Giáo án lớp 12 môn Vật lý - Chương V: Sóng ánh sáng

CHƯƠNG V. SÓNG ÁNH SÁNG Lã Thu Hương - THPT Thị Xã A. HỆ THỐNG KIẾN THỨC I. Tán sắc ánh sáng + Tán sắc ánh sáng là hiện tượng lăng kính phân tích một chùm sáng phức tạp thành những chùm sáng có màu sắc khác nhau. + Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng không bị tán sắc khi qua lăng kính. + Ánh sáng trắng là sự tổng hợp của nhiều ánh sáng đơn sắc có màu từ đỏ đến tím. + Chiết suất của môi trường trong suốt phụ thuộc vào màu sắc của ánh sáng đơn sắc, lớn nhất đối với tia tím và nhỏ nhất đối với tia đỏ. + Chiết suất: Þ vtím < vđỏ . + Góc lệch (khi góc tới và góc chiết quang nhỏ) D = (n-1)A (với n, A: chiết suất, góc chiết quang lăng kính) II. Nhiễu xạ ánh sáng - Giao thoa ánh sáng 1. Nhiễu xạ ánh sáng: là hiện tượng truyền sai lệch so với sự truyền thẳng khi ánh sáng gặp vật cản 2. Kết quả thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng + Đối với ánh sáng đơn sắc: là một vùng sáng hẹp trong đó có những vân sáng , vân tối xen kẽ, song song và cách đều nhau. + Đối với ánh sáng trắng: tại điểm giữa O có một vân sáng trắng, hai bên là những vân sáng, vân tối chồng chất hỗn độn có dạng các dải sáng cầu vồng tím ở trong đỏ ở ngoài. 3. Công thức giao thoa ánh sáng a) Khoảng vân là khoảng cách giữa hai vân sáng (hoặc hai vân tối) liên tiếp a = S1S2 : khoảng cách giữa hai khe sáng, l: bước sóng ánh sáng D: khoảng cách từ hai khe sáng tới màn hứng vân (E) b) Vị trí vân sáng : xk = = ki ( k = 0, ± 1, ± 2, gọi là bậc giao thoa) c) Vị trí vân tối : xt = = (k + ) i vân tối thứ n ứng với: k = (n – 1) 4. Mỗi ánh sáng đơn sắc có một màu xác định, ứng với một bước sóng (tần số) xác định - Trong chân không c = 3.10 8 (m/s) là tốc độ của ánh sáng trong chân không Trong môi trường chiết suất n: III. Máy quang phổ a) Định nghĩa: Máy quang phổ là dụng cụ dùng để phân tích chùm sáng phức tạp thành những thành phần đơn sắc khác nhau. b) Cấu tạo và hoạt động: có ba bộ phận chính: - Ống chuẩn trực là bộ phận tạo ra chùm sáng song song. - Lăng kính có tác dụng phân tích chùm sáng chiếu tới, thành những chùm sáng đơn sắc. - Buồng ảnh là bộ phận dùng để thu (chụp) ảnh quang phổ. Mỗi chùm sáng đơn sắc tạo ra trên kính ảnh một vạch màu đơn sắc. Tập hợp các vạch màu đơn sắc đó tạo thành quang phổ của nguồn sáng S. IV. Các loại quang phổ Quang phổ Quang phổ liên tục Quang phổ vạch phát xạ Quang phổ vạch hấp thụ Định nghĩa Gồm nhiều dải màu từ đỏ đến tím, nối liền nhau một cách liên tục Gồm các vạch màu riêng lẻ ngăn cách nhau bằng những khoảng tối Quang phổ liên tục bị thiếu một số vạch màu do bị chất khí( hay hơi kim loại ) hấp thụ. Nguồn phát Do chất rắn, lỏng, khí áp suất lớn bị nung nóng Do chất khí hay hơi ở áp suất thấp phát ra khi được kích thích( khi nóng sáng, hoặc khi có dòng điện phóng qua) Nhiệt độ của đám khí hay hơi hấp thụ phải thấp hơn nhiệt độ của nguồn phát sáng. Tính chất - Không phụ thuộc vào bản chất của nguồn sáng, chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của nguồn sáng - Ở mọi nhiệt độ vật đều bức xạ. Khi nhiệt độ tăng dần thì cường độ bức xạ càng mạnh và miền quang phổ lan dần từ bức xạ có bước sóng dài đến bức xạ có bước sóng ngắn. - Mỗi nguyên tố hóa học có quang phổ vạch đặc trưng riêng của nó ( về số vạch, màu vạch, vị trí vạch,..) - Mỗi nguyên tố hóa học chỉ hấp thụ những bức xạ nào mà nó có khả năng phát xạ và ngược lại, nó chỉ phát bức xạ nào mà nó có khả năng hấp thụ. Ứng dụng Dùng đo nhiệt độ của nguồn sáng( đặc biệt là những vật ở xa) - Xác định thành phần hóa học của một chất hay hợp chất. - Xác định được sự có mặt của các nguyên tố trong hỗn hợp hay hợp chất. V. Các loại tia không nhìn thấy Tia (bức xạ) Hồng ngoại Tử ngoại Rơn ghen (Tia X) Định nghĩa Là bức xạ không nhìn thấy có bản chất là sóng điện từ, có bước sóng dài hơn 0,76 đến khoảng vài mm( lớn hơn bước sóng của tia đỏ nhỏ hơn bước sóng của sóng vô tuyến Là bức xạ không nhìn thấy có bản chất là sóng điện từ, có bước sóng ngắn hơn 0,38 đến cỡ 10-9m.( ngắn hơn bước sóng của ánh sáng tím) Là bức xạ không nhìn thấy có bản chất là sóng điện từ, có bước sóng từ 10-8m đến 10-11m (ngắn hơn bước sóng tia tử ngoại) Nguồn phát - Mọi vật dù ở nhiệt độ thấp đều phát ra tia hồng ngoại. - Mọi vật bị nung nóng đều phát ra tia hồng ngoại. Tuy nhiên để phân biệt thì nhiệt độ của vật đó phải lớn hơn nhiệt độ môi trường. - Nguông phát tia hồng ngoại thông thường: lò than, lò điện, đèn điện dây tóc... - Trong bức xạ Mặt Trời có khoảng 50% năng lượng thuộc về tia hồng ngoại. - Do vật bị nung nóng từ 20000C trở lên phát ra - Nguồn tia tử ngoại phổ biến Mặt Trơig, hồ quang điện, đèn hơi thủy ngân - Trong bức xạ Mặt Trời có khoảng 9% năng lượng thuộc vùng tử ngoại. · Tia X được tạo ra bằng ống Rơn-ghen hay ống Cu-lit-giơ Tính chất - Tác dụng nhiệt - tác dụng lên một số loại kính ảnh, gây ra một số phản ứng hóa học. - tác dụng quang điện ở một số chất. - có thể biến điệu - Bị hơi nước, khí CO2 hấp thụ mạnh. - Gây phản ứng quang hợp - tác dụng mạnh lên kính ảnh - tác dụng quang điện - tác dụng phát quang, ion hóa không khí - tác dụng sinh học - bị nước, thủy tinh hấp thụ - Tác dụng sinh lí: hủy diệt tế bào da, làm da rám nắng, làm hại mắt, diệt khuẩn, diệt nấm mốc. - Có khả năng đâm xuyên mạnh. - tác dụng mạnh lên kính ảnh - Có thẻ gây ra hiện tượng quang điện ở hầu hết kim loại. - tác dụng phát quang, ion hóa không khí - Có tác dụng sinh lí mạnh: hủy dietj tế bào, diệt vi khuẩn. Ứng dụng - Dùng sấy khô, sưởi ấm - Ứng dụng trong lĩnh vực quân sự: camera hồng ngoại, ống nhòm hồng ngoại... - Sử dụng trong các bộ điều khiển từ xa - Chụp ảnh Trái Đất từ vệ tinh. - Dùng tiệt trùng nước, thực phẩm và dụng cụ y tế , chữa bệnh còi xương - dò tìm vết nứt trên bề mặt kim loại. - Dùng chiếu, chụp điện, chữa bệnh ung thư - kiểm tra khuyết tật của sản phẩm đúc, tìm các vết nứt, các bọt khí bên trong vật bằng kim loại. - Để kiểm tra hành lí của hành khách, nghiên cứu cấu trúc vật rắn. VI. Thang sóng điện từ sóng vô tuyến điện, tia hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy, tia tử ngoại, tia X, và tia gamma đều có cùng một bản chất là sóng điện từ, chúng chỉ khác nhau về bước sóng ( tần số). + Các tia có bước sóng càng