Tinh chat song cua anh sang

Xác định bề rộng quang phổ bậc k trong giao thoa với ánh sáng trắng Bề rộng quang phổ là khoảng cách giữa vân sáng màu đỏ ngoài cùng và vân sáng màu tím của một vùng quang phổ.. Xác định[r]

Chương VI TÍNH CHẤT SÓNG CỦA ÁNH SÁNG

I TÓM TẮT CÔNG THỨC GIAO THOA ÁNH SÁNG

Giao thoa với khe Young (Iâng)

Thí nghiệm giao thoa ánh sáng của Young

S1, S2 là hai khe sáng; O là vị trí vân sáng trung tâm

a (m): khoảng cách giữa hai khe sáng

D (m): khoảng cách từ hai khe sáng đến màn

λ (m): bước sóng ánh sáng

L (m): bề rộng vùng giao thoa, bề rộng trường giao thoa

1 Hiệu đường đi từ S1, S2 đến điểm A trên màn

Xét D >> a, x thì: d2 – d1 = ax

2 Vị trí vân sáng và vân tối

a Vị trí vân sáng

Những chỗ hai sóng gặp nhau cùng pha, khi đó chúng tăng cường lẫn nhau

và tạo nên vân sáng

Tại A có vân sáng khi hai sóng cùng pha, hiệu đường đi bằng số nguyên lần bước sóng:

Điều kiện trên còn được gọi là điều kiện cực đại giao thoa.

Từ (1) và (2) ta có:

Vùng giao thoa

x = k λD

Khi k = 0 thì x = 0: ứng với vân sáng trung tâm hay vân sáng chính giữa Khi k = ± 1: ứng với vân sáng bậc (thứ) 1 x = ± λD

a

Khi k = ± 2: ứng với vân sáng bậc (thứ) 2

Khi k = ± n: ứng với vân sáng bậc (thứ) n (n là số nguyên dương)

b Vị trí vân tối

Tại M có vân tối khi hai sóng từ hai nguồn đến M ngược pha nhau, chúng triệt tiêu lẫn nhau sẽ tạo nên vân tối Điều kiện này thỏa mãn khi hiệu đường

đi từ hai nguồn đến M bằng số lẻ nửa bước sóng

d2 – d1 = (2k + 1) λ

Điều kiện trên còn được gọi là điều kiện cực tiểu giao thoa.

Từ (1) và (4) ta có: x = (2k +1) λD

* Về phía tọa độ dương (x>0)

Khi k = 0: ứng với vân tối bậc(thứ) 1 về phía dương

Khi k = 1: ứng với vân tối bậc(thứ) 2 về phía dương

Vậy khi xét về phía dương x > 0, đối với vân tối thì bậc n (thứ n), thì

n = (k + 1) hay k=n1

* Về phía tọa độ âm (x<0)

Khi k = 1: ứng với vân tối bậc (thứ) 1 về phía âm

Khi k = 2: ứng với vân tối bậc (thứ) 2 về phía âm

Khi k = n: ứng với vân tối bậc (thứ) n về phía âm

3 Khoảng vân i

D i

a





+ Gọi l là khoảng cách giữa n vân sáng liên tiếp hoặc khoảng cách giữa n vân tối liên tiếp, thì khoảng vân được tính như sau:

i = l

4 Xác định vị trí một điểm M bất kì trên trường giao thoa cách vân trung tâm một khoảng xM có vân sáng hay vân tối

+ Lập tỉ số:

M

x n

Nếu n nguyên, hay n Z, thì tại M có vân sáng bậc k=n.

