cac bai thi nghiem vat ly 2

VLKT- Viện Vật lý Kỹ thuật- ĐHBK Hà nộiSóng dừng là hiện tượng giao thoa của hai sóng kết hợp có cùng tần số và hiệu pha không đổi truyền ngược chiều nhau, tạo nên các bụng sóng điểm d

VLKT- Viện Vật lý Kỹ thuật- ĐHBK Hà nội

Sóng dừng là hiện tượng giao thoa của hai sóng

kết hợp (có cùng tần số và hiệu pha không đổi)

truyền ngược chiều nhau, tạo nên các bụng sóng

(điểm dao động với biên độ lớn nhất) nằm xen giữa

các nút sóng (điểm không dao động)

Xét một sợi dây mảnh và mềm có chiều dài

OB

L = Đầu B được giữ cố định và đầu O được

kích thích dao động với tần số νtheo qui luật :

x 0 = a sin 2π ν.t (1)

Dao động của đầu O sẽ truyền đi trên sợi dây

dưới dạng sóng ngang với vận tốc v phụ thuộc

lực căng F của sợi dây và khối lượng riêng à

(tức khối lượng của mỗi mét dài) của sợi dây :

v = F / à (2)

Sóng tới từ đầu O sẽ gây ra tại điểm M nằm

trên sợi dây và cách B một đoạn y = MB một

Tương tự, sóng tới từ đầu O sẽ gây ra tại đầu B

một dao động chậm pha ∆t 2 = L / v so với O :

L

sóng phản xạ từ B ngược pha với sóng tới B

sao cho độ dời của B luôn bằng không, nghĩa là :

x M = x 1M + x 2M (8) Thay (3) và (6) vào (7), ta tìm được phương trình

dao động tổng hợp tại điểm M có dạng :

A = (10)

Công thức (10) chứng tỏ biên độ dao động tổng hợp tại điểm M chỉ phụ thuộc toạ độ y = MB :

- Nếu 2 π y / λ = k π với k = 0 ,1 , 2 ,

hay y = k λ / 2 (11) thì biên độ A sẽ có giá trị nhỏ nhất Amin = 0 Khi đó điểm M đứng yên và được gọi là nút sóng

Trong trường hợp này, sóng tới và sóng phản xạ gây ra tại điểm M các dao động ngược pha nên chúng triệt tiêu lẫn nhau)

- Nếu 2 π y / λ = ( 2 k + 1 ) π / 2 với k = 0,1 ,2 ,

hay y = ( 2 k + 1 ) λ / 4 (12)

thì biên độ A sẽ có giá trị lớn nhất Amax = 2 a

Khi đó điểm M dao động mạnh nhất và được gọi

là bụng sóng Trong trường hợp này, sóng tới và

sóng phản xạ gây ra tại điểm M các dao động cùng pha nên chúng tăng cường lẫn nhau

Từ các công thức (11) và (12) ta rút ra các

b Các nút và các bụng sóng phân bố xen kẽ

cách đều nhau Khoảng cách d giữa hai nút hoặc

hai bụng sóng kế tiếp đều bằng nửa bước sóng :

d = y k+1 - y k = λ / 2 (13)

Việc khảo sát quá trình truyền sóng trên sợi

dây còn chứng tỏ rằng với lực căng F cho trước,

biên độ dao động tại các bụng sóng chỉ đạt giá trị

cực đại ổn định khi sợi dây có độ dài L bằng :

L = OB = k d = k λ / 2 (14)

trong đó số nguyên k = 1 , 2 , 3 ,

Công thức (14) là điều kiện cộng hưởng của

sóng dừng trên sợi dây Nếu ta làm thay đổi độ dài

của sợi dây OB từ giá trị L nêu trên thì biên độ

của các bụng sóng sẽ giảm mạnh Nói cách khác :

với lực căng F và độ dài L cho trước của sợi dây OB,

biên độ cực đại của các bụng sóng chỉ thực sự

Thay (1 ) (4) vào (14) , ta tìm được hệ thức :

à ν

thích dao động và lực căng F tác dụng lên sợi

dây để khảo sát hiện tượng sóng dừng trên sợi dây

khi có cộng hưởng với k = 1, 2, 3, bụng sóng Từ

giá trị xác định bằng tần số riêng của sợi dây

(ν , 2 ν , 3 ν , tuỳ theo số bụng sóng k =1,2,3, )

Thiết bị tạo sóng dừng trên sợi dây dùng

trong thí nghiệm này gồm một sợi dây OB mềm

và mảnh căng ngang dọc theo thước milimét T

đặt trên giá đỡ G (Hình 1) Đầu dây O được kích

thích dao động với tần số ν nhờ thanh kim loại K

gắn vào màng rung của loa điện động Đ duy trì

bởi máy phát âm tần GF-597 Đầu dây B được

luồn qua một lỗ nhỏ trên đỉnh con trượt D rồi vắt

qua ròng rọc R1 và nối với lực kế N treo trên thân

của cọc C Có thể thay đổi độ dài L của sợi dây

OB bằng cách dịch chuyển con trượt D trên giá

đỡ G Tần số ν của máy phát âm tần GF-597 có

thể thay đổi trong khoảng 20 ữ 20.000Hz và

được đo bằng đồng hồ đa năng hiện số DT

Sau đó dịch chuyển con trượt D dọc theo máng của giá đỡ G tới vị trí bên trái nằm cách cạnh hộp loa điện động Đ khoảng 5cm

