Bài giải vật lya đại cương phần quang

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN co ng c om KHOA: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN th an BÀI GIẢI THAM KHẢO [04/01/2018] cu u du o ng MÔN VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG PHẦN: QUANG Lâm Cương Đạt CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài giải tham khảo Các tập tài liệu trích từ sách Vật Lý Đại Cương tác giả Nguyễn Thành Vấn Dương Hiếu Đẩu CHƯƠNG 8.1) Một chùm sáng song song có λ  0.6μm tới đập vào màng xà phòng phẳng (n = 1.3) góc tới i = 30o Hỏi bề dày nhỏ màng xà phòng phải để ánh sáng phản chiếu giao thoa có: a) Cường độ cực tiểu b) Cường độ cực đại λ c om Ta có hiệu quang lộ: L1  L  2d n  sin i  λ ánh sáng phản xạ không khí màng xà phịng (hai mơi trường có chiết suất chênh lệch n kk  n ) ng Có số hạng  λ λ λ  d  0.25μm 2 n  sin i th Chọn k =  2d n  sin i  λ an co a) Để ánh sáng phản chiếu giao thoa có cường độ cực tiểu: L1  L   2k  1 ng b) Để ánh sáng phản chiếu giao thoa có cường độ cực đại: L1  L2  kλ λ λ 0d   0.125μm 2 n  sin i du o Chọn k =  2d n  sin i  cu u 8.2) Trên thủy tinh phẳng (bề dày không đổi n = 1.5) ta phủ màng mỏng chất có chiết suất n1 = 1.2 Do tượng giao thoa tia sáng phản chiếu có cường độ cực tiểu Xác định bề dày nhỏ màng mỏng Biết chùm sáng tới song song với thẳng góc với mặt ( i = 0o ) có bước sóng λ  0.6μm Do n kk  n1  n , ta có hiệu quang lộ: L1  L  2d n12  sin i Vì ánh sáng giao thoa có cường độ cực tiểu nên: L1  L   2k  1 Chọn k =  2d n12  sin i  λ λ λ d  0.125μm 4n1 VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG ( QUANG) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài giải tham khảo 8.3) Chiếu ánh sáng đơn sắc thẳng góc với mặt nêm thủy tinh, góc nghiêng mặt nêm 2’ Chiết suất nêm 1.55 Hãy xác định bước sóng ánh sáng khoảng cách hai vân tối liên tiếp 0.3mm Ta có hiệu quang lộ: L1  L  2d n  sin i  λ λ c om Ở điểm có độ cao d, để vân tối thì: L1  L   2k  1 Gọi l khoảng cách hai vân tối liên tiếp: λ  k 11 k 1  λ l   d k 1  d k     tan α tan α  2n 2n  2n tan α ng  λ  2ln  tan α  0.541μm an co 8.4) Khoảng cách vân tối thứ hai vân tối thứ hệ thống vân Newton l0 = 1mm Xác định khoảng cách vân tối thứ thứ 10    l0 , r10  r9  Rλ   10   l r10  r9 l 10  10  10     l l0   0.39mm r2  r1 l0 1 1 1 du o   ng Ta có: r2  r1  Rλ th Ta có bán kính vân tối thứ k là: rk  Rλk cu u 8.5) Một thấu kính đặt thủy tinh, có hạt bụi dày nằm thấu kính thủy tinh nên chúng không tiếp xúc với Đường kính vân tối thứ thứ 15 0.7mm 1.7mm Bước sóng ánh sáng tới λ  0.589μm Hãy tìm bán kính cong thấu kính Gọi D đường kính hạt bụi, ta có hiệu quang lộ: L1  L  2d n  sin i  Độ dày d ứng với vân tối là: d k  k λ λ  λ  Bán kính vân tối thứ k: rk2  2R  d k  D   rk2  2R  k  D    VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG ( QUANG) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài giải tham khảo   0.7 3  6  10      0.589 10  R  2RD   Giải hệ phương trình:   1.7 3  6  10   15  0.589 10  R  2RD   R 60  0.102m 589 c om 