Nghiên cứu tổng hợp một số thí nghiệm vật lý đại cương chứng minh bản chất sóng của ánh sáng

LỜI CẢM ƠN Trƣớc hết xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo Phan Toàn, giảng viên khoa Toán- Lý- Tin trƣờng Đại học Tây Bắc tận tình hƣớng dẫn bảo giúp đỡ suốt trình học tập, nghiên cứu hoàn thành đề tài Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn tới phòng Quản lý khoa học quan hệ quốc tế, phòng đào tạo, trung tâm thông tin thƣ viện tạo điều kiện giúp đỡ trình hoàn thiện khóa luận Đồng thời xin cảm ơn ngƣời thân, gia đình, bạn bè, bạn sinh viên lớp K52 ĐHSP Vật lý động viên đóng góp ý kiến tạo điều kiện giúp đỡ suốt thời gian làm khóa luận Tôi mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp thầy cô giáo bạn để khóa luận hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn! Sơn La, tháng năm 2015 Sinh viên thực Trần Thị Thúy MỤC LỤC CHƢƠNG I: MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu khách thể nghiên cứu 3.1 Đối tƣợng nghiên cứu 3.2 Khách thể nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu 4.1 Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết 4.2 Phƣơng pháp thực nghiệm 4.3 Phƣơng pháp thống kê toán học 4.4 Phƣơng pháp hệ thống hóa lý thuyết 5 Phạm vi nghiên cứu Giả thuyết khoa học Đóng góp đề tài Cấu trúc khóa luận CHƢƠNG II: MỘT SỐ CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ BẢN CHẤT SÓNG CỦA ÁNH SÁNG I SƠ LƢỢC NHỮNG GIẢ THUYẾT VỀ BẢN CHẤT ÁNH SÁNG Sơ lƣợc giả thuyết chất ánh sáng 1.1 Thuyết hạt Niutơn 1.2 Thuyết sóng Huyghen 1.3 Thuyết điện từ ánh sáng 10 1.4 Thuyết lƣợng tử Plăng thuyết lƣợng tử ánh sáng 12 Thang sóng điện từ Bức xạ quang học 13 2.1 Thang sóng điện từ 13 2.2 Bức xạ quang học 16 II HIỆN TƢỢNG GIAO THOA ÁNH SÁNG 17 Sóng ánh sáng Nguyên lý chồng sóng 17 1.1 Phƣơng trình sóng sóng ánh sáng 17 1.2 Cƣờng độ sáng điểm không gian 18 1.3 Sự biến đổi pha sóng ánh sáng tới, sóng phản xạ sóng truyền qua mặt phân giới phẳng hai môi trƣờng suốt, đồng tính đẳng hƣớng 18 1.4 Nguyên lí chồng sóng 20 Điều kiện giao thoa 20 2.1 Khái niệm tƣợng giao thoa ánh sáng 20 2.2 Tổng hợp hai dao động sáng 21 2.3 Dao động kết hợp không kết hợp 22 2.4 Giao thoa hai sóng ánh sáng 23 2.5 Điều kiện cực đại cực tiểu cƣờng độ sáng 24 Sự giao thoa hai chùm tia Thí nghiệm Yâng 26 3.1 Thí nghiệm Yâng 26 3.2 Hình dạng vân giao thoa 26 3.3 Vị trí vân giao thoa Khoảng vân 27 3.4 Trƣờng hợp dùng ánh sáng trắng 29 III HIỆN TƢỢNG NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG 30 Hiện tƣợng nhiễu xạ ánh sáng 30 1.1 Hiện tƣợng nhiễu xạ sóng âm 30 1.2 Hiện tƣợng nhiễu xạ ánh sáng 30 Nguyên lý Huyghen – Fresnen 31 2.1 Thiếu sót nguyên lí Huyghen 31 2.2 Nguyên lí Huyghen – Fresnen 31 Nhiễu xạ cảu sóng cầu qua lỗ tròn 32 3.1 Bài toán