(TIỂU LUẬN) báo cáo thí nghiệm PHÂN cực ÁNH SÁNG ĐỊNH LUẬT MALUS

Báo cáo thí nghiệm Hồng Đức Mạnh – 20206566 – PFIEV Tin học Công Nghiệp & TĐH 01 – K65 BÀI SỐ PHÂN CỰC ÁNH SÁNG ĐỊNH LUẬT MALUS I Mục đích thí nghiệm Khảo sát phân cực ánh sáng theo định lý Malus, dạng phân cực Nghiệm lại định luật Malus thực nghiệm II Cơ sở lý thuyết ĐỊNH LUẬT MALUS - Cho ánh sáng tự nhiên qua tuamalin có quang trục hợp với góc - Ta biết tinh thể tuamalin cho truyền qua ánh sáng có dao động véctơ điện trường phương với trục quang học giữ lại hịan tồn sóng ánh sáng có véctơ dao động điện trường vng góc với trục quang học Như ánh sáng qua tinh thể T véctơ cường độ điện trường theo phương khác có độ lớn khác Gíá trị cực đại theo phương trục quang học 001 - Ánh sáng khỏi Tuamalin T có vector cường độ điện trường phân bố không theo phương Ánh sáng gọi ánh sáng phân cực Đặc biệt vector cường độ điện trường có phương ta gọi ánh sáng phân cực thẳng hay phân cực phẳng - Theo thí nghiệm trên, giả sử ánh sáng phân cực phẳng khỏi T có vector cường độ điện trường E0 tạo với trục quang học T góc ∝ độ lớn vector cường độ điện trường khỏi T là: E=E0 coscos α - Mà cường độ sáng tỷ lệ với bình phương cường độ điện trường nên ta có hệ thức định luật Malus: I=I0α III Trình tự thực hành Bố trí thí nghiệm - Nguồn sáng trắng tự nhiên ( khơng phân cực ), chắn có lỗ hở, tuamalin luxmeter đặt đồng trục với giá đỡ Trình tự thí nghiệm - Bật nguồn sáng - Che chắn quang hệ để đảm bảo phần lớn ánh sáng chiếu vào luxmeter từ nguồn - Đặt cho quang trục tuamalin trùng (2 kim vị trí 0) Đọc giá trị hiển thị luxmeter, ghi lại vào bảng số liệu - Giữ nguyên vị trí tuamalin thứ 1, thay đổi quang trục tuamalin thứ độ lần Ở vị trí tuamalin thứ 2, ghi lại giá trị tương ứng luxmeter Lấy lại vị trí tuamalin thứ đọc kết ( vị trí làm lần ) Yêu cầu - Vẽ đồ thị phụ thuộc giá trị hiển thị luxmeter vào góc hợp quang trục hai tuamalin - Kiểm nghiệm lại định luật Malus Nhận xét IV Nội dung báo cáo: Bảng số liệu Đơn vị : mV ● Sai số lux meter : ±1 μA; ● Thước chia góc : ± 1° ● Khi bật đèn: Góc (độ) Xử lý số liệu Góc α (độ) I Lầ 10 10 10 98 15 93 20 88 25 81 30 77 35 66 40 61 45 52 50 43 55 60 65 70 75 80 85 90 Cường độ ánh sáng qua Tuamalin Ta có: I2 = I - Ichưa bật đèn → ¿ >∆ I 2=∆ I + ∆ I chưa bật đèn I =I −I chưa bật đèn = ∆ I +1 Mặt khác, ta có : d (cos ¿¿ α )=¿¿ 2.cos(α)dcos(α) = -sin(2α) dα => ∆(cos ¿¿ α)¿ = sin(2α) ∆α Trong , ∆(α) = Ta thu bảng số liệu sau góc α (o) 10 15 20 π 180 ≈ 0,02 (rad ) 35 29 22 13 3 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 ● Nhận xét: Định luật Malus nói rằng: Khi cho chùm tia sáng tự nhiên truyền qua hai tuamalin có quang trục hợp với góc α cường độ sáng nhận tỉ lệ với cos2α: I2 = I1cos2α Đồ thị đường hiệu chỉnh ( fit linear) có