BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN QUANG HKII 2021 2022 BÀI 6 KHẢO SÁT HIỆN TƯỢNG GIAO THOA HỆ VÂN TRÒN NEWTON Hiện diện Điểm 1 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM Biết sử dụng các dụng cụ kính hiển vi đo lường, bộ thấu kính ph.
BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN - QUANG HKII 2021 - 2022 BÀI 6: KHẢO SÁT HIỆN TƯỢNG GIAO THOA HỆ VÂN TRỊN NEWTON Hiện diện Điểm MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM Biết sử dụng dụng cụ: kính hiển vi đo lường, thấu kính phẳng-lồi tạo nêm khơng khí, gương bán mạ phản xạ-truyền qua, nguồn sáng đơn sắc để quan sát tượng giao thoa cho vân tròn Newton ứng với ánh sáng đơn sắc khác Vận dụng kết đo để xác định bước sóng ánh sáng đơn sắc sai số phép đo BỐ TRÍ, DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM 2.1 Bố trí thí nghiệm Đo bước sóng ánh sáng LED đỏ: BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN - QUANG Đo bước sóng ánh sáng LED lục: Đo bước sóng ánh sáng LED xanh dương: 2.2 Dụng cụ thí nghiệm Bộ dụng cụ thí nghiệm vân trịn Newton HKII 2021 - 2022 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN - QUANG STT Tên dụng cụ Giá cặp vật bàn đặt mẫu Núm vặn Núm xoay Kính hiển vi đo lường Đèn chiếu ánh sáng đơn sắc (đỏ lục lam) Gương bán mạ G HKII 2021 - 2022 Công dụng Nơi để đặt hệ thấu kính phẳng lồi cần quan sát, giữ cố định dụng cụ tạo vân Dùng để nâng dàn hạ thấp ống ngắm lên xuống theo phương thẳng đứng để nhìn thấy hệ vân trịn rõ nét Dùng để dịch chuyển ngang ống kính để giao điểm X vạch chữ thập trắc vi thị kính trùng với tâm hệ vân 0÷50mm trịn Newton, có thước trắc vi ( , độ xác 0,01mm) Dùng để quan sát hệ vân trịn Newton thơng qua việc nhìn vào ống ngắm Phát ánh sáng đơn sắc để tạo vân trịn Newton từ đo bước sóng ánh sáng Để tạo ánh sáng chiếu thẳng góc lên hệ thấu kính phẳng lồi tạo vân trịn Newton đồng thời quan sát đo bán kính vân CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 3.1 Quan sát ảnh hệ vân trịn Newton qua kính hiển vi Điều chỉnh máy Bước 1: Đầu tiên ta bật đèn LED đỏ lục lam tùy vào đo bước sóng Nhìn vào kính ngắm Điều chỉnh vị trí đặt nguồn sáng góc nghiêng gương bán mạ G để quan sát hệ vân tròn đồng tâm Nếu quầng sáng không đều, di chuyển đèn chút Bước 2: Sau đó, để điều chỉnh hệ vân rõ nét ta vặn từ từ núm để nâng dần ống ngắm N lên nhìn thấy hệ vân tròn Newton rõ nét Chú ý: khâu điều chỉnh rõ nét tiến hành lần trước tiến hành đo đạc LED Bước 3: Ta điều chỉnh núm xoay dịch chuyển ngang ống kính cho giao điểm X vạch chữ thập trắc vi thị kính trùng với tâm hệ vân trịn Newton Nếu hệ thống điều chỉnh xoay núm 3, giao điểm X chạy ngang theo đường kính hệ vân Nếu giao điểm X chạy lệch ngồi đường kính hệ vân, ta điều chỉnh cách nới vít xoay nhẹ ống kính trắc vi thị kính T đồng thời phối hợp điều chỉnh vị trí hộp H bàn đặt mẫu 3.2 Thực hành BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN - QUANG HKII 2021 - 2022 Bước 1: Xoay núm cho giao điểm X nằm trùng với vị trí K vân tối thứ k (k = với qui ước hình trịn tối vân tối thứ 0) Đọc ghi toa độ xk vân tối thứ k thước thẳng phần lẻ du xích Bước 2: Xoay núm