2.3. Nội dung cơ bản của chương “ Sóng ánh sáng” Vật lý 12 chương trình chuẩn
2.3.1. Nội dung dạy học
1. Tán sắc ánh sáng
Lý thuyết về hiện tượng tán sắc ánh sáng a) Hiện tượng
- Khi chiếu ánh sáng trắng vào một lăng kính thì trên màn ta quan sát thấy một dải sáng liên tục đỏ, da cam, vàng, lục, lam, chàm, tím trong đó tia đỏ lệch ít nhất, tia tím lệch nhiều nhất.
- Hiện tượng tán sắc tán sắc là hiện tượng phân tích một chùm sáng phức tạp thành các chùm sáng đơn sắc khác nhau .
- Giải thích hiện tượng: Do ánh sáng trắng là tập hợp của vô số ánh sáng đơn sắc khác nhau , mặt khác vì chiết suất lăng kính đối với các ánh sáng đơn sắc khác nhau là khác nhau nên góc lệch sau lăng kính của các tia ló cũng khác nhau. Vậy ánh sáng thu được trên màn là dải sáng có màu sắc khác nhau .
b) Ánh sáng đơn sắc và sự tổng hợp ánh sáng trắng
- Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng không bị tán sắc khi đi qua lăng kính. Mỗi ánh sáng đơn sắc có một màu nhất định gọi là màu đơn sắc.
- Ánh sáng trắng là tập hợp của vô số ánh sáng đơn sắc khác nhau có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím
2. Giao thoa ánh sáng
2.1. Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng
a) Hiện tượng: Khi ánh sáng Mặt Trời chiếu qua lỗ tròn khoét trên một hộp kín hình hộp chữ nhật thì ta thấy kích thước của lỗ tròn trên nền tối lớn hơn kích thước của lỗ tròn trên hình hộp. Bản chất của hiện tượng trên chính là hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng
b) Khái niệm: Hiện tượng truyền sai lệch so với sự truyền thẳng ánh sáng khi gặp vật cản gọi là nhiễu xạ ánh sáng
Mỗi chùm sáng đơn sắc coi như một sóng có bước sóng xác định 2.2. Hiện tượng giao thoa ánh sáng
- Điều kiện giao thoa ánh sáng: Để xảy ra hiện tượng giao thoa ánh sáng từ hai nguồn phát sáng thì phải thõa mãn là hai nguồn phải là hai nguồn kết hợp, điều đó xảy ra khi:
+ Sóng ánh sáng do hai nguồn phát sáng phải có cùng tần số, và bằng tần số do nguồn sáng S chiếu tới
+ Khoảng cách hai nguồn là không đổi. khi đó độ lệch pha của hai sóng ánh sáng là không đổi.
- Hiện tượng giao thoa ánh sáng tạo ra trên màn những vạch sáng, tối xen kẽ nhau và ở vị trí chính giữa là vân sáng.
- Một số công thức a) Vị trí của vân giao thoa
D x d a
d .
1
2
M2
A
S1 d1 x
d2
a I O
D
S2
E
+ Để tại A là vân sáng:
k d d2 1
=>
a k D xs
Với k = 0 ; 1;2...
k=0 : vân sáng trung tâm k =±1 : vân sáng bậc 1 k =±2 : vân sáng bậc 2 ...
+ Để tại A là vân tối :
) 2 ( 1
1
2 d k
d
=>
a k D
xt
) 2 ( 1
k= 0 : vân tối thứ nhất k = 1, : vân tối thứ hai ...
b) Khoảng vân
Khoảng cách giữa hai vân sáng, hai vân tối cạnh nhau được gọi là khoảng vân, kí hiệu i
a k D a k D
i
( 1)
=>
a i D
3. Quang phổ
3.1. Máy quang phổ a) Khái niệm
- Máy quang phổ là dụng cụ dùng để phân tích một chùm ánh sáng phức tạp thành những thành phần đơn sắc .
b) Cấu tạo:
Máy quang phổ gồm ba bộ phận chính:
- Ống chuẩn trực: có tác dụng tạo ra một chùm sáng song song chiếu vào lăng kính
- Hệ tán sắc: gồm một lăng kính có tác dụng tán sắc chùm sáng song song chiếu vào lăng kính
- Buồng ảnh: Có tác dụng cho ta biết màu sắc của ánh sáng cần phân tích cũng như thành phần cấu tạo của nguồn sáng .
3.2. Quang phổ liên tục
a) Khái niệm:Quang phổ liên tục là một dải sáng có màu biến đổi liên tục từ đỏ đến tím
b) Nguồn phát: Quang phổ liên tục do các vật rắn, lỏng, khí có áp suất lớn khi bị nung nóng phát ra
c) Đặc điểm: Không phụ thuộc vào thành phần cấu tạo của nguồn sáng mà chỉ phụ thuộc nhiệt độ của nguồn sáng
d) Ứng dụng: Dùng để xác định nhiệt độ của các vật phát sáng mà không trực tiếp đo được như nhiệt độ Mặt Trời, các sao, hồ quang điện …..
