LI THUYET CHUONG SONG ANH SANG

CHƯƠNG V : SÓNG ÁNH SÁNGI/ TÁN SẮC ÁNH SÁNG : 1/ Định nghĩa : Tán sắc ás là sự phân tán một chùm ás phức tạp thành các chùm ás đơn sắc 2/ Nguyên nhân : - Do chiết suất của một môi trườ

CHƯƠNG V : SÓNG ÁNH SÁNG

I/ TÁN SẮC ÁNH SÁNG :

1/ Định nghĩa : Tán sắc ás là sự phân tán một chùm ás phức tạp thành các chùm ás đơn sắc 2/ Nguyên nhân :

- Do chiết suất của một môi trường trong suốt đối với các ánh sáng đơn sắc có màu sắc khác nhau là khác nhau

- Chùm ánh sáng trắng chứa nhiều thành phần đơn sắc đến mặt lăng kính dưới cùng một góc tới Nhưng do chiết suất của lăng kính đối với các tia đơn sắc khác nhau là khác nhau nên bị khúc xạ dưới các góc khúc xạ khác nhau Kết quả , sau khi qua lăng kính chúng bị tách ra thành nhiều chùm ánh sáng có màu sắc khác nhau , gọi là hiện tượng tán sắc ánh sáng

3/ Ứng dụng : Được dùng trong máy quang phổ để phân tích ánh sáng của một nguồn

sáng hay giải thích các hiện tượng như cầu vồng

4/ Ánh sáng đơn sắc :

- Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng không bị tán sắc khi đi qua lăng kính Mỗi ánh sáng đơn sắc có một màu sắc xác định gọi là màu đơn sắc

- MỘt chùm ánh sáng đơn sắc khi truyền từ môi trường này sang môi trường khác , các yếu tố không bị thay đổi là : tần số và màu sắc

5/ Ánh sáng trắng :

Là hỗn hợp của nhiều ánh sáng đơn sắc có màu biến thiên liên tục từ đỏ tới tím

6/ Chiết suất – Vận tốc và bước sóng :

- Vận tốc truyền ánh sáng phụ thuộc vào môi trường truyền sóng

*Trong không khí : vận tốc đó là c = 3.108 m/s

* Trong môi trường nước có chiết suất n đối với ánh sáng đó , vận tốc truyền sóng là c

n

c

V  

- Bước sóng của ÁS đơn sắc đó được tính bởi công thức

*Trong không khí : c f f

8

10 3







* Trong môi trường chiết suất n : n V f n



  

- Vì chiết suất của một môi trường vật chất n>1   n 

Chiết suất của thủy tinh biến thiên theo màu sắc của ánh sáng và tăng dần từ màu đỏ tối màu tím

7/ Công thức tán sắc AS với lăng kính

 Tổng quát : Sini1j n j Sinr1j

j j

j n Sinr

j

j r r

A i i

D j 1j  2j 

Với : i1 , r2 : góc tới

r1 ,i2 : góc khúc xạ

A ; góc chiết quang

D : góc lệch Chỉ số j biểu thị ứng với từng ánh sáng đơn sắc như : đỏ,cam,vàng,lục,lam,chàm,tím

 Đặc biệt :

+ Điều kiện i1 , A 10 0

j j

i1  1 i2j n j r2j Ar1j r2j D j  (n j  1 )A

+ Điều kiện góc lệch cực tiểu Dmin :

j j

i1  2 

2

2 1

A r r

ri j  j  j 

A i

D jmin 2 j 

2 2

Sin n A D

Sin j   j

III/ NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG : Là hiện tượng ánh sáng không tuân theo định luật

truyền thẳng , quan sát được khi ánh sáng truyền qua lỗ nhỏ hoặc gần mép những vật trong suốt hoặc không trong suốt Trong hiện tượng nhiễ xạ ánh sáng , tia sáng có thể

