Khảo sát một số hiện tượng quang học liên quan đến các bài thi vật lí quốc gia quốc tế trung học phổ thông

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH NGỤY KHẮC HỌC KHẢO SÁT MỘT SỐ HIỆN TƯỢNG QUANG HỌC LIÊN QUAN ĐẾN CÁC BÀI THI VẬT LÍ QUỐC GIA QUỐC TẾ TRUNG HỌC PHỔ THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ Nghệ An, 2015 LỜI CẢM ƠN Lời nói Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy giáo hướng dẫn TS.Trần Mạnh Hùng tận tình hướng dẫn giúp đỡ thời gian nghiên cứu hoàn thành luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn Khoa Vật Lý Cơng Nghệ, Phịng đào tạo Sau đại học Trường Đại Học Vinh tạo điều kiện giúp đỡ tơi q trình làm luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô giáo bạn đồng nghiệp quan tâm giúp đỡ, đóng góp nhiều ý kiến quý báu cho luận văn Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình người thân yêu, động viên tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn Vinh, ngày 27 tháng năm 2015 Tác giả Ngụy Khắc Học MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Mở đầu Chƣơng PHÂN TÍCH CÁC HIỆN TƢỢNG 11 1.1 Hiện tượng giao thoa nhiễu xạ 11 1.1.1 Hiện tượng giao thoa không định xứ 11 1.1.1.1 Một số thí nghiệm quan sát tượng giao thoa không định xứ 11 1.1.1.2 Các công thức 13 1.1.1.3 Giao thoa với ánh sáng trắng 14 1.1.2 Hiện tượng giao thoa định xứ 15 1.1.2.1 Bản mỏng có độ dày khơng đổi Vân độ nghiêng 15 1.1.2.2 Bản mỏng có độ dày thay đổi Vân độ dày 16 1.1.3 Hiện tượng nhiễu xạ 16 1.1.3.1 Nguyên lí Huy-Ghen - Frê-Xnen 16 1.1.3.2 Nhiễu xạ gây sóng phẳng 18 1.2 Quang học lượng tử 25 1.2.1 Bức xạ nhiệt 25 1.2.2 Giả thuyết lượng tử Plăng 31 1.2.2.1 Công thức Rêlây − Jinxơ (Rayleigh − Jeans) 31 1.2.2.3 Giả thuyết lượng tử Plăng (Planck) 31 1.2.2.4 Công thức Plăng 32 1.2.2.5 Hệ công thức Plăng 32 1.2.3 Thuyết photon Anh-xtanh 33 1.2.3.1 Hiện tượng quang điện 33 1.2.3.2 Các định luật quang điện 34 1.2.3.4 Thuyết photon Anh-xtanh 35 1.2.3.5 Giải thích định luật quang điện 36 1.2.3.6 Các thuộc tính photon 37 1.2.4 Hiệu ứng quang điện 38 1.2.5 Hiệu ứng Cômtơn (Compton) 39 1.2.5.1 Thí nghiệm 39 1.2.5.2 Lí thuyết hiệu ứng Compton 39 1.3 Hấp thụ ánh sáng 42 1.3.1 Hiện tượng hấp thụ ánh sáng 42 1.3.1.1 Định luật Bughe (Bouhuer) 43 1.3.1.2 Định luật Bughe − Bia (Bouguer − Beer) 43 1.3.2 Hệ số hấp thụ 44 1.4 Kết luận chương 45 Chƣơng MỘT SỐ BÀI TẬP VỀ QUANG HỌC 46 2.1 Bài tập giao thoa nhiễu xạ ánh sáng 46 2.2 Bài tập quang lượng tử: 50 2.3 Bài tập hấp thụ ánh sáng 59 2.4 Bài tập tự giải 60 2.5 Kết luận chương 63 Kết luận 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ STT Tên hình Trang Hình 1.1: Thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng Hình 1.2: Gương Frê-xnen (Fresnel) Hình 1.3: Gương Lơi (loyd) Hình 1.4: Lưỡng lăng kính Frê-xnen 10 Hình 1.5: Lưỡng thấu kính Biê (Billet) 10 Hình 1.6: Thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng 11 Hình 1.7: Hiện tượng giao thoa định xứ với mỏng có độ dày khơng đổi 12 Hình 1.8: Hiện tượng giao thoa định xứ với mỏng có độ dày thay đổi 13 Hình 1.9: Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng 14 10 Hình 1.10: Nguyên lí Huy-ghen - Frê-xnen 14 11 Hình 1.11: Nhiễu xạ khe hẹp 16 12 Hình 1.12: Đồ thị cực đại cực tiểu nhiễu xạ 18 13 Hình 1.13: Nhiễu xạ lỗ trịn 19 14 Hình 1.14: Dịng quang tồn phần ứng với bước sóng phần tử diện tích 24 15 Hình 1.15: Phát xạ hấp thụ nhiệt vật 25 16 Hình 1.16: Đồ thị suất phát xạ vật đen tuyệt đối 26 17 Hình 1.17: Thí nghiệm tượng quang điện 30 18 Hình 1.18: Đường đặc trưng Vơn-ampe 31 19 Hình 1.19: Tán xạ Compton 37 20 Hình 1.20: Sự hấp thụ ánh sáng 39 21 Hình 1.21: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc I vào X 42 22 Hình 2.1: Giao thoa ánh sáng với khe Y-âng 43 23 Hình 2.2: Giao thoa ánh sáng với khe Y-âng với xiên 43 24 Hình 2.3: Giao thoa ánh sáng với khe Y-âng với khe xiên 44 25 Hình 2.4: Lưỡng lăng kính Frê-xnen 44 26 Hình 2.7: Phổ chuẩn hóa 51 27 Hình 2.8: Tán xạ compton 55 28 Hình 2.10: Nêm khơng khí 58 29 Hình 2.11: Hệ gương Frê-xnen 59 Mở đầu Lí chọn đề tài Đảng ta quan niệm “Hiền tài nguyên khí quốc gia” coi trọng việc bồi dưỡng nhân tài cho đất nước Bộ giáo dục đào tạo có chủ trương công tác bồi dưỡng học sinh giỏi: Như trọng xây dựng hệ thống trường chun cách hồn thiện hơn, khuyến khích tơn vinh học sinh xuất sắc đạt thành tích cao Vận dụng cách dạy học phân hoá vào bồi dưỡng học sinh giỏi: Các trường chuyên xây dựng phân phối chương trình riêng phù hợp với khả tiếp thu học sinh Các em học sinh có khiếu học với chương trình có tốc độ cao học sinh bình thường… Trong q trình giảng dạy bồi dưỡng mơn vật lí cho học sinh giỏi, mục tiêu người dạy giúp việc học tập kiến thức lý thuyết, hiểu vận dụng lý thuyết chung vật lí vào lĩnh vực cụ thể, lĩnh vực việc giải tập vật lí Bài tập vật lí có vai trị đặc biệt quan trọng trình nhận thức phát triển lực tư học sinh, giúp cho học sinh ôn tập, đào sâu, mở rộng kiến thức, rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo, ứng dụng vật lí vào thực tiển, phát triển tư Đối với việc bồi dưỡng học sinh giỏi mơn vật lí THPT phần Quang học ln có mặt đề thi học sinh giỏi từ cấp quốc gia quốc tế Đây mảng kiến thức quan trọng chương trình vật lí phổ thơng Với mục đích giúp em học sinh đội tuyển ôn thi học sinh giỏi cấp