Tài liệu Tổng hợp kiến thức về chuyên đề sóng ánh sáng

CAO VĂN TUẤN – 0975 306 275 Face: https://www.facebook.com/ThayCaoTuan ÔN LUYỆN THI TRẮC NGHIỆM MÔN VẬT LÍ 12 CHUYÊN ĐỀ 5: SÓNG ÁNH SÁNG M d1 S1 x d2 I a O D S2 i  aD dd d  ax D 2 1 Ôn luyện thi trắc nghiệm môn - VẬT LÍ 12 CHUYÊN ĐỀ 5 SÓNG ÁNH SÁNG Sưu tầm & biên soạn: Cao Văn Tuấn - SĐT: 0975 306 275 Giáo viên luyện thi THPT Quốc Gia môn Toán – Lí tại Hà Nội Địa chỉ: Số nhà 93, ngõ 173, đường Hoàng Hoa Thám, Ba Đình, Hà Nội Đối với chuyên đề này, ta cần nắm vững 3 chủ đề trọng tâm sau:  Chủ đề 1: Tán sắc ánh sáng.  Chủ đề 2: Giao thoa ánh sáng. https://www.facebook.com/ThayCaoTuan  Chủ đề 3: Quang phổ. Các loại tia. A. KIẾN THỨC CẦN NHỚ CHỦ ĐỀ 1 TÁN SẮC ÁNH SÁNG 1. Hiện tƣợng tán sắc ánh sáng Tán sắc ánh sáng l| hiện tượng {nh s{ng trắng sau khi qua lăng kính không những bị khúc xạ lệch về phía đ{y lăng kính m| còn bị t{ch ra th|nh nhiều chùm s{ng đơn sắc có m|u biến thiên liên tục từ đỏ tới tím. Góc lệch của c{c tia s{ng có m|u kh{c nhau thì kh{c nhau. So với phương của tia tới thì tia đỏ lệch ít nhất và tia tím lệch nhiều nhất. 2. Giải thích hiện tƣợng tán sắc ánh sáng Nguyên nh}n của hiện tượng t{n sắc {nh s{ng l| do trong cùng một môi trường chiết suất của lăng kính có gi{ trị kh{c nhau đối với {nh s{ng đơn sắc kh{c nhau. Chiết suất với {nh s{ng tím lớn nhất v| với {nh s{ng đỏ l| nhỏ nhất. Ánh s{ng trắng không phải l| {nh s{ng đơn sắc m| l| hỗn hợp của vô số {nh s{ng đơn sắc kh{c nhau có m|u biến thiên liên tục từ đỏ đến tím. Do chiết suất của lăng kính có gi{ trị kh{c nhau đối với {nh s{ng đơn sắc kh{c nhau nên khi đi qua lăng kính c{c {nh s{ng đơn 1 Cao Văn Tuấn – 0975306275 sắc sẽ bị lệch về đ{y lăng kính với c{c góc lệch kh{c nhau. Do đó chúng không chồng chất lên nhau nữa m| t{ch ra th|nh một dải gồm nhiều m|u liên tục. Với {nh s{ng đỏ, lăng kính có chiết suất nhỏ nhất, vì vậy tia đỏ có góc lệch nhỏ nhất. Với {nh s{ng tím, lăng kính có chiết suất lớn nhất, vì vậy tia tím có góc lệch lớn nhất. 3. Ứng dụng của hiện tƣợng tán sắc ánh sáng Cầu vồng l| kết quả của hiện tượng t{n sắc {nh s{ng Mặt Trời chiếu qua c{c giọt nước mưa. M|u sắc sặc sỡ của viên kim cương l| do hiện tượng t{n sắc {nh s{ng. Ứng dụng trong m{y quang phổ để ph}n tích một chùm {nh s{ng đa sắc th|nh c{c https://www.facebook.com/ThayCaoTuan th|nh phần đơn sắc. 4. Ánh sáng đơn sắc, ánh sáng trắng Ánh sáng đơn sắc: L| {nh s{ng có m|u sắc nhất định ứng với một tần số x{c định v| nó chỉ bị lệch về phía đ{y của lăng kính m| không bị t{n sắc khi đi qua lăng kính. Tần số của ánh sáng đơn sắc qui định màu sắc của nó. Khi truyền qua c{c môi trường trong suốt kh{c nhau vận tốc và bước sóng của ánh sáng thay đổi còn tần số không đổi. Ánh sáng trắng  0,38µm    0,76µm l| tập hợp của vô số c{c {nh s{ng đơn sắc kh{c nhau có m|u biến thiên liên tục từ đỏ tới tím. 5. Bảng liên hệ chiết suất – tần số – màu sắc Màu sắc    m Đỏ  0,640,76  Cam  0,590,65 Vàng  0,57 0,60  Lục  0,50,575 Tăng dần Tần số Giảm dần Bước sóng Chiết suất trong cùng một môi trường Vận tốc trong cùng một môi trường Góc lệch khi đi qua lăng kính 2 Tăng dần Giảm dần Tăng dần Lam  0,450,51 Chàm  0,430,46 Tím  0,380,44  Ôn luyện thi trắc nghiệm môn - VẬT LÍ 12 6. Công thức liên hệ giữa tần số, bƣớc sóng và vận tốc n 8 c 3.10 c 3.10  v  v v n n c n  v     n 8  c   f  .     