V. TÍNH CH T SÓNG C A ÁNH SÁNGẤ Ủ
A. TÓM T T LÝ THUY TẮ Ế
1. Tán s c ánh sángắ.
* S tán s c ánh sángự ắ
Tán s c ánh sáng là s phân tách m t chùm sáng ph c t p thành các chùm sáng đn s c. ắ ự ộ ứ ạ ơ ắ
* Ánh sáng đn s c, ánh sáng tr ngơ ắ ắ
Ánh sáng đn s c là ánh sáng không b tán s c khi đi qua lăng kính. M i ánh sáng đn s c có m t màuơ ắ ị ắ ỗ ơ ắ ộ
g i là màu đn s c.ọ ơ ắ
M i màu đn s c trong m i môi tr ng có m t b c sóng xác đnh.ỗ ơ ắ ỗ ườ ộ ướ ị
Khi truy n qua các môi tr ng trong su t khác nhau v n t c c a ánh sáng thay đi, b c sóng c a ánhề ườ ố ậ ố ủ ổ ướ ủ
sáng thay đi còn t n s c a ánh sáng thì không thay đi.ổ ầ ố ủ ổ
Ánh sáng tr ng là t p h p c a vô s ánh sáng đn s c khác nhau có màu bi n thiên liên t c t đ đnắ ậ ợ ủ ố ơ ắ ế ụ ừ ỏ ế
tím.
D i có màu nh c u v ng (có có vô s màu nh ng đc chia thành 7 màu chính là đ, cam, vàng, l c,ả ư ầ ồ ố ư ượ ỏ ụ
lam, chàm, tím) g i là quang ph c a ánh sáng tr ng.ọ ổ ủ ắ
Chi t su t c a các ch t l ng trong su t bi n thiên theo màu s c c a ánh sáng và tăng d n t màu đế ấ ủ ấ ỏ ố ế ắ ủ ầ ừ ỏ
đn màu tím. ế
* ng d ng c a s tán s c ánh sáng Ứ ụ ủ ự ắ
Hi n t ng tán s c ánh sáng đc dùng trong máy quang ph đ phân tích m t chùm sáng đa s c, do cácệ ượ ắ ượ ổ ể ộ ắ
v t sáng phát ra, thành các thành ph n đn s c.ậ ầ ơ ắ
Nhi u hi n t ng quang h c trong khí quy n, nh c u v ng ch ng h n x y ra do s tán s c ánh sáng.ề ệ ượ ọ ể ư ầ ồ ẳ ạ ả ự ắ
Đó là vì tr c khi t i m t ta, các tia sáng M t Tr i đã b khúc x và ph n x trong các gi t n c.ướ ớ ắ ặ ờ ị ạ ả ạ ọ ướ
Hi n t ng tán s c làm cho nh c a m t v t trong ánh sáng tr ng qua th u kính không r nét mà bệ ượ ắ ả ủ ộ ậ ắ ấ ỏ ị
nhòe, l i b vi n màu s c (g i là hi n t ng s c sai).ạ ị ề ắ ọ ệ ượ ắ
2. Nhi u x ánh sáng – Giao thoa ánh sángễ ạ .
* Nhi u x ánh sáng: ể ạ Nhi u x ánh sáng là hi n t ng truy n sai l ch v i s truy n th ng c a ánh sángễ ạ ệ ượ ề ệ ớ ự ề ẳ ủ
khi đi qua l nh ho c g p v t c n. Hi n t ng nhi u x ánh sáng ch ng t ánh sáng có tính ch t sóng.ỗ ỏ ặ ặ ậ ả ệ ượ ễ ạ ứ ỏ ấ
* Hi n t ng giao thoa ánh sángệ ượ
Hai chùm sáng k t h p là hai chùm phát ra ánh sáng có cùng t n s và cùng pha ho c có đ l ch phaế ợ ầ ố ặ ộ ệ
không đi theo th i gian.ổ ờ
Khi hai chùm sáng k t h p g p nhau chúng s giao thoa v i nhau: Nh ng ch 2 sóng g p nhau mà cùngế ợ ặ ẽ ớ ữ ổ ặ
pha v i nhau, chúng tăng c ng l n nhau t o thành các vân sáng. Nh ng ch hai sóng g p nhau mà ng cớ ườ ẫ ạ ữ ổ ặ ượ
pha v i nhau, chúng tri t tiêu nhau t o thành các vân t i.ớ ệ ạ ố
N u dùng ánh sáng tr ng thì h th ng vân giao thoa c a các ánh sáng đn s c khác nhau s không trùngế ắ ệ ố ủ ơ ắ ẽ
khít v i nhau: chính gi a, vân sáng c a các ánh sáng đn s c khác nhau n m trùng v i nhau cho m t vânớ ở ữ ủ ơ ắ ằ ớ ộ
sáng tr ng g i là vân tr ng chính gi a. hai bên vân tr ng chính gi a, các vân sáng khác c a các sóng ánhắ ọ ắ ữ Ở ắ ữ ủ
sáng đn s c khác nhau không trùng v i nhau n a, chúng n m k sát bên nhau và cho nh ng quang ph cóơ ắ ớ ữ ằ ề ữ ổ
màu nh c u v ng.ư ở ầ ồ
Hi n t ng giao thoa ánh sáng là b ng ch ng th c nghi m kh ng đnh ánh sáng có tính ch t sóng. ệ ượ ằ ứ ự ệ ẵ ị ấ
* V trí vân, kho ng vânị ả
+ V trí vân sáng: xịs = k
a
D
; v i k ớ Z.
