LƯƠNG DUN BÌNH (Chủ biín),
TLÍ
ĐẠI CƯƠNG
DÙNG CHO CÂC TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHỐI KĨ THUẬT CÔNG NGHIỆP
TẬP BA, PHẦN MỘT
QUANG HỌC VẬT LÍ NGUYÍN TỬ
VĂ HẠT NHĐN
Trang 2LƯƠNG DUN BÌNH (Chủ biín)
NGO PHU AN - LE BANG SUONG - NGUYEN HUU TANG
VAT LÍ
ĐẠI CƯƠNG
DUNG CHO CÂC TRƯỜNG ĐẠI HỌC
KHỐI KĨ THUẬT CÔNG NGHIỆP
TAP BA, PHAN MOT
* QUANG HOC
* VẬT LÍ NGUYÍN TỬ VĂ HẠT NHĐN
(Tai ban tan thit hai muon Nai)
Trang 3
A - QUANG HOC Quang học lă mơn học nghiín cứu vẻ ânh sâng
Trước cơng ngun một số nhă triết học cổ Hy Lạp cho rằng, sở SĨ chúng ta nhìn thấy vật lă do từ mắt ta phât ra những "tia nhìn" đến đập lín vật Tuy nhiín cũng đê có một số triết gia khâc cho rằng ânh Sâng xuất phât từ vật phât sâng
Văo cuối thế kỉ XVII Niutơn (Newton) dựa văo tính chất truyền
thẳng của ânh sâng đê đưa ra thuyết hạt về ânh-sâng Theo Niutơn ânh
Sắng lă một dòng câc hạt bay ra từ vật phât sâng theo câc đường
thẳng Cùng thời gian đó Huyghen (Huygens) lại đưa ra thuyết sóng
YẺ ânh sâng Theo ông, ânh sâng lă sự truyền những dao động đăn hồi
trong một môi trường gọi lă 'íte vũ trụ” Do uy tín khoa học của Niuton nĩn thĩ ki XVII 1a thoi ki thống trị của thuyết hạt về ânh
Sing Tuy nhiĩn văo đầu thế kỉ XIX trín cơ sở câc giả thuyết sóng vệ
anh sâng, Frenen (Eresnel) đê giải thích đầy đủ câc hiện tượng quang
học được biết thời đó, Kết quả lă thuyết sống được mọi người công
"hận vă thuyết hạt hầu như bị lêng quín Sau khi thuyết điện từ của
Maexoen (Maxweil) ra đời (1864) người ta đê chứng minh được rằng nh sâng lă câc sóng điện từ có bước sóng từ 0,4m đến 0,75m
Văo cuối thế kỉ XIX vă đđu thế kỉ XX hăng loạt sự kiện thực nghiệm đê chứng tỏ rằng mọi vật phât xạ hay hấp thụ ânh sâng theo
Phững lượng giân đoạn mă độ lớn của chúng phụ thuộc văo tin số
Ânh sâng, Điều đó lại dẫn đến khâi niệm hạt ânh sâng : ânh sâng
&ồm một dòng sâc hạt gọi lă câc nhơtín Sự phât triển của vật lí về Sau đê chứng ;ỏ r ng 4nh sang vừa có tính chất Sóng vừa có tính chất 3L: Trong một số hiện tượng như giao thoa, nhiễu Xạ, phđn cực, ânh
Sang thể hiện tính chất sóng ; còn trong một số hiện tượng khâc như hiếu Ứng quang điện, hiệu ing Comton (Compton), anh sâng lại thể hiện tính chất hạt,
Trang 4
học ¬ nhền Hiển tô Dđn “chất của ânh sâng, đồng thời
et ig SẼ ĩung cấp những kiến thức cần thiết về việc ứng
đụng những định luật quang học trong kĩ thuật vă đời sống
ve ¬ Chung 1
CƠ SỞ CỦA QUANG HÌNH HỌC +
 GONG TRAC QUANG
"`" boda
ong-thue Wes ghiíu hiệu tượng qưang học, đặc biệt lă hoạt âc đụng 'eụ quảng học có thế được nghiín cứu xuất phất la Văo câc định lụật sơ bẢfi về câc tiâ sâng;
h Úỗ, Chứng ta nghiín cứu sự tạo thănh ảnh trong o4¢ Sang hoe mgt cĩch don gidn
ÍL1,CÂC DINE LUAT COBAN |
ˆ - CŨA QUANG HÌNH HỌC
Ống ânh sắngruyín theo dưỡng thẳng như &au : đương một môi trường tron8,
Khi nghiền cứu hiện tượng nhiền xạ ta sẽ thấy định Tuật nầy có „
giới hạn ứng dụng của nổ: Lúc ânh 3#ủg truyền dua những 15 thật
nhỏ hoặc gặp những chướng ngại Vật kích thước nhơ văo cổ bước
sóng ânh sâng thì định luật trín khơng cịn: đúng Aida
3 Dinh Twat về tâc đụng độc lập của cde tia sing
Định luật năy được phât biểu : Tâc dụng của câc chùm sâng khâc
nhau thì độc lập với nhau, nghĩa lă tâc dụng của một chằm sâng năy
khong ping thuge văo sự có mặt hay không của pâc chăm sâng khâc 3 Hai định luật của.Đícac (Descares)"
Thực nghiệm;xâc nhận rằng khi một-Ha sâng, OJ tới mặt phđn
sắch hại môi trường trong suốt đồng tính vă đẳng hướng thì tia sâng bị tâch thănh hai đả ; tia phản xả ?Rị vă tia khúc xạ ?; (h.1=1)
Chứng tuđn theo hai định luật sau day : , ˆ
4) Dink ludt Dĩcac thứ nhất : Tĩa phần xạ nằm trọng mặt phẳng
tối (tức lă mặt phẳng chữu tia tới vă phâp tuyển 1N) vă góc tới bằng sốt phiẩn xạ
ay.” *
bJ Định luật Đĩcâc thit hai:
Ta khúc xợ nằm trong mặt
phẳng tối vă tỉ số giữa sin gốc tới
về sản gâc khúc xạ lă một số Không đổi =i} sản - d‹2 -Sinig Ban
"ạyă:một số không đội phụ
thước Văo bản chất của hai môi
trường vă được gọi lă chiết suất tỉ đổi của môi trường 2 đối với moi trường 1
Trang 5
Nĩu np) >1 th ip <ij, ta khúc xạ gập lại gần phâp tuyến vă môi trường 2 được gọi lă chiĩt quang hon mĩi trường 1 Ngượ nĩu n>, <I thi ip > ij, tia khúc xạ lệch xa phâp tuyến hơn trường 2 kĩm chiết quang hơn môi trường 1
Ă©) Chiết suất tỉ đối vă chiết suất tuyệt đối : Nếu gọi vy vă 0: lă
Vận tốc ânh sâng trong môi trường ] vă 2 thì thực nghiệm chứ:
et 2< Vo
Với: nước-khơngkhí: nạ =133, thuỷ tỉnh — khơng khí : nạ, = 1,52
Ngoăi chiết suất tỉ đối, người ta còn định nghĩa chiết suú
đối của một môi trường Theo đi tột môi trường lă chiết
không Nếu gọi u lă vận tốc ânh Sâng trong môi trường, c lă
ânh sâng trong chđn khơn, trường thì căn cứ văo (]~3) tạ có ;
ịnh nghĩa chiết suất tuyệt
o n==,
ne af
Đối với khơng khí v = e nín n ~ , So sânh với k
điện th ta ty = ua thu được khi nghiín cứu vận tốc truyền sóng trong đó £ vă NT I lđn lượt lă hằng số điện môi vă độ từ thẩm của Ja tim lien hệ giữa chiết suất ¡
Suất tuyệt đối của chúng Tùy (1-3) c6 thĩ viết ; nại = ` at
2 Vị ony lí Sai
ue mơi trường thự nhất lă không k
Tan thể coi chiết suất suyệt gọi củ: Í đối của mơi trường đó đối vớ khơng khí 6 q3) quyết đối của
suất tỉ đối của mơi trường đó đối với chđm
n tốc
lg vă n lă chiết suất tuyệt đối của môi
q-4)
Ï đối của hai môi trường vă chiết
(1-3)
hi thi ny = 1 va nại = nạ: l4 một môi trường lă chiết
4) Đụng đối xứng của định luật Dĩcac : Tit (1-2) va (1-5) c6 thể viết ; sini 1 =n, = n Sinia i hoặc nysiniy = ng sini (1-6)
Đó lă dạng đối xứng của định luat Dĩcac
4) Hiện tượng phản xạ toăn phẩn = Xĩt hai môi trường 1 vă 2, Nếu nại >[ thì iz< ij vă mọi tỉ
#i đều cho tia khúc xạ, ví dụ
trường hợp ânh sâng đi từ khơng khí văo nước (h 1~2a) Nếu nại <1
thì ip > i, vă không phải mọi tỉa tới đều cho tỉa khúc xạ Vì góc khúc Xa ig chỉ có thĩ < E do đồ, chỉ những tia tới năo mă góc tới ¡¡ ứng - 2 Với góc khúc xạ iạ < mới cho tỉa khúc xạ Gọi i„„„ lă góc tới eae ứng với góc khúc xạ bằng = căn cứ văo định luật khúc xạ ta c6 :
sini} max = 921 (1-7)
NEu i; > ijgax thi toăn bộ ânh sâng đều bị phản xạ vă không
Sồn tia khúc xạ nứa Lúc đó ta có hiện tượng phan xa toăn phần (h 1-2p) 'Vậy muốn xảy ra hiện tượng phản xạ toăn phần thi
3) s9)
Trang 6
mêi un tí mối nồng có chiết suất lớn sang moi
liết suất bĩ, đồng thời góc tới phải lớn hom imax + imax
Íliyốc tới giới hạn Ví đụ trong trường hợp ânh sâng truyền
Hiện tượng khúc x4 về OM -phản xạ toăn ghẩn có nhiều - ứng:dụng trong thực tế
Trong thiín văn học khi xâc định vị trí của câc ngồi sao cẩn phải xĩt đến SỬ KhỨế xâ của ânh sâng 4# câc lớp khơng- khí Chún8 ta biết rằng chiết suất củ2 khổng khí phụ thuộc mmật độ của nó vă thực nghiệm! Cale e 866|Zêp`: ° "` : chứng tỡ hiệu số Đạp
ARSC HI oe gab 8 cao mật độ khơng khí cảng giảm vă do đó "ẾU của Kơng Khí cũng bị giảm thed Tia sâng xuất pdt
2 \sơi S40: răo đó khơng
Sh
‘De-c#0 duan sắt vă độ cao thực
xếi chiết quất ‘ting,
'Hình:đụng khó Ăy-Ah): Kết quả lă vị
Hc Một thôi sao ở đường chđn trời, ôi góc cỡ 36"
fa sĩ bi, cong di (hình 1-3, trín Hình
VlØ thănh 8ư ảnh
ard 4
Š:định đầu đí đến Trâi Đất qua câc 16P ` “quyển được chia thănh câc lớp mông ĐỂ: ° tL quan sĩt được của ngôi sao ở cao-hơn vị tí Ý
b do hiện tượng khúc xê â9h j
- bị che khuất, về nguyín tắc có thĩ ding UG
Cấc ảo ảnh quản sât được tiong’ cdc vùng sa mac hay dĩng cd - cũng được giải thích dựa trín hiện tượng khúc xạ vă phđn xạ toăn 'Bhần (h 1-4) Nhờ sự uốn cong cửa tỉa sâng nín miột số vật ở khuất xa dưới đường chđn trời sẽ được nhìn thấy xă hình như ở gần người
quan sắt hơn ` :
Hiện tượng phản xạ toăn phđn được ứng dụng để đổi chiíu tía sống trong câc dụng,cụ quang họp Chiết suất oủa nhiều loại thuỷ tỉnh văo cỡ 1,5 Vì vậy góc tới giổi hạn trín biến giới thuỷ tỉnh khơng khí cỡ 42° vă khử góc tới bằng 45” sẽ luôn luôn xđy ra hiện,
tượng phản xạ toăn phần tư
Hình 1-5 biểu diễn câc lăng kính phẩn xạ toăn phẩn Trong “trường hợp a) ảnh vă phượng truyền của ânh sâng bị quay đi một góc s° “đo phần xạ toăn phần tại mặt đầy của lăng kính Trong trường hợp b) ảnh vă phương truyền của ânh sâng bị đổi chiều do hai lần phản xạ toăn phần trín hai mặt bín của lắng kính
3, HX A : 4 B + ER A , B :
lal ® B b) 9
H.1-8 Câc lăng kính phần xạ toăn phần “Trong trường hợp b) ảnh vă phương
truyền, của ânh ng bị đổi chiíu do hai 9 lần phản xạ toăn phần trín hai mặt bín
của lăng kính Trong trường hợp c) nb '
cÑng bị đổi chiều do phản xạ toăn phẩn
ở mặt đầy của lăng kính nhưng chiểu truyền của ânh sâng lại không đổi:
Hinh 1-6 biểu diển sơ đổ của một
loại ống nhòm dùng quan sât những vật oe m 0 `
Trang 7Tuy nhiín khi phản xạ từ gương kim loại một phan anh sing
Xa toăn phần sự mất mât đó khơng xảy ra Ngăy nay hiện tượn
xa toăn phẩn còn được ứng dụng trong câp sợi quang
§1.2 NHUNG PHAT BIEU TUONG DUONG
CỦA ĐỊNH LUẬT ĐÍCAC 1 Quang lộ
Xết hai điểm A, B tron; trong một môi trường đồng tính chiết suất 9 a shan một đoạn bằng d(h.1~7a), Thời gian ânh sâng di từ
(1-8)
trong đó v lă vận tốc ânh sâng, trong môi trường
es t8 định nghia: quang 16 gia hai diĩm A, B lă đoạn đường
(long đồ th bong mới Raped th gian mă ânh sông di được đoạn đường AB trường Gọi L tă quang lộ giữa hai điểm A, B ta có tong chđn không trong khoảng thời gian !
