Thí nghiệm vật lý Bài KHẢO SÁT HIỆN TƯỢNG GIAO THOA ÁNH SÁNG I MỤC ĐÍCH - Khảo sát tượng giao thoa ánh sáng cho vân tròn Newton (vân độ dày) - Xác định bước sóng ánh sáng đơn sắc nguồn sáng II CƠ SỞ LÝ THUYẾT Định nghĩa: Hiện tượng giao thoa ánh sáng tượng gặp hai hay nhiều sóng ánh sáng, kết trường giao thoa xuất vân sáng vân tối xen kẽ Điều kiện để xảy tượng giao thoa: sóng ánh sáng phải sóng kết hợp (những sóng có tần số hiệu pha khơng đổi theo thời gian) Nguyên tắc tạo hai sóng ánh sáng kết hợp: từ sóng tách thành hai sóng riêng biệt (ví dụ: khe Young, gương Fresnel, lưỡng lăng kính Fresnel, bán thấu kính Billet, gương Lloyd ) Điều kiện cực đại, cực tiểu giao thoa: Điều kiện cực đại giao thoa hai dao động sáng pha với nhau: ∆ϕ = ϕ1 − ϕ = 2kπ hay hiệu quang lộ: ∆L = L1 − L2 = kλ với k = 0,±1,±2 (1) Điều kiện cực tiểu giao thoa hai dao động sáng ngược pha với nhau: ∆ϕ = ϕ1 − ϕ = (2k + 1)π λ hay hiệu quang lộ: ∆L = L1 − L2 = (2k + 1) với k = 0,±1,±2 (2) Những máy đo dựa vào tượng giao thoa ánh sáng gọi Giao thoa kế Nhờ giao thoa kế phát độ biến thiên chừng vài phần trăm bước sóng Vì giao thoa kế máy đo xác phép đo phương pháp giao thoa ánh sáng phép đo xác Giao thoa kế có nhiều kiểu khác tuỳ theo công dụng máy, ví dụ đo độ dài vật với độ xác cao (10-8m đến 10-9m), xác định chiết suất môi trường suốt, kiểm tra phẩm chất bề mặt quang học (chính xác đến 1/50 λ ), đo độ biến thiên nhỏ chiều dày, xác định xác góc bé mặt phẳng đo bước sóng ánh sáng… Nguyên lý hoạt động tất loại giao thoa kế giống nhau: chùm sáng đơn sắc phân làm hai chùm riêng biệt nhau, truyền theo hai đường khác nhau, sau lại gặp cho hình ảnh giao thoa Nguyên tắc áp dụng giao thoa kế Rayleigh, Michelson, Linhit, giao thoa kế Mach-Zehnder dùng chuyển mạch quang… Như giao thoa kế khác cách tạo sóng kết hợp mục đích cơng việc Sau ta khảo sát giao thoa kế Michelson giao thoa cho hệ vân tròn Newton, dùng hai giao thoa để đo bước sóng ánh sáng Trong thiên nhiên, ánh sáng giao thoa mà khơng cần bố trí nguồn sáng điểm hay khe hẹp Ví dụ trường hợp giao thoa mỏng chiếu sáng ánh sáng mặt trời đèn kích thước lớn (các nguồn sáng rộng), giao thoa tạo nên tia phản xạ hai mặt mỏng Trong trường hợp cần lưu ý kết luận thí nghiệm Lloyd: Khi phản xạ mơi trường chiết quang môi trường ánh sáng tới, pha dao động ánh sáng thay đổi lượng π , điều tương đương với việc coi quang lộ tia phản xạ λ dài thêm đoạn Thí nghiệm vật lý Một tuợng điển hình giao thoa cho hệ vân tròn Newton Hệ cho vân tròn Newton gồm thấu kính phẳng - lồi đặt tiếp xúc với thủy tinh phẳng (hình 2) Lớp khơng khí thấu kính thủy tinh mỏng có bề dày thay đổi Chiếu chùm tia sáng đơn sắc song song vng góc với thủy tinh Các tia sáng phản xạ mặt mặt mỏng giao thoa với nhau, tạo thành vân giao thoa có độ dày, định xứ mặt cong thấu kính phẳng- lồi Hệ vân sáng vân tối có hình tròn đồng tâm nằm xen kẽ nhau, gọi hệ vân tròn Newton Trong trường hợp này, hiệu quang lộ tia sáng phản xạ hai mặt nêm khơng khí vị trí ứng với độ dày dk bằng: λ ∆L = L2 − L1 = 2d + (3) Đại lượng λ / xuất ánh sáng Hình truyền qua lớp nêm khơng khí tới mặt thủy tinh phẳng P bị phản xạ mặt này, phản xạ môi trường chiết quang mơi trường ánh sáng tới khơng khí λ Khi ∆L = (2k + 1) , với k = 0,1, 2, ta có cực tiểu giao thoa ứng với độ dày : λ dk = k (4) (6) Gọi R bán kính mặt lồi thấu kính L Vì dk