Vật lý đại cương
Chia sẻ bởi Đỗ Thị Ngọc Dương |
Ngày 19/03/2024 |
10
Chia sẻ tài liệu: Vật lý đại cương thuộc Vật lý
Nội dung tài liệu:
BÀI GIẢNG VẬT LÝ 3
Chương 1
GIAO THOA ÁNH SÁNG
Đỗ Thị Ngọc Dương
1
2 – KHÁI NIỆM VỀ GIAO THOA AS
4 – GIAO THOA BỞI BẢN MỎNG
1 – CƠ SỞ CỦA QUANG HỌC SÓNG
Đỗ Thị Ngọc Dương
2
3 – GIAO THOA BỞI NGUỒN ĐIỂM
5 – NÊM KHÔNG KHÍ
6 – ỨNG DỤNG CỦA HIỆN TƯỢNG
GIAO THOA
Đỗ Thị Ngọc Dương
3
1. CƠ SỞ CỦA QUANG HỌC SÓNG
1.1 Quang học sóng
Là ngành vật lý học nghiên cứu về bản chất, sự lan truyền và tương tác của ánh sáng với môi trường vật chất.
Quang học:
Các thuyết về bản chất của ánh sáng
• Thuyết hạt của Newton (cuối thế kỉ 17)
• Thuyết sóng của Huygens(cuối thế kỉ 17)
• Thuyết điện từ của Maxwell (1864)
• Thuyết photon của Einstein (1905)
Nghiên cứu về bản chất, sự lan truyền và tương tác của ánh sáng với môi trường vật chất dựa trên cơ sở tính chất sóng của á/s.
Quang học sóng:
Đỗ Thị Ngọc Dương
4
1. CƠ SỞ CỦA QUANG HỌC SÓNG
1.2 Chiết suất và vận tốc của ánh sáng
Trong chân không
Vận tốc ánh sáng
C = 3.108 m/s
Trong môi trường suốt ( không khí, nước,
thủy tinh…)
Vận tốc ánh sáng
v < C
Tỉ số
Chiết suất của môi trường
Đỗ Thị Ngọc Dương
5
1. CƠ SỞ CỦA QUANG HỌC SÓNG
1.2 Chiết suất và vận tốc của ánh sáng
Thủy tinh quang học
n = 1,5
Nước ở thể lỏng
n = 1,33
Kim cương
n = 2,42
Không khí
n = 1,003
Đỗ Thị Ngọc Dương
6
1. CƠ SỞ CỦA QUANG HỌC SÓNG
1.3 Quang lộ
Quang lộ là quãng đường ánh sáng truyền được trong chân không trong khoảng thời gian t
Trong chân không
Đỗ Thị Ngọc Dương
7
1. CƠ SỞ CỦA QUANG HỌC SÓNG
1.3 Quang lộ
Trong môi trường có chiết suất n
Nếu ánh sáng truyền qua nhiều môi trường có chiết suất n1, n2, …, với các quãng đường là s1, s2, …, thì quang lộ:
Đỗ Thị Ngọc Dương
8
1. CƠ SỞ CỦA QUANG HỌC SÓNG
1.3 Quang lộ
Trong môi trường có chiết suất n
Nếu môi trường có chiết suất thay đổi liên tục
Quang lộ
Đỗ Thị Ngọc Dương
9
1. CƠ SỞ CỦA QUANG HỌC SÓNG
1.3 Quang lộ
Chú ý
Đỗ Thị Ngọc Dương
10
1. CƠ SỞ CỦA QUANG HỌC SÓNG
1.3 Quang lộ
Ví dụ
L =
?
Đỗ Thị Ngọc Dương
11
1. CƠ SỞ CỦA QUANG HỌC SÓNG
1.3 Quang lộ
Ví dụ
L =
Không khí n1
Thủy tinh n1
12
1. CƠ SỞ CỦA QUANG HỌC SÓNG
1.4 Hàm sóng ánh sáng
Ánh sáng là một
loại sóng điện từ
Chỉ có thành phần điện trường mới gây ra cảm giác sáng
Đỗ Thị Ngọc Dương
13
1. CƠ SỞ CỦA QUANG HỌC SÓNG
1.4 Hàm sóng ánh sáng
ʎ: Bước sóng ánh sáng (m)
1µm = 10–6 m
= 10–3 mm
1nm = 10–9 m
1pm = 10–12 m
14
1. CƠ SỞ CỦA QUANG HỌC SÓNG
1.4 Hàm sóng ánh sáng
Thang sóng ánh sáng
Vùng nhìn thấy
Đỏ (0,75µm)
Tím (0,38µm)
Vùng hồng ngoại
Vi sóng (10–2 m)
AM (102m)
FM (10m)
Vùng tử ngoại
Tia UV ( 10–8 m)
Tia X ( 10–10 m)
Tia Gamma ( 10–12 m)
Đỗ Thị Ngọc Dương
15
1. CƠ SỞ CỦA QUANG HỌC SÓNG
1.5 Cường độ sáng
Cường độ sáng tại một điểm là một đại
lượng có trị số bằng năng lượng as truyền qua một đơn vị diện tích đặt vuông góc với phương truyền sáng trong một đơn vị thời gian.
