Bài giảng vật lý đại cương 2 : Điện - Quang part 9 potx

Trường Đại học Trà Vinh QT7.1/PTCT1-BM7
Vật Lí Đại Cương A2 (Điện – Quang)
81
Giữa hai cực đại chính có (N - 1) cực tiểu phụ có cường độ sáng bằng 0. Giữa hai cực đại
chính có N - 2 cực đại phụ.
Thông thường ta chỉ quan sát được các cực đại giao thoa nằm trong vân sáng trung tâm gồm
những vạch sáng song song cách đều với độ sáng giảm dần.
Trên hình (13.18) biểu diễn cường độ sáng với N=3
7.5.3.Quang phổ nhiễu xạ:
Ta hãy xét trường hợp cách tử được rọi sáng bằng ánh sáng trắng, sẽ cho hệ thống các cực
đại chính. Tại C
0
mọi ánh sáng đơn sắc đều cho cho cực đại chính tại C0 nên ở đó có một
vạch sáng trắng. Những cực đại chính có k¹0 của các ánh sáng đơn sắc không tùng nha. Tập
hợp các cực đại chính đó hợp thành một quang phổ bậc k. Trong mỗi quang phổ vạch tím
nằm trong, vạch đỏ nằm ngoài. Ra xa các vân sáng trung tâm các quang phổ bâc cao có thể
chồng lên nhau. Các quang phổ cho bởi cách từ được gọi là các quang phổ nhiễu xạ.






• Củng cố:

4. Ðiều kiện để quan sát giao thoa là:
Trường Đại học Trà Vinh QT7.1/PTCT1-BM7
Vật Lí Đại Cương A2 (Điện – Quang)
82
a) Có sự gặp nhau của các dao động sáng cùng phương.
b) Có sự gặp nhau của các dao động sáng cùng bước sóng.

c) Có sự gặp nhau của các dao động sáng mà hiệu số pha không đổi.
d) Câu a và câu c là đúng.
e) Câu a, câu b và câu c là đúng.
5. Một nêm không khí cho giao thoa có khoảng cách 2 vân sáng liên tiếp là 2 mm.
Nếu tăng góc nêm lên 2 lần và giảm bước sóng ánh sáng xuống gấp đôi thì khoảng cách hai
vân sáng liên tiếp là:
a) 0,5mm b) 1mm c) 2mm
d) 4 mm e) 8mm
6. Bán kính chính khúc mặt cong của thấu kính sử dụng là 15m. Bước sóng đơn sắc
có giá trị không đổi. Vân tròn tối Newton thứ 9 có bán kính trên màn quan sát là 12mm. Vậy
vân t
ối Newton thứ 16 có bán kính trên màn quan sát là:
a) 9mm b) 16mm c) 3mm
d) 27mm e) 64/3 mm
7. Một nêm không khí cho giao thoa định xứ. Nếu chiết suất của chất làm nêm lên 2
lần, và giảm bước sóng ánh sáng xuống gấp đôi thì khoảng cách hai vân sáng liên tiếp là so
với lúc đầu:
a) không đổi b) tăng 4/3 lần c) giảm 4 lần
d) tăng 2 lần e) giảm 2 lần
8. Một thấu kính thủy tinh được tráng mỏng một mặt bằng một chất có chiết suất
bằng 1,6 để làm giảm phản xạ từ m
ặt thấu kính. Cho biết ánh sáng tới vuông góc với mặt
thấu kính, chiết suất của thủy tinh là 1,5. Bề dầy tối thiểu của lớp mỏng để khử ánh sáng
phản xạ từ vùng phổ khả kiến (λ = 550nm) bằng:
A. e = 171,875nm B. A. e = 0, 875m
C. e = 171,875mm D. B và C đúng
9. Chiếu một chùm tia sáng S có bước sóng λ = 0,6(μm) vào hai khe hở hẹp song
song cách nhau 1(mm) và cách đều S. Trên màn ảnh đặt song song và cách mặt phẳng chứa
hai khe 1(m), ta thu được hệ thống vân giao thoa.
a.