v  f Với c, v lần lượt l| tốc độ truyền {nh s{ng Với  ,   lần lượt l| bước sóng của {nh trong ch}n không (hoặc không khí) v| s{ng khi truyền trong ch}n không (hoặc trong môi trường có chiết suất n. không khí) v| trong môi trường có chiết suất n. i1  nr1 sin i1  n sin r1   A , i  100 i2  nr2 sin i2  n sin r2    sin x  x A  r  r 1 2   A  r1  r2  D  i1  i2  A  D   n  1 A  Sự biến thiên của góc lệch D theo góc tới  Lí thuyết v| thực nghiệm chứng tỏ khi góc tới i thay đổi thì góc lệch D cũng thay đổi v| có một giá trị cực tiểu Dmin  i1 = i2 = i (góc tới bằng góc ló). Từ đó: r1  r2  r  D A A A  n sin  Dmin  2i – A v| sin min 2 2 2  Chiết suất chất l|m lăng kính: n  sin A  Dmin 2 A sin 2  Ở điều kiện ứng với Dmin đường truyền của tia sáng đối xứng qua mặt phẳng phân giác của góc A. n1  n2 n Điều kiện để có phản xạ toàn phần:  với sin igh  2 . n1  i  igh 3 https://www.facebook.com/ThayCaoTuan 7. Công thức về lăng kính Cao Văn Tuấn – 0975306275 8. Một số bài toán thƣờng gặp Bài toán 1: Tìm góc tạo bởi tia đỏ và tia tím sau khi ló ra khỏi mặt bên kia của lăng kính D rad  tan Dt – tan Dđ O Dđ d Dt Đ T A, i  10  Drad   nt – nđ  Arad  Dt – Dđ tan x  x 0 E Bài toán 2: Tìm độ rộng từ màu đỏ đến màu tím của quang phổ liên tục quan sát được https://www.facebook.com/ThayCaoTuan trên màn (màn cách mặt phân giác của lăng kính một đoạn d) A, i  100 L  x   tan Dt – tan Dđ  d  L  x   nt – nđ  Arad .d   Dt – Dđ  d tan x  x CHỦ ĐỀ 2 GIAO THOA ÁNH SÁNG 1. Thí nghiệm I- âng về giao thoa ánh sáng Chiếu {nh s{ng từ đèn D, qua kính lọc sắc K đến nguồn S. Từ nguồn S {nh s{ng được chiếu đến hai khe hẹp S1 v| S2 thì ở m|n quan s{t phía sau hai khe hẹp thu được một hệ gồm c{c v}n s{ng, v}n tối xen kẽ nhau đều đặn. Hiện tượng trên được gọi l| hiện tượng giao thoa ánh sáng. 2. Điều kiện để có giao thoa ánh sáng Hai chùm s{ng giao nhau phải l| hai chùm s{ng kết hợp: “Hai chùm sáng kết hợp là hai chùm phát ra ánh sáng có cùng tần số và cùng pha hoặc có độ lệch pha không đổi theo thời gian” Khoảng c{ch giữa hai khe hẹp phải rất nhỏ so với khoảng c{ch từ m|n quan s{t đến hai khe. 3. Đặc điểm của hiện tƣợng giao thoa ánh sáng Khi hai chùm sáng kết hợp gặp nhau chúng sẽ giao thoa:  Những chỗ hai sóng gặp nhau m| cùng pha nhau, chúng tăng cường lẫn nhau tạo th|nh c{c v}n s{ng.  Những chỗ hai sóng gặp nhau m| ngược pha với nhau, chúng triệt tiêu nhau tạo th|nh c{c v}n tối. 4 Ôn luyện thi trắc nghiệm môn - VẬT LÍ 12 Hiện tượng giao thoa ánh sáng là bằng chứng thực nghiệm khẳng định ánh sáng có tính chất sóng. 4. Công thức về giao thoa ánh sáng   m  ℓ| bước sóng {nh s{ng. S1S2 đến m|n E. x d2 I a O D S2 a ℓ| khoảng c{ch giữa hai khe S1S2 . d ℓ| khoảng hiệu quang ℓộ từ hai nguồn S1 v| S2 tới m|n: d  d2 d1  ax . D  Tại M là vân sáng khi d2 d1  k với k  . Vị trí của vân sáng trên màn: xSk  k D a  ki  Với k  0 thì M  O l| vân sáng trung tâm (hay v}n s{ng chính giữa).  Với k  1 thì M l| vân sáng bậc 1.  ...  Tại M là vân tối khi d2 d1   2 k  1  2 với k  . Vị trí của vân tối trên màn: xT   2 k  1 D  1  D  1  k    k  i 2a  2 a 2   Với k  0 v| k  1 thì M l| vân tối thứ 1.  Với k  1 v| k  2 thì M l| vân tối thứ 2.  < Chú ý:  Nếu k  0 thì M ℓ| v}n tối thứ  k  1 . Ví dụ: k  5 thì M v}n tối thứ 6. Nếu k  0 thì M ℓ| v}n tối thứ   k  . Ví dụ: k  –5 ℓ| v}n tối thứ 5.  Đối với vân tối không có khái niệm bậc giao thoa. 5 https://www.facebook.com/ThayCaoTuan D  m  ℓ| khoảng c{ch từ mặt phẳng M d1 S1 Cao Văn Tuấn – 0975306275 Khoảng vân: L| khoảng c{ch giữa hai v}n s{ng hoặc hai v}n tối liên tiếp. Kí hiệu: i .  D a  D  i . i  a ai    D  Giữa N vân sáng thì có  N  1 khoảng vân. L . N 1 Vân sáng gần nhất cách vân trung tâm một khoảng đúng bằng khoảng vân i.  Nếu biết khoảng cách L giữa N vân sáng thì khoảng vân i    Khoảng cách gần nhất từ vân tối thứ nhất đến vân trung tâm là i . 