TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN VẬT LÝ KỸ THUẬT BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LÝ 2 GVHD LÊ THỊ HỒNG LIÊN Lớp PFIEV CK hàng không 01 K66 Nhóm thí nghiệm Vũ Phúc Hoàng – 20217619 Nguyễn Hùng Cường Trần Th[.]
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN VẬT LÝ KỸ THUẬT BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LÝ GVHD : LÊ THỊ HỒNG LIÊN Lớp : PFIEV CK hàng khơng 01-K66 Nhóm thí nghiệm : Vũ Phúc Hồng – 20217619 Nguyễn Hùng Cường Trần Thanh Thọ Trần Đức Tuấn - Hà Nội – 2023 I Mục đích thí nghiệm -Kiểm nghiệm lại định luật Cauchy-Rayleigh phụ thuộc chiết suất chất suốt vào bước sóng ánh sáng: n ( λ )=n0 + a λ2 -Vẽ đường cong định chuẩn G( λ ) lăng kính, từ ta xác định bước sóng ánh sáng cách sử dụng giác kế (người ta gọi phương pháp phương pháp quang phổ) II Trình tự thí nghiệm Kiểm nghiệm thực nghiệm định luật Cauchy-Rayleigh 1.1 Điều chỉnh giác kế -Khi chưa chiếu sáng đèn Điều chỉnh ống chuẩn trực: +Điều chỉnh Thị kính để nhìn rõ dấu chữ thập +Xoay vòng để điều chỉnh chữ thập thẳng đứng +Đặt gương phẳng sau ống chuẩn trực, quay núm để nhận ảnh chữ thập rõ nét - Sau bật đèn chiếu sáng Hg-Cd +Nhìn thấy vết sáng màu vàng ảnh đèn +Để vệt sáng thẳng đứng: xoay vòng +Để vệt sáng mảnh, xoay vít nhỏ cạnh vịng +Để vệt sáng nét: xoay vịng vít 1.2 Đo góc A lăng kính phản xạ kép Dùng đèn Hg-Cd cho tia tới chia thành tia, tia phản xạ mặt trái tia phản xạ mặt phải lăng kính Bằng kiến thức Tốn học sử dụng hình , ta tính A: G p−Gt = ^ xO R1 + ^ xO R 2=2 ^ S IA +2 ^ S JA=2 A 1.3 Đo chiết suất lăng kính ứng với vạch màu khác phương pháp độ lệch tối thiểu A Ta có : D=i +i2− A có góc lệch cực tiểu i 1=i2, r 1=r 2= D =2 i1 −A ⇒ i1 = D + A Theo định luật khúc xạ : sin i sin i = =n ⇒n= sin r A sin ( ) Từ ta thấy, sau tìm Dmin= |G p−Gt| sin sin ( D 2+ A ) sin sin ( A2 ) , ta xác định chiết suất n lăng kính Bằng cách xác định n với ánh sáng có bước sóng khác nhau, ta nhận thấy chiết suất n chất phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng tới.Sự phụ thuộc biểu diễn qua định luật Cauchy- Rayleigh: n ( λ )=n0 + a λ2 Do ta thấy n( λ ) hàm tuyến tính theo Do cách λ2 xác định n( λ ) ánh sáng có bước sóng xác định biết trước, vẽ đồ thị n( λ ) theo , ta xác định n0 a Trong thí nghiệm λ2 này, ta xác định n( λ ) vạch màu mạnh đèn Hg-Cd cách đo Dmin: Cường độ ánh sáng mạnh mạnh mạnh mạnh Màu đỏ (nm) Vạch Chất phát 643,8 Cd vàng vàng xanh lục 579,1 577,0 Hg Hg 546,1 Hg mạnh mạnh mạnh xanh lục 508,6 Cd xanh lơ 480,0 Cd xanh lam 435,8 Hg Vẽ đường cong định chuẩn G( λ ) lăng kính -Vẫn vị trí quan sát vạch màu vị trí độ lệch tối thiểu -Bật thêm đèn ống vi lượng, Điều chỉnh vị trí ống vi lượng cho tất vạch màu đèn Hg-Cd nằm thước đọc ống vi lượng -Đọc vị trí vạch màu thước (gọi G) Vẽ đường cong định chuẩn G() Làm lần lấy giá trị G cho vạch Đo bước sóng đèn Na -Thay đèn Hg-Cd đèn Na -Đọc vị trí vạch màu vàng đèn Na thước ống vi lượng -Nhờ đường cong định chuẩn G() xác định để xác định bước sóng vạch màu vàng Na III Xử lí số liệu Đo góc A lăng kính phản xạ kép -Bảng số liệu: mạnh tím 404,7 Hg Lần đo Gt ∆ Gt Gp ∆ Gp Lần 105,5 ° 0,33 ° 225,5 ° 1,17 ° Lần 105 ° 0,17 ° 223,5 ° 0,83 ° Lần 105 ° 0,17 ° 224 ° 0,33 ° Trung bình Gt =105,17 ° ∆ Gt ≈ 0,22 ° G p=2 24,33 ° ∆ G p =0,77 ° -Xử lí: +Sai số dụng cụ (thước đo độ): ∆ Gdc =0, ° ⇒ ∆G t=∆ Gt +∆ Gdc =0,22 ° +0, 5°=0,72° ⇒ ∆G p=∆ G p + ∆G dc=0,77 °+ 0,5° =1,27 ° Vậy Gt =Gt ± ∆ Gt =105,17° ± 0,72° ; ε ≈ 0,69 % G p=G p ± ∆ G p=2 24,33 ° ± 1,27 °; ε ≈ 0,79 % |G p−Gt| +Tính A: A= ⇒ A= ∆ A= ε A= G p −G t 24,33° −105,17° = =59,58 ° 2 ∆ G p +∆ G t 1,27 ° +0,72 ° = =1° 2 ∆A 1° = ≈ 1,68 % A 59,58 ° Vậy kết đo góc lăng kính: A=A ± ∆ A=59,58 ° ± ° ; ε=1,68 % Đo chiết suất lăng kính ứng với vạch màu khác phương pháp độ lệch tối thiểu -Bảng số liệu: Vạch màu Đỏ Góc trái Góc phải 2 65,5 ° 65 ° 190 ° 190 ° Vàng 64,5 ° 64,5 ° 191 ° 190,5 ° Xanh lục 64 ° 63,5 ° 191,5 ° 191 ° Xanh lơ 62,5 ° 63 ° 192,5 ° 192,5 ° Xanh lam 61,5 ° 61,5 ° 193 ° 192,5 ° Tím 59,5 ° 59 ° 193,5 ° 193,5 ° -Xử lí: +Với vạch đỏ góc bên trái: Gt = G t 1+ G t 65,5 ° +65 ° = =65,25 ° 2 |G 1−G|+|G2−G| ∆ G= ¿ |65,5 °−65,25 °|+|65 °−65,25 °| ¿ 0,25 ° +Sai số dụng cụ: ∆ Gdc =0 ° 30' =0,5 ° ⇒ ∆G=G+∆ Gdc =0,25 ° +0,5 °=0,75 ° ε= ∆ G 0,75° = ≈ 0,41 % G 65,25 ° ⇒ G t đỏ=G t đỏ ± ∆ G t đỏ=65,25° ± 0,75° ; ε =1,15 % +Tương tự với vạch