tài liệu bài tập quang học đại cương

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ- TỔ VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG 🙞•🙜 TÀI LIỆU BÀI TẬP Học phần: HKII NĂM HỌC 2021 - 2022 Bản cập nhật LƯU HÀNH NỘI BỘ kubin23012017@gmail.com MỤC LỤC PHẦN I: QUANG HÌNH HỌC CHỦ ĐỀ 1: MẶT CẦU KHÚC XẠ - QUANG HỆ ĐỒNG TRỤC CHỦ ĐỀ 2: GƯƠNG (Luyện tập thêm) CHỦ ĐỀ 3: LĂNG KÍNH (Luyện tập thêm) CHỦ ĐỀ 4: THẤU KÍNH (Luyện tập thêm) PHẦN II: QUANG SĨNG CHƯƠNG I: GIAO THOA SĨNG 10 CHỦ ĐỀ 1: THÍ NGHIỆM KHE YOUNG 10 CHỦ ĐỀ 2: GIAO THOA VỚI GƯƠNG FRESNEL 17 CHỦ ĐỀ 3: GIAO THOA VỚI HAI BÁN THẤU KÍNH BILLET 19 CHỦ ĐỀ 4: GIAO THOA VỚI LƯỠNG LĂNG KÍNH FESNEL CHỦ ĐỀ 5: GIAO THOA VỚI BẢN MỎNG 20 22 CHỦ ĐỀ 6: GIAO THOA KẾ MICHELSON (Tham khảo thêm) 29 CHỦ ĐỀ 7: GIAO THOA KẾ PEROT – FABRY (Tham khảo thêm) 30 CHƯƠNG II: NHIỄU XẠ 32 CHỦ ĐỀ 1: NHIỄU XẠ FRESNEL QUA MỘT LỖ TRÒN – DĨA TRÒN 32 (Phương pháp Đới cầu Fresnel) 32 CHỦ ĐỀ 2: NHIỄU XẠ FRAUNHOFER - NHIỄU XẠ QUA MỘT KHE 36 CHỦ ĐỀ 3: NHIỄU XẠ FRAUNHOFER QUA HAI KHE – NHIỀU KHE HẸP 38 CHỦ ĐỀ 4: CÁCH TỬ NHIỄU XẠ 41 CHƯƠNG III: PHÂN CỰC ÁNH SÁNG 45 CHỦ ĐỀ 1: LUẬT MALUS VÀ ĐỘ PHÂN CỰC 45 CHỦ ĐỀ 2: PHÂN CỰC DO PHẢN XẠ 46 CHỦ ĐỀ 3: PHÂN CỰC DO KHÚC XẠ QUA MÔI TRƯỜNG DỊ HƯỚNG 47 CHỦ ĐỀ 4: PHÂN CỰC DO KHÚC XẠ QUA BẢN MỎNG DỊ HƯỚNG ĐẶC BIỆT 50 CHỦ ĐỀ 5: PHÂN CỰC QUAY 55 PHẦN III: QUANG LƯỢNG TỬ CHƯƠNG IV: BỨC XẠ NHIỆT 57 CHƯƠNG V: HIỆU ỨNG COMPTON-HIỆN TƯỢNG QUANG ĐIỆN 60 kubin23012017@gmail.com PHẦN I: QUANG HÌNH HỌC CHỦ ĐỀ 1: MẶT CẦU KHÚC XẠ - QUANG HỆ ĐỒNG TRỤC ❖ Tóm tắt lí thuyết A MẶT CẦU KHÚC XẠ Định nghĩa Mặt cầu khúc xạ hệ gồm hai mơi trường suốt có chiết suất n1, n2 ngăn cách phần mặt cầu khúc xạ tâm C, đỉnh O, góc mở θ, bán kính độ r, bán kính OC=R Cơng thức Qui ước: Chọn chiều (+) chiều truyền cùa tia sáng Đặt: vị trí vật, ảnh, tiêu cự vật, tiêu cự ảnh là: P1 = OA, P2 = OA ', a Tụ số mặt cầu khúc xạ: φ= OC = R, OF1 = f1 , OF2 = f2 n2 n1 n2 − n1 n n n − = = − 1= 1= P2 P1 R f1 f1 f2 Lưu ý: - Tụ số cho biết xu gần quang trục hay xa chùm tia khúc xạ - Đối với mặt cầu khúc xạ, ta có ảnh rõ tia tới gần trục n OF1 OF2 =− b Hệ thức liên hệ tiêu cự vật, ảnh: n2 Lưu ý: Dấu “-“ F1, F2 nằm bên mặt cầu khúc xạ c Công thức Newton: x.x’= f1 f2 với x = F1 A, x' = F2 A ' c Bất biến Lagrange – Hemiholtz: n1 y1 u1 = n2 y2 u2 Ý nghĩa: Trong hệ mặt cầu khúc xạ tích ba đại lượng n y u khơng đổi qua mơi trường nP d Độ phóng đại ảnh: k = kubin23012017@gmail.com n2 P Vẽ hình a Các tia đặc