cho giao điểm X chạy đến vị trí I vân tối thứ i = Đọc ghi tọa độ xi điểm I Bước 3: Tiếp tục xoay núm cho giao điểm X chạy vị trí I’ K’ Đọc ghi tọa độ điểm Bước 4: Thực lại động tác lần Tính bước sóng ánh sáng ta bật Làm tương tự với LED xanh dương LED lục (Với LED đỏ k = 4, LED lục k = 5, LED xanh dương k = 6) 3.3 Chứng minh cơng thức sai số: Ta có: λ= Bb ( k − i ) R Lấy ln hai vế: ln λ = ln B + ln b − ln ( k − i ) − lnR Lấy vi phân hai vế: d λ d B db dR = + − R λ B b ∆ Thay ‘d’ ‘ ’ đổi dấu ‘-’ thành ‘+’, ta được: ε= ∆ λ ∆ B ∆ b ∆R = + + R λ B b BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN - QUANG HKII 2021 - 2022 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 4.1 Xác định bước sóng ánh sáng màu đỏ - Bán kính mặt lồi thấu kính: - Dùng vân tối thứ i =1 thứ k =4 B = rk + ri , b = rk − ri ; rk = - R = ( 855 ± 1) mm Với xk − xk ' x −x ; ri = i i' 2 Đơn vị tính: mm Lần xk xi xi ' xk ' rk ri B b ∆B ∆b TB 27,86 27,84 27,86 26,14 26,16 26,20 24,34 24,35 24,35 24,63 24,69 24,67 1,615 1,575 1,595 0,90 0,905 0,925 2,515 2,48 2,52 2,505 0,715 0,67 0,67 0,685 0,001 0,025 0,015 0,0137 0,03 0,015 0,015 0,020 ∆B ∆b 0,0133 0,0283 0,0417 0,0278 0,0033 0,0083 0,0117 0,0078 λ= Bb 2,505 × 0, 685 = ≈ 6, 69.10−4 mm = 0, 669μm ( k − i ) R ( − 1) × 855 ε= ∆ λ ∆ B ∆b ∆R 0, 0137 0, 02 = + + = + + ≈ 0, 036 = 3, 6% R 2,505 0, 685 855 λ B b ∆λ = ε λ = 3, 6%.0, 669 = 0, 024μm Kết quả: λ = λ ± ∆λ = ( 0, 669 ± 0, 024μm ) 4.2 Xác định bước sóng ánh sáng màu lục - Bán kính mặt lồi thấu kính: - Dùng vân tối thứ i =1 thứ k =5 B = rk + ri , b=rk − ri ; rk = - Với R = ( 855 ± 1) mm xk − xk ' x − xi' ; ri = i 2 Đơn vị tính: mm Lần xk xi xi ' xk ' rk ri TB 27,78 27,88 28,43 27,02 27,07 27,67 25,29 25,32 26,01 24,51 24,60 25,20 1,635 1,64 1,615 0,865 0,875 0,83 B b 2,50 0,77 2,515 0,765 2,445 0,785 2,4867 0,7733 BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN - QUANG HKII 2021 - 2022 λ= Bb 2, 4867 × 0, 7733 = ≈ 5, 62.10 −4 mm = 0,562μm ( k − i ) R ( − 1) × 855 ε= ∆λ ∆ B ∆b ∆R 0, 0278 0, 0078 = + + = + + ≈ 0, 022 = 2, 2% R 2, 4867 0, 7733 855 λ B b ∆λ = ε λ = 2, 2%.0,562 ≈ 0, 012μm Kết quả: λ = λ ± ∆λ = ( 0,562 ± 0, 012μm ) 4.3 Xác định bước sóng ánh sáng màu xanh dương - Bán kính mặt lồi thấu kính: - Dùng vân tối thứ i =1 thứ B = rk + ri , b=rk − ri ; rk = - Với R = ( 855 ± 1) mm k =6 xk − xk ' x − xi' ; ri = i 2 Đơn vị tính: mm Lần xk xi xi ' xk ' rk ri B b ∆B ∆b TB 26,94 26,91 28,63 26,07 26,09 27,61 24,41 24,43 26,08 23,56 23,59 25,26 1,69 1,66 1,685 0,83 0,83 0,765 2,52 2,49 2,45 2,487 0,86 0,83 0,92 0,870 0,033 0,003 0,037 0,0243 0,01 0,04 0,05 0,033 λ= Bb 2, 487 × 0,87 = ≈ 5, 06.10−4 mm = 0,506μm k − i R − × 855 ( ) ( ) ε= ∆λ ∆ B ∆b ∆R 0, 0243 0, 033 = + + = + + ≈ 0, 049 = 4,9% R 2, 487 0,87 855 λ B b ∆λ = ε λ = 4,9%.0,506 ≈ 0, 025μm Kết quả: λ = λ ± ∆λ = ( 0,506 ± 0, 025μm ) KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN * Nguyên nhân sai số: - Chỉnh vân trịn chưa hồn tồn rõ nét BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN - QUANG HKII 2021 - 2022 - Khi di chuyển chữ thập trắc vi bị ảnh hưởng từ bên ngồi (ví dụ: bàn bị dao động va chạm nhẹ làm