Bài 29. Thực hành: Đo bước sóng ánh sáng bằng phương pháp giao thoa

ÔN TẬP HỌC KỲ II
CHƯƠNGVI :
SÓNG ÁNH SÁNG
Hiện tượng tán sắc ánh sáng.
* Đ/n: Là hiện tượng ánh sáng bị tách thành nhiều màu khác nhau khi đi qua mặt phân cách của hai môi trường trong suốt.
* Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng không bị tán sắc
Ánh sáng đơn sắc có tần số xác định, chỉ có một màu.
Bước sóng của ánh sáng đơn sắc :

Truyền trong chân không :
Chiết suất của môi trường trong suốt phụ thuộc vào màu sắc ánh sáng. Đối với ánh sáng màu đỏ là nhỏ nhất, màu tím là lớn nhất.
* Ánh sáng trắng là tập hợp của vô số ánh
sáng đơn sắc có màu biến thiên liên tục từ đỏ
đến tím.
Bước sóng của ánh sáng trắng:
0,38 m    0,76 m.
2. Hiện tượng giao thoa ánh sáng (chỉ xét giao
thoa ánh sáng trong thí nghiệm Iâng).
* Đ/n: Là sự tổng hợp của hai hay nhiều sóng ánh sáng kết hợp trong không gian trong đó xuất hiện những vạch sáng và những vạch tối xen kẽ nhau.
Các vạch sáng (vân sáng) và các vạch tối (vân tối) gọi là vân giao thoa.
* Hiệu đường đi của ánh sáng (hiệu quang trình)
Trong đó: a = S1S2 là khoảng cách giữa hai
khe sáng
D = OI là khoảng cách từ hai khe sáng S1, S2 đến màn quan sát
S1M = d1; S2M = d2
x = OM là (toạ độ) khoảng cách từ vân
trung tâm đến điểm M ta xét
Vị trí (toạ độ) vân sáng: d = k 

k = 0: Vân sáng trung tâm
k = 1: Vân sáng bậc 1 ; k = 2: Vân sáng bậc 2
* Vị trí (toạ độ) vân tối: d = (k + 0,5)

k = 0, k = -1: Vân tối thứ nhất
k = 1, k = -2: Vân tối thứ hai
k = 2, k = -3: Vân tối thứ ba
Khoảng vân i : Là khoảng cách giữa hai vân
sáng hoặc hai vân tối liên tiếp:
* Nếu thí nghiệm được tiến hành trong môi trường trong suốt có chiết suất n thì bước sóng và khoảng vân:
Xác định số vân sáng, vân tối trong vùng giao
thoa (trường giao thoa) có bề rộng L (đối xứng
qua vân trung tâm)
+ Số vân sáng (là số lẻ):

+ Số vân tối (là số chẵn): nếu phần thập
phân < 5.
nếu phần thập phân > 5
Trong đó [x] là phần nguyên của x.
Ví dụ: [6] = 6; [5,05] = 5; [7,99] = 7
Xác định số vân sáng, vân tối giữa hai điểm
M, N có toạ độ x1, x2 (giả sử x1 < x2)
+ Vân sáng: x1 < ki < x2
+ Vân tối: x1 < (k+0,5)i < x2
Số giá trị k  Z là số vân sáng (vân tối) cần tìm
Lưu ý: M và N cùng phía với vân trung tâm thì x1 và x2 cùng dấu.
M và N khác phía với vân trung tâm thì x1 và x2 khác dấu.
Xác định khoảng vân i trong khoảng có bề rộng L. Biết trong khoảng L có n vân sáng.
+ Nếu 2 đầu là hai vân sáng thì:

+ Nếu 2 đầu là hai vân tối thì:

+ Nếu một đầu là vân sáng còn một đầu là
vân tối thì:
Sự trùng nhau của các bức xạ 1, 2 ...
( khoảng vân tương ứng là i1, i2 ...)
+ Trùng nhau của vân sáng: xs = k1i1 = k2i2 = ...
 k11 = k22 = ...
+ Trùng nhau của vân tối:
xt = (k1 + 0,5)i1 = (k2 + 0,5)i2
 (k1 + 0,5)1 = (k2 + 0,5)2 = ...
Lưu ý: Vị trí có màu cùng màu với vân sáng trung
tâm là vị trí trùng nhau của tất cả các vân sáng của
các bức xạ.
Trong hiện tượng giao thoa ánh sáng trắng
(0,38 m    0,76 m)
- Bề rộng quang phổ bậc k :
với đ và t là bước sóng ánh sáng đỏ và tím
- Xác định số vân sáng, số vân tối và các bức xạ tương
ứng tại một vị trí xác định (đã biết x)
+ Vân sáng:
Với 0,38 m    0,76 m  các giá trị của k  
+ Vân tối:

Với 0,38 m    0,76 m  các giá trị của k  
QUANG PHỔ
* Chiết suất môi trường và bước sóng ánh sáng : chiết suất tuyệt đối

( c = vận tốc ánh sáng, v là vận tốc trong môi trường)
Ta có : giữa 2 môi trường khác nhau thì :
* Máy quang phổ
-Máy quang phổ là dụng cụ phân tích chùm sáng có nhiều thành phần thành những thành phần đơn sắc khác nhau.
-Máy dùng để nhận biết các thành phần cấu tạo của một chùm sáng phức tạp do một nguồn phát ra.
-Máy quang phổ sử dụng lăng kính hoạt động dựa trên hiện tượng tán sắc ánh sáng.
* Quang phổ liên tục
+ Quang phổ liên tục là quang phổ gồm một dải sáng có màu biến đổi liên tục từ đỏ đến tím.
+ Nguồn phát: các vật rắn, lỏng hoặc những khối khí có tỉ khối lớn bị nung nóng .
+ Đặc điểm: không phụ thuộc vào thành phần cấu tạo của nguồn sáng mà chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của nguồn sáng.
Nhiệt độ càng cao, miền phát sáng của vật càng mở rộng về phía ánh sáng có bước sóng ngắn.
+ Ứng dụng: xác định được nhiệt độ của vật phát sáng, đặc biệt là những vật ở xa như Mặt Trời, các ngôi sao, ... .
* Quang phổ vạch phát xạ
+ Quang phổ vạch phát xạ là quang phổ có dạng những vạch màu riêng lẻ, ngăn cách nhau bởi những khoảng tối.
+ Nguồn phát
Khí hay hơi ở áp suất thấp khi bị kích thích bằng cách đốt nóng hoặc bằng tia lửa điện .
+ Đặc điểm
-Quang phổ vạch phát xạ của các nguyên tố khác nhau thì rất khác nhau về số lượng vạch, vị trí các vạch, màu sắc các vạch và độ sáng tỉ đối của các vạch đó.
-Mỗi nguyên tố hoá học ở trạng thái khí hay hơi nóng sáng dưới áp suất thấp cho một quang phổ vạch riêng, đặc trưng cho nguyên tố đó.
+ Ứng dụng
Nhận biết sự có mặt của các nguyên tố hoá học có trong các hỗn hợp hay hợp chất.

* Quang phổ vạch hấp thụ
+ Quang phổ vạch hấp thụ là các vạch hay đám vạch tối nằm riêng rẽ trên nền quang phổ liên tục.
+ Cách tạo ra
Tạo ra quang phổ liên tục nhờ một nguồn phát ánh sáng trắng đặt trước khe máy quang phổ. Đặt trên đường đi của chùm ánh sáng trắng một ngọn đèn hơi của một nguyên tố nào đó được nung nóng. Khi ấy trên nền quang phổ liên tục xuất hiện các vạch tối đúng ở vị trí các vạch màu trong quang phổ phát xạ của hơi của nguyên tố đó.
Điều kiện để có quang phổ vạch hấp thụ là nhiệt độ của đám hơi gây ra quang phổ hấp thụ phải thấp hơn nhiệt độ của nguồn phát ra ánh sáng trắng.