L=et Thay t từ (1~8) văo a == tanttr it ra: la:
(=9)
~9) Va biết chiết suất của môi trường
(1-10) ` uê 4wa nhiề mi trường chiết suất nị, ñ2 : :
uang lộ tổng cộng "0E lấn Tự lă dị d g (gj~7p), tỪ
L
-= Enid; di) ă chiết suit thay dĩi lin (US
h ‘T77e) thi ta chia doan duamg thănh
đoạn nhỏ ds để chiết suất coi như khơng đổi trín mỗi đoạn nhỏ
Vă quang lộ giữa hai điểm A vă B lă :
A
L= [nds (1-12)
B
H.1-7 Khai niệm về quang lộ
2 Nguyín lí Fecma (Fermat)
4) Phât biểu : Khi nghiền cứu về sự truyền ânh sâng, Feema tìm
Tả nguyín lí sau : Giữa hai điểm AB, ânh sâng sẽ truyền theo con đường năo mă quang lộ lă cực trị (cực dại, cực tiểu hoặc không đổi)
Căn cứ văo (1-9) ta có thể phât biểu : Giữa hai điểm AB, ânh Sắng sẽ truyền theo con đường năo hoặc mất ít thời gian nhất, hoặc mất nhiều thời gian nhất, hoặc sẽ truyền theo những con đường mă thời gian truyền bằng nhau
b) Sự tương đương giữa nguyín lí Fecma vă câc định luật Đícac : Nguyín lí Fecma lă một dạng phât biểu tương đương của định luật Đícac, Tạ hay xĩt sự tương đương năy
— SW tương đương của nguyín lí Fecma với định luật phản xạ Xĩt hai diĩm A, 3 nam phía trín mặt phản xa Z (h I-8a) Gọi AIB lă con tường ânh sânz truyền từ A đến B Căn cứ văo định luật phản xạ thì
h=ii
Trang 8
Xĩt một điểm I’ bat kì trín lă điểm đối xứng của B qua mặt p! thì IB =1B' vă FB =IE' Vì ¡, = ¡', nín ba điểm AIB' thẳng hăng vă ta rú
tL1-8- Sự lương đương giữa nguyín lí Fecma vă định luat phan xa
AL+IB<AI'+1B a
Nhđn hai vế với chiết Suất n của mơi trường, ta có :
Late <Larp, aa
nghiia la 4nh sang truyền theo cọn dudngma guang 16 cue tiĩu- Ft Nel mot mat clipxoit tba Koay quanh true FIE; có phí?
I Vă có hai tiíu điểm F¡, F, (h.1-8b)- He : Mal elipxdit, can cứ văo tính chất của elipX6l"
câc đoạn Ếc đoạn thẳng IE) vă TP sẽ hợp với phâp tuyến IN những góc bă" thả Ă IE; sẽ hợp vị :
nhau Nếu đặt một ng SP la Sắng sau khi dap 1¢ Tim UỔn sâng tại EỊ thì căn cứ văo định luật Phố"
_Nếu lại xĩt một tal T (h1—8b) th a
ỐC phản xạ, cặn
(eo con đường +: thÌ con đường
mat nam
lối với câc,
ct theo dij Phia trong vă tiếp xúc với miat clip! nh luật Đcâc, ânh sâng chỉ có thể ) mat đó, chi có tại I, góc t6i mĩi BAN
LÍ 80 Với câc con đường khâc (EILE; chẳng ĐỂ”
Mating v6i guang lộ cực đại ri
l2
~ Šl tương đương của nguyín lí Fecma với định luật khúc xạ Xĩt hai điểm A, B nam trong
hai môi trường trong suốt chiết
suất nị vă ny (h.1-9} Lay mot
điểm I bất kì trín mat phđn
câch Š quang lộ theo con đường AIB lă :
L=n¡AI+nạ]B (1=15) Gọi
rs H 1-9 Sự tưởng đương giữa nguyín
AA'=hy ; BB'= hy, li Fecma vă định luật khúc xa
Al=x, A'B'=p, ta có:
L=nị\x? + hƒ + nạaj(p—x)” + hộ (1-16)
Theo nguyín lí Fecma, ânh sâng đi từ A đến B theo con đường
mă quang lộ cực trị Điều đó có nghĩa lă ânh sâng sẽ đi theo con
ptt heya |
đường AIB mă đoạn A1 = x thoả mên điều kiện C“ =0 Dựa văo
dx (1-16) ta sny + dL 5 x p= (17) de Vă? thể vÍ(p—x)? + hậ Từ“(1~17) ta rút ra : ny sini, = tigsiniy (1-18)
(I-18) chinh 18 cong thite cla dinh luat khiic xa Dĩcae (1-6)
Như vậy xuất phât từ định luật Đềcâc ta có thể tìm được ngun
li Feema vă ngược lại Rố rằng chúng tương đương với nhau 3 Định lí Maluyt (Malus)
Tả lại xĩt một dạng phât biểu tương đương nữa của câc định luật
Đềcae, Đó lă dinh li Maluyt
Trang 10cảm giâc sâng Với câc ânh sâng đơn sắc khâc thì chỉ có mưt phẩn
năng lượng gđy ra cảm giâc sâng Để đặc trưng cho phẩn nding Ions đđy ra cảm giâc sâng người ta đưa ra khâi niệt Theo
định nghĩa, quang thông do một chìm sâng n dS la
một đại lượng có tri số bằng phẩm năng lượng gđy ra cản: giâc sâ"#'
gửi tới dS trong một đơn vị thời gian
Ngoăi quang thông gửi tới điện tich dS, người ta còn dịnh nghĩa
đuang thông toăn phần của một nguồn sâng Đó lă phđn năng lượng
Bly ta cảm giâc sâng do nguồn phât ra theo mọi phương: trong một
đơn vị thời gian,
2 Độ sâng
Trước khi định nghĩa độ sâng t 4) Gâc khối ;
không gian gi
la xĩt khâi niệm góc khối \
Góc khối nhìn thấy diện tich dS tic diĩm O lă phan
hạn bởi hình nơn có đỉnh tại O vă có câc đường sỉ"h
2) Tri số của góc khối được đo bằ# bân kính bằng đơn vị bị giới hạn OME
ing don vị hợp phâp, đơn vị góc khối l*
- Như vậy góc khối toăn phần sẽ lă 4
dSo „ nt
ă †
Khoằng câch Qug ae ch Biới hạn ong hình nóa Gợi SỬ n dS, d lă góc
as ve
4S, 12 hinh chigu eita đS lệ: "mm
a9 _ (TỶ Ey
Biĩt dS, = dS.cose, ta rit ra:
dS.cosa
(1-23)
dQ =
(1-24) if
>) Độ sâng : Đó lă đại lượng đặc trưng cho khả năng phât sâng
của nguồn theo một phương Theo định nghĩa, độ sâng của nguồn
theo mot phuong nao đồ lă một đại lượng có trị số bằng quang thông ©Ủa nguồn gửi di trong một đơn vị góc khối theo phương đó
Goi 1 lă độ sâng, db lă quang thông gửi đi trong góc khối đO,
tả có ; ab =— 40 ( 1-25 ) Nói chung Nếu độ
ộ sâng Ï của nguồn thay đổi theo phương phât sâng âng I theo mọi phương đều như nhau thì nguồn gọi lă
đgn đẳng hướng Với nguồn đẳng hướng, quang thông toăn phần 6 gid tri lă :
o= pide ÿdo = 4n, (1-26)
trong dĩ : pao = 4m chính lă góc khối toăn phần,
©) Đơn vị : Theo bảng đơn vị hợp phâp, đơn vị 46 sĩng 14 candela (viết tắt lă cd) Đó lă một trong 6 đơn vị cơ bản của hệ SĨ Theo định nghĩa, cqnđela lă độ sâng đo theo phương vng góc của một điện tích nhỏ, có diện tích 1lB00.000 mĩt vuông; bức xạ nhưự một vật bức
*Xạ toăn phđn, ở nhiệt độ dông đặc của phatin dưới âp suất 101325
niuton trĩn mĩt vuông aPC
Từ đơn vị của độ sâng có thĩ suy ra đơn vị của quang thông Theo công thức (1~25), ta có :
d@ = IdØ
Nếu I= ] canđela, dO =
d@ = 1 candela.1 giírađian = 1 lumen
(1-27) tírađian thì
Như vậy, unen (với tắt lă In) lă quang thông của một nguồn sâng điểm đẳng hướng có độ sâng 1 canđela git di trong góc khối 1 stĩradian, 2-WLBTa.p
Trang 11
Quang thong vă độ sống lă hai dai lượng đặc trưng cho nguồn Sâng Bđy giờ, ta sẽ nghiín cứu đó rọi, Đó lă một đại lượng đặc
trưng cho vật được roi sang, 4) Định nghĩ
ết diện tích được rọi sâng Ơ§ Gọi quang thơng
(Săn phđn sửi tới đề lă đĐ Người ta định nghiƠ độ rọi của diện tích đ$lă lượng ;
lộ d§ 8)
đụ T80 ri E Da Hội mặt năo đâ lă một đại lượng có gi Đằng quang thong tới một đơn vị diện tích của mặt đó Bee
>) DO roi gay bai nguồn điểm ii Xết diện tích đS được rọi sâng bởi
'iguồn điểm O có, độ sâ ang 141 (h.1-13) Quang thông gửi tới dê lă: 5
db = JdQ = (1-29) Nhu vay, tỉ lệ nghịch i 'ẽ nguồn di TT TÚ sy sin
Với bình Phuong tiết độ rọi của mặt được chiếu 5 NT, câch từ mặt ấy đến nguồn
auĩn bing cĩch Sâng biết trược DM MEuĩn 46 vai một nguồn sâng mẫu CÓ ° ee) ©6 thĩ xĩe định được độ sâng của He
©) Don vi d@ rot - Tie (1-28) ta thấy, nếu d@ = 1 limen va dS = 1m2,
thì độ roi E = 1 lumen” Nhu vay đơn vị của độ roi 18 lumen/in? vă £6n duge goi lă Jux Vay ta có thể định nghĩ (viet tat ta tx) ta
độ rọi của một mặt mă cứ Im” của mặt đó nhận được: một quang
thông lă 1 lumen
Bảng dưới đđy cho ta độ roi trong một số trường hợp :
Ngoăi trdi ngay ram Nơi vă điều kiện rọi sâng Độ rọi (lux) 1.000
“rong phòng ban ngăy 100
Tiín băn lăm những việc tỉnh vi 100 + 200
Đọc sâch 30 + 50
“TÌ mặt trăng ngăy rằm gửi tới 0,2
“Từ bầu trời dem không trăng 0/0003 Pu
Từ một ngôi sao 1,4.10
KG C00017 |
Chương 2
CƠ SỞ CỦA QUANG HỌC SÓNG
GIAO THOA ANH SANG
Trong thực tế có nhiều hiện tượng nếu chỉ dựa văo câc định luật
của quang hình học sẽ khơng giải thích được, ví dụ như câc hiện
tƯỞNg giao thoa nhiều xạ Phải xĩt đến bản chất sóng của ânh sâng mới giải thích được câc hiện tượng năy Đó lă nội dung của quang
học sóng,
§2.1 CƠ SỞ CỦA QUANG HỌC SĨNG
1 Hăm sóng của ânh sâng
Tă đê biết ânh sâng lă một loại sóng điện tir nghia lă một điện từ
trường biến thiín truyền trong khơng gian Tuy nhiín thực nghiệm
Trang 12chứng t6 rang chỉ có thănh phần điện trường khi tâc dụng văo mất
mới gđy ra cảm giâc sâng, vì vậy dạo động của vectơ E dược gọilÔ
đâo động sâng,
ˆ Nổi tại O phương trình dao động sâng lă :
Xy =acosat om
thì tại M cĩch © mot doan
sẽ lă: i r (h.2~1) phương trình đao động sânE
X = acosa(t—1) = seos(o -
= se (an = (2-2)
R
tro ó =)
ae re Ue Blan Ảnh sâng truyền từ O đến M, L = et 12 quan ộ ao ding OM, A = eT lă bước sóng ânh sâng trong chí?
