PhyII Final by Nutt Chem#21

หนา 1

เอกสารประกอบการบรรยาย SC132 : วชาฟสกส 2 โชคดทกคน :D

เอกสารประกอบการบรรยายวชา SC132 (ฟสกส 2)

คลนแมเหลกไฟฟา

แสงและทศนปกรณ

ฟสกสอะตอม

ฟสกสนวเคลยร

สอนโดย นายรงสมนต เกษแกว

นกศกษาภาควชาเคม ป 2

ขอใหความส าเรจทออกมา = ความพยายามทนองใสเขาไป

หนา 2


Physics Map

บททเรยน

เนอหา

Elec

troma

gneti

c wa

ve

-สมการทงสของแมกซเวลล -กราฟและสมการการเคลอนทของ EMW -Pointing Vector -ความเขม ความดน และโมเมนตมของ EMW

Light

& Op

tics

-แสง การวเคราะหเฟส การสะทอน การหกเห การสะทอนกลบหมด การโพลาไรเซชน -การแทรกสอด สลตค ฟลมบาง วงแหวนนวตน การเลยวเบน สลตเดยว สลตค เกรตตง -กระจบเงาราบ กระจกโคง(เลนสนนและเลนสเวา) -เลนสบาง สมการชางท าเลนส ทศนศาสตรประยกต

Mod

ern

phys

ics

-สมมตฐานของพลงค โฟตอน ปรากฎการณโฟโตอเลกทรก -แบบจ าลองอะตอมของโบร คลนเดอบลอยล หลกความไมแนนอนของไฮเซนเบรก -กมมนตภาพรงส พลงงานในนวเคลยส -นวเคลยร ปฏกรยานวเคลยร -ท าแบบฝกหด+ขอสอบเกา

หนา 3


“กระบวนทาส าคญกวาอาวธ”

Maxwell’s Equations: สมการแมกซเวลลทง 4 ขอ

กฎของเกาส สนามไฟฟา คนเคยกนด ตงแตสอบ mid-term 55+

กฎของเกาส สนามแมเหลก

กฎของฟาราเดย

กฎของแอมแปร-แมกซเวลล

คลนแมเหลกไฟฟา : EMW

Electromagnetic Wave = การรวมกนของคลนไฟฟากบคลนแมเหลก (ตงฉากกน)

ตวแปรและสตร ความสมพนธ

หนา 4


Energy Carried by Electromagnetic Waves

-Pointing Vector

Momentum and Radiation Pressure

หนา 5


Light & Optic

แสง คออะไร ……………………………….……..…แดดรอนๆในตอนกลางวน มนคอแสงใชไหม? …………

อตราเรวของแสงในสญญากาศ มคาประมาณ 3 x 108 m/s ซงเราตองจ าใหได สญลกษณมนคอตว C

แสงกคอคลนชนดหนง ซงคลนนน จะมกฎอยดวยกนทงหมด 4 ขอ

1 สะทอน 2 หกเห 3 เลยวเบน 4 แทรกสอด

(หห.. ตายแนๆ F แนๆ 55555+ ลอเลน :P)

สมบตของแสง

สะทอน : แสงตกกระทบผวเรยบ ดงรป

ซงกฎการสะทอนมนบอกไววา.. “ มมตกกระทบ = มมสะทอน ”

Ex.จงหามมสะทอนของรงสทตกกระทบกระจกเงาทงสองอน โดยก าหนดใหกระจกทงสองบานท ามมกน 120๐ และแสงทตกกระทบนนท ามมกบกระจกบานแรก 35๐

หกเห : คอการทแสงเดนทางจากตวกลางหนงไปอกตวกลางหนง ซงทศทางของแสงจะเปลยนไป

กฎของสเนลล

โดย n คอ………………………………………….... บงคบ !!! นองๆตองจ าดรรชนหกเหของอากาศกบน าใหได………………………………………………

แทรกโจทย

หนา 6


ซงเราสามารถทจะเขยนสตรตอไปไดอก

แตอยางไรกตาม จากภาพขางลาง บอกอะไรเรา?

แทรก** การสะทอนกลบหมด แทรก** การโพลาไรซของแสง

-แสงสแดงซงมความยาวคลน 633 นาโนเมตร จะมความยาวคลนและอตราเรวเทาใดในแกวแทงหนง ซงมดรรชนหกเหเทากบ 1.5 โดยทใหคดเสยวาเปนแสงในอดมคต

-ล าแสงแคบๆล าหนงตกกระทบแทงแกวแทงหนง ซงมดรรชนหกเห = 1.5 แลวมมหกเหเปนครงหนงของมมตกกระทบ จงหามมตกกระทบนน

-แกวชนดหนงมดรรชนหกเหแสงเทากบ 1.5 จงค านวณหามมวกฤตส าหรบคตวกลางอากาศและแกวชนดน

-แสงโพลาไรซระนาบตกกระทบโพลารอยดแผนหนงในลกษณะทคาแอมพลจดสนามไฟฟามทศทางขนานกบแกนสงผานของโพลารอยดแผนนน ถาตองการใหอตราสวนของความเขมแสงสงผานตอความเขมแสงตกกระทบมคาเทากบ 0.5 และ 0.2 เราจะตองหมนโพลารอยดแผนนไปเปนมมเทาใด

-แสงไมโพลาไรซเคลอนทผานแผนวเคราะห 3 แผน โดยเรยงท ามมกน 40, 20, 40 องศา กบแกน y ตามล าดบ จงหารอยละของความเขมแสงทผานออกมาจากแผนอนสดทาย

หนา 7


ลกจรง ลกปรากฏ

จะกลาวถงกรณทเราจะมองวตถทอยในตวกลางหนงๆทไมใชอากาศ (ดรรชนหกเหไมเทากบ 1)

# แสงเดนทางจาก “วตถทอยในตวกลางท 1 เดนทางเขามาสตาทอยในตวกลางท 2”

ให ……… เปนระยะลกจรง และให ……… เปนระยะลกปรากฏ

มเงอนไข ตามกฎของสเนลล

จะแบงเปนสองกรณ คอมองเอยง กบมองตรง

-ขณะทนามก าลงยนอยในสระน าทบกประมาณ 1 เมตร ถามเหรยญทองจมอยใตสระตรงต าแหนงทเธอยนอย เธอจะเหนภาพของเหรยญลกลงไปเทาไหร

-เมอแสงผานจากวตถชนดหนงเขาสผวน า โดยมมมวกฤตเกดขนคอ 30 องศา แตถาใชวตถนนหนา 8 cm. วางทบกระดาษบางๆบนโตะ เมอมองตรงๆในแนวดงจะเหนกระดาษอยสงจากโตะเทาไร

-เทน าลงไปในถงซงมเหรยญวางไวอยกนถง เปนระยะสง 5 เซนตเมตร แลวเทน ามนเบนซนซงมดรรชนหกเห = 3/2 ตามลงไปอก 5 cm. โดยเกดการแยกชนกนขน ถาเรามองตรงๆลงไป จะเหนภาพสงหรอต ากวากนถงเปนระยะเทาใด ****

ลองท าขอ 3 ด

หนา 8


“การสะทอน+การกลบเฟส”

คลนเคลอนทจาก n มาก ไปยง n นอย จะไมกลบเฟส

การเลยวเบน เกดขนตอนทแสง…………………………………………………………………………………โดยชองเปดควรมคา…………… กบความยาวคลน

แบงเปน 4 สวน คอ การเลยวเบนของ… สลตเดยว , สลตค , ชองวงกลม , เกรตตง

Single Slit: พจารณาจากรปดานลาง บอกไดวาแสงจะมอนดบการเกดแถบสวาง-มด สลบกนไป

ไดสมการการเลยวเบนของสลตเดยวแถบสวางคอ

แทรก*ของแถบมด

หนา 9


Double slit: แถบสวางของสลตคเนองจากการแทรกสอด ไดดงน…

เปรยบเทยบจาก การแทรกสอด ส าหรบแถบสวางอนดบท n = 0 , 1 , 2 , …

การเลยวเบน ส าหรบแถบมดอนอบท m = 1 , 2 , 3 , …

Trick! ถาเราก าหนดใหแถบมดเปนอนดบท 1ของการเลยวเบน จะท าใหไปตรงกบแถบสวางแถบท m ของการแทรกสอด