+ V trí vân t i: xị ố t = (2k + 1)
a
D
2
; v i k ớ Z.
+ Kho ng vân là kho ng cách gi a 2 vân sáng (ho c 2 vân t i) liên ti p: i = ả ả ữ ặ ố ế
a
D
. Gi a n vân sáng liên ti pữ ế
có (n – 1) kho ng vân.ả
* B c sóng và màu s c ánh sángướ ắ
+ Ánh sáng đn s c là ánh sáng có m t b c sóng xác đnh. Màu ng v i m i b c sóng c a ánh sáng g iơ ắ ộ ướ ị ứ ớ ỗ ướ ủ ọ
là màu đn s c.ơ ắ
+ M i ánh sáng đn s c mà ta nhìn th y đu có b c sóng trong chân không (ho c không khí) trongọ ơ ắ ấ ề ướ ặ
kho ng t 0,38ả ừ m (ánh sáng tím) đn 0,76ếm (ánh sáng đ).ỏ
V
1
+ Nh ng màu chính trong quang ph ánh sáng tr ng (đ, cam, vàng, l c, lam, chàm, tím) ng v i t ng vùngữ ổ ắ ỏ ụ ứ ớ ừ
có b c sóng lân c n nhau.ướ ậ
V
2
B ng màu và b c sóng c a ánh sáng trong chân không:ả ướ ủ
MàuĐỏCam Vàng L cụLam Chàm Tím
(
m) 0,640
0,760
0,590
0,650
0,570
0,600
0,500
0,575
0,450
0,510
0,430
0,460
0,380
0,440
+ Ngoài các màu đn s c còn có các màu không đn s c là h n h p c a nhi u màu đn s c v i nh ng tơ ắ ơ ắ ỗ ợ ủ ề ơ ắ ớ ữ ỉ
l khác nhau.ệ
3. Quang phổ.
* Máy quang ph lăng kínhổ
+ Máy quang ph là d ng c phân tích chùm sáng có nhi u thành ph n thành nh ng thành ph n đn s cổ ụ ụ ề ầ ữ ầ ơ ắ
khác nhau.
