Bài giảng Chương 8: Giao thoa ánh sáng

Chia sẻ: Vuong Bang | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:55

Thêm vào BST

Báo xấu

121
lượt xem 13
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung chương 8 trình bày lý thuyết sóng về ánh sáng, sự giao thoa ánh sáng - nguồn kết hợp, các phương pháp quan sát vân giao thoa không định xứ, giao thoa từ nhiều nguồn sáng điểm, giao thoa cho bởi bản mỏng trong suốt hai mặt song song, vân cùng độ nghiêng, giao thoa cho bởi bản mỏng trong suốt có độ dày thay đổi vân cùng độ dày, giao thoa kế hai chùm tia, những ứng dụng của hiện tượng giao thoa hai chùm tia.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Chương 8: Giao thoa ánh sáng

Ch ng 8 ương Chươ 8 GIAO THOA ÁNH SÁNG GIAO THOA ÁNH SÁNG 8.1. LÝ THUYẾT SÓNG VỀ ÁNH SÁNG x 8.1.1. Các đặc trưng của sóng ánh sáng y O Hình 8.1: Sóng điện từ Ánh sáng lan truyền dưới dạng sóng
Sóng ánh sáng có các đ Sóng ánh sáng có các đặặc tr c trưưng c ng cơơ b bảản sau: n sau: x Dao động ánh sáng a Biên độ sáng (a) r c z O Cường độ sáng (I = a2) Chu kỳ dao động sáng (T) λ a Hình 8.2: Dao động của Tần số sóng =1/T sóng ánh sáng Tần số góc = 2 /T Bước sóng ánh sáng =cT
8.1.2. Phương trình sóng ánh sáng đơn sắc 1. Quang lộ của tia sáng Xét môi trường đồng chất về phương diện quang học có chiết suất không đổi là n, l là khoảng cách từ A đến B A Quang lộ của tia sáng từ A đến B: n1 I LAB = [AB] = n.l n2 B Hình 8.3: Quang lộ qua hai môi trường
Trường hợp tia sáng truyền từ A đến B qua hai môi trường đồng chất khác nhau. Gọi l1 là quãng đường ánh sáng đi từ A đến I, l2 là quãng đường ánh sáng đi từ I đến B. Quang lộ ánh sáng đi từ A đến B là: LAB = LAI + LIB LAB = n1l1 + n2l2
Tương tự, xét tia sáng đi từ A đến B qua ba môi trường có chiết suất khác nhau: LAB = LAI + LIJ + LJB LAB = n1l1 + n2l2 + n3l3 n1 I J A n2 B Hình 8.4: Quang lộ qua ba môi trường
Trường hợp môi trường không đồng nhất về phương diện quang học Khi đó ánh sáng truyền từ điểm A sang điểm B sẽ bị khúc xạ liên tục. ánh sáng sẽ truyền theo đường cong nào đó. Trên mỗi đoạn đường nguyên tố ta có: dL = n.dl Vậy trên đoạn đường AB quang lộ của tia sáng sẽ là: B B B B c d L AB nd d c c d c A A v A v A LAB = cτ
(n) B dl A Hình 8.5: Quang lộ từ A đến B (không đồng nhất về mặt quang học)
2. Mặt sóng hình học Mặt sóng hình học của một chùm tia là tập hợp những điểm mà ánh sáng của chùm tia đó truyền đến ở cùng một thời điểm * Giả sử ở thời điểm t, ánh sáng truyền đến một mặt (t) nào đó và ở thời điểm t’= t + , ánh sáng truyền tới mặt (t’). * Khoảng thời gian để các tia sáng truyền đi giữa cùng hai mặt sóng hình học (t) và (t’) là bằng nhau