2 https://www.facebook.com/ThayCaoTuan 5. Một số bài toán thƣờng gặp GIAO THOA VỚI ÁNH SÁNG ĐƠN SẮC Bài toán 1: Khoảng cách x giữa hai vân  Nếu hai v}n cùng bên so với v}n s{ng trung t}m thì: x  xlon  xnho .  Nếu hai v}n kh{c bên so với v}n s{ng trung t}m thì: x  xlon  xnho . Bài toán 2: Tìm số vân sáng – vân tối giữa hai điểm MN bất kỳ (Giả sử xM  xN )  Số v}n s{ng đoạn MN  Số gi{ trị k : xM x  k  N , k  i i  Số v}n tối trên đoạn MN  Số gi{ trị k : . xM x  0, 5  k  N  0, 5 ,  k  i i . Bài toán 3: Xác định số vân trên trường giao thoa Trường giao thoa L l| chiều rộng của khu vực chứa to|n bộ hiện tượng giao thoa hứng được trên m|n. Cách 1: Trên trường giao thoa có: L Số v}n s{ng: NS  2    1  2i  L  Số v}n tối: NT  2   0, 5   2i  Cách 2 (bản chất vẫn là cách 1): Tính L  n  x ( n l| phần nguyên, x l| phần thập ph}n). 2i Trên trường giao thoa có:  Số v}n s{ng: NS  2n  1 ( n  0 cho ta v}n s{ng trung t}m).  2 n  2  NS  1  Số v}n tối: NT    2 n  NS  1  N  2.8  1  17 L  8, 5  8  0 , 5   S 2i  NT  2.8  2  NS  1  18 6 khi x  0, 5 khi x  0 , 5  N  2.8  1  17 L  8 , 3  8  0, 3   S 2i  NT  2.8  NS  1  16 Ôn luyện thi trắc nghiệm môn - VẬT LÍ 12 Cách 3: Trên trường giao thoa có:  Số v}n s{ng  Số gi{ trị k :   Số v}n tối  Số gi{ trị k :  L L  k  , k  2 2 . L 1 L 1   k   , k  2 2 2 2 . THỰC HIỆN GIAO THOA TRONG MÔI TRƢỜNG CHIẾT SUẤT n Gọi  ,   lần lượt l| bước sóng {nh s{ng trong ch}n không (hoặc không khí) v| trong môi trường có chiết suất n :  Khoảng vân: i   n .  D a   Vị trí vân sáng: xs  k D na  D a  i . n k D na .  1   D  1  D  Vị trí vân tối: xs   k    k  . 2 a 2  na   XÁC ĐỊNH KHOẢNG CÁCH DỊCH CHUYỂN CỦA VÂN TRUNG TÂM Bài toán 4: Sự dịch chuyển hệ vân giao thoa khi đặt bản mỏng phía sau khe Yâng Khi trên đường truyền của ánh sáng từ khe S1 (hoặc khe S2 ) được đặt một bản mỏng có chiều dày e, chiết suất n thì hiện tượng giao thoa vẫn xảy ra, khoảng vân không thay đổi nhưng hệ vân (vân trung tâm) sẽ dịch chuyển về phía bản mỏng một đoạn: x   n  1 eD . a Bài toán 5: Dịch chuyển nguồn sáng Khi nguồn sáng S dịch chuyển theo phương song song với hai khe, cách vị trí ban đầu một khoảng y thì vân trung tâm sẽ dịch chuyển ngược chiều và cách vị trí ban đầu một khoảng: x0   y a S D' M d1 S' S1 x d2 I O D S2 D y0. D Dấu    chứng tỏ v}n trung t}m sẽ dịch chuyển ngược chiều với nguồn s{ng S. 7 https://www.facebook.com/ThayCaoTuan  Bước sóng:    Cao Văn Tuấn – 0975306275 Bài toán 6: Thay đổi khoảng cách D (dịch chuyển màn), a (dịch chuyển khoảng cách 2 khe S1, S2) Khi khoảng c{ch l| D: i  D a Khi khoảng c{ch l| D : i  . i D  . i D  D . a  Nếu D  D – D  0 (ứng với i  i ). Ta dịch m|n ra xa.  Nếu D  D – D  0 (ứng với i  i ). Ta đưa m|n lại gần. https://www.facebook.com/ThayCaoTuan Khi khoảng c{ch l| a: i  D Khi khoảng c{ch l| a : i  a . D a i a  . i a . GIAO THOA VỚI ÁNH SÁNG HỖN HỢP Bài toán 7: Giao thoa với hai ánh sáng đơn sắc khác nhau Giao thoa với 2 ánh sáng đơn sắc khác nhau 1 , 2 : Trên m|n có sự chồng lên nhau của hai hệ v}n giao thoa ứng với hai {nh s{ng có bước sóng 1 v| bước sóng 2 . Ở vị trí trung tâm O có hai v}n s{ng trùng nhau do xS1  xS 2  0 (ứng với k1  k2  0 ). Do đó, v}n s{ng tại O có m|u tổng hợp của 2 m|u đơn sắc ứng với hai {nh s{ng có bước sóng 1 v| 2 . Vân sáng của 2 ánh sáng đơn sắc trùng nhau (vân sáng này có màu giống với màu vân sáng trung tâm tại O): xS1  xS 2  k1  1D a  k2 2 D a  k11  k2 2 , k ,k 1 2   k1 2 m m l| ph}n số tối giản.   , k2 1 n n Các vị trí có 2 vân sáng trùng nhau: xS  xS1  xS 2 . 