intTypePromotion=1
ADSENSE

Bài giảng Vật lý đại cương 2: Chương 7.2 - Nguyễn Xuân Thấu

Chia sẻ: Minh Nguyệt | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:34

65
lượt xem
4
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phần 2 bài giảng "Vật lý đại cương 2 - Chương 7: Quang học sóng" cung cấp cho người học các kiến thức về hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng. Đâu là tài liệu hữu ích dành cho các bạn sinh viên khối ngành Tự nhiên và những ai quan tâm dùng làm tài liệu học tập vầ nghiên cứu.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Vật lý đại cương 2: Chương 7.2 - Nguyễn Xuân Thấu

  1. 6. NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG 6.1. Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng Quan sát hiện tượng: Chiếu ánh sáng qua một lỗ nhỏ trên tấm chắn P. Vùng sáng rõ AA’, vùng sáng mờ ở vùng biên (bóng mờ) AB, A’B’ Mâu thuẫn với nguyên lý truyền thẳng của ánh sáng. Giảm kích thước lỗ nhỏ: xuất hiện vân tròn sáng tối đan xen lẫn nhau. Ảnh nhiễu xạ qua khe hẹp là các vệt sáng tối song song. 53
  2. 6. NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG 6.1. Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng Chấm sáng Fresnel: 54 Hiện tượng các tia sáng bị lệch khỏi phương truyền thẳng khi đi qua các vật chắn sáng có kích thước nhỏ được gọi là hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng. Các vòng sáng và tối xuất hiện trên màn ảnh khi đó gọi là các cực đại (trung tâm và thứ cấp) và cực tiểu nhiễu xạ. Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng chỉ có thể giải thích trên cơ sở quang học sóng.
  3. 6. NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG 6.2. Nhiễu xạ gây bởi các sóng cầu Nguyên lý Huyghens-Fresnel:  Bất kỳ điểm nào nhận được sóng ánh sáng đều trở thành nguồn thứ cấp phát ánh sáng về phía trước nó. (Huyghens)  Biên độ và pha của nguồn thứ cấp chính là biên độ và pha của sóng do nguồn thực gây ra tại vị trí của nguồn thứ cấp. (Fresnel) 55
  4. 6. NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG 6.2. Nhiễu xạ gây bởi các sóng cầu Biểu thức dao động sóng tại điểm M Tại nguồn O: dS  r2 r1 x  a cos t O 0 M Theo Huyghens, dao động sáng tại dS:  r  dx(dS)  a(dS) cos   t  1   v 56  r r  Dao động sáng do dS gây ra tại M: dx(M)  a(M) cos   t  1 2   v  A(, 0 )dS  r1  r2  dx(M)  cos   t   r1r2  v 
  5. 6. NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG  6.2. Nhiễu xạ gây bởi các sóng cầu b3 2 Phương pháp đới cầu Fresnel b2  S 2   rk2  R 2  (R  h k ) 2  (b  k ) 2  (b  h k ) 2 b 2 R 2 2   2Rh k  h k2  bk  k 2  2bh k  h k2 O B M 2 4  b bk  k 2  hk  4  bk 2(R  b) 2(R  b) Diện tích của nửa mặt cầu S (ứng với h k  R là 2R 2  Diện tích của phần 57 chỏm cầu ứng với h k bất kỳ là: 2Rh k Diện tích của các đới cầu bằng nhau: S  2R(h k 1  h k )  2R  b(k  1)  bk    Rb  2(R  b) Rb
  6. 6. NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG  6.2. Nhiễu xạ gây bởi các sóng cầu b3 2  b2 Phương pháp đới cầu Fresnel S  2 b 2 Bán kính của đới cầu thứ k: R B M 2 2 2 2 O r  R  (R  h k )  2Rh k  h  2Rh k k k b bk Rbk  rk  2Rh k  2R  2(R  b) (R  b) 58 kRb rk   Rb
  7. 6. NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG 6.2. Nhiễu xạ gây bởi các sóng cầu Phương pháp đới cầu Fresnel Xét sóng do các đới cầu gây ra tại điểm M:  Các đới cầu là các nguồn kết hợp nên sóng do chúng gây ra tại M là sóng kết hợp.  Về biên độ ak : Khi k tăng, khoảng cách đến M tăng, đồng thời góc nghiêng đối với M cũng tăng. 1 59  Lấy gần đúng: ak giảm dần theo cấp số cộng khi k tăng. a k   a k 1  a k 1  2  Về pha dao động: Hiệu khoảng cách từ các đới cầu cạnh nhau đến M bằng một nửa bước sóng  Sóng do hai đới cầu cạnh nhau gây ra tại M là ngược pha.
  8. 6. NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG 6.2. Nhiễu xạ gây bởi các sóng cầu Phương pháp đới cầu Fresnel  Giả sử sóng do các đới cầu gây ra tại điểm M có phương trình lần lượt là: x1M  a1cost x 2M  a 2 cos  t     a 2 cos t x 3M  a 3cos  t  2   a 3 cos t 60 x 4M  a 4 cos  t  3   a 4 cos t …  Phương trình sóng tại M: x M  x1M  x 2M  ...  (a1  a 2  a 3  a 4  ...)cost
  9. 6. NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG 6.2. Nhiễu xạ gây bởi các sóng cầu Nhiễu xạ qua lỗ tròn: Xét sự truyền ánh sáng qua S A lỗ tròn nằm trên màn chắn R nằm ở giữa nguồn O và M O điểm M: b  Mặt sóng của các nguồn B thứ cấp tựa lên lỗ tròn. 61  Giả sử lỗ tròn chứa n đới cầu Fresnel.  Biên độ tại M: a M  a1  a 2  a 3  a 4  ...  a n
  10. 6. NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG 6.2. Nhiễu xạ gây bởi các sóng cầu Nhiễu xạ qua lỗ tròn: Sử dụng tính chất của cấp số cộng: a k 1  a k 1 ak  2 a M  a1  a 2  a 3  a 4  ...  a n a a a a a a M  1  ( 1  a 2  3 )  ( 3  a 4  5 )  ... 2 2 2 2 2 an 62  (n  2k  1) a 2 a M  1  ...   2  a n 1  a   a n (n  2k) do có thể coi an-1 ≈ an n  2 2
  11. 6. NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG 6.2. Nhiễu xạ gây bởi các sóng cầu Nhiễu xạ qua lỗ tròn:  Cường độ sáng tại M khi không có lỗ tròn: n = ∞, an = 0 a1 a12 a M   IM   I0 2 4  Số đới cầu là lẻ: 2 a a a a  a M  1  n  IM   1  n   I0 63 2 2 2 2  Số đới cầu là chẵn: 2 a1 a n  a1 a n  a M    I M      I0 2 2 2 2
  12. 6. NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG 6.2. Nhiễu xạ gây bởi các sóng cầu Nhiễu xạ qua đĩa tròn: A Xét sự truyền ánh sáng qua đĩa tròn chắn giữa nguồn O và điểm M: M O  Mặt sóng của các nguồn thứ cấp tựa lên đĩa tròn. B  Giả sử đĩa tròn chắn m đới cầu Fresnel 64 đầu tiên.  Biên độ tại M: a m 1  a m 1 a  a a M  a m 1  a m  2  a m 3  a m  4  ...    a m  2  m 3   m 1 2  2 2  2
  13. 6. NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG 6.2. Nhiễu xạ gây bởi các sóng cầu Nhiễu xạ qua đĩa tròn: a m 1 aM  2 65
  14. 6. NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG 6.3. Nhiễu xạ gây bởi các sóng phẳng a) Nhiễu xạ của sóng phẳng qua một khe hẹp: L E A  M A1 H1 A2 F A3 66 A4 0 B /2 1 2 4 3
  15. 6. NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG 6.3. Nhiễu xạ gây bởi các sóng phẳng a) Nhiễu xạ của sóng phẳng qua một khe hẹp: Chia nhỏ khe hẹp thành các dải sáng thứ cấp.  Xét tại tiêu điểm chính F (tâm hình nhiễu xạ,  = 0): Các sóng thứ cấp có cùng pha nên chúng tăng cường nhau, F là một vạch sáng  Cực đại giữa 67  Xét góc nhiễu xạ  ≠ 0: Độ rộng của dải sáng thứ cấp được chọn sao cho dao động sáng do hai dải cạnh nhau gây ra tại M là ngược pha
  16. 6. NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG 6.3. Nhiễu xạ gây bởi các sóng phẳng a) Nhiễu xạ của sóng phẳng qua một khe hẹp:  Xét góc nhiễu xạ  ≠ 0: AA1 được chọn sao cho A1H1 = λ/2 A A1H1  / 2  AA1    68 sin  sin  2sin   Số dải sáng chia được: b 2b sin  H1 N  A1  / (2sin ) 
  17. 6. NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG 6.3. Nhiễu xạ gây bởi các sóng phẳng a) Nhiễu xạ của sóng phẳng qua một khe hẹp:  Nếu N = 2k: Góc nhiễu xạ ứng với cực tiểu (tối)  sin    k (k=1, 2...) b  Nếu N = 2k + 1: Góc 69 nhiễu xạ ứng với cực đại (sáng) 1  sin   (k  ) (k=1, 2...) 2 b
  18. 6. NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG 6.3. Nhiễu xạ gây bởi các sóng phẳng b) Nhiễu xạ của sóng phẳng qua nhiều khe hẹp. Cách tử Có hai hiện tượng đồng thời xảy ra: - Nhiễu xạ qua từng khe hẹp. - Giao thoa giữa các khe hẹp. 70
  19. 6. NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG 6.3. Nhiễu xạ gây bởi các sóng phẳng b) Nhiễu xạ của sóng phẳng qua nhiều khe hẹp. Cách tử 71
  20. 6. NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG 6.3. Nhiễu xạ gây bởi các sóng phẳng b) Nhiễu xạ của sóng phẳng qua nhiều khe hẹp. Cách tử 72
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2