nhiễu xạ 32 3.2 Đới Fresnen – Tính chất đới Fresnen 33 3.3 Trƣờng hợp ánh sáng truyền thẳng 37 3.4 Hình ảnh nhiễu xạ 38 3.5 Nhiễu xạ tròn không suốt 38 Nhiễu xạ sóng phẳng qua khe(Nhiễu xạ Fraunhophe) 39 4.1 Bài toán nhiễu xạ: 39 4.2 Nhiễu xạ qua khe hẹp 40 4.3 Nhiễu xạ Fraunhophe qua lỗ tròn 45 IV HIỆN TƢƠNG PHÂN CỰC ÁNH SÁNG 46 Ánh sáng tự nhiên ánh sáng phân cực 46 1.1 Ánh sáng tự nhiên ánh sáng phân cực 46 1.2 Định luật Malus 50 V HIỆN TƢỢNG TÁN SẮC ÁNH SÁNG 52 Sự tán sắc ánh sáng 52 1.1 Hiện tƣợng tán sắc ánh sáng 52 1.2 Phƣơng trình tán sắc 52 Thuyết electron tán sắc ánh sáng 52 Phƣơng pháp quan sát tƣợng tán sắc ánh sáng 56 CHƢƠNG III: NGHIÊN CỨU VÀ TIẾN HÀNH CÁC THÍ NGHIỆM CHỨNG MINH BẢN CHẤT SÓNG CỦA ÁNH SÁNG 59 A THÍ NGHIỆM 1: KHẢO SÁT HIỆN TƢỢNG GIAO THOA ÁNH SÁNG LAZE QUA KHE YÂNG 59 B THÍ NGHIỆM 2: KHẢO SÁT SỰ NHIỄU XẠ TIA LAZE QUA CÁCH TỬ PHẲNG XÁC BƢỚC SÓNG CỦA LAZE.67C THÍ NGHIỆM 3: KHẢO SÁT HIỆN TƢỢNG PHÂN CỰC ÁNH SÁNG NGHIỆM ĐỊNH LUẬT MALUS 77 D.THÍ NGHIỆM 4: VÂN TRÒN NEWTON 85 E THÍ NGHIỆM 5:GIAO THOA KẾ MICHELSON 94 F.KẾT LUẬN 99 CHƢƠNG I: MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Vật lý học ngành khoa học thực thú vị hữu ích, với thành tựu mình, vật lý giúp cho ngƣời cải tạo giới tự nhiên phục vụ ngƣời Cùng với phát triển khoa học kĩ thuật, vật lý có nhiều bƣớc tiến nhảy vọt khẳng định vai trò ngành khoa học quan trọng giúp ngƣời cải tạo hoàn thiện tự nhiên Ánh sáng yếu tố cần thiết cho đời sống ngƣời nhƣ cho sinh vật trái đất Hằng ngày tiếp xúc với ánh sáng; nhiên đƣợc hỏi ánh sáng gì, có định nghĩa hay câu trả lời rõ ràng Ánh sáng gì? Ánh sáng đƣợc cấu tạo nhƣ nào? Bản chất ánh sáng gì? Đây câu hỏi quan trọng khiến khoa học gia giới nghiên cứu suốt vài trăm năm để tìm câu trả lời cho câu hỏi Môn vật lý dành riêng ngành để nghiên cứu ánh sáng gọi quang học Các triết gia có tranh luận bất tận để tìm định nghĩa ánh sáng Từ xa xƣa, ngƣời Hy Lạp cho ánh sáng đƣợc cấu tạo từ hạt nhỏ, hạt phát sáng mang ánh sáng từ nơi sang nơi khác Bác học Isaac Newton ngƣời công bố công trình nghiên cứu khoa học chất ánh sáng Năm 1666, Newton dùng lăng kính tam giác để chiết xuất ánh sáng chứng minh ánh sáng mà thƣờng thấy đƣợc tổng hợp từ nhiều màu khác Bác học Newton tìm quang phổ Theo Newton, quang phổ đƣợc tạo thành nhờ hạt giao động với bƣớc sóng khác nhau, tạo nên nhiều màu khác Newton dùng lý thuyết hạt ánh sáng để giải thích tƣợng phản xạ khúc xạ Quan điểm ánh sáng đƣợc cấu tạo từ hạt vốn đƣợc tin tƣởng từ xƣa đƣợc Newton chứng minh nên đƣợc nhiều khoa học gia ủng hộ Năm 1690, nhà vật lý thiên văn Hà Lan Christian Huygens công bố lý thuyết cho ánh sáng có chất sóng Christian Huygens khoa học gia tiếng quang học học Ông thành viên sáng lập Viện Hàn Lâm Khoa Học