intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Bài giảng Vật lý II

Chia sẻ: Minh Minh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:82

Thêm vào BST
Báo xấu
84
lượt xem 7
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Vật lý II gồm 7 chương, trình bày về lý thuyết Maxwell - sóng điện từ, quang học sóng, thuyết tương đối, lý thuyết lượng tử, nguyên tử, hạt nhân nguyên tử, vật liệu và công nghệ vật liệu. Đây là tài liệu tham khảo hữu ích dành cho sinh viên hệ cao đẳng chuyên nghiệp.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Vật lý II

  1. Bài gi ng v t lý II Dùng cho sinh viên h Cao ñ ng chuyên nghi p Chương I LÝ THUY T MAXWELL - SÓNG ðI N T 1.1.Các lu n ñi m Maxwell - H phương trình Maxwell. 1.1.1. Lu n ñi m th nh t c a Maxwell. Phát bi u : B t kì t trư ng B nào thay ñ i theo th i gian cũng sinh ra m t ñi n trư ng xoáy E x . Di n trư ng xoáy E x có ñư ng s c là ñư ng cong kín . ðư ng s c c a ñi n trư ng xoáy E x n m trong m t ph ng vuông góc v i ñư ng s c t B . Chi u c a ñư ng s c ñi n trư ng xoáy E x cùng chi u v i dòng ñi n B ( t) c m ng Ic trong vòng dây bao quanh ñư ng s c t B ( hình 1.1) Trong hi n tư ng c m ng ñi n t ,n u Ic t thông Φm qua vòng dây thay ñ i theo Ex th i gian là do t trư ng B thay ñ i theo Hình 1.1 th i gian gây ra . Thì b n ch t v t lí c a l c l t o su t ñi n ñ ng c m ng Ec là ñi n trư ng xoáy E x . 1.1.2. Phương trình Maxwell - Farañây. Phương trình Maxwell – Faraday là bi u th c toán h c di n t lu n ñi m th nh t c a Maxwell . a. D ng tích phân . Ta có : Ec = ∫E C x ds (1) M t khác : d d  ∂B  B dS = ∫  −  dS dt (∫) Ec = - Φm = − (2) dt  ∂t  S (S )   T (1) và (2) suy ra : Trang 1
  2. Bài gi ng v t lý II Dùng cho sinh viên h Cao ñ ng chuyên nghi p  ∂B  ∫ E x ds = ∫)  − ∂t  dS (S    ( 1 – 1.a ) C  V i S là di n tích gi i h n b i ñư ng cong ( c ) b. D ng vi phân . Theo gi i tích vectơ , ta có : ∫E C x ds = ∫ rot E (S ) x dS  ∂B  Theo ( 1 – 1 ) : ∫E x ds = ∫)rot E x dS = ∫ −   dS . ∂t  C ( S ( ) S   Suy ra : ∂B rot E x = − ( 1 – 1.b ) ∂t 1.1.3. Lu n ñi m th hai c a Maxwell. Phát bi u : B t kì ñi n trư ng D nào thay ñ i theo th i gian cũng sinh ra m t t trư ng H . 1.1.4. Dòng ñi n d ch. Ta bi t dòng ñi n d n J sinh t trư ng . M t khác ñi n trư ng thay ñ i theo th i gian cũng sinh ra t trư ng . Do ñó v phương di n sinh ra t trư ng ñi n trư ng thay ñ i theo th i gian tương ñương v i dòng ñi n , ñư c g i là dòng ñi n d ch . Vectơ m t ñ dòng ñi n d ch ñư c ñ nh nghĩa : ∂D Jd = (1–2) ∂t  N u D tăng J d cùng chi u v i D  N u D gi m J d ngư c chi u v i D Chi u c a t trư ng H do dòng ñi n d ch J d sinh ra , ñư c xác ñ nh tương t như dòng ñi n d n J . *Dòng ñi n toàn ph n : Dòng ñi n toàn ph n ñư c ñ nh nghĩa b ng t ng dòng ñi n d n và dòng ñi n d ch : ∂D J tp = J + (1–3) ∂t Trang 2
  3. Bài gi ng v t lý II Dùng cho sinh viên h Cao ñ ng chuyên nghi p 1.1.5. Phương trình Maxwell - Ampe. Phương trình Maxwell – Ampere là bi u th c toán h c di n t lu n ñi m th hai c a Maxwell . a. D ng tích phân : T d ng tích phân c a ñ nh lí Ampere , ta suy ra : ∫ H ds = (∫)J C S tp dS (1–4) b. D ng vi phân : T d ng vi phân c a ñ nh lí Ampere , ta suy ra : ∂D rot H = J + (1–5) ∂t 1.2. Trư ng ñi n t - Năng lư ng trư ng ñi n t . 1.2.1. Trư ng ñi n t . T hai lu n ñi m m t và hai c a Maxwell cho th y ñi n trư ng E và t trư ng H bi n thiên theo th i gian , chúng chuy n hoá l n nhau . Do ñó Maxwell cho r ng trong t nhiên có t n t i m t trư ng m i , g i là trư ng ñi n t mà ñi n trư ng hay t trư ng ñã bi t là hai m t bi u hi n c th c a trư ng ñi n t . 1.2.2. Năng lư ng trư ng ñi n t . Năng lư ng trư ng ñi n t b ng t ng năng lư ng c a ñi n trư ng và t trư ng . 1 Wem = 2V∫ ( ED + BH )dV (1–6) ∫ ( εε ) 1 Wem = o E 2 + µµ o H 2 dV (1–7) 2 ( ) V 1. 2.3. H phương trình Maxwell. Trư ng ñi n t ñư c di n t b ng b n phương trình cơ b n sau :  Phương trình Maxwell m t : ∂B rot E = − (1–8) ∂t Trang 3
