Đang tải... (xem toàn văn)
THÍ NGHIỆM VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG 2 PHẦN CHUẨN BỊ BÀI 7 CÁCH TỬ 1 Mục đích Xác định số vạch (khe hẹp) n trên mỗi milimet (mm) chiều dài của cách tử truyền qua bằng cách dùng ánh sáng đã biết trước bước sóng.
THÍ NGHIỆM VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG PHẦN CHUẨN BỊ BÀI 7: CÁCH TỬ Mục đích Xác định số vạch (khe hẹp) n milimet (mm) chiều dài cách tử truyền qua cách dùng ánh sáng biết trước bước sóng Đo giá trị bước sóng ánh sáng vạch màu quang phổ đèn Thủy ngân Giới thiệu chung Bài thí nghiệm thực dựa lý thuyết tượng nhi ễu xạ ánh sáng qua khe cách tử nhiễu xạ giao thoa chùm tia nhi ễu xạ Thông qua sử dụng giác kế để xác định số vạch (khe h ẹp) n milimet (mm) chiều dài cách tử giá trị bước sóng ánh sáng v ạch màu b ất kì quang phổ đèn Thủy ngân Bài thí nghiệm bố trí với dụng cụ sau: Đèn thủy ngân Giác kế Cách tử nhiễu xạ An toàn thực thí nghiệm Trong q trình làm thí nghiệm, sinh viên không để ánh sáng từ đèn Hg chiếu thẳng vào mắt gây nguy hiểm Tóm tắt lý thuyết 4.1 Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng tượng tia sáng bị lệch khỏi phương truyền thẳng gần vật cản ánh sáng (Nguyễn Trần Trác, 2005, tr.144) Hiện tượng nhiễu xạ khơng thể giải thích quang hình h ọc, ch ỉ giải thích dựa lý thuyết sóng ánh sáng 4.2 Cách tử nhiễu xạ Cách tử nhiễu xạ dụng cụ quang học giống hệ th ống N khe hẹp giống hệt nhau, bề rộng a, cách nhau, khoảng cách khe liên tiếp l Cấu tạo cách tử nhiễu xạ tinh vi, milimet chi ều dài cách tử có nhiều khe (Lương Duyên Bình, 2007, tr.71) Mỗi cách tử nhiễu xạ có thơng số quan trọng nhà sản xuất ghi nhận số khe (n) đơn vị chiều dài cách tử ( phương vng góc với khe - thực tế dùng laser pointer để xác định ) Hình 7.1 Cách tử nhiễu xạ Chiếu tới cách tử chùm tia sáng song song tới cách tử Khi qua cách t chùm tia bị nhiễu xạ theo phương khác nhau, ta quan sát đ ược b ậc quang phổ khác qua cách tử Các bậc phân bố mặt phẳng vng góc với phương “chiều dài cách tử” Cách tử nhiễu xạ thực chất trường hợp nhiễu xạ sóng phẳng nhiều khe hẹp Hình 7.2 Minh họa tia nhiễu xạ tia tới qua cách tử Quang phổ cách tử gồm nhiều bậc quang phổ đối xứng qua vân sáng trung tâm Tại vân sáng trung tâm, vạch sáng có màu gi ống nh màu nguồn sáng chiếu tới Hai bên vân trung tâm quang phổ nhi ễu x bậc 1, 2, … Hình 7.3 Minh họa thực tế quang phổ vạch phát xạ đèn Thủy ngân Hình 7.4 Minh họa quang phổ quan sát đèn Hg qua cách tử (Đ: đỏ, V: vàng, T: Tím) Gọi io góc tới i góc nhiễu xạ ta có cơng thức xác định cực đại giao thoa thứ k (vân giao thoa N chùm tia nhiễu xạ): (Nguyễn Trần Trác, 2005, tr.204) sin i sin i0 k n (7.1) Nếu ta quay cách tử theo chiều định để thay đổi góc tới , ảnh nhiễu xạ vạch màu ta khảo sát di chuyển đến lúc dừng l ại đổi chiều di chuyển Vị trí dừng lại vị trí ứng với độ lệch cực ti