Pháp Vào thời đó, Christian Huygens đƣợc xem khoa học gia uy tín sau Newton Lý thuyết ánh sáng có chất sóng giúp giải thích đƣợc nhiều tƣợng khác liên quan đến ánh sáng Christian Huygens cho giống nhƣ âm lan truyền qua môi trƣờng không khí; ánh sáng truyền từ nơi qua nơi khác qua môi trƣờng mà Huygens gọi chất aether Lý thuyết giúp giải thích đƣợc câu hỏi hóc búa mà nhà vật lý thiên văn thời chƣa có câu trả lời làm ánh sáng truyền qua khoảng cách gần nhƣ chân giải thiên hà với vận tốc nhanh 300.000 số giây Trong khoảng không đó, nhiều hạt ánh sáng truyền đƣợc Dùng chất sóng ánh sáng, Huygens giải thích đƣợc tƣợng khúc xạ, phản xạ đặc biệt tƣợng khúc xạ đôi mà Newton không đề cập đến Lý thuyết Huygens quan trọng, nhiên không đƣợc khoa học gia thời quan tâm Lý đơn giản, vào thời ấy, Newton tiếng sống lâu Trong đó, năm sau công bố lý thuyết sóng ánh sáng, Huygens qua đời Trong đó, năm 1704 Newton lại phối hợp lý thuyết chất hạt ánh sáng với định lý học mà ông chứng minh để giải thích tƣợng quang học khác cách xác Do đó, lý thuyết chất hạt ánh sáng đƣợc nhiều ngƣời ủng hộ Gần 100 năm trôi qua, đến năm 1803, khoa học gia Thomas Young làm sống lại chủ trƣơng ủng hộ chất sóng ánh sáng Thomas Young làm thí nghiệm tƣợng giao thoa Ông dùng hai tia sáng khác phối hợp lại chứng minh giống nhƣ hai sóng nƣớc gặp nhau, tia sáng tổng hợp có hƣớng chuyển động vận tốc giống nhƣ lý thuyết sóng phải có Hơn 10 năm sau, vào năm 1814, Augustin Fresnel dùng chất sóng ánh sáng giải thích tƣợng nhiễu xạ Hiện tƣợng nhiễu xạ tƣợng ánh sáng bị lệch nhòa chiếu qua lỗ hở nhỏ tiếp xúc với góc cạnh vật thể Thí nghiệm giao thoa Thomas Young thí nghiệm nhiễu xạ Augustin Fresnel chứng minh ánh sáng có chất sóng Năm 1864, lý thuyết sóng chất ánh sáng lại đƣợc ủng hộ mạnh mẽ thuyết sóng điện từ Jame Clerk Maxwell (1864) Jame Maxwell chứng minh điện trƣờng từ trƣờng phối hợp với lan truyền nhƣ sóng với vận tốc vận tốc ánh sáng (300.000 Km/giây) Ánh sáng mà thấy đƣợc đƣợc cấu tạo từ sóng điện từ tạo nên quang phổ từ trƣờng Lý thuyết Maxwell đƣợc trình bày chặt chẽ với phƣơng trình toán học giải thích chất sóng đƣợc khẳng định thí nghiệm Henry Hezt vào năm 1866 Lý thuyết sóng điện từ Maxwell đặt tảng cho kỹ nghệ truyền thanh, truyền hình viễn thông ngày Mặc dù đƣợc nghiên cứu giải thích suốt 200 năm, khoa học gia giới bâng khuâng rõ chất ánh sáng Ánh sáng có chất sóng hay hạt? Newton Huygens khoa học gia vĩ đại, lý thuyết họ nêu sai lầm Những ngƣời ủng hộ Newton Huygens thực nhiều thí nghiệm để chứng minh lý thuyết hạt sóng nhƣng công chúng không chân lý Đến cuối kỷ 19, ngƣời ủng hộ quan điểm Huygens thực số thí nghiệm chứng minh chất sóng ánh sáng, nhƣng hai vấn đề chƣa đƣợc giải thích Trƣớc hết, môi trƣờng aether mà Huygens