Lắp ráp bài thí nghiệm kiểm chứng định luật malus về phân cực ánh sáng

Hay các thí nghiệm chưa có yếu tố định lượng, đo đạc chính xác các đại lượng… Như phần quang học ở chương hiện tượng phân cực ánh sáng, định luật Malus là định luật được rút ra từ thực n

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRUỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LỜI CẢM ƠN

Thời gian thấm thoát thoi đưa, thế là đã gần kết thúc bốn năm ở giảng đường đại học Bốn năm với bao kỉ niệm buồn vui lẫn lộn… Giờ đây chúng em sắp phải xa mái trường, xa thầy cô, bạn bè quay về trường phổ thông để trở thành một giáo viên tiếp bước sự nghiệp trồng người Với hành trang kiến thức, kỹ năng sư phạm quý báu có được em tin rằng mình sẽ hoàn thành tốt nhiệm vụ dạy dỗ, đào tạo được các công dân có ích cho đất nước, cho xã hội

Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn đến Ban giám hiệu nhà trường và toàn thể quý thầy cô trong khoa Vật lý đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, tận tâm dạy dỗ, truyền thụ kiến thức, kinh nghiệm để chúng em vững tin bước vào đời

Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Trần Văn Tấn, giảng viên khoa Vật lý đại học Sư phạm Hồ Chí Minh đã tận tình giúp đỡ, chỉ dạy, uốn nắn, sửa chữa những sai sót cho em trong suốt quá trình làm luận văn

Đồng thời em xin cảm ơn thầy Nguyễn Hoàng Long đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn tại phòng thí nghiệm Vật lý nâng cao

Con cảm ơn ba mẹ đã luôn bên cạnh thương yêu, tin tưởng, động viên và nâng

đỡ con trong suốt thời gian đi học đến giờ

Xin cảm ơn các anh chị và các bạn luôn sát cánh bên mình để đi hết chặn đường vừa qua

Một lần nữa xin chân thành cảm ơn tất cả mọi người, kính chúc sức khỏe và sự thành công

TP Hồ Chí Minh, ngày 19 tháng 4 năm 2011

Sinh viên

Trương Thị Trân Châu

MỤC LỤC

0T

LỜI CẢM ƠN0T 20T

MỤC LỤC0T 30T

MỞ ĐẦU0T 60T

1.LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 0T 6

0T

2.MỤC ĐÍCH 0T 70T

3.ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 0T 70T

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT0T 100T

1.1.LÝ THUYẾT SÓNG ĐIỆN TỪ 0T 100T

1.1.1Ánh sáng là sóng điện từ0T 100T

1.1.2.Sóng điện từ là sóng ngang0T 130T

Quan hệ giữa 0TE

0T

và 0TH

0Ttrong sóng điện từ0T 140T

1.1.3.Năng lượng của sóng điện từ0T 160T

1.3.ÁNH SÁNG PHÂN CỰC 0T 220T

1.3.1.Phân cực thẳng0T 230T

Sóng ánh sáng có vectơ chấn động sáng 0TE

0Tchỉ phân bố theo một phương xác định được gọi là ánh sáng phân cực hoàn toàn hay phân cực thẳng.0T 230T

