BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN QUANG KHẢO SÁT HIỆN TƯỢNG GIAO THOA HỆ VÂN TRÒN NEWTON

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN QUANG HKII 2021 2022 BÀI 6 KHẢO SÁT HIỆN TƯỢNG GIAO THOA HỆ VÂN TRÒN NEWTON Hiện diện Điểm 1 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM Biết sử dụng các dụng cụ kính hiển vi đo lường, bộ thấu kính ph.

BÀI 6: KHẢO SÁT HIỆN TƯỢNG GIAO THOA

HỆ VÂN TRÒN NEWTON

1 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

Biết sử dụng các dụng cụ: kính hiển vi đo lường, bộ thấu kính phẳng-lồi tạo bản nêm không khí, bộ gương bán mạ phản xạ-truyền qua, bộ nguồn sáng đơn sắc để quan sát hiện tượng giao thoa cho vân tròn Newton ứng với các ánh sáng đơn sắc khác nhau

Vận dụng kết quả đo để xác định bước sóng ánh sáng đơn sắc và sai số phép đo

2 BỐ TRÍ, DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM

2.1 Bố trí thí nghiệm

Đo bước sóng ánh sáng LED đỏ:

Đo bước sóng ánh sáng LED lục:

Đo bước sóng ánh sáng LED xanh dương:

2.2 Dụng cụ thí nghiệm

Bộ dụng cụ thí nghiệm vân tròn Newton

1 Giá cặp vật và bàn đặt

mẫu

Nơi để đặt hệ thấu kính phẳng lồi cần quan sát, giữ cố định dụng cụ tạo vân

2 Núm vặn 2 Dùng để nâng dàn hoặc hạ thấp ống ngắm lên hoặc xuống

theo phương thẳng đứng để nhìn thấy hệ vân tròn rõ nét

Dùng để dịch chuyển ngang ống kính để giao điểm X của vạch chữ thập trong trắc vi thị kính trùng với tâm của hệ vân tròn Newton, có thước trắc vi (0÷50mm, độ chính xác

0,01mm)

4 Kính hiển vi đo lường Dùng để quan sát hệ vân tròn Newton thông qua việc nhìn

vào ống ngắm

5 Đèn chiếu ánh sáng đơn

sắc (đỏ lục lam)

Phát ánh sáng đơn sắc để tạo vân tròn Newton từ đó đo bước sóng của ánh sáng này

6 Gương bán mạ G

Để tạo ánh sáng chiếu thẳng góc lên hệ thấu kính phẳng lồi tạo vân tròn Newton đồng thời quan sát và đo được bán kính của các vân

3 CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

3.1 Quan sát ảnh của hệ vân tròn Newton qua kính hiển vi Điều chỉnh máy.

Bước 1: Đầu tiên ta bật đèn LED đỏ hoặc lục hoặc lam tùy vào mình đo bước sóng Nhìn

vào kính ngắm Điều chỉnh vị trí đặt nguồn sáng và góc nghiêng của gương bán mạ G để quan sát

hệ vân tròn đồng tâm Nếu quầng sáng không đều, di chuyển đèn một chút

Bước 2: Sau đó, để điều chỉnh hệ vân rõ nét ta vặn từ từ núm 2 để nâng dần ống ngắm N lên

cho tới khi nhìn thấy hệ vân tròn Newton rõ nét Chú ý: khâu điều chỉnh rõ nét tiến hành 1 lần trước khi tiến hành đo đạc một LED nào đó

Bước 3: Ta điều chỉnh núm xoay 3 dịch chuyển ngang ống kính sao cho giao điểm X của

vạch chữ thập trong trắc vi thị kính trùng với tâm của hệ vân tròn Newton Nếu hệ thống đã được điều chỉnh đúng thì khi xoay núm 3, giao điểm X chạy ngang theo đường kính của hệ vân Nếu giao điểm X chạy lệch ra ngoài đường kính của hệ vân, ta có thể điều chỉnh bằng cách nới vít 4 và xoay nhẹ ống kính của trắc vi thị kính T đồng thời phối hợp điều chỉnh vị trí hộp H trên bàn đặt mẫu

3.2 Thực hành

Bước 1: Xoay núm 3 sao cho giao điểm X nằm trùng với vị trí K tại vân tối thứ k (k = 4 với qui

ước hình tròn tối ở giữa là vân tối thứ 0) Đọc và ghi toa độ x kcủa vân tối thứ k trên thước thẳng và phần lẻ trên du xích

Bước 2: Xoay núm 3 sao cho giao điểm X chạy đến vị trí I tại vân tối thứ i = 1 Đọc và ghi tọa

độ x i của điểm I.

Bước 3: Tiếp tục xoay núm 3 sao cho giao điểm X chạy trên các vị trí I’ và K’ Đọc và ghi tọa

độ của các điểm này

Bước 4: Thực hiện lại các động tác trên 3 lần Tính bước sóng ánh sáng ta bật.

Làm tương tự với LED xanh dương và LED lục (Với LED đỏ k = 4, LED lục k = 5, LED xanh dương k = 6).

3.3 Chứng minh công thức sai số:

Ta có:

 

Bb

k i R

 

 Lấy ln hai vế:

ln lnBlnb ln k i  lnR Lấy vi phân hai vế:

R



Thay ‘d’ bằng ‘’ và đổi dấu ‘-’ thành ‘+’, ta được:



    

4 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

4.1 Xác định bước sóng của ánh sáng màu đỏ

- Bán kính mặt lồi của thấu kính: R 855 1 mm 

- Dùng vân tối thứ i 1 và thứ k 4

- Với

, ; r ; r

x x x x

B r r b r  r    

Đơn vị tính: mm

1 27,86 26,14 24,34 24,63 1,615 0,90 2,515 0,715 0,001 0,03

2 27,84 26,16 24,35 24,69 1,575 0,905 2,48 0,67 0,025 0,015

3 27,86 26,20 24,35 24,67 1,595 0,925 2,52 0,67 0,015 0,015

4

6, 69.10 mm 0, 669 μmm

0,0137 0, 02 1

0, 036 3,6%

855 3,6%.0, 669 0,024μmm

2,505 0,685

2,505 0, 685

Bb

k i R

B b R

R

B b









  





Kết quả:     0, 669 0, 024 μmm 

4.2 Xác định bước sóng ánh sáng màu lục.

- Bán kính mặt lồi của thấu kính: R 855 1 mm 

- Với

, b= ; r ; r

x x x x

B r r r  r    

Đơn vị tính: mm

1 27,78 27,02 25,29 24,51 1,635 0,865 2,50 0,77 0,0133 0,0033

2 27,88 27,07 25,32 24,60 1,64 0,875 2,515 0,765 0,0283 0,0083

3 28,43 27,67 26,01 25,20 1,615 0,83 2,445 0,785 0,0417 0,0117

   

4

2, 4867 0,7733

5, 62.10 mm 0,562 μmm

0, 0278 0, 0078 1

0,022 2, 2%

2, 4867 0, 7733 855 2, 2%.0,562 0, 012 μmm

Bb

k i R

B b R

R

B b









  





Kết quả:     0,562 0, 012 μmm 

4.3 Xác định bước sóng ánh sáng màu xanh dương.

- Bán kính mặt lồi của thấu kính: R 855 1 mm 

- Dùng vân tối thứ i 1 và thứ k 6

- Với

, b= ; r ; r

x x x x

B r r r  r    

Đơn vị tính: mm

1 26,94 26,07 24,41 23,56 1,69 0,83 2,52 0,86 0,033 0,01

2 26,91 26,09 24,43 23,59 1,66 0,83 2,49 0,83 0,003 0,04

3 28,63 27,61 26,08 25,26 1,685 0,765 2,45 0,92 0,037 0,05

4

2, 487 0,87

5,06.10 mm 0,506 μmm 6 1 855

0,0243 0,033 1

0, 049 4,9%

2, 487 0,87 855 4,9%.0,506 0,025 μmm

Bb

k i R

B b R

R

B b









  





Kết quả:     0,506 0,025 μmm 

5 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

* Nguyên nhân sai số:

- Chỉnh vân tròn chưa hoàn toàn rõ nét

- Khi di chuyển chữ thập trong trắc vi còn bị ảnh hưởng từ bên ngoài (ví dụ: bàn bị dao động hoặc

va chạm nhẹ làm hệ vân bị xê dịch trong mỗi lần lấy số liệu hay do người làm thí nghiệm vịn tay vào dụng cụ đo)