Công suất phát sáng
(W)
Đỗ Thị Ngọc Dương
16
1. CƠ SỞ CỦA QUANG HỌC SÓNG
1.6 Nguyên lý chồng chất ánh 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 vẫn truyền đi như cũ. Tại những điểm gặp nhau dao động sáng bằng tổng các dao động thành phần.
Đỗ Thị Ngọc Dương
17
1. CƠ SỞ CỦA QUANG HỌC SÓNG
1.7 Nguyên lý Huygens
Bất kỳ một điểm nào nhận được sóng ánh sáng truyền đến đều trở thành nguồn sáng thứ cấp phát ás về phía trước nó.
Nguồn sáng thứ cấp
M
Đỗ Thị Ngọc Dương
18
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.1 Khái niệm về giao thoa ánh sáng
Giao thoa là sự tổng hợp của hai hay nhiều as kết hợp mà kết quả có những điểm cường độ sáng được tăng cường, có những điểm cường độ sáng bị giảm bớt.
Điều kiện có giao thoa là: các sóng tới phải là sóng kết hợp (cùng tần số, hiệu số pha không đổi theo thời gian).
19
Nguyên tắc tạo ra 2 sóng kết hợp: Tách sóng phát ra từ một nguồn duy nhất thành 2 sóng
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.1 Khái niệm về giao thoa ánh sáng
S
Sóng kết hợp
Đỗ Thị Ngọc Dương
20
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.2 Giao thoa ánh sáng với nguồn điểm
(Thí nghiệm Young)
Bố trí thí nghiệm
Ánh sáng từ nguồn S chiếu vào hai khe S1S2 , phía sau hai khe đặt màn quan sát E
Khoảng cách giữa hai khe
D
Khoảng cách từ hai khe đến màn quan sát
21
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.2 Giao thoa ánh sáng với nguồn điểm
(Thí nghiệm Young)
S
E
D
Vùng
GT
Đỗ Thị Ngọc Dương
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.2 Giao thoa ánh sáng với nguồn điểm
(Thí nghiệm Young)
Kết quả của giao thoa
Xuất hiện các vạch sáng, tối cách đều
Đỗ Thị Ngọc Dương
23
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.2 Thí nghiệm Young
Giải thích kết quả giao thoa
Đỗ Thị Ngọc Dương
24
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.2 Thí nghiệm Young
Phương trình sóng tổng hợp tại M
Đỗ Thị Ngọc Dương
25
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.2 Thí nghiệm Young
Điều kiện cực đại, cực tiểu
Biên độ sóng tổng hợp tại M
Cực tiểu
L2 – L1 = kʎ
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.2 Thí nghiệm Young
yM
yM là khoảng cách từ O tới M
Trong không khí
Đỗ Thị Ngọc Dương
27
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.2 Thí nghiệm Young
M là vân sáng
Cực đại giao thoa
Vị trí vân sáng
Vân sáng trung tâm
Vân sáng bậc 1
Với k bất kỳ
Bậc của vân sáng
Đỗ Thị Ngọc Dương
28
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.2 Thí nghiệm Young
M là vân tối
Cực tiểu giao thoa
Vị trí vân tối
Vân tối thứ 1
Vân tối thứ 2
Với k bất kỳ
Vân tối thứ
Vân tối thứ k +1
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.2 Thí nghiệm Young
Khoảng vân:
i (m)
Khoảng cách giữa hai vân cùng loại liên tiếp
Đỗ Thị Ngọc Dương
30
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.2 Thí nghiệm Young
Thí nghiệm giao thoa ánh sáng với D =1m, l =1,6mm; khoảng cách từ vân sáng bậc 6 đến vân trung tâm là YS = 2,4mm. Tính bước sóng ánh sáng.
Ví dụ 1
Đỗ Thị Ngọc Dương
31
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.2 Thí nghiệm Young
Ví dụ 2
Trong thí nghiệm Young về giao thoa với ánh sáng đơn sắc, khoảng cách giữa hai khe sáng là 1,8mm, khoảng cách từ hai khe tới màn là 2,25m. Khoảng cách giữa 12 vân sáng liên tiếp là 5,5mm. Xác định
Bước sóng và tần số của ánh sáng
Màu của ánh sáng đơn sắc
Đỗ Thị Ngọc Dương
32
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.2 Thí nghiệm Young
Ví dụ 3
Trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh
sáng, khoảng cách giữa hai khe là 1mm;
khoảng cách từ hai khe đến màn quan sát
là 2m; bước sóng ánh sáng λ=0,5µm.
