Hệ thống các bài tập hay và khó chương quang sóng và quang lượng tử.

SVTH: Phạm Thị Tuyết Sương GVHD: ThS. Trần Bá Nam

1

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KHOA VẬT LÝ

----------------

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NGÀNH SƯ PHẠM VẬT LÝ

Đề tài:

HỆ THỐNG CÁC BÀI TẬP HAY VÀ KHÓ CHƯƠNG QUANG SÓNG

VÀ QUANG LƯỢNG TỬ

Người hướng dẫn:

ThS. Trần Bá Nam

Người thực hiện:

Phạm Thị Tuyết Sương

Đà Nẵng, tháng 5/2013

SVTH: Phạm Thị Tuyết Sương GVHD: ThS. Trần Bá Nam

2

Lời cảm ơn!

Sau một thời gian tìm tòi, nghiên cứu, dưới sự chỉ bảo tận tình của thầy Trần Bá

Nam, đến nay luận văn của em đã hoàn thành. Em xin được trân trọng bày tỏ lòng biết

ơn sâu sắc đối với thầy!

Em cũng xin được cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Vật Lí đã quan tâm và

tạo điều kiện để em hoàn thành luận văn này.

Đồng thời tôi cũng mong muốn được gởi lời cảm ơn tới tất cả bạn đồng môn

của tôi – những người đã ủng hộ, động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm

luận văn.

Đà Nẵng, ngày 20 tháng 05 năm 2013.

Sinh viên

Phạm Thị Tuyết Sương

SVTH: Phạm Thị Tuyết Sương GVHD: ThS. Trần Bá Nam

3

MỤC LỤC

PHẦN MỞ ĐẦU

1. Lí do chọn đề tài ..................................................................................................... 1

2. Mục đích nghiên cứu .............................................................................................. 1

3. Phương pháp nghiên cứu........................................................................................ 2

......................................................................................................................................

4. Giới hạn của đề tài.................................................................................................. 2

PHẦN NỘI DUNG

CHƯƠNG I:TỔNG QUAN LÝ THUYẾT CHƯƠNG QUANG SÓNG VÀ

QUANG LƯỢNG TỬ

1.1. TÓM TẮT LÝ THUYẾT CHƯƠNG QUANG SÓNG .................................. 3

1.1.1. Ánh sáng đơn sắc – Ánh sáng trắng............................................................... 3

1.1.2. Giao thoa ánh sáng ......................................................................................... 3

1.1.3. Tóm tắt một số công thức về giao thoa ánh sáng: .......................................... 4

1.1.3.1. Giao thoa với khe Young (Iâng) ............................................................... 4

1.1.3.2. Giao thoa với Gương Frexnel: ...................................................... 6

1.1.3.3. Giao thoa với lưỡng lăng kính Frexnen ..................................................... 6

1.1.3.4. Giao thoa với lưỡng thấu kính Billet ......................................................... 8

1.1.4. Tóm tắt một số công thức về nhiễu xạ ánh sáng: ........................................... 8

1.1.4.1. Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng:................................................................... 8

1.1.4.2. Phương pháp đới cầu Fresnel:.................................................................... 8

1.1.4.3. Nhiễu xạ sóng cầu qua lỗ tròn:................................................................... 9

1.1.4.4. Nhiễu xạ của sóng phẳng qua một kh hẹp: .............................................. 10

1.1.4.5. Nhiễu xạ qua nhiều khe hẹp – Cách tử: ................................................... 10

1.2. TÓM TẮT LÝ THUYẾT CHƯƠNG QUANG LƯỢNG TỬ...................... 11

1.2.1. Hiện tượng quang điện ngoài:....................................................................... 11

1.2.2. Bức xạ nhiệt:................................................................................................. 14

1.2.3.Hiệu ứng Compton: ....................................................................................... 19

SVTH: Phạm Thị Tuyết Sương GVHD: ThS. Trần Bá Nam

4

CHƯƠNG II: HỆ THỐNG BÀI TẬP HAY VÀ KHÓ CHƯƠNG QUANG SÓNG

VÀ QUANG LƯỢNG TỬ

2.1 HỆ THỐNG CÁC BÀI TẬP CHƯƠNG QUANG SÓNG............................ 20

2.1.1.Giao thoa:....................................................................................................... 20

2.1.2.Nhiễu xạ:........................................................................................................ 36

2.2 Hệ thống các bài tập chương quang lượng tử................................................... 42

2.2.1 Hiện tượng quang điện ngoài......................................................................... 42

2.2.2 Hiệu ứng Compton ........................................................................................ 53

2.2.3. Bức xạ nhiệt:................................................................................................. 65

PHẦN KẾT LUẬN..................................................................................................70

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................71

SVTH: Phạm Thị Tuyết Sương GVHD: ThS. Trần Bá Nam

5

PHẦN MỞ ĐẦU

1. Lí do chọn đề tài:

Quang học là một ngành của vật lí học, nghiên cứu các hiện tượng về ánh sáng.

Hiện nay môn quang học đã được phân chia thành nhiều ngành và mỗi ngành riêng

biệt của nó đã được phát triển khá sâu rộng. Nhiều ngành đã trở thành một ngành độc

lập, đứng ngang hàng với bộ môn Quang học. Vì vậy việc phân chia các ngành Quang

học chỉ có tính chất tương đối. Nhìn chung có thể phân loại Quang học thành ba ngành

lớn: Quang hình học, Quang lí học và Trắc quang học.

Quang hình học nghiên cứu các định luật tổng quát về sự truyền các chùm tia

sáng qua các môi trường.

Trắc quang học nghiên cứu việc đo đạc các đại lượng ánh sáng.

