Bàl 58. Tổng kết chương III: Quang học

Bài 4: QUANG HỌC
Giảng viên: Đàm Thị Tố Giang
Hà nội, tháng 4 năm 2011
I. Mục đích, yêu cầu
II. Nội dung
4.1. Cơ sở quang hình học
4.2. Cơ sở quang học sóng
4.3. Hiện tượng giao thoa hai sóng kết hợp
Trọng tâm: Hai định luật Đêcac; Hiện tượng giao thoa của hai sóng kết hợp.
III. Thời gian
IV. Phương pháp
4.1. Cơ sở quang hình học
4.1.1. Các định luật cơ bản của quang hình học
a) Định luật về sự truyền thẳng của ánh sáng
Trong một môi trường trong suốt, đồng tính và đẳng hướng ánh sáng truyền theo đường thẳng.
b) Định luật về tác dụng độc lập của các tia sáng
Tác dụng của các chùm sáng khác nhau thì độc lập với nhau.
1
i2
i1
i’1
S
N
S’
R
I
c) Hai định luật của Đêcac
- Định luật Đêcac thứ nhất:
Tia phản xạ nằm trong mặt phẳng tới; góc phản xạ bằng góc tới
- Định luật Đêcac thứ hai:
Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới, ở bên kia pháp tuyến so với tia tới ;
Tỉ số giữa sin góc tới và sin góc khúc xạ là một số không đổi.


d) Chiết suất tỉ đối và chiết suất tuyệt đối
- Chiết suất tỉ đối
- Chiết suất tuyệt đối
Chiết suất tuyệt đối của môi trường là chiết suất tỉ đối của môi trường đó đối với chân không.
luôn có n > 1
- Liên hệ giữa chiết suất tuyệt đối và chiết suất tỉ đối
e) Hiện tượng phản xạ toàn phần
Nếu i1>igh thì không còn tia khúc xạ.
Tia sáng đi từ môi trường1 sang môi trường2 (n1>n2)
S
I
J
Điều kiện để có phản xạ toàn phần:
+ ánh sáng phải truyền từ môi trường có chiết suất lớn hơn sang môi trường có chiết suất bé hơn.
+ Góc tới phải lớn hơn góc giới hạn: i > igh
Lõi thuỷ tinh
d
L
d= v.t
L= c.t = n.d
a) Quang lộ
A
B
Môi trường c/s n
Định nghĩa: Quang lộ giữa hai điểm A, B là đoạn đường ánh sáng truyền được trong chân không trong khoảng thời gian t, với t là thời gian ánh sáng đi được đoạn đường AB trong môi trường.
Chân không
Nếu ánh sáng truyền qua nhiều môi trường chiết suất n1, n2, n3, ... với quãng đường lần lượt là d1, d2, d3, ...
Quang lộ tổng cộng là:
.
- Nếu ánh sáng đi trong môi trường chiết suất thay đổi liên tục thì quang lộ giữa hai điểm AB là:

.
- Phát biểu: Giữa hai điểm A và B, ánh sáng sẽ truyền theo con đường nào mà quang lộ là cực trị (cực đại, cực tiểu hoặc không đổi).
b) Nguyên lý Fecma
- Sự tương đương của nguyên lý và các định luật Đêcac
+ Sự tương đương với định luật phản xạ
+ Sự tương đương với định luật khúc xạ
c) Định lý Maluyt
Quang lộ của các tia sáng giữa hai mặt trực giao của một chùm sáng thì bằng nhau.
Chùm sáng song song mặt trực giao là mặt phẳng
- Mặt trực giao
- Phát biểu định lý:
Là mặt vuông góc với các tia của một chùm sáng.
Chiếu tia sáng từ thuỷ tinh sang không khí. Cho biết chiết suất cuả thuỷ tinh là . Góc giới hạn giữa thuỷ tinh và không khí là:
600
300
450
Kết quả khác
Bài tập vận dụng
4.2. Cơ sở của quang học sóng
,
.
Nếu ánh sáng truyền theo chiều ngược lại hàm sóng:
a. Hàm sóng của ánh sáng
b. Cường độ sáng
c. Nguyên lý chồng chất
- Định nghĩa: Cường độ sáng đặc trưng cho độ sáng tại một điểm có giá trị bằng năng lượng truyền qua một đơn vị diện tích đặt vuông góc với phương truyền sáng trong một đơn vị thời gian.
- Cường độ sáng tại một điểm tỉ lệ với bình phương biên độ sáng:
Khi hai hay nhiều sóng ánh sáng gặp nhau thì từng sóng riêng biệt không bị các sóng khác làm nhiễu loạn.
Sau khi gặp nhau, các sóng ánh sáng vẫn truyền đi như cũ.
Tại những điểm gặp nhau, dao động sáng bằng tổng các dao động sáng thành phần.
d. Nguyên lý Huyghen
Bất kì một điểm nào nhận được sóng ánh sáng truyền đến đều trở thành nguồn sáng thứ cấp phát ánh sáng về phía trước nó.
4.3. Hiện tượng giao thoa của hai sóng ánh sáng kết hợp
4.3.1.Cách tạo ra hai sóng ánh sáng kết hợp
a) Khe Yăng (Young)
b) Gương Frenen.
Tại vùng không gian hai sóng kết hợp chồng lên nhau, gọi là vùng giao thoa, chúng giao thoa với nhau và tạo nên hình ảnh như đã quan sát thấy.
4.3.2. Khảo sát hiện tượng giao thoa ánh sáng
a) Vị trí các cực đại và cực tiểu giao thoa
- Những điểm sáng nhất (cực đại giao thoa):
- Những điểm tối nhất (cực tiểu giao thoa):
b) Hình dạng và vị trí vân giao thoa.
- Hình dạng vân giao thoa:
Vị trí cực đại, cực tiểu giao thoa :
+ Quỹ tích những điểm sáng nhất là một họ hypecbolôit tròn xoay.
+ Quỹ tích những điểm tối nhất cũng là một họ hypecbolôit xen kẽ với họ mặt trên.
- Vị trí vân giao thoa.
CM=y; O1O2 = a; BC= D.
y
a
Vị trí vân sáng :
Vị trí vân tối :
.
Khoảng vân:
Vân sáng trung tâm, k=0
Hình ảnh giao thoa
Vân sáng bậc 2, k=2
Vâ sáng bậc 1, k=1
Vân tối thứ 1, k=0
Vân tối thứ 2, k=1
Vân sáng bậc 1, k=-1
Vân sáng bậc 2, k=-2
Vân tối thứ 1, k=-1
O1; O2 là hai nguồn phát ra ánh sáng trắng
- Tại C , y = 0 các ánh sáng đơn sắc đều cho cực đại tại C, tại C là vân trắng giữa.
- Hai bên vân trắng trung tâm, cho quang phổ có màu như ở cầu vồng bờ trong viền tím, bờ ngoài viền đỏ.
c) Hiện tượng giao thoa khi dùng ánh sáng trắng
Các hình ảnh giao thoa
Đĩa CD
Kết luận
- Tóm tắt nội dung chính của bài :
+ Hai định luật Đề-các.
+ Hiện tượng phản xạ toàn phần.
+ Cơ sở của quang học sóng.
+ Hiện tượng giao thoa của hai sóng kết hợp.
- Giao bài tập về nhà cho học viên.
Tia sáng truyền từ môi trường trong suốt có chiết suất n tới mặt phân cách với môi trường không khí . Góc khúc xạ trong không khí là 60o. Tia phản xạ ở mặt phân cách có phương vuông góc với tia khúc xạ. Tính chiết suất n.
Bài tập vận dụng
Trong thí nghiệm Iâng, biết a = 2,5mm, D = 5m.
Nếu dùng áng sáng có bước sóng thì tại M cách vân sáng trung tâm 3,84mm là:
A. vân sáng bậc 3 B. vân sáng bậc 4
C. vân tối bậc 3 D. vân tối bậc 4