Lý Thuyết Và Các Dạng Bài Tập Chương Sóng ánh Sáng - 123doc

Tán sắc ánh sáng - Sự tán sắc ánh sáng là sự phân tách một chùm ánh sáng phức tạp thành các chùm sáng đơn sắc.. - Nguyên nhân xảy ra hiện tượng tán sắc ánh sáng là do chiết suất của môi

LT&BT Sóng Ánh Sáng

CHƯƠNG SÓNG ÁNH SÁNG PHẦN I TÓM TẮT LÍ THUYẾT

1 Tán sắc ánh sáng

- Sự tán sắc ánh sáng là sự phân tách một chùm ánh sáng phức tạp thành các chùm sáng đơn sắc

- Nguyên nhân xảy ra hiện tượng tán sắc ánh sáng là do chiết suất của môi trường (thủy tinh, nước, …) đối với các ánh sáng đơn sắc khác nhau là khác nhau chiết suất có giá trị nhỏ nhất đối với ánh sáng đỏ và lớn nhất đối với ánh sáng tím

2 Ánh sáng đơn sắc

- Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng có một màu nhất định và không bị tán sắc khi truyền qua lăng kính

-Mỗi ánh sáng đơn sắc có bước sóng (hoặc tần số) trong chân không hoàn toàn xác định.

- Bước sóng của ánh sáng đơn sắc truyền trong chân không (hay không khí): c.T c

f

- Khi ánh sáng đơn sắc truyền từ môi trường này sang môi trường khác thì tần số f không đổi, bước sóng thay đổi, vận tốc thay đổi

3 Ánh sáng trắng: Ánh sáng trắng (hay là ánh sáng Mặt Trời) là hỗn hợp của nhiều ánh sáng đơn sắc có

màu biến thiên liên tục từ đổ đến tím

-Các ánh sáng đơn sắc có bước sóng trong khoảng: 0,38 mµ ≤ λ ≤0,76 mµ , ánh sáng này gây ra cảm giác sáng nên gọi là ánh sáng nhìn thấy được (hay là ánh sáng khả kiến)

4 Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng

- Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng là hiện tượng truyền sai lệch so với

sự truyền thẳng khi ánh sáng gặp vật cản gọi là hiện tượng nhiễu xạ ánh

sáng

- Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng

5 Hiện tượng giao thoa ánh sáng

- Hiện tượng giao thoa ánh sáng là hiện tượng hai sóng ánh sáng kết

hợp gặp nhau trên màn M sẽ gây ra hiện tượng giao thoa ánh

sáng Trong vùng gặp nhau trên màn M có những vạch sáng và

vạch tối xen kẽ nhau một cách đều đặn

- Hiện tượng giao thoa ánh sáng chứng tỏ ánh sáng có tính

chất sóng

- Điều kiện để xảy ra hiện tượng giao thoa ánh sánglà phải

cóhai nguồn kết hợp.(Hai nguồn phát ra hai sóng ánh sáng phải

có cùng tần số có độ lệch pha không đổi theo thời gian)

- Những vạch sáng là chỗ hai sóng ánh sáng tăng cường lẫn nhau, năng lượng cực đại (vân sáng) có hiệu đường đi của 2 sóng ánh sáng phải bằng số nguyên lần bước sóng

Tức là: ∆d =d2− = λd1 k

- Những vạch tối là chỗ hai sóng ánh sáng triệt tiêu lẫn nhau, năng lượng triệt tiêu (vân tối) có hiệu đường đi của 2 sóng ánh sáng phải bằng một số nửa nguyên lần bước sóng

Tức là: ∆d = 2 1

1

2

− = + ÷λ

* Vị trí vân sáng ( )x : k k

D

a

λ

= = với k 0, 1, 2, = ± ± gọi là bậc giao thoa.

