(Luận văn) ứng dụng vi điều khiển arduino và cảm biến cường độ ánh sáng để thiết kế bộ thí nghiệm khảo sát sự phân bố cường độ các vân giao thoa nhiễu xạ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ NGUYỄN THÀNH PHÚC lu an va ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN ARDUINO VÀ n CẢM BIẾN CƢỜNG ĐỘ ÁNH SÁNG ĐỂ THIẾT KẾ ie gh tn to BỘ THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT SỰ PHÂN BỐ CƢỜNG ĐỘ p CÁC VÂN GIAO THOA NHIỄU XẠ d oa nl w lu ll u nf va an LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC oi m z at nh z @ m co l gm Thành phố Hồ Chí Minh - 2019 an Lu n va ac th si BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ NGUYỄN THÀNH PHÚC ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN ARDUINO VÀ lu CẢM BIẾN CƢỜNG ĐỘ ÁNH SÁNG ĐỂ THIẾT KẾ an n va BỘ THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT SỰ PHÂN BỐ CƢỜNG ĐỘ p ie gh tn to CÁC VÂN GIAO THOA NHIỄU XẠ w oa nl Ngành: SƯ PHẠM VẬT LÝ d Mã số: va an lu ll u nf NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC oi m ThS NGÔ MINH NHỰT z at nh z m co l gm @ Thành phố Hồ Chí Minh - 2019 an Lu n va ac th si LỜI CẢM ƠN Trong sống, thành công không đến từ cố gắng, nỗ lực thân mà gắn liền với giúp đỡ, hỗ trợ từ người khác dù hay nhiều Suốt chặng đường bốn năm đại học mình, em nhận kiến thức vật lý bổ ích quan tâm, chia sẻ thầy cơ, gia đình, bạn bè Từ tận đáy lòng, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến quý Thầy cô Khoa Vật lý Trường Đại học Sư phạm Thành Phố Hồ Chí Minh, người truyền dạy kinh nghiệm quý báu lĩnh nghề giáo cho em giảng đường đại học Em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến Thầy Ngô Minh Nhựt, người tận tình, tận tâm hướng dẫn suốt khoảng thời gian em thực khóa lu an luận Thầy dạy kinh nghiệm mà sau em khơng qn va n Bên cạnh đó, em xin gửi lời cảm ơn tri ân đến Thầy Nguyễn Lâm Duy, người tn to quan tâm sâu sát, cho lời khuyên giải pháp hữu ích để em giải hồn thành ie gh trọn vẹn khóa luận Em xin cảm ơn biết ơn Thầy Nguyễn Tấn Phát, Thầy Nguyễn p Hoàng Long động viên tạo động lực để em vượt qua bao khó khăn Ngồi ra, em cảm ơn thầy cô tổ Vật lý Đại cương, phòng ban, tổ bảo vệ tạo điều w d oa nl kiện thuận lợi cho em thực khóa luận an lu Lời cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến mẹ em, người bên cạnh, hỗ trợ mặt tinh thần tạo động lực cho em làm việc, học tập Em biết ơn bạn va u nf bè, người thân thương bạn phịng thí nghiệm Vật lý Đại cương Nâng cao ll động viên, san sẻ vật chất tinh thần khoảng thời gian qua oi m z at nh Em xin chân thành cảm ơn! Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 19 tháng 04 năm 2019 z l gm @ Sinh viên m co Nguyễn Thành Phúc an Lu n va ac th si MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tổng quan, lý chọn đề tài Mục tiêu đề tài 3 Nội dung nghiên cứu Đối tượng ph Phương pháp nghi n ứu vi nghi n ứu CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT- NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.1 Vi điều khiển Arduino Nano 1.2 Cảm biến ường độ ánh sáng BH1750FVI lu 1.3 Encoder an 1.4 Module Bluetooth HC-05 n va 1.5 M h điều khiển động DC TB6612FNG to tn 1.6 Giao diện máy tính cá nhân 10 gh 1.7 Sơ đồ thiết kế thí nghiệm 11 p ie CHƢƠNG 2: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 12 2.1 Bộ thí nghiệm hồn chỉnh 12 w oa nl 2.2 Thí nghiệm kiểm tra tính ổn định ộ th nghiệ 13 d 2.2.1 Thí nghiệm khảo sát tuyến tính cuả cảm biến đo ường độ sáng 13 lu đo ước sóng ánh sáng tượng giao thoa khe Young 18 an 2.2.2 Thí nghiệ ột h 22 u nf va 2.2.3 Khảo sát tượng