Bài giảng Vật lý 2: Chương 3b - Lê Quang Nguyên

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

Thêm vào BST

Báo xấu

24
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Vật lý 2: Chương 3b cung cấp cho người học những kiến thức về nhiễu xạ ánh sáng. Những nội dung chính được trình bày trong chương này gồm có: Hiện tượng nhiễu xạ, nguyên lý Huygens, nhiễu xạ trên lỗ tròn, nhiễu xạ trên khe hẹp, nhiễu xạ trên nhiều khe, nhiễu xạ tia X.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Vật lý 2: Chương 3b - Lê Quang Nguyên

Nội dung 1. Hiện tượng nhiễu xạ 2. Nguyên lý Huygens 3. Nhiễu xạ trên lỗ tròn Nhiễu xạ ánh sáng 4. Nhiễu xạ trên khe hẹp 5. Nhiễu xạ trên nhiều Lê Quang Nguyên khe www4.hcmut.edu.vn/~leqnguyen 6. Nhiễu xạ tia X nguyenquangle59@yahoo.com 1a. Hiện tượng nhiễu xạ 1b. Nhiễu xạ của sóng nước qua hai khe • Nhiễu xạ là hiện tượng sóng đi vòng qua vật Cực đại cản; giao thoa • Sau đó các phần khác nhau của sóng giao thoa ở phía sau vật cản, tạo nên những vùng sóng Cực tiểu có biên độ cực đại và cực tiểu xen kẽ nhau. Sóng vòng giao thoa • Minh họa. ra sau vật cản Sóng tới phẳng
1c. Nhiễu xạ ánh sáng qua khe hẹp 1d. Nhiễu xạ ánh sáng qua lỗ tròn 1e. Nhiễu xạ ánh sáng qua đĩa tròn 2. Nguyên lý Huygens • Mỗi điểm mà một mặt sóng đạt tới đều có thể coi là một nguồn phát sóng cầu thứ cấp; • Hình bao của các mặt sóng cầu thứ cấp đó lại là một mặt sóng mới (Minh họa). Mặt sóng Mặt sóng mới cầu thứ cấp Nguồn phát Mặt sóng cầu thứ sóng cấp
3a. Nhiễu xạ qua lỗ tròn: hiện tượng 3b. Phương pháp đới cầu Fresnel • Dùng ánh sáng đơn sắc Mặt sóng cầu Σ phẳng hay cầu. • Vân tròn, tâm trên trục Đới Fresnel bậc 4 của lỗ. b + 4(λ/2) • Cường độ sáng giảm nhanh khi ra xa tâm b + 2(λ/2) ảnh. O S B • Minh họa. b + λ/2 OB = b b + 3(λ/2) Đới Fresnel bậc 1 3c. Tính chất của các đới Fresnel 3c. Tính chất của các đới Fresnel (tt) • Nếu bậc của các đới không quá lớn thì tất cả đều có diện tích bằng nhau: Bán kính r4 π abλ ∆S = b + 4(λ/2) a+b b + 2(λ/2) • Với a = SO, b = OB. O S B • Bán kính biên ngoài của đới bậc m là: b + λ/2 SO = a mabλ rm = b + 3(λ/2) OB = b a+b Diện tích ΔS
3d. Sóng thứ cấp phát từ các đới Fresnel 3e. Biên độ tổng hợp khi không có màn chắn • Tại điểm quan sát B sóng thứ cấp phát từ các • Tất cả các đới Fresnel trên mặt sóng đều gửi đới Fresnel có tính chất sau: sóng đến B, biên độ tổng hợp tại B là: • Hai sóng phát ra từ hai đới liên tiếp thì ngược A = A1 − A2 + A3 − A4 + ... pha nhau, A1  A1 A  A A  • vì quang trình của chúng khác nhau một nửa A= +  − A2 + 3  +  3 − A4 + 5  + ... bước sóng. 2  2 2  2 2 • Biên độ sóng gần bằng nhau, 1 Am ≈ ( Am−1 + Am+1 ) • vì các đới có diện tích bằng nhau, 2 • và khoảng cách truyền thì chỉ thay đổi rất ít. A Khi không có màn chắn, biên độ A≈ 1 tổng hợp bằng một nửa biên độ 2 của đới thứ nhất. 3e. Biên độ tổng hợp khi lỗ nhỏ 3e. Biên độ tổng hợp khi lỗ nhỏ (tt) • Giả sử lỗ tròn nhỏ chỉ cho đi qua 3 đới Fresnel Đới Fresnel bậc 2 đầu tiên: A1 A A  A A A B là một A= +  1 − A2 + 3  + 3 ≈ 1 + 3 A1 điểm tối 2  2 2 2 2 2 • Nếu lỗ tròn chỉ cho đi qua 4 đới đầu tiên: O S B A1  A1 A  A A A A2 ≈ A1 A= +  − A2 + 3  + 3 − A4 ≈ 1 − 4 2  2 2 2 2 2  A1 Am  2 + 2 m = 1,3,5… Số lẻ đới đi qua: cực đại A≈ Đới Fresnel bậc 1 Số chẵn đới đi  A1 − Am m = 2,4,6… qua: cực tiểu  2 2