THPT hiểu sâu sắc giải tốt tượng quang học để tham gia tốt kỳ thi học sinh giỏi từ cấp quốc gia, quốc tế lựa chọn đề tài: “Khảo sát số tượng quang học liên quan đến thi vật lí quốc gia, quốc tế trung học phổ thông” Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết: + Khảo sát sở lý thuyết tượng quang học có thi vật lí quốc gia, quốc tế + Trình bày lời giải số tập, tốn vật lí liên quan đến tượng quang học có đề thi quốc gia, quốc tế Nhiệm vụ nghiên cứu - Trình bày sở lý thuyết số tượng quang học: Hấp thụ ánh sáng, giao thoa nhiễu xạ ánh sáng, lượng tử ánh sáng Giải số tập, tốn vật lí liên quan đến tượng quang học đề thi quốc gia, quốc tế Đối tƣợng phạm vi nhiên cứu Đối tượng nghiên cứu: - Các tượng quang học có liên quan đến tốn vật lí kì thi quốc gia, quốc tế trung học phổ thơng như: Hấp thụ ánh sáng, giao thoa nhiễu xạ ánh sáng, lượng tử ánh sáng Phạm vi nghiên cứu: - Các đề thi vật lí quốc gia, quốc tế trung học phổ thông Phƣơng pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: + Nghiên cứu sở lý thuyết tượng quang học có thi vật lí quốc gia, quốc tế: Giao thoa ánh sáng, tượng nhiễu xạ + Vận dụng lý thuyết tượng quang học để giải thích tượng vật lí liên quan, đồng thời vận dụng để giải tập vật lí đề thi quốc gia, quốc tế có liên quan đến tượng quang học nghiên cứu Những đóng góp đề tài - Đề tài trình bày cách giải số tập vật lí tượng quang học đề thi quốc gia, quốc tế phân tích tượng: Giao thoa ánh sáng, tượng nhiễu xạ 10 2.5) Đường kính lỗ A nhỏ đường kính ảnh Mặt trời tạo thấu kính Xác định nhiệt độ T hộp Cho biết nhiệt độ Mặt Trời d L T0  6000K Bỏ qua lượng mát ánh sáng truyền khơng khí, qua thấu kính qua bề A mặt hộp Giải: H Kí hiệu r0 bán kính Mặt trời, D khoảng cách từ Mặt Trời tới Trái Đất, quang mà thấu Hình 2.5 kính nhận 1s là: W  T04 4 r02  d  T04 r02  d  4 D D2 (1) Vì diện tích lỗ A nhỏ diện tích S  ảnh Mặt Trời nên lỗ A nhận phần W  quang thấu kính truyền tới: W W S S (2) Mặt khác: S  f     với S   r02 S D Hay:  f   f  S   S     r02   D D 2 (3) Thay (1) (3) vào (2): W   T04 r02 d S d2  T S 4f 2 2 f  D 4 r0   D Năng lượng hộp xạ qua lỗ A giây là:  T04 S , với T nhiệt độ hộp Khi cân nhiệt ta có:  T04 S d2  T 4S 4f 51  T  T0 d  3000 K 2f Bài 2.2.2: Một mặt phẳng bôi đen nhiệt độ cao không đổi Th, đặt song song với mặt phẳng bôi đen khác nhiệt độ không đổi, thấp T1 Giữa mặt chân khơng (Hình 2.6) Để giảm nhiệt truyền xạ, người ta đặt mà chắn nhiệt gồm hai mỏng bôi đen cách nhiệt với nhau, vào mặt nóng lạnh song song với chúng Sau thời gian, trạng thái T1 Th dừng hình thành Hỏi dịng nhiệt truyền hai nóng lạnh giảm theo hệ số  có chắn nhiệt? Bỏ qua ảnh hưởng gây