Lý thuyết và bài tập chuyên đề Sóng ánh sáng

Sóng ánh sáng là một trong những chuyên đề quan trọng trong môn Vật Lý lớp 12. Chính vì vậy, hôm nay Download.vn xin giới thiệu đến cho tất cả các bạn tài liệu Lý thuyết và bài tập chuyên đề Sóng ánh sáng. Xem thêm các thông tin về Lý thuyết và bài tập chuyên đề Sóng ánh sáng tại đây

LÝ THUYẾT CƠ BẢN CHƯƠNG SÓNG ÁNH SÁNG I Tán sắc ánh sáng * Sự tán sắc ánh sáng:Tán sắc ánh sáng phân tách chùm sáng phức tạp thành chùm sáng đơn sắc * Ánh sáng đơn sắc, ánh sáng trắng -Ánh sáng đơn sắc ánh sáng không bị tán sắc qua lăng kính Mỗi ánh sáng đơn sắc có màu gọi màu đơn sắc.Mỗi màu đơn sắc môi trường có bước sóng xác định -Khi truyền qua môi trường suốt khác vận tốc ánh sáng thay đổi, bước sóng ánh sáng thay đổi cịn tần số ánh sáng khơng thay đổi -Ánh sáng trắng tập hợp vô số ánh sáng đơn sắc khác có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím -Dải có màu cầu vồng (có có vơ số màu chia thành màu đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím) gọi quang phổ ánh sáng trắng -Chiết suất chất suốt biến thiên theo màu sắc ánh sáng tăng dần từ màu đỏ đến màu tím * Ứng dụng tán sắc ánh sáng -Máy quang phổ phân tích chùm sáng đa sắc, vật sáng phát ra, thành thành phần đơn sắc -Hiện tượng cầu vồng xảy tán sắc ánh sáng, tia sáng Mặt Trời bị khúc xạ phản xạ giọt nước trước tới mắt ta Phương pháp giải: Áp dụng cơng thức lăng kính : + Công thức tổng quát: sini1 = n sinr1 sini2 = n sinr2 A = r1 + r2 D = i1 + i2 – A +Trường hợp i A nhỏ: i1 = nr1 ; i2 = nr2; D = (n – 1)A +Góc lệch cực tiểu: Dmin A  r1  r2    Dmin  2i1  A  i1  i2 +Cơng thức tính góc lệch cực tiểu: sin Dmin  A A  n sin 2  Điều kiện để có phản xạ toàn phần: n1 > n2 i > igh với sinigh = n2 n1 ntim  n  ndo tim    do  Với ánh sáng trắng:  II Nhiễu xạ ánh sáng – Giao thoa ánh sáng a Nhiểu xạ ánh sáng: Nhiễu xạ ánh sáng tượng truyền sai lệch với truyền thẳng ánh sáng qua lỗ nhỏ gặp vật cản Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng b Hiện tượng giao thoa ánh sáng -Hai chùm sáng kết hợp hai chùm phát ánh sáng có tần số pha có độ lệch pha khơng đổi theo thời gian -Khi hai chùm sáng kết hợp gặp chúng giao thoa: +Những chổ hai sóng gặp mà pha nhau, chúng tăng cường lẫn tạo thành vân sáng +Những chổ hai sóng gặp mà ngược pha với nhau, chúng triệt tiêu tạo thành vân tối -Nếu ánh sáng trắng giao thoa hệ thống vân ánh sáng đơn sắc khác khơng trùng nhau: +Ở giữa, vân sáng ánh sáng đơn sắc khác nằm trùng cho vân sáng trắng gọi vân trắng ( vân trung tâm) +Ở hai bên vân trung tâm, vân sáng khác sóng ánh sáng đơn sắc khác không trùng với nữa, chúng nằm kề sát bên cho quang phổ có màu màu cầu vồng -Hiện tượng giao thoa ánh sáng chứng thực nghiệm khẵng định ánh sáng có tính chất sóng c.Vị trí vân, khoảng vân giao thoa ánh sáng khe Young + Vị trí vân sáng: xs = k D a với k  Z ; + Vị trí vân tối: xt = (2k + 1) + Khoảng vân : i= D 2a a M x d1 S1 d2 I O S2 ; với k  Z => Bước sóng:   D ia D + Giữa n vân sáng liên tiếp có (n – 1) khoảng vân M d1 => Vị trí vân sáng: xs = ki S1 => Vị trí vân tối: xt = (2k + 1)i/2 e, n x d2 O d Thí nghiệm