2 Nối các đầu cắm Đ1 Đ2 của loa điện động Đ vào

ổ cắm 1Vpp trên mặt máy phát âm tần GF-597 (Hình 2) bằng một dây dẫn kép có đầu cắm 5 chân Vặn núm chuyển mạch S của nó về thang đo x10 và vặn đĩa quay 2 về vị trí tận cùng bên phải

R1 V1

Đ T D

Đ1 Đ2 F1 F2 G

Hình 1

Cắm phích lấy điện của máy phát âm tần vào

nguồn điện ~220V Bấm khoá K trên mặt máy

Hình 2 :Máy phát âm tần GF-597

3 Nối các đầu cắm F1 F2 của mạch điện với hai

cực “V / Ω” và “COM” của đồng hồ đa năng

hiện số DT8202 (Hình 3) Vặn núm xoay X của

đồng hồ này sao cho vạch chuẩn của nó nằm ở

thang đo tần số FREQ Bấm núm “ON” trên mặt

đồng hồ để các chữ số hiện thị trên màn hình

Hình 3 : Đồng hồ đo tần số 4000ZA

B Khảo sát hiện tượng cộng hưởng sóng dừng

Xác định bước sóng và vận tốc truyền sóng

1 Giữ nguyên gía trị của lực căng F = 1 , 0 N

Vặn nhẹ đĩa quay 2 của máy phát âm tần GF-597

để chọn tần số do nó phát ra bằng ν = 200 Hz

Sau đó dịch chuyển con trượt D ra xa dần về

phía bên phải cho tới khi đạt được cộng hưởng

sóng dừng trên đoạn dây OB với số bụng sóng k

hưởng L tương ứng với mỗi giá trị của số bụng sóng k vào bảng 1 để xác định bước sóng λ và

vận tốc truyền sóng v

2 Giữ nguyên giá trị của lực căng F = 1 , 0 N Dịch chuyển con trượt D để chọn độ dài của

đoạn dây OB bằng L = 0 , 80 m Vặn nhẹ đĩa quay 2 của máy phát âm tần GF-597

để điều chỉnh tần số ν từ giá trị thấp nhất (20Hz) lên cao dần cho tới khi đạt được cộng hưởng

sóng dừng trên đoạn dây OB với số bụng sóng k lần lượt bằng 1, 2, 3, 4, 5 Đọc và ghi giá trị

tần số cộng hưởng ν tương ứng với mỗi giá trị

của số bụng sóng k vào bảng 2

C Khảo sát sự phụ thuộc của bước sóng vào lực căng của sợi dây

1 Chọn gíá trị độ dài của đoạn dây OB bằng

m 60 , 0

L = Điều chỉnh lực kế N để tăng dần lực căng F từ 1,0N đến 4,5N ; mỗi lần tăng 0,5N

Với mỗi giá trị của lực căng F, ta lại điều chỉnh tần số ν của máy phát âm tần GF-597 cho tới khi đạt được cộng hưởng sóng dừng với số

bụng sóng k lần lượt bằng 1, 2, 3, 4, 5

Đọc và ghi giá trị của tần số cộng hưởng ν

tương ứng với mỗi giá trị của số bụng sóng k

vào bảng 3

2 Tắt đồng đồ đa năng hiện số DT8202 và máy phát âm tần GF-597

iII Câu hỏi kiểm tra

1 Định nghĩa sóng dừng Sóng truyền trên sợi dây là sóng dọc hay sóng ngang Mô tả thiết bị và phương pháp tạo ra sóng dừng trên sợi dây

2 Tìm phương trình dao động tại một điểm M bất

kỳ trên sợi dây gây ra bởi sự giao thoa của sóng tới từ đầu O và sóng phản xạ từ đầu B của sợi dây truyền tới điểm đó

3 Viết biểu thức của biên độ dao động tổng hợp tại điểm M Từ đó suy ra vị trí của nút sóng, của bụng sóng và khoảng cách giữa hai nút hoặc hai bụng sóng kế tiếp của sóng dừng trên sợi dây

4 Nêu rõ điều kiện để xảy ra hiện tượng cộng hưởng của sóng dừng trên sợi dây

Báo cáo thí nghiệm

Khảo sát hiện tượng sóng dừng trên dây

Xác nhận của thày giáo

Học viện Hải Quân Nha Trang

Lớp Tổ

Họ tên

I Mục đích thí nghiệm

II Tính kết quả thí nghiệm

A Khảo sát điều kiện cộng hưởng sóng dừng Xác định bước sóng và vận tốc truyền sóng

Bảng 1

- Lực căng tác dụng lên đoạn dây OB : F = 1 , 0 N

- Tần số của nguồn kích thích dao động : ν = 200 Hz

(m)

ν

λ .

v =

(m/s 2 )

1

2

3

4

5

Bảng 2

- Lực căng tác dụng lên đoạn dây OB : F = 1 , 0 N

- Độ dài của đoạn dây OB : L = 0 , 800 m

(m)

1/ν

(Hz -1 )

1

2

3

4

5

Vẽ đồ thị λλλλ = f ( 1/νννν )

B Xác định sự phụ thuộc của vận tốc truyền sóng vào lực căng của sợi dây

- Các giá trị của λ2 đ−ợc đặt trên trục tung với tỷ lệ : 10 ô vuông ứng với 0,50m 2

- Các giá trị của F đ−ợc đặt trên trục hoành với tỷ lệ : 10 ô vuông ứng với 0,5N

3 Nhận xét kết quả thí nghiệm

a Khi giữ tần số νvà lực căng F không đổi, nếu thay đổi độ dài L của sợi dây OB để đạt cộng hưởng

sóng dừng (bảng 1), thì bước sóng λ và vận tốc truyền sóng v sẽ có giá trị

(không đổi hoặc thay đổi)