Các điểm M và N cách vân sáng trung tâm
một đoạn 4mm và 6,5mm là vân sáng hay tối?
33
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.2 Thí nghiệm Young
Ví dụ 4
Bước sóng ánh sáng
Khoảng cách giữa:
+ Vân sáng bậc 3 và vân tối thứ 7 cùng và khác phía đối với vân trung tâm
+ Hai vân sáng bậc 5
+ Hai vân tối thứ 3
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.3 Giao thoa với ánh sáng trắng
Ánh sáng trắng:
Giao thoa với ánh sáng trắng:
Vân trung tâm có
màu trắng
Hai bên có các dải màu
biến đổi liên tục, viền tím
bên trong, đỏ bên ngoài.
Đỗ Thị Ngọc Dương
35
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.3 Giao thoa với ánh sáng trắng
Ví dụ 1
Thực hiện thí nghiệm Young về giao thoa với ánh sáng trắng gồm hỗn hợp 2 ánh sáng đơn sắc ʎ1 = 0,57µm và ʎ2 thì thấy vân sáng bậc 3 của bức xạ ʎ2 trùng với vân sáng bậc 2 của bức xạ ʎ1. Cho l = 1mm, D = 2m. Xác định khoảng vân i1, i2
Đỗ Thị Ngọc Dương
36
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.3 Giao thoa với ánh sáng trắng
Ví dụ 2
Số bức xạ cho vân tối tại M cách vân sáng trung tâm 7,2mm
Số bức xạ cho vân sáng tại N cách vân sáng trung tâm 3,6mm
Đỗ Thị Ngọc Dương
37
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.4 Giao thoa bản mỏng
Màu sắc của bản mỏng bong bóng xà phòng, váng dầu…do sự giao thoa của các tia phản xạ trên hai mặt của bản mỏng gây nên.
Đỗ Thị Ngọc Dương
38
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.4 Giao thoa bản mỏng
Bố trí thí nghiệm
Bản mỏng đặt trong không khí
d: Bề dày (thay đổi)
n: Chiết suất của bản mỏng (n > nkhôngkhí)
d
n
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.4 Giao thoa bản mỏng
Xét 2 tia sáng từ nguồn O gửi tới M
Tia 1:
Tia 2:
Quang lộ
Hiệu quang lộ
Đỗ Thị Ngọc Dương
40
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.4 Giao thoa bản mỏng
i1: Góc tới
I2: Góc khúc xạ
R
OM – OB = RM
BM = 2BI
= 2CI.tani2
= 2d.tani2
RM = 2d.tani2sini1
Đỗ Thị Ngọc Dương
41
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.4 Giao thoa bản mỏng
Đỗ Thị Ngọc Dương
42
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.4 Giao thoa bản mỏng
Trường hợp tia sáng chiếu thẳng góc (vuông góc) với bản mỏng
i = 0
Đỗ Thị Ngọc Dương
43
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.4 Giao thoa bản mỏng
Ví dụ 1
Một chùm ánh sáng rọi vuông góc với một bản thủy tinh mỏng có bề dày 0,5μm, chiết suất 1,6. Hỏi trong phạm vi quang phổ thấy được (0,4μm – 0,7μm), có mấy chùm phản chiếu được tăng cường?
Đỗ Thị Ngọc Dương
44
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.4 Giao thoa bản mỏng
Ví dụ 2
Một chùm ánh rọi vuông góc với một bản
thủy tinh mỏng có bề dày 0,4μm. Trong
phạm vi quang phổ thấy được
(0,4μm – 0,7μm), những chùm phản chiếu có bước sóng nào được tăng cường, nếu chiết suất ứng với bức xạ đó là 1,5?
Đỗ Thị Ngọc Dương
45
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.4 Giao thoa bản mỏng
Ví dụ 3
Một chùm ánh sáng trắng được chiếu lên một lớp màng mỏng dưới góc tới i=450. Tính bề dày nhỏ nhất của lớp màng mỏng để tia phản chiếu có cường độ sáng cực đại bước sóng 500nm. Biết chiết suất của lớp màng mỏng là 1,25
Đỗ Thị Ngọc Dương
46
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.4 Giao thoa bản mỏng
Ví dụ 4
Chiếu một chùm tia sáng song song có bước sóng λ = 0,6µm lên một màng xà phòng chiết suất n=1,3 dưới góc tới 300. Hỏi bề dày nhỏ nhất của lớp màng phải bằng bao nhiêu để chùm tia phản xạ có cường độ sáng cực tiểu?
