Môn học : Vật Lý Điện Quang

Giảng viên : Đỗ Kim Anh

Thực hiện : Nhóm 1, K54CA

Hà Nội,

18/04/2011

SỰ PHÂN CỰC CỦA ÁNH SÁNGNội dung

1. Hiện tượng phân cực ánh sáng qua bản Tourmaline

2. Bản chất của ánh sáng phân cực

3. Định luật Malus

4. Phân cực của ánh sáng khi truyền tinh thể lưỡng chiết. Các

loại kính phân cực

5. Phân cực do phản xạ

6. Các bản bước sóng1. HIỆN TƯỢNG PHÂN CỰC ÁNH SÁNG

1.1. Thí nghiệm về hiện tượng phân cực ánh sáng

Bản Tuamalin: Từ một tinh thể Silicoborat Nhôm

trong suốt người ta cưa cắt, mài nhẵn, đánh bóng

thành một bản mỏng hình chữ nhật có hai mặt

bên song song với trục tinh thể.

- Bản Tuamalin là một môi trường truyền sáng

không đẳng hướng.

- Trục tinh thể được gọi là quang trục của bản

Tuamalin.

Bản Tuamalin1.1. Thí nghiệm về hiện tượng phân

cực ánh sáng

TN1: O là nguồn sáng trắng, phương truyền Oy  với

mặt bên T1. Quay T1 xung quanh phương truyền,

cường độ sáng I1 sau nó không đổi.1.1. Thí nghiệm về hiện tượng phân

cực ánh sáng

TN2: Cố định T1, đặt tiếp sau nó bản T2 cũng có mặt bên

vuông góc với Oy. Cường độ sáng sau T2 phụ thuộc góc

quay:

+ 1 // 2: I2 lớn nhất:

I2max

+ 1  2: I2 nhỏ nhất: I2min= 0

+ 1 tạo với 2 một góc : I2

nhận giá trị trung gian:    0 < I2

< I2max

KL: Hiện tượng bất thường này được gọi là hiện tượng phân

cực ánh sáng .1.2 Giải thích hiện tượng phân cực ánh sáng

Thừa nhận:

- Ánh sáng trong tự nhiên gồm ánh sáng tự nhiên và

ánh sáng phân cực.

- Bản Tuamalin cho qua hoàn toàn ánh sáng có véctơ

sóng sáng // quang trục, hấp thụ hoàn toàn ánh sáng

có véctơ sóng sáng  quang trục. Ánh sáng có véctơ

sóng sáng xiên góc với quang trục thì cho qua một

phần.1.2 Giải thích hiện tượng phân cực ánh sáng

TN1: Trước bản T1 là

ASTN, véctơ sóng sáng

phân bố đối xứng xung

quanh phương truyền. Sau

T1 là ASPC có véctơ sóng

sáng // 1. Vì đối xứng,

T1 quay cường độ sáng

sau T1 không đổi:

2

0

1

I

I 

TN2: Trước T2 là ASPC có véctơ sóng sáng // 1 nên:

+ 1 // 2: T2 cho qua hoàn toàn: I2 lớn nhất: I2max

+ 1  2: T2 hấp thụ hoàn toàn: I2 nhỏ nhất: I2max

+ 1  2: T2 cho qua một phần, I2 nhận giá trị trung

gian.3. Định luật Malus

3.1 Thí Nghiệm3 Định luật Malus

 Gọi I0 là cường độ chùm sáng trước khi qua hai bản tinh

thể và I là cường độ chùm sáng sau khi ra khỏi chúng.

 Định luật Malus cho ta:

I = I0 cos2 α

Với α là góc giữa hai trục của hai bản tinh thể.

• Khi 2 trục song song cường độ sáng là cực đại.

• Khi 2 trục vuông góc cường độ sáng là cực tiểu.

3.2 Định luật Malus4. Phân cực ánh sáng khi truyền qua tinh thể

lưỡng chiết

 Khi cho một tia sáng truyền qua tinh thể băng

lan(CaCO3) ta thấy tia sáng bị tách thành 2 tia khi ra khỏi

tinh thể. Hiện tượng đó gọi là hiện tượng lưỡng chiết. Thí

nghiệm cũng cho thấy 2 tia ra khỏi tinh thể song song với

nhau và song song với tia tới (Hình 19.19). Cả hai tia đều là

tia phân cực phẳng nhưng trong hai mặt phẳng vuông góc

nhau và có cường độ như nhau. Một trong hai tia tuân theo

định luật khúc xạ ánh sáng thông thương nên gọi là tia

thường và được ký hiệu bằng chữ 0. Tia thứ hai không

tuân theo định luật khúc xạ ánh sáng nên gọi là tia bất

thường và được ký hiệu bằng chữ e.

4.1  Thí nghiệm4.2 Một số tinh thể lưỡng chiết4.3 Kính phân cực

 Khi dùng hiện tượng phản xạ và khúc xạ để có ánh

sáng phân cực phẳng thông thường cườìng độ ánh

sáng thụ được sẽ rất yếu, vì vậy trong thực tế, người ta

không tạo ra ánh sáng phân cực phẳng bằòng phương

pháp trên. Có thể dùng hiện tượng lưỡng chiết để cho

ra ánh sáng phân cực phẳng nhưng các tinh thể lưỡng

chiết lại có kích thước bé cho nên ngay cả tinh thể

băng lan là tinh thể có hiện tượng lưỡng chiết mạnh

nhất cũng không cho tia thường và tia bất thường tách

xa nhau.4.3 Kính phân cực

 Lăng kính phân cực thường là một tổ hợp lăng

kính bằng tinh thể và được chia ra làm hai loại:

• Lăng kính chỉ cho một tia phân cực phẳng.

• Lăng kính cho hai tia phân cực phẳng, phân

cực trong hai mặt phẳng vuông góc nhau.4.3 Kính phân cực

 Lăng kính Nicol.

 Lăng kính lưỡng chiết cho hai chùm tia.

 Bản Tuamalin.