Nếu nguồn sáng ở rất xa, các mặt cầu này sẽ trở thành những mặt phẳng. Nếu nguồn sáng điểm ở gần, các mặt sóng hình học sẽ là những mặt cầu có tâm tại nguồn sáng. a) b) t’= t + N Hình 8.6: M N M N1 a) Sóng cầu; M1 N1 M1 S M2 M2 N2 b) Sóng N2 (t) phẳng (t’) (t) (t’)
3. Định lý Malus Phát biểu: Quang lộ của các tia sáng giữa hai mặt sóng hình học đều bằng nhau. L M1N1 L1 c L1 = L2 L M2N2 L2 c
4. Phương trình sóng ánh sáng đơn sắc Giả sử tại điểm O (nguồn sáng) dao động sáng thay đổi theo thời gian theo qui luật x =a cos t, a và lần lượt là biên độ và tần số góc của sóng ánh sáng. Phương trình trên có thể viết lại: x(0, t ) = a cos ωt
Xét điểm M bất kỳ trên trục z và cách O một khoảng d, gọi là thời gian ánh sáng truyền từ O đến M. Khi đó ta rút ra qui luật sau: Dao động sóng ánh sáng tại điểm M thời điểm t giống hệt dao động sáng tại O vào thời điểm (t ) và ta có thể thiết lập phương trình sóng sáng này tại M như sau: x(M,t) = x(O, t ) x(O, t ) = acos (t ) 2π �t τ � Vậy x(M, t) = a cos (t − τ) = a cos 2 π � − � T �T T �
mà L = c. �t L � Vậy x(M, t) = a cos 2π � − � �T λ � x d O M z t– t Hình 8.7: Sóng ánh sáng
8.1.3. Nguyên lý Huyghens về sự lan truyền của sóng ánh sáng Một điểm bất kỳ của môi trường khi sóng ánh sáng S 1 truyền tới nó thì sẽ trở S thành một nguồn sáng S 2 (gọi là nguồn sáng thứ cấp) tiếp tục phát ánh Hình 8.8: Nguyên sáng về phía trước lý Huyghens
8.2. SỰ GIAO THOA ÁNH SÁNG – NGUỒN KẾT HỢP 8.2.1. Nguyên lý chồng chất Tại điểm gặp nhau cường độ điện trường E tổng hợp do hai điện trường E 1 và E 2 tạo nên bằng tổng các véc tơ cường độ điện trường: ur uur uur E = E1 + E 2
8.2.2. Tổng hợp hai dao động cùng tần số, cùng phương Giả sử hai dao động ánh sáng cùng tần số và cùng phương x1 = a1cos( t + 1) Chồng lên nhau t x2ạ = a i mộ2cos ( t + 2) t điểm M nào đó trong không gian (a1, a2 là các biên độ dao động, 1 và 2 là các pha ban đầu của chúng).
Dao động tổng hợp cũng sẽ là dao động sin có cùng tần số x = acos( t + ) Biên độ a và pha ban đầu được xác định bởi các công thức : 2 2 2 a a 1 a 2 2a1a 2 cos( 1 2 ) a1 sin a 2 sin tg 1 2 a1 cos 1 a 2 cos 2
8.2.3. Hiện tượng giao thoa. Dao động kết hợp và không kết hợp Do cường độ tỉ lệ với bình phương biên độ cho nên có thể viết cho cường độ như sau: I = I1 + I 2 + 2 I1I 2 cos(ϕ1 − ϕ2 ) (8.10)
Trong thực tế các máy thu ánh sáng (kể cả mắt) chỉ có thể ghi nhận được giá trị trung bình của cường độ trong thời gian quan sát t. Lấy trung bình biểu thức (8.10) theo t. I = I1 + I 2 + 2 I1I 2 cos(ϕ1 − ϕ2 )
I I1 I 2 2 I1I 2 .cos( 1 2 ) Theo định nghĩa về giá trị trung bình: t 1 cos( 1 2 ) cos( 1 2 )dt t0 t 1 I I1 I2 2 I1I 2 . cos( 1 2 )dt t0