Bài giảng Vật lý 2 - Trường ĐH Võ Trường Toản

Bài giảng Vật lý 2 cung cấp cho sinh viên những nội dung, kiến thức về: cơ sở của quang hình học, dụng cụ quang học; giao thoa ánh sáng; nhiễu xạ ánh sáng; phân cực ánh sáng; hiện tượng quang điện; sự hấp thụ ánh sáng; kiến thức cơ bản về laser; phóng xạ và phóng xạ sinh học; ứng dụng một số kỹ thuật vật lý vào việc chẩn đoán bệnh bằng hình ảnh;... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Vật lý 2 - Trường ĐH Võ Trường Toản TRÖÔØN G ÑAÏI HOÏC VOÕ TRÖÔØNG TOAÛN KHOA DƯỢC  BÀI GIẢNG MÔN HỌC VẬT LÝ 2 Đơn vị biên soạn: KHOA DƯỢC XÁC NHẬN BCN KHOA DƯỢC Hậu Giang – Năm 2018 PHẦN THỨ TƯ: QUANG HỌC Quang học là môn học nghiên cứu về ánh sáng. Trong phần này chúng ta sẽ nghiên cứu các hiện tượng quang học nhằm hiểu rõ bản chất của ánh sáng, đồng thời sẽ cung cấp những kiến thức cần thiết về việc ứng dụng những định luật quang học trong kỹ thuật và đời sống. CHƯƠNG 1 CƠ SỞ CỦA QUANG HÌNH HỌC. DỤNG CỤ QUANG HỌC 1. CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA QUANG HÌNH HỌC Quang hình học dựa trên bốn định luật cơ bản sau đây: 1.1. Định luật về sự truyền thẳng của ánh sáng: Định luật được phát biểu. Trong một môi trường trong suốt đồng tính và đẳng hướng, ánh sáng truyền theo đường thẳng. Khi nghiên cứu hiện tượng nhiễu xạ ta sẽ thấy định luật này có giới hạn ứng dụng của nó. Khi ánh sáng truyền qua những lỗ thật nhỏ hoặc gặp những chướng ngại vật kích thước nhỏ vào cỡ bước sóng ánh sáng thì định luật trên không còn đúng nữa. 1.2. Định luật về tác đụng độc lập của các tia sáng: Định luật được phát biểu: Tác dụng của các chùm sáng khác nhau thì độc lập với nhau. Nghĩa là, tác dụng của một chùm sáng này không phụ thuộc vào sự có mặt hay không của các chùm sáng khác. 1.3. Hai định luật của Đêcac (Descartes): Thực nghiệm xác nhận rằng, khi tia sáng OI tới mặt phân cách hai môi trường trong suốt, đồng tính và đẳng hướng thì tia sáng bị tách thành hai tia: tia phản xạ IR1 và tia khúc xạ IR2 (Hình 18.1). Chúng tuân theo hai định luật sau đây: 1.3.1. Định luật Đêcac thứ nhất- định luật phản xạ: Tia phản xạ nằm trong mặt phẳng tới (tức là mặt phẳng chứa tia tới và pháp tuyến IN) và góc tới bằng góc phản xạ. 112 1.3.2. Định luật Đêcac thứ hai - định luật khúc xạ. Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới và tỷ số giữa sin góc tới và sin góc khúc xạ là một số không đổi. n2-l là một số không đổi, phụ thuộc vào bản chất của hai môi trường, được gọi là chiết suất tỉ đối của môi trường 2 đối với môi trường 1. Nếu n2-l > l thì i2 < i1, tia khúc xạ gặp pháp tuyến và môi trường 2 được gọi là chiết quang hơn môi trường 1. Ngược lại, nếu n2-l < l thì i2 > i1, tia khúc xạ lệch xa pháp tuyến hơn và môi trường 2 kém chiết quang hơn môi trường 1. 