 Bản Polaroid.5. PHÂN CỰC DO PHẢN XẠ

Ánh sáng phản xạ từ bề mặt phẳng của một chất lưỡng cực

điện (hoặc cách điện) thường bị phân cực một phần, với vectơ

điện của ánh sáng phản xạ dao động trong mặt phẳng song

song vói bề mặt của vật liệu.5. PHÂN CỰC DO PHẢN XẠ

(tiếp theo)

Một tính chất quan trọng của ánh sáng phân cực phản xạ là độ

phân cực phụ thuộc vào góc tới của ánh sáng, với lượng phân

cực tăng được quan sát thấy khi góc tới giảm.6. ĐỊNH LUẬT BREWSTER

Để có được ánh sáng phân cực hoàn toàn do sự phản xạ trên

bề mặt của 1 môi trường trong suốt, góc tới i phải có một trị

số xác định tùy thuộc vào bản chất của môi trường trên.6. ĐỊNH LUẬT BREWSTER

(tiếp theo)

Tan(i) = n

trong đó:

- n là chiết suất môi trường

- Góc i được gọi là góc Brewster, kí hiệu là iB7. CÁC BẢN SÓNG CƠ BẢN

 Giả sử chấn động tới có dạng :  s = a cosωt

 Khi đi vào bản mỏng tại I, các thành phần của chấn

động OP theo 2 phương ưu đãi là :

OP1 :  x = a cosα . cosωt

OP2 :  y = a sinα . cosωt7. CÁC BẢN SÓNG CƠ BẢN

(tiếp theo)

 Khi ló ra khỏi bản mỏng tại I’, hai chấn động thành

phần này không còn đồng pha nữa mà có một hiệu số

pha là ϕ =  2πδ/ λ

OP’

1 :  x’= a cosα . cosωt

OP’

2 :  y’= a sinα . cos (ωt - ϕ)

 Chấn động ló là tổng hợp của hai chấn động thành

phần này.BẢN SÓNG λ

Chấn động ló vẫn là chấn động OPBẢN SÓNG λ/2

Chấn động ló là chấn động thẳng OP’ đối xứng với

chấn động tới OP qua các đường trung hòaBẢN SÓNG λ/4

ωt = π/2

chấn động ló là chấn động elip có hai trục là hai đường trung

hòa của bản phần tư sóngBẢN SÓNG λ/4

(các trường hợp khác)

a                                             bBẢN SÓNG λ/4

(các trường hợp khác)

a                                             bCám ơn thầy cô và các bạn đã theo dõi

GIÁO VIÊN HƯớNG DẫN: ĐỗKIM ANH

NHÓM 2: K54CA

HIệN TƯợNG GIAO THOA

ÁNH SÁNGHIệN TƯợNG GIAO THOA ÁNH SÁNG

1. Hiện tượng giao thoa với hai khe hẹp

2. Hiện tượng giao thoa bản  mỏng

3. Ảnh hưởng của sự không đơn sắc lên

ảnh giao thoa

4. Giao thoa kế

5. Ý nghĩa, ứng dụng của giao thoa ánh

sáng1. HIệN TƯợNG GIAO THOA VớI HAI KHE HẹP

Mô tả hiện tượng: Giao thoa

ánh sáng là hiện tượng có

những vạch sáng và những

vạch tối nằm xen kẽ nhau và

nhất là sự xuất hiện của

những vạch tối trong vùng

hai chùm sáng gặp nhau.1. HIệN TƯợNG GIAO THOA VớI HAI KHE HẹP

Thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng1. HIệN TƯợNG GIAO THOA VớI HAI KHE HẹP

Giải thích thí nghiệm Young

•Ánh sáng đi từ đèn Đ qua kính lọc sắc F  chiếu sáng khe a làm

cho khe a thành nguồn phát sóng ánh sáng truyền đến 2 khe b,c

(khe Young )

•Tạo ra hiện tượng giao thoa ánh sáng: các vạch sáng, vạch

tối(gọi là các vân giao thoa ) xen kẽ lẫn nhau

•Hiện tượng này là bằng chứng quan trọng chứng tỏ ánh sáng

có tính chất sóng1. HIệN TƯợNG GIAO THOA VớI HAI KHE HẹP1. HIệN TƯợNG GIAO THOA VớI HAI KHE HẹP

Thí nghiệm Young: điều kiện xảy ra giao

thoa

Hai nguồn sáng là 2 nguồn kết hợp

Cùng biên độ

Cùng tần số

Độ lệch pha ko đổi theo thời gian2. HIệN TƯợNG GIAO THOA BảN  MỏNG

2.1 Giao thoa bản mỏng có độ dày thay đổi (vân đồng độ

dày)2. HIệN TƯợNG GIAO THOA BảN  MỏNG2. HIệN TƯợNG GIAO THOA BảN  MỏNG

Cực đại giao thoa nằm tại các vị trí ứng với độ dày d

của bản mỏng thoả mãn điều kiện

Cực tiểu giao thoa nằm tại các vị trí ứng với độ dày d

của bản mỏng thoả mãn điều kiện2. HIệN TƯợNG GIAO THOA BảN  MỏNG

2.1 Vân đồng độ dày: kết luận

Những cực đại hoặc cực tiểu giao thoa ứng với

cùng một độ dày d của bản mỏng được gọi là vân

cùng độ dày.