+ Hiện tượng đảo sắc của vạch quang phổ: trong thí nghiệm để tạo ra quang phổ vạch hấp thụ. Nếu tắt nguồn phát ánh sáng trắng thì quang phổ liên tục biến mất, tại vị trí các vạch tối lúc đầu sẽ xuất hiện các vạch màu của quang phổ vạch phát xạ của hơi dùng thí nghiệm.
Ở một nhiệt độ nhất định, một đám hơi có khả năng phát ra ánh sáng đơn sắc nào thì nó cũng có khả năng hấp thụ những ánh sáng đơn sắc đó.
+ Ứng dụng
Nhận biết sự có mặt của các nguyên tố hoá học có trong các hỗn hợp hay hợp chất.
* Phép phân tích quang phổ
+ Phép phân tích quang phổ là phép xác định thành phần cấu tạo và nồng độ của của các chất có trong mẫu cần phân tích dựa vào việc nghiên cứu quang phổ, hoặc dựa vào quang phổ của vật phát sáng để xác định nhiệt độ của vật.
+ Tiện lợi
- Phép phân tích định tính thì đơn giản và cho kết quả nhanh hơn phép phân tích hóa học.
- Phép phân tích định lượng thì rất nhạy, có thể phát hiện một nồng độ dù rất nhỏ của chất nào đó có trong mẫu.
- Có thể xác định được thành phần cấu tạo và nhiệt độ của những vật ở rất xa không tới được như Mặt Trời và các ngôi sao.
Tia hồng ngoại
+ Tia hồng ngoại là những bức xạ không nhìn thấy được có bước sóng lớn hơn bước sóng ánh sáng đỏ (0,75?m < ?).
Tia hồng ngoại có bản chất là sóng điện từ (có bước sóng từ 7,5.10-7 m đến 10-3 m).
+ Nguồn phát: các vật có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ môi trường đều phát ra tia hồng ngoại. Trong ánh sáng Mặt Trời có khoảng 50% năng lượng thuộc vùng hồng ngoại. Nguồn phát tia hồng ngoại thường dùng là các bóng đèn có dây tóc bằng vonfram nóng sáng có công suất từ 250W đến 1000W.
+ Tính chất, tác dụng.
- Tác dụng nổi bật nhất của tia hồng ngoại là tác dụng nhiệt.
- Tác dụng lên kính ảnh hồng ngoại.
- Bị hơi nước, khí CO2 hấp thụ mạnh.
+ Công dụng
Dùng tia hồng ngoại để sấy khô, sưởi ấm, chụp ảnh hồng ngoại.
Tia tử ngoại
+ Tia tử ngoại là những bức xạ không nhìn thấy được có bước sóng ngắn hơn bước sóng ánh sáng tím (? < 0,40?m).
Tia tử ngoại có bản chất là sóng điện từ (có bước sóng từ 10-9 m đến 4.10-7 m).
+ Nguồn phát: những vật bị nung nóng đến nhiệt độ trên 30000 C phát ra một lượng đáng kể tia tử ngoại. Mặt Trời, hồ quang điện, đèn cao áp thuỷ ngân là những nguồn phát tia tử ngoại.
+ Tính chất, tác dụng
- Bị nước, thuỷ tinh, . hấp thụ mạnh.
- Tác dụng rất mạnh lên kính ảnh.
- Có thể làm một số chất phát quang.
- Có tác dụng ion hoá không khí.
- Có tác dụng gây ra một số phản ứng quang hoá, quang hợp.
- Có một số tác dụng sinh học.
+ Công dụng
- Phát hiện vết nứt nhỏ, vết xước trên bề mặt sản phẩm tiện.
- Chữa bệnh còi xương, diệt khuẩn, diệt nấm mốc.
- Sử dụng trong phân tích quang phổ.
TIA RƠNGHEN
Bản chất của tia Rơnghen là sóng điện từ có bước sóng ngắn hơn bước sóng tia tử ngoại. Bước sóng của tia Rơnghen từ 10-12m (tia Rơnghen cứng) đến 10-8m (tia Rơnghen mềm).
+ Tính chất và công dụng
- Có khã năng đâm xuyên mạnh nên được dùng để chiếu điện, chụp điện, dò các lổ hỏng, các khuyết tật bên trong sản phẩm đúc.
- Bị lớp chì (kim loại nặng) vài mm cản lại nên thường dùng chì làm màn chắn bảo vệ trong kỹ thuật Rơnghen.
- Tác dụng rất mạnh lên kính ảnh nên được dùng để chụp điện.
- Làm phát quang một số chất nên được dùng để quan sát màn hình trong việc chiếu điện.
- Có khả năng iôn hóa các chất khí. Tính chất này ứng dụng để làm các máy đo liều lượng Rơnghen.
- Có tác dụng sinh lí. Nó có thể hủy hoại tế bào, giết vi khuẫn nên được dùng để chữa các ung thư cạn gần ngoài da.
Công thức sử dụng trong bài toán tia X :
* Thang sóng điện từ
+ Sóng vô tuyến, tia hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy, tia tử ngoại, tia Rơnghen, tia gamma đều có cùng bản chất là sóng điện từ. Điểm khác nhau là bước sóng dài ngắn khác nhau do đó chúng các tính chất và công dụng khác nhau.
+ Thực ra, giữa các vùng tia không có ranh giới rỏ rệt.
+ Các tia có bước sóng càng ngắn thì có tính đâm xuyên càng mạnh, dễ tác dụng lên kính ảnh, dễ làm phát quang các chất và dễ iôn hóa chất khí.
+ Các tia có bước sóng càng dài, ta càng dễ quan sát hiện tượng giao thoa giữa chúng.