Lý Thuyết Chương 5: Sóng Ánh Sáng Và Bài Tập Ôn Thi Đại Học

1. Sóng ánh sáng là gì?

• Sóng mà chúng ta thường được tiếp cận và có ảnh hưởng đến đời sống con người là sóng ánh sáng.

• 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 được định nghĩa là sự phân tách một chùm sáng phức tạp và tạo thành các chùm sáng đơn sắc.

2.2. Ánh sáng đơn sắc

• Ánh sáng không thể bị tán sắc thì được gọi là ánh sáng đơn sắc

• Ánh sáng đơn sắc có tần số f của không bị thay đổi

• Công thức tính bước sóng:  vf

• Bước sóng của ánh sáng đơn sắc trong điều kiện chân không:

(c là vận tốc của ánh sáng trong điều kiện chân không

  vận tốc truyền ánh sáng trong môi trường chiết suất n là v)

2.3. Ứng dụng của tán sắc ánh sáng

Tán sắc ánh sáng được sử dụng trong các máy quang phổ với mục đích phân tích một chùm ánh sáng đa sắc do các vật sáng phát ra thành các thành phần đơn sắc.

Trong tự nhiên có nhiều hiện tượng được hình thành từ tán sắc ánh sáng như cầu vồng chính là ví dụ của sự tán sắc ánh sáng. 

3. Nhiễu xạ ánh sáng - giao thoa ánh sáng

3.1. Nhiễu xạ ánh sáng là gì?

Hiện tượng sóng tạo nên ánh sáng truyền qua một lỗ hẹp được gọi là nhiễu xạ ánh sáng. Khi hiện tượng xảy ra thì các sóng ánh sáng hình thành và không còn dạng một tia như trước.

Trong thực tế, sự nhiễu xạ ánh sáng được sử dụng để truyền ánh sáng qua một lỗ rất nhỏ trong máy ảnh. Điều này được sử dụng để chọn lượng ánh sáng mà con người muốn sử dụng để chụp ảnh.

3.2. Thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng

• Thí nghiệm được minh hoạ như sau;

• Khi ánh sáng từ đèn D qua khe hẹp F, rồi F₁, F₂ rồi tới màn M, lúc đó trên M thấy một hệ vân có nhiều màu.

• Đặt lăng kính màu đỏ K thì trên màn M chỉ có những vạch sáng đỏ và tối xen kẽ, song song và cách đều nhau.

• Từ thí nghiệm trên chứng tỏ rằng hai chùm ánh sáng cũng có thể giao thoa ánh sáng được với nhau, ánh sáng có tính sóng.

• Vậy hiện tượng giao thoa là hiện tượng mà hai sóng ánh sáng cùng nhau kết hợp khi gặp nhau sẽ giao thoa với nhau, tạo thành các vân giao thoa.

3.3. Vị trí các vân sáng, tối và công thức tính

• Vị trí các vân sáng:

Hiệu đường đi:

Vân sáng bậc thứ n ứng với: k = n (k = 0 : VS trung tâm)

• Vị trí vân tối:  

Hiệu đường

Vị trí vân tối thứ n ứng với: k = (n-1)

4. Bước sóng ánh sáng và màu sắc

• Ánh sáng đơn sắc có bước sóng khoảng từ 380nm - 760nm mới tạo ra cảm giác sáng là các ánh sáng nhìn thấy được.

• Hỗn hợp của vô số ánh sáng đơn sắc có bước sóng biến thiên liên tục từ 0 đến $\infty$ tạo nên ánh sáng trắng của Mặt trời.

• Bảng bước sóng của ánh sáng có thể nhìn thấy được trong chân không:

5. Máy quang phổ và các loại quang phổ

5.1. Máy quang phổ

• Máy quang phổ có tác dụng phân tích chùm sáng phức tạp thành các thành phần đơn sắc khác nhau.

• Máy quang phổ hoạt động được dựa vào hiện tượng tán sắc ánh sáng.

