Nghiên cứu sự truyền ánh sáng

Trường ĐHSP Hà Nội Nguyễn Thị Hồng Nhung - K34D- Vật Lý TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI KHOA VẬT LÝ o0o NGUYỄN THỊ HỒNG NHUNG NGHIÊN CỨU SỰ TRUYỀN ÁNH SÁNG Chuyên ngành: Vật lý lý thuyết Người hướng dẫn khoa học: Ths Phan Thị Thanh Hồng Hà Nội, 2012 Nghiên cứu truyền ánh sáng Trường ĐHSP Hà Nội Nguyễn Thị Hồng Nhung - K34D- Vật Lý LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành khóa luận này, nhận nhiều giúp đỡ nhiệt tình thầy cô Đầu tiên muốn gửi lời cảm ơn tới ThS Phan Thị Thanh Hồng người dẫn tận tình, tạo điều kiện tốt giúp đỡ hoàn thành khóa luận Tôi xin gửi lời cảm ơn tới thầy cô khoa Vật lý Trường ĐHSP Hà Nội 2, người giúp đỡ để hoàn thành khóa luận Trong trình hoàn thành khóa luận, không tránh khỏi thiếu sót, mong góp ý kiến thầy cô để khóa luận đầy đủ Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng năm 2012 Sinh viên Nguyễn Thị Hồng Nhung Nghiên cứu truyền ánh sáng Trường ĐHSP Hà Nội Nguyễn Thị Hồng Nhung - K34D- Vật Lý LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu khóa luận trung thực không trùng lặp với đề tài khác Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực khóa luận cảm ơn thông tin trích dẫn khóa luận ghi rõ nguồn gốc Hà Nội, tháng năm 2012 Sinh viên Nguyễn Thị Hồng Nhung Nghiên cứu truyền ánh sáng Trường ĐHSP Hà Nội Nguyễn Thị Hồng Nhung - K34D- Vật Lý MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cảm ơn Lời cam đoan Danh mục hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Cấu trúc khóa luận NỘI DUNG Chƣơng Vận tốc ánh sáng 1.1 Cách xác định vận tốc ánh sáng thực nghiệm 1.1.1 Cách đặt vấn đề Galilei 1.2.2 Phương pháp Rome 1.1.3.Thí nghiệm Michelson Nghiên cứu truyền ánh sáng Trường ĐHSP Hà Nội Nguyễn Thị Hồng Nhung - K34D- Vật Lý 1.2 Tính không đổi vận tốc ánh sáng chân không 1.2.1 Quan sát đôi 1.2.2 Thí nghiệm Michelson 10 1.3 Tính giới nội vận tốc ánh sáng 13 1.4 Kết luận chương 14 Chƣơng Sự giao thoa ánh sáng 15 2.1 Định luật tính độc lập chùm tia sáng 15 2.2 Sự giao thoa Sự giao thoa photon 16 2.2.1 Sự giao thoa sóng 16 2.2.2 Giao thoa sóng âm 18 2.2.3 Giao thoa sóng điện từ 19 2.2.4 Giao thoa ánh sáng 20 2.2.5 Sự giao thoa photon 24 2.3 Cơ cấu tạo thành sóng kết hợp sóng kết hợp thí nghiệm Fresnel Sự truyền lượng tượng giao thoa 25 2.3.1 Cơ cấu tạo thành sóng kết hợp thí nghiệm Fresnel 25 2.3.2 Sự truyền lượng tượng giao thoa 26 2.4 Sự giao thoa màng mỏng 29 2.4.1 Những kiện thực nghiệm 29 2.4.2 Giải thích giao thoa màng mỏng 31 2.5 Các cách xác định bước sóng ánh sáng 37 Nghiên cứu truyền ánh sáng Trường ĐHSP Hà Nội Nguyễn Thị Hồng Nhung - K34D- Vật Lý 2.5.1 Xác định bước sóng ánh sáng phương pháp giao thoa 37 2.5.2 Xác định bước sóng ánh sáng phương pháp nhiễu xạ 41 2.6 Những ứng dụng tượng giao thoa 41 2.6.1 Làm sáng quang hệ hay khử phản xạ 41 2.6.2 Phương pháp giao thoa để kiểm tra phẩm chất bề mặt 44 2.6.3 Xác định met theo bước sóng 44 2.7 Kết luận chương 44 Chƣơng Nhiễu xạ ánh sáng 48 3.1 Bước chuyển tiếp từ nghiên cứu tượng giao thoa sang nhiễu xạ Nguyên lý Huygens - Fresnel 48 3.2 Hai khe Young 49 3.3 Những thí nghiệm nhiễu xạ Sự nhiễu xạ photon 51 3.3.1 Những thí nghiệm nhiễu xạ 51 3.3.2 Sự nhiễu xạ photon 59 3.4 Nhiễu xạ xạ Rontgen 61 3.4.1 Nhiễu xạ xạ Rontgen đơn tinh thể 61 3.4.2 Nhiễu xạ xạ Rontgen chất đa tinh thể 63 3.5 Kết luận chương 64 Chƣơng 4: Sự phân cực ánh sáng 65 4.1 Lý cần nghiên cứu phân cực ánh sáng 65 4.1.1 Lý cần nghiên cứu phân cực ánh sáng 65 4.1.2 Thí nghiệm phân cực 66 Nghiên cứu truyền ánh sáng Trường ĐHSP Hà Nội Nguyễn Thị Hồng Nhung - K34D- Vật Lý 4.2 Ánh sáng tự nhiên ánh sáng phân cực.