CHƯƠNG V: SÓNG ÁNH SÁNG

CHƯƠNG V: SÓNG ÁNH SÁNG
1. HIỆN TƯỢNG TÁN SẮC ÁNH SÁNG - CÁC LOẠI QUANG PHỔ
1. Hiện tượng tán sắc ánh sáng
Thí nghiệm: Chiếu tia sáng trắng qua lăng kính, phía sau lăng kính ta đặt màn hứng M. Trên M ta quan
sát được dải màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím.
Kết luận: Hiện tượng tán sắc ánh sáng là hiện tượng mà khi một chùm sáng khi đi qua lăng kính thì nó
bị phân tích thành nhiều ánh sáng đơn sắc khác nhau.
*Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng khi đi qua lăng kính chỉ bị lệch mà không bị tán sắc:
*Ánh sáng đa sắc là ánh sáng gồm hai ánh sáng đơn sắc trở lên.
Thí nghiệm về hiện tượng tán sắc ánh sáng.
- Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng có một tần số nhất định và không bị tán sắc khi truyền qua lăng kính.
- Ánh sáng trắng là hỗn hợp của nhiều ánh sáng đơn sắc có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím.
(0,76μm > λ > 0,38 μm)
- Chiết suất của các chất trong suốt biến thiên theo tần số của ánh sáng đơn sắc và tăng dần từ đỏ đến
tím.
- Khi một ánh sáng đơn sắc truyền từ môi trường này sang môi trường khác (ví dụ truyền từ không khí
vào nước) thì vận tốc truyền, phương truyền, bước sóng có thể thay đổi nhưng tần số, chu kì, màu sắc,
năng lượng photon thì không đổi.
- Chiết suất: n =

c
→ vtím < vđỏ .
v

Bước sóng của ánh sáng đơn sắc khi truyền trong chân không là
c
λ0 =
f
Trong môi trường có chiết suất n là

λ=

v
f

Tóm tắt tần số, bước sóng, chiết suất, vận tốc, góc lệch của ánh sáng khả kiến

2. Giải thích về hiện tượng tán sắc ánh sáng
1


Hiện tượng tán sắc ánh sáng được giải thích như sau:
- Ánh sáng trắng là hỗn hợp của nhiều ánh sáng đơn sắc khác nhau, có màu liên tục từ đỏ đến tím.
- Chiết suất của thủy tinh (và của mọi môi trường trong suốt khác) có giá trị khác nhau đối với ánh sáng
đơn sắc có màu khác nhau, giá trị nhỏ nhất đối với ánh sáng đỏ và lớn nhất đối với ánh sáng tím. Mặc khác,
ta đã biết góc lệch của một tia sáng đơn sắc khúc xạ qua lăng kính phụ thuộc vào chiết suốt của lăng kính:
chiết suốt lăng kính càng lớn thì góc lệch càng lớn. Vì vậy sau khi khúc xạ qua lăng kính, bị lệch các góc
khác nhau, trở thành tách rời nhau. Kết quả là, chùm sáng trắng ló ra khỏi lăng kính bị trải rộng ra thành
nhiều chùm đơn sắc, tạo thành quang phổ của ánh sáng trắng mà ta quan sát được trên màn.
3. Ứng dụng của tán sắc ánh sáng
- Ứng dụng trong máy quang phổ để phân tích chùm sáng đa sắc, do vật phát ra thành các thành phần
đơn sắc
- Giải thích về nhiều hiện tượng quang học trong khí quyển, như cầu vồng…
II - MÁY QUANG PHỔ:
1. Máy quang phổ cấu tạo gồm ba bộ phận
- Bộ phận thứ nhất là ống truẩn trực, ống chuẩn trực là một cái ống một đầu là một thấy kính hội tụ
L1, đầy kia là khe hẹp có lỗ ánh sáng đi qua nằm tại tiêu điểm vật của thấu kính hội tụ. có tác dụng tạo ra
các chùm sáng song song đến lăng kính.
- Lăng kính P: là bộ phận chính của máy quang phổ nhằm tán sắc ánh sáng trắng thành các dải màu
biến thiên liên tục từ đỏ đến tím.
- Màn M hay gọi là buồng ảnh dùng để hứng ảnh trên màn

* Nguyên tắc hoạt động dựa trên hiện tượng tán sắc ánh sáng.
2. 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 sắc biến
thiên liên tục (không nhất thiết
phải đủ từ đỏ đến tím).

