Bài giảng
VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG
Hệ : Đại Học Liên Thông
GV : Phạm Thị Mai – Bộ môn : KHCB
Mục lục
Bài giảng: vật lý đại cương - Hệ : Đại học liên thông 3
Chương 1: Những cơ sở về quang học 3
I)Những cơ sở của quang hình học: 3
II) Những cơ sở của quang học sóng: 4
Phương pháp đới cầu Frênen 17
2- Nhiễu xạ của sóng cầu qua một lỗ tròn : 17
5) Sự phân cực do lưỡng chiết 21
3) Các định luật quang điện: 24
CÂU HỎI THẢO LUẬN VÀ BÀI TẬP QUANG ĐIỆN 26
Phần thứ hai: Vật lí nguyên tử và hạt nhân 27
2.1. Cấu trúc nguyên tử - Đơn vị khối lượng nguyên tử 27
2.2. Cấu trúc Hạt nhân Các quy luật vận động của các hạt vi mô 29
Đề kiểm tra 32
Bài giảng: vật lý đại cương - Hệ : Đại học liên thông
GV : Phạm Thị Mai – Bộ môn : KHCB
Phần thứ nhất : Quang học
Phần này mục đích giúp cho SV trang bị thêm các kiến thức về
quang học sóng và quang lượng tử, trên cơ sở đó hiểu được các ứng
dụng của các hiện tượng quang học vào trong các thiết bị trong kỹ
thuật.
1. Quang học sóng : Hiện tượng nhiễu xạ; Sự phân cực của ánh
sáng.
2. Quang lượng tử : Sự bức xạ nhiệt; Hiệu ứng quang điện.
Phương pháp nghiên cứu của phần này là vừa dựa vào kết quả
thực nghiệm, vừa dựa vào lí luận có tính thực tế.
Chương 1: Những cơ sở về quang học

Tổngquát:
[ ]
ABL
=
=
i
l
n
i
i
n
∑
=1
τ
.c
=
b) Mặt sóng hình học : Là tập hợp của những điểm mà ánh sáng của
chùm sáng đó truyền đến ở cùng một thời điểm.
- Chùm sáng đồng quy: Mặt sóng hình học là những mặt cầu
- Chùm sáng song song:Mặt sóng hình học là những mặt phẳng
c) Định lí Maluýt: Quang lộ của các tia sáng giữa cùng hai mặt sóng
hình học đều bằng nhau.
II) Những cơ sở của quang học sóng:
a)Thuyết điện từ ánh sáng của Mắcxuen:
+ ánh sáng (thấy được) là những sóng điện từ có bước sóng nằm
trong khoảng từ 0,40µm đến 0,76µm, truyền trong chân không với vận
tốc C = 3.10
8
m/s.
+ Véc tơ cừơng độ điện trường

ax
,
trong đó: x là giá trị tức thời của E tại thời điểm t,
a là biên độ dao động của sóng sáng
T là chu kỳ dao động.
c) Các nguyên lý:
+ Nguyên lý chồng chất các sóng: Tại giao điểm của hai hay
nhiều sóng sáng, từng sóng riêng biệt không bị các sóng khác làm
nhiễu loạn, tại điểm giao đó véc tơ sóng sáng tổng bằng tổng các véc
tơ sóng sáng của các sóng tới giao nhau.
+ Nguyên lý Huyghen - Frênen:
- Mỗi điểm của môi trường có sóng sáng truyền tới đều được coi là
nguồn sáng thứ cấp,phát ra những sóng sáng gửi về phía trước nó.
- Nguồn sáng thứ cấp có biên độ và pha dao động là biên độ và pha
dao động của nguồn sáng thực S gây ra tại vị trí của nguồn sáng thứ
cấp đó.

