Bài giảng vật lý đại cương

Bài giảng
VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG
Hệ : Đại Học Liên Thông
GV : Phạm Thị Mai – Bộ môn : KHCB
Mục lục
Bài giảng: vật lý đại cương - Hệ : Đại học liên thông 3
Chương 1: Những cơ sở về quang học 3
I)Những cơ sở của quang hình học: 3
II) Những cơ sở của quang học sóng: 4
Phương pháp đới cầu Frênen 17
2- Nhiễu xạ của sóng cầu qua một lỗ tròn : 17
5) Sự phân cực do lưỡng chiết 21
3) Các định luật quang điện: 24
CÂU HỎI THẢO LUẬN VÀ BÀI TẬP QUANG ĐIỆN 26
Phần thứ hai: Vật lí nguyên tử và hạt nhân 27
2.1. Cấu trúc nguyên tử - Đơn vị khối lượng nguyên tử 27
2.2. Cấu trúc Hạt nhân Các quy luật vận động của các hạt vi mô 29
Đề kiểm tra 32
Bài giảng: vật lý đại cương - Hệ : Đại học liên thông
GV : Phạm Thị Mai – Bộ môn : KHCB
Phần thứ nhất : Quang học
Phần này mục đích giúp cho SV trang bị thêm các kiến thức về
quang học sóng và quang lượng tử, trên cơ sở đó hiểu được các ứng
dụng của các hiện tượng quang học vào trong các thiết bị trong kỹ
thuật.
1. Quang học sóng : Hiện tượng nhiễu xạ; Sự phân cực của ánh
sáng.
2. Quang lượng tử : Sự bức xạ nhiệt; Hiệu ứng quang điện.
Phương pháp nghiên cứu của phần này là vừa dựa vào kết quả
thực nghiệm, vừa dựa vào lí luận có tính thực tế.
Chương 1: Những cơ sở về quang học

1.1. Hiện tượng giao thoa, nhiễu xạ, Sự phân cực
của ánh sáng
1.1.1. Những cơ sở quang học liên quan đến hiện tượng giao thoa
I)Những cơ sở của quang hình học:
a)Khái niệm về quang lộ:
+ Quang lộ của ánh sáng trên đoạn đường AB trong một môi
trường đồng chất là đại lượng đo bằng tích số giữa chiết suất n của môi
trường đó với độ dài l của đoạn đường AB mà ánh sáng đi được trong
môi trường:
[ ]
lnABL .
==
+ Quang lộ L của ánh sáng trên đoạn đường AB khi đi qua một
hay nhiều môi trường có chiết suất khác nhau bằng đoạn đường mà
ánh sáng đi được khi nó truyền trong chân không với cùng khoảng thời
gian τ mà nó đã dùng để đi hết đoạn đường AB trong một hay nhiều
môi trường đó.
[ ]
ABL
=

=

τ

33221
.
1
clnlnln
=+++

Tổngquát:
[ ]
ABL
=
=
i
l
n
i
i
n
∑
=1
τ
.c
=
b) Mặt sóng hình học : Là tập hợp của những điểm mà ánh sáng của
chùm sáng đó truyền đến ở cùng một thời điểm.
- Chùm sáng đồng quy: Mặt sóng hình học là những mặt cầu
- Chùm sáng song song:Mặt sóng hình học là những mặt phẳng
c) Định lí Maluýt: Quang lộ của các tia sáng giữa cùng hai mặt sóng
hình học đều bằng nhau.
II) Những cơ sở của quang học sóng:
a)Thuyết điện từ ánh sáng của Mắcxuen:
+ ánh sáng (thấy được) là những sóng điện từ có bước sóng nằm
trong khoảng từ 0,40µm đến 0,76µm, truyền trong chân không với vận
tốc C = 3.10
8
m/s.
+ Véc tơ cừơng độ điện trường

E

trong sóng ánh sáng được gọi là véc
tơ sóng sáng,
+ Véc tơ
E

vuông góc với vận tốc truyền sóng nên sóng ánh sáng là
sóng ngang.
+ Mỗi ánh sáng tương ứng với một giá trị xác định λo có màu sắc
riêng, được gọi là ánh sáng đơn sắc.
b) Cường độ sáng:( là đại lượng đặc trưng cho độ sáng tại từng điểm)
+ Định nghĩa: Cường độ sáng I tại một điểm được xác định
bằng năng lượng ánh sáng truyền qua một đơn vị diện tích đặt vuông
góc với phương truyền ánh sáng tại điểm đó, trong một đơn vị thời
gian.
+ Biểu thức: I = ka
2

với k: hệ số tỉ lệ ,
a: là biên độ dao động của sóng sáng
+ Phương trình sóng ánh sáng:
)
2
sin(.
ϕ
π
+=
t
T

ax
,
trong đó: x là giá trị tức thời của E tại thời điểm t,
a là biên độ dao động của sóng sáng
T là chu kỳ dao động.
c) Các nguyên lý:
+ Nguyên lý chồng chất các sóng: Tại giao điểm của hai hay
nhiều sóng sáng, từng sóng riêng biệt không bị các sóng khác làm
nhiễu loạn, tại điểm giao đó véc tơ sóng sáng tổng bằng tổng các véc
tơ sóng sáng của các sóng tới giao nhau.
+ Nguyên lý Huyghen - Frênen:
- Mỗi điểm của môi trường có sóng sáng truyền tới đều được coi là
nguồn sáng thứ cấp,phát ra những sóng sáng gửi về phía trước nó.
- Nguồn sáng thứ cấp có biên độ và pha dao động là biên độ và pha
dao động của nguồn sáng thực S gây ra tại vị trí của nguồn sáng thứ
cấp đó.