  4. Bài gi ng v t lý II Dùng cho sinh viên h Cao ñ ng chuyên nghi p Phương trình này là phương trình Maxwell – Faraday di n t t trư ng bi n thiên theo th i gian sinh ra ñi n trư ng xoáy.  Phương trình Maxwell hai : ∂D rot H = J + (1-9) ∂t Phương trình này là phương trình Maxwell – Ampere di n t ñi n trư ng bi n thiên theo th i gian sinh t trư ng .  Phương trình Maxwell ba : div D = ρ ( 1 – 10 ) Phương trình này là ñ nh lí O- G c a ñi n trư ng di n t tính ch t th c a ñi n trư ng tĩnh .  Phương trình Maxwell b n : div B = 0 ( 1 – 11 ) Phương trình này là ñ nh lí O- G c a t trư ng di n t tính ch t xoáy c a t trư ng 1.3. S hình thành sóng ñi n t . 1.3.1. S hình thành sóng ñi n t . a.S lan truy n tương tác ñi n t . Gi s t i 1 ñi m O trong không gian có m t ñi n trư ng bi n thiên E1 không t t d n. Nó sinh ra các ñi m lân c n m t t trư ng xoáy B1; t trư ng bi n thiên B1 l i gây ra các ñi m lân c n nó m t ñi n trư ng bi n thiên E2 và c th lan r ng d n ra. ði n t trư ng lan truy n trong không gian ngày càng xa ñi m O. V y : Tương tác ñi n t th c hi n thông qua ñi n t trư ng ph i t n m t kho ng th i gian ñ truy n ñư c t ñi m n ñ n ñi m kia b. S hình thành sóng ñi n t khi m t ñi n tích ñi m dao ñ ng ñi u hòa: Khi t i m t ñi m O có m t ñi n tích ñi m dao ñ ng ñi u hòa v i t n s f theo phương th ng ñ ng Nó t o ra t i O m t ñi n trư ng bi n thiên ñi u hòa v i t n s f. ði n trư ng này phát sinh m t t trư ng bi n thiên ñi u hòa v i t n s f. V y t i O hình thành m t ñi n t trư ng bi n thiên ñi u hòa. ði n t trư ng này lan truy n trong không gian dư i d ng sóng. Sóng ñó g i là sóng ñi n t . Trang 4
  5. Bài gi ng v t lý II Dùng cho sinh viên h Cao ñ ng chuyên nghi p V y: Sóng ñi n t là quá trình truy n ñi trong không gian c a ñi n t trư ng bi n thiên tu n hoàn trong không gian theo th i gian. 1.3.2. H phương trình Maxwell c a sóng ñi n t . Theo trên, sóng ñi n t là trư ng ñi n t bi n thiên và ñây ta ch xét sóng ñi n t t do nghĩa là sóng ñi n t trong m t môi trư ng không d n ( không có dòng ñi n ) và không có ñi n tích. Do ñó: j = 0; ρ = 0 K t qu ta vi t ñư c các phương trình M c xoen c a sóng ñi n t như sau: ∂B ∂D rot E = − ; rot H = − ∂t ∂t ( 1 - 12 ) divD = 0; divB = 0 Và D = εε 0 E; B = µµ0 H ( 1 – 13 ) 1.3.3. Các tính ch t c a sóng ñi n t . a.Sóng ñi n t t n t i c trong môi trư ng v t ch t và trong môi trư ng chân không. b.Sóng ñi n t là sóng ngang: T i m i ñi m trong kho ng không gian có sóng ñi n t , phương c a các véc tơ E , H , t c là phương dao ñ ng; ñ u vuông góc v i phương truy n sóng. c.V n t c truy n sóng ñi n t trong môi trư ng ñ ng ch t và ñ ng hư ng c b ng: v = ; v i c ≃ 3.108 m / s; εµ = n là chi t su t tuy t ñ i c a môi trư ng. εµ 1.3.4. Năng lư ng sóng ñi n t . B n ch t sóng ñi n t là trư ng ñi n t bi n thiên. Năng lư ng sóng ñi n t là năng lư ng trư ng ñi n t ; năng lư ng này ñ nh x trong kho ng không gian có sóng ñi n t . M t ñ năng lư ng sóng ñi n t có tr s b ng: 1 1 w = ε 0ε E 2 + µ 0 µ H 2 ( 1 – 14 ) 2 2 ð i v i sóng ñi n t ph ng ñơn s c ta có: ε 0ε E = µ0 µ H Trang 5
