Vật lý 12 tính chất của sóng ánh sáng

Traàn Ngoïc Laân

TÍNH CHAÁT SOÙNG CUÛA AÙNH SAÙNG

I Hieän töôïng taùn saéc aùnh saùng:

AÙnh saùng ñôn saéc laø aùnh saùng khoâng bò taùn saéc khi qua laêng

kính .Khi qua laêng kính, chuøm aùnh saùng traéng khoâng nhöõng bò

leäch veà phía ñaùy laêng kính maø coøn bò taùch ra thaønh nhieàu

chuøm saùng ñôn saéc khaùc nhau coù maøu bieán ñoåi lieân tuïc töø ñoû

ñeán tím , goïi laø hieän töôïng taùn saéc aùnh saùng . Chieát suaát n

taêng daàn(hay coù böôùc soùng giaûm daàn) töø tia ñoû ñeán tia tím

neân caùc tia loù coù goùc leäch taêng daàn töø ñoû ñeán tím .

• AÙnh saùng tia ñoû ôû ñaàu daûi maøu lieân tuïc coù böôùc soùng m 76 , 0 μ = λ

• AÙnh saùng tia tím ôû cuoái daûi maøu lieân tuïc coù böôùc soùng m 4 , 0 μ = λ

Böôùc soùng aùnh saùng = λ

f

v

, neáu truyeàn trong chaân khoâng

O

λ =

f

c

⇒ n

v

c o

= =

λ

λ

⇒

n

o

λ

= λ

Xeùt tia saùng ñôn saéc :

• Neáu goùc tôùi (i) vaø goùc chieát quang (A) cuûa laêng kính laø caùc goùc nhoû thì

goùc leäch laø : D = (n – 1)A

• Goùc leäch D ñaït giaù trò cöïc tieåu khi : i = i’ ⇔ r = r’=

2

A

⇔ Tia tôùi

vaø tia loù ñoái xöùng vôùi nhau qua maët phaúng phaân giaùc goùc chieát quang A

⇔ D = D

min

= 2i – A ⇔ sin

2

A D

min

+

= n.sin

2

A

II Hieän töôïng giao thoa aùnh saùng:

Laø hieän töôïng khi hai soùng aùnh saùng keát hôïp gaëp nhau. Vuøng hai soùng gaëp nhau coù nhöõng vaïch raát

saùng (vaân saùng ) xen keû nhöõng vaïch toái (vaân toái ): goïi laø caùc vaân giao thoa .

1)Vò trí vaân saùng,vaân toái, khoaûng vaân,soá vaân :(thí nghieäm Young)

• Hieäu ñöôøng ñi :

D

ax

d d

1 2

= − = δ

• Neáu taïi M laø vaân saùng ⇔ Hai soùng töø S

1

vaø S

2

truyeàn ñeán M laø hai

soùng cuøng pha ⇔

D

ax

= δ =k λ ⇔ x=k

a

D λ

vôùi k ∈Z

* k=0 , x=0 : ( M truøng O ) Vaân saùng trung taâm hay vaân saùng baäc O

* k = 1 : Vaân saùng baäc 1(thöù nhaát) ±

* k = 2 : Vaân saùng baäc 2(thöù hai) ........ ±

• Neáu taïi M laø vaân toái ⇔ Hai soùng töø S

1

vaø S

2

truyeàn ñeán M laø hai

soùng ngöôïc pha ⇔

D

ax

= δ =(2k+1)

2

λ

⇔ x=(k+

2

1

)

a

D λ

vôùi k ∈Z

* k = 0 hay k = –1 : Vaân toái thöù nhaát

* k = 1 hay k = –2 : Vaân toái thöù hai

* k = 2 hay k = –3 : Vaân toái thöù ba .............

• Khoaûng vaân i : Laø khoaûng caùch giöõa hai vaân saùng (hay hai vaân toái) lieân tieáp i =

a

D λ

• Soá vaân saùng vaø vaân toái ôû phaàn nöûa treân vaø nöûa döôùi vaân saùng trung taâm hoaøn toaøn gioáng heät

nhau , ñoái xöùng nhau vaø xen keû nhau .

