Vui lòng download xuống để xem tài liệu đầy đủ.

SÓNG ÁNH SÁNG

Chia sẻ: | Ngày: doc 13 p | 112

0
236
views

Sự tán sắc anh sáng là hiện tượng phân tán 1 chùm ánh sáng phức tạp thành chùm sáng đơn sắc. Bản chất của sự tán sắc là do chiết suất của thủy tinh biến thiên theo màu sắc của ánh sáng và biến thiên dần từ màu đỏ sang màu tím. Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng không bị tán sắc mà chỉ lêch về phía đáy khi đi qua lăng kính

SÓNG ÁNH SÁNG
Nội dung Text

  1. SÓNG ÁNH SÁNG A. TÓM TẮT LÍ THUYẾT 1. Sự tán sắc ánh sáng: là hiện tượng phân tán 1 chùm sáng phức tạp thành  chùm sáng đơn sắc ­ Bản chất của sự tán sắc là do chiết suất của thủy tinh biến thiên theo  màu sắc của ánh sáng và biến thiên dần từ màu đỏ đến màu tím ­ Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng không bị tán sắc mà chỉ bị lệch về phía đáy  khi đi qua lăng kính. Mỗi ánh sáng đơn sắc có 1 màu nhất định ­ Ánh sáng trắng không phải là ánh sáng đơn sắc mà là hỗn hợp của nhiều  ánh sáng đơn sắc có màu biến thiên liên tục từ màu đỏ đến màu tím.Ánh  sáng trắng là 1 trường hợp của ánh sáng phức tạp (hay ánh sáng đa sắc) ­ Những chùm sáng sau khi đi qua lăng kính bị lệch về phía đáy nhưng không  bị đổi màu gọi là ánh sáng đơn sắc ­ Ứng dụng của sự tán sắc ánh sáng: Để phân tách chùm ánh sáng đa sắc  thành các thành phần đơn sắc trong máy quang phổ; Giải thích hiện tượng  quang học trong tự nhiên. VD: cầu vồng,.. 2. Sự nhiễu xạ và giao thoa ánh sáng: ­ Trong 1 số trường hợp, tia sáng có thể đi quanh qua phía sau 1 vật cản.  khi đó ta nói vật cản có sự nhiễu xạ ánh sáng và ánh sáng có tính chất  sóng ­ Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng có tần số hoặc bước sóng trong chân không,  hoặc có chu kì hoàn toàn xác định. ­ 2 chùm sáng từ 2 nguồn đồng bộ gặp nhau có thể giao thoa với nhau,  khoảng vân i được tính :   {  là bước sóng, a: là khoảng cách 2  nguồn, D: là k/c từ nguồn đến màn} ­ Hiệu quang trình:  ­ Điều kiện để M là vị trí vân sáng:  + Vị trí vân sáng:  + 
  2. +  ­ Điều kiện để M là vị trí vân tối:  + Vị trí vân tối:  ­ Úng dụng hiện tượng giao thoa: + Đo bước sóng ánh sáng = hiện tượng giao thoa + Giải thích ánh sáng rực rỡ trên váng dầu mỡ hay trong bong bóng xà  phòng hoặc trên đĩa CD 3. Bước sóng ánh sáng và màu sắc ­ Mỗi ánh sáng đơn sắc (hay còn gọi là bức xạ đơn sắc) có bước sóng hay  tần số xác định. ­ Mọi ánh sáng đơn sắc mà ta nhìn thấy được (khả kiến) có bước sóng trong  chân không nằm trong khoảng   ­ Trong thực tế, mắt ta không phân biệt được màu của các ánh sáng có bước  sóng rất gần nhau, vì vậy mắt người chỉ phân biệt được khoảng vài trăm  màu. Trong vùng ánh sáng khả kiến người ta chia khoảng 7 màu chính  trong quang phổ của ánh sáng mặt trời tức là ánh sáng khả kiến ­ Ánh sáng mặt trời là hỗn hợp của vô số ánh sáng đơn sắc có bước sóng  biến thiên liên tục từ   chỉ có các bức xạ tức là những ánh sáng nằm  trong vùng khả kiến là giúp cho mắt ta nhìn được mọi vật & phân biệt  được màu sắc ­ Chiết suất của môi trường và bước sóng Chiết suất của môi trường phụ thuộc vào bức sóng ánh sáng với 1 môi  trường trong suốt nhất định, bức sóng càng dài thi chiết suất càng nhỏ   {A,B : là hằng số phụ thuộc vào bản chất của môi trường} 4. Các loại quang phổ ­ Máy quang phổ ­ Đường cong tán sắc của 1 chất trong suốt là đường biểu diễn sự biến  thiên của chiết suất chất ấy theo bước sóng ánh sáng.
