Thí nghiệm này cũng do Niutơn thực hiện đầu tiên. Trên màn ảnh B có khoét một khe hẹp song song với khe A và đặt sao cho khe này nằm ở vị trí của một màu nào đó trong quang phổ nói trên (màu lục chẳng hạn). Chùm sáng màu lục sẽ đi qua kheB. Đằng sau màn chắn
B lại đặt một màn chắn C, song song với màn B. Trên màn C cũng có một khe hẹp, song song với khe B. Bố trí sao cho khe C nằm đúng vị trí màu lục. Chùm sáng ló ra khỏi khe C
coi như hoàn toàn có màu lục. Cho chùm sáng này đi qua một lăng kính thứ hai, rồi chắn chùm tia ló bằng một màn ảnh E.
Trên màn ảnh ta thấy một vạch màu lục.
Như vậy, chùm sáng màu lục sau khi đi qua lăng kính vẫn là một chùm màu lục, tức là nó không bị tán sắc. Ta gọi chùm sáng đó là một chùm sáng đơn sắc.
Làm lại thí nghiệm này với các chùm sáng có màu khác, ta cũng có kết quả như vậy. Vậy, ánh sáng đơn sắc là ánh sáng không bị tán sắc khi đi qua lăng kính. Mỗi ánh sáng đơn sắc có một màu nhất định gọi là một màu đơn sắc.
6.1.3 Tổng hợp ánh sáng trắng
Ở trên, ta đã tách được những chùm sáng đơn sắc khác nhau từ một chùm sáng trắng. Tuy nhiên, liệu có tổng hợp các ánh sáng đơn sắc lại để ánh sáng trắng hay không?
Niutơn cũng đã thực hiện nhiều thí nghiệm về tổng hợp ánh sáng trắng. Dưới đây là một trong các thí nghiệm đó.
Chiếu một chùm sáng trắng qua một lỗ tròn nhỏ nằm trên trục chính của một thấu kính hội tụL sao cho có một ảnh thật, màu trắng. Dùng một lăng kính chắn chùm tia sáng trắng trước điểm hội tụ (tức là trước ảnh thật nói trên).
Chùm sáng sẽ bị tán sắc và cho một dải gồm nhiều màu liên tục. Đặt một thấu kính
O2 sao cho dải màu này nằm ngay trên mặt thấu kính và di chuyển một màn ảnhE sau O2. Ta sẽ tìm được một vị trí của màn mà tại đó ta thấy có một vệt sáng trắng trên màn. Vết sáng trắng này nằm ở vị trí ảnh của mặt lăng kính và là chỗ chồng chập của các chùm sáng đơn sắc khác nhau.
Thí nghiệm này cho phép ta kết luận là: Nếu tổng hợp các ánh sáng đơn sắc khác nhau, ta sẽ được ánh sáng trắng.
Vậy,ánh sáng trắng là tập hợp của vô số các ánh sáng đơn sắc khác nhau có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím.
6.2 Nhiễu xạ ánh sáng 6.2.1 Thí nghiệm
Dùng đèn S chiếu sáng qau một lỗ tròn O, ta thấy ánh sáng bị lệch phương truyền sáng.
6.2.2 Định nghĩa
Nhiễu xạ ánh sáng là hiện tượng ánh sáng không tuân theo định luật truyền thẳng, quan sát được khi ánh sáng truyền qua lỗ nhỏ hoặc gần mép những vật trong suốt hoặc không trong suốt.
6.3 Giao thoa ánh sáng 6.3.1 Thí nghiệm
Một đèn Đ chiếu sáng một khe hẹp S nằm trên một màn chắn M
Ánh sáng của ngọn đèn được lọc qua một kính lọc sắc F (kính đỏ chẳng hạn). S trở thành một khe sáng đơn sắc.Chùm tia sáng đơn sắc lọt qua khe S tiếp tục chiếu sáng hai khe hẹp S1,S2 nằm song song và rất gần nhau trên một màn chắnM12. Hai kheS1,S2 được bố trí song song với kheS.
Đặt mắt sau màn chắn M12 sao cho có thể hứng được đồng thời hai chùm tia sáng lọt qua các khe S1 và S2 vào mắt. Nếu điều tiết mắt để nhìn vào khe S, ta sẽ thấy có một vùng sáng hẹp trong đó xuất hiện những vạch sáng (đỏ) và những vạch tối xen kẽ nhau một cách đều đặn.