• Goïi L laø beà roäng cuûa vuøng giao thoa treân maøn thì soá khoaûng vaân laø Traàn Ngoïc Laân

N=

i

L

. Goïi n laø phaàn nguyeân cuûa N hay N = n + phaàn thaäp phaân thì :

* Neáu n chaün:soá vaân saùng laø n+1; soá vaân toái laø n

* Neáu n leû : soá vaân saùng laø n ; soá vaân toái laø n+1

2) Ñoä dôøi cuûa heä vaân do baûn moûng:

x

o

=

a

eD ) 1 n ( −

3) Caùc thieát bò khaùc ñeå taïo giao thoa aùnh saùng:

- Löôõng laêng kính Fresnel:

Xeùt goùc chieát quang A vaø goùc leäch laø goùc raát nhoû ϕ

⇒ tg = = ϕ ϕ

d 2

a

=

' d 2

BC

= A(n–1)

coù ñôn vò laø rad ; n laø chieát suaát laêng kính vaø D = d + d’ ϕ

-Thaáu kính Billet(Bieâ):

Duøng tam giaùc ñoàng daïng , ta coù :

* a=S

1

S

2

=O

1

O

2

SO

' SS

= O

1

O

2

d

' d d +

* Beà roäng vuøng giao thoa :

BC= O

1

O

2

SO

' SO

= O

1

O

2

d

D ' d d + +

-Göông Fresnel :

Xeùt goùc α raát nhoû

⇒ tg = = α α

OI . 2

BC

=

IH .

a

=

IS . 2

a

2

vôùi a = S

1

S

2

; IH ≈IS ; D = IH + IO

LÖÔÏNG TÖÛ AÙNH SAÙNG

I Thuyeát löôïng töû aùnh saùng :

Nhöõng nguyeân töû hay phaân töû vaät chaát khoâng haáp thuï hay böùc xaï aùnh saùng moät caùch lieân tuïc , maø

thaønh töøng phaàn rieâng bieät , ñöùt quaõng . Moãi phaàn ñoù mang moät naêng löôïng hoaøn toaøn xaùc ñònh ,coøn

goïi laø moät phoâtoân , moãi phoâtoân öùng vôùi moät löôïng töû aùnh saùng , coù ñoä lôùn laø :

= hf = ε

λ

hc

trong ñoù :

♦ ε : naêng löôïng moät phoâtoân hay moät löôïng töû aùnh saùng

♦ f : taàn soá cuûa böùc xaï , hay taàn soá cuûa aùnh saùng .

♦ λ:böôùc soùng cuûa böùc xaïhay cuûa aùnh saùng trong chaân khoâng(khoâng khí)

♦ h = 6,625.10

-34

J.s : haèng soá Plaêng (Planck)

II Tia Rônghen (tia X)

Traàn Ngoïc Laân

Böôùc soùng cuûa tia X :

f

c

cT = = λ vôùi : 10

-12

m ≤ λ 10

-8

m ≤

Chuøm tia electron ñaäp vaøo ñoái katod , ñoäng naêng cöïc ñaïi cuûa

caùc electron (n.

2

max

mv

2

1

⇒

)moät phaàn bieán thaønh naêng löôïng

photon cuûa tia X (nhf ) vaø moät phaàn bieán thaønh nhieät (Q) laøm

noùng ñoái katod.

λ

c

n.

2

max

mv

2

1

= nhf + Q = nh + Q vôùi E

ñ

=

max

2

max

mv

2

1

⇒

;

n laø soá electron ñeán ñaäp vaøo ñoái katod trong thôøi gian t

• Neáu Q = 0

2

max

mv

2

1

=hf

max

=h

min

c

λ

⇔ f

max

⇔

min

λ

• Neáu hf = 0 ⇒ n.

2

max

mv

2

1

= Q

Ñònh lyù ñoäng naêng : “ Coâng cuûa löïc ñieän tröôøng baèng ñoä bieán thieân ñoäng naêng ” : e U =

2

max

mv

2

1

–

2

0

mv

2

1

vôùi : v

max

laø vaän toác cöïc ñaïi cuûa caùc electron ñeán ñaäp vaøo ñoái katod

v

o

laø vaän toác ban ñaàu cuûa caùc electron rôøi katod (v

o

= 0)

Cöôøng ñoä doøng ñieän qua oáng Rônghen: I =

t

e n

t

q

=

Δ

Coâng thöùc nhieät löôïng : Q = MC t

Coâng thöùc löu löôïng cuûa doøng nöôùc chaûy qua oáng : L =

t

V

‰ Ñôn vò: m,M (kg) ; v,c(m/s) ; h(J.s) ;T,t(s) ; f(Hz) ; Q(J) ; e,q(C) ; U(V); I(A) ; λ(m) ; C(

K . Kg

J

) ;

L(

s

m

3

) ;V(m

3

) .