1.3.2.Phân cực tròn0T 230T

1.3.3.Phân cực elip0T 241.3.4.Ánh sáng tự nhiên 24

1.4.ĐỊNH LUẬT MALUS 0T 250T

1.4.1.Hiện tượng phân cực ánh sáng khi truyền qua bản Tuamalin0T 250T

•0T 0TThí nghiệm:0T 250T

•0T 0TNhận xét:0T 250T

•0T 0TGiải thích:0T 260T

1.4.2.Định luật Malus0T 260T

1.5.HIỆN TƯỢNG PHÂN CỰC DO PHẢN XẠ 0T 270T

1.5.1.Thí nghiệm Malus0T 270T

1.5.2.Định luật Brewster0T 290T

1.6.CÁC PHƯƠNG TRÌNH FRESNEL 0T 30

0T

1.6.1.Véctơ cường độ điện trường 0TE

0Tnằm trong mặt phẳng tới0T 300T

1.6.2.Véctơ cường độ điện trường thẳng góc với mặt phẳng tới0T 320T

1.7.HỆ SỐ PHẢN XẠ -HỆ SỐ TRUYỀN QUA 0T 34

0T

1.7.1.Trường hợp ánh sáng phân cực thẳng0T 350T

1.7.2.Trường hợp ánh sáng tự nhiên0T 360T

1.7.3.Nhận xét0T 360T

1.8.ĐỘ PHÂN CỰC 0T 380T

CHƯƠNG II: DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM0T 400T

2.1.ĐÈN LASER KHÍ HE –NE 0T 400T

2.1.1.Sơ lược về Laser0T 400T

2.1.2.Laser khí He – Ne0T 420T

Hình 2.4: Đèn Laser khí He – Ne.2.1.3.Thanh quang học0T 430T

2.2.KÍNH PHÂN CỰC:0T 440T

2.3.PHOTO DIODE:0T 45

0T

2.4.ĐỒNG HỒ ĐIỆN TỬ:0T 450T

LĂNG KÍNH:0T 450T

2.5.GIÁ ĐỠ LĂNG KÍNH.0T 46

0T

2.6.BỘ NỐI CÓ CHIA GỐC.0T 460T

CHƯƠNG III: THÍ NGHIỆM KIỂM CHỨNG ĐỊNH LUẬT MALUS0T 470T

3.1.LẮP ĐẶT DỤNG CỤ:0T 473.2.TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM: 48

3.3.XỬ LÍ SỐ LIỆU –SAI SỐ:0T 48

0T

3.3.1Xử lí số liệu:0T 480T

3.3.2.Xử lý sai số:0T 480T

cos

x

θ θθ

CHƯƠNG IV: THÍ NGHIỆM KIỂM CHỨNG ĐỊNH LUẬT BREWSTER0T 540T

4.1LẮP ĐẶT DỤNG CỤ:0T 540T

4.3.2.Xử lý sai số:0T 580T

TÀI LIỆU THAM KHẢO0T 66

Không dừng lại ở đó, thí nghiệm vật lý còn rất quan trọng trong quá trình dạy học Thí nghiệm đã góp phần hoàn thiện nhân cách học sinh đồng thời giúp bồi dưỡng kĩ năng, kĩ xảo vật lý cho người học Bên cạnh đó, thí nghiệm còn là phương tiện để chứng minh sự đúng đắn của lý thuyết vật lý, làm cho các lý thuyết không còn là lý thuyết suôn mà nó được kiểm chứng bởi thực nghiệm một cách rõ ràng… Lúc này, các lý thuyết vật lý mà học sinh học được sẽ trở nên thuyết phục hơn và học sinh sẽ nhớ bài lâu hơn

Hiện nay, em nhận thấy thí nghiệm ở các trường học chưa đa dạng Nhiều phần chưa có thí nghiệm minh họa, thí nghiệm kiểm chứng lý thuyết Hay các thí nghiệm chưa có yếu tố định lượng, đo đạc chính xác các đại lượng… Như phần quang học ở chương hiện tượng phân cực ánh sáng, định luật Malus là định luật được rút ra từ thực nghiệm nhưng trong quá trình học lại không có thí nghiệm nào để kiểm chứng định luật này Hay khi học định luật Brewster người học không hình dung được ánh sáng phân cực hoàn toàn do phản xạ sẽ có độ

sáng ra sao, hệ số phản xạ sẽ thay đổi thế nào ở góc tới Brewster và các góc tới khác… Điều này làm ảnh hưởng nhiều đến khả năng tiếp thu và ghi nhớ bài của học sinh, sinh viên; cũng như làm giảm đi khả năng tư duy sáng tạo của việc học vật lý

Từ những vấn đề trên em đã lựa chọn đề tài: “Lắp ráp bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Malus về hiện tượng phân cực ánh sáng” nhằm giúp sinh

viên có điều kiện đào sâu lý thuyết, tiếp cận thực nghiệm và rèn luyện kĩ năng thực hành với các dụng cụ thí nghiệm vật lý