8.6) Một thấu kính có mặt phẳng mặt lồi, với mặt cầu có bán kính cong R = 12.5m, đặt thủy tinh phẳng Đỉnh mặt cầu không tiếp xúc với thủy tinh có hạt bụi Người ta đo đường kính vân trịn tối Newton thứ 10 15 ánh sáng phảng chiếu D1 = 10mm D2 = 15mm Xác định bước sóng ánh sáng dùng thí nghiệm λ an Độ dày d ứng với vân tối là: d k  k λ co ng Gọi D đường kính hạt bụi, ta có hiệu quang lộ: L1  L  2d n  sin i  ng th  λ  Bán kính vân tối thứ k: rk2  2R  d k  D   rk2  2R  k  D    cu u du o   D1 2     10R  λ   2R  D     λ  0.5μm  Giải hệ phương trình:   D  1.5μm  D     15R  λ   2R  D  VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG ( QUANG) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài giải tham khảo CHƯƠNG 9.1) Tính bán kính đới cầu Fresnel trường hợp sóng phẳng Biết khoảng cách từ mặt sóng đến điểm quan sát b = 1m, bước sóng ánh sáng dùng thí nghiệm λ  0.5μm Ta có, sóng cầu, R khoảng cách từ nguồn O phát sóng đến điểm M (OM + b =OB, B điểm quan sát) Bán kính đới cầu thứ k là: rk  Rbλ k Rb Thay k = 1, 2, 3, 4, ta có bán kính tương ứng: r1  0.71mm r3  1.23mm r2  1mm r4  1.42mm r5  1.59mm c om Do sóng phẳng, khơng phải sóng cầu nên R    rk  bλk cu u du o ng th an co ng 9.2) Một nguồn sáng điểm chiếu ánh sáng đơn sắc bước sóng λ  0.5μm vào lỗ trịn bán kính 1mm Khoảng cách từ nguồn sáng tới lỗ tròn R = 1m Tìm khoảng cách từ lỗ trịn đến điểm quan sát để lỗ tròn chứa ba đới Fresnel Để lỗ trịn đới cầu Fresnel mặt cầu Σ phải tựa vào lỗ hình, bán kính lỗ trịn lúc bán kính đới cầu thứ r3  Rbλ   b  2m Rb VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG ( QUANG) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài giải tham khảo 9.3) Chiếu ánh sáng đơn sắc bước sóng λ  0.5μm vào lỗ trịn bán kính chưa biết Nguồn sáng điểm đặt cách lỗ tròn R = 2m Sau lỗ trịn b = 2m có đặt quan sát Hỏi bán kính lỗ trịn phải để tâm hình nhiễu xạ tối Theo nguyên lý Huyghen đới cầu nguồn thứ cấp gửi dao động sáng đến quan sát, hai đới cầu cạnh ngược pha nên ánh sáng chúng gửi tới bị giảm đáng kể (gần triệt tiêu không triệt tiêu ak > ak+1 với a cường độ sáng) Vậy lỗ trịn chứa số chẵn đới cầu quan sát thấy tối (do có chênh lệch cường độ sáng cặp đới cầu ) Vậy để không bị chênh lệch cường độ sáng ảnh hướng tốt nhất, lỗ tròn nên chứa đới cầu để quan sát thấy tối .c om Vậy toàn trở thành toán câu 9.2), nhiên lỗ trịn lúc chứa đới cầu Bán kính lỗ trịn lúc bán kính đới cầu thứ (do lỗ chứa đới cầu) Rbλ   0.5 106   1103 m  1mm Rb 22 ng r  r2  th an co 9.4) Một ảnh đặt cách nguồn sáng điểm đơn sắc λ  0.5μm khoảng 2m Chính khoảng có đặt lỗ trịn đường kính 0.2cm Hỏi hình nhiễu xạ ảnh có tâm sáng hay tối R = b = : =1m ng Ta có bán kính lỗ trịn bán kính đới cầu thứ k tựa lên d Rbλ d2 R  b  rk  k k 4 Rb Rbλ du o r cu u Vậy số đới cầu mà lỗ tròn chứa k = 4, số chẵn nên quan sát thấy tối 9.6) Một chùm tia sáng đơn sắc song song có bước sóng λ  0.589μm chiếu thẳng góc lên khe hẹp có độ rộng b  2μm Hỏi: a) Có thể quan sát tối đa cực đại? b) Những cực tiểu nhiễu xạ quan sát góc nhiễu