Bài 8. Giao thoa sóng

Điều kiện để có hiện tượng giao thoa: Các ánh sáng chồng chất phải là các sóng ánh sáng kết hợp ánh sáng kết hợp là sóng ánh sáng có cùng phương dao động, cùng tần số và có độ lệch pha

1.HIỆN TƯỢNG GIAO THOA CỦA 2 SÓNG ÁNH SÁNG KẾT HỢP

1.1 Hiện tượng giao thoa ánh sáng

Giao thoa ánh sáng là sự chồng chất của 2 hay nhiều sóng ánh sáng khi truyền đi trong không gian Kết quả là tạo ra trong không gian những miền sáng tốt một cách tuần hoàn đều đặn Các miền sáng (do dao động sáng mạnh) và các miền tối (do dao động sáng yếu) gọi là những vân giao thoa.

Điều kiện để có hiện tượng giao thoa: Các ánh sáng chồng chất phải là các sóng ánh sáng kết hợp (ánh sáng kết hợp là sóng ánh sáng có cùng phương dao động, cùng tần số và

có độ lệch pha không đổi theo thời gian).

1 HIỆN TƯỢNG GIAO THOA CỦA 2 SÓNG ÁNH SÁNG KẾT HỢP

1.HIỆN TƯỢNG GIAO THOA CỦA 2 SÓNG ÁNH SÁNG KẾT HỢP

1.3 Khảo sát hiện tượng giao thoa ánh sáng gây bởi khe Young

- Nếu  = 2k  L = L1 – L2 = k (k = 0, ±1, ±2,…) k = 0, ±1, ±2,…) )  tại P là vân sáng.

- Nếu  = (k = 0, ±1, ±2,…) 2k + 1)  L = L1 – L2 = (k = 0, ±1, ±2,…) 2k + 1)/2  tại P là vân tối

1.HIỆN TƯỢNG GIAO THOA CỦA 2 SÓNG ÁNH SÁNG KẾT HỢP

1.4 Hiện tượng giao thoa do phản xạ (TN gương Lloyd)

 Pha dđ của tia SOP (sau khi phản xạ trên gương) thay đổi

1 lượng   quang lộ thay đổi một lượng là:

2 GIAO THOA ÁNH SÁNG GÂY BỞI CÁC BẢN MỎNG

2.1 Bản mỏng có bề dày thay đổi – vân cùng độ dày

+ Những điểm có d sao cho L1 – L2 = k sẽ ứng với vị trí vân sáng.

+ Những điểm có d sao cho L1 – L2 = (2k+1)/2 sẽ ứng với vị trí vân tối.

α C

C’

1

G1

G2α

M L

2 GIAO THOA ÁNH SÁNG GÂY BỞI CÁC BẢN MỎNG

2.2 Bản mỏng có bề dày thay đổi – vân cùng độ dày

b Vân của nêm không khí

So với tia OIML tia OIMKIML phải đi thêm đoạn đường là 2d

L L 2d

2



    ( Số hạng /2 xuất hiện do a/s phản xạ tại K có môi

trường chiết quang hơn)

2.GIAO THOA ÁNH SÁNG GÂY BỞI CÁC BẢN MỎNG 2.3 Bản mỏng có bề dày thay đổi – vân cùng độ dày

c Vân tròn Newton

Những điểm (vòng tròn) ứng với bề dày của lớp không

khí d sẽ có hiệu quang lộ giữa các tia là:

Kết luận: Bán kính của vân tối tỉ lệ với căn bậc

hai của các số nguyên dương liên tiếp.

2 GIAO THOA ÁNH SÁNG GÂY BỞI CÁC BẢN MỎNG

2.4.Bản mỏng có bề dày không thay đổi – vân cùng độ nghiêng

Mỗi tia của chùm khi đập lên bản sẽ bị tách làm 2 phần:

+ Một phần phản xạ ngay trên mặt trên

+ Một phần đi vào bản mỏng, phản xạ ở mặt dưới,

đi lên trên và ló ra ngoài.

 Hiệu quang lô của hai tia là:

i

i

M F

Vì d = const  L chỉ phụ thuộc vào góc tới i,

có giá trị sao cho:

- L = k thì M là điểm sáng.

- L =(2k+1)/2 thì M là điểm tối.