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu:

+ Kiến thức về hiện tượng phân cực ánh sáng

+ Nguyên lý hoạt động của các dụng cụ quang và cách xử lý số liệu bài thí nghiệm về sự phân cực ánh sáng

Phạm vi nghiên cứu:

+ Thí nghiệm kiểm chứng định luật Malus về phân cực ánh sáng

+ Thí nghiệm kiểm chứng định luật Brewster về phân cực ánh sáng do phản xạ

4 Nhiệm vụ

- Tìm hiểu các kiến thức về hiện tượng phân cực ánh sáng

- Tìm hiểu công dụng của các dụng cụ trong bài thí nghiệm

- Lắp ráp bộ thí nghiệm và thay đổi dụng cụ bị hư hỏng kịp thời

- Đo sự phụ thuộc của hệ số truyền (sự liên hệ của cường độ ánh sáng tới trên mặt phẳng phân tích và cường độ đằng sau mặt phẳng phân tích) vào góc của

các mặt phẳng phân cực của bộ phân cực, gồm kính phân cực và kính phân tích

- Đo hệ số phản xạ Fresnel của ánh sáng phân cực trong hai trường hợp:

+ Vectơ chấn động sáng nằm trong mặt phẳng tới

+ Vectơ chấn động sáng vuông góc với mặt phẳng tới

+ Rút ra kết luận và đề xuất các ý kiến

5 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết:

Phân tích và tổng hợp các tài liệu quang học về hiện tượng phân cực ánh sáng

Từ đó đưa ra cơ sở lý thuyết và biết nguyên lý hoạt động của các dụng cụ thí nghiệm

- Phương pháp nghiên cứu thực tiễn:

+ Nghiên cứu nguyên lý hoạt động, cách sử dụng các dụng cụ và cách lắp ráp

bộ thí nghiệm

+ Hỏi ý kiến giảng viên hướng dẫn, bộ phận cung cấp thiết bị và bạn bè để biết thêm thông tin về dụng cụ, cách lắp ráp, cách xử lý số liệu…nhằm hoàn chỉnh bài thí nghiệm

6 Đóng góp của đề tài

Kết quả lắp ráp và xử lí số liệu thành công thì bộ thí nghiệm có thể được sử dụng cho sinh viên thực hành vật lý về hiện tượng phân cực ánh sáng ở phòng thí nghiệm vật lý nâng cao

T ỔNG QUAN

Thí nghiệm quang học trong vật lý đã được nhiều nước trên thế giới chú trọng

và áp dụng vào giảng dạy Các bộ thí nghiệm về hiện tượng phân cực ánh sáng được chế tạo chính xác và sản xuất phổ biến

Những năm gần đây trong nước ta đã có nhiều công trình nghiên cứu về lắp ráp thí nghiệm trong việc dạy học vật lý Đặc biệt là các thí nghiệm quang như:

- Đề tài nghiên cứu khoa học: Thư viện điện tử các thí nghiệm quang học

(2006) của nhóm sinh viên Huỳnh Công Đạt, Dương Hùng Cứ, Nguyễn Thị Hoa, Nguyễn Thị Kiều My thuộc trường đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh

- Thực hiện các thí nghiệm chứng minh cho các bài giảng về quang học lý

(1996), Luận văn tốt nghiệp đại học của sinh viên Nguyễn Tuấn Huy trường đại học Sư phạm Hồ Chí Minh

Các đề tài nghiên cứu đã góp phần xây dựng những thí nghiệm phong phú để minh họa, kiểm chứng cho các kiến thức vật lý Tuy nhiên, các thí nghiệm về hiện tượng phân cực ánh sáng chỉ là thí nghiệm biểu diễn, quan sát định tính sự thay đổi cường độ sáng Chưa có sự đo đạc để chứng minh một cách chặt chẽ sự đúng đắn của các định luật vật lý Điều này làm giảm đi yếu tố thuyết phục khi sinh viên học

về các phần này

Bên cạnh đó, em nhận thấy phòng thí nghiệm vật lý trường đại học Sư Phạm TP

Hồ Chí Minh chưa có bộ thí nghiệm kiểm chứng hai định luật quan trọng chương phân cực ánh sáng: định luật Malus và định luật Brewster Do đó sẽ làm giảm khả năng tiếp thu bài và kĩ năng sử dụng thành thạo dụng cụ thí nghiệm của sinh viên