จะไดความสมพนธคอ คอ

คอ

Circular Aperture: จากหวขอทแลว การเลยวเบนของชองเลกยาวเดยว ตามกฎของเรลย

เราสามารถหาความสมพนธของ 𝜃 𝑑 𝜆 ไดคอ θ𝑚𝑖𝑛 = 𝜆

𝑑 แตจรงๆแลวสตรจรงๆคอ

ซงตามปรกตอปกรณจะมชองเปนวงกลมวงหนง /// สมมตให มเสนผานศนยกลางคอ D และพบวามความสมพนธทตาง

ไปจากสมการขางตน คอ θ𝑚𝑖𝑛 = 1.22 𝜆

𝑑

แทรกโจทย :

Gratings: คอการเอาสลตคยอยๆๆๆๆๆๆ มาตอกน นนหมายถงเกรตตงจะมจ านวนชองเปน N ชอง ซงอาจจะมเปนพนชองเลยกได โดยให ระยะหางระหวางสลตคอ d ซงหาจาก ความกวางของเกรตตง/จ านวนชอง

เงอนไขการแทรกสอดของ Grating คอ

หนา 10


การแทรกสอด : Interferences

แบบเสรมกน A ของคลนลพธมคามากกวา A ของคลนยอย + =

แบบหกลางกน A ของคลนลพธมคานอยกวา A ของคลนยอย + =

คลนมเฟสตรงขามกน = มด

คลนมเฟสเหมอนกน = สวาง

เงอนไขการสอดแทรก เอย.. แทรกสอด

หนา 11


วเคราะห การสรางเงอนไขการแทรกสอด ความตางเฟสเกดไดจาก… [ ] ร.เรอหวใหญเรยกวาเดลตา (delta)

1.แหลงก าเนด : Keyword “อาพนธ” ความตางเฟส = 0

“มความตางเฟสเทากบ ....” ความตางเฟส = Pi

2.ระหวางทางของการเคลอนท(การสะทอน) : 2.1 ตรงดง (งาย = 0)

2.2 มการสะทอนระหวางทาง**(ยาก)

3.ความตางเฟสของระยะทางทตางกน **

คลนมความยาวคลน ....... เฟสเปลยนไป …….

ถาคลนมความยาวคลน ....... (pathdiff) เฟสจะเปลยนไป .......... พระเอก!

**ดงนน จบสามขอขางบนรวมกน (แบบเสรม) = 2𝑛𝜋 เมอ 𝑛 = ±0 ± 1 ± 2 …

(แบบหกลาง) = (2𝑚 + 1)𝜋 เมอ 𝑚 = ±0 ± 1 ± 2 …

ยายขาง จดรป

แต !! ใหสรปไปวา ถาเปนแหลงก าเนดอาพนธทไมเกดการสะทอน (ขอ 1 กบ ขอ 2 = 0)

ถาเปนแบบสวาง path diff จะมคาเปน 0𝜆 , 1𝜆 , 2𝜆 , … (หรอจะตดลบกได)

ถาเปนแถบมด path diff จะมคาเปน เลขเศษสวนของ 𝜆 (หรอจะตดลบกได)

หนา 12


แทรก! เผอออกสอบ การหาระยะหางระหวางจดทสนใจกบแถบกลาง (ระยะ y)

ถามมมานเลกมวกๆ ^^

Think !! ดชนหกเหของฟลมบาง(บางโคตรๆๆๆๆ) กบ ดชนหกเหของอากาศ อะไรมคามากกวากน ?

ฟลมบาง (ยาก)

แบงคด แสง1 V.S. แสง2 กบ แสง3 V.S. แสง4

สรางเงอนไขการแทรกสอด

1.จากแหลงก าเนด

2.การสะทอน

3.ความตางของระยะทาง

จบ 3 อนรวมแลว แลวเทากบ ? (เสรมกน) = 2npi จดรปสพ

(หกลางกน) = 2(m+1)pi จดรปสพ

ถาตวกลางหนงมดรรชนหกเหนอยกวาฟลม และอกตวกลางมดรรชนหกเหมากกวาฟลม เงอนไขขางบนใหสลบกน***