Mỗi vân ứng với một giá trị xác định của i  được các vân giao thoa khác nhau Các vân giao thoa này là các đường tròn đồng tâm và được gọi là vân cùng độ nghiêng.

Vân sáng trung tâm

Vân hai bên lớn thứ 2

Ánh sáng

Điểm sáng ánh sáng

3 NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG NGUYÊN LÝ HUYGHEN - FRESNEL

3.1.Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng

Hiện tượng ánh sáng bị lệch khỏi phương truyền thẳng khi đi gần các chướng ngại vật được gọi là hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng

MỘT SỐ PHỔ NHIỄU XẠ

3 NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG NGUYÊN LÝ HUYGHEN - FRESNEL 3.2 Nguyên lý Huyghen – Fresnel

thành nguồn phát sáng thứ cấp phát ánh sáng về phía trước nó.

Nguyên lý này chỉ giải thích được tại sao ánh sáng bị lêch khỏi phương truyền một cách định tính  để tính biên độ và pha của các dao động thứ cấp?

 Nguyên lý Huyghen – Fresnel : Biên độ và pha của các nguồn thứ cấp là biên

độ và pha do nguồn thực gây ra tại vị trí của nguồn thứ cấp.

3 NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG NGUYÊN LÝ HUYGHEN - FRESNEL

3.3 Biểu thức dao động sáng tại M (áp dụng nguyên lý H – F)

Tại nguồn O: x = acost Lấy mặt kín S bao

quanh O, dS là diện tích nhỏ trên mặt kín

k - 1

k

B

3 NHIỄU XẠ GÂY BỞI SÓNG CẦU QUA LỖ TRÒN

3.4 Đới cầu Fresnel

Xét nguồn O và điểm M được chiếu sáng Dựng mặt

cầu S bao quanh O có bán kính R < OM.

Đặt MB = b Lấy M làm tâm vẽ các mặt cầu  0 ,  1 ,

2 , …,  k ,… có bán kính lần lượt là b, b + /2, b +

2/2, …, b + k/2, … ( là bước sóng phát ra từ M)

Các mặt cầu  0 ,  1 ,  2 , …,  k ,… chia mặt cầu làm các đới gọi là đới cầu Fresnel.

Đới cầu thứ k là phần mặt cầu S được giới hạn bởi 2 mặt cầu  k-1 và  k

Các đới cầu Fresnel có diện tích bằng nhau và bằng: Rb

k - 1

k

B

3.NHIỄU XẠ GÂY BỞI SÓNG CẦU QUA LỖ TRÒN

3.5 Đới cầu Fresnel (tiếp)

Gọi ak là biên độ đới thứ k gửi tới M

Ta thấy, khi k tăng thì đới càng xa M và góc

nghiêng càng tăng  k tăng thì ak giảm.

3 NHIỄU XẠ GÂY BỞI SÓNG CẦU QUA LỖ TRÒN

3.6 Nghiên cứu nhiễu xạ qua lỗ tròn gây bởi nguồn điểm gần

k - 1

k

B

Xét nguồn O và điểm M giữa chúng đặt 1 màn chắn

có một lỗ tròn  chỉ có một số đới cầu có thể gửi

sóng tới M, các đới còn lại bị màn chắn Giả sử có n

đới cầu không bị màn chắn  dao động sáng tại M

- Nếu n là chẵn thì tại M sẽ có cường độ sáng của sóng ánh sáng tổng hợp là cực tiểu

- Nếu n là lẻ thì tại M sẽ có cường độ sáng của sóng ánh sáng tổng hợp là cực đại.

Vân nhiễu xạ qua một lỗ tròn

4 NHIỄU XẠ GÂY BỞI CÁC SÓNG PHẲNG QUA KHE HẸP.

CÁCH TỬ NHIỄU XẠ

4.1 Nhiễu xạ qua một khe hẹp

Khe hẹp K có độ rộng AB = b Rọi sáng khe hẹp

bằng 1 chùm đơn sắc song song có bước sóng  Qua

khe K có tia nhiễu xạ theo nhiều phương Tách các

tia theo phương  nào đó, với mỗi  khác nhau,

chùm nhiễu xạ sẽ hội tụ tại 1 điểm trong mặt phẳng

màn quan sát Tùy theo góc , M có thể là sáng hoặc

- Để tính cường độ sáng theo phương  bất kỳ, vẽ các mặt phẳng  0 ,  1 ,  2 ,…cách nhau