Từ đây, em thực hiện đề tài này nhằm khắc phục những mặt còn hạn chế trên

Đề tài sẽ tập trung nghiên cứu cách lắp ráp thí nghiệm, xây dựng cách đo đạc, xử lý

số liệu nhằm kiểm chứng định lượng các định luật Malus và định luật Brewster về hiện tượng phân cực ánh sáng

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Nếu môi trường là chất điện môi đồng nhất, đẳng hướng, không có tính chất sắt điện hoặc sắt từ thì:

Viết các phương trình Maxwell khi môi trường là chất điện môi đồng nhất, đẳng hướng, không có chứa các điện tích tự do (ρ= 0) cũng như các dòng điện vĩ mô (j

= 0) và hình chiếu của chúng lên các trục tọa độ có dạng như sau:

0

y x

z E H E

2 2

1

0

s s

Thay các đại lượng trong dấu ngoặc, tức là các đạo hàm riêng của HR z R và

HR y Rtheo thời gian t bằng các biểu thức trong (1.8) và (1.9):

:

2 2

và cường độ từ trường H

thỏa phương trình truyền sóng

Nếu cường độ điện trường và cường độ từ trường tại một điểm nào đó trong không gian biến đổi theo thời gianE

Ta có thể tính được vận tốc truyền sóng điện từ trong chân không (ε = 1

Từ lý thuyết Maxwell đã tiên đoán là có sóng điện từ và ánh sáng chính là

sóng điện từ Sau này vào năm 1888, Hertz tạo ra sóng điện từ bằng thực nghiệm Và tất cả các kết quả thực nghiệm đều dẫn đến kết luận ánh sáng cũng

là một loại sóng điện từ

1.1.2 Sóng điện từ là sóng ngang

Xét sóng điện từ phẳng lan truyền theo trục Ox Vì là sóng phẳng nên tất

cả các điểm trên mặt phẳng vuông góc với trục Ox có véctơE

,H

chỉ phụ thuộc tọa độ và thời gian E

∂

Vậy ER x Rkhông phụ thuộc vào cả x và t: ER x R = const

Vì lý do đối xứng giá trị không đổi của Ex bằng không

ER x R = 0 Tương tự ta có thể suy ra HR x R = 0

Có nghĩa là các vectơ E

và H

vuông góc với phương truyền sóng Ox

Vậy sóng điện từ là sóng ngang

Từ hai phương trình (1.21) và (1.22) ta suy ra các mối quan hệ của E

εεµµ

1.1.3 Năng lượng của sóng điện từ

1.1.3.1.Mật độ năng lượng

Trong trường điện từ, tại mỗi điểm và vào một thời điểm đã cho cường

độ điện trường E và cường độ từ trường H có giá trị xác định

Mật độ theo thể tích của năng lượng điện trong môi trường không có tính chất sắt điện và sắt từ có giá trị

2 0

12

đ

w = εε E

còn mật độ theo thể tích của năng lượng từ có giá trị

2 0

12

w=εε E =µµ H = εε µµ EH = EH

với v là vận tốc lan truyền sóng điện từ trong môi trường

Trường hợp sóng phẳng hình sin phân cực thẳng lan truyền theo trục z với cường độ điện trường E = A sin(ωt - kz)

