Chương 2 Nhiễu xạ ánh sáng

Thế nào là hiện tượng nhiễu xạ?3 Nhiễu xạ và giao thoa khác nhau thế nào?... Số đới chứa trong lỗ tròn phụ thuộc bán kính lỗ tròn và khoảng cách b đến điểm quan sát P 4.. Số đới cầu chứa

BÀI TẬP QUANG HỌC

1

CHƯƠNG II: NHIỄU XẠ

ÁNH SÁNG

KHOA VẬT LÍ – TỔ VẬT LÍ ĐẠI CƯƠNG – HỌC KÌ 2 NĂM HỌC 2012-2013

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP.HCM

Cô Nguyễn Thị Hảo

Chủ đề 1

2

Thế nào là hiện tượng nhiễu xạ?

3

Nhiễu xạ và giao thoa khác nhau thế nào?

Hiện tượng tia sáng bị lệch khỏi phương truyền thẳng khi đi gần vật cản ánh sáng đượcgọi là hiện tượngnhiễu xạ.

ab S

b = Mo P

a a

a = ±

BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM NHIỄU XẠ QUA LỖ TRÒN

7

Ta có thể thay đổi b để quan sáng cường độ sáng tại tâm P

8

• NHIỄU XẠ FRESNEL QUA 1 LỖ TRÒN

Gọi Io , a là cường độ và biên độ ánh sáng tới

 Khi không có màn chắn an~0  ap =OI  Ip = Io

 Khi số đới chứa trong lỗ là lẻ thì Ip >Io (P sáng hơn)

 Khi số đới chứa trong lỗ là chẵn: Ip < Io (P tối hơn) Khi có 1 đới n = 1: Ip=a12 =4a2 =4Io

 (cường độ sáng tại P gấp 4 lần khi không có màn)

Khi có 2 đới n = 2: Ip = 0 do (a1≈a2)  Tại P là tối nhất

• NHIỄU XẠ FRESNEL QUA 1 LỖ TRÒN

Phương pháp đường xoắn ốc

Biên độ sóng tới: a = ao =OI

Đới Fresnel thứ nhất:

- Nửa vòng tròn OA

- Biên độ: a1=OA=2OI =2a

Đới Fresnel thứ hai:

Phương pháp đường xoắn ốc

Nửa đới Fresnel thứ nhất:

- Cung tròn OJ

- Biên độ: ap = OJ = a√2

12

Đới Fresnel thứ nhất + nửa đới Fresnel thứ 2:

- Cung tròn OJAF

- Biên độ: ap = OF = a√2

• NHIỄU XẠ FRESNEL QUA 1

LỖ TRÒN

Chủ đề 1

1 Nếu sử dụng PP đới cầu mà sóng tới là sóng phẳng thì: a→∞

2 Nếu lỗ tròn chứa được k đới thì ta xem bán kính lỗ tròn bằng bán kính đới thứ k

3 Số đới chứa trong lỗ tròn phụ thuộc bán kính lỗ tròn và khoảng cách b đến điểm quan sát P

4 Số đới cầu chứa trong lỗ càng tăng thì cường độ sáng tại tâm nhiễu xạ giảm

5 Tâm nhiễu xạ (điểm P) tối nhất khi lỗ tròn có 2 đới n = 2

6 Ta thường sử dụng PP đường xoắn ốc khi số đới cầu là không nguyên

7 Biên độ dao động do đới gây ra tại P sẽ tỉ lệ với diện tích đới hay diện tích lỗ tròn

Lưu ý khi làm BT

13

Dạng: Nhiễu xạ qua 1 dĩa tròn

14

• NHIỄU XẠ QUA 1 KHE HẸP

CHỦ ĐỀ 2

Gọi i là góc lệch của chùm tia nhiễu xạ so với pháp tuyến

15

Gọi io là góc tới và i góc nhiễu xạ

a: bề rộng khe hẹp P: ảnh nhiễu xạ, Po ảnh hình học của S A: biên độ nhiễu xạ do toàn khe gây ra tại P a1: biên độ sóng nhiễu xạ của tia đi qua O gây ra tại P f: tiêu cự của TKHT

1 Cực tiểu nhiễu xạ:

sin sin ( 1, 2 ) , bé

2 (2 1)

