Bài tập quang học vật lý đại cương 2

BÀI TẬP QUANG HỌC HỒ VĂN BÌNH hvbinh@hcmus.edu.vn CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt BÀI TẬP VỀ NHÀ 1-10; 12;15;19;22-27 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt BÀI Chiếu chùm tia sáng đơn sắc song song thẳng góc với mặt nêm khơng khí Ánh sáng tới có bước sóng λ = 0,6μm a) Tìm góc nghiêng nêm biết 2cm chiều dài mặt nêm, người ta quan sát thấy 50 khoảng vân giao thoa b) Nếu giảm góc nghiêng nêm, khoảng cách hai vân liên tiếp thay đổi nào? Giải thích CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt BÀI Giải: a) Quang lộ chùm tia: + Xét tia phản xạ I: L1 = n0SK + nKI + nIK + n0KS + Xét tia phản xạ N: L2 = n0SK + nKI + n0IN + n0NI + λ/2 + nIK + n0KS Hiệu quang lộ: ΔL = L2 – L1 = 2n0IN + λ/2 = 2n0d + λ/2 Điều kiện giao thoa cực tiểu: ỉ 1ư L = ỗỗ k + ữ ữ 2ứ ố λ Û 2n d + = kλ + 2 kλ Û 2n d = kλ Þ d = 2n CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt BÀI 50 khoảng vân tạo vân thứ q vân thứ q + 50 Chiều cao vân tối thứ q: qλ dq = 2n Chiều cao vân tối thứ q + 50: d q + 50 = ( q + 50) λ 2n Chênh lệch chiều cao vân tối thứ q vân tối thứ q + N: Δd = d q+50 - d q q + 50) λ ( = 2n - qλ 2n 50λ = 2n Góc nghiêng nêm: α » sinα = CuuDuongThanCong.com Δd l = 50λ 2n l = 50λ 2n l = 50.0, 2.1.2.10 = 7, 5.10 - ( rad ) https://fb.com/tailieudientucntt Δd' = d q+1 - d q b) Chênh lệch chiều cao hai vân liên tiếp: Khoảng cách hai vân liên tiếp: α » sinα = Δd' l' = λ 2n l' Þ l' = q + 1) λ ( = 2n λ 2n α Như vậy, giảm góc nghiêng nêm, khoảng cách hai vân liên tiếp tăng CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt - qλ 2n = λ 2n BÀI Một chùm ánh sáng trắng chiếu vng góc lên kính phẳng, phủ lớp màng mỏng dày 0,32μm có chiết suất 2,42 Hỏi quan sát màng có màu gì? (Đề thi Vật lý đại cương A4 Khoa Vật lý Khóa 2004) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt BÀI Màu Đỏ Cam Bước sóng 0,6400,76 0,5900,650 (μm) Vàng 0,5700,600 Lục 0,5000,575 Lam 0,4500,510 Chàm 0,4300,460 Tím 0,3800,440 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt BÀI Giải: + Trường hợp 1: n’ < n Quang lộ chùm tia: - Xét phản xạ I: L1 = n0SI + n0IS + λ/2 (tia tới SI từ môi trường chiết suất thấp sang môi trường chiết suất cao nên tia phản xạ cộng thêm lượng λ/2) - Xét phản xạ N: L2 = n0SI + nIN + nNI + n0IS = n0SI + 2nd + noIS (tia tới IN từ môi trường chiết suất cao sang môi trường chiết suất thấp nên tia phản xạ không cộng thêm λ/2) Hiệu quang lộ: ΔL = L2 – L1 = 2nd – λ/2 (1) Chùm tia phản xạ I N giao thoa với Màu sắc thấy màng tương ứng với giao thoa cực đại: ΔL = kλ (2) 2nd λ= Đồng (1) (2): 2nd – λ/2 = kλ k + 0,5 Giới hạn bước sóng ánh sáng nhìn thấy: CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt BÀI Giải: Vì k số nguyên dương nên k nhận giá trị: k = 2, Với k = 2: 0,    0,  0,    0, nd 0,  nd k  0, k  0, nd  0,   0,  k  λ1 = 2nd k + 0,5  2.2, 42.0, 32  2.2, 42.0, 32  0,  0, 61952  μm  (Ánh sáng màu cam) Với k = 3: 0, nd 0, λ2 =  0, 2nd k + 0,5  0,  0, 443  μm  (Ánh sáng màu chàm) Như vậy, trường hợp này, quan sát màng thấy vân sáng màu lục tạo 2.2, 42.0, 320,61952µm và2.2, 42.0, 32 hai bước sóng 0,443µm   0,  k   0, 0, 0,  1, 71  k  3, 37 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt BÀI 25 Một cách tử nhiễu xạ có bề rộng 1cm, chu kỳ 2,5μm a) Xác định suất phân ly cách tử quang phổ bậc b) Xác định bước sóng vạch gần có λ = 550nm mà ta phân biệt cách tử CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt d = 2,5 μm  n = 1/d = 1/2,5(μm) = 0,4(μm-1)  N = n.l = 0,4(μm-1).1(cm) = 0,4.104 (cm-1).1(cm) = 4000 a) Năng suất phân ly cách tử quang phổ bậc 3: R =N.k = 4000.3 = 12000 b) Gọi bước sóng vạch gần λ = 550nm λx Như vậy, vạch gần λ = 550nm cịn phân biệt cách tử có bước sóng 549,954nm 550,046nm CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chiếu chùm ánh sáng đơn sắc λ = 450nm vng