Xây dựng bộ thí nghiệm tích hợp về giao thoa ánh sáng

0 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH *** MAI VĂN QUANG XÂY DỰNG BỘ THÍ NGHIỆM TÍCH HỢP VỀ GIAO THOA ÁNH SÁNG LUẬN VĂN THẠC SỸ VẬT LÝ Chuyên ngành: Quang học VINH 05/2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH *** MAI VĂN QUANG XÂY DỰNG BỘ THÍ NGHIỆM TÍCH HỢP VỀ GIAO THOA ÁNH SÁNG Chuyên ngành: Quang học Mã số: 60.44.01.09 LUẬN VĂN THẠC SỸ VẬT LÝ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS NGUYỄN HUY BẰNG VINH 05/2016 LỜI CAM ĐOAN Trong luận văn thạc sĩ sử dụng số tài liệu trích dẫn có ghi cụ thể Tơi xây dựng thí nghiệm tích hợp giao thoa ánh sáng thành cơng thân sử dụng thí nghiệm tiến hành đo giá trị thực nghiệm có hình ảnh chứng minh kèm theo Những kết đạt trình làm thí nghiệm nêu bảng 2.1, bảng 2.2, bảng 2.3, bảng 2.4 bảng 2.5 Tôi cam đoan điều hoàn toàn thực, có sai sót tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm LỜI CẢM ƠN Đề tài thực Trường Đại học Vinh hướng dẫn khoa học PGS.TS Nguyễn Huy Bằng giúp đỡ NCS Phan Văn Thuận NCS Lê Cảnh Trung Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới thầy anh định hướng khoa học, liên tục quan tâm, tạo điều kiện thuận lợi suốt trình nghiên cứu tiến hành đề tài Tôi xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo Trường Đại học Vinh, quý thầy cô giáo khoa Vật lí Cơng nghệ, Trung tâm Thực hành – thí nghiệm giúp đỡ, tạo điều kiện cho sử dụng thiết bị, sở vật chất q trình thực hồn thành đề tài nghiên cứu Tơi cảm ơn gia đình tơi, cảm ơn Trường THPT Can Lộc, tạo điều kiện thời gian vật chất q trình tơi học thạc sĩ hồn thành luận văn Trong q trình nghiên cứu trình bày, nỗ lực cố gắng chắn không tránh khỏi nhiều thiếu sót, tơi mong nhận ý kíến đóng góp q thầy bạn đồng nghiệp để hồn thiện kết nghiên cứu Vinh, tháng 04 năm 2016 Mai Văn Quang MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ BẢNG Phần I: MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu đề tài Dự kiến đóng góp Phần II: NỘI DUNG Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC THÍ NGHIỆM GIAO THOA VÀ NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG 1.1 Cơ sở lý thuyết chung 1.2 Giao thoa Young 10 1.3 Nhiễu xạ qua nhiều khe hẹp (cách tử nhiễu xạ) 12 1.4 Giao thoa kế Michelson 15 1.5 Giao thoa kế Mach – Zehnder 19 1.6 Kết luận chương I 20 Chương 2: THIẾT KẾ BỘ THÍ NGHIỆM TÍCH HỢP VỀ GIAO THOA21 2.1 Thiết kế thí nghiệm tích hợp giao thoa ánh sáng 21 2.2 Độ xác sai số thực nghiệm phép đo 22 2.3 Xác định bước sóng laser giao thoa Young 23 2.3.1 Các bước thí nghiệm: 23 2.3.2 Kết xử lý số liệu: 24 2.4 Xác định bước sóng laser Nhiễu xạ qua cách tử 25 2.4.1 Các bước thí nghiệm: 25 2.4.2 Kết xử lý số liệu: 26 2.5 Giao thoa kế Michelson 27 2.5.1 Đo bước sóng 28 2.5.2 Đo chiết suất mỏng: 29 2.6 Đo chiết suất mỏng Giao thoa kế Mach-Zehnder 31 2.7 Ứng dụng thí nghiệm vào dạy học 33 2.8 Thảo luận 33 2.9 Kết luận chương II 35 Phần III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 36 Phần IV TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ BẢNG Hình 1.1 Minh họa lan truyền ánh sáng theo phương OP Hình 1.2 Sự tương tác sóng Hình 1.3 Mơ thí nghiệm giao thoa Yâng Hình 1.4 Phân bố cường độ sáng nhiễu xạ qua khe Hình 1.5 Sơ đồ giao thoa kế Michelson Hình 1.6 Sơ đồ giao thoa kế Michelson đo chiết suất mỏng Hình 1.7 Đường truyền tia sáng qua mỏng Hình 1.8 Sơ đồ giao thoa kế Mach – Zehnder đo chiết suất mỏng Hình 2.1 Tổng quan thí nghiệm tích hợp Hình 2.2 Thí nghiệm giao thoa ng Hình 2.3 Hình ảnh vân giao thoa ng Hình 2.4 Thí nghiệm nhiễu xạ qua cách tử Hình 2.5 Hình ảnh nhiễu xạ qua cách tử Hình 2.6 Thí nghiệm đo bước sóng giao thoa kế Michelson Hình 2.7 Hình ảnh vân giao thoa đo bước sóng giao thoa kế Michelson Hình 2.8 Thí nghiệm đo chiết suất giao thoa kế Michelson Hình 2.9 Hình ảnh vân giao thoa đo chiết suất giao thoa kế Michelson Hình 2.10 Thí nghiệm đo chiết suất giao thoa kế Mach – Zehnder Hình 2.11 Hình ảnh vân giao thoa đo chiết suất giao thoa kế Mach–Zehnder Bảng 2.1 Kết đo giao thoa qua khe Young Bảng 2.2 Kết đo giao thoa qua cách tử Bảng 2.3 Kết đo bước sóng giao thoa kế Michelson Bảng 2.4 Kết đo chiết suất giao thoa kế Michelson Bảng 2.5 Kết đo chiết suất giao thoa kế Mach – Zehnder Bảng 2.6 So sánh thí nghiệm tự chế với thí nghiệm Leybold Phần I MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Ánh sáng đối tượng quan tâm nghiên cứu từ thời xa xưa khơng liên quan trực tiếp tới sống nhân loại mà cịn có nhiều tượng quang, dẫn đến đời lý thuyết vật lý (thuyết lượng tử, thuyết hấp dẫn) Nhưng phải đến đầu kỉ XX, thực có nhìn đắn ánh sáng Quá trình hình thành phát triển quan điểm sóng hạt ánh sáng đấu tranh gay gắt chứa đựng nhiều mâu thuẫn Hiện tại, ánh sáng xem có chất lưỡng tính “sóng - hạt” Tính chất sóng thể qua tượng giao thoa, nhiễu xạ phân cực Giao thoa ánh sáng tượng chứng tỏ trực tiếp chất sóng ánh sáng, nêu giới hạn định luật tính độc lập chùm tia sáng Khi nghiên cứu xạ mà phát hiện tượng giao thoa xạ kết luận xạ có tính chất sóng Hiện tượng nhiễu xạ khẳng định tính chất sóng ánh sáng, nêu giới hạn áp dụng định luật truyền thẳng ánh sáng Hiện tượng phân cực ánh sáng chứng tỏ chất ngang ánh sáng, sóng điện từ sóng ánh sáng sóng ngang Vì lý thời gian nên chương trình vật lý phổ thơng nhóm tượng người ta nghiên cứu tượng giao thoa ánh sáng thí nghiệm khe Young Để giúp em học sinh hiểu rõ tính chất sóng ánh sáng để nâng cao chất lượng đội tuyển học sinh giỏi cấp ngồi thiết bị thí nghiệm giao thoa Young, ta xét thêm thí nghiệm nhiễu xạ qua cách tử, giao