TTCT VL 12. HKII (Dành cho học sinh ban KHTN). Biên soạn: Võ Việt Cường.Email: Cuongvlnct@gmail.com - 1 CHƯƠNG : SÓNG ÁNH SÁNG 1. Tán sắc ánh sáng. * Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng không bị tán sắc, có tần số xác định, và một màu xác định Bước sóng của ánh sáng đơn sắc: λ= v/f . Trong chân không : λ 0 = c/f. Suy ra : λ= λ 0 /n . Tổng quát: λ 1 /λ 2 = n 2 /n 1 và v 1 /v 2 =n 2 /n 1. * Ánh sáng trắng là tập hợp của vô số ánh sáng đơn sắc có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím, có bước sóng của ánh sáng trắng : 0,38µm ≤ λ ≤ 0,76µm (Thường dùng: 0,4 ≤ λ ≤ 0,75µm) Qua lăng kính ánh sáng trắng bị tán sắc, tia đỏ lệch ít nhất, tia tím lệch nhiều nhất, góc lệch : D đ < D t . Nếu góc chiết quang A nhỏ thì : D = (n - 1)A Chú ý : Ngoài các côngthức nêu trên , có thể cần phải sử dụng công thức: Độ tụ và tiêu cự của thấu kính: ) 11 )(1( 1 21 RR n f +−= Định luật khúc xạ: n 1. sin i 1 = n 2 .sin i 2 . Trong đó: + Nếu ánh sáng đi từ không khí vào môi trường (n) thì : sini = nsinr + Nếu ánh sáng đi từ môi trường (n) ra không khí thì ngược lại : n.sini= sinr 2. Giao thoa ánh sáng (chỉ xét với thí nghiệm Y-âng). * Đ/n: Là sự tổng hợp của hai hay nhiều sóng ánh sáng kết hợp trong không gian trong đó xuất hiện những vạch sáng và những vạch tối xen kẽ cách đều nhau. * Hiệu đường đi (hiệu quang trình): d 2 – d 1 = ax/D * Vân sáng: + Điều kiện có vân sáng: d 2 – d 1 = kλ + Vị trí (toạ độ) vân sáng: ik a D kx s . == λ Với k = 0: Vân sáng trung tâm k = ±1: Vân sáng bậc (thứ) 1 (trên, dưới) k = ±2: Vân sáng bậc (thứ) 2(trên, dưới) . * Vân tối: + Điều kiện có vân tối: d 2 – d 1 = (k+ ½)λ +Vị trí (toạ độ) vân tối: ik a D kx t )5,0() 2 1 ( +=+= λ Với: k = 0, k = -1: Vân tối thứ nhất(trên, dưới) k = 1, k = -2: Vân tối thứ hai (trên, dưới) k = 2, k = -3: Vân tối thứ ba (trên, dưới) . * Khoảng vân i: Là khoảng cách giữa hai vân sáng (hoặc tối liên tiếp): a D i . λ = * Cách khác để xác định khoảng vân i trong khoảng có bề rộng L. Biết trong khoảng L có N vân sáng. + Nếu 2 đầu là hai vân sáng thì: 1 − = N L i + Nếu 2 đầu là hai vân tối thì: N L i = * Khoảng cách giữa vân sáng và vân tôí liên tiếp là : i/2 * Khi nguồn sáng S di chuyển theo phương song song với S 1 S 2 thì hệ vân di chuyển ngược chiều và khoảng vân i vẫn không đổi. Với độ dời của hệ vân là: 0 1 D x d D = Trong đó: D là khoảng cách từ 2 khe tới màn , D 1 là khoảng cách từ nguồn S sáng tới 2 khe, d là độ dịch chuyển của nguồn sáng * Khi trên đường truyền của ánh sáng từ khe S 1 (hoặc S 2 ) được đặt một bản mặt song song mỏng có dày e, chiết suất n thì hệ vân sẽ dịch chuyển về phía