Kết quả này (phù hợp hoặc không phù hợp) với hệ thức (15)

b Khi giữ lực căng F và độ dài L của sợi dây OB không đổi, nếu thay đổi tần số ν của nguồn kích thích dao động để đạt cộng hưởng sóng dừng (bảng 2), thì đồ thị λ = f (1/ν) có dạng một đường

(thẳng hoặc cong), nghĩa là bước sóng λ thay đổi (tỷ lệ thuận hoặc tỷ lệ nghịch) với tần số ν của nguồn kích thích dao động

Kết quả này (phù hợp hoặc không phù hợp) với hệ thức (15)

c Khi giữ độ dài L của sợi dây OB không đổi (bảng 3), nếu thay đổi lực căng F và tần số ν của nguồn kích thích dao động để đạt cộng hưởng sóng dừng (bảng 2), thì đồ thị λ2 = f (F) có dạng một đường

(thẳng hoặc cong), nghĩa là bước sóng λ thay đổi (tỷ lệ hoặc

không tỷ lệ) với căn số bậc hai của lực căng F

Kết quả này (phù hợp hoặc không phù hợp) với hệ thức (15)

TCM- Viện VLKT- ĐHBK Hà nội Thí nghiệm Vật lý

xác định gia tốc trọng trường bằng con lắc thuận nghịch

Dụng cụ:

1 Con lắc Vật lý

2 Máy đo thời gian hiện số MC-963A

3 Cổng quang điện hồng ngoại

4 Giá treo con lắc

m, có thể dao động quanh một trục cố định

nằm ngang đi qua điểm 01 nằm cao hơn

khối tâm G của nó (H.1) O1 gọi là điểm

treo của con lắc

Vị trí cân bằng của con lắc trùng với

phương thẳng đứng của đường thẳng O1G

Khi kéo con lắc lệch khỏi vị trí cân bằng

phần Pt của trọng lực P=mg tác dụng lên con lắc một mômen lực M1 có trị số bằng:

M1=-Pt.L1=-mg.L1.sin α (1) Trong đó g là tốc trọng trường, L1=O1G

là khoảng cách từ điểm O1 đến khối tâm G, dấu (-) cho biết mômen lực M1 luôn kéo con lắc về vị trí cân bằng, tức quay ngược chiều với góc lệch α Khi α nhỏ, ta có thể coi gần đúng:

M1≈ - mg.L1 α (2) Phương trình cơ bản đối với chuyển

động quay của con lắc quanh trục đi qua

01 có dạng:

1

1 1I

M

=

β (3)

ở đây β1 = d2α /dt2 là gia tốc góc, I1 là mômen quán tính của con lắc đối với trục quay đi qua O1 Kết hợp (3) với (2) và thay

ω12 = mg.L1/I1, ta nhận được phương trình dao động điều hoà của con lắc:

dt

1 2

2

= α ω +

Nghiệm của phương trình (4) có dạng:

α = α0.cos ( ω1.t + ϕ ) (5) với α0 là biên độ, ω1 là tần số góc, ϕ là pha ban đầu tại thời điểm t = 0

Từ (5) ta suy ra chu kỳ T1 của con lắc:

Trong con lắc vật lý, ta có thể tìm thấy

một điểm O2, nằm trên đường thẳng đi qua

O1 và G sao cho khi con lắc dao động

quanh trục nằm ngang đi qua O2 thì chu kỳ

dao động của con lắc đúng bằng chu kỳ

dao động của nó khi dao động quanh trục

đi qua O1 Con lắc vật lý khi đó được gọi là

con lắc thuận nghịch

Thật vậy, ta có thể dễ dàng chứng minh

rằng, có tồn tại điểm treo O2 này, như sau :

Khi dao động quanh trục đi qua điểm O2

(H1), chu kỳ dao động T2 của con lắc được

tính toán tương tự trên, và ta tìm được:

2

2 2

2

L mg

I 2

với L2=O2 G là khoảng cách từ trục quay

đi qua điểm O2 đến khối tâm G và I2 là

mômen quán tính của con lắc đối với trục

quay đi qua O2

Gọi IG là mômen quán tính của con lắc

đối với trục quay đi qua khối tâm G và

song song với hai trục đi qua O1 và O2

T1=T2, thay (9), (8) vào (7), (6) ta tìm được

biểu thức xác định vị trí của O2:

m

I L

2 1

2 1 2 1 2

L T L T

) L L ).(

L L

L 4

g = π (12)

với L= L1+L2= O1O2 là khoảng cách giữa hai trục nằm ngang đi qua O1 và O2

+

Con lắc vật lý sử dụng trong bài này

gồm một thanh kim loại 6, trên đó có gắn hai con dao cố định 1 và 2 nằm cách nhau một khoảng L=O1O2 không đổi (H2) Cạnh của dao 1 hoặc 2 lần lượt được đặt tựa trên mặt kính phẳng nằm ngang của gối đỡ 5 Hai quả nặng 3 và 4 gắn cố định trên thanh kim loại 6 Gia trọng C có dạng một