nhi u x ánh sáng qua hệ 2.3 So sánh với thí nghiệm lo i 26 ll oi m CHƢƠNG 3: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 27 z at nh 3.1 Kết luận 27 3.2 Hướng phát triển 27 z CHƢƠNG 4: TÀI LIỆU THAM KHẢO 29 m co l gm @ an Lu n va ac th si DANH MỤC BẢNG Số iệu giá trị thu đượ tr n ả Số iệu  15 iến ứng với g hoảng v n giao thoa ự đ i n hảo sát thứ nh t 20 Khảo sát tượng giao thoa h Young 21 Khảo sát ường độ sáng th nghiệ nhi u x qua ột h 25 lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình Bộ thí nghiệm vẽ ường độ vân giao thoa, nhi u x Khoa Vật ý trường Đ i họ Sư Ph m TPHCM thiết kế (a); Bộ thí nghiệ Xá định ước sóng ánh sáng Công ty Nhà sách Thiết bị trường học sản xu t (b); Bộ thí nghiệm giao thoa nhi u x ánh sáng o h ng thiết ị Pas o sản xu t lu an n va Vi điều hiển Arduino Nano [9] H Sơ đồ nguyên lý m h ả H C u t o En o r h nh ảnh xung hai H Bluetooth HC-05 H Sơ đồ H Giao iện tương tá tr n H Sơ đồ thiết ế ộ th nghiệ 11 H H nh ảnh ộ th nghiệ H tn to H iến ường độ sáng BH175 FVI nh B h điều hiển động TB6612FNG 10 Sơ đồ th nghiệ áy t nh nh n 11 hoàn hỉnh hệ h điện ộ th nghiệ 12 hảo sát tuyến tính cuả cảm biến đo ường độ sáng 13 ie gh Hình 11 Hệ thí nghiệ : Đèn az r H -Ne (1); Kính phân cực (2); Kính phân tích (3); Bộ p thí nghiệ hảo sát ph n ố ường độ v n giao thoa nhi u x ; Giao iện tương tá máy tính (5) 14 w iến BH175 FVI th o cos ( ) (a); 12 Đồ thị iểu i n giá trị thu đượ tr n ả oa nl H d Đồ thị biểu di n phụ thuộc điện áp ngõ vào ường độ sáng chiếu tới lu Khoa Vật ý trường Đ i họ Sư ph u nf cự ộ th nghiệ va an phototransistor hi thay đổi góc hợp phương ph n ực ánh sáng kính phân TPHCM nghi n ứu ll 16 iến BH175 FVI ứng với g  17 m 13 Đồ thị iểu i n giá trị thu đượ tr n ả H 14 Hệ thí nghiệ oi H chỉnh khe Young (2); Bộ thí nghiệ ; Giá đỡ có gắn vi hảo sát ường độ v n giao thoa nhi u x ; Giao z áy t nh 18 @ diện tương tá tr n z at nh giao thoa h Young: Đèn az r H -N 15 H nh ảnh hệ v n giao thoa đượ hứng tr n tờ gi y trắng 19 H 16 H 17 Đồ thị iểu i n ường độ sáng th o vị tr th nghiệ H 18 Hiện tượng nhi u x qua l gm H nh hụp hệ v n giao thoa thự tế 20 m co giao thoa 20 an Lu ột h h p 23 n va ac th si H 19 Hệ thí nghiệ giao thoa h Young: Đèn az r H -N ; Giá đỡ có gắn vi chỉnh khe Young (2); Bộ thí nghiệm khảo sát ph n ố v n giao thoa nhi u x Giao diện tương tá tr n H H 21 Giải pháp 3; áy t nh 24 Đồ thị ph n ố ường độ sáng th o vị tr ứng với nhi u x ột h 25 ới ho hệ h ộ th nghiệ 27 lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si NH MỤC VIẾT TẮT THPT Đ i họ Cao đ ng ĐH CĐ Thành phố Hồ Ch Minh TPHCM Integrated Development Enviroment IDE Photodiode PD Analog Digital Converter ADC Volt V Ampere A Direct Current DC Alternating Current AC lu Trung họ phổ th ng an n va p ie gh tn to w a.u d oa nl Arbitrary Units IC an lu Integrated Circuit I2C ll u nf va Inter - Integrated Circuit oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si MỞ ĐẦU Tổng quan, lý chọ đề tài Trong nă g n đ y hệ thống giáo dục Việt Na đ tiến hành thay đổi trọng vào việc bồi ưỡng nội dung kiến thức nâng cao khả ứng dụng kiến thức vào thực tế ho người họ Trong mơn Vật lí, việc thực hành thí nghiệ đ ng vai trị quan trọng việc ước hình thành kỹ thực nghiệm rèn luyện, củng cố kiến thứ đ học cho học sinh, sinh viên Tuy nhiên, việc trang bị sử dụng thiết bị thí nghiệm nhiều trường trung học phổ thông (THPT), trường ao đ ng CĐ đ i họ ĐH òn nhiều mặt h n chế: dụng cụ thí nghiệ lu đ y đủ, số dụng cụ thí nghiệm có sai số lớn nên kết đo đ hưa hưa h nh xá an h ng với kết t nh lý thuyết [1] Ngoài ra, số dụng