Ly Thuyet

Chương 7: Bài 1:

TÍNH CHẤT SÓNG CỦA ÁNH SÁNG HIỆN TƯỢNG TÁN SẮC ÁNH SÁNG

1- Hiện tượng tán sắc ánh sáng a) Thí nghiệm về hiện tượng tán sắc ánh sáng : - Chiếu một chùm ánh sáng trắng từ khe hẹp A đến một lăng kính có cạnh song song với khe A. - Trên màn M nhận được quang phổ của ánh sáng trắng, đó là một dải màu cầu vồng từ đỏ đến tím. - Tia đỏ bị lệch ít nhất, tia tím bị lệch nhiều nhất.

A

A ñoû

tím

(M)

b) Định nghĩa : Hiện tượng tán sắc ánh sáng là hiện tượng lăng kính phân tích một chùm ánh sáng trắng thành nhiều chùm sáng có màu sắc khác nhau. 2- Ánh sáng đơn sắc a) Thí nghiệm : Tách chùm tia sáng màu lục rồi cho qua lăng kính thứ 2 ta thấy tia ló vẫn là màu lục.

b) Định nghĩa : 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.

3- Ánh sáng trắng a) Thí nghiệm : - Cho đĩa Newton quay nhanh nhờ sự lưu ảnh trên võng mạc của mắt ta thấy có màu trắng. b) Định nghĩa : Ánh sáng trắng là tập hợp vô số ánh sáng đơn sắc có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím .

Bài 2: HIỆN TƯỢNG GIAO THOA ÁNH SÁNG 1- Thí nghiệm Young về hiện tượng giao thoa ánh sáng S

S1 S2

Đ

F

M1

M2

• Đ : đèn phát ra ánh sáng trắng • F : kính lọc sắc màu đỏ • M1 : màn chắn có khe hẹp S • M2 : màn chắn có hai khe hẹp S1 và S2 rất gần nhau S1 // S2 // S . Mắt đặt sau M2 sao cho hai chùm ánh sáng qua S1 và S2 đều lọt vào mắt. Điều tiết mắt để nhìn vào khe S, ta thấy một vùng sáng hẹp trong đó có những vạch sáng màu đỏ và những vạch tối xen kẻ nhau một cách điều đặn. Hiện tượng này gọi là hiện tượng giao thoa ánh sáng.

S

S1,2 S

1,2

Đèn chiếu Ñeøn chieáu

MM2

Quang phổ

2- Giải thích - Hiện tượng giao thoa chỉ có thể giải thích được nếu thừa nhận ánh sáng có tính chất sóng. a) Hai sóng ánh sáng phát ra từ hai nguồn S1 và S2 là hai sóng kết hợp, do đó tại chỗ hai chùm ánh sáng này gặp nhau sẽ xảy ra hiện tượng giao thoa • Vân sáng ứng với những chỗ hai sóng gặp nhau tăng cường lẫn nhau. • Vân tối ứng với những chỗ hai sóng gặp nhau triệt tiêu lẫn nhau b) Nếu dùng ánh sáng trắng thì hệ thống vân giao thoa của các ánh sáng đơn sắc khác nhau sẽ không trùng khít nhau. Ở chính giữa có một vân sáng trắng, gọi là vân trắng chính giữa (vân trung tâm). Ở hai bên vân trắng chính giữa có những dãi màu cầu vồng. Vậy hiện tượng giao thoa ánh sáng là một bằng chứng thực nghiệm quan trọng khẳng định ánh sáng có tính chất sóng.

S S Ñeøn chieáu Đèn chiếu

S1,2 S1,2

MM

1,2

Bài 3: ĐO BƯỚC SÓNG ÁNH SÁNG BƯỚC SÓNG VÀ MÀU SẮC ÁNH SÁNG 1- Vị trí của vân sáng Khoảng cách giữa hai khe : a = S1S2 Khoảng cách từ màn đến hai khe : D = OI (là đường trung trực của S1S2) Vị trí của một điểm M trên vùng giao thoa được xác định bởi : x = OM ; d1 = S1M ; d2 = S2M . d1 S1

a) Nếu tại M là vân sáng thì : D

d2

M

O

D

S2



• • • • • •

d2 – d1 = k ⇒ x = k a  : bước sóng của ánh sáng đơn sắc k = 0 (x = 0) : vân sáng chính giữa k=±1 : vân sáng bậc 1 k=±2 : vân sáng bậc 2 ...................................................

