Bài giảng vật lý đại cương a2 chương iii tính chất sóng ánh sáng

CHƯƠNG III TÍNH CHẤT SÓNG ÁNH SÁNG A Cơ sở của quang hình học I Các định luật cơ bản của quang hình học 1 Định luật về sự truyền thẳng của ánh sáng Trong một môi trường trong suốt, đồng tính và đẳng h[.]

CHƯƠNG III

TÍNH CHẤT SÓNG ÁNH SÁNG

A Cơ sở của quang hình học

I Các định luật cơ bản của quang hình học

1 Định luật về sự truyền thẳng của ánh sáng

Trong một môi trường trong suốt, đồng tính và đẳng hướng ánh sáng truyền theo đường thẳng.

2 Định luật phản xạ và khúc xạ ánh sáng

a Định luật phản xạ ánh sáng:

- Tia phản xạ nằm trong mặt phẳng tới

- Góc phản xạ bằng góc tới : i = i’

i i’

r

b Định luật khúc xạ ánh sáng:

- Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới

- Tỉ số giữa sin góc tới và sin góc khúc xạ là một số không đổi

n 21 là chiết suất tỉ đối của môi trường 2 đối với

môi trường 1.

n 21 = n 2 / n 1 ,với n 1 , n 2 là chiết suất tuyệt đối của môi trường 1 và 2 tương ứng.

21

sin sin

i

n

r 

2

1

sin

sin

n

i

II Những phát biểu tương đương của đl Descartes 1.Quang lộ:Quang lộ L giữa hai điểm A, B là đoạn đường ánh sáng truyền được trong khoảng

khoảng thời giann t, t là khoảng thời gian ánh

sáng đi được đoạn đường AB trong môi trường

Nếu AS truyền qua nhiều môi trường chiết suất

n 1 , n 2 , n 3 … Với quãng đường tương ứng d 1 , d 2 , d 3 ….thì:

;

Nếu ánh sáng đi trong môi trường mà chiết suất thay đổi liên tục thì quang lộ giữa hai điểm A và

B trong môi trường là:

ds là đoạn đường rất nhỏ để coi như chiết suất

không đổi trên nó.

2 Nguyên lý Fermat:

a) Phát biểu: Giữa hai điểm AB, ánh sáng sẽ truyền

theo theo con đường nào mà quang lộ là cực trị ( cực đại, cực tiểu hoặc không đổi).

.

B

A

L   n ds

b)Sự tương đương của NL Fermat và các ĐL Descartes

- Sự tương đương của NL Fermat với ĐL phản xạ

Xét hai điểm A, B nằm phía trên mặt phản xạ Gọi AIB

là con đường AS truyền từ A đến B Theo ĐLPX thì: i = i’ Xét một điểm I’ bất kỳ trên mặt phản xạ; gọi B’ là

điểm đối xứng của B qua mặt phản xạ thì IB = IB’ và I’B

= I’B’ Vì i = i’ nên ba điểm AIB’ thẳng hàng nên:

Nghĩa là ánh sáng truyền theo

con đường mà quang lộ cực tiểu

A

B

B’

i i’

'

' '

AIB AI B

AI IB AI I B

n AI IB n AI I B

- Sự tương đương của NL Fermat với ĐLKX

Xét hai điểm A, B nằm trong hai môi trường

trong suốt chiết suất n 1 và n 2 Lấy điểm I bất kỳ trên mặt phân cách

I

A

B A’

B’

Quang lộ theo con đường AIB là

' ; ' ; ' , ' '

( )

L n AI n IB

AA h BB h A I x A B p

 

I

A

B A’

B’

• Theo NL Fermat thì AS đi theo con đường sao

cho L cực trị, nghĩa là

Như vậy xuất phát từ định luật Descartes ta có thể tìm được nguyên lý Ferma và ngược lại Rõ

ràng chúng tương đương với nhau.