Những cực đại hoặc cực tiểu giao thoa của bản

mỏng độ dày d không đổi, ứng với cùng một góc i

được gọi là vân cùng độ nghiêng.2. HIệN TƯợNG GIAO THOA BảN  MỏNG

2.2 Giao thoa bản mỏng hình nêm (vân đồng độ

nghiêng)2. HIệN TƯợNG GIAO THOA BảN  MỏNG

• Những cực tiểu giao thoa (vân tối) nằm tại các vị trí

ứng với độ dày d của bản mỏng hình nêm xác định

bởi điều kiện:

hay

• k = 0 thì d = 0, như vậy cực tiểu đầu tiên nằm trùng

• với cạnh O của bản mỏng hình nêm và k = 0, 1, 2, 3

…..2. HIệN TƯợNG GIAO THOA BảN  MỏNG

• Những cực đại giao thoa (vân sáng) nằm tại các vị trí

ứng với độ dày d của bản mỏng hình nêm xác định

bởi điều kiện

hay

• Khoảng cách giữa những vân cực tiểu hoặc hai

vân cực đại kế tiếp nằm trên bản mỏng hình nêm có

giá trị bằng2. HIệN TƯợNG GIAO THOA BảN  MỏNG

a) Sự kết hợp giữa các tia sáng phản xạ từ một bản phẳng và

mặt cong của thấu kính tạo nên các vân giao thoa tròn – vân

tròn Newton.

b) ảnh của các vân tròn Newton. (R >> r)2. HIệN TƯợNG GIAO THOA BảN  MỏNG

• Đường kính các vân tối bằng:

• Với k = 0, 1, 2, …

• Từ các vân giao thoa đo được ta

có thể xác định: bước sóng R

• Khoảng vân giữa hai vân sáng

kế tiếp:

• Hình vẽ: mẫu hình giao thoa bất

đối xứng chỉ cho ta biết sự

không hoàn hảo của thấu kính

qua các vân tròn Newton3. ẢNH HƯởNG CủA Sự KHÔNG ĐƠN SắC LÊN

ảNH GIAO THOA

• Ánh sáng trắng là gì?

• Khi cho ánh sáng trắng giao thoa, hiện tượng ta thu

được ở màn ảnh là gì?3. ẢNH HƯởNG CủA Sự KHÔNG ĐƠN SắC LÊN

ảNH GIAO THOA

• Kết luận: khi cho ánh sáng trắng giao thoa với nhau:

Tại vị trí vân sáng trung tâm các cực đại bằng nhau, nên

quan sát thấy một vân sáng không bị mở rộng.

Càng tiếp tục đi xa, vân càng bị mở rộng, sự chồng chất

của các ánh sáng đơn sắc càng nhiều.3. ẢNH HƯởNG CủA Sự KHÔNG ĐƠN SắC LÊN

ảNH GIAO THOA

• Kết luận: Ánh sáng không đơn sắc khi giao

thoa với nhau tạo nên các phổ ánh sáng màu

sắc khác nhau, tùy thuộc vào thành phần và

cường độ sáng của mỗi thành phần  đơn sắc4. GIAO THOA Kế

• Là dụng cụ dùng để giao thoa ánh sáng

• Là 1 trong những công cụ nghiên cứu quan trọng trong

các lĩnh vực:  thiên văn học, đo lường quang học, địa

chấn học, vật lý plasma…

Vân giao thoa từ giao thoa kế

Fabry–Pérot, nguồn là đèn

đơteri lạnh Vân giao thoa từ giao thoa kế Fabry–Pérot,

nguồn là đèn đơteri lạnh4. GIAO THOA Kế

Giao thoa kế Fabry–Pérot:

(etalon)

•Được thực hiện bởi 1 bản

mỏng trong suốt có 2 mặt

phản xạ được(hoặc 2 gương

phản xạ đặt //)4. GIAO THOA Kế

Giao thoa kế

Michelson:

•Là giao thoa kế hai

chùm tia thay đổi

khoảng cách của một

gương thì hệ vân thay

đổi

•Dùng để xác định

chính xác bước sóng,

sự đơn sắc…4. GIAO THOA Kế

Giao thoa kế Mach–Zehnder:

•Là giao thoa kế hai chùm tia

•Đặt mẫu có chiết suất n vào

một bên tay của giao thoa kế

làm cho hệ vân thay đổi.

• Dùng để xác định chiết suất

của mẫu và những biến đổi cục

bộ của nó(vd: đo chiết suất của

hơi nguyên tử ở lân cận các vạch

phổ)5. Ý NGHĨA, ứNG DụNG CủA GIAO THOA ÁNH

SÁNG

Ứng dụng của giao thoa:

Trong vân giao thoa tròn Newton có thể xác định: bước sóng,

bán kính R , kiểm tra được chất lượng của thấu kính.

Trong giao thoa giữa hai khe hẹp, nếu ta đặt một bản mỏng có

độ dày e, chiết suất n vào một trong hai quang lộ, dựa trên dịch

chuyển vân giao thoa ta có thể xác định được n.

Hiện tượng giao thoa bởi bản mỏng có độ dày không đổi d,

chiết suất n được ứng dụng để khử ánh sáng phản xạ trên mặt

thấu kính hoặc lăng kính thuỷ tinh. (điều kiện: nkk<n< nglass)

i= 0 →ΔL = L1 – L2 = 2nd = (2k+1) λ0/2 →d = (2k+1)λ0/4n

→ λ = λ0/4→d = λ/4TổNG KếT

1. Hiện tượng giao thoa với hai khe hẹp

2. Hiện tượng giao thoa bản  mỏng

3. Ảnh hưởng của sự không đơn sắc lên ảnh

giao thoa

4. Giao thoa kế

5. Ý nghĩa, ứng dụng của giao thoa ánh sángCảM ƠN CÔ VÀ CÁC BạN ĐÃ QUAN TÂM

THEO DÕI

• Người thực hiện:  nhóm 2 – K54CA

• Các thành viên nhóm:

1. Phạm Tuyết Anh

2.Đỗ Thị Bắc

3.Đỗ Thành Công

4.Nguyễn Thị Hiền

5.Nguyễn Danh Lâm

6.Đinh Thị Loan

7.Trương Quý Quỳnh

8.Nguyễn Thạc Đan Thanh

9.Ngô Xuân Thuấn

10.Lê Thị Thúy

Chương 4

LƯỢNG TỬ ÁNH SÁNG

Các thành viên:

1.D.N Cảnh

2.H.S Cảnh

3.N.T Công

4.T.T Điệp

5.N.H Gia

6.P.V Khang

7.N.M Nam

8.N.Đ Thuận

9.N.X Trịnh

10.D.T TùngPhần 4.2

TÍNH CHẤT HẠT ÁNH SÁNG

NỘI DUNG TRÌNH BÀY

4.1. BỨC XẠ NHIỆT

4.1.1 - Đặc trưng của bức xạ nhiệt 3

4.1.2 - Các định luật về bức xạ nhiệt 7

4.2. TÍNH CHẤT HẠT ÁNH SÁNG

4.2.1 - Einstein với bản chất ánh sáng 10

4.2.2 - Hiệu ứng quang điện 13

4.2.3 - Hiệu ứng Compton

18

2Phần 4.1

BỨC XẠ NHIỆT

4.1.1/ Đặc trưng của bức xạ nhiệt:

a. Khái niệm:

Bức xạ là sóng điện từ do các vật phát ra, bao gồm

bức xạ nhiệt, bức xạ điện từ, hoá phát quang, quang

phát quang, điện phát quang.

Bức xạ nhiệt là dạng bức xạ khi nguyên tử hoặc

phân tử được tác dụng bởi nhiệt.

3Phần 4.1

BỨC XẠ NHIỆT

4.1.1/ Đặc trưng của bức xạ nhiệt:

b. Các dạng của bức xạ nhiệt:

• Vật phát ra bức xạ → năng lượng giảm → nhiệt

độ giảm (bức xạ nhiệt phát xạ)

• Hấp thụ bức xạ → năng lượng tăng → nhiệt độ

tăng (bức xạ nhiệt hấp thụ)

• Khi phần năng lượng mất đi do phát xạ được bù

lại

• Bằng phần năng lượng do hấp thụ → nhiệt độ sẽ

không thay đổi theo thời gian → bức xạ nhiệt của

vật không thay đổi (bức xạ nhiệt cân bằng)

4Phần 4.1

BỨC XẠ NHIỆT

4.1.1/ Đặc trưng của bức xạ nhiệt:

b. Các đặc trưng cơ bản:

• Đối với bức xạ nhiệt cân bằng:

- Năng suất phát xạ toàn phần

- Năng suất phát xạ đơn sắc

- Năng suất hấp thụ toàn phần

- Năng suất hấp thụ đơn sắc

5Phần 4.1

BỨC XẠ NHIỆT

4.1.1/ Đặc trưng của bức xạ nhiệt:

c. Khái niệm vật đen tuyệt đối

• Vật đen tuyệt đối

(hay còn gọi là vật

đen lý tưởng) là vật

hấp thụ hoàn toàn

mọi bức xạ đơn sắc

gửi đến nó ở mọi

nhiệt độ (aλ,T = 1)

6Phần 4.1

BỨC XẠ NHIỆT

4.1.2/ Các định luật về bức xạ nhiệt:

a. Định luật Stefan – Boltzmann:

Stefan Boltzmann

7Phần 4.1

BỨC XẠ NHIỆT

4.1.2/ Các định luật về bức xạ nhiệt:

a. Định luật Wien:

Ở một nhiệt độ T nhất  định, những

bước sóng lân cận giá trị λmax là bức xạ

mang nhiều năng lượng nhất.

Khi nhiệt độ T tăng, phần năng lượng

mang bởi chùm bức xạ có bước sóng

ngắn nằm trong khoảng bước sóng dλ sẽ

tăng nhanh hơn phần năng lượng mang

chùm bức xạ có bước sóng dài nằm

trong cùng khoảng bước sóng dλ đó.

Tích số của bước sóng Wien và nhiệt độ

tuyệt đối của vật bức xạ là một hằng số

không đổi λmax .T= b

Trong đó: b= 2.8978.10 m K

Wien(1864- 1928)

9Phần 4.1

BỨC XẠ NHIỆT

4.1.2/ Các định luật về bức xạ nhiệt:

a. Công thức Rayleigh-Jeans:

10Phần 4.2

TÍNH CHẤT HẠT ÁNH SÁNG

4.2.1/ Einstein với bản chất của ánh sáng:

a. Nhận định của Einstein:

• Theo quan điểm sóng ánh sáng, thì cường độ ánh

sáng càng mạnh thì electron càng có nhiều năng

lượng để bức xạ khỏi kim loại, nhưng thực tế thì

không phải thế.

• Einstein nhận thấy ánh sáng có tần số thấp thì

cường độ bao nhiêu cũng không xảy ra hiệu

ứng,còn nếu với tần số cao thì hiệu ứng xảy ra

ngay lập tức mà không cần thời gian cho electron

tích lũy năng lượng.

1112Phần 4.2

TÍNH CHẤT HẠT ÁNH SÁNG

4.2.1/ Einstein với bản chất của ánh sáng:

b. Einstein giải thích hiện tượng:

• Ông đã đưa ra một giả thuyết táo bạo rằng, hiệu

ứng quang điện chỉ có thể giải thích được nếu

sóng ánh sáng bị kim loại hấp thụ, không phải là

một sóng liên tục mà được cấu thành từ các hạt

hay các lượng tử năng lượng xác định. Năng

lượng này không thể tùy tiện lấy bất kì mà  đúng

bằng một bột số của tần số. Einstein đã khai triển

thuyết lượng tử của Plank, và đưa ra thuyết

photon, cho rằng năng lượng ánh sáng tập trung

trong những hạt nhỏ gọi là photon hay quang tử.

• Với giả thuyết này thì ông đã giải thích được toàn

bộ các sự kiện thực nghiệm quan sát được.

13Phần 4.2

TÍNH CHẤT HẠT ÁNH SÁNG

4.2.2/ Hiệu ứng quang điện:

a. Khái niệm:

Hiệu ứng quang điện là một hiện

tượng điện - lượng tử, trong đó

các điện tử được thoát ra khỏi vật

chất sau khi hấp thụ năng lượng

từ các bức xạ điện từ.