  3. a. Máy quang phổ - Máy quang phổ là dụng cụ dùng để phân tích một chùm ánh sáng phức tạp thành các thành phần đơn sắc. Nói khác đi nó dùng để nhận biết các thành phần CT của 1 chùm sáng phức tạp do 1 nguồn sáng phát ra - Cấu tạo máy quang phổ: + Ống chuẩn trực: có tác dụng tạo chùm song song + Hệ tán sắc: gồm 1 hoặc 1 vài năng kính, chùm sáng song song ra khỏi ống chuẩn trực, sau khi qua hệ tán sắc sẽ phân tích thành nhiều chùm tia đơn sắc song song. Vây hệ tán sắc có tác dụng tán sắc ás + Buồng tối (hay buồng ảnh): là 1 hộp kín , 1 đầu có TK hội tụ, đầu kia có 1 tấm f in ảnh K hoặc kính ảnh đặt tại tiêu diện TK L2 và dùng để chụp ảnh ­ Nguyên tắc hoạt động của máy quang phổ Ánh sáng phát ra từ nguồn S. Sau khi đi qua máy quang phổ lăng kính sẽ cho ảnh là các vạch màu trên kính ảnh của buồng ảnh, mỗi vạch màu này ứng với 1 bước sóng xác định, gọi là 1 vạch quang phổ và mỗi vạch quang phổ này là do 1 thành phần ánh sáng đơn sắc do nguồn S phát ra.Tập hợp các vạch màu hoặc dải màu đó tạo thành quang phổ của nguồn sáng S - Quang phổ phát xạ là quang phổ của ánh sáng do 1 chất phát ra khi chất đó bị nung nóng đến nhiệt độ cao. Quang phổ của ánh sáng do các chất đó phát ra gọi là quang phổ phát xạ của chúng.Quang phổ phát xạ của các chất khác nhau có thể chia làm 2 loại , quang phổ l iên tục, quang phổ vạch b. Quang phổ l iên tục: - Quang phổ l i ên tục là quang phổ gồm nhiều dải màu nối tiếp nhau 1 cách l iên tục. - Nguồn phát : Chất rắn, chất lỏng, chất khí có khối lượng riêng lớn, khi bị nung nóng đều phát ra quang phổ l iên tục. - Tính chất : Quang phổ l iên tục không phụ thuộc vào thành phần cấu tạo của nguồn sáng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của nguồn, nhiệt độ càng cao miền phát sáng mở rộng về phía bước sóng ngắn vì vậy dùng để xác định nhiệt độ của vật sáng khi bị nung nóng. - Ứng dụng: Quang phổ l iên tục để xác định nhiệt độ của các vật ở nhiệt độ cao và xa
  4. ­ 1 vài chú ý: + ở m ọi nhi t đô vậ t đều bức xạ , kh i nhi t càng tăng th ì cường độ bức  ệ ệ xạ càng m ạnh và m i n quang phổ l  dần từ  bức xạ có bức xạ dài sang bức  ề an xạ có bức sóng ngắn + Ở 5000C vật bắt đầu bức xạ ra ánh sáng nhìn thấy thuộc vùng ánh sáng  đỏ nhưng còn rất tối + Nhiệt độ càng cao thì vùng màu sáng nhất có bước sóng càng ngắn + Sự phân bố các vùng màu khác nhau trong quang phổ liên tục phụ thuộc  vào nhiệt độ của vật c.   uang phổ vạch phát xạ Q   ­ Quang phổ vạch là quang phổ gồm những vạch riêng lẻ ngăn cách nhau  bằng những khoảng tối.  ­ Nguồn phát: Chỉ chất khí ở áp suất cao khi bị nung nóng(= điện,nhiệt)  mới phát ra quang phổ vạch.  ­ Tính chất: + Mỗi nguyên tố hóa học ở trạng thái khí hoặc hơi dưới áp suất thấp,  khi bị kích thích, đều phát quang phổ vạch đặc trưng cho nguyên tố đó.  + Quang phổ vạch của các chất khác nhau thì khác nhau về vị trí, số  lượng màu sắc và độ sáng tỉ đối giữa các vạch phổ ­ Ứng dụng của quang phổ vạch: dùng trong việc xác định sự có mặt của  1 nguyên tố, thành phần của nguyên tố trong hợp chất, và nồng độ của  nguyên tố đó 5.Quang phổ hấp thụ Quang phổ hấp thụ của chất khí hay hơ  a.   i ­ Quang phổ hấp thụ: là quang phổ liên tục thiếu 1 số vạch màu do bị  chất khí hoặc hoi KL hấp thụ được gọi là quang phổ hấp thụ ­ Các chất rắn, lỏng, khí đều cho được quang phổ vạch hấp thụ ­ Cách tao ra: bằng cách cho 1 chùm sáng trắng, chiếu qua chất khí hay  chất lỏng rồi chiếu vào khe máy quang phổ thì trên kính ảnh của máy  quang phổ ta sẽ thu được QP vạch hấp thụ của chất khí, chất lỏng đó
  5. ­ Điều kiện để thu được quang phổ vạch hấp thụ: nhi t độ của đám   ệ kh í hay hơ i hấp th ụ  phả i th ấp hơn nhi t độ của nguồn sáng phát ra   ệ quang phổ li  tụ c   ên b. Sự đảo vạch quang phổ - Những vạch phổ sáng khi phát ra trở thành những vạch tố i trong QP hấp thụ, hiện tượng đó được gọi là sự đảo vạch quang phổ - Mỗi nguyên tố hóa học chỉ hấp thụ những bức xạ nào mà nó có khả năng phát xạ và ngược lạ i . Nó chỉ phát ra những bức xạ mà nó có khả năng hấp thụ. c. T/c của vạch QP hấp thụ: - QP vạch hấp thụ của mỗi nguyên tố có t ính chất đặc trưng r iêng cho nguyên tố đó - QP hấp thụ của các chất khí là QP vạch - QP hấp thụ của các chất lỏng & rắn là các đám vạch, mỗi đám gồm nhiều vạch nối l i ền nhau 1 cách l i ên tục - Đ/ n2: QP hấp t hụ l à các vạch hay đám vạch t ối t r ên nền QP l i ên t ục - Ứng dụng: để nhận bi ết sự có m của các nguyên t ố có t r ong hỗn hợp hay ặt hợp chất 6. Phép phân t í ch QP: l à phương pháp vật l í dùng để xác định t hành phần hóa học của 1 chất hay hợp chất dựa vào vi ệc nghi ên cứu QP của ánh sáng do chất ấy phát r a hoặc hấp t hụ 7. Ti a hồng ngoại – Ti a t ử ngoại – Ti a Rơnghen - Bản chất chung: Ti a t ử ngoại và t i a t ử ngoại có cùng bản chất với ánh sáng nhì n t hấy, chúng chỉ khác ánh sáng t hông t hường ở chỗ l à không nhì n t hấy được - Tí nh chất : Ti a hồng ngoại và t i a t ử ngoại cũng t uân t heo các định l uật t r uyền t hẳng, phản xạ, khúc xạ và cũng gây r a được hi ện t ượng nhi ễu xạ, gi ao t hoa như ánh sáng t hông t hường a. Ti a hồng ngoại - Ti a hồng ngoại l à các bức xạ m m không nhì n t hấy và ở ngoài vùng à ắt m đỏ của quang phổ ( λ> 760nm . àu = ) - Nguồn phát :
