Lý thuyết và bài tập Vật lý 12: Sóng ánh sáng - Thư viện Đề Thi

Lý thuyết và bài tập sóng ánh sáng

Lý thuyết và bài tập Vật lý 12: Sóng ánh sáng. Tài liệu gồm 2 phần: Khái quát kiến thức cơ bản về sóng ánh sáng và 40 bài tập trắc nghiệm có đáp án. Mời các bạn cùng tham khảo để ngày càng học tập tốt hơn môn Vật lý lớp 12.

Tìm Đáp Án xin gửi tới bạn đọc bài viết Lý thuyết và bài tập Vật lý 12: Sóng ánh sáng để bạn đọc cùng tham khảo. Bài viết gồm có lý thuyết và bài tập về chuyên đề sóng ánh sáng trong vật lý lớp 12 như tán sắc ánh sáng, hiện tượng giao thoa ánh sáng... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết và tải về tại đây.

CHUYÊN ĐỀ SÓNG ÁNH SÁNG

A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT

I. TÁN SẮC ÁNH SÁNG

1. Hiện tượng tán sắc ánh sáng

Hiện tượng ánh sáng bị tách thành nhiều màu khác nhau khi đi qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt gọi là hiện tượng tán sắc ánh sáng.

Ví dụ: Hiện tượng cầu vồng sau khi mưa....

2. Ánh sáng đơn sắc

Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng không bị tán sắc. Ánh sáng đơn sắc có tần số xác định (không bị thay đổi khi đi từ môi trường này sang môi trường khác).

+ Bước sóng của ánh sáng đơn sắc trong môi trường: λ = v/f

+ Bước sóng của ánh sáng đơn sắc trong chân không: λ₀ = c/f ⇒ λ = λ₀/n trong đó: c = 3.10⁸ m/s vận tốc ánh sáng trong chân không; v vận tốc truyền ánh sáng trong môi trường có chiết suất n.

+ Chiết suất của môi trường trong suốt phụ thuộc vào màu sắc của ánh sáng. Đối với ánh sáng đỏ là nhỏ nhất, màu tím là lớn nhất.

3. Ánh sáng trắng

Ánh ánh trắng là tập hợp vô số ánh sáng đơn sắc có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím. Bước sóng của ánh sáng trắng: 0,38μm ≤ λ ≤ 0,76μm.

II. HIỆN TƯỢNG GIAO THOA ÁNH SÁNG

1. Thực hiện giao thoa ánh sáng đơn sắc với khe Y-âng

* Thí nghiệm: Thí nghiệm giao thoa ánh sáng của Y-âng (Young)

Lý thuyết và bài tập sóng ánh sáng + S₁, S₂ là hai khe sáng (hai nguồn kết hợp); O là vị trí vân sáng trung tâm (hay vân sáng chính giữa).

+ a: khoảng cách giữa hai khe sáng.

+ D: khoảng cách từ hai khe sáng đến màn.

+ λ: bước sóng ánh sáng.

+ L: bề rộng vùng giao thoa (bề rộng trường giao thoa).

* Kết quả thí nghiệm về giao thoa ánh sáng đơn sắc của Young (I-âng): Trên màn ảnh ta thu được các vạch sáng song song cách đều và xen kẽ với các vạch tối (các vạch sáng tối xen kẽ nhau đều đặn).

* Định nghĩa: Giao thoa ánh sáng là sự tổng hợp của hai hay nhiều sóng kết hợp, làm xuất hiện những vạch sáng, vạch tối xen kẽ nhau. Các vạch sáng (vân sáng) và các vạch tối (vân tối) gọi là các vân giao thoa.

* Giải thích

+ Hiện tượng giao thoa ánh sáng chỉ có thể giải thích khi thừa nhận ánh sáng có tính chất sóng.

+ Trong vùng gặp nhau của 2 sóng ánh sáng sẽ có những chỗ hai sóng gặp nhau cùng pha, khi đó chúng tăng cường lẫn nhau và tạo nên vân sáng. Ngược lại, khi hai sóng ngược pha chúng triệt tiêu lẫn nhau sẽ tạo nên vân tối.

* Ý nghĩa: Giao thoa ánh sáng là một bằng chứng thực nghiệm quan trọng khẳng định ánh sáng có bản chất sóng.

2. Các công thức trong giao thoa với khe I - âng

* Hiệu đường đi của ánh sáng từ hai khe S₁, S₂ đến điểm A trên màn trong vùng giao thoa (xét D >> a, x):

d₂ – d₁ = ax/D

trong đó: là tọa độ của điểm A trong trục tọa độ Ox thẳng đứng, chiều dương hướng lên trên, gốc tọa độ O là vị trí vân sáng chính giữa vân sáng.