Ứng dụng ánh sáng phân cực 71 4.2.1 Ánh sáng tự nhiên ánh sáng phân cực 71 4.2.2 Ứng dụng ánh sáng phân cực 73 4.3 Kết luận chương 74 KẾT LUẬN 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 Nghiên cứu truyền ánh sáng Trường ĐHSP Hà Nội Nguyễn Thị Hồng Nhung - K34D- Vật Lý MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Vật lý học môn khoa học nghiên cứu quy luật từ đơn giản đến tổng quát tự nhiên Quang học phần quan trọng vật lý học, môn học nghiên cứu ánh sáng chứng tỏ ánh sáng vừa có tính chất sóng, vừa có tính chất hạt Trong tiến khoa học kỹ thuật đại, quang học ứng dụng có giá trị to lớn lĩnh vực điện tử học, phương tiện liên lạc, kỹ thuật ánh sáng, tự động học… Nghiên cứu truyền ánh sáng giúp hiểu rõ tính chất sóng ánh sáng thông qua việc nghiên cứu tượng giao thoa ánh sáng, nhiễu xạ ánh sáng phân cực ánh sáng Chính việc nghiên cứu, tìm hiểu tượng để hiểu rõ chất ánh sáng nhiệm vụ người học vật lý nói riêng người yêu thích khoa học vật lý nói chung Hiện nay, nhiều giáo trình quang học, viết tượng truyền ánh sáng chung chung chưa làm rõ tính chất sóng ánh sáng Vì vậy, việc nghiên cứu làm rõ tính chất thông qua nghiên cứu truyền ánh sáng cần thiết Xuất phát từ lòng yêu thích môn quang học thân, thấy việc nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu truyền ánh sáng” cần thiết nhằm nâng cao hiểu biết riêng thân đồng thời làm tài liệu tham khảo cho bạn khác MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Nghiên cứu làm rõ tính chất sóng ánh sáng thông qua việc nghiên cứu tượng truyền ánh sáng Nghiên cứu truyền ánh sáng Trường ĐHSP Hà Nội Nguyễn Thị Hồng Nhung - K34D- Vật Lý NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU Để đạt mục đích nghiên cứu cần thực nhiệm vụ sau:  Tìm hiểu vận tốc ánh sáng tính chất vận tốc ánh sáng  Nghiên cứu giao thoa ánh sáng  Nghiên cứu nhiễu xạ ánh sáng  Nghiên cứu phân cực ánh sáng PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU  Đọc, tra cứu tài liệu để xây dựng sở lý thuyết  Sử dụng biến đổi toán học CẤU TRÚC KHÓA LUẬN Lời cảm ơn Lời cam đoan Mục lục Phần mở đầu:  Lý chọn đề tài  Mục đích nghiên cứu  Nhiệm vụ nghiên cứu  Phương pháp nghiên cứu  Cấu trúc khóa luận Phần nội dung:  Chương 1: Vận tốc ánh sáng  Chương 2: Sự giao thoa ánh sáng  Chương 3: Nhiễu xạ ánh sáng  Chương 4: Sự phân cực ánh sáng  Kết luận Phần tài liệu tham khảo Nghiên cứu truyền ánh sáng Trường ĐHSP Hà Nội Nguyễn Thị Hồng Nhung - K34D- Vật Lý NỘI DUNG CHƢƠNG 1: VẬN TỐC ÁNH SÁNG 1.1 Cách xác định vận tốc ánh sáng thực nghiệm 1.1.1 Cách đặt vấn đề Galilei Phương pháp “đóng mở” quang học Galilei sở phương pháp đo vận tốc ánh sáng sau Thí nghiệm Galilei: hai quan sát viên đứng cách không xa Họ giao ước với nhau, quan sát viên I mở đèn ánh sáng đến quan sát viên II, quan sát viên II mở đèn ánh sáng đến quan sát viên I Có thể dự đoán khoảng cách hai quan sát viên lớn thời gian để truyền khoảng