  6. + M ọi ậ t dù ở nhi t độ th ấp (t 0>00K) đều phát ra tia hồng ngoại, ở   v ệ nhiệt độ cao, ngoài tia hồng ngoại, vật còn phát ra bức xạ nhìn thấy + Nguồn phát tia hồng ngoại thông dụng: lò than, bếp điện, đèn dây  tóc,… + Con người phát ra bức xạ hồng ngoại mạnh nhất ở vùng  ­ Tính chất: tính chất nổi bật là có tác dụng nhiệt rất mạnh;  Tia hồng ngoại có khả năng gây ra 1 số phản ứng hóa học, có thể tác  dụng lên 1 số loại fin ảnh, có thể biến điệu như sóng điện từ cao  tần; Tia hồng ngoại có thể gây ra hiện tượng quang điện trong ở 1 số  chất bán dẫn ­ Công dung: xấy khô, sưởi ấm; Sử dụng trong các bộ điều khiển từ xa,  bề mặt; Sử dụng tia hồng ngoại để chụp ảnh trái đất qua vệ tính; Tia  hồng ngoại có nhiều ứng dụng trong quân sự b.   a  tử  ngoạ i Ti   ­ Ti  tử  ngoạ i l  bức xạ m à ắt a à  m  không th ấy được và ở ngoài vùng tí   m của quang phổ (λ< = 380nm đến 10 mm). ­9 ­  Nguồn phát: Những vật được nung nóng đến nhiệt độ cao trên 20000C  đều phát tia tử ngoại (VD: đèn hơi thủy ngân hồ quang điện) ­ Tính chất + Tác dụng lên fin ảnh + Kích thích sự phát quang của nhiều chất + Kích thích nhiều phản ứng hóa học  + Làm ion hóa không khí và nhiều chất khí khác + Có thể gây ra hiện tượng quang điện + Có tác dụng sinh lí, hủy diệt tế bào, làm hại mắt, diệt khuẩn, diệt  lấm mốc + Bị nước, thủy ngân hấp thụ rất mạnh nhưng tia tử ngoại có bức sóng  ( ) có thể truyền qua thạch anh ­ Công dụng:  + Diệt trùng các dụng cụ phẫu thuật, chữa bệnh còi xương + Dùng để tiệt trùng thực phẩm trước khi đóng gói.
  7. + Trong công nghi p cơ  kh í ệ , dùng để tì  vế nứ t trên  bề m ặt m  KL c. Ti  X – Thuyế t đ i n  từ  ánh sáng – Thang đ i n  từ    a ệ ệ - Ti a Rownghen ( t i a X) l à sóng đi ện t ừ có bước sóng t r ong khoảng 10­8  – 10­11 m. Gồm 2 loại: tia X cứng là những tia có bức sóng rất ngắn;  tia X mềm có bức sóng dài hơn. ­ Tính chất nổi bật + Tia X có khả năng đâm xuyên. Tia X dễ dàng đi qua các vật không  trong suốt đối với ánh sáng: thông thường gỗ, giấy, vải, các mô mềm,… KL đi qua dễ dàng tấm Al dày vài cm nhưng bị chặn bởi 1 tấm chì dày  vài mm. Tia X có bước sóng càng ngắn thì khả năng đâm xuyên càng lớn  hay cứng + Tia X làm đen fin ảnh + Tia X làm phát quang 1 số chất + Tia X có khả năng ion hóa không khí và các chất khí + Tia X có tác dụng sinh lí mạnh, hủy diệt tb, diệt vi khuẩn + Tia X có thể gây ra hiện tượng quang điện ở hầu hết các KL  ­ Công dụng: + Trong y học dùng để chiếu chụp, điện, để chữa bệnh ung thư nông + Trong CN: để KT chất lượng các vật đúc, tìm các vết nứt, bọt khí  trong các vật bằng KL  + Kiểm tra hành lí ở sân bay + Nghiên cứu cấu trúc vật rắn 8. Thuyết điện từ về ánh sáng Ánh sáng là sóng điện từ có bước sóng rất ngắn so với sóng vô tuyến  điện, lan truyền trong không gian Công thức liên hệ giữa t/c điện từ và t/c quang của mt:  Trong đó:  n: chiết suất  tuyệt đối của mt                     c: tốc độ truyền ánh sáng trong chân không  3x108m/s
  8.                      v: tố c độ truyền ánh sáng trong m t  trong su ố t                     ℰ: hằng số  đ i n  m ôi ủa m t ệ  c                       : độ từ  th ẩm  của m t Theo Lorenxo: ℰ phụ thuộc vào tần số ánh sáng F(f) (ℰ=F(f)) Suy ra n=F(f) để giải thích hiện tượng tán sắc ánh sáng B.MỘT SỐ CÔNG THỨC 1. 2. Hiện tượng phản xạ toàn phần Điều kiện  3. Công thức lăng kính                                            Góc lệch cực tiểu:     4. Công thức thấu kính mỏng:              5. Khoảng cách giữa 2 vệt sáng là  {L: k/c từ đỉnh LK đến  màn}
  9. 6. B ề rộng quang phổ thu được trên  m àn à  k/  từ  đầu đỏ đến đầu tí    l c m trên  m àn  {A : rad} 7. B ề rộng của vệ t sáng đáy bể l :  à C.DẠNG BÀI TẬP: Dạng 1: Xác định bước sóng ánh sáng trong thí nghiệm giao thoa ánh  sáng Biết khoảng vân I, khoảng cách giữa 2 nguồn sáng a, khoảng cách từ 2  nguồn đến màn quan sát D. Ta có  Khoảng cách từ vân sáng bậc n đến vân sáng bậc m (m>n)là L:  Khoảng cách giữa N vân sáng liên tiếp là L :    Dạng 2: Xác định tính chất của vân giao thoa (sáng, tối)và tìm được  bậc giao thoa ứng với điểm M đã cho trên màn Khoảng vân giao thoa:  Lập tỉ số  ­ Nếu p = k (nguyên) Suy ra xM =ki ; Tại M là vân sáng bậc k ­ Nếu   ; Tại M là vân tối thứ k (k>=1) Dạng 3: Xác định chiều và khoảng dịch chuyển của vân trung tâm O (và  cả hệ vân) khi dặt một bản mặt song song (e,n) trước 1 nguồn kết hợp
  10.  Khi ch ưa có bản m ặt song song: Thờ i gi   an                (e,n) sóng truyền từ  S1, S2 đến O như nhau:     d1  O’ Khi có bản mặt song song: Thời gian sóng         S1      truyền từ S1 đến O lớn hơn thời gian sóng        I  truyền từ S2 đến O:   . Vậy vân  O trung tâm O và cả hệ vân dời trên màn về                      d2  phía bản mặt song song đến O’ (với OO’=x0)         S2 sao cho OO’=x0 ; S1S2 =a; IO = D   Với n=c/v;  Do đó:  Dạng 4:  Thí nghiệm giao thoa ánh sáng thực hiện trong môi trường có  chiết suất n’ . Tìm khoảng vân mới ­ Bước sóng ­ Khoảng vân Dạng 5: Tìm số vân sáng và vân tối trong miền giao thoa PQ Khoảng vân:  Xét ½ miền giao thoa PQ/2: lập tỉ số  Số vân sáng quan sát được: 2k+1 vân sáng Số vân tối quan sát được     Nếu  m<0.5 : có 2k vân tối     Nếu m>=0.5: có  2(k+1) vân tối