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.4 Nêm không khí
Định nghĩa
Nêm không khí là một lớp không khí hình nêm, giới hạn giữa 2 bản thủy tinh, đặt nghiêng nhau một góc nhỏ
∑1;∑2 là 2 mặt của nêm
d: là bề dày
d
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.5 Nêm không khí
Bố trí thí nghiệm
Đỗ Thị Ngọc Dương
48
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.5 Nêm không khí
Bố trí thí nghiệm
Đặt nêm trong không khí
Rọi chùm sáng vuông góc với mặt ∑2
Kết quả
Trên mặt ∑1 thu được vân giao thoa là những đường thẳng song song cách đều nhau, sáng tối xen kẽ.
Đỗ Thị Ngọc Dương
49
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.5 Nêm không khí
Giải thích kết quả
Xét điểm M trên ∑1
AS chiếu tới M được tách thành 2 tia
O
K
Tia 2:
Quang lộ
L1 = OK + nKM
+ nMK + KO
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.5 Nêm không khí
Giải thích kết quả
M là điểm sáng
L2 – L1 = kʎ
Bề dày ứng với vân sáng
M là điểm tối
Bề dày ứng với vân tối
Đỗ Thị Ngọc Dương
51
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.5 Nêm không khí
Khoảng vân
Đỗ Thị Ngọc Dương
52
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.5 Nêm không khí
Ví dụ 1
Thực hiện giao thoa với nêm không khí. Khoảng cách giữa 2 vân sáng liên tiếp là 2mm. Nếu tăng góc nêm lên 2 lần và giảm bước sóng ánh sáng đi 2 lần thì khoảng cách hai vân sáng liên tiếp thay đổi như thế nào?
Đỗ Thị Ngọc Dương
53
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.5 Nêm không khí
Ví dụ 2
Một chùm tia sáng đơn sắc có λ = 0,55µm
rọi vuông góc với nêm không khí. Quan sát
hệ thống vân giao thoa thấy rằng khoảng
cách giữa hai vân tối liên tiếp bằng 0,21mm. Xác định góc nghiêng giữa hai mặt nêm.
Đỗ Thị Ngọc Dương
54
Ví dụ 3
Chiếu chùm ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,6 μm vuông góc với nêm không khí. Khoảng cách giữa 4 vân sáng kế nhau trên mặt nêm là 1,8mm. Tính góc nghiêng của nêm.
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.5 Nêm không khí
Đỗ Thị Ngọc Dương
55
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.6 Vân tròn Newton
Cấu tạo
Một thấu kính lồi đặt trên một tấm thủy tinh phẳng
R
R: Bán kính cong
của thấu kính
dk: Bề dày của
lớp không khí
Đỗ Thị Ngọc Dương
56
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.6 Vân tròn Newton
Hình ảnh giao thoa
Chiếu chùm tia sáng song song và vuông góc với bản thủy tinh
Các vân giao thoa là
các vòng tròn tâm C
Đỗ Thị Ngọc Dương
57
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.6 Vân tròn Newton
Hình ảnh giao thoa
Vân sáng ứng với bề dày
Vân tối ứng với bề dày
Đỗ Thị Ngọc Dương
58
rk: Bán kính vân
tối thứ k
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.6 Vân tròn Newton
Hình ảnh giao thoa
k = 1, 2, 3…
Đỗ Thị Ngọc Dương
59
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.6 Vân tròn Newton
Ví dụ 1
Một chùm ánh sáng đơn sắc λ = 0,6 μm
rọi vuông góc với hệ thống tạo vân tròn
Newton.
a) Xác định bề dày của lớp không khí mà ở đó ta quan sát thấy vân sáng đầu tiên
b) Tìm bề dày lớp không khí tại vị trí của vân tối thứ 4
60
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.6 Vân tròn Newton
Ví dụ 2
Tính bán kính của vân tròn tối Newton thứ 5, biết bán kính của thấu kính là R =6,4m, bước sóng ánh sáng λ = 0,5 μm
Đỗ Thị Ngọc Dương
61
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.6 Vân tròn Newton
Ví dụ 3
Thấu kính trong hệ thống tạo vân tròn Newton có bán kính cong R = 8m. Đường kính của vân tối thứ 4 là 8mm. Tính bước sóng ánh sáng chiếu tới vân tròn Newton
Đỗ Thị Ngọc Dương
62
a) Thấu kính trong hệ thống cho vân tròn Newton có bán kính cong 15m. Khoảng cách giữa vân tối thứ 4 và thứ 25 bằng 9 mm
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.6 Vân tròn Newton
Ví dụ 4
Tìm bước sóng ánh sáng tới biết
b) Thấu kính trong hệ thống cho vân tròn Newton có bán kính cong 5m. Khoảng cách giữa vân tối thứ 3 và thứ 27 bằng 6 mm.
