Lý thuyết về Quang phổ hay, chi tiết nhất - Vật Lí lớp 12
Lý thuyết về Quang phổ hay, chi tiết nhất
Tài liệu Lý thuyết về Quang phổ hay, chi tiết nhất Vật Lí lớp 12 sẽ tóm tắt kiến thức trọng tâm về Quang phổ từ đó giúp học sinh ôn tập để nắm vứng kiến thức môn Vật Lí lớp 12.
I. Lý thuyết
Chuyên đề này các câu hỏi thuộc vào phần lí thuyết. Sử dụng tổng hợp kiến thức lí thuyết dưới đây để trả lời các câu hỏi.
1. Máy Quang Phổ
a) Chức năng: Là dụng cụ dùng để phân tích một chùm ánh sáng phức tạp thành những thành phần đơn sắc.
b) Nguyên tắc hoạt động: Dựa vào hiện tượng tán sắc ánh sáng
c) Các bộ phận chính và chức năng:
- Ống chuẩn trực:
+ Gồm TKHT L1, khe hẹp F đặt tại tiêu điểm chính của L1.
+ Tạo ra chùm song song.
- Hệ tán sắc
+ Gồm 1 (hoặc 2, 3) lăng kính.
+ Phân tích chùm sáng song song phức tạp thành những chùm phần đơn sắc song song.
- Buồng tối
+ Là một hộp kín, gồm TKHT L2, tấm phim ảnh K (hoặc kính ảnh) đặt ở mặt phẳng tiêu của L2.
+ Hứng ảnh của các thành phần đơn sắc, mỗi ảnh đơn sắc là 1 vạch quang phổ.
2. Các loại Quang phổ
a) Quang phổ phát xạ
a1) Quang phổ liên tục
- Định nghĩa: Gồm một dải có màu thay đổi một cách liên tục.
- Cách tạo - Điều kiện phát sinh:
+ Quang phổ phát xạ của một chất là quang phổ của ánh sáng do chất đó phát ra, khi được nung nóng đến nhiệt độ cao.
+ Do mọi chất rắn, lỏng, khí có áp suất lớn phát ra khi bị nung nóng.
- Đặc điểm:
+ Phụ thuộc vào nhiệt độ, nhiệt độ cao → Quang phổ mở rộng sang vùng bước sóng ngắn
+ - Không phụ thuộc vào thành phần cấu tạo của vật phát sáng
a1) Quang phổ vạch
- Định nghĩa: Là quang phổ chỉ chứa những vạch sáng riêng lẻ, ngăn cách nhau bởi những khoảng tối
- Cách tạo - Điều kiện phát sinh:
+ Quang phổ phát xạ của một chất là quang phổ của ánh sáng do chất đó phát ra, khi được nung nóng đến nhiệt độ cao.
+ Do các chất khí (hơi) ở áp suất thấp khi bị kích thích phát ra.
- Đặc điểm:
+ Quang phổ vạch của các nguyên tố khác nhau thì rất khác nhau (số lượng các vạch, vị trí và độ sáng các vạch), đặc trưng cho nguyên tố đó.
b) Quang phổ hấp thụ
- Định nghĩa: Hệ thống các vạch tối hoặc "đám" vạch tối trên nền Quang phổ liên tục.
- Cách tạo - Điều kiện phát sinh:
+ Ánh sáng trắng từ nguồn phát Quang phổ liên tục đi qua đám khí ( hơi) hoặc dung dịch… → một số bức xạ đơn sắc trong ánh sáng trắng bị khí ( hơi) hoặc dung dịch…hấp thụ → tạo ra các vạch tối hoặc đám vạch tối.
- Đặc điểm:
+ Các chất rắn, lỏng và khí đều cho quang phổ hấp thụ.
+ Quang phổ hấp thụ của chất khí chỉ chứa các vạch hấp thụ. Quang phổ của chất lỏng và chất rắn chứa các “đám” gồm cách vạch hấp thụ nối tiếp nhau một cách liên tục.
3. Tia Hồng ngoại - Tia Tử ngoại - Tia X
- Bản chất: Sóng điện từ (giống như ánh sáng thông thường nhưng không nhìn thấy)/ không mang điện
a) Tia Hồng ngoại
- Bước sóng: Bước sóng lớn hơn ánh sáng đỏ (từ 760nm → vài mm)
- Nguồn phát:
+ Mọi vật có nhiệt độ cao hơn 0K đều phát ra tia hồng ngoại.
+ Vật có nhiệt độ cao hơn môi trường xung quanh thì phát bức xạ hồng ngoại ra môi trường.
+ Nguồn phát tia hồng ngoại thông dụng: bóng đèn dây tóc, bếp ga, bếp than, điôt hồng ngoại…
- Tính chất:
+ Truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ, và cũng gây được hiện tượng nhiễu xạ, giao thoa như ánh sáng thông thường.