cụ thí n va độ ổn định khơng cao, d hỏng hóc q trình vận hành, việc sử nghiệ to tn dụng thiết bị thí nghiệ hưa hiệu Cũng h nh v ý o tr n giáo gh viên, giảng vi n thường ng i sử dụng thí nghiệm ho t động d y học p ie Cụ thể hương tr nh Vật lí lớp 12 ph n Sóng ánh sáng, thí nghiệm Xác w định ước sóng ánh sáng tượng giao thoa Công ty Cổ ph n Sách Thiết oa nl bị trường học sản xu t trang bị rộng rãi trường THPT số ánh sáng đỏ chiếu d trường CĐ ĐH [2] Bộ thí nghiệm sử dụng nguồn as r io lu an tới khe Young, hình ảnh v n giao thoa quan sát trắng có nghiệ Bước sóng ánh sáng thí u nf va thước chia v ch với độ chia nhỏ nh t đượ xá định theo biểu thức: ll m D (1) oi  z at nh với a khoảng cách hai khe Young; D khoảng cách từ khe Young tới z trắng quan sát; i khoảng cách hai vân sáng liên tiếp òn gọi khoảng @ Sai số tương đối phép đo tính biểu thức:    i D a   i D a an Lu  m co l khoảng cách hai vân sáng liên tiếp gm vân Dựa vào thước chia v ch trắng quan sát người làm thí nghiệm xá định (2) n va ac th si Khoảng cách D từ h Young đến àn quan sát thường lớn, sai số phép đo ướ s ng  phụ thuộc r t nhiều vào sai số khoảng vân i Để phép đo ướ s ng  xác c n phải cải thiện sai số dụng cụ hi đo hoảng vân i Bên c nh đ tr n thị trường cịn có nhiều thí nghiệm khảo sát hệ vân giao thoa nhi u x hãng chuyên sản xu t trang thiết bị d y họ Pas o L yBo Phyw … Đặc biệt số đ sử ụng ột ả đượ gắn tr n ộ thí nghiệm h ng thiết ị Pas o [3] sản xu t iến để đo ường độ sáng vân giao thoa Cảm biến ánh sáng ột ả iến xá định vị tr đượ người ng i huyển ọ th o trường giao thoa Dữ iệu vị tr ường độ v n giao thoa đượ ập nhật n áy t nh vẽ đượ đồ thị thể phân bố ường độ v n giao thoa nhi u x lu trường giao thoa Từ đ người làm thí nghiệm xá định vị trí cự đ i an giao thoa t nh khoảng vân i H n hế ộ th nghiệ n va phải i huyển hệ thống thu nhận ữ iệu ường độ sáng tn to đ đượ h nh xá Do đ việ thự th nghiệ người ột h ng n thận để việ đo đòi hỏi kỹ thao tá tốt ie gh Hơn giá thành thí nghiệm r t đắt, khó trang bị rộng rãi trường p phổ thơng ột số phịng thí nghiệ w Ngoài ra, đ i n quan đến vẽ ường độ vân giao thoa nhi u x đặc oa nl t o phát triển thí nghiệ sản ph m Tổ Vật ý Đ i ương thuộc Khoa Vật ý trường Đ i d biệt số đ đ tập trung nghiên cứu, cải lu an họ Sư ph m Thành phố Hồ Chí Minh [4] Bộ thí nghiệm có khả vẽ đượ đồ u nf va thị ường độ vân giao thoa, nhi u x ánh sáng với bề rộng trường giao thoa 5cm ũng thu nhận liệu tự động trao ll độ phân giải nhỏ nh t 0,1mm Bộ thí nghiệ ằng cơng nghệ Bluetooth Tuy oi m đổi với máy vi tính thơng qua giao diện tương tá thống đo đ c tay ng người làm thí nghiệm phải đ y hệ z at nh nhiên, việc thực hành thí nghiệm cịn thủ o đ việc thực đo đ c phụ thuộc r t nhiều vào z khả thực nghiệm người làm thí nghiệm m co l gm @ an Lu n va ac th si 16 Dựa tr n số iệu tr n ảng tiến hành vẽ đượ đồ thị giá trị ường độ sáng th o cos ( ) với   900 đến   1800 ứng với giá trị cos2 ( )  đến cos2 ( )  Khớp điể thự nghiệ Với y tương ứng giá trị ường độ sáng thu đượ tr n ả cos ( ) Ta ng y  ax với đường th ng tuyến t nh qua gố tọa độ iến x giá trị đồ thị 12a h nh vẽ: lu an n va tn to ie gh Đồ thị biểu diễn giá trị thu cảm biến BH1750FVI theo cos ( ) (a); Đồ thị p biểu diễn phụ thuộc điện áp ngõ vào cường độ sáng chiếu tới phototransistor w thay đổi góc hợp phương phân cực ánh sáng kính phân cực thí nghiệm nghiên cứu (b)[4] oa nl Khoa Vật lý trường Đại học Sư phạm TPH d Dựa tr n đồ thị tr n h nh 12a ta thể th y giá trị thu đượ tr n ả lu độ sáng nhỏ nh t hi   900 ứng với cos2 ( )  ; giá trị tr n ả an iến ường độ sáng u nf va