Khơng Lượng @ = 2 - ua
A Chính lă pha ban đấu của dao động sâHế'
Phương trình (2-2) gọi lă hal! Sóng của ânh sâng
Nếu ânh sâng truyền thí
chiều ngược lại, ham song
ânh sâng sẽ có dạng :
(ot aa 2-3)
š 3
ie một điểm, người ta định nẽP”
tu nề Có Dị Số băng nạn ` CƯỜNG độ sâng tại một điềm lă 4,
"CỐ LL EE
Tương tự như sóng đm:
phương biín độ đao động ng tại điểm đó : ong dO sâng tại một điểm tỉ lệ với bình
I=ka” (2-4)
đó k lă một hệ số tỉ lệ Khi nghiín cứu hiện tượng giao thoa, 34 ta chỉ cần so sânh cường độ sâng tại câc điểm khâc nhau mă khơng cđn tính cụ thể giâ trị của cường độ sâng, do đó có thể
(2-5)
3 Nguyín lí chồng chất
Cũng như sóng cơ, sóng ânh sâng tuđn theo nguyín lí chồng chất sau day : Khi hai hay nhiều sóng ânh sâng gặp nhau thì từng sóng riíng biệt khơng bị câc sóng khâc lăm nhiều loạn: Sau khi gặp nhau,
vâng vấn truyền di như cũ, còn tại những điểm gặp
âng bằng tổng câc dao động sâng thănh phần
câc sóng ânh
nhau, dao động
Nguyín lí năy được ứng dụng để nghiín cứu câc hiện tượng giao
thoa nhiễu x
4 Nguyín lí Huyghen
Vì ânh sâng có bản chất sóng nín nó cũng tuđn theo nguyín If Huyghen'!) : bất kì một điểm năo nhận được sóng ânh sâng truyền đến đều trở thănh nguồn sâng thứ cấp phât ânh sâng vẻ phía trước nó
§2.2 HIỆN TƯỢNG GIAO THOA
CỦA HAI SÓNG ÂNH SÂNG KẾT HỢP
Trong phần sóng cơ học ta đê định nghĩa hiện tượng giao thoa sóng cơ học, đó lă hiện tượng chồng chất của hai (hay nhiều) sóng
(1) Xem chương III, §2
Trang 13
cơ học Hiện tượng giao thoa sâng sâng cũng chính ẹn tượng
chồng chất của hai (hay nhiều) sóng ânh sâng Kết quả lă trong
trường giao thoa sẽ xuất hiện những miền sâng, những miễn tối:
(Căng Thữ sóng cơ chỉ có câc sóng ânh sâng kết hợp mới tạo ra được
hiện tượng giao thoa ; vì vạ
thoa, ta hêy xĩt câch tao ra \ý trước khi nghiín cứu hiện tượng gi49 hai sóng ânh sâng kết hop
eRe TT "ưng
aie
Sang Phat ra ti hai nguồn riíng biệt, thi tai hộ
tơi cặp đoăn „ “hận được câc cặp đoăn sóng do hai Pin gi ch thay đổi vă khan, S© có một hiệu pha năo đó, Hiệu pha HỒY
oe
hông phải lă một số, không đổi Kết quả I
ng biĩt phat ra 1, hai Sống không kết hợp
hop Như vậy nguyệt
tắc tạo ra hai sóng KẾ: hợp lă từ một sóng đu nhất tâch ra thănh ĐĨ! sóng riíng biệt Để tạo ra câc SÓĐẺ Kết hợp người ta đồĐẺ câc dụng cụ sau :
a) Khe Văng (YounÍ)
Khe Yang 1a mot 006
cu gồm một nguồn SANE ¿
ds đặt trước một măn khô"Z
trong suốt P có đục hai lỗ nhỏ OjOs Sau'P đặt mot man quan st E Ảnh sâng phât ra từ O truyềi
đến O¡, O› Theo nguyín lí Huyghen,
Ơi vă Ĩ› trở thănh hai nguôn thứ cấp Vì từ một nguồn tâch thănh
hai nĩn Oj, Õ› lă hai nguồn kết hợp vă câc sóng phât ra từ O¡, O lă
câc sóng kết hợp (h 2~2)
Thơng thường để quan sât hình ảnh giao thoâ được rõ người ta
thường thay nguồn điểm © bằng nguồn khe, còn câc lỗ O¡, O› được
thay bằng câc khe hẹp song song với khe O (Vng góc với mặt
phẳng hình vẽ) b) Guong Frĩnen VN <i NEI H 243, Gung Frĩnen Gương Frĩnen la mot dung cy gĩm hai guong phang G,, G
nghiíng nhau một góc rất nhỏ (khoảng văi ph
(h.2-3) Một nguồn điểm O đặt trước hai gương nghìn rađian)
ảnh ảo lă
Trang 14
3 Khảo sât hiện tượng giao thoa
Vị lí tâc cực đi tă cực tid giao thọa, Xĩt hai newin Ket hOP ©n(h.2-4) Phuong trình dao dong sâng của ching |
K(O}) =, cde (5
M
o ty
X(O2) = a2 cosot
ñ Tại M sẽ nhận dược hai dao
€ dong sâng mă sóng, €Ẻ %, dạng 2m Xị =aios| @L=——~L¡ | H2-~ - Nghiín cứu hiện tụ
a lưỡng giao thoa,
ĐỘ 2 Thì biín do dao đọng sâng tôn
Nếu Ap ~ VÔ SẾNg sẽ đạt giâ trị cực đổ
=L¿ = (2+ thi bien độ 42
ng do sâng sẽ đạt giâ trị cực tiểu:
Ĩ nhất (cực đại giao thoa) lă nhữD?
ota hai sóng bằng một số nguyín lễ hhững điểm vạn © Riu quang 16 i= 2=kh, (k=0,4) +2 ) Giả tốt nhật, (cự, Ý Sa hai sóng Leys ^ ii
tiểu giao thoa) 1a nhiing diĩm ™ Ủng một số lẻ lận nữa bước sÓn#
2-9)
24
5) Hình dạng vă vị trí van giao thoa Để đơn giản, ta xĩt trường
hợp ânh ruyĩn trong chđn không hoặc khơng khí Lúc đó vị trí câc cực đại vă cực tiểu được xâc dịnh bởi câc công thức :
" (2~10) vă 5 =m =@k+)) rly (2-11):
Tương tự như phẩn sóng cơ học, quỷ tích những điểm sâng nhất
lă một họ hypecbôlôit tròn xoay >¿, 3,3, >2,X
trị số k = 0, +1, #2 có hai tiíu điểm lă O¡, Oz vă trục lă đường (ứng với câc
0105 (h 2-5) Quỹ tích của những điểm tối nhất cũng lă một họ hypecbolôit xen kẽ với họ mặt trín Riíng mặt sâng cực đại 5, (ứng với k=0)
mặt phẳng trung trực của đoạn O¡O¿
Trang 15
Dit mgt man chin E song song vi OO» va vudny 25¢ V6i
phẳng hình vẽ, ta sẽ được hệ câc vđn sâng, vđn tối ính lă câc
lao tuyển của hai họ mat hypecboloit tren vĩi man E
Cie van sing ti do được gọi lă câc van giao tiv
SINH giữa lă một đoạn thẳng còn câc vận khâc | hypeCbôn Thông thường khoảng câch O,O, rat bĩ vă Gat Xă Đín câc doạn hypecbơn có thể coi lă câc doan th:
Blao thoa sẽ lă câc doan thẳng song song câch đều nhau
Ta xâc định vị tri CC ; hị
vđn giao thoa trín mă từ vật Vđn sâng những đoạt Gọi khoảng câch từ VH
sing giữa (giao tuyĩn OM
mặt Є với măn E) tới a sâng thứ k lă y, kho tế cach 0,03 = /, khoảng a
tit hai khe tĩi man quan ™
bing D (h 2-6)
Zs N
tT Vi ma sât da Xa vă lí
(551) đo dạ A fe 6-66 thĩ eo; OSH vibo2 boc v6 BMA O/H 1; YI măn quan sât đặt xa “0
PT ng Y On
Theo (2-10) vi pe oc MIT eh van vn, được xâc định bởi công thức ? 3
)J `
Đo đó ; 2
y= 2D 1 2-1?!
tế
%6
Theo (2=]1) vị trí câc vđn tối được xâc định bởi công thức :
Do đó : AD ` y= Gk +N (2-14)
Căn cứ văo (2-13) va (2-14) ta thay cde var xen kẽ nhau Khoảng câch giữa hai van sâng kế
, vđn tối nằm
§ AD
TY ergata Stel) i duge goi lă bể rộng vđn giao thoa
Từ (2—14) ta thấy khoảng câch giữa hai vđn tối kế tiếp cũng lă ¡
Ta biết rằng câc vđn giao thoa lă câc đoạn thẳng vng góc với
mật phẳng hình vẽ, do đó nếu dịch chuyển đồng thời O, O; theo Phương vuông góc với mặt phẳng hình vẽ thì hệ thống vđn chỉ trượt trín mình nó vă khơng có gì thay đổi Như vậy, nếu ta thay hai
nguồn điểm O), O; bằng hai nguồn khe đặt vng góc với mặt phẳng
hình vẽ thì vị trí câc vđn giao thoa sẽ không thay đổi nhưng hình ảnh glao thoa lại rõ hơn nhiều
€) Hiện lượng giao thoa khi dùng ânh sâng trắng ; Giả sử O), Oy lă hai nguồn phât ra ânh sâng trắng (gồm mọi ânh sâng đơn sắc có bước sóng từ 0,4 đến 0,76Hm) Khi đó mỗi ânh sâng đơn sắc sẽ cho
một hệ thống vđn có mău (lă mău của ânh sâng đơn sắc đó)
Tâ thấy rằng tại C ứng với y = 0, điều kiện (2~13) được thoả mên
với bất kì ânh sắng đơn se năo Do đó câc ânh sâng đơn sắc đều cho ©ực đại tại C Kết quả ta có vđn sâng trắng Vđn đó được gọi lă vấn Lắng giữa (h 2-7) + AD 9N
Vi bE rong van i = TT” phụ thuộc bước sóng, do đó ở hai bín vđn
trắng trung tđm, câc hệ thống vđn của những ânh sâng đơn sắc khâc nhau,
Trang 16
thong val)
= 0,760) ic hĩ thong
Đầm ở những vị trí khâc nhau, Tiín hình (2-7) vẽ hai
Ung tới anh sâng tim (2, = 0.4um) vă ânh sâng đỏ 2 Gĩe anh sing don sắc khâc (0,4um < Ă < 0/76um) cÌ
vđn năm xen kế giữa hai hệ thống vđn tím vă đỏ
0 1 2 3 4 3 Hevan tim Ht] |" | me Hevindg mn i — ia
He van Khi din Ảnh sing tring" Sail 1 \
\
=.-_ ă= -
Vđnmău Vạnmău Van mau
i 2 3
12-7 Giao thoa khi dùng ânh sâng trắng
Une vĩi moi giâ tị
Tội Vđn sâng có măi ộ š oe « ĩn ang Í
do Call
Xa Vin sing giữa ae Sac,-b6 trong viín tím, bờ ngoăi viín đỏ lă
với giâ trị của k khâc nhau, cho
lín nhau VỀ Cho ta những vận mău Đằng bạc, ranh giới không rõ rế”- a
§2.3 HIB
A
ENTUONG GIAO THOA Do PHAN XA
E Thí nghiệm Lại (Lloya) Ấy một tất ti
:
¬ ad hap thy cae tia Kae 4m thúỷ ch, page MOL MBHEN don sĩc © dat phía tren va KMS iy 0 BP SE 83 vuong woe voi vim thu tine điểm M trín măn ý nhận được hai 18 ja
từ nguồn O gửi 120 a
OM gửi thẳng tỪ a kl
tia OIM gửi tới $2" yi phản xạ tren mat tỉnh (h: 28) sae chill > ie Van ứng với ng at Ol +IM=r; va OM
ng nếu thoả mên điều kí Theo diĩu kiện (2~8), (2~9), điểm M
nợ
Lị=Lạ=rị =rạ= kĂ, (2-16)
vă điểm M sẽ tối nếu thoả mên điều kiện :
bị lạ Sn—p =(Gk+DC (17)
Tuy nhiín thực nghiệm lại xâc nhận rằng tại những điểm mă lí ` thuyết dự đôn 1 ực tế lă tối, dự đôn lă tối thì thực tế lă sâng Điều đồ buộc | phải thừa nhận rằng hiệu pha của hai dao
động tại M không phải
(2-18)
Như vậy pha dao động của một
trong hai tỉa phải tha đổi một
lượng lă œ Vì rằng pha ¡ao động, {J}~~~|~~~7Ƒ~~>-|E~~~]-
của ta OM truyền trực tiếp từ O eee Sl
đến M không có lí do gì đẻ thay Mi
đổi, do đó chỉ có thể Kế! luận i hi REler emili
rang khi phan xa trín mặt gương, @
pha dao động của ti 2IM thay {j~~~J~~=r[Ö~=-|£=~=J~‡
đổi một lượng lă \ quang ¡ ies eee 4
1
đường mă quang lộ bằng” pha t
H.2-9
dao động thay đổi một lượng lă m ; Sóng đứng quang học
do đó để dễ tính tôn, người ta
coi rằng khi phản xạ trín mặt gương, quang lộ của tiâ phản xạ dai
thím một doan 1a =
Sâng phản xạ trín mơi trường có chiết suất lớn hơn môi trường ânh
Sâng tới Trong trường hợp phản xạ trín mơi trường có chị:
Kết luận năy đúng cho câc trường hợp ânh
suất
Trang 17nhỏ hơi chiết suất môi trường ânh sâng tới, thì thực nghiệm ŸŸ lí huyết chứng tỏ pha dao động vă do đó quang lộ khơn thay đổ
2 Sống đứng ânh sâng
"Xĩt một chùm đơn sắc sưng song roi vng góc với một mặt Kil
loại đânh bóng Chùm tịa phản xạ sẽ giao thoa với chùm tỉa tới YŸ
EMENE "hư sống cơ học, ta sẽ được sóng đứng ânh sanz (h 2-9) Gọi khoảng câch từ điểm MI đến mặt gương lă d thì những điển Sửa Sóng đứng được xâc định bởi điệu kiện :
nút
@-19)
pi
E được ứng dung trong phon Py lige bigu din tren ty CÚP BẾP Nhiều lận bag go LO MONE đó lớp nhĩ tượng ảnh có ĐỂ (oe "tốc sóng ânh Sâng Roi mot chim sang © a a hị văo nam 1891 Sơ đổ của LÍP y mh th, Wie đó chùm đới vă chim PUM SH0 thoa với nhau va tgo thanh sO 2 ay
ae Điểi âo a : ei AT asl
Phim, sâp độ đảo động sóng cực đại: yo
30 Mat phẳng bụng đó sẽ tạo thănh
ipman dĩ nel
Tơng góc với Vị gđn se
LÍN câc măi nhac SẼ
bạc phản xạ ânh súng Câc Tớp bạc đó song song với nhau vă
câch nhau <9, 2 =
Giả sử rọi lín phim (sau khi
đê hiện Hình) một chùm sâng ạụ mean bước sóng Ă, nó'sẽ bị phản xạ
trín câc lớp bạc vă hiệu đường _ mụy „uy đi của câc sóng phản xạ trín
hai lớp bạc kế tiếp sẽ bằng Ă„, He A0
Nĩu A = Ă¿ thì câc tia phản xạ sẽ đồng pha, chúng giao thoa với nhau vă tăng cường lắn nhau Những sóng có bước sóng khâc có
hiệu đường đi của câc tia phản xạ khâc Ă nín chứng khơng tăng cường lẫn nhau, Quả vậy, giả sử hiệu đường di của những tỉa phản
xạ từ hai lớp kế tiếp lă h thì hiệu đường đi của câc tỉa phản xạ từ
DR rh eae
lớp thứ nhất vă thứ ba sẽ lă Ha chúng sẽ khử nhau ; tương tự
những tia phản xạ từ lớp thứ hai vă thứ tư cñng khử nhau
Trong trường hợp tổng quât khi hiệu đường đi của câc sóng phản xa từ hai lớp kế tiếp lă pA (p < 1) thì những sóng phản xạ từ lớp thứ nhất vă lớp thứ k, lớp thứ hai vă lớp thứ k + 1 sẽ khử nhau, ở đđy k
thoả mên điều kiện k :
2p
Nếu chiếu phim ảnh bằng ânh sâng trắng thì chỉ có thănh phần có bước sóng Ă = Đ„ lă được khuếch đại, thănh thử ânh sâng phản xạ có mău đê chụp
§2.4 GIAO THOA GAY BOI CAC BAN MONG
Khi nhìn lín những bản mỏng, ví dụ măng xê phòng, vâng dầu trín
mặt nước, lớp hơi nước đọng trín cửa kính ta sẽ thấy câc mău sắc
Trang 18
tất đẹp, Đó lă mău sắc của bản mỏng Mău sắc củ: mỏng chit
Tă đo sự giao thoa của câc tia phản xạ trín hai mật in mong 2
mn Tong phan năy chúng a sẽ nghiín cứu hiện tương giao tl
‡đy bởi câc bản mỏng,
1:Ban mong có bẻ day thay adi ~ Van cùng độ dăy
của bản lă n