1.1.2. Hiện tượng giao thoa
* Thí nghiệm: - S: Nguồn sáng điểm
- E
1
: Màn chắn có 2 khe hẹp S
1
và S
2
- E
2
: Màn hứng ảnh
*Hiện tượng: Hiện tượng hai
hay nhiều sóng ánh sáng giao

nhau tạo ra trong không gian
những miền sáng và tối gọi là
hiện tượng giao thoa ánh sáng.
Các miền sáng và tối đó gọi là
các vân giao thoa.
*Điều kiện để có hiện tượng
giaothoa:
Lý thuyết giao thoa được xây
dựng trên cơ sở áp dụng
nguyên lý chồng chất, đó là
tổng hợp hai thành phần dao
động của sóng ánh sáng giao
nhau tại một điểm. Do vậy:
+ Hai nguồn sóng phát ra dao động có cùng tần số.
+ Các dao động sóng sáng truyền tới phải cùng phương.
+ Hiệu số pha của hai dao động sóng sáng tại một điểm không thay đổi
theo thời gian. Hai nguồn sóng thoả mãn các điều kiện trên được gọi là
hai nguồn kết hợp.
a) Điều kiện để có cực đại và cực tiểu giao thoa:
* Khảo sát với nguồn sáng đơn sắc.
Trong miền sẩy ra sự giao thoa của ánh sáng đơn sắc: xuất hiện
những vân sáng, vân tối xen kẽ một cách đều đặn (vân sáng có màu
là màu của ánh sáng đơn sắc)
+ Vị trí vân sáng:
S1
S2
S
M
O
l

1
l
2
d1
d2
L
D
x
E1 E2
Nếu tại điểm M trên màn có ∆d = kλ ( k∈Z), thì tại M là vân sáng. Khi đó
x
s
= k.
a
D
λ
+ Vị trí vân tối:
Nếu tại điểm N trên màn có ∆d = ( k+
)
2
1
λ (k∈Z), thì tại N là vân tối.
Khi đó x
t
= (k+
)
2
1
.
a

D
λ
+ Khoảng vân: Là khoảng cách giữa hai vân sáng hoặc hai vân tối
liên tiếp i =
a
D
λ

* Khảo sát với ánh sáng trắng:
+ ánh sáng trắng là tập hợp của nhiều thành phần đơn sắc có bước
sóng biến thiên liên tục từ mầu đổ đến mầu tím.( λ= 0,76
µ
m
→
0,40
µ
m)
+ Mỗi một thành phần đơn sắc( có bước sóng nhất định) cho một
hệ vân giao thoa xác định ở trên màn, các vân sáng có màu sắc,
khoảng vân xác định.
Trong miền sẩy ra sự giao thoa của ánh sáng trắng:
- Tai vị trí vân trung tâm có sự tập hợp của các thành phần đơn sắc
có bước sóng biến thiên liên tục từ mầu đổ đến mầu tím, nên vân trung
tâm là vân sáng có màu trắng. Một điểm khác bất kỳ ở trên màn có toạ
độ x sẽ là tập hợp giữa vân sáng của các thành phần đơn sắc này với
vân tối của các thành phần đơn sắc khác.
- Đối xứng 2 bên của vân trung tâm là những dải màu, có màu
biến đổi liên tục từ đỏ đến tím ( được gọi là dải quang phổ)
- Các dải quang phổ đều có mầu tím trong, mầu đổ ngoài. Các dải
quang phổ có bậc càng cao thi bề rộng càng lớn

BÀI TẬP GIAO THOA
Dạng 1: xác định giá trị các đại lượng
* Vị trí vân giao thoa:
- Vân sáng : x
s
= k.
a
D
λ
( vân sáng bậc k, với K =
±
n)
- Vân tối : x
t
= (k+
)
2
1
.
a
D
λ
. ( vân tối thứ k, với K = n-1 và - n)
* Khoảng vân : i =
a
D
λ

* Xác định i theo bề rộng trường vân:
-Nếu trường vân được giới hạn bởi các vân cùng loại: i =

1−n
L

-Nếu trường vân được giới hạn bởi các vân khác loại: i =
2
1
−n
L

(Với n là số vân cùng loại có trong bề rộng trường vân đó)
Dạng 2: xác định khoảng cách giữa các vân
x
∆
-Với giao thoa ánh sáng đơn sắc:
x
∆
khoảng cách giữa các vân

x
∆
= x
k + m
– x
k
với m là độ chênh lệch giữa các bậc
-Với giao thoa ánh sáng trắng:
x∆
bề rộng dải quang phổ

x

∆
k
= x
k /đỏ
- x
k/ tím
=
(
a
KD
λ
d
-λ
t
)
Dạng 3: xác định các ánh sáng có vân sáng( hoặc vân tối) nằm trùng
tại một điểm( với GTAS trắng)
+Ánh sáng đơn sắc có vân sáng tại điểm đang xét (có tọa độ X
M
): Thì
X
M
= k.
a
D
λ
⇒
λ