  6. Bài gi ng v t lý II Dùng cho sinh viên h Cao ñ ng chuyên nghi p T ñó suy ra ε 0ε E 2 = µ0 µ H 2 . ð ng th c này ch ng t ph n năng lư ng do ñi n trư ng và do t trư ng ñóng góp trong w là như nhau. Bi u th c ( 1 – 14 ) tr thành: w = ε 0ε E 2 = µ 0 µ H 2 = ε 0ε E ⋅ µ 0 µ H ( 1 – 15 ) Chương II QUANG H C SÓNG 2.1. Các khái ni m m ñ u. 2.1.1. Quang l . -ð nh nghĩa: Quang l gi a hai ñi m A,B là ño n ñư ng ánh sáng truy n ñư c trong chân không trong kho ng th i gian t, trong ñó t là kho ng th i gian mà ánh sáng ñi ñư c ño n ñư ng AB trong môi trư ng. d Ta có: Th i gian ánh sáng ñi t A ñ n B là: t = (2–1) v g i L là quang l gi a hai ñi m A, B ta có: L = c.t (2–2) c bi t chi t su t c a môi trư ng là n = , ta suy ra: L = nd (2–3) v -N u ánh sáng truy n qua nhi u môi trư ng chi t su t n1, n2, . . . v i các quãng ñư ng l n lư t là d1, d2, . . . . thì quang l t ng c ng là: L = n1d1 + n2 d 2 + ⋯ = ∑ ni di (2–4) -N u ánh sáng ñi trong môi trư ng mà chi t su t thay ñ i liên t c t ñi m này ñ n A ñi m khác thì quang l gi a hai ñi m A và B là: L = ∫ n.ds ( 2 – 5 ) B 2.1.2. B n ch t ñi n t c a ánh sáng. Trang 6
  7. Bài gi ng v t lý II Dùng cho sinh viên h Cao ñ ng chuyên nghi p ch t ñi n t c a sóng ánh sáng ñư c thi t l p nh s so sánh các tính ch t gi ng nhau gi a ánh sáng và sóng ñi n t theo lý thuy t Maxwell. Các tính ch t ñó là: a. Sóng ánh sáng và sóng ñi n t ñ u là sóng ngang tuy t ñ i. b. Sóng ánh sáng và sóng ñi n t ñ u truy n trong chân không v i v n t c b ng c = 3.108 m/s. c. Không có ranh gi i gi a sóng quang h c và sóng vô tuy n trong mi n h ng ngo i cũng như gi a sóng quang h c và tia x trong mi n t ngo i. d. Vi c ñ ng nh t gi a sóng quang h c và sóng ñi n t làm cho cho vi c gi i thích các hi n tư ng quang h c m t cách ñơn gi n, rõ ràng. Ch ng h n gi i thích các hi n tư ng ph n x , khúc x , hi n tư ng tán s c, phân c c ánh sáng… Nói tóm l i các sóng quang h c g m các ánh sáng th y ñư c, h ng ngo i, t ngo i và m t d i sóng trong thang sóng ñi n t th ng nh t. Ph ñi n t : Sóng radio, vi ba, h ng ngo i, quang ph , t ngo i, tia X, tia gamma, Nhìn th y: ñ , da cam, vàng, xanh lá cây hay l c, xanh lơ, xanh lam, chàm, tím 2.1.3. Hàm sóng ánh sáng. Ánh sáng là sóng ñi n t , nghĩa là m t trư ng ñi n t bi n thiên và lan truy n, tuy nhiên th c nghi m ñã ch ng t r ng h u h t các hi n tư ng quang h c x y ra là do tác d ng c a vectơ ñi n trư ng. Do ñó dao ñ ng sáng là dao ñ ng vectơ ñi n trư ng E c a sóng ñi n t : Gi s t i 0 dao ñ ng sáng có d ng: E = E0 cos ωt Sóng ánh sáng truy n ñ n M cách 0 m t kho ng 0M = d, dao ñ ng sáng t i  2πL  M có d ng: E = E 0 cos ωt −  (2–6)  λ  Bi u th c ( 2 – 6 ) ñư c g i là hàm sóng c a ánh sáng. 2.2. Hi n tư ng giao thoa ánh sáng. 2.2.1. Hi n tư ng giao thoa ánh sáng. a.T ng h p hai dao ñ ng cùng phương, cùng t n s . Trang 7
  8. Bài gi ng v t lý II Dùng cho sinh viên h Cao ñ ng chuyên nghi p Gi s hai dao ñ ng sáng cùng phương, cùng t n s : E1 = E01 sin (ωt + ϕ 1 ) E 2 = E02 sin (ωt + ϕ 2 ) ch ng ch t lên nhau t i m t ñi m M nào ñó trong không gian. E01, E02 là các biên ñ dao ñ ng, ϕ 1 , ϕ 2 là pha ban ñ u c a chúng. Theo nguyên lý ch ng ch t, vì hai dao ñ ng cùng phương, nên ta có th s d ng phép c ng ñ i s : E = E01 sin(ωt + ϕ1 ) + E02 sin(ωt + ϕ 2 ) ( 2 - 7) Dao ñ ng t ng h p cũng s là m t dao ñ ng sin có cùng t n s ω . E = E0 sin (ωt + ϕ ) ( 2-8) Biên ñ E0 và pha ban ñ u xác ñ nh b i công th