Giáo trình Vật lý đại cương - Chương 6: Giao thoa ánh sáng

Nội dung text: Giáo trình Vật lý đại cương - Chương 6: Giao thoa ánh sáng

1. 6.1 CƠ SỞ CỦA QUANG HỌC SĨNG 6.2 KHÁI NIỆM VỀ GTAS, ĐK CĨ GT 6.3 GIAO THOA BỞI 2 NGUỒN ĐIỂM 6.4 GIAO THOA DO PHẢN XẠ 6.5 GIAO THOA BỞI BẢN MỎNG 6.6 ỨNG DỤNG HIỆN TƢỢNG GTAS
2. 6.1 CƠ SỞ CỦA QUANG HỌC SĨNG _ Quang học sĩng: nghiên cứu về , sự và của ánh sáng với mơi trƣờng vật chất dựa trên cơ sở tính chất sĩng của ánh sáng. _ Quang lộ của ánh sáng trong thời gian t là quãng đƣờng ánh sáng truyền đƣợc trong chân khơng trong khoảng thời gian đĩ: B s L A Trong mơi trƣờng đồng tính cĩ chiết suất n, ta cĩ: L
3. 6.1 CƠ SỞ CỦA QUANG HỌC SĨNG Quang lộ:  Qua nhiều mơi trƣờng cĩ chiết suất n1, n2, s L nii s s 2  1 s3 A B  Mơi trƣờng cĩ chiết suất thay đổi liên tục: B B L n.ds ds A A
4. 6.1 CƠ SỞ CỦA QUANG HỌC SĨNG Hàm sĩng: O E0  Asin t 2L E Asin(  t ) M M  Sĩng tại M luơn trễ pha hơn sĩng tại nguồn một lƣợng: Cƣờng độ sáng: EP I kA2 S.t S dS
5. 6.1 CƠ SỞ CỦA QUANG HỌC SĨNG Nguyên lí chồng chất ánh sáng: _ Các sĩng riêng biệt khơng bị nhiễu loạn khi gặp nhau. _ Tại những điểm gặp nhau, dao động sĩng bằng các dao động thành phần. _ Sau khi gặp nhau các sĩng ánh sáng vẫn truyền đi nhƣ cũ.
6. 6.1 CƠ SỞ CỦA QUANG HỌC SĨNG Nguyên lí Huygens: Bất kỳ một điểm nào nhận đƣợc sĩng ánh sáng truyền đến đều trở thành nguồn sáng phát ás về phía trƣớc nĩ.
7. 6.2 KHÁI NIỆM VỀ GTAS, ĐIỀU KIỆN CĨ GT 1 - Giao thoa là sự tổng hợp của hai hay nhiều ánh sáng tạo ra những điểm cƣờng độ sáng đƣợc tăng cƣờng hoặc giảm bớt. 2 - Điều kiện cĩ giao thoa là: các sĩng tới phải là sĩng (cùng , hiệu số pha khơng đổi theo thời gian). 3 – Nguyên tắc tạo ra 2 sĩng kết hợp: Tách sĩng phát ra từ một nguồn duy nhất thành 2 sĩng, sau đĩ lại cho chúng gặp nhau (khe Young, gƣơng Fresnel, ). _ Hai nguồn riêng biệt thơng thƣờng khơng cĩ tính kết hợp).
