BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN QUANG CÁCH TỬ

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỆN QUANG HKI 2022 2023 BÀI 7 CÁCH TỬ Hiện diện Điểm 1 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM Xác định số vạch (khe hẹp) n trên mỗi milimet (mm) chiều dài của cách tử truyền qua bằng cách dùng ánh sá.

BÀI 7: CÁCH TỬ

1 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM

Xác định số vạch (khe hẹp) n trên mỗi milimet (mm) chiều dài của cách tử truyền qua bằng cách

dùng ánh sáng đã biết trước bước sóng

Đo giá trị bước sóng ánh sáng của một vạch màu bất kì trong quang phổ đèn hơi Thủy ngân

* Cách 2:

2.1.2 Xác định bước sóng của vạch màu chàm

STT Tên Công dụng

1 Đèn hơi thủy ngân

Tạo ra nguồn sáng Cho quang phổ vạch phát xạ Hệ thống quang phổ vạch với những màu như đỏ, 2 vạch vàng, xanh chuối, lục đậm, lam, chàm, tím

2 Ống chuẩn trực

Dùng để tạo ra một chùm tia song song tới cách tử Đầuống là một khe sáng, bề rộng của khe chỉnh được Đầukia là một thấu kính hội tụ, khi khe sáng nằm đúng mặtphẳng tiêu của thấu kính này thì chùm tia sáng ra khỏiống chuẩn trực là chùm tia song song

3 Cách tử

Phân tích chùm sáng tới thành các vạch màu (dải quangphổ) Khi chiếu tới cách tử một chùm tia song song sẽcho ra chùm tia nhiễu xạ theo các phương khác nhau;bằng mắt trần nhìn vào cách tử sẽ quan sát được quangphổ cách tử

Gồm có một thị kính (thấu kính lõm) và vật kính (thấukính lồi); bên trong kính ngắm có một dây chữ X Cónúm điều chỉnh hệ vân rõ nét

5 Vành chia độ Để xác định ví trí của kính ngắm, có gắn du xích

3 CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

3.1 Xác định số vạch n trên mỗi mm cách tử

* CÁCH 1:

Bước 1: Cố định vị trí đèn, ống chuẩn trực, cách tử Dùng kính ngắm di chuyển dấu chữ thập (+)

trùng với vân sáng trung tâm và ghi lại giá trị 0.

Bước 2: Dùng kính ngắm để tìm 2 vạch vàng kép của quang phổ bậc 1 (hoặc 2) bên phải với vàng

1 gần đỏ hơn (vang1  5790nm)

Bước 3: Nhìn vào kính ngắm Quay đĩa đựng cách tử về vị trí độ lệch cực tiểu (quay ngược chiều

kim đồng hồ khi kính ngắm bên phải và cùng chiều khi kính ngắm bên trái), mắt dõi theo sự dichuyển của quang phổ cho tới khi quang phổ dừng lại và di chuyển ngược chiều Tại vị trí quangphổ dừng, buông tay không quay cách tử nữa, di chuyển kính ngắm sao cho tâm chữ X trùng vớivạch vàng đã chọn

Bước 4: Đọc vị trí góc lệch  (bên phải) ứng với vạch vàng đã chọn Sau đó quay kính ngắm về lại

Vân sáng trung tâm

* CÁCH 2:

Cách này cũng làm như cách 1, tuy nhiên ở cách 2 thì  chính là vị trí vạch vàng đã chọn

ở bên phải, còn 0 chính là vị trí vạch vàng đã chọn ở bên trái.

Bước 2: Nhìn vào kính ngắm Quay đĩa đựng cách tử về vị trí độ lệch cực tiểu (quay ngược chiều

kim đồng hồ khi kính ngắm bên phải và cùng chiều khi kính ngắm bên trái), mắt dõi theo sự dichuyển của quang phổ cho tới khi quang phổ dừng lại và di chuyển ngược chiều Tại vị trí quangphổ dừng, buông tay không quay cách tử nữa, di chuyển kính ngắm sao cho tâm chữ X trung vớivạch vàng đã chọn

Bước 3: Đọc vị trí góc lệch  (bên phải) ứng với vạch vàng đã chọn và tìm vị trí ứng với góc lệch0

 (bên trái) theo vạch vàng đã chọn.

3.2 Xác định bước sóng của vạch màu chàm và màu đọt chuối

Làm tương tự như cách 2 của xác định số vạch n trên mỗi mm cách tử Tuy nhiên, ở đây

Lưu ý: Muốn tìm bước sóng màu nào thì quan sát màu đó.