Nếu n bán nguyên hay n=k+0,5 với k Z, thì tại M có vân tối thứ k +1

5 Xác định bề rộng quang phổ bậc k trong giao thoa với ánh sáng trắng

Bề rộng quang phổ là khoảng cách giữa vân sáng màu đỏ ngoài cùng và vân sáng màu tím của một vùng quang phổ

xk= xđk-xtk

xk = k D

với k N, k là bậc quang phổ

6 Xác định số vân sáng quan sát được trên màn

+ Gọi L là bề rộng của giao thoa trường trên màn

Xét trên nửa giao thoa trường trên màn

Lập tỉ số:

L n

Gọi z là phần nguyên của n {z=[n]}, p là phần thập phân của n

VD: n=3,75 thì z=3 và p=0,75

+ Tổng số vân sáng trên trường giao thoa là:

+ Tổng số vân tối trên trường giao thoa là:

Nt = 2z nếu p < 0,5 (13a)

Nt = 2(z +1) nếu p 0,5 (13b)

7 Giao thoa ánh sáng với nhiều bức xạ đơn sắc

Vị trí vân sáng của các bức xạ đơn sắc trùng nhau

x = k1λ1D

λ2D

λ3D

a = …= k n

λ n D

a (14)

k1λ1=k2λ2=k3λ3=k4λ4= =knλn (15) với k1, k2, k3,…, kn Z

Dựa vào phương trình biện luận chọn các giá trị k thích hợp, thông thường chọn k là bội số của số nguyên nào đó

Vùng giao thoa

Ví dụ: Hai bức xạ λ1 và λ2 cho vân sáng trùng nhau Ta có k1λ1=k2λ2 

2

1

5

6





Vì k1, k2 là các số nguyên, nên ta chọn được k2 là bội của 6 và k1 là bội của 5

Có thể lập bảng như sau:

8 Giao thoa ánh sáng với nhiều bức xạ đơn sắc hay ánh sáng trắng

a Các bức xạ của ánh sáng trắng cho vân sáng tại x0 khi:

Tại x0 có thể là giá trị đại số xác định hoặc là một vị trí chưa xác định cụ thể

Vị trí vân sáng bất kì x= k λD

a

Vì x=x0 nên

x0 = k λD

với điều kiện λ 1 λ λ 2,

thông thường λ 1=0,4.10-6m (tím) λ 0,75.10-6m= λ 2 (đỏ) Giải hệ bất phương trình trên,

⇒ax0

λ2D ≤ k ≤

ax0

chọn k Z và thay các giá trị k tìm được vào tính λ với λ=ax0

kD : đó

là bước sóng các bức xạ của ánh sáng trắng cho vân sáng tại x0.

b Các bức xạ của ánh sáng trắng cho vân tối (bị tắt) tại x0:

khi x = (2k+1) λD

2 a =x0 ⇒ λ= 2ax0

(2 k +1)D (18) với điều kiện λ 1 λ λ 2 ⇔ λ 1

2ax0 (2 k +1)D

⇒2ax0

λ2D ≤ 2 k +1 ≤

2 ax0

λ1D , (với k Z) (20)

Thay các giá trị k tìm được vào λ= 2 ax0

(2 k +1)D : đó là bước sóng các bức

xạ của ánh sáng trắng cho vân tối (bị tắt) tại x0.

9 Giao thoa với khe Young (Iâng) trong môi trường có chiết suất là n

Gọi λ là bước sóng ánh sáng trong chân không hoặc không khí.

Gọi ' là bước sóng ánh sáng trong môi trường có chiết suất n

' n



 

(21)

a Vị trí vân sáng: x =

k 'D a



=

k D n.a



(22)

b.Vị trí vân tối: x =(2k +1)

'D 2a



= (2k +1)

D 2na



(23)

c Khoảng vân: i=

'D a



=

D an



(24)

10 Đặt bản mỏng trước khe Young

Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng với khe Young (I-âng), nếu ta đặt trước khe S1 một bản thủy tinh có chiều dày e, chiết suất n.

Khi đặt bản mỏng trước khe S1 thì đường đi của tia sáng S1M và S2M lần lượt là:

S1M=d1+(n −1)e

S2M = d2

Hiệu quang trình:

δ = S2M - S1M = d2 – d1 – (n – 1)e

Mà d2 – d1 = ax/D

δ = ax/D – (n – 1)e

Vân sáng trung tâm ứng với hiệu quang trình bằng δ = 0

δ = ax0/D – (n – 1)e = 0

(n 1)eD x

a





Hệ thống vân dịch chuyển về phía S1 Vì x0>0

S1 S2

M O

11 TỊNH TIẾN KHE SÁNG S ĐOẠN y0

Trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng, nguồn sáng S phát ánh sáng đơn sắc có bước sóng  Khoảng cách từ nguồn S đến mặt phẳng chứa hai khe S1; S2 là d Khoảng cách giữa hai khe S1; S2 là a , khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe tới màn quan sát là D

Tịnh tiến nguồn sáng S theo phương S1 S2 về phía S1 một đoạn y thì hệ thống vân giao thoa di chuyển theo chiều ngược lại đoạn x0

0

yD x

d



GIAO THOA ÁNH SÁNG VỚI CÁC THIẾT BỊ GIAO THOA KHÁC

12 Giao thoa với Gương Frexnel:

hai gương phẳng đặt lệch nhau góc 

S1, S2 là ảnh ảo của S cho bởi hai gương, được coi như nguồn sáng kết hợp

S1, S2, S cùng nằm trên đường tròn bán kính r

Từ hình vẽ ta có:

Khoảng cách từ nguồn kết hợp đến màn:

S 1 S 2

S

’

O

’

x 0

y

D d

S

I S1

S2

M1

M2

M1 S1

S2

M2 2

S

P1

P2 0

1 2 1

S S  a 2S H 2SIsin  2 r 

a 2 r 

D HO r cos     d r d

D r d 

 : Góc giữa hai gương phẳng

r : khoảng cách giữa giao tuyến hai gương và nguồn S

13 GIAO THOA VỚI LƯỠNG LĂNG KÍNH FRESNEL (Frexnen)

Trong thí nghiệm GTAS với lưỡng lăng kính Fresnel: gồm hai lăng kính giống hệt nhau có góc chiết quang A nhỏ ghép sát đáy, chiết suất n Trên mặt phẳng đáy chung đặt một nguồn sáng điểm S phát ánh sáng đơn sắc và cách lưỡng lăng kính khoảng d, phía sau đặt một màn E cách lưỡng lăng kính khoảng d’

Góc lệch của tia sáng khi qua lăng kính

=A(n-1)

Khoảng cách a giữa hai ảnh S1 và S2 của S tạo bởi 2 lăng kính được tính bằng công thức:

a=S1S2=2IS.tan

a = 2dA(n -1)

D=d+d’

D i

a





=

(d d ') a

 

,

(d d ') i

2dA(n 1)

 





Bề rộng vùng giao thoa L=P1P2

ad ' L

d



d: khoảng cách từ S đến lưỡng lăng kính.

D’: khoảng cách từ màn đến lưỡng lăng kính.

S1 S S2 d

A: Góc chiết quang của lăng kính.

n: Chiết suất của lăng kính.

14 GIAO THOA VỚI LƯỠNG THẤU KÍNH BI-Ê (BILLET)

S2

S

1

S

A2 d

I

P 2 O



E

d'

A 1



P 1

F

O2

F1 F2 O1

D

d f

d'=

d-f ; a=

d d ' e d



;

(D d ') i

a

 



; L=P1P2=

D d e d



e=O1O2: khoảng cách giữa hai nửa thấu kính

B PHẦN LÝ THUYẾT

1 Ánh sáng đơn sắc – Ánh sáng trắng

+ Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng không bị tán sắc khi đi qua lăng kính Mỗi

ánh sáng đơn sắc có một màu nhất định gọi là màu đơn sắc

+ Ánh sáng trắng là tập hợp vô số ánh sáng đơn sắc khác nhau có màu biến

thiên liên tục từ đỏ đến tím

+ Kết quả thí nghiệm về sự tán sắc ánh sáng của Niutơn: hiện tượng tán sắc ánh sáng là hiện tượng các tia sáng sau khi đi qua lăng kính không những bị lệch về phía đáy của lăng kính mà còn bị tách ra thành một dãy màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím Màu đỏ bị lệch ít nhất, màu tím bị lệch nhiều nhất

+ Kết quả thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc: chùm sáng có màu xác định (chẳng hạn màu lục) khi đi qua lăng kính chỉ bị lệch về phía đáy của lăng kính mà không bị tán sắc