8 k1 0 m 2m ... k2 0 n 2n ... xS 0 Bậc trùng của 1 0 xS 0 Bậc trùng của 2 0 m 1 D a m n 2 D a n 2m 1 D a 2m 2n ... 2 D ... ... a 2n ... Ôn luyện thi trắc nghiệm môn - VẬT LÍ 12  Số v}n s{ng trùng nhau trong trường giao thoa L:  L L  xS  . 2 2  Số v}n s{ng trùng nhau trong miền MN  L : xM  xS  xN ,  xM  xN  . Chú ý:  Do đã trùng nhau N  vạch nên số vân sáng quan sát được l|: N  N1  N2  N .  Trên m|n quan s{t, giữa hai v}n s{ng gần nhau nhất v| cùng m|u với v}n s{ng trung t}m, có N  k1min  1  k2min  1 v}n s{ng kh{c m|u v}n trung t}m. Bài toán 8: Giao thoa với ánh sáng trắng Ánh sáng trắng l| tập hợp vô số c{c {nh s{ng đơn sắc kh{c nhau có m|u biến thiên liên tục  Ở chính giữa (tại v}n trung t}m) l| một v}n s{ng trắng: Mỗi {nh s{ng đơn sắc đều cho một vạch m|u riêng, tổng hợp của chúng cho ta vạch s{ng trắng (Do sự chồng chập của các vạch màu đỏ đến tím tại vị trí này).  Do tím nhỏ hơn  itím  tím .D nhỏ hơn  l|m cho tia tím gần vạch trung tâm hơn a tia đỏ (Xét cùng một bậc giao thoa).  Về hai phía v}n trung t}m, do bước sóng của c{c {nh s{ng đơn sắc kh{c nhau dẫn tới khoảng v}n kh{c nhau nên ta nhận được một quang phổ liên tục. M|u tím ở trong v| m|u đỏ ở ngo|i. Đến một vị trí n|o đó c{c bức xạ lại cho c{c v}n s{ng trùng nhau v| tại đó ta lại thu được một v}n s{ng trắng.  Tập hợp c{c vạch từ tím đến đỏ của cùng một bậc (cùng gi{ trị k)  quang phổ của bậc k đó (Ví dụ: Quang phổ bậc 2 l| bao gồm c{c vạch m|u từ tím đến đỏ ứng với k  2  . Bề rộng của quang phổ: Bề rộng quang phổ là khoảng cách giữa vân sáng màu đỏ ngoài cùng và vân sáng màu tím của một vùng quang phổ (Bề rộng quang phổ là khoảng cách từ vân sáng đỏ đến vân sáng tím cùng bậc): Bề rộng quang phổ bậc k : xk  xđk  xtk  xk  k D    t   k  iđ  it  k  a đ Xác định số các bức xạ cho vân sáng hay vân tối tại một vị trí trên màn Biết điểm cách vân trung tâm một khoảng xM và ánh sáng dùng trong thí nghiệm có bước sóng biến thiên từ 1  2 . Ta hãy xác định số các bức xạ cho vân sáng và vân tối tại M.  Tại M là vân sáng: D  ax ax xM  k axM 1    2  M  k  M a       2 D 1 D kD k   9 https://www.facebook.com/ThayCaoTuan từ đỏ tới tím. Khi thực hiện giao thoa với {nh s{ng trắng ta thấy: Cao Văn Tuấn – 0975306275 Giải hệ phương trình trên tìm được c{c gi{ trị của k tương ứng với số c{c bức xạ cho v}n s{ng tại M, thay c{c gi{ trị của k v|o biểu thức   axM , ta tìm được bước kD sóng của c{c bức xạ cho v}n s{ng tại M.  Tại M là vân tối:  1  D xM   k   2 a      ax ax 1 1 2axM 1    2  M   k  M     2 D 2 1 D 2  2k  1 D k   Giải hệ phương trình trên tìm được c{c gi{ trị của k tương ứng với số c{c bức xạ https://www.facebook.com/ThayCaoTuan cho v}n s{ng tại M, thay c{c gi{ trị của k v|o biểu thức   2axM , ta tìm được  2 k  1 D bước sóng của c{c bức xạ cho v}n s{ng tại M. Chú ý: Khoảng c{ch d|i nhất v| ngắn nhất giữa v}n s{ng v| v}n tối cùng bậc k  Khoảng c{ch ngắn nhất giữa v}n s{ng v| v}n tối cùng bậc k : xmin  D  k   k  0, 5  đ  a t  Khoảng c{ch d|i nhất giữa v}n s{ng v| v}n tối cùng bậc k : TH1: Khi v}n s{ng v| v}n tối nằm cùng phía đối với v}n trung t}m: xmax  D  k   k  0, 5  t  a đ TH2: Khi v}n s{ng v| v}n tối nằm kh{c phía đối với v}n trung t}m: xmax  D  k   k  0, 5  t  a đ Bài toán 9: Giao thoa với ba ánh sáng đơn sắc khác nhau Giao thoa với 3 ánh sáng đơn sắc khác nhau 1 , 2 , 3 : Trên m|n có 7 loại v}n s{ng:  V}n s{ng đơn sắc ứng với ba {nh s{ng đơn sắc: 1 , 2 v| 3 .  V}n s{ng ứng với sự trùng nhau của hai v}n s{ng: 12 , 23 v| 31 .  