Tính khoảng cách giữa hai vân sáng liên tiếp.
b.
Đặt trước một trong hai khe một bản mỏng phẳng, trong suốt có hai mặt song song,
bề dày e = 12(μm) và có chiết suất n = 1,5. Tìm độ dịch chuyển của hệ thống vân giao thoa.
10. Chiếu một chùm tia sáng S có bước sóng λ = 0,6(μm) vào hai khe hở hẹp song
song cách nhau 1(mm) và cách đều S. Trên màn ảnh đặt song song và cách mặt phẳng chứa
hai khe 1(m), ta thu được hệ thống vân giao thoa.
a.
Tính khoảng cách giữa hai vân sáng liên tiếp.
b. Đặt trước một trong hai khe một bản mỏng phẳng, trong suốt có hai mặt song
song, bề dày e = 12(μm) và có chiết suất n thì thấy hệ thống vân giao thoa dịch chuyển một
đoạn Δ = 6(mm). Tìm chiết suất của bản mỏng.
11. Chiếu một chùm tia sáng song song bước sóng λ thẳng góc với một khe chữ nhật hẹp có bề
rộng 0,1(mm). Ngay sau khe có đặt một thấu kính hội tụ tiêu cự 1(m). Cách th
ấu kính 1(m)
người ta đặt màn quan sát. Hãy xác định bước sóng λ, biết bề rộng của vân cực đại giữa là 1,2
(cm).
12. Chiếu một chùm tia sáng song song bước sóng λ = 0,45μm thẳng góc với một cách tử
nhiễu xạ, phía sau sát cách tử đặt thấu kính hội tụ tiêu cự 1m. Cách thấu kính 1m, đặt màn
quan sát. Trên màn ta đo được khoảng cách giữa hai cực đại bậc 1 là 202mm. Tìm:
a.
Chu kỳ cách tử.
b.
Số khe của cách tử có trên 1m.
c.
Số vạch cực đại cho bởi cách tử.

Trường Đại học Trà Vinh QT7.1/PTCT1-BM7
Vật Lí Đại Cương A2 (Điện – Quang)
83
Bài đọc thêm: MÁY QUANG PHỔ CÁCH TỬ.
1.Cấu tạo:

Sơ đồ quang học của máy quang phổ cách tử được biểu diễn trên hình 18.25. Aïnh
sáng từ nguồn I được tập trung vào khe S của máy quang phổ nhờ thấu kính tụ quang L1.
Khe S đặt tại tiêu điểm của thấu kính L2 của ống chuẩn trực K. Ống chuẩn trực cho chùm tia
song song đập vào cách tử C đặt trên một bàn có thể quay xung quanh một trục thẳng đứng.
Các chùm tia song song sau khi nhiễu xạ qua cách tử đập vào thấu kính L3 của buồng ả
nh P
và hội tụ trên tiêu diện E của L3, cho ta các ảnh S1, S2, S3 của khe S đối với từng thành
phần đơn sắc. Tập hợp các ảnh này là quang phổ của ánh sáng do nguồn I phát ra. Mỗi ảnh
S2, S2 được gọi là một vạch quang phổ. Trong các máy quang phổ người ta đặt kính ảnh
tại E để thu quang phổ. Nếu không đặt kính ảnh mà tại đó đặt một khe ra, thì dụng cụ này
được gọi là máy đơn sắc.
Miền hoạt độ
ng của máy quang phổ cách tử có thể rất rộng từ tử ngoại chân không
đến miền sóng milimét, nhờ dùng các cách tử có số vạch thích hợp.

2 Các đặc trưng cơ bản của máy quang phổ cách tử.
Ðể có thể so sánh được tính năng của những máy quang phổ cách tử khác nhau và lựa
chọn được máy quang phổ nào thích hợp cho mục đích nghiên cứu, ta phải biết các đặc trưng
cơ bản của chúng.
a) Ðộ tán sắc D.
Ðộ tán sắc của máy quang phổ là một đại lượng đặc trưng cho tốc độ biến thiên của
góc lệch của chùm tia sáng trong máy khi thay đổi bước sóng. Bởi vì vị trí của các vạch
quang phổ trong máy được xác định bởi phương của các chùm tia sáng, còn trên màn quan
sát hay trên kính ảnh - bởi khoảng cách giữa các vạch, cho nên ta đưa vào hai khái niệm

tương ứng về độ tán sắc: độ tán sắc góc và độ tán sắc dài.
Trường Đại học Trà Vinh QT7.1/PTCT1-BM7
Vật Lí Đại Cương A2 (Điện – Quang)
84


Trường Đại học Trà Vinh QT7.1/PTCT1-BM7
Vật Lí Đại Cương A2 (Điện – Quang)
85


Khi đó tung độ của đường cong tổng hợp bằng 0,8 tung độ cực đại của mỗi đường
cong. Nếu tiêu chuẩn Rayleigh không được thoả mãn thì không thể phân biệt được đó là hai
vạch riêng rẽ.
Trường Đại học Trà Vinh QT7.1/PTCT1-BM7
Vật Lí Đại Cương A2 (Điện – Quang)
86


Vậy: nếu cách tử có tổng số vạch N cho trước thì ở bậc quang phổ càng cao, năng
suất phân giải càng lớn. Khác với độ tán sắc phụ thuộc vào số vạch trên một đơn vị chiều
dài, năng suất phân giải tỉ lệ với tổng vạch.

