Bài giảng Vật lý đại cương 3 - Chương 3: Giao thoa ánh sáng

Chia sẻ: AndromedaShun _AndromedaShun | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:21

Thêm vào BST

Báo xấu

27
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Vật lý đại cương 3 - Chương 3: Giao thoa ánh sáng cung cấp cho học viên các kiến thức về các khái niệm cơ sở; cơ sở của quang học sóng; giao thoa ánh sáng bởi 2 nguồn kết hợp; giao thoa gây bởi các bản mỏng;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Vật lý đại cương 3 - Chương 3: Giao thoa ánh sáng

Bμi gi¶ng VËt lý ®¹i c−¬ng T¸c gi¶: PGS. TS §ç Ngäc UÊn ViÖn VËt lý kü thuËt Tr−êng §H B¸ch khoa Hμ néi
VËt lý ®¹i c−¬ng Quang häc sãng
Ch−¬ng 3 Giao thoa ¸nh s¸ng 1. C¸c kh¸i niÖm c¬ së 1.1 Quang lé: Quang lé L gi÷a hai ®iÓm A, B (AB=d) lμ ®o¹n ®−êng ¸nh s¸ng truyÒn ®−îc trong ch©n kh«ng trong kho¶ng thêi gian t, trong ®ã t lμ kho¶ng thêi gian mμ ¸nh s¸ng ®i ®−îc ®o¹n AB trong m«i tr−êng.
A d B d t = ⇒ L = ct L= nd. v n = c chiÕt suÊt m«i tr−êng v n2d2 NÕu ¸nh s¸ng ®i qua n1d1 n3d3 nhiÒu m«i tr−êng: L=n1d1+n2d2+...+nndn = ∑ n id i i 1.2. §Þnh lý Malus (Maluýt): Quang lé gi÷a hai mÆt trùc giao cña mét chïm s¸ng th× b»ng nhau
hai mÆt trùc giao hai mÆt trùc giao Quang lé L1 gi÷a A1,A3 vμ L2 gi÷a B1,B3: B1 L1= n1A1I1+n2I1A2+n2A2A3 B2 L2= n1B1B2+n1B2I2+n2I2B3 A1 i 1 i n1 I2 n1sini1 = n2sini2 I1 i 1 I A A n2 2 B2I2 = 2i 1 2 B3 sini1 = sini 2 2 A3 I1 I 2 I I 1 2 n1B 2 I 2 n 2 I1 A 2 n1sini1 = n 2 sini 2 = I1 I 2 I1 I 2 Suy ra n1B2I2 = n2I1A2vμ L1=L2
2. C¬ së cña quang häc sãng 2.1. Hμm sãng cña ¸nh s¸ng: ¸nh s¸ng lμ mét lo¹i sãng ®iÖn tõ: Tõ tr−êng vμ ®iÖn tr−êng biÕn thiªn trong kh«ng gian. r r E v r H ChØ cã thμnh phÇn ®iÖn tr−êng t¸c dông vμo m¾t míi g©y c¶m gi¸c s¸ng
r → Dao ®éng cña E lμ dao ®éng s¸ng: r 2 πL O x = a cos( ωt − ) λ x0= a.cosωt -dao ®éng t¹i gèc O. T¹i r:(τ thêi gian trÔ) x= acos ω(t -τ) = 2π L 2 πL a cos( ωt − ) = a cos( ωt − ) T c λ 2. 2. c−êng ®é s¸ng: C−êng ®é s¸ng t¹i mét ®iÓm lμ mét ®¹i l−îng cã trÞ sè b»ng n¨ng l−îng truyÒn qua mét ®¬n vÞ diÖn tÝch ®Æt vu«ng gãc víi ph−¬ng truyÒn s¸ng trong mét ®¬n vÞ thêi gian: I = ka2, k lμ hÖ sè tû lÖ. LÊy k = 1 cã: I = a2.
