I. Hiện tượng tán sắc

1. Thí nghiệm Newton

Ánh sáng trắng sau khi đi qua lăng kính thủy tinh bị tán sắc thành những ánh sáng đơn sắc có màu biến thiên  liên tục từ đỏ tới tím (quang phổ); ngược lại khi tổng hợp các ánh sáng đơn sắc lại thu được ánh sáng trắng.

2. Nguyên nhân

Chiết suất của chất làm lăng kính đối với mỗi ánh sáng đơn sắc khác nhau thì khác nhau.

II. Giao thoa ánh sáng

1. Thí nghiệm với khe Y-âng

* Hiệu đường đi

${D_2} - {D_1} = \frac{{ax}}{D}\left( {a = {S_1},{S_2}} \right)$

* Vị trí các vân:

*Vân sáng:

$x = k.\frac{{\lambda D}}{a}$

Với $k$ là bậc của vân sáng.

 *Vân tối:

$x = \left( {k + \frac{1}{2}} \right).\frac{{\lambda D}}{a}$

* Khoảngcách vân:

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

2. Xác định bước sóng ánh sáng$\lambda $

 Đo $i,$ ta tính được $\lambda $:

 $\lambda = \frac{{ia}}{D}$

II. Quang phổ

1. Quang phổ liên tục

Gồm những dải màu nằm liên tục, phát sinh do các vật rắn lỏng và khí có tỉ khối lớn bị nung nóng.

Quang phổ liên tục phụ thuộc nhiệt độ nguồn, không phụ thuộc thành phần cấu tạo của nguồn.

Ứng dụng: đo nhiệt độ cao (thép nóng chảy ...).

2. Quang phổ vạch phát xạ

Gồm những vạch màu riêng rẽ nằm trên nền tối, phát sinh do các khí hay hơi ở áp suất thấp bị kích thích phát sáng.

Mỗi nguyên tố hoá học ở trạng thái khí hay hơi nóng sáng dưới áp suất thấp cho một quang phổ vạch đặc trưng cho nguyên tố đó.

3. Quang phổ vạch hấp thụ

Nguồn S:Ánh sáng trắng để tạo quang phổ liên tục.

Đặt xen vào máy quang phổ đèn hơi Natri (Đ): trên nền quang phổ liên tục xuất hiện vạch tối ở đúng vị trí vạch vàng trong quang phổ vạch phát xạ của Natri. (Nhiệt độ của Đ phải thấp hơn nhiệt độ của nguồn S). Quang phổ hấp thụ cũng là đặc trưng cho nguyên tố hấp thụ.

Sự đảo vạch (đảo sắc): Mỗi nguyên tố chỉ hấp thụ những bức xạ nào mà nó có khả năng phát xạ (và ngược lại).

Ứng dụng: Phép phân tích quang phổ.

III. Các bức xạ không nhìn thấy

1. Tia hồng ngoại (IR)

Bức xạ điện từ không nhìn thấy được (hoặc: ở ngoài vùng khả kiến) có bước sóng$\lambda $ từ 0,76$\mu m$ đến vài milimet.

Bản chất : Sóng điện từ được phát ra từ mọi vật (cơ thể người phát tia IR có$\lambda = 9\mu m$). Có tác dụng nhiệt là chính, có thể được biến điệu như sóng điện từ cao tần, gây ra tác dụng hoá với phim ảnh, gây được hiện tượng quang điện trong.

Ứng dụng: Sấy khô các vật, chụp không ảnh, dùng trong thiết bị điều khiển từ xa, chụp ảnh ban đêm. . .

2. Tia tử ngoại (UV)

Bức xạ không nhìn thấy được có $\lambda $ từ 0,38$\mu m$ xuống cỡ $10^{9}$m .

Bản chất: Sóng điện từ do các vật có nhiệt độ rất cao hoặc đèn $Hg$ phát ra (ánh sáng Mặt Trời có 10% năng lượng UV). Thuỷ tinh, nước hấp thu mạnh tia UV, nhưng tia UV truyền được qua thạch anh. Tia UV có tác dụng lên phim ảnh, iôn hoá chất khí, làm phát quang một số vật chất, có tác dụng sinh học, gây ra hiện tượng quang điện ngoài....

Ứng dụng: Diệt vi khuẩn; chữa bệnh còi xương; dò tìm vết nứt trong bề mặt kim loại. . . .

