Hiện tượng nhiễu xạ và Giao thoa

1 HI HI ỆN TƯỢNG GIAO ỆN TƯỢNG GIAO THOA & NHIỄU XẠ ÁNH THOA & NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG SÁNG 2 Nội dung Nội dung HIỆN TƯỢNG GIAO THOA ÁNH SÁNG HIỆN TƯỢNG GIAO THOA ÁNH SÁNG.htm' target='_blank' alt='thí nghiệm về hiện tượng giao thoa ánh sáng' title='thí nghiệm về hiện tượng giao thoa ánh sáng'>HIỆN TƯỢNG GIAO THOA ÁNH SÁNG HIỆN TƯỢNG GIAO THOA ÁNH SÁNG 1. 1. Hiện Hiện tượng tượng giao giao thoa thoa và và điều điều kiện kiện để để có có giao giao thoa thoa ánh ánh sáng sáng 2. 2. Khảo Khảo sát sát sự sự giao giao thoa thoa ánh ánh sáng sáng qua qua khe khe Young Young SỰ NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG SỰ NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG 3. 3. Thí Thí nghiệm nghiệm Fresnel Fresnel về về nhiễu nhiễu xạ xạ ánh ánh sáng sáng 4. 4. Định Định nghĩa nghĩa 5. 5. Nguyên Nguyên lý lý Huyghen Huyghen – – Fresnel Fresnel 6. 6. Nhiễu Nhiễu xạ xạ ánh ánh sáng sáng qua qua khe khe hẹp hẹp ( ( nhiễu nhiễu xạ xạ sóng sóng phẳng phẳng ): ( ): ( Nhiễu Nhiễu xạ xạ Frauhofe Frauhofe ) ) 7. 7. Điều Điều kiện kiện để để có có cực cực đại đại , , cực cực tiểu tiểu nhiễu nhiễu xạ xạ 8. 8. Nhiễu Nhiễu xạ xạ qua qua nhiều nhiều khe khe hẹp hẹp – – cách cách tử tử 3 1.a 1.a Định nghĩa Định nghĩa Là hiện tượng xãy ra khi Là hiện tượng xãy ra khi 2 sóng ánh sáng truyền đến 2 sóng ánh sáng truyền đến một vùng nào đó của không một vùng nào đó của không gian, ở đó tạo ra vùng sáng gian, ở đó tạo ra vùng sáng và tối liên tiếp. và tối liên tiếp. Khoảng Khoảng không gian có giao thoa gọi không gian có giao thoa gọi là trường giao thoa. Nếu đặt là trường giao thoa. Nếu đặt một màng trong trường giao một màng trong trường giao thoa ta sẽ nhận được những thoa ta sẽ nhận được những vạch sáng và tối xen kẽ gọi vạch sáng và tối xen kẽ gọi là vân giao thoa. là vân giao thoa. F F E E S S 4 1.b 1.b Điều kiện để có giao thoa ánh sáng Điều kiện để có giao thoa ánh sáng 2 s 2 s óng ánh sáng (nguồn) phải có cùng tần óng ánh sáng (nguồn) phải có cùng tần số, phương dao động, hiệu pha không thay đổi số, phương dao động, hiệu pha không thay đổi theo thời gian. theo thời gian. Giả sử xét nguồn 1: Giả sử xét nguồn 1: nguồn 2: nguồn 2: Theo 2 dao động Theo 2 dao động Trong đó Trong đó : Hiệu pha : Hiệu pha 1 1 0 1 cos( )x a t ω ϕ = + 2 2 0 2 cos( )x a t ω ϕ = + 1 2 0 cos( )x x x a t ω ϕ = + = + 2 2 1 2 1 2 2 1 2 cos( )a a a a a ϕ ϕ = + + − 2 1 ϕ ϕ − 5 1.b 1.b Điều kiện để có giao thoa ánh sáng Điều kiện để có giao thoa ánh sáng N N ếu: ếu: Cho: Cho: Để đặc trưng tác dụng sóng của sóng ánh sáng, ta Để đặc trưng tác dụng sóng của sóng ánh sáng, ta đưa vào cường độ sóng cơ. đưa vào cường độ sóng cơ. Chọn k=1, cường độ sáng Chọn k=1, cường độ sáng I I ~ a ~ a 2 2 => => I I ~ 4a ~ 4a 1 1 2 2 (Cường độ sóng tỉ lệ bình phương với biên độ của sóng). (Cường độ sóng tỉ lệ bình phương với biên độ của sóng). Như vậy, những điểm nhận 2 sóng có Như vậy, những điểm nhận 2 sóng có I I ~ 4a ~ 4a 1 1 2 2 là là điểm sáng. điểm sáng. 1 1 2 2 1 1 2 2 sin sin cos cos a a tg a a ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ + = + 2 1 2 1 2 cos( ) 1k ϕ ϕ π ϕ ϕ − = ⇒ − = 1 2 a a a= + 1 2 1 2 2 2a a a a a≈ ⇒ ≈ ≈ 6 1.b 1.b Điều kiện để có giao thoa ánh sáng Điều kiện để có giao thoa ánh sáng N N ếu: ếu: mà mà Điểm tối Điểm tối 2 sóng có điều kiện trên gọi là 2 sóng kết 2 sóng có điều kiện trên gọi là 2 sóng kết hợp. hợp. Chú ý: Chú ý: Trong môi trường đẳng hướng, sóng ánh Trong môi trường đẳng hướng, sóng ánh sáng từ S phát ra là sóng cầu, biên độ của sóng sẽ sáng từ S phát ra là sóng cầu, biên độ của sóng sẽ giảm tỉ lệ nghịch với khoảng cách từ nguồn đến giảm tỉ lệ nghịch với khoảng cách từ nguồn đến điểm ta xét. điểm ta xét. 2 1 2 1 (2 1) cos( ) 1k ϕ ϕ π ϕ ϕ − = + ⇒ − = − 1 2 a a a= − 1 2 0a a a≈ ⇒ = 7 1.c 1.c Cách tạo nguồn kết hợp Cách tạo nguồn kết hợp Nguồn sóng biến thiên do dao động của các Nguồn sóng biến thiên do dao động của các nguyên tử, do đó không tìm được sóng kết hợp từ nguyên tử, do đó không tìm được sóng kết hợp từ 2 nguồn sáng. Để có sóng kết hợp, ta tách từ 1 2 nguồn sáng. Để có sóng kết hợp, ta tách từ 1 nguồn sáng thành 2 tia sóng đi theo những quang nguồn sáng thành 2 tia sóng đi theo những quang lộ khác nhau. Sau đó, cho chúng gặp mhau. lộ khác nhau. Sau đó, cho chúng gặp mhau. 8 1.c 1.c Cách tạo nguồn kết hợp Cách tạo nguồn kết hợp  G G ương Fresnel: ương Fresnel: α O O Q Q G G 1 1 O O 1 1 O O 2 2 G G 2 2 E E Maøn chaén 9 1.c 1.c Cách tạo nguồn kết hợp Cách tạo nguồn kết hợp  Lưỡng bán thấu kính Lưỡng bán thấu kính G.Bille: G.Bille:  Lưỡng lăng kính Lưỡng lăng kính Fresnel: Fresnel: S S M M M M S S 10 2.a 2.a Điều kiện cực đại cực tiểu vân giao thoa Điều kiện cực đại cực tiểu vân giao thoa Gi Gi ả sử có 2 nguồn sóng kết hợp S ả sử có 2 nguồn sóng kết hợp S 1 1 và S và S 2 2 Đặt: S Đặt: S 1 1 M = M = l l 1 1 và S và S 1 1 M = M = l l 2 2 (quang lộ) (quang lộ) M nhận 2 sóng: M nhận 2 sóng: 1 1 1 0 2 cos( ) l x a t π ω λ = − 2 2 2 0 2 cos( ) l x a t π ω λ = − [...]... ±2, ) 2 Cho cực tiểu nhiễu xạ λ sin ϕ = (2k + 1) 2a Cho cực đại nhiễu xạ Dao động do 2 tia gây ra khử lẫn nhau Điểm chính giữa chưa chắc là 31 điểm tối 8 Nhiễu xạ qua nhiều khe hẹp – cách tử I N=1 a) N=2 b) 32 8 Nhiễu xạ qua nhiều khe hẹp – cách tử Tổng qt N bất kỳ thì giữa hai cực đại chính kế tiếp có N – 1 cực tiểu phụ và N – 2 cực đại phụ Nhiễu xạ qua nhiều khe hẹp 33 8 Nhiễu xạ qua nhiều khe hẹp... các vật chướng ngại, gây nên các vân sáng và tối trong cả vùng bóng tối hình học được gọi là hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng Các vân sáng, tối xuất hiện khi đó gọi là vân nhiễu xạ 19 5 Ngun lý Huyghen - Fresnel  Bất kỳ điểm nào mà ánh sáng truyền đến đều trở thành nguồn sáng thứ cấp phát ánh sáng về phía trước nó  Biên độ và pha của nguồn thứ cấp là biên độ và pha của nguồn sáng thực gây ra tại vị trí... 1) 28 7 ĐK có cực đại - cực tiểu nhiễu xạ  Đồ thị phân bố cường độ sáng trên màng quan sát theo sinϕ I − λ 2λ − b b λ b sinϕ 2λ b 29 8 Nhiễu xạ qua nhiều khe hẹp – cách tử a Nhiễu xạ qua nhiều khe hẹp: Giả sử có N khe hẹp giống nhau nằm song song nhau trong một mặt phẳng … Dọi lên các khe đó một chùm đơn sắc song song Giả sử chùm sáng gồm các tia kết hợp 30 8 Nhiễu xạ qua nhiều