Phần 1 bài giảng "Vật lý đại cương 2 - Chương 7: Quang học sóng" cung cấp cho người học các kiến thức về cơ sở quang học sóng, hiện tượng giao thoa của hai sóng ánh sáng kết hợp, hiện tượng giao thoa do phản xạ, hiện tượng giao thoa gây bởi bản mỏng. Mời các bạn cùng tham khảo.
AMBIENT/
Chủ đề:
Nội dung Text: Bài giảng Vật lý đại cương 2: Chương 7 - Nguyễn Xuân Thấu
- Chương 7
QUANG HỌC SÓNG
1 Nguyễn Xuân Thấu -BMVL
HÀ NỘI
2016
- CHƯƠNG 7. QUANG HỌC SÓNG
NỘI DUNG CHÍNH
♣ Cơ sở quang học sóng.
♣ Hiện tượng giao thoa của 2 sóng ánh sáng kết hợp.
♣ Hiện tượng giao thoa do phản xạ.
♣ Hiện tượng giao thoa gây bởi bản mỏng.
♣ Ứng dụng của giao thoa.
♣ Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng.
2
♣ Hiện tượng phân cực ánh sáng.
- 1. CƠ SỞ QUANG HỌC SÓNG
Quang học: là môn học nghiên cứu về ánh sáng và sự tương tác của ánh sáng
với các chất. Quang học cổ điển bao gồm quang học tia (quang hình học) và
quang học sóng.
Quang học tia: Nghiên cứu các hiện tượng ánh sáng dựa trên khái niệm “tia
sáng”. Ví dụ: hiện tượng khúc xạ, phản xạ, tạo ảnh qua gương, lăng kính…
Quang học sóng: Nghiên cứu các hiện tượng ánh sáng dựa trên khái niệm
sóng ánh sáng. Ví dụ: Giao thoa, nhiễu xạ, phân cực, tán sắc…
3
- 1. CƠ SỞ QUANG HỌC SÓNG
Các thuyết về bản chất của ánh sáng :
● Thuyết hạt của Newton (cuối thế kỉ 17) Ánh sáng là 1 chùm hạt
● Thuyết sóng của Huygens (cuối thế kỉ 17) Ánh sáng là sóng
● Đầu thế kỷ 19 Fresnel giải thích các hiện tượng quang học
● Thuyết điện từ của Maxwell (1865) Ánh sáng là sóng điện từ
● Thuyết photon của Einstein (1905) Ánh sáng có bản chất lượng tử (Max
4
Planck)
- 1. CƠ SỞ QUANG HỌC SÓNG
1.1. Các định luật cơ bản của quang hình học
a) Định luật truyền thẳng ánh sáng: Trong môi trường trong suốt đồng tính
và đẳng hướng ánh sáng truyền theo đường thẳng.
b) Định luật về tác dụng độc lập của các tia sáng: Tác dụng của các chùm
sáng khác nhau thì độc lập với nhau, nghĩa là tác dụng của một chùm sáng này
5 thì không phụ thuộc vào sự có mặt hay không của các chùm sáng khác.
- 1. CƠ SỞ QUANG HỌC SÓNG
1.1. Các định luật cơ bản của quang hình học
c) Hai định luật của Descartes.
Khi một tia sáng tới mặt phân cách hai
môi trường trong suốt, đồng tính và đẳng
hướng thì bị tách làm hai: Tia phản xạ và
tia khúc xạ, chúng tuân theo hai định luật:
* Định luật 1: Tia phản xạ nằm trong mặt
phẳng tới (mặt phẳng chứa tia tới và pháp
6 tuyến mặt phân cách) và góc tới bằng góc
phản xạ: i1 i1
* Định luật 2: Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới và tỷ số giữa sin góc tới và
sin góc khúc xạ là một số không đổi: sin i n
1 2
n 21
sin i 2 n1
- 1. CƠ SỞ QUANG HỌC SÓNG
1.1. Các định luật cơ bản của quang hình học
c) Hai định luật của Descartes. sin i1 n 2
n 21
* Hiện tượng phản xạ toàn phần sin i 2 n1
i1
i1
7
i2
i2
0 n2
n1 sin i1max n 2 sin 90 n 2 sin i1max n 21 sin i1max n 21
n1
- 1. CƠ SỞ QUANG HỌC SÓNG
1.1. Các định luật cơ bản của quang hình học
c) Hai định luật của Descartes.
* Hiện tượng phản xạ toàn phần
8
- 1. CƠ SỞ QUANG HỌC SÓNG
1.2. Những phát biểu tương đương của định luật Descartes
Một số khái niệm:
a) Quang lộ
Quang lộ của tia sáng: Xét hai điểm A, B nằm trong môi trường đồng tính,
chiết suất n, cách nhau một đoạn d.