khúc xạ ở B
Một điểm O của ng ủa người
gửi đến điểm M hai A lễ
tia OM gửi trực tiếp Y ẤT
OBCM CM g gửi tới $4U ă phđn
rộng (h 2-11) chiĩt
ties
ed C Tir M hai tia 46 5
Vio mat ngudi quae 9
Nhu vay tir mot ng"
RM = BMsini, = 2dtgi,.sini, (2-23)
(2-25)
Vi rang con người của mắt nhỏ cho nín mắt chỉ nhìn được những, ta nghiíng ít đối với nhau Do đó trong cơng thức (2~25), Ï¡ coi như không đổi vă hiệu quang lộ chỉ phụ thuộc bể đđy d của bản, Với những điểm cùng bể đăy d thì hiệu quang lộ như nhau vă tại câc
điểm đó cường độ, ng giống nhau Những điểm ứng với bề dăy sao
cho Lị — L¿ = kĂ sẽ lă vị trí của câc vđn sâng, còn những điểm ứng
x a : `
2
với bể day sao cho Lị =Lạ =(2k+ DS sẽ lă vị trí của câc vận tối
năy được gọi lă câc vấn củng độ day vđn ứng với một giâ trị xâc định của bẻ đầy d, vì vậy câc vđn
jếu chiếu bản mỏng bằng ânh sâng trắng thì mỗi ânh sâng đơn
âc sẽ cho một hệ thống vđn vă trín bản ta sẽ quan sât được câc mau ic D6 1A mau sac cia bin mong
Ta xĩt văn cùng độ đầy trong một văi trường hợp
?) Vấn của ním khơng khí — Ním khơng khí lă một lớp khơng khí hình ním, giới hạn giữa hai bản thuỷ tinh dat nghiíng nhau một góc ở nhỏ (h.2~12) | vă Y;
hai mặt của ním, CC lă cạnh ním Rọi mmột chìm sâng đơn sắc song song vng góc với mặt Tin Xĩt tia OL của chùm Tia đó đi văo bản thuỷ tỉnh Ổạ Đến M nó tâch thănh hai : một phẩn phản xạ tại M, còn một phần truyền qua ním khơng khí,
Phin xg trín mặt X2, trở vẻ M vă 16 ra ngoăi theo đường MIO
Trang 19
E lai mật
Như vậy tại M sẽ có sự gặp nhau của hai tỉa phản xạ trín ni vi ím Vì từ một ta tâch ra, nín hai tỉa đó lă hai tỉa kết họp Kết
lă trín mặt > của ním sẽ quan sât được câc vđn giao |
Ỳ so với tỉa OIML, tia OIMKIO phải đi thím n
(dla bể đăy của ním khơn,
tia la:
joan 1a 24
lạ khí tại M), do đó hiệu quang lộ của bat
H.2-12— Nĩm khơng khí
toa x (2-29
Phần x 2ì do Phần xạ trín mạ, Ỉ 2 gđy ra, Những điểm tối thoả m i 7 2n
công thức ; Eek cee ` =: om) Dodo: gy Vì câc địâ lâ "` a ca lớp khơng khí có BÍ li
tối lă những Băn DU thang song song với canh ním, do đó câc =O) Th mot vay a8 SPE Sông với cạnh văn Ngay tại cạnh P
ing s Câc vđn Vẻ nằm xen,
ng lă những đoạn thẳng Song song với c: C tấ rối anh ním
) Vấn tròn Niuton
Đật một thấu kính lồi lín một tấm thuỷ tỉnh phẳng (h 2-13), Lớp khơng khí giữa thấu kính vă bản thuỷ tỉnh lă một b;
Để dăy thay dĩi Roi
một chùm sâng đơn s Vă vng góc với b; mỏng có n thấu kính ic song song thuy tinh Tương tự như ním khơng Khí, t mật cong của thấu kính sẽ có s #ơp nhau của câc tỉa phản xạ vă sẽ quan sat được câc văn giao thoa
sa b) | c H.2-14, Tính bân kính vđn tròn Niutơn
Những điểm ứng với bể dăy của lớp không khí :
aay 9
H 2-43 Van tron Niuton
Sẽ tạo thănh câc văn tối ; còn những điểm ứng với có bẻ đăy của lớp
Không khí ;
Ă
d= (2k -1)— ¢ M7
SẼ tạo thănh câc vđn sâng
Trang 20Ta ĐU Al : ong trom
Do tinh chất đối xứng nín câc vđn giao thoa lă nhữ ong tf
©6tđm tại C- Câc vận đó được gọi lă câc vân trịn Niurz/a (Ì
in tối thứ Kế
“a tính bân kính của vđn tối thứ k, Gọi Tự lă bân kính ví từ hình 2—14a ta có ;
K =R? -(R~d,)2,
tue 26 R la ban kính cơng của thấu kính, dụ lă bẻ dăy của lếP
khơng khí tại vđn tối thứ k„
VÌ dị << R, do dó : Tế =2Rdụ
CN Tại vđn tối thứ k ta có dị = kẦ, do đó; x, :
1 = VRA.Vk,
oy
A a
:
ME YĐY, bân kính của câc van tối tỉ lệ với căn bậc hai của câc Mesven Tien i, (kink 2-14) i
2, Bản Thơng có bệ dăy không đổi ~ Vận cùng độ nghiíng )
Roi sing Gee =6 bĩ đầy không đổi d, chiết suất n (h.2 n
đi ca cột nguồn sâng rộng Xĩt mot chim song $
oie Lối Tă L Mỗi ta cũa chùm khi đập 1en 689%
: n Phan Phan xạ ở ngay mặt trín, cịn một Pa PES Mông ý ayy ý Tớ đuối đ lín rín vă lồ ra god mm ) “i tia phan xa song Song v6i nhau Vi tir mot tia
Tarn 8 KỸ bẹp, Nến dụng mọt thấu kính hội ‘a
phẳng tiíu thì chúng sẽ giao thơ?
Í Quảng lộ của hai tịa đó lă :
` an A a 2 36 H-2-18 Vđn cùng độ nghiíng
Vid khong dĩi do đó hiệu quang lộ chỉ phụ thuộc góc nghiíng ¡ Neu gi g i clia chìm có giâ trị sao cho : Ly — Ly = kA thi M lă điểm sâng, cịn nếu góc nghiíng ¡ thoả mên điều kiện HT:
=(2k+ Dễ thì M lă điểm tối
Do bản được chiếu bằng nguồn sâng rộng, cho nín có nhiều chìm sâng đập lín bản với cùng góc tối i Xĩt câc chùm sâng có cùng góc
tdi i vA na
xung quanh trục của thấu kính Câc chùm sâng năy sẽ hội
câc điểm nằm trín một đường trịn có tđm tại E Cường độ sâng
tại câc điểm trín đường trịn đều bằng nhau vă đường trịn đó chính lă tu ta
van giao thoa, Với câc góc nghiíng khâc nhau ta được câc vđn giao thoa khâi
nhau?
c vđn giao thoa đó lă những đường tròn đồng tđm
Vă được gọi lă van giao thoa cùng độ nghiíng
Trang 21
- ỨNG DỤNG HIỆN TƯỢNG GIAO THOA
Hiện tượng giao thoa có
i
nhiều ứng dụng trong kĩ thuật Dưới dđy
ching a sĩ xĩt một số ứng đụng cơ bản 1: Surkhit phn xạ câc mạt kính "Một trong những in
khử Phần xạ câc mặt
hay lêng kính thì mộ, Phan ânh sâng bi phản xạ trở lại ính Khi một chùm sâng rơi văo mmạt thấu KÍUM lẽ dụng thực tế của hiện tượng giao thoa HN Ânh sâng phản xạ từ câc mặt ue
Kính của một dụng cụ quang họ Š lầm ảnh bị mờ, Ngoai ra anh sang Phản xạ từ câc dụng cụ quang i
ding trong quan sur c6 thĩ 1am 10m!
teu Vi vay trong nhiĩu trudng ho?
cẩn phải khử phản xạ câc mặt kính: 1 Để khử phản xạ, mặt trước a thấu kính được phủ một măng mA ›_ l0)
iC thấu kính, Chiết suất n vă bề dăy ¢ fe ? rín câc biín giới khơng “a Wu Phan xa ngugc pha nhau Lúc any
Dĩ hai tia phan PM Vă không cận ânh sâng phản xạ HN
ae
a
om
ấn điệu kiạn" ĐC Pha nhau thì bể day d chia mang 10!
ấn CC Chọn sao chọ, ye lât lận do 4n x Ă 4 (Cs 33) 2 a thay
bien giới giống nhau (pha ĐỀ, 38 Mang mỏng phải chọn saØ °
mật lồi
tấm kính mẫu thật phẳng, rồi rọi lín một chùm ânh
Nếu như mặt cần kiểm tra đúng lă mặt cầu thì câc vận giao thoa
V<n<ng trong d6n, Tă chiết suất của thấu kính Tính toân chứng
tỏ rằng sự khử phản xạ tốt nhất khi thoả mên điều kiín
n= vnụ, (2-34)
33) chứng tỏ không thể khử được tất cả câc
š phản xạ có bước sóng khâc nhau, Trong thực tế thường chọn d dĩ công thức (2~33) thoả mên với ânh 0,555 jum 1A anh s ânh sắng có bước sống
nhạy nhất đối với mắt người
2 Kiểm tra câ kính phẳng hoặc lồi
Để kiểm tra xem một mặt kính có thật phẳng
dùng một tấm kính mẫu phẳng vă đặt tấm kính cẩn kiểm tra nghiíng trín tấm kính mẫu một góc rất nhỏ Như vậy ta đê
một ním khơng khí giữa hai tấm kính Rọi lín ním một chùm ânh
sâng đơn sắc, Nếu mặt cần kiểm tra thật phẳng thì câc van giao thoa
lă những đoạn thẳng song song Nếu mặt kính khơng bằng phẳng thì tại những chỗ lồi lõm vđn giao thoa bi cong di, do đó ta biết những,
chỗ lồi lõm để sửa chữa (h.2-17)
lay không người ta
a) b) H.2—17 Kiểm tra câc mặt kính phẳng
Để kiểm tra một mật kính lồi có đúng mật cẩu hay khơng (ví dụ úa thấu kính) người ta cũng đặt mặt cẩn kiểm tra lín một
sâng đơn sắc,
lutợn lă câc vòng tròn, nếu sai lệch ở chỗ năo thì chỗ đó vđn
Trang 22
Kết quả kiểm tra bằng phương phâp giao thoa giúp ta sửa chữA được những sai lệch rất nhỏ văo cỡ 0,03uim đến 0,003)!
_8 Đo chiết suất của chất lỏng vă chất khí - Giao thoa RỂ
Rĩlay (Rayleigh)
Để đo chiết suất của chất, lỏng hoặc chất khí ta có thẻ dùng một dung cu gọi lă giao thoa kế Relay (h.2—18),
" 42.48 Giao thoa kĩ Rĩlay
Anh sang don sic ttn;
©}, 05 bị tâch ra thă hai chim tia song song, Hai chim đó sit? EUuổn O sau khi qua thấu kính Lụ vă hai Khe
Hu 6 ctia that kinh hội tu Lạ Nhờ thị Kit được hệ thống vận giao thoa đó
lỆN quang lộ của hai chùm tia bi thay
suất gi nộ Về: Đếm số vận bị dị chuyển cố oo Chất lỏng cận qọ, La 1g C6, thĩ đọ chiết, Suất ` ĐộI thất khí cọ chị gy MOt chất khí bằng câch so sânh ch ất biết trước, của |
le Khe Nat WBng (howe kh) can do 18, chidt Tu) đê biết trước ]ạ iy Khi thay chat long 1 trot
ết suất thì hiệu quang lộ cở#
chùm tỉa thay đổi một lượng lă (n — nạ)d, d lă chiểu đăi ống đựng
chất lỏng
iĩt rang khi hiệu quang lộ thay đổi một bước sóng thì hệ
thống vđn dịch chuyển đi một khoảng vđn Do đó lúc đo chiết suất nếu hệ thốn,
Tir (2-35) ta suy ra
n=——+n, ie (2-36)
4 Do chiều dai — Giao thoa kế Maikenxơn (Michelson)
Giao thoa kế Maikenxơn dùng để đo chiều dăi với độ chính xâc rất cao Sơ đồ mây mô tả trín hình 2-19
Ânh sâng từ nguồn O rọi tới một bản thuỷ tỉnh P dưới góc tới 45° ; bản năy có hai mặt song song, một mặt được trâng một lớp bạc rất mỏng để ânh sâng vừa có thể truyền qua vừa có thể phản xạ (bản bân mạ) Tỉa sâng OA tới mặt bân
mạ bị tâch ra thănh 2 tia : Tia
thứ nhất lă tỉa phản xạ AM P
vă tỉa thứ hai lă tỉa truyền qua
AM;¿ Tia AM, tdi mat guong
G¡ thì phản xạ trở lại truyền
qua bản P ya đập văo kính quan
Tỉa AM; tới mặt gương G„ phản xạ trín gương đó, trở lại
di yao P, phan xa trín mặt bân mạ rồi cũng văo kính quan sâ
vă giao thoa với tia thứ nhất
Vì tỉa thứ nhất chỉ đi qua bản P
một lần, tia thứ hai qua bản
H 2-19 Giao thoa kế Maikenxơn
Trang 23
Palin nen high Guang 1 gia hai via 16n, van giao thoa quan sât
ước lă những Văn bie cao (Ly — 1
nết Để lăm giảm hiệu quang:
tủa thứ Phất một bản thuỷ tịnh
kA, k lớn), nín nhìn không TỔ lộ đố, người ta đặt trín dường đi của E giống hệt P nhưng chóng trâng bạc: G, dit
KHÍ đồ hiệu quang lộ cia hai tia chi cồn do hai gươ; “ach ban P không dĩu gay ra ma thoi
s-doe theo tia
TT Ta ggyyy 2 nung 218 dịch chuyển sượn, từ đi vin i mot Khoảng vận, Vậy muốn do chiều a
đn thì chiíu đại cụ, 4 vat can do 1a; St he thĩng van dich chuyĩn di m khod ầy sang đầu kia của vật
(2-37)
oe Ống ânh sâng, '€HXơn có thể
Ua bước sóng
+ ĩt
so sânh chiều dăi của i
đó lă một trong những cơ sở để đi"
A HÌKEHXơn đê hoạn lạng nh Sống Cũng chính nhờ giao thoa kế đối Gia vin tốc ân" Tồt thí nghiệm nổi tiếng : xâc định
thuyg, nh sống đội iu, mot trons
3.10'm/s Tone n
Văi giờ) có thể coi chuyế"
“Ông thẳng dđu,
Ânh sắng đối với py
PE hop van te ¢,
uy chiếu Mặt Trời lă © THE điển, vận tốc ânh sâng đối VẢ 0 \# chuyển động của Trâi
ở học cổ,
(2-38)
Vận tốc ânh sâng (đổi với Trâi
với phương chuyển động của Trâi Đê ÿ theo phương vuông gốc
eị (2-39)
Nhu vay ¢ #¢) Thí nghiệm
Maikenxon sĩ kiĩm nghiĩm lai diĩu
nay Dung cu trong thi nghiem Maikenxon lă một giao thoa kế Maikenxơn Trước hết đặt giao thoa Kế sao cho phương của tia AM2A trùng với phương chuyển động của Trâi Đất (h.2-20) Trong kính sẽ quan sât được một hệ thống vận giao thoa Sau đó quay từ từ toăn bộ
thoa kế 90” xung quanh phương vng sóc với mặt phẳng
hình vẽ Lúc đỏ hiệu quang lộ của hai tia AMIA vă AM¿A sẽ thay đổi
vă hệ thống văn giao thoa sẽ dịch chuyển ; căn cứ văo độ địch
giao H.2-20
Sơ đố thí nghiệm Maikenxon chuyển cũa hệ thông vđn, ta có thể so sânh câc giâ trị cị vă ,
GIả sử MỊA = M2A = Í Gọi thời gian ânh sâng đi đoạn đường AMỊA lă tị, thời gian ânh sâng đi đoạn đường AM2A lă tạ,
Theo cơ học cổ điển
Trang 24ef Để tính tị, ta cẩn chú ý rê
thời gian đó Trâi Đất dĩ đi được đoạf đường AA’ = vt, (h.2—
với hệ quy chiếu mặt tr
Ụ a" đoạn đường 2J' Do đó
2-42)
mm @
Hes, Tir (2-42) ta rdt ra:
Xđ© định thời gian, =2 1 _ 1 1 )
c 1ˆ c 2
Hiệu quang lộ của hai tia AMIA vă AM2A lă : a= )
Liie quay giao thoa Tị = Lạ = ít — tạ) = —JB2, : ee Perera a kế một góc 90° thì tia AM; đến vị tí a
2 tầm trín phương của gia AM, lúc đầu Hie
quang 10 ca hai tia vẽ
i
Mong” ĐH 4 sẽ lă 8; = B vă ha, quang lộ đê thay đổi ĐỂ 8 ~8, = 292
Ñ
Hệ thối ẽ :
m
:
Í (hổng văn sẽ dịch chụy an ị một đoạn lă : 2I0?