1 2

ω π

π

Vectơ mật độ dòng năng lượng Umôp - Poanhtinh

Vận tốc truyền năng lượng của sóng chạy đơn sắc bằng vận tốc pha của

: .v

0

12

µµ

=Đối với sóng phẳng đơn sắc chạy phân cực elip:

của sóng ánh sáng

1.2.C ác điều kiện biên trên mặt phân cách hai môi trường

1.2.1 Điều kiện biên của vectơB

Lấy điểm M bất kì trên mặt phân cách của hai môi trường 1 và 2, và quy ước pháp tuyến ở mặt phân cách hướng từ môi trường 1 đến môi trường 2 Xét hình trụ rất nhỏ chứa điểm M và có trục song song với pháp tuyến tại M Đáy

S1 của hình trụ nằm trong môi trường 1 và đáy S2 nằm trong môi trường 2:

SR 1 R= SR 2 R = S

Hình 1.2 : Vectơ cảm ứng từ qua mặt phân cách hai môi trường

Tích phân phương trình (1.4) theo thể tích V của hình trụ:

trong đó S là mặt ngoài, SR b Rlà mặt bên

Khi chiều cao của hình trụ tiến về 0, SR b R → 0 thì 0

Vậy khi qua mặt phân cách hai môi trường, thành phần pháp tuyến của vectơ B

biến thiên liên tục

1.2.2 Điều kiện biên của vectơD

Xuất phát từ phương trình (1.2), lấy tích phân theo thể tích 2 vế của phương trình:

với σtdlà mật độ điện tích mặt trên diện tích

Khi S→ 0, V co về điểm M đang xét

Vậy thành phần pháp tuyến của vectơ cảm ứng điệnD

sẽ biến thiên liên tục khi không có phân bố điện tích mặt ở mặt phân cách hai môi trường

1.2.3 Điều kiện biên của vectơE

Xét một điểm M bất kì trên mặt phân cách giữa hai môi trường 1 và 2 Pháp tuyến tại M là n

(hướng từ môi trường 1 sang môi trường 2) và t

là một tiếp tuyến tại M Xét một hình chữ nhật nằm trong mặt (n

,t

) và chứa điểm M Hai cạnh của hình chữ nhật nằm trong môi trường 1 và 2, đồng thời song với mặt phân cách LR 1 R= LR 2 R = L Bề rộng hình chữ nhật là LR dọc R Chiều quay dương

trên hình chữ nhật được chọn sao cho vectơ pháp tuyến N của hình chữ nhật tạo với n

và t thành một tam diện thuận

Hình 1.3: Vectơ cường độ điện trường qua mặt phân cách hai môi trường

Lấy tích phân phương trình (1.1): rot E B

L E dl= − L E dl = −E L

∫   ∫

2 2

* 2

1.2.4 Điều kiện biên của vectơH

Xuất phát từ phương trình (1.3) ta lấy tích phân theo mặt S:

trong đó I là cường độ dòng điện dẫn đi qua mặt S

Áp dụng định lý Stockes cho vế trái:

= là thành phần theo pháp tuyến N của vectơ mật độ dòng điện mặt i

tại điểm M trên mặt phân cách

Khi không có dòng điện mặt:

2t 1t

Vậy thành phần tiếp tuyến của vectơ cường độ từ trường biến thiên liên tục qua mặt phân cách hai môi trường trong trường hợp không có phân bố dòng điện mặt trên mặt phân cách

Đối với mắt, chỉ có thành phần củaE

tác động lên tế bào thần kinh thị giác nên ta chỉ xét vectơ cường độ điện trường và gọi là vectơ chấn động sáng (E

,H

,v ) lập thành một tam diện thuận Ánh sáng là sóng ngang

Mặt phẳng (E

,v

) gọi là mặt phẳng dao động

Nếu quan sát sóng ánh sáng tại một điểm cố định trên phương truyền

sóng (ví dụ trục z), ta có thể quan sát thấy đầu mũi tên vectơ dao động lên

xuống dọc theo một đường thẳng

Hình 1.5: Ánh sáng phân cực thẳng

1.3.2 Phân cực tròn

Ánh sáng trong đó đầu mút vectơ E

chuyển động trên một đường tròn gọi là ánh sáng phân cực tròn

Nếu quan sát trên màn đặt tại một vị trí xác định theo hướng nhìn về nguồn sáng (sóng truyền đến người quan sát), ta thấy đầu vectơ quay theo chiều kim đồng hồ thì ánh sáng được gọi là phân cực tròn phải Ngược lại thì gọi là phân cực tròn trái

