Bài giảng vật lý đại cương 2 chương 9 pgs ts nguyễn thành vấn

Chương NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG Chương 9: NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG Nội dung c om • Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng ng • Nhiễu xạ qua khe hẹp an co • Nhiễu xạ qua nhiều khe hẹp cách tử th • Năng suất phân ly dụng cụ quang học du o ng Chuẩn đầu cu u •Hiểu khái niệm nhiễu xạ as •Nắm định luật nhiễu xạ as •Vận dụng giải tốn cụ thể nhiễu xạ: nhiễu xạ sóng phẳng, nhiễu xajh sóng cầu, nhiễu xạ qua tinh thể… CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt NỘI DUNG *** c om I – Khái niệm tượng nxas ng II – Phương pháp đới cầu Fresnel an co III – Nhiễu xạ sóng cầu qua vật cản du o ng th IV – Nhiễu xạ sóng phẳng (Fraunhofer) cu u V – Giới hạn nhiễu xạ VI – Nhiễu xạ tia X tinh thể VII - Ứng dụng tượng nhiễu xạ ánh sáng CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt cu u du o ng th an co ng c om I – KHÁI NIỆM VỀ NXAS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt A ng a1 c om I – KHÁI NIỆM VỀ NXAS M b1 C th an co s a1 u B (E) cu (P) du o ng b1 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt I – KHÁI NIỆM VỀ NXAS A (E) co C ng S c om a1 b1 an B ng th (P) (E) cu u du o Hiện tượng NXAS tượng AS bị lệch khỏi phương truyền thẳng gần vật cản NX gây sóng phẳng gọi NX Fraunhofer Trái lại NX Fresnel Chúng ta tìm hiểu NX qua lỗ tròn, tròn, khe hẹp NX mạng tinh thể Vân NX thực chất vân GT tia NX gây CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt II – PP ĐỚI CẦU FRESNEL co R th an S ng c om Bố trí thí nghiệm S cu R u du o ng b r a1 b M b1 a1b1= 2r CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt II – PP ĐỚI CẦU FRESNEL c om Phân bố cường độ ảnh NX co cu u du o ng th an Tâm M có lúc sáng, lúc tối, tùy theo bán kính lỗ trịn khoảng cách từ lỗ tròn tới quan sát ng Ảnh NX có tính đối xứng tâm M CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt b3 a1   b II – PP ĐỚI CẦU FRESNEL Cách chia đới r c om b2 ng R  M co 0 Bk du o 1 2 th b ng S an B0  b + k/2 2 R B2 rk  b1 cu u B1 M B0 S Hk (P) k b = MB0  CuuDuongThanCong.com 1 https://fb.com/tailieudientucntt b + 2/2 II – PP ĐỚI CẦU FRESNEL c om Tính bán kính rk đới cầu Fresnel: kb  2 2 rk  R  (R  h k )  (b  k )  (b  h k )  h k  2(R  b) a1 R th rk  k du o cu r u Hk kRb rk  2Rh k  Rb ng hk S  an bk co Bk ng Bán kính đới cầu thứ k: B'k b1 CuuDuongThanCong.com B0 b M Diện tích đới cầu nhau: Rb S  Rb Lưu ý: Nếu lỗ trịn có tất n đới bán kính r lỗ trịn bán kính rn đới thứ n: r = rn https://fb.com/tailieudientucntt IV – NX FRAUNHOFER (QUA NHIỀU KHE HẸP) Nhiễu xạ nhiều khe – cách tử nhiễu xạ cu u du o ng th an co ng c om Bố trí thí nghiệm CuuDuongThanCong.com b: độ rộng khe hẹp d: khoảng cách khe liên tiếp (chu kì cách tử) : góc nhiễu xạ https://fb.com/tailieudientucntt IV – NX FRAUNHOFER (QUA n KHE HẸP) NX nhiều khe b E  M F cu u du o ng th an co ng d c om  M điểm tối khi:  sin   k b k  1; 2 Là cực tiểu nhiễu xạ, gọi cực tiểu CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt IV – NX FRAUNHOFER (QUA n KHE HẸP) Xét phân bố cường độ sáng hai cực tiểu: L  dsin  ng CTGT L  (k   ) co CĐGT L  k ng   1   sin    k   ; k  0; 1; 2; 2d  an th    sin   k ; k   0; 1; 2; d c om Hiệu quang lộ hai khe: Điểm CT chưa điểm tối Các điểm sáng gọi cực đại Vì d > b nên k’ > k, ta có nhiều cực đại GT hai cực tiểu (Cực đại chính) + Nếu số khe chẵn  dao động khử  điểm tối + Nếu số khe lẻ  khe thứ lẻ không bị khử  Có vân sáng cường độ yếu (Cực đại phụ) cu u du o Điểm CĐ điểm sáng CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt IV – NX FRAUNHOFER (QUA n KHE HẸP) Đồ thị phân bố cường độ sáng qua nhiều khe c om CĐ ảnh NX qua khe th CĐ phụ du o ng CT phụ an co ng CĐ cu u CT (CT NX) + Nếu có n khe hẹp hai CĐ liên tiếp có (n – 2) CĐ phụ (n – 1) CT phụ + Nếu số khe lớn