Heinrich Rudolf Hertz

14Phần 4.2

TÍNH CHẤT HẠT ÁNH SÁNG

4.2.2/ Hiệu ứng quang điện:

b. Phân loại:

Quang điện trong Quang điện ngoài

15Phần 4.2

TÍNH CHẤT HẠT ÁNH SÁNG

4.2.2/ Hiệu ứng quang điện:

c. Các định luật quang điện:

1. Ở mỗi tần số bức xạ và mỗi kim loại, cường độ dòng quang

điện (cường độ dòng điện tử phát xạ do bức xạ điện từ) tỉ lệ

thuận với cường độ chùm sáng tới.

2. Với mỗi kim loại, tồn tại một tần số tối thiểu của bức xạ điện

từ mà ở dưới tần số đó, hiện tượng quang điện không xảy

ra. Tần số này được gọi là tần số ngưỡng, hay giới hạn

quang điện của kim loại đó.

3. Ở trên tần số ngưỡng, động năng cực đại của quang điện tử

không phụ thuộc vào cường độ chùm sáng tới mà chỉ phụ

thuộc vào tần số của bức xạ.

4. Thời gian trong quá trình từ lúc bức xạ chiếu tới và các điện

tử phát ra là rất ngắn, dưới 10-9 giây.

16Phần 4.2

TÍNH CHẤT HẠT ÁNH SÁNG

4.2.2/ Hiệu ứng quang điện:

d. Các công thức:

Mỗi photon có tần số f sẽ tương ứng với một lượng tử năng

lượng có năng lượng : ε = h.f

Năng lượng mà điện tử hấp thụ được sẽ được dùng cho 2

việc:

- Thoát ra khỏi liên kết với bề mặt kim loại

- Cung cấp cho điện tử một động năng ban đầu

Ekmax = mv2/2

Như vậy, theo định luật bảo toàn năng lượng, ta có thể viết

phương trình: h.f = ɸ + Ekmax

Do động năng luôn mang giá trị dương, do đó, hiệu ứng này chỉ

xảy ra khi: h.f ≥ ɸ=h.fo

có nghĩa là hiệu ứng quang điện chỉ xảy ra khi : f ≥fo

fo = ɸ/h chính là giới hạn quang điện của kim loại.

17Phần 4.2

TÍNH CHẤT HẠT ÁNH SÁNG

4.2.2/ Hiệu ứng quang điện:

e. Ứng dụng của hiệu ứng quang điện:

Pin mặt trời

Phổ quang điện tử

Công nghệ CCD TV “Flashmatic”

18Phần 4.2

TÍNH CHẤT HẠT ÁNH SÁNG

4.2.3/ Hiệu ứng Compton:

a. Khái niệm:

• Tán xạ của sóng điện từ bởi một hạt tích điện: sóng

phẳng tới, với điện trường và từ trường dạo động ở

tần số v, tác dụng một lực phát động hình sin lên hạt

và làm cho nó dao động với cùng tần số. Một hạt tích

điện dạo động với tần số v sẽ phát ra một bức xạ điện

từ cùng tần số.

• Năm 1923 A.H. Compton (1892-1962) đã phát hiện

rằng tần số của một số tia X bị tán xạ bởi các electron

không trùng với tần số của các tia X tới

• Sự thay đổi tần số này trong tán xạ gọi là Hiệu ứng

Compton.

19Phần 4.2

TÍNH CHẤT HẠT ÁNH SÁNG

4.2.3/ Hiệu ứng Compton:

b. Thí nghiệm:

y

E = hv

Phôtôn Electron

đứng yên

m x

Thí nghiệm (a)

Trạng thái ban đầu

y’

E = hv’

Phôtôn

Electron

x

Thí nghiệm (b)

Trạng thái cuối

20Phần 4.2

TÍNH CHẤT HẠT ÁNH SÁNG

4.2.3/ Hiệu ứng Compton:

c. Hệ thức liên hệ các bước sóng

21Phần 4.2

TÍNH CHẤT HẠT ÁNH SÁNG

4.2.3/ Hiệu ứng Compton:

d. Một ví dụ:

22CẢM ƠN CÔ GIÁO VÀ CÁC BẠN

ĐÃ CHÚ Ý LẮNG NGHE!

23

Chương 1.

Bài 1.

Đây là hiện tượng quay mặt phẳng phân cực. Để ánh sáng không đi qua nicon phân tích

thì (do ban đầu hai nicon song song) mặt phẳng phân cực cần quay đi góc 90°.

Do góc quay α tỷ lệ với độ dày của bản :

d=2mm quay 53°

d=xmm quay 90°

=> x = 90/53.2~3,4mm

Bài 2.

Nồng độ đường tỷ lệ với góc quay theo công thức :

[ ] . . l C α α =

=>

[ ]

2 3

40

0, 4 0, 4

15 .6,65 /

g kg

C

l cm cm g cm l

α

α

°

= = = =

°

Bài 3.

Để cường độ ánh sáng không thay đổi khi quay nicon thì ánh sáng phải phân cực tròn.

Sau nicon thứ nhất ánh sáng có 2 thành phần // và ⊥  có cường độ bằng nhau và cùng

pha trước khi đi vào dung dịch (do tụ điện tạo với phương chính của nicon góc 45°). Để

ánh sáng phân cực thẳng trước khi đi vào dung dịch trở thành phân cực tròn ở lối ra thì

hiệu pha giữa 2 thành phần này phải là 90°+k.180°. Để cường độ điện trường nhỏ nhất

thì hiệu pha phải nhỏ nhất. Vậy ta có :

5

2

10 2

1 1 10 1

2 10,7

2 4 4.2, 2.10 / .10 2 22

V kV

BhE E

Bh cm V cm cm cm

ϕ π −

= = ⇒ = = = ;

Bài 4.

