ĐỀ THI QUANGNGUYÊN TỬHẠT NHÂN CÓ ĐÁP ÁN

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
Khoa Vật lý-Vật lý Kỹ thuật

ĐỀ THI QUANG-NGUYÊN TỬ-HẠT NHÂN (VLH042)
Phần: QUANG HỌC Thời gian làm bài phần này: 45 phút
(Không sử dụng tài liệu)

Câu 1 (2 điểm): Một chùm ánh sáng đơn sắc bước sóng λ = 0,6μm được chiếu vuông góc với một
bản mỏng độ dày đồng nhất (Hình 1a) đặt trong không khí. Bản mỏng này có chiết suất n và độ dày
0,3μm được phủ trên một đế thủy tinh chiết suất 2,7 (Biết n > 2,7). Quan sát trên bề mặt bản mỏng
thấy có một vệt sáng.
a) Xác định chiết suất n của bản mỏng. (1 điểm)
b) Đặt bản mỏng trên (bao gồm luôn cả phần đế thủy tinh) vào trong một chất lỏng trong suốt có
chiết suất n’ = 3,6 (n’ > n) (Hình 1b). Thay chùm ánh sáng đơn sắc trên bằng một chùm ánh sáng
không đơn sắc khác (có bước sóng nằm trong khoảng 0,4 đến 0,6μm). Cho biết những bước sóng
nào sẽ được giao thoa cực đại tại bề mặt trên của bản mỏng. (1 điểm)


Câu 2 (1 điểm): Chiếu một chùm tia sáng đơn sắc song song và thẳng góc với bản thủy tinh phẳng
của một hệ thống cho vân tròn Newton. Đường kính của vân tối thứ tư đo được D
4
= 9mm (coi tâm
của hệ thống là vân tối thứ không). Tìm bước sóng của ánh sáng tới biết rằng bán kính mặt lồi của
thấu kính R = 8,6m, giữa thấu kính và bản thủy tinh là không khí.

Câu 3 (2 điểm): Chiếu một chùm ánh sáng trắng (bước sóng từ 0,4 đến 0,7μm) vào một cách tử
nhiễu xạ theo phương vuông góc. Chiều dài của cách tử là 1cm và mật độ khe là 5000khe/cm. Ngay
sau cách tử người ta đặt một thấu kính hội tụ có tiêu cự 0,3m. Màn quan sát được đặt tại vị trí mặt
phẳng tiêu của thấu kính.
a) Tính độ rộng của quang phổ bậc 2 trên màn. (1 điểm)
b) Xác định năng suất phân ly của cách tử tương ứng với quang phổ bậc 2. (1 điểm)

BÀI GIẢI
Câu 1
a)

Quang lộ các chùm tia:
+ Xét chùm tia sáng phản xạ tại I:
L
1
= n
0
SI + n
0
IS + λ/2
+ Xét chùm tia sáng phản xạ tại N:
L
2
= n
0
SI + nIN + nNI + n
0
IS
Hiệu quang lộ: ΔL = L
2
– L
1
= 2nIN – λ/2 = 2nd – λ/2 (0,25 điểm)
Trên bề mặt bản mỏng thấy có một vệt sáng, theo điều kiện giao thoa cực đại:
ΔL = kλ  2nd – λ/2 = kλ 
1
λ k +

2
n =
2d
(0,25 điểm)
Theo giả thiết:
2,7 < n < 3,6
1
λ k +
2
2,7< 3,6
2d
2,2< k < 3,1
k = 3

(0,25 điểm)
Chiết suất của bản mỏng:
1
0,6 3 +
2
n = 3,5
2.03
(0,25 điểm)
b)

Quang lộ các chùm tia:
+ Xét chùm tia sáng phản xạ tại I:
L
1
= n
0

SI + n
0
IS
+ Xét chùm tia sáng phản xạ tại N:
L
2
= n
0
SI + nIN + nNI + n
0
IS
Hiệu quang lộ: ΔL = L
2
– L
1
= 2nIN – λ/2 = 2nd (0,25 điểm)
Trên bề mặt bản mỏng thấy có một vệt sáng, theo điều kiện giao thoa cực đại:
ΔL = kλ  2nd = kλ 
2nd
λ =
k
(0,25 điểm)
Theo giả thiết, chùm sáng không đơn sắc có bước sóng nằm trong khoảng:
0,4 < λ < 0,6
2nd
0,4 0,6
k
3,5 < k < 5,25

k = 4; 5

k = 4  λ = 0,525(μm)
k = 5  λ = 0,42(μm)
Như vậy hai bước sóng sẽ được giao thoa cực đại tại bề mặt trên của bản mỏng là 0,525μm
và 0,42μm.

Câu 2

Quang lộ của các chùm tia:
* Xét phản xạ tại I:
L
1
= n
kk
SK + n
1
KI + n
1
IK + n
kk
KS

(Tia KI đi từ môi trường chiết suất cao n
1
sang môi trường chiết suất thấp n nên tia phản xạ
IK không cộng thêm λ/2)
* Xét phản xạ tại N:
L
2
= n
kk

SK + n
1
KI + nIN + nNI + λ/2 + n
1
IK + n
kk
KS
(Tia IN đi từ môi trường chiết suất thấp n sang môi trường chiết suất cao n
2
nên tia phản xạ
NI cộng thêm λ/2)
Hiệu quang lộ: ∆L = 2nIN + λ/2 = 2nd + λ/2 (1) (0,25 điểm)
Điều kiện giao thoa cực tiểu: ∆L =
1
k + λ
2
(2)
Đồng nhất (1) và (2): 2nd +
λ
2
=
1
k + λ
2

11
k + - λ = 2nd
22
2nd
kλ = 2nd λ = (3)

k
(0,25 điểm)

Đường kính của vân tối thứ 4: D
4
= 9mm  r
4
= 4,5mm
Ta có:
2
2
k
k k k
r
r = 2Rd d =
2R

Với k = 4, (3) viết lại:
2
2
4
3
-4
r
2nd nd n 1 4,5
λ = = = =
4 2 2 2R 2 2.8,6.10
20,25
= = 5,887.10 (mm) = 0,5887 μm
34400

(0,5 điểm)
Câu 3

n = 5000khe/cm  N = n.l = 5000.1 = 5000 (khe)
 Chu kỳ của cách tử:
3
11
d = 0,2.10 (cm)
n 5000
= 0,2.10
-5
(m)
a) Quang phổ bậc 2: k = 2,
λλ
sinφ = k = 2
dd

* Đối với vệt sáng đỏ:
6
0
do do
5
0,7.10
sinφ 2. 0,7 φ = 44,43
0,2.10

* Đối với vết sáng tím:
6
0
tim tim

5
0,4.10
sinφ 2. 0,4 φ 23,58
0,2.10

Từ mối liên hệ:
do do
FB
tgφ = FB = tgφ .f 0,98.0,3 = 0,294(m)
f

tim tim
FA
tgφ = FA = tgφ .f = 0, 44.0,3 = 0,132(m)
f

(Lưu ý: Ở đây các góc φ > 10
0
nên không thể xấp xỉ: sinφ ≈ tgφ)
Độ rộng của quang phổ bậc 2:
AB = FB – FA = 0,294 – 0,132 = 0,162(m)
b) Năng suất phân ly của cách tử trong quang phổ bậc 2:
R = N.k = 5000.2 = 10000