Hình 1.6 : Ánh sáng phân cực tròn

1.3.3 Phân cực elip

Ánh sáng trong đó đầu mút vectơ E

chuyển động trên một đường elip gọi

là ánh sáng phân cực elip

Hình 1.7: Ánh sáng phân cực elip

1.3.4 Ánh sáng tự nhiên

Ánh sáng tự nhiên là ánh sáng có vectơ điện E

hướng theo tất cả mọi phương thẳng góc với phương truyền của tia sáng, không có một phương dao động nào được ưu tiên hơn phương dao động khác (vì trong quá trình phát sóng, các hạt độc lập với nhau)

Tất cả các nguồn sáng trong tự nhiên (trừ nguồn Laser phát ánh sáng phân cực thẳng) đều phát ra ánh sáng tự nhiên

Hình 1.8: Ánh sáng tự nhiên

Hình 1.9: Thí nghiệm phân cực ánh sáng qua các bản Tuamalin

- Cố định TR 1 R, cho tia ló qua tiếp một bản Tuamalin TR 2 R hoàn toàn giống bản TR 1 RKhi xoay bản TR 2 Rxung quanh phương truyền của tia sáng, cường độ tia

ló thay đổi tuần hoàn Khi trục chính của hai bản Tuamalin này song song với nhau (TR 1 R // TR 2 R) thì cường độ tia ló là cực đại Khi trục chính của chúng vuông góc với nhau (TR 1 R ⊥ TR 2 R) thì cường độ tia ló bằng không

Nhận xét:

Trước khi qua bản TR 1 R, ánh sáng có tính đối xứng tròn xoay quanh phương truyền của nó Sau bản TR 1 Rtính đối xứng tròn xoay đã bị mất, chính do bản TR 1 Rgây ra Ánh sáng sau bản TR 1 Rđã bị phân cực Ta gọi chùm tia sáng ra khỏi bản

TR 1 Rlà chùm phân cực Bản TR 1 Rgây ra sự phân cực ấy gọi là kính phân cực, bản

T2 dùng để nhận biết chùm sáng phân cực gọi là kính phân tích Hai bản T1 và

TR 2 Rhoàn toàn giống nhau, nên nếu chiếu ánh sáng theo chiều ngược lại thì bản

TR 2 Rtrở thành kính phân cực, bản TR 1 Rtrở thành kính phân tích

Giải thích:

Ánh sáng tới là sóng ngang có phương dao động vuông góc với phương truyền Ánh sáng phát ra từ nguồn là ánh sáng tự nhiên, không có phương dao động nào ưu tiên

Bản Tourmaline chỉ truyền qua những chấn động sáng có phương dao động song song với trục quang học của tinh thể Ánh sáng truyền qua bản TR 1 R

có phương dao động xác định, đó là ánh sáng phân cực Khi bản TR 2 Rđặt sao cho trục quang học của nó vuông góc với phương dao động ưu tiên này thì sẽ không còn quan sát thấy ánh sáng sau bản TR 2 Rnữa

1.4.2 Định luật Malus

Hình 1.10: Hình ảnh thể hiện định luật Malus về phân cực ánh sáng

Chiếu chùm ánh sáng tự nhiên đến kính phân cực P, chùm ánh sáng ló là phân cực thẳng có véctơ chấn động sáng OP trùng mặt phẳng chính của kính phân cực P Hứng chùm tia sáng qua kính phân tích A, mặt phẳng chính của A hợp với OP một góc θ

Nếu E là dao động sáng sau khi qua kính phân cực P thì chỉ có thành phần Ecosθ song song với quang trục A mới truyền được qua kính phân tích tới đầu đo quang, còn thành phần vuông góc với quang trục A sẽ bị cản lại

Vì cường độ sáng tỷ lệ thuận với bình phương biên độ véctơ sóng ánh sáng nên cường độ sáng sau khi qua A là:

2 0

Trong đó: IR 0 R: cường độ ánh sáng tới

θ : góc hợp bởi mặt phẳng dao động của ánh sáng tới trên kính phân tích và mặt phẳng chính của kính lọc này

1.5 Hiện tượng phân cực do phản xạ

Khi ánh sáng phản xạ trên các môi trường điện môi nói chung đều bị phân cực một phần Người đầu tiên phát hiện hiệu ứng này là E’tienne Malus (1808) khi quan sát hiện tượng khúc xạ kép của tinh thể calcite bằng ánh sáng phản xạ trên cửa kính

- Nguồn sáng

- Màn ảnh E

Thí nghiệm:

Chiếu một chùm tia sáng tự nhiên hẹp lên một tấm thuỷ tinh M dưới góc tới i = 57P

0

P Mặt sau của gương được bôi đen để loại trừ tia phản chiếu ở mặt sau của gương Ánh sáng khi tới mặt trước của gương M sẽ phản chiếu Hứng chùm tia phản chiếu lên một gương MP

’

P

→ cường độ sáng của tia phản xạ I IP

’

Pkhông thay đổi

- Để yên gương M và quay gương MP

’

Pxung quanh tia tới I IP

’

Pvà vẫn giữ góc tới iP

’

P = 57P

’

P

R cực đại, vệt sáng trên màn E sáng nhất ở hai vị trí AR 1 R và

AR 3 R + Khi hai mặt phẳng tới này thẳng góc với nhau: cường độ chùm tia

- Sau khi phản xạ trên gương M, chùm tia IIP

’

Pkhông còn tính đối xứng của vectơ E

như chùm tia tới SI, mà lúc này là ánh sáng phân cực thẳng Nên khi quay gương MP

- Nếu góc tới i ≠ 57P

0

P, chùm tia IIP

’

Plà ánh sáng phân cực một phần Khi quay gương MP

’

P, có phương làm cường độ IP

- Gương M biến ánh sáng tự nhiên thành ánh sáng phân cực: kính phân cực

21

n tgi

B = n

(với iRBRlà góc tới Brewster)

Hình 1.12: Hình ảnh thể hiện định luật Brewster về phân cực ánh sáng

n

= ) Suy ra cosi B =sinr B

Đối với thí nghiệm Malus:

Ta có không khí nR 1 R = 1, thủy tinh nR 2 R = 1.5

Nên 1.5

1.51

B

tgi = =Suy ra iR B R ≅ 57P

Gọi E/ /t ,H⊥t,E/ /p,H⊥p,E/ /k,H⊥k lần lượt là các trị số cực đại của điện trường

và từ trường ứng với sóng tới, sóng phản xạ và sóng khúc xạ

Hình 1.13: Ánh sáng tới có vectơ cường độ điện trường nằm trong

mặt phẳng tới

Điều kiện biên:

E/ /t cosi−E/ /pcosi=E/ /kcosr (6.1)

t p k

H⊥+H⊥ =H⊥ (6.2)

Theo lý thuyết về sóng điện từ:

1 / / 1

1 1 1

1 0 0

c n v

t p k r

i

− = (6.5)

Giải (6.4) và (6.5):

/ / / /

cos sin 2

Hay 2 / / / / cos sin sin cos / / sin 2 s in2

cos sin 2 cos sin

E ở trên được gọi là công thức Fresnel đối

với trường hợp véctơ cường độ điện trườngE

nằm trong mặt phẳng tới

1.6.2.V éctơ cường độ điện trường thẳng góc với mặt phẳng tới

Gọi E H⊥t, / /t,E⊥p,H/ /p,E H⊥k, / /k lần lượt là các trị số cực đại của điện trường

và từ trường ứng với sóng tới, sóng phản chiếu và sóng khúc xạ

Hình 1.14: Ánh sáng tới có vectơ cường độ điện trường vuông góc với

E⊥t +E⊥p =E⊥k (6.6) / /t cos / /pcos / /k cos

Theo lý thuyết về sóng điện từ:

1 / /

1 1 1

1 0 0

c n v