Gồm các vạch màu riêng lẻ
ngăn cách nhau bằng những
khoảng tối.

Là một hệ thống gồm những
vạch tối riêng lẻ nằm trên nền
quang phổ liên tục.

Nguồn phát

Do chất rắn, lỏng, khí có tỷ
khối lớn ở áp suất cao khi được
kích thích (bị nung nóng) phát
ra.

Do chất khí hay hơi ở áp suất
thấp khi được kích thích
(nung nóng hay phóng tia lửa
điện) phát ra.

Nhiệt độ của đám khí hay hơi
hấp thụ phải thấp hơn nhiệt độ
của nguồn phát sáng.

Không phụ thuộc vào bản chất
(thành phần cấu tạo) của nguồn
sáng, chỉ phụ thuộc vào nhiệt
độ của nguồn sáng. Nhiệt độ
càng cao, miền phát sáng càng
mở rộng về vùng ánh sáng 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, độ
sáng tỉ đối giữa các vạch).

Ở một nhiệt độ nhất định một
vật có khả năng phát xạ những
bức xạ đơn sắc nào thì đồng
thời cũng có khả năng hấp thụ
những bức xạ đơn sắc đó.
Quang phổ vạch hấp thụ của

mỗi nguyên tố có tính chất
đặc trưng riêng cho nguyên tố
đó.

Xác định nhiệt độ các vật, đặc
biệt những vật không thể tiếp
cận như mặt trời, ngôi sao ở xa,
lò nung...

Nhận biết sự có mặt của
nguyên tố trong hợp chất cho
dù thành phần của nguyên tố
rất ít (nhanh, nhạy hơn
phương pháp hóa học).

Nhận biết sự có mặt của
nguyên tố trong hợp chất, khối
chất cho dù thành phần của
nguyên tố rất ít hoặc khối chất
không thể tiếp cận như mặt
trời, ngôi sao ở xa…

Tính chất

Ứng dụng

Hiện tượng đảo vạch quang phổ:
Hiện tượng mà vạch sáng của quang phổ phát xạ, trở thành vạch tối của quang phổ hấp thụ hoặc ngược
lại gọi là hiện tượng đảo vạch quang phổ.

2


2. CÁC LOẠI TIA (BỨC XẠ) KHÔNG NHÌN THẤY
Bức xạ
(tia)

Định
nghĩa

Nguồn
phát

Tính
chất

Công
dụng

I.

Tia Hồng ngoại
Là bức xạ không nhìn
thấy, có bản chất là
sóng điện từ, có bước
sóng dài hơn bước sóng
ánh sáng đỏ, nhỏ hơn
bước sóng của sóng vô
tuyến (1mm ≥ λ ≥
0,76μm)

Mọi vật có nhiệt độ
> -2730C (0K) đều phát
ra tia hồng ngoại.
Các vật nung nóng là
nguồn phát hồng ngoại
thông dụng.
Tác dụng nhiệt
Tác dụng lên kính ảnh
hồng ngoại.
Có thể biến điệu như
SĐT
Gây ra hiện tượng quang
điện
Bị hơi nước hấp thụ
mạnh.

Dùng sấy khô, sưởi ấm
Chụp ảnh vào ban đêm
Dùng điều khiển từ xa

Tia Tử ngoại

Tia Rơn ghen (Tia X)

Là bức xạ không nhìn thấy, có
bản chất là sóng điện từ, có
bước sóng ngắn hơn bước sóng
ánh sáng tím 0,38 μm ≥ λ ≥ 10-9
m

Là bức xạ không nhìn thấy,
có bản chất là sóng điện từ,
có bước sóng rất ngắn, ngắn
hơn bước sóng tia tử ngoại,
từ 10-11m đến 10-8m

Đèn hơi thủy ngân. Mặt trời
Vật nóng trên 20000C.
Hồ quang điện, hoặc vật nóng
sáng trên 30000 là nguồn tự
ngoại phổ biến.