Hình 2.6 kích thước mặt phẳng hữu hạn Giải: Xem mặt phẳng mỏng bơi đen vật đen tuyệt đối có suất phát xạ toàn phần phụ thuộc nhiệt độ chúng tính theo định luật Stêfan – Bơnxơman Ở trạng thái dừng, dịng nhiệt J (hiệu suất phát xạ toàn phần hai mặt đối diện) truyền qua điểm hai nóng lạnh Kí hiệu T1, T2 nhiệt độ của chắn nhiệt, ta có: J   Th4  T14    T14  T24    T24  TL4  Cộng biểu thức J lại ta được: 3J   Th4  TL4  (1) Mặt khác, chưa có chắn, dịng nhiệt truyền mặt phẳng có trị số J0 là: J   Th4  TL4  Từ (1) (2) suy ra: J  (2) J0   3 52 Bài 2.2.3: Nhiệt độ vệ tinh vũ trụ tính Bộ phận vệ tinh xem cầu đường kính 1m toàn bộ phận vệ tinh giữ nhiệt độ Toàn mặt cầu vệ tinh phủ loại sơn Vệ tinh bay khoảng không gian gần Trái Đất khơng vào bóng tối Trái Đất Nhiệt độ bề mặt Mặt Trời (xem vật đen tuyệt đối) Tsm = 6000k Bán kính mặt trời 6,96.108m Khoảng cách Mặt Trời Trái Đất 1,5.1011m Dưới sáng mặt trời vệ tinh nóng lên đến nhiệt độ mà xạ vật đen (Bức xạ đen) vệ tinh phát cân với công suất mà hấp thụ từ ánh sáng Mặt Trời Cơng suất mà vật đen phát từ đơn vị diện tích mặt ngồi tính theo định luật Stêfan – Bơnxơman P   T ,  số có giá trị 5,67.108Wm2 K 4 Trong phép tính gần bậc ta xem Mặt Trời lẫn vệ tinh hấp thụ tồn sóng điện từ rọi lên Hãy tìm biểu thức để tính nhiệt độ vệ tinh tính giá trị nhiệt độ Phổ xạ vật đen (bức xạ đen) u(T,f) mà vật nhiệt độ T phát tính theo định luật xạ Plăng: u (T , f )df  8 k 4T  3d c3h3  e  1 Trong udf mật độ lượng xạ điện từ khoảng tần số từ f đến f + df,   hf , số h  6,6.1034 Js; c = 3.108 m/s; k = 1,4.10-23JK-1 (trong kT h số Plăng, k số Bônxơman c vận tốc ánh sáng) Nếu lấy tích phân biểu thức phổ xạ vật đen với toàn giá trị tần số f với hướng phát xạ cơng suất phát xạ tồn phần đơn vị diện tích P   T  định luật Stêfan – Bônxơman mà ta nói     53 2 k   Phổ chuẩn hóa tức 15 c h3  đồ thị biểu diễn c3h3u (T , f ) 8 k 4T hàm: , theo (Hình 2.7) Trong nhiều ứng dụng vệ tinh ta cần giữ cho lạnh tốt Để làm lạnh vệ tinh kĩ sư dùng lớp sơn phản xạ có tác dụng phản xạ tất ánh sáng có tần số cao giá trị giới hạn, gọi tần số cắt, lại không cản trở vệ tinh phát tần số f có giá trị cho hf k  1200 K 10 Hãy ước lượng xem, vệ tinh đạt đến nhiệt độ nào? 1,6 1,2 _ C h3 u  T , f  8 k T4 _ 0,8 _ 0,4 _ І Khơng u cầu phải xác, không cần phải lấy І І І 10  hf kT Hình 2.7: Phổ chuẩn hóa tích phân cẩn thận mà  tính gần Giá trị tích phân І  3d  e   4 15 giá trị cực đại 3 e  xảy   2,82 Khi  có giá trị nhỏ, thí sinh khai triển hàm mũ lấy gần e    Giả sử có vệ tinh thực gắn thêm pin mặt trời để cung cấp điện nhiệt sinh từ thiết bị điện tử thân vệ tinh tạo nguồn nhiệt phụ thêm vệ tinh Cho