chuyển bằng cách vặn xoay quanh trục ren

4, dùng để thay đổi vị trí khối tâm G , sao

cho thoả mãn công thức 10 để con lắc vật

lý trở thành con lắc thuận nghịch Toàn bộ

con lắc được đặt trên giá đỡ 9 và tấm chân

đế 10 có các vít điều chỉnh thăng bằng V1,

V2

Hình 3: Máy đo thời gian hiện số MC-963A

Số dao động và thời gian tương ứng

được đo trên máy đo thời gian hiện số

MC-963A Máy đo thời gian hiện số là loại dụng

cụ đo thời gian chính xác cao (độ chia nhỏ

nhất 0,001-0,01s) Nó có thể hoạt động

như một đồng hồ bấm giây, được điều

khiển bằng các cổng quang điện

Cổng quang điện 8( H2) gồm một điôt

D1 phát ra tia hồng ngoại, và một điôt D2

nhận tia hồng ngoại từ D1 chiếu sang

Dòng điện cung cấp cho D1 được lấy từ

máy đo thời gian Khi con lắc dao động,

thanh kim loại 6 đi vào khe của cổng

quang điện 8 sẽ chắn chùm tia hồng ngoại

chiếu từ D1 sang D2, D2 sẽ phát ra tín hiệu

truyền theo dây dẫn đi tới máy đo thời gian,

điều khiển máy hoạt động Cơ chế như vậy

cho phép đóng ngắt bộ đếm của máy đo

cân bằng thẳng đứng của con lắc để giới hạn con lắc dao động với biên độ nhỏ ( α <

90)

Trên mặt máy đo thời gian có hai ổ cắm

5 chân A,B, một nút ấn RESET, một chuyển mạch chọn thang đo thời gian TIME (9,999s hoặc 99,99s), và một cái chuyển mạch MODE Trong bài thí nghiệm này:

* Chuyển mạch MODE đặt ở vị trí n=50

để đo thời gian của 50 chu kỳ dao động của con lắc, các chức năng khác không dùng đến Chú ý không để con lắc dao

động với biên độ lớn vượt qua giới hạn

cổng quang điện, sao cho sau mỗi chu kỳ,

trên cửa sổ "số chu kỳ n=N-1" chỉ nhảy số

MC-đếm sẵn sàng đo

II Trình tự thí nghiệm

Như trên đã nói, trong bất kỳ con lắc vật

lý cho trước nào cũng có thể tìm thấy hai

điểm O1, O2 sao cho khi đổi chiều con lắc, chu kỳ dao động không đổi

trí gia trọng C ( tức thay đổi vị trí khối tâm

G, sao cho (10) được thoả mãn), để con

lắc trở thành thuận nghịch Cách làm như

sau:

1 Vặn gia trọng C về sát quả nặng 4

Dùng thước cặp đo khoảng cách x0 giữa

chúng Trong nhiều trường hợp con lắc

được chế tạo sao cho gia trọng C có thể

vặn về thật sát quả nặng 4 tức là x0=0 Ghi

giá trị x0 vào bảng 1 Đặt con lắc lên giá đỡ

theo chiều thuận (chữ "Thuận" xuôi chiều

và hướng về phía người làm thí nghiệm), đo

thời gian 50 chu kỳ dao động và ghi vào

bảng 1, dưới cột 50T1

2 Đảo ngược con lắc (Chữ "Nghịch"

xuôi chiều và hướng về phía người làm thí

nghiệm), và đo thời gian 50 chu kỳ nghịch,

ghi kết quả vào bảng 1 dưới cột 50T2

3 Vặn gia trọng C về vị trí cách quả

nặng 4 một khoảng x' = x0 + 40mm, (dùng

thước cặp kiểm tra) Đo thời gian 50 chu kỳ

thuận và 50 chu kỳ nghịch ứng với vị trí

này, ghi kết quả vào bảng 1

4 Biểu diễn kết quả đo trên đồ thị: trục

tung dài 120mm, biểu diễn thời gian 50T1

và 50T2, trục hoành dài 80mm, biểu diễn vị

trí x của gia trọng C Nối các điểm 50T1 với

nhau và các điểm 50T2 với nhau bằng các

đoạn thẳng, giao của chúng là điểm gần

7 Cuối cùng, khi đã xác định được vị trí tốt nhất của gia trọng C, ta đo mỗi chiều 3-

5 lần để lấy sai số ngẫu nhiên, Ghi kết quả vào bảng 2

8 Dùng thước 1000mm đo khoảng cách

L giữa hai lưỡi dao O1, O2 Ghi vào bảng 1 (Chỉ đo cẩn thận một lần, lấy sai số dụng

cụ ∆ L = ± 1mm)

9 Thực hiện xong thí nghiệm, tắt máy

đo MC-963 và rút phích cắm điện của nó

ra khỏi nguồn ~ 220V

Hình 4 50T1

50T1

50T2 50T2

III Câu hỏi kiểm tra

1 Con lắc vật lý so với con lắc toán

khác nhau và giống nhau ở những điểm

nào? (Con lắc toán gồm một sợi dây không

dãn, khối lượng không đáng kể, một đầu

buộc vào một điểm O cố định, đầu kia treo

tự do một quả cầu hoặc một chất điểm khối

lượng m)

2 Hãy chứng minh rằng một con lắc vật

lý bất kỳ với điểm treo O1 cho trước đều có

thể tìm thấy điểm O2 để con lắc trở thành

thuận nghịch

3 Trình bày cách điều chỉnh gia trọng C

để con lắc trở thành thuận nghịch với hai

điểm treo O1, O2 cho trước

4 Viết biểu thức xác định chu kỳ dao

động của con lắc thuận nghịch với biên độ nhỏ

5 Để xác định chu kỳ dao động của con lắc thuận nghịch, tại sao không đo từng chu kỳ mà phải đo nhiều chu kỳ (50 chu kỳ chẳng hạn)? Khi đo như vậy, khắc phục

được những sai số nào? Sai số của phép

đo được tính như thế nào?