ngắn có tính đâm xuyên, làm phát quang, ion hóa không khí. + Các tia có bước sóng càng dài, ta càng dễ quan sát hiện tượng giao thoa, nhiễu xạ. Nếu sắp xếp theo thứ tự bước sóng giảm dần ( tần số tăng dần) ta được một thang sóng điện từ như sau: Sóng vô tuyến, tia hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy, tia tử ngoại, tia X, tia gamma B.BÀI TẬP Chủ đề 1. Tán sắc ánh sáng 1. Một số công thức liên quan: · Phản xạ ánh sáng : i = i’ · Khúc xạ ánh xáng : n1.sini = n2.sinr. · Phản xạ toàn phần : sinigh = ; với n1 > n2. · Lăng kính : sini = n.sinr * Trường hợp góc A và i nhỏ : i = n.r sini’ = n.sinr’ i’ = n.r’ A = r + r’ A = r + r’ D = i + i’ – A D = (n - 1).A * Trường hợp góc lệch cục tiểu : D = Dmin ó i = i’ = và r = r’ = . * Góc lệch giữa tia đỏ và tia tím : DD = Dtím - Dđỏ . Chú ý : Khi khảo sát với ánh sáng đơn sắc nào thì chiết suất n ứng với ánh sáng đơn sắc đó . 2. Bài tập ví dụ: Câu 1. Một lăng kính thủy tinh có góc chiết quang A = 50 có chiết suất đối với ánh đỏ và ánh sáng tím lần lượt là nđ = 1,643 và nt = 1,685. Cho một chùm tia sáng trắng hẹp rọi vào một mặt bên của lăng kính dưới góc tới i nhỏ. Độ rộng góc của quang phổ của ánh sáng Mặt Trời cho bởi lăng kính này là: A. B. C. D. Hướng dẫn giải: Đây là hiện tượng tán sắc ánh sáng. Do góc chiết quang A và góc tới i đều nhỏ nên goác lệch được tính gần đúng: D = (n - 1).A - Tia đỏ bị lệch ít nhất với góc lệch: Dđ = ( nđ - 1)A - Tia tím bị lệch nhiều nhất với góc lệch: Dt = ( nt - 1)A Theo hình vẽ, độ rộng góc của quang phổ của ánh Mặt Trời là góc hợp bởi tia tím và tia đỏ: Đáp án C Câu 2. Một lăng kính có góc chiết quang . Chiếu một tia sáng trắng vào mặt bên, gần góc chiets quang của lăng kính theo phương vuông góc với mặt phẳn phân giác của góc chiết quang. Sau lăng kính, người ta đặt màn quan sát song song với mặt phân giác của lăng kính và cách mặt phân giác này 1,5m. Biết chiết của lăng kính đối với tia đỏ là 1,5 và đối với tia tím là 1,54. Độ rộng của quang phổ liên tục trên màn quan sát là: A. 8,42 mm B. 7,63mm C. 6,28mm D. 5,34mm Hướng dẫn giải: - So với phương của tí tới tia đỏ bị lệch một góc: - So với phương của tia tới tia tím bị lệch một góc: - Bề rộng quang phổ trên màn là miến ĐT: ĐT = TO - ĐO = OH( tanDt - tanDđ) Thay số ta được: ĐT = 1,5(tan4,320 - tan40) = 8,42.10-3m Đáp án A Câu 3. Chiếu xiên một chùm sáng hẹp gồm hai ánh sáng đơn sắc là vàng và lam từ không khí tới mặt nước thì: A. cùm tia sáng bị phản xạ toàn phần. B. so với phương của tia tới, tia khúc xạ vàng bị lệch ít hơn tia khúc xạ lam. C. tia khúc xạ chỉ là ánh sáng vàng, còn tia sáng lam bị phản xạ toàn phần. D. so với phương tia tới, tia khúc xạ lam bị lệch ít hơn tia khúc xạ vàng. Hướng dẫn giải: Ánh sáng đi từ môi trường có chiết suất nhỏ sang môi trường có chiết suất lớn hơn nên không xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần. Vậy phương án A và B đều sai. V L - Cả hai tia đều đi tiếp trong nước nhưng bị khúc xạ theo định luật khúc xạ ánh sáng: - Do chiết suất của nước đối với các màu sắp xếp theo thứ tự: nđỏ < nda cam < nvàng < nlục < nlam < nchàm < ntím