khe hẹp – cách tử Tại... (+) khi n lẻ an (-) khi n chẵn  Vì các dãy nhỏ và gần nhau nên xem như biên độ của một dãy bằng trung bình cộng biên độ của 2 dãy trước và sau nó a1 + a3 a3 + a5 a1 ± an a2 = , a4 = ,a = 2 2 2 25 7 ĐK có cực đại - cực tiểu nhiễu xạ Để tính cường độ sáng theo một phương bất kỳ ta vẻ các mặt phẳng  0,  1,  2… cách nhau λ /2 và vng góc với chùm tia nhiễu xạ Các mặt phẳng này chia mặt phẳng khe thành... máy giao thoa kế e l1 S1 M l2 d S S2 D 16 3 Thí nghiệm Fresnel về nhiễu xạ ánh sáng Cho ánh sáng xuất phát từ S qua 1 lỗ tròn trên màn chắn P, ta sẽ nhận được 1 vệt sáng tròn có đường kính ab trên màn ảnh Q a S c b Q P 17 3 Thí nghiệm Fresnel về nhiễu xạ ánh sáng Nếu thu kích thước của lỗ trên P thì vệt sáng ab cũng thu nhỏ lại Thí nghiệm chứng tỏ, khi kích thước của lỗ tròn rất nhỏ, ta thấy xuất hiện. .. vân khác 22 6 Nhiễu xạ ánh sáng qua khe hẹp  Áp dụng ngun lý Huyghen: Chọn mặt phẳng khe làm mặt phẳng   Chọn nguồn phát sóng thứ cấp: Dựng những mặt phẳng  0,  1,  2, …  n song song và cách đều nhau 1 λ khoảng = 2 bắt đầu từ mặt trên của khe ( λ là bước sóng ánh sáng đơn sắc ta sử dụng), các mặt phẳng vng góc chùm tia nhiễu xạ, mỗi dãy được coi như nguồn sáng thứ cấp 23 6 Nhiễu xạ ánh sáng qua... – 2 cực đại phụ Nhiễu xạ qua nhiều khe hẹp 33 8 Nhiễu xạ qua nhiều khe hẹp – cách tử b.Cách tử nhiễu xạ: Định nghĩa: Tập hợp một số lớn những khe rất hẹp giống nhau, song song cách đều nhau và nằm trong cùng một mặt phẳng được gọi là cách tử nhiễu xạ 1 Số khe trên 1 đơn vị chiều dài n = d d Cách tử nhiễu xạ 34 35 ... vân giao thoa L2 − L1 = l2 − [(e1 − e)1 + en] = l2 − l1 − (n − 1)e L2 − L1 = k λ ⇒ l2 − l1 − (n − 1)e = k λ xmax d − (n − 1)e = k λ D kλ D eD xmax = d + (n − 1) d Chứng tỏ vân sáng mới O1(k = 0) sẽ nằm cách vân sáng cũ O một khoảng: eD x0 = (n − 1) d 15 2.c Sự dịch chuyển hệ vân giao thoa - Vì n > 1 nên x0 > 0 nghĩa là vân sáng giữa O1 bây giờ sẽ dịch chuyển về phía có đặt bản thủy tinh mỏng - Hiện tượng. .. + l1 2 2 Thơng thường: D ? d ⇒ l2 + l1 ≈ 2 D xd l2 − l1 = D 12 2.b Độ rộng của vân giao thoa Vậy các cực đại giao thoa sẽ nằm cách điểm giữa O một khoảng Xmax thỏa mãn điều kiện: xmax d kλ D l2 − l1 = k λ = xmax = D d λ xmin d Cực tiểu: (2k + 1) = 2 D xmin (2k + 1)λ D = 2d k = 0, ±1, ±2, 13 2.b Độ rộng của vân giao thoa i = xmax (k + 1) − xmax (k ) λ D kλ D = (k + 1) d λD ⇒i= d − d M l1 S1 l2 d S... rộng của 1 dãi λ λ ϕ d λ 2 d sin ϕ = 2 ;d = 2sin ϕ Gọi n là số dãi trên khe n= a a.2sinϕ = d λ 26 7 ĐK có cực đại - cực tiểu nhiễu xạ  Nếu khe chứa 1 số chẳn dãi (n = 2k) a.2sinϕ kλ n= = 2k → sinϕ = λ a k = ±1, ±2 (loại k = 0) Điểm M sẽ tối 27 7 ĐK có cực đại - cực tiểu nhiễu xạ  Nếu khe chứa 1 số lẻ dãi (n = 2k +1) thì dao động sóng do từng dãi kế tiếp gây ra tại M sẽ khử lẫn nhau, còn dao động sóng . TƯỢNG GIAO ỆN TƯỢNG GIAO THOA & NHIỄU XẠ ÁNH THOA & NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG SÁNG 2 Nội dung Nội dung HIỆN TƯỢNG GIAO THOA ÁNH SÁNG HIỆN TƯỢNG GIAO THOA. 1. Hiện Hiện tượng tượng giao giao thoa thoa và và điều điều kiện kiện để để có có giao giao thoa thoa ánh ánh sáng sáng 2. 2. Khảo Khảo sát sát sự sự giao