tia sáng từ một vật ở xa rọi nghiêng, khi tới lớp khơng khí này sẽ uống cong đường đi, rồi lại rời khỏi mặt đất và đạp vào mắt người quan sát, tựa hồ như được phản xạ từ gương dưới một góc tới rất lớn. Và đối với người quan sát, dường như trước mặt mình có một mặt nước phẳng lặng trải ra trong sa mạc (hình vẽ). Chú thích: Trên hình vẽ đường đi của tia sáng nghiêng so với mặt đất được phóng đại, vì đường của tia sáng chếch xuống mặt đất khơng dốc đến thế. Tuy vậy, đúng hơn phải nói rằng, lớp khơng khí bị hun nóng ở gần mặt đất nóng phản xạ các tia sáng khơng giống như các gương phẳng, mà giống như một mặt nước, được khảo sát từ độ sâu của nước. Ở đây đã xảy xa hiện tượng phản xạ tồn phần. Các hiện tượng tương tự đặt biệt xảy ra vào mùa hè tên các đường nhựa. Các đường này có màu thẫm, nên bị hun nóng dưới ánh nắng Mặt Trời. Mặt đường mờ đục từ xa trơng tựa như một mặt nước đánh bóng và phản chiếu các vật ở xa. Đường đi của tia sáng đó được trình bày trên hình vẽ bên. Page 10 of 27 Created by Nguyen Van Hoanh [...]... rơi vào con đường mê tín, mù qng Một số hiện tượng Quang học trong đề tài đã được khoa học giải thích chính xác, giúp ta có thể hiểu đúng bản chất các hiện tượng xảy ra trong tự nhiên và ứng dụng để giải thích các hiện tượng Quang học tương tự Page 24 of 27 Created by Nguyen Van Hoanh Trường THPT Pleiku - Tổ Vật lý Đề tài Giải thích đònh tính các hiện tượng Quang học Với những kiến thức vốn có và... tính các hiện tượng Quang học I Cơ sở lý thuyết cơ bản của Quang học và một vài hiện tượng Quang học trong đời sống 2 a/ Cơ sở lý thuyết cơ bản 2 b/ Một vài hiện tượng Quang học thường gặp trong đời sống .3 II Phương pháp chung để giải đáp nhanh những câu hỏi điịnh tính Quang học 7 III 30 hiện tượng Quang học phổ biến trong tự nhiên 8 Phần III Kết luận .25 Tài... Giải thích đònh tính các hiện tượng Quang học 4 Bộ sách tri thức tuổi hoa niên NXB VĂN HỐ THƠNG TIN MỤC LỤC Trang Phần I: Mở đầu 1/ Lý do chọn đề tài 1 2/ Phương pháp nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu 1 Phần II: Nội dung Page 26 of 27 Created by Nguyen Van Hoanh Trường THPT Pleiku - Tổ Vật lý Đề tài Giải thích đònh tính các hiện tượng Quang học I Cơ sở lý thuyết cơ bản của Quang học. .. đánh cá cho biết chúng khơng phát quang khi còn sống Nhưng khi chúng đã chết, có một Page 19 of 27 Created by Nguyen Van Hoanh Trường THPT Pleiku - Tổ Vật lý Đề tài Giải thích đònh tính các hiện tượng Quang học loại quang vi khuẩn bắt đầu sinh sống và phát triển trong cơ thể gần thối rữa của chúng làm cho ta tưởng cá phát quang Chính do những quang vi khuẩn mà một số thịt, rau, xác người chết thối... chất huỳnh quang ở thành ống làm chất huỳnh quang phát ra ánh sáng nhìn thấy Tuỳ theo chất huỳnh quang ta có thể thu được ánh sáng màu sắc khác nhau Page 20 of 27 Created by Nguyen Van Hoanh Trường THPT Pleiku - Tổ Vật lý Đề tài Giải thích đònh tính các hiện tượng Quang học Kẽm silicat phát quang màu lục Cađimi-borat phát quang màu hồng Cađimi-silicat phát quang màu đỏ Magiê-tungxtat phát quang lam... VÌ SAO CĨ MỘT SỐ CÁ CHẾT BỊ SĨNG BIỂN HẮT LÊN BỜ LẠI PHÁT QUANG TRONG ĐÊM TỐI? Con đơm đốm quen thuộc trong những đêm hè ở nơng thơn nước ta là loại sinh vật có khả năng phát quang trong đêm tối Nếu đom đốm chết, khả năng phát quang của nó cũng mất Hiện tượng phát quang này liên quang đến q trình sống của sinh vật Đó là hiện tượng phát quang sinh vật Nhưng những con cá chết trên bờ biển phát quang và... - Tổ Vật lý Đề tài Giải thích đònh tính các hiện tượng Quang học Rơnghen một nàm chắn có phủ chất hùynh quang như kẽm sunfua, ta sẽ phát hiện được những chỗ tổn thương của bộ phận này Cơng việc như vậy gọi là “chiếu điện” Nếu thay màn chắn huỳnh quang bằng một phim ảnh, ta sẽ chụp được vết thương trên cơ thể đó (chụp điện) Chiếu điện, chụp điện nhằm mục đích chuẩn đốn bệnh, xác định vị trí những vật... liền nhau tạo thành quang phổ Hiện tượng này gọi là sự tán sắc ánh sáng, bao giờ cũng xuất hiện khi ánh sáng đi từ một mơi trường sang mơi trường khác, chẳng hạn từ khơng khí sang thuỷ tinh, hoặc từ khơng khí vào nước Lăng kính nhờ có hai mặt khúc xạ nên làm cho Page 16 of 27 Created by Nguyen Van Hoanh Trường THPT Pleiku - Tổ Vật lý Đề tài Giải thích đònh tính các hiện tượng Quang học các tia đơn sắc... bóng mình rõ hơn Page 13 of 27 Created by Nguyen Van Hoanh Trường THPT Pleiku - Tổ Vật lý Đề tài Giải thích đònh tính các hiện tượng Quang học 11 VÌ SAO THỦY TINH MÀU KHI VỠ VỤN THÀNH HẠT NHỎ THÌ NHỮNG HẠT NHỎ NÀY CĨ MÀU TRẮNG? Thuỷ tinh màu là thuỷ tinh pha thêm hố chất hấp thụ một số màu và chỉ cho một số ánh sáng đơn sắc đi qua Chẳng hạn thuỷ tinh màu đỏ hấp thụ các tia lục, lam, tím và hầu như chỉ... THẾ NÀO ĐỂ KIM VÀ CHỮ SỐ Ở MẶT ĐỒNG HỒ CĨ THỂ PHÁT SÁNG TRONG ĐÊM TỐI? Một số tinh thể như tinh thể kẽm sunfua, kẽm silicat hoặc kẽm catmi có tính chất phát quang rất mạnh khi bị kích thích bằng ánh sáng có bước sóng ngắn như tia tử ngoại, tia X (tia rơnghen) v.v Áp dụng hiện tượng trên, người ta phủ lên mặt kim và chữ số của đồng hồ một lớp kẽm sunfua hoặc kẽm catmi trộn lẫn một lượng rất nhỏ chất . BẢN CỦA QUANG HỌC VÀ MỘT VÀI HIỆN TƯỢNG QUANG HỌC THƯỜNG GẶP TRONG ĐỜI SỐNG. II. PHƯƠNG PHÁP CHUNG ĐỂ GIẢI ĐÁP NHANH NHỮNG CÂU HỎI ĐỊNH TÍNH QUANG HỌC. III lý Đề tài Giải thích đònh tính các hiện tượng Quang học PHẦN II: NỘI DUNG Quang học là một mơn học, trong đó người ta nghiên cứu các hiện tượng liên