Lý thuyết và các dạng bài tập chương sóng ánh sáng

LT&BT Sóng Ánh Sáng
CHƯƠNG SÓNG ÁNH SÁNG
PHẦN I. TÓM TẮT LÍ THUYẾT
1. Tán sắc ánh sáng
- Sự tán sắc ánh sáng là sự phân tách một chùm ánh sáng phức tạp thành các chùm sáng đơn sắc.
- Nguyên nhân xảy ra hiện tượng tán sắc ánh sáng là do chiết suất của môi trường (thủy tinh, nước, …)
đối với các ánh sáng đơn sắc khác nhau là khác nhau. chiết suất có giá trị nhỏ nhất đối với ánh sáng đỏ và
lớn nhất đối với ánh sáng tím
2. Ánh sáng đơn sắc
- Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng có một màu nhất định và không bị tán sắc khi truyền qua lăng kính.
-Mỗi ánh sáng đơn sắc có bước sóng (hoặc tần số) trong chân không hoàn toàn xác định.
c
- Bước sóng của ánh sáng đơn sắc truyền trong chân không (hay không khí): λ = c.T =
f
- Khi ánh sáng đơn sắc truyền từ môi trường này sang môi trường khác thì tần số f không đổi, bước sóng
thay đổi, vận tốc thay đổi.
3. Ánh sáng trắng: Ánh sáng trắng (hay là ánh sáng Mặt Trời) là hỗn hợp của nhiều ánh sáng đơn sắc có
màu biến thiên liên tục từ đổ đến tím.
-Các ánh sáng đơn sắc có bước sóng trong khoảng: 0,38µm ≤ λ ≤ 0, 76µm , ánh sáng này gây ra cảm giác
sáng nên gọi là ánh sáng nhìn thấy được (hay là ánh sáng khả kiến).
4. Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng
- Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng là hiện tượng truyền sai lệch so với
sự truyền thẳng khi ánh sáng gặp vật cản gọi là hiện tượng nhiễu xạ ánh
sáng.
- Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng.
5. Hiện tượng giao thoa ánh sáng
- Hiện tượng giao thoa ánh sáng là hiện tượng hai sóng ánh sáng kết
hợp gặp nhau trên màn M sẽ gây ra hiện tượng giao thoa ánh
sáng. Trong vùng gặp nhau trên màn M có những vạch sáng và
vạch tối xen kẽ nhau một cách đều đặn.
- Hiện tượng giao thoa ánh sáng chứng tỏ ánh sáng có tính

chất sóng.
- Điều kiện để xảy ra hiện tượng giao thoa ánh sánglà phải
cóhai nguồn kết hợp.(Hai nguồn phát ra hai sóng ánh sáng phải
có cùng tần số có độ lệch pha không đổi theo thời gian)
- Những vạch sáng là chỗ hai sóng ánh sáng tăng cường lẫn nhau, năng lượng cực đại (vân sáng) có hiệu
đường đi của 2 sóng ánh sáng phải bằng số nguyên lần bước sóng.
Tức là: ∆d = d 2 − d1 = kλ
- Những vạch tối là chỗ hai sóng ánh sáng triệt tiêu lẫn nhau, năng lượng triệt tiêu (vân tối) có hiệu
đường đi của 2 sóng ánh sáng phải bằng một số nửa nguyên lần bước sóng.
1

Tức là: ∆d = d 2 − d1 =  k + ÷λ
2

λD
= ki với k = 0, ±1, ±2,... gọi là bậc giao thoa.
a
k = 0 : gọi là vân sáng trung tâm (vân chính giữa)
k = ±1 : gọi là vân sáng bậc 1
k = ±2 : gọi là vân sáng bậc 2

* Vị trí vân sáng ( x k ) : x k = k

HTTr


LT&BT Sóng Ánh Sáng
1  λD 
1


=  k '+ ÷i với k ' = 0, ±1, ±2,...
* Vị trí vân tối ( x k ' ) : x k ' =  k '+ ÷
2 a
2



k ' = 0 : gọi là vân tối thứ 1

k ' = ±1 : gọi là vân tối thứ 2
k ' = ±2 : gọi là vân tối thứ 3

* Khoảng vân (i): là khoảng cách giữa hai vân sáng hoặc hai vân tối liên tiếp nhau. i =

λD
a

6. Máy quang phổ
Máy quang phổ là dụng cụ dùng để phân tích một chùm sáng phức tạp thành những thành phần đơn sắc.
7 . Cấu tạo của máy quang phổ lăng kính
Gồm 3 bộ phận chính: ống chuẩn trực, hệ tán sắc và buồng ảnh.
- Ống chuẩn trực: là một ống gồm một đầu là khe hẹp F một đầu là thấu kính hội tụ L 1. Ánh sáng đi qua
ống chuẩn trực tạo thành chùm tia song song.
- Hệ tán sắc: gồm một hoặc vài lăng kính có tác dụng phân tích chùm tia song song từ L1 thành chùm tia
đơn sắc song song.
- Buồng ảnh: gồm một thấu kính hội tụ L2 và một tấm kính ảnh được đặt ở tiêu diện L2.
chùm tia đơn sắc song song qua L2 sẽ hội tụ tạo thành các vạch trên kính ảnh. Tập hợp tất cả các vạch gọi là
quang phổ của nguồn sáng.
8. Các loại quang phổ
Tiêu đề

Định
nghĩa

Quang phổ liên tục

Gồm một dãi màu có
màu thay đổi một cách
liên tục từ đỏ đến tím. .
Nguồn phát Do các chất rắn, chất
lỏng hay chất khí có áp
suất lớn khi bị nung
nóng phát ra
Đặc điểm

Ứng dụng

9. Các loại tia
HTTr

Quang phổ vạch phát xạ

Quang phổ vạch hấp thụ

Gồm các vạch màu riêng lẻ,
ngăn cách nhau bởi những
khoảng tối.
Do các chất khí hay hơi ở áp
suất thấp khi bị kích thích bằng
điện hay nhiệt phát ra.

Gồm các vạch hay đám vạch tối
xuất hiện trên nền quang phổ
liên tục.
-Các chất rắn, chất lỏng và chất
khí đều cho được quang phổ
hấp thụ.
- Nhiệt độ của chúng phải thấp
hơn nhiệt độ nguồn phát quang
phổ liên tục
-Quang phổ hấp thụ của chất khí
chỉ chứa các vạch hấp thụ.
-Còn quang phổ của chất lỏng và
rắn lại chứa các “đám”, mỗi
đám gồm nhiều vạch hấp thụ nối
tiếp nhau một cách liên tục .

Không phụ thuộc thành Các nguyên tố khác nhau thì
phần cấu tạo nguồn khác nhau về: số lượng vạch, vị
sáng .
trí các vạch, màu sắc và độ sáng
độ sáng tỉ đối giữa các vạch.
Chỉ phụ thuộc nhiệt độ -Mỗi nguyên tố hoá học có một
của nguồn sáng.
quang phổ vạch đặc trưng của
nguyên tố đó.
Dùng để xác định nhiệt Biết được thành phần cấu tạo của Nhận biết được sự có mặt của
độ của các vật
nguồn sáng.
nguyên tố trong các hỗn hợp
hay hợp chất.

LT&BT Sóng Ánh Sáng
Tiêu đề

Tia hồng ngoại

Bản chất
Bước sóng

Nguồn phát

Tính chất

Tia tử ngoại

Tia X

Cùng là Sóng điện từ nhưng có bước sóng khác nhau
7,6.10-7m →10-3m.

3,8.10-7m → 10-8m

( λ > 0, 76µm )

( λ < 0, 4µm )

10-8m →10-11m

Vật nhiệt độ cao hơn môi

Vật có nhiệt độ cao hơn
-ông tia X
trường: Trên 00K đều phát tia
20000C:
-ông Cu-lit-giơ
hồng ngoại.Bóng đèn dây tóc,
đèn huỳnh quang, đèn thuỷ
-phản ứng hạt nhân
bếp ga, bếp than, điốt hồng
ngân, màn hình tivi.
ngoại...
Truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ, giao thoa, nhiễu xạ, tác dụng lên kính ảnh (phim)
- Tác dụng cơ bản nhất của tia
hồng ngoại ℓà tác dụng nhiệt
- Có khả năng gây ra một số
phản ứng hóa học, tác dụng ℓên
một số ℓoại phim ảnh
- Tia hồng ngoại cũng có thể
biến điệu được như sóng điện từ
cao tần.
- Tia hồng ngoại còn có thể
gây ra hiện tượng quang điện
trong ở một số chất bán dẫn.

- Kích thích sự phát quang
của nhiều chất, gây ra một số
phản ứng hóa học, quang hóa
- Kích thích nhiều phản
ứng hóa học
- Iôn hóa không khí và

nhiều chất khí khác
- Tác dụng sinh học hủy
diệt tế bào
- Bị nước và thủy tinh hấp
thụ mạnh nhưng trong suốt
với thạch anh
- Gây ra hiện tượng quang
điện ngoài ở nhiều kim ℓoại

Ứng dụng

- Khả năng năng đâm
xuyên mạnh
- làm đen kính ảnh
- làm phát quang một số
chất
- Gây ra hiện tượng quang
điện ngoài ở hầu hết tất cả
các kim ℓoại
- làm iôn hóa không khí
- Tác dụng sinh ℓý, hủy
diệt tế bào
-Tia X có bước sóng càng
ngắn thì khả năng đâm
xuyên càng lớn; đó là tia X
cứng.
-Chụp X quang; chiếu điện
-Chụp ảnh bên trong sản
phẩm
-Chữa bệnh ung thư nông

-Sưởi ấm, sấy khô,điều khiển từ -Tiệt trùng thực phẩm, dụng
xa, chụp ảnh hồng ngoại
cụ y tế,
-Trong quân sự: Tên lửa tìm
-Tìm vết nứt trên bề mặt sản
mục tiêu; ống nhòm hồng ngoại phẩm, chữa bệnh còi xương.
để quan sát ban đêm...
10. Thang sóng điện từ: Sóng vô tuyến, tia hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy (khả kiến), tia tử ngoại, tia X và
tia gamma đều có cùng bản chất là sóng điện, chỉ khác nhau về tần số (hay bước sóng). Các sóng này tạo
thành một phổ liên tục gọi là thang sóng điện từ.
-Các tia có bước sóng càng ngắn (tia X, tia gamma) có tính chất đâm xuyên càng mạnh, dễ tác dụng lên
kính ảnh,làm phát quang các chất và dễ ion hóa không khí.
-Với các tia có bước sóng dài ta dễ quan sát hiện tượng giao thoa.
-Sắp xếp thang sóng điện từ theo thứ tự bước sóng tăng dần (hay tần số giảm dần):
10-8

10-2

0,76.10-6

Sóng
Radio

Tia hồng
ngoại

Ánh sáng
đỏ

Ánh sáng tím

Tia tử
ngoại

Tia X

Tia

HTTr

0,38.10-6

:tăng
f: giảm
ε:
giảm

10-11


LT&BT Sóng Ánh Sáng
PHẦN II. CÁC DẠNG BÀI TẬP SÓNG ÁNH SÁNG:
1. Tính khoảng vân, vị trí vân sáng, vân tối
λ.D
+ Khoảng vân: i = a Trong đó: D là khoảng cách từ hai nguồn đến màn (mm); a = S 1S2 (mm) khoảng cách
của hai nguồn; λ là bước sóng của ánh sáng đơn sắc ( µ m ).
l
+ Nếu cho l là khoảng cách giữa N vân sáng hoặc N vân tối liên tiếp thì i =
N −1

λ.D
+ Vị trí vân sáng: x = k a
(k ∈Z )
1 λ.D

+ Vị trí vân tối: x = (k − 2 ) a
2. Xác định tại vị trí M có tọa độ xM là vân sáng hay vân tối
x
Lấy M = n Nếu n nguyên thì M là vân sáng.
i
x
1
Nếu M = n + (n ∈ N) thì M là vân tối thứ n +1
i
2
3. Tìm khoàng các giữa 2 vân sáng hoặ giữa 2 vân tối hoặc giữa 1 VS và 1 VT
+ Hai vân cùng phía so với vân trung tâm: ∆x = xlon − xnho
+Hai vân khác phía so với vân trung tâm: ∆x = xs1 + xs 2
4. Số vân quan sát được trên bề rộng giao thoa trường
- tính khoảng vân:

i=

λD
a

- tính Số khoảng vân trên nửa giao thoa trường. n =

L
2i

Số vân sáng là N = 2[n] + 1
(Với [n] là phần nguyên)
Số vân tối là N = 2(n)
( Với (n) là số nguyên sau khi làm tròn)
5. Giao thoa với khe Young (Iâng) trong môi trường có chiết suất là n
Gọi λ là bước sóng ánh sáng trong chân không hoặc không khí.
Gọi λ ' là bước sóng ánh sáng trong môi trường có chiết suất n.
c nv
= nλ ' (v là vận tốc ánh sáng trong môi trường chiết suất n)
Từ công thức: λ = =
f
f