=

KD
Xa
M
.
-Kết hợp với ĐK của bài toán, xác định K bởi :
0,40(µm) ≤
KD
Xa
M
.
≤ 0,76(µm) (Chú ý K chỉ lấy các giá trị nguyên)
-Thay giá trị thỏa mãn của K vào biểu thức λ

=
KD
Xa
M
.
để xác định giá
trị của λ tương ứng
+ Ánh sáng đơn sắc có vân tối tại điểm đang xét ( có tọa độ X
N
)
Thì x
N
= (k+
)
2
1
.

a
D
λ
.
⇒
λ

=
D
Xa
N
)
2
1
+k(
.
-Kết hợp với ĐK của bài toán, xác định K bởi :
0,40(µm)≤
D
Xa
N
)
2
1
+k(
.
≤ 0,76(µm)(Chú ý K chỉ lấy các giá trị nguyên)
-Thay giá trị thỏa mãn của K vào biểu thức λ

=

D
Xa
N
)
2
1
+k(
.

để xác định giá trị của λ tương ứng
Dạng 4: xác định độ rời của hệ vân giao thoa do bản mỏng song song
+ Quang lộ ứng với các đường đi từ 2 nguồn S
1
và S
2
-Đường đi có bản mỏng: l
1
= (d
1
– e) + ne = d
1
+ ( n – 1) e
-Đường đi không có bản mỏng: l
2
= d
2

Hiệu quang lộ: l
2
– l

1
= d
2
-
[ ]
ne + e) - (d
1
= (d
2
– d
1
) – ( n – 1).e
l
2
– l
1
=
en
D
xa
).1(
.
−−
( Vì khi chưa có bản mỏng: d
2
– d
1
=
D
xa.

)
+Vị trí mới của vân sáng:

en
D
Xa
).1(
.
,
−−
= k. λ
⇒
x
,

= k
a
eDn
a
D
).1(
.
−
+
λ
+ Độ rời của vân: X
o
= X
,
– X =







−
+
a
eDn ).1(
a
D
k
λ
- k.
a
D
λ
=
a
eDn ).1( −

e

n
S1
S2
S
M
O

l
1
l
2
d1
d2
L
D
x

PhẦN ĐỀ BÀI
Bài1: Trong thí nghiệm giao thoa AS khoảng cách giữa 2 khe s
1
và s
2
:
a= 4,0mm. Khoảng cách từ mặt phẳng chứa 2 khe đến màn D=
3m.Khoảng cách từ vân trung tâm đến vân sáng thứ 10 là 4,1 mm.
a) Tính bước sóng của ánh sáng chiếu tới. vị trí vân sáng bậc 5 và
vân tối thứ 4
b) Đặt ngay trước một trong 2 nguồn(s
1
hoặc s
2
) một bản mỏng có
hai mặt song song bằng thủy tinh,bề rộng e= 0,008 mm, chiết suất
n = 1,5.Hỏi hệ thống vân sẽ dịch chuyển về phía nào? Dịch
chuyển đi một đoạn bằng bao nhiêu?
c) Bỏ bản mỏng đi, thay nguồn sáng đơn sắc bằng nguồn AS trắng
có bước song giới hạn từ 0,650 µm đến 0,410 µm. Tìm bước

sóng của các ánh sáng tạo ra vân tối trên màn quan sát tại điểm M
cách trục chính 3m
Bài 2:
Một nguồn sáng đơn sắc phát ra ánh sáng có bước sóng λ= 0,6 µm.
Chiếu ánh sáng trên vào khe hở hẹp song song cách nhau1mm và
cách đều nguồn sáng. Trên một màn ảnh đặt song song và cách mặt
phẳng chứa 2 khe hở một đoạn D = 1m,ta thu được một hệ thống
vân giao thoa.
a) Tính khoảng cách giữa 2 vân sáng liên tiếp và khoảng cách giữa
vân sáng bậc 5 đến vân tối thứ 7
b) Đặt trước một trong 2 khe hở một bản mỏng phẳng,trong suốt có
2 mặt song song, dầy e = 12 µm, chiết suất n = 1,5. Khi đó hệ
thống vân giao thoa có gỡ thay đổi? Xác định độ dịch chuyển của
hệ thống vân.
c) Bỏ bản mỏng và đổ vào khoảng cách giữa mặt phẳng chứa 2 khe
và màn một chất lỏng, người ta thấy bề rộng của mỗi vân giao
thoa bây giờ là 0,45 mm. Hóy tớnh chiết suất của chất lỏng đó
1.1.3. Hiện tượng nhiễu xạ
a) Định nghĩa hiện tượng:
* Thi nghiệm:
+ Nguồn laser. Nàm chắn có lỗ tròn P Màn
hứng ảnh
+ Thanh quang học.
a
b
b
1
a
1
S

