3 THÍ NGHIỆM vật lý SÓNG

Báo cáo thí nghiệm PFIEV Vật Lý Sóng Ảnh đẹp sẽ giúp tăng truy cập vào tài liệu của bạn từ kết quả tìm kiếm Dung lượng tối đa 2 MB Bạn KHÔNG ĐƯỢC PHÉP tải lên những tài liệu không phải của bạn mà chưa được sự cho phép của người chủ tài liệu này. Tài liệu của bạn sẽ được duyệt trong vòng 48h kể từ khi up. Hỗ trợ tài liệu định dạng: pdf, doc, docx, ppt, pptx, pot, potx Bạn có thể upload 50 files mỗi lần. Dung lượng tối đa một file là 50MB.

Tr g i h h h – HQG Tp.HCM

Ch ng tr nh S C C Việt – Ph p

21101170

GVGD: TS i h Sơ Th h

T n v n 1 Nguyễ ặ g Việt A h 41200068

2 Lê Bá Thông 31203656

3 Hà Vă Lập 41201862

4 Tr ơ g Qu g Lộ 41202020

5 Tr ơ g Trầ Phú Hải 51200977

VẬT LÝ SÓNG (007708)

GIAO THOA:

- NGUỒN ƠN SẮC ( LASER VÀ NGUỒN NATRI)

- NGUỒN THỦY NGÂN VÀ ÁNH SÁNG TRẮNG

NHIỄU XẠ:

- QUA KHE HẸP

- QUA CÁCH TỬ NHIỄU XẠ

Tr g i h h h – HQG Tp.HCM

Ch ng tr nh S C C Việt – Ph p

VẬT LÝ SÓNG (007708)

ài C Th ghiệ s

SỬ DỤNG GIAO T OA Ế IC E SON GIAO THOA NGUỒN ĐƠN SẮC ( ASER VÀ NGUỒN NATRI)

GIAO THOA NGUỒN T ỦY NGÂN VÀ ÁN SÁNG TRẮNG

A MỤC ÍCH THÍ NGHIỆM:

T m hiểu c ch sử dụng giao thoa kế ichelson và quan s t hiện t ợng giao thoa cho bởi c c nguồn kh c nhau trên màn

B CƠ SỞ LÝ THUYẾT:

I- Mô tả gi th ế Mi hels :

G ao t oa kế gổm n ững bộ p ận c ín n ư sau

- Ba bản thủy tinh: bản thủy tinh chống nhiệt, bản b n mạ và bản bổ chính

- ai g ng phẳng 1 và 2

- C c vít điều chỉnh của giao thoa kế đ ợc đanh dấu từ 1 đến 7 (trừ vít 3)

- V1 và V2 cho phép điều chỉnh thô sự định h ớng của 1

- V4 và V5 cho phép điều chỉnh tinh sự định h ớng của 2

- V7 cho phép điều chỉnh sự định h ớng của bản bổ chính quanh một trục nằm ngang

- V6 cho phép điều chỉnh sự định h ớng của bản bổ chính quanh một trục thẳng đứng

II- iều hỉ h gi th ế:

iều hỉ h bả bổ h h:

Để cả hai đ ờng truyền sóng đồng nhất với nhau, bản bổ chính cần phải song song với bản b n mạ Nếu nh điều này không đ ợc thực hiện th ảnh của một vật qua hai bản này sẽ bị lệch nhau do phản xạ kí sinh giữa bản bổ chính và bản b n mạ

Để điều chỉnh cho hai bản song song ta sẽ làm chồng khít c c ảnh của một vật ở xa bằng c ch điều chỉnh vít 6 và 7

2 iều hỉ h sự s g s g ủ h i g ơ g:

Mục đíc Tạo ra một bản không khí hai mặt song song giữa hai g ng 2

và ảnh ’1 của g ng 1 qua bản b n mạ

T ến n Ta làm chồng khít c c ảnh của một vật đặt tại vô cùng bằng

c ch điều chỉnh lại c c vít 1 và 2 (điều chỉnh thô), sau đó ta chỉnh tinh bằng c ch quan s t những vân giao thoa tạo bởi bản không khí giữa ’1 và M2