cách phải lớn thời gian ánh sáng truyền khoảng cách bé Điều chứng tỏ ánh sáng có vận tốc giới nội Nhưng ý định không đem lại kết vào thời Galilei chưa có phương pháp đo khoảng thời gian ngắn vào hang phần triệu giây (micro giây) Sơ đồ thí nghiệm Galilei nguyên tắc trùng với tất phương pháp đo trực tiếp vận tốc truyền ánh sáng sau 1.1.2 Phương pháp Rome Khi khảo sát phương pháp Rome ta cần đặc biệt ý vị trí tương hỗ mặt trời, Trái đất, Mộc vệ tinh (hình 1.1) Hình 1.1: Xác định vận tốc ánh sáng theo Rome Nghiên cứu truyền ánh sáng 10 Trường ĐHSP Hà Nội Nguyễn Thị Hồng Nhung - K34D- Vật Lý l l  T cv cv Khi ánh sáng từ S vị trí II đến sớm từ vị trí I Điều có: biến cố xảy sau sớm biến cố xảy trước Nếu chu kỳ T bé, ta thừa nhận, dự đoán S nhìn thấy đồng thời vị trí I III Nhưng thực tế không quaan sát điều Do đó, giả thiết vận tốc ánh sáng không Điều có nghĩa vận tốc ánh sáng không phụ thuộc vào chuyển động nguồn sáng 1.2.2 Thí nghiệm Michelson Từ thí nghiệm Michelson ta rút kết luận: vận tốc ánh sáng đại lượng tuyệt đối, bất biến hệ quy chiếu quán tính không phụ thuộc vào chuyển động nguồn người quan sát 1.3 Tính giới nội vận tốc ánh sáng Ta biết vận tốc ánh sáng chân không giá trị giới hạn tất vận tốc chuyển động có vật Mọi vật chuyển động với vận tốc bé vận tốc c Điều giải thích khối lượng vật tăng lên với vận tốc theo định luật: m m0 1 v2 c2 Trong m0 m khối lượng tĩnh khối lượng chuyển động, v c vận tốc ánh sáng (trong chân không) CHƢƠNG 2: SỰ GIAO THOA ÁNH SÁNG Nghiên cứu truyền ánh sáng 91 Trường ĐHSP Hà Nội Nguyễn Thị Hồng Nhung - K34D- Vật Lý 2.1 Định luật tính độc lập chùm tia sáng Định luật tính độc lập chùm tia sáng: chùm tia sáng truyền từ nguồn sáng khác không ảnh hưởng lẫn Chúng truyền qua miền không gian không làm nhiễu lẫn nhau, không làm sai lệch 2.2 Sự giao thoa Sự giao thoa photon 2.2.1 Sự giao thoa sóng Tại đầu mút miếng thép ta gắn hai ngòi rung Đầu gắn vào thành bên bể sóng nhờ kẹp Khi miếng thép dao động hai ngòi rung thực dao động đồng pha.Hai ngòi rung nhúng vào chất lỏng đồng thời rút đồng thời Kết hai hệ sóng mặt đồng tâm tạo thành Chúng chồng chất lên tạo thành hình ảnh giao thoa bền vững theo thời gian mặt phẳng Các dao động tăng cường điểm mà hiệu số đường hai sóng x số chẵn lần nửa bước sóng x  2n   n hay hiệu số pha hai sóng thành phần bằng:   2n Các dao động bị yếu đi, hiệu số đường số lẻ lần nửa bước sóng x  2n  1  hay hiệu số pha hai sóng thành phần bằng:   2n  1 Trong n=0, 1, 2, 3,… Tại điểm trường giao thoa hiệu số pha hai sóng đạt đến điểm giữ không đổi theo thời gian Hiệu số pha không đổi tất điểm cực đại (hay cực tiểu) ứng với giá trị n cho trước Nghiên cứu truyền ánh sáng 92 Trường ĐHSP Hà Nội Nguyễn Thị Hồng Nhung - K34D- Vật Lý Nói chung điểm khác trường giao thoa hiệu số pha không 2.2.2 Giao thoa sóng âm Ta mắc hai loa vào máy phát âm hướng chúng vào phòng Các loa đặt cách từ đến 1,5 m độ cao khoảng m (hình 2.3) Các loa kích thích không mạnh dòng xoay chiều tần số 2000 Hz đến 3000 Hz Bằng thính giác ta nhận biết miền giao thoa phòng cách ta lấy tay bịt lỗ tai, đầu đưa qua trái hay qua phải Thí nghiệm tiến hành theo thứ tự mắc máy phát âm vào loa sau mắc vào hai loa Cần ý tránh phản xạ mạnh âm tường làm sai lệch trường giao thoa 2.2.3 Giao thoa sóng điện