Đỗ Thị Ngọc Dương
63
Đỗ Thị Ngọc Dương
64
Chương 1
GIAO THOA ÁNH SÁNG
Đỗ Thị Ngọc Dương
1
2 – KHÁI NIỆM VỀ GIAO THOA AS
4 – GIAO THOA BỞI BẢN MỎNG
1 – CƠ SỞ CỦA QUANG HỌC SÓNG
Đỗ Thị Ngọc Dương
2
3 – GIAO THOA BỞI NGUỒN ĐIỂM
5 – NÊM KHÔNG KHÍ
6 – ỨNG DỤNG CỦA HIỆN TƯỢNG
GIAO THOA
Đỗ Thị Ngọc Dương
3
1. CƠ SỞ CỦA QUANG HỌC SÓNG
1.1 Quang học sóng
Là ngành vật lý học nghiên cứu về bản chất, sự lan truyền và tương tác của ánh sáng với môi trường vật chất.
Quang học:
Các thuyết về bản chất của ánh sáng
• Thuyết hạt của Newton (cuối thế kỉ 17)
• Thuyết sóng của Huygens(cuối thế kỉ 17)
• Thuyết điện từ của Maxwell (1864)
• Thuyết photon của Einstein (1905)
Nghiên cứu về bản chất, sự lan truyền và tương tác của ánh sáng với môi trường vật chất dựa trên cơ sở tính chất sóng của á/s.
Quang học sóng:
Đỗ Thị Ngọc Dương
4
1. CƠ SỞ CỦA QUANG HỌC SÓNG
1.2 Chiết suất và vận tốc của ánh sáng
Trong chân không
Vận tốc ánh sáng
C = 3.108 m/s
Trong môi trường suốt ( không khí, nước,
thủy tinh…)
Vận tốc ánh sáng
v < C
Tỉ số
Chiết suất của môi trường
Đỗ Thị Ngọc Dương
5
1. CƠ SỞ CỦA QUANG HỌC SÓNG
1.2 Chiết suất và vận tốc của ánh sáng
Thủy tinh quang học
n = 1,5
Nước ở thể lỏng
n = 1,33
Kim cương
n = 2,42
Không khí
n = 1,003
Đỗ Thị Ngọc Dương
6
1. CƠ SỞ CỦA QUANG HỌC SÓNG
1.3 Quang lộ
Quang lộ là quãng đường ánh sáng truyền được trong chân không trong khoảng thời gian t
Trong chân không
Đỗ Thị Ngọc Dương
7
1. CƠ SỞ CỦA QUANG HỌC SÓNG
1.3 Quang lộ
Trong môi trường có chiết suất n
Nếu ánh sáng truyền qua nhiều môi trường có chiết suất n1, n2, …, với các quãng đường là s1, s2, …, thì quang lộ:
Đỗ Thị Ngọc Dương
8
1. CƠ SỞ CỦA QUANG HỌC SÓNG
1.3 Quang lộ
Trong môi trường có chiết suất n
Nếu môi trường có chiết suất thay đổi liên tục
Quang lộ
Đỗ Thị Ngọc Dương
9
1. CƠ SỞ CỦA QUANG HỌC SÓNG
1.3 Quang lộ
Chú ý
Đỗ Thị Ngọc Dương
10
1. CƠ SỞ CỦA QUANG HỌC SÓNG
1.3 Quang lộ
Ví dụ
L =
?
Đỗ Thị Ngọc Dương
11
1. CƠ SỞ CỦA QUANG HỌC SÓNG
1.3 Quang lộ
Ví dụ
L =
Không khí n1
Thủy tinh n1
12
1. CƠ SỞ CỦA QUANG HỌC SÓNG
1.4 Hàm sóng ánh sáng
Ánh sáng là một
loại sóng điện từ
Chỉ có thành phần điện trường mới gây ra cảm giác sáng
Đỗ Thị Ngọc Dương
13
1. CƠ SỞ CỦA QUANG HỌC SÓNG
1.4 Hàm sóng ánh sáng
ʎ: Bước sóng ánh sáng (m)
1µm = 10–6 m
= 10–3 mm
1nm = 10–9 m
1pm = 10–12 m
14
1. CƠ SỞ CỦA QUANG HỌC SÓNG
1.4 Hàm sóng ánh sáng
Thang sóng ánh sáng
Vùng nhìn thấy
Đỏ (0,75µm)
Tím (0,38µm)
Vùng hồng ngoại
Vi sóng (10–2 m)
AM (102m)
FM (10m)
Vùng tử ngoại
Tia UV ( 10–8 m)
Tia X ( 10–10 m)
Tia Gamma ( 10–12 m)
Đỗ Thị Ngọc Dương
15
1. CƠ SỞ CỦA QUANG HỌC SÓNG
1.5 Cường độ sáng
Cường độ sáng tại một điểm là một đại
lượng có trị số bằng năng lượng as truyền qua một đơn vị diện tích đặt vuông góc với phương truyền sáng trong một đơn vị thời gian.