2.3. Nguyªn lý chång chÊt: Khi hai hay nhiÒu ¸nh s¸ng gÆp nhau th× tõng sãng riªng biÖt kh«ng bÞ c¸c sãng kh¸c lμm nhiÔu lo¹n. Sau khi gÆp nhau, c¸c sãng ¸nh s¸ng vÉn truyÒn ®i nh− cò, Cßn t¹i nh÷ng ®iÓm gÆp nhau dao ®éng s¸ng b»ng tæng c¸c dao ®éng thμnh phÇn. 2.4. Nguyªn lý Huyghen: Nh÷ng sãng tõ nguån O truyÒn ra ngoμi mÆt kÝn bÊt k× S bao quang nguån O, cã tÝnh chÊt gièng hÖt nh÷ng sãng mμ ta sÏ cã, nÕu ta bá nguån O ®i vμ thay b»ng nh÷ng nguån phô (thø cÊp) thÝch hîp ph©n phèi trªn mÆt S.
3. Giao thoa ¸nh s¸ng bëi 2 nguån kÕt hîp 3.1. T¹o hai nguån s¸ng kÕt hîp: Hai sãng kÕt hîp cã hiÖu pha kh«ng ®æi. Hai nguån s¸ng kh¸c nhau kh«ng ®¸p øng ®iÒu kiÖn ®ã. khe Young hay g−¬ng Frenen: r1 S O1 r2 D y O1 l O2 O2 O1O2 lμ 2 nguån O1O2 lμ 2 nguån kÕt hîp kÕt hîp (thø cÊp) (¶o)
3.2. Kh¶o s¸t hiÖn t−îng giao thoa: r1 y 2πL1 r2 D O1 x 1 = a cos( ωt − ) l O2 λ HiÖu pha 2 π 2 πL 2 Δ ϕ = ( L − L ) x 2 = a cos( ωt − ) λ 1 2 λ λD L1-L2=r1-r2=kλ V©n s¸ng y=k l L1-L2=r1-r2=(2k+1)λ/2 λD y = (2k + 1) V©n tèi 2l Kho¶ng c¸ch 2 v©n s¸ng liªn tiÕp i= λD/l C¸c v©n giao thoa cã d¹ng hypecbol ®èi xøng qua v©n gi÷a. V©n gi÷a lμ v©n s¸ng
• Giao thoa ¸nh s¸ng tr¾ng 0,4μm ≤ λ ≤ 0,76μm
3.3. HiÖn t−îng giao thoa do ph¶n x¹ • ThÝ nghiÖm cña L«i (Lloyd) Theo lý thuyÕt V©n s¸ng O M L1-L2=OI+IM-OM =kλ I V©n tèi L1-L2=OI+IM-OM=(2k+1)λ/2 Thùc tÕ ng−îc l¹i → Sau ph¶n x¹ ®¶o pha 2π Δϕ = ( L1 − L 2 ) + π n1 λ L1 cña tia ph¶n x¹ n2 dμi thªm λ/2 ChØ khi n2 > n1
4. Giao thoa g©y bëi c¸c b¶n máng 4.1. B¶n máng cã bÒ dÇy thay ®æi -V©n cïng ®é dμy O Tia lã cña tia ph¶n x¹ tõ ®¸y i1 d−íi (®á) giao thoa víi tia i1 R ph¶n x¹ tõ mÆt trªn (xanh) M cña tÊm HiÖu quang lé: B d n i2 C L1-L2=OB+n(BC+CM)-(OM+λ/2) = n(BC+CM)-RM-λ/2 RM=BM.sini1=2d.tgi2.sini1 BC = CM = d/cosi2 2d λ ΔL = L 1 − L 2 = n − 2d.tgi 2 sin i1 − cos i 2 2
