Vật Lí đại cương A2 (Điện – Quang) - Bài tập phần 8

Nội dung text: Vật Lí đại cương A2 (Điện – Quang) - Bài tập phần 8

1. Trường Đại học Trà Vinh QT7.1/PTCT1-BM7 Giữa hai cực đại chính có (N - 1) cực tiểu phụ có cường độ sáng bằng 0. Giữa hai cực đại chính có N - 2 cực đại phụ. Thông thường ta chỉ quan sát được các cực đại giao thoa nằm trong vân sáng trung tâm gồm những vạch sáng song song cách đều với độ sáng giảm dần. Trên hình (13.18) biểu diễn cường độ sáng với N=3 7.5.3.Quang phổ nhiễu xạ: Ta hãy xét trường hợp cách tử được rọi sáng bằng ánh sáng trắng, sẽ cho hệ thống các cực đại chính. Tại C0 mọi ánh sáng đơn sắc đều cho cho cực đại chính tại C0 nên ở đó có một vạch sáng trắng. Những cực đại chính có k¹0 của các ánh sáng đơn sắc không tùng nha. Tập hợp các cực đại chính đó hợp thành một quang phổ bậc k. Trong mỗi quang phổ vạch tím nằm trong, vạch đỏ nằm ngoài. Ra xa các vân sáng trung tâm các quang phổ bâc cao có thể chồng lên nhau. Các quang phổ cho bởi cách từ được gọi là các quang phổ nhiễu xạ. . • Củng cố: 4. Ðiều kiện để quan sát giao thoa là: Vật Lí Đại Cương A2 (Điện – Quang) 81
2. Trường Đại học Trà Vinh QT7.1/PTCT1-BM7 a) Có sự gặp nhau của các dao động sáng cùng phương. b) Có sự gặp nhau của các dao động sáng cùng bước sóng. c) Có sự gặp nhau của các dao động sáng mà hiệu số pha không đổi. d) Câu a và câu c là đúng. e) Câu a, câu b và câu c là đúng. 5. Một nêm không khí cho giao thoa có khoảng cách 2 vân sáng liên tiếp là 2 mm. Nếu tăng góc nêm lên 2 lần và giảm bước sóng ánh sáng xuống gấp đôi thì khoảng cách hai vân sáng liên tiếp là: a) 0,5mm b) 1mm c) 2mm d) 4 mm e) 8mm 6. Bán kính chính khúc mặt cong của thấu kính sử dụng là 15m. Bước sóng đơn sắc có giá trị không đổi. Vân tròn tối Newton thứ 9 có bán kính trên màn quan sát là 12mm. Vậy vân tối Newton thứ 16 có bán kính trên màn quan sát là: a) 9mm b) 16mm c) 3mm d) 27mm e) 64/3 mm 7. Một nêm không khí cho giao thoa định xứ. Nếu chiết suất của chất làm nêm lên 2 lần, và giảm bước sóng ánh sáng xuống gấp đôi thì khoảng cách hai vân sáng liên tiếp là so với lúc đầu: a) không đổi b) tăng 4/3 lần c) giảm 4 lần d) tăng 2 lần e) giảm 2 lần 8. Một thấu kính thủy tinh được tráng mỏng một mặt bằng một chất có chiết suất bằng 1,6 để làm giảm phản xạ từ mặt thấu kính. Cho biết ánh sáng tới vuông góc với mặt thấu kính, chiết suất của thủy tinh là 1,5. Bề dầy tối thiểu của lớp mỏng để khử ánh sáng phản xạ từ vùng phổ khả kiến (λ = 550nm) bằng: A. e = 171,875nm B. A. e = 0, 875m C. e = 171,875mm D. B và C đúng 9. Chiếu một chùm tia sáng S có bước sóng λ = 0,6(μm) vào hai khe hở hẹp song song cách nhau 1(mm) và cách đều S. Trên màn ảnh đặt song song và cách mặt phẳng chứa hai khe 1(m), ta thu được hệ thống vân giao thoa. a. Tính khoảng cách giữa hai vân sáng liên tiếp. b. Đặt trước một trong hai khe một bản mỏng phẳng, trong suốt có hai mặt song song, bề dày e = 12(μm) và có chiết suất n = 1,5. Tìm độ dịch chuyển của hệ thống vân giao thoa. 10. Chiếu một chùm tia sáng S có bước sóng λ = 0,6(μm) vào hai khe hở hẹp song song cách nhau 1(mm) và cách đều S. Trên màn ảnh đặt song song và