Bài giảng bài giao thoa ánh sáng vật lý 12 (8)

VẬT LÝ 12 GIAO THOA ÁNH SÁNG Nội dung HIỆN TƯỢNG GIAO THOA ÁNH SÁNG Hiện tượng giao thoa điều kiện để có giao thoa ánh sáng Khảo sát giao thoa ánh sáng qua khe Young SỰ NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG Thí nghiệm Fresnel nhiễu xạ ánh sáng Định nghĩa Nguyên lý Huyghen – Fresnel Nhiễu xạ ánh sáng qua khe hẹp (nhiễu xạ sóng phẳng): (Nhiễu xạ Frauhofe) Điều kiện để có cực đại, cực tiểu nhiễu xạ Nhiễu xạ qua nhiều khe hẹp – cách tử 1.a Định nghĩa Là tượng xãy sóng ánh sáng truyền đến vùng không gian, tạo vùng sáng tối liên tiếp Khoảng không gian có giao thoa gọi trường giao thoa Nếu đặt màng trường giao thoa ta nhận vạch sáng tối xen kẽ gọi vân giao thoa F S E 1.b Điều kiện để có giao thoa ánh sáng ánh sáng (nguồn) phải có tần số, phương dao động, hiệu pha khơng thay đổi theo thời gian Giả sử xét nguồn 1: nguồn 2: x1  a1 cos(0t  1 ) x2  a2 cos(0t  2 ) Theo dao động x  x1  x2  a cos(0t   ) Trong đĩ a  a12  a22  2a1a2 cos(2  1 ) 2  1 : Hiệu pha 1.b Điều kiện để có giao thoa ánh sáng a1 sin 1  a2 sin 2 tg  a1 cos 1  a2 cos 2 Nếu:   1  2k  cos(  1 )  Cho: a  a1  a2 a1  a2  a  2a1  2a2 Để đặc trưng tác dụng sĩng sĩng ánh sáng, ta đưa vào cường độ sĩng Chọn k=1, cường độ sáng I ~ a2 => I ~ 4a12 (Cường độ sĩng tỉ lệ bình phương với biên độ sĩng) Như vậy, điểm nhận sĩng cĩ I ~ 4a12 điểm sáng 1.b Điều kiện để có giao thoa ánh sáng Nếu: 2  1  (2k  1)  cos(  1 )  1 a  a1  a2 mà a1  a2  a  Điểm tối sĩng cĩ điều kiện gọi sĩng kết hợp Chú ý: Trong mơi trường đẳng hướng, sĩng ánh sáng từ S phát sĩng cầu, biên độ sĩng giảm tỉ lệ nghịch với khoảng cách từ nguồn đến điểm ta xét 1.c Cách tạo nguồn kết hợp Nguồn sóng biến thiên dao động nguyên tử, không tìm sóng kết hợp từ nguồn sáng Để có sóng kết hợp, ta tách từ nguồn sáng thành tia sóng theo quang lộ khác Sau đó, cho chúng gặp mhau 1.c Cách tạo nguồn kết hợp  Gương Fresnel: G2 O Màn chắn Q  O2 O1 G1 E 1.c Cách tạo nguồn kết hợp Lưỡng bán thấu kính G.Bille: M   Lưỡng lăng kính Fresnel: M S S 2.a Điều kiện cực đại cực tiểu vân giao thoa Giả sử có nguồn sóng kết hợp S1 S2 Đặt: S1M = l1 S1M = l2 (quang lộ) M nhận sóng: x1  a1 cos(0t  x2  a2 cos(0t  2 l1  2 l2  ) ) 10 Nhiễu xạ ánh sáng qua khe hẹp P L  a M O 0 1 2 21 Nhiễu xạ ánh sáng qua khe hẹp  Trên chắn sóng P, ta mở khe hẹp hình chữ nhật độ rộng a, chiều dài b, b lớn so với a  Cho chùm tia sáng đơn sắc // chiếu vuông góc với mặt phẳng khe Khi truyền qua chắn sóng P, chùm tia lệch phương truyền góc  Ảnh thu vân sáng, tối cách nhau, riêng vân sáng trung tâm rộng gấp nhiều lần vân khác 22 Nhiễu xạ ánh sáng qua khe hẹp  Áp dụng nguyên lý Huyghen: Chọn mặt phẳng khe làm mặt phẳng   Chọn nguồn phát sóng thứ cấp: Dựng mặt phẳng 0, 1, 2, … n song song cách  khoảng = mặt khe ( là bước sóng ánh sáng đơn sắc ta sử dụng), mặt phẳng vuông góc chùm tia nhiễu xạ, dãy coi nguồn sáng thứ cấp 23 Nhiễu xạ ánh sáng qua khe hẹp  Vì sóng ánh sáng từ đới lẻ đới chẵn gởi tới điểm M có hiệu quang lộ   dao động sóng chúng có pha ngược nhau, tác dụng sóng chúng khử lẫn  Nếu gọi a1,a2,…an biên độ sóng ánh sáng nguồn thứ cấp 1,2,…n gởi tới M biên độ a sóng sáng tổng hợp viết: a = a1 – a2 + a3 – a4 + a5 + …  an 24 Nhiễu xạ ánh sáng qua khe hẹp  Qui ước: an (+) n lẻ an (-) n chẵn  Vì dãy nhỏ gần nên xem biên độ dãy trung bình cộng biên độ dãy trước sau a1  a3 a3  a5 a1  an a2  , a4  ,a  2 25 ĐK có cực đại - cực tiểu nhiễu xạ Để tính cường độ sáng theo phương ta vẻ mặt phẳng 0, 1, 2… cách /2 vuông góc với chùm tia nhiễu xạ Các mặt phẳng chia mặt phẳng khe thành dãi Gọi d bề rộng dãi    d  d sin   ;d  2sin  Gọi n số dãi khe n a a.2sin  d  26 ĐK có cực đại - cực tiểu nhiễu xạ  Nếu khe chứa số chẳn dãi (n = 2k) n a.2sin k  2k  sin  a  (loại k = 0) Điểm M tối k  1, 2 27 ĐK có cực đại - cực tiểu nhiễu xạ  Nếu khe chứa số lẻ dãi (n = 2k +1) dao động sóng dãi gây M khử lẫn nhau, dao động sóng dãi lẻ 2k + gây không bị khử M điểm sáng 2asin   2k  sin  (2k  1)  2a Trong đó: k = 1, 2, 3, …, - 2, - 3, … (loại k = 0, k = - 1) 28 ĐK có cực đại - cực tiểu nhiễu xạ  Đồ thị phân bố cường độ sáng màng quan sát theo sin I   2  b b  b 2 b sin 29 Nhiễu xạ qua nhiều khe hẹp – cách tử a Nhiễu xạ qua nhiều khe hẹp: Giả sử có N khe hẹp giống nằm song song mặt phẳng … Dọi lên khe chùm đơn sắc song song Giả sử chùm sáng gồm tia kết hợp 30 Nhiễu xạ qua nhiều khe hẹp – cách tử Tại điểm màng có  thỏa điều kiện sin   k  ;(k  1, 2, ) Cho cực tiểu nhiễu xạ sin   (2k  1)  2a Cho cực đại nhiễu xạ Dao động tia gây khử lẫn Điểm chưa điểm tối 31 Nhiễu xạ qua nhiều khe hẹp – cách tử I N=1 a) N=2 b) 32 Nhiễu xạ qua nhiều khe hẹp – cách tử Tổng quát N hai cực đại có N – cực tiểu phụ N – cực đại phụ Nhiễu xạ qua nhiều khe hẹp 33 Nhiễu xạ qua nhiều khe hẹp – cách tử b.Cách tử nhiễu xạ: Định nghĩa: Tập hợp số lớn khe hẹp giống nhau, song song cách nằm mặt phẳng gọi cách tử nhiễu xạ Số khe đơn vị chiều dài n d d Cách tử nhiễu xạ 34 THE END! 35 [...]... vật chướng ngại, gây nên các vân sáng và tối trong cả vùng bóng tối hình học được gọi là hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng Các vân sáng, tối xuất hiện khi đó gọi là vân nhiễu xạ 19 5 Nguyên lý Huyghen - Fresnel  Bất kỳ điểm nào mà ánh sáng truyền đến đều trở thành nguồn sáng thứ cấp phát ánh sáng về phía trước nó  Biên độ và pha của nguồn thứ cấp là biên độ và pha của nguồn sáng thực gây ra tại vị trí nguồn... tượng này là cơ sở để đo chiết suất trong các máy giao thoa kế e M l1 S1 l2 d S S2 D 16 3 Thí nghiệm Fresnel về nhiễu xạ ánh sáng Cho ánh sáng xuất phát từ S qua 1 lỗ tròn trên màn chắn P, ta sẽ nhận được 1 vệt sáng tròn có đường kính ab trên màn ảnh Q a S c b Q P 17 3 Thí nghiệm Fresnel về nhiễu xạ ánh sáng Nếu thu kích thước của lỗ trên P thì vệt sáng ab cũng thu nhỏ lại Thí nghiệm chứng tỏ, khi... xd l2  l1  D 12 2.b Độ rộng của vân giao thoa Vậy các cực đại giao thoa sẽ nằm cách điểm giữa O một khoảng Xmax thỏa mãn điều kiện: xmax d k D l2  l1  k   xmax  D d Cực tiểu:  xmin d (2k  1)  2 D xmin (2k  1) D  2d k  0, 1, 2, 13 2.b Độ rộng của vân giao thoa i  xmax (k  1)  xmax (k )  D k D  (k  1)  d d D i  M l1 S1 l2 d S d S2 D Khoảng cách giữa các vân sáng (hoặc giữa... xạ, mỗi dãy được coi như nguồn sáng thứ cấp 23 6 Nhiễu xạ ánh sáng qua khe hẹp  Vì 2 sóng ánh sáng từ 1 đới lẻ và 1 đới chẵn kế tiếp nhau gởi tới điểm M có hiệu quang lộ  2  dao động