Hiện tượng nhiễu xạ và Giao thoa

Nếu đặt một màng trong trường giao thoa ta sẽ nhận được những vạch sáng và tối xen kẽ gọi là vân giao thoa... 1.b Điều kiện để có giao thoa ánh sángN ếu: Cho: Để đặc trưng tác dụng s

HIỆN TƯỢNG GIAO THOA & NHIỄU XẠ ÁNH

THOA & NHIỄU XẠ ÁNH

SÁNG

Nội dung

HIỆN TƯỢNG GIAO THOA ÁNH SÁNG

1 Hiện tượng giao thoa và điều kiện để có giao

5 Nguyên lý Huyghen – Fresnel

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

phẳng): (Nhiễu xạ Frauhofe)

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 được những

vạch sáng và tối xen kẽ gọi

là vân giao thoa.

F E

S

1.b Điều kiện để có giao thoa ánh sáng

1.b Điều kiện để có giao thoa ánh sáng

N ếu:

Cho:

Để đặc trưng tác dụng sóng của sóng ánh sáng, ta đưa vào cường độ sóng cơ.

Chọn k=1, cường độ sáng I ~ a 2 => I ~ 4a 1 2 (Cường độ sóng tỉ lệ bình phương với biên độ của sóng)

Như vậy, những điểm nhận 2 sóng có I ~ 4a 1 2 là

1.b Điều kiện để có giao thoa ánh sáng

ϕ ϕ − = + π ⇒ ϕ ϕ − = −

1 2

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

x a ω t π

λ

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 O là điểm cách đầu S 1 , S 2 :

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:

2

x d k

d

λ

=

2.b Độ rộng của vân giao thoa

2.c Sự dịch chuyển hệ vân giao thoa

Chứng tỏ vân sáng mới O 1 (k = 0) sẽ nằm cách vân sáng cũ O một khoảng:

2.c Sự dịch chuyển hệ vân giao thoa

- Hiện tượng này là cơ

sở để đo chiết suất

3 Thí nghiệm Fresnel về nhiễu xạ ánh sáng

P

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.

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

M O

L P

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

ϕ

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

 dao động sóng của chúng có pha

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

2

λ

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

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

 Đồ thị phân bố cường độ sáng trên màng

quan sát theo sin ϕ

I

2 λ

8 Nhiễu xạ qua nhiều khe hẹp – cách tử

a Nhiễu xạ qua nhiều khe hẹp:

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 cĩ 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

b.Cách tử nhiễu xạ:

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 xạ

S ố khe trên 1 đơn vị chiều dài 1

n

d

=