Bài 66 : LƯỠNG TÍNH SÓNG – HẠT CỦA
ÁNH SÁNG
SƠ LƯỢC VỀ LAZE
I / MỤC TIÊU :
Hiểu được khái niệm về lưỡng tính sóng – hạt của ánh sáng.
Hiểu được khái niệm laze; hiểu sơ lược nguyên tắc cấu tạo và hoạt động
của laze.
Hiểu các đặc điểm của laze và ứng dụng của laze.
II / CHUẨN BỊ :
1 / Giáo viên :
Vẽ trên giấy khổ lớn Hình 66.1, 66.2 và 66.3, GV mang đến lớn bút
trỏ laze.
2 / Học sinh :
Ôn lại kiến thức về chuyển mức năng lượng §63.
III / GỢI Ý VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY – HỌC :
Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên
Hoạt động 1 :
HS : Thí nghiệm giao thoa ánh sáng của
GV : Hãy kể tên thí nghiệm chứng tỏ
Young.
HS : Thí nghiệm hiện tượng quang điện
của Hertz.
HS : Ánh sáng đỏ.
HS : Tia tử ngoại
HS : Ánh sáng có bước sóng dài.
HS : Ánh sáng có bước sóng ngắn.
HS : Ánh sáng có lưỡng tính sóng hạt.
Hoạt động 2 :
HS : Tính chất : hiện tượng giao thoa,
hiện tượng nhiễu xạ, hiện tượng tán xạ.
HS : Tính chất sóng.
HS : Hiện tượng quang điện, khả năng
đâm xuyên, tác dụng phát quang.
HS : Tính chất hạt.
Hoạt động 3 :
HS : Nêu hiện tượng trong SGK trang
ánh sáng có tính chất sóng ?
GV : Hãy kể tên thí nghiệm chứng tỏ
ánh sáng có tính chất hạt ?
GV : Ánh sáng gì được dùng trong thí
nghiệm giao thoa ánh sáng của Young ?
GV : Ánh sáng gì được dùng trong thí
nghiệm hiện tượng quang điện của
Hertz ?
GV : Ánh sáng gì chứng tỏ ánh sáng có
tính chất sóng ?
GV : Ánh sáng gì chứng tỏ ánh sáng có
tính chất hạt ?
GV : Ánh sáng có tính chất gì ?
GV : Khi ánh sáng có bước sóng dài thì
nó thể hiện tính chất gì ?
GV : Tính chất gì mờ nhạt ?
GV : Khi ánh sáng có bước sóng ngắn
thì nó thể hiện tính chất gì ?
GV : Tính chất gì mờ nhạt ?
275.
HS : Nêu hiện tượng trong SGK trang
275.
HS : Nêu hiện tượng trong SGK trang
275.
HS : Nêu hiện tượng trong SGK trang
275.
HS : Nêu hiện tượng trong SGK trang
275.
HS : Bố trí hai gương song song trong
đó một gương là nữa trong suốt ?
Hoạt động 4 :
HS : Các phôton thành phần đều cùng
pha
HS : Độ sai lệch tương đối của tần số
ánh sáng phát ra bằng 10 15 .
HS : Xem SGK trang 276
HS : Xem SGK trang 276
Hoạt động 5 :
HS : Xem SGK trang 276
HS : Xem SGK trang 276
GV : Thế nào là sự phát xạ tự phát ?
GV : Thế nào là sự phát xạ kích thích ?
GV : Thế nào là sự đảo mật độ ?
GV : Thế nào là môi trường hoạt tính ?
GV : Thế nào là bơm quang học ?
GV : Muốn cho sự khuếch đại nhân lên
thì ta phải làm gì ?
GV : Vì sao tia laze là ánh sáng kết hợp
?
GV : Vì sao tia laze rất đơn sắc ?
GV : Vì sao tia laze rất song song.
GV : Vì sao tia laze có mật độ công
suất lớn ?
GV : Hướng dẫn học sinh tìm hiểu các
loại tia laze và ứng dụng ?
IV / NỘI DUNG :
1. Lưỡng tính sóng – hạt của ánh sáng
a) Để giải thích các hiện tượng giao thoa, nhiễu xạ, ta đã thừa nhận ánh sáng nhìn
thấy có tính chất sóng.
Để giải thích hiện tượng quang điện, ta lại phải thừa nhận rằng chùm sáng
là một chùm các hạt phôtôn.
Ánh sáng vừa có tính chất sóng, vừa có tính chất hạt. Người ta nói rằng,
ánh sáng có lưỡng tính sóng – hạt.
b) Sóng điện từ có bước sóng càng ngắn so với kích thước của vật mà sóng tương
tác, phôtôn ứng với nó có năng lượng càng lớn thì tính chất hạt thể hiện càng rõ,
sóng điện từ có bước sóng càng lớn so với kích thước của vật mà nó tương tác.
2. Sơ lược về laze
- Nguyên tử tự động chuyển về trạng thái E1 sau một khoảng thời gian rất
ngắn (chừng 10-8s) và phát ra một phôtôn có năng lượng hf = E2 – E1. Quá trình
này gọi là sự phát xạ tự phát.
- Nguyên tử đang ở trạng thái kích thích có năng lượng E2 chịu tác động
của phôtôn bên ngoài có năng lượng hf = E2 – E1, bị kích thích chuyển về trạng
thái E1, đồng thời phát ra phôtôn có năng lượng hf = E2 – E1. Quá trình này được
gọi là sự phát xạ kích thích
Trong điều kiện bình thường, số nguyên tử ở mức cao luôn có mật độ ít hơn
ở mức thấp. Thế nhưng, trong những điều kiện đặc biệt, có thể xảy ra sự đảo mật
độ, nghĩa là mức trên lại chứa nhiều nguyên tử hơn mức dưới.
Môi trường có sự đảo mật độ như vậy gọi là môi trường hoạt tính. Một
phôtôn có tần số f thỏa mãn điều kiện hf = E2 – E1 gây ra bức xạ kích thích. Kết
quả là ta có hai phôtôn kết hợp có cùng tần số f (phôtôn ban đầu và phôtôn phát xạ
cảm ứng); hai phôtôn này lại gây ra bức xạ kích thích, sinh ra bốn phôtôn kết
hợp… (Hình 62.2). Vì mật độ nguyên tử ở mức E2 rất lớn nên, trong một thời gian
ngắn, có rất nhiều nguyên tử chuyển xuống mức E1, và do đó, số phôtôn kết hợp
được tạo ra rất lớn. Kết quả là, chùm sáng không những không bị môi trường hấp
thụ, mà trái lại, được khuếch đại lên.
Hình 66.2 Sự khuếch đại chùm sáng
Sự khuếch đại như thế lại càng được nhân lên, nếu ta làm cho các phôtôn
kết hợp đi lại nhiều lần trong môi trường, bằng cách bố trí hai gương song song ở
hai đầu, trong đó có một gương là nửa trong suốt, hình thành hộp cộng hưởng, tạo
ra chùm phôtôn rất mạnh cùng pha.
Sau khi phản xạ một số lần lên hai gương, phần lớn phôtôn sẽ đi qua gương
nửa trong suốt và tạo thành tia laze.
Đó là nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của máy phát tia laze
b) Một số đặc điểm của tia laze
Tia laze là ánh sáng kết hợp
Tia laze rất đơn sắc.