ị
i
: m= a khoing van
om
ae
NEM nghiĩm Msikenxon 1 — "` oy ‘2 suy ram =9.37 khoảng vận hư Vay, can, cứ
lộ
vay, vao tính tôn hẹ
i ve
Vđn Với những giao, or ‘pan, he thong van dich di 0.37 so di
chuyĩn 46 mo L kế chính xâc, có thể phât hiện độ th Xâc, có thể phât hiĩn CC 19 trong sust thay ae dĩ ding Tuy nhien lạm, Ae snieo nhiều h Noe 49 dich chuyd, 4 hđm trời, Maikenxơn vặn không phât hhệ MOL CECH chic chan hấn ră, có: Cấc Phĩp đọ chính xâc cia one chil”, lB 7
MERE thong van giao thoa khong dich ch?
44
Nhiều người đê tìm e thích sự thất bại của thí nghiệm Maikenxơn, nhưng họ đều không giải thích được Phải chờ đến Anhstanh mới giải thích được thí nghiệm Maikenxơn
“heo Anhstanh, muốn giải thích được thí nghiệm Maikenxơn cẩn phải thừa nhận rằng e = e¡ =c Lúc đó thời gian ânh sâng truyền
theo hai con đường AM,A vă AM2A sẽ bằng nhau, hiệu quang lộ của hai tỉa đồ bằng không vă khi quay giao thoa kế hệ thống vận sẽ khong dich chuyĩn Thí nghiệm Maikenxơn chứng tỏ rằng vận tốc ânh sâng theo phương chuyển động của Trâi Đất cụ cũng bằng vận tốc ânh sâng theo phương vuông góc với phương chuyển động của Trâi Đất cy
Ta lại biết rằng c¡ cũng chính lă vận tốc ânh sâng đối với hệ quy chiếu mặt trời Như vậy có thể kết luận rằng : Mại
trong chđn khong không phụ thuộc văo hệ quy chiếu quân tính ;
trong mọi hệ quy chiếu quân tính, vận tốc đó đều bằng nhau vă bằng
3.10 is Đó chính lă một trong hai tiín để của thuyết tương đối Anhstanh §2.6 TOĂN KÍ 1 Mở đầu
Toăn kí lă phương phâp ghi vă sau đó phục hồi lại sóng dựa trín hiện tượng giao thoa sóng Toăn kí do Gabo (Gabor) phât minh năm 1948
“Thuật ngữ “toăn kí" xuất phat tir cht Hi Lap "8400" 6 nghia 1a “tất cả", 6" Dùng từ đó Gabo muốn nhấn mạnh rằng toăn kí lă phương phâp ghi lại đẩy đủ câc thong tin vẻ sóng : cả biín độ vă cả pha của sóng
“Thơng thường khi chụp
nh chúng ta chỉ ghỉ lại được sự phđn bố
biín độ (chính xâc hơn lă bình phương biín độ) của ânh ng tấn xạ
từ vật trong một hình chiếu phẳng lín bể mặt phim ảnh Ngược lại phương phâp toăn kí khơng phải ghi lai ảnh hai chiểu của vật mă ghi
Trang 25
lại trường sống tấn ị \oa ânh sane
Bing cach g song đổ
được
# từ vật nhờ hiện tượng
Ch chuyến điểm quan sât trong giới hạn trười
nhau nghĩa lă t
Để ghí ảnh của vật
trong chùm s
còn phải roi lín kính Hai chùm sâng đó g;
“toăn độ",
kí neười ta dùng BÙ "goăi chìm xuất phât từ vật dược cl sy ảnh một chùm sâng nữa gọi 1a chim sang nel Bìno thoa với nhau trín phim ảnh vă tạo nen SN khi dan, hấc với phim ảnh thơng thường, nhìn lĩn toăn đổ $4” “a phim chưa thể thấy gì cả,
Để Quan sât được ảnh Sắng giống hệt chìm sâp trường Sống tần Xa từ vật 5 5 a ont
€ủa vật người ta chiếu lín toăn đổ chim
lg nín, Lúc đó toăn đồ
l nhưng so dĩ Gabo có một 4
duce nguồn sâng có độ kết hợp ca9 sử
a lade th nụ Tổ duín Phải chờ mười lêm PHY ˆ06 thi phuong phâp toăn kí được hồi phÚÍ
Sđu, khi phât ThÌnh r;
phất triển manh me,
phe ae Phương phâp toăn ki dg Todn 8 oy 3 : em
de cat Tae 48 phing do Gabo chế tạo dấu tie 3 HỆ
nh 2-22 pry 5 EIR9 thoa được ghỉ tren mot tam phil ninh đIỂN sơ đổ của Gabo dùng ghi (080
nh sắng được dùng có bước sóng ˆ* Trong toan ag Phang Tren py phẳng của một Vật hình điểm, 4, Ð) Dạng toăn đồ của nguồn điểm Sơ đồ ghụ ,H2- 22
46 CN Dđn để nhăng cặn vă hình điểm
ảnh sẽ xảy ra hiện tượng giao thoa của chìm sâng nền (chùm tới song song)
từ vật S Do tính chất đ
ng tan x van giao thoa lă những vòng đối với câc điểm trín phim ảnh câch đều @, quan hệ vẻ pha giữa sóng nẻn vă sóng tân xạ từ § như nhau Bân kính của văn sâng thứ k được xâc định từ hệ thức ;
a i =(@+kA
Khoảng câch giữa hai
AK
Tk
Nhu vay trong trường hợp năy sau khi xử lí phim ta sẽ được toă đó lă những đường tròn đồng tđm trong suốt vă những đường tròn đen xen
Để hồi phục sóng ta bỏ vật § đi vă rọi lín toăn đồ (dương bản) chùm sâng nền (hình 2-23) Lúc đó ânh sâng chỉ qua được những phần trong suốt của toăn dĩ nghĩa lă những phần mă trín đó pha của sóng nến giống
pha của sóng tấn xạ từ vật, Š
còn câc sóng có pha khâc với pha của sóng tần xạ từ vật sẽ bị phần
đen của toăn đồ giữ lại Như vậy bằng câch loại trừ từ sóng nền những sóng khơng
cẩn thiết, chúng ta đê có thể hồi phục trín nữa diện tích toăn đổ sự phđn bố pha trùng với phđn bố pha của sóng tần Xạ từ vật S trước đđy Theo nguyín lí Huyghen thì câc sóng thứ cấp phât ra từ toăn đổ lúc đó hoăn toăn tương đương với sóng tân xạ từ Vật nghĩa lă đật mất sau toăn đồ sẽ quan sât thấy vật Chúng ta có ím lại điều đó bảng câch xĩt câc tỉa thứ cấp có đường kĩo đăi gặp nhau tại S' (hình 2-23), Rõ răng vì S' trùng với S nín
Toăn đồ,
H.2-23
Trang 26bước sốnE:
g ta sĩ qual
nhau cia eae
câc tỉa đó có quang lộ khâc nhau một số nguyín lả:
chúng đồng pha nín tăng cường lẫn nhau vă do đó c SÂI thấy S' lă một điểm sâng (S lă ảnh ảo vì lă chỗ gip đường kĩo đăi của câc tỉa thứ cấp),
Từ hình 2~23 ta thấy câc tỉa thứ cấp tập trung tại S", dối xứng YẾT
© ta tein 6, cing tang cường lẫn nhau vì chúng dóng phâ nh
Như vậy khi rọi chùm sân y hale
của nguồn đi
§ nền qua toăn đồ sẽ quan sât th:
§ một ảnh ảo (S) va một ảnh thật (S `
1 âc
Yật Trong quâ trình hồi phục “a
ộc lập, mỗi toăn đồ sẽ hồi phuc ™
Sở đồ toăn kí của G
điểm thứ nhất lạ toăn
Với vị trí của vat),
đố sẽ cận trở, nhau
‘ or
abo tren day có một số nhược điểm th
đồ phẳng đó cho hai ảnh, một ảnh 40 CN
mot ảnh thật va hai’ chiim sâng tạo thănh hi
tong quâ trình ấtả điểm thứ
ng ng quan sât ảnh, Nhược điểm
ne oe bhai mong dĩ khong gan can trường sóng nền Tđn đến dan, n đồ, Nhược điểm thet ba lă khi nhìn ảnh phả! mắt trín đường đị cha 4+
we Hela chim sing nĩn nạn khó quan sât
Nguồn M lade Vat a) H.2-24 so ae đổ thị toăn a6 (a) va Ũ ù " đồ (a) vă hồi phục són:
(b) bang phương Phâp tâch chit 2
48
phục nhược điểm thứ hai có thể dùng phương phâp tâch
chim biểu diễn trín hình 2-24a Trong sơ đổ năy vật cđn ghỉ toăn đô dược chiếu sâng bởi ânh sâng phât ra từ nguồn lade (ânh sâng kết
hợp) Ảnh sâng tâ từ vật rơi lín phim ảnh Ngoăi ra một phần
ânh sâng phât từ nguồn lade phản xạ trín gương phẳng M đồng vai trò chùm sâng nền cũng đập lín phim ảnh
“rong quâ trình phục hồi sóng, vật được bỏ đí vă đặt toăn đồ ở vị trí như lúc ghi (hình 2~24b) Cho lade hoạt động vă nhìn quă toăn đồ như quâ một cửa sổ, chúng ta sẽ thấy vật ở vị trí cũ dường nhự vật chưa bị bổ đi
“rong sơ đỏ Gabo trín đđy toăn đồ được ghi đưới dạng biến thiín
của hệ số truyền qua Ngoăi ra toăn đồ cũng có thể lược ghi dưới câc dạng khâc như biển thiín bể dăy, biến thiín của chiết suất hay biến thiín của hệ số phản xạ.;
?) Toản đó khối Để loại trừ ảnh thật S" người tạ dùng toăn đồ khối Toăn đỏ khối lă toăn đồ trong đó bể đầy của nó lớn hơn nhiều lần khoảng câch giữa câc vđn giao thoa
Xĩt hai nguồn sâng Kết hợp S vă S Giả sử S, $' được đặt trong một môi trường nhũ tương ảnh trong suốt, Trong mơi trường đó ânh Sâng phât ra từ § vă S' sẽ giao thoa với nhau Kết quả lă sau khi hiện đeh vă trong suốt xen kế - 234), chúng có dạng câc hypebơloit trịn xoay Câc mặt đen
quỹ tích câc điểm mă ânh sâng từ S vă S! gửi đến đồng pha Do biín độ dao động sâng cực đại nín trín câc mặt đó mật độ câc hạt bạc được giải phóng từ nhữ tương ảnh lă lớn nhất vă chúng có thể Xem như câc mặt gương phản xạ ânh sâng Khối nhũ tương trín
sau khi hiện hình chính lă toăn đổ khối của một trong hai nguồn
Sâng trín Quả vậy giả sử chiếu toăn đổ bằng nguồn sâng S Do tính
chất của gương hypecbólơit trịn xoay câc tỉa sâng phât từ nguồn
Sang dit tai một tiíu điểm sẽ phản xạ trín gương vă tạo thănh ảnh ảo Š của nguôn ở tiíu điểm kỉa (hình 2~25b) như vay roi toăn đồ bằng nguOn sâng S người quan sât sĩ thấy ảnh của nguôn S' “Trong trường hợp năy ảnh thật không xuất hiện
Trang 27Thờ, ` 2 1 a) b)
H.2-25 Toan dĩ khoi 2) oh toăn qâ na hai nguồn điểm fiathalaaua
Ð) hồi phục sóng
fe
4 ce
ie sae = A SÂCH giữa chúng ở câc điểm khâc mt Bong phản xạ tạo thănh vă SN Vi vay trong toăn đồ dang CH
a _~ Sẽ khâc nhau, il
6 bai ;
= Sing nĩn (hin 2-274) Life 49 Of Để hồi phục, roi toăn đổ bảnE a fe
H.2-26 to Phan xa tren gương sẽ tạo thần" Jý
Đi tin (08 chùm phđn kì có dương kế đi TỶ
C00 im song vung Ba HA: Nhụ vậy gặt mất 419) A như hình ve s quan sât được ảnh : ảnh Ất
Ngoăi ra từ hình 2-27b chúng ta thấy nếu đổi chiều chùm sâng nếy! rọi văo toăn đồ sẽ có thể quan sât được ảnh thật A"-
— A a — [Ty “iad a) b)
H.2-27 Quĩ trinh hồi phục sóng 2) tạo ảnh ảo, b) tạo ảnh thực
Chúng ta sẽ giải thích khả năng toăn đổ cho ảnh nổi Giả
sử vật quan sât được tạo thănh
từ hai điểm A vă B ví dụ hai hạt
bụi ở câc khoảng câch khâc
nhau so với khối nhữ tương
Trong giai đoạn ghi toăn đổ sẽ xuất hiện hai hệ mật giao thoa :
một của A (câc đường liín nĩt)
một của B (câc đường chấm
chấm trín hình 2~28) Hạt bụi
cằng xa thì chùm sâng văo nhữ
tương căng ít hội tụ vă câc mat
phần xạ tao thănh cằng ít cong
Chính điều đó phản ảnh độ xa
của vật vă cho phĩp quan sât
được ảnh không gian của vật
H.2-28
Khả năng cho ảnh nổi của toăn đồ
Trang 28
Gương phần xạ Ta
Trong quâ trình hồi phục (h.2-28)
quan sat viín sẽ thấy cả hại hạt
Đụi vă bằng câch, thay đổi
đản sắt sẽ cảm thấy cả độ sau Vă phđn bố không gian của vạt, Ovi trí 0 quan sât Viín sẽ thấy hat bui BY nam ben trâi hạt pụi Â" cần ở vị trí B sẽ thấy B' nă
ben Phải A' Đó chính lă hiện tượng thị sai gay bởi cảm giâc
en nS
Yề hình nĩi cia vat,
trong quâ trình ghi, Nếu không bỏ vặt di thi sẽ xuất hiện bá sóng :
một sóng tấn xạ trực tiếp từ vật vă miệt sống hị
phục từ toăn đổ,
đê có X một số thay đổi năo đó xảy ra với vat (vi dụ biển dạng chẳng hạn)
thi lập tức những thay đổi dó sẽ thể hiện trong cảnh tượng quan // /⁄ Nem th -ˆ ảnh của vật sẽ bị cât bởi câi
Nếu trong khoảng thời gian tir Ide ghỉ toăn đổ đến le quan sâ
đn giao thoa