+ Máy dùng đ nh n bi t các thành ph n c u t o c a m t chùm sáng ph c t p do m t ngu n phát ra.ể ậ ế ầ ấ ạ ủ ộ ứ ạ ộ ồ
+ Máy quang ph có ba b ph n chính:ổ ộ ậ
- ng chu n tr c là b ph n t o ra chùm sáng song song.Ố ẫ ự ộ ậ ạ
- H tán s c có tác d ng phân tích chùm tia song song thành nhi u chùm tia đn s c song song.ệ ắ ụ ề ơ ắ
- Bu ng nh dùng đ quan sát hay ch p nh quang ph .ồ ả ể ụ ả ổ
+ Nguyên t c ho t đng c a máy quang ph lăng kính d a trên hi n t ng tán s c ánh sáng.ắ ạ ộ ủ ổ ự ệ ượ ắ
* Quang ph liên t cổ ụ
+ Quang ph liên t c là m t d i màu liên t c t đ đn tím.ổ ụ ộ ả ụ ừ ỏ ế
+ Quang ph liên t c do các ch t r n, ch t l ng ho c ch t khí có áp su t l n, phát ra khi b nung nóng.ổ ụ ấ ắ ấ ỏ ặ ấ ấ ớ ị
+ Quang ph liên t c c a các ch t khác nhau cùng m t nhi t đ thì hoàn toàn gi ng nhau và ch phổ ụ ủ ấ ở ộ ệ ộ ố ỉ ụ
thu c vào nhi t đ c a chúng. ộ ệ ộ ủ
* Quang ph v ch phát xổ ạ ạ
+ Quang ph v ch phát x là m t h th ng nh ng v ch sáng riêng l , ngăn cách nhau b i nh ng kho ngổ ạ ạ ộ ệ ố ữ ạ ẻ ở ữ ả
t i.ố
+ Quang ph v ch phát x do các ch t khí hay h i áp su t th p phát ra khi b kích thích b ng đi n hayổ ạ ạ ấ ơ ở ấ ấ ị ằ ệ
b ng nhi t.ằ ệ
+ Quang ph v ch c a các nguyên t khác nhau thì r t khác nhau v s l ng các v ch, v trí và đ sáng tổ ạ ủ ố ấ ề ố ượ ạ ị ộ ỉ
đi gi a các v ch. M i nguyên t hóa h c có m t quang ph v ch đc tr ng c a nguyên t đó. Ví d ,ố ữ ạ ỗ ố ọ ộ ổ ạ ặ ư ủ ố ụ
trong quang ph v ch phát x c a hiđrô, vùng ánh sáng nhìn th y có b n v ch đc tr ng là v ch đ,ổ ạ ạ ủ ở ấ ố ạ ặ ư ạ ỏ
v ch lam, v ch chàm và v ch tím.ạ ạ ạ
+ Phân tích quang ph v ch, ta có th xác đnh s có m t c a các nguyên t và c hàm l ng c a chúngổ ạ ể ị ự ặ ủ ố ả ượ ủ
trong m u v t.ẫ ậ
* Quang ph h p thổ ấ ụ
+ Quang ph h p th là các v ch hay đám v ch t i trên n n c a m t quang ph liên t c. ổ ấ ụ ạ ạ ố ề ủ ộ ổ ụ
+ Quang ph h p th c a ch t l ng và ch t r n ch a các đám v ch, m i đám g m nhi u v ch h p thổ ấ ụ ủ ấ ỏ ấ ắ ứ ạ ỗ ồ ề ạ ấ ụ
n i ti p nhau m t cách liên t c.ố ế ộ ụ
+ Quang ph h p th c a ch t khí ch ch a các v ch h p th và là đc tr ng cho ch t khí đó.ổ ấ ụ ủ ấ ỉ ứ ạ ấ ụ ặ ư ấ
4. Tia h ng ngo i – Tia t ngo iồ ạ ử ạ .
* Phát hi n tia h ng ngo i và t ngo iệ ồ ạ ử ạ
ngoài quang ph ánh sáng nhìn th y đc, c hai đu đ và tím, còn có nh ng b c x mà m tỞ ổ ấ ượ ở ả ầ ỏ ữ ứ ạ ắ
không nhìn th y, nh ng nh m i hàn c a c p nhi t đi n và b t hu nh quang mà ta phát hi n đc. Cácấ ư ờ ố ủ ặ ệ ệ ộ ỳ ệ ượ
b c x đó g i là tia h ng ngo i và tia t ngo i.ứ ạ ọ ồ ạ ử ạ
Tia h ng ngo i và tia t ngo i có cùng b n ch t v i ánh sáng.ồ ạ ử ạ ả ấ ớ
Tia h ng ngo i và tia t ngo i cũng tuân theo các đnh lu t: truy n th ng, ph n x , khúc x , và cũngồ ạ ử ạ ị ậ ề ẳ ả ạ ạ
gây đc hi n t ng nhi u x , giao thoa nh ánh sáng thông th ng.ượ ệ ượ ễ ạ ư ườ
* Tia h ng ngo iồ ạ
