Transcript Giao thoa anh sang

BÀI TẬP QUANG HỌC ĐẠI CƯƠNG
KHOA VẬT LÍ – TỔ VẬT LÍ ĐẠI CƯƠNG – HỌC KÌ 2 NĂM HỌC 2012-2013
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP.HCM
1
DẠNG BÀI TẬP CHƯƠNG GIAO THOA
Chủ đề 1
• THÍ NGHIỆM KHE YOUNG
CHỦ ĐỀ 2
• GIAO THOA VỚI GƯƠNG FRESNEL
CHỦ ĐỀ 3
• GIAO THOA VỚI 2 BÁN THẤU KÍNH BILLET
CHỦ ĐỀ 4
• GIAO THOA VỚI BẢN MỎNG
CHỦ ĐỀ 5
• GIAO THOA KẾ MICHELSON (Tham khảo)
CHỦ ĐỀ 6
• GIAO THOA KẾ PEROT-FABRY (Tham khảo)
2
Chủ đề 1
• THÍ NGHIỆM KHE YOUNG
(Young’s double slit experiment)
Nhà vật lí người Anh
3
2 sóng cùng pha
2 sóng ngược pha
Câu hỏi lấy điểm cộng
(Làm ra giấy)
1.Giao thoa với ánh
sáng trắng?
2. So sáng giao thoa
sóng ánh sáng và
sóng nước
Vân sáng thứ 1 k=1
Vân tối thứ 1 k=0
 Vân sáng trung tâm k=0
Vân tối thứ 1 k=-1
Vân sáng thứ 1 k=-1
Hệ vân: Màn//S1 S2
vân sáng , tối xen kẽ.
 2 nguồn sáng kết hợp:
Cùng phương, cùng tần số
Độ lệch pha không đổi theo thời gian
Là những đường
hyperbol nhưng D lớn
 xem là vân thẳng4
Chủ đề 1
• THÍ NGHIỆM KHE YOUNG
Video
5
Chủ đề 1
• THÍ NGHIỆM KHE YOUNG
(Young’s double slit experiment)
l: khoảng cách giữa 2 khe
D: Khoảng cách từ 2 khe tới màn quan sát
d: khoảng cách từ nguồn S đến 2 khe S1 S2
λ: bước sóng ánh sáng tới
6
Chủ đề 1
• THÍ NGHIỆM KHE YOUNG
(công thức cần nhớ)
1. Điều kiện cho cực
đại giao thoa:
δ = kλ (k=0,±1±2…)
2. Điều kiện cho cực
tiểu giao thoa:

1
  (2k  1)  (k  ) (k=0,  1,  2...)
2
2
D
i
l
3. Bề rộng khoảng
vân:
4. Vị trí vân sáng:
5. Vị trí các vân tối:
xs  ki  k
D
l
1
D
xt  (k  )i  (2k  1)
2
2l
7
Chủ đề 1
• THÍ NGHIỆM KHE YOUNG
 Dạng 1: Xác định khoảng vân, vị trí vân
 Dạng 2: Tính số vân trên miền giao thoa cho
trước
 Dạng 3: Giao thoa khe Young trong môi trường
có chiết suất n
 Dạng 4: Giao thoa với chùm ánh sáng đa sắc,
ánh sáng trắng
 Dạng 5: Dịch chuyển hệ vân
8
 Dạng 2: Tính số vân trên miền giao thoa cho trước
- Gọi L là bề rộng vùng giao thoa cho trước (đối xứng qua vân TT)
-Xét X=L/2
TH
x/i
Số vân sáng
Số vân tối
1
Nguyên = m
2m+1
2m= Ns - 1
2
Bán nguyên = m+1/2
2m+1
2(m+1) = Ns + 1
3
Bất kì = m+t (t<0,5)
2m+1
2m= Ns - 1
4
Bất kì = m+t (t>0,5)
2m+1
2(m+1)= Ns + 1
VD: X/i= 1,5 Ns = 1 x 2 +1 = 3, Nt = 4
VD: X/i= 1,15 Ns = 1 x 2 +1 = 3, Nt = 2
VD: X/i= 1,75 Ns = 1 x 2 +1 = 3, Nt = 4
9
 Dạng 3: Giao thoa khe Young trong môi trường có chiết suất n
Gọi  là bước sóng ánh sáng trong chân không ( hay không khí)
Trong môi trường có chiết suất n thì:

'
n
i
i' 
n
(SV tự CM lại)
10
CHỦ ĐỀ 2
• GIAO THOA VỚI GƯƠNG FRESNEL
Hai nguồn sáng S1 ,S2
là ảnh ảo của S qua gương
l = S1 S2 =2r
D=IO = IA+AO
λ: bước sóng
Hệ vân: Màn//S1 S2
Thẳng, sáng , tối xen kẽ,
cách đều nhau
AO=a
Góc  rất nhỏ 11
CHỦĐỀ
ĐỀ23
CHỦ
• GIAO THOA VỚI 2 BÁN THẤU KÍNH BILLET
(Billet half lens)
K
S1 S2 là ảnh của S qua thấu kính
df
d'
d f
l = S1 S2
λ: bước sóng
12
CHỦ ĐỀ 4
• GIAO THOA VỚI BẢN MỎNG
(Thin film interference)
 Dạng 1: Bản mỏng hai mặt song song có bề dày không đổi
Hệ vân:
Những đường tròn
đồng tâm sáng tối
xen kẽ. (Vân cùng
độ nghiêng)
Ứng dụng:
Phủ màng
e
< 1mm
Lưu ý: tia phản
xạ trên bề mặt có
chiết quang hơn
thì quang lộ +/2
13
CHỦ ĐỀ 4
• GIAO THOA VỚI BẢN MỎNG
e
+
=2n’ecosr+/2 = P (P: bậc giao thoa)
=2n’ecosr
14
CHỦ ĐỀ 4
• GIAO THOA VỚI BẢN MỎNG
 Dạng 1: Bản mỏng hai mặt song song có bề dày không đổi

2ne cos r 1
Bậc giao thoa:   2ne cos r   P  P 

2

2
Nếu: i=0  r=0 
2ne 1
P0 


2
Với n là chiết suất bản mỏng.
 Lưu ý:
- Bậc giao thoa ở tâm Po là lớn nhất , vân cáng xa có P giảm
(Do ra xa tâm i tăng, r tăng, cosr giảm nên P giảm)
- Po nguyên  tâm là điểm (vân) sáng
- Po bán nguyên  tâm là điểm (vân)tối
- e giảm  Po giảm nên vân sẽ chạy vào tâm, hệ vân thu hẹp
- e tăng  Po tăng nên vân xuất hiện thêm, hệ vân mở rộng
- Bản không khí là lớp không khí bề dày e giới hạn bởi 2 bản
thủy tinh song song.
2e 1
P0  
 2
15
CHỦ ĐỀ 4
• GIAO THOA VỚI BẢN MỎNG
 CÁC TRƯỜNG HỢP VỀ PO
Để tính bán kính vân sáng, tối. Sau khi tính Po ta tách như sau:
 Po = N+ (0   <1)
Po = N’+ 0,5+ ’ (0  ’<0,5)
Áp dụng CT sau:
n
n
rsk  f '.ik  f '. (  k  1)
rtk  f '
( ' k  1)
e
e
Vd: Po = 200,33  N=200 và  =0,33 và N’=199 & ’ =0,83
Vd: Po = 200,83  N=200 và =0,83 và N’=200 & ’ =0,33
Lưu ý qui ước:
Po nguyên thì tại tâm là vân sáng thứ 1, R=0
Po bán nguyên thì tại tâm là vân tối thứ 1, R=0
VD: Po = 150,8  tại tâm là vân bất kì.  =0,8 & ’ =0,3
rs1  f .
n
n
(0,8  1  1)  f .
0,8
e
e
rt1  f '
n
n
(0,3  1  1)  f '
0,3
e
e
16
CHỦ ĐỀ 4
• GIAO THOA VỚI BẢN MỎNG
VD: Po = 150,8  tại tâm là vân bất kì.  =0,8 & ’ =0,3
rs1  f .
n
n
(0,8  1  1)  f .
0,8
e
e
rt1  f '
n
n
(0,3  1  1)  f '
0,3
e
e
P=150,5 Vân tối thứ 1
Po = 150,8
P=150 Vân sáng thứ 1
17
CHỦ ĐỀ 4
• GIAO THOA VỚI BẢN MỎNG
1. Hiệu quang lộ 2 tia phản xạ
ở 2 mặt bản song song
2. Bậc giao thoa tại tâm
3. Bán kính của vân sáng thứ k
4. Bán kính của vân tối thứ k

