Công Thức Vật Lý 12 chương 5: Sóng Ánh Sáng

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (654.56 KB, 13 trang )

(1)<div class='page_container' data-page=1>

điện với lõi thép có tác dụng như nhiều khung dây đồng trục đặt lệch nhau. Rô tơ nói
trên được gọi là rơ tơ lồng sóc.

B. Hoạt động:

- Nguyên tắc hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ và tác dụng của từ trường 
quay.

- Khi mắc các cuộn dây ở stato với nguồn điện ba pha, từ trường quay tạo thành có tốc
độ góc bằng tần số của dòng điện. Từ trường quay tác dụng lên dịng điện cảm ứng
trong các khung dây ở rơ tô các mô men lực làm rô tô quay với tốc độ nhỏ hơn tốc độ
của từ trường quay. Chuyển động quay của rô tô sử dụng làm quay các máy khác. –
- Công suất của động cơ không đồng bộ 3 pha:

P3.U.I.cos =P côP nhieät

Hiệu suất của động cơ: H P .100%
P

cô



Với động cơ không đồng bộ 1 pha:PUI cos
PP cơP nhiệt  P cơ  P P nhiệt U.I.cos I .R2

CHƯƠNG V: SĨNG ÁNH SÁNG

BÀI 1: HIỆN TƯỢNG TÁN SẮC ÁNH SÁNG - CÁC LOẠI QUANG PHỔ 
I. LÝ THUYẾT

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 khơng bị tán sắC:

*Ánh sáng đa sắc là ánh sáng gồm hai ánh sáng 
đơn sắc trở lên.

- Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng có một tần số nhất định và không bị tán sắc khi truyền
qua lăng kính.

</div>
(2)<div class='page_container' data-page=2>

- Chiết suất của các chất trong suốt biến thiên theo tần số của ánh sáng đơn sắc và tăng
dần từ đỏ đến tím.

- Cơng thức xác định bước sóng ánh sáng: c

 

Trong đó:

 





 

c m / s

Hz
là bước sóng ánh sáng

là vận tốc ánh sáng trong chân không
f là tần số của ánh sáng








2. GIẢI THÍCH VỀ HIỆN TƯỢNG TÁN SẮC ÁNH SÁNG. 
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…
4. MÁY QUANG PHỔ:

Máy quang phổ cấu tạo gồm ba bộ phận

o 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.

</div>
(3)<div class='page_container' data-page=3>

o 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.
5. CÁC LOẠI QUANG PHỔ.

Các loại

quang

phổ

Định nghĩa Nguồn phát Đặc điểm Ứng dụng

Quang 
phổ liên

tục

Là một dải màu có
màu từ đỏ đến tím
nối liền nhau một
cách liên tục

Do các chất rắn,
lỏng, khí có áp
suất lớn phát ra
khi bị nụng
nóng

Quang phổ liên tục
của các chất khác
nhau ở cùng một nhiệt
độ thì hồn tồn giống
nhau và chỉ phụ thuộc
vào nhiệt độ của
chúng

Dùng để đo
nhiệt độ các
vật có nhiệt
độ cao, ở xa,
như các ngôi
sao.

Quang 
phổ vạch

phát xạ

Là một hệ thống
những vạch sáng
riêng lẻ, ngăn cách
nhau bởi nhưng
khoảng tố

Quang phổ vạch
do chất khí ở áp
suất thấp phát ra
khi bị kích thích
bằng nhiệt hay
điện

Quang phổ vạch của
các nguyên tố khác
nhau thì rất khác nhau
về số lượng vạch, về
vị trí và độ sáng tỉ đối

của các vạch. Mỗi
nguyên tố hóa học có
một quang phổ vach
đặc trưng.

Dùng để nhận
biết, phân tích
định lượng và
định tính
thành phần
hóa học của
các chất

Quang 
phổ vạch

hấp thụ

Là những vach tối
nằm trên nằm sáng
của quang phổ liên
tục

Quang phổ vạch
do chất khí ở áp
suất thấp phát ra
khi bị kích thích
bằng nhiệt hay
điện. và được
đặt chắn trên

quang phổ liên
tục

- Để thu được quang
phổ hấp thụ thì điều
kiện nhiệt độ của
nguồn phải thấp hơn
nhiệt độ của quang
phổ liên tục

</div>
(4)<div class='page_container' data-page=4>

thụ màu đó.
***Hiện tượng đảo vạch quang phổ:

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

BÀI 2: CÁC LỌAI BỨC XẠ KHÔNG NHÌN THẤY. 
1. HỒNG NGOẠI

Định nghĩa Là bức xạ sóng điện từ có bươc sóng lớn hơn
bươc sóng của ánh sáng đỏ ( hn > đỏ )