3.3. Quang phổ phát xạ
a) Khái niệm: Quang phổ phát xạ là hệ thống những vạch màu riêng rẽ nằm trên nền tối
b) Nguồn phát: Quang phổ phát xạ do đám khí bay hơi ở áp suất thấp bị kích thích phát ra bằng cách đốt nóng hoặc phòng một tia lửa điện qua đám khí hay hơi đó.
c) Đặc điểm: Quang phổ vạch phát xạ của các nguyên tố khác nhau thì khác nhau về số lượng vạch, vị trí các vạch, màu sắc các vạch và độ sáng tỉ đối của các vạch
d) Ứng dụng: Dùng để xác định thành phần cấu tạo nên nguồn phát, áp suất, nhiệt độ và một số tính chất lý hóa khác.
3.4. Quang phổ hấp thụ:
a) Khái niệm: Gồm những vạch sáng tối, trên nền quang phổ liên tục
b) Điều kiện để có quang phổ vạch hấp thụ: Nhiệt độ của nguồn sáng phát ra quang phổ liên tục lớn hơn nhiệt độ hơi hay khí hấp thụ
4. Tia hồng ngoại, tia tử ngoại 4.1. Tia hồng ngoại
a) Khái niệm: Tia hồng ngoại là những bức xạ không nhìn thấy được, có bước sóng lớn hơn bước sóng ánh sáng đỏ ( > 0,76m đến vài mm )
- Tia hồng ngoại có bản chất là sóng điện từ b) Nguồn phát:
- Tia hồng ngoại do các vật bị nung nóng phát ra, các vật ở nhiệt độ thấp chỉ phát ra tia hồng ngoại
- Ví dụ: cơ thể người , bóng đèn chiếu sáng…
c) Đặc điểm:
- Tác dụng nhiệt - Phản ứng hóa học - Biến điệu sóng điện từ - Dùng trong quân sự d) Ứng dụng:
- Dùng trong công nghiệp để sấy khô các sản phẩm như vỏ ôtô, vỏ tủ lạnh, các loại hoa quả…
- Trong y học dùng đèn hồng ngoại để sưởi ấm cho bệnh nhân - Chế tạo ống nhòm hồng ngoại
- Bộ điều khiển từ xa - Chụp ảnh
4.2. Tia tử ngoại
a) Khái niệm: Tia tử ngoại là những bức xạ không nhìn thấy được, có bước sóng nhỏ hơn bước sóng ánh sáng tím (0,001 m < < 0,38 m)
- Tia tử ngoại có bản chất là sóng điện từ b) Nguồn phát:
- Mặt Trời, hồ quang điện và những vật nung nòng trên 3000o C là các nguồn phát ra tia tử ngoại mạnh.
c) Đặc điểm:
- Tia tử ngoại bị thủy tinh, nước hấp thụ mạnh nhưng có thể truyền qua được thạch anh
- Tác dụng mạnh lên kính ảnh
- Làm phát quang một số chất , ứng dụng trong đèn hùynh quang - Làm ion hóa không khí
- Gây ra một số phản ứng quang hóa, quang hợp
- Tác dụng sinh lý như hủy diệt tế bào, diệt khuẩn nấm mốc,….
d) Ứng dụng:
- Trong công nghiệp thực phẩm, tia tử ngoại dùng tiệt trùng cho thực phẩm trước khi đóng gói hoặc đóng hộp.
- Trong công nghiệp cơ khí , dùng để phát hiện các vết nứt nhỏ, vết xước trên các sản phẩm tiện.
- Trong y học, dùng tia tử ngoại để chữa bệnh còi xương hoặc tiệt trùng các dụng cụ phẫu thuật
5. Tia X ( Tia Rơnghen) a) Bản chất:
- Tia X là những tia bức xạ điện từ có bước sóng nằm trong khoảng từ 1011m <
< 108 m .
b) Tính chất và công dụng
- Tia X có khả năng đâm xuyên mạnh, có thể xuyên qua các vật liệu thông thường nhưng bị cản lại bởi tấm chì dày vài cm
- Trong y học, dùng để chiếu điện, chụp điện
- Trong công nghiệp, dùng để dò các lỗ hỏng, khuyết tật nằm bên trong các sản phẩm đúc.
- Tác dụng mạnh lên kính ảnh nên được dùng để chụp điện.
- Làm phát quang một số chất
- Làm ion hóa các chất khí, ứng dụng để làm các máy đo liều lượng tia Rơnghen - Tác dụng sinh lý như hủy hoại tế bào , diệt khuẩn, dùng để chữa bệnh ung thư nông ngoài da
c) Phân loại: Có 2 loại:
- Tia X cứng: có bước sóng rất ngắn - Tia X mềm: có bước sóng dài hơn