k 0= : gọi là vân sáng trung tâm (vân chính giữa)

k= ±1: gọi là vân sáng bậc 1

k= ±2: gọi là vân sáng bậc 2

LT&BT Sóng Ánh Sáng

* Vị trí vân tối ( )xk ' : xk ' k ' 1 D k ' 1 i

λ

= + ÷ = + ÷

    với k ' 0, 1, 2, = ± ±

k ' 0= : gọi là vân tối thứ 1

k '= ±1: gọi là vân tối thứ 2

k '= ±2: gọi là vân tối thứ 3

* Khoảng vân (i): là khoảng cách giữa hai vân sáng hoặc hai vân tối liên tiếp nhau.i D

a

λ

=

6 Máy quang phổ

Máy quang phổ là dụng cụ dùng để phân tích một chùm sáng phức tạp thành những thành phần đơn sắc

7 Cấu tạo của máy quang phổ lăng kính

Gồm 3 bộ phận chính: ống chuẩn trực, hệ tán sắc và buồng ảnh

- Ống chuẩn trực: là một ống gồm một đầu là khe hẹp F một đầu là thấu kính hội tụ L1 Ánh sáng đi qua

ống chuẩn trực tạo thành chùm tia song song.

- Hệ tán sắc: gồm một hoặc vài lăng kính có tác dụng phân tích chùm tia song song từ L1 thành chùm tia

đơn sắc song song

- Buồng ảnh: gồm một thấu kính hội tụ L2 và một tấm kính ảnh được đặt ở tiêu diện L2

chùm tia đơn sắc song song qua L2 sẽ hội tụ tạo thành các vạch trên kính ảnh Tập hợp tất cả các vạch gọi là quang phổ của nguồn sáng

8 Các loại quang phổ

Tiêu đề Quang phổ liên tục Quang phổ vạch phát xạ Quang phổ vạch hấp thụ Định

nghĩa

Gồm một dãi màu có màu thay đổi một cách liên tục từ đỏ đến tím

Gồm các vạch màu riêng lẻ, ngăn cách nhau bởi những khoảng tối

Gồm các vạch hay đám vạch tối xuất hiện trên nền quang phổ liên tục

Nguồn phát Do các chất rắn, chất

lỏng hay chất khí có áp suất lớn khi bị nung

nóng phát ra

Do các chất khí hay hơi ở áp suất thấp khi bị kích thích bằng

điện hay nhiệt phát ra

-Các chất rắn, chất lỏng và chất

khí đều cho được quang phổ hấp thụ

- Nhiệt độ của chúng phải thấp hơn nhiệt độ nguồn phát quang phổ liên tục

Đặc điểm Không phụ thuộc thành

phần cấu tạo nguồn sáng

Chỉ phụ thuộc nhiệt độ của nguồn sáng

Các nguyên tố khác nhau thì khác nhau về: số lượng vạch, vị trí các vạch, màu sắc và độ sáng

độ sáng tỉ đối giữa các vạch

-Mỗi nguyên tố hoá học có một

quang phổ vạch đặc trưng của

nguyên tố đó

-Quang phổ hấp thụ của chất khí chỉ chứa các vạch hấp thụ -Còn quang phổ của chất lỏng và rắn lại chứa các “đám”, mỗi đám gồm nhiều vạch hấp thụ nối tiếp nhau một cách liên tục

Ứng dụng Dùng để xác định nhiệt

độ của các vật

Biết được thành phần cấu tạo của nguồn sáng Nhận biết được sự có mặt củanguyên tố trong các hỗn hợp

hay hợp chất

LT&BT Sóng Ánh Sáng

Bản chất Cùng là Sóng điện từ nhưng có bước sóng khác nhau

Bước sóng 7,6.10-7m →10-3m

(λ >0,76 mµ )

3,8.10-7m → 10-8m

(λ <0, 4 mµ )

10-8m →10-11m

Nguồn phát Vật nhiệt độ cao hơn môi

trường: Trên 00K đều phát tia hồng ngoại.Bóng đèn dây tóc, bếp ga, bếp than, điốt hồng ngoại

Vật có nhiệt độ cao hơn

20000C:

đèn huỳnh quang, đèn thuỷ ngân, màn hình tivi

-ông tia X -ông Cu-lit-giơ -phản ứng hạt nhân

Tính chất Truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ, giao thoa, nhiễu xạ, tác dụng lên kính ảnh (phim)