Nguồn phát Về lý thuyết các nguồn có nhiệt độ lớn hơn
00K sẽ phát ra tia hồng ngoại

Tính chất

- 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

Ứng dụng

- Dùng để phơi khô, sấy, sưởi ấm

- Điều chế một số loại kính ảnh hồng ngoại
chụp ảnh ban đêm

- Chế tạo điều khiển từ xa - Ứng dụng trong
quân sự

2. TỬ NGOẠI

Định nghĩa Là các bức xạ điện từ có bước sóng nhỏ hơn
bước sóng ánh sáng tím

Nguồn phát

- Những vật có nhiệt độ trên 2000 độ C đều
phát ra tia tử ngoại

- Nhiệt độ càng cao thì phổ tử ngoại càng kéo
dài về phía bước sóng ngắn

Tính chất

- Tác dụng lên phim ảnh

</div>
(5)<div class='page_container' data-page=5>

- Kích thích nhiều phản ứng hóa học
- I ơn hóa khơng 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

- Trong y học, tia tử ngoại được sử dụng để
tiệt trùng các dụng cụ phẫu thuật, chữa bệnh
còi xương

- Trong công nghiệp dùng để tiệt trùng thực
phẩm trước khi đóng hộp

- Trong cơ khí dùng để phát hiện lỗi sản
phẩm trên bề mặt kim loại.

3. TIA RƠN - GHEN ( TIA X)

Định nghĩa

Tia X là các bức xạ điện từ có bước sóng từ
- 10-11 đến 10-8 m. - Từ 10-11 m đến 10-10
m gọi là X cứng

- Từ 10-10 đến 10-8 m gọi là X mền

Nguồn phát

Do các ống Cu - lit - giơ phát ra (Bằng cách
cho tia catot đập vào các miếng kim loại có
ngun tử lượng lớn)

Tính chất

- Khả năng năng đâm xuyên cao
- 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 i ơn hóa khơng khí - Tác dụng sinh lý,
hủy diệt tế bào

Ứng dụng

- Chuẩn đốn hình ảnh trong y học

</div>
(6)<div class='page_container' data-page=6>

BÀI 3: CÔNG THỨC BÀI TẬP VỀ HIỆN TƯỢNG TÁN SẮC ÁNH SÁNG. 
I. PHƯƠNG PHÁP

1. LĂNG KÍNH

Các cơng thức quan trọng: 
Ct1:A  r1 r2

Ct 2: D   i1 i2 A
Ct 3: sin in sin r
Khi Dmin ta có :

1 2 1 2
r r ;i  i

min
min

A D

D 2i A i

2


    

Với góc chiết quang nhỏ:
in.r





D n 1 A
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)

  D



ntnd



Bài toán xác định bề rộng quang phổ khi đặt màn hứng cách mặt phẳng phân giác của lăng
kính một đoạn

  r h n



tnd



.A ( A phải đổi về rad)
2. THẤU KÍNH





1 2

1 1 1

n 1

f R R

 

    

 

Trong đó:

f :là tiêu cự của thấu kính

n: là chiết suất của chất làm thấu kính với tia sáng
R1: là bán kính của mặt cong thứ nhất

R2: là bán kính của mặt cong thứ hai ( R < 0 ) mặt lõm( R

> 0 mặt lồi)

</div>
(7)<div class='page_container' data-page=7>

Hình vẽ a: Diễn tả cho chúng ta thấy về hiện tượng khúc xạ ánh sáng sini = n.sinr

Hình vẽ b: Cho chúng ta thấy hiện tượng tán sắc ánh sáng trong môi trường chiết suất n
→dh t a



ndtanrt



4. HIỆN TƯỢNG PHẢN XẠ TOÀN PHẦN

Hiện tượng phản xạ tồn phần xảy ra khi ánh sáng đi từ mơi
trường có chiết quang lớn về mơi trường có chiết quang nhỏ
hơn. Hiện tượng phản xạ toàn phần bắt đầu xảy ra như quan
sát trên hình vẽ: Ta có: n.sin i = sin r ( vì r song song với mặt
nước cho nên r = 90o )

 n.sin i = 1

 gh

1
sini

 ( hiện tượng toàn phần bắt đầu xảy ra)

BÀI 4: GIAO THOA SÓNG ÁNH SÁNG 
I. PHƯƠNG PHÁP

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 thữa nhận ánh
sáng có tính chất sóng

2. HIỆN TƯỢNG GIAO THOA SÓNG ÁNH SÁNG

</div>
(8)<div class='page_container' data-page=8>

 d d2 d1

D
ax

   

Nếu tại M là vân sáng 
2 1

d d k

    với k là vân sáng bậc k k ( 0; ± 1; ± 2; …)
Nếu tại M là vân tối.

