Sự phân cực
Đã giới thiệu| English | Ý nghĩa |
|---|---|
| polarisation/ˌpəʊləraɪˈzeɪʃn/ | phân cực |
| transverse/trænsˈvɜːs/ | sóng ngang |
| polarising filter/ˈpəʊləraɪzɪŋ ˈfɪltə/ | tấm lọc phân cực |
| transmission axis/trænˈsmɪʃn ˈæksɪs/ | trục truyền |
| longitudinal/ˌlɒŋɡɪˈtjuːdɪnl/ | sóng dọc |
| unpolarised/ʌnˈpəʊləraɪzd/ | không phân cực |
| Malus's law/ˈmæləsɪz lɔː/ | định luật Malus |
| intensity/ɪnˈtensɪti/ | cường độ |
Kính râm cắt chói
- Kính râm phân cực chặn ánh sáng chói phản chiếu từ mặt nước và đường nhựa.
- Xoay chúng và độ sáng thay đổi — mặc dù khung cảnh thì không.
- Chúng hoạt động bằng cách cho phép ánh sáng truyền qua chỉ trong một mặt phẳng duy nhất.
Phòng thí nghiệm cường độ phân cực
cường độ thay đổi theo góc của bộ lọc phân cực
Xoay bộ lọc phân cực và xem tại sao chỉ có sóng ngang mới có thể bị phân cực.
Phân cực là gì
- Phân cực có nghĩa là khiến một sóng ngang dao động trong một mặt phẳng duy nhất.
- Bộ lọc phân cực truyền phần sóng song song với trục truyền của nó và chặn phần còn lại.
Phân cực một sóng ngang có nghĩa là khiến nó dao động:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Bộ lọc phân cực chỉ cho phép các dao động trùng với trục của nó đi qua, giữ cho sóng ở một mặt phẳng duy nhất.
Chỉ có sóng ngang
- Sóng ngang có nhiều mặt phẳng để lựa chọn, vì vậy nó có thể bị phân cực.
- Sóng dọc (âm thanh) dao động dọc theo hướng truyền — không có mặt phẳng nào khác, nên nó không thể bị phân cực.
- Vì vậy: nếu một sóng có thể bị phân cực, thì nó chắc chắn là sóng ngang.
Sóng không phân cực dao động trong nhiều mặt phẳng; sóng phân cực dao động trong một mặt phẳng
Sóng âm có thể bị phân cực.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Không — âm thanh là sóng dọc (nó dao động dọc theo hướng truyền), nên không có mặt phẳng nào khác để chọn lọc.
Nếu một sóng có thể bị phân cực, nó phải là ____.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Chỉ có sóng ngang có hướng dao động vuông góc với hướng truyền, nên chỉ chúng mới có thể bị phân cực.
Âm thanh không thể bị phân cực vì nó là sóng ____.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Phân cực giới hạn dao động trong một mặt phẳng, và một sóng dọc đã chỉ dao động dọc theo một đường thẳng duy nhất, đó là hướng truyền. Không còn gì để giới hạn nữa.
Câu hỏi thi cho "tại sao không phải âm thanh?"
- Hai điểm, hai ý: âm thanh là sóng dọc, nên các dao động của nó song song với hướng truyền năng lượng.
- Chỉ có một hướng dao động có thể xảy ra, nên không có mặt phẳng nào để bộ lọc chọn lọc.
- Ánh sáng là sóng ngang, nên các dao động của nó có thể nằm ở bất kỳ mặt phẳng nào vuông góc với hướng truyền — bộ lọc có thể chọn ra một mặt phẳng.
Gắn mỗi loại sóng với khả năng bị phân cực của nó.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Phân cực giới hạn dao động trong một mặt phẳng, và một sóng dọc đã chỉ dao động dọc theo một đường thẳng. Chỉ có sóng ngang mới có thể bị phân cực.
Định luật Malus
- Đi qua bộ lọc ở góc $\theta$ so với phương phân cực: $I = I_0\cos^{2}\theta$.