cách mặt phẳng chứa hai khe 1(m), ta thu được hệ thống vân giao thoa. a. Tính khoảng cách giữa hai vân sáng liên tiếp. b. Đặt trước một trong hai khe một bản mỏng phẳng, trong suốt có hai mặt song song, bề dày e = 12(μm) và có chiết suất n thì thấy hệ thống vân giao thoa dịch chuyển một đoạn Δ = 6(mm). Tìm chiết suất của bản mỏng. 11. Chiếu một chùm tia sáng song song bước sóng λ thẳng góc với một khe chữ nhật hẹp có bề rộng 0,1(mm). Ngay sau khe có đặt một thấu kính hội tụ tiêu cự 1(m). Cách thấu kính 1(m) người ta đặt màn quan sát. Hãy xác định bước sóng λ, biết bề rộng của vân cực đại giữa là 1,2 (cm). 12. Chiếu một chùm tia sáng song song bước sóng λ = 0,45μm thẳng góc với một cách tử nhiễu xạ, phía sau sát cách tử đặt thấu kính hội tụ tiêu cự 1m. Cách thấu kính 1m, đặt màn quan sát. Trên màn ta đo được khoảng cách giữa hai cực đại bậc 1 là 202mm. Tìm: a. Chu kỳ cách tử. b. Số khe của cách tử có trên 1m. c. Số vạch cực đại cho bởi cách tử. Vật Lí Đại Cương A2 (Điện – Quang) 82
3. Trường Đại học Trà Vinh QT7.1/PTCT1-BM7 Bài đọc thêm: MÁY QUANG PHỔ CÁCH TỬ. 1.Cấu tạo: Sơ đồ quang học của máy quang phổ cách tử được biểu diễn trên hình 18.25. Aïnh sáng từ nguồn I được tập trung vào khe S của máy quang phổ nhờ thấu kính tụ quang L1. Khe S đặt tại tiêu điểm của thấu kính L2 của ống chuẩn trực K. Ống chuẩn trực cho chùm tia song song đập vào cách tử C đặt trên một bàn có thể quay xung quanh một trục thẳng đứng. Các chùm tia song song sau khi nhiễu xạ qua cách tử đập vào thấu kính L3 của buồng ảnh P và hội tụ trên tiêu diện E của L3, cho ta các ảnh S1, S2, S3 của khe S đối với từng thành phần đơn sắc. Tập hợp các ảnh này là quang phổ của ánh sáng do nguồn I phát ra. Mỗi ảnh S2, S2 được gọi là một vạch quang phổ. Trong các máy quang phổ người ta đặt kính ảnh tại E để thu quang phổ. Nếu không đặt kính ảnh mà tại đó đặt một khe ra, thì dụng cụ này được gọi là máy đơn sắc. Miền hoạt động của máy quang phổ cách tử có thể rất rộng từ tử ngoại chân không đến miền sóng milimét, nhờ dùng các cách tử có số vạch thích hợp. 2 Các đặc trưng cơ bản của máy quang phổ cách tử. Ðể có thể so sánh được tính năng của những máy quang phổ cách tử khác nhau và lựa chọn được máy quang phổ nào thích hợp cho mục đích nghiên cứu, ta phải biết các đặc trưng cơ bản của chúng. a) Ðộ tán sắc D. Ðộ tán sắc của máy quang phổ là một đại lượng đặc trưng cho tốc độ biến thiên của góc lệch của chùm tia sáng trong máy khi thay đổi bước sóng. Bởi vì vị trí của các vạch quang phổ trong máy được xác định bởi phương của các chùm tia sáng, còn trên màn quan sát hay trên kính ảnh - bởi khoảng cách giữa các vạch, cho nên ta đưa vào hai khái niệm tương ứng về độ tán sắc: độ tán sắc góc và độ tán sắc dài. Vật Lí Đại Cương A2 (Điện – Quang) 83
4. Trường Đại học Trà Vinh QT7.1/PTCT1-BM7 Vật Lí Đại Cương A2 (Điện – Quang) 84
5. Trường Đại học Trà Vinh QT7.1/PTCT1-BM7 Khi đó tung độ của đường cong tổng hợp bằng 0,8 tung độ cực đại của mỗi đường cong. Nếu tiêu chuẩn Rayleigh không được thoả mãn thì không thể phân biệt được đó là hai vạch riêng rẽ. Vật Lí Đại Cương A2 (Điện – Quang) 85