2 Giao thoa ánh sáng

a Nguồn kết hợp: là 2 nguồn có cùng tần số và độ lệch pha không đổi theo

thời gian

b thí nghiệm

+ Kết quả thí nghiệm về giao thoa ánh sáng đơn sắc của Young (Iâng): Trên màn ảnh ta thu được các vạch sáng song song và cách đều các vạch tối (các vạch sáng tối xen kẻ nhau đều đặn)

c Giải thích

- Hiện tượng giao thoa ánh sáng chỉ có thể giải thích khi thừa nhận ánh sáng

có tính chất sóng

- Trong vùng gặp nhau của 2 sóng ánh sáng sẽ có những chỗ hai sóng gặp nhau cùng pha, khi đó chúng tăng cường lẫn nhau và tạo nên vân sáng Ngược lại, khi hai sóng ngược pha chúng triệt tiêu lẫn nhau sẽ tạo nên vân tối

d Ý nghĩa: giao thoa ánh sáng là một bằng chứng thực nghiệm quan trong

khẳng định ánh sáng có tính chất sóng

e Khoảng vân

+ Khoảng vân (i) là khoảng cách giữa hai vân sáng cạnh nhau, hay khoảng cách giữa hai vân tối cạnh nhau

D i a





 (m): bước sóng ánh sáng

D (m): khoảng cách từ 2 khe đến màn ảnh.

a (m): khoảng cách giữa 2 khe

Khoảng cách l giữa n vân sáng liên tiếp bằng (n-1) khoảng vân

l=(n-1)i;

l i

n 1





f Vị trí các vân giao thoa

- Vị trí vân sáng

x = k λD a hay x=ki

Trong đó k là số bậc của vân ( k = 0, 1; 2 )

Khi k = 0 thì x = 0: ứng với vân sáng trung tâm hay vân sáng chính giữa

Khi k = ± 1: ứng với vân sáng bậc (thứ) 1

Khi k = ± 2: ứng với vân sáng bậc (thứ) 2

- Vị trí vân tối

x = (2k +1)

λD

2 a hay

1 D x= k+

2 a



 

 

  hay

1 x= k+ i

2

 

 

  Trong đó k là số nguyên ( k = 0, 1; 2 )

Về phía dương

Khi k = 0: ứng với vân tối bậc (thứ) 1

Khi k = 1: ứng với vân tối bậc (thứ) 2

Vậy xét x > 0, đối với vân tối thì bậc (thứ) n, thì k=n-1 hay n = (k + 1)

Về phía âm

Khi k = -1: ứng với vân tối bậc (thứ) 1

Khi k = -2: ứng với vân tối bậc (thứ) 2

3 Máy quang phổ

a Chức năng: máy quang phổ là dụng cụ dùng để phân tích chùm sáng có

nhiều thành phần thành những thành phần đơn sắc khác nhau Nói khác đi,

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: máy hoạt động dựa trên hiện tượng tán sắc ánh sáng của

lăng kính (và hiện tượng giao thoa ánh sáng)

C

c Cấu tạo: gồm 3 bộ phận chính là ống chuẩn trực; lăng kính và buồng

ảnh

Ống chuẩn trực: tạo ra chùm tia sáng song song

Lăng kính: tán sắc ánh sáng tạo ra nhiều chùm đơn sắc song song

Buồng tối hay buồng ảnh: ghi hình ảnh quang phổ

4 Quang phổ liên tục

a Định nghĩa: là quang phổ gồm nhiều dải màu sáng cĩ màu biến thiên liên

tục từ đỏ đến tím

b Nguồn phát sinh: tất cả các vật rắn, lỏng, khí cĩ tỉ khối lớn bị nung nĩng

đều phát ra quang phổ liên tục (ví dụ: mặt trời )

c Đặc điểm: khơng phu thuộc vào thành phần cấo tạo của nguồn sáng mà

chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của nguồn sáng

d Ứng dụng: dựa vào quang phổ liên tục người ta xác định được nhiệt độ

của vật phát sáng

5 Quang phổ vạch phát xạ

a Định nghĩa: là quang phổ bao gồm một hệ thống những vạch màu riêng

rẽ nằm trên một nền tối

b Nguồn phát sinh: các khí hay hơi ở áp suất thấp bị kích thích phát ra

quang phổ vạch phát xạ

c Đặc điểm: quang phổ vạch phát xạ của các nguyên tố khác nhau thì rất

khác nhau về số lượng vạch, vị trí các vạch, màu sắc và độ sáng tỉ đối của các vạch đĩ

