Chuong 7 1 giao thoa anh sang

CƠ SỞ QUANG HỌC SÓNG Các thuyết về bản chất của ánh sáng : ● Thuyết hạt của Newton cuối thế kỉ 17 Ánh sáng là 1 chùm hạt ● Thuyết sóng của Huygens cuối thế kỉ 17 Ánh sáng là sóng ● Đầu

Trang 1

Chương 7 QUANG HỌC SÓNG

HÀ NỘI 2016

Trang 2

CHƯƠNG 7 QUANG HỌC SÓNG

NỘI DUNG CHÍNH

♣ Cơ sở quang học sóng

♣ Hiện tượng giao thoa của 2 sóng ánh sáng kết hợp

♣ Hiện tượng giao thoa do phản xạ

♣ Hiện tượng giao thoa gây bởi bản mỏng

♣ Ứng dụng của giao thoa

♣ Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng

♣ Hiện tượng phân cực ánh sáng

Trang 3

1 CƠ SỞ QUANG HỌC SÓNG

Quang học: là môn học nghiên cứu về ánh sáng và sự tương tác của ánh sáng

với các chất Quang học cổ điển bao gồm quang học tia (quang hình học) vàquang học sóng

Quang học tia: Nghiên cứu các hiện tượng ánh sáng dựa trên khái niệm “tia

sáng” Ví dụ: hiện tượng khúc xạ, phản xạ, tạo ảnh qua gương, lăng kính…

Quang học sóng: Nghiên cứu các hiện tượng ánh sáng dựa trên khái niệm

sóng ánh sáng Ví dụ: Giao thoa, nhiễu xạ, phân cực, tán sắc…

Trang 4

1 CƠ SỞ QUANG HỌC SÓNG

Các thuyết về bản chất của ánh sáng :

● Thuyết hạt của Newton (cuối thế kỉ 17) Ánh sáng là 1 chùm hạt

● Thuyết sóng của Huygens (cuối thế kỉ 17) Ánh sáng là sóng

● Đầu thế kỷ 19 Fresnel giải thích các hiện tượng quang học

● Thuyết điện từ của Maxwell (1865) Ánh sáng là sóng điện từ

● Thuyết photon của Einstein (1905) Ánh sáng có bản chất lượng tử (MaxPlanck)

Trang 5

1 CƠ SỞ QUANG HỌC SÓNG1.1 Các định luật cơ bản của quang hình học

a) Định luật truyền thẳng ánh sáng: Trong môi trường trong suốt đồng tính

và đẳng hướng ánh sáng truyền theo đường thẳng

b) Định luật về tác dụng độc lập của các tia sáng: Tác dụng của các chùm

sáng khác nhau thì độc lập với nhau, nghĩa là tác dụng của một chùm sáng nàythì không phụ thuộc vào sự có mặt hay không của các chùm sáng khác

Trang 6

1 CƠ SỞ QUANG HỌC SÓNGc) Hai định luật của Descartes.

1.1 Các định luật cơ bản của quang hình học

Khi một tia sáng tới mặt phân cách haimôi trường trong suốt, đồng tính và đẳnghướng thì bị tách làm hai: Tia phản xạ vàtia khúc xạ, chúng tuân theo hai định luật:

* Định luật 1: Tia phản xạ nằm trong mặt

phẳng tới (mặt phẳng chứa tia tới và pháptuyến mặt phân cách) và góc tới bằng gócphản xạ:

* Định luật 2: Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới và tỷ số giữa sin góc tới và

sin góc khúc xạ là một số không đổi:

Trang 7

* Hiện tượng phản xạ toàn phần

Trang 8

* Hiện tượng phản xạ toàn phần

Trang 9

1 CƠ SỞ QUANG HỌC SÓNG1.2 Những phát biểu tương đương của định luật Descartes Một số khái niệm:

Quang lộ của tia sáng: Xét hai điểm A, B nằm trong môi trường đồng tính,

chiết suất n, cách nhau một đoạn d

Quang lộ giữa hai điểm A và B là: L = c.t,

trong đó t = d/v là thời gian để ánh sáng đi từ A đến B  L = n.d

Quang lộ giữa 2 điểm AB là đoạn đường ánh sáng truyền được trong chân không trong khoảng thời gian t, trong đó t là khoảng thời gian mà ánh sáng

đi được đoạn AB trong môi trường

a) Quang lộ

Trang 10

1 CƠ SỞ QUANG HỌC SÓNG1.2 Những phát biểu tương đương của định luật Descartes

Nếu ánh sáng truyền qua các môi trường khác nhau:

Trang 11

1 CƠ SỞ QUANG HỌC SÓNG1.2 Những phát biểu tương đương của định luật Descartes b) Nguyên lý Fermat và định lý Malus

 Nguyên lý Fermat: Giữa hai điểm A và B, ánh sáng sẽ truyền theo conđường nào mà quang lộ là cực trị

 Định lý Malus: Quang lộ của các tia sáng giữa hai mặt trực giao của một

chùm sáng thì bằng nhau (mặt trực giao là mặt vuông góc với các tia của

một chùm sáng)

 Đây là các phát biểu tương đương của các định luật quang hình học.