rvàng > rlam. Theo hình vẽ, so với phương của tia tới thì tia vàng lệch ít hơn so với tia màu lam Đáp án B Câu 4. Một cái bể sâu 1,5m, chứa đầy nước. Người ta chắn và để một tia sáng hẹp từ Mặt Trời rọi vào mặt nước dưới góc tới i = 600. Biết chiết suất của nước đối với ánh sáng đỏ và ánh sáng tím lần lượt là 1,328 và 1,343. Bề rộng quang phổ do sự tán sắc ánh sáng tạo ra ở đáy bể là A. 18,25mm B. 15,73mm C. 24,7mm D. 21,5mm Hướng dẫn giải: Dưới đáy bể, bề rộng quang phổ là đoạn ĐT H Theo hình vẽ ta có: TĐ = OĐ - OT = OH( tanrđ - tanrt ) Vậy muốn tìm được độ dài đoạn TĐ, ta phải tìm rđ và rt Với tia đỏ, theo định luật khúc xạ: Tương tự với tia tím: Vậy : TĐ = OĐ - OT = OH( tanrđ - tanrt ) = 1,5( tan40,700 - tan40,150) = 0,0247m Đáp án C Chủ đề 2. Giao thoa ánh sáng đơn sắc Dạng 1. Bài toán về khoảng vân, vị trí vạch sáng, vạch tối 1. Một số công thức liên quan: + Khoảng vân: + Giữa n vân sáng cạnh nhau có (n – 1) khoảng vân Þ l = (n – 1)i + Khoảng cách giữa hai vân sáng bậc n và bậc m ở cùng phía so với O: + Khoảng cách giữa hai vân sáng bậc k trên màn: + Khoảng cách giữa hai vị trí vân sáng và vân tối cạnh nhau: ·Để xác định vị trí M cách O một đoạn x = OM là vân sáng hay vân tối . Ta xét tỷ số: + Nếu: = k Þ tại M có vân sáng bậc k + Nếu: = (k + 0,5) Þ tại M có vân tối thứ (k+1) 2. Bài tập ví dụ: Câu 1. Một khe hẹp F phát ánh sáng đơn sắc coa bước sóng 600nm chiếu sáng hai khe F1, F2 và cách nhau 1mm. Vân giao thoa được quan sát trên một màn M song song với mặt phẳng chưa hai khe và cách nó 3m. Tại vị trí cách vân trung tâm 6,3mm có: A. vân tối thứ 4 B. vân sáng bậc 4 C. vân tối thứ 3 D. vân sáng bậc 3 Hướng dẫn giải: - Khoảng vân: - Xét tỉ số: là số bán nguyên nên tại vị trí cách vân trung tâm 6,3mm là vân tối thứ 4. Đáp án A Câu 2. Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, khoảng cách giữa hai khe là a = 2mm. Khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến màn quan sát là D = 1,2m. Ánh sáng do hai khe phát ra có bước sóng . Ở cùng một phia của vân sáng trung tâm, vân sáng bậc một cách vân tối thứ ba một đoạn là: A. 0,5mm B. 0,54mm C. 0,34mm D. 0,18mm Hướng dẫn giải: Với dạng bài toán này, chúng ta tìm khoảng vân, tìm vị trí vân sáng, vân tối theo yêu cầu đề ra, căn cứ vào vị trí của chúng so với vân trung tâm ta sẽ xác định được khoảng cách giữa chúng - Khoảng vân: - Vị trí vân sáng bậc 1: xs1 = k.i = 1.i = 0,36mm - Vị trí vân tối thứ 3: xt3 = ( k + 0,5)i = ( 2 +0,5)i = 0,9mm - Vì chúng nằm cúng một phía so với vân trung tâm nên vân sáng bậc 1 cách vân tối thứ 3 một đoạn là: Đáp án B Câu 3. Trong thí nghiệm Y-âng , khoảng cách giữa hai khe là 3mm. Khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến màn quan sát là 2m. Thấy rằng khoảng cách giữa vân sáng bậc hai và vân sáng bậc 4 nằm khác phía so với vân trung tâm là 3mm. Ánh sáng đơn sắc trong thí nghiệm có bước sóng bằng: A. 0,45m B. 0,58m C. 0,64m D. 0,75m Hướng dẫn giải: Khoảng vân: - Vị trí vân sáng bậc 2 và vân sáng bậc 4 lần lượt là: và - Về hai phía so với vân trung tâm nên khoảng cách giữa chúng: Đáp án D Câu 4. Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng bằng hai khe Y-âng, khoảng cách giữa hai khe là a, khoảng cách từ hai khe đến màn là 2,4m. Khi chiếu bức xạ thì giưa 15 vân sáng liên tiếp cách nhau 3cm, nhưng khi chiếu bức xạ có bước sóng thì trong 3cm chỉ có 11 vân sáng liên tiếp. Bước sóng của bức xạ là: A. 0,4m B. 0,6m C. 0,65m D. 0,70m Hướng dẫn giải: ta biết rằng khoảng cách giữa n vân sáng liên tiếp có ( n - 1 ) khoảng vân - Đối với bức xạ : 14i1 = 3 - Đối với bức xạ : 10i2 = 3 Lập tỉ số: Đáp án D Dạng 2. Xác định số vân giao thoa trên màn 1. Một số công thức liên quan: · Tính số vân sáng, số vân tối trên đoạn MN cách vân trung tâm O lần lượt xM, xN (xM<xN) + Số vân sáng (NS): xM £ ki £ xN Û Þ NS = (tập giá trị của k) + Số vân tối (Nt): xM £ (k+ 0,5)i £ xN Û Þ Nt = (tập giá trị của k) · Tính số vân sáng, số vân tối trên miền giao thoa có bề rộng L + Tính số khoảng vân trên một nữa bề rộng miền giao thoa: ( n Î N ) · Nt = 2n nếu phần lẻ < 0,5 · Nt = 2(n +1) nếu phần lẻ ≥ 0,5 + Số vân sáng: NS = 2n + 1 + Số vân tối 2. Bài tập ví dụ: Câu 1. Trong một thí nghiệm về giao thoa ánh sáng bằng khe Y- âng với ánh sáng đơn sắc = 0,7 m, khoảng cách giữa 2 khe s1,s2 là a = 0,35 mm, khoảng cách từ 2 khe đến màn quan sát là D = 1m, bề rộng của vùng có giao thoa là 13,5 mm. Số vân sáng, vân tối quan sát được trên màn là: A: 7 vân sáng, 6 vân tối; B: 6 vân sáng, 7 vân tối. C: 6 vân sáng, 6 vân tối; D: 7 vân sáng, 7 vân tối. Giải: Ta có khoảng vân i = = = 2.10-3m = 2mm. Số vân sáng: Ns = 2.+1 = 2. +1 = 7. Do phần thập phân của là 0,375 < 0,5 nên số vạch tối là NT = Ns – 1 = 6 Số vạch tối là 6, số vạch sáng là 7. Đáp án A. Câu 2. Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, người ta đo được khoảng vân là 1,12mm. Gọi M,N là hai điểm nằm cùng một phía với vân trung tâm O với OM = 5,6mm và ON = 12,88mm. Số vân tối có trên khoảng MN là: A. 5 B. 6 C. 7 D. 7 Hướng dẫn giải: - Tại điểm M ta có: - Tại điểm N ta có: Trên khoảng MN nằm cùng một phía so với vân trung tâm: Trên khoảng này có các giá trị bán nguyên: k=5,5; 6,5; 7,5; 8,5; 9,5; 10,5 ứng với các vân tối thứ 6,7,8,9,10,11. Tức là có 6 vân tối. Đáp án B Dạng 3. Bài toán về sự thay đổi khoảng vân do sự thay đổi khoảng cách hay môi trường 1. Một số công thức liên quan: Gọi là bước sóng ánh sáng trong chân không hoặc không khí. Gọi là bước sóng ánh sáng trong môi trường có chiết suất n. a. Vị trí vân sáng: x == b.Vị trí vân tối: x =(2k +1)= (2k +1) c. Khoảng vân: i== d. Khi thay đổi khoảng cách: + Ta có: i = i tỉ lệ với D khi khoảng cách là D: i = khi khoảng cách là D’: i’ = Nếu 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). 2. Bài tập ví dụ: Câu 1. Một khe hẹp F phát ánh sáng đơn sắc = 600nm, chiếu vào khe I âng có a = 1,2mm, lúc đầu vân giao thoa được quan sát trên một màn M đặt cách một mặt phẳng chứa S1, S2 là 75cm. Về sau muốn quan sát được vân giao thoa có khoảng vân 0,5mm thì cần phải dịch chuyển màn quan sát so với vị trí đầu như thế nào? Hướng dẫn giải: : Ta có i’ = D’ = = = 1 m. Vì lúc đầu D = 75cm = 0,75m nên phải dịch chuyển màn quan sát ra xa thêm một đoạn D’- D = 0,25m. Câu 