/2 vuông góc với chùm nhiễu xạ (chia khe thành các dải) Bề rộng mỗi giải là:

2sin



 và số dải là:

b 2bsin n

/ 2sin



  

4.NHIỄU XẠ GÂY BỞI CÁC SÓNG PHẲNG QUA KHE HẸP CÁCH TỬ NHIỄU XẠ

4.2 Nhiễu xạ qua một khe hẹp (tiếp)

Vị trí điểm sáng tối không phụ thuộc vào

vị trí khe Nếu dịch chuyển khe song song

với chính nó thì hình ảnh nhiễu xạ không

đổi.

Tổng hợp của giao thoa và nhiễu xạ ánh sáng

4.NHIỄU XẠ GÂY BỞI CÁC SÓNG PHẲNG QUA KHE HẸP.

CÁCH TỬ NHIỄU XẠ

4.3 Nhiễu xạ qua nhiễu khe hẹp Cách tử nhiễu xạ

Xét hệ gồm N khe hẹp giống nhau nằm song song

với nhau trong mặt phẳng Dọi lên các khe chùm

sáng đơn sắc song song (gồm các tia kết hợp).

Gọi bề rộng khe là b, khoảng cách giữa 2 khe liên

tiếp là d Vì các khe có thể coi là các nguồn kết

hợp  ngoài hiện tượng nhiễu xạ gây ra bởi 1

khe còn có hiện tượng giao thoa gây bởi các khe

4 NHIỄU XẠ GÂY BỞI CÁC SÓNG PHẲNG QUA KHE HẸP.

CÁCH TỬ NHIỄU XẠ

4.4 Nhiễu xạ qua nhiễu khe hẹp Cách tử nhiễu xạ

Sự phân bố dao động sáng giữa 2 cực tiểu chính

Xét 2 tia xuất phát từ 2 khe liên tiếp Khi đến M có hiệu quang lộ

Tại F (k = 0, sin = 0) có cực đại chính giữa.

Vì d > b nên giữa 2 cực tiểu chính có thể có nhiều cực đại chính

4 NHIỄU XẠ GÂY BỞI CÁC SÓNG PHẲNG QUA KHE HẸP.

CÁCH TỬ NHIỄU XẠ

4.5.Nhiễu xạ qua nhiễu khe hẹp Cách tử nhiễu xạ

Sự phân bố dao động sáng giữa 2 cực đại chính

Tại điểm nằm giữa các cực đại chính kế tiếp góc  thỏa mãn điều kiện:

Tại đây hiệu quang lộ của 2 tia gửi từ 2 khe liên tiếp có giá trị:

 Dao động sáng giữa 2 tia đó sẽ khử lẫn nhau (nhưng điểm chính giữa chưa chắc là điểm tối).

- Nếu N = 2  dao động do 2 khe gửi tới sẽ khử nhau  điểm giữa 2 cực đại chính là điểm tối.

4.NHIỄU XẠ GÂY BỞI CÁC SÓNG PHẲNG QUA KHE HẸP CÁCH TỬ NHIỄU XẠ

4.6.Nhiễu xạ qua nhiễu khe hẹp Cách tử nhiễu xạ

Nguồn sáng

Ống chuẩn trực C

Thấu kính tiêu sắc

MỘT SỐ PHỔ NHIỄU XẠ

5.SỰ PHÂN CỰC ÁNH SÁNG

5.1 Ánh sáng tự nhiên và ánh sáng phân

cực:

• 5.1.1 Ánh sáng tự nhiên:

đi n trường dao đ ng đều đ n theo mọi phương ện trường dao động đều đặn theo mọi phương ộ ặn theo mọi phương vuông góc

5.1.2 Ánh sáng phân cực:

- Ánh sáng phân cực thẳng hay phân cực toàn phần: là ánh sáng có véc tơ cường đ ộ

đi n trường chỉ dao đ ng theo m t ện trường dao động đều đặn theo mọi phương ộ ộ

phương xác định

E

Biểu diễn ánh sáng phân cực

-

Ánh sáng phân cực m t phần: ột phần: là ánh sáng có vectơ cường đ đi n trường dao đ ng theo mọi phương vuông góc với tia sáng, nhưng có phương dao đ ng mạnh, có phương dao đ ng yếu ộ ện trường dao động đều đặn theo mọi phương ộ ộ ộ

ặn theo tất cả mọi phương vuông góc với tia sáng.

