Ly thuyet song anh sang

+ K ết quả thí nghiệm về giao thoa ánh sáng đơn sắc của Young (Iâng): Tr ên màn ảnh ta thu được các vạch sáng song song và cách đều các vạch tối.. Ngược lại, khi hai sóng ngược pha chú[r]

(1)

Chương VI

TÍNH CH

ẤT SĨNG CỦA ÁNH SÁNG

I TĨM TẮT CƠNG THỨC GIAO THOA ÁNH SÁNG Giao thoa với khe Young (Iâng)

Thí nghiệm giao thoa ánh sáng Young

S1, S2 hai khe sáng; O vị trí vân sáng trung tâm a (m): khoảng cách hai khe sáng

D (m): khoảng cách từ hai khe sáng đến

λ (m): bước sóng ánh sáng

L (m): bề rộng vùng giao thoa, bề rộng trường giao thoa

1 Hiệu đường từ S1, S2 đến điểm A Xét D >> a, x thì: d2 – d1 =

D ax

(1)

2 Vị trí vân sáng vân tối a.Vị trí vân sáng

Những chỗ hai sóng gặp pha, chúng tăng cường lẫn

và tạo nên vân sáng

Tại A có vân sáng hai sóng pha, hiệu đường số nguyên lần bước sóng:

d2 – d1 = k (2)

Điều kiện gọi điều kiện cực đại giao thoa Từ (1) (2) ta có:

x = k

a D



(với k Z) (3)

Khi k = x = 0: ứng với vân sáng trung tâm hay vân sáng

Khi k = 1: ứng với vân sáng bậc (thứ) x = a

D



Khi k = 2: ứng với vân sáng bậc (thứ)

(2)

Khi k = n: ứng với vân sáng bậc (thứ) n (n số nguyên dương)

b Vị trí vân tối

Tại M có vân tối hai sóng từ hai nguồn đến M ngược pha nhau, chúng

triệt tiêu lẫn tạo nên vân tối Điều kiện thỏa mãn hiệu đường từ hai nguồn đến M số lẻ nửa bước sóng

d2 – d1 = (2k + 1)

2



(4)

Điều kiện gọi điều kiện cực tiểu giao thoa Từ (1) (4) ta có: x = (2k +1)

a D

2



(với k Z) (5)

* Về phía tọa độ dương (x>0)

Khi k = 0: ứng với vân tối bậc(thứ) phía dương Khi k = 1: ứng với vân tối bậc(thứ) phía dương

Vậy xét phía dương x > 0, vân tối bậc n (thứ n), n = (k + 1) hay k=n1

* Về phía tọa độ âm (x<0)

Khi k = 1: ứng với vân tối bậc (thứ) phía âm

Khi k = 2: ứng với vân tối bậc (thứ) phía âm

Khi k = n: ứng với vân tối bậc (thứ) n phía âm

3 Khoảng vân i

D i

a



 (6)

+ Gọi l khoảng cách n vân sáng liên tiếp khoảng cách n

vân tối liên tiếp, khoảng vân tính sau:

i =



n l

(7)

4 Xác định vị trí điểm M trường giao thoa cách vân trung tâm khoảng xM có vân sáng hay vân tối

+ Lập tỉ số: xM n

i  (8)

Nếu n ngun, hay n Z, M có vân sáng bậc k=n

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

5 Xác định bề rộng quang phổ bậc k giao thoa với ánh sáng trắng

Bề rộng quang phổ khoảng cách vân sáng màu đỏ ngồi vân sáng màu tím vùng quang phổ

(3)

xk = k ( d t) a

D



  (9)

xk = k(iđ it) (10)

với k N, k bậc quang phổ

6 Xác định số vân sáng quan sát

+ Gọi L bề rộng giao thoa trường Xét nửa giao thoa trường

Lập tỉ số: L n

2i (11)

Gọi z phần nguyên n {z=[n]}, p phần thập phân n

VD: n=3,75 z=3 p=0,75

+ Tổng số vân sáng trường giao thoa là:

Ns = 2z + (12)

+ Tổng số vân tối trường giao thoa là:

Nt = 2z p < 0,5 (13a)

Nt = 2(z +1) p0,5 (13b)

7 Giao thoa ánh sáng với nhiều xạ đơn sắc Vị trí vân sáng xạ đơn sắc trùng

x =

a D k

1 

=

a D k

2 

=

a D k

3 

= …=

a D k n

n 

(14)

k1λ1=k2λ2=k3λ3=k4λ4= =knλn (15) với k1, k2, k3,…, knZ

Dựa vào phương trình biện luận chọn giá trị k thích hợp, thông thường

chọn k bội số số ngun

Ví dụ: Hai xạ λ1 λ2 cho vân sáng trùng Ta có k1λ1=k2λ2 

2

1 2

1

5

k k k

6



 