5.2. Quang phổ liên tục

• Quang phổ liên tục là một dải màu liên tục từ màu đỏ đến màu tím.

• Do các chất rắn, lỏng, khí có áp suất lớn phát ra khi bị nung nóng ở nhiệt độ cao.

5.3. Quang phổ vạch phát ra

• Quang phổ vạch sáng phát ra được hiểu là một hệ thống những vạch sáng riêng lẻ, được ngăn cách nhau bởi những khoảng tối.

• Quang phổ này do các chất khí hay hơi ở áp suất thấp phát ra khi bị kích thích bằng điện hay bằng nhiệt.

5.4. Quang phổ hấp thụ

Quang phổ hấp thụ được hiểu là các vạch tối trên nền của quang phổ liên tục.

6. Tia hồng ngoại - tia tử ngoại

7. Bài tập sóng ánh sáng trong đề thi Đại học

Câu 1: Ánh sáng nhìn thấy được có bước sóng nằm trong khoảng từ bao nhiêu đến bao nhiêu?

Lời giải: Bước sóng của ánh sáng nhìn thấy trong khoảng từ 380nm đến 760nm.

Câu 2: Tia hồng ngoại được ứng dụng để chụp ảnh trong lĩnh vực quân sự vì tính chất?

Lời giải: Tia hồng ngoại tác dụng mạnh lên phim ảnh nên ứng dụng để chụp ảnh trong lĩnh vực thám không, quân sự.

Câu 3: Tia nào khó quan sát giao thoa nhất trong các tia sau đây: Tia hồng ngoại, tia tử ngoại, tia X, ánh sáng nhìn thấy?

A. Tia tử ngoại

B. Tia X

C. Ánh sáng nhìn thấy

D. Tia hồng ngoại

Lời giải: Đáp án B  vì tia X là tia khó quan sát hiện tượng giao thoa nhất trong các tia kể trên. 

Câu 4: Cơ thể người bình thường ở nhiệt độ 37oC phát ra loại bức xạ nào?

A. Tia hồng ngoại

B. Tia X

C. Tia tử ngoại

D. Ánh sáng nhìn thấy

Lời giải: Đáp án A. Bước sóng của tia hồng ngoại trong khoảng vài mm đến 0,75.10 - 6 m. Còn tia tử ngoại có bước sóng nhỏ hơn bước sóng của ánh sáng tím (0,38 μm → 10-9 m) nên ở nhiệt độ 37^oC cơ thể người phát ra bức xạ thuộc loại tia hồng ngoại.

Câu 5: Bức xạ nào sau đây có bước sóng = 0,3m: 

A. Là tia hồng ngoại

B. Thuộc ánh sáng nhìn thấy

C. Là tia X

D. Là tia tử ngoại

Lời giải: Đáp án D vì tia tử ngoại có bước sóng ngắn hơn 380 nm đến vài nm

Câu 6: Nguồn sáng nào trong các loại dưới đây không phát ra tia tử ngoại:

A. Hồ quang điện

B. Cục than hồng

C. Mặt trời

D. Đèn thuỷ ngân

Lời giải: Đáp án B. Hồ quang điện, mặt trời, đèn thuỷ ngân đều là những nguồn sáng phát ra tia tử ngoại.

Câu 7: Động năng của electron trong ống tia X khi đến đối catot phần lớn:

A. Làm nóng đối catot

B. Biến thành năng lượng tia X

C. Bị phản xạ trở lại

D. Biến thành năng lượng khác

Lời giải: Đáp án A 

Câu 8: Sau khi đi qua lăng kính thuỷ tinh, một chùm ánh sáng đơn sắc sẽ: 

A. Vừa lệch, vừa đổi màu

B. Chỉ đổi màu, không lệch

C. Chỉ lệch, không đổi màu

D. Không lệch, không đổi màu

Lời giải: Đáp án C, vì ánh sáng đơn sắc không bị tán sắc qua lăng kính, nhưng bị lệch đường đi do khúc xạ ánh sáng