2. Khi thực hiện giao thoa ánh sáng đơn sắc trong không khí, tại điểm A trên màn ảnh ta được vân sáng bậc 3. Giả sử thực hiện giao thoa với ánh sáng đơn sắc đó trong nước có chiết suất n = 4/3 thì tại điểm A trên màn ta thu được: A. vẫn là vân sáng bậc 3 B. vân sáng bậc 4 C. vân tối thứ 3 D. vân tối thứ 4 Hướng dẫn giải: - Trong không khí ta có vị trí của điểm A: ( 1) - Trong môi trường có chiết suất n thì tại A: (2) - Từ (1) và (2) ta có: k = 3n = 4 Vậy trong môi trường nước tại A là vân sáng bậc 4. Đáp án B Chủ đề 3. Giao thoa với ánh sáng hỗn hợp Dạng 1. Giao thoa với hai bức xạ đơn sắc l1 , l2 1. Một số công thức liên quan: - Giao thoa với hai bức xạ đơn sắc l1 , l2 thì trên màn có hai hệ vân của hai ánh sáng đơn sắc đó, đồng thời xuất hiện một số vân trùng (cùng màu với vân sáng trung tâm) · Tại vị trí vân trùng (hai vân sáng trùng nhau): ( k1, k2 Î Z ) phân số tối giản = Có thể viết và vị trí trùng hoặc - Cho nằm trong vùng khảo sát ( hoặc ) ta sẽ thu được số giá trị nguyên của n, từ đó sẽ biết được số vạch trùng nhau, vị trí trùng nhau. - Do đã trùng nhau vạch nên số vân sáng quan sát được là: 2. Bài tập ví dụ: Trong một thí nghiệm giao thoa ánh sáng với khe Y-âng, khoảng cách giữa hai khe bằng 1mm, khoảng cách từ hai khe tới màn quan sát là 2m. Chiếu vào hai khe đồng thời hai bức xạ với bước sóng = 0,5 m và = 0,75 m. Xét trên bề rộng của trường giao thoa L = 3,27cm, a. Số vân sáng trùng nhau của hai bức xạ là: A. 10 vân B. 11 vân C.12 vân D. 13 vân Hướng dẫn giải: - Những vị trí vạch sáng trùng nhau sẽ có cùng tọa độ: phân số tối giản = với n là những số nguyên. Nếu tìm được số giá trị nguyên của hoặc thì ta sẽ tìm được số vạch trùng nhau. Để làm được điều này ta chỉ cần cho tọa độ trùng nhau nằm trong vùng khảo sát: - Tọa độ các vạch trùng nhau: Vậy: Ta thấy có tất cả 11 giá trị nguyên của n, cũng tức là có 11 giá trị hoặc nên trường giao thoa L có 11 vân trùng nhau Đáp án B Mở rộng thêm, nếu bài toán yêu cầu tìm bậc trùng nhau của từng bức xạ và vị trí trùng nhau thì ta có thể lập bảng như sau: n 0 k1 = 3n Bậc trùng của 0 Bậc 0 Bậc 3 Bậc 6 Bậc 9 Bậc 12 Bậc 15 k2 = 2n Bậc trùng của 0 Bậc 0 Bậc 2 Bậc 4 Bậc 6 Bậc 8 Bậc 10 0 mm mm mm mm mm Qua đó chúng ta còn thấy các vân trùng nhau cách đều nhau, 2 vân trùng nhau gần nhau nhất trong bài toán này cách nhau 3mm ( ứng với n = 1) b. Số vân quan sát được trên trường giao thoa là: A. 33 vân B. 21 vân C.11 vân D.43 vân Hướng dẫn giải: Lần lượt ta phải tìm được tổng số vạch sáng do 2 bức xạ tạo ra rồi trừ đi số vạch trùng theo biểu thức: - Khoảng vân của bức xạ : Số vân sáng của riêng bức xạ tạo ra: N1 = 2.+1 = 2. +1 = 2.=33 - Khoảng vân của bức xạ : Số vân sáng của riêng bức xạ tạo ra: N2 = 2.+1 = 2. +1 = 2.