Bài giảng Vật lý_

Chia sẻ: Le Phan Huu My | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:35

Thêm vào BST

Báo xấu

325
lượt xem 95
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu Bài giảng Vật lý- " Hiện tượng giao thoa và nhiễm xạ ánh sáng ", dành cho các bạn học sinh khối THPT tham khảo.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Vật lý_

Chương III: HIỆN TƯỢNG GIAO THOA & NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG 1
Nội dung HIỆN TƯỢNG GIAO THOA ÁNH SÁNG 1. Hiện tượng giao thoa và điều kiện để có giao thoa ánh sáng 2. Khảo sát sự giao thoa ánh sáng qua khe Young SỰ NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG 1. Thí nghiệm Fresnel về nhiễu xạ ánh sáng 2. Định nghĩa 3. Nguyên lý Huyghen – Fresnel 4. Nhiễu xạ ánh sáng qua khe hẹp (nhiễu xạ sóng phẳng): (Nhiễu xạ Frauhofe) 5. Điều kiện để có cực đại, cực tiểu nhiễu xạ 6. Nhiễu xạ qua nhiều khe hẹp – cách tử 2
1.a Định nghĩa Là hiện tượng xãy ra khi 2 sóng ánh sáng truyền đến một vùng nào đó của F không gian, ở đó tạo ra vùng sáng và tối liên tiếp. E S Khoảng không gian có giao thoa gọi là trường giao thoa. Nếu đặt một màng trong trường giao thoa ta sẽ nhận được những vạch sáng và tối xen kẽ gọi là vân giao thoa. 3
1.b Điều kiện để có giao thoa ánh sáng 2 sóng ánh sáng (nguồn) phải có cùng tần số, phương dao động, hiệu pha không thay đổi theo thời gian. Giả sử xét nguồn 1: x1 = a1 cos(ω0t + ϕ1 ) nguồn 2: x2 = a2 cos(ω0t + ϕ 2 ) Theo 2 dao động x = x1 + x2 = a cos(ω0t + ϕ ) a = a12 + a2 + 2a1a2 cos(ϕ 2 − ϕ1 ) 2 Trong đó ϕ2 − ϕ1 : Hiệu pha 4
1.b Điều kiện để có giao thoa ánh sáng a1 sin ϕ + 2 sin ϕa tgϕ= 1 2 a1 cos ϕ + 2 cos ϕ 1 a 2 N ếu: ϕ 2 − ϕ1 = 2kπ ⇒ cos(ϕ 2 − ϕ1 ) = 1 Cho: a = a1 + a2 a1 ≈ a2 ⇒ a ≈ 2a1 ≈ 2a2 Để đặc trưng tác dụng sóng của sóng ánh sáng, ta đưa vào cường độ sóng cơ. Chọn k=1, cường độ sáng I ~ a2 => I ~ 4a12 (Cường độ sóng tỉ lệ bình phương với biên độ của sóng). Như vậy, những điểm nhận 2 sóng có I ~ 4a12 là 5 điểm sáng.
1.b Điều kiện để có giao thoa ánh sáng N ếu:ϕ 2 − ϕ1 = (2k + 1)π ⇒ cos(ϕ 2 − ϕ1 ) = −1 a = a1 − a2 mà a1 ≈ a2 ⇒ a = 0 Điểm tối 2 sóng có điều kiện trên gọi là 2 sóng kết hợp. Chú ý: Trong môi trường đẳng hướng, sóng ánh sáng từ S phát ra là sóng cầu, biên độ của sóng sẽ giảm tỉ lệ nghịch với khoảng cách từ nguồn đến điểm ta xét. 6
1.c Cách tạo nguồn kết hợp Nguồn sóng biến thiên do dao động của các nguyên tử, do đó không tìm được sóng kết hợp từ 2 nguồn sáng. Để có sóng kết hợp, ta tách từ 1 nguồn sáng thành 2 tia sóng đi theo những quang lộ khác nhau. Sau đó, cho chúng gặp mhau. 7
1.c Cách tạo nguồn kết hợp  Gương Fresnel: O Maøn G2 Q chaén α O2 O1 G1 E 8
1.c Cách tạo nguồn kết hợp  Lưỡng bán thấu kính  Lưỡng lăng kính G.Bille: M Fresnel: M S S 9