Ống rơn-ghen
Máy phát tia X
Tia X cứng có bước sóng
nhỏ, tần số và năng lượng
lớn, đâm xuyên tốt. Tia X
mềm thì ngược lại

Tác dụng mạnh lên kính ảnh
Tác dụng làm phát quang, ion
hóa không khí
Tác dụng sinh học
Gây phản ứng quang hóa,
quang hợp
Có tác dụng sinh học
Gây ra hiện tượng quang điện
Bị nước, thủy tinh hấp thụ mạnh
nhưng ít bị thạch anh hấp thụ.

Dùng tiệt trùng, chữa bệnh còi
xương
Dò tìm vết nứt trên bề mặt kim
loại.

Có khả năng đâm xuyên
Tác dụng mạnh lên kính ảnh
Tác dụng phát quang, ion háo
không khí
Tác dụng sinh lí, hủy diệt tế
bào, diệt vi khuẩn, …
Gây ra hiện tượng quang điện
Dùng chiếu, chụp điện, chữa
bệnh ung thư
Kiểm tra khuyết tật của sản
phẩm đúc
Dùng trong màn huỳnh
quang, máy đo liều lượng tia
Rơn-ghen.

THUYẾT ĐIỆN TỪ VỀ ÁNH SÁNG

Bản chất của ánh sáng là sóng điện từ có bước sóng rất ngắn lan truyền trong không gian.
THANG SÓNG ĐIỆN TỪ
- Các 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).
- Nếu sắp xếp theo thứ tự bước sóng giảm dần (tần số tăng dần) ta được một thang sóng điện từ như sau:

nếu bức xạ có bước sóng càng dài tần số nhỏ thì năng lượng photon càng nhỏ và tính chất sóng như giao thoa,
phản xạ, khúc xạ, nhiễu xạ… thể hiện càng rõ. Nếu bức xạ có bước sóng càng ngắn tần số lớn thì năng lượng

photon càng lớn và tính chất hạt như, quang điện, ion hóa, quang hóa, đâm xuyên… thể hiện càng rõ.
- Mặt trời là nguồn phát ra quang phổ liên tục nhưng quang phổ của mặt trời mà ta thu được trên mặt đất lại là
quang phổ vạch hấp thụ của khí quyển mặt trời.
- Năng lượng mặt trời tỏa ra chiếm khoảng 50% là bức xạ hồng ngoại, khoảng 9% là bức xạ các bức xạ tử
ngoại còn lại là % của bức xạ khả kiến và các bức xạ khác.
3


3. HIỆN TƯỢNG PHẢN XẠ - KHÚC XẠ - LĂNG KÍNH
1. Lăng kính
sin i1 = n sin r1 ; A = r1 + r2
Công thức lăng kính: 
sin i2 = n sin r2 ; D = i1 + i2 − A

A + Dmin
2
* Chiết suất chất làm lăng kính n =
A
sin
2
Góc chiết quang nhỏ thì i= n.r và góc lệch giữa tia tới và tia ló là D = (n - 1) A
 nt ≥ nλ ≥ nd
Với ánh sáng trắng 
 λt ≥ λ ≥ λd
Bài toán cần chú ý:
Bài toán xác định góc lệch của tia đỏ so với tia tím khi ló ra khỏi lăng kính (với A nhỏ):
∆Drad = (ntím – nđỏ).Arad và ∆xrad = (ntím – nđỏ).Arad.d
sin