ớn nh t hi   1800 ứng với cos2 ( )  Sự ph n ố điể nh đ ll ph hợp với ý thuyết định uật Ma us B n ng o i o Khoa Vật ý trường Đ i họ Sư ph sử ụng ột phototransistor để thu nhận gm @ ộ th nghiệ z TPHCM nghi n ứu ng y  ax đến tương quan tuyến t nh với đường th ng 99,7% Trong ộ th nghiệ 99747 Điều hứng tỏ z at nh thự nghiệ với đường th ng tuyến t nh oi điể thự nghiệ thự nghiệ hệ số tương quan R-Squared m điể iến ường ường độ sáng Nếu phototransistor ho t động tốt th điện áp ngõ phototransistor tỉ l phụ thuộ đồ thị iểu i n điện áp ngõ vào ường độ sáng hiếu tới phototransistor hi thay hợp ởi phương ph n ự nh ph n ự ộ th nghiệ TPHCM So sánh đồ thị 12a 12 việ n va Khoa Vật ý trường Đ i họ Sư ph ánh sáng an Lu đổi g m co ệ tuyến t nh với ường độ sáng hiếu tới th o cos ( ) Đồ thị 12 ac th si 17 sử ụng phototransitor để thu nhận ường độ sáng hiếu tới tuyến t nh v ng cos2 ( )  tới cos2 ( )  0,05 , từ giá trị cos2 ( )  0,05 đến cos2 ( )  th giá trị điện áp thu đượ tr n ngõ phototransistor h ng hảo sát đượ v đ t đến điện o hòa Việ sử ụng ả iến ường độ sáng BH1750FVI hảo sát đượ ường độ sáng ứng với cos2 ( )  thay đổi đến cos2 ( )  ho th y đượ giá trị đo đ thự nghiệ B n ph hợp với ý thuyết nh đ hi sử dụng số liệu thu nhận ta xá định đượ điểm thực nghiệm biểu di n giá trị ường độ sáng cảm biến BH1750FVI theo góc quay  Nếu ả iến ường độ sáng ho t động hiệu th đồ thị iểu i n giá trị thu đượ tr n ả iến th o g  ph n ố th o ng cos ( ) Tiến hành khớp hàm điểm lu an thực nghiệm theo hàm số có d ng y  a  b cos( n va 2 x ) (4) Với y tương ứng giá 180 đồ to trị ường độ sáng cảm biến, x giá trị góc quay t nh th o đơn vị độ Ta p ie gh tn thị h nh 13: d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ 0F I ứng với góc  an Lu 13 Đồ thị biểu diễn giá trị thu cảm biến H1 Hệ số tương quan việc khớp hàm so với liệu thực nghiệm R-Squared va n 0,95826 Điều chứng tỏ điểm thực nghiệm giá trị thu cảm biến ac th si 18 phân bố theo d ng hàm cos ( ) với tỉ ệ ph hợp tới 95,8% uan sát đồ thị ta th y giá trị ả ả giá trị ự tiểu   900   2700 ; giá trị iến ường độ sáng iến ường độ sát đ t ự đ i   00   3600 Vì vậy, số iệu đo từ th nghiệ thể thể ết uận ph hợp với ý thuyết định uật Ma us Do đ cảm biến ường độ sáng BH1750FVI sau thu nhỏ vùng diện tích chiếu sáng ho t động tốt tuyến t nh, sử dụng cảm biến để khảo sát thí nghiệm 2.2.2 Thí nghiệ đo ƣớc sóng ánh sáng hiệ tƣợng giao thoa khe Young thiết kế để kiể tra độ ổn định thí nghiệm sau chế t o hồn chỉnh Trong thí nghiệ người dùng sử dụng đèn az r H - Thí nghiệ lu N ước s ng 632 n nh sáng phát ởi az r công bố nhà sản xu t an n va ánh sáng phương ph n ực th ng phương ph n ự h ng thay đổi Khe Young dùng có khoảng cách hai khe i Khoảng cách từ hai khe tới mắt thu to tn cảm biến ánh sáng D Bước sóng  tính tốn từ số liệu thực tế tính theo ie gh cơng thức (1) Bước sóng  tính tốn thực tế so sánh với ước p sóng ánh sáng mà nhà sản xu t ghi tr n az r H – N Nhờ ta rút kết luận nl w độ ổn định, tính xác thí nghiệm oa Lắ đặt thí nghiệm d Thí nghiệm đo ước sóng ánh sáng tượng giao thoa khe Young ll u nf va an lu bố tr h nh 14 oi m z at nh z gm @ l Hệ thí nghiệm giao thoa khe Young: Đèn lazer He-Ne (1); Giá đỡ có gắn vi tương tác máy tính (4) an Lu Điều chỉnh m co chỉnh khe Young (2); Bộ thí nghiệm khảo sát cường độ vân giao thoa, nhiễu xạ (3); Giao diện n va ac th si 19 Bật công tắc nguồn điện 12V AC đèn Laz r H -Ne Sau khoảng phút đèn sáng ổn định Sử dụng vít vặn tr n gá đỡ dụng cụ để điều chỉnh độ cao đèn sáng, vi chỉnh khe Young cho chúng h ng độ cao, mặt dụng cụ vuông góc với chùm tia laser