xạ so với phương ban đầu 2b sin φ  2k  , với φ góc hợp phương λ xét với đường thẳng vng góc với quan sát Để điểm M quan sát sáng thì: VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG ( QUANG) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài giải tham khảo  sin φ   2k  1 λ λ , mà 1  sin φ   1   2k  1   3.89  k  2.89 2b 2b Vậy k  3, 2,1,2 Không nhận giá trị k = -1, xem thêm lý thuyết Vậy với giá trị k ứng với giá trị φ , thêm cực đại với φ = ta quan sát cực đại 2b sin φ kλ  2k  sin φ  λ b kλ   3.39  k  3.39 b 1  sin φ   1  Ta nhận giá trị k  3, 2, 1, không nhận giá trị k = ng k  1  φ1  17 o8' c om b) Để điểm M tối co k  2  φ  36o 5' an k  3  φ3  62o ' th 9.9) Tìm góc nhiễu xạ ứng với cực tiểu nhiễu xạ nẳm hai bên cực đại nhiễu xạ Fraunhofer qua khe hẹp ( bề rộng b  10μm ), biết chùm tia sáng đập vào khe với cu u du o ng góc tới φ i  30o bước sóng ánh sáng λ  0.5μm Vì tia sáng khơng đập vng góc tới khen nên lúc này, ta xem như, tia sáng khe “có bề rộng” b '  b cos φi Các góc φ bình thường góc hợp phương xét với đường vng góc với góc hợp phương tia sáng (nghiêng góc φ i  30o ) với phương xét Ứng với hai cực tiểu nhiễu xạ cạnh cực đại λ k  1  sin φ    φ  3o18' b' VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG ( QUANG) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài giải tham khảo Như giải thích trên, góc φ góc hợp với phương tia sáng Vậy xét theo phương ngang ( vng góc với ) góc có giá trị là: φ1,2  φi  φ  30o  3o18'  φ  33o18'  o φ  26 41' 9.10) Một chùm tia sáng phát từ ống phóng điện chứa đầy khí Hydro đến đập vng góc với cách tử nhiễu xạ Theo phương θ  41o , người ta thấy có hai vạch λ1  0.6563μm c om λ  0.4102μm ứng với bậc quang phổ nhỏ trùng Xác định chu kỳ cách tử ( d ) Vị trí cực đại ánh sáng đơn sắc xác định bới công thức: λ Theo phương θ  41o có hai vạch sáng λ1 λ ứng với hai bậc quang phổ d d   k1  sin θ λ k λ k       nhỏ trùng nên ta suy ra:  k λ1 k  k  sin θ d  λ2 th ng k1λ1 k λ   5μm sin θ sin θ cu u du o  d an co ng sin φ  k VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG ( QUANG) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt cu u du o ng th an co ng c om Bài giải tham khảo VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG ( QUANG) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ... d an co ng sin φ  k VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG ( QUANG) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt cu u du o ng th an co ng c om Bài giải tham khảo VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG ( QUANG) CuuDuongThanCong.com... tiểu nhiễu xạ cạnh cực đại λ k  1  sin φ    φ  3o18' b' VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG ( QUANG) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài giải tham khảo Như giải thích trên, góc φ góc...   D  1.5μm  D     15R  λ   2R  D  VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG ( QUANG) CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bài giải tham khảo CHƯƠNG 9.1) Tính bán kính đới cầu Fresnel