Young có mặt song song : - Do có mỏng có bề dày e, chiết suất n : S2 D + Quang lộ từ S1 đến M : S1M = (d1 – e)+ n.e + Quang lộ từ S2 đến M : S2M = d2 - Hiệu quang trình :  = S2M – S1M = d2 – d1 – e (n  1) = D e.D (n  1) a - Vị trí vân sáng : xs = k - Vị trí vân tối : xt = (k + 0,5) a + a.x -e D D a + e.D (n  1) a - Hệ vân dời đoạn x0 phía có đặt mặt song song: = e.D (n  1) a e Bước sóng màu sắc ánh sáng + Ánh sáng đơn sắc ánh sáng có bước sóng xác định chân không + Mọi ánh sáng đơn sắc mà ta nhìn thấy (ánh sáng khả kiến) có bước sóng chân khơng (hoặc khơng khí) khoảng từ 0,38m (ánh sáng tím) đến 0,76m (ánh sáng đỏ) + Những màu quang phổ ánh sáng trắng (đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím) ứng với vùng có bước sóng lân cận Bảng màu bước sóng ánh sáng chân khơng sau: Màu sắc Bước sóng chân khơng (m) Bước sóng chân không (nm) Đỏ 0,640 – 0,760 640 – 760 Cam 0,590 – 0,650 590 – 650 Vàng 0,570 – 0,600 570 – 600 Lục 0,500 – 0,575 500 – 575 Lam 0,450 – 0,510 450 – 510 Chàm 0,430 – 0,460 430 – 460 Tím 0,380 – 0,440 380 – 440 III Quang phổ a Máy quang phổ lăng kính + Máy quang phổ dụng cụ phân tích chùm sáng nhiều thành phần thành thành phần đơn sắc khác + Máy dùng để nhận biết thành phần cấu tạo chùm sáng phức tạp nguồn phát + Máy quang phổ có ba phận chính: - Ống chuẫn trực phận tạo chùm sáng song song - Hệ tán sắc có tác dụng phân tích chùm tia song song thành nhiều chùm tia đơn sắc song song - Buồng ảnh dùng để quan sát hay chụp ảnh quang phổ + Nguyên tắc hoạt động máy quang phổ lăng kính dựa tượng tán sắc ánh sáng b Các loại quang phổ Quang phổ liên tục Quang phổ vạch phát Quang phổ vạch hấp xạ thụ Định Gồm dãi màu Gồm vạch màu Gồm vạch hay đám nghĩa có màu thay đổi riêng lẻ, ngăn cách vạch tối quang cách liên tục từ phổ liên tục đỏ đến tím khoảng tối Nguồn Do chất rắn, Do chất khí hay phát chất lỏng hay chất áp suất thấp chất khí cho khí có áp suất lớn bị kích thích quang phổ hấp thụ bị nung nóng điện hay nhiệt phát phát ra -Các chất rắn, chất lỏng -Nhiệt độ chúng phải thấp nhiệt độ nguồn phát quang phổ liên tục Đặc Không phụ thuộc Các nguyên tố khác -Quang phổ hấp thụ điểm thành phần cấu tạo khác chất khí chứa nguồn sáng về: số lượng vạch, vị vạch hấp thụ trí vạch độ -Cịn quang phổ chất Chỉ phụ thuộc nhiệt sáng độ sáng tỉ đối lỏng rắn lại chứa độ nguồn sáng vạch “đám”, đám gồm -Mỗi ngun tố hố nhiều vạch hấp thụ nối học có quang phổ tiếp cách liên vạch đặc trưng tục nguyên tố Ứng Dùng để xác định Biết thành phần Nhận biết có dụng nhiệt độ vật cấu tạo nguồn mặt nguyên tố sáng hỗn hợp hay hợp chất IV Tia hồng ngoại – Tia tử ngoại -Tia X a Phát tia hồng ngoại tử ngoại Ở ngồi quang phổ ánh sáng nhìn thấy, hai đầu đỏ tím, cịn có xạ mà mắt khơng nhìn thấy, nhờ mối hàn cặp nhiệt điện bột huỳnh quang mà ta phát Các xạ gọi tia hồng ngoại tia tử ngoại b.Dùng ống Cu-lít-giơ tạo tia X: Là ống thủy tinh chân khơng bên có hai điện cực: - Catot K kim loại, hình chỏm cầu làm cho electron từ FF’ hội tụ vào anot A - Anot A kim loại có khối lượng nguyên tử lớn điểm nóng chảy cao làm nguội nước Dây FF’ nung nóng dịng điện, e