λ
i
và i ' =
n
n
Vậy khi đi từ môi trường không khí vào môi trường có chiết suất n thì bước sóng và khoảng vân giảm chiết
suất lần.
6. Giao thoa với khe Young (Iâng) khi thay đổi khoảng cách D.
λD
⇒ i tỉ lệ với D
+ Ta có: i =
a
λD
λD'
⇒ khi khoảng cách là D: i =
khi khoảng cách là D’: i’ =

a
a
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).
λ'=

7. Vị trí 2 vân sáng trùng nhau
Hai vân sáng trùng nhau khi x1 = x2
⇔ k1i1 = k2i2 ⇔ k1λ1 = k2λ2
(k1 là bậc vâng sáng của bức xạ λ1; k2 là bậc vâng sáng của bức xạ λ2)
(Tương tự cho hai vân tối trùng nhau, một vân tối và một vân sáng trùng nhau)
10. Giao thoa với ánh sáng trắng: (0,38 µ m ≤ λ ≤ 0,76 µ m)
Giao thoa với ánh sáng trắng thì trên màn ảnh giao thoa thu được:
HTTr


LT&BT Sóng Ánh Sáng
- Vân trung tâm là một vệt sáng màu trắng (do sự chồng chập của vô số ánh sáng đơn sắc).
- Về hai bên vân trung tâm ta thu được một dải màu như cầu vồng tím ở trong, đỏ ở ngoài
+ Bề rộng của quang phổ bậc k
D
∆xk = k ( λd − λt ) = k (i d − it )
với λđ và λt là bước sóng ánh sáng đỏ và tím
a
11. Tìm những bức xạ cho vân sáng tại đểm M có tọa độ xM trên màn.
(Giao thoa với ánh sáng trắng 0,38 µm ≤ λ ≤ 0,76 µm)
a.xM
λ .D
⇔λ=
Tại M có những bức xạ cho vân sáng khi: xM = xs = k

a
kD
a.xM
0, 38 ≤
≤ 0, 76
kD
Giải bất phương trình tìm k (k là các số nguyên).
- Có bao nhiêu k thì có bấy nhiêu bức xạ cho vân sáng.
- Muốn tìm bước sóng của các bức xạ thì thế k vào lam da trên.
12. Tìm những bức xạ cho vân tối (bức xạ bị tắt) tại đểm M có tọa độ xM trên màn.
(Giao thoa với ánh sáng trắng 0,38 µm ≤ λ ≤ 0,76 µm)
λ.D
a.xM
⇔λ=
Tại M có những bức xạ cho vân tối khi: xM = xs = ( k − 0,5 )
a
( k − 0,5 ) D
a.xM
0,38 ≤
≤ 0, 76
( k − 0,5 ) D
Giải bất phương trình tìm k (k là các số nguyên).
- Có bao nhiêu k thì có bấy nhiêu bức xạ cho vân tối tại đó.
- Muốn tìm bước sóng của các bức xạ thì thế k vào lam da trên.
13. Bài tập về tán sắc ánh sáng.
a/ Khi góc chiết quang A lớn
Các công thức quan trọng:
+ A = r1 + r2
A
+ D = i1 + i2 - A

irD
ri
1
2
+ sini1 = n.sin r1
12
+ sini2 = n.sin r2
Khi Dmin ta có: i1 = i2= i; r = r1 = r2 = ⇒ ⇒Dmin = 2i - A
b/ Khi góc chiết quang A nhỏ:
i ≈ n.r ⇒ i1 = n.r1; i2 ≈ n.r2
⇒ D = i1 + i2 - A = n.r1 + n.r2 - A = nA - A
⇒ D = (n - 1)A
+ Gọi DD là góc lệch tia đỏ so với tia tới: DD = (nd - 1)A
+ Gọi DT là góc lệch tia đỏ so với tia tới: DT = (nT - 1)A
+ Gọi ΔD là góc lệch giữa tia đỏ và tia tím:
ΔD = Dd − DT = ( nd − nt ) A
+ Gọi DT là bề rộng quang phổ thu được trên màn: ΔD = h ( tan DT −
tan DD ) = h ( nt −nd ) A; với [A: rad]

HTTr