dạng tuyến tính mà cường độ sáng I tỉ lệ với cos2(a) , phù hợp với định lí malus Theo cơng thức malus, hệ số góc đường fit linear phải 89±1 đường tuyến tính phải qua gốc tọa độ, thực tế gần đúng, nguyên nhân sai số trình làm thí nghiệm ảnh hưởng ánh sáng từ bên Vàng Xanh lụcvàng Xanh lục Xanh lơ Xanh lơ tím Tím Áp dụng cơng thức tính Dm cho màu, ta có : |Gp −Gt| Dm = Gp−Gt = Dm - Với màu đỏ: Dm = ∆D = ∆ G p m +∆ G t = 0.05°+0.03° = 0.04 22 Dm =62.15±0.04 ∆ Dm ε Dm = Dm Tương tự ta có bảng số liệu: Tia sáng Đỏ Vàng 0.04 ° = 62.15 Xanh lục-vàng Xanh lục Xanh lơ Xanh lơ tím Tím Ta có: sin( D +A A m2 ) = n × sin( )  n=  n=  ∆ n n = ∆ D m ×cotan( D m +A (∆ Dm ∆ Atính theo radian) *Ta co bang sau: ∆ A )+ ×(cotan( A 2) - cotan( D m +A )) Tia sáng Đỏ Vàng Xanh lục-vàng Xanh lục Xanh lơ Xanh lơ tím Tím Với màu đỏ mạnh ta có: ∆ Dm ∆n n = ×cotan( π = 3000 × cotan ( 0,0007 Tương tự áp dụng để tính D Tia sáng Đỏ m ,∆ Dm , A ,∆ A, Vàng Xanh lục-vàng Xanh lục Xanh lơ Xanh lơ tím Tím Đặt x=1/ λ2 suy raΔx= Với màu đỏ mạnh ta có: Tương tự cho màu cịn lại ta có bảng Tia sáng Đỏ Vàng Xanh lục-vàng Xanh lục Xanh lơ Xanh lơ tím Tím n Đồ thị Y=A+B*X Parameter Value Error -A B Đồ thị thể phụ thuộc chiết suất lăng kính n vào 1/λ2 dạng hàm bậc nhất.Đối chiếu với công thức Cauchy-Rayleigh: n(λ)=n + a/λ2 ,ta thu 018 : n0 = 1.711 ± 0.018ε= 711 = 0.11% Vẽ đường cong định chuẩn lăng kính: Bảng số liệu: * Đèn Hg-Cd: Tia sáng Đỏ Vàng Xanh lục-vàng Xanh lục Xanh lơ Xanh lơ tím Tím  Đèn Na: Bảng: Giá trị G(λ) Lần G(λ) (μm) Bảng vẽ: Tia sáng Đỏ Vàng Xanh lục-vàng Xanh lục Xanh lơ Xanh lơ tím Tím 22.60 (G(λ)) ̅ Đồ thị Y = a + b*X + c*X^2 Parameter Value Error -a 11.48953 2.55303 b-16.18235 1.38101 c 57.21037 8.55413 Đặt y G x= λ = max G ta có : max −b =2a x=ε x=0.31× 0.7 ≈ 0.22 Vậy x =x ± ∆ x=0.70± 0.22(μm) = x ∆ y =ac−b 2 = 11.48953 ×57.21037−16.18235 ≈ 8.6 a4 × 11.48953 ε = ∆ y = ∆( ac−b 2 ) + ∆ a = a ∆ c+c ∆ a−2 b ∆ b + ∆ a yac−b aac−b a Thay số: ε ≈0.55 ∆ y =ε y= 0.55×8.6≈4.7 Vậy y = y ± ∆ y=8.6 ± 4.7(μm) Dựa vào đường cong tiến hành đo thực nghiệm G(λ) để ngoại suy bước sóng ánh sáng Với trường hợp Na, ta G(λ) = 21.9 ± 1.5 (cm) ngoại suy từ đồ thị ta có kết bước song vạch vàng Na vào cỡ 0.48 λ 0.92( λ=0.70±0.22 BÀI SỐ GIAO THOA MICHELSON II I Mục đích thí nghiệm Xác định bước sóng nguồn He-Ne thơng qua giao thoa kế Michelson Cơ sở lý thuyết a Mô cách bố trí thí nghiệm b Mơ hình giao thoa Một nửa ánh sáng từ M1 truyển qua chia chùm tới quan sát nửa ánh sáng từ M2 bị phản xạ lại chia chùm Bằng cách này, chùm tia sáng gốc bị chia tách phần tia tới lại gặp Chùm tia từ nguổn pha chúng tương quan Nguồn laser HeNe tạo chấm nhỏ, nên giao thoa khó quan sát Để làm cho lớn hơn, ta đưa thêm vào ống kính nguồn laser chia chùm Khi kính đặt nguồn laser