BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH NGỤY KHẮC HỌC KHẢO SÁT MỘT SỐ HIỆN TƯỢNG QUANG HỌC LIÊN QUAN ĐẾN CÁC BÀI THI VẬT LÍ QUỐC GIA QUỐC TẾ TRUNG HỌC PHỔ THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ Nghệ An, 2015 LỜI CẢM ƠN Lời nói Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy giáo hướng dẫn TS.Trần Mạnh Hùng tận tình hướng dẫn giúp đỡ thời gian nghiên cứu hoàn thành luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn Khoa Vật Lý Công Nghệ, Phòng đào tạo Sau đại học Trường Đại Học Vinh tạo điều kiện giúp đỡ trình làm luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô giáo bạn đồng nghiệp quan tâm giúp đỡ, đóng góp nhiều ý kiến quý báu cho luận văn Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình người thân yêu, động viên tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn Vinh, ngày 27 tháng năm 2015 Tác giả Ngụy Khắc Học MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ STT Tên hình Trang Hình 1.1: Thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng Hình 1.2: Gương Frê-xnen (Fresnel) Hình 1.3: Gương Lôi (loyd) Hình 1.4: Lưỡng lăng kính Frê-xnen Hình 1.5: Lưỡng thấu kính Biê (Billet) Hình 1.6: Thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng Hình 1.7: Hiện tượng giao thoa định xứ với mỏng có độ dày không đổi 10 10 11 12 Hình 1.8: Hiện tượng giao thoa định xứ với mỏng có độ dày thay đổi 13 10 11 Hình 1.9: Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng Hình 1.10: Nguyên lí Huy-ghen - Frê-xnen Hình 1.11: Nhiễu xạ khe hẹp Hình 1.12: Đồ thị cực đại cực tiểu nhiễu xạ 14 14 16 Hình 1.13: Nhiễu xạ lỗ tròn Hình 1.14: Dòng quang toàn phần ứng với bước sóng 19 12 13 14 18 24 15 16 17 phần tử diện tích Hình 1.15: Phát xạ hấp thụ nhiệt vật Hình 1.16: Đồ thị suất phát xạ vật đen tuyệt đối Hình 1.17: Thí nghiệm tượng quang điện 18 Hình 1.18: Đường đặc trưng Vôn-ampe 31 19 20 21 37 39 42 22 Hình 1.19: Tán xạ Compton Hình 1.20: Sự hấp thụ ánh sáng Hình 1.21: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc I vào X Hình 2.1: Giao thoa ánh sáng với khe Y-âng 23 Hình 2.2: Giao thoa ánh sáng với khe Y-âng với xiên 43 24 Hình 2.3: Giao thoa ánh sáng với khe Y-âng với khe xiên 44 25 Hình 2.4: Lưỡng lăng kính Frê-xnen 44 26 Hình 2.7: Phổ chuẩn hóa 51 27 Hình 2.8: Tán xạ compton 55 25 26 30 43 28 Hình 2.10: Nêm không khí 58 29 Hình 2.11: Hệ gương Frê-xnen 59 Mở đầu Lí chọn đề tài Đảng ta quan niệm “Hiền tài nguyên khí quốc gia” coi trọng việc bồi dưỡng nhân tài cho đất nước Bộ giáo dục đào tạo có chủ trương công tác bồi dưỡng học sinh giỏi: Như trọng xây dựng hệ thống trường chuyên cách hoàn thiện hơn, khuyến khích tôn vinh học sinh xuất sắc đạt thành tích cao Vận dụng cách dạy học phân hoá vào bồi dưỡng học sinh giỏi: Các trường chuyên xây dựng phân phối chương trình riêng phù