Ánh sáng trước khi đi vào nêm gồm 2 thành phần, 2 thành phần này truyền với vận tốc

khác nhau. Qua nêm thì sự lệch pha giữa 2 thành phần này bị thay đổi. Tại những vị trí

khác nhau trên nêm thì sự lệch pha của 2 thành phần ra là khác nhau. (Kính phân tích có

tác dụng dập tắt ánh sáng phân cực thẳng). Vậy 2 vân giao thoa thực chất ứng với 2 vị

trí liên tiếp mà hiệu pha giữa 2 sóng thành phần tại hai vị trí này khác nhau 360°.

Theo đường AA’ hiệu pha là

2

( ) '

n n AA

λ

−

A P

A’ A

B’ BTheo đường BB’ hiệu pha là

2

( ) '

n n BB

λ

−

=>

2 550

( )( ' ') 2 0,009

' ' . 1 .3,5 . /180

nm n n BB AA n n

BB AA AB mm

π λ λ

λ θ π

− − = ⇒ − = = = =

− ° °

Bài 5.

Cho ánh sáng vào bản một phần tư sóng rồi qua polaroit.

a) Ánh sáng phân cực tròn quay trái có thành phần theo trục y (⊥ ) trễ pha 90° so với

thành phần theo trục x (//). Tinh thể đơn trục dương nên tia thường truyền nhanh hơn tia

bất thường, thành phần theo trục y sẽ dần đuổi kịp pha thành phần theo trục x, ra khỏi

bản một phần tư, 2 thành phần này đồng pha và cho ánh sáng phân cực thẳng trong mặt

phẳng I,III.

Vậy dùng polaroit xác định phương dao động, nếu phương này hợp với trục tinh thể góc

45° thì đó là ánh sáng phân cực tròn quay trái, nếu tạo góc -45° thì là phân cực tròn

quay phải

b) Ánh sáng tự nhiên qua bản một phần tư không chuyển thành ánh sáng phân cực thẳng

theo hai góc 45° hay -45° như xét ở trên.

Bài 6.

Hiện tượng : Qua thạch anh thì mặt phẳng phân cực bị quay đi, 2 ánh sáng bị quay khác

nhau, 2 nicon đã bắt chéo, ánh sáng bước sóng 436 nm bị giữ lại chứng tỏ mặt phẳng

phân cực bị quay k.180°. Ánh sáng bước sóng 479 nm truyền qua một nửa chứng tỏ mặt

phẳng phân cực quay góc 45°+m90°. Ta cần xác định bề dày hmin sao cho

[ ] [ ]

[ ]

[ ]

min min 436 479

436

479

. , .

4 2

4 41.5 4

1 2 31.1 3

h k h m

k

α π α

α

α

= = +

⇒ = = =

+

hmin khi k=m=1

khi đó  min

180

4,34

41,5 /

h mm

°

= =

°

Bài 7.

I => Iτ/2 =>Iτ2

/2cos

2

α=> Iτ3

/2cos

4

α =>Giảm số lần là 2/(τ3

cos

4

α) xấp xỉ 60 lần.

A PChương 2.

Bài 1.

Hiệu quang trình của hai song ánh sáng khi gặp nhau là :

3

2 1 2 1 ( ) 0, 24 0,6 144.10 261 550 450 261. 0,8 Ln Ln L n n mm nm nm nm λ λ ∆ = − = − = × = = × + = +

Hiệu số pha hai sóng là : 0,8λ  tương đương 0,8 2 5 π × ≈ rad. Từ hình vẽ ta thấy rằng

giao thoa là tăng cường

Bài 2.

a)

Khoảng cách giữa 2 vân sáng là :

4

4,5 4,5 2 4,5

450

20 20 1 10

D mm ia mm mm i mm nm

a D m

λ

λ

= = ⇒ = = = =

Thay nguồn sáng đơn sắc bằng ánh sáng tự nhiên thì xảy ra hiện tượng giao thoa của

ánh sáng không đơn sắc :

• Bức xạ có bước sóng càng lớn thì hệ vân càng thưa (khoảng vân tỷ lệ với

D

a

λ

• Vân trung tâm của tất cả các hệ vân trùng nhau, vân rất rõ nét (trong bài này

là chồng chập của các màu khác nhau nên có mầu trắng)

• Càng ra xa vân trung tâm, độ không khớp của các hệ vân càng lớn, khiến cho

vân sáng mở rộng ra, khoảng cực tiểu độ rọi thu hẹp lại (trong bài này vân

giao thoa có thể quan sát được vân giao thoa bậc 1, bắt đầu với màu tím và

trải ra tới màu đỏ)

• Khi vân sáng thứ m của bức xạ λ λ + ∆  trùng với vân sáng thứ m+1 của bức

xạ λ  thì xảy ra sự cân bằng độ rọi, ta có một trường sáng đều, vân giao thoa

bậc cao hơn không quan sát được.

D=1m

a=2mm m=0

m=10

L=4,5mm( )

1

D D m m m

a a

λ λ λ λ

λ

+ ∆

+ = ⇒ =

∆

b) Máy quang phổ cho ta biết những sóng nào đạt giao thoa cực đại tại khe của nó :

Giả sử sóng có bước sóng λ  có cực đại bậc k tại khe của máy quang phổ :

1 .2 2000

1

1

D mm mm nm ki k mm

a m k k

λ

λ = = ⇒ = =

2000 2000 2000

400 700

400 700

nm nm nm nm nm k

k nm nm

≤ ≤ ⇒ ≥ ≥

Vậy k=3,4,5 ứng với λ  bằng 666nm, 500nm và 400nm.

Bài 3.

a) Sử dụng công thức cho vân đồng độ dày

2 cos 2

2 2

d ne r e

λ λ

∆ = + = +  (nêm không khí, góc 90°)

Giữa hai vân giao thoa liên tiếp sự sai khác về độ dày tạo ra sự sai khác về hiệu quang

trình là 1λ , sự sai khác về độ dày này là :

2

λ

Vậy khoảng cách giữa hai vân này là :

546,1

0,94

2 2 2.