công suất nhiệt tỏa vệ tinh 1kW Hỏi nhiệt độ vệ tinh câu bao nhiêu? Một nhà sản suất đề nghị nên dùng loại sơn đặc biệt sau: “Loại sơn phản xạ 90% tất loại xạ rọi tới (cả ánh sáng nhìn thấy lẫn tia hồng ngoại), lại phát xạ ánh sáng với tất tần số (cả ánh sáng nhìn thấy lẫn tia hồng ngoại), giống vật đen Như ta lấy nhiều nhiệt khỏi vệ tinh hơn, loại sơn làm cho vệ tinh lạnh đến đâu được” 54 Liệu có loại sơn hay khơng? Tại có khơng? Loại sơn có khả làm nhiệt độ vật thể hình cầu giống vệ tinh mà ta xét đến giá trị cao nhiệt độ tính câu phải có tính chất nào? (Trích đề thi Olimpic Vật lí quốc tế năm 1992 Phần lan) Giải: Trong đơn vị thời gian Mặt Trời phát xạ lượng: 4 Rmt  Tmt4 Xem vệ tinh cách xa Mặt Trời Trái Đất ta tìm lượng xạ rọi đến vệ tinh đơn vị thời gian bằng: Wrọi =  rvt2 4 Rmt2  Tmt2 4 D Với D khoảng từ Mặt Trời đến Trái Đất Năng lượng xạ vệ tinh phát đơn vị thời gian là: Wphát = 4 rvt2 Tvt4 Khi có cân Wrọi = Wphát hay: Rmt  289 K  160 C 2D Tvt  Tmt Vì lớp sơn phản xạ hầu hết xạ tần số cao hấp thụ xạ tần số thấp, xấp xỉ tần số xạ cực đại mà vệ tinh phát (ứng với Tvt  289K )  nhỏ hf max hcTvt với b = 2,898.10-3mM,  kTmt bkTmt Ta có max  max  0, 23 Vì ta có: e    max  3d e    max  d  max Với max  0, tỉ lệ phần lượng xạ Mặt Trời bị hấp thụ là: 55  3d 0, 22 0 e    4,1.104   d  0 e  15 max Khi nhiệt độ vệ tinh hạ thấp xuống đến giá trị Tvt để lượng mà phát xạ giảm cịn 4,1.10-4 lần lượng trước đây, ta có: Tvt   4,1.104   Tvt  41K 289 Tổng lượng mà vệ tinh (đường kính 1m) hấp thụ giây là: Whấp thụ = Wrọi × 4,1.10-4  0,51W Bởi vì: Whấp thụ 1kW Nên ta xem toàn lượng mà vệ tinh nhận 1000W, nghĩa tăng lên 2000 lần (so với Whấp thụ) Vì vậy, theo cơng thức định luật Stêfan – Bônxơman, nhiệt độ vệ tinh tăng lên: 2000  6, 687 lần nghĩa nhiệt độ vệ tinh Tvt  6,687  41  274 K Khơng thể có loại sơn vậy, điều mâu thuẫn với nguyên lý nhiệt động lực học Muốn cho nhiệt độ vệ tinh cao nhiệt độ tính câu lớp sơn phải ngăn cản xạ vệ tinh làm cho chúng khơng phát ngồi được, lớp sơn lại hấp thụ xạ từ Mặt Trời rọi đến Vì xạ xạ nhiệt, nên hệ số hấp thụ tỉ lệ với hệ số phát xạ bước sóng Vì lớp sơn phải suốt với bước sóng dài (là sóng vật đen nhiệt độ vệ tinh phát ra) vật đen bước sóng ngắn (là sóng vật đen nhiệt độ Mặt Trời phát ra) Bài 2.2.4: Một photon chùm tia X hẹp, sau va chạm với electron đứng yên, tán xạ theo phương hợp với phương ban đầu góc  Kí hiệu  bước sóng tia X 56 a) b) a) b) c) d) Cho   6, pm   600 , xác định: Bước sóng   tia X tán xạ Phương độ lớn vận tốc electron sau va chạm Tia X phát từ ống phát tia X (ống Coolidge) có hai cực nối vào hai đầu cuộn thứ cấp máy biến tăng với tỉ số biên