bay từ FF’ đến đập vào A làm phát tia X b.Các tia Tiêu đề Tia hồng ngoại Tia tử ngoại Tia X Bản chất Cùng Sóng điện từ có bước sóng khác Bước 7,6.10-7m 10-3m 3,8.10-7m  10-8m 10-8m 10-11m sóng Nguồn Vật nhiệt độ cao Vật có nhiệt độ cao -ơng tia X phát môi trường: Trên 00K 20000C: -ông Cu-lit-giơ phát tia hồng đèn huỳnh quang, đèn -phản ứng hạt ngoại.Bóng đèn dây tóc, thuỷ ngân, hình nhân bếp ga, bếp than, điốt tivi hồng ngoại Tính Truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ, giao thoa, nhiễu xạ, tác dụng nhiệt, chất tác dụng lên kính ảnh (phim) -Tác dụng nhiệt:Làm -Gây tượng quang điện trong, nóng vật -Gây số phản -Làm phát quang số chất, làm ion ứng hóa học hóa chất khí, có tác dụng sinh lí, hủy hoại tế bào, diệt khuẩn -Gây tượng -Bị nước thuỷ tinh -Có khả đâm quang điện hấp thụ xuyên mạnh chất bán dẫn -Tầng ôzôn hấp thụ -Tia X có bước -Biến điệu biên độ hầu hết tia có  sóng ngắn 300nm khả đâm “tấm áo giáp” bảo vệ xuyên lớn; người sinh vật tia X cứng mặt đất khỏi tác dụng tia tử ngoại từ Mặt Trời Ứng -Sưởi ấm, sấy khô, -Tiệt trùng thực phẩm, -Chụp X quang; dụng -Làm phận điều dụng cụ y tế, chiếu điện khiển từ xa -Tìm vết nứt bề -Chụp ảnh bên -Chụp ảnh hồng ngoại mặt sản phẩm, chữa sản phẩm -Trong quân sự: Tên lửa bệnh còi xương -Chữa bệnh ung tìm mục tiêu; chụp ảnh thư nơng quay phim HN; ống nhịm hồng ngoại để quan sát ban đêm c.Thang sóng điện từ + Sóng vơ tuyến, tia hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy, tia tử ngoại, tia Rơnghen, tia gamma sóng điện từ Các loại sóng điện từ tạo cách khác nhau, chất chúng chúng khơng có ranh giới rỏ rệt +Tuy vậy, có tần số bước sóng khác nhau, nên sóng điện từ có tính chất khác (có thể nhìn thấy khơng nhìn thấy, có khả đâm xuyên khác nhau, cách phát khác nhau) Các tia có bước sóng ngắn (tia X, tia gamma) có tính chất đâm xun mạnh, dễ tác dụng lên kính ảnh,làm phát quang chất dễ ion hóa khơng khí Với tia có bước sóng dài ta dễ quan sát tượng giao thoa -Sắp xếp thang sóng điện từ theo thứ tự bước sóng tăng dần (hay tần số giảm dần): 10-8 10-11 3,810-7 10-2 7,610-7  :tăng f: giảm : giảm Tia  Tia tử ngoại Tia X Ánh sáng tím Ánh sáng đỏ Tia hồng ngoại Sóng Radio -Sắp xếp thang sóng điện từ theo thứ tự bước sóng giảm dần (hay tần số Su phân phong xa Tia gamma Tia X Tia tử ngoại Tia hồng ngoại Phat Vat Cac nong Ong nguon tren tia sang 20000 C X Ánh sáng nhìn thấy May phat vo tuyen dien Vat nong duoi 500 C Sóng vô tuyến điện tăng dần): 104 102 102 104 106 108 1010 1012 1014 (m) CÂU HỎI ƠN TẬP CHUN ĐỀ SĨNG ÁNH SÁNG Câu 1.1 : Khi cho ánh sáng đơn sắc truyền từ môi trường suốt sang môi trường suốt khác A tần số khơng đổi vận tốc không đổi B tần số thay đổi vận tốc thay đổi C tần số thay đổi vận tốc thay đổi D tần số không đổi vận tốc thay đổi : Nguyên tắc hoạt động máy quang phổ dựa tượng Câu 1.2 A phản xạ ánh sáng B giao thoa ánh sáng C tán sắc ánh sáng D khúc xạ ánh sáng : Trong thí nghiệm Iâng giao thoa ánh sáng, khoảng cách hai khe a = 0,3mm, khỏang cách từ mặt Câu 1.3 phẳng chứa hai khe đến quan sát D = 2m Hai khe chiếu ánh sáng trắng Khoảng cách từ vân sáng