1.1.2. Hiện tượng giao thoa
* Thí nghiệm: - S: Nguồn sáng điểm
- E
1
: Màn chắn có 2 khe hẹp S
1
và S
2
- E
2
: Màn hứng ảnh
*Hiện tượng: Hiện tượng hai
hay nhiều sóng ánh sáng giao

1
l
2
d1
d2
L
D
x
E1 E2
Nếu tại điểm M trên màn có ∆d = kλ ( k∈Z), thì tại M là vân sáng. Khi đó
x
s
= k.
a
D
λ
+ Vị trí vân tối:
Nếu tại điểm N trên màn có ∆d = ( k+
)
2
1
λ (k∈Z), thì tại N là vân tối.
Khi đó x
t
= (k+
)
2
1
.
a

BÀI TẬP GIAO THOA
Dạng 1: xác định giá trị các đại lượng
* Vị trí vân giao thoa:
- Vân sáng : x
s
= k.
a
D
λ
( vân sáng bậc k, với K =
±
n)
- Vân tối : x
t
= (k+
)
2
1
.
a
D
λ
. ( vân tối thứ k, với K = n-1 và - n)
* Khoảng vân : i =
a
D
λ

* Xác định i theo bề rộng trường vân:
-Nếu trường vân được giới hạn bởi các vân cùng loại: i =

∆
k
= x
k /đỏ
- x
k/ tím
=
(
a
KD
λ
d
-λ
t
)
Dạng 3: xác định các ánh sáng có vân sáng( hoặc vân tối) nằm trùng
tại một điểm( với GTAS trắng)
+Ánh sáng đơn sắc có vân sáng tại điểm đang xét (có tọa độ X
M
): Thì
X
M
= k.
a
D
λ
⇒
λ

=

a
D
λ
.
⇒
λ

=
D
Xa
N
)
2
1
+k(
.
-Kết hợp với ĐK của bài toán, xác định K bởi :
0,40(µm)≤
D
Xa
N
)
2
1
+k(
.
≤ 0,76(µm)(Chú ý K chỉ lấy các giá trị nguyên)
-Thay giá trị thỏa mãn của K vào biểu thức λ

=

1
= d
2
-
[ ]
ne + e) - (d
1
= (d
2
– d
1
) – ( n – 1).e
l
2
– l
1
=
en
D
xa
).1(
.
−−
( Vì khi chưa có bản mỏng: d
2
– d
1
=
D
xa.







−
+
a
eDn ).1(
a
D
k
λ
- k.
a
D
λ
=
a
eDn ).1( −

e

n
S1
S2
S
M
O

sóng của các ánh sáng tạo ra vân tối trên màn quan sát tại điểm M
cách trục chính 3m
Bài 2:
Một nguồn sáng đơn sắc phát ra ánh sáng có bước sóng λ= 0,6 µm.
Chiếu ánh sáng trên vào khe hở hẹp song song cách nhau1mm và
cách đều nguồn sáng. Trên một màn ảnh đặt song song và cách mặt
phẳng chứa 2 khe hở một đoạn D = 1m,ta thu được một hệ thống
vân giao thoa.
a) Tính khoảng cách giữa 2 vân sáng liên tiếp và khoảng cách giữa
vân sáng bậc 5 đến vân tối thứ 7
b) Đặt trước một trong 2 khe hở một bản mỏng phẳng,trong suốt có
2 mặt song song, dầy e = 12 µm, chiết suất n = 1,5. Khi đó hệ
thống vân giao thoa có gỡ thay đổi? Xác định độ dịch chuyển của
hệ thống vân.
c) Bỏ bản mỏng và đổ vào khoảng cách giữa mặt phẳng chứa 2 khe
và màn một chất lỏng, người ta thấy bề rộng của mỗi vân giao
thoa bây giờ là 0,45 mm. Hóy tớnh chiết suất của chất lỏng đó
1.1.3. Hiện tượng nhiễu xạ
a) Định nghĩa hiện tượng:
* Thi nghiệm:
+ Nguồn laser. Nàm chắn có lỗ tròn P Màn
hứng ảnh
+ Thanh quang học.
a
b
b
1
a
1
S

* Vẽ mặt sóng ∑ :(Chứa các nguồn thứ cấp)
của nguồn sáng S( Mặt cầu tâm S, bán kính R< SM )
điểm quan
sát
S
M
h
k
r
o
B
o
+ Vẽ các mặt cầu tâm M, bán kính lần lượt bằng r
o
= MB
o
; r
o
+
2
λ
; r
o
+ 2
2
λ
; r
o
+ 3
2

k
.
.
+
=
λ
Biên độ d.động sáng của đới cầu thứ k gây ra tai M: a
k
=
2
1
( a
k-1
+ a
k+1
) khi k
khá lớn thì a
k