+ Tác dụng nhiệt rất mạnh
+ Gây một số phản ứng hoá học
+ Có thể biến điệu như sóng điện từ cao tần
- Công dụng:
+ Sấy khô, sưởi ấm…
+ Chụp ảnh hồng ngoại, ống nhòm hồng ngoại
+ Điều khiển dùng hồng ngoại.
b) Tia Tử ngoại
- Bước sóng: Bước sóng nhỏ hơn ánh sáng tím (từ 380nm → vài nm)
- Nguồn phát:
+ Những vật có nhiệt độ cao (từ 2000oC trở lên) đều phát tia tử ngoại.
+ Nguồn phát thông thường: hồ quang điện, Mặt trời, phổ biến là đèn hơi thuỷ ngân
- Tính chất:
+ Truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ, và cũng gây được hiện tượng nhiễu xạ, giao thoa như ánh sáng thông thường.
+ Tác dụng lên phim ảnh.
+ Kích thích sự phát quang của nhiều chất.
+ Kích thích nhiều phản ứng hoá học.
+ Làm ion hoá không khí và nhiều chất khí khác.
+ Tác dụng sinh học.
+ Bị thuỷ tinh hấp thụ mạnh.
+ Thạch anh, nước hấp thụ mạnh các tia từ ngoại có bước sóng ngắn hơn 200nm
+ Tần ozon hấp thụ hầu hết các tia tử ngoại có bước sóng dưới 300nm.
- Công dụng:
+ Trong y học: tiệt trùng, chữa bệnh còi xương.
+ Trong CN thực phẩm: tiệt trùng thực phẩm.
+ CN cơ khí: tìm vết nứt trên bề mặt các vật bằng kim loại.
c) Tia X
- Bước sóng: λ = 10-8m → 10-11m
- Nguồn phát:
+ Ống Cu-lít-giơ
+ Ống Rơn ghen
+ Chùm electron có năng luợng lớn đập vào kim loại nguyên tử lượng lớn → làm phát ra tia X
- Tính chất:
+ Truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ, và cũng gây được hiện tượng nhiễu xạ, giao thoa như ánh sáng thông thường.
+ Tính chất nổi bật và quan trọng nhất là khả năng đâm xuyên. Tia X có bước sóng càng ngắn thì khả năng đâm xuyên càng lớn (càng cứng).
+ Làm đen kính ảnh.
+ Làm phát quang một số chất.
+ Làm ion hoá không khí.
+ Có tác dụng sinh lí.
- Công dụng:
+ Trong y học: Chẩn đoán bệnh, chữa bệnh ung thư.
+ CN cơ khí : kiểm tra khuyết tật trong sản phẩm đúc
4. Thang sóng điện từ và tính chất
Thang sóng điện từ theo chiều giảm bước sóng (tăng dần về tần số)
| Sóng vô tuyến, tia HN, ánh sáng NT, tia TN, tia X, tia gama | ||
| Bản chất | Sóng điện từ | |
| Tính chất | Bước sóng khác nhau → phương pháp phát (thu) khác nhau/ khả năng đâm xuyên khác nhau/có thể nhìn thấy hoặc không nhìn thấy ... | |
| Bước sóng càng dài: dễ quan sát giao thoa | Bước sóng càng ngắn (tia X, tia gamma): đâm xuyên mạnh, dễ tác dụng lên kính ảnh, dễ làm phát quang các chất, dễ gây ion hóa không khí… | |
II. Ví dụ
Ví dụ 1: Trong chân không bước sóng ánh sáng lục bằng?
A. 546 mm. B. 546 μm. C. 546 pm. D. 546 nm.
Hướng dẫn:
Ánh sáng lục nằm trong vùng ánh sáng nhìn thấy nên ta chọn đáp án B.
Ví dụ 2: Một chùm bức xạ điện từ có tần số 24.1014 Hz. Trong không khí (chiết suất lấy bằng 1), chùm bức xạ này có bước sóng bằng bao nhiêu và thuộc vùng nào trong thang sóng điện từ? Cho vân tốc ánh sáng trong chân không c = 3.108 m/s.
A. λ = 0,48 μm; vùng ánh sáng nhìn thấy. B. λ = 48 pm; vùng tia X.
C. λ = 1,25 μm; vùng hồng ngoại. D. λ = 125 nm; vùng tử ngoại.
Hướng dẫn:
λ = c/f = 125.10-9 m → Chọn D.
Ví dụ 3: Một chùm xạ điện từ có bước sóng 0,75 μm trong môi trường nước (chiết suất n = 4/3). Chùm bức xạ này có tần số bằng bao nhiêu và thuộc vùng nào trong thang sóng điện từ. Cho vận tốc ánh sáng trong chân không là c = 3.108 m/s.
A. f = 6.1014 Hz, vùng ánh sáng nhìn thấy. B. f = 3.1014 Hz; vùng tia X.
C. f = 3.1014 Hz; vùng hồng ngoại. D. f = 6.1015 Hz; vùng tử ngoại.
Hướng dẫn:
f = c / n. λn = 3.1014 Hz; λ = c/f = 10-6 m → thuộc vùng hồng ngoại.