hợp với khả tiếp thu học sinh Các em học sinh có khiếu học với chương trình có tốc độ cao học sinh bình thường… Trong trình giảng dạy bồi dưỡng môn vật lí cho học sinh giỏi, mục tiêu người dạy giúp việc học tập kiến thức lý thuyết, hiểu vận dụng lý thuyết chung vật lí vào lĩnh vực cụ thể, lĩnh vực việc giải tập vật lí Bài tập vật lí có vai trò đặc biệt quan trọng trình nhận thức phát triển lực tư học sinh, giúp cho học sinh ôn tập, đào sâu, mở rộng kiến thức, rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo, ứng dụng vật lí vào thực tiển, phát triển tư Đối với việc bồi dưỡng học sinh giỏi môn vật lí THPT phần Quang học có mặt đề thi học sinh giỏi từ cấp quốc gia quốc tế Đây mảng kiến thức quan trọng chương trình vật lí phổ thông Với mục đích giúp em học sinh đội tuyển ôn thi học sinh giỏi cấp THPT hiểu sâu sắc giải tốt tượng quang học để tham gia tốt kỳ thi học sinh giỏi từ cấp quốc gia, quốc tế lựa chọn đề tài: “Khảo sát số tượng quang học liên quan đến thi vật lí quốc gia, quốc tế trung học phổ thông” Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết: + Khảo sát sở lý thuyết tượng quang học có thi vật lí quốc gia, quốc tế + Trình bày lời giải số tập, toán vật lí liên quan đến tượng quang học có đề thi quốc gia, quốc tế Nhiệm vụ nghiên cứu - Trình bày sở lý thuyết số tượng quang học: Hấp thụ ánh sáng, giao thoa nhiễu xạ ánh sáng, lượng tử ánh sáng Giải số tập, toán vật lí liên quan đến tượng quang học đề thi quốc gia, quốc tế Đối tượng phạm vi nhiên cứu Đối tượng nghiên cứu: - Các tượng quang học có liên quan đến toán vật lí kì thi quốc gia, quốc tế trung học phổ thông như: Hấp thụ ánh sáng, giao thoa nhiễu xạ ánh sáng, lượng tử ánh sáng Phạm vi nghiên cứu: - Các đề thi vật lí quốc gia, quốc tế trung học phổ thông Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: + Nghiên cứu sở lý thuyết tượng quang học có thi vật lí quốc gia, quốc tế: Giao thoa ánh sáng, tượng nhiễu xạ + Vận dụng lý thuyết tượng quang học để giải thích tượng vật lí liên quan, đồng thời vận dụng để giải tập vật lí đề thi quốc gia, quốc tế có liên quan đến tượng quang học nghiên cứu Những đóng góp đề tài - Đề tài trình bày cách giải số tập vật lí tượng quang học đề thi quốc gia, quốc tế phân tích tượng: Giao thoa ánh sáng, tượng nhiễu xạ Chương PHÂN TÍCH CÁC HIỆN TƯỢNG 1.1 Hiện tượng giao thoa nhiễu xạ 1.1.1 Hiện tượng giao thoa không định xứ Hiện tượng hai hay nhiều chùm sáng kết hợp gặp tạo nên không gian giải sáng tối xen kẽ gọi tượng giao thoa ánh sáng [1] Hiện tượng giao thoa không định xứ tượng giao thoa gây nguồn sáng điểm khe hẹp Các vân giao thoa quan sát điểm trường giao thoa nên gọi vân không định xứ Muốn quan sát tượng giao thoa này, hai chùm sáng giao phải phát từ hai nguồn kết hợp hợp với góc không lớn Người ta thường tạo hai nguồn kết hợp cách tách