cho môi trƣờng để ánh sáng đƣợc lan truyền gì? Thứ hai, ánh sáng có chất sóng, làm để giải thích ảnh hƣởng ánh sáng phim ảnh? Những ngƣời ủng hộ quan điểm Huygens cố công giải thích hai vấn đề Albert Abraham Michelson (1881) Edward Williams Morley (1887) lần lƣợt thực thí nghiệm nhằm chứng minh tồn chất aether nhƣng hai thí nghiệm tiếng thất bại Đầu kỷ thứ 20, Max Planck quay trở quan điểm chất hạt ánh sáng Max Planck dùng chất hạt ánh sáng để giải thích tƣợng xạ, tƣợng làm lƣợng tách khỏi vật thể bị đun nóng Đến năm 1905, quan điểm chất ánh sáng đƣợc công bố Nhà bác học thiên tài Albert Einstein công bố thuyết tƣơng đối Einstein chứng minh không cần aether, sóng điện tử lan truyền đƣợc; ánh sáng lan truyền mà không cần môi trƣờng nhƣ Huygens nói.Vấn đề hóc búa thứ hai đƣợc Einstein giải thích lý thuyết khác thuyết lƣợng tử vào năm Dựa lý thuyết xạ nhiệt Max Planck (1900), Einstein cho có nguồn xạ dao động nhƣng xạ dao động Einstein chứng minh ánh sáng, nhƣ dạng khác sóng điện từ, chuyển động nhóm hạt mà Einstein gọi lƣợng tử Từ luận trên, Einstein cho ánh sáng có cấu trúc hạt mang lƣợng nhƣng chuyển động ánh sáng mang chất sóng Vài năm sau, lý thuyết quang phổ mô hình nguyên tử Neils Bohr (1913) định nghĩa chứng minh quan điểm Einstein hoàn toàn Cuối đến năm 1924, bác học Lousde Broglie giải thích ánh sáng có chất hạt chất sóng Ngày nay, khoa học gia nhìn nhận ánh sáng có hai chất hạt sóng Đôi ánh sáng cƣ xử nhƣ hạt, nhƣng có lúc ánh sáng hoạt động nhƣ sóng Với cách nhìn chất ánh sáng, khoa học gia giải thích tƣợng liên quan đến ánh sáng giới ngày Bằng việc nghiên cứu chất sóng ánh sáng ngƣời có nhiều ứng dụng ánh sáng vào đời sống kĩ thuật, y tế… giúp cho xã hội ngày phát triển Với lý trên, chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp số thí nghiệm vật lý đại cƣơng chứng minh chất sóng ánh sáng” Mục đích nghiên cứu + Đối với thân - Tập dƣợt làm công tác nghiên cứu khoa học - Làm khóa luận tốt nghiệp + Đối với tập thể sinh viên: làm tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành sƣ phạm vật lý nhƣ số ngành kĩ thuật khác Đối tƣợng nghiên cứu khách thể nghiên cứu 3.1 Đối tƣợng nghiên cứu Một số thí nghiệm vật lý đại cƣơng chứng minh chất sóng ánh sáng 3.2 Khách thể nghiên cứu Các tƣợng liên quan đến chất sóng ánh sáng Phƣơng pháp nghiên cứu 4.1 Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết + Thu thập thông tin tài liệu có liên quan đến khóa luận + Nghiên cứu tài liệu thu thập đƣợc - Đọc tài liệu có liên quan -Nghiên cứu vấn đề sử dụng thí nghiệm vật lý đại cƣơng - Nghiên cứu tài liệu có liên quan đến việc hƣớng dẫn sử dụng thiết bị thí nghiệm cách tiến hành thí nghiệm - Sắp xếp hệ thống thông tin nghiên cứu có liên quan đến khóa luận lựa chọn 4.2 