6. Trường Đại học Trà Vinh QT7.1/PTCT1-BM7 Vậy: nếu cách tử có tổng số vạch N cho trước thì ở bậc quang phổ càng cao, năng suất phân giải càng lớn. Khác với độ tán sắc phụ thuộc vào số vạch trên một đơn vị chiều dài, năng suất phân giải tỉ lệ với tổng vạch. Bài đọc thêm số 2: SỰ HẤP THỤ ÁNH SÁNG 1. Hiện tượng hấp thụ ánh sáng: 2. Giải thích theo quan niệm cổ điển: Sự hấp thụ ánh sáng làì kết qủa của sự tương tác của sóng điện từ (sóng ánh sáng) với chất. Dưới tác dụng của điện trường của sóng ánh sáng có tần số (, các electron của nguyên tử và phân tử dịch chuyển đối với hạt nhân tích điện dương và thực hiện dao động điều hòa với tần số (. Electron dao động trở thành nguồn phát sóng thứ cấp. Do sự giao thoa của sóng tới và sóng thứ cấp mà trong môi trường xuất hiện sóng có biên độ khác với biên độ của sóng tới. Do đó, cường độ của ánh sáng sau khi qua môi trường cũng thay đổi: không phải toàn bộ năng lượng bị hấp thụû bởi các nguyên tử và phân tử được giải phóng dưới dạng bức xạ mà có sự hao hụt do sự hấp thụ ánh sáng. Năng lượng bị hấp thụ có thể chuyển thành các dạng năng lượng khác, ví dụ năng lượng nhiệt, khi đó vật sẽ bị nóng lên. Vật Lí Đại Cương A2 (Điện – Quang) 86
7. Trường Đại học Trà Vinh QT7.1/PTCT1-BM7 3. Ðịnh luật Bouguer về sự hấp thụ ánh sáng Ðịnh luật nầy do Bouguer thiết lập năm 1729 nên được gọi là định luật Bouguer Ở đây ( là hệ số, đặc trưng cho độ giảm của cường độ ánh sáng khi đi qua môi trường, được gọi là hệ số hấp thụû của môi trường. Nó không phụ thuộc vào cường độ của ánh sáng. Như vậy, cường độ ánh sáng truyền qua môi trường hấp thụû giảm theo hàm số mũ. 4. Hệ số hấp thụ: Quan sát hình 19.2 ta thấy có các vạch hấp thụû rất mạnh. Các cực đại ứng với tần số cộng hưởng của electron trong nguyên tử. Ðối với các khí đa nguyên tử, ta quan sát được các vạch hấp thụû nằm sát nhau tạo thành dãy hấp thụû. Cấu trúc của những dãy hấp thụû phụ thuộc vào thành phần và cấu tạo của các phân tử. Vì thế nghiên cứu quang phổ hấp thụû ta có thể biết cấu tạo phân tử. Ðó là nội dung của phương pháp phân tích quang phổ hấp thụû. Các chất rắn, lỏng và khí ở áp suất cao cho ta các đám hấp thụû rất rộng (hình19.3). Vật Lí Đại Cương A2 (Điện – Quang) 87
8. Trường Đại học Trà Vinh QT7.1/PTCT1-BM7 Khi tăng áp suất của chất khí, các vạch hấp thụû rộng ra và khi áp suất rất cao thì phổ hấp thụ của chất khí rất giống với phổ hấp thụ của nó ở trạng thái lỏng. Ðiều đó cho thấy sự mở rộng các vạch quang phổ là biểu hiện của sự tương tác giữa các phân tử. 5. Màu sắc của các vật: Nếu một chất có hệ số hấp thụ nhỏ với mọi bức xạ khả kiến ví dụ như không khí hay thủy tinh, thì vật sẽ không có màu sắc. Ngược lại, nếu vật hấp thụû hòan toàn mọi ánh sáng thấy được thì vật có màu đen . Màu sắc của các dung dịch màu và các kính lọc sắc được giải thích bằng sự hấp thụû có chọn lựa. Ví dụ kính lọc sắc đỏ thì ít hấp thụ ánh sáng đỏ và màu da cam nhưng đồng thời lại hấp thụ các bức xạ thấy được còn lại. Trong trường hợp phản xạ,û màu sắc của các vật phản xạ ánh sáng được giải thích bằng sự phản xạ chọn lọc ánh sáng trên bề mặt của chúng. Lưu ý : màu sắc của các vật không phụ thuộc