từ Thí nghiệm Điều kiện để hai sóng sóng kết hợp tần số dao động thành phần phải hiệu số pha phải không đổi theo thời gian Đối với sóng cơ, sóng âm sóng điện từ điều kiện kết hợp bảo đảm hay hai nguồn phát sóng Còn sóng ánh sáng kết hợp, trước người ta chế tao laze tạo từ nguồn Vì vậy, người ta dùng phương pháp nhân tạo, cách đó, chẳng hạn phản xạ hay khúc xạ, chùm tia sáng phát từ nguồn tách thành hai, sau tập trung lại với 2.2.4 Giao thoa ánh sáng 2.2.4.1 Thí nghiệm với gương Fresnel 2.2.4.2 Thí nghiệm với lưỡng lăng kính Fresnel  Kết luận: Hiện tượng giao thoa chứng khẳng định ánh sáng có tính chất sóng thuyết sóng ánh sáng đắn Để giải thích tương giao thoa ánh sáng cần phải dùng khái niệm thuyết điện từ ánh Nghiên cứu truyền ánh sáng 93 Trường ĐHSP Hà Nội Nguyễn Thị Hồng Nhung - K34D- Vật Lý sáng Hiện tượng tao nên điện trường E biến đổi theo hàm số sin hai sóng điện từ chỗ chúng gặp Kết tổng hợp vector trường tổng hợp khuếch đại bị yếu tùy thuộc vào hiệu số pha  vector E E Ở ta xét dao động vector cường độ điện trường, vector cảm ứng từ sóng điện từ tổng hợp vector theo nguyên lý chồng chất 2.2.5 Sự giao thoa photon Các kết luận: - Hình ảnh giao thoa giữ nguyên cường độ ánh sáng bình thường, điều xác nhận tính chất sóng ánh sáng - Theo thuyết lượng tử ánh sáng, photon rơi vào chỗ ảnh giao thoa, vân sáng tạo nên hoàn toàn không rơi vào chỗ vân tối - Tại vân sáng giao thoa số photon rơi vào đơn vị thời gian khác nhau, thay đổi theo thời gian cách hỗn loạn Khi cường độ ánh sáng lớn ngưỡng nhìn, mắt phân biệt khác số photon Vì hiệu ứng nhìn thấy lấy trung bình Tại nưỡng nhìn mắt phân biệt khác Hiện tượng quan sát chứng tỏ ánh sáng có cấu tạo lượng tử - Bức xạ ánh sáng gồm photon, mật độ chúng thay đổi theo thời gian không đặn, nghĩa mật độ photon bị thăng giáng - Trong hình ảnh giao thoa, cường độ ánh sáng yếu ta nhận thấy tính chất sóng lẫn tính chất hạt ánh sáng 2.3 Cơ cấu tạo thành sóng kết hợp thí nghiệm Fresnel Sự truyền lƣợng tƣợng giao thoa 2.3.1 Cơ cấu tạo thành sóng kết hợp thí nghiệm Fresnel Nghiên cứu truyền ánh sáng 94 Trường ĐHSP Hà Nội Nguyễn Thị Hồng Nhung - K34D- Vật Lý Các sóng ánh sáng thu từ lần phát xạ nguyên tử cần hứng vào hai gương hay lăng kính Nhờ dụng cụ quang học mà hệ sóng tách làm hai, sau hệ sóng lại tập trung vào chỗ Những sóng sáng có tần số, pha ban đầu mặt phẳng dao động chúng sóng kết hợp Khi quãng đường khác nhau, chỗ gặp chúng có hiệu số pha Hiệu số pha giữ không đổi suốt thời gian sóng tồn tại điểm Do chúng giao thoa với Điều với xạ nguyên tử nguồn sáng Kết hình ảnh giao thoa bền vững tạo nên 2.3.2 Sự truyền lượng tương giao thoa Trong miền giao thoa xảy phân bổ lại lượng ánh sáng Tại vân tối ảnh giao thoa nói chung ánh sáng không đạt đến, lại chỗ vân sáng cường độ ánh sáng từ hai chùm tia sáng khuếch đại gấp đôi dự đoán sở định luật quang hình học mà gấp bốn lần Như lương toàn phần ánh sáng hai chùm tia kết hợp, trước giao thoa giữ nguyên không đổi *Biên độ dao động tổng hợp Khi biên độ dao động thành phần nhau, tức a = a = a, tìm biên độ dao động tổng hợp A từ hệ thức: A  2a 1  cos    hiệu số pha dao động thành phần Năng lượng cường độ sáng I tỷ lệ với bình phương biên độ Vì vậy: I  2i1  cos   với i cường độ dao động thành phần Khi hiệu số pha:   2n