nguồn sáng thành hai nguồn dụng cụ quang học như: Màn chắn có hai khe (khe Y- âng), lưỡng lăng kính, lưỡng thấu kính Có hai thông số quan trọng cần ý tới thí nghiệm giao thoa khoảng cách a hai nguồn sáng khoảng cách D từ quan sát tới hai nguồn Để có khoảng vân có giá trị đủ lớn, a thường phải có giá trị nhỏ (cỡ mm) D có giá trị lớn (cỡ m) 1.1.1.1 Một số thí nghiệm quan sát tượng giao thoa không định xứ  Thí nghiệm Y-âng (Hình 1.1) 10 Phổ xạ vật đen (bức xạ đen) u(T,f) mà vật nhiệt độ T phát tính theo định luật xạ Plăng: u (T , f ) df = 8π k 4T η 3dη c 3h3 ( eη − 1) 66 Trong udf mật độ lượng xạ điện từ khoảng tần số từ f η= đến f + df, hf kT , số h = 6, 6.10−34 Js; c = 3.108 m/s; k = 1,4.10-23JK-1 (trong C h3 u ( T , f ) số Bônxơman c vận tốc _ 8π k T ánh sáng) Nếu lấy tích phân biểu1,6 h số Plăng, k thức phổ xạ vật đen với 1,2 _ toàn giá trị tần số f với 0,8 _ hướng phát xạ công suất phát xạ toàn phần đơn vị diện 0,4 _ tích P = σT định luật Stêfan – Bônxơman mà ta nói І І І І hf І η = 10 kT Hình 2.7: Phổ chuẩn hóa  2π k  σ =  ÷ 15 c h3   c3 h3u (T , f ) 8π k 4T Phổ chuẩn hóa tức đồ thị biểu diễn hàm: theo η , (Hình 2.7) Trong nhiều ứng dụng vệ tinh ta cần giữ cho lạnh tốt Để làm lạnh vệ tinh kĩ sư dùng lớp sơn phản xạ có tác dụng phản xạ tất ánh sáng có tần số cao giá trị giới hạn, gọi tần số cắt, lại không cản trở vệ tinh phát tần số f có giá trị cho hf k = 1200 K 10 67 Hãy ước lượng xem, vệ tinh đạt đến nhiệt độ nào? Không yêu cầu phải xác, không cần phải lấy tích phân cẩn thận mà tính gần Giá trị tích ∞ η 3dη π ∫0 eη − = 15 phân giá trị cực đại η3 eη − xảy thí sinh khai triển hàm mũ lấy gần η = 2,82 eη = + η Khi η có giá trị nhỏ, Giả sử có vệ tinh thực gắn thêm pin mặt trời để cung cấp điện nhiệt sinh từ thiết bị điện tử thân vệ tinh tạo nguồn nhiệt phụ thêm vệ tinh Cho công suất nhiệt tỏa vệ tinh 1kW Hỏi nhiệt độ vệ tinh câu bao nhiêu? Một nhà sản suất đề nghị nên dùng loại sơn đặc biệt sau: “Loại sơn phản xạ 90% tất loại xạ rọi tới (cả ánh sáng nhìn thấy lẫn tia hồng ngoại), lại phát xạ ánh sáng với tất tần số (cả ánh sáng nhìn thấy lẫn tia hồng ngoại), giống vật đen Như ta lấy nhiều nhiệt khỏi vệ tinh hơn, loại sơn làm cho vệ tinh lạnh đến đâu được” Liệu có loại sơn hay không? Tại có không? Loại sơn có khả làm nhiệt độ vật thể hình cầu giống vệ tinh mà ta xét đến giá trị cao nhiệt độ tính câu phải có tính chất nào? (Trích đề thi Olimpic Vật lí quốc tế năm 1992 Phần lan) Giải: Trong đơn vị thời gian Mặt Trời phát xạ lượng: 4π Rmt σ Tmt4 Xem vệ tinh cách xa Mặt Trời Trái Đất ta tìm lượng xạ rọi đến vệ tinh đơn vị thời gian bằng: Wrọi = π rvt2 4π Rmt2 σ Tmt2 4π D Với D khoảng từ Mặt Trời đến Trái Đất 68 Năng lượng xạ vệ tinh phát đơn vị thời gian là: Wphát = 4π rvt2σ Tvt4 Khi có cân Wrọi = Wphát hay: Tvt = Tmt Rmt ≈ 289 K = 160 C 2D Vì lớp