V}n s{ng ứng với sự trùng nhau của 3 v}n s{ng: 123 . Ở vị trí trung t}m O có ba v}n s{ng trùng nhau do: xS1  xS 2  xS 3 suy ra v}n s{ng tại O có m|u tổng hợp của 3 m|u đơn sắc ứng với 3 {nh s{ng có bước sóng 1 , 2 v| 3 . Tại c{c vị trí M, N,... khi xS1  xS 2  xS 3  k11  k2 2  k33 thì ba v}n s{ng lại trùng nhau v| m|u v}n s{ng tại M, N,... giống m|u v}n s{ng tại O. 10 Ôn luyện thi trắc nghiệm môn - VẬT LÍ 12 CHỦ ĐỀ 3 QUANG PHỔ. CÁC LOẠI TIA I. MÁY QUANG PHỔ 1. Khái niệm M{y quang phổ l| dụng cụ dùng để ph}n tích một chùm s{ng phức tạp th|nh những th|nh phần đơn sắc. 2. Cấu tạo  Ống chuẩn trực (a): L| một c{i ống, một đầu có một thấu kính hội tụ L1 , đầu kia có một khe hẹp F đặt ở tiêu điểm chính của L1 . Ánh s{ng đi từ F sau khi qua L1 sẽ l| một chùm s{ng song song.  Hệ tán sắc (b): Gồm một (hoặc hai, ba) lăng kính P. Chùm tia song song ra khỏi ống chuẩn trực, sau khi qua hệ t{n sắc, sẽ ph}n t{n th|nh nhiều tia đơn sắc, song song.  Buồng tối (c): L| c{c hộp kín {nh s{ng, một đầu có thấu kính hội tụ L2 , đầu kia có một tấm phim ảnh K đặt ở mặt phẳng tiêu diện của L2 . C{c chùm s{ng song song ra khỏi hệ t{n sắc, sau khi qua L2 sẽ hội tụ tại c{c điểm kh{c nhau trên tấm phim K, mỗi chùm cho ta một ảnh thật, đơn sắc của khe F. Vậy trên tấm phim K ta chụp được một loạt ảnh của khe F, mỗi ảnh ứng với một bước sóng x{c định, v| gọi l| một vạch quang phổ. 3. Nguyên tắc hoạt động của máy quang phổ M{y quang phổ hoạt động dựa trên hiện tượng t{n sắc {nh s{ng. II. CÁC LOẠI QUANG PHỔ Quang phổ liên tục Quang phổ vạch phát xạ Quang phổ vạch hấp thụ L| một dải s{ng có m|u L| một hệ thống những L| một hệ thống c{c Khái biến thiên liên tục từ đỏ vạch s{ng riêng lẻ, ngăn vạch tối nằm trên nền niệm đến tím. c{ch nhau bởi những quang phổ liên tục. khoảng tối. 11 https://www.facebook.com/ThayCaoTuan M{y quang phổ lăng kính gồm có ba bộ phận chính: Cao Văn Tuấn – 0975306275 C{c chất rắn, lỏng hoặc C{c chất khí hay hơi ở {p Chiếu {nh s{ng trắng khí có {p suất lớn, ph{t suất thấp ph{t ra khi bị qua một chất hơi bị Nguồn ra khi bị nung nóng. kích thích ph{t s{ng bằng nung nóng (Nhiệt độ nhiệt hay bằng điện. phát của đ{m khí hay hơi hấp thụ phải nhỏ hơn nhiệt độ của nguồn s{ng trắng). Đặc điểm quan trọng Quang phổ vạch ph{t xạ C{c vạch tối xuất hiện nhất của quang phổ liên của c{c chất hay c{c đúng ở vị trí c{c vạch tục l| không phụ thuộc nguyên tố kh{c nhau thì m|u trong quang phổ https://www.facebook.com/ThayCaoTuan vào cấu tạo của nguồn kh{c nhau về số lượng vạch ph{t xạ của chất Đặc phát mà chỉ phụ thuộc vào c{c vạch, về vị trí (hay khí hay hơi đó. điểm nhiệt độ của nguồn sáng. bước sóng) v| cường độ Ví dụ: Một miếng sắt v| s{ng (độ s{ng tỉ đối) của một miếng sứ ở cùng c{c vạch. nhiệt độ thì sẽ có cùng quang phổ liên tục với nhau X{c định được nhiệt độ Nhận biết th|nh phần Biết được th|nh phần Ứng của c{c vật ph{t s{ng, định tính v| cả định của hợp chất. dụng đặc biệt c{c vật ở xa như lượng của một nguyên tố c{c vì sao, thiên h|< trong một mẫu vật. III. TIA HỒNG NGOẠI. TIA TỬ NGOẠI Tia hồng ngoại Tia tử ngoại L| những bức xạ không nhìn thấy L| những bức xạ không nhìn thấy Định được có bước sóng lớn hơn bước sóng được có bước sóng nhỏ hơn bước nghĩa {nh s{ng đỏ (λ > 0,76 μm) đến v|i mm. sóng {nh s{ng tím (λ < 0,38 μm) đến v|i nm. Tia hồng ngoại có bản chất sóng điện Tia tử ngoại cũng có bản chất sóng Bản từ. điện từ. Không bị lệch trong điện chất Lan truyền với vận tốc {nh s{ng. trường, từ trường.  