cường độ tổng cộng là: I=4i Nghiên cứu truyền ánh sáng 95 Trường ĐHSP Hà Nội Nguyễn Thị Hồng Nhung - K34D- Vật Lý Khi   (2n  1) cường độ tổng cộng không: I = Trong n số nguyên không 2.4 Sự giao thoa màng mỏng “Màng mỏng” hay “lớp mỏng” không nói bề dày hình học mà biểu diễn khả phát hiện tượng giao thoa chúng 2.4.1 Những kiện thực nghiệm 2.4.1.1 Màng xà phòng 2.4.1.2 Màu sắt thép 2.4.2 Giải thích giao thoa màng mỏng Hiện tượng giao thoa màng mỏng xuất phản xạ hai lần từ hai mặt màng Bên lớp xảy phản xạ ánh sáng nhiều lần từ mặt mặt 2.5.1 Xác định bước sóng ánh sáng phương pháp giao thoa 2.5.1.1 Dựa vào việc dùng gương hay lưỡng lăng kính Fresnel Đối với vân giao thoa sáng tối điều kiện tương ứng sau phải thỏa mãn: x  ax   2n vân sáng; l x  ax   2n  1 vân tối l Trong n số nguyên, n = công thức thứ ứng với vân sáng trung tâm, công thức thứ hai ứng với vân tối thứ Từ hai công thức ta xác định bước sóng ánh sáng: ax nl 2ax  2n  1l  Nghiên cứu truyền ánh sáng 96 Trường ĐHSP Hà Nội Nguyễn Thị Hồng Nhung - K34D- Vật Lý Khoảng cách x đo từ trung điểm vân sáng trung tâm đến vân sáng thứ n theo công thức thứ hay đến vân tối thứ n theo công thức thứ hai Bởi a l biết nên ta tính bước sóng  2.5.1.2 Dựa vào phép đo bán kính vân tròn Newton sáng tối Trên thủy tinh phẳng đặt thấu kính phẳng lồi có bán kính khúc R lớn đến hàng chục mét Để đơn giản ta coi ánh sáng đơn sắc chiếu vuông góc vào mặt phẳng thấu kính Ta tìm bước sóng ánh sáng:  2r R2n  1 Đối với vân tối: r2     2n  1 R 2 Vì vậy: r2  n R Bước sóng ánh sáng biểu diễn sau:  r2 Rn Như để xác định bước sóng ánh sáng cần đo bán kính vân sáng hay vân tối thứ n 2.5.2 Xác định bước sóng phương pháp nhiễu xạ Từ công thức d sin   n ta tìm bước sóng ánh sáng:  d sin  n Trong đó: d số hay chu kỳ cách tử nhiễu xạ,  góc ta quan sát cực đại nhiễu xạ, n số nguyên bậc cực đại nhiễu xạ 2.6 Những ứng dụng tƣợng giao thoa Nghiên cứu truyền ánh sáng 97 Trường ĐHSP Hà Nội Nguyễn Thị Hồng Nhung - K34D- Vật Lý 2.6.1 Làm sáng quang hệ hay khử phản xạ 2.6.2 Phương pháp giao thoa để kiểm tra phẩm chất bề mặt 2.6.3 Xác định met theo bước sóng CHƢƠNG 3: NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG 3.1 Bƣớc chuyển tiếp từ nghiên cứu tƣợng giao thoa sang nhiễu xạ Nguyên lý Huygens - Fresnel Khi nghiên cứu tượng nhiễu xạ tính toán phân bổ lượng không gian phía sau vật không suốt đặt đường truyền chùm tia sáng, ta phải dùng nguyên lý Huygens - Fresnel Nguyên lý cho phép tính toán kết giao thoa sóng nguyên tố điểm không gian Fresnel xem nhiễu xạ kết giao thoa tập hợp vô hạn sóng nguyên tố Biên độ pha sóng điểm cho trước không gian sau vật cản tỷ lệ với biên độ pha nguồn kết hợp nguyên tố mặt đầu sóng, chẳng hạn lỗ chắn 3.2 Hai khe Young Thí nghiệm Young làm với hai lỗ nhỏ khoét hai màng suốt Để tăng cường độ sáng cực đại ảnh nhiễu xạ, nhiệm Young thường dùng hai khe hẹp Đối với ánh sáng đơn sắc, khoảng cách hai khe d không đổi ta có:  d  const Vì với tăng n, góc (3.5)  ta quan sát cực đại nhiễu xạ thứ n tăng Công thức tìm với cách tử nhiễu xạ Nghiên cứu truyền ánh sáng 98 Trường ĐHSP Hà Nội Nguyễn Thị Hồng Nhung - K34D- Vật Lý 3.3 Những thí nghiệm nhiễu xạ Sự nhiễu xạ photon 3.3.1 Những thí nghiệm nhiễu xạ 3.3.1.1 Nhiễu xạ sóng 3.3.1.2 Nhiễu xạ âm 3.3.1.3 Nhiễu xạ sóng