3 iều hỉ h thà h ê hô g h :

Nếu giao thoa kế đã đ ợc điều chỉnh thành bản không khí hai mặt song song th chỉ cần vặn một trong hai hoặc cả hai vít chỉnh tinh là có thể có đ ợc một nêm không khí với góc đỉnh vào khoảng 10-3

radian

Ta chọn c ch vặn vít quay g ng 2 xung quanh trục thẳng đứng hi đó cạnh của nêm nằm theo ph ng thẳng đứng và hệ sẽ bất biến đối với phép tịnh tiến dọc theo ph ng này

C TIẾN TRÌNH THÍ NGHIỆM:

I- Gi th ế Mi hels điều hỉ h thà h bả hô g h h i ặt s g song:

LASER helium-neon đ ợc xem nh là nguồn điểm tại vô cực

 Hiệ t ợ g qu s t:

 ột màn quan s t đ ợc đạt c ch ngõ ra của giao thoa kế khoảng 1m

Ta thu đ ợc đ ợc hệ vân giao thoa là những vân tròn đồng tâm

 Ta điều chỉnh độ dày của bản không khí bằng vít tịnh tiến g ng 1 Ứng với một độ thay đổi vào khoảng tức là vào cỡ 0.15 , các vân s ng chuyển thành vân tối và ng ợc lại

 Giải th h:

iệu quang lộ:

[( ) ( )] [( ) ( )]

ặt kh c:

 e = A’C cosi A’C

 tani =

A’D = 2e.tani

 B’D = A’D sini = 2e.tani sini

Do đó:

C g độ I = 2I 0( )là đều tr g t à bộ tr g gi thoa

Các vân trên màn là nhữ g vâ trò đồng tâm bởi vì tất cả những điể t ơ g ứng với gó ghiê g i đều nằm trên một đ ng tròn có tâm F’ và bán kính p = if’

Do c c vân giao thoa định xứ ở vô cực, tại ngõ ra giao thoa kế ta đặt một thấu kính hội tụ tiêu cự f = 0,2m để quan s t c c vân giao thoa

 Hiệ t ợ g qu s t:

 Với giao thoa kế ichelson hệ vân thu đ ợc là những vân tròn giao thoa định xứ ở vô cực

 Có một phần giao thoa bị nhòe

 Giải th h:

Nguyên nhân là do nh s ng vàng của Natri trên thực tế là một vạch kép gồm hai bức xạ có cùng c ờng độ và có b ớc sóng rất gần nhau nên không hoàn toàn đ n sắc iện t ợng này chính là hiện t ợng ph ch thu đ ợc bằng c ch lấy tổng hai hàm sin có tần

số rất gần nhau

 Do tâm của hệ vân giao thoa khó x c định, ta đo đ ờng kính d1 của vân tối thứ nhất, sau đó đo c c b n kính d2, d3, d4 … của c c vân tối tiếp theo

 Tính c c tỉ số 2 3 4

,d ,

d d d ,… ta thu đ ợc c c gi trị gần với 2, 3, 4,

 ệ vân giao thoa ta thu đ ợc không tròn, c c vân giao thoa bị biến dạng thành hình eclipse

Nguyên nhân gây ra là do bản bổ chính ch a hoàn toàn song song với bản chia sóng hi đó ta sửa sự biến dạng này bằng c ch hiệu chỉnh lại chút ít bản bổ chính

II- Giao thoa kế Mi hels điều hỉ h thà h ê không khí:

Đ ều c ỉn g ao t oa kế qua trạng t á m u nền, rồ sử dụng vít đ ều c ỉn t n

n m k ông k í Ta quan sát các vân g ao t oa t ẳng và sáng, tố xen kẽ n au

 Hiệ t ợ g qu s t:

 C c vân quan s t đ ợc trên màn là thẳng

 Với một khe nguồn rất hẹp, trên màng đặt c ch xa giao thoa kế, ta quan s t đ ợc c c vân giao thoa thẳng s ng, tối xen kẻ nhau và rất

t ng phản nh ng không s ng lắm

 ở rộng khe nguồn một chút Độ rộng của h nh giao thoa tăng lên,

c c vân vẫn giữ nguyên dãn c ch nh ng không còn t ng phản nh

tr ớc

 Giải th h:

iệu quang lộ:

( ) ( ) ( ) [( ) ] = 2e(x)

C đ g đồ g độ s g hi đó là hữ g vâ gi th đồ g độ dày,

s g s g với h ủ ê hô g h D đó hú g là hữ g đ g thẳ g

 C h điều hỉ h:

 C c vân giao thoa cho bởi nh s ng trắng chỉ thu đ ợc ở vị trí tiếp xúc quang học

 Điều chỉnh giao thoa kế ichelson từ nêm không khí thành bản không khí hai mặt song song với nguồn là đèn h i thủy ngân để thu

đ ợc hệ c c vân tròn định xứ ở vô cực

 Tịnh tiến M1 để làm tăng b n kính c c vân cho đến khi quan s t

đ ợc màu nền

 Định h ớng 2 để lại quan s t c c vân giao thoa của nêm không khí

 Thay đèn thủy ngân bằng đèn ph t nh s ng trắng

 Hiệ t ợ g qu s t:

Vân giao thoa là hệ c c vân thẳng có vân trung tâm là vân màu trắng, hai vân tối ở hai bên vân trung tâm Càng ra xa vân trung tâm,

c c vân bắt đầu phân màu Đối với những hiệu đ ờng đi lớn h n

3 m mắt ng ời không còn phân biệt đ ợc c c bức xạ bị dập tắt và

c c bức xạ có c ờng độ cực đại nữa Do đó nh s ng nhận đ ợc có màu trắng bậc trên

Tr g i h h h – HQG Tp.HCM

Ch ng tr nh S C C Việt – Ph p

VẬT LÝ SÓNG (007708)

ài C Th ghiệ s 2

QUAN SÁT IỆN TƯỢNG N IỄU XẠ QUA E ẸP VÀ QUA CÁC TỬ N IỄU XẠ

A MỤC ÍCH THÍ NGHIỆM:

Quan s t hiện t ợng nhiễu xạ qua khe hẹp và qua c ch tử nhiễu xạ Từ đó kiểm chứng lý thuyết nhiễu xạ liên quan ta đã học

B CƠ SỞ LÝ THUYẾT:

Laser là một nguồn s ng phát ra ánh sáng có c ờng độ lớn dựa trên hiện t ợng

ph t xạ cảm ứng

Nhiễu xạ nh s ng là hiện t ợng c c tia s ng bị lệch khỏi ph ng truyền thẳng khi đi qua c c vật cản (lỗ tròn nhỏ, khe hở hẹp…)

Nguyên lý Huygens-Fresnel:

- Bất cứ điểm nào mà nh s ng truyền đến cũng trở thành nguồn thứ cấp ph t sóng cầu về phía tr ớc nó

- Biên độ và pha của nguồn thứ cấp là biên độ và pha của nguồn thực gây ra tại

vị trí của điểm nguồn thứ cấp

- Dao động tại điểm bằng tổng dao động của nguồn thứ cấp gây ra tại điểm đó

- Bao h nh của mặt sóng thứ cấp cho ta mặt sóng thực

Sử dụng công thức liên hệ giữa d (khoảng c ch giữa khe và mặt phẳng quan s t), l (độ rộng của vết s ng trung tâm:

ý thuyết về c ch tử:

 ột c ch tử phẳng truyền xạ đ ợc đặc tr ng bởi một độ trong suốt biến thiên tuần hoàn Nó gồm có những yếu tố giống hệt nhau:

- N yếu tố giống hệt nhau, còn gọi là vạch, rất dài, đ ợc đặt s t nhau

- Trên một chiều dài tổng cộng

- Đ ợc phân bố đều đặn với n yếu tố trên một đ n vị độ dài

- C ch nhau một khoảng a, gọi là b ớc của c ch tử

 C c điều kiện sử dụng c ch tử là :