Mọi vật có nhiệt độ cao hơn 0K  Những vật có nhiệt độ cao (từ đều ph{t ra tia hồng ngoại. Môi 20000 C trở lên) đều ph{t tia tử Nguồn trường xung quanh, do có nhiệt độ ngoại. Nhiệt độ của vật c|ng cao phát cao hơn 0K nên cũng ph{t ra tia thì phổ tử ngoại của vật c|ng kéo hồng ngoại. Vật có nhiệt độ c|ng d|i về phía sóng ngắn. 12 Ôn luyện thi trắc nghiệm môn - VẬT LÍ 12 thấp thì ph{t c|ng ít tia có bước  Hồ quang điện có nhiệt độ trên sóng ngắn, m| chỉ ph{t c{c tia có 30000 C l| một nguồn tử ngoại bước sóng d|i. Th}n nhiệt của con mạnh, bề mặt của Mặt Trời có người nhiệt độ chừng 6000K l| nguồn có nhiệt độ khoảng 37 C  310 K  cũng l| một nguồn 0 tử ngoại rất mạnh (chiếm khoảng ph{t tia hồng ngoại, nhưng chỉ ph{t 9% năng lượng Mặt Trời). động vật m{u nóng cũng ph{t ra tia nguồn tử ngoại chủ yếu l| đèn hơi hồng ngoại. thủy ng}n. chủ yếu l| c{c tia có bước sóng từ  Trong c{c phòng thí nghiệm, nh| m{y thực phẩm, bệnh viện,< 9  m trở lên. Ngo|i như những phát  Bếp ga, bếp than cũng l| những nguồn ph{t tia hồng ngoại. Để tạo những chùm tia hồng ngoại định hướng, dùng trong kỹ thuật, người ta thường dùng đèn điện d}y tóc nhiệt độ thấp v| đặc biệt l| dùng điôt ph{t quang hồng ngoại.  Ánh s{ng mặt trời có khoảng 50% năng lượng thuộc về tia hồng ngoại.  Tính chất nổi bật nhất l| có tác  T{c dụng lên phim ảnh. dụng nhiệt rất mạnh. Tia hồng  Kích thích sự ph{t quang của ngoại dễ bị c{c vật hấp thụ, năng nhiều chất (đèn huỳnh quang). lượng của nó chuyển hóa th|nh  Kích thích nhiều phản ứng hóa nhiệt năng khiến cho vật nóng lên. học. Tính chất n|y được ứng dụng trong  L|m ion hóa không khí v| nhiều sấy khô hoặc sưởi ấm. Tác dụng và chất khí kh{c.  T{c dụng lên kính ảnh hồng ngoại.  Có t{c dụng sinh học. Được ứng dụng để chụp ảnh hồng  Tia tử ngoại bị nước, thủy tinh,< ứng ngoại ban đêm trong kĩ thuật qu}n hấp thụ rất mạnh nhưng lại có thể dụng sự. truyền qua được thạch anh.  Tia hồng ngoại có khả năng g}y ra  Trong y học, tia tử ngoại được sử một số phản ứng hóa học. Vì vậy dụng để tiệt trùng c{c dụng cụ người ta chế tạo được phim ảnh có phẫu thuật, để chữa một số bệnh thể chụp được tia hồng ngoại để (chữa bệnh còi xương). chụp ảnh ban đêm, chụp ảnh hồng  Trong công nghiệp thực phẩm, tia ngoại của nhiều thiên thể. tử ngoại được sử dụng để tiệt 13 https://www.facebook.com/ThayCaoTuan Nguồn Cao Văn Tuấn – 0975306275  Tia hồng ngoại cũng có thể biến điệu được như sóng điện từ cao trùng cho thực phẩm trước khi đóng gói hoặc đóng hộp. tần. Tính chất n|y cho phép ta chế  Trong công nghiệp cơ khí, tia tử tạo được những bộ điều khiển từ ngoại được sử dụng để tμm c{c xa. vết nứt trên bề mặt c{c vật bằng  Trong qu}n sự, tia hồng ngoại có kim loại. rất nhiều ứng dụng đa dạng: ống nhòm hồng ngoại để quan s{t v| l{i xe ban đêm, camêra hồng ngoại, tên lửa tự động tìm mục tiêu dựa https://www.facebook.com/ThayCaoTuan v|o tia hồng ngoại do mục tiêu ph{t ra<  Tia hồng ngoại còn có khả năng g}y ra hiện tượng quang điện với một số chất b{n dẫn. (Chuyên đề “Lượng tử {nh s{ng”). Sự hấp thụ tia tử ngoại:  Thủy tinh thông thường hấp thụ mạnh tia tử ngoại. Thạch anh, nước v| không khí đều trong suốt đối với c{c tia có bước sóng trên 200 nm, v| hấp thụ c{c tia có bước sóng ngắn hơn.  Tầng ôzôn hấp thụ hầu hết c{c tia có bước sóng dưới 300 nm v| l| “tấm {o gi{p” bảo vệ cho người v| sinh vật trên mặt đất khỏi t{c dụng hủy diệt của c{c tia tử ngoại của Mặt Trời. IV. TIA X (TIA RƠN - GHEN) 1. Phát hiện tia X: Mỗi khi một chùm tia Catôt – tức l| chùm êlectron có năng lượng lớn – đập v|o một vật rắn thì vật đó ph{t ra tia X. 2. Cách tạo tia X Để tạo tia X người ta dùng ống Cu-lítgiơ.  