6 Viết công thức tính sai số phép đo g bằng con lắc thuận nghịch? Trong công thức đó sai số của số π được xác định như thế nào ?

Hướng dẫn báo cáo thí nghiệm

xác định gia tốc trọng trường bằng con lắc thuận nghịch

Xác nhận của thầy giáo Trường:

ii kết quả thí nghiệm

Bảng 2: Tại vị trí tốt nhất x1' con lắc vật lý trở thành thuận nghịch T1= T2 = T:

3 Xác định chu kỳ dao động của con lắc thuận nghịch:

* Căn cứ vào bảng 2, tính chu kỳ dao động T của con lắc thuận nghịch là trung bình của các giá trị đo được của 50T1 và 50T2:

( ) ( s )

2

T 50 T 50 50

1

* Sai số ngẫu nhiên của phép đo T:

* Sai số dụng cụ của phép đo T:

- Tính sai số tương đối của gia tốc trọng trường:

L g g

- Tính sai số tuyệt đối của gia tốc trọng trường:

∆ g= δ g =

5 Viết kết quả phép đo gia tốc trọng trường:

g ± ∆ g = ± (m/s2)

VLKT- Viện Vật lý Kỹ thuật- ĐHBK Hà nội

Thí nghiệm vật lý BKO-080

khảo sát sự phân cực ánh sáng dùng tia laser

Nghiệm định luật malus ( Maluýt )

Theo thuyết điện từ của Maxwell, ánh sáng là

sóng điện từ tức là loại sóng ngang, trong đó

vectơ điện trường E hay còn gọi là vectơ sóng

sáng luôn dao động theo phương vuông góc với

phương truyền v của sóng sáng (tia sáng)

Như đã biết, ánh sáng tự nhiên là tập hợp vô

số các đoàn sóng do những nguyên tử riêng biệt

trong nguồn sáng phát ra, nên vectơ sóng sáng

E của mỗi đoàn sóng có phương dao động rất

khác nhau và mang tính ngẫu nhiên Vì vậy theo

định nghĩa, ánh sáng trong đó vectơ sóng sáng

E dao động đều đặn (với cùng xác suất) theo

mọi phương vuông góc với tia sáng được gọi là

ánh sáng tự nhiên (Hình 1)

Nếu ánh sáng có vectơ sóng sáng E chỉ dao

động theo một phương xác định vuông góc với tia

sáng gọi là ánh sáng phân cực phẳng (hoặc thẳng)

Mặt phẳng chứa tia sáng và phương dao động của

vectơ sóng sáng E gọi là mặt phẳng dao động

Mặt phẳng chứa tia sáng và vuông góc với mặt

phẳng dao động gọi là mặt phẳng phân cực

Có thể tạo ra ánh sáng phân cực phẳng bằng

cách cho ánh sáng tự nhiên truyền qua các bản

phân cực (pôlarôit hoặc hêrapatit) Thực nghiệm

chứng tỏ ánh sáng tự nhiên, sau khi truyền qua

bản phân cực, sẽ trở thành ánh sáng phân cực

phẳng có vectơ sóng sáng E dao động theo một

phương hoàn toàn xác định gọi là quang trục Q

của bản phân cực Giả sử nếu ánh sáng truyền

tới bản phân cực là ánh sáng phân cực phẳng có

vectơ sóng sáng E nghiêng một góc α so với

quang trục Q của bản này, thì chỉ có thành phần

E 1 song song với quang trục Q mới truyền được

qua bản, còn thành phần E 2 vuông góc với

quang trục Q sẽ bị cản lại (Hình 2) Dễ dàng

nhận thấy : E 1 = E cos α

Vì cường độ sáng tỷ lệ thuận với bình phương

biên độ vectơ sóng sáng, nên nếu E 0 là biên độ

của vectơ sóng sáng E và I 0 = ( ) E0 2là cường

độ sáng của ánh sáng phân cực phẳng truyền tới bản phân cực, thì biên độ của thành phần vectơ

sóng sáng E 1 truyền qua bản phân cực sẽ là

E01 = E0 cos α và cường độ sáng I 1 ở phía sau bản phân cực bằng :

I 1 =( ) ( E01 2 = E0.cos α )2 hay I 1 = I 0 cos 2α (1)

Đây là công thức của định luật Malus về phân

cực ánh sáng Rõ ràng, khi α= 0 thì cosα = 1 : cường độ sáng sau bản kính phân cực đạt cực

đại I1max= I0 ; còn khi α= 900 thì cosα= 0 : cường độ sáng sau bản kính phân cực sẽ cực

tiểu I1min= 0 Trong thí nghiệm này, ta sẽ khảo sát sự phân cực ánh sáng của chùm tia laser để xác định mặt phẳng phân cực của chùm tia laser và nghiệm lại

truyền tới bản phân cực P và quang trục Q của bản này Để khảo sát sự thay đổi cường độ của

ánh sáng phân cực sau khi truyền qua bản phân cực P, ta dùng một cảm biến quang điện silicon QĐ đặt ở bên trong một ống che sáng Tín hiệu laser truyền qua bản kính phân cực tới rọi vào cảm biến quang điện silicon QĐ được đưa vào bộ khuếch đại và chỉ thị cường độ sáng KĐ nhờ một chốt cắm C Toàn bộ thiết bị thí nghiệm đặt trên cùng một giá quang học G (Hình 5) 2 Cắm phích lấy điện của khuếch đại và chỉ thị cường