3. Tia Rơn-ghen (tia X)

Sóng điện từ có bước sóng $\lambda $ rất ngắn (từ ${10^{ - 8}}m.$ đến ${10^{ - 11}}m.$). Trong ống Rơn- ghen, dưới điện trường mạnh, các ${e^ - }$ thu được động năng lớn tới đập vào đối catôt (AK) làm AK nóng lên. Khoảng 1% năng lượng của ${e^ - }$ biến thành năng lượng phôtôn tia X sinh ra.

Tính chất: Tác dụng lên phim ảnh; có tính đâm xuyên (hiệu điện thế U giữa 2 cực càng cao thì tia X có tính đâm xuyên càng mạnh); iôn hoá chất khí; làm phát quang một số vật chất ; huỷ diệt các tế bào và vi khuẩn.

Ứng dụng: Chụp ảnh xương, phổi.... tìm khuyết tật trong các vật đúc, diệt khuẩn, chữa một số bịnh ung thư nhẹ.

4. Thuyết điện từ về ánh sáng

Ánh sáng là sóng điện từ có bước sóng rất ngắn lan truyền trong không gian. Có sự liên hệ giữa tính chất quang và tính chất điện từ của một môi trường thông qua biểu thức của chiết suất:

$n = \frac{c}{v} = \sqrt {\varepsilon \mu } $

Với $\varepsilon $: hằng số điện môi, $\mu $: độ từ thẩm của môi trường.

IV. Lượng tử ánh sáng

1. Thí nghiệm Hec xơ

Chiếu ánh sáng giàu tia UV vào bản kẽm tích điện âm gắn vào tĩnh điện nghiệm. Tĩnh điện nghiệm cho thấy: sau một lúc, bản kẽm đã mất điện tích âm. Hiện tượng không xảy ra nếu trong ánh sáng tới không có tia UV, hoặc bản kẽm mang điện dương.

2. Thí nghiệm với tế bào quang điện                                

Làm thí nghiệm với ánh sáng cho được hiện tượng quang điện.

*Nếu $U > 0$ khi U tăng thì I tăng và đạt đến  trị bão hoà ${I_{bh}}$.

 * Nếu $U < 0,$ vẫn có dòng quang điện, ${I_{a}}$ chỉ triệt tiêu khi trị đại số của U nhỏ hơn

${U_h}$ $\left( {U < - {U_h}} \right).$

3. Các định luật quang điện

* Định luật 1

Hiện tượng quang điện chỉ xảy ra khi bước sóng $\lambda $của ánh sáng kích thích chiếu vào kim loại có bước sóng nhỏ hơn hoặc bằng bước sóng ${\lambda _O}$ được gọi là giới hạn  quang điện của kim loại đó: $\lambda \le {\lambda _O}$.

* Định luật 2

Đối với mỗi ánh sáng thích hợp (có $\lambda \le {\lambda _O}$), cường  độ dòng quang điện bão hoà tỉ lệ thuận với cường độ của chùm ánh sáng kích thích.

* Định luật 3

Động năng ban đầu cực đại của quang êlectrôn không phụ thuộc cường độ của chùm sáng kích thích mà chỉ phụ thuộc bước sóng của ánh sáng kích thích và bản chất của kim loại.

4. Thuyết lượng tử ánh sáng

a.Chùm ánh sáng  là một chùm các phôtôn (lượng tử ánh sáng). Mỗi phôtôn có

năng lượng xác định: $\varepsilon  = hf \Rightarrow \varepsilon  = \frac{{hc}}{\lambda }$

Với      $f$ tần số của sóng ánh sáng đơn sắc tương ứng.

$h$ hằng số Plăng; $h = 6,{625.10^{ - 34}}Js.$

Cường độ của chùm sáng tỉ lệ với số phôtôn phát ra trong một giây.

b. Phân tử, nguyên tử, êlectrôn. . . phát xạ hay hấp thụ ánh sáng, cũng có nghĩa là chúng phát xạ hay hấp thụ phôtôn.

c. Các phôtôn bay dọc theo tia sáng với tốc độ $c = {3.10^8}m/s.$ trong chân không.

$\varepsilon $ không đổi khi ánh sáng lan truyền.

