SKKN giai thich dinh tinh mot so hien tuong quang hoc

Đề tài “Giải thích định tính tượng Quang hoïc” PHẦN I: MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI: Vật lý học phương trình số Vật lý học điều xảy giới xung quanh ta Nó nói màu sắc cầu vịng, ánh sáng lóng lánh tính cứng rắn viên kim cương Nó có liên quan đến việc bộ, xe đạp, lái ô tô việc điều khiển tàu vũ trụ Việc học môn Vật lý khơng dừng lại tìm cách vận dụng công thức Vật lý để giải cho xong phương trình đến đáp số, mà cịn phải giải thích tượng Vật lý xảy thiên nhiên quanh ta, đối tượng công nghệ văn minh mà ta sử dụng Mặt khác, thực tế việc giảng dạy Vật lý nay, chủ yếu dành nhiều thời gian dạy học sinh nhận diện kiểu, loại tồn khác cách thức vận dụng cơng thức Vật lý cho kiểu, loại tốn đó, mà trọng giúp học sinh giải thích tượng Vật lý xảy tự nhiên Xuất phát từ ý nghĩa thực tế đó, tơi mạnh dạn nghiên cứu đề tài “Giải thích định tính tượng Quang học”, nhằm giúp học sinh yêu thích hiểu chất Vật lý tượng Quang học PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU: Để hồn thành đề tài tơi chọn phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp nghiên cứu tài liệu: + Đọc sách giáo khoa phổ thông, sách đại học, sách tham khảo phần Quang học - Phương pháp thống kê: + Chọn tượng có chương trình phổ thơng gần gũi với đời sống ngày - Phương pháp phân tích tổng hợp kinh nghiệm trình giảng dạy thực tế đời sống Phạm vi nghiên cứu đề tài phần Quang học chương trình lớp 12 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 of 27  Đề tài “Giải thích định tính tượng Quang học” PHẦN II: NỘI DUNG Quang học mơn học, người ta nghiên cứu tượng liên quan đến ánh sáng; từ truyền ánh sáng đến tạo ảnh; từ tính chất ánh sáng đến chất 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 quang học + Định luật truyền thẳng ánh sáng - Trong môi trường suốt, đồng tính đẳng hướng ánh sáng truyền theo đường thẳng + Nguyên lí tính thuận nghịch chiều truyền ánh sáng - Đường ánh sáng không đổi đảo ngược chiều truyền ánh sáng N + Định luật phản xạ ánh sáng S R - Tia phản xạ nằm mặt phẳng tới phía bên pháp tuyến so với tia tới i i’ - Góc phản xạ góc tới (i’ = i) I + Định luật khúc xạ ánh sáng - Tia khúc xạ nằm mặt phẳng tới bên pháp tuyến so với tia tới - Đối với cặp mơi trường suốt định tỉ số sin góc tới (sin i) với sin góc khúc xạ (sin r) ln ln mọt số không đổi N S Số không đổi phụ thuộc vào chất hai môi trường gọi i suất tỉ đối môi trường chứa tia khúc xạ (môi trường 2) môi trường chứa tia tới (mơi trường 1) I r Kí hiệu n 21 K = n 21 + Hiện tượng phản xạ toàn phần - Khi ánh sáng truyền từ mặt phân cách môi trường quang (n 1) sang mơi trường quang (n2) góc khúc xạ r lớn góc tới i - Góc khúc xạ lớn 90 0; tia khúc xạ nằm là mặt phân cách hai mơi trường góc tới tương ứng gọi góc giới hạn i gh - Với góc tới có giá trị lớn i gh, khơng cịn xảy khúc xạ, tồn sáng trở lại mơi trường quang Khi có tượng phản xạ tồn phần + Máy ảnh - Vật kính máy ảnh thấu kính hội tụ (hoặc hệ thấu kính tương đương với thấu kính hội tụ) cho ảnh vật cần chụp rõ phim (ảnh) + Mắt - Thủy tinh thể mắt có vai trị vật kính máy ảnh, cịn võng mạc có vai trị phim - Khi nhìn vật đặt điểm cực viễn C V, mắt không cần điều tiết Cịn nhìn vật đặt điểm cực cận CC mắt phải điều tiết tối đa chóng mỏi mắt Giới hạn nhìn rõ mắt khoảng CVCC Khoảng cách thấy rõ ngắn Đ = OCC (O quang Page of 27 Đề tài “Giải thích định tính tượng Quang học” tâm mắt) Thường lấy Đ = 25cm Mắt bình thường có điểm cực viễn xa vơ cùng, cịn điểm cực cận cách mắt 10cm đến 20cm - Mắt cận thị có độ tụ lớn mắt bình thường khơng có tật, điểm cực viễn mắt cận thị tương đối gần mắt Thường sửa tật cận thị cách đeo kính phân kỳ - Mắt viễn thị có độ tụ nhỏ mắt bình thường; điểm cực cận mắt viễn thị tương đối xa mắt Sửa tật viễn thị cách đeo kính hội tụ - Góc trơng α vật (hoặc ảnh) AB đặt thẳng góc với trục nhìn mắt O α = góc AOB với tgα = - Năng suất phân li mắt bình thường: α ≈ 1’ = rad + Các dụng cụ quang học: Kính lúp, hiển vi, thiên văn -Độ bội giác G số dụng cụ quang học: G = ≈ Trong đó: α góc trông ảnh vật qua dụng cụ, α0 góc trơng vật đặt điểm cực cận mắt + Tính chất sóng ánh sáng - Ánh sáng sóng điện từ Ánh sáng đơn sắc nhìn thấy có bước sóng λ xác định có màu định Một chùm ánh sáng trắng song song, gồm ánh sáng đơn sắc có bước sóng từ 0,4 μm (tia tím) đến 0,76 μm (tia đỏ), đến lăng kính ló khỏi lăng kính, bị phân tích thành dãy nhiều màu, từ đỏ đến tím, gọi quang phổ ánh sáng trắng Tia đỏ bị lệch (về phía dáy lăng kính) nhất, tia tím bị lệch nhiều Nguyên nhân tán sắc suất thuỷ tinh (mơi trường) phụ thuộc vào bước sóng (tần số) ánh sáng - Hai sóng ánh sáng kết hợp, hai nguồn sáng kết hợp phát ra, giao thoa với gặp nhau, tạo nên vân sáng (cực đại giao thoa) vân tối (cực tiểu giao thoa) quan sát + Lượng tử ánh sáng - Chùm ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ coi dịng phôtôn (lượng tử ánh sáng), phôtôn mang lượng xác định ε = h f = h (f tần số ánh sáng, h số Plăng; h = 6,625.10 -34 J.s; c = 108m/s) Cường độ ánh sáng tỉ lệ với số phôtôn - Hiện tượng quang điện tượng electrôn bị bật (gọi electrôn quang điện) chiếu vào mặt kim loại chùm ánh sáng có bước sóng λ thích hợp b Một vài tượng quang học thường gặp đời sống ngày Có ta ngồi suy nghĩ: Tại trần nhà lại sơn màu trắng? bốn vách tường lại không sơn màu trắng? hay lần đường phải dừng lại gặp: “Đèn đỏ”, lại phải “Đèn đỏ”? v.v Những tượng thực tế, gần gũi với chúng ta, nhiều lúc xem hiển nhiên, ta vơ tình khơng cần biết Nhưng hiểu “chúng” thú vị thật VÌ SAO TRẦN NHÀ TRONG BUỒNG SƠN MÀU TRẮNG, CÒN BỐN BỨC VÁCH TỐT NHẤT KHÔNG SƠN MÀU TRẮNG? Page of 27 Đề tài “Giải thích định