Phƣơng pháp thực nghiệm Tiến hành làm thí nghiệm phòng thí nghiệm vật lý đại cƣơng trƣờng ĐHTB 4.3 Phƣơng pháp thống kê toán học 4.4 Phƣơng pháp hệ thống hóa lý thuyết Sắp xếp hệ thống hóa nội dung nghiên cứu sau tổng hợp lại vấn đề để hoàn thành khóa luận Phạm vi nghiên cứu - Các sở lý thuyết chất sóng ánh sáng - Các thí nghiệm vật lý đại cƣơng liên quan tới việc chứng minh chất sóng ánh sáng - Các thiết bị thí nghiệm vật lý đại cƣơng phòng thí nghiệm vật lý trƣờng Đại học Tây Bắc Giả thuyết khoa học Việc nghiên cứu sở lý thuyết chất sóng ánh sáng tiến hành thí nghiệm đại cƣơng chứng minh chất song ánh sáng góp phần nâng cao trình độ chuyên môn, nghiệp vụ cho sinh viên sƣ phạm vật lý tạo tiền đề sau dạy học vật lý trƣờng THPT tốt Đóng góp đề tài Làm tài liệu tham khảo cho sinh viên vật lý, sinh viên ngành khoa học khác, giúp sinh viên hiểu rõ chất ánh sáng Cấu trúc khóa luận CHƢƠNG I: MỞ ĐẦU CHƢƠNG II: MỘT SỐ CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ BẢN CHẤT SÓNG CỦA ÁNH SÁNG CHƢƠNG III: NGHIÊN CỨU VÀ TIẾN HÀNH CÁC THÍ NGHIỆM VẬT LÝ ĐẠI CƢƠNG CHỨNG MINH BẢN CHẤT SÓNG CỦA ÁNH SÁNG Nêm không khí mỏng khoảng cách r tính từ điểm tiếp xúc thấu kính thủy tinh có độ dày D= d d0 Khi không tạo điểm tiếp xúc lý tƣởng, phải đƣa giá trị d0 vào công thứctinhs, d0 giá trị dƣơng có số hạt bụi thấu kính thủy tinh, nhƣng mang giá trị âm áp suất tăng Hiệu quang trình ’ = 2(d ’ tia giao thoa: d 0) Ngoài ra, tia phản xạ từ thủy tinh có hiệu số pha π truyền từ môi trƣờng có chiết suất thấp đén môi trƣờng có chiết suất lớn Điều tƣơng đƣơng với quang trình λ/2 Do đó, hiệu quang trình biểu kiến là: = 2(d d0) + λ/2 (1) Đối với vân tối: = 2(d Hay: d0) + λ/2= (n + 1/2) λ 2(d d0) = λn (2) Căn vào hình ta có mối qua hệ bán kính rn vân tối thứ n, chiều dày d bán kính cong R thấu kính phẳng – lồi(trong điều kiện lý tƣởng d0 = 0) d(2R – d) = rn2 (3) Trong trƣờng hợp thấu kính lồi mỏng, d R, cho vân tối, sử dụng phƣơng trình (2) (3), ta có: rn2 =nRλ 2d0R (4) Bài thí nghiệm chia thành phần: +Phần 1: Đo bán kính vân rn, sau vẽ đồ thị rn2 theo n (hình 4) Cho trƣớc bán kính cong thấu kính, R = 12,141 m, bƣớc sóng ánh sáng λ thu đƣợc từ đo dốc đồ thị: =R.λ λ vàng = (582 4) nm λlục =(545 4) nm λlam =(431 4) nm (5) 86 + Phần 2: Cho trƣớc bƣớc sóng λ, đo bán kính vân rn, sau vẽ đồ thị rn2 theo n, ta thu đƣợc giá trị R từ (5), lấy giá trị trung bình R, ta thu đƣợc bán kính cong thấu kính: R =12.13m Hình 4.3: Bán kính vân giao thoa hàm số số bậc giao thoa bƣớc sóng khác III DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM Hình 4.4: Bộ thiết bị thí nghiệm tạo vân tròn Newton Bộ dụng cụ tạo vân tròn Newton: đẻ tạo vân giao thoa Gồm có thấu kính phẳng lồi có bán kính cong R tiếp xúc thủy tinh phẳng tạo nêm