đỏ góc bên phải: G p đỏ=G p đỏ ± ∆ G p đỏ=190 ° ± 0,50 ° ; ε=0,26 % +Tương tự vạch màu khác: Vạch màu Gp ∆ Gp Gt ∆ Gt Đỏ 190 ° 0,50 ° 65,25 ° 0, 75 ° Vàng 190,75° 0, 75 ° 64,5° 0, 50 ° Xanh lục 191,75° 0, 75 ° 63,75° 0, 75 ° Xanh lơ 192,5° 0, 50 ° 62.75° 75 ° Xanh lam 192,75° 0, 75 ° 61,5° 0, 50 ° Tím 193,5° 0, 50 ° 59,75° 0, 75 ° +Áp dụng công thức tính Dm ta có: |G p −Gt| Dm = ∆ Dm = ⇒ D m= G p−Gt ∆ Gt + ∆G p ∆ Dm ⇒ εd = Dm m +Tương tự với vạch màu khác, ta có bảng: Vạch màu Dm ∆ Dm ∆ Dm (rad) ε d (%) Dm (° ) Đỏ 62,38° 0,63° π 288 1,01 62,38 ± 0,63 Vàng 63,13° 0,63° π 288 1,00 63,13 ± 0,63 Xanh lục 64° 0,75° π 240 1,17 64 ± 0,75 Xanh lơ 64,88° 0,63° π 288 0,97 64,88 ± 0,63 Xanh lam 65,63° 0,63° π 288 0,96 65,63 ± 0,63 Tím 66,88° 0,63° π 288 0,94 66,88 ± 0,63 m +Tính chiết suất n lăng kính: D m+ A Dm + A sin 2 ⇒ n= A A sin sin 2 sin n= ( ) ( ( ) ( D 2+ A ) ( ()) sin ln ( n )=ln sin m A (( ( ⇒ d ( ( n ))=d ln sin ⇒ ( ) Dm + A A −ln sin 2 )) ( ( ))) D +A D +A dn A A =cotg m d m −cotg d n 2 2 ( ) ( ) ( ) ( ) ) ⇒ D + A dA D +A dn d D m A = cotg m + cotg m −cotg n 2 2 ( Do [ ( ) ) ( )] Dm + A A π khoảng đến , ta phải lấy dấu dương Cho nên: D + A ΔnA D +A Δnn Δn D m A = cotg m + cotg −cotg m n 2 2 ( [ ) ( ( ) +Đối với vạch màu đỏ: sin n= ( D 2+ A ) = sin ( 62,38+59,58 ) ≈ 1,76 m sin ε n= ¿ ( A2 ) sin ( 59,58 ) D + A ΔnA D +A Δnn Δn Dm A = cotg m + cotg −cotg m n 2 2 ( ) π 62,38+59,58 cotg 288 2 ( [ ( ( ) )] ) +π 59,58 62,38+59,58 cotg −cotg ≈ 0,013 180 2 [ ( ) ( )] ⇒ ∆ n=ε n n ≈ 0,013.1,76 ≈ 0,024 +Tương tự với vạch màu khác ta có: Vạch màu n ε n(%) ∆n Đỏ 1,760 1,36 0,024 Vàng 1,766 1,36 0,024 Xanh lục 1,774 1,41 0,025 Xanh lơ 1,781 1,35 0,024 Xanh lam 1,787 1,34 0,024 Tím 1,797 1,34 0,024 +Xử lí bước sóng: Sai số tuyệt đối λ : Δnλ=0,1(nm) dy dλ Xét: y= ⇒ ( lny )=d (−ln λ ) ⇒ y =−2 λ λ )] ⇒ ∆ y= 2y∆λ 2∆ λ ⇒ Δn = λ λ λ ( ) ∗10−12 λ ( ) ∆ ∗10−12 λ ( ) Vạch màu n ∆n λ (nm) Đỏ 1,760 0,024 643,8 2,413 0,00075 Vàng 1,766 0,024 579,1 2,982 0,00103 Xanh lục 1,774 0,025 546,1 3,353 0,00123 Xanh lơ 1,781 0,024 480,0 4,340 0,00181 Xanh lam 1,787 0,024 435,8 5,265 0,00242 Tím 1,797 0,024 404,7 6,106 0,00302 +Đồ thị: 1.80 y=A+Bx 1.79 1.78 n 1.77 