ểu vạch màu Gọi Dm góc lệch cực tiểu, ta có: i i0 Dm D 2sin m k n (7.2) Chuẩn bị Nhiệm vụ học tập 1: Gọi Dm góc lệch cực tiểu, chứng minh: i i0 Dm D 2sin m k n Gọi i0 góc tới i góc nhiễu xạ, ta có cơng thức xác định cực đại giao thoa thứ k (giao thoa N chùm tia nhiễu xạ): sin i sin i0 k n 1 Ta có độ lệch D xác định: D i i0 dD di 1 di0 di0 Khi thay đổi giá trị i0 độ lệch D thay đổi, độ lệch cực tiểu Dm dD di di 1 1 di0 di0 di0 Lấy vi phân vế phương trình 1 ta được: cosidi cosi0 di0 di cosi0 1 di0 cosi Từ ta i i0 L cosi cosi0 i i0 N Suy Dm i i0 2i i Dm Xét độ lớn i i0 Thế vào phương trình Dm 1 ta sin i sin i0 k n 2sin i k n 2sin Dm kn Nhiệm vụ học tập 2: Sinh viên quan sát giác kế, kết hợp đọc tài liệu thí nghiệm giới thiệu giác kế hoàn thành yêu cầu học tập sau: Nêu tên công dụng phận đánh số từ đến hình 7.4 Xác định độ chia nhỏ vành chia độ Xác định tổng số vạch giá trị vạch du xích Đọc ghi giá trị góc đo ví dụ Hình 7.5 Nêu tên cơng dụng phận đánh số từ đến hình 7.4 Hình 7.4 Bố trí dụng cụ thí nghiệm STT Tên Đèn thủy ngân Công dụng Tạo nguồn sáng Cho quang phổ vạch phát xạ Hế thống quang phổ vạch với màu đỏ, vạch vàng, xanh chuối, lục đậm, lam, chàm, tím Dùng để tạo chùm tia song song tới cách tử Đầu ống khe sáng, bề rộng Ống chuẩn trực khe chỉnh Đầu thấu kính hội tụ, khe sáng nằm mặt phẳng tiêu thấu kính chùm tia sáng khỏi ống chuẩn trực chùm tia song song Phân tích chùm sáng tới thành vạch màu (dải quang phổ) Khi chiếu tới cách tử Cách tử chùm tia song song cho chùm tia nhi ễu xạ theo phương khác nhau; mắt trần nhìn vào cách tử quan sát quang Kính ngắm phổ cách tử Gồm có thị kính (thấu kính lõm) vật kính (thấu kính lồi); bên kính ngắm có dây chữ X Có núm điều chỉnh hệ vân rõ Vành chia độ nét Để xác định ví trí kính ngắm, có gắn du xích Xác định độ chia nhỏ vành chia độ Độ chia nhỏ vành chia độ chính: 1,50 hay 30’ Xác định tổng số vạch giá trị vạch du xích Tổng số vạch du xích 30 vạch, giá trị vạch du xích ’ Đọc ghi giá trị góc đo ví dụ Hình 7.5 Hình 7.5 Minh họa giá trị góc đo giác kế Giá trị góc đo hình 180015’ Nhiệm vụ học tập 3: Vẽ sơ đồ tạo ảnh chùm sáng phát từ đèn qua ống chuẩn trực quang hình học Nhiệm vụ học tập 4: Vẽ sơ đồ tạo ảnh chiếu chùm sáng song song tới kính ngắm quang hình học ... định tổng số vạch giá trị vạch du xích Tổng số vạch du xích 30 vạch, giá trị vạch du xích ’ Đọc ghi giá trị góc đo ví dụ Hình 7.5 Hình 7.5 Minh họa giá trị góc đo giác kế Giá trị góc đo hình 180015’... thành vạch màu (dải quang phổ) Khi chiếu tới cách tử Cách tử chùm tia song song cho chùm tia nhi ễu xạ theo phương khác nhau; mắt trần nhìn vào cách tử quan sát quang Kính ngắm phổ cách tử Gồm... nhận số khe (n) đơn vị chiều dài cách tử ( phương vng góc với khe - thực tế dùng laser pointer để xác định ) Hình 7.1 Cách tử nhiễu xạ Chiếu tới cách tử chùm tia sáng song song tới cách tử Khi