LUẬN văn sư PHẠM vật lý THIẾT kế THÍ NGHIỆM GIAO THOA ÁNH SÁNG với KHE YOUNG

GVHD:Th.s Lê Văn Nhạn Thiết Kế Thí Nghiệm Giao Thoa Ánh Sáng Với Khe Young BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA SƢ PHẠM BỘ MÔN VẬT LÝ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC TÊN ĐỀ TÀI THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM GIAO THOA ÁNH SÁNG VỚI KHE YOUNG CBHD: Th.s LÊ VĂN NHẠN SVTH: TRẦN HỒNG ĐỈNH MSSV: 1090306 LỚP: SP.VẬT LÝ – CƠNG NGHỆ K35 Cần Thơ, tháng 05/2013 SVTH: Trần Hoàng Đỉnh GVHD:Th.s Lê Văn Nhạn Thiết Kế Thí Nghiệm Giao Thoa Ánh Sáng Với Khe Young LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian thực luận văn em gặp không khó khăn chưa có kinh nghiệm, thời gian tài liệu cịn hạn chế Song bên cạnh em nhận nhiều giúp đỡ quý thầy trong, ngồi mơn bạn Em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Văn Nhạn tận tình dìu dắt, giúp đỡ bảo em suốt thời gian thực đề tài Em xin chân thành cảm ơn thầy Vương Tấn Sỹ, Trương Hữu Thành, Nguyễn Bá Thành hết lòng giúp đỡ truyền thụ kiến thức để em có sở thực đề tài Em xin chân thành cảm ơn thầy Qn – Bộ mơn sinh vật tận tình giúp đỡ thời gian thực đề tài Xin chân thành thầy cô Bộ môn Vật Lý – Khoa Sư Phạm – Trường Đại Học Cần Thơ hết lòng truyền thụ kiến thức cho em suốt thời gian em học trường Xin chân thành cảm ơn tất bạn động viên giúp đỡ hoàn thành luận văn Sinh viên thực Trần Hoàng Đỉnh SVTH: Trần Hoàng Đỉnh GVHD:Th.s Lê Văn Nhạn Thiết Kế Thí Nghiệm Giao Thoa Ánh Sáng Với Khe Young NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN Họ tên CBHD: Th.S Lê Văn Nhạn SVTH: Trần Hoàng Đỉnh GVHD:Th.s Lê Văn Nhạn Thiết Kế Thí Nghiệm Giao Thoa Ánh Sáng Với Khe Young NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN Họ tên CBPB: Th.S Phạm Văn Tuấn SVTH: Trần Hoàng Đỉnh GVHD:Th.s Lê Văn Nhạn Thiết Kế Thí Nghiệm Giao Thoa Ánh Sáng Với Khe Young NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN Họ tên CBPB: T.s Trần Thanh Hải SVTH: Trần Hoàng Đỉnh GVHD:Th.s Lê Văn Nhạn Thiết Kế Thí Nghiệm Giao Thoa Ánh Sáng Với Khe Young MỤC LỤC LỜI CẢM TẠ…………………………………………………………… i MỤC LỤC……………………………………………………………… ii DANH SÁCH BẢNG…………………………………………………… iii DANH SÁCH HÌNH…………………………………………………… iv PHẦN I PHẦN MỞ ĐẦU…………………………………………… 1 Lí chọn đề tài 2 Mục đích đề tài…………………………………………………… Giới hạn đề tài……………………………………………………… Phƣơng pháp nghiên cứu…………………………………………… Các bƣớc thực hiện………………………………………………… PHẦN II.NỘI DUNG……………………………………………………… CHƢƠNG I.GIAO THOA ÁNH SÁNG……………………………………3 1.1.Cơ sở quang học sóng 1.1.1.Hàm sóng ánh…………………………………………… .3 1.1.2 Cƣờng độ sáng……………………………………………… 1.1.3 Nguyên lý Huyghen………………………………………… 1.1.4 Nguyên lý chồng chất……………………………………… 1.2 Sự giao thoa – nguồn kết hợp…………………………………… 1.2.1 Tổng hợp hai dao động tần số, phƣơng…………… .5 1.2.2 Hiện tƣợng giao thoa Dao động kết hợp không kết hợp…… 1.3 Giao thoa nguồn điểm.Vân không định xứ…………………… 1.3.1 Sự phân bố cƣờng độ sáng quan sát………………… 1.3.2 Hình dạng vân giao thoa 10 1.3.3 Vị trí vân giao thoa.Khoảng vân………………………… .11 1.3.4 Điều kiện bề rộng nguồn 13 