- $\theta = 0^{\circ}$: toàn bộ truyền qua. $\theta = 90^{\circ}$: toàn bộ bị chặn.
Các bộ lọc chéo nhau (a) chặn ánh sáng; các bộ lọc song song (b) cho ánh sáng đi qua
Ánh sáng phân cực có cường độ $100\ \dfrac{\text{W}}{\text{m}^2}$ gặp một bộ lọc ở góc $60^{\circ}$ so với mặt phẳng của nó. Cường độ truyền qua là bao nhiêu?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$I = I_0\cos^{2}\theta = 100 \times \cos^{2}60^{\circ} = 100 \times 0.25 = 25\ \dfrac{\text{W}}{\text{m}^2}$.
Ví dụ tính toán: một bộ lọc
- Ánh sáng phân cực có cường độ $I_0$ gặp một bộ lọc ở góc $\theta = 60^{\circ}$.
- $I = I_0\cos^{2}60^{\circ} = I_0 \times (0.5)^{2} = \dfrac{I_0}{4}$.
- Biên độ: cường độ tỷ lệ với bình phương biên độ, nên tỷ số biên độ là căn bậc hai: $\dfrac{A}{A_0} = \cos 60^{\circ} = 0.50$.
- Hai bộ lọc chéo nhau ($90^{\circ}$) không truyền qua bất kỳ ánh sáng nào.
Hai bộ lọc phân cực được đặt vuông góc nhau tại $90^{\circ}$. Bao nhiêu ánh sáng truyền qua?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
$I = I_0\cos^{2}90^{\circ} = 0$ — các bộ lọc vuông góc chặn hoàn toàn ánh sáng.
Ánh sáng phân cực truyền qua một bộ lọc có trục nằm ở $60^{\circ}$ so với mặt phẳng phân cực của nó. Tỷ số giữa biên độ truyền qua và biên độ tới là bao nhiêu?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$\dfrac{I}{I_0} = \cos^{2}60^{\circ} = 0.25$, và $I \propto A^{2}$, nên $\dfrac{A}{A_0} = \sqrt{0.25} = \cos 60^{\circ} = 0.50$.
Ánh sáng phân cực có cường độ 80 W/m^2 chiếu vào bộ lọc tạo thành góc 60 so với mặt phẳng phân cực. Cường độ ánh sáng truyền qua là bao nhiêu, tính bằng W/m^2?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Định luật Malus: I = I0 cos^2(theta) = 80 x 0.25 = 20 W/m^2. Việc bình phương hàm cosin là bước quan trọng mà nhiều người hay bỏ sót, nếu bỏ qua bước này sẽ thu được kết quả 40.
Một bộ lọc thứ ba ở giữa
- Hai bộ lọc chéo nhau chặn hoàn toàn ánh sáng. Chèn thêm một bộ lọc thứ ba vào giữa ở vị trí $45^{\circ}$ và ánh sáng sẽ truyền qua trở lại.
- Bộ lọc ở giữa truyền $\cos^{2}45^{\circ} = \dfrac{1}{2}$ của ánh sáng và xoay phương của nó về $45^{\circ}$.
- Bộ lọc cuối cùng lúc này chỉ cách phương mới đó một góc $45^{\circ}$, nên nó truyền thêm một nửa.
- Mỗi bộ lọc tác động lên ánh sáng khi nó đến, chứ không phải lên chùm ban đầu.
Ánh sáng không phân cực gặp hai bộ lọc vuông góc. Những phát biểu nào đúng? Chọn tất cả các đáp án phù hợp.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Mỗi bộ lọc sẽ phân cực lại theo trục riêng của nó, do đó mỗi góc tiếp theo đều được đo từ bộ lọc trước đó, đây chính là lý do tại sao một bộ lọc thứ ba có thể thêm ánh sáng thay vì loại bỏ nó.
Ví dụ tính toán: ba bộ lọc
Ánh sáng không phân cực có cường độ $I_0$ đi qua ba bộ lọc: cái đầu tiên có trục dọc, cái thứ hai ở góc $45^{\circ}$, cái thứ ba nằm ngang. Tìm cường độ cuối cùng.