Câu 9: Sắp xếp giá trị bước sóng theo thứ tự tăng dần của 

I Ánh sáng vàng, II Ánh sáng đỏ  III Ánh sáng trắng  IV Ánh sáng tím

A. I, II, III 

B. I, III, IV

C. IV, III, II

D. I, II, IV

Lời giải: Đáp án C vì ánh sáng trắng không có bước sóng xác định cụ thể còn tất cả ánh sáng đơn đều có bước sóng xác định.

Câu 10: Cho các phát biểu sau, phát biểu nào là phát biểu sai?

A. Ánh sáng tím bị lệch về phía đáy lăng kính nhiều nhất khi chiết suất đối với nó lớn nhất

B. Mỗi chùm ánh sáng có một bước sóng xác định

C. Khi đi qua lăng kính, ánh sáng trắng bị tán sắc

D. Sẽ thu được quang phổ liên tục khi chiếu ánh sáng trắng vào máy quang phổ

Lời giải: Đáp án B

Câu 11: Với mục đích hai sóng ánh sáng kết hợp và có bước sóng tăng cường lẫn nhau thì hiệu đường đi của chúng có giá trị là bao nhiêu trong các trường hợp sau đây:

A. Bằng ( với $k=0,\pm 1, \pm 2,...$)

B. Bằng ( với $k=0,\pm 1, \pm 2,...$)

C. Bằng 0

D. Bằng $k\lambda $ ( với $k=0,\pm 1, \pm 2,...$)  

Lời giải: Đáp án D xem lại điều kiện để mọi điểm có biên độ dao động cực đại.

Câu 12: Nếu ta coi vân sáng trung tâm là gốc toạ độ thì toạ độ vân tối thứ k trong hệ vân giao thoa cho bởi khe Y-âng là giá trị nào sau đây?

A. $x_{K}=k\frac{\lambda D}{a}$ ( với  $k=0,\pm 1, \pm 2,...$)

B. $x_{K}=(k-\frac{1}{2})\frac{\lambda D}{a}$ ( với  k = 2, 3,...hoặc k = 0, -1, -2, -3,...)

C. $x_{K}=(k+\frac{1}{4})\frac{\lambda D}{a}$ ( với  k=0,1, 2...)

Lời giải: Đáp án B vì vị trí vân tối thứ k có toạ độ

$x_{t}=(k-\frac{1}{2})i$

Với các giá trị $k\epsilon Z$

Câu 13: Công thức khoảng vân trong thí nghiệm Y-âng được xác định là:

A. $i=\frac{D}{a}\lambda$

B. $i=\frac{a}{D}\lambda$

C. $i=\frac{D}{2a}\lambda$

D. $i=\frac{D}{a\lambda}$

Lời giải: Đáp án A đúng.

Câu 14: Chọn câu trả lời đúng nhất: Chiết suất của môi trường:

A. Lớn hơn với những ánh sáng có bước sóng ngắn 

B. Như nhau với mọi ánh sáng

C. Nhỏ hơn với những ánh sáng có bước sóng ngắn

D. Không đổi

Lời giải: Đáp án A vi hiện tượng tán sắc và giao thoa ánh sáng ta có chứng minh: Chiết suất của môi trường lớn đối với những ánh sáng có bước sóng ngắn.

Câu 15: Tác dụng nổi bật của tia hồng ngoại là tác dụng: 

A. Quang điện

B. Quang học

C. Nhiệt 

D. Hoá học

Lời giải: Đáp án C vì tác dụng chủ yếu của tia hồng ngoại là tác dụng nhiệt, dùng sấy khô, sưởi,…

Câu 16: Sự đảo sắc vạch quang phổ là

A. Là sự chuyển thành một vạch tối của một vạch sáng do bị hấp thụ

B. Các vạch quang phổ thay đổi màu sắc.

C. Sự đảo ngược trật tự các vạch trên quang phổ. 

D. Sự thay đổi màu sắc các vạch quang phổ

Lời giải: Đáp án A vì trong cùng một điều kiện, một nguyên tố bị kích thích sẽ có khả năng phát ra những bức xạ nào thì cũng có khả năng hấp thụ những bức xạ đo. Vì vậy sự đảo sắc vạch quang phổ là sự chuyển một vạch sáng thành vạch tối trên nền sáng, do bị hấp thụ.

