Tài liệu gồm 84 trang, bao gồm kiến thức cần nhớ và phương pháp giải các dạng bài tập chuyên đề sóng ánh sáng trong chương trình Vật lí 12. A. KIẾN THỨC CẦN NHỚ I. TÁN SẮC ÁNH SÁNG. 1. Định nghĩa. 2. Ánh sáng đơn sắc, ánh sáng trắng. 3. Giải thích hiện tượng tán sắc ánh sáng. 4. Ứng dụng của sự tán sắc ánh sáng. II. HIỆN TƯỢNG GIAO THOA ÁNH SÁNG. 1. Nhiễu xạ ánh sáng. 2. Hiện tượng giao thoa ánh sáng. 3. Bước sóng và màu sắc ánh sáng. III. QUANG PHỔ. 1. Máy quang phổ lăng kính. 2. Các loại quang phổ. 3. Hiện tượng đảo vạch quang phổ. IV. CÁC LOẠI TIA. V. THANG SÓNG ĐIỆN TỪ. B. CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM LÍ THUYẾT C. PHÂN DẠNG BÀI TẬP VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI I. BÀI TOÁN VỀ TÁN SẮC ÁNH SÁNG. – Định luật khúc xạ ánh sáng. – Công thức lăng kính. – Điều kiện để có phản xạ toàn phần. II. GIAO THOA VỚI ÁNH SÁNG ĐƠN SẮC. 1. Bài toán vị trí vân sáng, vân tối, khoảng vân. a) Bài toán liên quan đến vị trí vân sáng, vân tối, khoảng vân. b) Bài toán về thay đổi khoảng cách D, a. 2. Bài toán xác định số vân sáng, vân tối. a) Xác định số lượng vân sáng, vân tối nằm trên đoạn thẳng MN bất kì. b) Xác định số lượng vân sáng, vân tối nằm trên đường giao thoa. III. GIAO THOA VỚI ÁNH SÁNG HỖN HỢP. 1. Giao thoa với ánh sáng trắng. Loại 1: Cho tọa độ 0 x trên màn, hỏi tại đó có những bức xạ nào cho vạch tối hoặc sáng? Loại 2: Xác định bề rộng quang phổ bậc k trong giao thoa với ánh sáng trắng. 2. Giao thoa với hai ánh sáng đơn sắc. Loại 1: Vân sáng trùng nhau của hai ánh sáng đơn sắc, số vân quan sát được. Loại 2: Vân tối trùng nhau của hai ánh sáng đơn sắc, số vân quan sát được. 3. Giao thoa với ba ánh sáng đơn sắc. [ads]
LT&BT Sóng Ánh SángCHƯƠNG SÓNG ÁNH SÁNGPHẦN I. TÓM TẮT LÍ THUYẾT1. 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 vàlớn nhất đối với ánh sáng tím2. 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.c- Bước sóng của ánh sáng đơn sắc truyền trong chân không (hay không khí): λ = c.T =f- Khi ánh sáng đơn sắc truyền từ môi trường này sang môi trường khác thì tần số f không đổi, bước sóngthay 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 cómàu biến thiên liên tục từ đổ đến tím.-Các ánh sáng đơn sắc có bước sóng trong khoảng: 0,38µm ≤ λ ≤ 0, 76µm , ánh sáng này gây ra cảm giácsáng 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 vớisự truyền thẳng khi ánh sáng gặp vật cản gọi là hiện tượng nhiễu xạ ánhsáng.- 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 kếthợp gặp nhau trên màn M sẽ gây ra hiện tượng giao thoa ánhsáng. Trong vùng gặp nhau trên màn M có những vạch sáng vàvạch tối xen kẽ nhau một cách đều đặn.- Hiện tượng giao thoa ánh sáng chứng tỏ ánh sáng có tínhchất sóng.- Điều kiện để xảy ra hiện tượng giao thoa ánh sánglà phảicóhai nguồn kết hợp.(Hai nguồn phát ra hai sóng ánh sáng phảicó 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 hiệuđường đi của 2 sóng ánh sáng phải bằng số nguyên lần bước sóng.Tức là: ∆d = d 2 − d1 = kλ- Những vạch tối là chỗ hai sóng ánh sáng triệt tiêu lẫn nhau, năng lượng triệt tiêu (vân tối) có hiệuđường đi của 2 sóng ánh sáng phải bằng một số nửa nguyên lần bước sóng.1Tức là: ∆d = d 2 − d1 = k + ÷λ2λD= ki với k = 0, ±1, ±2,... gọi là bậc giao thoa.ak = 0 : gọi là vân sáng trung tâm (vân chính giữa)k = ±1 : gọi là vân sáng bậc 1k = ±2 : gọi là vân sáng bậc 2* Vị trí vân sáng ( x k ) : x k = kHTTrLT&BT Sóng Ánh Sáng1 λD 1= k '+ ÷i với k ' = 0, ±1, ±2,...