1 2 1 2



3 Định lý Malus:

a) Mặt trực giao: là mặt vuông góc với

các tia của một chùm sáng.

b) Định lý: Quang lộ của các tia sáng

giữa hai mặt trực giao của một chùm sáng thì bằng nhau.

Định lý Malus là một dạng phát biểu tương đương nữa của các định luật

Descartes

CM: Xét một chùm sáng song song truyền qua mặt phân cách hai môi trường

1 1 1 1 2 1 1

1 1 1 2 1 1 2 1 1

2 1 2 2 2 2 2

1 2 2 1 2 2 2 2 2

1 1 2 2 1 1 2 2

2 2 1 1

1 2 1 2

1 2 2 2 1 1 1 2

,

L n A I n I B

n A I n I H n H B

L n A I n I B

n A H n H I n I B

A I A H H B I B

B Cơ sở của quang học sóng Giao thoa ánh sáng

I Cơ sở quang học sóng:

1.Hàm sóng ánh sáng:ánh sáng là sóng điện từ tuy nhiên thực nghiệm chứng tỏ rằng chỉ có thành

phần điện trường khi tác dụng vào mắt mới gây cảm giác sáng, vì vậy dao động của được gọi

là dao động sáng.

Nếu tại O PT dao động sáng là:

Thì tại điểm M cách O một đoạn r, PT dao động sáng sẽ là:

cos

x  a  t

2

cT





E



L = nr là quang lộ trên đoạn đường OM

là bước sóng AS trong chân không.

PT này gọi là hàm sóng của AS.

Nếu AS truyền theo chiều ngược lại thì hàm sóng của AS có dạng:



2





2 Cường độ sáng:CĐ sáng tại một điểm

là một đại lượng có trị số bằng năng

lượng truyền qua một đơn vị diện tích

đặt vuông góc với phương truyền sáng

trong một đơn vị thời gian.

CĐ sáng tại một điểm tỉ lệ với bình

phương biên độ dao động sáng tại điểm đó.Nếu chọn hệ số tỉ lệ bằng 1 thì

I = a2

Ví dụ: Hai sóng có cùng bước sóng một sóng đi qua môi trường chiết suất n 1 = 1,45, một sóng đi qua môi trường chiết suất n 2 = 1,65 như hình vẽ Tìm độ dày d nhỏ nhất để cho hai

sóng cùng pha với nhau khi đi qua môi trường

khi:

a) Lúc đầu hai sóng cùng pha với nhau

b) Lúc đầu hai sóng lệch pha nhau

620 nm

 

rad



d

HQL của hai sóng khi đi qua môi trường:

L 2 – L 1 = d( n 2 – n 1 )

a)Lúc đầu hai sóng cùng pha nhau nên:

b) Lúc đầu hai sóng lệch pha nhau π nên

2 1

2 1

2

L L

k

n n













2 1

min

2

L L

k







II.Hiện tượng giao thoa ánh sáng:

Là hiện tượng chồng chất của hai (hay nhiều) sóng AS kết hợp làm xuất hiện

trong không gian những vân sáng và tối nằm xen kẻ nhau.

Hai sóng kết hợp là hai sóng có cùng

phương dao động, cùng tần số và hiệu

pha không thay đổi theo thời gian.

1 Cách tạo ra hai sóng AS kết hợp: a) Khe Young:

O

b) Gương Fresnel: là một dụng cụ gồm hai gương

G 1 , G 2 đặt nghiêng nhau một góc rất nhỏ

(khoảng vài phần nghìn radian) Một nguồn điểm

O đặt trước hai gương sẽ có hai ảnh ảo O 1 , O 2

O

Màn chắn

(1’)

(1) (2’) (2)

2 Biểu thức cường độ ánh sáng giao thoa.

Giả sử tại điểm M trong không gian có sự chồng chất của hai ánh sáng đơn sắc dao động cùng

phương, cùng tần số:

Hiệu pha của hai dao động là:

Biên độ của dao động tổng hợp tại M

x A t  x A t 

2 1 1 2

2

L L



  



2 2 2

1 2 2 1 2 cos 2 1

A  A  A  A A  