2. Hiện tượng khúc xạ ánh sáng

n1.sini1 = n2.sini2

3. Hiện tượng phản xạ toàn phần
Điều kiện xảy ra phản xạ toàn phần

Xác định góc phản xạ toàn phần sinigh =

n1 > n2

 i ≥ igh
n2
n1

4


4. GIAO THOA SÓNG ÁNH SÁNG
1. Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng
Nhiễu xạ ánh sáng là hiện tượng ánh sáng không tuân theo định luật
truyền thẳng, quan sát được khi ánh sáng truyền qua lỗ nhỏ hoặc gần mép
những vật trong suốt hoặc không trong suốt. Nhờ hiện tượng nhiễu xạ ánh
sáng mà các tia sáng đi qua các khe hẹp sẽ trở thành nguồn sáng mới
- Chúng ta chỉ có thể giải thích được hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng nếu
thừa nhận ánh sáng có tính chất sóng.
2. Hiện tượng giao thoa ánh sáng
Gọi ∆d là khoảng hiệu quang lộ từ hai nguồn S1 và S2 tới màn:
⇒ ∆d = d2 - d1 =
a) Vị trí vân sáng (Hai sóng cùng pha)
d2 - d1 = = k.λ ⇒ xs = k = k.i
Trong đó:

k là vân sáng bậc k (k = 0, ± 1, ± 2, ± 3….)
λ là bước sóng ánh sáng (m)
D là khoảng cách từ mặt phẳng S1S2 đến màn M
a là khoảng cách giữa hai khe S1S2
b) Vị trí vân tối (Hai sóng ngược pha)
d2 - d1 = (k + )λ = ⇒ xt = (k+ )= (k + )i
trong đó (k = 0, ± 1, ± 2, ± 3 …)
- Nếu k > 0: thì k là vân tối thứ (k + 1)
Vd: k = 5 vân tối thứ (5 + 1) = 6
- Nếu k < 0 thì k là vân tối thứ (- k)
Vd: k = -5 là vân tối thứ 5
- Đối với vân tối không có khái niệm bậc của vân tối.

c)
Khoảng vân
Khoảng vân
i là khoảng cách giữa hai vân sáng hoặc hai vân tối liên tiếp
i=
d) Bước sóng ánh sáng và màu sắc ánh sáng.
- Mỗi ánh sáng đơn sắc có một bước sóng trong chân không xác định
- Các ánh sáng đơn sắc có bước sóng trong khoảng từ 0,38  0,76 μm
- Ánh sáng mặt trời là hỗn hợp của vô số ánh sáng có bước sóng biến thiên liên tục từ 0  ∞.
- Bảng màu sắc - bước sóng (Trong chân không)
Màu
lục
500: 575
λ (nm)
Đỏ

640: 760

lam

450:510

Da cam

590: 650

Chàm

430:460

Vàng

570: 600

Tím

380:440

- Điều kiện để hiện tượng giao thoa ánh sáng xảy ra: Hai nguồn phải phát ra hai sóng có cùng bước sóng
(hoặc cùng tần số hoặc chu kỳ) và có hiệu số pha của hai nguồn phải không đổi theo thời gian ( hai nguồn
kết hợp).
5


CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN
Dạng 1: Giao thoa với ánh sáng đơn sắc
Loại 1. Số vân sáng – vân tối trong miền giao thoa có bề rộng L

Đặt n = và n chỉ lấy phần nguyên Ví dụ: n = 6,3 lấy giá trị 6.
- Nếu n là số chẵn thì: Vân ngoài cùng là vân sáng, số vân sáng là n + 1, số vân tối là n.
- Nếu n là số lẻ thì: Vân ngoài cùng là vân tối, số vân tối là n + 1, số vân sáng là n.
Loại 2. Xác định số vân sáng, vân tối giữa hai điểm M, N có toạ độ x 1, x2 bất kì (x1 < x2)
Vân sáng: x1 < k.i < x2;
Vân tối: x1 < (k + 0,5).i < x2
(Số giá trị k ∈ Z là số vân sáng (vân tối) cần tìm)
Loại 3. Xác định khoảng cách giữa hai vị trí M, N có toạ độ x 1, x2
∆x = x1 – x2
Lưu ý: M và N cùng phía với vân trung tâm thì x 1, x2 cùng dấu. M và N khác phía với vân trung tâm thì x 1, x2
khác dấu
Loại 4. Xác định khoảng vân i trong khoảng có bề rộng L. Biết trong khoảng L có n vân sáng.
- Nếu 2 đầu là hai vân sáng thì: i =
- Nếu 2 đầu là hai vân tối thì: i =
- Nếu một đầu là vân sáng còn một đầu là vân tối thì: i =
Loại 5. Tại một điểm bất kì trên màn cho vân sáng hay vân tối?
x
Ta lập tỉ số = k + lẻ
i
- Nếu lẻ = 0: tại đó là vân sáng bậc k.
- Nếu lẻ ≠ 0: tại đó là vân tối bậc k+1.
Dạng 2: Bài toán xác định vị trí trùng nhau
Thực hiện giao thoa ánh sáng với hai bước sóng λ1 và λ2
Loại 1: Trùng nhau của hai vân sáng
Gọi x là vị trí vân sáng trùng nhau của 2 ánh sáng giao thoa trên ⇒ x1 = x2 ⇒ k1λ1 = k2λ2 hay =
Loại 2: Vị trí trùng nhau của hai vân tối
1
k1 +
2 = λ2
x1 = x2 ⇒ (k1 + )λ1 = (k2 + )λ2 hay