b) Nếu tại M là vân tối thì :

D d2 – d1 = (k + 0,5) ⇒ x = (k + 0,5) a  • k=0 : vân tối bậc 1 theo chiều dương • k = 1 : vân tối bậc 2 theo chiều dương • k = 2 : vân tối bậc 3 theo chiều dương • ................................................... • k = - 1 : vân tối bậc - theo chiều âm • k = - 2 : vân tối bậc 3 theo chiều âm • ................................................... 2- Khoảng vân i là khoảng cách giữa hai vân sáng (hay hai vân tối) cạnh nhau : D D D i = x(k + 1) – xk = (k + 1) a – k a = a 

D i= a - Bề rộng của khoảng vân i phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng 3- Giao thoa với ánh sáng trắng •

Bề rộng của quang phổ liên tục :  x = xđ – xt .

i

i i

it

’

ñ

4- Đo bước sóng ánh sáng a) Đo bước sóng của ánh sáng • Đo khoảng cách D từ hai khe S1, S2 đến màn • Dùng kính hiển vi hoặc kính lúp đề đo khoảng cách a giữa 2 khe S1 và S2 và khoảng vân i . D •

Áp dụng công thức i =

a để tính



.

b) Bước sóng và màu sắc ánh sáng - Mỗi ánh sáng đơn sắc có một bước sóng hồn tồn xác định. Màu ứng với ánh sáng đó gọi là màu đơn sắc - Các màu không đơn sắc là hỗn hợp của nhiều màu đơn sắc với những tỉ lệ khác nhau.

Bài 4: MÁY QUANG PHỔ – QUANG PHỔ LIÊN TỤC 1- Máy quang phổ a) Định nghĩa : là một bộ phận dùng để phân tích chùm sáng phực tạp thành những thành phần đơn sắc khác nhau

b) Cấu tạo : • Ống chuẩn trực : bộ phận tạo ra chùm tia song song. Gồm khe hẹp S đặt tại tiêu diện của một thấu kính hội tụ L1 . • Lăng kính : là bộ phận chính của máy quang phổ có tác dụng tán sắc ánh sáng. • Buồng ảnh : để thu ảnh quang phổ. Gồm một thấu kính hội tụ L2 và một kính ảnh đặt tại tiêu diện của L2 c) Hoạt động : - Chùm sáng phát ra từ nguồn J được rọi vào khe S của máy quang phổ, chùm tia ló ra khỏi L1 là chùm tia // qua lăng kính thì bị tán sắc thành nhiều chùm tia đơn sắc lệch theo các phương khác nhau . - Mỗi chùm tia này cho trên kính ảnh một vạch màu. Tập hợp các vạch màu này tạo ra quang phổ của nguồn sáng J . 2- Quang phổ liên tục : Chiếu chùm ánh sáng trắng từ bóng đèn dây tóc nóng sáng phát ra (hoặc ánh sáng mặt trời) vào khe của máy quang phổ ta sẽ thu được trên tấm kính của buồng ảnh một quang phổ liên tục. a) Định nghĩa : là một dải sáng có màu biến đổi liên tục từ đỏ đến tím. b) Nguồn gốc phát sinh : do các vật rắn, lỏng, khí có tỉ khối lớn bị nung nóng phát ra. (mặt trời . . .) c) Đặc điểm : - Không phụ thuộc vào thành phần cấu tạo của vật phát sáng mà chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của vật (đèn dây tóc, mặt trời đều phát ra quang phổ liên tục . . . ) - Nhiệt độ càng cao, miền phát sáng của vật càng mở rộng về phía ánh sáng có bước sóng ngắn của quang phổ liên tục.