p
Các vùng aa
1
và bb
1
là
vùng bóng tối
hình học
+ Khe hẹp, màn

- Cho ánh sáng từ nguồn S truyền qua một lỗ tròn nhỏ p, sau p đặt màn quan sát
E, trên E ta nhận được các vệt sáng ab
- Theo nguyên lý truyền thẳng của AS ,nếu thu nhỏ lỗ tròn p thì vệt sáng ab
cũng thu nhỏ lại
- Kết quả thực nghiệm cho thấy khi thu nhỏ lỗ tròn p đến một giá trị nào đó thì
trên màn E xuất hiện những vân tròn sáng tối xen kẽ nhau, ngay cả vùng ngoài
ab (vùng bóng tối hình học aa
1
và bb
1
)
* Định nghĩa:Hiện tượng các tia sáng bị lệch khỏi phương truyền thẳng khi
chúng đi gần các chướng ngại, gây nên các vân sáng và tối trong cả vùng bóng
tối hình học được gọi là hiện tượng nhiễu xạ.
b khảo sát:(PPđới cầu Frênen)
Tính chất đới cầu Frênen:
xét 1nguồn sáng điểm S và1 điểm
được chiếu sáng M
- Mặt sóng của nguồn sáng S
là mặt cầu,tâm S,BKính:R

* Vẽ mặt sóng ∑ :(Chứa các nguồn thứ cấp)
của nguồn sáng S( Mặt cầu tâm S, bán kính R< SM )
điểm quan
sát
S
M
h
k
r
o
B
o
+ Vẽ các mặt cầu tâm M, bán kính lần lượt bằng r
o
= MB
o
; r
o
+
2
λ
; r
o
+ 2
2
λ
; r
o
+ 3
2

λ
; r
o
+ 4
2
λ
….( λ là bước sóng của ánh sáng do nguồn S phát ra)
+ Các mặt cầu tâm M cắt mặt sóng cầu ∑ thành những đới cầu, theo thứ tự đới
giữa là đỉnh chỏm cầu của mặt sóng cầu ∑.( theo nguyên lý Huy Ghen mỗi đới
cầu có thể coi là một nguồn thứ cấp gửi ánh sáng tới điểm M)
+Thực nghiệm cho thấy diện tích của các đới cầu đều bằng nhau và bằng:

λ
π
.
o
o
rR
Rr
S
+
=∆
với R : Bán kính của mặt cầu
Bán kính của đới cầu thứ k được tính bằng :
k
rR
rR
r
o
o

k
.
.
+
=
λ
Biên độ d.động sáng của đới cầu thứ k gây ra tai M: a
k
=
2
1
( a
k-1
+ a
k+1
) khi k
khá lớn thì a
k

≈
0
Biên độ dao động tổng hợp tại điểm M:
+ Vì hai sóng gồm một đới chẵn và một đới lẻ kế tiếp có hiệu quang lộ bằng
2
λ
, nên dao động ngược pha nhau (vì có hiệu số
( )
π
λ
λ

π
λ
π
ϕ
==−=∆
2
.
22
21
LL
).
Do đó tổng hợp dao động sáng của hai sóng gồm một đới chẵn và một đới lẻ kế
tiếp bằng 0,
+ Biên độ tổng hợp của sóng tại M: a = a
1
- a
2
+ a
3
- a
4
+ a
5
± a
n

hoặc viết thành:
2
)
22

()
22
(
2
5
4
33
2
11
n
aa
a
aa
a
aa
a
±++−++−+=

Theo quy ước: Lấy dấu (+) nếu n là lẻ;
Lấy dấu (-) nếu n chẵn.
Một cách gần đúng ta có:
;
2
aa
a ;
2
aa
a
53
4

31
2
+
=
+
=
Từ những biểu thức trên có thể viết tổng quát về biên độ sóng tại M là:




±=
2
a
2
a
a
n1
 Quan điểm của sóng về tính truyền thẳng của ánh sáng:
dấu(+) khi n lẻ
dấu (-) khi n chẵn
+ Nếu nguồn sáng S và điểm M không có chướng ngại (Mặt sóng ∑ tự do,
không bị che khuất) thì số đới cầu trên nửa mặt sóng sẽ nhiều vô kể, a
n
sẽ rất
nhỏ với a
1
, biên độ dao động sóng tổng hợp tại M gần đúng bằng:
2
1

a
a
≈
Từ đó suy ra cường độ sáng tại điểm M do cả mặt sóng∑ gây ra là:
442
1
2
1
2
1
2
Iaa
aI
o
==






==
+ Khi có màn chắn,lỗ tròn chứa một số lẻ đới cầu,cường độ sáng tại M là:

2
1
2
22







+==
n
a
a
aI
>
o
I
(điểm M sáng hơn khi không có màn chắn)
+ Khi có màn chắn,lỗ tròn chứa một số chẵn đới cầu, cường độ sáng tại M là:

2
1
2
22






−==
n
a
a
aI

<
o
I
(điểm M sáng yếu hơn khi không có màn chắn)
Đặc biệt khi n = 2 vì a
1
≈
a
2
nên
I
= 0 luc đó M là điểm tối
Tóm lại: Điểm M có thể sáng hơn lên hoặc tối đi so với khi không có
màn chắn tùy theo giá trị của n, tức là tùy theo kích thước của lỗ tròn
và vị trí của màn quan sát.
- Với
2
11
aI
=
là cường độ sáng tại điểm M do riêng đới cầu thứ nhất gây ra.
Dựa vào kết quả tính toán trên ta có thể kết luận rằng: Mặc dù ánh sáng từ mọi
điểm trên mặt sóng ∑ đều truyền tới điểm M, nhưng có giao thoa ánh sáng tại
M, nên ánh sáng từ nguồn thực S truyền tới điểm M được coi như chỉ truyền
trong một ống nhỏ có đường kính nhỏ hơn bán kính của đới cầu Frênen thứ
nhất mà thôi. Nghĩa là ánh sáng truyền theo một đường thẳng SM.
c) Một số trường hợp về nhiễu xạ.
*Nhiễu xạ của sóng cầu qua một lỗ
tròn:
+ Nguồn sáng điểm S.

+ Chướng ngại: Là một lỗ tròn trên
một màn chắn sáng.
+ Những điểm quan sát ở gần vật
chướng
M
1
M
2
M
S
∑
∑
1
∑
o
r
o
ngại: M ; M
1
; M
2
+Khảo sát: Áp dụng phương pháp đới cầu Frênen để giải thích hiện tượng:
- Nếu không có chướng ngại hoặc lỗ tròn kích thước lớn:

44
1
2
1
2
Ia

aI
o
===
- Nếu lỗ tròn chứa số lẻ đới cầu: Biên độ sáng tại điểm M được xác định
theo công thức:
2
>
22
11
a
a
a
a
n
+=
dẫn đến:
o
n
I
I
a
a
I =+=
4
>)
22
(
1
2
1

Tức là cường độ sáng
I
tại M khi có chướng ngại là màn chắn có lỗ tròn lớn
hơn cường độ sáng
o
I
khi sóng ánh sáng không có chướng ngại. Đặc biệt nếu
n=1 ( lỗ tròn chỉ chứa một đới cầu), thì sẽ có:
o
Ia
aa
I 4)()
22
(
2
1
2
11
==+=
- Nếu lỗ tròn chứa số chẵn đới cầu: Biên độ sáng tại điểm M được xác định theo
công thức

2
<
22
11
a
a
a
a

n
−=

dẫn đến:
o
n
I
I
a
a
I =−=
4
<)
22
(
1
2
1
Đặc biệt khi n = 2 vì a
1
≈
a
2
nên
I
= 0 luc đó M là điểm tối
Tức là cường độ sáng
I
tại M khi có chướng ngại là màn chắn có lỗ tròn, nhỏ
hơn cường độ sáng

o
I
khi sóng ánh sáng không có chướng ngại. Đặc biệt nếu lỗ
tròn chỉ chứa hai đới cầu, thì cường độ sáng tại M gần như bị triệt tiêu.
Như vậy ta có thể kết luận: Đối với một màn chắn có một lỗ tròn nhỏ nhất
định, cường độ của ánh sáng tại điểm M nằm trên trục đối xứng phụ thuộc vào
số đới cầu, tức là phụ thuộc vào vị trí tương đối của màn ảnh khảo sát đối với
lỗ tròn đó.
 Nhiễu xạ của sóng phẳng ( nhiễu xạ Frauhôfe):
+ Tạo ra một chùm sáng song song.
+ Chướng ngại: Là một khe hẹp trên một màn chắn sáng.
+ Quan sát điểm M ở rất xa chướng ngại, là nơi gặp nhau của chùm tia nhiễu xạ
song song.
+ Khảo sát: áp dụng phương pháp đới cầu Frênen để giải thích hiện tượng:
S
Q
O
1
M
O
2
M
o
∑
∑
1
∑
o
∑
4

∑
2
∑
5
Hình vẽ trên mô tả sự nhiễu xạ của chùm tia song song bất kỳ theo hướng hợp
với trục đối xứng một góc ϕ; các mặt phẳng ∑i cách nhau λ/2 và chia mặt
phẳng khe thành các dải. Bề rộng của dải là
ϕ
λ
sin2
Và số các dải trên khe là:
λ
ϕ
=
ϕλ
=
sinb2
sin2/
b
n
( với b là bề rộng của khe hẹp)
Theo nguyên lý Huyghen thì mỗi dải sáng coi như một nguồn sáng thứ cấp gửi
sóng sáng tới điểm M.
Vì hiệu quang lộ của hai dải kế tiếp nhau là
2
λ
, do vậy chúng gây ra tại M, các
sóng ánh sáng dao động ngược pha nhau nên chúng khử lẫn nhau. Kết quả là:
- Nếu khe chứa số chẵn (n=2k) dải sáng, thì tại điểm M có điểm tối.
b

kk
b
n
λ
ϕ
λ
ϕ
=→==
sin2
sin2

với
=±=±=
21k
( loại trừ giá trị k=0 vì Với k=0 tức là
0
=ϕ
thì các dải
gửi sóng sáng tới điểm M d.động cùng pha nên ở đó có cực đại giữa).
- Nếu khe chứa số lẻ( n= 2k+1) dải sáng, từng cặp dải sáng kế tiếp khử
sáng lẫn nhau tại M, còn lại dải sáng thứ (2k+1) thì không bị khử, kết quả tại M
có điểm sáng. Vậy điều kiện để tại M có điểm sáng là:
b
kk
b
n
2
)12(sin12
sin2
λ