sơn phản xạ hầu hết xạ tần số cao hấp thụ xạ tần số thấp, xấp xỉ tần số xạ cực đại mà vệ tinh phát (ứng với η Tvt = 289 K ) nhỏ η max = Ta có với b = 2,898.10-3mM, ηmax ≈ 0, 23 Vì ta có: eη ≈ + η ⇒∫ ηmax Với hf max hcTvt = kTmt bkTmt ηmax ≈ 0, ηmax ηmax η 3dη ≈ η dη = eη − ∫0 tỉ lệ phần lượng xạ Mặt Trời bị hấp thụ là: η 3dη ∫0 eη − = ∞ η dη ∫0 eη − ηmax 0, 2 ≈ 4,1.10−4 π4 15 Khi nhiệt độ vệ tinh hạ thấp xuống đến giá trị xạ giảm 4,1.10-4 lần lượng trước đây, ta có: 69 Tvt′ để lượng mà phát Tvt′ = ( 4,1.10−4 ) ⇒ Tvt′ ≈ 41K 289 Tổng lượng mà vệ tinh (đường kính 1m) hấp thụ giây là: Whấp thụ = Wrọi × 4,1.10 Bởi vì: Whấp thụ -4 ≈ 0,51W = 1kW Nên ta xem toàn lượng mà vệ tinh nhận 1000W, nghĩa tăng lên 2000 lần (so với Whấp thụ) Vì vậy, theo công thức định luật Stêfan – Bônxơman, nhiệt độ vệ tinh tăng lên: 2000 ≈ 6, 687 lần nghĩa nhiệt độ vệ tinh Tvt′′ = 6, 687 × 41 ≈ 274 K Không thể có loại sơn vậy, điều mâu thuẫn với nguyên lý nhiệt động lực học Muốn cho nhiệt độ vệ tinh cao nhiệt độ tính câu lớp sơn phải ngăn cản xạ vệ tinh làm cho chúng không phát được, lớp sơn lại hấp thụ xạ từ Mặt Trời rọi đến Vì xạ xạ nhiệt, nên hệ số hấp thụ tỉ lệ với hệ số phát xạ bước sóng Vì lớp sơn phải suốt với bước sóng dài (là sóng vật đen nhiệt độ vệ tinh phát ra) vật đen bước sóng ngắn (là sóng vật đen nhiệt độ Mặt Trời phát ra) Bài 2.2.4: Một photon chùm tia X hẹp, sau va chạm với electron θ λ đứng yên, tán xạ theo phương hợp với phương ban đầu góc Kí hiệu bước sóng tia X Cho λ = 6, pm θ = 600 , xác định: 70 λ′ a) Bước sóng tia X tán xạ b) Phương độ lớn vận tốc electron sau va chạm Tia X phát từ ống phát tia X (ống Coolidge) có hai cực nối vào a) b) c) d) hai đầu cuộn thứ cấp máy biến tăng với tỉ số biên k = 1000 Hai đầu cuộn sơ cấp máy biến nối vào nguồn điện áp xoay chiều có điện áp hiệu dụng U biến thiên liên tục (nhờ dùng máy biến tự ngẫu) từ đến 500V Hỏi U phải có trị số tối thiểu Um để tạo tia X câu Với điện áp Um ấy, vận tốc electron ống phát tia X tới catôt có trị số bao nhiêu? Để phương chuyển động electron vuông góc với phương photon tán xạ λ′ λ (có bước sóng ) bước sóng photon tới không vượt trị số bao nhiêu? Giả sử sau va chạm electron có vận tốc v = 2.108 m/s vuông góc với tia X tán λ xạ; tính bước sóng tia X tới điện áp U cần đặt vào cuộn sơ cấp máy tăng nói (Trích Đề thi chọn đội tuyển Olimpic Vật lí quốc tế năm 2001) Giải: a Theo công thức Compton: ∆λ = λ ′ − λ = Từ đó: 2h θ sin = 1, 21 pm m0 c (1) λ ′ = ∆λ − λ = 7, pm uur uuur ′ uur hf hf mv c c b Ký hiệu: , , động tương ứng electron, photon X tới photon tán xạ (Hình 2.8), Áp dụng định luật bảo toàn động lượng: uur uuur hf uur hf ′ = mv + c c (2) 71 Từ ta có: θ = 60 Thay hf hf ′  hf   hf ′  (mv) =  ÷ +  cos θ ÷ −2 c c  c   c  f = c λ , (mv) = Suy ; f′ = c λ′ uur mv h λ + λ ′2 − λλ ′ ) ( λ λ′ O m0 m= 1− Cần lưu ý: v2 c2 uuur hf ′ c với m0 = 9,1.10-31kg ⇒ v ≈ 9, 26.107 Hình 2.8: Tán xạ compton m/s sin ϕ = Mặt khác: h sin θ = 0, 9287 ⇒ ϕ = 68014′ λ ′.mv eU ≥ hf = a Ta có: U 2m = θ ϕ hc λ hc ≈ 2, 003.105 ≈ 200kV eλ U = Um = Từ tìm được: mc = eU + m0 c = b Ta có: U 2m k ≈ 100 ≈ 141, 4V hc + m0 c λ 72 uur hf c m0 c 1− Suy ra: = m0 c + v2 c2 hc λ m0c v2 ⇒ 1− = ≈ 0.5161 hc c m0c + λ ⇒ v = 0, 696c ≈ 2, 09.108 m / s kết không khác nhiều so với trị số vừa tìm c Để phương chuyển độ electron vuông góc với phương tia X tán xạ ta phảỉ có: hf ′ hf λ = cos θ ⇒ λ ′ = c c cos θ (3) Áp dụng công thức Compton, ta có: ∆λ = λ ′ − λ = λc = Với h = 2, 42 pm m0c λ − λ = λc ( − cos θ ) cos θ λ ≤ λc ⇒ λmax = λc = 2, 42 pm cos θ = d Ta có với v = 1.108m/s ta dễ dàng tìm ⇒ U 2m = hc ≈ 690.000(V ) eλ U= hay U 2m k ≈ 484(V) 2.3 Bài tập hấp thụ ánh sáng Bài 2.3.1: Một chùm xạ song song đơn sắc, xem chùm photon, truyền vào môi trường đồng đẳng hướng Chứng minh rằng, I cường độ 73 xạ ban đầu (khi bắt đầu truyền vào), cường độ xạ I sau truyền đoạn có biểu thức: I = I 0e x − x x quãng đường tự trung bình photon Giải: Giả thiết chùm photon truyền vào môi trường theo phương x, kí hiệu n mật độ dòng photon x, mật độ dòng photon x + dx n + dn, với dn < Số photon giảm chùm photon va chạm với nguyên tử môi trường bị hấp thụ Rõ ràng số va chạm tỉ lệ với số photon tới n tỉ lệ với quảng đường dx Vậy dn = -αndx, α hệ số đặc trưng cho môi trường Lấy tích phân phương trình ta được: n = n0 e −α x , với n0 mật độ dòng photon x = Quãng đường tự trung bình photon tính theo công thức: x= x= Suy α , đó: 1 xdn = ∫ n0 n0 n = n0 e − ∞ ∫ x ( −α ndx ) x x Mật độ dòng xạ, tức cường độ xạ, tỉ lệ với mật độ dòng photon Hay: I = I 0e − x x 2.4 Bài tập tự giải 74 Bài 2.4.1: Trong thí nghiệm Y-âng, hai khe nằm cách a = 1mm chiếu ánh sáng đơn sắc có bước sóng quan sát cách mặt phẳng hai khe λ = 0, µ m M Màn A D = 2m Hình 2.10: Nêm không khí a) Trên đoạn thẳng có đầu mút nằm cách vân trung tâm từ 3mm đến 7mm phía ta quan sát vân giao thoa nào? n= b) Giả sử thí nghiệm tiến hành nước có chiết suất câu hỏi thay đổi nào? Bài 2.4.2: Cho thí nghiệm Y-âng có khoảng cách hai khe S1S2 = a = 1mm ; khoảng cách từ hai khe tới quan sát D = 2m Nguồn sáng S phát ánh sáng trắng vân trung tâm nằm vị trí O Đặt mỏng có bề dày e = 16mm trước khe S1 Coi chiết suất mặt thay đổi không đáng kể bước sóng có giá trị n = 1,4 a) Tính độ dịch chuyển vân trung tâm b) Có vân sáng vân tối nằm vị trí vân trung tâm cũ Bài 2.4.3: Hai thủy tinh mỏng phẳng tạo thành nêm không khí có cạnh A (Hình 2.10) Tại điểm M cách A l = 10mm độ dày nêm chiếu ánh sáng có bước sóng λ = 0,5µ m d = 5µ m Nêm theo phương vuông góc với mặt nêm a) Tìm tổng số vân tối quan sát từ A tới M b) Thay chùm sáng trắng chiếu vào nặt nêm Hỏi điểm N có độ dày d ′ = 20 µ m có vân tối nào? 75 Bài 2.4.4: Một lò luyện kim có cửa sổ quan sát rộng 4cm×6cm phát giây lượng 33,12 calo Coi lò vật đen tuyệt đối Hãy xác định: a) Nhiệt độ lò b) Bước sóng ứng với suất phát xạ cực đại lò Bước sóng ứng với miền quang phổ? Bài 2.4.5: Một chùm tia sáng vuông góc tới cách tử Biết góc nhiễu xạ vạch quang phổ λ = 0, 65µ m xạ ứng với quang phổ , quang phổ bậc λ = 0,5µ m ϕ1 = 450 Xác định góc nhiễu quang phổ bậc Bài 2.4.6: Một chùm tia sáng phát từ ống phóng điện chứa đầy khí hiđrô tới đập vuông góc với cách tử nhiễu xạ Theo phương hai vạch λ1 = 0, 6563µ m λ2 = 0, 4102 µ m ϕ1 = 410 người ta quan sát thấy có ứng với bậc quang phổ bé trùng Hãy xác định chu kì cách tử Bài 2.4.7: Một chùm ánh sáng đơn sắc tới vuông góc với cách tử có chu kì 2, µ m Biết vạch cực đại quang phổ bậc bậc 15 Hãy xác định bước sóng ánh sáng tới Bài 2.4.8: Một chùm xạ đơn sắc truyền vào môi trường, qua đoạn đường l = 15cm cường độ giảm 1,6 lần Tính hệ số hấp thụ môi trường quãng đường tự trung bình photon Bài 2.4.9: Một hệ gương Frê-xnen đặt nghiêng góc α = 15′ (Hình 2.11) Khe sáng hẹp S song song với giao tuyến I hai gương cách I khoảng r = 20cm Các tia sáng phát từ S sau phản xạ dường phát từ ảnh S S2 S qua 76 gương Khoảng cách từ E tới giao tuyến hai gương L = OI = 2,3m Tính khoảng vân i số cực đại vân quan sát Cho bước sóng ánh sáng nguồn phát λ = 0, 65µ m Bài 2.4.10: Một photon phóng S G1 α f tần số r hệ quy chiếu đứng Hình 2.11: Hệ gương Frê-xnen thấy góc tán xạ -90 với tần số f′ , f ′/ f a) Xác định tỷ số Oyên G2 bia tán xạ với góc với I electron dùng làm bia, θ0 L theo θ f ′, f b) Xác định lượng toàn phần electron theo khối lượng m electron c) Nếu lượng photon bị 0,2 lượng nghỉ electron, vận tốc electron tán xạ bao nhiêu? d) Một người quan sát O chuyển động theo hướng song song với hướng electron với vận tốc u va chạm electron-photon xảy Người quan sat O dùng hệ thức để xác định lượng electron trạng thái tán xạ (tính theo m, v, u c)? (Trích đề thi tuyển chọn học sinh giỏi quốc gia Russia năm 2005) Bài 2.4.11: Năng lượng mặt trời chiếu tới pin mặt trời dùng để đung nước với tốc độ 800W / m Nếu có hệ số hấp thụ 0,96 bước sóng cạnh làm chất cách nhiệt lý tưởng Hãy tính nhiệt độ cực đại nước? Nếu hệ số hấp thụ giảm 1/2 điều ảnh hưởng đến nhiệt độ cuối nào? 77 (Trích Đề thi chọn Đội tuyển học sinh dự thi Olimpic Vật lí quốc tế, Japan) 2.5 Kết luận chương II Qua chương II, trình bày số tập quang học Ta thấy hệ thống tập quang học phong phú đa dạng Mỗi loại tập thường gắn với tượng quan trọng: Hiện tượng giao thoa, nhiễu xạ, hấp thụ ánh sáng đến tập quang học lượng tử Vì học sinh cần phải nắm vững sở lý thuyết tượng quang học 78 Kết luận Luận văn trình bày tượng quang học số tập kèm theo, hệ thống tập chia theo chủ đề chương II gắn với chủ đề tượng trình bày