thoa kế Michelson, giao thoa kế Mach-Zehnder Ưu điểm thí nghiệm độ xác cao nhược điểm khơng tích hợp nhiều tính thí nghiệm, ngồi cịn khơng trực quan, việc tinh chỉnh phải tinh tế, để vận hành thí nghiệm địi hỏi học sinh phải có kiến thức tương đối chắn có kỹ xảo vận hành thí nghiệm, việc phát triển lực thực nghiệm, rèn luyện kĩ thực hành sử dụng dụng cụ thí nghiệm cho học sinh bị hạn chế Mặt khác thiết bị thí nghiệm tương đối đắt tiền, cồng kềnh, khó vận chuyển triển khai phịng thí nghiệm, điều ảnh hưởng không nhỏ đến chất lượng dạy học trường THPT Để giải khó khăn nói trên, chúng tơi chọn “Xây dựng thí nghiệm tích hợp giao thoa ánh sáng” làm đề tài luận văn tốt nghiệp Ngồi phần mở đầu phần kết luận chung, luận văn trình bày hai chương với nội dung sau: Chương 1: Tổng quan thí nghiệm giao thoa nhiễu xạ ánh sáng - Trong chương này, tơi trình bày khái niệm phương trình dao động sáng, nguyên lý chồng chập, nguyên lý Huyghen – Fresnel, điều kiện để có giao thoa sóng Dựa khái niệm đó, tơi xét giao thoa Young, nhiễu xạ qua nhiều khe hẹp (cách tử nhiễu xạ), giao thoa kế Michelson, giao thoa kế Mach – Zehnder Đây sở cho việc xây dựng thí nghiệm tích hợp giao thoa ánh sáng chương Chương 2: Thiết kế thí nghiệm tích hợp giao thoa ánh sáng Trên sở lý thuyết chương 1, thiết kế thí nghiệm tích hợp giao thoa ánh sáng mặt bàn quang học có kích thước 50x50 (cm2), dựa thí nghiệm tơi tiến hành đo: bước sóng laser giao thoa Young, bước sóng laser Nhiễu xạ qua cách tử, bước sóng giao thoa kế Michelson, chiết suất mỏng giao thoa kế Michelson, chiết suất mỏng giao thoa kế Mach-Zehnder Mục đích nghiên cứu Xây dựng thí nghiệm tích hợp giao thoa ánh sáng với chi phí thấp để: - Đo bước sóng ánh sáng, đo chiết suất mỏng, khảo sát tượng giao thoa ánh sáng - Phát triển kỹ sử dụng, lắp đặt dụng cụ thí nghiệm cho học sinh Nhiệm vụ nghiên cứu đề tài - Sưu tầm sở lý thuyết giao thoa ánh sáng theo bốn phương pháp: Young, nhiễu xạ qua cách tử, Michelson, Mach Zehnder - Tìm hiểu thiết bị thí nghiệm giao thoa ánh sáng loại phương pháp - Thiết kế, lắp ráp thí nghiệm tích hợp giao thoa ánh sáng theo phương pháp - Tiến hành đo đạc, tinh chỉnh, xử lý kết - Nhận xét, kết luận vấn đề nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng Bộ thí nghiệm tích hợp giao thoa ánh sáng - Phạm vi + Lý thuyết giao thoa ánh sáng theo bốn phương pháp: Young, nhiễu xạ qua cách tử, Michelson, Mach Zehnder + Thiết kế, lắp ráp thí nghiệm tích hợp giao thoa ánh sáng theo phương pháp + Ứng dụng thí nghiệm tích hợp giao thoa ánh sáng để đo bước sóng nguồn laser chiết suất mỏng Phương pháp nghiên cứu đề tài - Phương pháp nghiên cứu tài liệu - Phương pháp thực nghiệm - Phương pháp đo đạc, quan sát Dự kiến đóng góp - Xây dựng thí nghiệm tích hợp giao thoa ánh sáng với chi phí thấp để đo bước sóng laser chiết suất mỏng - Việc xây dựng thành công thí nghiệm góp phần khắc phục khó khăn sở vật chất thực hành thí nghiệm trường THPT - Phát lực thực nghiệm cho học sinh nghiên cứu chương sóng ánh sáng vật lý 12 Phần II NỘI DUNG Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC THÍ NGHIỆM GIAO THOA VÀ NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG 1.1 Cơ sở lý thuyết chung - Phương trình dao động sáng Ánh sáng sóng điện từ có phần điện trường biến thiên gây cho mắt ta cảm giác sáng Dao động vector cường độ điện trường gọi dao động sáng Xét phương trình dao động sáng điểm O: e  E0 cos t (1.1.1) Giả sử môi trường không hấp thụ, ánh sáng truyền theo phương từ O đến P mơi trường có chiết suất n Hình 1.1   O P Hình 1.1 Minh họa lan truyền ánh sáng theo phương OP Khi đó, phương trình dao động sáng điểm P với khoảng cách OP = d , là: 2L   e  E0 cos  t     (1.1.2) đó, L  nd hiệu quang trình điểm O P - Nguyên lý chồng chập Khi khơng có hiệu ứng phi tuyến, nguyên lý chồng chập hiểu có hai hay nhiều sóng ánh sáng gặp sóng riêng lẻ không gây nhiễu loạn cho tức chúng truyền cũ Tại điểm gặp nhau, dao động sáng tổng hợp tổng dao động sáng thành phần Nhờ đó, ta tiên đốn hình dạng sóng thơng qua cách cộng sóng 24 - Ta thực phép đo năm vị trí: + Khi khe young vị trí đầu ray, ta đo tổng khoảng cách D1 từ khe tới theo đường truyền tia sáng; đo khoảng vân i1 (mỗi phép đo ta thực lần) Từ đó, theo cơng thức (1.2.3) ta xác định bước sóng: 1  ai1 D1 + Dịch chuyển khe đến vị trí cuối ray, tiếp tục xác định khoảng cách tương tự ta tính giá trị k 2.3.2 Kết xử lý số liệu: Hình 2.3 Hình ảnh vân giao thoa Young Bảng 2.1: Lần TN D (cm) i (mm)  (nm) 124,33±1,67 3,333±0,033 536,154±17,872 119,33±1,67 3,167±0,033 530,797±18,268 114,33±1,33 3,033±0,033 530,569±17,250 109,33±1,67 2,883±0,033 527,394±19,367 104,33±1,33 2,750±0,005 527,173±12,951 25 Trong lần đo: - Sai số tỉ đối:  k (%)  ik a Dk   ik a Dk (2.3.1) - Sai số tuyệt đối:  i a Dk k  k  k  k  k   a Dk  ik    (2.3.2) - Lấy giá trị trung bình k , ta xác định giá trị thực bước sóng ánh sáng tính sai số:  k (2.3.3) k Sai số tuyệt đối:   Sai số tỉ đối:     k (2.3.4) k  (2.3.5)  Như vậy, kết thu λ = 530,417±17,442 (nm); sai số tỉ đối δλ=3,29% 2.4 Xác định bước sóng laser Nhiễu xạ qua cách tử 2.4.1 Các bước thí nghiệm: - Thay khe Young cách tử nhiễu xạ có chu kỳ d = 0,125 mm - Màn - M2 M1 Hình 2.4 Thí nghiệm nhiễu xạ qua cách tử M4 26 Giữ nguyên đường truyền tia sáng thí nghiệm khe young tương tự ta thực phép đo đặt cách tử hai vị trí đầu cuối ray Với đường truyền ánh sáng tính từ cách tử tới đo TN1, ta tiến hành đo khoảng vân i Từ đó, theo cơng thức (1.3.3) ta xác định bước sóng k k  d sin  N Với: d chu kỳ cách tử; sin   (2.4.1) i i  D2 ; N số thứ tự vân tính từ vân trung tâm 2.4.2 Kết xử lý số liệu: Hình 2.5 Hình ảnh nhiễu xạ qua cách tử Bảng 2.2: Lần TN D (cm) i (mm)  (nm) 124,33±1,67 5,283±0,033 531,142±10,452 119,33±1,67 5,083±0,033 532,447±10,908 114,33±1,33 4,867±0,033 532,117±9,798 109,33±1,67 4,633±0,033 529,699±11,864 104,33±1,33 4,417±0,017 529,205±8,783 27 Trong lần đo: - Sai số tỉ đối:  i DD   i D  (2.4.2) Sai số tuyệt đối:   . (2.4.3)     i  ii i  D2  - Lấy giá trị trung bình k , ta xác định giá trị thực bước sóng ánh sáng tính sai số  Sai số tuyệt đối:   Sai số tỉ đối:   k k  k  k (2.4.4) (2.4.5) (2.4.6)  Như vậy, λ = 530,992  10,361(nm); sai số tỉ đối δλ = 1,95% Lưu ý: Đối với hai nghiệm trên, thay khe Young có khoảng cách hai khe cách tử có chu kỳ nhỏ cần khoảng cách đường truyền tia sáng từ khe Young (hoặc cách tử) đến nhỏ Khi đó, ta đơn giản hóa thí nghiệm cách di chuyển đến vị trí gần (P1 P2) 2.5 Giao thoa kế Michelson M3 P3 M2 Hình 2.6 Thí nghiệm đo bước sóng giao thoa kế Michelson M1 28 - Gỡ cách tử nhiễu xạ, di chuyển gương M4 từ vị trí (P2) sang vị trí (P1) - Lắp thêm tách chùm TC1 vị trí (P3) - Điều chỉnh tách chùm gương cho ánh sáng sau qua tách chùm tới phản xạ gương M1, M3 trở lại tách chùm Các phần chùm tổ hợp với để tạo thành chùm sáng truyền tới gương M2 Tại đây, chùm sáng phản xạ hắt lên quan sát - Bộ mở rộng chùm tia đặt gương M4 tách chùm để tăng độ rộng chùm sáng song song - Vi chỉnh gương tách chùm để xảy tượng giao thoa 2.5.1 Đo bước sóng ** Các bước tiến hành: B1 Khi xuất vân giao thoa, ta đánh dấu vị trí tâm nhẹ nhàng điều chỉnh thước Banme theo chiều nhằm di chuyển vị trí gương M1, đồng thời quan sát đếm số lần sáng (hoặc tối) điểm ảnh trung tâm B2 Khi đếm khoảng từ 20 đến 100 vân ngừng vặn thước, đọc thước khoảng dịch chuyển gương M1 ghi lại kết B3 Ta thực lần đo ghi kết vào bảng B4 Sử dụng cơng thức (1.4.1) tính giá trị thực nghiệm i B5 Tính giá trị trung bình bước sóng sau lần đo B6 Kết luận bước sóng sai số tính ** Kết thí nghiệm: Hình 2.7 Hình ảnh vân giao thoa đo bước sóng giao thoa kế Michelson 29 Bảng 2.3: Lần đo Số vân thay N (vân) 20 Độ dài dịch chuyển d ( m) 5,3 Bước sóng  (  m) 0,530 0,009 40 10,2 0,510 0,011 60 16,1 0,537 0,016 80 20,3 0,508 0,013 100 26,1 0,522 0,001 0,521 0,010 TB  (  m) Như vậy, kết thu bước sóng nguồn laser   0,521  0,010 m 2.5.2 Đo chiết suất mỏng: M3 P3 M2 M4 P1 M1 P2 Hình 2.8 Thí nghiệm đo chiết suất giao thoa kế Michelson ** Các bước tiến hành: B1: Khi xuất vân giao thoa, ta đặt mỏng có độ dày T = 1.0 ± 0,001 mm lên chân đế (có thể vi chỉnh góc xoay núm vặn) nằm gương M3 tách chùm cho ánh sáng từ tách chùm truyền tới theo hướng vng góc Đánh dấu vị trí tâm vân giao thoa nhẹ nhàng điều chỉnh cho mỏng xoay theo chiều đồng thời đếm số lần sáng (hoặc tối) điểm ảnh trung tâm 