หนา 13


วงแหวนนวตน : เกดขนเมอฉายแสงผานวสดสองชน เมอมฟลมอากาศ(ของไหล) มาคนอยระหวางผวสมผสนน

วเคราะห!! เมอให n2 < n1 และ n3 ****

Delta S =

D Delta R =

Delta D =

ไดฟอรมน 𝜋 +4πd

∝=

2𝑛𝜋(2𝑚 + 1)𝜋

สวางมด

สรปใหละกน 2d

Ex. สมการวงแหวนนวตนของรปซายคอ

Ex. จดเพมเอง

หนา 14


-แสงความยาวคลน 580 nm ตกกระทบชองแคบเดยวทมความกวาง 0.300 mm ฉากอยหางเปนระยะทาง 2.00 m จากชองแคบ จงหาต าแหนงของแถบมดรวแรก และความกวางของแถบสวางกลาง

-เมอฉายแสงขาวลงบนสลตเดยว คาต าสดอนดบทหนงของแสงสแดงความยาวคลน 650 nm ปรากฏทมม 15 องศา

ก.จงหาความกวางสลต ข.จงหาความยาวคลนของแสงทมคาอนดบทหนงอยทมม 15 องศา ซอนกบคาต าสดอนดบทหนงของแสงสแดง

-ชองแคบคใหแถบการเลยวและการแทรกสอดของแสง 650 nm โดยแตละชองแคบกวาง 3.0 µm และอยหางกนเปนระยะทาง 18 µm จงแสดงวาท าไมแถบสวางกลางของการเลยวเบน จงประกอบดวยรวสวางของการแทรกสอด 11 รว

-แหลงก าเนดแสงแบบจดสองแหลง อยหางจากตาเปนระยะทาง 25 cm ก าหนดใหรมานตาเฉลยตอนกลางวนมเสนผานศนยกลางย 2 mm

ก.จงหามมแยกภาพเลกทสดของตามนษย ส าหรบความยาวคลน 500 nm

ข.แหลงก าเนดทงสองตองอยหางกนเทาไหรจงจะเรมมองเหนแยกเปนสองจด

-เกรตตงเลยวเบนกวาง 20 mm ม 6000 เสน เมอใชแสงความยาวคลน 589 nm จงค านวณ

ก.ระยะหางระหวางเสนบนเกรตตง ข.มมการเลยวเบนของคาสงสดทงหมดทปรากฏ

-จงค านวณมมการเลยวเบนของแสง 400 nm และ 700 nm ผานเกรตตงทม 10000 เสน / cm

ก.ส าหรบการเลยวเบนอนดบทหนง ข.ส าหรบการเลยวเบนอนดบทสอง

-เกรตตงทม 6600 เสน / cm จะเหนสเปกตรมตอเนองของแสงขาวปรากฏครบทงสเปกตรมกอนดบ (ไมนบอนดบตรงกลางทม มม = 0 องศา)

-จงหาจ านวนเสนตอเซนตเมตรของเกรตตงทใหมมการเลยวเบนอนดบทสามของแสงความยาวคลน 650 nm อยท 13.0 องศา

-แหลงก าเนดแสงแหลงหนงใหมมการเลยวเบนอนดบท 1 เปน 29.8,37.7,39.6 และ 48.9 เมอแสงผานเกรตตงทม 10000 เสน / cm จงหาความยาวคลนแสงทงสสนในหนวยของ nm

หนา 15


ทศนศาสตรอปกรณ

อปกรณของแสง เราจะกลาวถง กระจก เลนส สมการขางท าเลนส

1.กระจกเงาราบ : ภาพจรงเกดจาก………………………………………………………………

ภาพเสมอนเกดจาก…………………….…………และ……………………….

O คอ…………………………………………… I คอ ………………………………………….

P หรอ S คอ………………………………………. Q หรอ S’ คอ ……………………………………………………...