Quang lộ giữa hai điểm A và B là: L = c.t,
trong đó t = d/v là thời gian để ánh sáng đi từ A đến B. L = n.d
9
Quang lộ giữa 2 điểm AB là đoạn đường ánh sáng truyền được trong chân
không trong khoảng thời gian t, trong đó t là khoảng thời gian mà ánh sáng
đi được đoạn AB trong môi trường
- 1. CƠ SỞ QUANG HỌC SÓNG
1.2. Những phát biểu tương đương của định luật Descartes
Nếu ánh sáng truyền qua các môi trường khác nhau:
B
L nd L n idi L n.ds
A
10
- 1. CƠ SỞ QUANG HỌC SÓNG
1.2. Những phát biểu tương đương của định luật Descartes
b) Nguyên lý Fermat và định lý Malus
Nguyên lý Fermat: Giữa hai điểm A và B, ánh sáng sẽ truyền theo con
đường nào mà quang lộ là cực trị.
Định lý Malus: Quang lộ của các tia sáng giữa hai mặt trực giao của một
chùm sáng thì bằng nhau (mặt trực giao là mặt vuông góc với các tia của
11
một chùm sáng)
Đây là các phát biểu tương đương của các định luật quang hình học.
- 1. CƠ SỞ QUANG HỌC SÓNG
1.2. Những phát biểu tương đương của định luật Descartes
b) Nguyên lý Fermat và định lý Malus
Sự tương đương của nguyên lý Fermat với định luật phản xạ
AOB AO OB AO OB AB
ABO AB AO OB AOB
12 AOB AOB
Ánh sáng truyền theo quang lộ cực tiểu.
- 1. CƠ SỞ QUANG HỌC SÓNG
1.2. Những phát biểu tương đương của định luật Descartes
b) Nguyên lý Fermat và định lý Malus
Sự tương đương của nguyên lý Fermat với định luật phản xạ
Xét 1 elipxoid tròn xoay, nếu đặt nguồn
sáng tại tiêu điểm F1, thì ánh sáng tập
trung tại F2. Xét 1 thấu kính: Ánh sáng
Ánh sáng truyền theo quang lộ cực đại truyền theo quang lộ không đổi
13
- 1. CƠ SỞ QUANG HỌC SÓNG
1.2. Những phát biểu tương đương của định luật Descartes
b) Nguyên lý Fermat và định lý Malus
Sự tương đương của nguyên lý Fermat với định luật khúc xạ
14
- 1. CƠ SỞ QUANG HỌC SÓNG
1.2. Những phát biểu tương đương của định luật Descartes
b) Nguyên lý Fermat và định lý Malus Chứng minh định lý Malus
L1 n1A1I1 n 2 A 2 I 2 n1A1I1 n 2 I1H1 n 2 H1B1
L 2 n1 A 2 I 2 n 2 I 2 B 2 n 1 A 2 H 2 n1 H 2 I 2 n 2 I 2 B 2
A1I1 A 2 H 2
H1B1 I2 B2
15
n1 sin i1 n 2 sin i 2
L1 L 2
H 2 I2 IH
n1 n2 1 1
I1I2 I1I2
n1H 2 I2 n 2 I1H1
- 1. CƠ SỞ QUANG HỌC SÓNG
1.3. Hàm sóng của ánh sáng
O M
Giả sử tại O phương trình dao động sáng là: xO = acost
Phương trình dao động sáng tại M là:
L 2L 2L
x M a cos (t ) a cos (t ) a cos(t ) a cos(t )
v Tv
hàm sóng của ánh sáng
16
là thời gian ánh sáng truyền từ O đến M.
L = c là quang lộ giữa hai điểm OM.
là bước sóng ánh sáng trong chân không.
- 1. CƠ SỞ QUANG HỌC SÓNG
1.4. Cường độ sáng:
Cường độ sáng I tại một điểm là một đại lượng có trị số bằng năng lượng
ánh sáng truyền qua một đơn vị diện tích đặt vuông góc với phương
truyền sáng tại điểm đó trong một đơn vị thời gian.
Cường độ sáng tỷ lệ với bình phương biên độ:
I = ka2
17
- 1. CƠ SỞ QUANG HỌC SÓNG
1.4. Nguyên lý chồng chất
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 ánh sáng vẫn truyền đi như cũ;
Tại những điểm gặp nhau, dao động sáng bằng tổng hợp các dao động
sáng thành phần.
18
- 1. CƠ SỞ QUANG HỌC SÓNG
1.5. Nguyên lý Huyghens
Bất kỳ điểm nào nhận được sóng ánh sáng đều trở thành nguồn thứ cấp
phát ánh sáng về phía trước nó.
19
Mặt sóng sơ cấp là đường bao các mặt sóng thứ cấp
- 2. HIỆN TƯỢNG GIAO THOA CỦA 2 SÓNG ÁNH SÁNG KẾT HỢP
Giao thoa sóng là trường hợp đặc biệt của hiện tượng chồng chất sóng.
Kết quả là trong trường giao thoa xuất hiện những điểm mà cường độ sóng
được tăng cường, xen kẽ với những điểm cường độ sóng bị triệt tiêu.
Điều kiện để các sóng giao thoa với nhau: Sóng kết hợp.
(các sóng có cùng tần số và có độ lệch pha không đổi theo thời gian)
20
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
