Sóng Ánh sáng

Bài thảo luận môn vật lý
chuyên đề
Giao thoa ánh sáng
Nhóm sinh viên thực hiện :
1 8.
2 9.
3 10.
4 11.
5
6
Nội dung thảo luận
I. Lý thuyết
Giải thích điều kiện để có giao thoa? Điều kiện để có cực đại, cực tiểu giao thoa ? Giải thích tại sao trong giao thoa ánh sáng trắng các quang phổ có bậc càng cao thì bề rộng càng rộng ?
II . Bài tập .
Nhóm 5 lớp điện 2A1
Hiện tượng giao thoa ánh sáng.
1.ThÝ nghiÖm I©ng vÒ hiÖn t­îng giao thoa ¸nh s¸ng.
a- Dụng cụ.
- Đèn chiếu sáng Đ.
- Màn chắn M1 có khe hẹp S.
- Màn chắn M2 đặt song song M1, có hai khe hẹp S1&S2 rất gần nhau và cùng song song với S.
b- Tiến trình thí nghiệm.
- Sử dụng ánh sáng đơn sắc đỏ.
- Các tấm kính lọc sắc F
Đ
M1
S
M2
S1 S2
F
*Hiện tượng quan sát được.
Có một vùng sáng hẹp trong đó xuất hiện những vạch sáng đỏ & những vạch tối xen kẽ nhau đều đặn.
Nhóm 5 lớp điện 2A1
- Sử dụng ánh sáng trắng.
*Hiện tượng quan sát được.
Một vạch sáng trắng ở chính giữa, hai bên có những dải màu như cầu vồng, tím ở trong, đỏ ở ngoài.
Ta gọi những vạch sáng tối ở trên là vân giao thoa
Hiện tượng những vân tối và vân sáng xen kẽ nhau tại không gian có 2 nguồn sáng thích hợp chiếu vào gọi là giao thoa ánh sáng
Xét phương trình 2 sóng thành phần cùng phương , cùng tần số :
u1 = U1cos(wot +j1)
u2 = U2cos(wot + j2)
Ta có phương trình sóng tổng hợp tại đó :
u0 = u1+u2 = Uocos(wot + j)
Cũng là một giao động điều hòa. Cường độ sóng tại điểm 2 sóng gặp nhau :
I = U�o = U�o2 + U�o1 + 2Uo1.Uo2.cos(j1-j2)

Điều kiện để có giao thoa
Nhận xét :
Cường độ sáng trên màn thay đổi tùy thuộc vào hiệu số pha của 2 sóng tức là phụ thuộc vị trí của 2 điểm đang xét . Do đó , tại những vị trí có :
j1 - j2 = 2kp :khi đó cường độ sáng cực đại
j1 - j2 = (2k+1)p : khi đó cường độ sáng cực tiểu
Điều kiện để có giao thoa
Tóm lại :

Để có hiện tượng giao thoa thì 2 sóng phải cùng tần số và có hiệu số pha không phụ thuộc vào thời gian
Điều kiện để có giao thoa
Xét tia sáng đi từ S đến M bằng 2 con đường khác nhau là SABM và SCDM
A B
S M
C D

Có quang hình tương ứng 2 tia này là :
Điều kiện để có cực đại, cực tiểu giao thoa
t1 = =

t2 = =


Ph­¬ng tr×nh sãng t¹i t©m sãng :
u1 = U1.coswt
u2 = U2.coswt
Ph­¬ng tr×nh sãng t¹i M :
u = u1 + u2 = Uocos2p( )
Điều kiện để có cực đại, cực tiểu giao thoa
Có j = j1 - j2 = 2p = Dj .

Nhận xét :
Nếu 2 sóng cùng pha với nhau : Dj = j1 - j2 = 2kp
? Điểm M là cực đại giao thoa
Nếu 2 sóng ngược pha nhau : Dj = j1 - j2 = (2k+1)p
? Điểm M là cực tiểu giao thoa
Điều kiện để có cực đại, cực tiểu giao thoa
Tóm lại :
Những vị trí mà hiệu quang trình của 2 tia bằng một số nguyên lần bước sóng là cực đại giao thoa , còn lại những điểm mà hiệu quang trình của 2 tia bằng một số lẻ lần nửa bước sóng là cực tiểu giao thoa .
Điều kiện để có cực đại, cực tiểu giao thoa
* Với nguồn sáng trắng.
- 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.
Vân trắng chính giữa
Nhóm 5 lớp điện 2A1
Ta nhận thấy :
ở chính giữ miền giao thoa là một vân sáng trắng
Hai bên vân sáng chính giữa là các dải sáng có màu giống như màu cầu vồng với bờ tìm ở gần vân chính giữa hơn bờ đỏ ( Các dải quang phổ )
Ta nhận thấy bề rộng các dải quang phổ như sau :
Bậc 1 < Bậc 2< . < Bậc k


với ánh sáng trắng
Bề rộng quang phổ bậc K bất kỳ là khoảng cách từ bờ tím đền bờ đỏ của dải sáng nhiều mầu thứ K .
Ta được : D Xk = =

Khi đó bề rộng dải quang phổ bậc 1
DX1 =

Bề rộng dải quang phổ bậc n
DXn = n
với ánh sáng trắng
Kết luận :

Trong giao thoa ánh sáng trắng quang phổ có bậc càng cao thì có bề rộng càng rộng
với ánh sáng trắng
Bài tập 1:Tóm tắt đề bài:
a=4mm, D=3m, x10=4,1mm
Yêu cầu:
a) Tìm λ=? Tìm xS5=? Tìm xT4=?
b) Cho e=0,008mm, n’=1,5. Hỏi khoảng vân giao thoa dịch chuyển về phía nào? Dịch chuyển một đoạn bằng bao nhiêu?
c) Thay ánh sáng đơn sắc bằng ánh sáng trắng có bước sóng từ: 0,65μm đến 0,41μm. Hãy tìm bước sóng của ánh sáng tạo ra vân tối trên màn quan sát tại M cách trục chính xM=3mm?
bài tập
Bài giải:
a) Ta có công thức:



Vậy ánh sáng đơn sắc có bước sóng:
bài tập
Xét miền dương :
Vị trí vân sáng bậc 5



Vị trí vân tối thứ 4
bài tập
Xét miền âm :
Vị trí vân sáng bậc 5



Vị trí vân tối thứ 4
bài tập
b) Giả sử đặt bản mỏng có 2 mặt song song bằng thủy tinh có bề rộng e=0,008mm và chiết suất n’=1,5 trước S1.
bài tập
Khi chưa có tấm chắn ta có


(Do môi trường không khí có n=1)
Khi có tấm chắn
bài tập
Từ (2) →


Vậy hệ thống vân sẽ dịch chuyển 1 đoạn
bài tập
c) Tại M những ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ cho vân tối nên ta có:


Mà 0,41μm≤λ≤0,65μm
bài tập
bài tập
Vì k nhận giá trị nguyên nên k=6,7,8,9
Ta có
Với k=6 →λ=0,615μm
k=7 →λ=0,533μm
k=8 →λ=0,47μm
k=9 →λ=0,421μm
Vậy ánh sáng tạo ra vân tối cách trục chính 3mm gồm có các bước sóng: 0,615μm; 0,533μm; 0,47μm; 0,421μm.
bài tập