Vật lý 12: Lý thuyết sóng ánh sáng và bài tập ôn thi đại học
Sóng ánh sáng là phần kiến thức rất quan trọng và lý thú của bộ môn Vật lý lớp 12. Lý thuyết sóng ánh sáng cũng có nhiều ý nghĩa trong đời sống, nếu muốn đạt điểm số cao tối đa ở môn học này thì các bạn học sinh cần nắm rõ những nội dung cơ bản đến nâng cao. Bài viết dưới đây Học Thông Minh sẽ tổng hợp đầy đủ để các em củng cố kiến thức chủ đề này một cách hiệu quả.
1. Sóng ánh sáng là gì?
Sóng ánh sáng là sóng mà chúng ta thường được tiếp cận và có ảnh hưởng đến đời sống con người. Sóng ánh sáng là sóng ngang.
2. Hiện tượng tán sắc ánh sáng
2.1 Tán sắc ánh sáng là gì?
Tán sắc ánh sáng xuất hiện khi có sự phân tách một chùm ánh sáng phức tạp thành các chùm sáng đơn sắc khác nhau.
Bản chất để nhận biết ánh sáng là tập hợp của nhiều ánh sáng đơn sắc khác nhau, chiếu suất qua lăng kính của mỗi ánh sáng đơn sắc khác nhau, nên góc lệch của chúng sau lăng kính cũng có sự khác biệt, từ đó mới có sự phân tách ánh sáng.
2.2 Tìm hiểu về ánh sáng đơn sắc và ánh sáng trắng
Ánh sáng đơn sắc:
Ánh sáng đơn sắc là loại ánh sáng không bị tán sắc khi đi qua lăng kính. Mỗi ánh sáng đơn sắc sẽ có một bước sóng xác định, và khi truyền qua các môi trường trong suốt khác nhau, tần số của ánh sáng đơn sắc sẽ không bị thay đổi.
Ánh sáng trắng:
Ngược lại với ánh sáng đơn sắc, ánh sáng trắng là tập hợp của vô số ánh sáng đơn sắc có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím. Dải màu chúng ta nhìn thấy trên cầu vồng được gọi là phổ quang của ánh sáng trắng.
2.3 Ứng dụng của tán sắc ánh sáng
Tán sắc ánh sáng có hai ứng dụng tiêu biểu đó là:
- Hiện tượng cầu vồng xảy ra là do các tia sáng mặt trời đã bị tán sắc, trước khi đến mắt ta thì các tia sáng mặt trời đã bị khúc xạ và phản xạ qua các lăng kính – giọt nước.
- Máy quang phổ thực hiện nhiệm vụ phân tách một chùm tia sáng đa sắc từ một vật sáng phát ra thành các tia sáng đơn sắc.
>>Đọc thêm: Sóng điện từ là gì? Đặc điểm cần nhớ của sóng điện từ
3. Giao thoa ánh sáng
3.1 Thí nghiệm Young – giải mã sự giao thoa ánh sáng
Thực hiện thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng như sau:
Ban đầu chiếu một ánh sáng từ đèn D qua kính lọc sắc K đến nguồn S, ánh sáng từ nguồn S này được chiếu đến hai khe hẹp S1 và S1, lúc này ta thu được một hệ đều đặn gồm các vân sáng, vân tối xen kẽ nhau tại màn quan sát ở phía sau.
3.2 Vị trí vân sáng, tối
Công thức để xác định vị trí tại một điểm là vân sáng hay vân tối như sau:
Trong đó:
- Khoảng cách vuông góc từ nguồn S đến với mặt phẳng chứa hệ vân là D
- Khoảng cách giữa hai khe sáng S1 và S2 là a
3.3 Khoảng vân
Xác định khoảng vân được thực hiện theo công thức như sau:
>Ứng dụng: Dùng để đo sóng ánh sáng
4. Nhiễu xạ ánh sáng
Nhiễu xạ ánh sáng là hiện tượng ánh sáng truyền sai lệch so với sự truyền thẳng của ánh sáng khi đi qua một vật cản bất kỳ. Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng cũng khẳng định ánh sáng có tính chất sóng.
5. Quang phổ
5.1 Máy quang phổ
Đây là một hiệu ứng tiêu biểu của sự tán sắc ánh sáng, máy quang phổ là dụng cụ để phân tách chùm ánh sáng thành nhiều đơn sắc khác nhau.