Vì k1, k2 số nguyên, nên ta chọn k2 bội k1 bội

(4)

Có thể lập bảng sau:

k1 10 15 20 25

k2 12 18 24 30

x

8 Giao thoa ánh sáng với nhiều xạ đơn sắc hay ánh sáng trắng a Các xạ ánh sáng trắng cho vân sáng x0 khi:

Tại x0 giá trị đại số xác định vị trí chưa xác định cụ thể

Vị trí vân sáng x=

a D k

Vì x=x0 nên x0 =

a D k kD ax0 

 (16)

với điều kiện



thơng thường



D   ax k D ax  

 , (với kZ) (17)

chọn kZ thay giá trị k tìm vào tính



kD ax0 

 : bước

sóng xạ ánh sáng trắng cho vân sáng x0

b.Các xạ ánh sáng trắng cho vân tối (bị tắt) x0:

khi x = (2k+1)

a D  =x0 D k ax ) ( 0  

 (18)

với điều kiện



D k ax ) (

 



D ax k D ax 2 2     

 , (với kZ) (20)

Thay giá trị k tìm vào

D k ax ) ( 0  

 : bước sóng xạ

của ánh sáng trắng cho vân tối (bị tắt) x0

9 Giao thoa với khe Young (Iâng) mơi trường có chiết suất n

(5)

Gọi ' bước sóngánh sángtrong mơi trường có chiết suất n

' n



  (21)

a Vị trí vân sáng: x =k ' D a



=k D

n.a



(22)

b.Vị trí vân tối: x =(2k +1) ' D 2a



= (2k +1) D

2na



(23)

c Khoảng vân: i= ' D a



= D

an



(24)

10 Đặt mỏng trước khe Young

Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng với khe Young (I-âng), ta đặt trước khe S1 thủy tinh có chiều dày e, chiết suất n

Khi đặt mỏng trước khe S1 đường tia sáng S1M S2M lần

lượt là:

S1M d1(n1)e

S2M = d2 Hiệu quang trình:

 = S2M - S1M = d2 – d1 – (n – 1)e Mà d2 – d1 = ax/D

 = ax/D – (n – 1)e

Vân sáng trung tâm ứng với hiệu quang trình  =

 = ax0/D – (n – 1)e =

Hay: xo (n 1)eD

a





Hệ thống vân dịch chuyển phía S1 Vì x0>0

11 TỊNH TIẾN KHE SÁNG S ĐOẠN y0 S1

S2 S’

S

O O’ x0 y

D d

S1 S2

(6)

Trong thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng, nguồn sáng S phát ánh sáng đơn sắc có bước sóng  Khoảng cách từ nguồn S đến mặt phẳng chứa

hai khe S1; S2 d Khoảng cách hai khe S1; S2 a , khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe tới quan sát D

Tịnh tiến nguồn sáng S theo phương S1 S2 phía S1 đoạn y hệ thống vân giao thoa di chuyển theo chiều ngược lại đoạn x0

0

yD x

d



GIAO THOA ÁNH SÁNG V

ỚI

CÁC THI

ẾT BỊ GIAO THOA KHÁC

12 Giao thoa với Gương Frexnel: hai gương phẳng đặt lệch góc 

S1, S2 ảnh ảo S cho hai gương, coi nguồn sáng kết hợp S1, S2, S nằm đường trịn bán kính r

Từ hình vẽ ta có:

Khoảng cách từ nguồn kết hợp đến màn: S S1 2a2S H1 2SI sin 2 r 

a2 r 

DHOr cos   d r d

D r d

S

I S1

S2 M1

M2

M1 S1

S2

r

E

M2 2

S

H I d

P1

(7)

 : Góc hai gương phẳng

r : khoảng cách giao tuyến hai gương nguồn S

13 GIAO THOA VỚI LƯỠNG LĂNG KÍNH FRESNEL (Frexnen)

Trong thí nghiệm GTAS với lưỡng lăng kính Fresnel: gồm hai lăng kính

giống hệt có góc chiết quang A nhỏ ghép sát đáy, chiết suất n Trên mặt phẳng đáy chung đặt nguồn sáng điểm S phát ánh sáng đơn sắc

cách lưỡng lăng kính khoảng d, phía sau đặt E cách lưỡng lăng

kính khoảng d’

Góc lệch tia sáng qua lăng kính

=A(n-1)

Khoảng cách a hai ảnh S1 S2 S tạo lăng kính tính cơng thức:

a=S1S2=2IS.tan a = 2dA(n -1) D=d+d’

D i

a



 = (d d ') a

 

, i (d d ') 2dA(n 1)

  



Bề rộng vùng giao thoa L=P1P2

ad ' L

d



d: khoảng cách từ S đến lưỡng lăng kính

D’: khoảng cách từ đến lưỡng lăng kính

A: Góc chiết quang lăng kính

n: Chiết suất lăng kính.