k = 1000 Hai đầu cuộn sơ cấp máy biến nối vào nguồn điện áp xoay chiều có điện áp hiệu dụng U biến thiên liên tục (nhờ dùng máy biến tự ngẫu) từ đến 500V Hỏi U phải có trị số tối thiểu Um để tạo tia X câu Với điện áp Um ấy, vận tốc electron ống phát tia X tới catơt có trị số bao nhiêu? Để phương chuyển động electron vng góc với phương photon tán xạ (có bước sóng   ) bước sóng  photon tới khơng vượt q trị số bao nhiêu? Giả sử sau va chạm electron có vận tốc v = 2.108 m/s vng góc với tia X tán xạ; tính bước sóng  tia X tới điện áp U cần đặt vào cuộn sơ cấp máy tăng nói (Trích Đề thi chọn đội tuyển Olimpic Vật lí quốc tế năm 2001) Giải: a Theo công thức Compton:        2h  sin  1, 21 pm m0c (1) Từ đó:       7, pm b Ký hiệu: mv , hf hf  , động tương ứng electron, photon c c X tới photon tán xạ (Hình 2.8), Áp dụng định luật bảo toàn động lượng: hf hf   mv  c c (2) 57 hf hf  hf hf  Từ ta có: (mv)2        cos  c c  c   c  Thay   600 , f f  ;  c  c  (mv)2  Suy Cần lưu ý: m  h2   2    2     mv m0  v2 1 c O  với m0 = 9,1.10-31kg hf  c Hình 2.8: Tán xạ compton  v2  9, 26.107 m/s Mặt khác: sin   h sin   0,9287  .mv    68014 a Ta có: eU  hf  U 2m  hc  hc  2, 003.105  200kV e U  Um  Từ tìm được: b Ta có: mc  eU  m0c  m0 c Suy ra: 1  1 v c2 hc   m0 c  U 2m k  100  141, 4V  m0c hc  m0 c v2   0.5161 c m c  hc  58 hf c  v  0,696c  2,09.108 m / s kết khơng khác nhiều so với trị số vừa tìm c Để phương chuyển độ electron vuông góc với phương tia X tán xạ ta phảỉ có: hf  hf   cos      c c cos  (3) Áp dụng công thức Compton, ta có:        c  Với  cos     c 1  cos   h  2, 42 pm   c  max  c  2, 42 pm m0c d Ta có với v = 1.108m/s ta dễ dàng tìm cos    U 2m  U hc  690.000(V ) hay U  m  484(V) e k 2.3 Bài tập hấp thụ ánh sáng Bài 2.3.1: Một chùm xạ song song đơn sắc, xem chùm photon, truyền vào môi trường đồng đẳng hướng Chứng minh rằng, I0 cường độ xạ ban đầu (khi bắt đầu truyền vào), cường độ xạ I sau truyền đoạn có biểu thức: I  I 0e  x x x quãng đường tự trung bình photon Giải: Giả thiết chùm photon truyền vào mơi trường theo phương x, kí hiệu n mật độ dòng photon x, mật độ dòng photon x + dx n + dn, với dn < Số photon giảm chùm photon va chạm với nguyên tử môi trường bị hấp thụ Rõ ràng số va chạm tỉ lệ với số photon tới n tỉ lệ với quảng đường dx Vậy dn = αndx, α hệ số đặc trưng cho môi trường Lấy tích phân phương trình ta 59 được: n  n0e x , với n0 mật độ dòng photon x = Quãng đường tự trung bình photon tính theo cơng thức: x Suy x   , đó: 1 xdn   n0 n0 n  n0e    x   ndx  x x Mật độ dòng xạ, tức cường độ xạ, tỉ lệ với mật độ dòng photon I  I 0e Hay:  x x 2.4 Bài tập tự giải Bài 2.4.1: Trong thí