  2ne cos r   P
2

Khi i=0:   2ne 
2
2ne 1
P0 


2
n
rsk  f .ik  f . (  k  1)
e
n
rtk  f . ( ' k  1)
e
CHỦ ĐỀ 4
• GIAO THOA VỚI BẢN MỎNG
 Dạng 2: Bản mỏng có bề dày thay đổi – Nêm
- Nêm là 1 bản mỏng của 1 môi trường trong suốt giới 2 bởi 2 mặt
phẳng.
- Nêm không khí, môi trường KK giới hạn bởi 2 bản thủy tinh mỏng.
- Vân giao thoa định xứ trên mặt nêm
Hệ vân: Những đường thẳng sáng, tối cách đều nhau, song song
cạnh nêm . Cạnh nêm là vân tối thứ 0 (e=0)
19
• GIAO THOA VỚI BẢN MỎNG
CHỦ ĐỀ 4
 Dạng 2: Bản mỏng có bề dày thay đổi – Nêm
1. Hiệu quang lộ 2
tia phản xạ ở 2 mặt
nêm
2. Bề dày nêm ứng
vân sáng thứ k
3. Bề dày nêm ứng
vân tối thứ k
4. Vị trí vân sáng
trên mp nêm
5. Vị trí vân tối trên
mp nêm
6. Khoảng vân i
  2ne cos r 

2
Khi i=0:   2ne 
  k   esk 


Nêm kk:   2e 
2
2
2k  1
.
4
1

  (k  )  etk  k
2
2
xsk 
xsk

xtk

2k  1
.
4

xtk 
k

2
i

2n
20
CHỦ ĐỀ 4
• GIAO THOA VỚI BẢN MỎNG
Dạng 2: Bản mỏng có bề dày thay đổi – Vân tròn Newton
- Hệ gồm TK phẳng lồi đặt tiếp xúc trên tấm kính phẳng. Lớp KK ở giữa có
bề dày thay đổi
- Chiếu chùm sáng song song vuông góc lớp KK. Quan sát thấy hệ vân giao
thoa định xứ trên mặt cong TK
- Hệ vân: Những vân tròn sáng tối, đồng tâm. Càng ra xa hệ vân càng sít lại.
- Tại tâm là vân tối thứ 0 (e=0)
X = ek
21
Trong thí nghiệm
G1: gương bán mạ
M: Hệ kính ngắm
S: nguồn sáng
Mắt quan sát
22
CHỦ ĐỀ 4
• GIAO THOA VỚI BẢN MỎNG
Dạng 2: Bản mỏng có bề dày thay đổi – Vân tròn Newton
1. Hiệu quang lộ 2
tia phản xạ ở 2 mặt
lớp KK

  2ne cos r 
2


Khi i=0:   2ne 
KK:   2e 
2
2
2. Bề dày lớp KK ứng
vân sáng thứ k
2k  1
  k   esk 
.
4
3. Bề dày lớp KK ứng
vân tối thứ k
1

  (k  )  etk  k
2
2
4. Bán kính vân sáng
thứ k
1
rsk  R k  (k  1, 2...)
2
5. Bán kính vân tối
thứ k
rtk  R k (k  0,1, 2...)
23
CHỦ ĐỀ 4
• GIAO THOA VỚI BẢN MỎNG
Dạng 2: Bản mỏng có bề dày thay đổi – Vân tròn Newton
Nếu môi trường giữa thấu kính và bản thủy tinh phẳng
có chiết suất n>1 thì:

  2ne cos r 
2
2k  1
esk 
.
4n

etk  k
2n

Khi i=0:   2ne 
2
R
1
rsk 
k  ( k  1, 2...)
n
2
rtk 
R
k ( k  0,1, 2...)
n
24
CHỦ ĐỀ 4
• GIAO THOA VỚI BẢN MỎNG
Dạng 2: Bản mỏng có bề dày thay đổi – Vân tròn Newton
 Dạng BT 1: Tính bán kính vân sáng, tối
 Dạng BT 2: Tính bề dày lớp KK ứng vân sáng, tối
 Dạng BT 3: Dịch chuyển tấm thủy tinh
- Khi dịch tấm thủy tinh ra xa, bề dày lớp
không khí tăng lên.
- Các vân giao thoa chạy về tâm, biến mất
- Vân thứ k chạy về tâm khi bản thủy tinh
dịch ra đoạn bằng bề dày lớp KK thứ k:
X = ek
25
Video – VÂN TRÒN NEWTON
26