Báo cáo thí nghiệm PHÂN CỰC ÁNH SÁNG. ĐỊNH LUẬT MALUS

Mục đích thí nghiệm - Khảo sát sự phân cực của ánh sáng theo định lý Malus, các dạng phân cực.. Cơ sở lý thuyết ĐỊNH LUẬT MALUS - Cho ánh sáng tự nhiên đi qua 2 bản tuamalin có quang trụ

Báo cáo thí nghiệm

Hoàng Đức Mạnh – 20206566 – PFIEV Tin học Công Nghiệp & TĐH

01 – K65

BÀI SỐ 1 PHÂN CỰC ÁNH SÁNG ĐỊNH LUẬT MALUS

I Mục đích thí nghiệm

- Khảo sát sự phân cực của ánh sáng theo định lý Malus, các dạng phân cực

- Nghiệm lại định luật Malus bằng thực nghiệm

II Cơ sở lý thuyết

ĐỊNH LUẬT MALUS

- Cho ánh sáng tự nhiên đi qua 2 bản tuamalin có quang trục hợp với nhau một

góc 

- Ta biết bản tinh thể tuamalin chỉ cho truyền qua những ánh sáng có dao động

của véctơ điện trường cùng phương với trục quang học của nó và giữ lại hòantoàn những sóng ánh sáng có véctơ dao động điện trường vuông góc với trụcquang học Như vậy khi ánh sáng qua bản tinh thể T1 véctơ cường độ điệntrường theo những phương khác nhau sẽ có độ lớn khác nhau Gíá trị cực đại

là theo phương của trục quang học 001

- Ánh sáng khi đi ra khỏi bản Tuamalin T1 có vector cường độ điện trường phân

bố không đều theo các phương Ánh sáng đó gọi là ánh sáng phân cực Đặcbiệt nếu vector cường độ điện trường chỉ có một phương duy nhất ta gọi đó làánh sáng phân cực thẳng hay phân cực phẳng

- Theo thí nghiệm trên, giả sử ánh sáng phân cực phẳng ra khỏi bản T1 có vector

cường độ điện trường E0 tạo với trục quang học của T2 một góc ∝ thì độ lớncủa vector cường độ điện trường ra khỏi bản T2 sẽ là:

E=E0coscosα

- Mà cường độ sáng thì tỷ lệ với bình phương cường độ điện trường nên ta có

hệ thức định luật Malus:

I=I0α

III Trình tự thực hành

1 Bố trí thí nghiệm

- Nguồn sáng trắng tự nhiên ( không phân cực ), tấm chắn có lỗ hở, 2 bản

tuamalin và luxmeter được đặt đồng trục với nhau trên giá đỡ

2 Trình tự thí nghiệm

- Bật nguồn sáng

- Che chắn quang hệ để đảm bảo phần lớn ánh sáng chiếu vào luxmeter là từ

nguồn

- Đặt cho các quang trục của 2 bản tuamalin trùng nhau (2 kim đều chỉ vị trí 0)

- Đọc giá trị hiển thị trên luxmeter, ghi lại vào bảng số liệu

- Giữ nguyên vị trí bản tuamalin thứ 1, thay đổi quang trục của bản tuamalin thứ

2 lần lượt 5 độ một lần Ở mỗi vị trí của bản tuamalin thứ 2, ghi lại giá trị tươngứng trên luxmeter Lấy lại vị trí bản tuamalin thứ 2 và đọc kết quả ( mỗi vị trílàm 3 lần )

3 Yêu cầu

- Vẽ đồ thị sự phụ thuộc của giá trị hiển thị trên luxmeter vào góc hợp bởi quang

trục của hai bản tuamalin

- Kiểm nghiệm lại định luật Malus

- Nhận xét

IV Nội dung báo cáo:

1 Bảng số liệu Đơn vị : mV

● Sai số lux meter : ±1 μA;

V(μA)Lần 2

I (μA)Lần 1

I (μA)Lần 2

Ta thu được bảng số liệu sau

Định luật Malus nói rằng: Khi cho một chùm tia sáng tự nhiên truyền qua

hai bản tuamalin có quang trục hợp với nhau một góc α thì cường độ sáng nhận được tỉ lệ với cos 2 α: I2 = I1cos 2α