Công suất phát sáng
(W)
Đỗ Thị Ngọc Dương
16
1. CƠ SỞ CỦA QUANG HỌC SÓNG
1.6 Nguyên lý chồng chất ánh 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 vẫn truyền đi như cũ. Tại những điểm gặp nhau dao động sáng bằng tổng các dao động thành phần.
Đỗ Thị Ngọc Dương
17
1. CƠ SỞ CỦA QUANG HỌC SÓNG
1.7 Nguyên lý Huygens
Bất kỳ một điểm nào nhận được sóng ánh sáng truyền đến đều trở thành nguồn sáng thứ cấp phát ás về phía trước nó.
Nguồn sáng thứ cấp
M
Đỗ Thị Ngọc Dương
18
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.1 Khái niệm về giao thoa ánh sáng
Giao thoa là sự tổng hợp của hai hay nhiều as kết hợp mà kết quả có những điểm cường độ sáng được tăng cường, có những điểm cường độ sáng bị giảm bớt.
Điều kiện có giao thoa là: các sóng tới phải là sóng kết hợp (cùng tần số, hiệu số pha không đổi theo thời gian).
19
Nguyên tắc tạo ra 2 sóng kết hợp: Tách sóng phát ra từ một nguồn duy nhất thành 2 sóng
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.1 Khái niệm về giao thoa ánh sáng
S
Sóng kết hợp
Đỗ Thị Ngọc Dương
20
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.2 Giao thoa ánh sáng với nguồn điểm
(Thí nghiệm Young)
Bố trí thí nghiệm
Ánh sáng từ nguồn S chiếu vào hai khe S1S2 , phía sau hai khe đặt màn quan sát E
Khoảng cách giữa hai khe
D
Khoảng cách từ hai khe đến màn quan sát
21
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.2 Giao thoa ánh sáng với nguồn điểm
(Thí nghiệm Young)
S
E
D
Vùng
GT
Đỗ Thị Ngọc Dương
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.2 Giao thoa ánh sáng với nguồn điểm
(Thí nghiệm Young)
Kết quả của giao thoa
Xuất hiện các vạch sáng, tối cách đều
Đỗ Thị Ngọc Dương
23
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.2 Thí nghiệm Young
Giải thích kết quả giao thoa
Đỗ Thị Ngọc Dương
24
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.2 Thí nghiệm Young
Phương trình sóng tổng hợp tại M
Đỗ Thị Ngọc Dương
25
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.2 Thí nghiệm Young
Điều kiện cực đại, cực tiểu
Biên độ sóng tổng hợp tại M
Cực tiểu
L2 – L1 = kʎ
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.2 Thí nghiệm Young
yM
yM là khoảng cách từ O tới M
Trong không khí
Đỗ Thị Ngọc Dương
27
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.2 Thí nghiệm Young
M là vân sáng
Cực đại giao thoa
Vị trí vân sáng
Vân sáng trung tâm
Vân sáng bậc 1
Với k bất kỳ
Bậc của vân sáng
Đỗ Thị Ngọc Dương
28
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.2 Thí nghiệm Young
M là vân tối
Cực tiểu giao thoa
Vị trí vân tối
Vân tối thứ 1
Vân tối thứ 2
Với k bất kỳ
Vân tối thứ
Vân tối thứ k +1
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.2 Thí nghiệm Young
Khoảng vân:
i (m)
Khoảng cách giữa hai vân cùng loại liên tiếp
Đỗ Thị Ngọc Dương
30
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.2 Thí nghiệm Young
Thí nghiệm giao thoa ánh sáng với D =1m, l =1,6mm; khoảng cách từ vân sáng bậc 6 đến vân trung tâm là YS = 2,4mm. Tính bước sóng ánh sáng.
Ví dụ 1
Đỗ Thị Ngọc Dương
31
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.2 Thí nghiệm Young
Ví dụ 2
Trong thí nghiệm Young về giao thoa với ánh sáng đơn sắc, khoảng cách giữa hai khe sáng là 1,8mm, khoảng cách từ hai khe tới màn là 2,25m. Khoảng cách giữa 12 vân sáng liên tiếp là 5,5mm. Xác định
Bước sóng và tần số của ánh sáng
Màu của ánh sáng đơn sắc
Đỗ Thị Ngọc Dương
32
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.2 Thí nghiệm Young
Ví dụ 3
Trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh
sáng, khoảng cách giữa hai khe là 1mm;
khoảng cách từ hai khe đến màn quan sát
là 2m; bước sóng ánh sáng λ=0,5µm.
Các điểm M và N cách vân sáng trung tâm
một đoạn 4mm và 6,5mm là vân sáng hay tối?