độ sáng KĐ vào nguồn điện ~ 220V Vặn núm chọn thang đo N của micrôampekế điện-tử à A

tới vị trí 100 và vặn núm biến trở R (ngược chiều

kim đồng hồ) về vị trí tận cùng bên phải ứng với

độ nhạy nhỏ nhất Bấm khóa đóng điện K trên

mặt của bộ khuếch đại KĐ : đèn tín hiệu LED

phát sáng Nới lỏng vít hãm V và quay ống chắn

sáng của cảm biến quang điện QĐ để trục của

nó đi qua tâm của bản phân cực P Chờ khoảng

5 phút để bộ khuếch đại KĐ ổn định, thực hiện

việc điều chỉnh vị trí số 0 của micrôampekế

điện-tử à A Nếu kim của micrôampekếà A không chỉ

đúng số 0 thì phải vặn từ từ núm "qui 0" để cho

kim chỉ thị của nó quay trở về đúng số 0 Chú ý :

Sau khi điều chỉnh xong, phải giữ nguyên vị trí

này của núm "qui 0" trong suốt thời gian làm thí

nghiệm

3 Cắm phích lấy điện của bộ nguồn nuôi

diode laser DL vào nguồn điện xoay chiều

~220V Bật côngtắc K1 của diode laser DL, ta sẽ

nhận được chùm tia sáng laser màu đỏ Điều

chỉnh để chùm tia sáng laser phát ra từ cửa sổ

của diode laser DL đi qua tâm của bản phân cực

P và chiếu vào tâm của vít V Khi đó giữ nguyên

độ cao của cảm biến quang điện QĐ và quay nó

để cho chùm tia laser rọi thẳng vào cảm biến

quang điện QĐ

4 Quay thước tròn chia độ T cho tới khi kim của

micrôampekếà A đạt độ lệch lớn nhất Sau đó, vặn

từ từ núm biến trở R (ngược chiều kim đồng hồ)

để kim của micrôampekếà A dịch chuyển tới vị

trí của vạch 100 trên mặt thang đo của

micrôampekếà A Đọc và ghi giá trị góc quay

ban đầu α0 (trên thước tròn chia độ T) của bản

phân cực P vào bảng 1

5 Tiếp tục quay thước tròn chia độ T để tăng

góc quay α (mỗi lần tăng 50) từ giá trị ban đầu

α0 đến giá trị α = + 3600 Đọc và ghi các giá trị

tương ứng của góc quay α và của cường độ sáng

I 1 (tỷ lệ với cường độ dòng điện trên

micrôampekế à A) trong mỗi lần đo vào bảng 1

6 Đọc và ghi các số liệu sau đây vào bảng 1

:

- Độ chia nhỏ nhất của thước tròn chia

độ T

2 Cắm phích lấy điện của khuếch đại và chỉ

thị cường độ sáng KĐ vào nguồn điện ~ 220V

Vặn núm chọn thang đo N của micrôampekế

điện-tử à A tới vị trí 100 và vặn núm biến trở R

(ngược chiều kim đồng hồ) về vị trí tận cùng bên

ống chắn sáng của cảm biến quang điện QĐ để trục của nó đi qua tâm của bản phân cực P Chờ khoảng 5 phút để bộ khuếch đại KĐ ổn định, thực hiện việc điều chỉnh vị trí số 0 của micrôampekế điện-tử à A Nếu kim của micrôampekếà A không chỉ đúng số 0 thì phải vặn từ từ núm "qui 0" để cho kim chỉ thị của nó quay trở về đúng số 0 Chú ý : Sau khi điều chỉnh xong, phải giữ nguyên vị trí này của núm

"qui 0" trong suốt thời gian làm thí nghiệm

3 Cắm phích lấy điện của bộ nguồn nuôi diode laser DL vào nguồn điện xoay chiều

~220V Bật côngtắc K1 của diode laser DL, ta sẽ nhận được chùm tia sáng laser màu đỏ Điều chỉnh để chùm tia sáng laser phát ra từ cửa sổ của diode laser DL đi qua tâm của bản phân cực

P và chiếu vào tâm của vít V Khi đó giữ nguyên

độ cao của cảm biến quang điện QĐ và quay nó

để cho chùm tia laser rọi thẳng vào cảm biến quang điện QĐ

4 Quay thước tròn chia độ T cho tới khi kim của micrôampekếà A đạt độ lệch lớn nhất Sau đó, vặn

từ từ núm biến trở R (ngược chiều kim đồng hồ)

để kim của micrôampekếà A dịch chuyển tới vị trí của vạch 100 trên mặt thang đo của micrôampekếà A Đọc và ghi giá trị góc quay ban đầu α0 (trên thước tròn chia độ T) của bản phân cực P vào bảng 1

5 Tiếp tục quay thước tròn chia độ T để tăng góc quay α (mỗi lần tăng 50) từ giá trị ban đầu

α0 đến giá trị α = + 3600 Đọc và ghi các giá trị tương ứng của góc quay α và của cường độ sáng

I 1 (tỷ lệ với cường độ dòng điện trên micrôampekế à A) trong mỗi lần đo vào bảng 1

6 Đọc và ghi các số liệu sau đây vào bảng 1 :

- Độ chia nhỏ nhất của thước tròn chia

độ T

- Độ chia nhỏ nhất trên thang đo 100 của micrôampekế điện-tử à A

7 Dựa vào những giá trị đo được của cường độ

sáng I 1 và của góc quay α tương ứng trong bảng 1, vẽ đồ thị biểu diễn hàm số :

I 1 = f ( X ) với X = cos 2α (3)

Chú ý : Cần kiểm tra chính xác các vị trí tại đó

cường độ sáng đạt cực đại hoặc cực tiểu bằng

1 Nêu rõ thuyết điện từ của Maxwell về bản

chất của ánh sáng ánh sáng là sóng ngang hay

sóng dọc ?