Bài đọc thêm số 2: SỰ HẤP THỤ ÁNH SÁNG
1. Hiện tượng hấp thụ ánh sáng:

2. Giải thích theo quan niệm cổ điển:
Sự hấp thụ ánh sáng làì kết qủa của sự tương tác của sóng điện từ (sóng ánh sáng)
với chất. Dưới tác dụng của điện trường của sóng ánh sáng có tần số (, các electron của
nguyên tử và phân tử dịch chuyển đối với hạt nhân tích điện dương và thực hiện dao động
điều hòa với tần số (. Electron dao động trở thành nguồn phát sóng thứ cấp. Do sự giao thoa
c
ủa sóng tới và sóng thứ cấp mà trong môi trường xuất hiện sóng có biên độ khác với biên độ
của sóng tới. Do đó, cường độ của ánh sáng sau khi qua môi trường cũng thay đổi: không
phải toàn bộ năng lượng bị hấp thụû bởi các nguyên tử và phân tử được giải phóng dưới
dạng bức xạ mà có sự hao hụt do sự hấp thụ ánh sáng. Năng lượng bị hấp thụ có thể chuyển
thành các dạng nă
ng lượng khác, ví dụ năng lượng nhiệt, khi đó vật sẽ bị nóng lên.



Trường Đại học Trà Vinh QT7.1/PTCT1-BM7
Vật Lí Đại Cương A2 (Điện – Quang)
87

3. Ðịnh luật Bouguer về sự hấp thụ ánh sáng

Ðịnh luật nầy do Bouguer thiết lập năm 1729 nên được gọi là định luật Bouguer






Ở đây ( là hệ số, đặc trưng cho độ giảm của cường độ ánh sáng khi đi qua môi
trường, được gọi là hệ số hấp thụû của môi trường. Nó không phụ thuộc vào cường độ của
ánh sáng.
Như vậy, cường độ ánh sáng truyền qua môi trường hấp thụû giảm theo hàm số mũ.
4. Hệ số hấp thụ:

Quan sát hình 19.2 ta thấy có các vạch hấp thụû rất mạnh. Các cực đại ứng với tần số
cộng hưởng của electron trong nguyên tử. Ðối với các khí đa nguyên tử, ta quan sát được các
vạch hấp thụû nằm sát nhau tạo thành dãy hấp thụû. Cấu trúc của những dãy hấp thụû phụ
thuộc vào thành phần và cấu tạo của các phân tử. Vì thế nghiên cứu quang phổ hấp thụû ta
có thể biết cấ

u tạo phân tử. Ðó là nội dung của phương pháp phân tích quang phổ hấp thụû.
Các chất rắn, lỏng và khí ở áp suất cao cho ta các đám hấp thụû rất rộng (hình19.3).
Trường Đại học Trà Vinh QT7.1/PTCT1-BM7
Vật Lí Đại Cương A2 (Điện – Quang)
88
Khi tăng áp suất của chất khí, các vạch hấp thụû rộng ra và khi áp suất rất cao thì phổ
hấp thụ của chất khí rất giống với phổ hấp thụ của nó ở trạng thái lỏng. Ðiều đó cho thấy sự
mở rộng các vạch quang phổ là biểu hiện của sự tương tác giữa các phân tử.
5. Màu sắc của các vật:
Nếu một chất có hệ số hấp thụ nhỏ với mọi bức xạ khả kiến ví dụ như không khí hay
thủy tinh, thì vật sẽ không có màu sắc. Ngược lại, nếu vật hấp thụû hòan toàn mọi ánh sáng
thấy được thì vật có màu đen .
Màu sắc của các dung dịch màu và các kính lọc sắc được giải thích bằng sự hấp thụû
có chọn lựa. Ví dụ kính lọc sắc đỏ
thì ít hấp thụ ánh sáng đỏ và màu da cam nhưng đồng
thời lại hấp thụ các bức xạ thấy được còn lại.
Trong trường hợp phản xạ,û màu sắc của các vật phản xạ ánh sáng được giải thích
bằng sự phản xạ chọn lọc ánh sáng trên bề mặt của chúng. Lưu ý : màu sắc của các vật
không phụ thuộc vào tính chất quang học của bề mặt (thí dụ như màu sơn quét trên nó)
mà phụ thuộc vào thành phần quang phổ của ánh sáng tới, như khi vật được quét sơn đỏ sẽ
có màu đen khi chiếu nó bằng ánh sáng màu lục.
Bài đọc thêm số 3: SỰ TÁN XẠ ÁNH SÁNG
Chúng ta thường giả thiết rằng ánh sáng truyền trong môi trường đồng tính trong thực
tế lại không có môi trường nào hoàn toàn đồng tính, mà bao giờ cũng xuất hiện độ chênh
lệch của mật độ, nhiệt độ do chuyển động nhiệt của các nguyên tử, phân tử cấu tạo nên môi
trường. Trong môi trường như thế ánh sáng không những truyền thẳng mà còn theo các
phương khác, tức là bị tán xạ. Ðó là sự tán xạ thường được gọi là tán xạ phân t
ử.
Một số môi trường còn có thể có các hạt lạ, mà chiết suất và hệ số hấp thụû của
chúng khác với chiết suất và hệ số hấp thụû của các nguyên tử và phân tử cấu tạo nên môi