1 λ1
k2 +
2
Loại 3: Ví trí trùng nhau của 1 vân sáng - 1 vân tối
xs1 = xt2  (k1 + ) = k2 Hay (k1 + ) λ1= k2λ2
Loại 4: Vị trí trùng nhau của 3 vân sáng
Thực hiện giao thoa ánh sáng với ba ánh sáng đơn sắc λ1; λ2; λ3.
⇒ x1 = x2 = x3 ⇒ k1λ1 = k2λ2 = k3λ3

Dạng 3: Giao thoa ánh sáng trắng
Loại 1: Bài toán xác định bề rộng quang phổ bậc k.
Gọi xd là vị trí vân sáng thứ k của ánh sáng đỏ xđ = k.
Gọi xt là vị trí vân sáng thứ k của ánh sáng tím. xt = k.
∆x = xđ - xt = k(λ đ - λ t)
Loại 2: Bài toán xác định số bước sóng cho vân sáng tại vị trí xo hoặc cho vân tối tại vị trí xo
a. Số bức xạ cho vân sáng tại xo
Đề bài: Thực hiện giao thoa với ánh sáng trắng có (λt ≤ λ ≤ λđ). Trong đó D là khoảng cách từ mặt phẳng
S1 S2 tới màn, a là khoảng cách giữa hai khe S1S2. Hãy xác định số ánh sáng cho vân sáng tại vị trí xo.
6


Giải:

Ta có: x = k  λ =
Vì λt ≤ λ ≤ λđ ⇒ λt ≤ λ = ≤ λđ giải ra tìm k, bao nhiêu giá trị của k chính là số vân sáng tại x0
b. Số bức xạ cho vân tối tại vị trí xo.
Đề bài: Thực hiện giao thoa với ánh sáng trắng có (λt ≤ λ ≤ λđ). Trong đó D là khoảng cách từ mặt phẳng
S1S2 tới màn, a là khoảng cách giữa hai khe S1S2. Hãy xác định số ánh sáng cho vân tối tại vị trí xo.
Giải:
Ta có: xt = (k + 0,5) ⇒ λ =

Vì λt ≤ λ ≤ λđ ⇒ λt ≤ λ = ≤ λđ giải ra tìm k, bao nhiêu giá trị của k chính là số vân tối tại x0
Dạng 4: Sự xê dịch của hệ vân giao thoa
Loại 1: Do sự xê dịch của nguồn sáng S
Nếu ta cho nguồn S dịch chuyển 1 đoạn ∆y theo phương song song với màn thì hệ vân sẽ dịch
chuyển ngược lại với hướng dịch chuyển của S một đoạn ∆x = ∆y trong đó d là khoảng cách từ S đến hai
khe.
Loại 2: Do bản mặt song song đặt trước một trong hai khe
Khi đặt bản mỏng có chiết suất n, có bề dày e sát sau 1 khe thì hệ vân (hay vân trung tâm) sẽ dịch
chuyển về phía khe có bản mỏng một đoạn ∆x so với lúc chưa đặt bản mỏng
∆x =

7