* Vị trí vân tối ( x k ' ) : x k ' = k '+ ÷2 a2k ' = 0 : gọi là vân tối thứ 1k ' = ±1 : gọi là vân tối thứ 2k ' = ±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 =λDa6. Máy quang phổMáy 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 kínhGồm 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 L 1. Ánh sáng đi quaống 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 tiađơn 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 làquang phổ của nguồn sáng.8. Các loại quang phổTiêu đềĐịnhnghĩaQuang phổ liên tụcGồm một dãi màu cómàu thay đổi một cáchliên tục từ đỏ đến tím. .Nguồn phát Do các chất rắn, chấtlỏng hay chất khí có ápsuất lớn khi bị nungnóng phát raĐặc điểmỨng dụng9. Các loại tiaHTTrQuang phổ vạch phát xạQuang phổ vạch hấp thụGồm các vạch màu riêng lẻ,ngăn cách nhau bởi nhữngkhoảng tối.Do các chất khí hay hơi ở ápsuất thấp khi bị kích thích bằngđiện hay nhiệt phát ra.Gồm các vạch hay đám vạch tốixuất hiện trên nền quang phổliên tục.-Các chất rắn, chất lỏng và chấtkhí đều cho được quang phổhấp thụ.- Nhiệt độ của chúng phải thấphơn nhiệt độ nguồn phát quangphổ liên tục-Quang phổ hấp thụ của chất khíchỉ chứa các vạch hấp thụ.-Còn quang phổ của chất lỏng vàrắn lại chứa các “đám”, mỗiđám gồm nhiều vạch hấp thụ nốitiếp nhau một cách liên tục .Không phụ thuộc thành Các nguyên tố khác nhau thìphần cấu tạo nguồn khác nhau về: số lượng vạch, vịsáng .trí các vạch, màu sắc và độ sángđộ sáng tỉ đối giữa các vạch.Chỉ phụ thuộc nhiệt độ -Mỗi nguyên tố hoá học có mộtcủa nguồn sáng.quang phổ vạch đặc trưng củanguyên tố đó.Dùng để xác định nhiệt Biết được thành phần cấu tạo của Nhận biết được sự có mặt củađộ của các vậtnguồn sáng.nguyên tố trong các hỗn hợphay hợp chất.LT&BT Sóng Ánh SángTiêu đềTia hồng ngoạiBản chấtBước sóngNguồn phátTính chấtTia tử ngoạiTia XCùng là Sóng điện từ nhưng có bước sóng khác nhau7,6.10-7m →10-3m.3,8.10-7m → 10-8m( λ > 0, 76µm )( λ < 0, 4µm )10-8m →10-11mVật nhiệt độ cao hơn môiVật có nhiệt độ cao hơn-ông tia Xtrường: Trên 00K đều phát tia20000C:-ông Cu-lit-giơhồng ngoại.Bóng đèn dây tóc,đèn huỳnh quang, đèn thuỷ-phản ứng hạt nhânbếp ga, bếp than, điốt hồngngân, màn hình tivi.ngoại...Truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ, giao thoa, nhiễu xạ, tác dụng lên kính ảnh (phim)- Tác dụng cơ bản nhất của tiahồng ngoại ℓà tác dụng nhiệt- Có khả năng gây ra một sốphản ứng hóa học, tác dụng ℓênmột số ℓoại phim ảnh- Tia hồng ngoại cũng có thểbiến điệu được như sóng điện từcao tần.- Tia hồng ngoại còn có thểgây ra hiện tượng quang điệntrong ở một số chất bán dẫn.- Kích thích sự phát quangcủa nhiều chất, gây ra một sốphản ứng hóa học, quang hóa- Kích thích nhiều phảnứng hóa học- Iôn hóa không khí vànhiều chất khí khác- Tác dụng sinh học hủydiệt tế bào- Bị nước và thủy tinh hấpthụ mạnh nhưng trong suốtvới thạch anh- Gây ra hiện tượng quangđiện ngoài ở nhiều kim ℓoạiỨng dụng- Khả năng năng đâmxuyên mạnh- làm đen kính ảnh- làm phát quang một sốchất- Gây ra hiện tượng quangđiện ngoài ở hầu hết tất cảcác kim ℓoại- làm iôn hóa không khí- Tác dụng sinh ℓý, hủydiệt tế bào-Tia X có bước sóng càngngắn thì khả năng đâmxuyên càng lớn; đó là tia Xcứng.-Chụp X quang; chiếu điện-Chụp ảnh bên trong sảnphẩm-Chữa bệnh ung thư nông-Sưởi ấm, sấy khô,điều khiển từ -Tiệt trùng thực phẩm, dụngxa, chụp ảnh hồng ngoạicụ y tế,-Trong quân sự: Tên lửa tìm-Tìm vết nứt trên bề mặt sảnmục tiêu; ống nhòm hồng ngoại phẩm, chữa bệnh còi xương.để quan sát ban đêm...10. Thang sóng điện từ: Sóng vô tuyến, tia hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy (khả kiến), tia tử ngoại, tia X vàtia gamma đều có cùng bản chất là sóng điện, chỉ khác nhau về tần số (hay bước sóng). Các sóng này tạothành 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 lênkính 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):10-810-20,76.10-6SóngRadioTia hồngngoạiÁnh sángđỏÁnh sáng tímTia tửngoạiTia XTiaHTTr0,38.10-6:tăngf: giảmε:giảm10-11LT&BT Sóng Ánh SángPHẦN II. CÁC DẠNG BÀI TẬP SÓNG ÁNH SÁNG:1. Tính khoảng vân, vị trí vân sáng, vân tốiλ.D+ Khoảng vân: i = a Trong đó: D là khoảng cách từ hai nguồn đến màn (mm); a = S 1S2 (mm) khoảng cáchcủa hai nguồn; λ là bước sóng của ánh sáng đơn sắc ( µ m ).l+ Nếu cho l là khoảng cách giữa N vân sáng hoặc N vân tối liên tiếp thì i =N −1λ.D+ Vị trí vân sáng: x = k a(k ∈Z )1 λ.D+ Vị trí vân tối: x = (k − 2 ) a2. Xác định tại vị trí M có tọa độ xM là vân sáng hay vân tốixLấy M = n Nếu n nguyên thì M là vân sáng.ix1Nếu M = n + (n ∈ N) thì M là vân tối thứ n +1i23. 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 = xlon − xnho+Hai vân khác phía so với vân trung tâm: ∆x = xs1 + xs 24. Số vân quan sát được trên bề rộng giao thoa trường- tính khoảng vân:i=λDa- tính Số khoảng vân trên nửa giao thoa trường. n =L2iSố 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 nGọi 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.c nv= nλ ' (v là vận tốc ánh sáng trong môi trường chiết suất n)Từ công thức: λ = =ffλivà i ' =nnVậy khi đi từ môi trường không khí vào môi trường có chiết suất n thì bước sóng và khoảng vân giảm chiếtsuất lần.6. Giao thoa với khe Young (Iâng) khi thay đổi khoảng cách D.λD⇒ i tỉ lệ với D+ Ta có: i =aλDλD'⇒ khi khoảng cách là D: i =khi khoảng cách là D’: i’ =aaNếu ∆ 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).λ'=7. Vị trí 2 vân sáng trùng nhauHai 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:HTTrLT&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 kD∆xk = k ( λd − λt ) = k (i d − it )với λđ và λt là bước sóng ánh sáng đỏ và tíma11. Tìm những bức xạ cho vân sáng tại đểm M có tọa độ xM trên màn.(Giao thoa với ánh sáng trắng 0,38 µm ≤ λ ≤ 0,76 µm)a.xMλ .D⇔λ=Tại M có những bức xạ cho vân sáng khi: xM = xs = kakDa.xM0, 38 ≤≤ 0, 76kDGiải 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 xM trên màn.(Giao thoa với ánh sáng trắng 0,38 µm ≤ λ ≤ 0,76 µm)λ.Da.xM⇔λ=Tại M có những bức xạ cho vân tối khi: xM = xs = ( k − 0,5 )a( k − 0,5 ) Da.xM0,38 ≤≤ 0, 76( k − 0,5 ) DGiải 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 lớnCác công thức quan trọng:+ A = r1 + r2A+ D = i1 + i2 - AirDri12+ sini1 = n.sin r112+ sini2 = n.sin r2Khi Dmin ta có: i1 = i2= i; r = r1 = r2 = ⇒ ⇒Dmin = 2i - Ab/ 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]HTTr |