c: E 0 = E 01 + E 02 + 2 E 01 E 02 cos(ϕ 1 − ϕ 2 ) 2 2 2 (2-9) E 01 sin ϕ 1 + E 02 sin ϕ 2 tgϕ = (2 - 10) E 01 cos ϕ 1 + E 02 cos ϕ 2 Nói chung ch c n ñ ý ñ n bi u th c (2 - 9) vì nó xác ñ nh cư ng ñ t ng h p mà ta c n kh o sát. b.Hi n tư ng giao thoa, dao ñ ng k t h p và không k t h p. Vì r ng cư ng ñ t l v i bình phương biên ñ nên có th vi t (2 - 9) theo cư ng ñ như sau: I 0 = I 01 + I 02 + 2 I 01I 02 cos(ϕ1 − ϕ 2 ) (2 - 11) trong ñó I 0 ≈ E0 ; 2 I 01 ≈ E01 2 ; I 02 ≈ E02 2 Ta bi t không có m t ngu n sáng thông thư ng nào phát ra sóng ánh sáng hoàn toàn ñơn s c, nghĩa là sóng có biên ñ và pha luôn luôn không ñ i. S dĩ như v y là nguyên t ch phát x trong m t kho ng th i gian ng n ch ng 10-8 s. Do ñó m i l n phát x m i nguyên t phát ra m t xung sóng ng n lan truy n có d ng m t ño n sin. M i ño n sin như th ñư c g i là m t ñoàn sóng. ð dài c a ñoàn sóng ñư c xác ñ nh b i th i gian phát x τ c a nguyên t . Biên ñ và pha c a các ñoàn sóng do m t nguyên t phát ra t l n phát x này sang l n phát x khác, cũng như do các nguyên t khác nhau phát ra trong m t Trang 8
  9. Bài gi ng v t lý II Dùng cho sinh viên h Cao ñ ng chuyên nghi p l n phát x có th r t khác nhau không có liên h gì v i nhau, nghĩa là các pha ban ñ u luôn luôn thay ñ i và có m i giá tr b t kỳ. Do ñó cư ng ñ t ng h p cũng thay ñ i r t nhanh m t cách h n lo n ñ n n i không m t máy thu ánh sáng nào dù là nh y nh t l i có th ghi nh n ñư c nh ng tr ng thái t c th i này c a cư ng ñ . Trong th c t các máy thu ánh sáng (k c m t) ch có th ghi nh n ñư c giá tr trung bình c a cư ng ñ trong th i gian quan sát t. Vì v y c n ph i l y trung bình bi u th c (1.8) theo t. I 0 = I 01 + I 02 + 2 I 01 I 02 cos(ϕ 1 − ϕ 2 ) Vì r ng E 01 = E 01 , E 02 = E02 . Do ñó: 2 2 2 2 I 0 = I 01 + I 02 + 2 I 01 I 02 cos(ϕ 1 − ϕ 2 ) Theo ñ nh nghĩa v giá tr trung bình ta có: t cos(ϕ 1 − ϕ 2 ) = ∫ cos(ϕ 1 − ϕ 2 )dt 1 (2 - 12) t0 t cos(ϕ 1 − ϕ 2 )dt 1 t∫ Doñó: I 0 = I 01 + I 02 + 2 I 01 I 02 (2 - 13) 0 Như v y I ph thu c vào hi u s pha ban ñ u c a các dao ñ ng thành ph n. Ta xét hai trư ng h p ñ c bi t sau ñây: * Gi s hi u s pha ban ñ u ( ϕ 1 − ϕ 2 ) = h ng s . Khi ñó theo (2 - 12) ta có: t cos(ϕ 1 − ϕ 2 ) = cos(ϕ 1 − ϕ 2 )dt = cos(ϕ1 − ϕ 2 ) = h ng s , do ñó: 1 t∫0 I 0 = I 01 + I 02 + 2 I 0 Í I 02 cos(ϕ 1 − ϕ 2 ) (2 - 14) t c là I 0 ≠ I 01 + I 02 Như v y, cư ng ñ sáng t ng h p không b ng t ng cư ng ñ c a các dao ñ ng thành ph n mà có th l n hơn hay bé hơn t ng ñó tuỳ thu c vào hi u s pha ban ñ u ( ϕ 1 − ϕ 2 ) c a chúng. Các dao ñ ng ban ñ u th a mãn ñi u ki n: hi u s pha ban ñ u c a chúng là m t ñ i lư ng không ñ i theo th i gian ñư c g i là dao ñ ng k t h p. Dĩ nhiên các dao ñ ng x y ra v i t n s khác nhau không th là dao ñ ng k t h p, nhưng cũng Trang 9
  10. Bài gi ng v t lý II Dùng cho sinh viên h Cao ñ ng chuyên nghi p không ph i t t c các dao ñ ng có cùng t n s ñ u là dao ñ ng k t h p. Các dao ñ ng ñi u hòa có cùng t n s bao gi cũng là dao ñ ng k t h p. Ngu n phát ra các dao ñ ng k t h p là ngu n k t h p. Khi t ng h p hai hay nhi u ánh sáng k t h p s d n ñ n s phân b l i năng lư ng trong không gian: có nh ng ch năng lư ng t i ñó có giá tr c c ñ i, có nh ng ch năng lư ng t i ñó có giá tr c c ti u. Hi n tư ng ñó ñư c g i là s giao thoa ánh sáng. Trong bi u th c (2 - 14) chính s h ng th ba gây nên hi n tư ng này vì v y s h ng này ñư c g i là s h ng giao thoa. b) Gi s hi u s pha ban ñ u ( ϕ 1 − ϕ 2 ) thay ñ i m t cách h n lo n theo th i