2 Phân biệt ánh sáng tự nhiên và ánh sáng

phân cực

3 Định nghĩa laser Nêu rõ nguyên tắc tạo ra

trạng thái đảo mật độ hạt Phân biệt sự phát xạ

tự phát và phát xạ cảm ứng của các nguyên tử

Nêu nguyên tắc ccấu tạo và hoạt động của

diode laser

4 Giải thích tại sao khi chùm tia laser truyền

qua bản phân cực P , thì cường độ sáng I ở phía

sau bản phân cực P lại thay đổi phụ thuộc vào gócα giữa vectơ sóng sáng E truyền tới bản

phân cực P và quang trục Q của bản đó

5 Phát biểu và viết biểu thức của định luật Malus về phân cực ánh sáng

6 Mô tả bộ thiết bị thí nghiệm và phương pháp khảo sát sự phân cực ánh sáng để nghiệm lại

định luật Malus về phân cực ánh sáng và xác

định mặt phẳng phân cực của chùm tia laser

Báo cáo thí nghiệm

khảo sát phân cực ánh sáng dùng tia laser

Nghiệm Định luật malus ( maluýt )

II kết quả thí nghiệm

Bảng 1

- Giá trị độ chia nhỏ nhất của thước đo góc T :

- Giá trị độ chia nhỏ nhất trên micrôampekế à A :

α I1 cos α cos2α α I1 cos α cos2α

Đồ thị I1 = f ( X ) với X = cos2α có dạng một đường (thẳng, cong, )

tức là cường độ ánh sáng phân cực I1 phụ thuộc X = cos2α theo qui luật hàm bậc

Kết quả này chứng tỏ định luật Malus về phân cực ánh sáng

(đã nghiệm hoặc không nghiệm đúng)

Đo tiêu cự của thấu kính hội tụ

2 Khảo sát sự tạo ảnh của vật qua hệ thấu

kính

gồm một thấu kính phân kì và một thấu kính

hội tụ

Đo tiêu cự của thấu kính phân kì

II Dụng cụ thí nghiệm

Tiêu cự f của thấu kính liên hệ với các

khoảng cách d và d/ tính từ quang tâm của

Trong thí nghiệm này ta sẽ lần lượt xác

định tiêu cự của thấu kính hội tụ O1 và của thấu kính phân kì O2 nhờ sử dụng băng quang học

IV Giới thiệu dụng cụ đo

Băng quang học (H.2) là một máng ngang G có gắn một thước thẳng milimét T dùng xác định vị trí của vật AB, của các thấu kính O1 (hoặc O2) và của màn ảnh M

đặt trên các đế trượt 1, 2, 3, 4 Một đèn chiếu sáng Đ được đặt ở đầu của máng G Có thể dịch chuyển các đế trượt 1, 2, 3, 4 trong máng G để làm thay đổi vị trí của vật, của các thấu kính và của màn ảnh trên băng quang học

Chú ý : Phải đặt các thấu kính sao cho trục

chính của chúng vuông góc với vật AB và màn ảnh M, đồng thời trùng với đường thẳng đi qua tâm đèn chiếu sáng Đ

V Tiến hành thí nghiệm

1 Đo tiêu cự của thấu kính hội tụ

Quang tâm của thấu kính nói chung

không trùng với tâm điểm (tức điểm chính giữa) của thấu kính nên không thể xác định

đúng vị trí của quang tâm Vì thế khó có thể đo chính xác các khoảng cách d và

/

d để xác định tiêu cự f của thấu kính theo công thức (12.2) Muốn khắc phục điều này, ta có thể làm như sau :

c) Dịch chuyển thấu kính hội tụ O1 và

màn ảnh M sao cho thấu kính này luôn

cách đều vật AB và màn ảnh M cho tới khi

Trong trường hợp này, tiêu cự f1 của

thấu kính hội tụ O1 được xác định theo

b) Dịch chuyển thấu kính hội tụ O1 từ

sát vật AB ra xa dần tới vị trí (I) thì ta thu

được ảnh thật rõ nét A/B/ lớn hơn vật AB hiện

c) Dịch tiếp thấu kính O1 ra xa vật AB tới

vị trí (II) để lại thu được ảnh thật rõ nét

A1B1 nhỏ hơn vật AB hiện trên màn ảnh M (H 3b)

Ghi tọa độ x2 của thấu kính O1 tại vị trí (II) vào bảng thực hành 1

d) Thực hiện lại 3 lần động tác (b) và (c)

Trong các điều kiện trên, khoảng dịch

chuyển a của thấu kính O1 từ vị trí (I) đến vị trí (II) bằng :

4

2 2 1

ư

= (12.5)

2 Đo tiêu cự của thấu kính phân kì

Thấu kính phân kì chỉ cho ảnh thật của vật ảo Vì thế muốn đo tiêu cự f2 của thấu kính phân kì O2 , ta phải ghép nó với thấu kính hội tụ O1 thành hệ thấu kính đồng trục sao cho ảnh thật A1B1 của vật AB cho bởi thấu kính hội tụ O1 nằm ở phía sau trong khoảng tiêu cự f2 của thấu kính phân kì O2 (H 4)

để ảnh A1B1 trở thành vật ảo đối với thấu

kính O2 theo thứ tự sau : a) Giữ nguyên vị trí của vật AB và thấu kính hội tụ O1 tại vị trí (II) cho ảnh thật rõ nét A1B1 nhỏ hơn AB trên màn ảnh M như hình 12.3b Đặt thấu kính phân kì O2 trên đế trượt 4 nằm phía sau thấu kính hội tụ O1 và