điện từ 3.3.1.4 Nhiễu xạ ánh sáng 3.3.2 Sự nhiễu xạ photon 3.3.2.1 Nhiễu xạ photon bay hạt 3.3.2.2 Thăng giáng lương tử nhiễu xạ 3.4 Nhiễu xạ xạ Rontgen 3.4.1 Nhiễu xạ xạ Rontgen đơn tinh thể Khi xạ Rontgen truyền qua tinh thể kích thích nguyên tử tinh thể làm cho chúng dao động, kết nguyên tử trở thành nguồn kết hợp xạ Rontgen Ban đầu nguyên tử bề mặt tinh thể bị kích thích, sau đến nguyên tử lớp sâu Vì sóng kết hợp từ nguyên tử phát xuất hiệu số pha, độ lớn phụ thuộc vào phương Tùy thuộc vào hiệu số pha sóng khuếch đại hay làm yếu lẫn Sự xếp cực đại nhiễu xạ (vết đen) phụ thuộc vào bước sóng xạ Rontgen, vào phân bổ tương hỗ nguyên tử tinh thể vào hướng tinh thể phương xạ Rontgen tới Do đó, theo dạng ảnh nhiễu xạ đo bước sóng xạ Rontgen nghiên cứu cấu trúc tinh thể 3.4.2 Nhiễu xạ xạ Rontgen chất đa tinh thể CHƢƠNG 4: SỰ PHÂN CỰC ÁNH SÁNG Nghiên cứu truyền ánh sáng 99 Trường ĐHSP Hà Nội Nguyễn Thị Hồng Nhung - K34D- Vật Lý 4.1 Lý cần nghiên cứu phân cực ánh sáng Thí nghiệm phân cực 4.1.1 Lý cần nghiên cứu phân cực ánh sáng Trong việc nghiên cứu dao động, phân cực khái niệm vật lý Sự phân cực ánh sáng tính chất ánh sáng đặc trưng định hướng có trật tự dao động sáng, theo thuyết điện từ ánh sáng xếp có trật tự hướng vector điện trường từ trường Trong ánh sáng phân cực thẳng phương dao động vector E B sóng điện từ điểm giữ không thay đổi theo thời gian Trong ánh sáng tự nhiên phương dao động vector E B thay đổi theo thời gian cách hỗn loạn Tuy nhiên hai trường hợp môi trường đẳng hướng vector vuông góc với phương truyền ánh sáng Thuyết điện từ ánh sáng chứa đựng khái niệm tính chất ngang sóng ánh sáng Sóng ánh sáng sóng ngang Bằng chứng tính chất ngang sóng ánh sáng có giá trị định thuyết sóng ánh sáng Sóng dọc sóng ngang diễn tả định luật Tuy nhiên chúng có khác chủ yếu xác định phương dao động đường truyền sóng 4.1.2 Thí nghiệm phân cực 4.1.2.1 Thí nghiệm với sóng 4.1.2.2 Sự phân cực sóng điện từ 4.1.2.3 Sự phân cực ánh sáng 4.2 Ánh sáng tự nhiên ánh sáng phân cực Ứng dụng ánh sáng phân cực 4.2.1 Ánh sáng tự nhiên ánh sáng phân cực Ta dùng hai polaroit thí nghiệm với ánh sáng phân cực Các polaroit song song cho ánh sáng truyền qua polaroit bắt chéo không Nghiên cứu truyền ánh sáng 100 Trường ĐHSP Hà Nội Nguyễn Thị Hồng Nhung - K34D- Vật Lý cho ánh sáng truyền qua, có nghĩa dao động ánh sáng khỏi polaroit thứ dao động ngang Đó ánh sáng phân cực thẳng Ánh sáng không bị tắt polaroit thứ nhất, rõ ràng ánh sáng tới polaroit dao động luôn vuông góc với tia sáng theo phương chúng có xác suất nhau, phương ưu tiên phương Ánh sáng gọi ánh sáng tự nhiên 4.2.2 Ứng dụng ánh sáng phân cực 4.2.2.1 Dùng ánh sáng phân cực để khử tác dụng làm chói mắt ánh sáng xe ô tô ngược chiều 4.2.2.2 Làm thí nghiệm minh họa việc ứng dụng ánh sáng phân cực để nghiên cứu ứng lực chi tiết máy cấu trúc xây dựng 4.2.2.3 Ánh sáng phân cực thẳng phần hay hoàn toàn tao nên phản xạ từ chất điện môi mài thật nhẵn khúc xạ Sự phân cực ánh sáng phản xạ nhận biết chỗ trội sáng Ánh sáng tán xạ hạt khí ánh sáng phân cực phần Khi chụp ảnh quan sát vật ốm nhòm để khử ánh sang phân cực xuất phản xạ người ta dùng lọc sáng phân cực polaroit KẾT LUẬN Nghiên cứu truyền ánh sáng 101 Trường ĐHSP Hà Nội Nguyễn Thị Hồng Nhung - K34D- Vật Lý Thông qua