d Ứng dụng: dựa vào quang phổ vạch phát xạ ta cĩ thể nhận biết được

thành phần hố học, nồng độ của các nguyên tố cĩ trong hợp chất cần phân tích

6 Quang phổ vạch hấp thụ

a Định nghĩa: là một hệ thống các vạch tối nằm trên nên một quang phổ

liên tục

b Điều kiện để thu quang phổ vạch hấp thụ: là nhiệt độ của đám khí hay

hơi hấp thụ phải thấp hơn nhiệt độ của nguồn sáng phát ra quang phổ liên tục

VD: Quang phổ Mặt Trời thu được trên mặt đất là quang phổ vạch hấp thụ,

vì khi đi qua lớp khơng khí trên mặt đất bị các đám khí này hấp thu một số vạch

7 Hiện tượng đảo sắc các vạch quang phổ

Ống chuẩn trực

S

1 F 2 F

Sơ đồ cấu tạo máy quang phổ lăng kính

Ở một nhiệt độ nhất định, một đám khí hay hơi có khả năng phát ra những ánh sáng đơn sắc nào thì có nó cũng khả năng hấp thụ nhưng ánh sáng đơn sắc đó

8 Tia hồng ngoại

a Định nghĩa: là những bức xạ không nhìn thấy được, có bước sóng lớn

hơn bước sóng của ánh sáng đỏ (   0,75m )

b Nguồn phát sinh: các vật bị nung nóng phát ra tia hồng ngoại.

c Tính chất – Tác dụng

+ Có bản chất là sóng điện từ

+ Tác dụng nổi bật nhất là tác dụng nhiệt

+ Tác dụng lên một loại kính ảnh đặc biệt là kính ảnh hồng ngoại

+ Bị hơi nước hấp thụ

+ Không có khả năng iôn hóa chất khí

d Ứng dụng

+ Chủ yếu là sấy khô sản phẩm công nghiệp, nông nghiệp; trong y học dùng

để sưởi ấm

+ Chụp ảnh hồng ngoại

9 Tia tử ngoại

a Định nghĩa: là những bức xạ không nhìn thấy được, có bước sóng nhỏ

hơn bước sóng của ánh sáng tím (   0,40 m )

b Nguồn phát sinh: các vật bị nung nóng trên 30000 C phát ra tia tử ngoại rất mạnh

c Tính chất – Tác dụng

+ Có bản chất là sóng điện từ

+ Tác dụng rất mạnh lên kính ảnh

+ Có thể làm phát quang một số chất

+ Có tác dụng ion hoá chất khí

+ Có khả năng gây ra một số phản ứng quang hoá, quang hợp

+ Gây hiệu ứng quang điện

+ Có tác dụng sinh học: huỷ hoại tế bào, giết chết vi khuẩn

+ Bị thuỷ tinh, nước hấp thụ mạnh

d Ứng dụng

+ Chụp ảnh

+ Phát hiện các vết nứt, vết trầy xước trên bề mặt các sản phẩm

+ Khử trùng, chữa bệnh còi xương

10 Tia Rơnghen (tia X)

a Bản chất

+ Không mang điện

+ Là sóng điện từ có bước sóng ngắn hơn tia tử ngoại (  từ 10-12 m đến 10-8

m )

b Tính chất – Tác dụng

+ Có khả năng đâm xuyên mạnh (Tia X đi qua tấm nhôm dày vài cm nhưng lại không qua được tấm chì dày vài mm)

+ Có tác dụng mạnh lên kính ảnh, dùng để chụp điện

+ Làm phát quang một số chất, dùng để quan sát màn hình trong chiếu điện + Có khả năng ion hoá chất khí, dùng để đo liều lượng của tia X

+ Có tác dụng sinh lý: hủy hoại tế bào, diệt vi khuẩn Trong y tế dùng tia X

để chữa bệnh ung thư