bậc màu đỏ ( λđ= 0,76μm) đến vân sáng bậc màu tím ( λt = 0,4μm ) phía vân trung tâm A 1,8mm B 1,5mm C 2,7mm D 2,4mm Ánh sáng có tần số lớn số ánh sáng đơn sắc: đỏ, lam, chàm, tím ánh sáng A Câu 1.4 lam B chàm C tím D đỏ : Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, khoảng cách hai khe 1mm, khoảng cách từ mặt Câu 1.5 phẳng chứa hai khe đến quan sát 2m, bước sóng ánh sáng đơn sắc chiếu đến hai khe 0,55µm Hệ vân có khoảng vân A 1,2mm B 1,0mm C 1,3mm D 1,1mm Câu 1.6 : Một chất có khả phát ánh sáng phát quang với bước sóng 0,55 m Khi dùng ánh sáng có bước sóng để kích thích chất phát quang? A 0,35 m B 0,50 m C 0, 60 m D 0, 45 m Câu 1.7 : Tia hồng ngoại A không truyền chân khơng B ánh sáng nhìn thấy, có màu hồng C khơng phải sóng điện từ D ứng dụng để sưởi ấm : Phát biểu sau sai? Câu 1.8 A Trong chân khơng, ánh sáng đơn sắc có bước sóng xác định B Trong chân không, ánh sáng đơn sắc khác truyền với tốc độ C Trong chân khơng, bước sóng ánh sáng đỏ nhỏ bước sóng ánh sáng tím D Trong ánh sáng trắng có vơ số ánh sáng đơn sắc Khi chiếu ánh sáng kích thích vào chất lỏng chất lỏng phát ánh sáng huỳnh quang màu Câu 1.9 vàng Ánh sáng kích thích khơng thể ánh sáng: A màu đỏ B màu chàm C màu lam D màu tím Tia Rơn-ghen (tia X) có bước sóng Câu 1.10 A nhỏ bước sóng tia hồng ngoại B nhỏ bước sóng tia gamma C lớn bước sóng tia màu đỏ D lớn bước sóng tia màu tím Tia tử ngoại Câu 1.11 A có khả đâm xuyên mạnh tia gamma B có tần số tăng truyền từ khơng khí vào nước C khơng truyền chân không D ứng dụng để khử trùng, diệt khuẩn Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, khoảng cách hai khe hẹp mm, khoảng cách Câu 1.12 từ mặt phẳng chứa hai khe đến quan sát m Ánh sáng chiếu vào hai khe có bước sóng 0,5 µm Khoảng cách từ vân sáng trung tâm đến vân sáng bậc A mm B 2,8 mm C mm D 3,6 mm Khi nói quang phổ vạch phát xạ, phát biểu sau sai? Câu 1.13 A Quang phổ vạch phát xạ nguyên tố hệ thống vạch sáng riêng lẻ, ngăn cách khoảng tối B Trong quang phổ vạch phát xạ hiđrơ, vùng ánh sáng nhìn thấy có bốn vạch đặc trưng vạch đỏ, vạch lam, vạch chàm vạch tím C Quang phổ vạch phát xạ chất rắn chất lỏng phát bị nung nóng D Quang phổ vạch phát xạ ngun tố hóa học khác khác Tia X có chất với Câu 1.14 + A tia β – B tia α C tia β D tia hồng ngoại Khi nghiên cứu quang phổ chất, chất bị nung nóng đến nhiệt độ cao khơng Câu 1.15 phát quang phổ liên tục? A Chất lỏng B Chất rắn C Chất khí áp suất lớn D Chất khí áp suất thấp Có bốn xạ: ánh sáng nhìn thấy, tia hồng ngoại, tia X tia γ Các xạ xếp theo thứ Câu 1.16 tự bước sóng tăng dần là: A tia X, ánh sáng nhìn thấy, tia γ, tia hồng ngoại B tia γ, tia X, tia hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy C tia γ, tia X, ánh sáng nhìn thấy, tia hồng ngoại D tia γ, ánh sáng nhìn thấy, tia X, tia hồng ngoại Chiếu chùm sáng đơn sắc hẹp tới mặt bên lăng kính thủy tinh đặt khơng khí Khi Câu 1.17 qua lăng kính, chùm sáng A khơng bị tán sắc B bị thay đổi tần số C bị đổi màu D không bị lệch phương truyền Ba ánh sáng đơn sắc tím, vàng, đỏ truyền nước với tốc độ vt, vv, vđ Hệ thức Câu 1.18 A vđ= vt= vv B vđvt D vđ