8. TẠO HAI NGUỒN KẾT HỢP KHE YOUNG Vùng GT S2 O S S1 P E
9. TẠO HAI NGUỒN KẾT HỢP GƢƠNG FRESNEL S Màn chắn G2 Vùng GT S2 I O S1 G 1 E
10. 6.3 GIAO THOA BỞI 2 NGUỒN ĐIỂM Sơ đồ thí nghiệm khe Young y E E Asin  t 0012 M r2 O2 r1 B O O1 2L 1 E1 (M) Asin(  t )  2 (LL ) Độ lệch pha: 12 2L  E (M) Asin(  t 2 ) 2 
11. 6.3 GIAO THOA BỞI 2 NGUỒN ĐIỂM Tổng hợp hai sĩng 0 2 3 _ Đạt CĐ khi hiệu pha bằng: _ Đạt CT khi hiệu pha bằng:
12. 6.3 GIAO THOA BỞI 2 NGUỒN ĐIỂM Điều kiện Cực đại, Cực tiểu: 2 (LL ) _Độ lệch pha: 12  Điều kiện giao thoa cực đại cực tiểu 2 (L L ) 2 (L L ) 12 12   LL 12 LL12
13. 6.3 GIAO THOA BỞI 2 NGUỒN ĐIỂM Điều kiện Cực đại, Cực tiểu: y Vị trí vân sáng yM D O2 r2 yks r 1 B O Vị trí vân tối H O 1D 1 D yt (k ) 2 y L L r r O H .tg M k 0, 1, 2, 3, 1 2 1 2 1 D
14. 6.3 GIAO THOA BỞI 2 NGUỒN ĐIỂM y _ Với k = 0 ys = 0: gốc O trùng với vân cực đại giao M thoa (vân sáng trung tâm). i VSTT O _ Khoảng vân: là khoảng i cách giữa vân sáng (hay 2 vân tối) kế tiếp: D i
15. 6.3 GIAO THOA BỞI 2 NGUỒN ĐIỂM Giao thoa với ánh sáng trắng y - Vân trung tâm cĩ màu trắng. - Hai bên cĩ các dải màu biến M đổi liên tục, viền tím bên trong, đỏ bên ngồi. VSTT O - Vùng tím của quang phổ bậc 3 cĩ thể phủ lên vùng đỏ của quang phổ bậc 2.
16. 6.4 GIAO THOA DO PHẢN XẠ Thí nghiệm của Lloyd O1 M D O2 _ Những điểm M mà lí thuyết dự đốn là sáng thì lại tối và ngƣợc lại. chứng tỏ pha của sĩng phản xạ đã thay đổi một lƣợng khi ánh sáng phản xạ trên bề mặt mơi trƣờng cĩ chiết suất lớn hơn mơi trƣờng tới. tia phản xạ dài thêm một đoạn λ/2 .
17. 6.5 GIAO THOA BỞI BẢN MỎNG 1. Bản mỏng cĩ bề dày thay đổi  _ Hiệu quang lộ: L L 2d n22 sin i 12 2  Cực đại: O L12 L k  Cực tiểu:  i 1 R M L12 L (k )  B 2 r d C
18. 6.5 GIAO THOA BỞI BẢN MỎNG 1.a. Nêm khơng khí I 1 L 1 M  d L12 L 2d C 2 2   Vị trí vân tối: dk (k = 0,1,2, ) t 2 1   Vị trí vân sáng: dks (k = 1,2,3 ) 22 Cạnh nêm là vân tối (k = 0)
19. 6.5 GIAO THOA BỞI BẢN MỎNG Ví dụ: Chiếu chùm ás đơn sắc cĩ λ=0,6m vuơng gĩc với mặt dƣới của nêm khơng khí. Khoảng cách giữa 4 vân sáng kế nhau là 1,8mm. Tính gĩc nghiêng của nêm. Giải d
20. 6.5 GIAO THOA BỞI BẢN MỎNG 1.b Vân trịn Newton O R rk H dk M C rk
21. 6.5 GIAO THOA BỞI BẢN MỎNG 1.b Vân trịn Newton O  L L 2d 12 2 R   Vị trí vân tối: dk t 2 r 1  k H d M  Vị trí vân sáng: dks k 22 C _ Bán kính vân tối thứ k: 2 2 2 rk R (R d k ) 2Rd k rk rk  k.R k =1, 2, 3,
22. 6.5 GIAO THOA BỞI BẢN MỎNG 2. Bản mỏng cĩ bề dày khơng đổi  L L 2d n22 sin i 12 2 F M Vân sáng  L12 L k  1 i Vân tối  L L (k )  12 2 _ Vân giao thoa là những vịng trịn sáng, tối xen kẽ trên tiêu diện của i TK, cĩ tâm F (vân cùng .) n d
23. 6.5 GIAO THOA BỞI BẢN MỎNG 3. Hình ảnh giao thoa trong tự nhiên:
24. 6.6 ỨNG DỤNG HIỆN TƢỢNG GIAO THOA AS _ Khử phản xạ các mặt kính _ Kiểm tra phẩm chất các mặt quang học _ Đo chiết suất của chất lỏng, khí – giao thoa kế Rayleigh _ Đo khoảng cách, độ dài – giao thoa kế Michelson _ Tồn kí.