Bài giảng bài giao thoa ánh sáng vật lý 12 (8)

Nhiễu xạ ánh sáng qua khe hẹp nhiễu xạ sóng phẳng: Nhiễu xạ Frauhofe Điều kiện để có cực đại, cực tiểu nhiễu xạ... 1.a Định nghĩa Là hiện tượng xãy ra khi 2 sóng ánh sáng truyền đến m

VẬT LÝ 12

GIAO THOA ÁNH SÁNG

Nội dung

HIỆN TƯỢNG GIAO THOA ÁNH SÁNG

1 Hiện tượng giao thoa và điều kiện để có giao thoa ánh

5 Nguyên lý Huyghen – Fresnel

6 Nhiễu xạ ánh sáng qua khe hẹp (nhiễu xạ sóng

phẳng): (Nhiễu xạ Frauhofe)

Điều kiện để có cực đại, cực tiểu nhiễu xạ

1.a Định nghĩa

Là hiện tượng xãy ra khi 2

sóng ánh sáng truyền đến một

vùng nào đó của không gian, ở

đó tạo ra vùng sáng và tối liên

tiếp Khoảng không gian

có giao thoa gọi là trường giao

thoa Nếu đặt một màng trong

trường giao thoa ta sẽ nhận

1.b Điều kiện để có giao thoa ánh sáng

2 ánh sáng (nguồn) phải có cùng tần số, phương dao động, hiệu pha khơng thay đổi theo thời gian

1.b Điều kiện để có giao thoa ánh sáng

Như vậy, những điểm nhận 2 sĩng cĩ I ~ 4a 1 2 là điểm sáng

1.b Điều kiện để có giao thoa ánh sáng

Nếu:

2 sĩng cĩ điều kiện trên gọi là 2 sĩng kết hợp

S phát ra là sĩng cầu, biên độ của sĩng sẽ giảm tỉ lệ

nghịch với khoảng cách từ nguồn đến điểm ta xét

2 1 (2k 1) cos( 2 1) 1

         

a  a  a a1  a2   a 0

1.c Cách tạo nguồn kết hợp

Nguồn sóng biến thiên do dao động của các nguyên tử, do đó không tìm được sóng kết hợp từ 2

nguồn sáng Để có sóng kết hợp, ta tách từ 1 nguồn sáng thành 2 tia sóng đi theo những quang lộ khác nhau Sau

đó, cho chúng gặp mhau

2.a Điều kiện cực đại cực tiểu vân giao thoa

Gi ả sử có 2 nguồn sóng kết hợp S 1 và S 2 Đặt: S 1M = l1 và S 1M = l2 (quang lộ)



2.a Điều kiện cực đại cực tiểu vân giao thoa

dao động cực đại cường độ sóng đạt cực đại :I max

2.b Độ rộng của vân giao thoa

Là khoảng cách giữa 2 vân cùng loại liên tiếp Cọn

2.b Độ rộng của vân giao thoa

Vậy các cực đại giao thoa sẽ nằm cách điểm giữa

O một khoảng X max thỏa mãn điều kiện:

d





2.b Độ rộng của vân giao thoa

Khoảng cách giữa các vân sáng

2.c Sự dịch chuyển hệ vân giao thoa

Chứng tỏ vân sáng mới O 1 (k = 0) sẽ nằm cách vân sáng

2.c Sự dịch chuyển hệ vân giao thoaa

- Vì n > 1 nên x 0 > 0 nghĩa

là vân sáng giữa O 1 bây

giờ sẽ dịch chuyển về phía

có đặt bản thủy tinh

mỏng

- Hiện tượng này là cơ sở

để đo chiết suất trong các

máy giao thoa kế

3 Thí nghiệm Fresnel về nhiễu xạ ánh sáng

3 Thí nghiệm Fresnel về nhiễu xạ ánh sáng

Nếu thu kích thước của lỗ trên P thì vệt sáng ab

cũng thu nhỏ lại Thí nghiệm chứng tỏ, khi kích

thước của lỗ tròn rất nhỏ, ta thấy xuất hiện trên màn ảnh Q nhiều vòng tròn sáng và tối cùng tâm điểm

nằm xen kẻ nhau cả trong vùng bóng tối hình học

(ngoài phạm vi ab) Tâm điểm của các vân có thể

sáng hoặc tối tùy theo kích thước của lỗ tròn và vị trí

màn ảnh Q

Thí nghiệm trên chứng tỏ, khi qua lỗ tròn, các

4 Định nghĩa

Hiện tượng các tia sáng bị lệch khỏi

phương truyền thẳng khi chúng đi gần các vật chướng ngại, gây nên các vân sáng và tối

trong cả vùng bóng tối hình học được gọi là hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng Các vân sáng, tối xuất hiện khi đó gọi là vân nhiễu xạ