chương I, nhằm giúp học sinh có cách nhìn tổng quan đề thi học sinh giỏi cấp quốc gia, quốc tế quang học 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Vũ Thanh Khiết, Nguyễn Thành Tương , “Chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lí - tập (Quang học)”, NXB Giáo dục, 2007 [2] Lương Duyên Bình, Nguyễn Hữu Hồ, Lê Văn Nghĩa, Vật lý đại cương tập 3, “Quang Học, Vật Lý Lượng Tử”, NXB GD 2010 [3] Huỳnh Huệ, “Quang học”, NXB GD, 1979 [4] Ronald Gautreau,William Savin, “Vật lý học đại”, NXB GD, 1997 [5] Vũ Thanh Khiết, Nguyễn Đức Hiệp, “Tuyển tập đề thi Olympic vật lý quốc tế”, NXB GD, 2011 [6] Vũ Thanh Khiết, “121 tập vật lý nâng cao”, NXB Đại học quốc gia Hà Nội, 2000 [7] Vũ Thanh Khiết, Vũ Đình Tuý, “Tuyển tập đề thi Olimpic vật lí nước”, NXB Giáo dục, 2006 [8] David Halliday, Cơ sở vật lý tâp “ Quang học vật lý lượng tử”, NXB GD, 1998 80 [...]... của thấu kính L2 có đặt một tấm kính mờ (loại kính ảnh) tại đó sẽ hiện lên các quang phổ 1.2 Quang học lượng tử 1.2.1 Bức xạ nhiệt Các hiện tượng giao thoa, nhiễu xạ và phân cực ánh sáng là những hiện tượng chứng tỏ ánh sáng có bản chất sóng Nhưng vào cuối thế kỉ XIX và đầu thế kỉ XX người ta phát hiện được những hiện tượng quang học mới như hiện tượng phát xạ vì nhiệt, hiệu ứng quang điện v.v Không... Cách tử còn được dùng trong phép phân tích tích quang phổ; căn cứ các vạch quang phổ có thể biết được thành phần của ánh sáng đó ( từ đó suy ra cấu trúc của nguồn phát sáng ) c) Máy quang phổ cách tử Máy quang phổ cách tử có cấu tạo tương tự như máy quang phổ lăng kính, trong đó thay thế cho lăng kính người ta đặt cách tử nhiễu xạ vuông góc với chùm tia sáng song song từ ống chuẩn trực chiếu tới (cách... quan sát E ta quan sát được một ảnh rõ nét của nguồn sáng D; khi đó có thể xem rằng hình ảnh nhiễu xạ trùng với hình ảnh quang học c) Hiện tượng nhiễu xạ qua lỗ tròn thường xảy ra ở các dụng cụ quang học, trong đó các vòng đỡ thấu kính (thường là vật kính) đóng vai trò lỗ tròn  Nhiễu xạ do nhiều khe hẹp Cách tử nhiễu xạ a) Nhiễu xạ do nhiều khe hẹp Giả sử có N khe hẹp giống nhau, cùng độ rộng b, cách... trị số ∆, do đó chúng có cùng độ sáng và tạo thành vân giao thoa, gọi là vân cùng độ dày Đây là các vân định xứ 17 1.1.3 Hiện tượng nhiễu xạ 18 1.1.3.1 Nguyên lí Huy-Ghen - Frê-Xnen 19  Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng 20 Hiện tượng ánh sáng không tuân theo định luật truyền thẳng, quan sát được khi ánh sáng truyền qua lỗ nhỏ, hoặc gần mép các vật trong suốt hoặc không trong suốt, đượ gọi là hiện tượng. .. hiệu số các khoảng vân đỏ và tím: (id − it ) Vì có sự chồng lên nhau của các vân nên ngoài hai vân tối đầu tiên, không còn vân tối nào khác Các vân bậc càng cao chồng lên nhau càng nhiều, do đó có màu bạc và ranh giới không rõ rệt 1.1.2 Hiện tượng giao thoa định xứ 