chim sine Fea ở
2 _ 12 L2,
⁄ Như vậy chúng tả đê có thĩ cho giao thow hai sóng tơn tại ở câc ye thời điểm khâc nhau Điều đồ không thể thực hiện được trước khi phat minh
a phương phâp toăn kí
Sơ đồ tạo toăn đồ khối Na qtuan sât phải e6 hình đâng xâc định như vật chuẩi ễ dựa trín phương phâp toăn kí khơng địi hỏi vật
chính chùm sâng hỏi phục tạo ra vật chuẩn ban đầu vă cảnh tượng
Blao thoa sẽ được xâc định chỉ bởi câc thay đổi vẻ mặt hình học vă vẻ nha xđy ra đối với vật quan sât : câc giao thoa kế loại năy đặc biệt thuận lợi vì nó cho phĩp, nhờ một toăn đồ, ghi trạng thâi ban đầu có
thĩ thu du nh tượng giao thoa của nhiều trạng thâi hoặc nghiín
cứu q trình xảy ra với vật theo thời gian
Trín hình 2.-
đồ để nhạy
bang phi 29 biểu diễn sợ,
h được toăn độ khơi
Nong phâp tích chậm,
aôm 1965 vă dược ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khâc nhau giao thoa kế dựa trín phương phâp toăn kí được để xuất văo như nghiín cứu biển dạng của câc vật, phđn tích câc q trình đạo động, nghiín cứu cảnh tượng của câc bí
ặt phức tạp
©) Ghi vă hồi phục câc xóng ảm Nhờ phương phâp toăn kí người
ta đê giải quyết được vấn đề nhìn thấy trường sóng đm Điều đó có nhiều ứng dụng quan trọng trong thăm dò khuyết tật bằng siíu
h nếi bị, quế {im 5 nghiín cứu đây biển, thăm dò tăi nguyín, nghiín cứu cấu trúc
trong câc, nghiín ni h6 phâp toăn kí cũng được ứn# TẤT ' vă Tụ ang song đm Phương phâp toăn kí dùng ghi vă hồ,
Biot may ma Nghiín cự, „ hết chuyển động như câc gi! my đoân ệnh, eo độ c, 3 Bghiện cựu c„_ ẾC Nhữ nghiín cứu sự phđn bố 4 @ phúc câc sóng siíu đm cũng được ứng dụng trong y học để chuẩn
U Vết của câ Ề í nhđn: h i
») Gee thoa cig 1 ¡¿ nh ĐỂ nhìn thấy được trường sóng đm thì q trình ghỉ toăn đổ song
Nhu ching 1â đê biết NM tia t6n tại ở câc thời điểm khâc if đm phải được thực hiện sao cho có thể hồi _phụe i 4 bằng phương phâp
Shỉ, côn vậy Đỗ đi, th ý — SEHỗi Phục được sóng tân xạ từ vật ĐỂ › Bế đặt toăn độ ạ vị Petrone a quảng học Để đạt mục dich đó có thể dùng câ âc phương phâp sau dđy :
32
Trang 29
~ Di chuyển nguồn thu am (micro, phần tử âp diện ) tONN trường sóng đm, Tín hiệu ra từ nguồn thu đm đó được dùng để biết
điệu thông lượng của một chùm sâng
= Chiup ảnh : Tiường sóng siíu đm có thể được ghỉ rục tiếp Wel phim ảnh nhờ tính chất của siíu đm lăm tăng cường câc phản ing
hoâ học xảy ra trong quâ trình hiện hình vă định hình ảnh — Lầm biến dạng bẻ mặt chất lỏng đưới tâc dụng của âp suất Am YỀ
tiến hănh hồi phục quang học nhờ ânh sâng phản xạ trín bẻ mặt đồ Phương phâp toăn kí cịn được ứng dụng trong nhiều lĩnh Me khâc nhữ trong rada để xâc định hình đâng vă kích thước của đổ
tượng quan sât, trong kĩ thuật nhận dạng
Chương 3
NHIEU XA ANH SANG
từ 6 sỹ 3 an
ren tuyĩn quâ một lỗ trịn nhỏ trín al ren
CHẤT B, bín măn E tă nhận được vệt 5405
*
6 10 tín
§ của ânh sâng, nếu ta thu nhỏ a ở 8Ï: Tuy nhiín thực nghiệm chứt
Ânh tuật truyền thă,
UH Vế ng sục hyển thắn
lẻ
trong vùng sâng hình hợc (trong phạm vi ab) cũng có câc vđn tối
biệt tại C có thể s: tỳ theo kích thước 16 khoảng câch từ măn quan sât đến lỗ tròn
“Thí nghiệm trín đđy chứng tỏ
rằng khi đi qua lỗ tròn câc tỉa
sâng đê
lệch khỏi phương H43-1
truyền thẳng Hiện zượng ¿¿z Hiện tượng nhiều xạ ânh sâng sâng bị
ệch khỏi phương truyền
thẳng khi đi gđn câc chướng ngại vật được gọi lă hiện rượng nhiễu xa dnh sang
Dựa văo câc định luật của quang hình học khơng thể giải thích được hiện tượng nhiễu xạ Phải dựa văo bản chất sóng của ânh sâng mới giải thích được hiện tượng đó
§3.2 NHIÍU XA GAY BOI CAC SONG CAU
1 Nguyín lí Huyghen — Frĩnen
Trong phần sóng cơ ta đê xĩt nguyín lí Huyghen Thực nghiệm chứng tỏ rằng nguyín lí đó chẳng những đúng đối với sóng cơ mă cũng đứng cho bất kì một loại sóng năo Đối với ânh sâng, theo ngun lí đó thì bất kì một điểm năo mă ânh sâng truyền đến đều trở thăn|\ nguồn sâng thứ cấp phât ânh sâng vẻ phía trước nó
Tương tự như sóng cơ, nguyín lí Huyghen giúp ta giải thích
được sự lệch của tia sâng khỏi phương truyền thẳng, nghĩa lă giải
thích được hiện tượng nhiễu xạ về mặt định tính Tuy r
nhiín để tính dạo động sâng tại một điểm M năo đó (h.3~2), ta cđn phải tính tổng
Trang 30
câc đảo động sâng do câc nguồn thứ cấp gđy ra tại M Muĩn vay Phiat biĩt biín độ vă pha của câc nguồn thứ cấp Nguyen lí Huyghel Cha đê động gì đến vấn dĩ nay Để giải quyết vấn ở:
Đổ súng Nguyín lí sau đạy ; Điện độ tả phú do nguôn thực ạ
ĩn Frĩnen di
thứ cấp lễ
iới độ vă pha của ›
dy ra tai VỆ trí của nguồn thứ cấp 3 Biểu thức của đao động sâng tại M
Ta 4p dụng nguyín | Huyghen — Frenen dĩ Vl
biểu thức của dao dong Sane
tại M (h.3-2) ee anh a0 Giả sử phương trình ở động sâng của nguồn Ø lă ˆ X = acos0t anhổi
Lấy mặt kín S bao quanh)
d§ lă một diện tích nhỏ ™
lượt
mat kin, Goi ry va r 14h
lă câc khoảng câch t
ah í Hụ © vă đến M ânh
Ì câ ẩi
ĩ 2
4
Sống từ nguồn O gửi ae "DU
Mạ tế
* 40 46 dS có thể coi lă nguồn thứ cấp Mê
dao động sâng tai dS sĩ có dng :
ơ 24) Ơ oF)
nĩu dS cang 16n thi a(M) cang lĩn, nĩu r; var cng 16n
thi a(M) can a
Ô của câc tia ON vă NM với phâp tuyển
thể đật ;
A(0,0,)dS
a(ht) = AOS eS 4-4)
TH,
trong đó A lă một hệ số phụ thuộc Ø vă 0„ Thực nghiệm chứng tỏ răng năng lượng sâng phât ra theo phương vng góc với d§ lă mạnh nhất, do đồ nếu 9, 0„ căng nhỏ thì A căng lớn
Đao động sâng tổng hợp tại M sẽ lă :
¿266 )
x= [dx(M) = = oso ee 2 es, (3-5) y
trong đó tích phđn thực hiện theo cả mặt kín S
Việc tính tôn tích phđn (3~5) tương đối phức tạp Tuy nhiín vì ta chỉ cẩn tính cường độ sâng tại M tức lă chỉ cần biết biín độ đao
động sâng tổng hợp tại M nín trong một số trường hợp, Frínen đê
đưa ra một phương phâp giúp ta tính tôn một câch đơn giản,
3 Phương phâp đới cầu Frínen
a) Định nghĩa vă tính chất của đới cầu Frínen
Xót một nguồn điểm O vă điểm được chiếu sâng M Dựng một mặt cầu § bao quanh O, có bân kính R < OM (h 3-3); Đặt MB = b
Từ M lăm tđm ta vẽ câc mặt cầu 3„, Š¡, 5 có bân kính lần lượt lă :
Boe oe ong đó 2 Id bude sóng của anh sĩng do nguĩn S
phat ra Câc
lă câc đới cẩu Frínen
at cau Sụ,
chia mặt cẩu S thănh câc đới gọi
Trang 31coi biín độ đao động sâng do đới thứ k gđy ra tại M bằng trung bình cộng của biín độ dao động sâng do hai đới bín cạnh gđy ra :
Bis Max * Ax) G-9)
Lúc k khâ lớn thì a, ~ 0
Ngoăi ra, một điều quan.trọng cđn chú ý lă khoảng câch từ hai
ý a 112A
đới cầu kế tiếp tới điểm M khâc nhau 5 ¡trong khi đó, câc đới cầu
lảm trín cùng một mạt sóng S nghĩa lă pha dao động của câc điểm trín mọi đới cầu đều như nhau Kết quả hai đới cầu kế tiếp sẽ gđy tại M hai dao động sâng có hiệu pha lă :
(3-10)
x EưỜi tả tính diện tich cia eae ac ee H.3-3 Dĩi cau Frĩnen câc đới ĩ ì thấy câc điễ íy câc điỆP ' ngược pha nhau, nghĩa lă chúng sẽ khử lẫn nhau Vì M ở khâ xa mặt suige Vậy hai dao động sâng do hai đới kế tiếp gđy ra tại điểm M sẽ ane : 8 :
tích đồ đíu bằng nhau vă Ty nh S, do đó dao dong sâng do câc đới cầu gđy tại M có thĩ coi la cùng
phương Gọi ô lă bien độ đao động sâng tổng hợp đo câc đới gđy ra
AS= Reb @-6) tai M, taco:
Sền bân kính n của đâi cạu thứ k bằng ; SH
Nai oH
Rb b) Nghiín cứu nhiều xạ qua lỗ tròn gđy bởi nguồn điểm ở gần
no (Bae Reb G7) một nguồn điểm O đến một Xĩt sự truyền ânh sâng từ
điểm M qua một lỗ tròn AB khoếi trín một măn chắn (O va M nam trín trục của trong đồ k= Theo nguyen 1; Hy 3 mm ii gn tht SPB Sth inden ụ dụ, © hể coi lă một gH \ a hit Hs x
K sty ra tai M, Ty ae Goi a, 18 biín độ dao động sâng do đới nụ lỗ) Vẽ mặt cđu S tđm O, tựa điểm M vă sọc nu Ý E lúc k tăng lín thì câc đới cầu cănế F“ Ô _- văo lỗ AB Dùng M lăm tđm Re te Otetine ae as âc k tang! vẽ những đới cầu Frơnen trín
3l giảm dđn ; Ỉ› do đồ theo (3~4) lúc mặt § Giả sử lỗ tròn chứa n
đới cầu Frenen (h.34) Biín
BỊ >4 Sạn sa ¿-Ð độ dao động sâng tổng hợp
es HIẾN VÌ Khong deh te ac ‘i wast : H: 3-4 Nhiễu xạ qua lỗ tròn
Neng Ó tạng ra, B rất chậm, nạ ji ắc đới cầu đến điểm 4 the ĩ
Trang 32Ma 77“ :
|
Tom lai diĩm M ¢6 thể sâng hơn lín hoặc tối đi so, với khi khôi S6 măn chắn tuỳ theo giâ trị của n, tức lă tuỳ theo kích thước của lị
3-1 trịn vă vị trí của măn quan sât
+an nếu n lẻ,
a arora oa
| [=a nĩun chan
Ta có thĩ viet :
Bđy giờ chúng ta xĩt dao động sâng tại M bằng phương phâp
cộng câc veclơ biín độ, Chúng tạ cũng chia mặt sóng thănh câc đới
) (s as
có diện tích băng nhau tương tự như câc đới Frínen nhưng có bẻ
Sa
"ong nhỏ hơn nhiều Dao động do một đối như vay gay ra tai điểm M
= &
được biểu điển bằng một vectơ có chiểu dai Đằng biín độ đâo động,
at
cồn góc giữa Vecto dĩ va truc quy chiếu cho biết pha ban đđu của +i dao dong (xem phần dao dong) Dao dong gay bởi một đới nẳ đó tại
lă Ge
điểm M có biín độ gần giống như biín độ của dao động gđy bởi đới
= neu n chẩn trước nó, còn vẻ pha bị chậm đi một lượng năo đó Do diện tích của
Theo (3-9) og I
câc đới được chọn bằng nhau nín hiệu khoảng câch đến điểm M từ
câc phần tTONE ngoặc đều: bằng khơng Do đó hai đới kế tiếp bất kì lă một hẳn;
Như vậy hai đới cầu kế tiếp bất
AỊ „80 d3 khí vă
kì sẽ gđy tại M Hai dao động có hiệu pha lă một hằng số, Kết qua
a ze khi n lẻ, @-14)
biểu đồ veclơ nhận được khi tổng câc dao động gđy bởi câc đới có TOs) © NES khiin chin, dang nhu trĩn hinh 3-5
i 1 ( 2 z0 rín —16) 3
lẻ ™ M sang hon khi không 2i ) > Tos „„ Gl “a H.3-5 Biểu đồ veclg khi tổng dao động gđy bởi câc đối H.3-6 Tĩng dao dong
đđy bởi tất cả câc đới
T= at = 41, neh Hea © Man P Dac biet neu n’= 1 tl h
Khi khong og lần chấn, Nẹ, aT cuine ag Sag tai M gap 4 tan cudng 40 Sale DI TH mg gu iar ge 0 2721 ề biểu đỏ veetơ sẽ có dạng đa giâc khĩp kín hình (3-5), Trong thực tế Nếu biín độ dac động gđy bởi câc đới hoăn toăn bằng nhau thì
i
“hột số chấn đới thi ; Biín độ dao động giim dđn nín biểu đồ vectơ có dạng đường nhiều
( in ? 1?)
