BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LÝ 2

màn chắn (D), một kính phân cực (P), một kính phân tích (A) và một lux kế (xem hình 1). Chỉ số đọc được trên lux kế tỉ lệ với độ rọi ánh sáng trên đầu cảm biến. Chứng minh bằng lý thuyết định lý Malus: . Trước tiên , ta xem xét nguồn sáng , đây là nguồn ánh sáng trắng không phân cực , nhưng chùm sáng đã đi qua kính phân cực (P) từ đó tạo chùm sáng phân cực thẳng theo phương của kính (P) . Định luật Matlus : Nếu sóng tới có cường độ Io là sóng phân cực thẳng theo phương thì sóng ló sẽ phân cực thẳng theo phương và cường độ I của nó sẽ tuần theo định luật MATLUS : I=Iocos2θ với θ=( , ) Chứng minh : Dựa trên tính tuyến tính của các phương trình trường điện từ , sóng phân cực dọc theo giống hết như sự chồng chất hai sóng phân cực dọc theo và sao cho tại mỗi thời điểm ta có : màn chắn (D), một kính phân cực (P), một kính phân tích (A) và một lux kế (xem hình 1). Chỉ số đọc được trên lux kế tỉ lệ với độ rọi ánh sáng trên đầu cảm biến. Chứng minh bằng lý thuyết định lý Malus: . Trước tiên , ta xem xét nguồn sáng , đây là nguồn ánh sáng trắng không phân cực , nhưng chùm sáng đã đi qua kính phân cực (P) từ đó tạo chùm sáng phân cực thẳng theo phương của kính (P) . Định luật Matlus : Nếu sóng tới có cường độ Io là sóng phân cực thẳng theo phương thì sóng ló sẽ phân cực thẳng theo phương và cường độ I của nó sẽ tuần theo định luật MATLUS : I=Iocos2θ với θ=( , ) Chứng minh : Dựa trên tính tuyến tính của các phương trình trường điện từ , sóng phân cực dọc theo giống hết như sự chồng chất hai sóng phân cực dọc theo và sao cho tại mỗi thời điểm ta có :

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM CHƯƠNG TRÌNH KĨ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT PHÁP



BÁO CÁO THÍ NGHIỆM VẬT LÝ 2

GVHD: ThS TRẦN VĂN TIẾN

LỚP: VP2016/2

NHÓM THỰC HIỆN: Quách Gia Huy - 1161329

Nguyễn Anh Kiệt -

THÁNG 11/2017

1 VẬT LÝ II THÍ NGHIỆM SỐ 5 PHÂN CỰC ÁNH SÁNG

I ĐỊNH LUẬT MALUS ĐỐI VỚI KÍNH PHÂN CỰC VÀ KÍNH PHÂN TÍCH

(P) (A)

(A) (A)

(C) (A)

(D) (A)

Hình 1

Sắp xếp nối tiếp một nguồn ánh sáng trắng không phân cực, một kính tập trung (C ), mộtmàn chắn (D), một kính phân cực (P), một kính phân tích (A) và một lux kế (xem hình1) Chỉ số đọc được trên lux kế tỉ lệ với độ rọi ánh sáng trên đầu cảm biến

Chứng minh bằng lý thuyết định lý Malus: ⃗E= ⃗E0cos2θ

Trước tiên , ta xem xét nguồn sáng , đây là nguồn ánh sáng trắng không phân cực ,nhưng chùm sáng đã đi qua kính phân cực (P) từ đó tạo chùm sáng phân cực thẳng theo

phương ⃗u o của kính (P)

Định luật Matlus : Nếu sóng tới có cường độ Io là sóng phân cực thẳng theo phương

⃗

u o thì sóng ló sẽ phân cực thẳng theo phương ⃗u và cường độ I của nó sẽ tuần theo

định luật MATLUS :

I=Iocos2θ với θ=( ⃗u , ⃗u o )

Chứng minh : Dựa trên tính tuyến tính của các phương trình trường điện từ , sóng phân

cực dọc theo ⃗u o giống hết như sự chồng chất hai sóng phân cực dọc theo ⃗u và ⃗v

sao cho tại mỗi thời điểm ta có :

⃗

E( M ,t )=E( M ,t )⃗uo= E( M ,t )cosθ ⃗u+ E( M ,t )sin θ ⃗v

Lux kế Nguồn sáng

Sóng phân cực dọc theo ⃗v bị kính phân cực hấp thụ còn sóng phân cực theo ⃗u sẽ

truyền qua 1 cách hoàn toàn

Biên độ E ở lối ra do đó sẽ bằng Eocosθ còn cường độ I sẽ tỉ lệ với bình phương biên độ

và bằng Iocos2θ

Minh chứng định lý Malus bằng thực nghiệm : ghi nhận các giá trị lux kế v tương ứngvới sự thay đổi góc  tương đối giữa kính phân cực và kính phân tích Hãy vẽ và minhhọa đầy đủ đồ thị v (cos2) (Xem bảng số liệu)

II THÍ NGHIỆM NHẬN BIẾT BẢN /2 VÀ /4

(P) (A)

(A) (A)

(C) (A)

(D) (A)

Hình 2

Ta có một nguồn không phân cực, hai kính phân cực (P) và (A) và hai bản bất đẳnghướng L1, L2 Để cải thiện chất lượng các quan sát ta tạo ảnh của màn chắn của nguồnlên màn ảnh theo hình 2

Bắt chéo (P) và (A) làm sao để thấy rằng L 1 là có tác dụng quang học ?

Kính phân cực (P) và kính phân tích (A) được đặt vuông góc nhau Cường độ sóngtruyền hầu như bằng không khi không có bản bất đẳng hướng L1 Khi có L1 , nếuphương L1 không trùng với phương đặc trưng của P hoặc của A thì kính phân tích sẽcho ra ánh sáng có cường độ không thể bỏ qua được => L1 có tác dụng quang học

Lux kế

Ở vị trí O , đường trung hòa của bản L1 sẽ trùng với các phương của (P) và (A) Taxoay L1 góc 450 rồi xoay kính phân tích cùng chiều

TH1 : Ta thu được ánh sáng có cường độ sáng giảm dần khi xoay kính phân tích tới 900thì sóng ánh sáng bị triệt tiêu , lúc này L1 là bản nửa sóng ( λ/2 )

TH2 : Ta không triệt tiêu được sóng ánh sáng , cường độ của nó tăng dần khi xoay kính

phân tích , đạt cực đại với góc quay bằng 900 , lúc này L1 là bản một phần tư sóng ( λ/4 )

Ta quay về vị trí O Quay L1 góc 30 0 Cần quay (A) bao nhiêu để thấy chiếu sáng là cực tiểu? Cực tiểu này có bằng 0? Giải thích thí nghiệm trước và kiểm tra một lần nữa tính chất của L 1

TH1 : L1 là bản nửa sóng :

Quay (A) góc 600 để có ánh sáng là cực tiểu , trong trường hợp này , cực tiểu bằng 0

TH2 : L1 là bản một phần tư bước sóng :

Quay (A) 1 góc 300 để có ánh sáng qua (A) là cực tiểu , cực tiểu không bằng 0

Làm lại thí nghiệm trước và giải thích trong trường hợp thay L1 bằng L 2

III TỔNG HỢP VÀ PHÂN TÍCH MỘT NGUỒN SÁNG PHÂN CỰC ELLIPSE

Cho một phân cực ellipse ⃗ E ( x, y ,z ,t)=acos(ωtt −kz) ⃗ex+ bcos (ωtt−kz) ⃗ey Một kính

phân cực P có phương phân cực ⃗u POL trong mặt phẳng xy được chiếu bởi dao động ellipse này Ta ký hiệu ϕ=(⃗u x , ⃗u POL) Biểu diễn sự chiếu sáng thu được ở đầu

ra của kính phân cực ⃗E theo a, b,  (a>b).

Ta có : ⃗ E ( x, y ,z ,t)=acos(ωtt −kz) ⃗ex+ bcos (ωtt−kz) ⃗ey Độ lệch pha α=0 nên đây là

trường hợp đặc biệt phân cực thẳng chứ không phải phân cực ellipse thuần túy

Chiếu lên phương phân cực ⃗u POL thì ở đầu ra của kính phân cực , ta có :

⃗

Era=[ acos(ωtt−kz) cos ϕ+bcos(ωtt−kz)sin ϕ ].⃗uPOL .

Trong trường hợp tổng quát :

⃗

E ( x, y ,z ,t)=acos(ωtt −kz) ⃗ex+ bcos (ωtt−kz−α )⃗ey với α ≠ 0 để đây thật sự là 1 phân cực

ellipse

⃗

Era=[ acos(ωtt−kz) cos ϕ+bcos(ωtt−kz−α )sin ϕ].⃗uPOL .

Xác định tỉ lệ ⃗ Emin/⃗ Emax theo hàm của a và b.

Ta có : ⃗ Emin= b.⃗uPOL

Ta có : ⃗ Era=[ acos(ωtt−kz) cos ϕ+bcos(ωtt−kz−α )sin ϕ].⃗uPOL

- ⃗ Emin= b.⃗uPOL φ=900

- ⃗ Emax= a.⃗uPOL  φ=00

 Sắp xếp thí nghiệm như hình 2

Đặt bản /4 xác định được từ phần trên ở giữa (P) và (A) Quay bản ứng với góc tăngdần 150 từ vị trí O, tiếp theo quay kính phân tích và dùng lux kế để xác định vmin /vmax.Giải thích hiện tượng dựa vào tính chất của sự phân cực của bản /4 Tính toán giá trị lýthuyết của vmin /vmax dựa vào cường độ sáng của ánh sáng phân cực thẳng trước bản bấtđẳng hướng và lập bảng so sánh với giá trị đo được Biện luận kết quả so sánh

 Làm lại thí nghiệm trên với bản /2.

Qua bản /2 , sóng ánh sáng là sóng phân cực thẳng , luôn tồn tại góc quay sao cho sóngánh sáng bị triệt tiêu



vmin

vmax=0

 Khảo sát vmin /vmax theo góc  của bản /2

2.2/ ĐO GÓC LĂNG KÍNH BẰNG PHẢN XẠ KÉP

 1) Dùng đèn hơi natri chiếu vào lăng kính (hình 1) sao cho tia tới có thể chia thành 2 tia,một tia phản xạ trên mặt trái (nhìn từ trên xuống như hình vẽ) và tia kia phản xạ trên mặtphải của lăng kính

3) Xác định sai số tuyệt đối các thước chia độ của giác kế Xác định sai số tuyệt đối toàn phần phép đo A và lý giải các nguồn sai số.

Ta giả sử rằng cách ngắm của kính ngắm cho sai số là 6’

Ta biết rằng đới với giác kế, nếu độ chia nhỏ nhất của nó là a và du xích có n vạch thì

nó có thể đo được là a/n

 Sai số tuyệt đối của giác kế là a/2n

 Ở đây, sai số tuyệt đối là 0030’/ 2.30 = 000’30’, (rất bé)

Chính vì sai số của giác kế rất bé , nên trong sai số toàn phần ta có thể bỏ qua sai sốtuyệt đối trên, và coi như sai số ở đây là do cách ngắm cho sai số là 6’

 Sai số toàn phần của phép đo là ∆ A=6 '

2 ĐO GÓC LĂNG KÍNH BẰNG PHÉP TỰ CHUẨN KÉP

A

KÝnh tù chuÈn ph¶i KÝnh tù chuÈn tr¸i

§¸y

Hình 2

Ta không dùng ống chuẩn trực mà chỉ dùng ống kính tự chuẩn (được chiếu nhờ đèn và bảnbán phản xạ)

4) Tìm A

Ta thấy rằng đối với phương pháp tự chuẩn kép thì 2 kính tự chuẩn sẽ nằm ở vị trícủa 2 pháp tuyến n1 và n2 , bằng tính chất của tứ giác nội tiếp BCDE ta tính được góc đặtgiữa 2 kính tự chuẩn chính là 1800 – A

Bằng việc đo góc Gt, Gp (góc giữa vị trí 00 đến vị trí của 2 kính tự chuẩn) ta được

 1800 – A = Gp – Gt

 A = 1800 – Gp + Gt

3 ĐO CHIẾT SUẤT LĂNG KÍNH BẰNG PHÉP LỆCH TỐI THIỂU

 5) Chiếu lăng kính với tia sáng vàng của đèn hơi natri

M¾t ng êi quan s¸t

§é lÖch tèi thiÓu bªn ph¶i

§é lÖch tèi thiÓu bªn tr¸i

Trên cơ sở tia tới, điều chỉnh trục quay của giác kế và ống kính tự chuẩn sao cho tia sáng ló

ra có một độ lệch tối thiểu so với tia tới về phía phải (hình 3 trên) Thực hiện sự ước chừngbằng phương pháp khứ hồi (aller-retour) Xác định góc hướng Gp của tia ló

Thực hiện tương tự với sự lệch về phía trái (hình 3 dưới) Ta xác định được Gt

§é lÖch tèi thiÓu bªn ph¶i

§é lÖch tèi thiÓu bªn tr¸i

7) Tìm lại công thức liên hệ giữa Dm , n và A Từ đó suy ra phép đo n D

Ta có các hệ thức theo định luật khúc xạ:

sin i=nsin r (1)

sin i’=nsin r’ (2)

A= r+r’ (3)

D= i+i’-A (4)

Lấy vi phân hệ thức (1)(2)(3)và (4) ta có cos i di=ncos r dr

cos i’ di’=ncos r’dr’

D m

-D m

èng chuÈn trùc

èng chuÈn trùc

PhÝa ph¶i

PhÝa tr¸i M¾t ng êi quan s¸t

M¾t ng êi quan s¸t

§é lÖch tèi thiÓu bªn ph¶i

§é lÖch tèi thiÓu bªn tr¸i

A

A

§¸y l¨ng kÝnh

§¸y l¨ng kÝnh

 2 D m

Bây giờ ta tìm một giá trị của I tạo cho góc lệch D ổn định



dD

di =0

 cos 2i cos 2r ' =cos 2i' cos 2r

 (1-sin 2i )(1-sin 2r ' )=(1-sin 2i' )(1-sin 2r )

1/ Khi xác định vị trí cực tiểu bằng mắt trần thì đã có sai số ngầu nhiên

2/ Khi ngắm thì sẽ có sai số tuyệt đối

Nên các trị tuyệt đối có thể bỏ đi

 Chiết suất n có sai số là:

9) Vì sao người ta trong thực tiễn thực hiện phép đo kép, một "trái" và một "phải" ?

Do trong quá trình đo dễ gây sai số ( phụ thuộc vào cảm quang của mắt chung ta), cho nên đo 2 lần để tránh sai số, và tăng độ chính xác của kết quả

4 VẼ ĐUỜNG CONG D(i)

A

KÝnh tù chuÈn èng chuÈn trùc

phẳng tới với kính tự chuẩn (GR1) và cuối cùng giá trị góc của tia đi qua (GT) Lập bảng 3cột giá trị trên và suy ra bảng D(i) mà ta có thể vẽ được đồ thị của nó với A đưọc giả thiết là

đã biết như đã đo phía trên

Chiết suất lăng kính

ĐỒ THỊ TƯƠNG QUAN GIỮA D (i) VÀ i

3.VẬT LÝ II THÍ NGHIỆM SỐ 7 CÁC PHÉP ĐO TIÊU CỰ CƠ BẢN 3.1 Mục đích :

- Trình bày các phép đo tiêu cự của thấu kính mỏng Ta giả sử rằng, ta đã biết tính chất

hội tụ hoặc phân kỳ của thấu kính và cỡ lớn của các tiêu cự xét đến (xem Vật lý II TP số

3.2.1/ Đo bởi phương pháp chuẩn

 3) Vẽ sơ đồ nguyên lý đo và dẫn ra công thức tính tiêu cự thấu kính LC

-Giữ cố định ống chuẩn trục và thấu kính hội tụ

-Ống ngắm được chỉnh trước nhìn rõ 1 khoảng 30-40 cm

-Ngắm mặt phẳng LC bởi 1 vạch viết lông đánh dấu trên thấu kính Lúc này , khoảng cách giữa ống ngắm và thấu kính là D1 = x + fkính ( x là khoảng cách cố định không đổi giữa trục ống ngắm và kính ngắm của ống ngắm )

-Ngắm hình chữ thập trên ống chuẩn trục thông qua LC Lúc này , khoảng cách giữa ống

Ta xem xét hệ quang học như hình vẽ :

Màn

 9) Nếu khoảng cách D là xác định, tiêu cự cực đại của thấu kính là bao nhiêu để có

thể thực hiện được phép đo trên ? Cái đó gợi nhớ một cái gì tương tự ?

 fmax=D4 và dấu « = » xảy ra  d=0  d1=d2

Lúc này ta có phép đo tương tự phương pháp Silbermann , ảnh có độ khuếch đại là -1

 10) Có thể dán một thấu kính phân kỳ lên một thấu kính hội tụ cho trước đề làm

cho nó hội tụ hơn lên không ?

Màn

C¸c thÊu kÝnh d¸n víi nhau

Hình 4

Tiêu cự tổng thể của hệ thấu kính dán như trên ?

Ta có thể dán một thấu kính phân kỳ lên một thấu kính hội tụ Công thức tính tiêu cự tổng thể như sau :

=> Thấu kính hội tụ mới có độ tụ nhỏ hơn thấu kính hội tụ cũ

Vậy không thể dán một thấu kính phân kỳ lên một thấu kính hội tụ cho trước đề làm co nó hội tụ hơn

 11) Thực hiện việc xác định bằng thực nghiệm với phương pháp Bessel tiêu cự thấu kính phân kỳ

3 PHƯƠNG PHÁP SILBERMANN CHO CÁC THẤU KÍNH HỘI TỤ

Ta đặt lần lượt trên bàn quang học nguồn sáng chiếu vật AB, một thấu kính hội tụ LC làm thực hiện ảnh A’B’ của vật trên màn chiếu được đặt tiếp theo sau đó (hình 5) Chỉ có vật là

cố định ở đây

 12) Tồn tại duy nhất một vị trí các mặt phẳng vật và ảnh tương ứng với độ khuếch

đại –1 Chứng minh rằng khoảng cách vật-ảnh lúc đó có giá trị bằng 4f’.

 13) Thực hiện bằng thực nghiệm luận đề trên để xác định tiêu cự của một thấu kính hội tụ.

 14) Sử dụng thị kính micro chia độ của vật và ảnh như thế nào để xác định độ khuếch đại tuyến tính giữa chúng ?