gian. Khi ñó hi u s pha ( ϕ 1 − ϕ 2 ) l y m i giá tr t 0 ñ n 2π trong kho ng th i gian quan sát. Vì v y: cos(ϕ1 − ϕ 2 ) = 0 Do ñó: I 0 = I 01 + I 02 (2 - 15) Như v y, trong trư ng h p này cư ng ñ t ng h p b ng t ng cư ng ñ c a các dao ñ ng thành ph n, t c là không x y ra hi n tư ng giao thoa. Các dao ñ ng trong trư ng h p này là dao ñ ng không k t h p. Các dao ñ ng phát ra t các ngu n sáng thông thư ng hay t nh ng ñi m khác nhau c a cùng m t ngu n sáng ñ u là nh ng dao ñ ng không k t h p. Tóm l i mu n quan sát ñư c hi n tư ng giao thoa ánh sáng thì các sóng giao thoa v i nhau ph i là các sóng k t h p và dao ñ ng c a chúng ph i th c hi n cùng phương. 2.2.2. Kh o sát hi n tư ng giao thoa ánh sáng. Gi s hai dao ñ ng sáng t i S1, S2 có d ng: E1 = E01cosωt và E2 = E02 cosωt. Thì t i M s nh n ñư c hai dao ñ ng sáng mà hàm sóng có d ng: Trang 10
  11. Bài gi ng v t lý II Dùng cho sinh viên h Cao ñ ng chuyên nghi p  2π   2π  E1M = E 01 cos ωt − L1  và E 2 M = E 02 cos ωt − L2  trong ñó L1, L2 là quang  λ   λ  l trên ño n ñư ng r1, r2. Theo (2 - 9) biên ñ dao ñ ng sáng t ng h p t i M ph 2π thu c vào hi u pha ( ϕ 1 − ϕ 2 ), t c là ∆ϕ = ( L1 − L2 ) c a hai dao ñ ng. λ - N u ∆ϕ = 2kπ ,nghĩa là ∆ L = L1 − L2 = kλ (2 - 16) k = 0, ± 1,±2,... g i là b c giao thoa, thì biên ñ dao ñ ng sáng t ng h p và do ñó cư ng ñ sáng s ñ t giá tr c c ñ i (vân sáng). - N u ∆ϕ = (2k + 1)π ,nghĩa là ∆ L = L1 − L2 = (2k+1) λ/2 (2 - 17) thì biên ñ dao ñ ng sáng t ng h p và do ñó cư ng ñ sáng s ñ t giá tr c c ti u (vân t i). Ta có: ∆ L = L1 − L2 = r1 – r2 = S2H = l sinα, vì α nh nên x ∆ L = l sinα ~ l tg α = l D x λD . N u t i M là vân sáng, ta có: ∆L = l = kλ ⇒ x=k (2 - 18) D l x λ λD . N u t i M là vân t i, ta có: ∆L = l = ( 2k + 1) ⇒ x = ( 2k + 1) (2 - 19) D 2 2l G i i là kho ng cách gi a hai vân sáng, (hay hai vân t i) liên ti p, ta có: λD i = x k +1 − xk = (2 - 20) l 2.2.3. Giao thoa gây b i b n m ng có b d y thay ñ i - vân cùng ñ d y. Xét m t b n m ng có b dày d thay ñ i làm b ng ch t có chi t su t là n, ñư c chi u sáng b i ngu n sáng r ng ( hình 2.2 ). Trang 11
  12. Bài gi ng v t lý II Dùng cho sinh viên h Cao ñ ng chuyên nghi p Vì v y chúng ta b t ñ u kh o sát hi n tư ng giao thoa c a các tia phát ra t m t ñi m S c a ngu n r ng. Gi s ñi m S c a ngu n g i t i ñi m A c a b n tia SA, sau khi ph n x t m t dư i c a b n cho ta tia CR1. Ð ng th i ñi m S c a ngu n cũng g i t i ñi m C c a b n, tia SC và sau khi ph n x m t trên c a b n cho ta tia CR2. Hai tia CR1 và CR2 là hai tia k t h p, g p nhau t i C, gi a chúng có m t hi u quang l xác ñ nh nên giao thoa v i nhau t i C. Dùng th u kính L ñ chi u nh giao thoa lên màn E. Gi s b n m ng có chi t xu t n > 1 ñư c ñ t trong không khí và chú ý r ng tia SCR2 ph n x r môi trư ng chi t quang hơn nên quang trình c a nó ñư c tăng λ thêm . Hi u quang l c a hai tia SABCR1 và SCR2 là: 2  λ  λ ∆L = L1 − L2 = [ SABCR1 ] −  SCR2 +  = ( AB + BC )n − CH +   2  2 Vì b n r t m ng nên A và C là r t g n nhau và có th xem AB = AC. Theo d hình v ta có: AB = ; CH = 2d tan r ⋅ sin i cos r Theo ñ nh lu t khúc x ánh sáng: sin i = n ⋅ sin r , ta tìm ñư c: λ ∆L = L1 − L2 = 2d .n.cos r − ( 2 – 21 ) 2 λ ∆L = L1 − L2 = 2d n 2 − sin 2 i − ( 2 – 22 ) 2 Trong công th c ( 2 – 22 ), i coi như khong ñ i và hi u quang l ch ph thu c vào b dày d c a b n. V i nh ng ñi m cùng b dàu d thì hi u quang l như nhau và các ñi m ñó cư ng ñ sáng gi ng nhau. Nh ng ñi m ng v i b dày sao cho L1 − L2 = k λ s là v trí các vân sáng, còn nh ng ñi m ng v i b dày sao cho 1 L1 − L2 = (k + )λ s là v trí c a các vân t i. 2 M i vân ng v i m t giá tr xác ñ nh c a b dày d, vì v y các vân này ñư c g i là các vân cùng ñ dày. 2.2.4. Giao thoa gây b i b n m ng có b d y không ñ i - vân cùng ñ nghiêng. Trang 12