không khí có mặt trƣớc ătvà hệ đƣợc đặt giá đỡ kim loại; thƣớc chia thang mm đƣợc khắc tâm thủy tinh 87 - Đƣờng kính thấu kính: 40mm - Bán kính cong: 12m - Khoảng cách tâm thấu kính đầu giá đỡ: 1800mm Thấu kính đặt giá đỡ, f =50 mm Bộ gồm lọc giao thoa với bƣớc sóng: 578nm, 546nm, 436nm Màn hứng suốt, kích thƣớc 250 250 mm Đèn thủy ngân áp suất cao, 50W - Điện áp nuôi: 230V - Điện áp hoạt động: (42 4) V - Dòng lối vào: 1.3A/ 50W - Quang thông: 2000 lm - Cƣờng độ sáng: 230 cd - Mật độ sáng: 30000 cd/m2 - Chiều dài hồ quang: 1mm - Kích thƣớc: 134 118 151 mm Nguồn nuôi cho bóng đèn thủy ngân Bộ tụ sáng đôi, f = 60 mm 8.Giá đỡ tụ sáng đôi Giá đỡ thấu kính 10 Ray quang học, chiều dài l = 1000mm 11 Bộ chân ray quang học 12 Bộ giá trƣợt ray, chiều cao h = 30 mm 13 Giá trƣợt ray, chiều cao h = 80 mm 14 Thƣớc nhựa, chiều dài l = 200mm IV CÁC BƢỚC THỰC HÀNH Thí nghiệm đƣợc bố trí nhƣ hình 4.4 Trên ray quang học, thứ tự lắp đặt dụng cụ nhƣ sau: - Đèn thủy ngân đƣợc lắp thêm tụ sáng đôi (tiêu cự 60 mm) - Tấm lọc giao thoa đƣợc lắp vào giá đỡ thấu kính 88 - Bộ dụng cụ tạo vân tròn Newton - Thấu kính với tiêu cự 50mm đƣợc lắp giá đỡ - Một quan sát suốt đặt cách tháu kính khoảng 40 cm Khi bắt đầu thực hành, nhẹ nhàng điều chỉnh vít dụng cụ để điều chỉnh quang trình tia sáng, lọc màu, đến quan sát vân giao thoa vòng tròn nhiều màu nằm thƣớc quan sát ý vòng tròn chuyển động phía vít xiết chặt Sau lọc màu vàng lắp vào giá đỡ làm tối phòng thí nghiệm Bằng cách vặn vít điều chỉnh dụng cụ tạo vân Newton đi lại lại, thấu kính phẳng- lồi đƣợc đặt gƣơng phẳng cho vân sáng trung tâm hệ vân giao thoa nằm tâm điểm thƣớc đo mm đƣợc chiếu quan sát Khi điều chỉnh phải chắn thấu kính kính phẳng tiếp xúc với Điều đạt đƣợc nhiều vân xuất vân trung tâm điều chỉnh vít nhiều Sử dụng thƣớc đo để đo bán kính vân giao thoa quan sát, ghi lại bán kính Rn vào bảng số liệu Xác định khoảng cách d dụng cụ tạo vân tròn Newton thấu kính Xác định khoảng cách d’ thấu kính quan sát Bán kính rn vân giao thoa đƣợc đo ghi lại lọc giao thoa khác Ghi số liệu đo đƣợc vào bảng số liệu, sử dụng công thức: Rn = 89 rn V KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Bảng số liệu Tấm lọc Tấm lọc màu vàng Tấm lọc Tấm lọc màu lục λ   (nm) (nm) (nm) Vân tối thứ n Rn (mm) rn rn2 (mm) (mm2) 10 11 12 0.41 0.58 0.71 0.82 0.91 1.01 1.09 1.17 1.24 1.30 1.37 1.43 2.65 3.75 4.60 5.28 5.88 6.52 7.04 7.53 7.99 8.42 8.84 9.23 Vân tối thứ n Rn (mm) rn rn (mm) (mm2) λ   (nm) (mm) (nm) 10 11 12 0.39 0.56 0.69 0.79 0.89 0.97 1.05 1.13 1.19 1.26 1.32 1.38 2.56 3.63 4.45 5.14 5.74 6.29 6.81 7.28 7.72 8.14 8.55 8.93 539.5 542.4 543.6 544.0 542.6 543.1 545.7 545.6 545.4 545.8 547.4 547.3 544.4 1.83 7.02 14.06 21.16 27.88 34.57 42.51 49.56 56.70 63.84 70.89 