Trang 12

Sự tương đương của nguyên lý Fermat với định luật phản xạ

 Ánh sáng truyền theo quang lộ cực tiểu

Trang 13

Sự tương đương của nguyên lý Fermat với định luật phản xạ

Xét 1 elipxoid tròn xoay, nếu đặt nguồnsáng tại tiêu điểm F1, thì ánh sáng tậptrung tại F2

 Ánh sáng truyền theo quang lộ cực đại Xét 1 thấu kính:  Ánh sángtruyền theo quang lộ không đổi

Trang 14

Sự tương đương của nguyên lý Fermat với định luật khúc xạ

Trang 15

Trang 16

1 CƠ SỞ QUANG HỌC SÓNG1.3 Hàm sóng của ánh sáng

 Giả sử tại O phương trình dao động sáng là: xO = acostPhương trình dao động sáng tại M là:

hàm sóng của ánh sáng

 là thời gian ánh sáng truyền từ O đến M

L = c là quang lộ giữa hai điểm OM

 là bước sóng ánh sáng trong chân không

Trang 17

1 CƠ SỞ QUANG HỌC SÓNG1.4 Cường độ sáng:

 Cường độ sáng I tại một điểm là một đại lượng có trị số bằng năng lượngánh sáng truyền qua một đơn vị diện tích đặt vuông góc với phươngtruyền sáng tại điểm đó trong một đơn vị thời gian

 Cường độ sáng tỷ lệ với bình phương biên độ:

I = ka2

Trang 18

1 CƠ SỞ QUANG HỌC SÓNG1.4 Nguyên lý chồng chất

 Khi hai hay nhiều sóng ánh sáng gặp nhau thì từng sóng riêng biệt không

bị các sóng khác làm nhiễu loạn;

 Sau khi gặp nhau, các sóng ánh sáng vẫn truyền đi như cũ;

 Tại những điểm gặp nhau, dao động sáng bằng tổng hợp các dao độngsáng thành phần

Trang 19

1 CƠ SỞ QUANG HỌC SÓNG1.5 Nguyên lý Huyghens

 Bất kỳ điểm nào nhận được sóng ánh sáng đều trở thành nguồn thứ cấpphát ánh sáng về phía trước nó

Mặt sóng sơ cấp là đường bao các mặt sóng thứ cấp

Trang 20

2 HIỆN TƯỢNG GIAO THOA CỦA 2 SÓNG ÁNH SÁNG KẾT HỢP

 Giao thoa sóng là trường hợp đặc biệt của hiện tượng chồng chất sóng

 Kết quả là trong trường giao thoa xuất hiện những điểm mà cường độ sóngđược tăng cường, xen kẽ với những điểm cường độ sóng bị triệt tiêu

 Điều kiện để các sóng giao thoa với nhau: Sóng kết hợp

(các sóng có cùng tần số và có độ lệch pha không đổi theo thời gian)

Trang 21

Lưỡng lăng kính Fresnel

Lưỡng thấu kính Bier

Gương Lloyd

Trang 22

2 HIỆN TƯỢNG GIAO THOA CỦA 2 SÓNG ÁNH SÁNG KẾT HỢP 2.1 Cách tạo ra hai sóng ánh sáng kết hợp

Khe Young

Trang 23

Gương Fresnel

Trang 26

Gương Loyd:

Trang 27

 Phương trình sóng do O1 và O2 gây ra tại điểm M nào đó:

 Cường độ sóng tại điểm M được xác định:

Trang 28

 Cực đại giaothoa:

 Cực tiểu giaothoa:

2 HIỆN TƯỢNG GIAO THOA CỦA 2 SÓNG ÁNH SÁNG KẾT HỢP 2.2 Khảo sát hiện tượng giao thoa

Trang 32

2 HIỆN TƯỢNG GIAO THOA CỦA 2 SÓNG ÁNH SÁNG KẾT HỢP 2.2 Khảo sát hiện tượng giao thoa

Giao thoa khe Young:

 Vị trí cực đại giao thoa:

 Vị trí cực tiểu giao thoa:

Trang 33

3 HIỆN TƯỢNG GIAO THOA DO PHẢN XẠ 3.1 Thí nghiệm Lloyd

 Cực đại giaothoa:

 Cực tiểu giaothoa:

Trang 34

3 HIỆN TƯỢNG GIAO THOA DO PHẢN XẠ 3.1 Thí nghiệm Lloyd

Như vậy pha dao động của tia phản xạ

bị thay đổi một lượng là

 Người ta coi rằng khi phản xạ trên mặt gương, quang lộ của tia phản xạ dài thêm 1 đoạn là Điều này chỉ xảy ra khi ánh sáng chiếu từ môi trường kém chiết quang (không khí) đến 1 môi trường chiết quang hơn (thủy tinh) Chiều ngược lại thì quang

lộ không thay đổi.



2



Trang 36

4 HIỆN TƯỢNG GIAO GÂY BỞI BẢN MỎNG

Trang 37

4 HIỆN TƯỢNG GIAO GÂY BỞI BẢN MỎNG

 Bản mỏng là một bản trongsuốt có độ dầy vào cỡ vàiphần trăm milimet nhưmàng xà phòng, váng dầu,lớp không khí mỏng…

 Giao thoa của các tia phản

xạ trên hai bề mặt của bảnmỏng

 Giao thoa gây bởi các tiakhúc xạ qua hai bề mặt củabản mỏng

Bản chất của hiện tượng giao thoa từ các bản mỏng:

qtd

S

qi

nf

Trang 38

- Hiệu quang lộ giữa 2 tia:

Trang 39

HM AM sin i 2d.tan r.sin i  

sin i n n sin r sin i sin r 1     n

Trang 40

4 HIỆN TƯỢNG GIAO GÂY BỞI BẢN MỎNG 4.1 Giao thoa cho bởi bản mỏng có độ dày thay đổi – Vân cùng độ dày

Vân của nêm không khí:

 Nêm không khí là một lớp không khí hình nêmnằm giữa hai bản thủy tinh phẳng hợp với nhaugóc rất nhỏ

 Trên bề mặt của nêm có vân giao thoa của cáctia phản xạ

Trang 41

4 HIỆN TƯỢNG GIAO GÂY BỞI BẢN MỎNG 4.1 Giao thoa cho bởi bản mỏng có độ dày thay đổi – Vân cùng độ dày Vân của nêm không khí:

 Xét chùm sáng vuông góc với mặt nêm(i = 00):

 Từ điều kiện giao thoa, vân tối ứng với

độ dày của lớp không khí:

Trang 42

4 HIỆN TƯỢNG GIAO GÂY BỞI BẢN MỎNG 4.1 Giao thoa cho bởi bản mỏng có độ dày thay đổi – Vân cùng độ dày Vân tròn Newton

 Hệ vân tròn Newton gồm một chỏmcầu thủy tinh đặt tiếp xúc với bảnthủy tinh phẳng

 Vân giao thoa thuộc loại cùng độdày:

Trang 43

Ánh sáng xanh Ánh sáng trắng

Ánh sáng đỏ

 Vân tròn Newton gồm hệcác vòng tròn có tâm cùngnằm trên trục của chỏm cầu

 Tâm của hệ vân ứng vớiđiểm tối: d = 0

Trang 44

 Bán kính của vân tối thứ k thỏa mãn:

Trang 45

S

i

R1 R2

n

Trang 46

Vân sáng đối với những góc i thỏa mãn:

Vân tối đối với những góc i thỏa mãn:

Trang 48

5 ỨNG DỤNG CỦA HIỆN TƯỢNG GIAO THOA Kiểm tra các mặt kính phẳng hoặc lồi

Trang 49

5 ỨNG DỤNG CỦA HIỆN TƯỢNG GIAO THOA Kiểm tra các mặt kính phẳng hoặc lồi

Trang 50

5 ỨNG DỤNG CỦA HIỆN TƯỢNG GIAO THOA

Đo chiết suất của chất lỏng – chất khí Giao thoa kế Rayleigh

Trang 51

5 ỨNG DỤNG CỦA HIỆN TƯỢNG GIAO THOA

Đo chiều dài – Giao thoa kết Michelson

l m

2





Trang 52

BÀI TẬP PHẦN GIAO THOA ÁNH SÁNG

Các bài tập cần làm: (Sách BT Lương Duyên Bình):

1.2, 1.6, 1.7, 1.8, 1.10, 1.13, 1.14, 1.16, 1.19, 1.20 1.22, 1.24, 1.25,

1.26, 1.28, 1.29, 1.32

Định dạng
Số trang	52
Dung lượng	3,4 MB