3.3 Chứng minh công thức sai số:

3.3.1 Chứng minh công thức sai số của n:

Ta sử dụng biểu thức:

'2

' sin

4 ' sin

d d

d d

4cos

n

d dn

0 0

n n

- Độ chia nhỏ nhất của thước chính: 30’

4.2.2 Xác định bước sóng của vạch màu đọt chuối

MÀU XANH ĐỌT CHUỐI – KẾ HAI VẠCH VÀNG (n = 600 vạch/mm)

n n

Từ kết quả thu được qua thí nghiệm, ta thấy:

- Số liệu đo được từ thí nghiệm phù hợp với thực tế Cụ thể:

+ Bằng cả hai phương pháp đo quang phổ bậc 1 và bậc 2, tính ra được số khe trên 1 mm cách tử là cỡ 600 vạch/mm

+ Bước sóng của ánh sáng chàm đậm và ánh sáng xanh đọt chuối lần lượt là

o

4587 A và

5462 Ao (phù hợp với bước sóng trong dãy quang phổ)

- Sai số tương đối của các đại lượng đo được vào khoảng từ 0,086% đến 0,27% chứng tỏ sai số của phép đo không đáng kể và độ chính xác của kết quả thu được ở mức cao

* Nguyên nhân sai số:

Sai số ở đây có thể xuất phát từ một số nguyên nhân sau:

- Do chủ quan của người thực hiện thí nghiệm trong việc xác định vị trí bắt đầu đổi chiều

- Người thực hiện thí nghiệm chưa thật sự đưa vị trí giao nhau của đường chữ thập vào chính giữa của vạch sáng đang xét, có thể do vạch sáng bị mờ (đối với vân sáng bậc 2) hoặc do người đó không quan sát thấy được vị trí giao nhau của đường chữ thập.

- Ánh sáng môi trường xung quanh có thể gây nhiễu đến quang phổ của đèn hơi thuỷ

ngân

- Trong quá trình đo góc , người thực hiện thí nghiệm vô ý chạm vào giác kế làm góc

lệch bị thay đổi dẫn đến việc đọc sai kết quả đo

- Một số sai số đến từ các dụng cụ thí nghiệm như giác kế, sai số trong việc tính toán kết quả thu được bằng máy tính cầm tay

* Cách khắc phục:

- Điều chỉnh ánh sáng của môi trường xung quanh để giảm bớt yếu tố gây nhiễu đến hệ thống quang phổ

- Trước khi tiến hành đo số liệu góc , cần phải vặn nút để giữ chặt giác kế, tránh việc

giác kế bị xoay lệch khi đo góc

+ Đọc các số chỉ cẩn thận khi đọc số liệu

6 TRẢ LỜI CÂU HỎI

Nhiệm vụ học tập 1: Gọi D mlà góc lệch cực tiểu, hãy chứng minh:

0

2

m D

i i 

và 2sin 2

m D

 

 

0 0

0

i i L cosi cosi



    Suy ra

0 2

2

m m

m D

k n

Nhiệm vụ học tập 2: Sinh viên quan sát giác kế, kết hợp đọc tài liệu thí nghiệm giới thiệu

về giác kế và hoàn thành những yêu cầu học tập sau:

1 Nêu tên và công dụng của các bộ phận đánh số từ 1 đến 5 trong hình 7.4

2 Xác định độ chia nhỏ nhất trên vành chia độ chính

3 Xác định tổng số vạch và giá trị 1 vạch của du xích

4 Đọc và ghi giá trị góc đo được ở ví dụ Hình 7.5

1 Nêu tên và công dụng của các bộ phận đánh số từ 1 đến 5 trong hình 7.4

phổ vạch với những màu như đỏ, 2 vạch vàng, xanh chuối, lục đậm, lam, chàm, tím.

2 Ống chuẩn trực

Dùng để tạo ra một chùm tia song song tới cách tử Đầu ống là mộtkhe sáng, bề rộng của khe chỉnh được Đầu kia là một thấu kínhhội tụ, khi khe sáng nằm đúng mặt phẳng tiêu của thấu kính này thìchùm tia sáng ra khỏi ống chuẩn trực là chùm tia song song

2 Xác định độ chia nhỏ nhất trên vành chia độ chính

Độ chia nhỏ nhất trên vành chia độ chính: 1,50 hay 30’

3 Xác định tổng số vạch và giá trị 1 vạch của du xích.

Tổng số vạch của du xích là 30 vạch, giá trị mỗi vạch của du xích là 1’

4 Đọc và ghi giá trị góc đo được ở ví dụ Hình 7.5

Hình 7.5 Minh họa một giá trị góc đo trên giác kế

Giá trị góc đo được trong hình là 180015’

Nhiệm vụ học tập 3: Vẽ sơ đồ tạo ảnh của chùm sáng phát ra từ đèn qua ống chuẩn trực

bằng quang hình học

Nhiệm vụ học tập 4: Vẽ sơ đồ tạo ảnh khi chiếu một chùm sáng song song tới kính ngắm bằng

quang hình học

Nhiệm vụ học tập 5: Sinh viên quan sát quang phổ của nguồn đèn hơi Thủy ngân qua cách tử và

kết hợp đọc tài liệu thí nghiệm để hoàn thành những yêu cầu học tập sau:

1 Quang phổ quan sát được là loại gì? (Quang phổ liên tục, quang phổ vạch phát xạ hay quang phổ

vạch hấp thụ)

2 Nhận xét chung về quang phổ mà sinh viên quan sát được (Số vạch, màu, số bậc)

3 Sử dụng thêm lăng kính để quan sát quang phổ của nguồn sáng là đèn hơi Thủy ngân So sánh

đặc điểm quang phổ của nguồn đèn hơi thủy ngân được phân tích qua cách tử và qua lăng kính

1 Quang phổ quan sát được là loại gì? (Quang phổ liên tục, quang phổ vạch phát xạ hay quang phổ vạch hấp thụ)

Quang phổ quan sát được là quang phổ vạch phát xạ

2 Nhận xét chung về quang phổ mà sinh viên quan sát được (Số vạch, màu, số bậc)

Quang phổ quan sát được:

+ Số vạch: 33 vạch (bao gồm vân trung tâm và các vân màu ở 2 bậc)

+ Số màu: 9 màu (màu vân trung tâm, tím, chàm, lam, lục, xanh chuối, 2 màu vàng, đỏ) + Số bậc: 2

Quang phổ của cách tử gồm nhiều bậc quang phổ đối xứng nhau qua vân sáng trung tâm Tại vân sáng trung tâm, vạch sáng sẽ có màu giống như màu nguồn sáng chiếu tới Hai bên vân trung tâm là các quang phổ nhiễu xạ bậc 1, 2, Mỗi bậc quang phổ có 7 vạch màu, màu tím ở trong, màu đỏ ở ngoài (tia tím lệch ít nhất, tia đỏ lệch nhiều nhất)

3 Sử dụng thêm lăng kính để quan sát quang phổ của nguồn sáng là đèn hơi Thủy ngân So sánh đặc điểm quang phổ của nguồn đèn hơi thủy ngân được phân tích qua cách tử và qua lăng kính.

bậc 2,…)

- Tia tím lệnh ít nhất, tia đỏ lệch nhiều nhất - Tia tím có bước sóng ngắn, lệch nhiều nhất;

tia đỏ có bước sóng dài, lệch ít nhất

- Khoảng cách giữa các vạch cùa cách tử lớn

hơn lăng kính Màu sắc rõ ràng dễ quan sát

Hình ảnh quang phổ của nguồn sáng là đèn hơi Thủy ngân

khi sử dụng lăng kính để quan sát.

Nhiệm vụ học tập 6: Sinh viên sử dụng dụng cụ thí nghiệm kết hợp đọc tài liệu thí nghiệm để

hoàn thành các nhiệm vụ sau đối với quang phổ của nguồn đèn hơi Thủy ngân qua cách tử:

1 Trình bày mục tiêu của hoạt động học tập này.

2 Để xác định n, sinh viên cần đo các đại lượng nào? Gợi ý: Dựa vào công thức 7.2

3 Trình bày cách bố trí dụng cụ thí nghiệm và trình bày rõ vai trò của từng dụng cụ theo cách bố

trí Lưu ý: Sinh viên thực hiện theo hai cách bố trí như Hình 7.6, 7.7 Chụp hình minh họa bố trí

lại giá trị góc ứng với quang phổ bậc 1, 2 theo 2 cách bố trí như Hình 7.6 và 7.7.