+ Các b c x không nhìn th y có b c sóng dài h n 0,76ứ ạ ấ ướ ơ m đn kho ng vài milimét đc g i là tia h ngế ả ượ ọ ồ
ngo i. ạ
+ M i v t có nhi t đ cao h n nhi t đ môi tr ng đu phát ra tia h ng ngo i. Ngu n phát tia h ng ngo iọ ậ ệ ộ ơ ệ ộ ườ ề ồ ạ ồ ồ ạ
thông d ng là lò than, lò đi n, đèn đi n dây tóc.ụ ệ ệ
+ Tính ch t:ấ
- Tính ch t n i b t nh t c a tia h ng ngo i là tác d ng nhi t: v t h p th tia h ng ngo i s nóng lên.ấ ổ ậ ấ ủ ồ ạ ụ ệ ậ ấ ụ ồ ạ ẽ
V
3
- Tia h ng ngo i có kh năng gây ra m t s ph n ng hóa h c, có th tác d ng lên m t s lo i phim nh,ồ ạ ả ộ ố ả ứ ọ ể ụ ộ ố ạ ả
nh lo i phim h ng ngo i dùng ch p nh ban đêm.ư ạ ồ ạ ụ ả
- Tia h ng ngo i có th đi u bi n đc nh sóng đi n t cao t n.ồ ạ ể ề ế ượ ư ệ ừ ầ
- Tia h ng ngo i có th gây ra hi u ng quang đi n trong m t s ch t bán d n.ồ ạ ể ệ ứ ệ ở ộ ố ấ ẫ
V
4
+ ng d ng:Ứ ụ
- Tia h ng ngo i dùng đ s y khô, s i m.ồ ạ ể ấ ưở ấ
- S d ng tia h ng ngo i đ ch p nh b m t Trái Đt t v tinh.ử ụ ồ ạ ể ụ ả ề ặ ấ ừ ệ
- Tia h ng ngo i đc dùng trong các b đi u khi n t xa đ đi u khi n ho t đng c a tivi, thi t b nghe,ồ ạ ượ ộ ề ể ừ ể ề ể ạ ộ ủ ế ị
nhìn, …
- Tia h ng ngo i có nhi u ng d ng đa d ng trong lĩnh v c quân s : Tên l a t đng tìm m c tiêu d aồ ạ ề ứ ụ ạ ự ự ử ự ộ ụ ự
vào tia h ng ngo i do m c tiêu phát ra; camera h ng ngo i dùng đ ch p nh, quay phim ban đêm; ngồ ạ ụ ồ ạ ể ụ ả ố
nhòm h ng ngo i đ quan sát ban đêm.ồ ạ ể
* Tia t ngo iử ạ
+ Các b c x không nhìn th y có b c sóng ng n h n 0,38 ứ ạ ấ ướ ắ ơ m đn c vài nanômét đc g i là tia tế ở ượ ọ ử
ngo i.ạ
+ Ngu n phát: Nh ng v t đc nung nóng đn nhi t đ cao (trên 2000ồ ữ ậ ượ ế ệ ộ 0C) đu phát tia t ngo i. Ngu nề ử ạ ồ
phát tia t ngo i ph bi n h n c là đèn h i th y ngân và h quang đi n. ử ạ ổ ế ơ ả ơ ủ ồ ệ
+ Tính ch t:ấ
- Tác d ng m nh lên phim nh, làm ion hóa không khí và nhi u ch t khí khác.ụ ạ ả ề ấ
- Kích thích s phát quang c a nhi u ch t, có th gây m t s ph n ng quang hóa và ph n ng hóa h c.ự ủ ề ấ ể ộ ố ả ứ ả ứ ọ
- Có m t s tác d ng sinh lí: h y di t t bào da, làm da rám n ng, làm h i m t, di t khu n, di t n m m c,ộ ố ụ ủ ệ ế ắ ạ ắ ệ ẩ ệ ấ ố
…
- Có th gây ra hi n t ng quang đi n.ể ệ ượ ệ
- B n c, th y tinh… h p th r t m nh nh ng l i có th truy n qua đc th ch anh.ị ướ ủ ấ ụ ấ ạ ư ạ ể ề ượ ạ
+ S h p th tia t ngo i:ự ấ ụ ử ạ
Th y tinh h p th m nh các tia t ngo i. Th ch anh, n c và không khí đu trong su t v i các tia cóủ ấ ụ ạ ử ạ ạ ướ ề ố ớ
b c sóng trên 200 nm, và h p th m nh các tia có b c sóng ng n h n.ướ ấ ụ ạ ướ ắ ơ
T ng ôzôn h p th h u h t các tia có b c sóng d i 300 nm và là “t m áo giáp” b o v cho ng i vàầ ấ ụ ầ ế ướ ướ ấ ả ệ ườ
sinh v t trên m t đt kh i tác d ng h y di t c a các tia t ngo i c a M t Tr i.ậ ặ ấ ỏ ụ ủ ệ ủ ử ạ ủ ặ ờ
+ ng d ng: Th ng dùng đ kh trùng n c, th c ph m và d ng c y t , dùng ch a b nh (nh b nhỨ ụ ườ ể ử ướ ự ẩ ụ ụ ế ữ ệ ư ệ
còi x ng), đ tìm v t n t trên b m t kim lo i, …ươ ể ế ứ ề ặ ạ
5. Tia X – Thang sóng đi n tệ ừ.
* Tia X: Tia X là nh ng sóng đi n t có b c sóng t 10ữ ệ ừ ướ ừ -11 m đn 10ế-8 m.
* Cách t o ra tia X: ạCho m t chùm tia catôt – t c là m t chùm electron có năng l ng l n – đp vào m tộ ứ ộ ượ ớ ậ ộ
v t r n thì v t đó phát ra tia X.ậ ắ ậ
Có th dùng ng R n-ghen ho c ng Cu-lít-d đ t o ra tia X.ể ố ơ ặ ố ơ ể ạ
* Tính ch t c a tia X: ấ ủ
+ Tính ch t đáng chú ý c a tia X là kh năng đâm xuyên. Tia X xuyên qua đc gi y, v i, g , th m chí cấ ủ ả ượ ấ ả ổ ậ ả
kim lo i n a. Tia X d dàng đi xuyên qua t m nhôm dày vài cm, nh ng l i b l p chì vài mm ch n l i. Doạ ữ ễ ấ ư ạ ị ớ ặ ạ
đó ng i ta th ng dùng chì đ làm các màn ch n tia X. Tia X có b c sóng càng ng n thì kh năng đâmườ ườ ể ắ ướ ắ ả
xuyên càng l n; ta nói nó càng c ng.ớ ứ
+ Tia X có tác d ng m nh lên phim nh, làm ion hóa không khí.ụ ạ ả
+ Tia X có tác d ng làm phát quang nhi u ch t.ụ ề ấ
+ Tia X có th gây ra hi n t ng quang đi n h u h t kim lo i.ể ệ ượ ệ ở ầ ế ạ
+ Tia X có tác d ng sinh lí m nh: h y di t t bào, di t vi khu n, …ụ ạ ủ ệ ế ệ ẩ
* Công d ng c a tia X:ụ ủ
Tia X đc s d ng nhi u nh t đ chi u đi n, ch p đi n, đ ch n đoán ho c tìm ch x ng gãy,ượ ử ụ ề ấ ể ế ệ ụ ệ ể ẩ ặ ổ ươ
m nh kim lo i trong ng i…, đ ch a b nh (ch a ung th ). Nó còn đc dùng trong công nghi p đả ạ ườ ể ữ ệ ữ ư ượ ệ ể
ki m tra ch t l ng các v t đúc, tìm các v t n t, các b t khí bên trong các v t b ng kim lo i; đ ki m traể ấ ượ ậ ế ứ ọ ậ ằ ạ ể ể
hành lí c a hành khách đi máy bay, nghiên c u c u trúc v t r n...ủ ứ ấ ậ ắ
* Thang sóng đi n t :ệ ừ
+ Sóng vô tuy n, tia h ng ngo i, ánh sáng nhìn th y, tia t ngo i, tia R nghen, tia gamma là sóng đi n t .ế ồ ạ ấ ử ạ ơ ệ ừ
Các lo i sóng đi n t đó đc t o ra b i nh ng cách r t khác nhau, nh ng v b n ch t thì thì chúng cũngạ ệ ừ ượ ạ ở ữ ấ ư ề ả ấ
ch là m t và gi a chúng không có m t ranh gi i nào r r t.ỉ ộ ữ ộ ớ ỏ ệ
Tuy v y, vì có t n s và b c sóng khác nhau, nên các sóng đi n t có nh ng tính ch t r t khác nhau (cóậ ầ ố ướ ệ ừ ữ ấ ấ
th nhìn th y ho c không nhìn th y, có kh năng đâm xuyên khác nhau, cách phát khác nhau). Các tia cóể ấ ặ ấ ả
b c sóng càng ng n (tia X, tia gamma) có tính ch t đâm xuyên càng m nh, d tác d ng lên kính nh, dướ ắ ấ ạ ễ ụ ả ễ
V
5