biệt : - Tia tới song song với trục chính, tia khúc xạ qua tiêu điểm ảnh F2 kubin23012017@gmail.com - Tia tới qua tiêu điểm vật F1 , tia khúc xạ song song với trục - Tia tới qua tâm C truyền thẳng b Dựng ảnh B QUANG HỆ ĐỒNG TRỤC Định nghĩa Là hệ thống nhiều môi trường suốt đồng chất ngăn cách mặt cầu hay mặt phẳng - Một quang hệ đồng trục đơn giản gồm mặt phẳng mặt cầu hay hai mặt cầu Công thức Gọi F1, F2 tiêu điểm vật, ảnh quang hệ đồng trục n,n’ chiết suất môi trường chứa tia tới (chứa vật), mơi trường ló (chứa ảnh) K,K’: hai điểm liên hợp P1, P2: mặt phẳng liên hợp, mặt phẳng vật, ảnh H1, H2 hai điểm vật, ảnh Tiêu cự vật, ảnh: H1F1 = f1 , H2 F2 = f2 Ghi chú: Một quang hệ đồng trục xác định biết điểm: H1, H2, F1 F2 với n, n’ chiết suất môi f2 H F n' trường vật, ảnh a Hệ thức tiêu cự: = =− f1 H1F2 b Công thức Newton: x.x’ = f 1.f2 HA = P, H ' A ' = P ' HF = f , H'F' = f ' FA = x, F ' A ' = x ' n kubin23012017@gmail.com c Công thức Decart tụ số: φ= n ' − n = −n = n ' P' nP ' P f f' n'P d Độ phóng đại ảnh: k = e Nếu chiết suất n=n’ ta có: f’=-f, xx’=-f2, k=P’/P Vẽ hình C GHÉP QUANG HỆ ĐỒNG TRỤC ✔ Hệ thống gồm quang hệ đồng trục (H1 H1’ F F1’) (H2 H2’ F F2’) nằm đồng trục, cách H ' H = d , F 'F = Δ 2 ✔ Chiết suất mơi trường tới, ló, môi trường quang hệ là: n, n’, N ✔ Hai quang hệ đồng trục tương đương với quang hệ đồng trục lớn xác định điểm (H H’ F F’) a Xác định tiêu cự hệ lớn F, F’ H F = f , H ' F ' = f ' , H F = f , H ' F ' = f ' , H ' H = d , F 'F = Δ 1 1 ⎧ Hệ lớn: ⎪ 2 2 2 f1 f2 f = HF = f 'f ' Δ ⎪ f'=H'F'=−12 ⎪H ⎩ Δ b Xác định điểm hệ lớn H, 2H’: = H1 H = kubin23012017@gmail.com f1d Δ ⎨ f 'd ⎪ =H'H'=− x c Tụ số hệ lớn: φ=− n = N φ=− ⎩⎪ N = n' φ= − n = H' Δ Hay n' φ=φ +φ − φφ 1 ⎧ f' f f' f = n d φ2 =HH= x H Δ ⎨ fd ' = H 'H ' = − = − x ⎩⎪ f1d ⎪ ⎪ f f H' n' φ N φ (d = Δ − f + f ') d d Vẽ hình (tham khảo Giáo trình thầy Trác – Tr 47) Δ N φ N d kubin23012017@gmail.com D THẤU KÍNH − Thấu kính mơi trường suốt có chiết suất n giới hạn mặt cầu khúc xạ − Thấu kính mỏng TH mặt cầu khúc xạ cách khoảng d nhỏ ❖ Thấu kính dày Thấu kính dày xem quang hệ đồng trục gồm hệ con, hệ mặt cầu khúc xạ H1, H’1 trùng với đỉnh O1 mặt cầu khúc xạ thứ H2 , H’2 trùng với đỉnh O2 mặt cầu khúc xạ thứ hai Tụ số hai hệ hệ lớn: φ= Với φ= d φ=φ +φ − φφ n '− N N−n R R1 = R N O1C1 , R2 = Nếu thấu kính đặt khơng khí: n=n’=1 thì: φ=(N-1)( R1 R2 d (N −1) − )+ N R1R2 Dùng công thức xác định điểm đặc biệt (H H’ F F’) hệ lớn ❖ Thấu kính mỏng: Ta có : d