vào tính chất quang học của bề mặt (thí dụ như màu sơn quét trên nó) mà phụ thuộc vào thành phần quang phổ của ánh sáng tới, như khi vật được quét sơn đỏ sẽ có màu đen khi chiếu nó bằng ánh sáng màu lục. Bài đọc thêm số 3: SỰ TÁN XẠ ÁNH SÁNG Chúng ta thường giả thiết rằng ánh sáng truyền trong môi trường đồng tính trong thực tế lại không có môi trường nào hoàn toàn đồng tính, mà bao giờ cũng xuất hiện độ chênh lệch của mật độ, nhiệt độ do chuyển động nhiệt của các nguyên tử, phân tử cấu tạo nên môi trường. Trong môi trường như thế ánh sáng không những truyền thẳng mà còn theo các phương khác, tức là bị tán xạ. Ðó là sự tán xạ thường được gọi là tán xạ phân tử. Một số môi trường còn có thể có các hạt lạ, mà chiết suất và hệ số hấp thụû của chúng khác với chiết suất và hệ số hấp thụû của các nguyên tử và phân tử cấu tạo nên môi trường. Môi trường chứa các hạt lạ như vậy được gọi là môi trường vẫn đục và nó tán xạ ánh sáng theo mọi phương gọi là tán xạ bởi các hạt nhỏ hay là tán xạ Tyndall. Các hạt lạ đó có thể là các hạt rắn trong không khí như khói, bụi, các hạt nước trong sương mù, các hạt keo trong dung dịch keo Vậy nguyên nhân làm tán xạ ánh sáng trong cả hai trường hợp trên đều là sự không đồng tính quang học của môi trường. Ngoài hai loại tán xạ nói trên, Raman còn phát hiện ra một hiện tượng tán xạ mới được gọi là tán xạ tổ hợp ánh sáng. 1. Sự tán xạ ánh sáng bởi các hạt nhỏ a) Thí nghiệm: Nếu quan sát theo phương OA (phương của chùm tia tới) sẽ thấy có ánh sáng; còn theo phương khác, chẳn hạn phương OB vuông góc với phương ánh sáng tới sẽ không nhìn thấy chùm tia sáng trong ống. Nước tinh khiết là môi trường đồng tính quang học, nên nó không tán xạ ánh sáng. Bây giờ nhỏ vài giọt sữa vào ống và lắc đều. Nhìn vào ống theo phương OB ta sẽ nhìn thấy ánh sáng trong ống. Vậy chất lỏng trong ống bây giờ là một môi trường vẫn đục, tán xạ ánh sáng đi qua nó. Vật Lí Đại Cương A2 (Điện – Quang) 88
9. Trường Đại học Trà Vinh QT7.1/PTCT1-BM7 Ðường cong (Hình 19.5) biểu diễn công thức (19.4) được gọi là giản đồ chỉ thị tán xạ. Nó có tính đối xứng đối với phương của tia tới và phương vuông góc với nó Hình 19.5 b) Lý thuyết tán xạ của Rayleigh: Vật Lí Đại Cương A2 (Điện – Quang) 89
10. Trường Đại học Trà Vinh QT7.1/PTCT1-BM7 Hiện tượng tán xạ Tyndan luôn luôn xảy ra trong dung dịch có các hạt lơ lửng, đặc biệt là dung dịch keo, trong bầu khí quyển, trong nhiều đồ uống v.v Do đó, nghiên cứu màu sắc của ánh sáng tán xạ có thể đoán nhận được kích thước của các hạt có mặt trong dung dịch nghiên cứu. Ðo cường độ của ánh sáng tán xạ có thể xác định một cách định lượng những chất lơ lửng trong dung dịch, độ trong suốt của khí quyển v.v 1. Sự tán xạ phân tử : Hiện tượng tán xạ còn quan sát được cả trong các môi trường tinh khiết, nghĩa là môi trường không chứa một hạt lạ nào như không khí, nước tinh khiết v.v Thực nghiệm cho thấy rằng, cường độ ánh sáng tán xạ càng lớn nếu nhiệt độ càng cao. Như vậy hiện tượng tán xạ này xảy ra do chuyển động nhiệt của các phân tử cấu tạo nên môi trường, nên người ta gọi nó là tán xạ phân tử. Vật Lí Đại Cương A2 (Điện – Quang) 90