tính tượng Quang học” Vách tường buồng qt vơi thành màu hoa văn mỹ quang, mà phải cân nhắc đến vấn đề ánh sáng Vật thể màu trắng phản quang mạnh Sơn trần nhà thành màu trắng, ban ngày phản quang ánh Mặt Trời xuống dưới, ban đêm phản xạ ánh đèn xuống, làm cho gian buồng thêm sáng sủa, mà khơng ảnh hưởng tới mắt người cả, người chẳng ngửa cổ nhìn lâu trần nhà Thế bốn mặt vách tường tốt không sơn thành màu trắng nhỉ? Đó bốn tường nằm trường nhìn Bất bạn ngồi hay đứng, nhìn trái, nhìn phải nhìn trước nhìn sau, mắt gặp phải tường Nếu bốn tường lại sơn thành màu trắng, ánh Mặt Trời ánh đèn chiếu lên vách tường trắng sinh phản quang mạnh, trực tiếp rọi vào mắt người, làm cho mắt cảm thấy khó chịu Điều khơng có lợi mắt Mọi người nghiệm này: Đọc sách báo ánh Mặt Trời tương đối chói chang mắt cảm thấy mệt mỏi lẽ Vì vậy, vách tường xung quanh phịng tốt sơn thành màu xanh nhạt, màu vàng lúa màu lam nhạt Ánh sáng phản xạ chúng tương đối dịu, khơng làm cho mắt bị kích thích TẠI SAO TRONG GIAO THÔNG, NGƯỜI TA DÙNG ĐÈN ĐỎ ĐỂ BÁO HIỆU NGUY HIỂM, MÀ KHÔNG DÙNG ĐÈN MÀU KHÁC? Có hai lý Lý thứ nhất, lý khách quan, bảy màu quang phổ, màu đỏ ứng với bước sóng lớn nhất, nên ánh sáng đỏ truyền khơng khí xa Khi chùm ánh sáng truyền khơng khí, khơng khí có nhiều bụi hạt nước nhỏ (tức sương mù), phần lượng ánh sáng bị phân tử khơng khí hạt tán xạ phía, nên lượng chùm sáng giảm, truyền xa Phần ánh sáng tán xạ tăng nhanh bước sóng giảm, nên ánh sáng có bước sóng dài bị mát truyền xa ánh sáng màu khác Lý thứ hai, lý chủ quan sau: Khi đứng xa đèn màu, ta trông thấy đèn không nhận màu Phải lại gần thêm, phân biệt màu ánh sáng đèn Nghĩa màu lục, lam, vàng, tím ngưỡng sáng (là lượng ánh sáng nhỏ mà mắt phát được) không trùng với ngưỡng màu (lượng ánh sáng nhỏ để nhận màu ánh sáng) Chỉ riêng với màu đỏ, hai ngưỡng trùng nhau: ban đêm đặt đèn đỏ đường, từ xa lại, lúc bắt đầu trông thấy đèn ta đồng thời nhận màu đỏ Như dùng đèn đỏ để báo hiệu nguy hiểm khơng sợ nhầm lẫn lại nhận thấy từ xa Page of 27 Đề tài “Giải thích định tính tượng Quang học” VÌ SAO GIẦY DA BƠI XI VÀO CÀNG LAU CÀNG BĨNG? Một đơi giầy da vừa cũ vừa bẩn, cần lau bụi bặm, bôi xi đánh giầy vào cẩn thận xát nhẹ lượt biến thành vừa bóng vừa đẹp mắt Đó lý vậy? Thì ra, ánh sáng chiếu tới bề mặt xảy phản xạ Giả dụ mặt trơn bóng, sinh phản quang mạnh, nhìn vào sáng Có lẽ bạn hỏi: Vì bề mặt vật thể tường nhà, bàn v.v khơng nhìn thấy phản quang mạnh nhỉ? Bề mặt vật thể tường, bàn v.v khơng thực trơn bóng đâu Bạn cầm kính lúp quan sát tỉ mỉ lúc, phát bề mặt vật thể xù xì, thơ ráp, cao thấp khơng Bề mặt thơ ráp phản xạ ánh sáng Có điều phản xạ bốn phương, tám hướng, tập trung vào hướng định Cái vật lý gọi phản xạ khuếch tán v.v Vì khơng trông thấy ánh sáng phản xạ mạnh Bề mặt giầy da khơng phải trơn bóng Nếu chiíec giầy bẩn cố nhiên trở thành thơ ráp Như khơng thể làm cho tia sáng tập trung hướng định Cho nên nhìn vào khơng thấy bóng lộn Mục đích việc bơi xi đánh giầy để hạt li ti xi lấp vào chỗ trũng thấp bề mặt giầy da, làm cho trở nên phẳng, xi đánh giầy có loại lực thẩm thấu Nó lấp kín lỗ nhỏ, sau dùng vải xát lên để xi phủ đầy khắp, tình trạng thô ráp bề mặt giầy da cải thiện lên nhiều, ánh sáng phản xạ hướng đó, giầy liền bóng lộn lên nhiều Cho nên sau bôi xi lên giầy, xát 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 trở thành nơng Hiện tượng kì lạ này, rốt xảy nào? Muốn làm sáng tỏ chân tướng cách triệt để cần phải hiểu rõ số tính Page of 27 Đề tài “Giải thích định tính tượng Quang học” khí ánh sáng trước Thì loại môi trường, ánh sáng truyền theo đường thẳng-đường ngắn Song từ loại môi trường vào môi trường khác, ví dụ từ khơng khí vào nước, từ nước vào khơng khí, tốc độ truyền ánh sáng hai loại mơi trường khác nhau, mặt phân cách hai môi trường, ánh sáng bị cong lại, theo đường gấp khúc Loại tượng ánh sáng gọi khúc xạ ánh sáng Chậu nước bạn trông thấy biến thành nơng khúc xạ ánh sáng gây nên Bạn xem kìa, khe suối có cá nhỏ, tia sáng từ thân cá phản xạ ra, đến mặt phân cách nước khơng khí liền đổi hướng truyền theo đường thẳng, gấp nghiêng với mặt nước góc Cái đập vào mắt tia sáng gấp khúc đổi hướng Song mắt không cảm nhận được, tưởng tia sáng theo đường thẳng chiếu tới, ngộ nhận ảnh ảo tia sáng bị đổi hướng tạo cá thật Như vị trí cá nước nhìn nơng Lí lẽ khiến cho chậu nước trở thành nơng Trò đùa nghịch tia sáng giống cách biến hoá nhà ảo thuật Khi nhận biết rõ đủ loại tính khí tia sáng, khơng bị “lừa gạt” Người đánh cá có kinh nghiệm dùng xiên để xỉa cá, người không xỉa thẳng vào cá, chẳng qua ảo ảnh cá Chắc chắn nhằm vào chỗ xa sâu chút dùng sức đâm tới Như vậy, cá giãy giụa tứ tung bị xiên chặt Đó kinh nghiệm phong phú mà người đánh bắt cá tích luỹ qua thực tiễn lâu dài EM BÉO LÊN PHẢI KHƠNG? Hai anh em Tồn, Thư lần học đứng trước gương để xem đầu tóc, khăn qng có chỉnh trang chưa Một hơm, đường học, hai anh em nhìn thấy ô tô đỗ bên đường, có gương gắn bên buồng lái xinh xinh Thư chạy lại soi thử lúc, tần ngần kêu lên: Ôi, em béo thêm lên phải? Tồn chạy lại nhìn qi lạ sao: Thư gương trông béo hẳn lên Em tới gần để soi thử em béo lên! Thế nhỉ? Cả hai anh em chẳng hiểu sao, bảo tới hỏi thầy dạy vật lý lớp trên, gần nhà hai em Vừa hay thầy lại chuẩn bị giảng ‘‘Quang học” cho anh chị lớp trên, nên thầy vừa giảng giải, lại vừa có ‘‘giáo cụ trực quang’’ cặn kẽ cho hai em : Page of 27 Đề tài “Giải thích định tính tượng Quang hoïc” Những gương ta thường thấy này, gọi chung mặt gương Mặt gương có ba loại Loại thường dùng gia đình để soi mặt, chải đầu gọi gương phẳng Bề mặt phẳng Một chùm tia sáng song song chiếu tới gương ánh sáng phản xạ tia sáng song song, gnười đứng