Khóa luận tốt nghiệp Trƣờng ĐHSP Hà Nội Trường đại học sư phạm Hà Nội KHOA VẬT LÝ **************** NGUYỄN THỊ MẾN GIAO THOA VỚI NGUỒN SÁNG RỘNG VÂN ĐỊNH XỨ Khoá luận tốt nghiệp đại học Chuyên ngành: Vật lý đại cƣơng Ngƣời hƣớng dẫn khoa học Th.S Phan Thị Thanh Hồng Hà nội - 2009 Nguyễn Thị Mến -K31B Vật Lý Khóa luận tốt nghiệp Trƣờng ĐHSP Hà Nội MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Vật lý đại cƣơng kiến thức bản, phổ thông nhất, tảng để sâu nghiên cứu vào tƣợng đa dạng, phức tạp khác vật lý học Quang học nội dung quan trọng vật lý đại cƣơng, môn học nghiên cứu chất ánh sáng Nó ánh sáng có lƣỡng tính sóng-hạt Một tƣợng thể rõ tính chất sóng ánh sáng tƣợng giao thoa ánh sáng, tƣợng đƣợc xem chứng khẳng định ánh sáng có chất sóng Vì vậy, việc tìm hiểu tƣợng giao thoa ánh sáng nhiệm vụ quan trọng ngƣời học vật lý nói riêng ngƣời yêu thích ngành khoa học vật lý nói chung Hiện nay, giáo trình quang học, viết tƣợng giao thoa ánh sáng, chủ yếu đề cập sâu tƣợng giao thoa nguồn sáng điểm tƣợng giao thoa nguồn sáng rộng có đề cập đến nhƣng chƣa sâu vào dạng cụ thể Mặt khác, thực tế nguồn sáng mà ta thƣờng gặp lại nguồn sáng rộng Vì vậy, việc tìm hiểu kĩ tƣợng giao thoa nguồn sáng rộng cần thiết, sinh viên khoa vật lý Xuất phát từ quan điểm niềm yêu thích quang học thân, lí để tiến hành chọn đề tài nghiên cứu là: “Giao thoa với nguồn sáng rộng Vân định xứ” nhằm nâng cao hiểu biết riêng tôi, đồng thời dùng làm tài liệu tham khảo cho số bạn sinh viên khác Mục đích nghiên cứu Nguyễn Thị Mến -K31B Vật Lý Khóa luận tốt nghiệp Trƣờng ĐHSP Hà Nội - Nắm đƣợc kiến thức chung sóng ánh sáng - Tìm hiểu tƣợng giao thoa nguồn sáng điểm nghiên cứu sâu tƣợng giao thoa nguồn sáng rộng - Đƣa phƣơng pháp giải số toán bản, đặc trƣng cho tƣợng giao thoa nguồn sáng rộng Nhiệm vụ nghiên cứu Trong trình nghiên cứu phải thực đƣợc nhiệm vụ sau: - Nghiên cứu sở lý thuyết tƣợng giao thoa với nguồn sáng rộng - Tìm, phân loại số loại tập tƣợng giao thoa với nguồn sáng rộng Nêu cách giải rút kết luận Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 4.1 Đối tượng nghiên cứu - Hiện tƣợng giao thoa với nguồn sáng rộng - Ứng dụng tƣợng giao thoa với nguồn sáng rộng thực tiễn 4.2 Phạm vi nghiên cứu Hiện tƣợng giao thoa ánh sáng Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Hoàn thiện cách có hệ thống chi tiết tƣợng giao thoa nguồn sáng rộng Do đó, dùng làm tài liệu tham khảo cho bạn đọc Phương pháp nghiên cứu Trong khoá luận này, sử dụng phƣơng pháp sau: - Tra cứu tài liệu - Tổng hợp, phân loại giải tập Cấu trúc khoá luận Nguyễn Thị Mến -K31B Vật Lý Khóa luận tốt nghiệp Trƣờng ĐHSP Hà Nội Ngoài phần mở đầu kết luận, khoá luận bao gồm nội dung sau: Chƣơng 1: Tổng quan tƣợng giao thoa ánh sáng Chƣơng 2: Giao thoa với nguồn sáng rộng Vân định xứ Chƣơng 3: Ứng dụng tƣợng giao thoa vận dụng công thức để làm tập Nguyễn Thị Mến -K31B Vật Lý Khóa luận tốt nghiệp Trƣờng ĐHSP Hà Nội CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG GIAO THOA ÁNH SÁNG §1.1 Hiện tượng giao thoa ánh sáng 1.1.1 Định nghĩa Hiện tƣợng giao thoa ánh sáng tƣợng hai hay nhiều sóng ánh sáng gặp tạo