chia chùm, tia sáng lan rộng Mơ hình giao thoa gồm vòng sáng tối xuất quan sát hình b Điều lan rộng chùm tia việc quan sát giao thoa dễ dàng Tuy nhiên, lan rộng đồng Nghĩa với việc có tia trung tâm nguồn truyền theo đường thẳng qua giao thoa kế Các tia cịn lại di chuyển với góc lệch phụ thuộc vào khoảng cách tia trung tâm Vì chùm tia sáng giao thoa bị chia tách từ chùm ban đầu, chúng pha Bằng cách di chuyển từ từ M2 khoảng cách đo dm, số lần vòng sáng phục hồi lại trạng thái ban đầu, bước sóng ánh sáng (λ) tính tốn sau: (*) Nếu bước sóng ánh sáng biết, ta thực tương tự để đo dm III Trình tự thí nghiệm Căn chỉnh laser giao thoa kế để mơ hình giao thoa vịng trịn nhìn thấy rõ quan sát Điều chỉnh nút vặn micrometer để tay nâng gần song song với cạnh giao thoa kế vị trí mối quan hệ việc vặn nút di chuyển gương hâu tuyến tính Vặn nút micrometer vòng ngược chiều kim đồng hồ tiếp tục vặn đến Che tờ giấy đen lên quan sát, đánh dấu điểm giấy hai vòng sáng Bạn thấy dễ dàng việc đến số vòng điểm đánh dấu hai vịng tình từ tâm Xoay nút micrometer thật chậm ngược chiều kim đồng hồ Đếm số vòng qua điểm đánh dấu Tiếp tục số lượng vòng mong đợi trước qua điểm đánh dấu bạn ( đếm 20 vòng) Khi đếm xong, vòng sáng nên vị trí với điểm đánh dấu bạn bắt đầu đếm Đo dm, khoảng cách mà gương di dộng di chuyển phía chia chùm sáng bạn vặn núm micrometer Đo m, số vòng sáng qua điểm đánh dấu Lặp lại bước lần cho lượt đo tổng cộng lần Xử lý kết thí nghiệm: Từ số liệu thu được, tính tốn bước sóng nguồn laser nhờ phương trình (*) Tìm giá trị trung bình λ so sánh với giá trị chấp nhận nguồn He-Ne, 632.8 nm Giá trị trung bình bạn giá trị chấp nhận có nằm khoảng sai số cho phép 10% hay không? IV Báo cáo Bảng số liệu Lần đo m(vân) m (μm ) Xử lý số liệu Lần đo i GTTB Ta có: Sai số dụng cụ: Δ d c =±0.5 (μm) Sai số ngẫu nhiên: Δ mnn=±1(vân) Δd =Δ d+ Δd c =0.48+0.5=0.98(μm ) Δd 98 ε d= d = =0.153125≈ 15 %  d=d± Δd =6.40 ± 0.98(μm), ε d=15 % Δm=Δ m+ Δ mnn=0+1=1(vân) Δm m = 20 =0.05=5%  m=m± Δm=20 ± (vân), ε m=5 % ε m= Ta có: λ= d ε m Tính λ: ε λ=2 εd + εm =35 % Tính λ: λ= d × 6.4 =0.64( μm) m = 20 Tính Δλ : Δλ=ελ × λ ≈ 0.22 ¿) Vậy λ=λ ± Δλ=0.64 ±0.22 ( μm) , ε λ=35% ... SỐ PHÂN CỰC ÁNH SÁNG ĐỊNH LUẬT MALUS I Mục đích thí nghiệm Khảo sát phân cực ánh sáng theo định lý Malus, dạng phân cực Nghiệm lại định luật Malus thực nghiệm II Cơ sở lý thuyết ĐỊNH LUẬT MALUS. .. 001 - Ánh sáng khỏi Tuamalin T có vector cường độ điện trường phân bố không theo phương Ánh sáng gọi ánh sáng phân cực Đặc biệt vector cường độ điện trường có phương ta gọi ánh sáng phân cực thẳng... số trình làm thí nghiệm ảnh hưởng ánh sáng từ bên ngồi Bài 2-3 : QUANG PHỔ LĂNG KÍNH I Mục đích thí nghiệm + Kiểm nghiệm thực nghiệm định luật Cauchy- Rayleigh + Vẽ đường cong định chuẩn G(λ)