song song với mặt gương có hình dạng nào, thấy ảnh gương Loại mặt gương thứ hai có mặt gương cong lồi lên, gọi gương cầu lồi Loại gương có hai đặc điểm Một tia sáng từ bên ngồi chiếu tới qua phản xạ gương cầu lồi tản rộng Nếu em tới soi thấy béo lên Một đặc điểm khác dùng gương cầu lồi, mắt người nhìn tới phạm vi lớn so với nhìn vào gương phẳng Bởi vậy, gương soi để nhìn phía sau ơtơ dùng mặt gương lồi để người lái xe nhìn thấy phạm vi sau xe rộng chút, giúp cho điều khiển xe an toàn Loại gương thứ ba gương có mặt cong lõm xuống gọi gương cầu lõm Loại gương có hai đặc điểm, mà hai đặc điểm lại ngược với gương lồi Nó làm cho tia sáng hội tụ lại, nên soi thấy gầy đi, nhỏ lại Thứ gương mà thày thuốc dùng soi họng cho người bệnh loại gương lõm Khi soi tia sáng hội tụ lại nơi cần soi họng, lỗ tai, giúp thầy thuốc nhìn thấy biểu bệnh tật mà chuẩn đoán bệnh II PHƯƠNG PHÁP CHUNG ĐỂ GIẢI ĐÁP NHANH NHỮNG CÂU HỎI ĐỊNH TÍNH QUANG HỌC Những tượng tự nhiên xảy xung quanh ta đa dạng, phong phú, mn hình mn vẽ Tuy nhiên, tất tượng đếu có nguyên nhân Dùng tư tưởng khoa học, phương pháp khoa học tri thức khoa học xác giúp ta trả lời xác chất tượng Những tượng Quang học vậy, chúng có nguyên nhân Để trả lời đúng, xác nhanh chóng tượng xảy ra, việc phải nắm vững kiến thức phần Quang học, ta phải xác định ‘‘mấu chốt’’ vấn đề, xem tượng xảy thuộc mảng kiến thức phần Quang học: Quang hình học, giao thoa, nhiễu xạ hay tượng phát quang v.v để giới hạn kiến thức giải thích xác chất tượng III 30 HIỆN TƯỢNG QUANG HỌC PHỔ BIẾN TRONG TỰ NHIÊN CÓ THỂ DẪN ÁNH SÁNG ĐI THEO NHỮNG ỐNG CONG, NHƯ DẪN NƯỚC, ĐƯỢC KHƠNG? Page of 27 Đề tài “Giải thích định tính tượng Quang học” Ánh sáng truyền theo đường thẳng, gặp gương, tia sáng bị hắt theo hướng khác Nếu ta đặt dãy nhiều gương phẳng, cho nối tiếp (hình a) rọi tia sáng vào gương thứ tia sáng phản xạ gương dãy theo đường gấp khúc Muốn cho đường gấp khúc trở thành đường cong, gương phải nhỏ, nhiều vô hạn, đặt nối tiếp thành đường cong mà ta muốn tia sáng theo Có thể thực điều cách dùng mặt kim loại, nhẵn bóng, uốn thành mặt trụ Nhưng biện pháp tốt dựa vào phản xạ toàn phần Ta xét suốt thuỷ tinh, chất dẻo, uống cong (hình b) rọi chùm tia sáng hẹp vào đầu ống Chiếc suất độ cong lựa chọn tia sáng tới thành bên góc lớn góc giới hạn phản xạ tồn phần Do đó, tới chỗ cong, tia sáng liên tiếp bị phản xạ toàn phần cuối cùng, theo mà ló đầu Thanh hướng chùm sáng theo nó, gọi ống dẫn sáng Trong thực tế, ống dẫn sáng làm bó sợi chất dẻo, mềm dễ uốn theo ý muốn Nó dùng y học để rọi sáng vào miệng chuẩn đón bệnh răng, miệng, họng, để soi sáng phần thể, chẳng hạn phận quan tiêu hoá BẢNG ĐO THỊ LỰC ĐƯỢC CẤU TẠO NHƯ THẾ NÀO? ĐO THỊ LỰC THẾ NÀO CHO ĐÚNG? Thị lực số đánh giá khả phân ly mắt Võng mạc mắt cấu tạo hai loại tế bào: tế bào nón tế bào que Giữa võng mạc có vịng trịn đường kính chừng 1mm gọi điểm vàng, tâm trũng xuống Trong điểm vàng có tồn tế bào hình nón, nên điểm vàng điểm nhạy sáng võng mạc Mỗi tế bào nón nối với đầu dây thần kinh thị giác Khi nhìn vật ta hướng trục nhìn mắt vào vật, để ảnh vật vào điểm vàng Nếu ảnh hai điểm khác A B rơi vào hai tế bào nón khác điểm vàng, hai dây thần kinh ghi hai cảm giác khác nhau, mắt nhận biết hai điểm khác Nhưng vật xa, A B gần đến mức ảnh hai điểm rơi vào tế bào nhạy sáng võng mạc mắt ghi cảm giác độc nhất, tức mắt thấy hai điểm trùng Vậy, muốn phân biệt hai điểm A B góc trơng đoạn AB phải lớn hay trị số giới hạn α, gọi suất phân ly mắt Đối với Page of 27 Đề tài “Giải thích định tính tượng Quang học” người bình thường phịng sáng vừa phải, α có trị số chừng phút, tức chừng 3/10000rad Mắt có α phút, có thị lực 10, thị lực ứng với α = 2’, thị lực ứng với α = 3’v.v Bảng đo thị lực gồm chục hàng chữ Chữ hàng số 10 nét rộng 2mm, để đứng bảng 5m ta nhìn chữ số hàng góc 1’ Chữ hàng số lớn gấp đơi, hàng số lớn gấp hàng số 10 Hàng chữ cùng, số 1, có nét rộng 22m, hàng số 11, 12 nhỏ hàng số 10 Muốn đo thị lực phải đứng cách bảng 5m bảng phải có độ rọi tiêu chuẩn 50lux, thử đọc chữ hàng, hàng số 1, mắt Nếu đọc đến hàng số 9, không đọc hàng số 10, ghi thị lực mắt Để phép đo đúng, việc đảm bảo cho bảng có độ rọi chuẩn, nên đứng lát cho quen mắt thử thử thử lại vài lần TẠI SAO CÁC VÌ SAO LÁP LÁNH? Những đêm hè quang mây khơng Trăng ngồi hóng mát sân, thường say mê ngắm bầu trời, với muôn vàng lấp lánh Nếu qua sát kỹ, thấy rằng, thấp gần chân trời lấp lánh mạnh hơn, ngơi cao, vịm trời, khơng lấp lánh Hẳn bạn nhiều lần nhìn thấy rằng, nhìn qua phía đầu máy xe lửa, vào vật xa, thí dụ vào cửa sổ ngơi nhà, thấy đường nét ngơi nhà thành ngoằn ngo, lung linh Đó lớp khơng khí gần đầu máy nóng lên chuyển động lên phía (tạo thành dịng đối lưu khơng khí) Dịng khí nóng có tỉ trọng nhỏ hơn, có suất nhỏ khơng khí xung quanh Tia sáng từ vật tới mắt bạn qua dòng khí bị khúc xạ trở thành cong nên nhìn thấy vật vị trí khác so với tia sáng khơng bị cong Vì dịng khí không không ổ định nên điểm khác vật bị dich chuyển không vật bị “biến dạng”, mép cửa trở thành ngoằn ngoèo Và chổ ngoằn ngoèo lại thay đổi liên tục, nên ta thấy vật lay động nhẹ Sao trời lấp lánh nguyên nhân Các tia sáng từ đến mắt ta qua lớp khí dày Ban ngày mặt đất bị Mặt Trời nung nóng nên khí ln ln có dịng khí đối lưu nhỏ, suất khác Tia sáng từ tới mắt ta, qua dịng khí ấy, bị khúc xạ thành cong, lúc cong phía này, lúc cong phía khác Do mặt vị trí ngơi bị thay đổi liên tục, mặt khác số tia sáng rọi vào mắt không đều, lúc nhiều, lúc khiến ta thấy có lúc sáng hơn, có lúc tối hơn, tức thấy lấp lánh Sao gần chân trời, lớp khơng khí mà tia sáng phải qua dày, lấp lánh mạnh Khi đỉnh đầu, lớp khơng khí mà ánh sáng qua mỏng hơn, tia sáng