sóng của chúng có pha ngược nhau, tác dụng sóng của chúng sẽ khử lẫn nhau  Nếu gọi a1,a2,…an là biên độ của các sóng ánh sáng do các nguồn thứ cấp 1,2,…n gởi tới M thì biên độ a của sóng sáng tổng hợp có thể viết: a... cấp  Dao động tại một điểm bất kỳ ngoài mặt sáng thứ cấp  là tổng hợp của tất cả những sóng phát đi từ các nguồn thứ cấp nằm trên mặt sáng ’’ gửi tới 20 6 Nhiễu xạ ánh sáng qua khe hẹp P L  a M O 0 1 2 21 6 Nhiễu xạ ánh sáng qua khe hẹp  Trên chắn sóng P, ta mở 1 khe hẹp hình chữ nhật độ rộng là a, chiều dài b, b rất lớn so với a  Cho chùm tia sáng đơn sắc // chiếu vuông góc với mặt phẳng... góc  Ảnh thu được là các vân sáng, tối cách đều nhau, riêng vân sáng trung tâm rộng gấp nhiều lần các vân khác 22 6 Nhiễu xạ ánh sáng qua khe hẹp  Áp dụng nguyên lý Huyghen: Chọn mặt phẳng khe làm mặt phẳng   Chọn nguồn phát sóng thứ cấp: Dựng những mặt phẳng 0, 1, 2, … n song song và cách đều nhau 1  khoảng = 2 bắt đầu từ mặt trên của khe ( là bước sóng ánh sáng đơn sắc ta sử dụng), các... cũng vậy) 14 2.c Sự dịch chuyển hệ vân giao thoa L2  L1  l2  [(e1  e)1  en]  l2  l1  (n  1)e L2  L1  k   l2  l1  (n  1)e  k  xmax d  (n  1)e  k  D k D eD xmax   (n  1) d d Chứng tỏ vân sáng mới O1(k = 0) sẽ nằm cách vân sáng cũ O một khoảng: eD x0  (n  1) d 15 2.c Sự dịch chuyển hệ vân giao thoaa - Vì n > 1 nên x0 > 0 nghĩa là vân sáng giữa O1 bây giờ sẽ dịch chuyển về phía...2.a Điều kiện cực đại cực tiểu vân giao thoa   2  1    2k l2  l1  k  2  (l2  l1 ) dao động cực đại cường độ sóng đạt cực đại :Imax Nếu:   (2k  1)  l2  l1  (2k  1)  2 dđ cực tiểu Những điểm có cường độ sáng tối nhất: Imin = 0 11 2.b Độ rộng của vân giao thoa Là khoảng cách giữa 2 vân cùng loại liên tiếp Cọn O là điểm cách đầu S1,... nhiều vòng tròn sáng và tối cùng tâm điểm nằm xen kẻ nhau cả trong vùng bóng tối hình học (ngoài phạm vi ab) Tâm điểm của các vân có thể sáng hoặc tối tùy theo kích thước của lỗ tròn và vị trí màn ảnh Q Thí nghiệm trên chứng tỏ, khi qua lỗ tròn, các tia sáng đã bị lệch khỏi phương truyền thẳng 18 4 Định nghĩa Hiện tượng các tia sáng bị lệch khỏi phương truyền thẳng khi chúng đi gần các vật chướng ngại,... thể viết: a = a1 – a2 + a3 – a4 + a5 + …  an 24 6 Nhiễu xạ ánh sáng qua khe hẹp  Qui ước: an (+) khi n lẻ an (-) khi n chẵn  Vì các dãy nhỏ và gần nhau nên xem như biên độ của một dãy bằng trung bình cộng biên độ của 2 dãy trước và sau nó a1  a3 a3  a5 a1  an a2  , a4  ,a  2 2 2 25 7 ĐK có cực đại - cực tiểu nhiễu xạ Để tính cường độ sáng theo một phương bất kỳ ta vẻ các mặt phẳng 0, 1, 2… ... HIỆN TƯỢNG GIAO THOA ÁNH SÁNG Hiện tượng giao thoa điều kiện để có giao thoa ánh sáng Khảo sát giao thoa ánh sáng qua khe Young SỰ NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG Thí nghiệm Fresnel nhiễu xạ ánh sáng Định nghĩa... sóng ánh sáng truyền đến vùng không gian, tạo vùng sáng tối liên tiếp Khoảng không gian có giao thoa gọi trường giao thoa Nếu đặt màng trường giao thoa ta nhận vạch sáng tối xen kẽ gọi vân giao thoa. .. chúng gần vật chướng ngại, gây nên vân sáng tối vùng bóng tối hình học gọi tượng nhiễu xạ ánh sáng Các vân sáng, tối xuất gọi vân nhiễu xạ 19 Nguyên lý Huyghen - Fresnel  Bất kỳ điểm mà ánh sáng