360 60

e nm l mm λ

π α α

∆

= = = ≈

b) Số vân nhiều nhất liên quan tới bậc giao thoa cao nhất quan sát được và bằng :

5460 m λ

λ

= ≈

∆

c) Vậy khoảng cách từ đỉnh nêm đến vân cuối cùng quan sát thấy là :

m d

x

α

=  với

2

m d

λ

=  (do sai khác độ dày ứng với hai vân liên tiếp là

2

λ

Thay số ta có :

2

546,1

5460 1,5

2 2 2

m nm d mm λλ

λ

= = = × ≈

∆

1,5

5, 2

2

360 60

m d mm x m πα

= = ≈

Bài 4.

Hiệu quang trình là  2 cos

2

λ

+  cho cực đại khi  640nm λ =  và cực tiểu khi

400nm λ = , điều này có nghĩa là :

640

640 640 2 cos

2

ne r k

λ

λ + =  và

400 400

400 400 2 cos

2 2

ne r k

λλ

λ + = +

Vậy :

640 400

640 640 400 400

400 640

400 640

2 640 8

(2 1) 2

2 1 400 5

4, 3

k nm k k

k nm

k k

λ

λ λ

λ

− = ⇒ = = =

−

⇒ = =

(Ta đã lấy những giá trị nhỏ nhất của k do yêu cầu về bề dày tối thiểu của bản mỏng)

Vậy bề dày bản mỏng là : 400 400 400 400 400 400 400 400

2 2 2 2 2 2

2

4 400

649

2 cos 2 1 sin sin 2 sin 2 1,33 sin 30

2 1

k k k k nm e nm

λ λ λ λ ×

= = = = = ≈

− − × − °

−

Bài 5.

Hỏi thông tin về tính « khuếch tán » của ánh sáng

có tác dụng gì

Đây là bài toán dùng công thức về vân đồng độ

nghiêng

2 2

2 cos 2 sin

2

λ

αλ + = = −

Tính chất giao thoa phụ thuộc vào α

Giữa 2 cực đại kế tiếp α  thay đổi lượng là 1.

Lấy vi phân 2 vế của công thức trên ta được

( , , e n λ  là không đổi)

2 2

2 2 2 2

sin 2 sin 2sin cos

2

sin 2 2 sin sin

e i i n i i idi

e d e

α λ

λ α α

λ

∆ ∆ − −

= ⇒ ∆ = ⇒ =

∆ − −

Theo đầu bài góc phản xạ giữa 2 cực đại là 3° suy ra khi α thay đổi 1 đơn vị thì góc i

thay đổi 3° hay

2 2

3

360 120

× ° =

°

2 2 2 2

sin 600 1,5 sin 45 600 7 120

15200(15159)

2 sin 2 2 2 sin 90

120

α λ

∆ − − ° × ×

= = = ≈

∆ × °×

Bài 8.

a. Quan sát từ máy bay theo phương thẳng đứng vào giữa trưa nghĩa là ta quan

sát ánh sáng phản xạ của tia sáng chiếu vuông góc. Do quan hệ về chiết suất ta

sẽ sử dụng công thức  2 cos d ne r ∆ = (phản xạ hai lần đều trên môi trường chiết

quang hơn).

Bước sóng có cường độ mạnh nhất nhận được khi giao thoa đạt cực đại hay :

max max

2 cos 2

d=2necosr=m px px ne r ne

λλ ∆ ⇒ = =

Bước sóng này phải nằm trong khoảng nhìn thấy, tức là phải thỏa mãn điều kiện

px

ax

2

400 700 m

λ ≤ = ≤ ,  2 2.1, 2.460 1104 ne nm nm = =

Vậy

px

max

2 2 1104 1104 1104

; 2, 552

400 700 400 700 2

λ ≥ ≥ ≥ ≥ ⇒ = = =

b. Đối với người lặn dưới lớp váng dầu, ánh sáng quan sát là ánh sáng truyền qua

Công thức sử dụng cho hiệu quang trình vì vậy là  2 cos

2

d ne r

λ

∆ = +  và bước sóng có

cường độ mạnh nhất sẽ thỏa mãn điều kiện

n=1,5

1

2tq

tq tq ax

ax ax

2 cos 4 cos 4

2 osr+

1 2 2 1 2 1

2

m nec

λ

λλ = ⇒ = = =

− − −

Tương tự ở trên ta có điều kiện đối với số nguyên 2m-1 :

tq

max

2208 2208 2208

2 1 2 1 5 3 441,6

400 700 5

λ ≥ − ≥ ⇒ − = ⇒ = ⇒ = =

Bài 10.

Đây là giao thoa bản mỏng thông thường, ta dùng công thức

2 cos

2

λ

+  để tính hiệu quang trình.

Cực đại ở bước sóng 600nm nghĩa là :

600

600 600 2 cos

2

ne r m λ

λ + =

Cực tiểu ở bước sóng 450nm nghĩa là :

450

450 450

1

2 cos

2 2

ne r m λ

λ

 

+ = +  

 

=> 600 450

600 600 450 450 450 600

450 600

2 1 4 1

2 cos

2 3 2 1 2

λ

λλ

λ



= − = ⇒ = = ⇒ > − 

− 

Giữa hai bước sóng này không có một cực tiểu nào khác nghĩa là :

450

1

2 cos 1

2 2

ctt

ctt

ne r m λ

λ



+ = + − 



, ở đó  600 600 ctt

nm λλ > =

Ta có  ( ) 450 600 600 600 450

1 1

2 cos 1 ( ) 1

2 2

ctt

ne r m m m m λλ = − = − ⇒ − > −

Vậy

450

600 450 450 600

450

2 4

2

3 2 1

= ⇒ = ⇒ = =

−

Độ dầy màng bong bóng xà phòng là : 

450 450 2 450

338

2 cos 2 1,33

λ ×

= = =

Chương III. Nhiễu xạ

Bài 1.

a.  ) 407 . 2511 ( 2500

15 sin

650

sin 0

nm nm nm m a

a

m ≈ = = ⇒ =

θ

λ λ

θ

b.