‰ Caùc haèng soá: h = 6,625.10

-34

J.s ; c = 3.10

8

m/s ; m

e

= 9,1.10

-31

kg ; e =1,6.10

-19

C.

III Hieän töôïng quang ñieän:

Ñònh luaät 1 quang ñieän: Ñoái vôùi moãi kim loïai duøng laøm katod coù moät böôùc soùng giôùi haïn nhaát

ñònh goïi laø giôùi haïn quang ñieän . Hieän töôïng quang ñieän chæ xaûy ra khi böôùc soùng λ cuûa aùnh saùng kích

thích nhoû hôn giôùi haïn quang ñieän ( vôùi

o

o

λ ≤ λ

λ

A

hc

o

= λ

λ

o

λ

) .

vôùi: : laø böôùc soùng cuûa aùnh saùng kích thích chieáu vaøo kim loaïi katod

:laø giôùi haïn quang ñieän cho moãi kim loaïi duøng laøm katod

A : laø coâng thoaùt cuûa electron rôøi khoûi kim loaïi katod

Ñònh luaät 2 quang ñieän: Vôùi aùnh saùng kích thích coù böôùc soùng thoûa maõn ñònh luaät quang ñieän thöù nhaát

thì cöôøng ñoä doøng quang ñieän baûo hoøa tæ leä thuaän vôùi cöôøng ñoä cuûa chuøm saùng kích thích .

Ñònh luaät 3 quang ñieän: Ñoäng naêng ban ñaàu cöïc ñaïi cuûa caùc electron quang ñieän khoâng phuï thuoäc vaøo

cöôøng ñoä cuûa chuøm saùng kích thích , maø chæ phuï thuoäc vaøo böôùc soùng cuûa aùnh saùng kích thích vaø baûn

chaát kim loïai duøng laøm katod .

= hf = ε

λ

hc 2

max o

mv

2

1

=A + : Coâng thöùc Anhxtanh

Coâng haõm (Coâng löïc ñieän tröôøng haõm): Ñeå caùc electron khoâng ñeán ñöôïc

anod (I=0) thì: U

AK

≤

h

U

⇔

h

eU =

2

max o

mv

2

1

= hf–A =

λ

hc

–A Traàn Ngoïc Laân

vôùi U

h

laø hieäu ñieän theá haõm .

Coâng suaát böùc xaï cuûa aùnh saùng kích thích chieáu vaøo kim loaïi katod : P =

t

Nhc

t

Nhf

t

N

λ

= =

ε

vôùi N laø soá phoâtoân ñaäp vaøo katod trong thôøi gian t

t

e n

t

q

= Cöôøng ñoä doøng quang ñieän baõo hoøa: I = vôùi n laø soá electron rôøi katod trong thôøi gian t

Hieäu suaát quang ñieän : H =

N

n

Xeùt vaät coâ laäp(ñaët caùch xa caùc vaät khaùc) khi I = 0 thì :

e V

max

=

2

max o

mv

2

1

= hf – A =

λ

hc

– A vôùi V

max

laø ñieän theá cöïc ñaïi cuûa vaät coâ laäp .

Ñònh lyù ñoäng naêng : “ Coâng cuûa löïc ñieän tröôøng baèng ñoä bieán thieân ñoäng naêng ” : e U =

2

mv

1

A

2

–

2

K

mv

2

1

vôùi : v

A

laø vaän toác cöïc ñaïi cuûa caùc electron ñeán ñaäp vaøo Anod

v

K

laø vaän toác ban ñaàu cöïc ñaïi cuûa caùc electron rôøi Katod(v

K

=v

omax

)

1eV(electron voân)= 1,6.10

-19

J .