độ rộng khe hẹp CĐ phụ mờ dần tắt hẳn, CĐ có cường độ (cách tử NX) Để quan sát CĐ  < d CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt IV – NX FRAUNHOFER (QUA n KHE HẸP) Cách tử NX ng du o n d th an co ng c om + Cách tử nhiễu xạ tập hợp khe hẹp giống nhau, // , cách nằm mặt phẳng + Khoảng cách d hai khe liên tiếp gọi chu kì cách tử, mật độ khe n số khe cách tử đơn vị độ dài: cu u + Nếu cách tử dài ℓ mật độ khe n số khe cách tử là: N n d d CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt IV – NX FRAUNHOFER (QUA n KHE HẸP) c om Có hai loại cách tử Cách tử truyền qua cu u du o ng th an co ng Cách tử phản xạ CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt IV – NX FRAUNHOFER (QUA n KHE HẸP) cu u du o ng th an co ng c om Ví dụ 3: Quan sát ảnh nhiễu xạ Fraunhofer qua khe hẹp có bề rộng khe 1,5m khoảng cách khe liên tiếp 4,5m Bước sóng ánh sáng 0,6m a) Xác định góc nhiễu xạ ứng với cực đại bậc b)Trong khoảng cực tiểu (cực tiểu nhiễu xạ) bậc nhất, có tối đa cực đại chính? c) Giữa hai cực đại liên tiếp, có cực đại phụ cực tiểu phụ? CuuDuongThanCong.com Giải https://fb.com/tailieudientucntt  2.0,6 o sin   k   , 267    15 , a) Vị trí cực đại bậc thỏa: d 4,5 b) Số cực đại cực tiểu nx đầu tiên: c om Vị trí cực tiểu NX đầu tiên: Vị trí cực đại chính: sin 1  k  0,  k d 4,5 du o ng th an co ng  0,6 sin   k   0,4 b 1,5 cu u Chỉ xét cực đại nằm khoảng cực tiểu NX thì: sin 1  sin   k   k   0; 1; 2 Vậy, có cực đại c) Giữa cực đại có (n – 2) = (3 – 2) = cực đại phụ có (n – 1) = cực tiểu phụ CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt IV – NX FRAUNHOFER (QUA n KHE HẸP) c om Ví dụ 4: Một cách tử có chu kì d = 2m a) Tính số khe centimet chiều dài cách tử co ng b) Tính bước sóng lớn quan sát quang phổ cho cách tử cu u du o ng th an c) Nếu bề rộng khe b = 0,8m ánh sáng đơn sắc có bước sóng  = 0,6m chiếu thẳng góc vào mặt cách tử khoảng cực tiểu NX đầu tiên, có cực đại quan sát được? CuuDuongThanCong.com Giải https://fb.com/tailieudientucntt a) Số khe centimet c om 1 n   5000 (khe / cm) 4 d 2.10 b) Bước sóng lớn co ng  d sin  sin   k      max  d  2m d k c) Số cực đại CT NX du o Vtrí cực đại chính: an  sin 1  k  d u k sin 1  sin    d b cu mà: th ng Vtrí CT NX đầu tiên:  sin   b d | k |   2,5  k  0; 1; 2 b 0,8 Vậy có cực đại quan sát CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt u cu sino o    1,22 D CuuDuongThanCong.com ng co th ng du o  sin   1,22 D trông có vật an Chuẩn Rayleigh để tách biệt hai nguồn sáng cực tiểu thứ ảnh NX trùng với cực đại trung tâm ảnh c om V – GIỚI HẠN NHIỄU XẠ không phân giải vừa đủ phân giải phân giải Hình 9.15a Hai nguồn sáng cách khơng q o phân biệt cho dù độ phóng đại lớn đến https://fb.com/tailieudientucntt V – GIỚI HẠN NHIỄU XẠ du o an th ng d  L co ng c om Nếu hai vật cách khoảng d cách người quan sát L góc chúng: cu u L d  1,22 D Hình 9.15b (do độ tách nhỏ vật, để phân biệt ) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt d an 3’ du o Hiệu quang lộ ng th 1’ 2’ co ng   c om VI – NHIỄU XẠ TIA X TRÊN TINH THỂ cu u L2 – L1 = 2d.sin Vị trí cực đại thỏa định luật Vulf - Bragg L2 – L1 = 2d.sin = k CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt VI – NHIỄU XẠ TIA X TRÊN TINH THỂ an co ng c om Ví dụ 5: Để nghiên cứu cấu trúc tinh thể hai chiều, người ta chiếu vào tinh thể chùm tia Rơngen có bước sóng 15pm quan sát ảnh nhiễu xạ Kết quả, cực đại NX bậc ứng với góc nhiễu xạ  = 300 Tính số mạng tinh thể? ng th Giải du o Theo định luật Vulf – Bragg: cu u L2 – L1 = 2d.sin = k k 1.15 d   15pm sin  sin 30 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt .c om VII – ỨNG DỤNG HIỆN TƯỢNG NHIỄU XẠ AS ng Phân tích quang phổ cách tử NX ng th an co Nghiên cứu cấu trúc mạng tinh thể nhiễu xạ tia X cu u du o Nghiên cứu suất phân li dụng cụ quang học CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt