Tiểu Luận Giải mã những bí mật về ánh sáng

Mục lục 1

Lời nói đầu 3

Nội dung 6

I. Ánh sáng là gì? Vì sao có ánh sáng? 6

I.1 Ánh sáng 6

I.2 Một số đặc trưng quan trọng của ánh sáng 8

I.2.1 Tốc độ ánh sáng 8

I.2.2 Năng lượng, động lượng và khối lượng 14

I.2.3 Áp suất ánh sáng: 15

I.2.4 Các lý thuyết về ánh sáng: 17

I.3 Cuộc đấu tranh đưa đến kết luận bản chất “Lưỡng tính sóng - hạt của ánh sáng”: 20

II. Ánh sáng và thị giác – Đường truyền của ánh sáng trong các môi trường 36

II.1 Ánh sáng và thị giác 36

II.1.1 Ánh sáng đi từ mắt đến vật hay từ vật đến mắt? 37

II.1.2 Cơ chế của sự hình thành ảnh trong mắt là gì? 37

II.1.3 Hành trạng của các tia sáng 41

II.2 Nào ta cùng khám phá thế giới tươi đẹp này nhé! 54

II.2.1 Cầu vồng 54

II.2.2 Tại sao bầu trời lại xanh? 58

II.2.3 Tại sao núi lại xanh? 59

II.2.4 Hoàng hôn lộng lẫy 60

II.2.5 Lục quang tuyến 62

II.2.6 Hành tinh xanh và bọt trắng 64

II.2.7 Bản giao hưởng của các đám mây 65

II.2.8 Sét và cơn giận dữ của các thần 68

II.2.9 Một mặt trời bị dẹt và biến dạng 69

II.2.10 Mặt trời trên chân trời chỉ là ảo tượng 70

II.2.11 Vẻ đẹp lộng lẫy của quang cực 71

II.3 Tìm hiểu về “Áo tàng hình” 73

II.3.1 “Đánh lừa thị giác” khó hay dễ? 73

II.3.2 Áo tàng hình 75

II.3.3 Phương pháp mới chế tạo áo tàng hình 75

II.3.4 Hiện tượng khúc xạ âm??? 77

III. Con người chế ngự ánh sáng 82

III.1 Lửa - một kỉ nguyên mới 82

III.2 Ánh sáng nhân tạo 84

III.2.1 Nến không cháy trong các trạm quỹ đạo 84

III.2.2 Đèn dầu 86

III.2.3 Ánh sáng không bắt nguồn từ lửa 87

III.2.4 Ánh sáng phẳng của đèn neon 89

III.2.5 Ánh sáng nhân tạo đã tách chúng ta ra khỏi tự nhiên 91

III.2.6 LAZE 92

III.3 Vận chuyển thông tin bằng cáp quang 99

III.3.1 Phân loại 100

Phân loại Cáp quang: Gồm hai loại chính: 100

Multimode (đa mode) 100

III.4 Thế kỷ 21 - Thế kỷ của phôtôn 101

III.4.1 Những đặc tính của phôtôn: 102

III.4.2 Những khả năng không giới hạn: 103

III.5 PIN MẶT TRỜI 115

III.5.1 Cấu tạo và hoạt động của pin quang điện 115

III.5.2 Hiệu suất 116

III.5.3 Ứng dụng 117

Lời nói đầu

Vào mỗi sáng khi thức dậy, trước khi bước ra khỏi giường tôi thường có thói quen nhớ và sắp xếp lại những hoạt động sẽ phải thực hiện cho một ngày mới nhằm không bỏ sót bất cứ chi tiết nào: sắp xếp sách, vở cho tiết phương pháp nghiên cứu khoa học vào buổi sáng, chiều học thí nghiệm điện kĩ thuật nên cần phải mang theo tài liệu tham khảo luôn vì trưa nay sẽ không về nhà nữa mà ở lại trường để chiều học tiếp, tối nay lại đi dạy kèm nên cần về nhà sớm để tắm và ăn tối sau khi học thí nghiệm xong thay vì tụ tập với nhóm bạn thân ở căn tin của trường như thường lệ, Thế đấy, cái đầu bé nhỏ của tôi cứ phải thường xuyên tính toán những việc sẽ phải làm. Nhưng sau khi được đọc tác phẩm “Những con đường của ánh sáng” _ giải thưởng lớn MORON 2007 của tác giả Trịnh Xuân Thuận,(Phạm Văn Thiều – Ngô Vũ dịch), nhà xuất bản trẻ, xuất bản 2008, tôi tự đặt rồi cũng tự trả lời cho mình câu hỏi: Một ngày nào đó, nếu như trái đất thân yêu của chúng ta không còn nhận được bất cứ tia sáng nào từ Mặt Trời, thì chuyện gì sẽ xảy ra? Tất nhiên rồi, khi đó mọi dự định của tôi cũng như tất cả các bạn sẽ “đổ sông, đổ biển”, bởi một lẽ thật đơn giản, khi đó sự sống trên hành tinh này sẽ chẳng thể nào tồn tại nữa.

Có thể khẳng định chắc nịch rằng: “Ánh sáng là nguồn gốc của sự sống. Dù là tự nhiên hay nhân tạo, ánh sáng cho phép chúng ta không chỉ ngắm nhìn thế giới, mà còn tương tác với thế giới và tiến hóa trong thế giới. Nó không chỉ ban cho chúng ta nhìn thấy, mà còn ban cho chúng ta tư duy nữa. Từ những thời rất xa xưa cho tới ngày nay, ánh sáng luôn mê hoặc trí tuệ con người, dù đó là nhà khoa học, triết gia, nghệ sĩ hay tu sĩ, ” (trích “Những con đường của ánh ánh sáng”).

Do đó cũng chẳng có gì là khó hiểu khi tất cả các thành viên trong nhóm tiểu luận của tôi đều đồng ý chọn đề tài nghiên cứu vế “Ánh sáng”. Và chúng tôi tin chắc rằng đề tài này cũng sẽ gây được sự tò mò, say mê đối với những người yêu tìm hiểu về ánh sáng, đặc biệt là các bạn sinh viên chuyên ngành Vật Lí.

Những tài liệu nghiên cứu về ánh sáng hiện nay trên các phương tiện thông tin đại chúng có rất nhiều, tuy nhiên không phải ai trong bất cứ sinh viên sư phạm Vật lí nào trong chúng ta đều hiểu hết về bản chất, nguồn gốc, đường truyền của tia sáng khi qua các môi trường - là phần kiến thức quan trọng trong chương trình Vật Lí THPT. Vì thế, bài tiểu luận này như một bài tổng hợp kiến thức về các thuộc tính cơ bản của Ánh sáng; giúp bạn tra cứu thông tin về ánh sáng một cách nhanh nhất.

Bài tiểu luận này được phân ra 4 phần chính:

Phần đầu tiên bắt đầu với những giới thiệu tổng quát về ánh sáng: khái niệm, nguồn gốc, một số đại lượng liên quan đến ánh sáng, từ đó người đọc sẽ có cái nhìn tổng quát nhất về người bạn tốt của chúng ta.

Trên con đường tìm hiểu ánh sáng ấy, đã xuất hiện hai trường phái quan điểm về bản chất của ánh sáng trái ngược nhau. Phần một kết thúc bằng việc tập trung xoay quanh cuộc tranh luận của các nhà bác học về vấn đề này: liệu rằng ánh sáng là hạt, như Newton quả quyết, hay là sóng, như Huyghens, Young và Fresnel khẳng định. Vào thế kỉ XVIII, Young đã chứng minh rằng sự thêm ánh sáng vào ánh sáng có thể dẫn đến bóng tối, điều này chỉ có thể giải thích được nếu ánh sáng có bản chất sóng. Thế nhưng vào thế kỉ thứ XX, Einstein, để giải thích “hiệu ứng quang điện” đã đưa trở lại quan niệm ánh sáng là hạt, nhưng gán cho các hạt này một “lượng tử năng lượng”, ý tưởng được Planck đưa ra trước đó. Vậy ánh sáng là sóng hay hạt. Muốn biết, chúng ta hãy cùng gia nhập các cuộc tranh luận căng thẳng ấy nhé!

Bạn sẽ trả lời thế nào nếu như một học trò của bạn (hay bất kì ai) hỏi bạn rằng: “Tại sao bầu trời lại xanh nhưng mây thì lại màu trắng? Cầu vồng là gì và khi nào thì ta có thể quan sát được nó rõ nhất?, ”. Phần hai trong cuốn tiểu luận sẽ giúp bạn trả lời câu hỏi đó.

Bằng lao động, con người đã, đang, và sẽ chinh phục thiên nhiên tươi đẹp này. Từ việc phát hiện ra, rồi khám phá và bây giờ chúng ta đã chinh phục được ánh sáng. Trong phần ba, chúng tôi cũng sẽ cố gắng giới thiệu với bạn đọc một vài phát minh của con người, bắt đầu bằng công cuộc chinh phục lửa, sau đó đề cập đến ánh sáng nhân tạo và cuối cùng là bóng điện và đèn huỳnh quang. Tiếp theo là sơ lược về phát minh ra Lazer, đứa con của cơ học lượng tử; kết quả của việc “khuyếch đại” ánh sáng nhìn thấy được với vô số những ứng dụng khoa học bắt nguồn từ nó; và việc con người sử dụng ánh sáng để vận chuyển thông tin và kết nối nhân loại.

Dựa trên việc tìm kiếm những tư liệu có liên quan về ánh sáng trên internet, sách, báo (đặc biệt là hai cuốn sách : “Những con đường của ánh sáng” - tập I và II), vô tuyến truyền hình và truyền thanh; cũng như sự cố gằng tìm tòi, phân tích, tổng hợp của tất cả các thành viên trong nhóm, chúng tôi hi vọng sẽ tạo ra được sản phẩm nghiên cứu khoa học mang tên “GIẢI MÃ NHỮNG BÍ MẬT VẾ ÁNH SÁNG” thật sự hay và bổ ích cho bạn đọc.


_________________________________________

Tài liệu tham khảo

Lương Duyên Bình, Dư Trí Công, Nguyễn Hữu Hồ,Vật lí đại cương – Tập2, NxB Giáo dục, TP. HCM, tr. 336.

Ts. Nguyễn Trần Trác, Diệp Ngọc Anh (2005), Quang học, ĐHQG, TPHCM, Chương VII, tr.377.

Th.s Nguyễn Thị Thiếp (2004), Lịch sử vật lí, ĐHSP TPHCM, Chương V, VI, VII.

David Halliday, Robert Resnick, JearlWalker, Cơ sở vật lí – TậpV, NXB Giáo dục,TP HCM, Chương 38.

Trịnh Xuân Thuận (Phạm Văn Thiều – Ngô Vũ dịch) (2008), Những con đường của ánh sáng - Vật lí siêu hình học của ánh sáng và bóng tối, NXB trẻ,TP HCM, chương1,2,3 (tr.16-180), chương 5,6 (tr.80-120,130-140).