Bài 5:

QUANG PHỔ VẠCH – PHÉP PHÂN TÍCH QUANG PHỔ

1- Quang phổ vạch phát xạ Chiếu chùm tia sáng từ bóng đèn hơi Natri vào khe của máy quang phổ ta sẽ thu được trên tấm kính của buồng ảnh một quang phổ vạch phát xạ của hơi Natri. a) Định nghĩa : là một hệ thống những vạch màu riêng rẽ nằm trên một nền tối.

b) Nguồn gốc phát sinh : do chất khí hay hơi ở áp suất thấp bị kích thích phát sáng c) Đặc điểm : - Quang phổ vạch phát xạ của các nguyên tố khác nhau thì khác nhau về số lượng vạch, vị trí các vạch, màu sắc và độ sáng tỉ đối của các vạch. - 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. d) Ứng dụng : dùng để nhận biết thành phần của các nguyên tố có trong một mẫu vật. 2- Quang phổ vạch hấp thụ - Chiếu chùm ánh sáng trắng từ bóng đèn dây tóc nóng sáng phát ra vào khe của máy quang phổ ta sẽ thu được trên tấm kính của buồng ảnh một quang phổ liên tục. - Nếu trên đường đi của chùm ánh sáng trắng ta đặt một ngọn đèn hơi Natri nung nóng thì trong quang phổ liên tục nói trên xuất hiện hai vạch tối nằm sát cạnh nhau ở đúng vị trí của vạch vàng trong quang phổ phát xạ của Natri. a) Định nghĩa : là hệ thống những vạch tối trên nền quang phổ liên tục b) Điều kiện để thu được quang phổ vạch hấp thụ : nhiệt độ của đám khí hay hơi hấp thụ phải nhỏ hơn nhiệt độ của nguồn phát ra quang phổ liên tục. c) Cách tạo ra quang phổ vạch hấp thụ : Chiếu một chùm ánh sáng trắng do vật nóng sáng phát ra qua một chất khí hay hơi bị nung nóng ta thu được quang phổ liên tục d) Hiện tượng đảo sắc : Trong quang phổ hấp thụ, nếu ta tắt nguồn sáng trắng đi thì nền quang phổ liên tục biến mất trên kính ảnh, đồng thời những vạch đen của quang phổ hấp thụ trở thành những vạch màu của quang phổ vạch phát xạ của chính nguyên tố đó. Vậy : Ở một nhiệt độ xác định, một đám hơi có khả năng phát ra những ánh sáng đơn sắc nào thì nó cuãng có khả năng hấp thụ những ánh sáng đơn sắc đó.

e) Ứng dụng : dùng để nhận biết thành phần của các nguyên tố có trong một mẫu vật. 3- Phép phân tích quang phổ a) Định nghĩa : là phép phân tích thành phần cấu tạo của các chất dựa vào việc nghiên cứu quang phổ của chúng. b) Tiện lợi của phép phân tích quang phổ : - Phép phân tích định tính : Cho biết các thành phần khác nhau có trong một mẫu vật. Tiện lợi là cách làm đơn giản và nhanh. - Phép phân tích định lượng : Cho biết nồng độ của các thành phần có trong một mẫu vật. Ưu điểm là rất nhạy. - Ưu điểm tuyệt đối của phép phân tích quang phổ là xác định được thành phần cấu tạo và nhiệt độ của các vật ở rất xa : Mặt trời, các ngôi sao . . .

Bài 6: TIA HỒNG NGOẠI – TIA TỬ NGOẠI 1- Thí nghiệm phát hiện tia hồng ngoại và tia tử ngoại - Chiếu ánh sáng mặt trời vào khe của một máy quang phổ để tạo ra quang phổ liên tục trên màn M đã có khoét sẵn một khe hẹp F - Di chuyển 1 mối hàn của pin nhiệt điện và khe F vào vùng quang phổ liên tục thì thấy trong mạch có dòng điện, chứng tỏ ánh sáng có tác dụng nhiệt. - Tiếp tục di chuyển 1 mối hàn của pin nhiệt điện và khe F ra ngồi vùng đỏ hoặc vùng tím của quang phổ liên tục thì trong mạch vẫn có dòng điện, chứng tỏ ở phía ngồi vùng đỏ và vùng tím vẫn có những loại bức xạ không nhìn thấy được gọi là tia hồng ngoại và tia tử ngoại.