trường. Môi trường chứa các hạt lạ như vậy được gọi là môi trường vẫn đục và nó tán xạ ánh
sáng theo mọi phương gọi là tán xạ bởi các hạt nhỏ hay là tán xạ Tyndall. Các hạt lạ
đó có
thể là các hạt rắn trong không khí như khói, bụi, các hạt nước trong sương mù, các hạt keo
trong dung dịch keo Vậy nguyên nhân làm tán xạ ánh sáng trong cả hai trường hợp trên đều
là sự không đồng tính quang học của môi trường.
Ngoài hai loại tán xạ nói trên, Raman còn phát hiện ra một hiện tượng tán xạ mới được gọi là
tán xạ tổ hợp ánh sáng.

1. Sự tán xạ ánh sáng bởi các hạt nhỏ
a) Thí nghiệm:

Nếu quan sát theo phương OA (phương của chùm tia tới) sẽ thấy có ánh sáng; còn
theo phương khác, chẳn hạn phương OB vuông góc với phương ánh sáng tới sẽ không nhìn
thấy chùm tia sáng trong ống. Nước tinh khiết là môi trường đồng tính quang học, nên nó
không tán xạ ánh sáng. Bây giờ nhỏ vài giọt sữa vào ống và lắc đều. Nhìn vào ống theo
phương OB ta sẽ nhìn thấy ánh sáng trong ống. Vậy chất lỏng trong ống bây giờ là một môi
trường vẫn đục, tán xạ ánh sáng đi qua nó.
Trường Đại học Trà Vinh QT7.1/PTCT1-BM7
Vật Lí Đại Cương A2 (Điện – Quang)
89


Hình 19.5
Ðường cong (Hình 19.5) biểu diễn
công thức (19.4) được gọi là giản đồ chỉ thị
tán xạ. Nó có tính đối xứng đối với phương
của tia tới và phương vuông góc với nó
b) Lý thuyết tán xạ của Rayleigh:

Trường Đại học Trà Vinh QT7.1/PTCT1-BM7
Vật Lí Đại Cương A2 (Điện – Quang)
90

Hiện tượng tán xạ Tyndan luôn luôn xảy ra trong dung dịch có các hạt lơ lửng, đặc
biệt là dung dịch keo, trong bầu khí quyển, trong nhiều đồ uống v.v Do đó, nghiên cứu màu
sắc của ánh sáng tán xạ có thể đoán nhận được kích thước của các hạt có mặt trong dung
dịch nghiên cứu. Ðo cường độ của ánh sáng tán xạ có thể xác định một cách định lượng
những chất lơ lửng trong dung dịch, độ trong suốt củ
a khí quyển v.v
1. Sự tán xạ phân tử :
Hiện tượng tán xạ còn quan sát được cả trong các môi trường tinh khiết, nghĩa là môi
trường không chứa một hạt lạ nào như không khí, nước tinh khiết v.v Thực nghiệm cho
thấy rằng, cường độ ánh sáng tán xạ càng lớn nếu nhiệt độ càng cao. Như vậy hiện tượng tán
xạ này xảy ra do chuyển động nhiệt của các phân tử cấu tạo nên môi trường, nên người ta gọi
nó là tán xạ phân tử.