nghiệm Y-âng, hai khe nằm cách a = 1mm chiếu ánh sáng đơn sắc có bước sóng   0,6 m Màn quan sát cách mặt phẳng hai khe D  2m a) Trên đoạn thẳng có đầu mút nằm cách vân trung tâm từ 3mm đến 7mm phía ta quan sát vân giao thoa nào? b) Giả sử thí nghiệm tiến hành nước có chiết suất n  câu hỏi thay đổi nào? Bài 2.4.2: Cho thí nghiệm Y-âng có khoảng cách hai khe S1S2  a  1mm ; khoảng cách từ hai khe tới quan sát D = 2m Nguồn sáng S phát ánh sáng trắng vân trung tâm nằm vị trí O Đặt mỏng có bề dày e = 16mm trước khe S1 Coi chiết suất mặt thay đổi không đáng kể bước sóng có giá trị n = 1,4 a) Tính độ dịch chuyển vân trung tâm b) Có vân sáng vân tối nằm vị trí vân trung tâm cũ Bài 2.4.3: Hai thủy tinh mỏng phẳng tạo thành nêm khơng khí có cạnh A (Hình 2.10) Tại điểm M cách A l = 10mm độ dày nêm d  5 m Nêm 60 chiếu ánh sáng có bước sóng   0,5 m theo M phương vng góc với mặt nêm a) Tìm tổng số vân tối quan sát từ A tới A M b) Thay chùm sáng trắng chiếu vào Hình 2.10: Nêm khơng khí nặt nêm Hỏi điểm N có độ dày d   20 m có vân tối nào? Bài 2.4.4: Một lị luyện kim có cửa sổ quan sát rộng 4cm×6cm phát giây lượng 33,12 calo Coi lò vật đen tuyệt đối Hãy xác định: a) Nhiệt độ lị b) Bước sóng ứng với suất phát xạ cực đại lị Bước sóng ứng với miền quang phổ? Bài 2.4.5: Một chùm tia sáng vng góc tới cách tử Biết góc nhiễu xạ vạch quang phổ   0,65 m , quang phổ bậc 1  450 Xác định góc nhiễu xạ ứng với quang phổ   0,5 m quang phổ bậc Bài 2.4.6: Một chùm tia sáng phát từ ống phóng điện chứa đầy khí hiđrơ tới đập vng góc với cách tử nhiễu xạ Theo phương 1  410 người ta quan sát thấy có hai vạch 1  0,6563 m 2  0, 4102 m ứng với bậc quang phổ bé trùng Hãy xác định chu kì cách tử Bài 2.4.7: Một chùm ánh sáng đơn sắc tới vng góc với cách tử có chu kì 2, 2 m Biết vạch cực đại quang phổ bậc bậc 150 Hãy xác định bước sóng ánh sáng tới Bài 2.4.8: Một chùm xạ đơn sắc truyền vào môi trường, qua đoạn đường l  15cm cường độ giảm 1,6 lần Tính hệ số hấp thụ mơi trường quãng đường tự trung bình photon 61 Bài 2.4.9: Một hệ gương Frê-xnen đặt nghiêng góc   15 (Hình 2.11) Khe sáng hẹp S song song với giao tuyến I hai gương cách I khoảng r  20cm Các tia sáng phát từ S sau phản xạ dường phát từ ảnh S1 S2 S qua gương Khoảng S L G1 r  cách từ E tới giao tuyến O hai gương L = OI = 2,3m Tính I khoảng vân i số cực đại G2 vân quan sát Cho Hình 2.11: Hệ gương Frê-xnen bước sóng ánh sáng nguồn phát   0,65 m Bài 2.4.10: Một photon phóng với tần số f hệ quy chiếu đứng yên electron dùng làm bia, thấy góc tán xạ -900 với tần số f  , bia tán xạ với góc  a) Xác định tỷ số f  / f theo  b) Xác định lượng toàn phần electron theo f , f khối