khóa luận, tìm hiểu vấn đề liên quan tới truyền ánh sáng, bao gồm:  Vận tốc ánh sáng cách xác định vận tốc ánh sáng;  Sự giao thoa ánh sáng môi trường, truyền lượng tượng giao thoa Một vài ứng dụng tượng giao thoa  Sự nhiễu xạ ánh sáng  Sự phân cực ánh sáng ứng dụng ánh sáng phân cực Tuy nhiên điều kiện nghiên cứu nhiều hạn chế, tài liệu tham khảo thiếu thời gian nghiên cứu có hạn nên khóa luận không tránh khỏi thiếu sót Vậy mong góp ý quý thầy cô bạn để luận văn hoàn thiện Tôi xin chân thành cảm ơn! Nghiên cứu truyền ánh sáng 102 Trường ĐHSP Hà Nội Nguyễn Thị Hồng Nhung - K34D- Vật Lý TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Basokatop & Ogorotnhicop (1960), Thí nghiệm phổ thông quang học sóng [2] Begunop (1961), Quang hình học [3] Fresnel (1955), Tuyển tập công trình quang học [4] L U Rêznicôp (1975), Quang lý trường phổ thông, NXB Giáo dục [5] Ôgorotnhicop (1967), Thí nghiệm chứng minh quang học cấu tạo nguyên tử, NXB Giáo dục [6] Pohn (1962), Quang học vật lý nguyên tử, NXB Khoa học [7] Huỳnh Huệ (1992), Quang học, NXB Giáo dục [8] Đặng Thị Mai (1999), Quang học, NXB Giáo dục Nghiên cứu truyền ánh sáng 103 Trường ĐHSP Hà Nội Nguyễn Thị Hồng Nhung - K34D- Vật Lý TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Basokatop & Ogorotnhicop (1960), Thí nghiệm phổ thông quang học sóng [2] Begunop (1961), Quang hình học [3] Fresnel (1955), Tuyển tập công trình quang học [4] L U Rêznicôp (1975), Quang lý trường phổ thông, NXB Giáo dục [5] Ôgorotnhicop (1967), Thí nghiệm chứng minh quang học cấu tạo nguyên tử, NXB Giáo dục [6] Pohn (1962), Quang học vật lý nguyên tử, NXB Khoa học Nghiên cứu truyền ánh sáng 104 Trường ĐHSP Hà Nội Nguyễn Thị Hồng Nhung - K34D- Vật Lý [7] Huỳnh Huệ (1992), Quang học, NXB Giáo dục [8] Đặng Thị Mai (1999), Quang học, NXB Giáo dục Nghiên cứu truyền ánh sáng 105 [...]... các cực tiểu ánh sáng mà được truyền đi giữa các mặt này như là truyền đi giữa các kênh có tiết diện vành khăn Nghiên cứu sự truyền ánh sáng 34 Trường ĐHSP Hà Nội 2 Nguyễn Thị Hồng Nhung - K34D- Vật Lý Trong miền giao thoa xảy ra sự phân bổ lại năng lượng ánh sáng Tại các vân tối của ảnh giao thoa nói chung ánh sáng không đạt đến, còn lại chỗ các vân sáng cường độ ánh sáng từ hai chùm tia sáng được khuếch... chương 1: “Vận tốc ánh sáng ta đã tìm hiểu về cách xác định vận tốc ánh sáng bằng thực nghiệm, chứng minh được tính không đổi của vận tốc ánh sáng trong chân không và tìm được giá trị giới nội của vận tốc ánh sáng Nghiên cứu sự truyền ánh sáng 21 Trường ĐHSP Hà Nội 2 Nguyễn Thị Hồng Nhung - K34D- Vật Lý CHƢƠNG 2: SỰ GIAO THOA ÁNH SÁNG 2.1 Định luật về tính độc lập của các chùm tia sáng Định luật về... sáng, cực 2 2 2 đại ánh sáng có màu của kính lọc sắc Nghiên cứu sự truyền ánh sáng 30 Trường ĐHSP Hà Nội 2 Nguyễn Thị Hồng Nhung - K34D- Vật Lý    Nếu x  1 ;3 ;5 … thì tại điểm này ta thấy các vân tối hay cực tiểu 2 2 2 ánh sáng Đối với ánh sáng đơn sắc thì hình ảnh giao thoa là một hệ các vân sáng cùng một màu, cách biệt với nhau bởi những vân tối, còn đối với các ánh sáng trắng thì các vân sáng. .. đó, giả thiết về vận tốc của ánh sáng và của ngôi sao là không đúng Điều đó có nghĩa là vận tốc ánh sáng không phụ thuộc vào chuyển động của nguồn sáng 1.2.2 Thí nghiệm Michelson Trên Trái