- Khi quan sát hệ vân quá lâu sẽ gây mỏi và mờ mắt cũng sẽ ảnh hưởng đến việc đo đạc và đọc kết quả đo, vì vậy cần cho mắt nghỉ ngơi sau mỗi lần lấy số liệu

- Sai số do dụng cụ đo

- Do người làm thí nghiệm đặt mắt đọc giá trị đo chưa chính xác

- Chỉnh chữ thập trong trắc vi chưa đến chính xác vị trí rìa của vân

* Cách khắc phục:

- Tiến hành điều chỉnh máy sao cho nhìn thấy hệ vân tròn rõ nét

- Nên để hệ vân tròn không bị xê dịch, ảnh hưởng tác động từ bên ngoài (ví dụ: bàn bị dao động hoặc va chạm nhẹ làm hệ vân bị xê dịch trong mỗi lần lấy số liệu hay do người làm thí nghiệm vịn tay vào dụng cụ đo)

- Chữ thập trong trắc vi phải trùng với tâm của hệ vân tròn Newton, nếu không khi di chuyển chữ thập sẽ không chạy ngang theo đường kính hệ vân gây ra sự sai lệch của kết quả

- Lau chùi trắc vi thị kính và gương bán mạ để ánh sáng được nhìn thấy rõ nét hơn

- Hệ vân quan sát được cũng còn khá nhỏ (các vân tối thứ 5, thứ 6) dẫn đến vị trí đặt chữ thập có thể không đúng chính xác ngay mép của vân tối nên có sự sai số khá lớn giữa các lần đo

* Nhận xét:

- Kết quả đo ra phù hợp với lý thuyết, cụ thể là:

+ Bước sóng của ánh sáng đỏ trong khoảng 0, 640 0,76 μmm

Bước sóng đo được trong thí nghiệm của ánh sáng đỏ là: 0, 669 0, 024 μmm 

Bước sóng đo được trong thí nghiệm của ánh sáng màu lục là 0,562 0,012 μmm 

+ Bước sóng của ánh sáng xanh dương trong khoảng 0, 450 0,510 μmm

Bước sóng đo được trong thí nghiệm của ánh sáng xanh dương là: 0,506 0,025 μmm 

- Khi quan sát cần lưu ý để mắt vuông góc với ống ngắm, xoay núm 3 sao cho giao điểm X nằm trùng với vị trí K tại vân tối thứ k để tránh số liệu sai lệch Trong bài thí nghiệm hệ vân xanh dương khó quan sát, đòi hỏi người làm thí nghiệm phải tỉ mỉ và quan sát cẩn thận

- Sai số trong các thí nghiệm là nhỏ (dưới 10%)

- Cần có sự lựa chọn i và k thích hợp đối với mỗi bước sóng (Không chọn i = 0 và k quá lớn).

6 TRẢ LỜI CÂU HỎI

Nhiệm vụ học tập 1: Sinh viên quan sát bộ dụng cụ thí nghiệm và thực hiện những yêu cầu sau

đây:

1 Xác định tên và công dụng của các bộ phận được đánh số từ 1 đến 6

2 Xác định độ chia nhỏ nhất trên thước chính và giá trị của một vạch trên du xích

1 Xác định tên và công dụng của các bộ phận được đánh số từ 1 đến 6 (Phần 2.2)

2 Xác định độ chia nhỏ nhất trên thước chính và giá trị của một vạch trên du xích.

Mỗi độ chia nhỏ nhất trên thước chính là 1 mm

Giá trị của một vạch trên du xích là 0,01 mm

Nhiệm vụ học tập 2: Sinh viên hoàn thành những yêu cầu sau đây:

1 Vẽ sơ đồ đường truyền tia sáng để tạo hệ vân tròn Newton bằng bộ dụng cụ tạo hệ vân tròn

Newton trong bài thí nghiệm này

2 Tiến hành điều chỉnh máy để nhìn thấy hệ vân tròn Newton rõ nét Trình bày cách chỉnh máy

và mô tả hệ vân quan sát được

3 Tiến hành điều chỉnh máy sao cho giao điểm X của vạch chữ thập trong trắc vi thị kính trùng

với tâm của hệ vân tròn Newton, sau đó di chuyển giao điểm X ra xa tâm sao cho giao điểm X chạy ngang theo đường kính hệ vân