có bản mặt song song một đoạn là: 0 ( 1)n eD x a - = * Cách xác định số vân sáng, vân tối trong vùng giao thoa có bề rộng L (đối xứng qua vân trung tâm) + Số vân sáng (là số lẻ): N s = 2 1 2 + i L + Số vân tối (là số chẵn): N t = 2 + 2 1 2i L * Sự trùng nhau của các bức xạ λ 1 , λ 2 . (có khoảng vân tương ứng là i 1 , i 2 .) + Vân sáng trùng nhau: x s = k 1 i 1 = k 2 i 2 ⇒ k 1 λ 1 = k 2 λ 2 + Vân tối trùng nhau: x t = (k 1 +0,5)i 1 = (k 2 +0,5)i 2 ⇒ (k 1 +0,5)λ 1 = (k 2 +0,5)λ. => Khoảng cách giữa các vân sáng trùng nhau liên tiếp (cũng chính là khoảng cách từ vân sáng trùng nhau thứ nhất đến vân trung tâm) : x = k 1min .i 1 hoặc x = k 2min .i 2 *Bề rộng quang phổ liên tục bậc n : )( tdtnđn a D nxxx λλ −=−=∆ * Khoảng cách từ vân đỏ bậc n đến vân tím bậc m: )( tdtmđn mn a D xxx λλ −=−=∆ S 1 D S 2 d 1 d 2 I O x M a TTCT VL 12. HKII (Dành cho học sinh ban KHTN). Biên soạn: Võ Việt Cường.Email: Cuongvlnct@gmail.com - 2 CHƯƠNG : LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG 1. Hiện tượng quang điện * Năng lượng một lượng tử ánh sáng (phôtôn): ε= hf = hc/λ Trong đó h = 6,625.10 -34 Js là hằng số Plăng. c = 3.10 8 m/s là vận tốc ánh sáng trong chân không. f, λ là tần số, bước sóng của ánh sáng kích thích (chiếu sáng). *Công thức Anhxtanh: ε = A + W đ0 Trong đó : ε= hf = hc/λ là lượng tử ánh sáng A = hf 0 = hc/λ 0 là công thoát electron của kim loại dùng làm catốt W đ0 = ½.mv 2 0 là động năng ban đầu cực đại của e λ 0 là giới hạn quang điện của kim loại , f 0 là tần số giới hạn, v 0 là vận tốc ban đầu của quang electron , m là khối lượng của e : m = 9,1.10 - 31 kg * Để dòng quang điện triệt tiêu thì U AK ≤ - U h , U h gọi là hiệu điện thế hãm. Liên hệ giữa U h và động năng ban đầu cực đại của e là: e.U h = ½.mv 2 0 * Công suất của nguồn bức xạ: P = N p .ε= N p hf = N p hc/λ * Cường độ dòng quang điện bão hoà: I bh = N e .e ( e = 1,6.10 -19 C) * Hiệu suất lượng tử (hiệu suất quang điện): H = N e /N p (100%) Với N e và N p là số electron bứt khỏi catốt và số phôtôn đập vào catốt trong 1s Chú ý: + Điều kiện để có hiện tượng quang điện : λ< λ 0 + Các kí hiệu N e và N p có thể được thay thế bằng kí hiệu n và N + Xét vật cô lập về điện, có điện thế cực đại V Max thì: e.V max = ½.mv 2 0max * Chuyển động của electron trong từ trường : + Nếu 0 v // B thì electrôn sẽ chuyển động thẳng đều theo phương ban đầu. + Nếu 0 v ⊥ B thì electron sẽ chuyển động trên quĩ đạo tròn đều dưới tác dụng của lực Lorenx : F = B.e.v 0 Lực này đóng vai trò là lực hướng tâm nên : F = m.a ht = m.v 0 2 /R Từ đó suy ra bán kính của quĩ đạo là : R = m.v 0 /B.e 2. Tia Rơnghen (tia