4a. Nhiễu xạ trên khe hẹp: hiện tượng 4b. Các nguồn thứ cấp • Sóng tới phẳng • Chia mặt sóng trên khe thành nhiều dải hẹp đơn sắc. giống nhau song song với khe; • Màn cách xa • Hiệu quang lộ của hai sóng liên tiếp bằng một khe: các tia nửa bước sóng. cùng góc lệch λ/2 giao thoa nhau. 2(λ/2) • Vân thẳng song song với b θ khe. • Minh họa. Nguồn thứ cấp 4(λ/2) 4b. Các nguồn thứ cấp (hết) 4c. Vị trí các vân • Tại một vị trí trên màn quan sát, các sóng thứ λ/2 cấp có tính chất: 2(λ/2) • Có cùng biên độ, vì các nguồn thứ cấp giống nhau. • Khi góc lệch θ = 0 tất cả các sóng thứ cấp đều b θ cùng pha. O • Khi góc lệch θ ≠ 0 hai sóng thứ cấp liên tiếp ngược pha nhau, vì hiệu quang trình giữa chúng bằng λ/2. Nguồn bsinθ = 4(λ/2) thứ cấp Thấu kính Màn quan sát hội tụ ở tiêu diện
4c. Vị trí các vân (tt) 4c. Vị trí các vân (hết) • Biên độ tổng hợp ở tâm O (θ = 0) luôn luôn cực • Để có cực tiểu thì N phải là một số chẵn, N = đại, tạo nên vân sáng trung tâm. 2m, hay: • Ở các vị trí khác (θ ≠ 0) thì biên độ là: b sinθ = mλ m = ±1, ± 2… – Cực tiểu nếu số nguồn thứ cấp là chẵn. – Cực đại nếu số nguồn thứ cấp là lẻ. • Để có cực đại thì N phải là một số lẻ, N = 2m + • Số nguồn thứ cấp được xác định từ: 1, hay: λ  1 b sinθ = N b sinθ =  m +  λ m = 1, ± 2… 2  2 2b sinθ • Trong công thức trên ta không chọn m = 0 và m ⇒N= = −1 vì sinθ = ± λ/2b nằm trong vân sáng trung λ tâm. 4d. Phân bố cường độ sáng 5a. Nhiễu xạ trên nhiều khe • Xét hệ có N khe song song, bề rộng b, khoảng cách giữa hai khe liên tiếp là d. • Nhiễu xạ trên nhiều khe sinθ = λ/2b là sự kết hợp của nhiễu xạ trên từng khe và giao thoa giữa các khe. • Khi N rất lớn hệ được gọi b b b b b b là cách tử, còn d là chu kỳ của cách tử.
5b. Vị trí cực đại, cực tiểu 5c. Phân bố cường độ sáng • Cực đại trung tâm ứng với góc lệch θ = 0. Một khe • Cường độ do • Các cực tiểu chính (do nhiễu xạ trên một khe): nhiễu xạ trên một khe b sinθ = m1λ m1 = ±1, ±2… • Là hình bao của cường độ • Các cực đại chính (do giao thoa giữa các khe) : nhiễu xạ qua d sinθ = m2λ m2 = ±1, ±2… Nhiều khe nhiều khe. • Giữa hai cực đại chính liên tiếp còn có (N – 1) cực tiểu phụ và (N – 2) cực đại phụ. • Minh họa 5c. Ứng dụng của cách tử 6a. Nhiễu xạ tia X • Vì các cực đại rất rõ nét và sáng nên cách tử • Tia X có bước sóng cỡ Angstrom (1 Å = 10 –10 nhiễu xạ được dùng để: m) nên có thể nhiễu xạ trên các khe ở giữa các nguyên tử, phân tử cấu tạo nên vật chất. – Phân tích ánh sáng thành ánh sáng đơn sắc. • Dùng ảnh nhiễu xạ tia X trên vật chất, các nhà – Phân tích phổ ánh sáng phát từ vật chất. khoa học có thể xác định được cấu trúc của vật – Đo bước sóng ánh sáng. chất. Ảnh nhiễu xạ tia X của DNA Phổ nguyên gợi ý cho Crick và Watson tử Hydro (1953) về cấu trúc chuỗi xoắn kép. Từ đó một ngành mới ra đời – Sinh học phân tử.
6b. Định luật Bragg • Các cực đại nhiễu xạ tia X trên tinh thể được xác định bởi định luật Bragg: 2d sinθ = mλ m = 0, ±1, ±2... Tia tới Tia nhiễu xạ θ θ d Mặt phẳng nguyên tử