Câu 17: Khi nung nóng, quang phổ vạch phát ra:

A. Một chất rắn, lỏng hoặc khí

B. Một chất khí ở áp suất thấp

C. Một chất rắn

D. Một chất lỏng

Lời giải: Đáp án B vì nguồn phát ra quang phổ vạch: Do các chất khí hay hơi có áp suất thấp và bị kích thích (bởi nhiệt độ cao hay điện trường mạnh,…) phát ra.

Câu 18: Ta làm một thí nghiệm về giao thoa ánh sáng và đo đc từ vân sáng t4 đến vân sáng t10 ở cùng một  phía đối với vân sáng trung tâm được một khoảng là 2,4 mm. Tính giá trị của khoảng vân đó?

A. 0,4 mm

B. 6 mm

C. 0,6 mm

D. 4 mm

Lời giải: Đáp án A 

Có 6 khoảng vân trong khoảng từ vân sáng t4 đến t10 

=> i = 0,4 mm

Câu 19: Ta làm một thí nghiệm về giao thoa ánh sáng, đo được khoảng cách từ vân sáng t4 đến vân sáng t10 cùng một phía đối với VSTT là 2,4 mm, giữa hai khe Y-âng ta đo được khoảng cách là 1 mm, từ màn chứa hai khe tới màn quan sát có khoảng cách là 1 m. Xác định màu của ánh sáng dùng trong thí nghiệm là màu gì?

A. Xanh

B. Đỏ

C. Tím 

D. Vàng

Lời giải: Đáp án C vì

Từ VS thứ 4 đến thứ 10 có 6 khoảng vân => i = 0,4 mm

Bước sóng ánh sáng được xác định bằng $\lambda$ =0,4 μm =>  màu tím

Câu 20: Ta thực hiện một thí nghiệm giao thoa ánh sáng, từ vân sáng t4 đến vân sáng t10 ở cùng một phía đối với vân sáng trung tâm có khoảng cách là 2,4 mm, giữa hai khe Y-âng ta đo được khoảng cách là 1 mm, từ màn chứa hai khe tới màn quan sát có khoảng cách là 1 m. Xác định bước sóng ánh sáng dùng trong thí nghiệm có giá trị là bao nhiêu:

A. 0,68 μm

B. 0,72 μm

C. 0,40 μm

D. 0,45 μm

Lời giải: Đáp án C vì 6i = 2,4 nm

=> i = 0,4nm => $\lambda$ = 0,40 μm

Sóng ánh sáng lý 12 là một phần kiến thức quan trọng trong đề thi THPTQG. Bài viết trên đã mang đến những phần lý thuyết cơ bản nhất về sóng ánh sáng như khái niệm sóng ánh sáng, hiện tượng tán sắc ánh sáng, nhiễu xạ ánh sáng - giao thoa ánh sáng, tia hồng ngoại - tia tử ngoại. Qua đó giúp các em học sinh hiểu rõ bản chất của sóng ánh sáng từ đó áp dụng vào các bài tập cụ thể. Để làm tốt hơn nữa các bài tập các em hãy luyện tập nhiều hơn nữa các em có thể truy cập vào Vuihoc.vn cũng như đăng ký khóa học để luyện thêm bài tập khác nhé!

     Tham khảo thêm:

⭐Bộ Sách Thần Tốc Luyện Đề Toán - Lý - Hóa THPT Có Giải Chi Tiết