6 Trình bày kết quả đo và giá trị cần tìm thông qua bảng dữ liệu.

7 Nhận xét tính chính xác của hai cách bố trí như Hình 7.6, 7.7

1 Trình bày mục tiêu của hoạt động học tập này.

Mục tiêu: Đo số vạch (số khe hẹp) n trên mỗi mm chiều dài của cách tử bằng cách dùng

ánh sáng đã biết trước bước sóng ánh sáng

2 Để xác định n, sinh viên cần đo các đại lượng nào? Gợi ý: Dựa vào công thức 7.2

Để xác định n, sinh viên cần đo các đại lượng sau: góc lệch  (bên phải) và góc ứng vớivạch sáng trung tâm 0, ta có:   0 D m (ở thí nghiệm hình 7.6) ở thí nghiệm hình 7.7, ta sẽ đo

góc lệch  (bên phải) và  (bên trái).'

3 Trình bày cách bố trí dụng cụ thí nghiệm và trình bày rõ vai trò của từng dụng cụ theo

cách bố trí Lưu ý: Sinh viên thực hiện theo hai cách bố trí như Hình 7.6, 7.7 Chụp hình minh họa bố trí thí nghiệm mà sinh viên thực hiện

   và trình bày cách thức để xác định chính xác vạch nào là vang1 và vang2 trong thực

tế đối với quang phổ bậc 1 hoặc bậc 2

Trong thực tế đối với quang phổ bậc 1 và bậc 2 của đèn hơi Thủy ngân, có 2 vạch vàng ứngvới vang1 và vang2, ta đã biết quang phổ của cách tử gồm nhiều bậc quang phổ đối xứng nhay qua

vân sáng trung tâm Ở mỗi quang phổ, tia tím lệch ít nhất, tia đỏ lệch nhiều nhất, nên ở gần về phíatrung tâm thì vạch sáng sẽ có bước sóng nhỏ hơn Vì vậy, ở gần phía trung tâm là vang2 (với

Nhiệm vụ học tập 9: Sinh viên quan sát quang phổ bậc 1, bậc 2 của đèn hơi Thủy ngân qua cách

tử, kết hợp đọc tài liệu thí nghiệm và hoàn thành yêu cầu sau:

1 Trình bày mục tiêu của hoạt động học

2 Để xác định bước sóng  của một vạch màu đã chọn trong quang phổ của đèn hơi Thủy ngân, sinh viên cần đo đạc các đại lượng nào?

3 Trình bày ngắn gọn các bước tiến hành thí nghiệm ở nội dung thí nghiệm này

4 Tiến hành thí nghiệm và kẻ bảng số liệu các giá trị cần đo đạc Lưu ý: sinh viên lấy số liệu ít

nhất 3 lần cho mỗi đại lượng cần đo và đo đạc cả quang phổ bậc 1 và quang phổ bậc 2 Sinh viên chụp lại giá trị góc  và ’ ứng với quang phổ bậc 1 hoặc quang phổ 2 theo bố trí thí nghiệm Hình

2 Để xác định bước sóng  của một vạch màu đã chọn trong quang phổ của đèn hơi Thủy ngân, sinh viên cần đo đạc các đại lượng nào?

Ta cần đo góc lệch  (bên phải) và góc lệch cực tiểu ' (bên trái) Ứng với quang phổ bậc 1

và 2

3 Trình bày ngắn gọn các bước tiến hành thí nghiệm ở nội dung thí nghiệm này

(Phần 3.2)

4 Tiến hành thí nghiệm và kẻ bảng số liệu các giá trị cần đo đạc Lưu ý: sinh viên lấy số liệu

ít nhất 3 lần cho mỗi đại lượng cần đo và đo đạc cả quang phổ bậc 1 và quang phổ bậc 2 Sinh viên chụp lại giá trị góc  và ’ ứng với quang phổ bậc 1 hoặc quang phổ 2 theo bố trí thí nghiệm Hình 7.7

(Phần 4.1.2)

Nhiệm vụ học tập 10: Hãy chứng minh biểu thức tính sai số của  cho công thức (7.5)

(Phần 3.3.2)

6 TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tổ Vật lý Đại cương (HKI 2019 – 2020) Tài liệu Thí nghiệm Điện – Quang Khoa Vật lý,Trường Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh

Tổ Vật lý Đại cương (2020) Thí nghiệm Vật lý Đại cương 2 Khoa Vật lý, Trường Đại học Sưphạm TP Hồ Chí Minh

Tổ Vật lý Đại cương (2020) Tài liệu bổ trợ - Học phần thực hành Vật lý Đại cương Khoa Vật

lý, Trường Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh

Nguyễn Trần Trác (chủ biên) (2005) Giáo trình Quang học NXB ĐH Quốc Gia Tp Hồ ChíMinh, tr.144-207