lại phương với dịng khí, nên tia sáng khơng bị cong không lấp lánh Nếu bạn qua sát kỹ, thấy Hơm (hay Sao Mai), nói chung hành tinh khơng lấp lánh Đó góc trơng hành tinh tương đối lớn (góc trơng Page of 27 Đề tài “Giải thích định tính tượng Quang học” không), chùm sáng từ hành tinh rọi vào mắt tương đối rộng nên thăng giáng chùm khơng rõ rệt NHÌN BẰNG HAI MẮT CĨ LỢI GÌ HƠN NHÌN MỘT MẮT? Người ta có hai mắt khơng phải tạo hố muốn người ta trơng nhìn nhiều ăn, nói Tác dụng nhìn hai mắt, cho ta cảm giác độ sâu, hình Hai mắt cách khoảng 5-6cm Khi nhìn vật hai mắt, hai ảnh phối cảnh vật võng mạc hai mắt khác chút Khi thần kinh thị giác hai mắt “chập” hai cảm giác thu với mắt, thành cảm giác chung hình ảnh vật, hai cảm giác khơng “chập” hồn tồn, cho ta cảm giác độ sâu hình TẠI SAO XẢY RA HIỆN TƯỢNG ẢO ẢNH? Chắc người biết nguyên nhân vật lý tượng ảo ảnh thông thường Lớp khơng khí nơng kề sát mặt cát bị hun nóng sa mạc có tính chất gương phẳng, lớp khơng khí có mật độ nhỏ lớp khơng khí nằm Tia sáng từ vật xa rọi nghiêng, tới lớp khơng khí uống cong đường đi, lại rời khỏi mặt đất đạp vào mắt người quan sát, tựa hồ phản xạ từ gương góc tới lớn Và người quan sát, dường trước mặt có mặt nước phẳng lặng trải sa mạc (hình vẽ) Chú thích: Trên hình vẽ đường tia sáng nghiêng so với mặt đất phóng đại, đường tia sáng chếch xuống mặt đất không dốc đến Tuy vậy, phải nói rằng, lớp khơng khí bị hun nóng gần mặt đất nóng phản xạ tia sáng không giống gương phẳng, mà giống mặt nước, khảo sát từ độ sâu nước Ở xảy xa tượng phản xạ toàn phần Các tượng tương tự đặt biệt xảy vào mùa hè tên đường nhựa Các đường có màu thẫm, nên bị hun nóng ánh nắng Mặt Trời Mặt đường mờ đục từ xa trơng tựa mặt nước đánh bóng phản chiếu vật xa Đường tia sáng trình bày hình vẽ bên Page 10 of 27 Đề tài “Giải thích định tính tượng Quang học” Màng bong bóng xà phịng lớp nước mỏng-cỡ phần nghìn milimettrong suốt, vết dầu loang màng Hai mặt màng phản xạ ánh sáng hai mặt cửa Ta xét điểm I màng mỏng M mà độ dày vẽ to gấp nghìn lần độ dày thật Tia sáng SIR1 phát từ điểm S nguồn, phản xạ mặt màng rọi vào mắt Trong số nhiều tia sáng phát từ S, có tia SKR phản xạ mặt màng rọi vào mắt Vì màng mỏng, nên mắt, hai tia IR1 KR2 phát từ điểm I Khi hai tia thuỷ tinh thể mắt hội tụ lên võng mạc, chúng gặp giao thoa với Hai tia sáng từ điểm I, mà gặp võng mạc mắt, mắt nhìn rõ điểm I: ta nói mắt điều tiết để nhìn vào mặt Hai tia sáng giao thoa với nhau, tăng cường lẫn nhau, triệt tiêu nhau, tuỳ theo độ dày màng tuỳ theo bước sóng ánh sáng Chùm ánh sáng rọi vào màng ánh sáng trắng, có đủ màu, ứng với nhiều bước sóng khác nhau, nên lúc, điểm I, sóng ánh sáng màu bị triệt tiêu, sóng ánh sáng màu khác lại tăng cường, ánh sáng phản xạ thành có màu sắc, màu sắc thay đổi theo chổ dày, chỗ mỏng màng Chú thích: Tia SIR1 phản xạ mặt trên, tia SKR2 phản xạ mặt màng gặp điểm I’ võng mạc giao thoa với Chùm sáng rọi vào điểm I rộng, mắt lại nhỏ, nên chùm tia lọt vào mắt chùm hẹp, nên quan sát vân giao thoa, mà không cần dùng khe hẹp, thí nghiệm Y-âng 10 VÌ SAO SOI MÌNH XUỐNG GIẾNG NƯỚC LẠI THẤY BĨNG MÌNH RÕ HƠN KHI SOI MÌNH XUỐNG CHẬU NƯỚC? Khi soi xuống chậu nước ngồi ánh sáng phản xạ cho ảnh mình, mắt cị nhận ánh sáng tán xạ từ bên từ đáy chậu Ánh sáng lại mạnh ánh sáng phản xạ, nên lấn át ánh sáng phản xạ Trường hợp giếng nước lại khác Do mặt nước sâu, thành giếng che hầu hết ánh sáng tán xạ từ bên Nước lại sâu, khơng có ánh sáng tán Page 13 of 27 Đề tài “Giải thích định tính tượng Quang học” xạ từ đáy giếng lên (nước sâu hấp thụ nhiều ánh sáng truyền qua) Vì soi xuống giếng nước mắt khơng bị lố ánh sáng tán xạ từ ngồi, cịn nhận sáng phản xạ, nên nhìn thấy bóng rõ 11 VÌ SAO THỦY TINH MÀU KHI VỠ VỤN THÀNH HẠT NHỎ THÌ NHỮNG HẠT NHỎ NÀY CÓ MÀU TRẮNG? Thuỷ tinh màu thuỷ tinh pha thêm hoá chất hấp thụ số màu cho số ánh sáng đơn sắc qua Chẳng hạn thuỷ tinh màu đỏ hấp thụ tia lục, lam, tím cho tia đỏ truyền qua Nhìn ánh sáng truyền qua thuỷ tinh ta thấy màu Nhưng nhìn ánh sáng phản xạ tán xạ mặt thuỷ tinh khó phân biệt thủy tinh màu Sự hấp thụ tia đơn sắc thuỷ tinh màu cịn phụ thuộc vào khoảng cách truyền qua mơi trường tức vào bề dày thuỷ tinh Nếu thuỷ tinh dày, ánh sáng bị hấp thụ nhiều, màu thủy tinh sẫm Khi thủy tinh màu bị vỡ vụn thành hạt nhỏ, ánh sáng truyền qua số hạt không bị hấp thụ bao nhiêu, sau phản xạ tán xạ từ hạt khác mắt ta nhìn thuỷ tinh vỡ vụn ánh sáng phản xạ tán xạ Đó lý ánh sáng trắng ta thấy thủy tinh dù có màu gì, vỡ vụn trở thành màu trắng Đối với chất lỏng có màu, tượng xảy tương tự Nếu ta làm chất lỏng thành bọt bọt có màu trắng chẳng hạn bia màu vàng, bọt bia lại có màu trắng 12 CĨ TÀNG HÌNH ĐƯỢC KHƠNG? MUỐN TÀNG HÌNH PHẢI THỰC HIỆN NHỮNG ĐIỀU KIỆN GÌ? Ngụy trang chiến tranh coi hình thức đơn giản tàng hình Ta đội mũ cài lá, mặc áo đốm xanh để màu sắc ta không khác biệt với rừng Một số sinh vật lý sinh tồn có màu sắc giống môi trường sống để ngụy trang Ta biết cần thay đổi màu ánh sáng đèn chiếu làm cho diễn viên sân khấu”biến mất” Nhưng tất kiểu “tàng hình” nói chưa phải tàng hình thực Ở ta muốn nói đến tàng hình thực sự, nghĩa ánh sáng ban ngày người tàng hình đứng chỗ khơng nhìn thấy Muốn người định tàng hình phải làm khử tất điều kiện để người khác nhìn thấy Ta nhìn thấy vật nhờ tương phản độ sáng màu sắc vật Nếu vật suốt ta nhìn thấy nhờ ánh sáng phản xạ tán xạ từ vật suất vật khác môi trường xung quanh Page 14 of 27 Đề tài “Giải thích định tính tượng Quang học” Như vậy, muốn trở thành vơ hình thực sự, điều kiện phải thực làm cho thể hồn tồn suốt có chiết suất chiết suất mơi trường (khơng khí) Lúc ánh sáng chiếu tới ánh sáng truyền qua không cho dấu hiệu thể Để làm vậy, có cách làm cho phận thể loãng nhẹ khơng khí Nói cách khác khơng thể tàng hình khơng khí Nhưng mơi trường có suất lớn-nướcchẳng hạn-thì điều kiện thực Nếu chưa thực với thể người, người ta thực số vi sinh vật Nhưng giả sử có người nắm bí tàng hình, khơng gây náo động bất ngờ, vài truyện phim khoa học viễn tưởng, lý sau đây: Người tàng hình bị lộ nguyên hình người ta dùng phương tiện quan sát khác dùng ống nhòm hồng ngoại Cơ thể người tàn hình có nhiệt đọ 37 0C, nguồn phát hồng ngoại Người tàn hình trở thành người mù, thuỷ tinh thể mắt khơng cịn có tác dụng hội tụ ánh sáng thấu kính Người tàn hình khơng ăn uống chỗ có người, thức ăn chưa tiêu hố, chưa tàng hình với người Người tàng hình mà gặp trời mưa, chân giẫm phải bùn, bùn bám vào chân, bị lộ-trong phim truyện người tàng hình để dấu chân tuyết mà bị lộ Vậy dù có người tàng hình thật nữa, chẳng sợ “đột nhập” vào phịng bạn 13 VÌ SAO MẶT TRỜI, MẶT TRĂNG LÚC MỌC VÀ LẶN CÓ MÀU ĐỎ? Ánh sáng từ Mặt Trời, Mặt Trăng tới phải qua khí Trái Đất Gặp phân tử khơng khí, bụi bậm lơ lửng khơng khí, ánh sáng bị tán xạ, phần ánh sáng tán xạ khơng tới mắt Ta biết, thành phần màu (đỏ, vàng, lục, lam, tím) ánh sáng trắng bị tán xạ khơng đều: ánh sáng đỏ nhất, xogn đến ánh sáng vàng; ánh sáng lam tím bị tán xạ nhiều Do đó, sau qua khí quyển, tới mắt ta, ánh sáng lam tím bị tán xạ nhiều ánh sáng đỏ, vàng ánh sáng nhận được, thành phần đỏ, vàng thành trội hơn, so với ánh sáng tới Lúc trưa (hay đêm) Mặt Trời (hay Mặt Trăng)-chiếu sáng vng góc với mặt đất, tia sáng qua lớp khơng khí tương đối mỏng, nên phần ánh sáng tán xạ nhỏ, ánh sáng có đủ thành phần ánh sáng trắng: ta thấy Mặt Trời, Mặt Trăng có màu trắng Nhưng lúc Mặt Trời mọc lặn tia sáng mặt đất nên phải qua lớp khơng khí dày gấp hàng chục lần, lớp khơng khí gần mặt đất lại đầy bụi nên tán xạ ánh sáng mạnh Trong ánh sáng tới mắt ta thành phần lam, tím bị yếu nhiều, Page 15 of 27 Đề tài “Giải thích định tính tượng Quang học” thành phần đỏ vàng trở thành trội, làm cho ánh sáng ngả sang màu vàng, màu đỏ Vì ta thấy, Mặt trời sát chân trời, có màu đỏ, lên cao chút chuyển sang màu hồng, màu vàng, lớp khơng khí mà ánh sáng qua mỏng dần cuối có màu trắng Màu sắc vàng, hồng đám mây chiều xuất nguyên nhân Ánh sáng Măt Trời tới đám mây phải qua lớp khơng khí dày nhiều bụi, từ đám mây tới mắt ta lại qua lớp khơng khí lần nữa, nên bị tán xạ nhiều Vì mây có màu vàng, Mặt Trời cao 14 TẠI SAO CẦU VỒNG CĨ BẢY MÀU CẦU VỒNG? Bí mật bảy màu cầu vồng Niutơn, nhà bác học vĩ đại khám phá thí nghiệm sau đây: Ơng dùng lăng kính, tức khối thuỷ tinh suốt, mài thành hình lăng trụ tam giác Trong buồng đóng kín cửa, ơng cho chùm ánh sáng trắng Mặt Trời qua lỗ tròn nhỏ F (đục cánh cửa) rọi xiên vào mặt kính ló khỏi mặt thứ hai (hình vẽ) Chú thích: Thí nghiệm tán sắc ánh sáng Đặt tờ giấy trắng T để hứng chùm tia ló, ơng thấy vệt sáng dài, có màu sắc xếp theo thứ tự sau đây: Đỏ, da cam, vàng, lục, lam, chàm, tím bảy màu cầu vịng Niutơn gọi dãy sáng có màu sắc quang phổ Mặt Trời, giải thích đắn xuất Theo ơng, ánh sáng Mặt Trời, ánh sáng đèn điện, có màu trắng, lại nhiều chùm ánh sáng có dạng khác nhau, hỗn hợp với sinh Chùm ánh sáng có màu-chẳng hạn chùm ánh sáng đỏ-gọi ánh sáng đơn sắc Mọi chùm ánh sáng đơn sắc từ khơng khí vào thuỷ tinh bị khúc xạ lệch gần pháp tuyến Nhưng tia đơn sắc có màu khác bị khúc xạ khác nhau: tia đỏ lệch nhất, đến tia da cam, tia vàng v.v Cho chùm ánh sáng trắng qua lăng kính, qua mặt thứ lăng kính, chùm tia màu sắc khác bị khúc xạ khác nhau, nên không trùng nữa, mà tách rời nhau; lúc tới mặt thứ hai, tia đơn sắc từ thuỷ tinh không khí lại rời xa thêm Page 16 of 27 Đề tài “Giải thích định tính tượng Quang hoïc” Thành thử rọi vào tờ giấy, chùm tia đơn sắc tạo nên vệt sáng có màu định, vẹt sáng xếp liền tạo thành quang phổ Hiện tượng gọi tán sắc ánh sáng, xuất ánh sáng từ môi trường sang môi trường khác, chẳng hạn từ khơng khí sang thuỷ tinh, từ khơng khí vào nước Lăng kính nhờ có hai mặt khúc xạ nên làm cho tia đơn sắc rời xa nhiều thêm, khiến ta dễ thấy hơn, thật ra, thuỷ tinh, ánh sáng bị phân tích thành quang phổ Bảy màu cầu vồng ánh sáng Mặt Trời bị tán sắc truyền hạt mưa nhỏ sinh Vì cầu vồng thường xuất trước sau trận mưa rào nhẹ mùa hè, lúc mà khơng khí có số lượng hạt mưa đủ để khúc xạ nhiều ánh sáng, khơng q nhiều để cịn ánh nắng Ta dung bơm nước cứu hoả tạo cầu vồng nhân tạo cách dễ dàng Buổi sáng, buổi chiều nắng, đứng quay lưng Mặt Trời, dùng bơm phun hạt nước nhỏ lên trời, hướng mắt phía hạt nước ấy, ta thấy cầu vồng thực 15 CẦU VỒNG LÀ ẢNH THẬT HAY ẢNH ẢO? CÓ CHỤP ĐƯỢC ẢNH CẦU VỒNG KHÔNG? Ta biết rằng, tia sáng từ giọt nước rọi vào mắt, mắt trơng thấy cầu vồng tựa tia sáng phát từ điểm trời Do ta thấy cầu vồng vẽ trời Vậy tia sáng tạo nên hình ảnh cầu vồng không hội tụ vào mặt phẳng cả, nghĩa ta hứng ảnh cầu vồng lên màn, cầu vồng ảnh ảo Ta trơng thấy cầu vồng, nhờ có thuỷ tinh thể mắt hội tụ tia sáng nói lên võng mạc Vì vậy, người ta nói hai người khơng trơng thấy cầu vồng Vật kính máy ảnh có tác dụng hội tụ ánh sáng lên phim ảnh, thuỷ tinh thể mắt, nên thu ảnh cầu vồng lên phim, tức là, dùng máy ảnh, ta chụp ảnh cầu vồng 16 VÌ SAO BAN NGÀY NHÌN NGỌN ĐÈN ĐIỆN NGỒI PHỐ (CỊN THẮP SÁNG) TA KHƠNG THẤY LĨA MẮT NHƯ VỀ BAN ĐÊM, MẶC DẦU CƯỜNG ĐỘ SÁNG CỦA ĐÈN KHƠNG THAY ĐỔI? Hiện tượng lóa mắt thường gặp, điều kiện chiếu sáng thường thay đổi đột ngột, khiến mắt khơng kịp thích nghi Chẳng hạn, rạp chiếu bóng, hết phim, đèn điện loạt bật sáng, mắt bị lóa; mùa hè đường nắng, vén mành mành bước vào nhà, ta bị lóa mắt, phải đứng định thần vài phútmới trông rõ vật buồng Nguyên nhân lóa mắt, tế bào nhạy sáng mắt thay đổi độ nhạy chậm điều kiện chiếu sáng Mắt cấu tạo để nhìn điều kiện chiếu sáng khác nhau, từ chỗ sáng, đường phố lúc trưa hè, đến chỗ tối “đêm ba mươi”: võng mạc mắt có hai loại tế bào; tế bào Page 17 of 27 Đề tài “Giải thích định tính tượng Quang học” nón hoạt động đủ ánh sáng, (ban ngày) tế bào que hoạt động thiếu ánh sáng (chiều, tối) Cả hai loại tế bào lại có độ nhạy tăng dần, lượng ánh sáng rọi vào mắt giảm Trước thuỷ tinh thể mắt, lại có ngươi, tự động mở rộng thiếu ánh sáng, tự động thu hẹp ánh sáng bên mạnh Nhờ phối hợp khéo léo ba trình trên, mắt hoạt động chỗ tối tốt gần chỗ sáng Nhưng, mắt mở rộng hay thu hẹp cách tự động nhanh chóng, tế bào nhạy sáng mắt thay đổi từ từ Khi ta đường sáng, khép nhỏ hết sức, tế bào nón hoạt động với độ nhạy thấp, cịn tế bào que khơng hoạt động Nếu ta đột ngột bước vào nhà tối, mở rộng, để lượng ánh sáng rọi vào mắt nhiều hơn, tế bào nhạy sáng mắt chưa kịp tăng độ nhạy Do đó, ta chưa nhìn rõ vật nhà Phải một, hai phút sau, độ nhạy tế bào nón tăng đến mức đủ giúp cho mắt nhìn rõ vật Trong một, hai phút chờ đợi ấy, mắt ta bị loá Ngược lại vậy, từ hnà bước sân nắng, độ nhạy tế bào nhạy sáng chưa kịp giảm, ta bị lóa Ban ngày vật sáng, sáng gần ngang với bóng đèn điện thắp, mắt hoạt động với độ nhạy thấp, nên nhìn bóng đèn nhìn vật khác, không cần thay đổi độ nhạy, mắt không bị lóa Buổi tối, vật tối, trừ bóng đèn cao Nhìn vật mắt phải tăng độ nhạy lên nhiều lần Nếu lúc ấy, mắt nhìn vào bóng đèn, sáng vật ban ngày , mắt bị lóa, độ nhạy mắt chưa giảm kịp 17 VÌ SAO CƠNG NHÂN HÀN ĐIỆN PHẢI CHE MẶT BẰNG MỘT CÁI MẶT NẠ CÓ TẤM KÍNH TÍM? Ánh lửa hàn phát nhiều tia tử ngoại, loại “ánh sáng đen” có bước sóng ngắn 3800A0 Trong quang phổ vị trí tia ngồi vùng tím, gọi tia tử ngoại (tử tím) Tia náy có tác dụng hố học mạnh, phân huỷ tế bào Phải làm để ngăn cản tia tử ngoại tác dụng tới mắt cơng nhân q trình làm việc Tấm kính tím có cơng dụng Mặt khác cịn có tác dụng làm giảm độ chói nguồn sáng để cơng nhân nhìn rõ vật phải hàn, khơng bị lóa mắt 18 TRONG BỆNH VIỆN NGƯỜI TA VẪN PHẢI CHIẾU ĐIỆN “CHIẾU ĐIỆN” LÀ THẾ NÀO VÀ NHẰM MỤC ĐÍCH GÌ? Ngồi tia tử ngoại có bước sóng ngắn, cịn có tia khơng nhìn thấy có bước sóng ngắn Đó tia Rơnghen (tia X) Người ta tạo tia Rơnghen ống Rơnghen Trong ống chân không Khi nối âm cực K dương cực A với nguồn điện có hiệu điện cao, từ âm cực phát chùm điện tử chuyển động nhanh Đập vào đối âm cực AK làm Page 18 of 27 Đề tài “Giải thích định tính tượng Quang học” kim loại có ngun tử lượng lớn (bạch kim vonfram) chùm điện tử bị hãm lại đột ngột; AK phát tia Rơnghen Tia Rơnghen có khả xuyên qua chắn sáng thông thường, làm huỳnh quang nhiều chất, có tác dụng làm đen phim ảnh v.v Đối với thể sinh vật tia Rơnghen xuyên qua thịt dễ xương, xuyên qua chỗ thương tổn khác chỗ lành lặn Đặt phía sau phận bị chiếu tia Rơnghen nàm chắn có phủ chất hùynh quang kẽm sunfua, ta phát chỗ tổn thương phận Công việc gọi “chiếu điện” Nếu thay chắn huỳnh quang phim ảnh, ta chụp vết thương thể (chụp điện) Chiếu điện, chụp điện nhằm mục đích chuẩn đốn bệnh, xác định vị trí vật lạ chui vào thể (mảnh bom, đạn v.v ), vị trí tổn thương ngun nhân khác Chiếu điện cịn phát chỗ rạn nứt chi tiết máy Nhìn chung, tia Rơnghen sử dụng nhiều y học công nghiệp 19 “TẮM ĐIỆN” LÀ THẾ NÀO? TẮM ĐIỆN CĨ TÁC DỤNG GÌ? Tắm điện phơi ánh đèn giàu tia tử ngoại Tia tử ngoại có tác dụng tổng hợp sinh tố D cần thiết cho cấu tạo xương có tác dụng diệt số nấm Vì trẻ em cịi xương người mắc bệnh nắm ngồi da thường điều trị phương pháp "tắm điện” Mặc dầu khí hấp thụ nhiều tia tử ngoại, ánh nắng cịn nhiều tia Do đó, “tắm nắng” biện pháp chống cịi xương 20 “MA TRƠI” LÀ GÌ? Những đêm tối trời, khô ráo, bãi tha ma thường xuất khối sáng xanh chập chờn gió Hiện tượng người mê tín gọi “ma trơi” Chúng ta biết, số phản ứng hoá học, phản ứng ơxy hố thường kèm theo phát quang Chất hoá phát quang “cổ điển” chất lân tinh (phốt pho) mà người ta phát từ 1669 Ở bãi tha ma, phốt pho, từ hài cốt bốc thành qua kẽ đất bay lên, phản ứng với ơxy khơng khí tạo thành khối sáng xanh chập chờn gió Đó chất “ma trơi” Hiện tượng phốt phát quang khơng khí cịn nhiều trường hợp kì lạ Giracđin kể (1861) lúc chập tối, sau ngày lao động môi trường đầy phốt pho, người thợ với thở xanh lè bóng tối Họ chứa đầy bụng, phổi phốt Magenđi thử tiêm dầu phốt cho chó nhận thấy thở có ánh sáng xanh bóng tối 21 VÌ SAO CÓ MỘT SỐ CÁ CHẾT BỊ SÓNG BIỂN HẮT LÊN BỜ LẠI PHÁT QUANG TRONG ĐÊM TỐI? Page 19 of 27 Đề tài “Giải thích định tính tượng Quang học” Con đơm đốm quen thuộc đêm hè nông thôn nước ta loại sinh vật có khả phát quang đêm tối Nếu đom đốm chết, khả phát quang Hiện tượng phát quang liên quang đến trình sống sinh vật Đó tượng phát quang sinh vật Nhưng cá chết bờ biển phát quang người đánh cá cho biết chúng khơng phát quang cịn sống Nhưng chúng chết, có loại quang vi khuẩn bắt đầu sinh sống phát triển thể gần thối rữa chúng làm cho ta tưởng cá phát quang Chính quang vi khuẩn mà số thịt, rau, xác người chết thối rữa phát ánh sáng xanh Cũng vi khuẩn mà mồ hôi, nước tiểu, vết thương phát ánh sáng xanh đêm tối 22 NGƯỜI TA LÀM THẾ NÀO ĐỂ KIM VÀ CHỮ SỐ Ở MẶT ĐỒNG HỒ CÓ THỂ PHÁT SÁNG TRONG ĐÊM TỐI? Một số tinh thể tinh thể kẽm sunfua, kẽm silicat kẽm catmi có tính chất phát quang mạnh bị kích thích ánh sáng có bước sóng ngắn tia tử ngoại, tia X (tia rơnghen) v.v Áp dụng tượng trên, người ta phủ lên mặt kim chữ số đồng hồ lớp kẽm sunfua kẽm catmi trộn lẫn lượng nhỏ chất phóng xạ muối rađi muối mêsơtơri Nhờ tia phóng xạ (trong có tia γ bước sóng ngắn) kẽm sunfua bị kích thích phát ánh sáng lục rõ đêm tối Sau thời gian chất phóng xạ rã hết, tia phóng xạ tắt, kim chữ số đồng hồ hết sáng Lượng chất phóng xạ pha thêm phải nhỏ, mức gây nguy hiểm 23 VÌ SAO ÁNH SÁNG ĐÈN ỐNG LẠI TỎA RA TỪ LỚP CHẤT MÀU TRẮNG PHỦ Ở THÀNH ỐNG? Đèn ống thường dùng đèn chứa thuỷ ngân Khi xảy tượng phóng điện, thuỷ ngân phát sáng cho quang phổ giàu tia tử ngoại Những tia tử ngoại bị thuỷ tinh hấp thụ gần hết, vả chúng khơng có tác dụng chiếu sáng Phải làm để biến đổi tia tử ngoại thành ánh sáng nhìn thấy Người ta phủ kín mặt ống lớp chất huỳnh quang Khi bị tia tử ngoại tác dụng chất phát quang cho ánh sáng nhìn thấy Do ta thấy ánh sáng đèn ống tỏa từ khắp bề mặt ống Hình vẽ giải thích phát sáng đèn ống Page 20 of 27 Đề tài “Giải thích định tính tượng Quang học” Chú thích : Điện tử phát từ điện cực chuyển động với vận tốc lớn đập vào nguyên tử thuỷ ngân Sự va chạm làm bật nguyên tử thuỷ ngân khỏi quỹ đạo bình thường Khi trở quỹ đạo cũ nguyên tử phát xạ tử ngoại Bức xạ tử ngoại tác dụng vào chất huỳnh quang thành ống làm chất huỳnh quang phát ánh sáng nhìn thấy Tuỳ theo chất huỳnh quang ta thu ánh sáng màu sắc khác Kẽm silicat phát quang màu lục Cađimi-borat phát quang màu hồng Cađimi-silicat phát quang màu đỏ Magiê-tungxtat phát quang lam nhạt Canxi-tungxtat phát quang lam Màu sắc ánh sáng huỳnh quang thay đổi pha thêm lượng nhỏ chất kích hoạt Chẳng hạn kẽm-silicat kích hoạt mangan cho màu huỳnh quang từ lục đến vàng nồng độ mangan tăng dần Người ta pha trộn chất huỳnh quang (theo nguyên tắc trộn màu ánh sáng) để đèn ống đủ loại màu sắc, kể màu trắng ứng với ánh sáng ban ngày 24 VÌ SAO DÂY TĨC ĐÈN ĐIỆN PHẢI LÀM BẰNG THAN HOẶC VONFRAM ? Dây tóc nhờ dịng điện nung nóng xạ ánh sáng Để làm dây tóc đèn cần chọn chất rắn xạ mạnh nung nóng, đồng thời có điểm nóng chảy cao Người ta thấy rằng, nhiệt độ nung, vật đen xạ mạnh ; vật đen tuyệt đối xạ mạnh Trong thực tế vật đen tuyệt đối Than, mồ hóng, bột bạch kim vật xám Dùng vật xám làm dây tóc đèn tốt Khi chưa tìm kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao vonfram, tantali, ôtxmi người ta dùng than làm dây tóc đèn điện Nhược điểm bóng đèn điện dây than nhiệt độ cao 2000 0K, than bốc mạnh phủ đen bóng thuỷ tinh Do đó, dùng than làm dây tóc, người ta chế tạo loại bóng điện công suất nhỏ Nhược điểm thứ hai nhiệt độ nung thấp, phần lớn lượng xạ vùng hồng ngoại Đối với vật đen, phải nung tới 60000K có bứcc xạ mạnh vùng vàng lục Đó trường hợp Mặt Trời Đèn sợi than, có nhiệt độ cỡ 20000K cho ánh sáng ngả nhiều màu đỏ Những kim loại ôxyt kim loại thường có tính xạ lọc lựa Đối với chúng, suất phát xạ (hoặc hấp thụ) phụ thuộc vào bước sóng Vonfram có nhiệt độ nóng chảy cao kim loại, nung nóng tới nhiệt độ 2000 0K có suất phát xạ vùng ánh sáng nhìn thấy lớn vùng hồng ngoại nhiều Ở nhiệt độ, xạ vonfram tương đối đỏ xạ than (hoặc vật xám) Vì lý đó, vonfram dùng phổ biến làm dây tóc đèn điện 25 VÌ SAO DÂY TĨC ĐÈN ĐIỆN PHẢI QUẤN XOẮN ỐC ? Page 21 of 27 Đề tài “Giải thích định tính tượng Quang học” Hiệu suất đèn điện dây tóc tăng theo nhiệt độ dây tóc Trong bóng đèn chân khơng điện tiêu thụ cân với lượng xạ Nhưng bóng đèn có khí trơ thường dùng nay, phần quan trọng điện bị dạng nhiệt dòng đối lưu chất khí ống Theo Langmuya, những người phát minh đèn điện có khí trơ, mát nhiệt sợi dây nung nóng tăng chủ yếu theo chiều dài tăng theo đường kính nung nóng cuả Quấn xoắn ốc dây tóc, đường kính nung nóng dường to cị chiều dài giảm Người ta tính rằng, chiều dài dây quấn xoắn ốc 1/6 chiều dài dây duỗi thẳng, mát nhiệt đối lưu giảm từ 10 đến 20% Một điểm khác quan trọng, quấn dây tóc xoắn ốc, độ sáng phần bên vòng dây sáng gấp đơi độ sáng bên ngồi, bên trong, ngồi ánh sáng sợi dây phát cịn có ánh sáng phản xạ từ phần đối diện Có thể nói phần bên vịng dây xạ vật đen Do hiệu suất phát sáng tăng lên Để tăng hiệu suất thêm nữa, người ta quấn hai lần xoắn ốc 26 HAI BĨNG ĐIỆN CÙNG MỘT CƠNG SUẤT CĨ CƯỜNG ĐỘ SÁNG BẰNG NHAU HAY KHƠNG ? Đèn ống huỳnh quang có hiệu suất lớn gấp vài lần (3-5lần) đèn dây tóc, nghĩa tiêu thụ công suất điện đèn dây tóc, phát ánh sáng nhiều gấp nhiêu lần Đèn điện dây than có cường độ sáng 1/3 cường độ sáng đèn dây tóc kim loại cơng suất Đèn dây tóc vonfram chứa khí trơ có cường độ sáng gần gấp đơi đèn khơng chứa khí, cơng suất Nhưng hai đèn dùng dây tóc vonfram, chứa khí trơ, áp suất, có cường độ sáng khác tiêu thụ công suất điện, hai hiệu điện khác Khi hiệu điện tăng gấp đôi, chẳng hạn từ 110 vôn lên 220 vôn, muốn giữ nguyên công suất đèn phải tăng điện trở đèn lên gấp bốn lần, đồng thời giảm nửa cường độ đèn Tăng điện trở dây, phải làm cho dây nhỏ Nhưng dây nhỏ mà nhiệt độ dây cũ, dây chóng đứt Để cho đèn bền cũ, phải cho nhiệt độ dây thấp hơn, tức làm cho cường độ sáng đèn nhỏ Vậy đứng phương diện thắp sáng, đèn hoạt động hiệu điện thấp lại có hiệu suất cao (tức phát nhiều ánh sáng, ánh sáng trắng hơn) đèn hoạt động hiệu điện cao Điều thấy đặc biệt rõ, đèn cơng suất nhỏ (dưới 50ốt) Vì dụng cụ quang học, kính hiển vi, đèn chiếu v.v người ta thường dùng đèn vôn, 12 vơn 27 VÌ SAO MẮC MỘT NGỌN ĐÈN Ở GIỮA SÂN ĐỂ ĐỌC SÁCH TA THẤY KÉM SÁNG HƠN KHI NGỒI ĐỌC SÁCH TRONG PHÒNG VỚI CÙNG NGỌN ĐÈN ẤY MẶC DẦU KHOẢNG CÁCH GIỮA ĐÈN VÀ SÁCH NHƯ NHAU ? Page 22 of 27 Đề tài “Giải thích định tính tượng Quang học” Muốn đọc sách ta phải bảo đảm độ rọi cần thiết (Độ rọi cần thiết để đọc sách khoảng 30 lux) Thắp đèn ngồi sân để đọc sách độ rọi đèn ánh sáng từ đèn trực tiếp chiếu tới Nếu thắp đèn nhà, ngồi ánh sáng trực tiếp từ đèn, ánh sáng tán xạ từ trần nhà, tường ” rọi ” tới trang sách Do đó, độ rọi lớn cường độ sáng đèn, khoảng cách từ đèn tới trang sách Chính trần nhà thường quét vôi trắng để tán xạ ánh sáng tốt hơn, tức để làm tăng độ rọi phòng Còn tường nhà