Các phƣơng pháp quan sát vân giao thoa không định xứ………… 14 1.4.1 Nguyên tắc chung để tạo đƣợc sóng kết hợp……………… 14 1.4.2 Những cách bố trí thí nghiệm để quan sát giao thoa ánh sáng 15 SVTH: Trần Hoàng Đỉnh GVHD:Th.s Lê Văn Nhạn Thiết Kế Thí Nghiệm Giao Thoa Ánh Sáng Với Khe Young 1.4.2.1 Khe Young………………………………………………… 15 1.4.2.2 Gƣơng Fresnel 16 1.4.2.3 Lƣỡng lăng kính Fresnel…………………………………… 17 1.4.2.4 Gƣơng Lloyd………………………………………………… 18 1.5 Giao thoa cho mỏng suốt hai mặt song song, vân độ nghiêng……………………………………………………………………….19 1.5.1 Sự định xứ vân…………………………………………………….19 1.5.2 Tính hiệu quang trình………………………………………… .20 1.5.3 Hình dạng vân giao thoa………………………………………21 1.6 Giao thoa cho mỏng suốt có độ dày thay đổi, vân độ dày……………………………………………………………………………22 1.6.1 Sự định xứ vân…………………………………………… 22 1.6.2 Tính hiệu quang trình………………………………………… 23 1.6.3 Hình dạng vân giao thoa cách bố trí thực nghiệm để quan sát…………………………………………………………………………….24 1.6.4 Vân giao thoa độ dày cho mỏng khơng khí……25 1.6.4.1 Vân giao thoa cho nêm khơng khí………………… 25 1.6.4.2 Vân trịn Newton…………………………………………… 26 1.6.5 Giao thoa ánh sáng trắng………………………………… 27 1.7 Giao thoa kế hai chùm tia 28 1.7.1 Giao thoa kế Rayleigh…………………………………………….28 1.7.2 Giao thoa kế Michelson……………………………………… .30 1.8 Những ứng dụng tƣợng giao thoa hai chùm tia…………….30 1.8.1 Kiểm tra phẩm chất mặt quang học……………………… .30 1.8.2 Ðo độ biến thiên nhỏ chiều dày……………………………….31 1.8.3 Những ứng dụng khác…………………………………………… 32 CHƢƠNG II LASER BÁN DẪN VÀ ỨNG ỤNG……………………… 33 2.1 Sơ lƣợc laser………………………………………………… .33 2.1.1 Lịch sử đời phát triển laser………………………… .33 2.1.2 Khái niệm laser…………………………………………… .33 SVTH: Trần Hoàng Đỉnh GVHD:Th.s Lê Văn Nhạn Thiết Kế Thí Nghiệm Giao Thoa Ánh Sáng Với Khe Young 2.1.3 Giới thiệu loại laser……………………………………… 33 2.1.3.1 Laser khí…………………………………………………… 34 2.1.3.2 Laser rắn…………………………………………………… 34 2.1.3.3 Laser màu…………………………………………………… 34 2.1.3.4 Laser bán dẫn……………………………………………… 34 2.1.4 Các ứng dụng laser………………………………………… 35 2.2 Cơ sở vật lý laser…………………………………………………… 35 2.2.1 Cơ sở hình thành ánh sáng laser ……………………………… 35 2.2.2 Dịch chuyển quang học………………………………………… 36 2.2.3 Độ rộng đƣờng bao vạch phổ……………………………… 36 2.2.4 Nguyên lý hoạt động máy phát laser………………………… .38 2.2.5 Cấu tạo laser…………………………………………… 40 2.2.5.1 Môi trƣờng hoạt chất………………………………………… 40 2.2.5.2 Buồng cộng hƣởng quang học 42 2.2.5.2.1 Cấu tạo 42 2.2.5.2.2 Chức BCH 42 2.2.6 Tính chất laser……………………………………………… 43 2.2.6.1 Tính cƣờng độ lớn 44 2.2.6.2 Tính định hƣớng laser 44 2.2.6.3 Tính đơn sắc………………………………………………… 45 2.2.6.4 Tính kết hợp laser……………………………………… 45 2.3.Laser bán dẫn… 46 2.3.1 Một số tiêu chuẩn vật liệu bán dẫn 46 2.3.2 Một số đặc điểm laser bán dẫn 47 2.3.3 Chất bán dẫn tính chất chất bán dẫn…………………… 49 2.3.3.1 Chất bán dẫn thuần…………………………………………….49 2.3.3.2 Bán dẫn pha tạp……………………………………………… 51 2.3.4 Tiếp giáp p – n .52 2.3.4.1 Tiếp giáp p – n đƣợc phân cực thuận……………………… 52 SVTH: Trần Hoàng Đỉnh GVHD:Th.s Lê Văn Nhạn Thiết Kế Thí Nghiệm Giao Thoa Ánh Sáng Với Khe Young 2.3.4.2 