14 Thí nghiệm cho thấy trong một số trường hợp có thể quan sát được giao thoa khi dùng nguồn sáng rộng Trong các trường hợp này, các vân giao... được gọi là quá trình hóa phát quang - Quá trình quang phát quang là quá trình trong đó vật hấp thụ một bức xạ có bước sóng khác (thường có bước sóng lớn hơn bước sóng của bức xạ hấp thụ) - Sự phát quang của các cột khí xảy ra khi có dòng điện chạy qua được gọi là điện phát quang Trong trường hợp này năng lượng để duy trì bức xạ được dòng điện cung cấp thông qua va chạm của các nguyên tử hoặc phân tử khí... cực đại của vùng giao d S2 D E thoa quan sát được trên màn (khi các gương có kích thước đủ rộng như hình Hình 1.1: Thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng vẽ) là MN = L2a 11 Các vân giao thoa chỉ quan sát được trong khoảng MN M  Gương Lôi (Loyd) (Hình 1.3) Một nguồn sáng S đặt trước gương phẳng M ở khá xa gương S1 I nhưng cách mặt tráng bạc của gương S một đoạn h khá nhỏ Các tia sáng đếnS2 gương dưới... C Hình 1.7: Hiện tượng giao thoa định xứ với bản mỏng có độ dày không đổi λ  2dn λ  ∆ = ( AC + BC ) n −  AH + ÷ = − 2d tan r.sin i − 2  cos r 2  Thay sin i = n sin r và biến đổi ta được: ∆= 2dn λ λ − = 2d n 2 − sin 2 i − cos r 2 2 Hiệu quang trình chỉ phụ thuộc vào góc i nên có thể quan sát được giao thoa với nguồn sáng rộng Để quan sát các vân giao thoa tạo bởi sự giao thoa của các tia phản... sáng của các cực đại phụ là không đáng kể Kết quả là, nếu N rất lớn, thì ảnh nhiễu xạ chỉ còn là một dãy vạch sáng song song, cách đều nhau bằng những khoảng tối rộng b) Cách tử nhiễu xạ Cách tử nhiễu xạ là một hệ thống nhiều khe rất hẹp giống nhau, song song cách đều và nằm trong cùng một mặt phẳng Khoảng cách d giữa hai khe kế tiếp được gọi là chu kì cách tử (hay hằng số cách tử) Các khe trên cách tử... lượng trắc quang khác nhau ở chỗ: Dòng quang năng và quang thông trong khoảng bước sóng dλ λ khác nhau ở thừa số V( ) (hàm thị kiến) Rõ dS ràng, độ trưng năng Hình 1.14: Dòng quang năng toàn phần ứng với mọi bước sóng do một phần tử diện tích lượng toàn phần bằng tổng độ trưng năng lượng ứng với từng bức xạ đơn sắc Nếu ν r( T) ( ν , hay là tần số bức xạ), là độ trưng năng lượng tính cho một đơn vị ... Khảo sát số tượng quang học liên quan đến thi vật lí quốc gia, quốc tế trung học phổ thông Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết: + Khảo sát sở lý thuyết tượng quang học có thi vật lí quốc. .. vật lí quốc gia, quốc tế + Trình bày lời giải số tập, toán vật lí liên quan đến tượng quang học có đề thi quốc gia, quốc tế Nhiệm vụ nghiên cứu - Trình bày sở lý thuyết số tượng quang học: Hấp thụ... + Vận dụng lý thuyết tượng quang học để giải thích tượng vật lí liên quan, đồng thời vận dụng để giải tập vật lí đề thi quốc gia, quốc tế có liên quan đến tượng quang học nghiên cứu Những đóng