Giải bài tập SGK Vật lý 12 Bài 27: Tia hồng ngoại và tia tử ngoại

Căn cứ vào đâu mà ta khẳng định được rằng tia hồng ngoại và tia tử ngoại có cùng bản chất với ánh sáng thông thường?

Phương pháp giải

Căn cứ vào việc tia hồng ngoại và tia tử ngoại được thu cùng với ánh sáng thông thường và được phát hiện bằng cùng một dụng cụ.

Hướng dẫn giải

Tia hồng ngoại, tử ngoại có cùng bản chất với ánh sáng thông thường vì cả ba loại tia cùng phát ra từ một nguồn phát và đều được phát hiện bằng cùng một dụng cụ là cặp nhiệt điện.

Dựa vào thí nghiệm ở hình 27.1 (SGK) có thể kết luận gì về bước sóng của tia hồng ngoại và tia tử ngoại?

Phương pháp giải

- Ta biết rằng bước sóng của ánh sáng trên quang phổ bảy màu giảm dần từ đỏ về tím và độ lệch khi truyền qua lăng kính tăng dần từ ánh sáng đỏ tới ánh sáng tím.

- Dựa vào tính chất trên của tia đỏ và tia tím rút ra nhận xét về:

+ Độ lệch của tia hồng ngoại và tia đỏ

+ Độ lệch của tia tử ngoại và tia tím

Hướng dẫn giải

Dựa vào thí nghiệm ở hình (27.1) SGK, ta nhận thấy:

- Tia hồng ngoại bị lệch ít hơn tia đỏ nên bước sóng của tia hồng ngoại lớn hơn bước sóng của ánh sáng đỏ.

- Còn tia tử ngoại bị lệch nhiều hơn tia tím nên bước sóng của tia tử ngoại nhỏ hơn bước sóng của ánh sáng tím.

Một cái phích tốt, chứa đầy nước sôi có phải là một nguồn hồng ngoại không? Một cái ấm trà chứa đầy nước sôi thì sao?

Phương pháp giải

- Phích tốt không thể là nguồn phát ra tia hồng ngoại ra không khí

- Ấm trà đầy có thể là nguồn phát tia hồng ngoại nếu chứa đầy nước sôi

Hướng dẫn giải

- Một cái phích tốt chứa đầy nước sôi thì bên trong phích nước có nhiệt độ 100°C.

- Tuy nhiên vỏ phích sẽ cách nhiệt hoàn toàn nên vỏ phích chỉ có nhiệt độ bằng nhiệt độ phòng, do đó phích phát ra bao nhiêu tia hồng ngoại thì đều bị vỏ phích hấp thụ, hay nói cách khác phích tốt không thể là nguồn phát ra tia hồng ngoại ra không khí trong phòng được.

- Một ấm trà chứa đầy nước sôi thì đây là nguồn hồng ngoại.

Dây tóc bóng đèn điện thường có nhiệt độ chừng 2200^oC. Tại sao ngồi trong buồng chiếu ánh sáng bằng đèn dây tóc, ta hoàn toàn không bị nguy hiểm vì tác dụng của tia tử ngoại?

Phương pháp giải

- Các tác dụng của tia tử ngoại:

+ Tác dụng mạnh lên kính ảnh
+ Làm ion hóa không khí
+ Kích thích sự phát quang của nhiều chất 
+ Gây ra một số phản ứng quang hóa, quang hợp
...

- Cấu tạo của bóng đèn dây tóc: bóng đèn thủy tinh hấp thụ mạnh tia tử ngoại

Hướng dẫn giải

- Dây tóc bóng đèn có nhiệt độ khoảng 2200^oC thì phát ra tia tử ngoại.

- Nhờ bóng đèn là thủy tinh hấp thụ mạnh tia tử ngoại, nên ta hoàn toàn không bị nguy hiểm vì tác dụng của tia tử ngoại.

Ánh sáng đèn hơi thủy ngân để chiếu sáng các đường phố có tác dụng diệt khuẩn không? Tại sao?

Phương pháp giải

- Các tác dụng của tia tử ngoại:

+ Tác dụng mạnh lên kính ảnh
+ Làm ion hóa không khí
+ Gây ra một số phản ứng quang hóa, quang hợp …
+ Có tác dụng sinh học
...

- Cấu tạo của đèn hơi thủy ngân: vỏ thủy tinh của đèn có chức năng hấp thụ tia tử ngoại.

Hướng dẫn giải

Đèn hơi thủy ngân để chiếu sáng các đường phố không có tác dụng diệt khuẩn vì đèn đặt trong vỏ thủy tinh nên hầu hết tia tử ngoại bị thủy tinh hấp thụ hết.