≈
0
Biên độ dao động tổng hợp tại điểm M:
+ Vì hai sóng gồm một đới chẵn và một đới lẻ kế tiếp có hiệu quang lộ bằng
2
λ
, nên dao động ngược pha nhau (vì có hiệu số
( )
π
λ
λ

()
22
(
2
5
4
33
2
11
n
aa
a
aa
a
aa
a
±++−++−+=

Theo quy ước: Lấy dấu (+) nếu n là lẻ;
Lấy dấu (-) nếu n chẵn.
Một cách gần đúng ta có:
;
2
aa
a ;
2
aa
a
53
4

a
a
≈
Từ đó suy ra cường độ sáng tại điểm M do cả mặt sóng∑ gây ra là:
442
1
2
1
2
1
2
Iaa
aI
o
==






==
+ Khi có màn chắn,lỗ tròn chứa một số lẻ đới cầu,cường độ sáng tại M là:

2
1
2
22



<
o
I
(điểm M sáng yếu hơn khi không có màn chắn)
Đặc biệt khi n = 2 vì a
1
≈
a
2
nên
I
= 0 luc đó M là điểm tối
Tóm lại: Điểm M có thể sáng hơn lên hoặc tối đi so với khi không có
màn chắn tùy theo giá trị của n, tức là tùy theo kích thước của lỗ tròn
và vị trí của màn quan sát.
- Với
2
11
aI
=
là cường độ sáng tại điểm M do riêng đới cầu thứ nhất gây ra.
Dựa vào kết quả tính toán trên ta có thể kết luận rằng: Mặc dù ánh sáng từ mọi
điểm trên mặt sóng ∑ đều truyền tới điểm M, nhưng có giao thoa ánh sáng tại
M, nên ánh sáng từ nguồn thực S truyền tới điểm M được coi như chỉ truyền
trong một ống nhỏ có đường kính nhỏ hơn bán kính của đới cầu Frênen thứ
nhất mà thôi. Nghĩa là ánh sáng truyền theo một đường thẳng SM.
c) Một số trường hợp về nhiễu xạ.
*Nhiễu xạ của sóng cầu qua một lỗ
tròn:
+ Nguồn sáng điểm S.

aI
o
===
- Nếu lỗ tròn chứa số lẻ đới cầu: Biên độ sáng tại điểm M được xác định
theo công thức:
2
>
22
11
a
a
a
a
n
+=
dẫn đến:
o
n
I
I
a
a
I =+=
4
>)
22
(
1
2
1

n
−=

dẫn đến:
o
n
I
I
a
a
I =−=
4
<)
22
(
1
2
1
Đặc biệt khi n = 2 vì a
1
≈
a
2
nên
I
= 0 luc đó M là điểm tối
Tức là cường độ sáng
I
tại M khi có chướng ngại là màn chắn có lỗ tròn, nhỏ
hơn cường độ sáng

∑
2
∑
5
Hình vẽ trên mô tả sự nhiễu xạ của chùm tia song song bất kỳ theo hướng hợp
với trục đối xứng một góc ϕ; các mặt phẳng ∑i cách nhau λ/2 và chia mặt
phẳng khe thành các dải. Bề rộng của dải là
ϕ
λ
sin2
Và số các dải trên khe là:
λ
ϕ
=
ϕλ
=
sinb2
sin2/
b
n
( với b là bề rộng của khe hẹp)
Theo nguyên lý Huyghen thì mỗi dải sáng coi như một nguồn sáng thứ cấp gửi
sóng sáng tới điểm M.
Vì hiệu quang lộ của hai dải kế tiếp nhau là
2
λ
, do vậy chúng gây ra tại M, các
sóng ánh sáng dao động ngược pha nhau nên chúng khử lẫn nhau. Kết quả là:
- Nếu khe chứa số chẵn (n=2k) dải sáng, thì tại điểm M có điểm tối.
b

ϕ
λ
ϕ
+=→+==

với
321
±=±==
k
(Loại trừ giá trị k=0 và k= -1.Vì với k=0 và k = -1 thì sin
b2
λ
ϕ
±=
thì cường độ sáng không thể có giá trị cực đại nữa( vì khi sin
ϕ
= 0 đó
có cực đại giữa rồi,nếu tại K=-1 lại có cực đại thì giữa k=0 và k= -1 phải có
một cực tiểu, mà trong khoảng từ k=0 đến k=-1 ko có một giá trị nguyên nào
của K nữa nên có nghĩa ko có cực tiểu nào trong khoảng này.Do đó ko có cực
đai ứng với k=-1.
Tóm lại:

*sin
ϕ
= 0 Có cực đại giữa
*sin
ϕ
=
b

với
321
±=±==
k
haysin
ϕ
=
±
3
b2
λ
,
±
5
b2
λ
,…
có các cực đại nhiễu xạ
BÀI TẬP NHIỄU XẠ
Phương pháp đới cầu Frênen
a- Diện tích của các đới cầu:
λ
π
.
o
o
rR
Rr
S
+

1
a
2- Nhiễu xạ của sóng cầu qua một lỗ tròn :
n=1
⇒
22
1 n
aa
a
+=

⇒
a=a
1
=2a
n=2
⇒

22
1 n
aa
a
−=

⇒
a
≈
0
nếu n là số chẵn a
n

o

⇒
cường độ sáng tại M sáng hơn cường
độ sáng khi ko có chướng ngại
BÀI 1: Chiếu một chùm đơn sắc song song, bước sóng λ= 0,5
µ
m,thẳng góc vào
một lỗ tròn bán kính r = 1mm.Sau lỗ tròn có đặt một màn quan sát.Hãy xác định
khoảng cách lớn nhất từ lỗ trên đến màn quan sát để tâm của hình nhiễu xạ trên
màn vẫn là một vết tối
BÀI 2: Một chùm tia sáng đơn sắc song song,có bước sóng λ= 0,6 µm, được rọi
vuông góc vào một khe hẹp hình chữ nhật, có bề rộng b = 0,1 mm. Ngay sau
khe có đặt một thấu kính hội tụ. Tìm bề rộng của vân cực đại giữa trên một màn
quan sát đặt tại mặt phẳng trên của thấu kính và cách thấu kính một khoảng D =
1m.
1.1.4. Hiện tượng phân cực ánh sáng
1) Ánh sáng tự nhiên:
ánh sáng tự nhiên: ánh sáng trong đó các véc tơ
cường độ điện trường
E

( véc tơ sóng sáng) dao
động một cách đều đặn theo tất cả mọi phương
vuông góc với tia sáng( phương truyền sóng ánh
sáng)
1) Hiện tượng phân cực ánh sáng:
Hiện tượng Khi cho ánh sáng tự nhiên đi qua môi trường bất đẳng hướng về
mặt quang học học (vi dụ cho qua một tinh thể), thì trong những điều kiện nhất
định nào đó, tác dụng của môi trường lên ánh sáng đó có thể làm cho các véc tơ

∆
ánh sáng phân
cực toàn phần
∆
E

E

E

¸ánh sáng tự
nhiên
ánh sáng phân cực toàn
phần
ánh sáng phân cực một phần
 Nhận xét hiện tượng:
+ Mỗi tinh thể có tác dụng phân cực ánh sáng có một phương đặc biệt ∆
gọi là quang trục.
+ Mỗi véc tơ cường độ điện trường
E

trong ánh sáng tự nhiên đều có thể
tách ra hai thành phần Ex vuông góc với quang trục ∆ và thành phần Ey theo
phương quang trục.
+ Khi ánh sáng tự nhiên chiếu vào bản tinh thể phân cực toàn phần
(tuamalin T
1
) thì thành phần Ex(vuông góc với trục)bị tinh thể hấp thụ, chỉ còn
lại thành phần Ey (song song với trục ∆1)là truyền qua được. Nếu đặt sau T
1

α.
5) Sự phân cực do lưỡng chiết
Tinh thể đá băng lan Tinh thể thạch anh
a Tính lưỡng chiết của tinh thể:
Thực nghiệm chứng tỏ rằng ở một số tinh thể như băng lan,thạch anh….có tính
chất đặc biệt là nếu chiếu một tia sáng vào đó thì ta sẽ thu được hai tia.Hiện
tượng đó gọi là hiện tượng lưỡng chiết và là một trong những hiện tượng thể
hiện tính bất đẳng hướng của tinh thể(môi trường bất đẳng hướng là môi trường
mà trong đó một số những tính chất vật lý theo những hướng khác nhau thì
khác nhau) b) Sự phân
cực ánh sáng do lưỡng chiết:

* Hiện tượng: Có một tia sáng tự nhiên rọi vuông góc với mặt bên của tinh thể
băng lan thì tại điểm tới I , tia tới SI bị tách thành hai tia:
+ Tia IR tuân theo định luật khúc xạ ánh sáng, tiếp tục truyền thẳng không
bị lệch so với phương ban đầu được gọi là tia thường.
+ Một tia đi lệch khỏi phương truyền ban đầu được gọi là tia bất thường.
Dùng thí nghiệm để phân tích thì thấy rằng các tia thường và bất thường đều là
các tia phân cực toàn phần. Véc tơ cường độ điện trường của tia thường vuông
góc với mặt phẳng chính của tia đó (mặt phẳng chứa tia thường và quang trục).
Còn tia bất thường thì véc tơ cường độ điện trường nằm trong mặt phẳng chính
của nó (mặt phẳng chứa tia bất thường và quang trục)
Nếu ánh sáng rọi vào tinh thể là ánh sáng tự nhiên thì cường độ của cả hai tia
đều như nhau, nhưng nếu rọi vào là ánh sáng phân cực thì cường độ sáng của
từng tia sẽ phụ thuộc vào góc α giữa mặt phẳng chính của từng tia với mặt
phẳng tới.
Gọi (i ) là góc tới; (i
o
),(i
e

e
có giá trị cực đại.
Do đó v
e
≥v
0
suy ra n
e
≤ n
0

Những tinh thể trong đó n
e
< n
o
gọi là tinh thể âm, còn những tinh thể có n
e
> n
o
gọi là tinh thể dương.
4) ứng dụng sự phân cực ánh sáng do lưỡng chiết:
Bản tinh thể hấp thụ không đều: Một chùm sáng tự nhiên rọi vào bản tinh thể
tuamalin bị tách thành hai tia thì tia thường bị hấp thụ hoàn toàn, chỉ có tia
thường là truyền qua được. Khi đó ta nói rằng bản tinh thể tuamalin là bản hấp
thụ không đều.
Lăng kính Nicôn( Nicol): (Là loại kính phân cực phổ biến nhất)
+ Cấu tạo: Gồm hai lăng kính bằng đá băng lan dán khít nhau nhờ lớp nhựa
Canađa có chiết suất n=1,55
+ Một tia sáng tự nhiên rọi tới nicôn bị tách thành hai tia thường và bất
thường. Vì n

2) Thí nghiệm về hiện tượng quang điện
- Hiện tượng
- Kết luận
3) Các định luật quang điện:
+ Định luật thứ nhất (giới hạn quang điện):
ghkt
λ≤λ
+ Định luật thứ hai (cường độ dòng quang điện bão hoà): Khi
ghkt
λ≤λ
I
bh
tỉ
lệ với cường độ của ánh sáng kích thích.
+ Định luật thứ ba (động năng ban đầu cực đại):

maxd
W
tỉ lệ với
kt
1
λ

• Thuyết phôton của Anhxtanh :
Bức xạ điện từ gồm vô số các hạt gọi là lượng tử ánh sáng hay phôton.
Với mỗi bức xạ điện từ đơn sắc nhất định, các phôton đều giống nhau và mang
một năng lượng xác định bằng
λ
==ε
c

hc
th
A
kt
hc
λλλ
λ
==≤→≥
+ Cường độ dòng quang điện bão hoà(Ibh ) tỉ lệ với số hạt electron
chuyển động thành dòng, số hạt này tỉ lệ với số hạt phôton chiếu vào chất bị rọi,
mà số hạt phôton lại tỉ lệ với cường độ của chùm bức xạ kích thích. Theo tính
chất bắc cầu thì suy ra: cường độ dòng quang điện bão hoà(ibh )tỉ lệ với cường
độ của chùm bức xạ kích thích.
+ Theo công thức Anhxtanh thì động năng ban đầu chỉ còn tỉ lệ nghịch
với bước sóng của ánh sáng kích thích.
• ứng dụng của hiệu ứng quang điện:
Chế tạo các linh kiện bán dẫn loại quang điện, như điện trở quang điện (quang
trở), điốt quang điện.
Chế tạo các nguồn quang điện, như pin quang điện( pin mặt trời)