lượng m electron c) Nếu lượng photon bị 0,2 lượng nghỉ electron, vận tốc electron tán xạ bao nhiêu? d) Một người quan sát O chuyển động theo hướng song song với hướng electron với vận tốc u va chạm electron-photon xảy Người quan sat O dùng hệ thức để xác định lượng electron trạng thái tán xạ (tính theo m, v, u c)? (Trích đề thi tuyển chọn học sinh giỏi quốc gia Russia năm 2005) Bài 2.4.11: Năng lượng mặt trời chiếu tới pin mặt trời dùng để đung nước với tốc độ 800W / m2 Nếu có hệ số hấp thụ 0,96 bước sóng cạnh làm chất cách nhiệt lý tưởng Hãy tính nhiệt độ cực đại nước? 62 Nếu hệ số hấp thụ giảm 1/2 điều ảnh hưởng đến nhiệt độ cuối nào? (Trích Đề thi chọn Đội tuyển học sinh dự thi Olimpic Vật lí quốc tế, Japan) 2.5 Kết luận chƣơng II Qua chương II, chúng tơi trình bày số tập quang học Ta thấy hệ thống tập quang học phong phú đa dạng Mỗi loại tập thường gắn với tượng quan trọng: Hiện tượng giao thoa, nhiễu xạ, hấp thụ ánh sáng đến tập quang học lượng tử Vì học sinh cần phải nắm vững sở lý thuyết tượng quang học 63 Kết luận Luận văn trình bày tượng quang học số tập kèm theo, hệ thống tập chia theo chủ đề chương II gắn với chủ đề tượng trình bày chương I, nhằm giúp học sinh có cách nhìn tổng quan đề thi học sinh giỏi cấp quốc gia, quốc tế quang học 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Vũ Thanh Khiết, Nguyễn Thành Tương , “Chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lí - tập (Quang học)”, NXB Giáo dục, 2007 [2] Lương Duyên Bình, Nguyễn Hữu Hồ, Lê Văn Nghĩa, Vật lý đại cương tập 3, “Quang Học, Vật Lý Lượng Tử”, NXB GD 2010 [3] Huỳnh Huệ, “Quang học”, NXB GD, 1979 [4] Ronald Gautreau,William Savin, “Vật lý học đại”, NXB GD, 1997 [5] Vũ Thanh Khiết, Nguyễn Đức Hiệp, “Tuyển tập đề thi Olympic vật lý quốc tế”, NXB GD, 2011 [6] Vũ Thanh Khiết, “121 tập vật lý nâng cao”, NXB Đại học quốc gia Hà Nội, 2000 [7] Vũ Thanh Khiết, Vũ Đình Tuý, “Tuyển tập đề thi Olimpic vật lí nước”, NXB Giáo dục, 2006 [8] David Halliday, Cơ sở vật lý tâp “ Quang học vật lý lượng tử”, NXB GD, 1998 65 ... Giải số tập, tốn vật lí liên quan đến tượng quang học đề thi quốc gia, quốc tế Đối tƣợng phạm vi nhiên cứu Đối tượng nghiên cứu: - Các tượng quang học có liên quan đến tốn vật lí kì thi quốc gia, ... giải tập vật lí đề thi quốc gia, quốc tế có liên quan đến tượng quang học nghiên cứu Những đóng góp đề tài - Đề tài trình bày cách giải số tập vật lí tượng quang học đề thi quốc gia, quốc tế phân... ôn thi học sinh giỏi cấp THPT hiểu sâu sắc giải tốt tượng quang học để tham gia tốt kỳ thi học sinh giỏi từ cấp quốc gia, quốc tế lựa chọn đề tài: ? ?Khảo sát số tượng quang học liên quan đến thi