canh xoắn ốc, Nếu bẻ rộng của mỗi đới võ cùng bĩ (số đới tăng lín
<I, G-
Y6 cùng) biểu đồ vectơ sẽ có dang mot đường xoắn ốc tận cùng tại C
ễ l
+ au
Khơng có măn chân, Đặc biệt ĐỂ
đó M lă điểm tối,
Trang 33(hình 3-6) Pha dao dong cita cĩc diĩm 0 va I khâc nhau do đó đoạt
01 của đường xoắn ốc tương ứng với đới cầu Erínen thư nhất VeetU
OF (hinh 37a) biểu diễn dạo động đo đới đó gđy tại \I Tương th
ie
¡ Ta thấy
to động bđy bởi hai đội kế tiếp đó ngược pha nhau Deo dong do lØÌ PO mi song gđy tại M được biểu điền bởi vectơ ĐC (hình 3~7©), TẾ
nh cđn biín độ của dao động đó bằng một nứa biín độ Ấn Ong gay boi đới thứ nhất Kết quả năy chú at nhgn dug
ong đại số câc biín đọ, Mr sắn
1
TẾ (hình 3'7b) biểu diễn đao động say bởi đới tì
1 c * 20 0 b) c)
43-7 Tim di 40 động gđy bội câc đại Frínen theo biểu đồ vectØ
„D29 động gđy bởi câc đới chấn vă tô
86118 ngược phâ nhau do đó chúng khử TÚ tau Nĩu dat tren đường đi của sone MY
“ang MOt ban trĩn d6 cae doi chin Om
CS đi lẻ) đê bị che khuất thì cườn# lấn
Dễ SẼ lăng mạnh, Hình (3-8) biểu 2
a eB trín đó câc đới chăn đê bÌ a
; (bin nhu vay tĩe dung như mot
bệ d0 chấn KÍnh hội tụ có tế nh ng độ dao ie : dai In hâi lần bằng câch không CS cọ ME MOL lug base (Hoặc lẻ) mă lăm thay 464 PE
hai 0E SUOL ma bg are CABS ®: Digu d6 06 thể thực hiện nh? 4
OY ee vi tet ứng với đới chấn va 1
a
€) Nhiễn xụ qua mot dia tron
Đặt giữa nguồn sâng O vă điểm quan sât M'một đĩa tròn chan
sâng bân kính rạ (hình 3~9) Giả sử đĩa che mất m đới Frínen
đầu tiín lúc đó biín độ dao động sâng tại điểm M bằng
#m+i — Ame? Ỉ ñmy3 — =
~ Đm+l
Vì câc biểu thức ở trong ngoặc có thể coi bằng khơng do đó
m3
a= ame St (3-18) 2 Kết quả năy cũng có thể nhận được từ biểu đổ vectơ' (hình 3~7),
Như vậy nếu đĩa chỉ che mất một ít đới thì am¿¡ khơng khâc a¡ bao nhiíu, do đó cường độ sâng tại M ©ừng giống trường hợp khơng có chướng ngại vật
giữa O vă M Trong trường H:3-9 Nhiễu xạ qua một đĩa tron
hợp đĩa che nhiều đới thì a„, „ ¡ = Ó vă cường độ sâng tại M thực tế bằng không
§3.3 NHIỄU XẠ GĐY BỞI CÂC SÓNG PHẢNG
Bảy giờ ta âp dụng nguyín lí Huyghen — Frínen để nghiín cửu
hiện tượng nhiễu xạ gđy bởi câc sóng phẳng khi truyền qua một vật
chướng ngại năo đó
Trang 341 Nhieu xa qua mot khe hep
SHA6 thi ap kits sp 19 aren tình 3—10
L Tạ xĩt sự
ae đđy lă
#ửi đến Ƒ đậu,
h v m
han O88 PhẪng nín piặi phẳng cia Khe xe
*t phẳng khe có cùng pha dao ae 10 an
C8 0 = 9 Theo định lý Maluyt, đứa pant
Đau, Tuỳ theo gửâ tri cha @, diet
Phđn bố cường độ sâng trí"
: aa
Mal phing Khe va diĩm F) tone ©6 cing pha dao dong, cac 42°
của câc Lía tũng cường lẫn nhau Kế] quả tai F ¿@ = Ưì xs simp Điển: sâng đô đuậi: pợi
đại giiu,
ẻ tính cường độ sâng theo một phương
pÌ
(h.3-10) C
% 2) Eo edeh nhau 2/2 vă vuông góc với chùm tỉa nhiều xạ £ mặt phẳng năy chia mặt phẳng khe thănh câc dải Bĩ
rộng của mỗi dai lă vă số dải trín khe lă :
2I n am ni (3-19) ing A
Theo nguyĩn li Huyghen mĩi dai c6 thĩ coi 1A mo
gửi ânh sâng dến điểm M, Vì quang lộ từ hai dải kế tiếp đến điểm M khâc nhau Ô/2, do đồ hai dao động sâng do hai dải kế tiếp gđy ra tại M ngược pha ă chúng khử lắn nhau Kết quả nếu khe chứa một n đải (n = 2k) thì đao động sâng do từng cập dải kế ẾP gđy ra tại M sẽ khử lẫn nhau vă diểm M sẽ tối Vậy điều kiện
M toi la: nguồn thứ cấp — = 2k nghĩa lă sing = kÔ/b, (3-20)
Wong d6 k= 4 1, + 2 ; ta loai trit gid trị k= 0 vi nĩu k = 0 thi theo
(3-20) (9 = 0 vă lúc đó ta đê có cực đại giữa,
Trường hợp nếu khe chứa một số lẻ dải (n = 2k + 1) thì đao động Sâng do từng cặp dải kế tiếp gđy ra tại M sẽ khử lẫn nhau, còn dao động sâng do dải lẻ thứ 2k + Ï gđy ra thì khơng bị khử Kết quả
điểm M sẽ sâng Vậy điều kiện để điểm M sâng lă :
2bsing a
: = 2k + I,nghia nghia lasing = ( lăsi =(2k+)—, a Wong 46 k = 1, 2, 3, 6-21) Ta loại trừ giâ trị k = 0 vă k= — 1 Ă
Vì rằng ứng với câc gid tri 46, sing = ~ 2b +: cường độ sâng khơƠg
thể có giâ trị cực đại (khi sin@ = 0 ta đê có cực đại giữa
¡ nếu với VLĐCT4.P1
Trang 35
Ă sng = SỬ, tă lại cố cục đại thì gitta sing = 0 va sin = +55 phil
có cực tiểu Tuy nhiín theo (3~20) thì câc cực tiểu đđu ticñ phải ime
với khi sin
A
26 Tôm lại :
sing =0 có cực đại giữa,
i a tame
sen; aoe Ĩ i có câc cực tiểu nhiễu Xế:
b b b
tha ca ah } ++ 6 cde cuc dai nliĩu xa-
Đồ thi phđn bố cực Ồng độ sâng tren man quan sat theo sin © 3 ho
ithaca, š độ sâng trín măn quan sâ:
ụ
Nhìn hình 3=l! Ð „ đl thấy bể rong cue lữ
gitta rong gap DO ẤN ng cita ce CUS khâc Ngoăi ra để
của cực đại giữa la
hơn nhiĩu so e wl
cực đại khâc: S601) vậy vì rằng câc €Ẻ 7 Ij, Ip chi do 420"
của một đải gay a fb
ờng độ sing VI
H3 1Í Phđn bố uy l te Ung độ sâng khi nhs cường độ sâng đại giữa lă do €6 li CÚ 303 một khe hẹp hí nhiễu xa động cùng pha es if
T4 Một cach gain đụ Ene xe i
lại giữa, “HE tạ có thể cọi toăn bộ ânh sâng tập run:
Nhìn văo, ị
SANE va 16) ieee thức (3-20) vă ~21), ta thấy vị trí câc on : lễ phụ Ỷ tÍ của khe, Nếu địch chuY”
song
ong voi chính nó (giữ thấu kính L vă măn quan sât cố định)
!3ì hình nhiều xạ khơng thay đối
Nếu thay nguồn điểm O bằng một nguồn khe OO! đặt vng góc
vớ; mặt phẳng hình vẽ thì mỗi điểm của khe sẽ cho một hệ thống câc diểm sâng trín măn quan sât (câc cực đại nhiều xạ) Kết quả hình nhiễu xạ trong trường hợp năy lă những vđn sâng tối song song với nhau vă song song với khe sâng,
Chúng ta nghiín cứu nhiễu xạ gđy bởi câc sóng phẳng qua khe Hiệp bằng phương phâp biểu đồ
Chia mật phẳng khe thănh câc dải hẹp giống nhau Dao dong AA gđy bởi mỗi dải có biến độ khơng đổi cịn pha chậm hơn so với pha
#đy bởi dải trước một lượng ư phụ thuộc góc ọ xâc định hướng truyền đến điểm quan sât M,
Khi @ = 0 hiệu pha
0 vă biểu đỏ vectơ có dạng trín hình 3~12a,
Câc AA nằm trín một đường thẳng, do đồ biín độ của dao động
tổng cộng au = n|AA|, Đó chính 1A bien do dao động sâng lại cực đại giữa
Khi ọ thoả mên điều kiện bsing = Ă thì câc dao động từ câc bờ ila Khe có pha khâc nhau 2z vă câc vecto: AA hop thănh một vòng tròn chiều dai a, (hinh 3-12b), Dao động tổng cộng có biín độ bằng khơng vă Sin = 2/b chính lă vị trí của cực tiểu thứ nhất
a SS
AA
a) b) ©)
H.3-12 Nghiín cứu nhiều xa qua khe hẹp bằng phương phâp đồ thị
Khi toả mên điều Kiện bsing = 32/2 thì câc dao động từ câc bờ của khe có pha khâc nhau ôz vă câc vectơ AA tạo thănh một vòng tròn rưỡi với chiều dăi tổng cộng bằng a, Dao động tổng cộng
Trang 36Za, (h.3-12c) D6 chinh lă cực d: iT
Cường độ của cực tại thứ nhất
; Ế y Dy In =3] =||sÿ=|-^] 1y ~oœ 5) 4n (2) lý = 0,045), 3 Tu
Bằng câch lí luận tươn, cue tiểu Vă câc cực đại thức sau đđy ;
đó có biín độ ai thứ nhất
ược cấC ig tir ta thấy khi tang @ sẽ quan sắt ‹
¡ (heo HỆ khâc, Cường độ của câc cực đại tụ
" đn) ˆ =| Van) ˆ
$0,045 : 0,016 : 0,008 :
2 Nhiĩu xa qua nhiều khe hẹp Câch từ
8) Nhiễu xự qua nhiều khe hẹp Giả Sử có N khe ‘ phẳng (hình 3-13), Giả sử chùm sâng ạ ee 1 Ae? zi6ng nhaw nim song song nhau trong một mất ot en ele ke 46 mot chim đơn sắc song SO mM Cĩic tia ket hop
Gọi bể rộng mỗi khe lă khoảng câch giữa hai khe lă +
Vì câc khe có thĩ coi lă cổ
Puôn kết hợp, do đó ngoăi Mi
lượng nhiều xạ gđy bởi một a
còn có hiện tượng giao thoa BỐI Đời câc khe, Vị vay ảnh nhiế
Xa thu được trín măn tiíu f Tiín phức tạp hớn Trước tiín ta nhận thdy 1
(ẠÌ những điểm tren man a Sất mă @ọ thoả mên điều kiện *
313 Nn 13 Nhiễu, X§ qua nhiều,
khe hẹp,
` 2
thì câc khe đều chy Hit pKŠ#1,+ ey oom
tiểu chính, ỨC tiểu, nhiều Xa Câc cực tiểu đó gọi lă câc ° le
68
Bđy giờ tạ xĩt sự phđn bố cường độ sâng giữa hai cực tiểu chính
hai tia sang x có hiệu quang lộ
( phât từ hai khe kế tiếp Khi đến M hai tỉa đó
Lị =L¿ ing (3-23) dsing =
Nĩw Ly = L A thi dao dong sing do hai tia đó gđy ra (vă cả dao dộng đo câc tỉa từ câc khe khâc gđy ra) tại M đồng Pha nhau Kết quả lă điểm M sẽ sâng Câc điểm sâng đó được gọi lă câc cực đại chính Vị trí của câc cực đại chính được xâc định bởi công thức : =) (3-24) , x sing = k= (k= 0, 1,
- Tai F (k= 0, sing = 0) ta c6 cực đại chính giữa Vì d > b, do đó giữa hai cực tiểu chính có thể cổ nhiều cực đại chính (h.3~14)
Cụ ng giữa hai cực đại chính í điểm chính giữa của hai cực đại chính kế tiếp, góc nhiễu xạ @ n điều kiện :
cùng ta xĩt sự phđn bố cường độ sing = (2k + vx (3-25)
Tại câc điểm đó, hiệu quang lộ của hai tia gửi từ hai khe kế tiếp 2k + ĐĂ
có giâ trị lă Lị — Ly = dsing = dao dong do hai tỉa đố
Trường hợp có hai khe N = 2 Trong trường hợp năy dao động do hai khe gửi tới khử lẫn nhau Điểm chính giữa hai cực đại chính lă
điểm tối (h.3 —l4a)
~ Trường hợp N = 3 Trong trường hợp năy tại điểm chính giữa
hai cực đại chính, dao động do hai khe khử lẫn nhau, còn đao: động
do khe thứ bâi gđy ra không bị khử Kết quả lă giữa hai cực đại chính lă một cực đại Cực đại năy kĩm sâng hơn nhiều so với cực đại chính niín gọi lă cực đại phụ Tất nhiín giữa cực đại phụ năy vă hai cực đại
Trang 37
70 lớn d, vì
ae Tnĩu As thi sing
chính ben, phat & hai cực tiểu, Câc ĐỂ
tiểu năy dược gọi lă BỂ
cực tiểu JilLu Trong bất kì, mình được rằng giới cực đại chính kế HIẾP N— I cực tiểu phh' NÑ~2 cực đại phụ: Ne N lớn thì bí rỘnẽ a dai chinh hep va CUS” chính quan sât đượi
thanh nĩt, Vì cốc
đại phụ kĩm sâHế lỦ rất nhiều so với S6 A
đại chính nín wy i cđn chú ý tới chú ảnh nhiễu xạ quả Tất khe hẹp sẽ lă MỚI lý vạch sâng SonE câch đều nhau oe ụ Từ công thức @ 2
thấy muốn qua?