sin i1 =n sin i 2 1 cos i 2 = n − sin i1 2 2 sin i1 n sin i 2 = n 2d 2d.tgi 2 sin i1 = ( n − sin i1 ) 2 2 n cos i 2 λ ΔL = 2d ( n − sin i1 ) − 2 2 2 V©n s¸ng: L1-L2 =kλ V©n tèi: L1-L2 =(2k+1)λ/2 Gãc nh×n x¸c ®Þnh => i1 x¸c ®Þnh =>Mçi v©n øng víi mét ®é dÇy d x¸c ®Þnh => V©n cïng ®é dÇy
• Nªm kh«ng khÝ Tia lã cña tia ph¶n x¹ tõ ®¸y d−íi (®en) tÊm trªn giao d thoa víi tia ph¶n x¹ tõ mÆt trªn (®á) cña tÊm d−íi HiÖu quang lé L1-L2 =2d+ λ/2 V©n s¸ng: L1-L2 =2d+ λ/2=k λ dS = (2k-1)λ/4 dT =k.λ/2 V©n tèi: L1-L2 =2d+λ/2=(2k+1) λ/2 øng dông: KiÓm tra ®é ph¼ng cña kÝnh sai sè 0,03-0,003 μm
• V©n trßn Niut¬n Tia ph¶n x¹ tõ tÊm ph¼ng R (xanh) vμ Tia ph¶n x¹ tõ mÆt cong cÇu (®á) giao thoa víi rk dk nhau: V©n tèi : dk =k. λ/2 B¸n kÝnh v©n: rk = R − ( R − d k ) 2 2 rk ≈ 2 Rd k = Rλ k V©n s¸ng : dk =(2k-1). λ/4
4.2. B¶n máng cã bÒ dÇy kh«ng ®æi - V©n cïng ®é nghiªng M Tia lã cña tia ph¶n x¹ tõ ®¸y d−íi giao thoa víi tia i1 ph¶n x¹ tõ mÆt trªn cña tÊm λ d, n ΔL = 2d ( n − sin i1 ) − 2 2 2 ΔL=kλ S¸ng ΔL=(2k+1)λ/2 Tèi C¸c v©n giao thoa s¸ng tèi lμ c¸c vßng trßn ®ång t©m. d=const → v©n tuú thuéc vμo i1→ V©n cïng ®é nghiªng
4.3. øng dông hiÖn t−îng giao thoa • Khö ph¶n x¹ c¸c mÆt kÝnh d ntk > n > 1 λ0 λ ΔL=2dn=λ0/2 d= = ntk 4n 4 λ0 trong ch©n kh«ng, λ trong líp phñ n n = n tk λ0 =0,555μm ¸nh s¸ng nh¹y nhÊt • §o chiÕt suÊt chÊt láng vμ chÊt khÝ - Giao thoa d n kÕ Rª l©y (Rayleigh) 0 2 èng ®Òu ®ùng chuÈn Thay b»ng chÊt cÇn ®o dÞch ®i m kho¶ng v©n m λ n0 n= + n0 n mλ = (n-n0)d d
• §o chiÒu dμi - Giao thoa kÕ G1 M1 Maikenx¬n Micheson ΔL=0 V©n trung t©m s¸ng P’ M’2 M2 DÞch ®i m kho¶ng v©n O A 2l = mλ l = mλ/2 P l G • ThÝ nghiÖm Maikenx¬n 2 Chøng minh tiªn ®Ò Anhxtanh vÒ vËn tèc AS Gi¶ thiÕt: Tr¸i ®Êt quay quanh mÆt trêi víi vËn tèc v. Theo c¬ häc cæ ®iÓn vËn tèc AS : däc theo ph−¬ng ch®éng cña tr¸i ®Êt: c// = c±v Vu«ng gãc víi ph−¬ng c® cña tr¸i ®Êt: c⊥ = c
M1 G1 AM1=AM2= l AM2// ph−¬ng ch®éng M2 tr¸i ®Êt O A AM1⊥ ph−¬ng ch®éng P tr¸i ®Êt G2 t1 thêi gian ®i AM1, t2 thêi gian ®i AM2 l l 2 lc 2 lc 1 v t2 = + = 2 = 2 β= c−v c+v c −v 2 c 1 − β2 c 1 2l ≈ 1 + β 2 t2 = (1 + β ) 2 1 − β2 c