ภาพทเกดขนจะเปนภาพ………………โดยระยะภาพทวดจากกระจกเงาราบนนจะเทากบระยะของ…………เชนเดยวกน

และกยงมขนาดเทากนอกดวย โดยเราสามารถนยามก าลงขยาย ………… เปนอตราสวนขนาดภาพกบขนาดวตถ

ถามกระจกสองบานทท ามมกน θ /// จะมจ านวนภาพ ( n ) = 360

θ

2.กระจกโคง(วงกลม) เวา+นน

Mirror Equation = ซง ความยาวโฟกส =

วตถจด วตถมขนาด

หนา 16


กรณทเกดภาพโดยการหกเหทผวราบ : เนองจากเปนผวราบ รศมความโคงจงมคา R ∞

จงท าใหสมการขางตน เหลอแค

THIN LENSES <เลนสบาง>

การก าหนดเครองหมายของเลนส

หนา 17


ก าลงขยายกระจก

Malus’s Law

เราเรยกกฎทางซายวา กฎของมาลส

ความรสกคน.. เรวกวาแสงหลายลานเทา

หนา 18


Modern Physics

Part 1 : Atom & Paticle

สมมตฐานของพลงค : Planck’s Hypothesis

สมการพลงงานของการออสซลเลเตอร

E = hf เมอ h =

Unit of Energy: Joule & electron.Volt

กฎการกระจดของวนส

เมอ ....... คอความยาวคลนสงสด

และ ....... คออณหภมสมบรณทแผออกมา

ท านองเดยวกน..(แตละคนเพลง 555) กฎของสเตฟาน-โบลซมนซ

Ex.อลตราแมนมอณหภมทผวหนง 40 เคลวน จงหา

1) ความยาวคลนทมความเขมมากทสดทแผออกจากมาจากซปเปอรแมน

2) พลงงานทแผออกมาจากซปเปอรแมนใน 2 วนาท โดยประมาณมคาเทาไหร

หนา 19


Photoelectric effect : หมายถงปรากฏการณทคลนแมเหลกไฟฟาตกกระทบผวโลหะแลว e- ทผวโละนนหลดออกมา เรยก e- ทหลดวา โฟโตอเลกตรอน ซงจะเกดไดกตอเมอความถของคลนตกกระทบมคามากกวาความถขดเรมของโลหะ โดยไมวาจะมความเขมแสงเทาใดกตาม กจะไมท าใหเกดโฟโตอเลกตรอน เพราะวาพลงงานท อเลกตรอนไดรบมคานอยกวาพลงงานยดเหนยว (ฟงกชนงาน : work function)

ไอนสไตนมองแสงเปนอนภาค

Ex.พลงงานทใชตานอเลกตรอนทมพลงงานสงทสดจากหลอดทดลองโฟโตอเลกทรคมคา 0.4 eV เมอฉายแสงมวงความยาวคลน 400 นาโนเมตร ไปยงแผนโลหะทท าหนาทใหอเลกตรอน จงหา

1) ความถของแสงน 2) พลงงานของแสงน 3) คาฟงกชนงานของโลหะ 4) ความถขดเรม 5) ความยาวคลนขดเรม

6) ถาฉายแสงความยาวคลน 400 นาโนเมตร ไปยงแผนโลหะนน อเลกตรอนจะออกมาดวยความเรวสงสดเทาใด

หนา 20


The Wave Properties of Particles : LOUIS DE BROGLIE

เดอบอยล บอกวา วตถทมโมเมนตมจะมสมบตเปนคลนดวย โดยคลนของอนภาคเชน โฟตอน จะมความยาวคลนตามสมการ ดงตอไป

เรยกตวนวา ความยาวคลนของเดอบอยล

วตถขนาดใหญๆ จะมความยาวคลนสน เราจงไมเหนมนแสดงตวเปนคลน

วตถเลกๆ(มากๆ) เชน Electron มความยาวคลนสงมากพอทจะเหนมนเปนคลน (ทะเลเปนคลน ? 5555+)

Ex.จงค านวณหาความยาวคลนสสารของอนภาคตอไปน

1) อเลกตรอนในกลองจลทรรศนอเลกตรอนซงเคลอนทดวยความเรว 10000000 m/s

2) อเลกตรอนซงมพลงงานจลน 100 MeV (แนวคด ใช E = mC2 กบ สมการ E2 = P2C2 + E02 ชวย และหาแลมปดาได)