78.14 85.19 6.55 13.17 19.80 26.42 32.94 39.56 46.38 52.99 59.60 66.26 73.10 79.74 90 δ 578.2 579.0 580.9 574.1 569.5 583.6 583.1 580.8 3.775 0.006 583.8 584.2 583.9 585.1 584.7 δ 0.003 Tấm lọc Vân tối Rn rn rn 2 λ   (nm) (nm) (nm) thứ n (mm) 0.43 2.78 7.73 0.50 3.23 10.43 429.5 0.61 3.95 15.60 0.71 4.57 20.88 429.9 0.79 5.11 26.11 430.1 Tấm 0.87 5.60 31.36 430.5 lọc 0.94 6.05 36.60 430.7 màu 1.00 6.47 41.86 441.3 lam 1.06 6.87 47.19 431.9 10 1.12 7.25 52.56 432.9 11 1.18 7.61 57.91 433.6 12 1.23 7.95 63.20 433.8 (mm) (mm ) 428.2 428.3 Vẽ đồ thị rn2 theo n lọc màu vàng 91 δ 431.7 2.46 0.006 Vẽ đồ thị rn2 theo n lọc màu lục Vẽ đồ thị rn2 theo n lọc màu lam Xác định bƣớc sóng λ lọc sắc, cho trƣớc bán kính cong thấu kính, R = 12.142 m Áp dụng công thức: rn = nRλ rn2 Ta có : λ= Suy ra: nR λvàng = (580.8 3.8 ) nm λlục = ( 544.4  1.8 ) nm λlam = (431,7  2,5) nm 92 Xác định bán kính cong thấu kính R, sử dụng lọc sắc Ta sử dụng lọc lam Áp dụng công thức: rn2 =nRλ suy R= vân tối thứ 4: R= rn2 , với n 4.57 = 12145mm= 12.145m  429.9 106 VI Nhận xét + Về thiết bị thí nghiệm tạo vân tròn Newton Đức sản xuất đảm bảo độ xác cao, hình thức đẹp, chắn + Chú ý sử dụng thƣớc đo để đo bán kính vân giao thoa quan sát phải cẩn thận, xác tới mm + Đƣờng biểu diễn đồ thị rn2 theo n lọc có dạng đƣờng thẳng qua gốc tọa độ +δvàng < 5%, δ lục< 5%, δ lam [...]... II: MỘT SỐ CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ BẢN CHẤT SÓNG CỦA ÁNH SÁNG I SƠ LƢỢC NHỮNG GIẢ THUYẾT VỀ BẢN CHẤT ÁNH SÁNG Việc tìm hiểu về bản chất ánh sáng đã có từ cổ xƣa trƣớc công nguyên, nhƣng những nghiên cứu có tính chất khoa học chỉ xuất hiện từ cuối thế kỷ 17 Sự phát minh lớn nhất trong quang học vào cuối thế kỷ này là sự ra đời đồng thời của hai thuyết về bản chất ánh sáng: thuyết hạt Niutơn và thuyết sóng. .. tác của ánh sáng với môi trƣờng, đặc biệt là sự phân bố năng lƣợng bức xạ theo bƣớc sóng * Bản chất điện từ của sóng ánh sáng: Cho đến giữa thế kỉ XIX, trong việc tìm hiểu bản chất của ánh sáng, ngƣời ta đã thu đƣợc những kết quả sau đây: - Ánh sáng có tính chất sóng Sóng này truyền được trong chân không - Sóng ánh sáng là sóng ngang Năm 1846, Farađây đã phát hiện đƣợc sự quay của mặt phẳng phân cực ánh. .. ngoại có bƣớc sóng của miền này II SỰ GIAO THOA ÁNH SÁNG 1 Sóng ánh sáng Nguyên lý chồng sóng 1.1 Phƣơng trình sóng của sóng ánh sáng Theo thuyết điện từ ánh sáng, thì ánh sáng là một dạng sóng điện từ có bƣớc sóng ngắn và đƣợc đặc trƣng bởi véc tơ cƣờng độ điện trƣờng E , véc tơ cƣờng độ từ trƣờng H vuông góc với nhau và vuông góc với phƣơng truyền sóng v Cả ba véc tơ đó lập thành một tam diện thuận... kính của sóng cầu thứ cấp Khi đã biết vị trí của mặt đầu sóng ta có thể xác định được phương của các tia sáng Trong