30 B2: Khi đếm khoảng từ 10 đến 18 vân ngừng xoay, đọc giá trị góc mà mỏng xoay ghi lại kết B3: Ta thực lần đo ghi kết vào bảng B4: Sử dụng cơng thức (1.4.7) tính giá trị thực nghiệm ( nk ) B5: Tính giá trị trung bình chiết suất mỏng sau lần đo B6: Kết luận giá trị chiết suất sai số tính ** Kết thí nghiệm: Hình 2.9 Hình ảnh vân giao thoa đo chiết suất giao thoa kế Michelson Bảng 2.4: Lần đo TB Số vân thay N (vân) 10 12 14 16 18 Góc quay mỏng (  ) (độ) 7,1 7,6 8,1 9,5 Chiết suất mỏng n 1,526 1,567 1,591 1,523 1,530 1,547 n 0,021 0,020 0,044 0,024 0,017 0,025 Như vậy, kết giá trị chiết suất mỏng đặt vào thu n  1,547  0,025 31 2.6 Xác định chiết suất mỏng Giao thoa kế Mach-Zehnder - Lắp thêm tách chùm TC2 vị trí p4, điều chỉnh hướng gương tách chùm cho: chùm ánh sáng qua TC1 phân tách truyền tới hai gương M2 M3 Tại đây, chúng bị phản xạ hướng tách chùm TC2 Các phần chùm tổ hợp với để tạo thành chùm sáng truyền tới quan sát M3 TC2 TC1 P3 M1 M2 M4 P1 P2 Hình 2.10 Thí nghiệm đo chiết suất giao thoa kế Mach - Zehnder ** Các bước tiến hành: B1: Khi xuất vân giao thoa, ta đặt mỏng có độ dày T = 1.0 ± 0,001 mm lên chân đế (có thể vi chỉnh góc xoay núm vặn) nằm gương M3 tách chùm cho ánh sáng từ tách chùm truyền tới theo hướng vng góc Đánh dấu vị trí tâm vân giao thoa màn, nhẹ nhàng điều chỉnh cho mỏng xoay theo chiều đồng thời đếm số lần sáng (hoặc tối) điểm ảnh trung tâm B2: Khi đếm khoảng từ 10 đến 18 vân ngừng vặn núm, đọc giá trị góc mà mỏng xoay ghi lại kết 32 B3: Ta thực lần đo ghi kết vào bảng B4: Sử dụng cơng thức (1.5.1) tính giá trị thực nghiệm ( ni ) B5: Tính giá trị trung bình chiết suất mỏng sau lần đo B6: Kết luận bước sóng sai số tính ** Kết thí nghiệm Hình 2.11 Hình ảnh vân giao thoa đo chiết suất giao thoa kế Mach - Zehnder Bảng 2.5: Lần đo Số vân thay N (vân) Góc quay mỏng ( ) (độ) Chiết suất mỏng n n 10 10,3 1,486 0,050 12 10,9 1,540 0,004 14 11,8 1,535 0,001 16 12,4 1,564 0,028 18 13,2 1,556 0,020 1,536 0,021 TB Như vậy, giá trị chiết suất mỏng thu n = 1,536  0,021 33 2.7 Ứng dụng thí nghiệm vào dạy học Tơi hy vọng, việc xây dựng thành cơng thí nghiệm góp phần khắc phục khó khăn sở vật chất thực hành thí nghiệm trường THPT Với tính thí nghiệm sử dụng vào trình dạy học phổ thơng số : giao thoa ánh sáng vật lý 12, thực hành : đo bước sóng ánh sáng phương pháp giao thoa vật lý 12, ngồi thí nghiệm cịn sử dụng để đo chiết suất môi trường khúc xạ ánh sáng vật lý 11 2.8 Thảo luận Như vậy, với thiết bị sẵn có, đơn giản, chúng tơi xây dựng thành cơng “bộ thí nghiệm tích hợp giao thoa ánh sáng” đo bước sóng nguồn phát laser, chiết suất mỏng suốt với sai số tỷ đối 5% Đây sai số hoàn toàn chấp nhận thí nghiệm trường trung học phổ thông Thực tế, sai số chủ yếu thí nghiệm nguyên nhân trình lắp đặt, đo đạc đọc