2.a Điều kiện cực đại cực tiểu vân giao thoa Giả sử có 2 nguồn sóng kết hợp S1 và S2 Đặt: S1M = l1 và S1M = 2π l1 l2 (quang lộ) x1 = a1 cos(ω0t − ) M nhận 2 sóng: λ 2π l2 x2 = a2 cos(ω0t − ) λ 10
2.a Điều kiện cực đại cực tiểu vân giao thoa 2π ∆ϕ = ϕ2 − ϕ1 = (l2 − l1 ) λ ∆ϕ = 2kπ dao động cực đại l2 − l1 = k λ cường độ sóng đạt cực đại :Imax λ ∆ϕ = (2k + 1)π ⇒ l2 − l1 = (2k + 1) 2 Nếu: dđ cực tiểu 11
2.b Độ rộng của vân giao thoa Là khoảng cách giữa 2 vân cùng loại liên tiếp. Cọn O là điểm cách đầu S1, S2: d 2 d 2 l = D + (x − ) 1 2 2 l2 = D + ( x + ) 2 2 2 2 2 xd l2 − l1 = 2 xd ⇒ l2 − l1 = 2 2 l2 + l1 D ? d ⇒ l2 + l1 ≈ 2 D Thông thường: − l l = xd 2 1 D 12
2.b Độ rộng của vân giao thoa Vậy các cực đại giao thoa sẽ nằm cách điểm giữa O một khoảng Xmax thỏa xmax d l2 − l1 điềλ =kiện: xmax = k λ D mãn = k u D d λ xmin d (2k + 1) = 2 D Cực tiểu: = (2k + 1)λ D xmin k = 0, ±1, ±2,... 2d 13
2.b Độ rộng của vân giao thoa i = xmax (k + 1) − xmax (k ) M l1 λ D kλ D S1 = (k + 1) − d l2 d d S λD S2 ⇒i= d D Khoảng cách giữa các vân sáng (hoặc giữa các vân tối cũng vậy) 14
2.c Sự dịch chuyển hệ vân giao thoa L2 − L1 = l2 − [(e1 − e)1 + en] = l2 − l1 − (n − 1)e L2 − L1 = k λ ⇒ l2 − l1 − (n − 1)e = k λ xmax d − (n − 1)e = k λ D kλ D eD xmax = + (n − 1) d d Chứng tỏ vân sáng mới O1(k = 0) sẽ nằm cách vân sáng cũ O một khoảng: eD x = (n − 1) 0 d 15
2.c Sự dịch chuyển hệ vân giao thoa - Vì n > 1 nên x0 > 0 e nghĩa là vân sáng l1 M giữa O1 bây giờ sẽ S1 l2 d dịch chuyển về phía S có đặt bản thủy tinh S2 mỏng. D - Hiện tượng này là cơ sở để đo chiết suất trong các máy 16
3. Thí nghiệm Fresnel về nhiễu xạ ánh sáng Cho ánh sáng xuất a phát từ S qua 1 lỗ tròn trên màn chắn P, ta sẽ S c nhận được 1 vệt sáng P b tròn có đường kính ab Q trên màn ảnh Q. 17
3. Thí nghiệm Fresnel về nhiễu xạ ánh sáng Nếu thu kích thước của lỗ trên P thì vệt sáng ab cũng thu nhỏ lại. Thí nghiệm chứng tỏ, khi kích thước của lỗ tròn rất nhỏ, ta thấy xuất hiện trên màn ảnh Q nhiều vòng tròn sáng và tối cùng tâm điểm nằm xen kẻ nhau cả trong vùng bóng tối hình học (ngoài phạm vi ab). Tâm điểm của các vân có thể sáng hoặc tối tùy theo kích thước của lỗ tròn và vị trí màn ảnh Q. 18 Thí nghiệm trên chứng tỏ, khi qua lỗ
4. Định nghĩa Hiện tượng các tia sáng bị lệch khỏi phương truyền thẳng khi chúng đi gần các vật chướng ngại, gây nên các vân sáng và tối trong cả vùng bóng tối hình học được gọi là hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng. Các vân sáng, tối xuất hiện khi đó gọi là vân nhiễu xạ. 19
5. Nguyên lý Huyghen - Fresnel  Bất kỳ điểm nào mà ánh sáng truyền đến đều trở thành nguồn sáng thứ cấp phát ánh sáng về phía trước nó.  Biên độ và pha của nguồn thứ cấp là biên độ và pha của nguồn sáng thực gây ra tại vị trí nguồn thứ cấp.  Dao động tại một điểm bất kỳ ngoài mặt sáng thứ cấp ấ là tổng hợp của tất cả những sóng phát đi từ các nguồn thứ cấp nằm trên mặt sáng ặ’’ gửi tới 20