1.3.3. Chiết suất tỉ đối và chiết suất tuyệt đối: Nếu gọi v1 và v2 là vận tốc ánh sáng trong môi trường 1 và 2, từ thực nghiệm chứng tỏ: Ngoài chiết suất tỉ đối, người ta còn định nghĩa chiết suất tuyệt đối của một môi trường: Chiết suất tuyệt đối của môi trường là chiết suất tỉ đối của môi trường đó đối với chân không. Nếu gọi v là vận tốc ánh sáng trong môi trường, c là vận tốc ánh sáng trong chân không và n là biết suất tuyệt đối của môi trường thì căn cứ vào (3) ta có: Đối với không khí v ≈ c nên n ≈ 1 Ta tìm mối liên hệ giữa chiết suất tỉ đối của hai môi trường và chiết suất tuyệt đối của chúng. Từ (3) có thể viết: Nếu môi trường thứ nhất là không khí thì n1 ≈ 1 và n2-l ≈ n2. Do đó có thể coi chiết suất tuyệt đối của một môi trường là chiết suất tỉ đối của môi trường đó là đối với không khí. 1.3.4. Dạng đối xứng của định luật Đêcac. Từ (2) và (5) có thể viết: 113 Biểu thức (6) là dạng đối xứng của định luật Đêcac 1.4. Hiện tượng phản xạ toàn phần. Hai điều kiện để hiện tượng phản xạ toàn phần xảy ra: - Thứ nhất là ánh sáng phải đi từ môi trường chiết quang mạnh sang môi trường chiết quang kém hơn, thí dụ đi từ nước ra không khí. Khi đó ta có: Ở đây vì n1 > n2 nên il < i2 , tức là góc tới nhỏ hơn góc khúc xạ. Khi tăng góc tới thì góc khúc xạ cũng tăng, nhưng luôn luôn có i1 < i2. Khi góc khúc xạ i2 = 900 thì góc tới đến một giá trị gọi là góc tới tới hạn (tg) - Thứ hai là góc tới phải lớn hơn (hay tối thiểu là bằng) góc tới tới hạn, tức là: Khi đó thì toàn bộ tia sáng đi tới mặt phân cách hai mối trường sẽ phản xạ trở lại môi trường thứ nhất Hiện tượng này gọi là phản xạ toàn phần. Lúc đó ta có: * Ứng dụng của hiện tượng phản xạ và khúc xạ ánh sáng. - Dựa vào hiện tượng khúc xạ và phản xạ toàn phần có thể giải thích được hiện tượng các ảo ảnh quan sát được ở các vùng sa mạc hay đồng cỏ (Hình 1.3). Nhờ sự uốn cong của tia sáng nên một số vật ở khuất xa dưới đường chân trời sẽ được nhìn thấy và hình dung được như ở gần người quan sát hơn. - Dựa vào tính chất khi gương phẳng quay một góc α thì tia phản xạ quay một góc 2α, người ta gắn một gương phẳng vào khung treo của một điện kế. 114 Khi có dòng điện một chiều chạy trong khung dây, khung dây sẽ quay kéo theo cả gương cùng quay. Chiếu một chùm tia sáng vào gương, khi gương quay thì tia sáng phản xạ sẽ quay một góc lớn gấp đôi, tức là đã tăng độ nhậy của điện kế. Đó là nguyên tắc cấu tạo của điện kế gương. Hiện tượng phản xạ toàn phần được ứng dụng để đổi chiều tia sáng trong các dụng cụ quang học. Chiết suất của thuỷ tinh vào cỡ 1,5. Vì vậy góc tới tới hạn trên biên giới thuỷ tinh - không khí cỡ ig ≈ 420, khi góc tới bằng 450 sẽ luôn luôn xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần. Hình 1.4 biểu diễn các lăng kính phản xạ toàn phần. Lăng kính phản xạ toàn phần được ứng dụng nhiều trong các dụng cụ quang học như kính tiềm vọng, kính hiển vi, khúc xạ kế . Ngày nay hiện tượng phản xạ toàn phần còn được ứng dụng trong cáp sợi quang (O.F = 0ptical Fibers). Sợi quang học cấu tạo gồm hai lớp (xem hình 1.5), lõi có chiết suất n1, vỏ có chiết suất n2, với điện kiện nl > n2. Khi cho ánh sáng (tia laser) đi vào một đầu sợi quang (phấn lõi), ánh sáng sẽ phản xạ toàn phần nhiều l ...