Quang lí học nghiên cứu các hiện tượng liên quan đến bản chất của ánh sáng.

Bản chất và tính chất ánh sáng luôn là đề tài tranh luận đặc biệt sôi nổi trong

suốt hai trăm năm qua giữa những người theo đuổi thuyết truyền thẳng ánh sáng do

Newton đề xuất từ thế kỉ XVIII với những người xem ánh sáng là sóng lan truyền

trong môi trường ete được Huyghen đưa ra sau đó. Mỗi thuyết đều cho phép giải thích

một số tính chất của ánh sáng. Thuyết sóng được công nhận rộng rãi trong số các nhà

vật lí ở thế kỉ XIX đặc biệt từ khi Young phát hiện ra hiện tượng giao thoa ánh sáng.

Nhưng từ khi phát hiện ra photon vào đầu thế kỉ XX thì thuyết sóng bắt đầu bị lung lay

và cuối cùng phải nhường chỗ cho quang điểm lưỡng tính sóng hạt của ánh sáng và đó

cũng là kết quả của cuộc cách mạng không khoang nhượng về các quang niệm trong

vật lí học.

Ngày nay việc giảng dạy bộ môn Quang học ở các trường đại học cũng như

trung học phổ thông đã có nhiều tài liệu biên soạn tương đối hoàn hảo. Tuy nhiên để

có một đánh giá cụ thể về tính hay và khó của các bài tập về bản chất ánh sáng thì việc

sưu tầm và giải các bài tập đó là cần thiết. Nhằm đóng góp một phần nhỏ bé của mình

trong việc giúp cho một số đồng nghiệp và các em học sinh thuận lợi trong quá trình

nghiên cứu và chuẩn bị cho các kì thi học sinh giỏi, tôi quyết định chọn đề tài “Hệ

thống các bài tập hay và khó chương Quang sóng và Quang lượng tử” để làm luận

văn tốt nghiệp cuối khóa.

SVTH: Phạm Thị Tuyết Sương GVHD: ThS. Trần Bá Nam

6

2. Mục đích nghiên cứu:

 Hệ thống các kiến thức cơ bản của chương Quang sóng và Quang lượng tử.

 Lựa chọn, phân loại các bài tập khó và hay về Quang sóng và Quang lượng tử

nhằm giúp cho các em học sinh rèn luyện kĩ năng giải bài tập.

3. Phương pháp nghiên cứu:

 Thu thập sách vở tài liệu liên quan đến đề tài.

 Đọc và tra cứu tài liệu về chương Quang sóng và Quang lượng tử.

 Trên cơ sở lý thuyết sẽ hệ thống, phân loại các bài tập, các dạng toán khó và

hay về chương Quang sóng và Quang lượng tử. Sau đó hướng dẫn giải chi tiết các bài

tập đó.

 Cuối cùng đưa ra kết luận chung cho đề tài.

4. Giới hạn của đề tài:

Trong khuôn khổ của luận văn tốt nghiệp đại học, đề tài này cần quan tâm

nghiên cứu một số vấn đề sau:

 Nghiên cứu tổng quan lý thuyết chương Quang sóng và Quang lượng tử.

 Hệ thống và phân loại các bài tập hay và khó về chương Quang sóng và Quang

lượng tử.

 Hướng dẫn và giải chi tiết các bài tập đó.

SVTH: Phạm Thị Tuyết Sương GVHD: ThS. Trần Bá Nam

7

PHẦN NỘI DUNG

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT CHƯƠNG QUANG SÓNG VÀ

QUANG LƯỢNG TỬ

1.1. TÓM TẮT LÝ THUYẾT CHƯƠNG QUANG SÓNG

1.1.1. Ánh sáng đơn sắc – Ánh sáng trắng

+ Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng không bị tán sắc khi đi qua lăng kính. Mỗi

ánh sáng đơn sắc có một màu nhất định gọi là màu đơn sắc.

+ Ánh sáng trắng là tập hợp vô số ánh sáng đơn sắc khác nhau có màu biến

thiên liên tục từ đỏ đến tím.

+ Kết quả thí nghiệm về sự tán sắc ánh sáng của Niutơn: hiện tượng tán sắc

ánh sáng là hiện tượng các tia sáng sau khi đi qua lăng kính không những bị lệch về

phía đáy của lăng kính mà còn bị tách ra thành một dãy màu biến thiên liên tục từ

đỏ đến tím. Màu đỏ bị lệch ít nhất, màu tím bị lệch nhiều nhất.

+ Kết quả thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc: chùm sáng có màu xác định

(chẳng hạn màu lục) khi đi qua lăng kính chỉ bị lệch về phía đáy của lăng kính mà

không bị tán sắc.

1.1.2. Giao thoa ánh sáng

a. Nguồn kết hợp: là 2 nguồn có cùng tần số và độ lệch pha không đổi theo

thời gian.

b. Thí nghiệm

+ Kết quả thí nghiệm về giao thoa ánh sáng đơn sắc của Young (Iâng): Trên

màn ảnh ta thu được các vạch sáng song song và cách đều các vạch tối. (các vạch

sáng tối xen kẻ nhau đều đặn).

c. Giải thích:

- Hiện tượng giao thoa ánh sáng chỉ có thể giải thích khi thừa nhận ánh sáng

có tính chất sóng.

- Trong vùng gặp nhau của 2 sóng ánh sáng sẽ có những chỗ hai sóng gặp

nhau cùng pha, khi đó chúng tăng cường lẫn nhau và tạo nên vân sáng. Ngược lại,

khi hai sóng ngược pha chúng triệt tiêu lẫn nhau sẽ tạo nên vân tối.