¾ BAÙN KÍNH QUYÕ ÑAÏO CUÛA ELECTRON CHUYEÅN ÑOÄNG TRONG TÖØ TRÖÔØNG ÑEÀU:

Khi electron (e) chuyeån ñoäng trong töø tröôøng ñeàu B

r

thì e chòu taùc duïng löïc töø tröôøng, coøn goïi laø

löïc Lorentz (F

r

),löïc naøy luoân luoân vuoâng goùc vôùi vaän toác v

r

neân trôû thaønh löïc

höôùng taâm , laøm e coù chuyeån ñoäng troøn ñeàu (xeùt v coù ñoä lôùn khoâng ñoåi)

⇒ F = e vBsin = ma = m α

R

v

2

vôùi a =

R

v

2

laø gia toác höôùng taâm ; α = ( B , v

r

r

) laø goùc hôïp

bôûi hai vectô v

r

vaø ⇒ R = B

r

α sin

v

B e

mv

- Neáu xeùt e vöøa rôøi khoûi katod thì : v = v

omax

r

vaø vuoâng goùc thì : α = 90

o

- Neáu B

r

sin 1 = ⇔ α

¾ ÑOÄ LEÄCH ELECTRON TRONG ÑIEÄN TRÖÔØNG ÑEÀU:

Neáu giöõa anod vaø katod coù ñieän tröôøng ñeàu E

r

, khi e böùt khoûi katod

coù vaän toác

max o

v

r

seõ chuyeån ñoäng theo moïi höôùng . Ñieåm xa nhaát khi e

ñaäp vaøo anod khi

max o

v

r

vuoâng goùc vôùi E

r

. Töø heä truïc xoy

U e

m 2

max o

v ⇒ R = d. vôùi R laø baùn kính cöïc ñaïi cuûa vuøng treân beà maët anod

maø caùc e ñeán ñaäp vaøo ; U laø hieäu ñieän theá giöõa anod vaø katod .

IV Thuyeát löôïng töû trong nguyeân töû hydroâ(maãu nguyeân töû Bo):

Sô ñoà caùc möùc naêng löôïng :

Traàn Ngoïc Laân

Löïc Coulomb giöõa e vaø haït nhaân nguyeân töû hydroâ (löïc höôùng taâm)

F=

2

R

2

Ke

= ma= m

R

v

2

vôùi a=

R

v

2

laø gia toác höôùng taâm ; K=9.10

9

2

2

C

Nm

21 31

21 32 31

1 1 1

f f f

λ

=

λ

⇔ + =

32

λ

+ (phaûi CM)

Xeùt daõy Laiman:

-Vaïch thöù nhaát(vaïch 1) vaïch ngaén nhaát ⇔ ⇔

min

f =f

21

= = ⇔

max

λ

21

λ

21

f

∞ ⇔

c

-Vaïch cuoái cuøng(vaïch ) vaïch daøi nhaát ⇔

max

f = f

1 ∞

⇔

min

λ =

1 ∞

λ =

1

f

c

∞

Töông töï cho nhöõng daõy khaùc .

Naêng löôïng cuûa e trong nguyeân töû hydro:

2

n

n

Rh

− =

1 15

s

−

1

2

n

E vôùi R laø haèng soá ( R = 3,29.10 )

r r . n Baùn kính quyõ ñaïo thöù n tính theo baùn kính quyõ ñaïo thöù nhaát: =

Naêng löôïng ion hoùa Naêng löôïng caàn ñeå e rôøi khoûi nguyeân töû ⇔

⇔

1

E E − = ε

∞

0 E =

∞

(giaû söû e ñang ôû quyõ ñaïo K ) ;

Thang soùng ñieän töø :

) m ( 10 10

9 12 − −

≤ λ ≤ Tia Rônghen :

Tia töû ngoaïi : ) m (

7 −

)

10 . 4 10

9 −

≤ λ ≤

AÙnh saùng nhìn thaáy : m ( 10 . 4

7 7 − −

≤ λ ≤

)

10 . 5 , 7

m ( 10 10 . 5 , 7

3 7 − −

≤ λ ≤

≥ λ m 10

3 −

Tia hoàng ngoaïi :

Caùc soùng voâ tuyeán :

GV. Traàn Ngoïc Laân

TT luyeän thi ñaïi hoïc Vónh Vieãn