Đặt hệ khe Young Công ty nhà sách thiết bị trường học vi khe Young Điều chỉnh hệ thướ an để hệ khe Young di chuyển ho ánh sáng qua hai khe young Sử dụng tờ gi y trắng để hứng hệ v n giao thoa h nh 15 Điều chỉnh hệ lu thướ an để hệ v n giao thoa thu cách rõ nét nh t Sau đ , tiến hành điều an chỉnh độ cao thí nghiệm khảo sát ường độ vân giao thoa nhi u x cho n va phương khe h p 2mm thí nghiệm hứng hồn tồn hệ vân giao to p ie gh tn thoa d oa nl w lu ng tắ hệ thống đo ường độ vân giao thoa, chuyển qua Mode Kết nối áy t nh Điều chỉnh tia sáng hỏi kính phân tích ll với giao diện tương tá tr n u nf Bật va an Hình ảnh hệ vân giao thoa hứng tờ giấy trắng m oi chiếu vào mắt cảm biến ường độ sáng BH1750FVI Quá trình phải làm c n thận, Đo đ c số liệu z at nh tránh sai sót z @ Q trình khảo sát sử dụng chế độ tự động Việ điều khiển hệ đế áy t nh l gm trượt dịch chuyển cảm biến ánh sáng thông qua giao diện tương tá tr n nhân Trong thí nghiệm này, tố độ trung bình đế trượt thiết lập 0,68 m co mm/s Nhờ thiết lập tố độ này, đế trượt dịch chuyển chậ h nh xá Sử dụng h Young dùng có an Lu thoa, từ đ việ đo đ c số liệu đượ tr n trường giao khoảng cách hai khe a = 0,18mm Hình 16 ảnh chụp hệ vân giao thoa thực n va tế ac th si 20 nh chụp hệ vân giao thoa thực tế Tiến hành dịch chuyển cảm biến BH1750FVI theo chiều ta thu đượ đồ thị biểu di n phân bố ường độ vân giao thoa nhi u x h nh 17 lu an n va p ie gh tn to nl w d oa Đồ thị biểu diễn cường độ sáng theo vị trí thí nghiệm giao thoa thể nhận th y ác vân sáng phân bố tương đối an lu Dựa vào đồ thị ta va ường độ vân sáng trung tâm lớn nh t (vị trí 111,50mm ường độ giảm ường độ vân sáng g n triệt tiêu Dựa vào đồ thị, ta ll m giao thoa vị tr u nf d n vị tr v n sáng đối xứng hai bên trung tâm Xen kẽ vân sáng cự đ i oi xá định vị trí cự đ i giao thoa tr n trường giao thoa, khoảng cách z at nh vị trí cự đ i khoảng vân giao thoa g Số liệu khoảng vân giao thoa cực đại lần khảo sát thứ z Khoảng vân x(mm) i  xi 1  xi (mm) 107,79 2,38 110,17 2,46 i(mm) m co l gm @ Vị trí STT 0,09 an Lu 0,01 n va ac th si 21 112,63 2,41 0,06 115,04 2,46 0,01 117,50 2,42 0,05 119,92 2,46 0,01 122,38 2,50 0,02 124,88 2,70 0,23 127,58 2,47 0,06 lu an Trung bình n va tn to Thơng qua việc di chuyển đế trượt tr n trường giao thoa, tìm gh khoảng vân trung bình l n đo p ie Xử lý số liệu nhận xét w Tiến hành khảo sát nhiều l n, ta thu đồ thị biểu di n ường độ vân oa nl sáng theo vị trí vân sáng Xử lý số liệu đồ thị, ta có bảng sau: d hảo sát tượng giao thoa khe Young D ( m) D(m) i(mm) i(mm) 0,001 2,47 0,01 0,000 2,46 0,00 2,46 0,00 2,45 0,01 0,01 0,690 0,687 0,691 0,001 0,690 0,000 0,688 0,002 2,45 0,690 0,000 2,46 oi m z at nh 0,003 z @ m co l 2,47 0,01 an Lu 0,691 ll gm u nf va nghiệm an lu L n thí 0,00 n va ac th si 22 0,691 0,001 2,46 0,00 0,690 0,000 2,47 0,01 10 0,691 0,001 2,47 0,01 Trung bình 0,690 0,001 2,46 0,01 Dựa vào bảng số liệu, ước sóng  lazer He-Ne dùng thí nghiệm tính theo cơng thức   (4) ướ s ng ánh sáng thu là:   641,7nm Sai D số tương đối kết đo tính theo công thức (2)      i D a   i D a lu an sai số tuyệt đối trung bình ước sóng   50,9nm Kết ước sóng n va lazer He-N thu là: tn to   (641,7  50,9)nm gh Sai số tương đối kết đo độ sai iệt ết đo so với p ie giá trị ướ s ng ánh sáng nhà sản xu t ghi lazer He-Ne LG-471-830 w hãng Leybold 1,4% Điều chứng tỏ, thí nghiệm ho t động ổn định, hiệu oa nl Số liệu tính tốn dựa lý thuyết khớp với giá trị thực tế Ngoài ra, dựa vào đồ thị d ường độ sáng theo vị tr đồ thị h nh 16 người sử dụng cịn quan sát lu va an vị trí vân cực tiểu giao thoa