Đồ thị của đường hiệu chỉnh ( fit linear) có dạng tuyến tính mà cường độsáng I tỉ lệ với cos2(a) , phù hợp với định lí malus Theo công thức malus, hệ số góc

của đường fit linear phải bằng 89±1 và đường tuyến tính phải qua gốc tọa độ,

nhưng thực tế chỉ gần đúng, nguyên nhân là do những sai số trong quá trình làm

thí nghiệm và ảnh hưởng của ánh sáng từ bên ngoài

Bài 2-3 : QUANG PHỔ LĂNG KÍNH

I Mục đích thí nghiệm

+ Kiểm nghiệm bằng thực nghiệm định luật Cauchy- Rayleigh

+ Vẽ đường cong định chuẩn G(λ) của lăng kính

+ Biết cách đo bước sóng ánh sáng

II Cơ sở lý thuyết

1 Định luật Cauchy- Rayleigh:

+ Chiết suất của một lăng kính phụ thuộc vào độ dài sóng ánh sáng được sử

Màu Đỏ Đỏ Xanh lục Xanh lục Xanh lục-vàng Xanh lục-xanh lơ Xanh lơ-tím Tím

+ Khi chưa chiếu sáng đèn Điều chỉnh ống chuẩn trực và kính ngắm tự chuẩn

+ Bật đèn chiếu sáng Hg-Cd:Điều chỉnh vệt sáng của đèn: thẳng đứng, thanh

mảnh và sáng nét

+ Tiến hành đo:

* Đo góc A của lăng kính bằng phản xạ kép:

+ Cho ánh sáng đi qua 2 mặt bên của lăng kính sao cho có tia phản xạ ở cả hai

+ Điều chỉnh để nhìn rõ 9 vạch màu mạnh của đèn Hg-Cd là những vạch màu

tương ứng với các bước sóng sau đây:

+ Đo chiết suất tương ứng của mỗi vạch bằng phương pháp độ lệch tối thiểu:

>>Quay lăng kính sao cho mặt lăng kính hướng lêch ít so với tia nguồn, đáy lăng

kính cạnh nguồn

>>Tìm vị trí ở đó góc lệch là tối thiểu thực hiện một trái, mộtphải ghi lại giá trị

Gp, Gt

* Vẽ đường cong định chuẩn của lăng kính: G(λ)

+ Vẫn đang ở vị trí quan sát các vạch màu ở vị trí độ lệch tối thiểu

+ Bật thêm đèn của ống chuẩn trực thứ cấp

+ Điều chỉnh sao cho tấtcả 8 vạch màu của đèn Hg-Cd trên nằm trên thước dọc của

ống vi lượng

+ Đọc vị trí các vạch màu này trên thước =>G

+ Thay đèn Hg-Cd bằng đèn Na

+ Đọc vị trí vạch màu vàng của đèn Na trên thước của ống vi lượng =>G

III Số liệu và xử lý số liệu

1 Đo góc A của lăng kính bằng phản xạ kép:

Vàng 167.35 41.36 0.02 0.03 0.04 0.05 167.35 ±0.04 41.36 ± 0.05Xanh lục-

vàng 168.20 40.78 0.03 0.02 0.05 0.04 168.20 ±0.05 40.78 ± 0.04Xanh lục 169.35 39.83 0.03 0.02 0.05 0.04 169.35 ±0.05 39.83 ± 0.04Xanh lơ 170.30 39.12 0.01 0.08 0.03 0.11 170.30 ±0.03 39.12 ± 0.11Xanh lơ tím 170.53 37.23 0.05 0.05 0.07 0.07 170.53 ±0.07 37.23 ± 0.07Tím 173.74 35.23 0.02 0.05 0.04 0.07 173.74 ±

*Ta có bảng sau:

Tia sáng ∆ A(o) ∆ A(radian) A(⁰) ∆ D m(o) ∆ D m(radian) D m(o)Đỏ

Tương tự áp dụng để tính lần lượt n và∆ n dựa vào

D m,∆ D m , A ,∆ A , và tính ∆ n n của từng màu ta có được bảng:

2 3 4 5 6 1.74

1.76 1.78 1.80

1.82

n ̅ Fitted Y of n ̅

Đồ thị thể hiện sự phụ thuộc của chiết suất lăng kính n vào 1/λ2 là một dạng hàm

bậc nhất.Đối chiếu với công thức Cauchy-Rayleigh: n(λ)=n0 + a/λ2 ,ta thu được :

0,6438 0,5791 0,5461 0,5086 0,4800 0,4358 0,4047 10

15 20 25

30

(G(λ)) ̅ Fitted Y of (G(λ)) ̅

Dựa vào đường cong này chúng ta có thể tiến hành đo thực nghiệm G(λ) để ngoại

suy bước sóng của ánh sáng

Với trường hợp của Na, ta được G(λ) = 21.9 ± 1.5 (cm) ngoại suy từ đồ thị ta có

kết quả bước song của vạch vàng Na vào cỡ 0.48≤λ≤0.92(μm) hay

λ=0.70 ±0.22 (μm), ε=¿31%

BÀI SỐ 4 GIAO THOA MICHELSON

I Mục đích thí nghiệm

- Xác định bước sóng của nguồn He-Ne thông qua giao thoa kế Michelson

II Cơ sở lý thuyết

a Mô phỏng cách bố trí thí nghiệm b Mô hình giao thoa

- Một nửa ánh sáng từ M1 truyển qua bộ chia chùm tới màn quan sát và nửaánh sáng từ M2 bị phản xạ lại bởi bộ chia chùm Bằng cách này, chùm tiasáng gốc bị chia tách và một phần của tia tới lại gặp nhau Chùm tia là từcùng một nguổn và pha của chúng thì tương quan Nguồn laser HeNe sẽ tạo

ra một chấm nhỏ, thế nên sự giao thoa sẽ khó quan sát Để làm cho nó lớnhơn, ta đưa thêm vào một ống kính giữa nguồn laser và bộ chia chùm Khikính được đặt giữa nguồn laser và bộ chia chùm, tia sáng sẽ lan rộng ra Môhình giao thoa gồm những vòng sáng tối sẽ xuất hiện trên màn quan sát nhưtrong hình b Điều này sẽ làn lan rộng chùm tia và việc quan sát giao thoa sẽ

dễ dàng hơn Tuy nhiên, sự lan rộng này đồng Nghĩa với việc chỉ có tiatrung tâm của nguồn là còn truyền đi theo đường thẳng qua giao thoa kế

Các tia còn lại sẽ di chuyển với góc lệch phụ thuộc vào khoảng cách giữa nó

và tia trung tâm

- Vì 2 chùm tia sáng giao thoa bị chia tách từ cùng một chùm ban đầu, chúngcùng pha nhau Bằng cách di chuyển từ từ M2 một khoảng cách đo được là

dm, số lần vòng sáng được phục hồi lại trạng thái ban đầu, bước sóng củaánh sáng (λ) có thể được tính toán như sau:

(*)Nếu bước sóng ánh sáng đã biết, ta có thể thực hiện tương tự để đo dm.

- Vặn nút micrometer một vòng ngược chiều kim đồng hồ tiếp tục vặn đếnkhi về 0

- Che một tờ giấy đen lên màn quan sát, đánh dấu một điểm trên giấy giữa haivòng sáng Bạn sẽ thấy dễ dàng hơn trong việc đến số vòng nếu điểm đánhdấu là một trong hai vòng tình từ tâm ra

- Xoay nút micrometer thật chậm ngược chiều kim đồng hồ Đếm số vòng điqua điểm đánh dấu Tiếp tục cho tới khi một số lượng vòng được mong đợitrước đã đi qua điểm đánh dấu của bạn ( đếm ít nhất 20 vòng) Khi đếmxong, vòng sáng nên ở cùng vị trí với điểm đánh dấu khi bạn bắt đầu đếm

- Đo dm, khoảng cách mà gương di dộng di chuyển về phía bộ chia chùmsáng khi bạn vặn núm micrometer Đo m, số vòng sáng đi qua điểm đánhdấu

- Lặp lại các bước trên ít nhất 4 lần nữa cho một lượt đo tổng cộng 5 lần

IV Báo cáo

Lần đo i