X) * Nếu bỏ qua động năng ban đầu của electron(v 0 = 0) thì động năng W đ của e khi đập vào đối catot là : W đ = ½.mv 2 = e.U AK * Năng lượng của tia X: ε X = hf X = hc/λ X *Bước sóng nhỏ nhất của tia X, xảy ra khi : hc/λ min = eU AK λ min = hc/eU AK (U AK là hiệu điện thế giữa anốt và catốt , v là vận tốc electron khi đập vào đối catốt , v 0 là vận tốc của electron khi rời catốt) 3. Tiên đề Bo - Quang phổ nguyên tử Hiđrô * Bán kính quỹ đạo dừng thứ n của electron trong nguyên tử hiđrô: r n = n 2 r 0 Với r 0 =5,3.10 -11 m là bán kính Bo (ở quỹ đạo K) * Năng lượng electron trong nguyên tử hiđrô: 2 13,6 ( ) n E eV n = - Với n ∈ N + . * Tiên đề về sự hấp thụ và bức xạ năng lượng : ε= hf nm = hc/λ nm =E n – E m với n>m *Sơ đồ mức năng lượng - Dãy Laiman: Nằm trong vùng tử ngoại. Ứng với e chuyển từ quỹ đạo bên ngoài về quỹ đạo K - Dãy Banme: Một phần nằm trong vùng tử ngoại, một phần nằm trong vùng nhìn thấy. Ứng với e chuyển từ quỹ đạo bên ngoài về quỹ đạo L . Trong vùng ánh sáng nhìn thấy có 4 vạch: Vạch đỏ H α : e chuyển từ M → L Vạch lam H β : e chuyển từ N → L Vạch chàm H γ : e chuyển từ O → L Vạch tím H δ : e chuyển từ P → L - Dãy Pasen: Nằm trong vùng hồng ngoại. Ứng với e chuyển từ quỹ đạo bên ngoài về quỹ đạo M CHƯƠNG: THUYẾT TƯƠNG ĐỐI HẸP. * Sự co độ dài (theo phương chuyển động): 22 0 /1 cvll −= * Sự chậm lại của đồng hồ chuyển động: 22 0 /1 cv t t − ∆ =∆ * Khối lượng tương đối tính: 22 0 /1 cv m m − = * Hệ thức Anhxtanh: 22 2 0 2 /1 . cv cm mcE − == (Năng lượng = khối lương x c 2 ) Trong đó v là tốc độ của vật, c là tốc độ của ánh sáng trong cân không CHƯƠNG : VẬT LÝ HẠT NHÂN 1. Hiện tượng phóng xạ * Số nguyên tử (hạt nhân)phóng xạ còn lại sau th/gian t: t T t eNNN λ − − == .2. 00 Laima n K M N O L P Banme Pasen H α H β H γ H δ n=1 n=2 n=3 n=4 n=5 n=6 TTCT VL 12. HKII (Dành cho học sinh ban KHTN). Biên soạn: Võ Việt Cường.Email: Cuongvlnct@gmail.com - 3 * Khối lượng chất phóng xạ còn lại sau thời gian t: t T t emmm λ − − == .2. 00 * Số nguyên tử phân rã trong th/gian t: )1()21( 000 t T t eNNNNN λ − − −=−=−=∆ * Khối lượng phân rã trong th/gian t: )1()21( 000 t T t emmmmm λ − − −=−=−=∆ Trong đó: N 0 , m 0 là số nguyên tử, khối lượng chất phóng xạ ban đầu, T là chu kỳ bán rã * Hằng số phóng xạ: λ= ln2/T * Phần trăm khối lượng còn lại: tTt e m m λ −− == / 0 2 * Phần trăm khối lượng bị phân rã: tTt e m m λ −− −=−= ∆ 121 / 0 * Liên hệ giữa sô hạt nhân và khối lượng: A N A m N 0 0 = ; A N A m N = ; A N A m N ∆ =∆ Trong đó: N A = 6,022.10 -23 mol -1 là số Avôgađrô. * Độ phóng xạ (H): Là đại lượng đặc trưng cho tính phóng xạ mạnh hay yếu của một lượng chất phóng xạ, đo bằng số phân rã trong 1 giây. + Độ phóng xạ ban đầu: H 0 = λN 0 + Độ phóng xạ ở thời điểm t: H = λN Hoặc: t T t eHHH λ − − == .2. 