đồng trục với O1, cách màn ảnh M một khoảng d2 = O2B1 < f2 (trong thí nghiệm

B2 O2

b) Dịch dần màn ảnh M ra xa thấu kính

phân kì O2 tới vị trí M/ để thu được ảnh rõ nét

A2B2 nằm cách thấu kính O2 một khoảng d2/

như hình 12.4 Thực hiện 3 lần động tác

này Ghi giá trị của khoảng cách d2/ trong

mỗi lần đo ứng với cùng giá trị đs chọin

/ 2 2 2

d d

d d f

2B

A là ảnh thật) và f2 < 0 (thấu kính O2 là phân kì)

-Câu hỏi và bài tập

1. Viết công thức thấu kính và nói rõ qui ước về

dấu của các đại lượng có trong công thức này

2 Trình bày phương pháp đo tiêu cự của thấu kính

hội tụ trong thí nghiệm này

Vẽ hình minh hoạ sự tạo ảnh của vật AB theo

mỗi phương án đã chọn

3. Trình bày phương pháp đo tiêu cự của thấu kính

phân kì trong thí nghiệm này Vẽ hình minh hoạ sự

tạo ảnh của vật AB theo phương án đã chọn

4. Chứng minh rằng nếu khoảng cách L giữa vật

sáng AB và ảnh thật của nó cho bởi thấu kính

hội tụ có tiêu cự f 1 được giữ không đổi thì :

- nếu L = 4f1 : chỉ có một vị trí của thấu kính

hội tụ trong khoảng cách L này cho ảnh rõ nét

của vật trên màn ảnh M

- nếu L > 4f1 : có hai vị trí của thấu kính nằm

trong khoảng cách L cho ảnh thật rõ nét trên

màn ảnh M

5 S ai số tỉ đối của phép đo tiêu cự thấu kính hội

tụ được tính theo công thức :   ư ⋅ + ⋅  

∆d

2d)(LdL

1f

kính nằm cách đều vật và ảnh thật của nó

6. Có thể thực hiện phép đo tiêu cự của thấu kính phân kì theo phương án đặt thấu kính này trước một thấu kính hội tụ (tạo thành một hệ thấu kính

đồng trục) được không ?

Vẽ hình minh hoạ sự tạo ảnh của vật AB

theo phương án này

B¸o c¸o thÝ nghiÖm

Hä tªn :

Líp Tæ

1 Tªn bµi thùc hµnh

2 B¶ng thùc hµnh 1 : §o tiªu cù cña thÊu kÝnh héi tô
Ph−¬ng ¸n thø nhÊt LÇn ®o L0 (mm) f1 (mm) ∆ f1 (mm) 1 2 3

Trung b×nh f1 = ………

(mm) max 1) ( f ∆ = ……

(mm)

KÕt qu¶ : f1 = f1 ± ( ∆ f1)max = ± ( mm ) víi ∆ = 1 max 1) ( f f

Ph−¬ng ¸n thø hai Gi¸ trÞ chän tr−íc : L = (mm) LÇn ®o x1 x2 a = x2- x1 (mm) f1

(mm) 1 f ∆ (mm) 1 2 3

Trung b×nh f1 = ………

(mm) max 1) ( f ∆ = ……

(mm)

KÕt qu¶ : f1 = f1 ± ( ∆ f1)max = ± ( mm ) víi ( ∆ f1)max =

3 B¶ng thùc hµnh 2 : §o tiªu cù cña thÊu kÝnh ph©n k×

∆ (

f

f

VLKT- Viện Vật lý Kỹ thuật- ĐHBK Hà nội

thí nghiệm vật lý BKO-050

Xác định bước sóng ánh sáng bằng giao thoa cho hệ vân tròn Newton Dụng cụ : 1 Kính hiển vi ; 2 Vật kính x8;

1 Giao thoa cho hệ vân tròn Newton

Giao thoa cho hệ vân tròn Newton là hiện

tượng giao thoa của các sóng sáng tạo bởi

bản nêm không khí nằm giới hạn giữa mặt

lồi của một thấu kính phẳng-lồi L đặt tiếp

xúc với một bản thuỷ tinh phẳng P (H 1)

Nếu chiếu chùm sáng song song đơn sắc

có bước sóng λ vuông góc với mặt phẳng của

bản phẳng thuỷ tinh P thì các tia sáng phản xạ

từ mặt trên và mặt dưới của bản nêm không

khí sẽ giao thoa với nhau, tạo thành một hệ

các vân sáng và vân tối hình tròn đồng tâm

nằm xen kẽ nhau - gọi là hệ vân tròn Newton

Trong trường hợp này, hiệu đường đi của các tia sáng phản xạ trên hai mặt của bản

nêm không khí tại vị trí ứng với độ dày dk

kính rk của vân tối thứ k :

rk

2 = ( 2R - dk ) dk ≈ 2R dk (3) Thay (2) vào (3), ta suy ra :

λ = r

k R

k 2. (4)

Thực tế không thể đạt được sự tiếp xúc

điểm giữa mặt thấu kính phẳng-lồi L và mặt bản phẳng thuỷ tinh P, nên vân tối chính giữa của hệ vân tròn Newton không phải là một điểm mà là một hình tròn Vì thế, để xác định chính xác bước sóng λ của ánh sáng

đơn sắc, ta phải áp dụng công thức (4) đối với hai vân tối thứ k và thứ i :

i k (

b B