* Vị trí các vân sáng: d₂ – d₁ = ax_s/D = kλ → x_s = kλD/a (k∈Z)

k = 0: Vân sáng trung tâm.

k = ± 1: Vân sáng bậc 1

k = ± 2: Vân sáng bậc 2

* Vị trí các vân tối: d₂ – d₁ = ax_t/D = (k + 1/2)λ → x_t = (k + 1/2)λD/a (k∈Z)

- Về phía dương (kể cả k = 0):

k = 0: Vân tối thứ nhất
k = 1: Vân tối thứ 2
k = 2: Vân tối thứ 3
k = Thứ - 1

- Về phía âm:

k = -1: Vân tối thứ nhất
k = -2: Vân tối thứ 2
k = -3: Vân tối thứ 3
ΙkΙ = Thứ

* Khoảng vân i

Khoảng vân là khoảng cách giữa hai vân sáng hoặc hai vân tối liên tiếp.

i = λD/a

Suy ra: Vị trí của vân sáng: x_s = ki

Vị trí của vân tối: x_t = (k + 1/2)i

Ánh sáng trắng gồm tập hợp 7 màu: đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím biến thiên liên tục nên khi thực hiện giao thoa với ánh sáng trắng sẽ cho 7 hệ vân giao thoa và ta thấy:

+ Ở chính giữa, mỗi ánh sáng đơn sắc đều cho vạch màu riêng. Tổng hợp của chúng cho ta vạch sáng màu trắng (do sự chồng chập của các vạch màu từ đỏ đến tím tại vị trí này). Nên vân trung tâm luôn có màu sáng trắng.

+ Hai bên vân trung tâm là các vạch màu liên tục từ đó tím đến đỏ. Do bước sóng của ánh sáng tím bé nhất, nên khoảng vân i_tim = λ_timD/a là nhỏ nhất nên làm cho vạch tím nằm gần vạch trung tâm hơn vạch đỏ (Xét trong cùng một bậc, tức là cùng 1 giá trị của k).

+ Tập hợp các vạch từ tím đến vạch đỏ của cùng một bậc (cùng giá trị của k) gọi là quang phổ bậc k. (Ví dụ: Quang phổ bậc 2 bao gồm các vạch từ màu tím đến màu đỏ ứng với k = 2).

+ Càng ra xa vân trung tâm thì có sự chồng lên nhau của các vân sáng khác bậc. (Ví dụ: Các vạch sáng của quang phổ bậc 9 chồng lên (che mất) các vạch sáng của quang phổ bậc 8. Còn các vạch sáng của quang phổ bậc 9 bị các vạch sáng của quang phổ bậc 10 che lấp).

III. CÁC LOẠI QUANG PHỔ

1. Máy quang phổ lăng kính

Máy quang phổ lăng kính: là dụng cụ dùng để phân tích chùm sáng phức tạp thành những thành phần đơn sắc khác khác nhau. Nói khác đi, nó dùng để nhận biết các thành phần cấu tạo của một chùm sáng phức tạp do một nguồn sáng phát ra.

Lý thuyết và bài tập sóng ánh sáng a) Cấu tạo

Máy quang phổ lăng kính gồm ba bộ phận chính:

- Ống chuẩn trực: là bộ phận có dạng một cái ống tạo ra chùm tia sáng song song. Nó có một khe hẹp F nằm ở tiêu diện của một thấu kính hội tụ L₁. Chùm ánh sáng phát ra từ một nguồn S mà ta cần nguyên cứu được rọi vào khe F. Chùm tia sáng ló ra khỏi thấu kính L₁ là một chùm song song.

- Hệ tán sắc: Gồm một hoặc vài lăng kính P, có tác dụng phân tích chùm tia song song từ L₁ chiếu tới thành nhiều chùm tia đơn sắc song song.

- Buồng tối (hay buồng ảnh): là một hộp kín trong đó có một thấu kính hội tụ L₂ (đặt chắn chùm tia sáng đã bị tán sắc sau khi qua lăng kính P) và một tấm kính ảnh (để chụp ảnh quang phổ), hoặc một tấm kính mờ (để quan sát quang phổ), đặt tại tiêu diện của L₂.

b) Nguyên tắc hoạt động

Nguyên tắc hoạt động của máy quang phổ lăng kính dựa trên hiện tượng tán sắc ánh sáng.

Sau khi ló ra khỏi ống chuẩn trực, chùm ánh sáng phát ra từ nguồn S mà ta cần nguyên cứu sẽ trở thành một chùm song song. Chùm này qua lăng kính sẽ bị phân tách thành nhiều chùm đơn sắc song song, lệch theo các phương khác nhau. Mỗi chùm sáng đơn sắc ấy được thấu kính L₂ của buồng ảnh làm hội tụ thành một vạch trên tiêu diện của L₂ và cho ta một ảnh thật của khe F, đó là một vạch màu. Các vạch màu này được chụp trên kính ảnh hoặc hiên lên tấm kính mờ. Mỗi vạch màu ứng với một bước sóng xác định, gọi là vạch quang phổ, là một thành phần ánh sáng đơn sắc do nguồn S phát ra.