Cực đại giữa nhiễu xạ Po (cực đại giữa trung tâm, cực đại giữa hình học)

là ảnh hình học của S : i=io, P≡Po

Phân bố cường độ sáng của nhiễu xạ qua 1 khe hẹp

19

♥ Cực đại giữa NX (cực đại giữa hình học): i = io⇒ u = 0 ⇒ I = Io

♥ Cực đại NX thứ 1: k=1,-2 ⇒ u=3π/2 ⇒ I1=4/9π2 Io= 0,044 Io

♥ Cực đại NX thứ 2: k=2,-3 ⇒ u=5π/2 ⇒ I2=4/25π2 Io= 0,016 Io

• NHIỄU XẠ QUA 2 và N KHE HẸP

CHỦ ĐỀ 3

“Trong nhiễu xạ có giao thoa”

Giữa 2 cực đại chính giao thoa có: N-1 cực tiểu giao thoa và N-2 cực đại phụ giao thoa

21

Nhiễu xạ 1 khe

Nhiễu xạ 2 khe

So sánh ảnh nhiễu xạ?

Vân giao thoa

Cực đại giữa NX

22

Cực tiểu NX

So sánh thí nghiệm khe

Young và nhiễu xạ 2 khe hẹp.

Câu hỏi tuần sau23

Nhiễu xạ qua 2 khe

24

Vân giữa nhiễu xạ

26

Quan sát ảnh nhiễu xạ của 1, 2, 3, 4, 5, 7 khe hẹp

27

1 Cực tiểu nhiễu xạ:

sin sin ( 1, 2 ) , bé

2 (2 1)

Vân giữa nhiễu xạ bị giới hạn bởi 2 cực tiểu nhiễu xạ thứ 1

Gọi io là góc tới và i góc nhiễu xạ a: bề rộng khe hẹp

l: khoảng cách điểm giữa 2 khe liên tiếp

P: ảnh nhiễu xạ

a: biên độ nhiễu xạ do N khe gây ra tại P

A: biên độ nhiễu xạ do 1 khe gây ra tại P

a1: biên độ sóng nhiễu xạ của tia đi qua O gây ra tại P f: tiêu cự của TKHT

28

3 Cực tiểu giao thoa:

sin sin ( 1, 2 ) , bé

2 (2 1)

Phân bố cường độ sáng của nhiễu xạ qua 2, nhiều khe hẹp

Lưu ý:

-Vân giữa nhiễu xạ bị giới hạn bởi 2 cực tiểu nhiễu xạ thứ nhất:

- Giữa 2 cực đại chính giao thoa có: N-1 cực tiểu giao thoa và N-2

cực đại phụ giao thoa

- Khi xác định vị trí của cực tiểu giao thoa hay cực đại phụ giao thoa, ta chỉ xét giữa 2 cực đại chính giao thoa liên tiếp

- Thông thường cường độ sáng tập trung nhiều ở vân giữa nhiễu

xạ nên chủ yếu ta xét vị trí của cực đại chính giao thoa, cực tiểu giao thoa, cực đại phụ giao thoa ở vân giữa nhiễu xạ

• NHIỄU XẠ QUA 2 và N KHE HẸP

CHỦ ĐỀ 3

ctnx k ctnx k

• CÁCH TỬ NHIỄU XẠ

CHỦ ĐỀ 4

+ Cách tử là một hệ thống gồm N khe hẹp giống hệt nhau, bề rộng a,

đặt cách đều nhau, khoảng cách giữa 2 khe liên tiếp là l (điểm giữa 2

khe)

+ n là chu kì cách tử: n= 1/l

+ Cấu tạo cách tử rất tinh vi, trên mỗi mm cách tử có rất nhiều khe

32

 Cách tử truyền qua: trên mặt tấm thủy tinh có những rãnh không trong suốt, ánh sáng truyền qua phần trong suốt và gây ra nhiễu xạ

 Chỉ nghiên cứu các ánh sáng thấy được

 Cách tử phản xạ: Tạo bởi tấm kim loại phẳng, nhẵn bóng và có

hệ số phản xạ cao, trên mặt được vạch các rãnh nhỏ cách đều

nhau

 Dùng để nghiên cứu tia tử ngoại

• CÁCH TỬ NHIỄU XẠ

CHỦ ĐỀ 4

Quan sát phổ nhiễu xạ của cách tử.

Quang phổ bậc 1 Quang phổ bậc 2

35

• CÁCH TỬ NHIỄU XẠ

CHỦ ĐỀ 4

Mỗi ánh sáng đơn sắc của ánh sáng trắng tạo nên một hệ thống các cực đại chính

ứng với các giá trị k khác nhau

Tập hợp các cực đại chính có cùng giá trị k tạo nên một quang phổ bậc k