Sóng Ánh Sáng: Lý Thuyết Đầy Đủ, Chi Tiết

Sóng ánh sáng là một trong những chủ đề quan trọng và cũng rất lý thú của bộ môn Vật lý. Lý thuyết về sóng ánh sáng cũng có ý nghĩa quan trọng trong đời sống, ứng dụng nhiều trong y học, quân sự,… Bài viết dưới đây, Marathon Education sẽ tổng hợp lý thuyết đầy đủ, chi tiết về sóng ánh sáng, giúp các em củng cố kiến thức vật lý chủ đề này một cách hiệu quả.

Hiện tượng tán sắc ánh sáng

Tán xạ ánh sáng là gì?

Tán sắc ánh sáng là sự phân tách một chùm ánh sáng phức tạp thành các chùm sáng đơn sắc khác nhau.

Giải thích: Do bản chất của ánh sáng là tập hợp của nhiều ánh sáng đơn sắc khác nhau, chiết suất qua lăng kính của mỗi ánh sáng đơn sắc khác nhau, nên góc lệch của chúng sau lăng kính cũng có sự khác nhau, từ đó mới có sự phân tách ánh sáng.

Ánh sáng đơn sắc , ánh sáng trắng

Ánh sáng đơn sắc:

Ánh sáng đơn sắc là loại ánh sáng khi qua lăng kính mà không bị tán sắc. 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 không 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 khác nhau, có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím. Dải màu chúng ta nhìn thấy trên cầu vồng (đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím) được gọi là phổ quang của ánh sáng trắng.
• Chiết suất của các môi trường trong suốt biến thiên theo màu ánh sáng theo chiều tăng dần từ đỏ đến tím

Ứng dụng tán sắc ánh sáng

Có 2 ứng dụng tiêu biểu của tán sắc ánh sáng:

• Hiện tượng cầu vồng xảy ra là do các tia sáng mặt trời đã bị tán sắc, nghĩa là các tia sáng mặt trời đã bị khúc xạ và phản xạ qua trong các lăng kính – giọt nước trước khi đến mắt ta.
• Máy quang phổ cho phép phân tách một chùm tia sáng đa sắc từ một vật sáng phát ra thành các tia sáng đơn sắc.

Giao thoa ánh sáng

Thí nghiệm Young về giao hoa ánh sáng

Thí nghiệm Young được thực hiện như sau:

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 S₂, khi đó tại màn quan sát phía sau hai khe hẹp ta thu được một hệ đều đặn gồm các vân sáng, vân tối xen kẽ nhau. Và hiện tượng này được gọi là hiện tượng giao thoa ánh sáng.

Vị trí vân sáng, tối

Để xác định vị trí tại một điểm là vân sáng hay vân tối, chúng ta có công thức như sau:

Trong đó, 

• D là khoảng cách vuông góc từ nguồn S đến với mặt phẳng chứa hệ vân
• a là khoảng cách giữa hai khe sáng S₁ và S₂

Khoảng vân

Khoảng vân được xác định như sau:

Ứng dụng

Dùng để đo bước sóng ánh sáng.

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 vật cản. Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng cũng chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng.

Quang phổ

Máy quang phổ

Đây là một ứng dụng tiêu biểu của sự tán sắc ánh sáng. Máy quang phổ là dụng cụ dùng để phân tách chùm ánh sáng thành các ánh sắc đơn sắc khác nhau.

Một máy quang phổ thường có cấu tạo từ 3 bộ phận chính gồm:

• Ống chuẩn trực: là bộ phận tạo ra chùm sáng song song.
• Hệ tán sắc: có nhiệm vụ phân tích chùm tia song song thành nhiều chùm tia đơn sắc song song.
• Buồng ảnh: giúp quan sát hay chụp ảnh quang phổ.

Các loại quang phổ

Có 3 loại quang phổ đó là: quang phổ liên tục, quang phổ vạch phát xạ và quang phổ hấp thụ

• Quang phổ liên tục: là một dài 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 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 phát ra từ chất khí có áp suất thấp khi bị kích thích bằng điện hoặc nhiệt. Các nguyên tố khác nhau có phổ vạch khác nhau về số lượng vạch, vị trí và độ sáng tỉ đối giữa các vạch, do đó mỗi nguyên tố hóa học sẽ có một quang phổ vạch đặc trưng.
• 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 thấp 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.

Chú ý: Quang phổ của ánh sáng mặt trời thu được tại mặt đất là loại quang phổ vạch hấp thụ của khí quyển trái đất.

Tia hồng ngoại – Tia tử ngoại – Tia X

Bản chất của tia hồng ngoại, tia tử ngoại và tia X đều là sóng điện từ, nhưng có bước sóng ánh sáng và tính chất, ứng dụng khác nhau.

Tia hồng ngoại

Nguồn phát: từ các vật nhiệt độ cao hơn môi trường (> 0oK). Ví dụ: Bóng đèn dây tóc, bếp ga, bếp than,…

Tính chất của tia hồng ngoại:

• Có tác dụng nhiệt.
• Gây nên hiện tượng quang điện trong của chất bán dẫn.
• Gây ra một số phản ứng hóa học.

Ứng dụng của tia hồng ngoại:

• Dùng để sưởi ấm, sấy khô.
• Dùng làm bộ phận điều khiển từ xa.
• Chụp ảnh hồng ngoại.
• Ứng dụng trong quân sự.

Tia tử ngoại

Nguồn phát: từ các vật có nhiệt độ cao hơn 2000 độ C. Ví dụ: đèn huỳnh quang, màn hình TV, đèn thủy ngân,…

Tính chất của tia tử ngoại:

• Tia tử ngoại làm phát quang một số chất, làm ion hóa chất khí, có tác dụng sinh lí, hủy hoại tế bào và diệt khuẩn.
• Có thể bị nước và thủy tinh hấp thụ.
• Gây hiện tượng quang điện trong, ngoài.

Ứng dụng:

• Dùng để tiệt trùng thực phẩm, dụng cụ y tế.
• Chữa bệnh còi xương
• Dùng tìm vết nứt trên bề mặt sản phẩm,.

Tia X

Nguồn phát: ống tia X, ống cu lít giơ, phản ứng hạt nhân

Tính chất của tia X:

• Tia tử ngoại làm phát quang một số chất, làm ion hóa chất khí, có tác dụng sinh lí, hủy hoại tế bào và diệt khuẩn.
• Gây hiện tượng quang điện trong, ngoài.
• Khả năng đâm xuyên mạnh, tia X có bước sóng càng ngắn thì càng có tính đâm xuyên mạnh hay còn gọi là tia X cứng

Ứng dụng:

• Chữa bệnh ung thư nông
• Dùng chụp X quang chiếu điện 
• Chụp ảnh bên trong sản phẩm

Tham khảo ngay các khoá học online của Marathon Education

 

 

 

Với những kiến thức mà team Marathon Education đã chia sẻ trong bài viết trên, hi vọng các em có thể nắm vững kiến thức về sóng ánh sáng. Hãy liên hệ ngay với Marathon để được tư vấn nếu các em có nhu cầu học online nâng cao kiến thức nhé! Marathon Education chúc các em được điểm cao trong các bài kiểm tra và kỳ thi sắp tới!