CHƯƠNG 3_Giao thoa

CHƯƠNG 3: SỰ GIAO THOA ÁNH SÁNG(có thi) 3.1 Bản chất điện từ ánh sáng 3.1.1 Bản chất điện từ ánh sáng x O y Sóng điện từ Ánh sáng lan truyền dạng sóng Sóng ánh sáng có đặc trưng sau: x Dao động ánh sáng a  Biên độ sáng (a) r c O λ -a Dao động sóng ánh sáng z  Cường độ sáng (I = a2)  Chu kỳ dao động sáng (T)  Tần số sóng =1/T  Tần số góc  = 2/T  Bước sóng ánh sáng =cT 3.1.2 Phương trình sóng ánh sáng Xét ánh sáng phẳng đơn sắc truyền theo phương y với vận tốc v mơi trường có chiết suất n Giả sử O phương trình dao động sáng là: x(O) = Acost  phương trình dao động sóng M cách O đoạn d: � L �  thời gian truyền từ OM x(M)  Acos  t     Acos �t  � � c � L = c. quang lộ đoạn OM 2 L � 2L � � �  Acos �t  � Acos �t  � = c.T bước sóng ánh sáng T c�  � � � Nếu ánh sáng truyền theo chiều ngược lại:  = - 2L/ pha ban đầu 2L 2L x  a cos (t  )  a cos(t  )  a cos(t  ) c.T  3.1.3 Cường độ sáng Cường độ sáng điểm đại lượng có trị số lượng truyền qua đơn vị diện tích đặt vng góc với phương truyền sáng đơn vị thời gian (I ~ a2) 3.2 Nguyên lý chồng chất Khi hai hay nhiều sóng ánh sáng gặp sóng riêng biệt khơng bị sóng khác làm nhiễu loạn Sau gặp nhau, sóng truyền cũ, cịn lại điểm gặp nhau, dao động sáng tổng dao động sáng thành phần ur uu r uur uur n uu r E  E1  E   E n  �E i i 1 3.2.1 Hiện tượng giao thoa ánh sáng Điều kiện để có tượng giao thoa: Các ánh sáng chồng chất phải sóng ánh sáng kết hợp (ánh sáng kết hợp sóng ánh sáng có phương dao động, tần số có độ lệch pha khơng đổi theo thời gian) Giao thoa ánh sáng chồng chất hay nhiều sóng ánh sáng truyền không gian Kết tạo không gian miền sáng tốt cách tuần hoàn đặn Các miền sáng (do dao động sáng mạnh) miền tối (do dao động sáng yếu) gọi vân giao thoa 3.2.1.2 Tổng hợp hai dao động tần số, phương Giả sử hai dao động ánh sáng tần số phương x1 = a1cos(t +  1) x2 = a2cos (t +  2) Chồng lên điểm M khơng gian (a1, a2 biên độ dao động, 1 2 pha ban đầu chúng) Dao động tổng hợp dao động sin có tần số x = acos(t + ) Biên độ a pha ban đầu  xác định công thức : 3.2.2 Hiện tượng giao thoa Dao động kết hợp không kết hợp Do cường độ tỉ lệ với bình phương biên độ viết cho cường độ sau: (3.1) Trong thực tế máy thu ánh sáng (kể mắt) ghi nhận giá trị trung bình cường độ thời gian quan sát t Lấy trung bình biểu thức (3.1) theo t (3.2) I I1  I  I1I cos(   ) Theo định nghĩa giá trị trung bình: t cos(   )  cos(   )dt t0 t I I1  I  I1I cos(   )dt t0 (3.3) Ta xét hai trường hợp đặc biệt sau đây: a) ( –  2) = số I I1  I  I1 I cos(   ) I1  I Cường độ tổng hợp không tổng cường độ dao động thành phần mà lớn hay bé tổng tùy thuộc vào hiệu số pha ban đầu (1– 2) chúng Xảy tượng giao thoa Khảo sát tượng giao thoa ánh sáng gây khe Young � � E  E cos t 1P 01 � � E1  E 01cost � � � �� � E  E 02 cost � � � E 2P  E 02 cos � t � � � 2 � L1 �  � 2 � L2 �  �   1  2  2  L1  L   - Nếu  = 2k  L = L1 – L2 = k (k = 0, ±1, ±2,…)  P vân sáng - Nếu  = (2k + 1)  L = L1 – L2 = (2k + 1)/2  P vân tối L  L1  L  r1  r2  S2 H � � y ��  d sin  �dtg  d D � � Khoảng vân i: Tại P vân sáng: Tại P vân tối: D i d L  d y D  k � y s  k D d L   2k  1  D � y t   2k  1 2d 3.3.3 Giao thoa ánh sáng với gương Fresnel + Hai gương phẳng G1, G2 nghiêng với góc  nhỏ, nguồn sáng S đặt trước gương  ảnh S1, S2: nguồn kết hợp Ánh sáng từ hai nguồn ảo gặp trước gương giao thoa Đặt E (// S1S2) quan sát trường giao thoa để quan sát vân giao thoa + Hình ảnh giao thoa (ánh sáng đơn sắc): hệ vân giao thoa đường thẳng song song sáng tối xen kẽ (vân trung tâm O) Đặt Q ngăn ánh sáng trực tiếp từ nguồn S tới Khoảng vân:   d  D (D IO) i 2r ... gương giao thoa Đặt E (// S1S2) quan sát trường giao thoa để quan sát vân giao thoa + Hình ảnh giao thoa (ánh sáng đơn sắc): hệ vân giao thoa đường thẳng song song sáng tối xen kẽ (vân trung... dao động thành phần, tức không xảy tượng giao thoa Các dao động dao động khơng kết hợp Tóm lại, muốn quan sát tượng giao thoa ánh sáng sóng giao thoa với phải sóng kết hợp dao động chúng phải... đại, cực tiểu giao thoa ánh sáng Gọi M điểm E mà hai sóng ánh sáng chồng chất lên M t L1 S1 x1  a1 cos 2(  ) x T  t L2 x  a cos 2(  ) T  O S2 Cực đại, cực tiểu giao thoa x(M,t) dao động