Lý Thuyết Cơ Bản Chương Sóng ánh Sáng

LÝ THUYẾT CƠ BẢN CHƯƠNG SÓNG ÁNH SÁNG

I. Tán sắc ánh sáng.

* Sự tán sắc ánh sáng:Tán sắc ánh sáng là sự phân tách một chùm sáng phức tạp thành các chùm sáng đơn sắc.

* Ánh sáng đơn sắc, 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 gọi là màu đơn sắc.Mỗi màu đơn sắc trong mỗi môi trường có một bước sóng xác định.

   -Khi truyền qua các môi trường trong suốt khác nhau vận tốc của ánh sáng thay đổi, bước sóng của ánh sáng thay đổi còn tần số của ánh sáng thì không thay đổi.

   -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.

   -Dải có màu như cầu vồng (có có vô số màu nhưng được chia thành 7 màu chính là đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím)  gọi là quang phổ của ánh sáng trắng.

   -Chiết suất của các chất trong suốt biến thiên theo màu sắc ánh sáng và tăng dần từ màu đỏ đến màu tím.

* Ứng dụng của sự tán sắc ánh sáng

   -Máy quang phổ  phân tích một chùm sáng đa sắc, do các vật sáng phát ra, thành các thành phần đơn sắc.

  -Hiện tượng cầu vồng xảy ra do sự tán sắc ánh sáng, các tia sáng Mặt Trời đã bị khúc xạ và phản xạ trong các giọt nước  trước khi tới mắt ta.

Phương pháp giải:

Áp dụng các công thức của lăng kính :

+ Công thức tổng quát:   sini1 =  n sinr1

 sini2 =  n sinr2

A =  r1 + r2                                            

D =  i1 + i2 – A     

 +Trường hợp i và A nhỏ:  i1 = nr1 ;   i2 = nr2; D = (n – 1)A

+Góc lệch cực tiểu:

                                                 

 +Công thức tính góc lệch cực tiểu:  \(sin\frac{D_{min}+A}{2}=nsin\frac{A}{2}\)                  

¨     Điều kiện để có phản xạ toàn phần: n1 > n2 ; i  > igh với    sinigh = \(\frac{n_{2}}{n_{1}}\)

¨     Với ánh sáng trắng: \(\left\{\begin{matrix} n_{tim}\geq n_{\lambda }\geq n_{do} & & \\ \lambda _{tim}\leq \lambda \leq \lambda _{do} & & \end{matrix}\right.\)            

II. Nhiễu xạ ánh sáng – Giao thoa ánh sáng.

a. Nhiểu xạ ánh sáng:Nhiễu xạ ánh sáng là hiện tượng truyền sai lệch với sự truyền thẳng của ánh sáng khi đi qua lỗ nhỏ hoặc 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 là hai chùm phát ra ánh sáng có cùng tần số và cùng pha hoặc có độ lệch pha không đổi theo thời gian.

   -Khi hai chùm sáng kết hợp gặp nhau chúng sẽ giao thoa:

      +Những chổ hai sóng gặp nhau mà cùng pha nhau, chúng tăng cường lẫn nhau tạo thành các vân sáng.

      +Những chổ hai sóng gặp nhau mà ngược pha với nhau, chúng triệt tiêu nhau tạo thành các vân tối.

   -Nếu ánh sáng trắng giao thoa thì hệ thống vân của các ánh sáng đơn sắc khác nhau sẽ không trùng nhau:

      +Ở chính giữa, vân sáng của các ánh sáng đơn sắc khác nhau nằm trùng nhau cho một vân sáng trắng gọi là vân trắng chính giữa ( vân trung tâm) .

      +Ở hai bên vân trung tâm, các vân sáng khác của các sóng ánh sáng đơn sắc khác nhau không trùng với nhau nữa, chúng nằm kề sát bên nhau và cho những quang phổ có màu như ở màu cầu vồng.

   -Hiện tượng giao thoa ánh sáng là bằng chứng thực nghiệm khẵng định ánh sáng có tính chất sóng. 

c.Vị trí vân, khoảng vân trong giao thoa ánh sáng khe Young

   + Vị trí vân sáng: xs = k \(\frac{\lambda D}{a}\);  với k ∈ Z.

   + Vị trí vân tối:    xt = (2k + 1)\(\frac{\lambda D}{2a}\) ; với k ∈ Z.