  13. Bài gi ng v t lý II Dùng cho sinh viên h Cao ñ ng chuyên nghi p Xét m t b n m ng có ñ dày không ñ i d, chi t su t n ( hình 2.3). R i sáng b n b ng ngu n sáng r ng. Xét m t chùm song song ñ p lên b n dư i góc t i là i. M i tia c a chùm khi ñ p lên b n s tách thành hai: m t ph n x ngay m t trên, còm m t ph n ñi vào b n monhr, ph n x m t dư i , ñi lên trên vag ló ra ngoài. Khi ra ngoài không khí hai tia ph n x song song v i nhau. Vì t m t tia tách ra nên hai tia ñó là tia k t h p. N u dùng m t th u kính h i t cho hai tia g p nhau t i P trong m t ph ng tiêu di n chúng s giao thoa v i nhau. D dàng tính ñư c hi u quang l c a hai tia ñó là: λ ∆L = L1 − L2 = 2d n 2 − sin 2 i − ( 2 – 23) 2 Vì d không ñ i do ñó hi u quang l ch ph thu c vào góc nghiêng i. N u góc nghiêng i c a chùm có giá tr sao cho: L1 − L2 = k λ thì P là ñi m sáng, còn n u góc 1 nghiêng i th a mãn ñi u ki n L1 − L2 = (k + )λ thì P là ñi m t i. 2 2.3. Nhi u x ánh sáng. 2.3.1. Hi n tư ng nhi u x ánh sáng. Cho ánh sáng t ngu n O truy n qua m t a l tròn nh trên màn P> sau màn P ñ t mà quan sát E, Trên màn nh E ta nh n ñư c v t sáng ab ( hình 2.4). O C Theo ñ nh lu t truy n th ng ánh sáng, n u P b ta thu nh l tròn thì v t sáng ab cũng thu nh E l i. Tuy nhiên th c nghi m ch ng t r ng khi thu nh l tròn t i m t m c nào ñó thì trên mà E xu t hi n nhi u vân tròn sáng t i n m xen k nhau.. Ngay c vùng t i hình h c ta cũng quan sát ñư c các vân sáng, còn trong vùng sáng hình h c cũng có các vân t i. ð c bi t t i C có th sáng hay t i, tùy theo kích thư c l tròn và kho ng cách t màn quan sát ñ n l tròn. -Hi n tư ng tia sáng b l ch kh i phương truy n th ng khi ñi g n các chư ng ng i v t ñư c g i là hi n tư ng nhi u x ánh sáng. Trang 13
  14. Bài gi ng v t lý II Dùng cho sinh viên h Cao ñ ng chuyên nghi p 2.3.2. Nguyên lý Huyghen Fresnel. Cơ s ñ gi i thích hi n tư ng nhi u x ánh sáng là nguyên lý Huygens- Fresnel ñư c phát bi u như sau: B t kỳ m t ñi m nào mà ánh sáng truy n ñ n ñ u tr thành ngu n sáng th c p phát ánh sáng v phía trư c nó. Biên ñ và pha ngu n th c p là biên ñ và pha c a ngu n th c gây ra t i ñi m ñó. 2.4. Nhi u x sóng c u. 2.4.1. Phương pháp ð i c u Fresnell. a.Bi u th c dao ñ ng sáng t i P. Theo nguyên lý Huyghen-Fresnel tác d ng c a ngu n sáng ñi m 0 gây ra t i ñi m M có th ñư c thay b ng tác d ng c a các ngu n sóng c u th c p phát ñi t các ph n t dS c a m t kín S bao quanh O. Các sóng th c p trên m t S là các sóng k t h p. Khi ñ n M chúng s giao thoa nhau. Gi s dao ñ ng sáng t o 0 là: E = E0 cos ωt Theo nguyên lý Huyghen-Fresnel: Dao ñ ng sáng c a ngu n th c p t i dS là: E0  ωr  dE = k1dS cos ωt − 1  r1  v  Trong ñó k1 ph thu c vào góc θ1 . Dao ñ ng sáng t i M do dS gây ra là: E0  ω (r1 + r2  dEP = kdS cos  ωt −  r1r2  v  Trong ñó k ph thu c vào góc θ 1 , θ 2 và s l n nh t khi θ 1 = θ 2 = 0 Dao ñ ng sáng t ng h p t i P s là: kE0  ω ( r1 + r2 )  EP = ∫ rr cos  ωt − dS (2 - 24) S 1 2  v  ð xác ñ nh dao ñ ng sáng t i M, ta th c hi n tích phân trên. Tuy nhiên vi c tính toán tích phân này là khá ph c t p. Do ñó, ñ ñơn gi n hơn, ngư i ta s d ng phương pháp ñ i c u c a Fresnel. Trang 14