Một máy quang phổ thường có cấu tạo từ 3 bộ phận chính bao gồm:
- Hệ tán sắc: thực hiện chức năng phân tích chùm tia song song thành nhiều chùm tia đơn sắc song song.
- Ống chuẩn mực: là bộ phận tạo ra chùm tia sáng song song
- Buồng ảnh: có chức năng quan sát hoặc chụp ảnh quang phổ
5.2 Các loại quang phổ
Hiện nay có 3 loại quang phổ đó là: quang phổ hấp thụ, quang phổ liên tục và quang phổ vạch phát xạ
- Quang phổ liên tục: là một dải có màu liên tục từ đỏ đến tím, từ chất lỏng, rắn, khí có áp suất cao khi bị đun nóng phát ra. Quang phổ liên tục của các chất ở nhiệt độ giống nhau thì giống nhau, và thay đổi tùy thuộc vào nhiệt độ của chúng.
- Quang phổ vạch phát xạ: là hệ các vạch sáng riêng lẻ được ngăn cách bởi một các khoảng tối. Loại quang phổ này thường được phát ra từ chất khí có áp suất thấp khi được kích thích bởi điện và nhiệt.
- Quang phổ hấp thụ: là hệ các vạch tối trên nền của quang phổ liên tục. Chất lỏng và chất rắn có quang phổ hấp thụ chứa các đám vạch, mỗi đám gồm nhiều vạch hấp thụ liên tục nối tiếp nhau. Ngược lại quang phổ hấp thụ của chất khí chỉ chứa các vạch hấp thụ và đặc trưng cho chất khí đó.
>Đọc thêm: Cách học giỏi môn Vật lý
6. Bài tập củng cố kiến thức về sóng ánh sáng
Câu 1: Phát biểu nào sau đây là đúng về ánh sáng đơn sắc?
A. Ở nhiều môi trường khác nhau, ánh sáng đơn sắc luôn có cùng bước sóng
B. Ánh sáng đơn sắc không bị tách màu khi đi qua lăng kính
C. Góc lệch của tia sáng với các lăng kính khác nhau đều có cùng giá trị đối với các ánh sáng đơn sắc
D. Khi đi qua lăng kính, ánh sáng đơn sắc là ánh sáng không bị lệch đường
Câu 2: Khi sóng ánh sáng truyền từ môi trường này qua môi trường khác thì hiện tượng nào xảy ra?
A. Không thay đổi cả tần số và bước sóng
B. Bước sóng tăng, tần số giảm
C. Tần số không đổi, bước sóng tăng
D. Bước sóng giảm, tần số tăng
Câu 3: Quang phổ là một dải màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím là:
A. Quang phổ vạch hấp thụ
B. Quang phổ đám
C. Quang phổ liên tục
D. Quang phổ vạch phát xạ
Câu 4: Khi một chùm ánh sáng đơn sắc truyền từ môi trường chiết khấu n1=1,6 vào môi trường có chiết suất n2=4/3 thì:
A. Bước sóng tăng, tần số giảm
B. Bước sóng tăng, tần số không đổi
C. Tần số không đổi, bước sóng giảm
D. Bước sóng giảm, tần số tăng
Câu 5: Quang phổ liên tục có đặc điểm nào sau đây?
A. Không phụ thuộc vào sự cấu tạo của nguồn sáng
B. Phụ thuộc vào sự cấu tạo của nguồn sáng
C. Không phụ thuộc vào nhiệt độ của nguồn sáng
D. Miền sáng của vật càng mở rộng về phía bước sóng lớn khi nhiệt độ tăng cao
Để củng cố và thực hành những kiến thức liên quan đến bước sóng ánh sáng và thì các bạn có thể tham khảo tại đây.
Với những nội dung mà Học Thông Minh tổng hợp, hi vọng rằng các bạn có thể nắm vững toàn bộ kiến thức cơ bản về bước sóng ánh sáng. Ngoài ra các bạn có thể thử sức nhiều dạng bài tập của đề luyện thi trắc nghiệm online mà chúng mình cung cấp. Chúc các bạn luôn đạt được điểm cao trong mọi bài thi, đặc biệt là kỳ thi THPT quốc gia sắp tới nhé.