  11. Dạng 6: Thực hiện giao thoa với 2 ánh sáng đơn sắc đồng thời. Tìm vị  trí trên màn mà ở đó có 2 vân sáng thuộc của 2 ánh sáng đơn sắc trùng  nhau V ớ i bước sóng λ1: Vị trí vân sáng  Với bước sóng λ2: Vị trí vân sáng  Khi 2 vân sáng trùng nhau:  Chọn k2 = 0;1;2;… suy ra  (Chỉ chọn các giá trị của k1, k2 sao cho x nhỏ hơn hoặc bằng nửa miền  giao thoa) Chú ý: Có thể để yêu cầu tìm vị trí gần nhất mà tại đó 2 vân sáng   trùng nhau (hoặc cho vân sáng vó màu giống như  vân trung tâm) Chọn các giá trị k1,k2 nguyên đồng thời chọn giá trị nguyên nhỏ nhất. Sau  đó thay giá trị tìm được vào biểu thức x1 và x2 để tìm vị trí gần nhất mà  tại đó 2 vân sáng trùng nhau (hoặc cho vân sáng có màu giống như vân  trung tâm) Dạng 7: Thực hiện giao thoa với ánh sáng trắng. Tại điểm M cho trước  trên màn cách vân trung tâm khoảng xM , tìm: a. Số bức xạ (hoặc bức sóng ánh sáng) cho vân sáng tại M b. Số bức xạ (hoặc bức sóng ánh sáng) cho vân tối tại M a.Số bức xạ (hoặc bước sóng ánh sáng)cho vân sáng tại M Các bức xạ cho vân sáng tại M thỏa mãn:  Mà   : chọn các giá trị k nguyên: có bao nhiêu  giá trị nguyên của k thì có bấy nhiêu ánh sáng đơn sắc cho vân sáng tại  M. Để tìm được sóng ánh sáng, thay giá trị k đã chọn vào (1) để tìm  bước sóng ứng b.Số bức xạ (hoặc bước sóng ánh sáng) cho vân tối tại M Các bức xạ cho vân tối tại M thỏa mãn
  12.  (2) Mà   : chọn các giá trị k nguyên: có bao  nhiêu giá trị nguyên của k thì có bấy nhiêu ánh sáng đơn sắc cho vân  tối tại M. Để tìm bước sóng ánh sáng, thay giá trị k đã chọn vào (2) để  tìm bước sóng tương ứng Dạng 8: Xác định khoảng cách giữa 2 nguyền kết hợp và bề rộng của  miền giao thoa trong thi nghiệm giao thoa ánh sáng với: a. Lưỡng lăng kính Fresnel b. Lưỡng thấu kính Billet c. Lưỡng gương phẳng Fresnel a. Lưỡng lăng kính Fresnel S1, S2 là 2 ảnh ảo của nguồn S qua 2 lăng  kinh của lưỡng lăng kính Fresnel Khoảng cách giữa 2 nguồn kết hợp a=S1S2  (A là góc chiết quang của lăng kính tính  theo rad) Bề rộng vùng giao thoa MN ; 2 mép là  MN, O là trung tâm b. Lưỡng thấu kính Billet L O1 S1 M S O2 S2 O d d’ Thấu kí  hộ i tụ  được cưa đôi dọc theo 1 đường kí  và đặ t cách nhau  nh nh khoảng nhỏ , tạo  thành 2 th ấu kí  có 2 quang tâm  O1, O2. S1, S2 là 2 ảnh  nh thật của nguồn S qua 2 thấu kính của lưỡng thấu kính Billet. Vi trí ảnh S1, S2 :  Khoảng cách giữa 2 nguồn kết hợp a=S1S2.
  13. B ề rộng của vùng giao thoa M N c. Lưỡng gương phẳng Fresnel    G1        S                                                                                           S1  M                                                          H  I                                                         O                                                                     S2  G2                                                 N     S1 và S2 là 2 ảnh ảo của nguồn S qua 2 gương phẳng G1, G2 của lưỡng gương  phẳng Fresnel Khoảng cách giữa 2 nguồn kết hợp: (  là góc hợp bởi 2 gương phẳng G1,G2 tính theo rad) Bề rộng vùng giao thoa MN
Đồng bộ tài khoản