3) กอนหนมวล 50 กรม เคลอนทดวยอตราเรว 40 m/s

แบบจ าลองอะตอมของโบร

หนา 21


Bohr ไดเสนอสมมตฐานทงหมด 4 ขอ (จากการทดลอง) โดยแนวคดนใชไดแคเพยงไฮโดเจนเทานน

1. Electron เคลอนทเปนวงกลมรอบโปรตอนภายใตอ ทธพลของแรงระหวางประจ

2. Electron จะอยเฉพาะในวงโคจรพเศษซงจะไมมการสญเสยพลงงาน

3. ในวงโคจรพเศษดงกลาว โมเมนตมเชงมมถกควอนไตซ (quantized)

4. ถา Electron เปลยนวงโคจรจะดดกลน หรอคายโฟตอน 1 ตว

สมการทใชในการค านวณพลงงานของแตละระดบชน

ความถ...สตรยาวมวกๆ

Ex.อะตอมไฮโดรเจนอะตอมหนง อยในสถานะทมพลงงานยดเหนยว 0.85 eV ถาอะตอมนเปลยนไปอยในสถานะทม ระดบพลงงานสงกวาสถานะพนฐาน 10.2 eV จงหา

1) การเปลยนไปดงกลาวนเปนการเปลยนแปลงของอเลกตรอนของระดบพลงงานคใด

2) พลงงานของโฟตอนทสงออกมา

หลกความไมแนนอนของไฮเซนเบรก : เราไมสามารถทจะวดต าแหนงและโมเมนตมไดในเวลาเดยวกน

เรารแตวา ต าแหนง x โมเมนตม จะไมนอยกวา ......

Ex.อเลกตรอนมวล 9.1 x 10-31 กโลกรม เคลอนทมาดวยอตราเรว 2 x 106m/s มความไมแนนอนเกยวกบอตราเรว Δv เปน 0.2 x 106 m/s (ประมาณ 10% ของอตราเรว) ความไมแนนอนของต าแหนงของอเลกตรอนจะเปนเทาใด

Ex.รถยนตคนหนงมวล 1,000 กโลกรม เคลอนทมาดวยอตราเรว 1 m/s และมความไมแนนอนเกยวกบอตราเรว Δv เปน 0.1 m/s (ประมาณ 10% ของอตราเรว) จงหาความไมแนนอนของต าแหนงของรถยนตจะเปนเทาใด

หนา 22


Part 2 : Nuclear

ฟสกสนวเคลยร ศกษานวเคลยสทอยในอะตอม

โปรตอน :

นวตรอน : การเขยนสญลกษณนวเคลยร

ขนาด(Size) ………………………………….

- พลงงานยดเหนยวนวเคลยส(Nuclear Binding Energy)

เรยกวา Binding Energy of a Nucleuswhere

- การสลายตวของกมมนตรงส(Radioactive Decay)

การสลายตวของกมมนตรงส คอ การทนวเคลยสของธาตเปลยนไปเปนธาตอกชนดหนง โดยการปลดปลอยอนภาคพลงงานสงออกมา เพอใหนวเคลยสของธาตเสถยรขน “Half life”

- Decay constant (λ)

- Decay Rate (R)

- Half life (T1/2)

หนา 23


Ex.ถาครงชวตของการสลายตวของ 86Ra226 คอ 1.6 × 103 ป แลวจงหา

1) คาคงทของการสลายตว

2) ถาก าหนดใหแซมเปลน มนวเคลยส 86Ra226 จ านวน 3 × 1016 นวเคลยส ทเวลา 0 วนาท

แลวจงหาอตราการสลายตวในหนวยครท เวลาน

3) อตราการสลายตวหลงจากแซมเปลนมเวลาผานไป 2,000 ป

กมมนตรงส

1. การสลายตวแอลฟา (Alpha Decay) คอ การทนวเคลยสของธาตเปลยนไปเปนธาตอกชนดหนง

โดยการปลดปลอยอนภาคแอลฟาออกมา

2. การสลายตวเบตา (Beta Decay) คอ การทนวเคลยสของธาตเปลยนไปเปนธาตอกชนดหนง โดย

การปลดปลอยอเลกตรอน หรอโพสตรอนออกมา

การเขยนสมการการแตกตว : สมการนวเคลยร

ฟชชน

ฟวชน

หนา 24


จดเพมเตม Trick !

บางคนทอ.. แตนองอยาเปนทอจากเมองจนนะ .... ทอแท

PhyII Final by Nutt Chem#21

Education

Transcript of PhyII Final by Nutt Chem#21