5 Nguyên lý Huyghen - Fresnel

 Bất kỳ điểm nào mà ánh sáng truyền đến đều trở

thành nguồn sáng thứ cấp phát ánh sáng về phía

trước nó

 Biên độ và pha của nguồn thứ cấp là biên độ và pha

của nguồn sáng thực gây ra tại vị trí nguồn thứ cấp

 Dao động tại một điểm bất kỳ ngoài mặt sáng thứ

cấp  là tổng hợp của tất cả những sóng phát đi từ

các nguồn thứ cấp nằm trên mặt sáng  ’’ gửi tới

6 Nhiễu xạ ánh sáng qua khe hẹp

6 Nhiễu xạ ánh sáng qua khe hẹp

 Trên chắn sóng P, ta mở 1 khe hẹp hình chữ

nhật độ rộng là a, chiều dài b, b rất lớn so với a

 Cho chùm tia sáng đơn sắc // chiếu vuông góc với mặt phẳng khe Khi truyền qua chắn sóng P, chùm tia lệch phương truyền 1 góc Ảnh thu được là các vân sáng, tối cách đều nhau, riêng vân sáng trung tâm rộng gấp nhiều lần các vân khác



6 Nhiễu xạ ánh sáng qua khe hẹp

 Áp dụng nguyên lý Huyghen: Chọn mặt phẳng

khe làm mặt phẳng 

 Chọn nguồn phát sóng thứ cấp: Dựng những mặt phẳng  0 ,  1 ,  2 , …  n song song và cách đều nhau

1

khoảng = bắt đầu từ mặt trên của khe ( là

bước sóng ánh sáng đơn sắc ta sử dụng), các mặt

phẳng vuông góc chùm tia nhiễu xạ, mỗi dãy được

coi như nguồn sáng thứ cấp

2

6 Nhiễu xạ ánh sáng qua khe hẹp

 Vì 2 sóng ánh sáng từ 1 đới lẻ và 1 đới chẵn

kế tiếp nhau gởi tới điểm M có hiệu quang lộ

ngược nhau, tác dụng sóng của chúng sẽ khử lẫn nhau

 Nếu gọi a 1 ,a 2 ,…a n là biên độ của các sóng

ánh sáng do các nguồn thứ cấp 1,2,…n gởi tới

M thì biên độ a của sóng sáng tổng hợp có thể

2



6 Nhiễu xạ ánh sáng qua khe hẹp

 Qui ước: a n (+) khi n lẻ

a n (-) khi n chẵn

 V ì các dãy nhỏ và gần nhau nên xem như biên độ

của một dãy bằng trung bình cộng biên độ của 2 dãy

7 ĐK có cực đại - cực tiểu nhiễu xạ

Để tính cường độ sáng theo một phương bất

kỳ ta vẻ các mặt phẳng  0 ,  1 ,  2 … cách nhau /2

và vuông góc với chùm tia nhiễu xạ Các mặt

phẳng này chia mặt phẳng khe thành các dãi

Gọi d là bề rộng của 1 dãi

Gọi n là số dãi trên khe

7 ĐK có cực đại - cực tiểu nhiễu xạ

 Nếu khe chứa 1 số chẳn dãi (n = 2k)

(loại k = 0) Điểm M sẽ tối

7 ĐK có cực đại - cực tiểu nhiễu xạ

 Nếu khe chứa 1 số lẻ dãi (n = 2k +1) thì dao động sóng do từng dãi kế tiếp gây ra tại M sẽ

khử lẫn nhau, còn dao động sóng do dãi lẻ

2k + 1 gây ra không bị khử M là điểm sáng

7 ĐK có cực đại - cực tiểu nhiễu xạ

quan sát theo sin 

I

2 

8 Nhiễu xạ qua nhiều khe hẹp – cách tử

Giả sử có N khe hẹp giống nhau nằm song song nhau trong một mặt phẳng … Dọi lên các khe đó một chùm đơn sắc song song

Giả sử chùm sáng gồm các tia kết hợp

8 Nhiễu xạ qua nhiều khe hẹp – cách tử

Tại những điểm trên màng có thỏa điều kiện

Cho cực tiểu nhiễu xạ

Cho cực đại nhiễu xạ Dao động do 2 tia gây

ra khử lẫn nhau Điểm chính giữa chưa chắc là

8 Nhiễu xạ qua nhiều khe hẹp – cách tử

I

N = 1

b)

8 Nhiễu xạ qua nhiều khe hẹp – cách tử

Tổng quát N bất kỳ thì giữa hai cực đại chính kế tiếp có N – 1 cực tiểu phụ và N – 2 cực đại phụ

Nhiễu xạ qua nhiều khe hẹp

8 Nhiễu xạ qua nhiều khe hẹp – cách tử

Định nghĩa: Tập hợp một số lớn những khe rất hẹp giống nhau, song song cách đều nhau và nằm

trong cùng một mặt phẳng được gọi là cách tử nhiễu

THE END!