ϕ
λ
ϕ
+=→+==

với
321
±=±==
k
(Loại trừ giá trị k=0 và k= -1.Vì với k=0 và k = -1 thì sin
b2
λ
ϕ
±=
thì cường độ sáng không thể có giá trị cực đại nữa( vì khi sin
ϕ
= 0 đó
có cực đại giữa rồi,nếu tại K=-1 lại có cực đại thì giữa k=0 và k= -1 phải có
một cực tiểu, mà trong khoảng từ k=0 đến k=-1 ko có một giá trị nguyên nào
của K nữa nên có nghĩa ko có cực tiểu nào trong khoảng này.Do đó ko có cực
đai ứng với k=-1.
Tóm lại:

*sin
ϕ
= 0 Có cực đại giữa
*sin
ϕ
=
b

k
λ
với k=
=±=± 21
… hay sin
ϕ
=
±
b
λ
,
±
2
b
λ
,
±
3
b
λ
,….
Có các cực tiểu nhiễu xạ
*
b
k
2
)12(sin
λ
ϕ
+=

với
321
±=±==
k
haysin
ϕ
=
±
3
b2
λ
,
±
5
b2
λ
,…
có các cực đại nhiễu xạ
BÀI TẬP NHIỄU XẠ
Phương pháp đới cầu Frênen
a- Diện tích của các đới cầu:
λ
π
.
o
o
rR
Rr
S
+

=∆
b- Bán kính của đới cầu thứ k:
k
rR
rR
r
o
o
k
.
.
+
=
λ

c- Biên độ của ánh sáng tổng hợp tại M do các đới cầu gửi tới
a = a
1
- a
2
+ a
3
– a
4
+ a
5
- ……
a
≈
2

1
a
2- Nhiễu xạ của sóng cầu qua một lỗ tròn :
n=1
⇒
22
1 n
aa
a
+=

⇒
a=a
1
=2a
n=2
⇒

22
1 n
aa
a
−=

⇒
a
≈
0
nếu n là số chẵn a
n

< a
⇒
I =
2
1
)
22
(
n
aa
−
< I
o
⇒
cường độ sáng tại M kém hơn
cường độ sáng khi ko có chướng ngại ( hoặc M là điểm tối)
nếu n là số lẻ a
n
> a
⇒
I =
2
1
)
22
(
n
aa
+
> I

o

⇒
cường độ sáng tại M sáng hơn cường
độ sáng khi ko có chướng ngại
BÀI 1: Chiếu một chùm đơn sắc song song, bước sóng λ= 0,5
µ
m,thẳng góc vào
một lỗ tròn bán kính r = 1mm.Sau lỗ tròn có đặt một màn quan sát.Hãy xác định
khoảng cách lớn nhất từ lỗ trên đến màn quan sát để tâm của hình nhiễu xạ trên
màn vẫn là một vết tối
BÀI 2: Một chùm tia sáng đơn sắc song song,có bước sóng λ= 0,6 µm, được rọi
vuông góc vào một khe hẹp hình chữ nhật, có bề rộng b = 0,1 mm. Ngay sau
khe có đặt một thấu kính hội tụ. Tìm bề rộng của vân cực đại giữa trên một màn
quan sát đặt tại mặt phẳng trên của thấu kính và cách thấu kính một khoảng D =
1m.
1.1.4. Hiện tượng phân cực ánh sáng
1) Ánh sáng tự nhiên:
ánh sáng tự nhiên: ánh sáng trong đó các véc tơ
cường độ điện trường
E

( véc tơ sóng sáng) dao
động một cách đều đặn theo tất cả mọi phương
vuông góc với tia sáng( phương truyền sóng ánh
sáng)
1) Hiện tượng phân cực ánh sáng:
Hiện tượng Khi cho ánh sáng tự nhiên đi qua môi trường bất đẳng hướng về
mặt quang học học (vi dụ cho qua một tinh thể), thì trong những điều kiện nhất
định nào đó, tác dụng của môi trường lên ánh sáng đó có thể làm cho các véc tơ

cường độ điện trường chỉ còn dao động theo một phương nhất định,hoặc dao
động theo mọi phương nhưng không đồng đều, goi là hiện tượng phân cực ánh
sáng.
2) Phân loại ánh sáng phân cực:
∆
ánh sáng phân
cực toàn phần
ánh sáng tự nhiên
+) Ánh sáng phân cực toàn phần: Ánh sáng có véc tơ cường độ điện
trường
E

chỉ dao động theo một phương xác định, được gọi là ánh sáng phân
cực thẳng hay ánh sáng phân cực toàn phần.
+) Ánh sáng phân cực một phần: Ánh sáng có véc tơ cường độ điện
trường
E

dao động theo tất cả mọi phương, vuông góc với tia sáng( phương
truyền sóng ánh sáng), nhưng có phương mạnh và có phương yếu hơn, được
gọi là ánh sáng phân cực một phần.
Như vậy: ánh sáng tự nhiên có thể coi là tập hợp của vô số ánh sáng phân cực
toàn phần dao động đều đặn theo tất cả mọi phương vuông góc xung quanh tia
sáng.
3) Định luật Maluýt về sự phân cực ánh sáng:
 Thí nghiệm:

ánh sáng phân cực
toàn phần
Ánh sáng tự nhiên

∆
ánh sáng phân
cực toàn phần
∆
E

E

E

¸ánh sáng tự
nhiên
ánh sáng phân cực toàn
phần
ánh sáng phân cực một phần
 Nhận xét hiện tượng:
+ Mỗi tinh thể có tác dụng phân cực ánh sáng có một phương đặc biệt ∆
gọi là quang trục.
+ Mỗi véc tơ cường độ điện trường
E

trong ánh sáng tự nhiên đều có thể
tách ra hai thành phần Ex vuông góc với quang trục ∆ và thành phần Ey theo
phương quang trục.
+ Khi ánh sáng tự nhiên chiếu vào bản tinh thể phân cực toàn phần
(tuamalin T
1
) thì thành phần Ex(vuông góc với trục)bị tinh thể hấp thụ, chỉ còn
lại thành phần Ey (song song với trục ∆1)là truyền qua được. Nếu đặt sau T
1

một bản tinh thể tuamalin T
2
có quang trục ∆2 hợp với ∆1 một góc α thì
cường độ sáng thay đổi tuỳ thuộc vào góc α:

αα
2
1
2
2212
cosI cos Iaaa
==→=

với
12
II 0 =→=α
với
0I90
2
o
=→=α

(Kính T
1
là kính phân cực và T
2
được gọi là kính phân tích)
Định luật: Khi cho ánh sáng tự nhiên rọi qua hai bản tuamalin có quang trục
hợp với nhau một góc α thì cường độ ánh sáng nhận được tỉ lệ với cos
2

α.
5) Sự phân cực do lưỡng chiết
Tinh thể đá băng lan Tinh thể thạch anh
a Tính lưỡng chiết của tinh thể:
Thực nghiệm chứng tỏ rằng ở một số tinh thể như băng lan,thạch anh….có tính
chất đặc biệt là nếu chiếu một tia sáng vào đó thì ta sẽ thu được hai tia.Hiện
tượng đó gọi là hiện tượng lưỡng chiết và là một trong những hiện tượng thể
hiện tính bất đẳng hướng của tinh thể(môi trường bất đẳng hướng là môi trường
mà trong đó một số những tính chất vật lý theo những hướng khác nhau thì
khác nhau) b) Sự phân
cực ánh sáng do lưỡng chiết:

* Hiện tượng: Có một tia sáng tự nhiên rọi vuông góc với mặt bên của tinh thể
băng lan thì tại điểm tới I , tia tới SI bị tách thành hai tia:
+ Tia IR tuân theo định luật khúc xạ ánh sáng, tiếp tục truyền thẳng không
bị lệch so với phương ban đầu được gọi là tia thường.
+ Một tia đi lệch khỏi phương truyền ban đầu được gọi là tia bất thường.
Dùng thí nghiệm để phân tích thì thấy rằng các tia thường và bất thường đều là
các tia phân cực toàn phần. Véc tơ cường độ điện trường của tia thường vuông
góc với mặt phẳng chính của tia đó (mặt phẳng chứa tia thường và quang trục).
Còn tia bất thường thì véc tơ cường độ điện trường nằm trong mặt phẳng chính
của nó (mặt phẳng chứa tia bất thường và quang trục)
Nếu ánh sáng rọi vào tinh thể là ánh sáng tự nhiên thì cường độ của cả hai tia
đều như nhau, nhưng nếu rọi vào là ánh sáng phân cực thì cường độ sáng của
từng tia sẽ phụ thuộc vào góc α giữa mặt phẳng chính của từng tia với mặt
phẳng tới.
Gọi (i ) là góc tới; (i
o
),(i
e

) là các góc khúc xạ tương ứng của tia thường và bất
thường. Thì ta có kết quả:
constn
isin
isin
; constn
isin
isin
e
e
o
o
≠===
Trong đó : n
o
là chiết suất của tinh thể đối với tia thường
n
e
là chiết suất của tinh thể đối với tia bất thường
Từ trên suy ra vận tốc v
o
của tia thường không bị đổi phương truyền còn vận
tốc của tia bất thường v
e
phụ thuộc vào phương truyền trong tinh thể. Thực
nghiệm cũng chứng tỏ vận tốc v
e
của tia bất thường trong tinh thể theo phương
song song với quang trục là cực tiểu, còn theo phương vuông góc với quang
trục thì v