00 - Đơn vị (chính): Bq (Becơren): 1Bq = 1 phân rã/giây - Đơn vị khác: Ci (Curi): 1 Ci = 3,7.10 10 Bq 2. Hạt nhân: * Cấu tạo của hạt nhân nguyên tử : X A Z (có thể chỉ ghi : A X hoặc X(A) , Z là nguyên tử số (chính là số prôton ) ; A là số khối (khối lượng mol ) số nơtron N = A- Z . Toàn bộ số proton và nơtron gọi chung là số nuclon (=số khối A) * Đồng vị phóng xạ :là ~ ng.tử mà hạt nhân của chúng có cùng số Z ,nhưng số khối A khác nhau *Độ hụt khối của hạt nhân : ∆m = Z.m P + N.m n – m trong đó m P ; m n ;m là khối lượng của prton ; nơtron và hạt nhân (tính theo u hoặc MeV/c 2 hoặc kg) * Năng lượng liên kết hạt nhân(MeV) : W lk = ∆m.c 2 * Năng lượng liên kết riêng(MeV/nuclon) : W r =W lk /A * Chú ý: + Năng lượng liên kết riêng càng lớn thì hạt nhân càng bền vững) + Năng lượng liên kết mỗi nuclon chính là năng lượng liên kết riêng 3.Phản ứng hạt nhân : Xét phản ứng tổng quát: A+ B C + D *Các định luật bão toàn : +Định luật bão toàn số nuclon (số khối A) : A 3 + A 4 = A 1 + A 2 +Định luật bão toàn điện tích (nguyên tử số) : Z 3 +Z 4 = Z 1 + Z 2 +Định luật bão toàn năng lượng: W A + W B + m A c 2 + m B c 2 = W C + W D + m C .c 2 + m D .c 2 +Định luật bão toàn động lượng : DDCCBBAA vmvmvmvm +=+ *Các qui tắc dịch chuyển trong sự phóng xạ: +Phóng xạ α : X A Z → α He 4 2 + Y A z 4 2 − − +Phóng xạ β - : X A Z → − β e 0 1 − - + Y A Z 1 + +Phóng xạ β + : X A Z → + β e 0 1 + + + Y A Z 1 − * Phản ứng tỏa năng lượng xảy ra khi: M 0 = m A + m B > M = m C + m D + Năng lượng tỏa ra: ∆E = (M 0 - M).c 2 * Phản ứng thu năng lượng xảy ra khi: M 0 = m A + m B < M = m C + m D + Năng lượng thu vào: ∆E = (M – M 0 ).c 2 (Năng lượng tối thiểu cần dùng để tách một hạt nhân nào đó, chính bằng NL mà phản ứng thu vào ) Chú ý : +Đơn vị khối lượng nguyên tử còn gọi là đơn vị cacbon , kí hiệu là u : 1u = 1/12 khối lượng nguyên tử cacbon 12 C nghĩa là 1u = 1,66055.10 –27 kg + Khối lượng hạt nhân có thể đo bằng u ,bằng kg hoặc bằng đơn vị MeV/ c 2 . Liên hệ giữa kg , u , MeV/c 2 : 1u =1,66055.10 –27 kg hoặc 1u = 931,5 MeV/c 2 + Năng lượng có thể tính theo J;kJ; eV; MeV với : 1eV = 1,6.10 –19 J; 1 MeV = 10 6 eV= 1,6.10 -13 J + Côngthức gần đúng tính số hạt nhân ở thời điểm t và số hạt nhân phân rã : Trong trường hợp khoảng thời gian t là rất nhỏ so với chu kì T thì có thể áp dụng côngthức gần đúng : e x ≈1 + x (với x<<1) => e – λ t = 1 – λ.t => Số nguyên tử con lại ở thời điểm t là: N = N 0 (1 – λ.t) và số hạt nhân bị phân rã là: ∆N = N 0 .λ.t