Tập hợp các vạch màu (hoặc dải màu) đó tạo thành quang phổ của nguồn S.

2. Tia hồng ngoại (hay bức xạ hồng ngoại) và tia tử ngoại (hay bức xạ tử ngoại)

a) Các bức xạ không nhìn thấy

Ngoài miền ánh sáng nhìn thấy (có bước sóng từ 0,38 µm đến 0,76 µm) còn có những loại ánh sáng (bức xạ) nào đó, không nhìn thấy được, nhưng cũng có tác dụng nhiệt giống như các bức xạ nhìn thấy

b) Tia hồng ngoại (hay bức xạ hồng ngoại) và tia tử ngoại (hay bức xạ tử ngoại)

	Tia hồng ngoại	Tia tử ngoại
Định nghĩa	Là bức xạ không nhìn thấy có bước sóng dài hơn 0,76μm đến khoảng vài milimét (lớn hơn bước sóng của ánh sáng đỏ và nhỏ hơn bước sóng vô tuyến điện).	Là bức xạ không nhìn thấy có bước sóng ngắn hơn 0,38μm đến cỡ 10^–9 m (ngắn hơn bước sóng của ánh sáng tím).
Bản chất	Là sóng điện từ lan truyền với vận tốc ánh sáng.	Là sóng điện từ. Không bị lệch trong điện trường và từ trường.
Nguồn phát	Các vật bị nung nóng đều phát ra tia hồng ngoại. Tuy nhiên để phân biệt thì nhiệt độ của vật đó phải lớn hơn nhiệt độ môi trường. Vật ở nhiệt độ thấp chủ yếu phát tia hồng ngoại. Trong bức xạ Mặt Trời có khoảng 50% năng lượng thuộc về các tia hồng ngoại. Nguồn phát tia hồng thông dụng là lò than, lò điện, đèn điện dây tóc...	Những vật được nung nóng đến nhiệt độ trên 2.000⁰C đều phát ra tia tử ngoại. Nguồn phát thông dụng là đèn hơi thuỷ ngân, hồ quang điện có nhiệt độ trên 3.000⁰C. Trong bức xạ Mặt Trời khoảng 9% năng lượng thuộc vùng tử ngoại.
Tác dụng và ứng dụng	Tính chất nổi bật của tia hồng ngoại là tác dụng nhiệt: vật hấp thụ tia hồng ngoại sẽ nóng lên. Tia hồng ngoại có khả năng gây ra một số phản ứng hoá học, có thể tác dụng lên một số loại phim ảnh, như loại phim để chụp ảnh ban đêm... Tia hồng ngoại có thể biến điệu (điều biến) 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. Tia hồng ngoại dùng để sấy khô, sưởi ấm. Tia hồng ngoại được dùng trong các bộ điều khiển từ xa để điều khiển hoạt động của tivi, thiết bị nghe nhìn, ... Người ta dùng tia hồng ngoại để chụp ảnh bề mặt của Trái Đất từ vệ tinh. Tia hồng ngoại có nhiều ứng dụng đa dạng trong lĩnh vực quân sự: tên lửa tự động tìm mục tiêu dựa vào tia hồng ngoại do mục tiêu phát ra; camera hồng ngoại để chụp ảnh, quay phim ban đêm; ống nhòm hồng ngoại để quan sát ban đêm...	Tác dụng mạnh lên phim ảnh, làm ion hoá không khí và nhiều chất khí khác. Kích thích sự phát quang của nhiều chất (như kẽm sunfua, cađimi sunfua), có thể gây ra một số phản ứng quang hoá và phản ứng hoá học. Bị thuỷ tinh, nước , ... hấp thụ mạnh. Những tia tử ngoại có bước sóng từ 0,18μm đến 0,4μm truyền qua được thạch anh. Có một số tác dụng sinh lí; huỷ diệt tế bào da, làm da rám nắng, làm hại mắt, diệt khuẩn, diệt nấm mốc, ... Có thể gây ra hiện tượng quang điện. Tia tử ngoại thường dùng để khử trùng nước, thực phẩm và dụng cụ y tế, dùng chữa bệnh (như bệnh còi xương), để tìm vết nứt trên bề mặt kim loại, ...

Tài liệu vẫn còn, mời các bạn tải về

Trên đây Tìm Đáp Án vừa giới thiệu tới các bạn bài viết Lý thuyết và bài tập Vật lý 12: Sóng ánh sáng. Mong rằng qua bài viết này các bạn có thể học tập tốt hơn môn Vật lý lớp 12. Mời các bạn cùng tham khảo thêm các môn Toán 12, Ngữ văn 12, Tiếng Anh 12, đề thi học kì 1 lớp 12, đề thi học kì 2 lớp 12...

Nếu bạn không thấy đề thi được hiển thị. Vui lòng tải về để xem. Nếu thấy hay thì các bạn đừng quên chia sẻ cho bạn bè nhé!

Tải về