2 1

d d k

 

    

  với k là vân tối thứ (k + 1) k  ( 0; ± 
1; ± 2…)

a. Vị trí vân sáng:

2 1

d d k

D
ax

   

 S

x k

a


 trong đó: k là vân sáng bậc k ( k = 0, ± 1, ± 2, ± 3….)

Trong đó:

 là bước sóng ánh sáng ( m)

 D là khoảng cách từ mặt phẳng S1 S2 đến màn M

 a là khoảng cách giữa hai khe S1S2

 k là bậc của vân sáng ( k = 0, ± 1, ± 2, ± 3 ….)
b. Vị trí vân tối

2 1

d d k

2 D

 

    

 

 xt k 1 D

2 a



 

  

  trong đó ( k = 0, ± 1, ± 2, ± 3 …)









 

k 1 5 1 6

nếu k>0: thì k là vân tối thứ vd: k = 5 vân tối thứ

nếu k<0 thì k là vân tối thứ Vd: k = -5 là vân tối thứ 5

  








 Đối với vân tối khơng có khái niệm bậc của vân tối

c. Khoảng vân

</div>
(9)<div class='page_container' data-page=9>

 i D
a


 ia

D
  

 xs  ik

 xt k 1 i
2

 

  

 

d. Bước sóng ánh sáng và màu sắc ánh sáng

 Mỗi ánh sáng đơn sắc có một bước sóng trong chân khơng xác định
 Các ánh sáng đơn sắc có bước sóng trong khoảng từ 0,38  0,76 m

 Ánh sáng mặt trời là hồn hợp của vơ số ánh sáng có bước sóng biến thiên liên tục
từ 0  ∞.

 Bảng màu sắc - bước sóng ( Trong chân khơng)


Màu 

 

Đỏ 640 : 760

Da cam 590 : 650

Vàng 570 : 600

Lục 500 : 575

Lam 450 : 510

Chàm 430 : 460

tím 380 : 440

 Điều kiện để hiện tượng giao thoa ánh sáng sảy ra
 Hai nguồn phải phát ra hai sóng có cùng bước sóng
 Hiệu số pha của hai nguồn phải không đổi theo thời gian
3. CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN

Dạng 1: Bài toán xác định bề rộng quang phổ bậc k 
Gọi xd là vị trí vân sáng thứ k của ánh sáng đỏ d d

x k

a




Gọi xt là vị trí vân sáng thứ k của ánh sáng tím t t

x k

a




d t

.D .D

x x x k k

a a

 

</div>
(10)<div class='page_container' data-page=10>





d t



x k

    

Dạng 2: . Bài tốn xác định vị trí trùng nhau

Thực hiện giao thoa ánh sáng với hai bước sóng 1 và 2

Loại 1: Trùng nhau của hai vân sáng

Gọi x là vị trí vân sáng trùng nhau của hai ánh sáng giao thoa trên

Ta cos: 1 2

1 2 1 1 2 2

D D

x k k k k

a a

 

       1 2

2 1
k
k



Loại 2: Vị trí trùng nhau của hai vân tối

1 2

D D

1 1

x K K .

2 a 2 a

 

   

     

   

 1 2

1
2
1
K
2
1
K
2
 




Loại 3: Ví trí trùng nhau của 1 vân sáng - 1 vân tối

 

1 2

D D

x K k .

2 a a

 

 

   

 

 1 2

2 1
1
K
2
k
 




Loại 4: Vị trí trùng nhau của 3 vân sáng

Thực hiện giao thoa ánh sáng với ba ánh sáng đơn sắc 1; 2; 3.

1 2

1 2 3

D D

x k k k

a a a


 
  
1 2
2 1
3
1
3 1
K
K

K
k

 
 

 

 
 


các giá trị của K1; K2; K3

Dạng 3: Bài tốn xác định số bước sóng cho vân sáng tại vị trí xo hoặc cho vân tối tại vị 
trí x0

Loại 1: Số bức xạ cho vân sáng tại x0

Đề bài: Thực hiện giao thoa với ánh sáng trắng có ( t ≤  ≤ t ). 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

</div>
(11)<div class='page_container' data-page=11>

Bài giải:

Ta có:x0 k D

 

1
a


  x a0

 

 

2

Vì 0

t t t t

x a
kD

           

 0 0

d t

x a x a

k D k D ( 3) ( k = 0, ± 1, ± 2, ± 3….)

Từ ( 3) thay vào ( 2) ta có được cụ thể từng bước sóng cho vân sáng tại vị trí xo
Loại 2: Số bức xạ cho vân sáng tại vị trí xo.