tr n trường Khoảng vân i tính dựa vào khoảng cách vân cực tiểu giao thoa, từ đ t nh đượ ước sóng ánh sáng u nf ll nghiệm l i công thức giao thoa khe Young nhi u x g y ởi a ệ ột đượ x y ựng để hảo sát ph n ố ường độ ánh sáng ột h h p Khi vào ột h h p ột h ướ s ng  sáng song song đơn sắ độ rộng a th tr n àn ảnh ta thu đượ h nh ự đ i nhi u x bậc 1,2, m co l gm ột ự đ i nhi u x @ ảnh nhi u x với z hiếu vu ng g iễ z at nh Th nghiệ o át iệ tƣợ oi K m 2.2.3 an Lu n va ac th si 23 Hiện tượng nhiễu xạ qua khe hẹp Vị tr v n ự tiểu nhi u x đượ sin   ho ởi k với k  1; 2; 3; a Vị tr v n ự đ i nhi u x đượ t nh th o lu an sin   (2k  1) va n Cường độ v n nhi u x qua to  2a (5) ng thứ : tương ứng k  1; 2; 3; ột h h p đượ t nh ởi sin   ) tương ứng   (6) ng thứ sau: a sin   (7) ie gh tn I ( )  I ( ng thứ : p Trong đ : nhi u x oa nl  àg w a ề rộng h h p d  ướ s ng ánh sáng hiếu lu ự đ i trung t va an I ường độ nhi u x ll u nf Cường độ ự đ i nhi u x tương ứng với   ; m ột h h p đượ t nh ởi  Do đ I  I ự đ nhi u x ng thứ sau: z at nh qua  ường độ oi Khi thay iểu thứ (6) vào iểu thứ (7) ta sin  z sin((k  ) ) I ( )  I ( ) tương ứng k  1; 2; 3; (k  ) l gm @ (8) m co Cự đ i nhi u x bậc ứng với k = 1; -2 Cường độ tương đối I1  4,5% I0 an Lu Cự đ i nhi u x bậc ứng với k = 2; -3 Cường độ tương đối I2  1,6% I0 n va ac th si 24 Cự đ i nhi u x bậc ứng với k = 3; -4 Cường độ tương đối I3  0,83% I0 Lắ đặt thí nghiệm Th nghiệ thao tá h ắp đặt g n giống th nghiệ s ng giao thoa h Young há ề rộng thay đổi đượ Hệ th nghiệ đo ướ iệt hệ h Young đượ thay ằng h h p đượ iểu i n h nh 19 lu an n va tn to gh Hệ thí nghiệm giao thoa khe Young: Đèn lazer He-Ne (1); Giá đỡ có gắn vi p ie chỉnh khe Young (2); Bộ thí nghiệm khảo sát phân bố vân giao thoa, nhiễu xạ (3); Điề c ỉ oa nl w Giao diện tương tác máy tính (4) Bật cơng tắc nguồn điện 12V AC đèn Laz r H -Ne Sau khoảng phút đèn d an lu sáng ổn định ng độ cao, mặt dụng cụ vng góc với chùm tia laser Đặt hệ ột h ột h oi m điều chỉnh ánh sáng qua hệ ll u nf chúng va Sử dụng vít vặn tr n gá đỡ dụng cụ để điều chỉnh độ cao đèn cho z at nh Tiếp theo, sử dụng tờ gi y trắng để hứng hệ vân nhi u x Điều chỉnh hệ h để ánh sáng thu cách rõ nét nh t Sau đ ột tiến hành điều chỉnh độ cao z thí nghiệm khảo sát ường độ v n giao thoa nhi u x ho phương khe @ l Đo đ c số liệu gm h p 2mm thí nghiệm hứng hoàn toàn hệ v n nhi u x m co Tiến hành dịch chuyển cảm biến BH1750FVI theo chiều xá định, ta thu an Lu đượ đồ thị biểu di n phân bố ường độ vân giao thoa nhi u x h nh 20 n va ac th si 25 gmail Đồ thị phân bố cường độ sáng theo vị trí ứng với nhiễu xạ khe lu an ố iệ ậ n va Dựa tr n đồ thị ta t thể th y đượ ph n ố ường độ v n nhi u x đ gh tn to ột ự đ i nhi u x ậ ột giống ý thuyết tả Tuy nhi n đồ thị hỉ quan sát đượ p ậ hai Dựa vào đồ thị ta xá định đượ w độ v n nhi u x ậ ậ ột o ường ường độ sáng ột so sánh với ết t nh đượ tr n ý thuyết Ta d oa nl ự đ i nhi u x ảng sau: ự đ i nhi u x iến BH175 FVI hưa nhuy n n n h ng thể phát đượ ie độ ph n giải ả ự đ i nhi u x ao gồ Cự đ i nhi u x Cường độ ánh sáng Ch nh 8653 Bậ ột n trái 266 3,11% 4,5% 31% Bậ ột n phải z at nh an lu hảo sát cường độ sáng thí nghiệm nhiễu xạ qua khe 357 4,12% 4,5% 8,3% I I0 thuyết Độ sai iệt ll 100% 100% oi m z thể th y h nh ảnh tr n đồ thị ường độ nhi u x qua hệ ột h với tả ý m co th nghiệ ta l ết đ thu đượ gm @ thuyết Tuy nhi n u nf ánh sáng th o vị tr va Dựa vào I thự tế I0 hi so sánh độ sai iệt tỉ ệ ường độ ánh sáng ự đ i nhi u x an Lu ậ với ường độ ự đ i nhi u x đo từ thự nghiệ òn sai ệ h nhiều so n va ac th si 26 với ý thuyết ng với