S S2

(8)

14 GIAO THOA VỚI LƯỠNG THẤU KÍNH

BI-Ê (BILLET)

d-f

; a=

d d ' e

d



;

a

 



; L=P

P

=

D d e

d



e=O

O

: khoảng cách hai nửa thấu kính

S2 S1

S

A2 d

I

P2 O



E

d' A

1



P1

F

d d/

O2

F1

F2

O1

(9)

B PHẦN LÝ THUYẾT

1 Ánh sáng đơn sắc – Ánh sáng trắng

+ Ánh sáng đơn sắc ánh sáng khơng bị tán sắc qua lăng kính Mỗi ánh sáng đơn sắc có màu định gọi màu đơn sắc

+ Ánh sáng trắng tập hợp vô số ánh sáng đơn sắc khác có màu biến

thiên liên tục từ đỏ đến tím

+ Kết thí nghiệm tán sắc ánh sáng Niutơn: tượng tán sắc

ánh sáng tượng tia sáng sau qua lăng kính khơng bị

lệch phía đáy lăng kính mà cịn bị tách thành dãy màu biến

thiên liên tục từ đỏ đến tím Màu đỏ bị lệch nhất, màu tím bị lệch nhiều

nhất

+ Kết thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc: chùm sáng có màu xác định

(chẳng hạn màu lục) qua lăng kính bị lệch phía đáy lăng

kính mà khơng bị tán sắc

2 Giao thoa ánh sáng

a Nguồn kết hợp: nguồn có tần số độ lệch pha khơng đổi theo

thời gian

b thí nghiệm

+ Kết thí nghiệm giao thoa ánh sáng đơn sắc Young (Iâng): Trên ảnh ta thu vạch sáng song song cách vạch tối (các

vạch sáng tối xen kẻ đặn)

c Giải thích

- Hiện tượng giao thoa ánh sáng giải thích thừa nhận ánh sáng

có tính chất sóng

- Trong vùng gặp sóng ánh sáng có chỗ hai sóng gặp pha, chúng tăng cường lẫn tạo nên vân sáng

Ngược lại, hai sóng ngược pha chúng triệt tiêu lẫn tạo nên vân tối

d Ý nghĩa: giao thoa ánh sáng chứng thực nghiệm quan

khẳng định ánh sáng có tính chất sóng

e Khoảng vân

+ Khoảng vân (i) khoảng cách hai vân sáng cạnh nhau, hay khoảng

cách hai vân tối cạnh

i D a



  (m): bước sóng ánh sáng

(10)

a (m): khoảng cách khe

Khoảng cách l n vân sáng liên tiếp (n-1) khoảng vân

l=(n-1)i; i l n

 

f Vị trí vân giao thoa - Vị trí vân sáng

x = k

a D



hay x=ki

Trong k số bậc vân ( k = 0, 1; 2 )

Khi k = x = 0: ứng với vân sáng trung tâm hay vân sáng

giữa

- Vị trí vân tối

x = (2k +1)

a D

2



hay x= k+1 D

2 a



 

 

  hay

1

x= k+ i

2

 

 

 

Trong k số nguyên ( k = 0, 1; 2 )

Về phía dương

Khi k = 0: ứng với vân tối bậc (thứ)

Khi k = 1: ứng với vân tối bậc (thứ)

Vậy xét x > 0, vân tối bậc (thứ) n, k=n-1 hay n = (k + 1)

Về phía âm

Khi k = -1: ứng với vân tối bậc (thứ)

Khi k = -2: ứng với vân tối bậc (thứ)

3 Máy quang phổ

a Chức năng: máy quang phổ dụng cụ dùng để phân tích chùm sáng có nhiều thành phần thành thành phần đơn sắc khác Nói khác đi, dùng để nhận biết thành phần cấu tạo chùm sáng phức tạp