  15. Bài gi ng v t lý II Dùng cho sinh viên h Cao ñ ng chuyên nghi p b.Phương pháp ñ i c u Fresnel. Xét ngu n ñi m 0 và ñi m chi u sáng P, d ng m t c u S bán kính R < 0M bao quanh 0, ñ t PB = b. T P làm tâm v các m t c u bán kính l n lư t b, b+λ/2, b+2λ/2, b+3λ/2, … chia S thành các ñ i c u Fresnel. Các ñ i c u Fresnel có di n tích b ng nhau πRb và b ng: ∆S = λ (2 - 25) R+b Còn bán kính rk c a ñ i th k, là: Rbλ rk = . k (2 - 26) R+b Theo nguyên lý Huyghen – Fresnel, m i ñ i xem như m t ngu n th c p và dao ñ ng sáng do các ñ i c u sáng gây ra t i P tương ñương v i dao ñ ng sáng c a ngu n 0 gây ra t i P. Vì di n tích các ñ i là b ng nhau, nên biên ñ dao ñ ng sáng do các ñ i gây ra t i P ch ph thu c vào kho ng cách t các ñ i t i P và góc nghiêng θ . Khi n tăng thì kho ng cách t ñ i t i P và góc nghiêng θ càng l n. V y khi n tăng thì E0 càng gi m. Ta có: E1 > E2 > E3 > E4 >... Vì s bi n thiên kho ng cách và góc nghiêng θ gi a hai ñ i liên ti p là nh , nên có th xem: En −1 + En +1 En = , khi n khá l n thì: En ~ 0 2 Vì hi u quang l c a hai sóng xu t phát t hai ñ i liên ti p gây ra t i P là ∆L = λ / 2 . Nên hi u pha c a hai sóng là ∆ϕ = π . V y hai sóng do hai ñ i liên ti p gây ra t i P ngư c pha nhau. Do ñó biên ñ dao ñ ng sáng t ng h p do các ñ i c u gây ra t i M: Trang 15
  16. Bài gi ng v t lý II Dùng cho sinh viên h Cao ñ ng chuyên nghi p E = E1 − E2 + E3 − E4 + E5 − E6 + ⋅⋅⋅ E1  E1 E  E E  E = +  − E2 + 3  +  3 − E4 + 5  + ... ± n 2  2 2   2 2  2 Trong ñó En l y d u c ng n u n là s l , l y d u tr n u n là s ch n. E1 En V y: E = ± ( 2 – 27 ) 2 2 2 E E  Cư ng ñ sáng t i M: I = 1 ± n  (2 - 28)  2 2  2.4.2. Gi i thích hi n tư ng nhi u x qua l tròn. Áp d ng k t qu trên, chúng ta có th nghiên c u nhi u x qua l tròn gây b i ngu n ñi m g n: gi a ngu n sáng ñi m 0 và ñi m ñư c chi u sáng P có m t màn ch n (F) có khoét m t l tròn, tr c c a l trùng v i phương 0P: L y M làm tâm v các ñ i c u Fresnel trên m t (S). Khi gi a 0 và P không có F (v t c n) thì n r t l n. En ~0. Khi ñó ( 2 - 28): E12 I= = I0 4 - N u l tròn ch a s l ñ i: 2 và do ñó cư ng ñ sáng: I =  1 + n  > I0: P sáng hơn lúc không có E1 En E E E= +   2 2  2 2  màn, và sáng g p 4 l n khi n = 1: 2 E E  I =  1 + 1  = E12 = 4 I 0  2 2  - N u l tròn ch a s ch n ñ i: 2 sáng: I =  1 − n  E E E E E = 1 − n và do ñó cư ng ñ   < I0: P sáng y u hơn lúc 2 2  2 2  không có màn, và t i khi n = 2: 2 E E  I = 1 − 2  ≈0  2 2  Trang 16
  17. Bài gi ng v t lý II Dùng cho sinh viên h Cao ñ ng chuyên nghi p Tóm l i cư ng ñ sáng t i P ph thu c vào kích thư c l tròn, cũng như kho ng cách t ngu n 0 ñ n l và kho ng cách t l ñ n màn. 2.5. Nhi u x sóng ph ng qua khe h p. 2.5.1. Nhi u x qua m t khe h p. a. Mô t thí nghi m. M t khe h p F có b r ng AB = b. Chi u ñ n khe m t chùm tia sáng ñơn s c song song có bư c sóng λ. Sau khe các tia nhi u x theo các phương nhi u x khác nhau. ð quan sát nhi u x , ta dùng L2 h i t các chùm tia lên màn E ñ t t i m t ph ng tiêu c a L2. Nh ng chùm tia nhi u x có góc ϕ khác nhau s h i t t i nh ng ñi m khác nhau. Tùy theo giá tr c a ϕ mà ñi m M có th sáng hay t i. ð xác ñ nh cư ng ñ sáng trên màn, ngư i ta chia khe thành nh ng d i có b r ng dx. Theo nguyên lý Huygen – Fresnel, m i d i s tr thành ngu n th c p cùng pha, có biên ñ xác ñ nh. b.S phân b cư ng ñ sáng trên màn. Gi s sóng t i m t khe có d ng: E = E0 cos ωt . Khi ñó biên ñ dao ñ ng sáng c a ngu n th c p phát ra t m t ñơn v b r ng c a d i s là: E0/b. Do ñó biên ñ dao ñ ng sáng phát ra t m t d i có b r ng dx là: E0dx/b. Trang 17