nên không gian dải sáng tối xen kẽ Miền không gian có giao thoa ánh sáng đƣợc gọi trƣờng giao thoa 1.1.2 Điều kiện để có giao thoa ánh sáng Thực nghiệm cho thấy rằng, cho hai hay nhiều sóng ánh sáng gặp quan sát đƣợc tƣợng giao thoa ánh sáng Chẳng hạn cho hai sóng ánh sáng phát từ hai đèn điện gặp ta quan sát đƣợc tƣợng nói Vì vậy, ta phải xem với điều kiện sóng ánh sáng tạo nên tƣợng giao thoa Ta biết rằng, ánh sáng nguyên tử nguồn sáng phát Thực nghiệm chứng tỏ rằng, nguyên tử nguồn sáng phát không liên tục, chúng phát đoàn sóng một, đoàn sóng nguyên tử phát thời điểm khác nhƣ nguyên tử khác phát thời điểm có biên độ pha khác nhau, nên pha ban đầu chúng luôn thay đổi theo thời gian có giá trị Nếu ta xét ánh sáng phát từ hai nguồn riêng biệt điểm M nhận đƣợc cặp đoàn sóng hai nguồn gửi tới, cặp đoàn sóng có hiệu pha Hiệu pha thay đổi cách hỗn loạn theo thời gian chúng sóng kết hợp nên giao thoa với đƣợc Tuy nhiên, cách (phản xạ, khúc xạ…), ta tách sóng phát từ nguồn thành hai sóng, sau lại cho chúng gặp hiệu Nguyễn Thị Mến -K31B Vật Lý Khóa luận tốt nghiệp Trƣờng ĐHSP Hà Nội pha hai sóng không phụ thuộc vào thời gian Lúc đó, ta có hai sóng kết hợp từ sóng tách thành hai sóng riêng biệt Muốn cho hai phần sóng gặp M, hai đoàn sóng khác nhau, điều kiện sau phải đƣợc thực hiện: ∆L 0,1 λ ) có chiết suất n2 Ánh sáng truyền qua vào môi trƣờng có chiết suất n3 Hãy tìm biểu thức độ dày nhỏ mỏng (theo λ theo chiết suất) trƣờng hợp sau đây: a Ánh sáng phản xạ cực tiểu (ánh sáng truyền qua cực đại) với n1n3 b Ánh sáng phản xạ cực tiểu (ánh sáng truyền qua cực đại) với n1[...]... mang chúng đều từ một nguồn sinh ra Hiệu quang trình giữa chúng chỉ còn phụ thuộc đƣờng truyền, không phụ thuộc vị trí điểm sáng đã phát ra tia ấy nên vẫn có thể quan sát đƣợc vân giao thoa với nguồn sáng rộng Loại vân này chỉ đƣợc hình thành ở từng chỗ nhất định nên đƣợc gọi là vân định xứ Cụ thể hơn về hiện tƣợng giao thoa với nguồn sáng rộng, chúng ta sẽ nghiên cứu hiện tƣợng giao thoa trên các bản... thiết phải dùng nguồn sáng điểm Để giao thoa đƣợc với nhau hai dao động lại phải truyền gần nhƣ theo cùng đƣờng thẳng nên hai chùm sáng giao thoa phải hẹp, do đó chùm giao thoa thu đƣợc có bậc giao thoa của vân không cao Dùng nguồn sáng điểm ta có thể đặt màn quan sát ở bất kỳ chỗ nào trong trƣờng giao thoa cũng quan sát đƣợc vân Tuy nhiên, vân không đƣợc sáng và không quan sát đƣợc vân bậc cao Muốn... Trƣờng ĐHSP Hà Nội 2 CHƢƠNG 2 GIAO THOA VỚI NGUỒN SÁNG RỘNG VÂN ĐỊNH XỨ Trong các cách bố trí thí nghiệm khảo sát hiện tƣợng giao thoa với nguồn sáng điểm, để có đƣợc chùm sáng kết hợp ta đã tách từ chùm sáng của nguồn ra hai chùm hẹp sao cho chúng rọi vào cùng một chỗ trên màn quan sát Nhƣ vậy, ta đã thực hiện sự “phân chia mặt sóng”, hai tia sáng bất kì trong hai chùm giao thoa là hai tia phân biệt Để... với độ dày sao cho ∆ = kλ sẽ là vị trí của các vân sáng, còn những điểm ứng với độ dày sao cho ∆ =(2k +1) λ sẽ là vị trí của các vân tối 2 Mỗi vân giao thoa hình thành ứng với cùng một giá trị nhất định của độ dày d, vì vậy các vân này đƣợc gọi là các vân cùng độ dày Những vân này định