Ống Cu-lít-giơ l| một ống thủy tinh bên trong l| ch}n không, gồm một d}y nung bằng vonfam FF’ dùng l|m nguồn êlectron v| hai điện cực:  D}y FF’ được nung nóng bằng một dòng điện. Người ta đặt giữa anôt v| catôt một hiệu điện thế cỡ v|i chục kilôvôn. C{c êlectron bay ra từ d}y nung FF’ sẽ chuyển động trong điện trường mạnh giữa anôt v| catôt đến đập v|o A v| l|m cho A ph{t ra tia X. 14 Ôn luyện thi trắc nghiệm môn - VẬT LÍ 12 3. Khái niệm tia X Tia X, (hay còn gọi l| tia Rơn-ghen) l| c{c bức xạ điện từ có bước sóng ngắn hơn của tia tử ngoại (bước sóng nằm trong khoảng từ 10 –11 m đến 10 –8 m ). Người ta ph}n biệt tia X l|m hai loại: tia X cứng l| c{c tia có bước sóng ngắn v| tia X mềm l| c{c tia có bước sóng d|i hơn. 4. Tính chất  Tia X có khả năng đâm xuyên mạnh, đ}y l| tính chất nổi bật v| quan trọng nhất của tia X. Tia X có bước sóng c|ng ngắn thì khả năng đ}m xuyên c|ng lớn, ta nói l| nó c|ng cứng.  Tia X l|m đen kính ảnh, nên dùng để chụp điện trong y tế.  Tia X l|m ion hóa không khí.  Tia X có t{c dụng sinh lí, nó hủy diệt tế b|o, nên dùng chữa bệnh ung thư. 5. Công dụng  Chuẩn đo{n (chiếu, chụp điện) v| chữa trị một số bệnh trong y học.  Sử dụng trong công nghiệp để dò tìm khuyết tật trong c{c vật đúc bằng kim loại v| trong c{c tinh thể.  Sử dụng trong giao thông để kiểm tra h|nh lí của h|nh kh{ch đi m{y bay.  Sử dụng trong c{c phòng thí nghiệm để nghiên cứu th|nh phần v| cấu trúc của vật rắn. V. THANG SÓNG ĐIỆN TỪ Sóng vô tuyến, tia hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy, tia tử ngoại, tia X, tia gamma, đều có cùng bản chất, cùng là sóng điện từ, chỉ khác nhau về tần số (hay bước sóng). C{c sóng n|y tạo th|nh một phổ liên tục gọi l| thang sóng điện từ. Giữa c{c vùng tia không có ranh giới rõ rệt. Các sóng điện từ có bước sóng càng ngắn thì khả năng đâm xuyên càng mạnh, dễ t{c dụng lên kính ảnh, dễ l|m ph{t quang c{c chất v| dễ ion ho{ không khí. Các sóng điện từ có bước sóng càng dài thì càng dễ quan sát hiện tượng giao thoa của chúng . Bảng thang sóng điện từ so sánh theo thứ tự tăng dần của bước sóng λ: Tia gamma γ   10 –11 m Tia X 10–11 m    10–8 m Tia tử ngoại 10–9 m    0,38.10–6 m Ánh s{ng nhìn thấy 0,38.10–6 m    0,76.10–6 m Tia hồng ngoại 0,76.10–6 m    10–3 m Sóng vô tuyến 10–4 m    103 m 15 https://www.facebook.com/ThayCaoTuan  Tia X l|m ph{t quang một số chất. Cao Văn Tuấn – 0975306275 B. SỬ DỤNG MÁY TỈNH BỎ TÚI ĐỂ GIẢI BÀI TẬP GIAO THOA SÓNG ÁNH SÁNG Phƣơng pháp: Sử dụng công cụ TABLE (bấm tổ hợp phím: w 7) Ví dụ 1 *ĐH, khối A – 2010]: Trong thí nghiệm Y–}ng về giao thoa {nh s{ng, hai khe được chiếu bằng {nh s{ng trắng có bước sóng từ 380 nm đến 760 nm . Khoảng c{ch giữa hai khe l| 0,8 mm , khoảng c{ch từ mặt phẳng chứa hai khe đến m{n quan s{t l| 2 m . Trên m|n, tại vị trí c{ch v}n trung t}m 3 mm có v}n s{ng của c{c bức xạ với bước sóng A. 0,48  m v| 0,56  m. B. 0,40  m v| 0,60  m. C. 0,45  m v| 0,60  m. D. 0,40  m v| 0,64  m. https://www.facebook.com/ThayCaoTuan Lời giải: Cách 1: Cách giải truyền thống D xM  k 3 3 6 a    axM  0,8.10 .3.10  1, 2.10  m   1200  nm   kD 2k k k 1200 380 nm    760 nm k   380   760  1,6  k  3, 2   k  2; 3 k 1200  k 2   600  nm   0,60  m. 2 1200  k 3   400  nm   0, 40  m. 3  Chọn đáp án B. Cách 2: Sử dụng máy tính bỏ túi  Bấm w 7v| nhập h|m f  X   1200 với Start  1; End  10; Step  1. X  Kết quả thu được: Dựa v|o bảng gi{ trị (  f X X tương ứng với f  X  ) v| 1 1200 380 nm    760 nm 2 600 ta có kết quả: 3 400 4 300 5 240 6 200 7 171.42 8 150 9 133.33 10 120 400 nm  0, 40  m .  