   + Khoảng vân :    i =\(\frac{\lambda D}{a}\) .   =>  Bước sóng: \(\lambda =\frac{ia}{D}\)

   + Giữa n vân sáng liên tiếp có (n – 1) khoảng vân.

   => Vị trí vân sáng: xs = ki       

   =>  Vị trí vân tối:   xt = (2k + 1)i/2    

d. Thí nghiệm Young có bản mặt song song :

- Do có bản mỏng có bề dày là e, chiết suất n :

    + Quang lộ từ S1 đến M là : S1M = (d1 – e)+ n.e

    + Quang lộ từ S2 đến M là : S2M = d2

- Hiệu quang trình : δ = S2M – S1M = d2 – d1 – e (n-1) = \(\frac{ax}{D}\)  - e (n-1)

- Vị trí vân sáng :    xs = k\(\frac{\lambda D}{a}\) + \(\frac{e.D}{a}\)(n-1)

- Vị trí vân tối :       xt = (k + 0,5)\(\frac{\lambda D}{a}\) + \(\frac{e.D}{a}\)(n-1)

- Hệ vân dời một đoạn về phía có đặt bản mặt song song: x0 = \(\frac{e.D}{a}\)(n-1)

e. Bước sóng và màu sắc ánh sáng

+ Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng có một bước sóng xác định trong chân không.

+ Mọi ánh sáng đơn sắc mà ta nhìn thấy (ánh sáng khả kiến) đều có bước sóng trong chân không (hoặc không khí) trong khoảng từ 0,38μm (ánh sáng tím) đến 0,76μm (ánh sáng đỏ).

+ Những màu chính trong quang phổ ánh sáng trắng (đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím) ứng với từng vùng có bước sóng lân cận nhau. Bảng màu và bước sóng của ánh sáng trong chân không như sau:

III. Quang phổ.

a. Máy quang phổ lăng kính

+ Máy quang phổ là dụng cụ phân tích chùm sáng nhiều thành phần thành những thành phần đơn sắc khác nhau.

+ Máy dùng để nhận biết các thành phần cấu tạo của một chùm sáng phức tạp do một nguồn phát ra.

+ Máy quang phổ có ba bộ phận chính:

   - Ống chuẫn trực là bộ phận tạo ra 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 của máy quang phổ lăng kính dựa trên hiện tượng tán sắc ánh sáng.

 b. Các loại quang phổ

IV. Tia hồng ngoại – Tia tử ngoại -Tia X.

a. Phát hiện tia hồng ngoại và tử ngoại

    Ở ngoài quang phổ ánh sáng nhìn thấy, ở cả hai đầu đỏ và tím, còn có những bức xạ mà mắt không nhìn thấy, nhưng nhờ mối hàn của cặp nhiệt điện và bột huỳnh quang mà ta phát hiện được. Các bức xạ đó gọi là tia hồng ngoại và tia tử ngoại.

b.Dùng ống Cu-lít-giơ tạo ra tia X:

Là ống thủy tinh chân không bên trong có hai điện cực:

 - Catot K bằng kim loại, hình chỏm cầu làm cho các electron  từ FF’ hội tụ vào anot A

 - Anot A bằng kim loại có khối lượng nguyên tử lớn và điểm nóng chảy cao làm nguội bằng nước

   Dây FF’ được nung nóng bằng một dòng điện, các e bay từ FF’ đến đập vào A làm phát ra tia X

b.Các tia

c.Thang sóng điện từ.

+ Sóng vô tuyến, tia hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy, tia tử ngoại, tia Rơnghen, tia gamma là sóng điện từ.

Các loại sóng điện từ đó được tạo ra bởi những cách rất khác nhau, nhưng về bản chất thì chúng cũng chỉ là một và giữa chúng không có một ranh giới nào rỏ rệt.

+Tuy vậy, vì có tần số và bước sóng khác nhau, nên các sóng điện từ có những tính chất rất khác nhau (có thể nhìn thấy hoặc không nhìn thấy, có khả năng đâm xuyên khác nhau, cách phát khác nhau).

    Các tia có bước sóng càng ngắn (tia X, tia gamma) có tính chất đâm xuyên càng mạnh, dễ tác dụng lên kính ảnh,làm phát quang các chất và dễ ion hóa không khí.

   Với các tia có bước sóng dài ta dễ quan sát hiện tượng giao thoa.