Chọn câu đúng.

Tia hồng ngoại có

A. bước sóng lớn hơn so với ánh sáng nhìn thấy.

B. bước sóng nhỏ hơn so với ánh sáng nhìn thấy.

C. bước sóng nhỏ hơn so với tia tử ngoại.

D. tần số lớn hơn so với tia tử ngoại.

Phương pháp giải

- Tia hồng ngoại ở ngoài vùng màu đỏ của quang phổ ánh sáng nhìn thấy

- Tia hồng ngoại có bước sóng lớn hơn bước sóng của ánh sáng đỏ

Hướng dẫn giải

- Tia hồng ngoại có bản chất là các bức xạ điện từ có bước sóng lớn hơn bước sóng ánh sáng đỏ và nhỏ hơn bước sóng của sóng vô tuyến. (0,76μm ≤ λ ≤ 1mm)

- Do vậy tia hồng ngoại ở ngoài vùng màu đỏ của quang phổ ánh sáng nhìn thấy nên tia hồng ngoại có bước sóng lớn hơn bước sóng của ánh sáng nhìn thấy

- Chọn đáp án A.

Chọn câu đúng.

Tia tử ngoại:

A. không có tác dụng nhiệt.

B. cũng có tác dụng nhiệt.

C. không làm đen phim ảnh.

D. làm đen phim ảnh, nhưng không làm đen mạnh bằng ánh sáng nhìn thấy.

Phương pháp giải

- Tia tử ngoại có đặc điểm:

+ Tác dụng mạnh lên kính ảnh

+ Ion hóa chất khí

+ Kích thích phát quang nhiều chất

+ Gây ra một số hiện tượng quang điện.

...

- Ngoài ra tia tử ngoại cũng có tác dụng nhiệt nhưng không rõ như tia hồng ngoại.

Hướng dẫn giải

- Tia tử ngoại cũng có tác dụng nhiệt

- Chọn đáp án B

Giả sử ta làm thí nghiệm Y – âng với hai khe cách nhau một khoảng a = 2mm, và màn quan sát cách hai khe D = 1,2m. Dịch chuyển một mối hàn của cặp nhiệt điện trên màn D theo một đường vuông góc với hai khe, thì thấy cứ sau 0,5mm thì kim điện kế lại lệch nhiều nhất. Tính bước sóng của bức xạ.

Phương pháp giải

- Khi kim điện kế bị lệch nhiều nhất thì tại đó là vân sáng

- Hai vân sáng liên tiếp cách nhau 1 khoảng vân i: i = 0,5mm

- Áp dụng công thức: λ = i.a/D để tính bước sóng bức xạ

Hướng dẫn giải

- Khi kim điện kế bị lệch nhiều nhất thì tại đó là vân sáng

- Cứ sau 0,5mm thì kim điện kế lại bị lệch nhiều nhất

⇒ khoảng vân i = 0,5mm

- Bước sóng của bức xạ:

 \(\lambda = \frac{{i.a}}{D} = \frac{{2.0,5}}{{{{1,2.10}^3}}} = {0,83.10^{ - 3}}(mm) = 0,83(\mu m)\)

Trong một thí nghiệm Y – âng, hai khe F₁, F₂ cách nhau một khoảng a = 0,8 mm, khe F được chiếu sáng bằng bức xạ tử ngoại, bước sóng 360nm. Một tấm giấy ảnh đặt song song với hai khe, cách chúng 1,2m. Hỏi sau khi tráng trên giấy hiện lên hình gì? Tính khoảng cách giữa hai vạch đen trên giấy.

Phương pháp giải

- Hình ảnh thu được: vạch đen là vân sáng, vạch trắng là vân tối.

- Khoảng cách giữa hai vạch đen

⇒ khoảng cách giữa hai vân sáng liên tiếp

⇒ bằng khoảng vân i

- Áp dụng công thức: i= λD/a để tính khoảng vân

Hướng dẫn giải

- Ta chụp được ảnh của hệ vân giao thoa, gồm:

+ Các vạch thẳng đen và trắng song song, xen kẽ và cách nhau đều đặn

+ Vạch đen ứng với vân sáng (do ánh sáng tử ngoại làm đen kính ảnh)

+ Khoảng cách giữa 2 vạch đen là khoảng vân i.

- Khoảng vân là:

 \(i = \frac{{\lambda D}}{a} = \frac{{{{360.10}^{ - 9}}.1,2}}{{{{0,8.10}^{ - 3}}}} = {0,54.10^{ - 3}}m = 0,54mm\)