Tiếp giáp p– n không đƣợc phân cực………………………… 55 2.3.4.3 Điều kiện nghịch đảo nồng độ môi trƣờng bán dẫn tinh thể…………………………………………………………………………….59 2.3.5 Cấu trúc tiếp giáp dị thể p– n………………………………… .62 2.3.6 Các phƣơng pháp kích thích nguyên tác hoạt động laser bán dẫn……………………………………………………………………… 64 2.3.6.1 Phƣơng pháp kích thích điện trƣờng………………… 64 2.3.6.2 Phƣơng pháp phun dòng tải điện qua lớp tiếp xúc P – n…… 65 2.3.6.3 Phƣơng pháp dùng chùm điện tử để kích thích…………… 67 2.3.6.4 Phƣơng pháp bơm quang học……………………………… 68 2.3.7 Các loại laser bán dẫn………………………………………… 69 2.3.7.1 Laser bán dẫn dạng phun…………………………………… 69 2.3.7.2 Laser bán dẫn dung bơm quang học………………………… 70 2.4 Các ứng dụng laser bán dẫn………………………………… .71 2.4.1 Các ứng dụng laser bán dẫn đời sống……… 72 2.4.1.1 Dùng máy in laser…………………………………… 72 2.4.1.2 Máy đọc mã vạch siêu thị………………………… 75 2.4.1.3 Đọc ghi đĩa DVD, CD…………………………………… 76 2.4.2 Các ứng dụng laser bán dẫn y học .79 CHƢƠNG III THỰC HÀNH…………………………………………… 81 3.1 Thiết kế nguồn laser…………………………………………… 81 3.2 Thiết kế giá quang học………………………………………… 81 3.3 Thiết kế khe Young…………………………………………… 82 3.4 Thiết kế hệ đo cơ, đo điện để xác định khoảng vân……………… 83 3.5 Các cách đo bƣớc sóng  ……………………………………… .84 3.5.1 Đo  với nguồn laser……………………………………… .84 3.5.2 Đo  với nguồn laser (1 nguồn laser có 1 biết trƣớc)……… 85 3.5.3 Đo  dựa phim chụp………………………………… .85 3.6 Kết thí nghiệm……………………………………………… .86 SVTH: Trần Hồng Đỉnh GVHD:Th.s Lê Văn Nhạn Thiết Kế Thí Nghiệm Giao Thoa Ánh Sáng Với Khe Young PHẦN III KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ…………………………………92 Kết luận…………………………………………………………………92 1.1 Ƣu đề tài…………………………………………………………92 1.2 Nhƣợc điểm đề tài……………………………………………….92 Kiến nghị……………………………………………………………… 93 Hƣớng phát triển đề tài………………………………… 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………….94 SVTH: Trần Hoàng Đỉnh 10 GVHD:Th.s Lê Văn Nhạn Thiết Kế Thí Nghiệm Giao Thoa Ánh Sáng Với Khe Young + Disc-at-once: nhƣ theo tên q trình ghi tồn liệu, 4.7GB, lúc Với kiểu ghi máy tính phải có tốc độ truyền liệu phù hợp 11.08Mbit/s, q trình ghi đệm khơng đƣợc có chút lỗi với điều kiện phải dùng nhớ có dung lƣợng lớn để làm đệm liệu trình ghi Lead-In, vùng liệu Lead-Out cách liên tục Điều khác với CD-R thông thƣờng vùng liệu đƣợc ghi trƣớc sau đến Lead-In bảng nội dung (table of contents – TOC) vùng Lead-Out + Incremental Writing kiểu ghi tăng dần, hỗ trợ định dạng kiểu DVD-R Nó tƣơng tự nhƣ khái niệm cơng nghệ ghi theo gói liệu đƣợc dùng CD-R Kiểu ghi tăng dần cho phép ngƣời dùng thêm file trực tiếp vào đĩa DVD-R lần khác mà không cần phải ghi tất file lúc Kiểu ghi cần kích thƣớc nhớ nhỏ (ít 32KB) chí file cần ghi có kích thƣớc nhỏ bên cạnh dùng phƣơng pháp sửa lỗi ECC (error correction code) thành khối nằm đĩa Trên phƣơng pháp ghi vùng Lead-In Lead-Out đƣợc ghi sau đĩa đầy khơng thể ghi thêm đƣợc Tóm lại: Để đọc ghi đƣợc đĩa tất phải nhờ vào tính đồng pha, đồng màu cao, khả đạt đƣợc cƣờng độ sáng phải cao, hay hợp yếu tố (Vì đồng pha tia laser cho phép hội tụ điểm có kích thƣớc