=21 Cuối cùng thu được số vân quan sát được trên trường giao thoa là: vân. Dạng 2. Giao thoa ánh sáng trắng ( 0,38mm £ l £ 0,76mm ) 1. Một số công thức liên quan: · Tại mỗi điểm trên màn đều có sự chồng chất của nhiều vân sáng, tối khác nhau + Ánh sáng đơn sắc có vân sáng tại vị trí M cách O một đoạn x: xk = = x Þ Þ 0,38mm £ £ 0,76mm Þ số vân sáng NS = (tập giá trị của k = ) · Độ rộng quang phổ liên tục bậc k trên màn: 2. Bài tập ví dụ: Câu 1. Trong thí nghiệm Y- âng về giao thoa ánh sáng, hai khe được chiếu bằng ánh sáng trắng có bước sóng từ 380nm đến 760nm. Khoảng chách giữa 2 khe là 0,8mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa 2 khe đến màn là 2 m. Trên màn tại vị trí cách vân trung tâm 3mm có vân sáng của những bức xạ nào? Hướng dẫn giải: xM = xS = k. Mà 380.10-9 Vậy: k = 2 = 0,6m k = 3 = 0,4. Câu 2. Trong thí nghiệm về giao thoa ánh sáng trắng có a = 3mm, D = 3m, bước sóng từ 0,4 đến 0,75. Trên màn quan sát thu được các dải quang phổ. Bề rộng của dải quang phổ thứ 2 kể từ vân sáng trắng trung tâm là bao nhiêu? Giải: Ta có: Bề rộng quang phổ bậc 2: C. CÂU HỎI – BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM Khi chiếu ánh sáng đơn sắc từ không khí vào nước thì: A. tần số giảm và tốc độ không đổi B. tần số tăng và tốc độ không đổi C. tần số không đổi và tốc độ tăng D. tần số không đổi và tốc độ giảm Chiếu xiên một chùm tia sáng hẹp đơn sắc đi từ không khí tới mặt nước nằm ngang, thì chùm tia khúc xạ truyền qua mặt phân cách sẽ: A. bị lệch và không đổi màu B. không bị lệch và không đổi màu C. không bị lệch và đổi màu D. vừa bị lệch, vừa đổi màu Ánh sáng có tần số lớn nhất trong số các ánh sáng đơn sắc: đỏ, lam, chàm, tím là ánh sáng: A. lam. B. chàm. C. tím. D. đỏ. Điều nào sau đây là đúng khi nói về ánh sáng đơn sắc? A.Các ánh sáng đơn sắc khác nhau thì tốc độ truyền sáng trong chân không sẽ khác nhau B.Khi ánh sáng đơn sắc truyền từ không khí vào nước thì tốc độ của nó tăng C. Trong cùng một môi trường chiết suất của ánh sáng tím lớn hơn chiết suất ánh sáng đỏ D. Chiết suất của môi trường không phụ thuộc vào màu sắc của ánh sáng đơn sắc Từ không khí người ta chiếu xiên tới mặt nước nằm ngang một chùm tia sáng hẹp song song gồm hai tia sáng đơn sắc màu vàng và màu tím. Khi đó chùm tia khúc xạ sẽ: A. vẫn chỉ là một chùm tia sáng hẹp song song màu vàng và màu tím B. gồm 2 tia vàng và tím, trong đó góc lệch của tia vàng nhỏ hơn góc lệch của tia tím. C. gồm 2 tia vàng và tím, trong đó góc lệch của tia vàng lớn hơn góc lệch của tia tím. D. chỉ là một chùm tia sáng màu vàng, còn chùm tia sáng màu tím bị phản xạ toàn phần Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng với hai khe Y-âng biểu thức khoảng vân i = lD/a là cơ sở cho một ứng dụng nào dưới đây A. xác định số vân giao thoa B. xác định khoảng cách a giữa hai khe sáng C. xác định bước sóng ánh sáng đơn sắc D. xác định khoảng cách D giữa hai khe sáng và màn Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng với hai khe Young S1 và S2. Một điểm M nằm trên màn cách hai khe S1 và S2 lần lượt là d1; d2 . M sẽ ở trên vân tối khi A. d2 - d1 = B. d2 - d1= C. d2 - d1 = kl D. d2 - d1 = (2k + 1) Trong thí nghiệm về đo bước sóng ánh sáng của Y-âng, khoảng cách giữa hai khe sáng là a, khoảng cách từ hai khe đến màn là D, ánh sáng đơn sắc dùng trong thí nghiệm có bước sóng l . Để khoảng vân giao thoa trên màn tăng hai lần ta phải: A. tăng đồng thời D và a lên hai lần B. giảm D hai lần và giử nguyên a C. giữ nguyên D và giảm a hai lần D. giữ nguyên D và tăng a hai lần Trong thí nghiệmY-âng về giao thoa với ánh sáng trắng. Hình ảnh thu được trên màn hứng vân là A.Một dải sáng có màu từ đỏ đến tím nối liền nhau một cách liên tục . B.Một vạch sáng trắng ở giữa, hai bên là những vạch sáng màu như cầu vồng. C.Những vạch sáng trắng xen kẽ những vạch tối. D. Những vạch sáng có màu như màu cầu vồng xen kẽ những vạch tối Kết luận nào sau đây là đúng khi nói về quang phổ liên tục của một vật sáng: A. phụ thuộc vào bản chất của vật. B. phụ thuộc vào nhiệt độ của vật . C. phụ thuộc cả bản chất lẫn nhiệt độ của vật. D. không phụ thuộc bản chất và nhiệt độ của vật. Điều nào sau đây là sai đối với quang phổ liên tục ? A.Quang phổ liên tục gồm nhiều dải màu từ đỏ đến tím nối liền nhau liên tục B.Quang phổ liên tục phụ thuộc nhiệt độ của vật phát sáng C. Quang phổ liên tục phụ thuộc thành phần cấu tạo của nguồn sáng D. Quang phổ liên tục dùng để đo nhiệt độ của vật nóng sáng Quang phổ vạch của một lượng chất không phụ thuộc: A. thành phần hóa học của lượng chất đó B. nhiệt độ của lượng chất đó C. khối lượng của lượng chất đó D. nồng độ của lượng chất đó Phát biểu nào sau đây là đúng Quang phổ vạch của nguyên tố nào thì đặc trưng cho nguyên tố ấy. Quang phổ liên tục của nguyên tố náo thì đặc trưng cho nguyên tố ấy. Chất khí hay hơi ở áp suất thấp được kích thích bằng nhiệt hay bằng điện cho quang phổ liên tục. Chất khí hay hơi được kích thích bằng nhiệt hay bằng điện luôn cho quang phổ vạch. Hiện tượng một vạch quang phổ phát xạ sáng trở thành vạch tối trong quang phổ hấp thụ được gọi là hiện tượng: A. tán sắc ánh sáng B. nhiễu xạ ánh sáng C. đảo vạch quang phổ D. giao thoa ánh sáng Hiện tượng đảo sắc (đảo vạch quang phổ) cho phép kết luận rằng: A. Trong cùng một điều kiện, mọi chất đều hấp thụ và phát xạ các ánh sáng có cùng bước sóng. B. Ở nhiệt độ xác định, một chất chỉ hấp thụ những bức xạ nào mà nó có khả năng phát xạ. C. Các vạch tối xuất hiện trên nền quang phổ liên tục là do giao thoa ánh sáng D. Trong cùng một điều kiện về nhiệt độ, một chất chỉ hấp thụ hoặc chỉ phát xạ ánh sáng Phát biểu nào sau đây là đúng ? A. Quang phổ vạch của nguyên tố nào thì đặc trưng cho nguyên tố ấy. B. Chất khí hay hơi ở áp suất thấp được kích thích phát sáng luôn cho quang phổ liên tục. C. Chất khí hay hơi được kích thích bằng nhiệt hay bằng điện luôn cho quang phổ vạch. D. Quang phổ liên tục của nguyên tố nào thì đặc trưng cho nguyên tố ấy. Trong thí nghiệm về giao thoa ánh sáng của Y-âng, hai khe sáng cách nhau 0,6mm. Khoảng cách từ hai khe đến màn là 1,2m, ánh sáng đơn sắc chiếu vào hai khe có bước sóng l = 0,48mm. Khoảng cách giữa hai vân sáng cạnh nhau trên màn là A. 0,48mm. B. 0,96mm. C. 1,92mm. D. 1,24mm. Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng. Nguồn phát ánh sáng có bước sóng l = 0,75 mm. Nếu thay ánh sáng này bằng ánh sáng có bước sóng l’ thì thấy khoảng vân giao thoa giảm 1,5 lần. Giá trị của bước sóng l’ là: A. 0,625 mm B. 0,525 mm C. 0,50 mm D. 0,45 mm Tia hồng ngoại A. không truyền được trong chân không. B. là ánh sáng nhìn thấy,