đất đặt nguồn sáng S và cách nguồn sáng S một khoảng l đặt một gương M (hình 1.4.1) Hình 1.4.1: Ánh sáng truyền theo chiều chuyển động của Trái đất và ngược lại Nghiên cứu sự truyền ánh sáng 17 Trường ĐHSP Hà Nội 2... bằng ánh sáng truyền qua (hay ánh sáng phản xạ) Mặt màng mỏng được đặt thẳng đứng Trên hình 2.10, ánh sáng từ nguồn sáng của đèn chiếu 1 được thấu kính 2 hướng đi qua kính lọc sắc 3 đập vào khung có màng xà phòng 4 và rọi đều nó Chùm ánh sáng sau khi đi qua màng xà phòng được tập trung bởi vật kính 5 và đi vào lăng kính đảo hình 6 Hình ảnh giao thoa được chiếu lên màn 7 Nghiên cứu sự truyền ánh sáng. .. 1.4.2: Ánh sáng truyền vuông góc với phương chuyển động của Trái đất Quãng đường mà ánh sáng “đi” và “về” sẽ bé hơn quãng đường khi chuyển động của ánh sáng và của Trái đất song song nhau.thời gian để ánh sáng truyền được quãng đường 2l 1 bằng: t1  nhưng Vì vậy hay 2l1 c (1.10)  vt  l l  1   2  2 1 2 2 (1.11) c 2 l12 v 2 t12 2 l  4 4   t12 2 c  v2  l 2 4 (1.13) Từ đó Nghiên cứu sự truyền ánh. .. tới sự thay đổi màu sắc Điều đó có nghĩa là trong chân không ánh sáng truyền với vận tốc không phụ thuộc vào tần số Nghiên cứu sự truyền ánh sáng 11 Trường ĐHSP Hà Nội 2 Nguyễn Thị Hồng Nhung - K34D- Vật Lý 1.1.3 Thí nghiệm Michelson Trong thí nghiệm này ta phải giải thích sự xuất hiện một cách tuần hoàn ảnh của nguồn sáng trong thị trường của người quan sát Ta khảo sát ba vị trí của gương Ánh sáng. .. Michelson cũng đo được vận tốc ánh sáng trong sulfua cacbon lỏng, nó bằng 1,71.108 m / s Ta rút ra được kết luận: Việc xác định vận tốc ánh sáng bằng những phương pháp khác nhau cho ta giá trị cùng bậc, và bằng khoảng 3.10 8 m / s ,vận tốc ánh sáng trong các môi trường luôn bé hơn trong chân không Vận tốc ánh sáng là một đại lượng rất lớn, nhưng có giới hạn Nghiên cứu sự truyền ánh sáng 14 Trường ĐHSP Hà... cách giữa các vân giao thoa phụ thuộc vào màu sắc của các chùm tia sáng Nghiên cứu sự truyền ánh sáng 27 Trường ĐHSP Hà Nội 2 Nguyễn Thị Hồng Nhung - K34D- Vật Lý Hình 2.5: Hiện tượng giao thoa ánh sáng trong thí nghiệm với gương Fresnel Các vân sáng giao thoa có màu sắc của kính lọc sáng đặt trước nguồn sáng Nếu không có kính lọc sáng thì các vân giao thoa sẽ bị lẫn nhiều màu khác nhau Vân màu tím... giây sẽ xuất hiện một vết sáng, điều này thực tế quan sát được khi cường độ chùm sáng lớn Tuy nhiên khi cường độ chùm sáng thấp hơn ngưỡng nhìn, xảy ra sự thiếu hụt, vết Nghiên cứu sự truyền ánh sáng 31 Trường ĐHSP Hà Nội 2 Nguyễn Thị Hồng Nhung - K34D- Vật Lý sáng sẽ xuất hiện không đều, hỗn loạn theo thời gian Điều này mâu thuẫn với hiện tượng giao thoa Thuyết sóng ánh sáng không giải thích được ... thuật ánh sáng, tự động học… Nghiên cứu truyền ánh sáng giúp hiểu rõ tính chất sóng ánh sáng thông qua việc nghiên cứu tượng giao thoa ánh sáng, nhiễu xạ ánh sáng phân cực ánh sáng Chính việc nghiên. .. hiểu vận tốc ánh sáng tính chất vận tốc ánh sáng  Nghiên cứu giao thoa ánh sáng  Nghiên cứu nhiễu xạ ánh sáng  Nghiên cứu phân cực ánh sáng PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU  Đọc, tra cứu tài liệu để... 4: Sự phân cực ánh sáng 65 4.1 Lý cần nghiên cứu phân cực ánh sáng 65 4.1.1 Lý cần nghiên cứu phân cực ánh sáng 65 4.1.2 Thí nghiệm phân cực 66 Nghiên cứu truyền ánh sáng