đi quành ra phía sau vật cản

IV/ GIAO THOA ÁNH SÁNG

Với : a : khoảng cách hai khe sáng S1 , S2

D : khoảng cách từ hai khe đến màn quan sát

1/ Hiệu quang hình : d1  d2 a D.x

 Điều kiện để tại M là vị trí vân sáng : d1  d2 k ( k  Z)

 Điều kiện để tại M là vị trí vân tối : d1 d2  ( 2k 1 )2 ( k  Z)

a/ Vị trí vân sáng :

a

D k

x S  . k  0 ;  1 ;  2 ;

 k=0 : vân sáng bậc 1

 k=1 : vân sáng bậc 2

 k=n : vân sáng bậc n

b/ Vị trí vân tối :

a

D k

x T

2 ) 1 2 (  

 k  0 ;  1 ;  2 ;

 k=0 : vân tối thứ 1

 k=1 : vân tối thứ 2

2/ Khoảng vân : là khoảng cách giữa hai vân sáng hoặc 2 vân tối liên tiếp

a D

i

3/ Tại vị trí x M là vân sáng hay vân tối ?

 Nếu lấy k

i

x M

 : thì tại M là vân sáng bậc k

 Nếu lấy k 0 , 5

i

x M

: thì tại M là vân tối thứ k+1

4/ Số vân sáng – vân tối trong miền giao thoa bề rộng L

 lập tỉ số nL i/2 Gọi Nmax là phần nguyên của n

* số vân sáng : Ns=2.Nmax+1

* số vân tối : * Nếu phần thập phân của n <0.5 thì NT=2Nmax

* Nếu phần thập phân của n >0.5 thì NT=2(Nmax+1)

V/ GIAO THAO ÁNH SÁNG TRẮNG

Ánh sáng trắng bước sóng (trong chân không) biến thiên liên tục trong khoảng

m

 0 , 76

38

,

1/ Vị trí vân sáng , vị trí vân tối , khoảng vân : công thức tương tự như ánh sáng đơn sắc

Tuy nhiên ánh sáng có màu gì thì bước sóng ứng với màu đó

 Độ rộng quang phổ bậc 1 :

a

D i

i x x

tim do

tim S

đo

S

).

(

1 1

1



 













 Độ rộng quang phổ bậc 2 :

a

D x

x

S

đo

S

).

( 2

2 2

2



 









Hoặc : x2 2 x 1

2/ Ứng dụng : đo bước sóng ánh sáng theo công thức :

D

i a.





VI/ MÁY QUANG PHỔ - CÁC LOẠI QUANG PHỔ :

1/ MÁY QUANG PHỔ :

a/ Định nghĩa : là dụng cụ dùng để phân tích chùm ánh sáng có nhiều thành phần thành

những thành phần đơn sắc khác nhau Nó dùng để nhận biết các thành phần cấu tạo của một chùm sáng phức tạp do một nguồn sáng phát ra

b/ Nguyên tắc hoạt động : dựa trên hiện tượng tán sắc ánh sáng

c/ Bộ phận của máy làm nhiệm vụ tán sắc ánh sáng là : lăng kính

2/ CÁC LOẠI QUANG PHỔ :

a/ Quang phổ liên tục :

 Định nghĩa : là quang phổ gồm một dải màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím

 Nguồn gốc phát sinh : các vật rắn ,lỏng , khí có tỉ khối lớn khi bị nung nóng sẽ phát

ra quang phổ liên tục

 Đặc điểm :

- Không phụ thuộc vào thành phần cấu tạo của nguồn sáng , chỉ phụ thuộc vào nhiệt

độ của nguồn sáng

- Nhiệt độ càng cao, miền phát sáng của vật càng mở rộng về vùng ánh ssa1ng có bước sóng ngắn của quang phổ liên tục

 Ứng dụng : dựa vào quang phổ liên tục để xác định nhiệt độ các vật sáng do nung

nóng Ví dụ : nhiệt độ lò nung , hồ quang , mặt trời , các vì sao …

b/ Quang phổ vạch phát xạ :

 Định nghĩa : là quang phổ gồm một hệ thống các vạch màu riêng rẽ nằm trên một

nền tối

 Nguồn phát sinh : các chất khí bay hơi ở áp suất thấp bị kích thích ( bằng cách nung

nóng hay phóng tia lửa điện …) phát ra quang phổ vạch phát xạ

 Đặc điểm :

Quang phổ vạch phát xạ của các nguyên tố khác nhau thì rất khác nhau về : số lượng vạch phổ , vị trí các vạch , màu sắc và độ sáng tỉ đối giữa các vạch

VD : Natri cho 2 vạch màu vàng , Hidro cho 4 vạch màu đỏ -lam-chàm-tím

Như vậy , mỗi nguyên tố hóa học ở trạng thái khí hay hơi nóng sáng dưới áp suất thấp cho một quang phổ vạch riêng , đặc trưng cho nguyên tố đó

 Ứng dụng : để nhật biết được sự có mặt của một nguyên tố trong các hỗn hợp hay

trong hợp chất , xác định thành phần cấu tạo hay nhiệt độ của vật

c/ Quang phổ vạch hấp thụ :

 Định nghĩa : là một hệ thống các vạch tối nằm trên nền quang phổ liên tục

 Nguồn gốc phát sinh : chiếu một chùm ánh sáng trắng qua một khối khí bay hơi

được nung nóng ở nhiệt độ thấp sẽ thu được quang phổ vạch hấp thụ

 Đặc điểm : Vị trí các vạch tối nằm đúng vị trí các vạch màu trong quang phổ vạch

phát xạ của chất khí bay hơi đó

 Ứng dụng : để nhận biết được sự có mặt của một nguyên tố trong các hỗn hợp hay

trong hợp chất

3/ Phép phân tích quang phổ :

 Định nghĩa : phép phân tích thành phần cấu tạo của các chất dựa vào việc nghiên

cứu quang phổ gọi là phép phân tích quang phổ

 Tiện lợi của phép phân tích quang phổ :

- Trong phép phân tích định tính : thực hiện bằng phép phân tích quang phổ đơn giản

và cho kết quả nhanh hơn phép phân tích hóa học

- Trong phép phân tích định lượng : thực hiện bằng phép phân tích quang phổ có độ nhạy rất cao , cho phép phát hiện được nồng độ các chất có trong mẫu chính xác tới 0,002%

- Có thể phân tích được từ xa : có thể xác định được thành phần cấu tạo và nhiệt độ của các vật ở rất xa như mặt trăng , mặt trời … dựa vào việc phân tích quang phổ cuả chúng

VII/ TIA HỒNG NGOẠI – TIA TỬ NGOẠI – TIA RƠGHEN – THANG SÓNG ĐIỆN TỪ :

1/ Tia hồng ngoại :

 Định nghĩa : là những bức xạ không nhìn thấy được có bước sóng lớn hơn bước

sóng của áng sáng đỏ   đo  0 , 76 m

 Bản chất : là sóng điện từ

 Nguồn phát sinh : do các vật bị nung nóng phát ra

 Tính chất và tác dụng :

- Tác dụng nổi bậc nhất là tác dụng nhiệt

- Tác dụng lên kính ảnh hồng ngoại

- Bị hơi nước hấp thụ mạnh

 Ứng dụng :

- Chủ yếu để sấy hay sưởi trong công nghiệp , nông nghiệp , y tế …

- Chụp ảnh bằng kính ảnh hồng ngoại

2/ Tia tử ngoại

 Định nghĩa : là những bức xạ không nhìn thấy được có bước sóng ngắn hơn bước

sóng của áng sáng tím   tim  0 , 38 m

 Bản chất : là sóng điện từ

 Nguồn phát sinh : do các vật bị nung nóng ở nhiệt độ cao như Mặt trời , hồ quang

điện , đèn hơi thủy ngân … phát ra

 Tính chất và tác dụng :

- Tác dụng mạnh lên kính ảnh , làm phát quang một số chất , làm ion hóa không khí , gây một số phản ứng quang hóa , quang hợp , có tác dụng sinh học … BỊ thủy tinh , nước hấp thụ mạnh

 Ứng dụng :

- Trong công nghiệp : dùng để phát hiện các vết nứt nhỏ , các vết trầy xước trên bề mặt sản phẩm

- Trong y học : dùng để trị bệnh còi xương …

3/ Tia X ( tia Rơnghen)

a/ Cách tạo ra tia X :

Để tạo ra tia X người ta dùng dống phát tia X gọi là ống Cu-lít-giơ

 Cấu tạo của ống Cu-lit-giơ : là một ống thủy tinh hút chân không , có gắn 3 điện

cực

+ Dây vonfram nung nóng dùng làm nguồn phát electron

+ Catot K bằng kim loại hình chỏm cầu để làm cho các electron phóng ra

+ Anot đồng thời bằng kim loại , có nguyên tử lượng lớn và khó ngóng chảy như platin , vonfram… để chắn dòng tia catot Hiệu điện thế giữa anot và catot khoảng vài vạn vôn Áp suất trong ống khoảng 10-3 mmHg

 Cơ chế hoạt động :

+ Khi nối anot và catot vào hiệu điện thế UAK khoảng vài vạn vôn , các electron bật khỏi catot tạo thành dòng tia catot

+ Cac electron trong tia catot được tăng tốc trong điện trường mạnh nên thu được động năng rất lớn Khi đến anot , chúng gặp các nguyên tử của anot , xuyên sâu vào lớp bên trong của vỏ nguyên tử và tương tác với hạt nhân nguyên tử và các electron ở các lớp

này Trong sự tương tác này làm phát ra sóng điện từ có bước sóng rất ngắn gọi là bức

xạ hãm Đó chính là tia Rơnghen

b/ Bản chất và tính chất :

 Bản chất : bản chất của tia Ronghen là sóng điện từ có bước sóng rất ngắn (từ 10

-11m đến 10-8 m )

 Tính chất :

- Có khả năng đâm xuyên mạnh Xuyên qua các vật thông thường dễ dàng , qua kim loại khó hơn Kim loại có khối lượng riêng càng lớn thì khả năng cản tia Ronghen càng tốt (bị lá chì dày cỡ vài mm cản lại)

- Các tác dụng mạnh lên kính ảnh

- Làm phát quang một số chất

- Có khả năng ion hóa chất khí

- Có tác dụng sinh lí , hủy diệt tế bào , diệt vi khuẩn …

 Công dụng :

- Trong y học : dùng để chiếu điện ,chụp điện , chữa bệnh ung thư nông …

- Trong công nghiệp : dùng để xác định các khuyết tật trong các sản phẩm đúc

- Dùng trong màn huỳnh quang , máy đo liều lượng tia Ronghen …

c/ Công thức ống phát tia X

min max

.

2

1



c h f

h V m U

Với : UAK : hiệu điện thế giũa hai đầu anot và catot của ống ronghen

fmax : tần số lớn nhất của tia Ronghen mà ống có thể phát ra

min

 : bước sóng nhỏ nhất của tia Ronghen mà ống có thể phát ra

2

2

1

V m

W đ  : động năng của electron khi tới được anot

 Khi các electron đập vào anot sẽ làm nóng AK Nhiệt lượng cung cấp làm tăng nhiệt độ của AK lên t0C là : Q  m t c  0

với : m là khối lượng của anot

c là nhiệt dung riêng của chất làm anot

 Nếu toàn bộ năng lượng electron đập vào đều làm nóng anot thì : Q  ne Wđ 

với : ne là số electron đập vào anot trong 1 giây  là thời gian electron đập vào anot