- C c c ch tử đ ợc chiếu s ng bằng một chùm s ng tới song song

- Chúng ta nghiên cứu nh s ng nhiễu xạ qua c ch tử ở vô cực

 C c tia s ng xuất ph t từ N nguồn (t ng ứng với phần c ch tử đ ợc chiếu sáng) là kết hợp và do đó cho một h nh giao thoa (hay h nh nhiễu xạ) ở vô cực

 Hiệu đ ờng đi là giữa 2 tia kế tiếp là ( )

 Chúng ta mô phỏng hình nhiễu xạ cho bởi N nguồn nằm cách nhau một khoảng a (N biến đổi từ 2 đến 100), theo hiệu pha

( ) giữa 2 tia kế tiếp ở vô cực

 Vị trí của các cực đại không phụ thuộc vào số vạch: với p là số nguyên

 Các cực đại độ rọi sẽ càng mảnh khi số vạch càng lớn

 Giữa hai cực đại độ rọi có cực tiểu độ rọi bằng không (điều này đ ợc thấy rất rõ đối với ) Các cực tiểu bằng không đầu tiên nằm ở hai phía của một đỉnh là ; do đó, khi N lớn các cực đại độ rọi

sẽ rất hẹp Vị trí góc của các cực đại độ rọi đ ợc cho bởi (công thức cổ điển của cách tử): , với p là số nguyên, d ng hoặc âm biểu thị bậc của cực đại khảo sát

C TIẾN TRÌNH THÍ NGHIỆM:

 Mô hình thí nghiệm và hiệ t ợng quan sát:

Một chùm tia laser đ ợc xem nh ng là một sóng phẳng, đ n sắc tới đập vào màn chắn có một khe độ rộng a biến đổi đ ợc Trên màn ảnh đặt c ch đó vài mét, ta quan s t thấy vết laser vốn gần nh là một điểm khi không có vật cản, nay bị trải ra theo ph ng vuong góc với khe khi cho khe hẹp dần lại n nữa độ rọi trên màn không còn đều nh

tr ớc nữa: hai bên vết sáng trung tâm có các vết thứ cấp nhỏ h n và kém s ng h n

 Bề rộng cực đại trung tâm gấp đôi bề rộng các cực đại khác

 C ờng độ sáng của cực đại giữa lớn h n c ờng độ sáng của các cực đại

kh c v độ sáng của cực đại giữa do dao động gửi đến từ mặt khe đồng pha nhâu, các cực đại khác là một dải

I0:I1:I2:… =1:(2/3π)2

: ( 2/5π)2 : …

2 Th ghiệ 1:Quan sát n ễu xạ của c ùm t a LASER qua các tử n ễu xạ

 Mô hình thí nghiệm và hiệ t ợng quan sát:

Chúng ta bố trí thí nghiệm rất đ n giản với một cách tử có b ớc t ng ứng với 600 vạch trên 1mm Đặt một màn cách laser khoảng 1m hoặc h n Tiếp theo,

đ nh dấu vị trí của vết sáng trên màn khi không có cách tử và sau đó đặt cách tử ở lối ra của laser và tiến hành quan sát

Ta thấy:

 Trên màn xuất hiện nhiều vết gần nh có cùng đ ờng kính với chùm laser

 Vết trung tâm có c ởng độ sáng lớn nhất, và nhỏ dần về hai bên

 hi ta thay đổi vị trí của cách tử có một vết duy nhất không thay đổi vị trí

đó là vết 0 Vết này nằm trùng vị trí với vết của laser khi không có cách tử

 Sự phân tán các vết luôn xảy ra trong một mặt phẳng có ph ng vuông góc với ph ng của các vạch cách tử

 Cách tử cho những kết quả gần nh t ng đ ng cho dù nó đ ợc sử dụng trong ánh sáng phản xạ hay truyền xạ

 Giải th h:

Khi thì:

sin với p là số nguyên biểu thị bậc của vết nhiễu xạ

Từ đây ta có:

Thay số với:

a =

( ) = 632.8 (nm)

Ta có:

-2.634 2.634 Vậy nh đã quan s t ta chỉ thấy năm vết sáng của chùm tia laser t ng ứng với p = 0, 1, 2