2- Tia hồng ngoại - Định nghĩa : Là những bức xạ không nhìn thấy được có bước sóng lớn hơn bước sóng của ánh sáng đỏ :  > 0,75  m - Bản chất : là sóng điện từ . - Nguồn phát sinh : Tất cả các vật nung nóng đều phát ra tia hồng ngoại (mặt trời, cơ thể người, bóng đèn . . .) - Đặc điểm : Tác dụng nhiệt, tác dụng lên kính ảnh hồng ngoại - Ứng dụng : Dùng để sưởi ấm, sây khô, chụp ảnh hồng ngoại. 3- Tia tử ngoại - Định nghĩa : Là những bức xạ không nhìn thấy được, có bước sóng nhỏ hơn bước sóng của ánh sáng tím :  < 0,4  m - Bản chất : là sóng điện từ . - Nguồn phát sinh : • Vật bị nung nóng trên 30000C phát ra tia tử ngoại • Nguồn phát ra tia tử ngoại : mặt trời, hồ quang điện . . . - Đặc điểm : • Tác dụng mạnh lên kính ảnh, làm phát quang một số chất, làm ion hóa không khí, gây ra những phản ứng quang hóa, quang hợp. • Bị thủy tinh và nước hấp thụ mạnh. • Có một số tác dụng sinh học - Ứng dụng : • Dùng để khử trùng, chữa bệnh còi xương.

•

Phát hiện vết nứt, vết xước trên bề mặt sản phẩm.

Bài 7: TIA RƠNGHEN 1- Ống Rơnghen dùng để tạo ra tia Rơnghen a) Cấu tạo : - là một ống tia catôt, trong đó có lắp thêm một điện cực bằng kim loại có nguyên tử lượng lớn và khó nóng chảy (vonfram, platin . . .) để chắn dòng electron. Cực này gọi là đối âm cực được nối với anôt. - Áp suất trong ống vào khoảng 10-3mmHg. Hiệu điện thế giữa anôt và catôt vào khoảng vài chục ngàn vôn. b) Cơ chế phát sinh tia Rơnghen : - Các electron trong tia cactôt được tăng tốc trong điện trường nên có động năng rất lớn. Khi đến đối âm cực, chúng xuyên sâu vào những lớp bên trong của vỏ nguyên tử, tương tác với hạt nhân nguyên tử và các electron ở các lớp này, làm phát sinh ra một sóng điện từ có bước song rất ngắn mà ta gọi là bức xạ hãm. Đó chính là tia Rơnghen. 2- Bản chất, tính chất và công dụng của tia Rơnghen - Bản chất : là sóng điện từ có bước sóng rất ngắn cỡ 10-12 m ÷ 10-8 m - Tính chất : • Có khả năng đâm xuyên lớn, có thể truyền qua giấy, gỗ . . . nhưng truyền qua kim loại thì khó hơn. Kim loại có khối lượng riêng càng lớn thì ngăn cản tia Rơnghen càng tốt (chì . . ) • Tác dụng mạnh lên phim ảnh. • Làm phát quang một số chất • Làm ion hố chất khí • Có tác dụng sinh lí, hủy hoại tế bào, diệt vi khuẩn - Công dụng : • Trong y học : dùng để chiếu điện, chụp điện, chữa một số bệnh ung thư. • Trong công nghiệp : dùng để dò khuyết tật bên trong sản phẩm, chế tạo máy đo liều lượng tia Rơnghen. 3- Thang sóng điện từ : - Sóng vô tuyến, tia hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy được, tia tử ngoại, tia Rơnghen, tia gamma đều có chung bản chất là sóng điện từ. Điểm khác nhau cơ bản giữa chúng là bước sóng dài, ngắn khác nhau nên tính chất của các tia cũng khác nhau. - Các tia có bước sóng càng ngắn (tia gamma, tia Rơnghen) nên có tính đâm xuyên càng mạnh, dễ tác dụng lên kính ảnh, dễ làm phát quang các chất, dễ làm ion hóa không khí. - Các tia có bước sóng càng dài, ta càng dễ quan sát hiện tượng giao thoa của chúng. - Giữa các vùng tia không có ranh giới rõ rệt.