33
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.2 Thí nghiệm Young
Ví dụ 4
Bước sóng ánh sáng
Khoảng cách giữa:
+ Vân sáng bậc 3 và vân tối thứ 7 cùng và khác phía đối với vân trung tâm
+ Hai vân sáng bậc 5
+ Hai vân tối thứ 3
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.3 Giao thoa với ánh sáng trắng
Ánh sáng trắng:
Giao thoa với ánh sáng trắng:
Vân trung tâm có
màu trắng
Hai bên có các dải màu
biến đổi liên tục, viền tím
bên trong, đỏ bên ngoài.
Đỗ Thị Ngọc Dương
35
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.3 Giao thoa với ánh sáng trắng
Ví dụ 1
Thực hiện thí nghiệm Young về giao thoa với ánh sáng trắng gồm hỗn hợp 2 ánh sáng đơn sắc ʎ1 = 0,57µm và ʎ2 thì thấy vân sáng bậc 3 của bức xạ ʎ2 trùng với vân sáng bậc 2 của bức xạ ʎ1. Cho l = 1mm, D = 2m. Xác định khoảng vân i1, i2
Đỗ Thị Ngọc Dương
36
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.3 Giao thoa với ánh sáng trắng
Ví dụ 2
Số bức xạ cho vân tối tại M cách vân sáng trung tâm 7,2mm
Số bức xạ cho vân sáng tại N cách vân sáng trung tâm 3,6mm
Đỗ Thị Ngọc Dương
37
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.4 Giao thoa bản mỏng
Màu sắc của bản mỏng bong bóng xà phòng, váng dầu…do sự giao thoa của các tia phản xạ trên hai mặt của bản mỏng gây nên.
Đỗ Thị Ngọc Dương
38
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.4 Giao thoa bản mỏng
Bố trí thí nghiệm
Bản mỏng đặt trong không khí
d: Bề dày (thay đổi)
n: Chiết suất của bản mỏng (n > nkhôngkhí)
d
n
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.4 Giao thoa bản mỏng
Xét 2 tia sáng từ nguồn O gửi tới M
Tia 1:
Tia 2:
Quang lộ
Hiệu quang lộ
Đỗ Thị Ngọc Dương
40
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.4 Giao thoa bản mỏng
i1: Góc tới
I2: Góc khúc xạ
R
OM – OB = RM
BM = 2BI
= 2CI.tani2
= 2d.tani2
RM = 2d.tani2sini1
Đỗ Thị Ngọc Dương
41
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.4 Giao thoa bản mỏng
Đỗ Thị Ngọc Dương
42
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.4 Giao thoa bản mỏng
Trường hợp tia sáng chiếu thẳng góc (vuông góc) với bản mỏng
i = 0
Đỗ Thị Ngọc Dương
43
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.4 Giao thoa bản mỏng
Ví dụ 1
Một chùm ánh sáng rọi vuông góc với một bản thủy tinh mỏng có bề dày 0,5μm, chiết suất 1,6. Hỏi trong phạm vi quang phổ thấy được (0,4μm – 0,7μm), có mấy chùm phản chiếu được tăng cường?
Đỗ Thị Ngọc Dương
44
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.4 Giao thoa bản mỏng
Ví dụ 2
Một chùm ánh rọi vuông góc với một bản
thủy tinh mỏng có bề dày 0,4μm. Trong
phạm vi quang phổ thấy được
(0,4μm – 0,7μm), những chùm phản chiếu có bước sóng nào được tăng cường, nếu chiết suất ứng với bức xạ đó là 1,5?
Đỗ Thị Ngọc Dương
45
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.4 Giao thoa bản mỏng
Ví dụ 3
Một chùm ánh sáng trắng được chiếu lên một lớp màng mỏng dưới góc tới i=450. Tính bề dày nhỏ nhất của lớp màng mỏng để tia phản chiếu có cường độ sáng cực đại bước sóng 500nm. Biết chiết suất của lớp màng mỏng là 1,25
Đỗ Thị Ngọc Dương
46
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.4 Giao thoa bản mỏng
Ví dụ 4
Chiếu một chùm tia sáng song song có bước sóng λ = 0,6µm lên một màng xà phòng chiết suất n=1,3 dưới góc tới 300. Hỏi bề dày nhỏ nhất của lớp màng phải bằng bao nhiêu để chùm tia phản xạ có cường độ sáng cực tiểu?
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.4 Nêm không khí
Định nghĩa
Nêm không khí là một lớp không khí hình nêm, giới hạn giữa 2 bản thủy tinh, đặt nghiêng nhau một góc nhỏ
∑1;∑2 là 2 mặt của nêm
d: là bề dày
d
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.5 Nêm không khí
Bố trí thí nghiệm
Đỗ Thị Ngọc Dương
48
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.5 Nêm không khí
Bố trí thí nghiệm
Đặt nêm trong không khí
Rọi chùm sáng vuông góc với mặt ∑2
Kết quả
Trên mặt ∑1 thu được vân giao thoa là những đường thẳng song song cách đều nhau, sáng tối xen kẽ.