* Phương trình Einstein (Anh-xtanh)

Chỉ xét các quang ${e^ - }$ có động năng ban đầu cực đại, ta có:

$hf = A + {W_{đ0\max }} = A + \frac{1}{2}mv_{0\max }^2$

$A:$ công thoát phải cung cấp cho êlectrôn để nó bứt rời ra khỏi mạng tinh thể và thoát ra khỏi bề mặt của kim loại.

 Ta còn có công thức:

${W_{đ0\max }} = \frac{1}{2}mv_{0\max }^2 = e.{U_h}$

5. Lưỡng tính sóng-hạt của ánh sáng

* Hiện tượng giao thoa, nhiễu xạ . . . $ \Rightarrow $ ánh sáng có bản chất sóng.

* Hiện tượng quang điện $ \Rightarrow $ ánh sáng có bản chất hạt.

Ánh sáng có lưỡng  tính sóng-hạt.

Sóng điện từ có bước sóng càng ngắn thì tính chất hạt càng rõ, tính chất sóng càng mờ.

6. Hiện tượng quang điện trong

a. Hiện tượng quang điện trong

Là hiện tượng tạo thành các êlectrôn dẫn và lỗ trống trong bán dẫn, do tác dụng  của ánh sáng có bước sóng thích hợp.

Các ${e^ - }$ bị bứt ra vẫn ở trong chất bán dẫn. Bước sóng của ánh sáng kích thích phải thoả điều kiện:

$\lambda  \le {\lambda _O}$ (giới hạn quang điện trong)

Giới hạn quang điện trong có độ lớn to hơn độ lớn của giới hạn quang điện ngoài.

b. Hiện tượng quang dẫn

Là hiện tượng giảm điện trở suất, tức là tăng độ dẫn điện của bán dẫn, khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào.

Ứng dụng: Làm quang điện trở (LDR). (1): lớp CdS mỏng; (2): đế cách điện

c. Pin quang điện

Thiết bị biến đổi trực tiếp quang năng thành điện năng, dựa trên hiện tượng quang điện trong của một số chất bán dẫn như đồng ôxit, sêlen. . .

Cấu tạo của pin quang điện:

(1): điện cực trong suốt; (2) bán dẫn loại p; (3): bán dẫn loại n; (4): điện cực.

7. Mẫu nguyên tử Bohr

* Tiên đề 1:

Nguyên tử chỉ tồn tại trong một số trạng thái có năng lượng xác định

${E_n}$, gọi là các trạng thái dừng. Khi ở trạng thái dừng, nguyên tử không bức xạ.

* Trạng thái dừng có năng lượng thấp nhất gọi là trạng thái cơ bản.

* Bán kính của các quỹ đạo dừng:

${r_n} = {n^2}{r_o}$ với ${r_o} = 5,{3.10^{ - 11}}m$ (bán kính $Bo$); $n:$ các số nguyên liên tiếp.

* Tiên đề 2:

Khi nguyên tử chuyển từ trạng thái dừng có năng lượng ${E_n}$ sang trạng thái có năng lượng ${E_m}$ nhỏ hơn thì nguyên tử phát ra một phôtôn có năng lượng:

$\varepsilon  = h{f_{mn}} = {E_m} - {E_n}$

Ngược lại, ở  trạng thái ${E_m}$nếu nguyên tử hấp thụ phôtôn có $\varepsilon  = {E_n} - {E_m}$ thì nguyên tử sẽ chuyển lên trạng thái ${E_n}$.

8. Quang phổ nguyên tử hiđrô

* Dãy Lai-man (tử ngoại):  ứng với dịch chuyển của nguyên tử từ các mức trên xuống mức $K$ (mức thấp nhất).

* Dãy Ban-me (khả kiến + UV): ứng với dịch chuyển của nguyên tử từ các mức trên xuống mức L (có ${H_\alpha },{H_\beta },{H_\gamma },{H_\delta }$).

* Dãy Pa-sen (hồng ngoại) : ứng với dịch chuyển của nguyên tử từ các mức trên xuống mức M.

9. Sự hấp thụ ánh sáng

Cường độ I của chùm sáng khi đi qua quãng d trong môi trường hấp thụ là:

$I = {I_o}.{e^{\alpha d}}$ ($\alpha $: hệ số hấp thụ của môi trường, I0: cường độ chùm ánh sáng tới).