hệ vân bị xê dịch lần lấy số liệu hay người làm thí nghiệm vịn tay vào dụng cụ đo) - Chữ thập trắc vi chưa trùng với tâm hệ vân tròn Newton - Khi quan sát hệ vân lâu gây mỏi mờ mắt ảnh hưởng đến việc đo đạc đọc kết đo, cần cho mắt nghỉ ngơi sau lần lấy số liệu - Sai số dụng cụ đo - Do người làm thí nghiệm đặt mắt đọc giá trị đo chưa xác - Chỉnh chữ thập trắc vi chưa đến xác vị trí rìa vân * Cách khắc phục: - Tiến hành điều chỉnh máy cho nhìn thấy hệ vân trịn rõ nét - Nên để hệ vân trịn khơng bị xê dịch, ảnh hưởng tác động từ bên ngồi (ví dụ: bàn bị dao động va chạm nhẹ làm hệ vân bị xê dịch lần lấy số liệu hay người làm thí nghiệm vịn tay vào dụng cụ đo) - Chữ thập trắc vi phải trùng với tâm hệ vân trịn Newton, khơng di chuyển chữ thập khơng chạy ngang theo đường kính hệ vân gây sai lệch kết - Lau chùi trắc vi thị kính gương bán mạ để ánh sáng nhìn thấy rõ nét - Hệ vân quan sát nhỏ (các vân tối thứ 5, thứ 6) dẫn đến vị trí đặt chữ thập khơng xác mép vân tối nên có sai số lớn lần đo * Nhận xét: - Kết đo phù hợp với lý thuyết, cụ thể là: + Bước sóng ánh sáng đỏ khoảng 0, 640 − 0, 76μm Bước sóng đo thí nghiệm ánh sáng đỏ là: + Bước sóng ánh sáng lục khoảng λ = ( 0, 669 ± 0, 024μm ) 0,500 − 0,575μm Bước sóng đo thí nghiệm ánh sáng màu lục + Bước sóng ánh sáng xanh dương khoảng λ = ( 0, 562 ± 0, 012μm ) 0, 450 − 0,510μm λ = ( 0,506 ± 0, 025μm ) Bước sóng đo thí nghiệm ánh sáng xanh dương là: - Khi quan sát cần lưu ý để mắt vng góc với ống ngắm, xoay núm cho giao điểm X nằm trùng với vị trí K vân tối thứ k để tránh số liệu sai lệch Trong thí nghiệm hệ vân xanh dương khó quan sát, địi hỏi người làm thí nghiệm phải tỉ mỉ quan sát cẩn thận BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN - QUANG HKII 2021 - 2022 - Sai số thí nghiệm nhỏ (dưới 10%) - Cần có lựa chọn i k thích hợp bước sóng (Khơng chọn i = k lớn) TRẢ LỜI CÂU HỎI Nhiệm vụ học tập 1: Sinh viên quan sát dụng cụ thí nghiệm thực yêu cầu sau đây: Xác định tên công dụng phận đánh số từ đến Xác định độ chia nhỏ thước giá trị vạch du xích Xác định tên cơng dụng phận đánh số từ đến (Phần 2.2) Xác định độ chia nhỏ thước giá trị vạch du xích Mỗi độ chia nhỏ thước mm Giá trị vạch du xích 0,01 mm Nhiệm vụ học tập 2: Sinh viên hoàn thành yêu cầu sau đây: Vẽ sơ đồ đường truyền tia sáng để tạo hệ vân tròn Newton dụng cụ tạo hệ vân tròn Newton tro Tiến hành điều chỉnh máy để nhìn thấy hệ vân trịn Newton rõ nét Trình bày cách chỉnh máy mô tả Tiến hành điều chỉnh máy cho giao điểm X vạch chữ thập trắc vi thị kính trùng với tâm c Vẽ sơ đồ đường truyền tia sáng để tạo hệ vân tròn Newton dụng cụ tạo hệ vân tròn Newton thí nghiệm Hình 6.2 Sơ đồ đường truyền tia sáng để tạo hệ vân tròn Newton Trong đó: T: thị kính, trước thị kính có thước trắc vi; G: gương bán mạ; V: vật kính; S: kính lọc sắc; Q: thấu kính hội tụ; Đ: đèn (nguồn sáng); BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN - QUANG HKII 2021 - 2022 L: thấu kính phẳng-lồi; P: phẳng thủy tinh (Tuy nhiên dụng cụ phịng thí nghiệm khơng có kính lọc sắc thấu kính hội tụ) Tiến hành điều chỉnh máy để nhìn thấy hệ vân trịn Newton rõ nét Trình bày cách chỉnh máy