Đỗ Thị Ngọc Dương
49
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.5 Nêm không khí
Giải thích kết quả
Xét điểm M trên ∑1
AS chiếu tới M được tách thành 2 tia
O
K
Tia 2:
Quang lộ
L1 = OK + nKM
+ nMK + KO
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.5 Nêm không khí
Giải thích kết quả
M là điểm sáng
L2 – L1 = kʎ
Bề dày ứng với vân sáng
M là điểm tối
Bề dày ứng với vân tối
Đỗ Thị Ngọc Dương
51
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.5 Nêm không khí
Khoảng vân
Đỗ Thị Ngọc Dương
52
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.5 Nêm không khí
Ví dụ 1
Thực hiện giao thoa với nêm không khí. Khoảng cách giữa 2 vân sáng liên tiếp là 2mm. Nếu tăng góc nêm lên 2 lần và giảm bước sóng ánh sáng đi 2 lần thì khoảng cách hai vân sáng liên tiếp thay đổi như thế nào?
Đỗ Thị Ngọc Dương
53
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.5 Nêm không khí
Ví dụ 2
Một chùm tia sáng đơn sắc có λ = 0,55µm
rọi vuông góc với nêm không khí. Quan sát
hệ thống vân giao thoa thấy rằng khoảng
cách giữa hai vân tối liên tiếp bằng 0,21mm. Xác định góc nghiêng giữa hai mặt nêm.
Đỗ Thị Ngọc Dương
54
Ví dụ 3
Chiếu chùm ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,6 μm vuông góc với nêm không khí. Khoảng cách giữa 4 vân sáng kế nhau trên mặt nêm là 1,8mm. Tính góc nghiêng của nêm.
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.5 Nêm không khí
Đỗ Thị Ngọc Dương
55
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.6 Vân tròn Newton
Cấu tạo
Một thấu kính lồi đặt trên một tấm thủy tinh phẳng
R
R: Bán kính cong
của thấu kính
dk: Bề dày của
lớp không khí
Đỗ Thị Ngọc Dương
56
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.6 Vân tròn Newton
Hình ảnh giao thoa
Chiếu chùm tia sáng song song và vuông góc với bản thủy tinh
Các vân giao thoa là
các vòng tròn tâm C
Đỗ Thị Ngọc Dương
57
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.6 Vân tròn Newton
Hình ảnh giao thoa
Vân sáng ứng với bề dày
Vân tối ứng với bề dày
Đỗ Thị Ngọc Dương
58
rk: Bán kính vân
tối thứ k
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.6 Vân tròn Newton
Hình ảnh giao thoa
k = 1, 2, 3…
Đỗ Thị Ngọc Dương
59
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.6 Vân tròn Newton
Ví dụ 1
Một chùm ánh sáng đơn sắc λ = 0,6 μm
rọi vuông góc với hệ thống tạo vân tròn
Newton.
a) Xác định bề dày của lớp không khí mà ở đó ta quan sát thấy vân sáng đầu tiên
b) Tìm bề dày lớp không khí tại vị trí của vân tối thứ 4
60
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.6 Vân tròn Newton
Ví dụ 2
Tính bán kính của vân tròn tối Newton thứ 5, biết bán kính của thấu kính là R =6,4m, bước sóng ánh sáng λ = 0,5 μm
Đỗ Thị Ngọc Dương
61
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.6 Vân tròn Newton
Ví dụ 3
Thấu kính trong hệ thống tạo vân tròn Newton có bán kính cong R = 8m. Đường kính của vân tối thứ 4 là 8mm. Tính bước sóng ánh sáng chiếu tới vân tròn Newton
Đỗ Thị Ngọc Dương
62
a) Thấu kính trong hệ thống cho vân tròn Newton có bán kính cong 15m. Khoảng cách giữa vân tối thứ 4 và thứ 25 bằng 9 mm
2. GIAO THOA ÁNH SÁNG
2.6 Vân tròn Newton
Ví dụ 4
Tìm bước sóng ánh sáng tới biết
b) Thấu kính trong hệ thống cho vân tròn Newton có bán kính cong 5m. Khoảng cách giữa vân tối thứ 3 và thứ 27 bằng 6 mm.
Đỗ Thị Ngọc Dương
63
Đỗ Thị Ngọc Dương
64
* Một số tài liệu cũ có thể bị lỗi font khi hiển thị do dùng bộ mã không phải Unikey ...
Người chia sẻ: Đỗ Thị Ngọc Dương
Dung lượng: |
Lượt tài: 0
Loại file:
Nguồn : Chưa rõ
(Tài liệu chưa được thẩm định)