được câc cực đâi đj > 1 va cong thie @
b) Câch tứ nhiều xạ va quang phĩ nhiĩu xa:
Tập hợp những khe Hẹp giống nhau soi, trong cùng một mặt phẳng được gọi | câch d giữa hai khe kế tiếp được gọi
song câch đều vă nằm câch nử nhiều xg Khoảng "hi kì của câch tử (h.3—16)
ý khe trín một đơn vị chiều đăi của câch tử lă :
n=
d
Để chế tạo câch tử có thể dăng
mũi đao bằng kim cương vạch i
trín mật thuỷ tỉnh những rênh nhỏ _ =<! @'=— song song (h 3-17a)
H.3-16 Cĩch ter nhidu xa oi ânh đó, những kho:
E bằng phẳng giữa câc rênh để cho ânh sâng truyền
í mọi phương chúng đóng vai trị câc khe của câch t, còn câc rênh lă những phần không trong suốt của câch tử nhiễu Xạ Câch tử đó được gọi lă câch tử truyền qua
H:3=17.- a) Câch tử truyển qua b) Câch tử phản xạ
Câch tử truyền qua dùng để nghiín cứu câc ânh sâng thấy được
Nó khơng dùng để nghiín cứu câc tía tử ngoại vì câc tia năy bị thuỷ tỉnh hấp thụ mạnh Để nghiín cứu tỉa tử ngoại, người ta dùng câch từ phan xa,
Trang 38Câch người tạ hau (h.3-17b), Khir Thị câc ta khuếch tân đó từ phản ding mii dao
4 Cồn câc rênh)
một mặt kim loại phải
im cương vạch lín nhữn :
Qi ânh sâng lín mặt câch tư, ânh sâng
3e tiín những dải bằng phẳng giữa câc rần } SẼ khuếch tân ânh sâng kh
thay đổi hồn loạn do đó ch:
r nhỏ câch del hình nhiều xạ,
vn my người lụ đê chế được những câch từ có từ 500 đến l2” 6h liín Ï mm, Chiều đăi của câc câch tử năy có thể tới 1Ø em: A ] di
ng củ một ĐHh Sing don sie en ech tir aha ven mau qual a câc Vạch sắng, Đó lă câc cực đại chính
Non xin ton ne ta câch tử được rọi bằng ânh sâng a 3 GHI Sắt Cha ânh sâng trắng
sẽ ột hệ thống
oe dai chính Tại điín, o "h sâng trắng, sẽ cho một hệ th dnt
H
nh giữa F (xem hình 3~13) câc ânh Š
inh ; kĩt qua tai F la mot vet sang ™
ânh sang lau (h 3~18), Câc quang Phổ nhiễu xạ, 34 8: Quang phổ nhị xa
u ting dung trong kT thuat Câch tử được dùng để s Cđn cứ công thức xâc định vị trí cực đại Câch tử có nhị
đo bước sóng củ
chính sing = â trị của k vă d chỉ cẩn do.@ ta xâc định
được Ă Gâch tử còn được ứng dụng trong mây phđn tích quang phổ
Một ânh sâng phức tạp rọi văo câch tử sẽ cho câc vạch quang phổ vạch quang phổ có thể biết được thănh phần của ânh
NI cứ văo Sâng tới
3 Nhiễu xạ trín tinh thĩ
Trong chương 10 ta đê biết tỉnh thể của câc vật rấn được cẩu tạo
bởi câc nguyín tử sắp xếp đều đặn (h.3-19) Mỗi nguyín tử được
gọi lă một nút mạng tỉnh thể Câc mặt phẳng II', 22', 33'' chứa câc
nguyín tử được gọi lă câc mặt phẳng nguyín tử
Chiếu lín tỉnh thể một chùm tỉa Ronghen lớn bước sóng của ia Rơnghen văo cỡ khoảng câch giữa câc mặt phẳng nguyín tử) Chầm tia Rơnghen đập lín câc nút mạng tỉnh
thể vă môi mit mạng H.3-19 Nhiễu xạ trín tỉnh thể'
tỉnh thể trở thănh một kL b
trung tđm nhiễu xạ Chùm tỉa Rơnghen nhiễu xạ theo nhiều phương, tuy nhiín chỉ:theo phương phản xạ gương (phương mă góc phản xạ it được hiện tượng nhiều xạ vì theo phương
bang góc tới) mới quan
đó cường độ của tỉa nhiễu xạ lớn
Xết câc tí ¡ xạ theo phương phản
la hai tỉa phản xạ trín hai mật phẳng 1
ạ gương Hiệu quang lộ ai § =2dsing trín hai m L phẳng 11' va 33°
6 mot chim tia
Hiệu quang lộ giữa hai tia phản
3 Như vậy theo phương phản xạ gương,
Trang 39
it xa với hiệu quang lộ lă 8, 28, 35, , câc tỉa năy Với nhau
Nei: 2dsing = kA G27)
nghĩa lă sing = KA 24 :
thì câc tia nhiều Xa si
ni cổ Cực đại nhiễu xa n € tăng cường lẫn nhau vă th‹ Ẻ
334 NẴNG SUẤT PHĐN LI CỬA DỤNG cụ, QUANG HỌC
di ung cu # sitip chting ta nghiĩn crfu ni lẽ ta nghị
CHo chất lượn cụ nh Học, một trọng những đại lượng đặc VB§ của dụng cụ Ni ng đại lượng
lọc
1: Định nghị Nẵng guấ,
Mae Phđn lị cả, pile
NOPE a nang phan ttt ine co quang học ta mor aa tỸ Trường hop vat MEMNing chi tidt nig trín vật quan sab
Nghịch đc, TẾP Yet quan sa» 4 :
a của hăng ca ee năng suất phđn ]¡ đo được, von ane oe Shi mhin © nhat gitta hai diĩm ma ta c6 the P
đảm bạ itt HỒN đạc rỘ SE 408ng học Còn trường hợp ẤP ” : 0c, g hop V4
quad Heng den đa h8 Pghịch đảo của góo nhìn BS MƠ
CN đường học ™ mat 6 thĩ phan bia được KỈ”
TONE Cae dune iv
8H Khan oe U8 cụ gu; ng hi đUảng học cự, v giới it
Phun mạng vat ty âc tỉa sâng đị văo đều bị 8Í
i vay có hiện tượng nhiễu xạ qua câc lỗ
trịn đó vă lăm cho ảnh của một điểm không T
một vết sâng, Đồ thị âng của vết theo bân kính phải lă một điểm mi phđn bố cường độ:
cho bởi hình 3~20 (cịn có câc cực đại phụ nằm phía ngoăi, nhưng nhỏ nín ta bỏ qua)
Opens thì câc
Yếu hai điểm của vật gần nhau q
ảnh của chúng (hai vết sâng) sẽ trùng lín nhau
Vă mất khơng thĩ p biệt được Để định nghĩa năng suất phđn lỉ người ta quy ước rằng:
mất người có thể phđn biệt được hai ảnh khi chúng câch nhau một khoảng r >R, R lă bân kính của một vệt sâng (h 321) = => - R 2R H.3-20 Phđn bố cưởng độ sâng trong ảnh của một điểm == 2R 1,5R eee 7 —————————
Gon phđn biệt được Khong phan biet được
H-3-21 Đồ thị phđn bố cường độ sâng tổng hợp của hai vết sâng
Như vậy năng suất phđn li được định nghĩa như sai
“Năng suất phđn li Š của một dựng cụ quang học lă một đại lượng có trị ảng nghịch đảo của khoảng câch h giữa hai điểm (Hối với kính nhìn xa, kính thiín văn thì đo bằng nghịch đảo của góc
ính của một yết"
nhin từ mắt tới hai điểm) câch nhau bằng bân
Rõ răng nếu h vă e căng nhỏ thi nang suat phan li căng lớn vă
Trang 402 Nđng suất phần lí của một y:
ai dung cu quang học
hiĩt suat so nahi trường đặt vật, ¡ lă góc ng
rim, sang of
'Ðði Với Kính hiển Vị người ta chứng mình được ¡ng suất phẾP
bing: = nsinu 0/612 ` Vật kính Thị kính trong đó : n Ì ˆ 9 0; › Bp lớn nhất của văo vật kính của ânh sâng (1
ẩn vật kính gể tầng tu, Ngoăi ra trong
"6m, 46 tang n nau tg thường dùng v;
i
ie Đu trong s
Đổi với tính thiín văn nụ ứ i
l4 chứng minh duge : § trong đồ ; q ]ạ đường ke inh Chuong 4 AN CUC ANH SÂNG Hien tiene L ME giao
trong câc chục, E149 thoa, hig is te
D tuon, ễ a a
Sống, Tuy thee es cho chúng fon
i a
\ Tiếu cọi yy, cre 4 thấy răng ânh Sâng | 76
:
~~
năng suất phđn li của kính
VÌ, người ta thường chế tế kính sao cho vật quan SỐ
những kính hiển vi độ phó 8 vật kính chìm (vật kính vă vất lă bước Sf ), ĐỀU hie tạ0
có thẻ giải thích được câc hiện tượng đó Theo thuyết điện từ về anh sâng, ânh sâng lă một lo: ống ngang nghĩa lă sóng mă trong
đó phương dao động vng góc với phương truyền song Trong
©lương năy chúng ta sẽ nghiín cứu hiện tượng phđn cực ânh sâng tội hiện tượng cũng thể hiện bản chất sóng của ảnh sing, dong thời
chứng tỏ rằng ânh sâng lă một loại
song-ngang
§4.1 ANH SANG TUNHIEN VA
ANH SANG PHAN CUC
1: Ảnh sâng tự nhiín Ta đê biết rằng nguyín
tử phât ra ânh sâng dưới
dang những đoăn óng nối
HIẾP nhau, Trong mỗi đoăn
Sống năy vectơ điện trường Tia sing E lun luon dao dong theo H.4-1 Dao dong của vectơ
một phương xâc định, cường độ điện trưởng trong một đoăn sóng
wong g6c với tịa sâng f
(R‹ 4—1), Nhưng do tính chất hỗn loạn của câ lăn
"šhYín tử, wectg E trong câc đoăn sóng do một ee a ae
CÓ thể đao động theo những phương Kế nu ae trước ma #t Khâc nguồn sâng mă chúng ta xĩt dù cổ kíc
vận động bín trong, ao động của vectơ E ử a cũ lay đổi một ©ấc đoăn sóng do câc nguyín tử phât ra cũng oe me
nau ‘tia sĩ ay a ing tir mot ng!
hỗn loạn xung quanh tia sâng Như Vậy An nh
T3 (mật trời, dđy tóc nung đỏ.::) CỔ eae ee
Ị : ang vuông gối ông góc với tỉa sâng: A sing
lao động đều đặn theo mọi phương
ø tự nhiín
dù hệ lă Ai
“NS bao gĩm rất nhiều nguyín tử, phương trong
Ach | Phât
dụ 2 động theo tất cả mọi phưc =
si YNg sóc với tia sâng được gọi lă ânh san ng CCUƠ cường độ điện trường dao ờng động