kết quả, sai số nhỏ dụng cụ đo Để tăng thêm độ xác phép đo, ta tăng độ dài đường truyền tia sáng từ khe tới (giao thoa Young); sử dụng thiết bị có khả vi chỉnh góc quay tốt ( thí nghiệm đo chiết suất) Bộ thí nghiệm cần khoảng không gian nhỏ, bàn quang học có kích thước 50x50 (cm2) Tuy nhiên tương lai, ta lựa chọn linh kiện rẻ tiền, gọn nhẹ (bàn nhôm, đế gương tự làm ), thiết kế lại đặt vừa vali nhỏ, di chuyển dễ dàng dùng để trình diễn trước lớp học 34 Ngồi ra, ta kết nối thu với CCD camera để giúp học sinh, sinh viên quan sát hình máy chiếu đọc khoảng vân cách tự động; dùng để kiểm tra độ phằng thiết bị quang học… Bảng 2.6: So sánh thí nghiệm tự chế với thí nghiệm Leybold Nội dung Thiết bị Bốn thí nghiệm riêng lẻ (Hãng Leybold) + nguồn laser He – Ne + gương + tách chùm + thấu kính + chắn + mặt bàn + 10 chân đế + đinh ốc có ren tinh xảo + Thí nghiệm Young: dài cỡ 1,2 mét, nặng cỡ 15kg Kích + Nhiễu xạ qua cách tử: dài cỡ thước, khối lượng 1,2 mét, nặng cỡ 15kg + Giao thoa kế: cỡ 30 x 30 cm + Chỉ sử sử dụng phịng thí nghiệm + Bố trí linh kiện quang Tính khơng linh hoạt sử dụng + Chỉ tiến hành phép đo cố định nhà SX đặt Giá thành Sai số + Giao thoa Young: khoảng 12 triệu đồng + Nhiễu xạ qua cách tử: khoảng 12 triệu đồng + Giao thoa kế Michelson: khoảng 50 triệu đồng + Giao thoa kế Mach-Zehnder: khoảng 50 triệu đồng Tổng: khoảng 124 triệu đồng Xấp xỉ 5% Bộ thí nghiệm tích hợp tự chế + nguồn laser bán dẫn + gương + tách chùm + thấu kính + chắn + mặt bàn + 10 chân đế + ray + giá dịch chuyển với độ phân giải cỡ  m + Kích thước 50x50(cm2), nặng cỡ kg + Sử dụng lớp học phòng thí nghiệm + Các linh kiện quang linh hoạt + Có thể thực nhiều phép đo để phát huy tính sáng tạo học sinh sinh viên Khoảng triệu đồng Xấp xỉ 5% 35 2.9 Kết luận chương II Trên sở lý thuyết chương 1, tơi thiết kế thí nghiệm tích hợp giao thoa ánh sáng mặt bàn quang học có kích thước nhỏ gọn 50x50 (cm2), dễ vận chuyển, tích hợp nhiều thí nghiệm, sử dụng linh hoạt khai thác theo hướng mở, giá thành thấp (chỉ cỡ 7% tổng giá thành hãng Leybold sản xuất), dựa thí nghiệm tơi tiến hành đo: bước sóng laser giao thoa Young, bước sóng laser Nhiễu xạ qua cách tử, bước sóng giao thoa kế Michelson, chiết suất mỏng giao thoa kế Michelson, chiết suất mỏng giao thoa kế Mach-Zehnder với sai số tỷ đối 5% Đây sai số hồn tồn chấp nhận thí nghiệm trường trung học phổ thông 36 Phần III KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Chế tạo đồ dùng dạy học hướng dẫn học sinh cách lắp ráp, xây dựng thí nghiệm nhiệm vụ quan trọng giáo viên vật lý nhằm góp phần nâng cao chất lượng dạy học, rèn luyện đức tính kiên trì, chịu khó niềm đam mê khoa học cho người học Hiện chương trình vật lý phổ thơng nghiên cứu tính chất sóng ánh sáng người ta nghiên cứu tượng giao