I. Mục đích thí nghiệm
- Xác định bước sóng của nguồn He-Ne thơng qua giao thoa kế Michelson.
a. Mơ phỏng cách bố trí thí nghiệm b. Mơ hình giao thoa
- Một nửa ánh sáng từ M1 truyển qua bộ chia chùm tới màn quan sát và nửa ánh sáng từ M2 bị phản xạ lại bởi bộ chia chùm. Bằng cách này, chùm tia sáng gốc bị chia tách và một phần của tia tới lại gặp nhau. Chùm tia là từ cùng một nguổn và pha của chúng thì tương quan. Nguồn laser HeNe sẽ tạo ra một chấm nhỏ, thế nên sự giao thoa sẽ khó quan sát. Để làm cho nó lớn hơn, ta đưa thêm vào một ống kính giữa nguồn laser và bộ chia chùm. Khi kính được đặt giữa nguồn laser và bộ chia chùm, tia sáng sẽ lan rộng ra. Mơ hình giao thoa gồm những vịng sáng tối sẽ xuất hiện trên màn quan sát như trong hình b. Điều này sẽ làn lan rộng chùm tia và việc quan sát giao thoa sẽ dễ dàng hơn. Tuy nhiên, sự lan rộng này đồng Nghĩa với việc chỉ có tia trung tâm của nguồn là còn truyền đi theo đường thẳng qua giao thoa kế. Các tia còn lại sẽ di chuyển với góc lệch phụ thuộc vào khoảng cách giữa nó và tia trung tâm.
- Vì 2 chùm tia sáng giao thoa bị chia tách từ cùng một chùm ban đầu, chúng cùng pha nhau. Bằng cách di chuyển từ từ M2 một khoảng cách đo được là dm, số lần vòng sáng được phục hồi lại trạng thái ban đầu, bước sóng của ánh sáng (λ) có thể được tính tốn như sau:
(*)
Nếu bước sóng ánh sáng đã biết, ta có thể thực hiện tương tự để đo dm. III. Trình tự thí nghiệm
- Căn chỉnh laser và giao thoa kế để mơ hình giao thoa của các vịng trịn được nhìn thấy rõ trên màn quan sát.
- Điều chỉnh nút vặn micrometer để tay nâng gần như song song với cạnh của bản giao thoa kế. ở vị trí này mối quan hệ giữa việc vặn nút và di chuyển gương là hâu như tuyến tính.
- Vặn nút micrometer một vòng ngược chiều kim đồng hồ. tiếp tục vặn đến khi về 0.
- Che một tờ giấy đen lên màn quan sát, đánh dấu một điểm trên giấy giữa hai vòng sáng. Bạn sẽ thấy dễ dàng hơn trong việc đến số vòng nếu điểm đánh dấu là một trong hai vịng tình từ tâm ra.
- Xoay nút micrometer thật chậm ngược chiều kim đồng hồ. Đếm số vòng đi qua điểm đánh dấu. Tiếp tục cho tới khi một số lượng vòng được mong đợi trước đã đi qua điểm đánh dấu của bạn ( đếm ít nhất 20 vịng). Khi đếm xong, vịng sáng nên ở cùng vị trí với điểm đánh dấu khi bạn bắt đầu đếm.
- Đo dm, khoảng cách mà gương di dộng di chuyển về phía bộ chia chùm sáng khi bạn vặn núm micrometer. Đo m, số vòng sáng đi qua điểm đánh dấu.
- Lặp lại các bước trên ít nhất 4 lần nữa cho một lượt đo tổng cộng 5 lần.
Xử lý kết quả thí nghiệm:
- Từ những số liệu thu được, tính tốn bước sóng của nguồn laser nhờ phương trình (*).
- Tìm giá trị trung bình của λ và so sánh nó với giá trị chấp nhận được của nguồn He-Ne, 632.8 nm. Giá trị trung bình của bạn và giá trị được chấp
nhận có nằm trong khoảng sai số cho phép 10% hay không?
IV. Báo cáo
1. Bảng số liệu
Lần đo
m(vân)
i Lần đo 1 2 3 4 5 GTTB Ta có: Sai số dụng cụ: Δ d c =±0.5 (μm) Sai số ngẫu nhiên: Δ mnn=±1(vân)
Δd =Δ d+ Δd c =0.48+0.5=0.98(μm ) ε d= Δd d = 0 6.98.4 =0.153125≈ 15 % d=d± Δd =6.40 ± 0.98(μm), ε d=15 % Δm=Δ m+ Δ mnn=0+1=1(vân) εm= Δm m = 201 =0.05=5% m=m± Δm=20 ± 1 (vân), ε m=5 % Ta có: λ= 2 md Tính ε λ: ε λ=2 εd + εm =35 % Tính λ: λ= 2 md = 2 × 206.4 =0.64( μm) Tính Δλ : Δλ=ελ × λ ≈ 0.22 ¿) Vậy λ=λ ± Δλ=0.64 ±0.22 ( μm) , ε λ=35%