Xét bản tuamalin

Trước bản T1 là ASTN, véctơ sóng sáng phân bố đối xứng xung quanh phương truyền Sau T1 là ASPC có véctơ sóng sáng // 1 Vì đối xứng, T1quay cường độ sáng sau T1 không đổi:

5.Định luật Maluyt về hiện tượng phân cực

ánh sáng

• Phát biểu: Khi cho một

chùm sáng tự nhiên rọi

qua hai bản Tuamalin có

5.2 M t số loại phân cực ánh sáng: ột số loại phân cực ánh sáng:

5.2.1 Phân cực ánh sáng do phản xạ khúc xạ:

-Thực nghiệm chứng tỏ rằng khi cho một tia sáng tự

nhiên chiếu tới mặt phân cách giữa hai môi trường dưới góc tới i≠0 thì tia phản xạ và tia khúc xạ đều là ánh sáng phân cực một phần

- Vectơ cường độ điện trường của tia phản xạ

có biên độ dao động lớn nhất theo phương vuông góc với mặt phẳng tới, còn vectơ cường độ điện

trường của tia khúc xạ có biên độ dao động lớn nhất theo phương nằm trong

mặt phẳng tới

- Khi thay đổi góc tới i thì

mức độ phân cực của tia phản xạ và tia khúc xạ cũng

thay đổi Khi góc tới i

thỏa mãn điều kiện: tg iB =

n21

2.2 Phân cực do lưỡng chiết:

tỏ rằng một số tinh thể như băng lan, thạch anh có tính chất đặc biệt là nếu chiếu một tia sáng đến tinh thể thì nói chúng ta sẽ được

hai tia

tinh thể về mặt quang học (tức là tính chất

quang của tinh thể ở các hướng khác nhau thì

sẽ

khác nhau)

5.Xét tinh thể băng lan (Tinh thể Canxi cacbonat)

- Tinh thể băng lan là dạng

kết tinh của canxi cacbônat

(CaCO3) Mỗi hạt tinh thể

băng

lan có dạng một khối sáu

mặt hình thoi trong đó

đường thẳng nối hai đỉnh A

và A1

gọi là quang trục của tinh

thể.

- Một tia sáng truyền

vào tinh thể băng lan theo

phương song song với

quang trục sẽ không bị tách

thành hai tia khúc xạ.

- Tia truyền thẳng không bị lệch khỏi phương truyền gọi là tia thường (kí hiệu là tia o) Tia

này tuân theo định luật khúc xạ ánh sáng Tia thường phân cực toàn phần, có vectơ sáng E

vuông góc với một mặt phẳng đặc biệt gọi là mặt phẳng chính của tia đó (mặt phẳng chứa tia thường và quang trục)

- Tia lệch khỏi phương truyền gọi là tia bất thường (kí hiệu là tia e) Tia này không tuân theo

định luật khúc xạ ánh sáng Tia bất thường phân cực toàn

phần, có vectơ sáng E nằm

trong mặt phẳng chính của nó (mặt phẳng chứa quang trục và tia bất thường).

- Khi ló ra khỏi tinh thể, hai tia thường và tia bất thường chỉ khác nhau về phương

phân

cực

- Chiết suất của tinh thể băng lan đối với tia thường luôn không đổi và bằng no=1,659

- Chiết suất ne của tinh thể

băng lan đối với tia bất

thường phụ thuộc vào

phương truyền của nó trong tinh thể và thay đổi từ 1,659 (theo phương quang trục)

đến 1,486 (theo phương

vuông góc với quang trục) Như vậy đối với tinh thể băng lan ta có:

ne ≤ no

Vì chiết suất n = c/v, với c là vận tốc ánh sáng trong chân không và v là vận tốc ánh

sáng trong môi trường, do

đó:

ve ≥ vo

nghĩa là trong tinh thể băng lan, vận tốc của tia bất

thường nói chung lớn hơn

vận tốc của tia thường

CẢM ƠN THẦY VÀ CÁC BẠN ĐÃ

THEO DÕI !

TP HỒ CHÍ MINH, NGÀY 21 THÁNG 4 NĂM 2012