(11)

b Nguyên tắc: máy hoạt động dựa tượng tán sắc ánh sáng lăng kính (và tượng giao thoa ánh sáng)

c Cấu tạo: gồm phận ống chuẩn trực; lăng kính buồng ảnh

Ống chuẩn trực: tạo chùm tia sáng song song

Lăng kính: tán sắc ánh sáng tạo nhiều chùm đơn sắc song song

Buồng tối hay buồngảnh: ghi hình ảnh quang phổ

4 Quang phổ liên tục

a.Định nghĩa: quang phổ gồm nhiều dải màu sáng có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím

b.Nguồn phát sinh: tất vật rắn, lỏng, khí có tỉ khối lớn bị nung nóng phát quang phổ liên tục (ví dụ: mặt trời )

c. Đặc điểm: khơng phu thuộc vào thành phần cấo tạo nguồn sáng mà phụ thuộc vào nhiệt độ nguồn sáng

d. Ứng dụng: dựa vào quang phổ liên tục người ta xác định nhiệt độ

của vật phát sáng

5 Quang phổ vạch phát xạ

a Định nghĩa: quang phổ bao gồm hệ thống vạch màu riêng rẽ nằm tối

b Nguồn phát sinh: khí hay áp suất thấp bị kích thích phát

quang phổ vạch phát xạ

c Đặc điểm: quang phổ vạch phát xạ nguyên tố khác

khác số lượng vạch, vị trí vạch, màu sắc độ sáng tỉ đối

các vạch

d Ứng dụng: dựa vào quang phổ vạch phát xạ ta nhận biết

thành phần hoá học, nồng độ nguyên tố có hợp chất cần phân

tích

6 Quang phổ vạch hấp thụ

a Định nghĩa: hệ thống vạch tối nằm nên quang phổ Ống chuẩn trực

S

L

1

L

2

L F

C

P

1

F

2

F

Sơ đồ cấu tạo máy quang phổ lăng kính

(12)

b Điều kiện để thu quang phổ vạch hấp thụ: nhiệt độ đám khí hay hấp thụ phải thấp nhiệt độ nguồn sáng phát quang phổ liên tục

VD: Quang phổ Mặt Trời thu mặt đất quang phổ vạch hấp thụ,

vì qua lớp khơng khí mặt đất bị đám khí hấp thu số

vạch

7 Hiện tượng đảo sắc vạch quang phổ

Ở nhiệt độ định, đám khí hay có khả phát ánh sáng đơn sắc có khả hấp thụ ánh sáng đơn

sắc

8 Tia hồng ngoại

a Định nghĩa: xạ khơng nhìn thấy được, có bước sóng lớn bước sóng ánh sáng đỏ (  0,75m )

b Nguồn phát sinh: vật bị nung nóng phát tia hồng ngoại

c Tính chất – Tác dụng

+ Có chất sóng điện từ

+ Tác dụng bật tác dụng nhiệt

+ Tác dụng lên loại kính ảnh đặc biệt kính ảnh hồng ngoại

+ Bị nước hấp thụ

+ Không có khả iơn hóa chất khí

d Ứng dụng

+ Chủ yếu sấy khô sản phẩm công nghiệp, nông nghiệp; y học dùng

để sưởi ấm

+ Chụp ảnh hồng ngoại

9 Tia tử ngoại

a Định nghĩa: xạ khơng nhìn thấy được, có bước sóng nhỏ bước sóng ánh sáng tím (  0,40 m )

b Nguồn phát sinh: vật bị nung nóng 30000 C phát tia tử ngoại

rất mạnh

c Tính chất – Tác dụng

+ Có chất sóng điện từ

+ Tác dụng mạnh lên kính ảnh

+ Có thể làm phát quang số chất

+ Có tác dụng ion hố chất khí

+ Có khả gây số phản ứng quang hoá, quang hợp

+ Gây hiệu ứng quang điện

(13)

+ Bị thuỷ tinh, nước hấp thụ mạnh

d Ứng dụng

+ Chụp ảnh

+ Phát vết nứt, vết trầy xước bề mặt sản phẩm

+ Khử trùng, chữa bệnh còi xương 10 Tia Rơnghen (tia X)

a Bản chất

+ Khơng mang điện

+ Là sóng điện từ có bước sóng ngắn tia tử ngoại (  từ 10-12 m đến 10-8

m )

b Tính chất – Tác dụng

+ Có khả đâm xuyên mạnh (Tia X qua nhôm dày vài cm

lại không qua chì dày vài mm)

+ Có tác dụng mạnh lên kính ảnh, dùng để chụp điện

+ Làm phát quang số chất, dùng để quan sát hình chiếu điện

+ Có khả ion hố chất khí, dùng để đo liều lượng tia X

+ Có tác dụng sinh lý: hủy hoại tế bào, diệt vi khuẩn Trong y tế dùng tia X