Hiện tượng này gọi là hiện tượng giao thoa ánh sáng. Nếu dùng ánh sáng trắng (bỏ kính lọc sắc F đi) ta sẽ thấy có một vạch sáng ở chính giữa, hai bên có những dải màu như ở cầu vồng, tím ở trong, đỏ ở ngoài.
6.3.2 Giải thích
Hiện tượng có những vạch sáng và những vạch tối nằm xen kẽ nhau và nhất là sự xuất hiện của những vạch tối trong vùng hai chùm sáng gặp nhau chỉ có thể giải thích được bằng sự giao thoa của hai sóng: những vạch sáng ứng với những chỗ hai sóng gặp nhau tăng cường lẫn nhau; những vạch tối ứng với những chỗ hai sóng gặp nhau triệt tiêu lẫn nhau. Ta gọi những vạch sáng, vạch tối này là những vân giao thoa.
Nếu thừa nhận ánh sáng có tính chất sóng, ta sẽ giải thích hiện tượng xẩy ra trong thí nghiệm Iâng như sau:
Ánh sáng từ đèn Đ chiếu đến khe S làm cho khe S trở thành một nguồn phát sóng ánh sáng, lan toả về phía hai khe S1 và S2. Khi truyền đến các khe S1 và S2, sóng này sẽ làm cho chúng trở thành hai nguồn sáng khác, phát ra hai sóng ánh sáng, lan toả tiếp về phía sau. Hai chùm sáng này có một phần chồng lên nhau và chúng giao thoa với nhau, cho những vân sáng, vân tối.
Sở dĩ hai sóng này giao thoa được với nhau vì chúng được phát ra từ hai nguồn S1,
S2 thoả mãn các điều kiện của hai nguồn kết hợp ( nguồn sáng kết hợp):
+ Sóng ánh sáng do hai nguồn S1, S2 phát ra có cùng tần số với sóng ánh sáng do nguồn S phát ra.
+ Khoảng cách từ S1, đến S2 đến S hoàn toàn xác định nên dao động của S1 và S2 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
lệch pha với nhau một lượng không đổi.
Nếu dùng ánh sáng trắng thì hệ thống vân giao thoa của các ánh sáng đơn sắc khác nhau sẽ không trùng khít với nhau.
Ở chính giữa, vân sáng của các ánh sáng đơn sắc khác nhau nằm cùng với nhau cho một vân sáng gọi là vân trắng chính giữa. ở hai bên vân trắng chính giữa, các vân sáng của các sóng ánh sáng đơn sắc khác nhau không trùng với nhau nữa. Chúng nằm kề sát bên nhau và cho những quang phổ có màu như ở cầu vồng.
Ta sẽ hiểu rõ hơn cách giải thích này nếu thay kính lọc sắc đỏ F trong thí nghiệm trên bằng cách kính lọc sắc khác (vàng, lục, tím v.v. . . ). Ta sẽ thấy khoảng cách giữa các vân đỏ lớn hơn khoảng cách giữa các vân lục; khoảng cách giữa các vân lục lớn hơn khoảng cách giữa các vân tím v.v. . .
Vậy: Hiện tượng giao thoa ánh sáng là một bằng chứng thực nghiệm quan trọng khẳng định ánh sáng có tính chất sóng.
6.3.3 Bước sóng ánh sáng và màu sắc ánh sáng
Gọi a = S1S2 là khoảng cách giữa hai khe; D = IO là khoảng cách giữa hai khe đến màn E; M là một điểm nằm trên miền giao thoa cách vân trung tâm O một đoạn x. Với
∆M HS1 : →d21 =D2 − x−a 2 2 ∆M HS2 : →d22 =D2 − x+a 2 2
Vậy: d22 −d21 = 2ax. Ta có d1 ≈ d2 ≈ D do đó, hiệu đường đi của sóng ánh sáng ( hiệu quang trình)
δ =d2−d1 = ax
D (6.1)
a. Tọa độ vân sáng: Để M là vân sáng thìδ =kλ, từ (6.1) ta được:
x=kλD
a ; k ∈Z (6.2)
Vân trung tâm khi k= 0; Vân sáng bậc n: thì k =±n
b. Tọa độ vân tối: Để M là vân tối thìδ =
k+ 1 2 λ, từ (6.1) ta được: x= k+1 2 λD a ; k ∈Z (6.3)
Vân tối thứ n: thì k =n−1 hay k =−n
c. Khoảng vân: Là khoảng cách giữa hai vân sáng hoặc hai vân tối liên tiếp
i= λD
a (6.4)
Vậy: tọa độ vân sáng:
x=ki k∈Z (6.5)
Tọa độ vân tối
x= k+ 1 2 i; k ∈Z (6.6)