góc lên khe hẹp Ngay sau khe có thấu kính hội tụ tiêu cự 1m Đặt quan sát mặt phẳng tiêu thấu kính Ta đo độ rộng vạch sáng trung tâm 30cm a) Xác định độ rộng khe hẹp b) Với cách bố trí thí nghiệm quan sát tối đa vạch tối màn? c) Chiếu đồng thời bước sóng λ1 = 0,45μm λ2 = 0,75μm vng góc với khe hẹp Cho biết cực đại (ngoại trừ cực đại giữa) ứng với sóng trùng có bậc k1 k2 bao nhiêu? CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt BÀI TẬP VỀ NHÀ: 8.1  8.7/ P232;P233 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ĐỀ THI CUỐI KỲ MÔN QUANG – NGUYÊN TỬ HẠT NHÂN Bài (1 điểm): Để khử phản xạ thủy tinh phẳng ánh sáng đơn sắc bước sóng 650 nm, người ta phủ lên thủy tinh lớp vật liệu mỏng có chiết suất n’= 1,25 Biết chiết suất thủy tinh n=1,5 hệ đặt khơng khí Tính độ dày nhỏ lớp vật liệu mỏng CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài (2 điểm): Trong hệ thống vân tròn Newton, mặt lồi thấu kính phẳng-lồi đặt tiếp xúc với bề mặt thủy tinh phẳng, bán kính mặt lồi thấu kính R = 100 cm Chiết suất thấu kính thủy tinh n1=1,5 n2=1,62 Khoảng không gian thấu kính phẳng chứa chất lỏng có chiết suất n = 1,63 Xác định bán kính vân tối thứ quan sát vân giao thoa ánh sáng phản xạ, cho bước sóng ánh sáng λ=0,56 μm Coi vân tối tâm vân tối số không CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài (2 điểm):Chiếu chùm ánh sáng trắng (bước sóng từ 0,4 μm đến 0,76 μm) vng góc với cách tử nhiễu xạ rộng 2cm có 500khe/cm Ngay sau cách tử, ta đặt thấu kính hội tụ có tiêu cự f = 0,5m đặt quan sát mặt phẳng tiêu thấu kính a) Tính độ rộng quang phổ bậc b) Hãy tính suất phân ly cách tử quang phổ bậc CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Tính bán kính đới Fresnel trường hợp sóng phẳng Biết khoảng cách từ mặt sóng đến điểm quan sát b = m, bước sóng ánh sáng dùng thí nghiệm = 5.10-7m CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chiếu ánh sáng đơn sắc bước sóng  = 0.5m vào lỗ trịn có bán kính chưa biết Nguồn sáng điểm đặt cách lỗ trịn 2m, sau lỗ trịn 2m có đặt quan sát Hỏi bán kính lỗ trịn phải để tâm hình nhiễu xạ tối CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Tìm góc nhiễu xạ ứng với cực tiểu nhiễu xạ nằm hai bên cực đại nhiễu xạ Fraunhofer qua khe hẹp bề rộng b = 10m Biết chùm tia sáng đập vào khe với góc tới 300 bước sóng ánh sáng  = 0.5m CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Hai dịng điện thẳng vơ hạn, có cường độ I1 = 0,5I2 = 10A, đặt song song cách 30cm Một khung dây hình vng có diện tích S = 100cm2 đặt vào khoảng khơng gian hai dịng điện cho tâm hình vng trùng với trung điểm khoảng cách nối dòng điện (hệ dòng điện khung dây nằm mặt phẳng) Hãy tính từ thơng hai dịng điện gửi qua khung dây khi: CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài 32: Xét electron bay quanh proton quỹ đạo trịn cố định có bán kính R = 5,29.10-11m nhờ lực Coulomb Xem hạt chuyển động dịng điện kín Tính mơmen lực hệ proton-electron đặt từ trường B = 0,4 T có hướng vng góc với mơmen từ dịng điện kín e.v I  q f  e.f  L  m vr  v  2r L mr CuuDuongThanCong.com  n mr https://fb.com/tailieudientucntt https://sites.google.com/site/hvbinhphys/ CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ... = 6 ,22 1 82( cm) FN = f.tgφ? ?2- 1 = 80.tg4,44750 = 6 ,22 238(cm) Độ rộng quang phổ bậc hai chùm sáng: MN = FN – FM = 6 ,22 238 – 6 ,22 1 82 = 5,6.10-4(cm) = 5,6(µm) + Quang phổ bậc hai: k =2 Þ sinφ = 2? ? d... λ1 -2 = 2? ?1 Với bước sóng ? ?2: sinφ ? ?2- 2 = 2? ? d d = = 2. 310,153.10 - 4.10 -6 2. 310,184.10 - 4.10 -6 = 0,155077 Þ φ λ1-1 = 8, 921 3 = 0,1550 92 Þ φ ? ?2- 1 = 8, 922 10 FP = f.tgφλ1 -2 = 80.tg8, 921 30 = 12, 55813(cm)... https://fb.com/tailieudientucntt BÀI Giải: Vì k số nguyên dương nên k nhận giá trị: k = 2, Với k = 2: 0,    0,  0,    0, nd 0,  nd k  0, k  0, nd  0,   0,  k  λ1 = 2nd k + 0,5  2. 2, 42. 0, 32  2. 2, 42. 0, 32