600 nm  0,60  m  Chọn đáp án B. 16 Ôn luyện thi trắc nghiệm môn - VẬT LÍ 12 Ví dụ 2 *ĐH, khối A – 2009]: Trong thí nghiệm Y–}ng về giao thoa {nh s{ng, hai khe được chiếu bằng {nh s{ng trắng có bước sóng từ 0,38  m đến 0,76  m . Trên m|n, tại vị trí v}n s{ng bậc 4 của {nh s{ng đơn sắc có bước sóng 0,76  m còn có bao nhiêu v}n s{ng của c{c {nh s{ng đơn sắc kh{c? A. 3. B. 8. C. 7. D. 4. Lời giải: Cách 1: Cách giải truyền thống 0, 38  m    0,76  m 76 k   0, 38   0,76  4  k  8   k  4; 5; 6; 7; 8. 25k  k  4    0,76  m  1   loai  .  k  5    0,608  m.  k  6    0,506  m. có 4 v}n s{ng của c{c {nh s{ng đơn  k  7    0,434  m. sắc kh{c tại vị trí đang xét.  k  8    0,38  m.  Chọn đáp án D. Cách 2: Sử dụng máy tính bỏ túi  Bấm w 7v| nhập h|m f  X   76 với Start  1; End  10; Step  1. 25X  Kết quả thu được: Dựa v|o bảng gi{ trị  Chọn đáp án B. f X X 1 3.04 2 1.52 3 1.0133 4 5 0.76 0.608 6 0.5066 7 0.4342 8 0.38 9 0.3377 10 0.304 17 https://www.facebook.com/ThayCaoTuan D D k  k1 1 k  4.0,76 76 a a     1 1    m . k1  4; 1  0,76  m k k 25k Cao Văn Tuấn – 0975306275 C. CÂU HỎI VỀ SÓNG ÁNH SÁNG TRONG ĐỀ THI MINH HỌA 1 CỦA BỘ CHUẨN BỊ CHO KÌ THI THPT QUỐC GIA 2017 Gồm 7 câu / 40 câu: 5 câu dễ và 2 câu trung bình Câu 1 *Trích đề minh họa 2017+: Tia X không có ứng dụng n|o sau đ}y? A. Chữa bệnh ung thư. B. Tìm bọt khí bên trong c{c vật bằng kim loại. C. Chiếu điện, chụp điện. D. Sấy khô, sưởi ấm. Hướng dẫn: https://www.facebook.com/ThayCaoTuan Sấy khô, sưởi ấm l| t{c dụng của tia Hồng Ngoại  Chọn đáp án D. Câu 2 *Trích đề minh họa 2017+: Trong m{y quang phổ lăng kính, lăng kính có t{c dụng A. nhiễu xạ {nh s{ng. B. t{n sắc {nh s{ng. C. giao thoa {nh s{ng. D. tăng cường độ chùm s{ng. Chọn đáp án B. Câu 3 *Trích đề minh họa 2017+: Một bức xạ khi truyền trong ch}n không có bước sóng l| 0,60  m , khi truyền trong thủy tinh có bước sóng l|  . Biết chiết suất của thủy tinh đối với bức xạ l| 1,5. Gi{ trị của  l| A. 900 nm. B. 380 nm. C. 400 nm. D. 600 nm. Hướng dẫn: n  0  n 0,6  0, 4  m  400 nm  Chọn đáp án C. 1, 5 Câu 4 *Trích đề minh họa 2017+: Hiện tượng giao thoa {nh s{ng l| bằng chứng thực nghiệm chứng tỏ {nh s{ng A. l| sóng siêu }m. B. l| sóng dọc. C. có tính chất hạt. D. có tính chất sóng. Chọn đáp án D. Câu 5 *Trích đề minh họa 2017+: Tầng ôzôn l| tấm “{o gi{p” bảo vệ cho người v| sinh vật trên mặt đất khỏi bị t{c dụng hủy diệt của A. tia tử ngoại trong {nh s{ng Mặt Trời. B. tia hồng ngoại trong {nh s{ng Mặt Trời. C. tia đơn sắc m|u đỏ trong {nh s{ng Mặt Trời. D. tia đơn sắc m|u tím trong {nh s{ng Mặt Trời. Chọn đáp án A. Câu 6 *Trích đề minh họa 2017+: Trong một thí nghiệm Y-}ng về giao thoa {nh s{ng, khoảng c{ch giữa hai khe l| 0,5 mm, khoảng c{ch từ mặt phẳng chứa hai khe đến m|n quan s{t l| 2 m. Nguồn s{ng ph{t {nh s{ng trắng có bước sóng trong khoảng từ 380 nm 18 Ôn luyện thi trắc nghiệm môn - VẬT LÍ 12 đến 760 nm. M l| một điểm trên m|n, c{ch v}n s{ng trung t}m 2 cm. Trong c{c bức xạ cho v}n s{ng tại M, bức xạ có bước sóng d|i nhất l| A. 417 nm. B. 570 nm. C. 714 nm. D. 760 nm. Hướng dẫn: Ta có: xM  20  k D   a 5  k   7  k  13  max 0, 38  m    0,76  m 5 5  m    0, 38   0,76  k k  kmin  7  max  5  m  714 nm  Chọn đáp án C. 7 Câu 7 *Trích đề minh họa 2017+: Từ không khí, chiếu chùm s{ng hẹp (coi như một tia ra hiện tượng phản xạ v| khúc xạ. Biết tia khúc xạ m|u đỏ vuông góc với tia phản xạ, góc giữa tia khúc xạ m|u ch|m v| tia khúc xạ m|u đỏ l| 0, 50 . Chiết suất của nước đối với tia s{ng m|u ch|m l| A. 1,333. B. 1,343. C. 1,327. D. 1,312. Hướng dẫn: 53° 53° 0,5° Ta có: rđ  530  900  rđ  37 0  rchàm  37 0  0,50  36,50. Vậy sin i  nchàm .s inrchàm  nchàm  sin 530  1, 343. sin 36, 50 19 https://www.facebook.com/ThayCaoTuan s{ng) gồm hai bức xạ đơn sắc m|u đỏ v| m|u ch|m tới mặt nước với góc tới 530 thì xảy