- Tác dụng cơ bản nhất của tia hồng ngoại ℓà tác dụng nhiệt

- Có khả năng gây ra một số phản ứng hóa học, tác dụng ℓên một số ℓoại phim ảnh

- Tia hồng ngoại cũng có thể biến điệu được như sóng điện từ cao tần

- Tia hồng ngoại còn có thể gây ra hiện tượng quang điện trong ở một số chất bán dẫn

- Kích thích sự phát quang của nhiều chất, gây ra một số phản ứng hóa học, quang hóa

- Kích thích nhiều phản ứng hóa học

- Iôn hóa không khí và nhiều chất khí khác

- Tác dụng sinh học hủy diệt tế bào

- Bị nước và thủy tinh hấp thụ mạnh nhưng trong suốt với thạch anh

- Gây ra hiện tượng quang điện ngoài ở nhiều kim ℓoại

- Khả năng năng đâm xuyên mạnh

- làm đen kính ảnh

- làm phát quang một số chất

- Gây ra hiện tượng quang điện ngoài ở hầu hết tất cả các kim ℓoại

- làm iôn hóa không khí

- Tác dụng sinh ℓý, hủy diệt tế bào

-Tia X có bước sóng càng ngắn thì khả năng đâm xuyên càng lớn; đó là tia X cứng

Ứng dụng -Sưởi ấm, sấy khô,điều khiển từ

xa, chụp ảnh hồng ngoại -Trong quân sự: Tên lửa tìm mục tiêu; ống nhòm hồng ngoại

để quan sát ban đêm

-Tiệt trùng thực phẩm, dụng

cụ y tế, -Tìm vết nứt trên bề mặt sản phẩm, chữa bệnh còi xương

-Chụp X quang; chiếu điện -Chụp ảnh bên trong sản phẩm

-Chữa bệnh ung thư nông

10 Thang sóng điện từ: Sóng vô tuyến, tia hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy (khả kiến), tia tử ngoại, tia X và

tia gamma đều có cùng bản chất là sóng điện, chỉ khác nhau về tần số (hay bước sóng) Các sóng này tạo thành một phổ liên tục gọi là thang sóng điện từ

-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

-Sắp xếp thang sóng điện từ theo thứ tự bước sóng tăng dần (hay tần số giảm dần):

LT&BT Sóng Ánh Sáng

PHẦN II CÁC DẠNG BÀI TẬP SÓNG ÁNH SÁNG:

1 Tính khoảng vân, vị trí vân sáng, vân tối

+ Khoảng vân: i .D

a

λ

= Trong đó: D là khoảng cách từ hai nguồn đến màn (mm); a = S1S2 (mm) khoảng cách của hai nguồn; λ là bước sóng của ánh sáng đơn sắc ( mµ ).

+ Nếu cho l là khoảng cách giữa N vân sáng hoặc N vân tối liên tiếp thì

1

l i N

=

− + Vị trí vân sáng: x k .D

a

λ

= (k Z∈ ) + Vị trí vân tối: ( 1) .

2

D

a

λ

2 Xác định tại vị trí M có tọa độ x M là vân sáng hay vân tối

Lấy x M

n

i = Nếu n nguyên thì M là vân sáng

2

M

x

n

i = + (n ∈N) thì M là vân tối thứ n +1

3 Tìm khoàng các giữa 2 vân sáng hoặ giữa 2 vân tối hoặc giữa 1 VS và 1 VT

+ Hai vân cùng phía so với vân trung tâm:∆x= x lon − x nho

+Hai vân khác phía so với vân trung tâm:∆ =x x s1 + x s2

4 Số vân quan sát được trên bề rộng giao thoa trường

- tính khoảng vân: i D

a

λ

=

- tính Số khoảng vân trên nửa giao thoa trường

2

L n i

=

Số vân sáng là N = 2[n] + 1 (Với [n] là phần nguyên)

Số vân tối là N = 2(n) ( Với (n) là số nguyên sau khi làm tròn)

5.

Giao thoa với khe Young (Iâng) trong môi trường có chiết suất là n

Gọi λ là bước sóng ánh sáng trong chân không hoặc không khí.