xứ trên bản mỏng Nguyễn Thị Mến -K31B Vật Lý 21 Khóa luận tốt nghiệp Trƣờng ĐHSP Hà Nội 2 Đi từ vân sáng này tới vân. .. Muốn quan sát đƣợc những vân khá sáng khi nguồn sáng không mạnh lắm nhất thiết phải dùng nguồn sáng rộng Với nguồn sáng rộng, để đảm bảo cho hai tia sáng giao thoa mang hai nguồn kết hợp ngƣời ta sử dụng phƣơng pháp đó là: chia mỗi tia sáng thành hai hay nhiều tia phản xạ và khúc xạ, các tia ấy sau khi truyền theo những đƣờng thẳng khác nhau lại cho gặp nhau ở một nơi nhất định Dao động mang hai tia... (1.4) Trong các dụng cụ thí nghiệm giao thoa ở trên, cần chú ý rằng để làm tăng độ sáng của vân giao thoa làm cho việc quan sát vân giao thoa dễ dàng hơn, ngƣời ta thƣờng thay nguồn điểm S bằng một khe sáng hẹp S Mỗi điểm nằm dọc theo khe là tâm phát sóng ánh sáng độc lập sẽ cho một hệ vân giao thoa riêng, nhƣng vì các điểm dọc theo khe là tƣơng đƣơng nhau nên những hệ vân này giống nhau, chúng chỉ khác... tiếp vân giao thoa bằng mắt khi mắt ta điều tiết ở vô cực Tuy nhiên, mắt ngƣời có xu hƣớng điều tiết vào ảnh của nguồn nơi có cƣờng độ sáng mạnh hơn nên thƣờng không nhìn thấy giao thoa Ngƣời ta thƣờng dùng một thấu kính hội tụ quan sát vân giao thoa trên màn đặt tại tiêu diện của thấu kính Nếu thấu kính và màn E đặt song song với mặt bản thì dạng vân là những vòng tròn Do bản đƣợc chiếu bằng nguồn sáng. .. Khóa luận tốt nghiệp Trƣờng ĐHSP Hà Nội 2 §2.2 Bản mỏng có độ dày thay đổi Vân giao thoa cùng độ dày 2.2.1 Sự định xứ của vân Bản mỏng song song chỉ có thể tạo ra trong kỹ thuật bằng công nghệ cao với bộ đồ gồ ghề không quá λ λ Chỉ cần độ dày thay đổi tới cỡ thì vân sáng 4 4 giao thoa biến thành vân tối và trạng thái giao thoa của cặp tia phản xạ từ hai điểm độ dày khác nhau có thể bù trừ lẫn nhau... vào vị trí của điểm S của nguồn sáng Nhƣ vậy, có thể dùng nguồn sáng rộng Điều kiện để có cƣờng độ sáng giao thoa cực tiểu là: ∆ = (2k +1) λ (k =0,1,2…) 2 (2.3) Điều kiện để có độ sáng giao thoa cực đại tƣơng ứng là: ∆ = kλ (k = 0,1,2…) (2.4) Cần phải lƣu ý rằng, đối với bản mỏng đƣợc đặt trong một môi trƣờng có chiết suất lớn hơn thì điều kiện cực đại, cực tiểu cƣờng độ giao thoa ở trên đƣợc đảo lại... 2.7) Nếu quan sát vân giao thoa bằng ánh sáng phản xạ thì vân tại tâm là vân tối Các vân giao thoa đó gọi là vân tròn Newton Giả sử tại C có một vân tối thứ k Ta có thể tính đƣợc bán kính  k của vân tối này Từ hình vẽ ta có: 2 2  k = R - (R-dk) 2 (2.12) trong đó, R là bán kính cong của thấu kính, dk là bề dày của lớp không khí tại vân tối thứ k Vì dk ... điểm sáng phát tia nên quan sát đƣợc vân giao thoa với nguồn sáng rộng Loại vân đƣợc hình thành chỗ định nên đƣợc gọi vân định xứ Cụ thể tƣợng giao thoa với nguồn sáng rộng, nghiên cứu tƣợng giao. .. chùm sáng giao thoa phải hẹp, chùm giao thoa thu đƣợc có bậc giao thoa vân không cao Dùng nguồn sáng điểm ta đặt quan sát chỗ trƣờng giao thoa quan sát đƣợc vân Tuy nhiên, vân không đƣợc sáng. .. Nội CHƢƠNG GIAO THOA VỚI NGUỒN SÁNG RỘNG VÂN ĐỊNH XỨ Trong cách bố trí thí nghiệm khảo sát tƣợng giao thoa với nguồn sáng điểm, để có đƣợc chùm sáng kết hợp ta tách từ chùm sáng nguồn hai chùm