ự đ i nhi u x thự tế so với ý thuyết thị độ sai iệt tỉ ệ nghiệ n phải đồ thị độ sai iệt tỉ ệ ng với ự đ i nhi u x n trái đồ ột h hưa đượ thể o an đ u phương tia sáng hiếu tới hai h vu ng g th nghiệ ậ I1 I0 thự tế so với ý thuyết 31 Sai iệt há ớn n n th hảo sát ường độ v n nhi u x qua hệ Nguy n nh n I1 I0 ậ với hệ ột h B n nh đ giải đượ nhuy n vị tr iến ánh sáng r nh hệ v n Ngoài ường độ sáng nhỏ ũng lu an sai số ớn th nghiệ h ng thự nguy n nh n h nh việ hiệu hỉnh hệ hưa tốt hiến ho phương ị h huyển ả hưa tr ng với phương nhi u x h nh xá ả iến hưa thể ph n ột ph n nguy n nh n g y va 2.3 So sánh với thí nghiệm lo i n tn to Bộ thí nghiệm khảo sát phân bố vân giao thoa nhi u x ho t động ổn định, gh kết thực nghiệ đo đ c từ hệ thống thí nghiệm tương đối phù hợp với tính p ie tốn lý thuyết So với thí nghiệ Xá định ước sóng ánh sáng Cơng ty nhà đ tích hợp cảm biến ường độ sáng w sách thiết bị trường học, thí nghiệ oa nl BH1750FVI nên xá định xác vị trí khoảng vân Ngoài ra, việc sử d dụng cảm biến ường độ sáng góp ph n lu ường độ cự đ i vị tr an thời vị trí vân sáng ường độ vân sáng việc sử dụng encoder quang học với dây encoder máy in u nf va cực tiểu Bên c nh đ ho người sử dụng quan sát đượ đồng ll Canon IP277 giúp ho ước nhảy độ dịch chuyển mắt thu 24 mm Bước nhảy m oi nhuy n ước nhảy 0,1mm hệ thống vẽ ường độ vân giao thoa nhi u x z at nh Tổ Vật ý Đ i ương thuộc Khoa Vật ý trường Đ i họ Sư ph m Thành phố Hồ Chí Minh Cuối cùng, thí nghiệm sử dụng vi điều khiển tích hợp với động để z @ kéo hệ ray trượt chứa cảm biến nên q trình khảo sát thí nghiệ sốt tố độ việc ghi nhận số liệu Ưu điểm tốt việc khảo sát hệ vân sáng cách thủ ng hệ thống thí nghiệm lo i m co công ty sản xu t Pas o v l gm sử dụng kiể tự động người hi đ việc ghi nhận số liệu ường độ sáng phụ thuộc r t an Lu nhiều vào người làm thí nghiệm n va ac th si 27 CHƢƠNG 3: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 3.1 Kết luận Dựa vào ết th nghiệ ưu điể ả so với ộ th nghiệ iể hứng ng o i iến ánh sáng vi điều hiển r uino ộ th nghiệ ho th y nhiều tr n thị trường Bằng việ sử ụng ộ th nghiệ ho phép người sử ụng ghi nhận tự động ph n ố hệ v n giao thoa nhi u x uá tr nh hảo sát vị tr ường độ v n sáng đượ i n tụ ổn định h n hế sai số o người ng g y Hơn nữa, vi điều ghép nối vi điều hiển với B u tooth HC-05 làm cho việ truyền nhận t n hiệu đượ nhanh h ng vẽ đồ thị tr n giao iện tương tá lu an n va hệ gặp v n đề hỏng h y En o r há h sử ụng nguy n vật iệu t th ng áy in Canon IP277 n n việ sửa hữa hi hăn B n nh đ tn to trượt đượ đ ng hộp mica hiến ho ộ th nghiệ gh ộ th nghiệ phải p ie đặt th nghiệ hệ h điều hiển hệ ray tr ng th ồng ềnh hưa gọn tr n thị trường Trong tr nh n thận đòi hỏi người iến BH175 FVI n th nghiệ việ ắp ỹ thự nghiệ để thể thu nhận ánh sáng i huyển ọ tr n r nh oa nl w 2mm ả hỉnh tr nh ột h hiệu Tuy nhi n thiết ế ộ th nghiệ ụng tr n thị trường áy t nh nh n g p ph n d 3.2 Hƣớng phát triển lu Để cải thiện khuyết điểm thí nghiệm, hệ h an n phải nhỏ thiết kế hệ h u nf va gọn sử dụng vật liệu thơng dụng, có giá thành rẻ thị trường Phương án ho ộ thí nghiệm khảo sát ường độ vân giao thoa nhi u x ll oi m mơ tả hình 21 z at nh z gm @ l Giải pháp cho hệ khí thí nghiệm động ước, trụ trơn trục vitme, gối đỡ đế trượt an Lu định hình 3x3 m co Trong hệ h c u trúc phận bao gồm: khung nhôm vuông thiết kế h nh vẽ Trên thiết kế động ước gắn với khung n va nhôm nhờ gối đỡ truyền động cho vitme làm cho vitme chuyển động quay quanh trục ac th si 28 Đế trượt đai ốc nối với vitme, vitme chuyển động th đế trượt trượt trụ trơn định hướng Lú đ ảm biến ường độ sáng tích hợp tr n đế trượt giới h n trường thu nhận ường độ sáng phụ thuộ vào độ dài trục trơn định hướng, trục vitme Thiết kế nhỏ gọn, trình tháo lắp phận thiết kế cách d dàng Nếu hệ h ho t động ổn định, việc sản xu t đ i trà r t thuận lợi v đa ph n phận thông dụng thị trường Ngoài việ điều hỉnh ả iến để hứng đượ trường giao thoa àng ho người sử ụng lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si 29 CHƢƠNG 4: TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Dương Xu n uý Vấn đề sử dụng thiết bị thí nghiệm vật lí trường phổ thơng thực trạng giải pháp T p chí Thiết bị giáo dục, 61, tr.10-18 [2] C ng ty Cổ ph n Sá h Thiết ị Trường họ TPHCM ộ TN Xác định bước sóng ánh sáng, https://www.stb.com.vn/vi/thia-t-ba-thpt/vat-li-thpt/bo-tn-xacdinh-buoc-song-anh-sang.html Ngày truy ập 15 19 [3] PASCO scientific [US] Interference and Diffraction of Light Experiment, https://www.pasco.com/prodCatalog/EX/EX-5545_interference-and-diffractionof-light-experim/index.cfm Ngày truy ập 15 19 [4] Ng Minh Nhựt Nguy n L Duy 12 18 ng dụng công nghệ luetooth lu cảm biến ánh sáng để thiết kế hệ thống vẽ cường độ vân giao thoa, nhiễu xạ an T p h Khoa họ Trường Đ i họ Sư ph TPHCM Vo 15 No 12 (2018), va n tr.113-122 to Mai Hoàng Phương Ng Minh Nhựt, 2016 Thiết kế cảm biến kết nối không dây với máy vi tính kiểm chứng định luật II III Newton T p chí khoa họ Đ i gh tn [5] p ie họ Sư Ph m Hà Nội, 61, tr.68-75, 2016 [6] Nguy n Huỳnh Duy Khang, Nguy n T n Phát, Nguy n Lâm Duy, 2016 ng w oa nl dụng vi điều khiển PIC16F877A cảm biến điện tử để chế tạo thí d nghiệm có tương tác với máy tính nhằm phát huy tính tích cực, sáng tạo lu an hoạt động dạy học định luật thực nghiệm chất khí lí tưởng T p chí [7] u nf va khoa họ Đ i họ Sư Ph m Hà Nội, 61, tr.128-137 Mai Hoàng Phương 2012 Định hướng giáo viên sử dụng máy tính, Internet ll oi m dạy học vật lí trường trung học phổ thơng T p chí khoa họ Đ i họ Sư [8] z at nh ph m TP HCM, 37, tr 140– 149 Hoàng Văn Huệ, Phùng Việt Hải, Nguy n Thị Thanh Hương 12 Nghiên cứu z chế tạo cảm biến thí nghiệm ghép nối với máy vi tính dạy học vật lí @ Ngơ Huỳnh Ngọc Khánh, 22/7/2014 Arduino Nano – Nhỏ, tiện lợi, mang m co [9] l Nguyên, tr.10,17-18 gm trường phổ thông Đề tài khoa học công nghệ c p Trường Đ i học Tây nho-tien-loi-mang-tren-minh-tinh-hoa-cua-arduino-uno Ngày truy ập n va 15/04/2019 an Lu tinh hoa Arduino Uno, http://arduino.vn/bai-viet/273-arduino-nano- ac th si 30 [10] COMPONENTS101, 12/3/2018 Arduino Nano, Ngày https://components101.com/microcontrollers/arduino-nano truy ập 15/04/2019 [11] ROHM Semiconductor, 2011 Ambient Light Sensor IC Series Digital 16bit Serial Output Type Ambient Light Sensor IC – BH1750FVI, tr.1-4 [12] Tatiana K nová, Mirolav Dovica, E uar Ja u ovič, P t r S ač o, 11/12/2017 Condition Evaluation of Optical Position Sensor Journal of Automation and Control, 2017, 5(2), 37-40 [13] Mohannad Rawashdeh, 2013, INSTRUCTABLES Arduino and bluetooth hc-05 connecting easily, http://www.instructables.com/id/Arduino-AND-Bluetooth- lu HC-05-Connecting-easily/ Ngày truy cập 10/04/2019 an [14] TOSHIBA, 30/6/2007 Toshiba Bi-CD Integrated Circuit Silicon Monolithic va n TB6612FNG, tr.1-5 o ot ạch điều khiển động D ini T https://hshop.vn/products/mach-dieu-khien-dong-co-dc-tb6612 Ngày truy 12 ập ie gh tn to [15] Hshop Điện tử p 15/04/2019 w [16] Nguy n Bá Hải 16 Hướng dẫn lập tr nh La VIEW tr nh độ ản, nhà xu t d oa nl Đ i học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, Tp Hồ Chí Minh ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si