e
có giá trị cực đại.
Do đó v
e
≥v
0
suy ra n
e
≤ n
0

Những tinh thể trong đó n
e
< n
o
gọi là tinh thể âm, còn những tinh thể có n
e
> n
o
gọi là tinh thể dương.
4) ứng dụng sự phân cực ánh sáng do lưỡng chiết:
Bản tinh thể hấp thụ không đều: Một chùm sáng tự nhiên rọi vào bản tinh thể
tuamalin bị tách thành hai tia thì tia thường bị hấp thụ hoàn toàn, chỉ có tia
thường là truyền qua được. Khi đó ta nói rằng bản tinh thể tuamalin là bản hấp
thụ không đều.
Lăng kính Nicôn( Nicol): (Là loại kính phân cực phổ biến nhất)
+ Cấu tạo: Gồm hai lăng kính bằng đá băng lan dán khít nhau nhờ lớp nhựa
Canađa có chiết suất n=1,55
+ Một tia sáng tự nhiên rọi tới nicôn bị tách thành hai tia thường và bất
thường. Vì n

nh
< n
o
do đó tia thường bị khúc xạ nhiều hơn tia bất thường. Khi
tới lớp nhựa Canađa, tia thường bị phản xạ toàn phần vào lớp nhựa đen và bị
hấp thụ bởi lớp nhựa đó, tia bất thường có n
e
< n
nh
nên nó truyền qua lớp nhựa
qua đá băng lan và truyền ra ngoài.
lớp nhựa Canađa có chiết suất n=1,55
Vậy khi chiếu một chùm sáng tự nhiên vào nicôn thì sau nicôn thu được chùm
sáng phân cực toàn phần có véc tơ cường độ điện trường dao động trong mặt
phẳng chính của tia bất thường.Nếu rọi đèn nicônánh sáng phân cực toàn
phầncó véc tơ cường độ điện trường dao động vuông góc với mặt phẳng chính
của tia bất thường thì ánh sáng đó sẽ bị nicôn ngăn lại hoàn toàn. Đó là nguyên
tắc để sáng chế ra các loại kính cho người điều khiển các phương tiện giao
thông không bị chói mắt trong đêm tối.
Câu hỏi thảo luận
Phân biệt ánh sáng tự nhiên, sáng phân cực ? phân cưc một phần và phân cực
toàn phần?
- Giải thich bản chất hiện tượng phân cực và nên ứng dụng của hiện tượng
phân cực
- Bài tập 1:
1.2. Hiện tượng quang điện và thuyết phôton
1) Hiện tượng quang điện:
* Khái niệm: Hiệu ứng bắn ra các electron từ một tấm kim loại khi rọi vào
tấm kim loại đó một bức xạ điện từ thích hợp được gọi là hiện tượng quang
điện, các electron bắn ra được gọi là electron quang điện.

2) Thí nghiệm về hiện tượng quang điện
- Hiện tượng
- Kết luận
3) Các định luật quang điện:
+ Định luật thứ nhất (giới hạn quang điện):
ghkt
λ≤λ
+ Định luật thứ hai (cường độ dòng quang điện bão hoà): Khi
ghkt
λ≤λ
I
bh
tỉ
lệ với cường độ của ánh sáng kích thích.
+ Định luật thứ ba (động năng ban đầu cực đại):

maxd
W
tỉ lệ với
kt
1
λ

• Thuyết phôton của Anhxtanh :
Bức xạ điện từ gồm vô số các hạt gọi là lượng tử ánh sáng hay phôton.
Với mỗi bức xạ điện từ đơn sắc nhất định, các phôton đều giống nhau và mang
một năng lượng xác định bằng
λ
==ε
c

hhf
Trong mọi môi trường và trong chân không các phôton truyền đi với cùng vận
tốc C = 3 10
8
m/s.
Khi một vật hấp thụ hay bức xạ điện từ thì có nghĩa là hay hấp thụ hay phát ra
phôton.
Cường độ của chùm bức xạ tỉ lệ với số phôton phát ra từ nguồn trong cùng một
đơn vị thời gian
Giải thích các định luật quang điện:
• Công thức Anhxtanh:
2
2
max0
mv
th
A
kt
hc
h
+=
λ
=ν
• Giải thích các định luật:
+ Để xảy ra hiệu ứng quang điện thì năng lượng mỗi electron nhận được
tối thiểu phải bằng công thoát:

ogh
th
A

hc
th
A
kt
hc
λλλ
λ
==≤→≥
+ Cường độ dòng quang điện bão hoà(Ibh ) tỉ lệ với số hạt electron
chuyển động thành dòng, số hạt này tỉ lệ với số hạt phôton chiếu vào chất bị rọi,
mà số hạt phôton lại tỉ lệ với cường độ của chùm bức xạ kích thích. Theo tính
chất bắc cầu thì suy ra: cường độ dòng quang điện bão hoà(ibh )tỉ lệ với cường
độ của chùm bức xạ kích thích.
+ Theo công thức Anhxtanh thì động năng ban đầu chỉ còn tỉ lệ nghịch
với bước sóng của ánh sáng kích thích.
• ứng dụng của hiệu ứng quang điện:
Chế tạo các linh kiện bán dẫn loại quang điện, như điện trở quang điện (quang
trở), điốt quang điện.
Chế tạo các nguồn quang điện, như pin quang điện( pin mặt trời)