Gọi 'λ là bước sóng ánh sáng trong môi trường có chiết suất n

Từ công thức: c nv n '

λ= = = λ (v là vận tốc ánh sáng trong môi trường chiết suất n)

'

n

λ

λ = và i' i

n

=

Vậy khi đi từ môi trường không khí vào môi trường có chiết suất n thì bước sóng và khoảng vân giảm chiết suất lần.

6.

Giao thoa với khe Young (Iâng) khi thay đổi khoảng cách D.

+ Ta có: i =

a

D

i tỉ lệ với D

⇒khi khoảng cách là D: i =

a

D

λ khi khoảng cách là D’: i’ =

a

D'

λ

Nếu ∆D = D’ – D > 0 Ta dịch màn ra xa (ứng i’ > i)

Nếu ∆D = D’ – D < 0 Ta đưa màn lại gần ( ứng i’ < i)

7 Vị trí 2 vân sáng trùng nhau

Hai vân sáng trùng nhau khi x1 = x2

⇔ k1i1 = k2i2 ⇔ k1λ1 = k2λ2

(k1 là bậc vâng sáng của bức xạ λ1; k2 là bậc vâng sáng của bức xạ λ2)

(Tương tự cho hai vân tối trùng nhau, một vân tối và một vân sáng trùng nhau)

10 Giao thoa với ánh sáng trắng: (0,38 µ m ≤ λ ≤ 0,76 µ m)

Giao thoa với ánh sáng trắng thì trên màn ảnh giao thoa thu được:

LT&BT Sóng Ánh Sáng

- Vân trung tâm là một vệt sáng màu trắng (do sự chồng chập của vô số ánh sáng đơn sắc).

- Về hai bên vân trung tâm ta thu được một dải màu như cầu vồng tím ở trong, đỏ ở ngoài

+ Bề rộng của quang phổ bậc k

D

∆ = − = − với λđ và λt là bước sóng ánh sáng đỏ và tím

11 Tìm những bức xạ cho vân sáng tại đểm M có tọa độ x trên màn M

(Giao thoa với ánh sáng trắng 0,38 µ m ≤ λ ≤ 0,76 µ m)

Tại M có những bức xạ cho vân sáng khi: . . M

a x D

kD

Giải bất phương trình tìm k (k là các số nguyên)

- Có bao nhiêu k thì có bấy nhiêu bức xạ cho vân sáng

- Muốn tìm bước sóng của các bức xạ thì thế k vào lam da trên

12 Tìm những bức xạ cho vân tối (bức xạ bị tắt) tại đểm M có tọa độ x trên màn M

(Giao thoa với ánh sáng trắng 0,38 µ m ≤ λ ≤ 0,76 µ m)

Tại M có những bức xạ cho vân tối khi: ( 0,5) . ( . )

0,5

M

a x D

−

M

a x

− Giải bất phương trình tìm k (k là các số nguyên)

- Có bao nhiêu k thì có bấy nhiêu bức xạ cho vân tối tại đó

- Muốn tìm bước sóng của các bức xạ thì thế k vào lam da trên

13 Bài tập về tán sắc ánh sáng.

a/ Khi góc chiết quang A lớn

Các công thức quan trọng:

+ A = r1 + r2

+ D = i1 + i2 - A

+ sini1 = n.sin r1

+ sini2 = n.sin r2

Khi Dmin ta có: i1 = i2= i; r = r1 = r2 = ⇒ ⇒Dmin = 2i - A

b/ Khi góc chiết quang A nhỏ:

i ≈ n.r ⇒ i1 = n.r1; i2 ≈ n.r2

⇒ D = i1 + i2 - A = n.r1 + n.r2 - A = nA - A

⇒ D = (n - 1)A

+ Gọi DD là góc lệch tia đỏ so với tia tới: DD = (nd - 1)A

+ Gọi DT là góc lệch tia đỏ so với tia tới: DT = (nT - 1)A

+ Gọi ΔD là góc lệch giữa tia đỏ và tia tím:

ΔD = Dd − DT = (nd − nt ) A

+ Gọi DT là bề rộng quang phổ thu được trên màn: ΔD = h (tan DT −

tan DD ) = h (nt − nd )A; với [A: rad]

AD i

1

i

2

r

1

r

2