) 33 , 433 ( 430

2 / 3

650

2

1

2

1

a

a

m ct

cd

ct

cd

ct

ct

cd

cd cd ct

= ≈ =

+

= ⇒ = + = = λ λ

λ λ

θ θ

Bài 2.

a. Khoảng cách giữa các vân giao thoa liên tiếp tính theo công thức

n=1,334 480 .52 48.10 .52.10

4.52.10 2,08

0,12 0,12

D nm cm nm mm l nm mm

a mm mm

λ

= = = = =

b. Khoảng cách góc từ cực đại chính giữa đến cực tiểu thứ nhất của bao hình nhiễu

xạ là θ thì khoảng cách dài cần tính là

0,12

. sin . 2,08 9,98

0,025

D a a

L tg D D D l mm

b a b b

λ λ

θ θ = ≈ = = ⋅ = = ⋅ =

c. Trong bao hình nhiễu xạ chứa tới vân sáng bậc cực đại là mmax => số vân sáng sẽ

là 2.mmax+1, cụ thể :

9,98

2 1 9

2,08

 

+ =  

 

(vân sáng)

d. Để chứa đúng 2k+1 (11) vân sáng thì cần phải chứa được tới vân sáng bậc k (5),

cực tiểu của vân sáng này về bên phải phải trùng với cực tiểu nhiễu xạ, hay :

1

2

ctbhnx ctgt ctbhnx ctgt

D D k

b a

λ λ

θ θ θ θ = ⇔ = ⇔ = +

=>

1 1

5

2 2

a

k

= + =

Bài 4.

a. Như ở bài 4 vị trí cực đại bậc 1 của vạch 589 nm nằm ở góc :

2

58,9.1, 26

(589 ) arcsin 16,9

254

nm θ = = °

b. Đi từ vạch phổ bậc 1 của bước sóng λ1=589nm sang bước sóng λ2=589,59nm thì

λ thay đổi một lượng ∆λ=0,59nm, α không thay đổi vì cùng ứng với phổ bậc 1

4

4

6

1.0,59 .1, 26.10

sin cos 3,06.10 ( )

cos cos 25, 4.10 .cos17

d N nm d rad

d d d L nm

αλ α λ α λ α λ

θ θ θ θ

θ θ

− ∆ ∆

= ⇒ = ⇒∆ = = = =

°

c. Hai cực đại sáng coi như phân biệt được khi

khoảng cách góc giữa chúng lớn hơn độ bán rộng

góc của chúng (Tiêu chuẩn…, xem hình), tức là :

1

2 1

1

2 cos 2 cos 2 d d N

θ α λ λ α λ α

θ θ

θ θ λ

∆ ∆ ∆ ∆ ∆

− > ⇔ > ⇔ > = 

(do α=1)

Vậy giới hạn phân ly của cách tử ở phổ bậc 1 trong vùng

bước sóng trên là

4

589

0,0467

1, 26.10

N

λ

λ ∆ > = =

d. Để vừa đúng phân giải hai vạch phổ bậc 1 của đèn Na thì số vạch cần thiết của

cách tử là :

589

998

0,59

nm N

λ

λ

= = =

∆

 vạch

Bài 6.2 0,147

2 sin 0, 29

2sin 2sin 31

m nm d m d nm λ

θ λ

θ

= ⇒ = = =

°

Bài 9.

Ảnh nhiễu xạ bậc 5 nằm tại vị trí góc θ  thỏa mãn

5

1 sin 1

d d

λ λ

θ − < = = <

Ngoài ra

6

5 10

1 1 635

5 5 315

l n l nm d nm

n l n

λ

λ = ⇒− < < ⇒ < = =

.

Vậy ta có thể quan sát được các bước sóng trong khoảng từ 400nm tới 635nm.

Chương 4.

Bài 2.

[ ]

2

0

' 2 sin 1 (1 cos )

2

h

m c

θ

λ λ λ λ λ γ θ = + ∆ = + = + −

ở đó :  2

0 0

h h

m c m c

υ

γ

λ

= =

2 2

0 ' h m c h mc υ υ + = +

Vậy động năng của điện tử là :

[ ]

2 2

0

0

2

0

1 1

( ') ( )

'

1

(1 cos )

' '

1

(1 cos )

1 (1 cos )

(1 cos )

1 (1 cos )

k

E mc m c h hc

h

hc hc

m c

hc h

m c

E

υ υ

λ λ

λ

θ

λλ λλ

λ θ

λ λ λλ γ θ

γ θ

γ θ

= − = − = −

∆

= = −

= −

+ −

−

=

+ −

Bài 6.

a. Giới hạn đỏ của hiện tượng quang điện tương ứng với công thoát của điện tử,

vậy công này là :

34 8

19

6 19

6,63.10 . .3.10

1

7, 23.10 . 4,5

10 1,6.10

0, 275 .

m J s

hc eV s

E J eV

m J

λ

µ

µ

−

−

− −

= = = =

b. Nếu bức xạ chiếu vào có bước sóng 0,180µm thì năng lượng cực đại của quang

điện tử khi bật ra khỏi Vonfram là : 34 8

0 0

17 19

1 1 1 1

( ) 6,63.10 .3.10 ( )

0,180 0, 275

1 1

6,63.3.10 ( ) 3,82.10 2,39

180 275

k

hc m E E hc Js

J J eV

λ λ λ µ µ

−

− −

= − = − = − =

= − = =

Bài 8.

a. Hiệu điện thế kháng điện là 3V vậy động năng cực đại của điện tử là 3eV. Giới

hạn đỏ của kim loại đó là 6.1014

-1

. Vậy công thoát của điện tử đối với kim loại

đó là :

34 14 1 20

6,63.10 .6.10 39,78.10 2, 49 t

E h Js s J eV υ − − −

= = = =

b. Tần số của chùm sáng tới :

19

14

34

1,6.10

(2, 49 3)

13, 2.10 /

6,63.10

t k

J

eV E E E eV E h s

h h J

υ υ

−

−

+ +

= ⇒ = = = =