Tính chất sóng của ánh sáng

Tóm tắt lý thuyết >> Bài tập cơ bản >> Bài tập ôn luyện >> Bài tập trắc nghiệm >>

TÓM TẮT LÝ THUYẾT

1. Nhiễu xạ và giao thoa ánh sáng

Khi chiếu ánh sáng qua một lỗ nhỏ vào buồng tối và quan sát vệt sáng trên màn hứng, hình dạng đặc biệt của nó cho thấy một điều: Ánh sáng không chỉ

Vân tròn Niu tơn

truyền theo đường thẳng. Hiện tượng đó được gọi là hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng.

Điều đó chỉ được giải thích nếu coi rằng ánh sáng có tính chất sóng: khi một điểm nhận ánh sáng, nó có thể trở thành nguồn thứ cấp và phát lại ánh sáng theo nhiều phương.

Một hiện tượng đặc trưng nữa là hiện tượng giao thoa: Khi cho hai nguồn ánh sáng kết hợp gặp nhau, chúng sẽ tạo ra những vân sáng và vân tối.

Những điều đó cho thấy, ánh sáng có tính chất sóng. Tính chất sóng có nghĩa là một biến động truyền từ nguồn đến một điểm thì điểm đó sẽ trở thành nguồn thứ cấp,tiếp tục truyền biến động đó đến các điểm khác.

2. Một số kết quả về giao thoa với hai khe I-âng

Vị trí trên màn có vân sáng: x = ki, vân sáng ứng với giá trị n thì gọi là vân bậc n

Vị trí trên màn có vân tối: x = (k + )I, vân tối ứng với giá trị n thì gọi là vân thứ n

Khoảng cách giữa hai vân sáng hoặc hai vân tối – khoảng vân: i =

Ngoài hệ giao thoa hai khe, ta có thể tạo ra sự giao thoa bằng các hệ sau:

Hệ lưỡng gương phẳng Frexnel

Hệ lưỡng lăng kính Frexnel

Hệ lưỡng thấu kính Bi-ê

3. Máy quang phổ và các loại quang phổ

Khi ánh sáng đi qua lăng kính thì không những bị lệch về phía đáy mà còn tách thành các tia sáng có màu khác nhau. Đó là hiện tượng tán sắc. Từ đó ta cho rằng ánh sáng là tập hợp các ánh sáng có màu sắc khác nhau. Khi hội tụ các ánh sáng tách ra từ ánh sáng trắng, ta lại thu được ánh sáng trắng.

Người ta chế tạo ra máy quang phổ dựa trên thành phần chính là lăng kính để xem xét các nguồn sáng khác nhau có gì khác nhau không. Kết quả là với các nguồn sáng khác nhau, màu sắc hay độ sáng của các vạch màu thường khác nhau, ta nói quang phổ của chúng khác nhau. Quang phổ đặc trưng cho nguồn phát và phân tích quang phổ của nó người ta có thể xác định thành phần, tỷ lệ các chất có trong nguồn sáng, đó là phép phân tích quang phổ. Ngoài ra nhiệt độ cũng được xác định qua quang phổ.

Người ta thấy các chất rắn, lỏng hoặc chất khí nén ở áp suất cao khi nung nóng phát ra quang phổ liên tục, là quang phổ có các vạch màu nằm liên tục thành dải màu. Điều đặc biệt là quang phổ lúc đó sẽ không phụ thuộc nguồn phát nữa mà chỉ phụ thuộc nhiệt độ nguồn phát mà thôi. Nếu nhiệt độ thấp, ta sẽ thu được các vạch màu cùng hồng ngoại. Khi nhiệt độ tăng lên, quang phổ sẽ có thêm các vạch màu dịch về phía tử ngoại. Nếu nhiệt độ trên 6000 K, quang phổ sẽ chứa tất cả bức xạ nhìn thấy. Quang phổ của ánh sáng trắng là quang phổ liên tục.

Các chất khí thông thường khi bị đun nóng sẽ phát ra ánh sáng mà phổ của chúng chỉ gồm các vạch nằm riêng rẽ trên nền tối, gọi là quang phổ vạch. Vị trí vạch quang phổ hoàn toàn xác định, nghĩa là ánh sáng tương ứng có tần số xác định. Mỗi chất khí sẽ phát ra một tập hợp các vạch phổ nhất định.

Khi cho ánh sáng trắng đi qua một chất khí nhiệt độ thấp trước khi đi vào máy quang phổ, người ta thấy quang phổ thu được không còn là quang phổ liên tục nữa mà bị mất đi một số vạch màu (các vạch màu đó biến thành đen). Ta nói chất khi đã hấp thụ các bức xạ trong ánh sáng trắng. Điều đặc biệt là chất khí có thể bức xạ ra ánh sáng nào thì nó chỉ có thể hấp thụ ánh sáng đó. Người ta gọi đó là sự đảo vạch.

4. Thang sóng điện từ

Từ lý thuyết điện từ của mình, Măc-xoen đã đưa ra kết luận vận tốc của sóng điện từ là 300.000 km/s, đúng bằng giá trị của vận tốc ánh sáng. Vậy ánh sáng là một sóng điện từ?

Ngày nay câu trả lời cho câu hỏi đó đã rõ. Ánh sáng là những sóng điện từ có bước sóng khoảng từ 0,4 μm (ánh sáng tím) đến 0,75 μm (ánh sáng đỏ), gọi là các bức xạ nhìn thấy. Ngoài những bức xạ nhìn thấy, còn có các bức xạ không nhìn thấy là các sóng vô tuyến, bức xạ hồng ngoại, tử ngoại, tia Rơn-ghen và các sóng gamma. Các sóng có tần số càng thấp thì càng thể hiện tính sóng, tức là thể hiện sự nhiễu xạ, giao thoa, các sóng có tần số càng cao thì càng thể hiện tính hạt như đâm xuyên, hiệu ứng quang điện.