- Bộ lọc đầu tiên: ánh sáng không phân cực chứa đầy đủ các mặt phẳng như nhau, nên một bộ lọc đơn lẻ chỉ truyền được nửa: $\dfrac{I_0}{2}$, giờ đã phân cực theo chiều dọc.
- Bộ lọc thứ hai ở góc $45^{\circ}$ so với chiều dọc: $\dfrac{I_0}{2}\cos^{2}45^{\circ} = \dfrac{I_0}{4}$, giờ phân cực ở góc $45^{\circ}$.
- Bộ lọc thứ ba ở góc $45^{\circ}$ so với phương trước đó: $\dfrac{I_0}{4}\cos^{2}45^{\circ} = \dfrac{I_0}{8}$.
- Kiểm tra: bỏ bộ lọc ở giữa đi, bộ lọc đầu và cuối sẽ chéo nhau — $\cos^{2}90^{\circ} = 0$, không ánh sáng nào truyền qua. Việc thêm vào một bộ lọc lại tăng cường độ ánh sáng; đây chính là điều bất ngờ mà người ra đề muốn kiểm tra.
Ánh sáng phân cực theo phương đứng có cường độ $I_0$ truyền qua một bộ lọc đặt ở $45^{\circ}$ và sau đó là một bộ lọc nằm ngang. Phân số của $I_0$ truyền ra ngoài là bao nhiêu?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Sau bộ lọc $45^{\circ}$: thu được $I_0\cos^{2}45^{\circ} = \dfrac{I_0}{2}$, lúc này ánh sáng đã phân cực theo $45^{\circ}$. Bộ lọc nằm ngang tạo với nó một góc $45^{\circ}$: kết quả là $\dfrac{I_0}{2} \times \dfrac{1}{2} = \dfrac{I_0}{4}$.
Khi hai bộ lọc vuông góc chặn hoàn toàn ánh sáng, việc chèn thêm một bộ lọc thứ ba ở góc 45 độ giữa chúng sẽ cho phép một phần ánh sáng truyền qua.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Mỗi bộ lọc phân cực lại theo trục riêng của nó, nên góc cho bộ lọc tiếp theo được đo TỪ ĐÓ, chứ không phải từ mặt phẳng ban đầu. Việc thêm một bộ lọc có thể làm tăng lượng ánh sáng truyền qua.
$\theta$ là góc giữa mặt phẳng phân cực của ánh sáng và trục truyền của bộ lọc — không phải góc bạn đã quay bộ lọc đi, trừ khi nó bắt đầu ở vị trí trùng khớp. Quay bộ lọc một vòng full $360^{\circ}$ sẽ tạo ra hai cực đại và hai cực tiểu. Và ánh sáng không phân cực đi qua một bộ lọc luôn ra với cường độ bằng một nửa, bất kể góc của bộ lọc.
Ánh sáng không phân cực truyền qua một bộ lọc phân cực duy nhất. Xoay bộ lọc sẽ làm thay đổi cường độ ánh sáng truyền ra.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Ánh sáng không phân cực có mọi mặt phẳng như nhau, nên một bộ lọc luôn truyền qua một nửa ánh sáng — góc quay không ảnh hưởng gì. Định luật Malus chỉ áp dụng cho ánh sáng đã được phân cực sẵn.
Bạn đã nắm vững
- phân cực = dao động trong một mặt phẳng; chỉ có sóng ngang mới làm được (âm thanh không thể: dao động của nó song song với sự truyền năng lượng)
- Định luật Malus: $I = I_0\cos^{2}\theta$; tỷ lệ biên độ $= \cos\theta$; bộ lọc chéo chặn hoàn toàn ánh sáng
- các bộ lọc tác động lần lượt lên ánh sáng khi nó đến — một bộ lọc ở giữa có thể giúp ánh sáng xuyên qua hai bộ lọc chéo nhau