thoa ánh sáng thí nghiệm khe Young Tuy nhiên, để phát triển lực tư thực hành cho học sinh, giúp em hiểu rõ tính chất sóng ánh sáng để trang bị kiến thức cho đội tuyển học sinh giỏi cấp ta nên đưa vào thí nghiệm phức tạp gồm nhiễu xạ qua nhiều khe hẹp (cách tử nhiễu xạ), giao thoa kế Michelson, giao thoa kế Mach – Zehnder Việc trang bị thí nghiệm đắt tiền giao thoa ánh sáng vấn đề khó khăn trường THPT nên bị bỏ ngỏ Bộ thí nghiệm tích hợp giao thoa có ưu điểm vượt trội như: kích thước nhỏ gọn (50cm x 50cm), dễ vận chuyển nên triển khai phịng học Ngồi việc có chi phí thấp cịn tích hợp tính thí nghiệm giao thoa Young, nhiễu xạ qua cách tử, giao thoa kế Michelson, giao thoa kế Mach-Zehnder nhằm giúp cho học sinh khảo sát tượng giao thoa đo chiết suất mỏng cách dễ dàng Với tính trực quan cao, nguyên lý đơn giản, dễ sử dụng, tự lắp ráp nên phù hợp với việc phát triển lực thực nghiệm, rèn luyện kĩ thực hành cho học sinh trường THPT Tôi hy vọng, việc xây dựng thành cơng thí nghiệm góp phần khắc phục khó khăn sở vật chất thực hành thí nghiệm trường Trên sở kết đạt tơi có số ý kiến đề suất sau: 37 - Trong điều kiện nay, cần xây dựng thí nghiệm tích hợp để phát triển tư sáng tạo học sinh - Cần có kế hoạch trang bị thí nghiệm tích hợp giao thoa ánh sáng cho trường THPT - Giáo viên nên áp dụng thí nghiệm vào q trình giảng dạy để nâng cao chất lượng dạy học 38 Phần IV TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Mai Thị Đắc Khuê, Lê Hoàng Anh Linh Phạm Thị Mai ( 2009), giải mã bí ẩn ánh sáng, Trường Đại học sư phạm TP.HCM [2] Nguyễn Thị Thiếp ( 2004), lịch sử vật lý, Trường Đại học sư phạm TP.HCM [3] E Hecht (1987), Optics (second Edition) Addison Wesley ISBN 0-20111609-X Chapters & [4] H D Young (1992), University Physics 8e Addison-Wesley ISBN 0-20152981-5 Chapter 38 [5] R S Longhurst (1968), Geometrical and Physical Optics, 2nd Edition London: Longmans [6] E R Hoover (1977), Cradle of Greatness: National and World Achievements of Ohio's Western Reserve Cleveland: Shaker Savings Association Zetie, K.P.; Adams, S.F.; Tocknell, R.M "How does a Mach– Zehnder interferometer work" Physics Department, Westminster School, London ... sở cho việc xây dựng thí nghiệm tích hợp giao thoa ánh sáng chương 21 Chương 2: THIẾT KẾ BỘ THÍ NGHIỆM TÍCH HỢP VỀ GIAO THOA ÁNH SÁNG 2.1 Thiết kế thí nghiệm tích hợp giao thoa ánh sáng Màn 50cm... 2: Thiết kế thí nghiệm tích hợp giao thoa ánh sáng Trên sở lý thuyết chương 1, thiết kế thí nghiệm tích hợp giao thoa ánh sáng mặt bàn quang học có kích thước 50x50 (cm2), dựa thí nghiệm tơi tiến... cứu Xây dựng thí nghiệm tích hợp giao thoa ánh sáng với chi phí thấp để: - Đo bước sóng ánh sáng, đo chiết suất mỏng, khảo sát tượng giao thoa ánh sáng - Phát triển kỹ sử dụng, lắp đặt dụng cụ thí