  18. Bài gi ng v t lý II Dùng cho sinh viên h Cao ñ ng chuyên nghi p N u dao ñ ng sáng c a d i ngu n th c p mép A gây ra t i m t ñi m trên E0 dx màn có d ng: dE A = cos ωt , thì dao ñ ng sáng c a d i b t kỳ i cách A m t ño n b x gây ra t i m t ñi m trên màn có d ng: E0 dx  2π∆L  dEi = cos ωt −  b  λ  ∆L : hi u quang l c a hai tia nhi u xa theo góc ϕ t i mép A và t i I. ∆L = IC = xsinϕ E0 dx  2πx sin ϕ  V y: dEi = cos ωt − . b  λ  Suy ra dao ñ ng sáng c khe gây ra t i m t ñi m trên màn: 2πx sin ϕ  b b E0  E = ∫ dEi = ∫ cos ωt − dx 0 0 b  λ  E0 sin (π b sin φ ) / λ     π b sin φ  ⇒E= cos  ωt −  (2 - 29) (π b sin φ ) / λ     λ  E0 sin[(πb sin ϕ ) / λ ] Biên ñ : Eϕ = , ñ t [(πb sin ϕ ) / λ = a ] (2 - 30) πb sin ϕ / λ sin a Eϕ = E0 (2 - 31) a Cư ng ñ sáng theo phương nhi u x ϕ : sin 2 a Iϕ = I 0 a2 Cư ng ñ sáng trên màn ph thu c vào góc nhi u x ϕ , t c ph thu c vào v trí ñi m quan sát. c.C c ñ i nhi u x . Imax khi a = [(πb sin ϕ ) / λ ] = 0, t c sinϕ = 0, hay ϕ = 0. Th c v y khi a → 0, ta có sina/a = 1: V y I ϕ =0 = I 0 . ð i v i phương nhi u x ϕ = 0 chúng s h i t t i tiêu ñi m F0 trên màn. Vân sáng t i F0 g i là c c ñ i gi a (c c ñ i chính). hai bên c c ñ i gi a, hình nh quan sát ñư c còn có các c c ñ i g i là c c ñ i ph , lúc ñó góc nhi u x th a mãn ñi u ki n: Trang 18
  19. Bài gi ng v t lý II Dùng cho sinh viên h Cao ñ ng chuyên nghi p π λ a = [(πb sin ϕ ) / λ ] = (2k + 1) hay sin ϕ = (2k + 1) v i k = 0, ± 1,±2,... (2 - 32) 2 2b 4I0 Iϕ = (2 - 33) (2k − 1)2 π 2 k k=1 k=2 k=3 Iϕ I1= 0,045I0 I2= 0,016I0 I3= 0,008I0 Cư ng ñ sáng c a c c ñ i gi a là r t l n so v i các c c ñ i ph hai bên (hình 2.8). 2.5.2. Cách t nhi u x . Cách t là m t h nhi u khe h p b r ng b song song, cách ñ u nhau và n m trên cùng m t m t ph ng. Kho ng cách d gi a hai khe liên ti p g i là chu kỳ cách t . Nhi u x ánh sáng qua m t cách t gây b i chùm tia ñơn s c song song cũng tương t như nhi u x qua m t khe h p. Vì v trí c a vân nhi u x qua m t khe h p trên màn E không ph thu c vào v trí c a khe trên m t ph ng ch a khe. Nên các vân nhi u x c a các khe c a cách t s ch ng khít lên nhau trên màn E. Tuy nhiên do có s giao thoa c a các chùm tia qua các khe c a cách t nên s phân b cư ng ñ sáng trên màn quan sát s thay ñ i. Trư c h t ta xét s giao thoa c a hai chùm tia c a hai khe liên ti p. ðây chính là s giao thoa c a hai khe Young. Hi u quang l : ∆ L = IC = dsinϕ Trang 19
  20. Bài gi ng v t lý II Dùng cho sinh viên h Cao ñ ng chuyên nghi p Cư ng ñ sáng c c ñ i khi: ∆ L = dsinϕ = kλ kλ Suy ra: sinϕ = , k = 0, ± 1, ± 2, ± 3,… (2 - 34) d ðây là c c ñ i chính nhi u x qua cách t . V th c ch t nó là vân sáng giao thoa c a hai chùm tia liên ti p. Ta th y c c ñ i chính trên màn ch ph thu c vào góc nhi u x ϕ mà không ph thu c vào v trí c a khe trên cách t . Do ñó, các c c ñ i chính do s giao thoa c a t ng c p khe liên ti p c a cách t s ch ng khít lên nhau trên màn E. Chương III THUY T TƯƠNG ð I 3.1. Tính b t bi n c a v n t c ánh sáng. 3.1.1. Cơ h c Newton. - Kho ng cách th i gian: là m t lư ng b t bi n ñ i v i phép bi n ñ i Galileo. ∆t = invar - Kho ng cách không gian: l = l’ = invar - V n t c: Xét hai h 0(x, y, z) và 0’(x’, y’, z’) v x = dx / dt v' x = dx' / dt = v x − V   h 0 v y = dy / dt h 0’ v' y = dy ' / dt = v y   v z = dz / dt v' z = dz ' / dt = v z v’x = vx - v v'= v −V v’y = vy v = v '+V v’z = vz Trang 20
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2