môi trường đẳng hướng đó là phương vuông góc với mặt đầu sóng + Giải thích đƣợc các định luật phản xạ và khúc xạ ánh sáng, giải thích định tính hiện tƣợng nhiễu xạ ánh sáng Thí dụ: Chứng minh định luật khúc xạ ánh sáng bằng nguyên lý Huyghen Chiếu một chùm tia sáng song song tới đập vào một. .. trình của đoạn đƣờng SM = r mà ánh sáng lan truyền, và   Tc là bƣớc sóng ánh sáng trong chân không Biểu thức (2.2) đƣợc gọi là phƣơng trình sóng của ánh sáng 1.2 Cƣờng độ sáng tại một điểm trong không gian Theo quan điểm sóng, cƣờng độ sáng tại một điểm tỷ lệ với bình phƣơng biên độ dao động sáng tại điểm đó: I ~ E02 Cƣờng độ sáng tại một điểm là lƣợng năng lƣợng mà dòng ánh sáng truyền qua một đơn... tính chất hạt, ta nói ánh sáng có lƣỡng tính sóng – hạt Thuyết lƣợng tử ánh sáng đã giải thích đúng đắn hàng loạt hiện tƣợng quang học nhƣ sự phát xạ, hấp thụ, hiện tƣợng quang điện… mà thuyết điện từ ánh sáng không thể giải thích đƣợc Thuyết lƣợng tử ánh sáng không hề phủ nhận thuyết điện từ ánh sáng Đến nay, thuyết điện từ ánh sáng và thuyết lƣợng tử ánh sáng đƣợc coi là hai thuyết đúng đắn về bản chất. .. thoa ánh sáng, hai nguồn sáng phải có cùng một tần số và có hiệu số pha không đổi Hai nguồn thỏa mãn điều kiện này gọi là hai nguồn kết hợp Sự kết hợp này là sự kết hợp về thời gian( còn điều kiện kết hợp về không gian ta sẽ xét sau) 25 3 Sự giao thoa của hai chùm tia Thí nghiệm Yâng 3.1 Thí nghiệm Yâng Năm 1802, lần đầu tiên Yâng, một nhà vật lý Anh, đã quan sát đƣợc hiện tƣợng giao thoa ánh sáng. .. quang điện của nó * Ánh sáng nhìn thấy có bƣớc sóng từ 0, 4 m đến 0,76 m + Mỗi sóng đơn sắc có một màu xác định và một bƣớc sóng xác định + Ánh sáng trắng là một tập hợp của rất nhiều ánh sáng đơn sắc khác nhau + Khi ánh sáng đơn sắc truyền từ môi trƣờng này sang nôi trƣờng khác tần số của nó không thay đổi, nhƣng bƣớc sóng của nó thay đổi Màu Khoảng bƣớc sóng Đỏ 0,63m  0,76m Da cam 0,60m  0,63m... dƣới một góc nào đó Tóm lại: + Khi ánh sáng phản xạ từ mặt phân giới của môi trƣờng chiết quang hơn môi trƣờng có ánh sáng tới ( n 2  n1 ), thì sóng phản xạ ngƣợc pha với sóng tới 19 + Khi ánh sáng phản xạ từ mặt phân giới của môi trƣờng kém chiết quang hơn môi trƣờng có ánh sáng tới ( n 2  n1 ), thì pha của sóng phản xạ không bị thay đổi 1.4 Nguyên lí chồng sóng + Khi hai hay nhiều sóng ánh sáng. .. tốc ánh sáng, chƣa đo đƣợc trực tiếp vận tốc của sóng điện từ (thậm chí chƣa phát hiện đƣợc sóng điện từ bằng thực nghiệm) Thuyết điện từ ánh sáng của Măcxoen càng ngày càng đƣợc thực tế xác nhận là đúng Ta có thể kể ra những sự kiện quan trọng sau đây: 1 Sóng ánh sáng và sóng điện từ đều truyền đƣợc trong chân không với cùng một vận tốc là 3.108 m / s 2 Sóng điện từ và sóng ánh sáng có nhiều tính chất