nhỏ cho phép giới hạn nhiễu xạ, rộng vài nanomét laser dùng ánh sáng Tính chất cho phép laser lƣu trữ vài Gigabyte thông tin rãnh DVD) 2.4.2 Các ứng dụng laser bán dẫn y học Ứng dụng laser bán dẫn điều trị phong phú: - Nhãn khoa: nhiều ứng dụng nhƣ điều trị hàn gắn tổn thƣơng võng mạc, điều trị tổn thƣơng giác mạc, phẫu thuật sữa chữa tật khúc xạ mắt phẫu thuật điều trị bệnh sinh lý khác mắt - Hệ thống tiêu hóa: tán sỏi ống mật, phẫu thuật ngoại khoa điều trị khối u đựng tiêu hóa, tạo thành hình thực quản, việc hàn gắn tổn thƣơng mạch máu nội tạng nhƣ trƣờng hợp ung thƣ, viêm loét đƣờng tiêu hóa,… - Tai – Mũi – Họng: điều trị tổn thƣơng tai, bệnh lý tổn thƣơng vùng họng hầu SVTH: Trần Hồng Đỉnh 95 GVHD:Th.s Lê Văn Nhạn Thiết Kế Thí Nghiệm Giao Thoa Ánh Sáng Với Khe Young - Hô hấp: điều trị khối u phổi, tổn thƣơng bệnh lý u, hàn gắn tổn thƣơng khí quản đặt ống nội khí quản gây mê hay thủ thuật mở khí quản cấp cứu - Thần kinh: điều trị tổn thƣơng dạng u hệ thống thần kinh, bệnh tai biến Thiết bị quang châm laser bán dẫn công suất thấp có loại thiết bị: quang châm 10 kênh, quang trị liệu kênh Với quang trị liệu laser bán dẫn phƣơng pháp điều trị không xâm lấn, đƣợc ngành y tế quan tâm đến có điểm mạnh, hồn tồn tránh đƣợc bệnh lây lan qua đƣờng máu SVTH: Trần Hoàng Đỉnh 96 GVHD:Th.s Lê Văn Nhạn Thiết Kế Thí Nghiệm Giao Thoa Ánh Sáng Với Khe Young CHƢƠNG III THỰC HÀNH 3.1 Thiết kế nguồn cung cấp điện Dụng cụ: nguồn điện, công tắc (ON/OFF), Fuse, diot, tụ điện, biến trở (Rv), điện trở ( R = 270k), LM317,… Sơ đồ thiết kế nguồn laser  V0   1 1,25  Tính RV: RV  270 + Với V0  3V  RV  390 + Với V0  4,5V  RV  650 Hình 3.1 Nguồn laser 3.2 Thiết kế giá quang học Giá quang học đƣợc chế tạo từ nhơm hình Nhơm hình có ƣu điểm sau: gọn nhẹ, chống đƣợc oxi hóa, độ bền học cao Giá có: + chiều dài : 280 cm + chiều rộng : 7,2 cm SVTH: Trần Hoàng Đỉnh 97 GVHD:Th.s Lê Văn Nhạn Thiết Kế Thí Nghiệm Giao Thoa Ánh Sáng Với Khe Young Phía mặt dƣới giá có gắn sắt dài Dƣới chân giá đỡ phim có gắn nam châm để cố định chân giá di chuyển chân giá đƣợc dễ dàng Bằng cách gắn nam châm nhƣ giúp cho vị trí “cố định” chân giá giá đƣợc cố định hơn, giúp cho việc tiến hành thí nghiệm đƣợc thuận lợi kết thu đƣợc từ thí nghiệm đƣợc xác hơn, sai số Đây cải tiến theo mẫu giá quang học nhập phòng thí nghiệm quang học Trên giá có dán thƣớc dây giúp cho việc xác định khoảng cách vị trí giá đƣợc dễ dàng Trên giá cịn có gắn chân giá đỡ để cố định phần laser Hình 3.2 Giá quang học 3.3 Thiết kế khe Young Khe Young hai khe hẹp (có kích thƣớc nhỏ) mà cho nguồn sáng thích hợp qua có tƣợng giao thoa xảy phía sau Nó đƣợc thiết kế nhƣ sau: Ta vẽ hai đƣờng thẳng song song mực đen tờ giấy A4 (21 cm, 29,7 cm) trắng, với điều kiện: + Vết mực + Bảo đảm độ đậm đen Sau ta đổi khe Young (sau này) cách thay đổi khoảng cách hai đƣờng thẳng nhƣng giữ nguyên độ rộng đƣờng Giữ nguyên khoảng cách hai đƣờng thẳng thay đổi độ rộng đƣờng Sau để có đƣợc khe Young ta làm nhƣ sau: + Dán tờ giấy A4 lên (phơng màn) có màu trắng (trùng với màu tờ giấy A4) + Dùng máy ảnh (Máy học điều chỉnh độ, tốc độ) đƣợc lắp sẵn phim trắng đen chụp lại tờ giấy A4 SVTH: Trần Hồng Đỉnh 98 GVHD:Th.s Lê Văn Nhạn Thiết Kế Thí Nghiệm Giao Thoa Ánh Sáng Với Khe Young + Với tờ giấy A4 ta thay đổi lần lƣợt khoảng cách chụp.Thực lại nhƣ tờ giấy A4 đƣợc kẽ cịn lại Sau đem phim tráng ta thu đƣợc khe Young Khe Young giao thoa tốt hay khơng cịn phụ thuộc vào yếu tố sau: + Ngƣời thực có biết chụp ảnh hay không (điều chỉnh tốc độ, độ cho phù hợp) + Khi bấm máy có run tay hay không + Độ rộng đƣờng kẽ + Phim đƣợc tráng già hay non thuốc Điều quan trọng định hấp thụ ánh sáng phim ánh sáng đƣợc rọi tới phim Hình 3.3 Khe Young 3.4 Thiết kế hệ đo cơ, đo điện để xác định khoảng vân a Hệ đo Bộ phận đo đƣợc thiết kế panme, panme đƣợc gắn giá đỡ Đầu panme đƣợc gắn kim kim loại, điều chỉnh panme để dựa vào điểm đầu kim trung tâm vân sáng ta xác định đƣợc khoảng cách vân sáng thƣớc panme, với sai số 1/100 mm Ví dụ: Đầu kim vào điểm sáng màn, ta gọi điểm sáng điểm sáng thứ Tại vị trí đọc đƣợc thƣớc panme 20,25 mm Điều chỉnh panme cho đầu kim vào điểm sáng màn, giả sử đầu kim vào điểm sáng thứ Tại vị trí đọc đƣợc thƣớc panme 9,13mm khoảng cách vân i trƣờng hợp đƣợc tính : i 20,25  9,13  2,78mm b Hệ đo điện Với phận đo điện tử, cách xác định tƣơng tự nhƣ phận đo Bộ phận đo điện tử khác phận đo chủ yếu chổ: phận đo xác định SVTH: Trần Hoàng Đỉnh 99 GVHD:Th.s Lê Văn Nhạn Thiết Kế Thí Nghiệm Giao Thoa Ánh Sáng Với Khe Young vị trí điểm sáng đầu kim; cịn phận đo điện tử thay đầu kim (cây kim) quang trở Quang trở đƣợc nói với máy đo gia dụng Tại vị trí điểm sáng (ánh sáng rọi vào quang trở) máy đo kim vị trí trung tâm vân sáng Kết hợp với quan sát thƣớc panme ta xác định đƣợc khoảng cách vân i Ví dụ giả sử thƣớc panme 19,85 mm máy đo đa dụng kim vị trí cao Điều chỉnh panme kim máy đo đa dụng lệch xuống cực tiểu lên cực đại lần thứ nhất, tiếp tục điều chỉnh panme kim máy đo lệch xuống cực tiểu lên cực đại lần thứ 2, 3…., giả sử lên đến cực đại lần thứ 4, ta đọc đƣợc thƣớc panme số 8,58 mm Vậy khoảng cách i đƣợc tính: i 19,85  8,54  2,83mm Với phận đo điện (quang trở máy đa dụng) kết thu đƣợc xác hơn, vì: + Với cách đo cơ: dùng đầu kim để xác định điểm sáng có sai số, ta nhìn mắt có sai số cách nhìn Nhƣ với cách đo có lần sai số ln ln có phép đo, chƣa kể đến sai số dụng cụ + Với cách đo điện: Nếu quang trở tốt (nhạy) máy đo đa dụng nhạy (đo đƣợc giai đo nhỏ) sai số phép đo giảm nhiều, cịn lại sai số dụng cụ thơi Hình 3.4 Hệ đo cơ,hệ đo điện 3.5 Các cách đo bƣớc sóng  3.5.1 Đo  với nguồn laser a Tính trực tiếp  cách đo trực tiếp khoảng vân i : i D a   ia D b Dời SVTH: Trần Hoàng Đỉnh 100 GVHD:Th.s Lê Văn Nhạn - i1  - i2  D a Thiết Kế Thí Nghiệm Giao Thoa Ánh Sáng Với Khe Young (1)  ( D  D) a (2) - Lấy (1) – (2): (i2  i1 )  D a   (i2  i1 )a D 3.5.2 Đo  với nguồn laser (1 nguồn laser có 1 biết trƣớc) a.Cách 1: Dùng nguồn laser có bƣớc sóng 1 biết trƣớc để xác định a Rồi sau xác định bƣớc sóng nguồn laser cịn lại 2 theo công thức: i2 a D 2  b Cách 2: - Dùng nguồn laser thứ đo: i1  - Dùng nguồn laser thứ hai đo: i2  - Lập tỉ số 1a D 2 a D (1) (2) i  i (1) ta có:   2  i2 2 i1 (2) 3.5.3 Đo  dựa phim chụp Ta xét hai tam giác đồng dạng OAB OA' B' ta có: AB a A' B ' '   a  a A' B ' a ' AB Khi có đƣợc a’ ta tính bƣớc sóng theo cơng thức: SVTH: Trần Hoàng Đỉnh 101 GVHD:Th.s Lê Văn Nhạn Thiết Kế Thí Nghiệm Giao Thoa Ánh Sáng Với Khe Young  ' ia  D ia A' B ' AB D 3.6 Kết thí nghiệm Các khe đƣợc khảo sát dƣới thỏa mãn điều kiện bề rộng khe Young, để cho nguồn sáng thích hợp qua khe cho ảnh giao thoa rõ nét Đo khoảng cách khe young có trƣờng hợp: a.TH1: (Đo trực tiếp) Khoảng cách khe Young mẫu 34, 35, 36 đƣợc đo kính lúp kính hiển vi phịng thí nghiệm thực vật – Bộ mơn sinh học – Khoa Sƣ Phạm Trƣờng Đại Học Cần Thơ có khoảng cách a lần lƣợt 0,332 mm, 0,336 mm, 0,25 mm Kính lúp (trong thí nghiệm) có tác dụng mở rộng chùm laser ta hình ảnh vân giao thoa nhƣ sách giáo khoa (lý thuyết học) + Các bƣớc tiến hành thí nghiệm:  Lắp phận lên giá quang học  Mở chỉnh nguồn laser xác định vị trí vân cực đại (đồng trục)  Đặt khe young vị trí xác định làm chuẩn  200 cm Xê dịch ứng với khoảng cách khe Young 100 cm, 150 cm,  Chỉnh hệ đo cho đầu kim di chuyển đƣờng nằm ngang hệ vân giao thoa  Đối vối trƣờng hợp đo điện: chỉnh đầu đo (quang trở) cho di chuyển đƣờng nằm ngang hệ vân giao thoa  Tiến hành đo khoảng cách vân i hai trƣờng hợp đo đo điện ứng khoảng cách khe Young Tiến hành làm thí nghiệm khe Young ta thu đƣợc kết bảng sau: Tên mẫu a (mm) Đo D (cm) SVTH: Trần Hoàng Đỉnh i(mm)  (mm) Đo điện sai số i(mm)  (mm) sai số 102 GVHD:Th.s Lê Văn Nhạn 34 35 36 0,332 0,336 0,250 Thiết Kế Thí Nghiệm Giao Thoa Ánh Sáng Với Khe Young 100 2,150 0,000714 2,84% 150 3,255 0,000720 2,70% 200 4,289 0,000712 2,63% 100 2,090 0,000702 2,82% 150 3,127 0,000700 2,67% 200 4,213 0,000708 2,59% 100 2,763 0,000691 3,58% 150 4,110 0,000685 3,45% 200 5,460 0,000683 3,39% 4,328 0,000718 2,63% 4,290 0,000721 2,59% 5,540 0,000693 3,39% b.TH2:(Đo gián tiếp): Các khe Young mẫu 34, 35, 36 đƣợc đo laser có bƣớc sóng xác định 632,8 nm hãng Pasco sau thực lại thí nghiệm để xác định a ta có khoảng cách lần lƣợt là: 0,304 mm, 0,308 mm, 0,24 mm sau ta thực bƣớc thí nghiệm: + Các bƣớc tiến hành thí nghiệm:  Lắp phận lên giá quang học  Mở chỉnh nguồn laser xác định vị trí vân cực đại (đồng trục)  Đặt khe Young vị trí xác định làm chuẩn  200 cm Xê dịch ứng với khoảng cách khe Young 100 cm, 150 cm,  Chỉnh hệ đo cho đầu kim di chuyển đƣờng nằm ngang hệ vân giao thoa  Đối vối trƣờng hợp đo điện: chỉnh đầu đo (quang trở) cho di chuyển đƣờng nằm ngang hệ vân giao thoa  Tiến hành đo khoảng cách vân i hai trƣờng hợp đo đo điện ứng khoảng cách khe Young Tiến hành làm thí nghiệm khe Young ta thu đƣợc kết bảng sau: SVTH: Trần Hoàng Đỉnh 103 GVHD:Th.s Lê Văn Nhạn Tên mẫu 34 35 36 a D (mm) (cm) 0,306 0,310 0,242 Thiết Kế Thí Nghiệm Giao Thoa Ánh Sáng Với Khe Young Đo Đo điện i(mm)  (mm) sai số 100 2,157 0,000660 3.04% 150 3,252 0,000663 2,89% 200 4,305 0,000659 2,83% 4,354 100 2,146 0,000665 3,01% 150 3,230 0,000668 2,87% 200 4,288 0,000664 2,80% 4,290 100 2,770 0,000670 3,69% 150 4,210 0,000679 3,56% 200 5,465 0,000661 3,50% 5,545 i(mm)  (mm) sai số 0,000661 2,83% 0,000665 2,80% 0,000671 3,50% Sai số phép đo đƣợc tính cơng thức:  i a D  ln   ln i  ln a  ln D   d     di da dD   i a D  i a D   i a D Với i  0,005mm a  0,008mm D  2mm Ví dụ: mẫu 35 có i  2,090mm ; a  0,336mm ; D  1000mm Thế vào cơng thức ta có sai số 2,82% c Nhận xét kết thí nghiệm: Từ kết hai thí nghiệm ta rút số nhận xét sau: SVTH: Trần Hoàng Đỉnh 104 GVHD:Th.s Lê Văn Nhạn Thiết Kế Thí Nghiệm Giao Thoa Ánh Sáng Với Khe Young - Từ hai cách đo ta thấy cách đo thứ hai (trƣờng hợp đo gián tiếp) xác kết quả: + TH1 (đo trực tiếp): Đo có bƣớc sóng dao động: 0,683 m  0,720 m Đo điện có bƣớc sóng dao động: 0,693 m  0,721 m lệch so với bƣớc sóng ánh sáng đỏ khoảng: 0,660 m  0,690 m + TH2 (đo gián tiếp): Đo có bƣớc sóng dao động: 0,659 m  0,679 m Đo điện có bƣớc sóng dao động: 0,661 m  0,671 m nằm vùng bƣớc sóng ánh sáng đỏ khoảng: 0,660 m  0,690 m - Với khoảng cách D (giữa khe Young màn) ngắn khoảng vân i nhỏ, nên gặp khó khăn việc đo đạt để xác định khoảng vân i - Với khoảng cách D lớn vân sáng có bề rộng lớn, làm cho phƣơng pháp đo điện xác Vì, vân sáng có bề rộng lớn, điều chỉnh panme phận nhận sáng quang trở đặt lỗ hẹp nằm vân sáng, kim máy đo gia dụng giai đo ohm vị trí cực đại Nhƣng vân sáng có bề rộng lớn “bao trùm” hết phận nhận sáng (lỗ hẹp) nên điều chỉnh panme lệch từ 0,01mm đến 0,35mm mà kim đa dụng đứng yên cực đại Với điều làm cho phép đo tính xác - Khoảng cách D ngắn phƣơng pháp đo xác vì: tƣơng tự nhƣ cách giải thích Với D ngắn bề rộng vân sáng nhỏ Với phƣơng pháp đo – sử dụng đầu kim (lớn) điểm vân sáng (nhỏ) ta nhìn mắt thƣờng khơng xác đƣợc phép đo cịn phụ thuộc vào yếu tố chủ quan ngƣời đo SVTH: Trần Hồng Đỉnh 105 GVHD:Th.s Lê Văn Nhạn Thiết Kế Thí Nghiệm Giao Thoa Ánh Sáng Với Khe Young PHẦN III KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận - Với đề tài: “Thiết kế thí nghiệm giao thoa ánh sáng với khe Young” cho hiểu rõ kiến thức tƣợng giao thoa, ứng dụng tƣợng giao thoa, phƣơng pháp tạo hình ảnh giao thoa - Thiết kế đƣợc thí nghiệm giao thoa với nguồn laser bán dẫn rẽ tiền, khe Young chế tạo đơn giản, phổ biến cho bạn đồng nghiệp để dạy theo phƣơng pháp thực nghiệm cho học sinh quan sát - Với kết trƣờng hợp (đo gián tiếp) đề tài nghiệm tính chất sóng ánh sáng, kiểm nghiệm cơng thức tính khoảng cách vân giao thoa, độ dài bƣớc sóng ánh sáng laser 1.1 Ƣu điểm đề tài Ƣu điểm cách đo luận văn nguồn laser: + Ƣu điểm 1: Cách đo em hay đề tài sinh viên Bùi Hữu Hiền K22 em chế tạo nguồn laser rẽ tiền đơn giản dùng khơng có điện cách dùng pin đại + Ƣu điểm 2: Ngƣời ta chế tạo khe Young lƣỡi lam Hình 3.5 Khe Young chế lưỡi lam Cơ cấu chế tạo khe Young phức tạp, tốn so với cách thiết kế khe Young em phần 1.2 Nhƣợc điểm đề tài - Nguồn laser bán dẫn đƣợc chế tạo chƣa thật hồn thiện nên số liệu cịn sai số nhƣng chấp nhận đƣợc nên kiểm chứng đƣợc định luật - Khe Young tự chế chƣa thật hồn chỉnh - Trong q trình đo khoảng vân tƣợng giao thoa cịn chƣa xác sai số dụng cụ đo mắt nhìn SVTH: Trần Hoàng Đỉnh 106 GVHD:Th.s Lê Văn Nhạn Thiết Kế Thí Nghiệm Giao Thoa Ánh Sáng Với Khe Young - Với phƣơng pháp đo bề rộng khe young kính lúp dựa phƣơng pháp so sánh nên kết sai số lớn khoảng 8,02 m Nếu có kính hiển vi có đầy đủ vật kính thị kính đo bề rộng khe young đƣợc xác kết thực nghiệm xác - Với kết đề tài ta thiết kế thí nghiệm đo vân giao thoa cách hồn chỉnh Kiến nghị Phịng thí nghiệm chế tạo đƣợc số cách tử truyền qua, nhƣng hạn chế đề tài nên em thực phép đo cách tử Điều “mở” cho bạn sinh viên khóa sau thực tiếp đề tài Hƣớng phát triển đề tài - Sau hoàn thành luận văn tốt nghiệp trƣờng, tiếp tục nghiên cứu thiết kế thêm dụng cụ quang học rẽ tiền để phục vụ cho ngƣời giáo viên vật lý giảng dạy thực nghiệm Nếu nhƣ có điều kiện, tơi kết hợp với phịng thí nghiệm vật lý phổ thơng phịng thí nghiệm nhiệt – Khoa Sƣ Phạm Trƣờng Đại Học Cần Thơ thiết kế thí nghiệm giao thoa ánh sáng phân phối cho trƣờng phổ thông, nhằm đáp ứng nhu cầu cấp thiết công đổi phƣơng pháp dạy học - Thí nghiệm vật lý có vai trị quan trọng, thiếu đƣợc trình dạy học thực nghiệm Do trở thành ngƣời giáo viên vật lý, tơi phải có trách nhiệm làm cho thí nghiệm vật lý thực phƣơng pháp dạy học tích cực, hiệu để dẫn dắt học sinh tìm hiểu kiến thức cách thú vị dạy học vật lý SVTH: Trần Hoàng Đỉnh 107 GVHD:Th.s Lê Văn Nhạn Thiết Kế Thí Nghiệm Giao Thoa Ánh Sáng Với Khe Young TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Nguyễn Thế Bình, kỹ thuật laser, nhà xuất Đại Học Quốc Gia Hà Nội năm 2002 2.Nguyễn Xuân Chánh _Lê Băng Sƣơng, Vật Lý với khoa học công nghệ đại, nhà xuất giáo dục năm 2003 3.Nguyễn Hữu Chí _ Trần Tuấn, Vật lý laser, nhà xuất Đại Học Quốc Gia TPHCM năm 2002 4.GS – TS.Trần Đức Hân _PGS – TS Nguyễn Minh Hiển, sở kỹ thuật laser nhà xuất giáo dục năm 2002 5.Đinh văn Hoàng _Trịnh Đình Chiến, vật lý laser ứng dụng, nhà xuất Đại Học Quốc Gia Hà Nội năm 1998 6.Giáo trình quang lƣợng tử _Gs.Ts Nguyễn Hữu Chí Trƣờng ĐHTH TP Hồ Chí Minh_1990 7.Luận Văn tốt nghiệp Đại Học _ Bùi Hữu Hiền Khóa 22 ( Thiết Kế Và Chế Tạo Thiết Bị Đo Vân Giao Thoa ) 1997 8.360.thuvienvatly.com/bai-viet/dien-quang vi.wikiicdia.org/wiki/laser 10.http://vietsciences2.free.fr/giaokhoa/vatly/dienquangdaicuong/chuong17g iaothoanhsang.htmhttp://vietsciences2.free.fr/giaokhoa/vatly/dienquangdaicuong/ch uong17giaothoanhsang.htm 11 www.baotintuc.vn 12 www.ebooks.edu.vn SVTH: Trần Hoàng Đỉnh 108 GVHD:Th.s Lê Văn Nhạn SVTH: Trần Hồng Đỉnh Thiết Kế Thí Nghiệm Giao Thoa Ánh Sáng Với Khe Young 109 ... Lê Văn Nhạn Thiết Kế Thí Nghiệm Giao Thoa Ánh Sáng Với Khe Young Tóm lại muốn quan sát đƣợc tƣợng giao thoa ánh sáng sóng giao thoa với phải sóng kết hợp dao động chúng phải thực phƣơng 1.3 Giao. .. ánh sáng Hình 1.19 Cách bố trí thực nghiệm để quan sát SVTH: Trần Hoàng Đỉnh 39 GVHD:Th.s Lê Văn Nhạn Thiết Kế Thí Nghiệm Giao Thoa Ánh Sáng Với Khe Young Ta quan sát đƣợc vân giao thoa với ánh. .. học đƣợc u thích Do tơi chọn đề tài thực hành ? ?Thiết kế thí nghiệm giao thoa ánh sáng với khe Young? ?? Mục đích đề tài Kiểm chứng lại tính chất sóng ánh sáng Khảo sát tƣợng giao thoa ánh sáng laser,