1 Vẽ sơ đồ đường truyền tia sáng để tạo hệ vân tròn Newton bằng bộ dụng cụ tạo hệ vân tròn Newton trong bài thí nghiệm này

Hình 6.2 Sơ đồ đường truyền tia sáng để tạo hệ vân tròn Newton

Trong đó:

T: thị kính, trước thị kính có thước trắc vi;

G: gương bán mạ;

V: vật kính;

S: kính lọc sắc;

Q: thấu kính hội tụ;

Đ: đèn (nguồn sáng);

L: thấu kính phẳng-lồi;

P: bản phẳng thủy tinh (Tuy nhiên trong bộ dụng cụ tại phòng thí nghiệm không có kính lọc sắc và thấu kính hội tụ)

2 Tiến hành điều chỉnh máy để nhìn thấy hệ vân tròn Newton rõ nét Trình bày cách chỉnh máy và mô tả hệ vân quan sát được

Bật đèn LED đỏ Nhìn vào kính ngắm Điều chỉnh vị trí đặt nguồn sáng và góc nghiêng của gương G để quan sát thấy hệ vân tròn đồng tâm Nếu quầng sáng không đều, di chuyển đèn một chút

Điều chỉnh hệ vân rõ nét Vặn từ từ núm 2 để nâng dần ống ngắm N lên cho tới khi nhìn

thấy hệ vân tròn Newton rõ nét

Hướng dẫn cách đọc thước:

Thước chính là thước trắc vi 050 mm, du xích có độ chính xác 0,01mm; Hệ vân quan sát được gồm các vòng tròn đồng tâm sáng và tối nằm xen kẽ nhau ở mặt trên của nêm không khí

3 Tiến hành điều chỉnh máy sao cho giao điểm X của vạch chữ thập trong trắc vi thị kính trùng với tâm của hệ vân tròn Newton, sau đó di chuyển giao điểm X ra xa tâm sao cho giao điểm X chạy ngang theo đường kính hệ vân.

Điều chỉnh núm xoay 3 dịch chuyển ngang ống kính sao cho giao điểm X của vạch chữ thập trong trắc vi thị kính trùng với tâm của hệ vân tròn Newton Nếu hệ thống đã được điều chỉnh đúng thì khi xoay núm 3, giao điểm X chạy ngang theo đường kính của hệ vân Nếu giao điểm X chạy chệch ra ngoài đường kính của hệ vân, ta có thể điều chỉnh bằng cách nới vít 4 và xoay nhẹ ống kính của trắc vi thị kính T đồng thời phối hợp điều chỉnh vị trí hộp H trên bàn đặt mẫu

Nhiệm vụ học tập 3: Sinh viên hoàn thành những yêu cầu sau đây:

1 Trình bày ngắn gọn các bước tiến hành thí nghiệm

2 Để xác định bước sóng ánh sáng đèn LED, sinh viên cần đo các đại lượng nào?

1 Trình bày ngắn gọn các bước tiến hành thí nghiệm (Phần 3.2)

2 Để xác định bước sóng ánh sáng đèn LED, sinh viên cần đo các đại lượng nào?

Vì không thể đạt được tiếp xúc điểm giữ bản thủy tinh và thấu kính nên vân tối trung tâm là một vệt hình tròn chứ không phải một điểm Vì thế không thể xác định chính xác được tâm hệ vân

nên ta không thể đo bán kính thông qua tọa độ tâm hệ vân và rìa đường tròn vân tối mà đi tìm đường kính mỗi vân tối thông qua tọa độ hai rìa đường tròn vân tối

Để xác định bước sóng ánh sáng đèn LED, sinh viên cần đo các đại lượng:

+ Tọa độ của x x i, k tại vị trí I và K ứng với vân tối thứ i và thứ k

+ Tọa độ của x x'i, 'k tại vị trí I’ và K’ ứng với vân tối thứ i’ và k’.

6 TÀI LIỆU THAM KHẢO

lý, Trường Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh.

học Sư phạm TP Hồ Chí Minh.

Khoa Vật lý, Trường Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh.

Chí Minh, tr.144-207.