Đề bài: Thực hiện giao thoa với ánh sáng trắng có ( t ≤  ≤ t ). 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 tối tại vị trí xo.
Bài giải:

Ta có:

 

t 0

x a

1 D

x x k 1 2

1
2 a
k D
2

 
      
 
  
 
 

Vì ( t ≤  ≤ t ) t 0 t
x a
1

k D
2
      
  
 
 

0 0
d t

x a 1 x a

D 2 D

 

   

    ( k = 0, ± 1, ± 2, ± 3….)

 0 0

d t

x a 1 1 x a 1

D 2 2 D 2

 

    

    (3)

Từ ( 3) thay vào ( 2) ta có được cụ thể từng bước sóng cho vân tối tại vị trí x
Dạng 4: Dạng toán xác định số vân sáng - vân tối trên đoạn MN

Loại 1: Số vân sáng - vân tối trên giao thoa trường

( Công thức dưới đây cịn có thể áp dụng cho bài tốn xác định số vân sáng vân tối giữa hai

điểm MN và có một vân sáng ở chính giữa.)

S
t
L
2 1
2i
L 1
2
2i 2
số vân sáng: V

số vân tối:V

  



  


</div>
(12)<div class='page_container' data-page=12>

y D M

S d S 2 a x

M1
Trong đó L

2i ;

L 1

2i là các phần nguyên. Ví dụ: 5,8 lấy 5 2

Loại 2: Số vân sáng - vân tối giữa hai điểm MN bất kỳ.( Giải sử xM < xN )

- Số vân sáng.

Ta coù x= k.ixM k.ixN

 xM xN

i   i

- Số vân tối trên trên MN

Ta coù:x k 1 .i xM k 1 .i xN

2 2

   

       

   

 xM 1 k xN 1

i   2 i 2

Loại 3: Xác định số vân sáng - vân tối nếu biết hai đầu là hai vân sáng:

t
L

V 1

i
L

i
  

 


 

 s

L L

v 1 v

 



Loại 4: Xác định số vân sáng - vân tối nếu biết hai đầu là hai vân tố

t
L
V

i
1
L
V

i
 

  


 

 s

L L

v v 1

 



Loại 5: Xác định số vân sáng - vân tối nếu biết một đầu sáng - một đầu tối

s t

L 1

V V

i 2

   

s
L
i

1
V

2




Dạng 5: Bài toán dịch chuyển hệ vân ( dịch chuyển vân sáng 
trung tâm)

Bài 1: Thực hiện thí nghiệm Yang về giao thoa ánh 
sáng. Khoảng cách giữa hai khe hẹp S 1 S2 là a, khoảng

cách từ mặt phẳng S1 S2 tới màn là D, khoảng cách từ

nguồn sáng S tới hai khe S1 S2 là d, Nếu dịch chuyển

nguồn sáng S lên trên một đoạn y lên trên thì vân sáng trung tâm
trên màn sẽ dịch chuyển như thế nào?

</div>
(13)<div class='page_container' data-page=13>

Gọi x là độ dịch chuyển của hệ vân trên màn M, M ln dịch chuyển về phía nguồn chậm
pha hơn ( tức là dịch chuyển ngược chiều với S. Và công thức xác định độ dịch chuyển như

sau: x y.D
d


 

Bài 2: Thực hiện thí nghiệm Yang về giao thoa ánh sáng. 
Khoảng cách giữa hai khe hẹp S1 S2 là a, khoảng cách từ

mặt phẳng S1 S2 tới màn là D, Trước nguồn sáng S1 đặt tấm

thủy tinh mỏng có bề dày e chiết suất n. Hãy xác định độ
dời của vân sáng trung tâm

Bài giải:

Vị trí vân sáng trung tâm sẽ dịch chuyển về phía nguồn chậm pha hơn, tức là dịch chuyển về
phía S1. Cơng thức xác định độ dịch chuyển như sau:



n 1 e.D





 

CHƯƠNG VI: LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG 
BÀI 1: HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN NGOÀI 
I. PHƯƠNG PHÁP

1. ĐỊNH NGHĨA HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN NGỒI

1.1. Thí nghiện hiện tượng quang điện ngồi

1.2. Nhận xét:

Ở hình 1: Ta đặt tấm thủy tinh trước đèn hồ quang, thấy khơng có hiện tượng gì sảy ra với 
hai tấm kẽm tích điện âm

Ở hình 2: Khi bỏ tấm thủy tinh trong suốt ra một lúc sau thấy hai lá kẽm tích điện âm bị cụp 
xuống. Chứng tỏ điện tích âm của lá kẽm đã bị giải phóng ra ngồi.

</div>