1.76 1.75 1.74 1.73 1/λ 10 −12 (𝑚) +Đường y = A+Bx Parameter Value Error A 1,72184 0,00436 B 0,01207 0,00119 λ2 a hàm bậc Đối chiếu với công thức Cauchy-Rayleigh: n ( λ )=n0 + ta thu λ +Đồ thị thể phụ thuộc chiết suất lăng kính n vào được: n0 =A=1,72184 ±0,00436 ; ϵ =0,25 % a=B=0,01207 ± 0,00119 ; ε=9,86 % +Nhận xét:Đồ thị gần tuyến tính chưa thật hồn hảo, lý ta có sai số phép đo Dm, dẫn đến sai số việc xác định chiết suất n( λ ) Và định luật Cauchy khảo sát đơn giản, thực tế định luật có dạng n ( λ )=n0 + a b + Vì vậy, thực nghiệm có tính tương λ λ4 đối Vẽ đường cong định chuẩn lăng kính: -Bảng số liệu: Vạch màu Lần Lần Lần Đỏ 25,5 25,6 25,5 Vàng 22,4 22,5 22,5 Xanh lục 20,5 20,4 20,5 Xanh lơ 17,6 17,7 17,7 Tím 9,1 9,1 -Xử lí: +Sai số dụng cụ: ∆ Gdc =0,1 G= G +G 2+ G 3 |G 1−G|+|G2−G|+|G3−G| ∆ G= ∆ G=∆ G+∆ Gdc ; ε G = ∆G G 10 +Với tia đỏ ta có: G= G +G 2+ G 25,5+25,6+ 25,5 = =25,53 3 |25,5−25,53|+|25,6−25,53|+|25,5−25,53| ∆ G= =0,044 ∆ G=0,044+0,1=0,14 ε G= ∆ G 0,14 = ≈ 0,57 G 25,53 +Tương tự với vạch màu khác: G(λ) ∆ G( λ) ∆ G( λ) ε G (%) 25,53 0,044 0,14 0,57 Vàng 22,4 0,067 0,17 0,74 Xanh lục 20,47 0,044 0,14 0,71 Xanh lơ 17,7 0,067 0,17 0,94 Tím 9,067 0,044 0,14 1,59 Vạch màu Đỏ +Bảng kết G ( λ ) λ : G( λ) ∆ G( λ) λ (nm) ∆ λ (nm) Đỏ 25,53 0,044 643,8 0,1 Vàng 22,4 0,067 579,1 0,1 Xanh lục 20,47 0,044 546,1 0,1 Xanh lơ 17,7 0,067 480,0 0,1 Tím 9,067 0,044 404,7 0,1 Vạch màu +Đồ thị: 11 +Đường Polynomial Fit: Y = A +B X + B2 X Parameter Value Error A 416,09992 43,69789 B1 -6,44577 5,56431 B2 0,61508 0,16307 12 ...-Kiểm nghiệm lại định luật Cauchy- Rayleigh phụ thuộc chiết suất chất suốt vào bước sóng ánh sáng: n ( λ )=n0 + a ? ?2 -Vẽ đường cong định chuẩn G( λ ) lăng kính, từ ta xác định bước sóng ánh sáng. .. định n với ánh sáng có bước sóng khác nhau, ta nhận thấy chiết suất n chất phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng tới .Sự phụ thuộc biểu diễn qua định luật Cauchy- Rayleigh: n ( λ )=n0 + a ? ?2 Do ta thấy... hàm tuyến tính theo Do cách ? ?2 xác định n( λ ) ánh sáng có bước sóng xác định biết trước, vẽ đồ thị n( λ ) theo , ta xác định n0 a Trong thí nghiệm ? ?2 này, ta xác định n( λ ) vạch màu mạnh đèn