thường quét vôi vàng lục nhạt để tán xạ ánh sáng vàng, lục dịu mắt (mắt ta dễ nhạy cảm với ánh sáng vàng lục nhạt) 28 DÙNG BĨNG ĐIỆN MỜ CĨ LỢI GÌ HƠN BĨNG TRONG SUỐT ? Dùng đèn điện có bóng thuỷ tinh suốt có hai điều bất tiện : Dây tóc bóng đèn có độ chói lớn, sử dụng phải treo cao phải dùng chao đèn che khuất dây tóc Nếu ta nhìn vào mặt rọi sáng, chẳng hạn trang sách, ánh sáng tán xạ từ trang sách có phần ánh sáng tán xạ cho ảnh biến dạng dây tóc làm lóa mắt, khó đọc sách Ngược lại bóng đèn mờ, ánh sáng toả từ khắp mặt ngồi bóng, độ chói nguồn giảm nhiều, nhìn thẳng vào bóng đèn bị lóa Mặc khác ánh sáng tán xạ bóng điện mờ vật phản xạ hơn, đọc sách dễ chịu Tuy nhiên phòng khách khách sạn, phịng đợi nhà ga, sân bay, ngồi bóng đèn mờ, đèn ống huỳnh quang, người ta thường thắp thêm số bóng đèn dây tóc, vì, ánh sáng đèn điện dây tóc, kim cương, hột xoàn, mặt đá nữ trang bà, chị lấp lánh mạnh 29 VÌ SAO CÁC VẬT CÓ MÀU SẮC? Màu sắc vật không suốt màu ánh sáng mà vật phản xạ tán xạ Màu vật suốt màu ánh sáng mà vật cho truyền qua Vì vậy, màu sắc vật vừa phụ thuộc vật, vừa phụ thuộc nguồn sáng chiếu sáng vật Ở đây, nói màu sắc vật chiều ánh sáng trắng Nếu phản xạ tán xạ đồng mạnh tất màu quang phổ ánh sáng trắng, vật có màu trắng Nếu hấp thụ hầu hết đồng màu ánh sáng trắng, vật có màu đen Vật suốt cho tất ánh sáng truyền qua vật khơng màu Thí dụ: nước, khơng khí, cồn Vật phản xạ tán xạ màu đỏ hấp thụ hết tất màu khác có màu đỏ Thủy tinh hấp thụ tất màu trừ màu lam có màu lam Cũng có vật phản xạ, tán xạ số màu cho truyền qua số màu khác Khi nhìn vật qua ánh sáng phản xạ tán xạ, có màu đó; Page 23 of 27 Đề tài “Giải thích định tính tượng Quang học” nhìn ánh sáng truyền qua lại thấy có màu khác Chẳng hạn vàng mỏng, có màu vàng nhìn ánh sáng phản xạ, soi lên lại thấy có màu lục Màu sắc vật suốt phụ thuộc vào bề dày Ta thường thấy nước ao, hồ sâu có màu lục, để cốc nước hồ riêng biệt thấy suốt Ánh sáng ban ngày truyền qua nước tới độ sâu phản xạ lại Nước lại hấp thụ ánh sáng có bước sóng dài nhiều ánh sáng có bước sóng ngắn, truyền sâu xuống nước ánh sáng trắng nhiều màu đỏ vàng Do đó, nhìn xuống hồ ta thấy nước có màu lục 30 CĂN CỨ VÀO MÀU CỦA NGỌN LỬA, CĨ THỂ ĐỐN NHẬN TRONG CHẤT ĐANG CHÁY CĨ NGUN TỐ GÌ KHƠNG ? Chất phát sáng cho quang phổ vạch, nghĩa ánh sáng gồm số màu, ứng với bước sóng xác định Bỏ vài hạt muối ăn vào lửa đèn cồn, ta thấy lửa có màu vàng đặc biệt Quan sát ánh sáng vàng qua kính quang phổ, ta thấy quang phổ có vạch màu vàng, vị trí ứng với bước sóng 0,589μm Khí hyđrơ chứa ống kín, áp suất vài milimet thuỷ ngân phát sáng cách dễ dàng, ta gắn sẵn hai đầu ống hai điện cực, nối hai cực với nguồn điện vài nghìn vơn Khi hyđrơ phát ánh sáng màu lam nhạt gần trắng Quan sát ánh sáng qua kính quang phổ, ta thấy có bốn vạch : Đỏ, lam, chàm, tím Các chất khí ơxy, nitơ, hêli, khí cacbơnic, nước, kim loại v.v phát sáng cho quang phổ gồm nhiều vạch riêng biệt Điều đặt biệt vạch quang phổ nguyên tố khác khác nhau, vạch quang phổ nguyên tố xác định hoàn toàn khơng đổi, dù ngun tố hố hợp với nguyên tố khác Chẳng hạn, sut, cacbônat natri, muối ăn, nóng sáng cho vạch quang phổ màu vàng đặc trưng cho nguyên tố natri Vì muốn biết chất có ngun tố gì, ta đốt cho chất nóng sáng, quan sát lửa qua kính quang phổ : nhìn vạch phổ, biết, ngun tố phát vạch Đó sở phép phân tích quang phổ, phương pháp quan trọng Nếu chất phải phân tích chứa một, hai nguyên tố, nhiều cần nhìn màu sắc lửa, người có kinh nghiệm đốn nhận được, ngun tố gì./ Page 24 of 27 Đề tài “Giải thích định tính tượng Quang học” PHẦN III: KẾT LUẬN Trong điều kiện lịch sử mới, lạc hậu, thiếu tri thức văn hố khoa học tối thiểu, bị bưng bít thứ khoa học giả dối, ngụy tạo, rơi vào đường mê tín, mù quáng Một số tượng Quang học đề tài khoa học giải thích xác, giúp ta hiểu chất tượng xảy tự nhiên ứng dụng để giải thích tượng Quang học tương tự Với kiến thức vốn có tiếp thu q trình giảng dạy tơi cố gắng trình bày tương đối hồn chỉnh sở lý thuyết đề tài Do thiếu kinh nghiệm khả có hạn, nên chắn đề tài không tránh khỏi hạn chế thiếu sót Rất mong đóng góp ý kiến quý thầy, cô giáo Và hy vọng rằng, đề tài tài liệu giúp em học sinh yêu thích mơn Vật lý nói chung phần Quang học nói riêng./ Page 25 of 27 Đề tài “Giải thích định tính tượng Quang học” TÀI LIỆU THAM KHẢO Hỏi đáp tượng Vật lý, tập IV (phần quang học) - NXB Khoa học kỹ thuật Tác giả : Ngô Quốc Quýnh, Nguyễn Đức Minh Vật lý vui, 1,2 NXB-GD Tác giả : IA.I PÊ-REN-MAN Vật lý thật lý thú, tập 1,2 NXB THANH NIÊN Tác giả: Vũ Bội Tuyền Bộ sách tri thức tuổi hoa niên NXB VĂN HỐ THƠNG TIN Page 26 of 27 Đề tài “Giải thích định tính tượng Quang học” MỤC LỤC Trang Phần I: Mở đầu 1/ Lý chọn đề tài 2/ Phương pháp nghiên cứu phạm vi nghiên cứu Phần II: Nội dung I Cơ sở lý thuyết Quang học vài tượng Quang học đời sống a/ Cơ sở lý thuyết b/ Một vài tượng Quang học thường gặp đời sống .3 II Phương pháp chung để giải đáp nhanh câu hỏi điịnh tính Quang học III 30 tượng Quang học phổ biến tự nhiên Phần III Kết luận .25 Tài liệu tham khảo 26 Page 27 of 27 ... thường dùng gia đình để soi mặt, chải đầu gọi gương phẳng Bề mặt phẳng Một chùm tia sáng song song chiếu tới gương ánh sáng phản xạ tia sáng song song, gnười đứng song song với mặt gương có hình... chết, khả phát quang Hiện tượng phát quang liên quang đến q trình sống sinh vật Đó tượng phát quang sinh vật Nhưng cá chết bờ biển phát quang người đánh cá cho biết chúng khơng phát quang cịn sống... vào chất huỳnh quang thành ống làm chất huỳnh quang phát ánh sáng nhìn thấy Tuỳ theo chất huỳnh quang ta thu ánh sáng màu sắc khác Kẽm silicat phát quang màu lục Cađimi-borat phát quang màu hồng