mô tả hệ vân quan sát Bật đèn LED đỏ Nhìn vào kính ngắm Điều chỉnh vị trí đặt nguồn sáng góc nghiêng gương G để quan sát thấy hệ vân tròn đồng tâm Nếu quầng sáng không đều, di chuyển đèn chút Điều chỉnh hệ vân rõ nét Vặn từ từ núm để nâng dần ống ngắm N lên nhìn thấy hệ vân trịn Newton rõ nét Hướng dẫn cách đọc thước: ÷ Thước thước trắc vi 50 mm, du xích có độ xác 0,01mm; Hệ vân quan sát gồm vòng tròn đồng tâm sáng tối nằm xen kẽ mặt nêm khơng khí Tiến hành điều chỉnh máy cho giao điểm X vạch chữ thập trắc vi thị kính trùng với tâm hệ vân trịn Newton, sau di chuyển giao điểm X xa tâm cho giao điểm X chạy ngang theo đường kính hệ vân Điều chỉnh núm xoay dịch chuyển ngang ống kính cho giao điểm X vạch chữ thập trắc vi thị kính trùng với tâm hệ vân trịn Newton Nếu hệ thống điều chỉnh xoay núm 3, giao điểm X chạy ngang theo đường kính hệ vân Nếu giao điểm X chạy chệch ngồi đường kính hệ vân, ta điều chỉnh cách nới vít xoay nhẹ ống kính trắc vi thị kính T đồng thời phối hợp điều chỉnh vị trí hộp H bàn đặt mẫu Nhiệm vụ học tập 3: Sinh viên hoàn thành yêu cầu sau đây: Trình bày ngắn gọn bước tiến hành thí nghiệm Để xác định bước sóng ánh sáng đèn LED, sinh viên cần đo đại lượng nào? Trình bày ngắn gọn bước tiến hành thí nghiệm (Phần 3.2) Để xác định bước sóng ánh sáng đèn LED, sinh viên cần đo đại lượng nào? Vì khơng thể đạt tiếp xúc điểm giữ thủy tinh thấu kính nên vân tối trung tâm vệt hình trịn khơng phải điểm Vì khơng thể xác định xác tâm hệ vân nên ta khơng thể đo bán kính thơng qua tọa độ tâm hệ vân rìa đường trịn vân tối mà tìm đường kính vân tối thơng qua tọa độ hai rìa đường trịn vân tối Để xác định bước sóng ánh sáng đèn LED, sinh viên cần đo đại lượng: BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN - QUANG + Tọa độ + Tọa độ xi , xk xi' , xk' HKII 2021 - 2022 vị trí I K ứng với vân tối thứ i thứ k vị trí I’ K’ ứng với vân tối thứ i’ k’ TÀI LIỆU THAM KHẢO Tổ Vật lý Đại cương (HKI 2019 – 2020) Tài liệu Thí nghiệm Điện – Quang Khoa Vật lý, Trường Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh Tổ Vật lý Đại cương (2020) Thí nghiệm Vật lý Đại cương Khoa Vật lý, Trường Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh Tổ Vật lý Đại cương (2020) Tài liệu bổ trợ - Học phần thực hành Vật lý Đại cương Khoa Vật lý, Trường Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh Nguyễn Trần Trác (chủ biên) (2005) Giáo trình Quang học NXB ĐH Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh, tr.144-207 10 ...BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN - QUANG Đo bước sóng ánh sáng LED lục: Đo bước sóng ánh sáng LED xanh dương: 2.2 Dụng cụ thí nghiệm Bộ dụng cụ thí nghiệm vân trịn Newton HKII 2021 - 2022 BÁO CÁO THÍ... lệch Trong thí nghiệm hệ vân xanh dương khó quan sát, địi hỏi người làm thí nghiệm phải tỉ mỉ quan sát cẩn thận BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN - QUANG HKII 2021 - 2022 - Sai số thí nghiệm nhỏ (dưới 10%)... Vẽ sơ đồ đường truyền tia sáng để tạo hệ vân tròn Newton dụng cụ tạo hệ vân tròn Newton thí nghiệm Hình 6.2 Sơ đồ đường truyền tia sáng để tạo hệ vân trịn Newton Trong đó: T: thị kính, trước thị