BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRUỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ  Trương Thị Trân Châu LẮP RÁP BÀI THÍ NGHIỆM KIỂM CHỨNG ĐỊNH LUẬT MALUS VỀ PHÂN CỰC ÁNH SÁNG Ngành: SƯ PHẠM VẬT LÝ Mã số: 102 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: ThS TRẦN VĂN TẤN Thành phố Hồ Chí Minh – 2011 LỜI CẢM ƠN Thời gian thấm thoát thoi đưa, gần kết thúc bốn năm giảng đường đại học Bốn năm với bao kỉ niệm buồn vui lẫn lộn… Giờ chúng em phải xa mái trường, xa thầy cô, bạn bè quay trường phổ thông để trở thành giáo viên tiếp bước nghiệp trồng người Với hành trang kiến thức, kỹ sư phạm quý báu có em tin hoàn thành tốt nhiệm vụ dạy dỗ, đào tạo công dân có ích cho đất nước, cho xã hội Lời em xin chân thành cảm ơn đến Ban giám hiệu nhà trường toàn thể quý thầy cô khoa Vật lý tạo 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 tận tình giúp đỡ, dạy, uốn nắn, sửa chữa sai sót cho em suốt trình làm luận văn Đồng thời em xin cảm ơn thầy Nguyễn Hoàng Long tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn phòng thí nghiệm Vật lý nâng cao Con cảm ơn ba mẹ bên cạnh thương yêu, tin tưởng, động viên nâng đỡ suốt thời gian học đến Xin cảm ơn anh chị bạn sát cánh bên để hết chặn đường vừa qua Một lần xin chân thành cảm ơn tất người, kính chúc sức khỏe thành công TP Hồ Chí Minh, ngày 19 tháng năm 2011 Sinh viên Trương Thị Trân Châu MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .2 T T MỤC LỤC T T MỞ ĐẦU .6 T T 1.LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI T T 2.MỤC ĐÍCH T T 3.ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU T T 4.NHIỆM VỤ T T 5.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU T T 6.ĐÓNG GÓP CỦA ĐỀ TÀI T T CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10 T T 1.1.LÝ THUYẾT SÓNG ĐIỆN TỪ 10 T T 1.1.1Ánh sáng sóng điện từ 10 T T 1.1.2.Sóng điện từ sóng ngang 13 T T   Quan hệ E H sóng điện từ 14 T T T T T T 1.1.3.Năng lượng sóng điện từ 16 T T 1.1.3.1.Mật độ lượng 16 Vectơ mật độ dòng lượng Umôp - Poanhtinh 17 Cường độ sóng điện từ đơn sắc chạy 17 T T T T T T 1.2.CÁC ĐIỀU KIỆN BIÊN TRÊN MẶT PHÂN CÁCH HAI MÔI TRƯỜNG 17 T T  1.2.1.Điều kiện biên vectơ B 17 T T  1.2.2.Điều kiện biên vectơ D 19 T T  1.2.3.Điều kiện biên vectơ E 20 T T  1.2.4.Điều kiện biên vectơ H .21 T T 1.3.ÁNH SÁNG PHÂN CỰC 22 T T 1.3.1.Phân cực thẳng 23 T T  Sóng ánh sáng có vectơ chấn động sáng E phân bố theo phương xác T T T định gọi ánh sáng phân cực hoàn toàn hay phân cực thẳng 23 T 1.3.2.Phân cực tròn 23 T T 1.3.3.Phân cực elip 24 T T 1.3.4.Ánh sáng tự nhiên 24 T T 1.4.ĐỊNH LUẬT MALUS 25 T T 1.4.1.Hiện tượng phân cực ánh sáng truyền qua Tuamalin 25 T • T • T • T T Thí nghiệm: 25 T T T T T T T Nhận xét: .25 T Giải thích: 26 T 1.4.2.Định luật Malus 26 T T 1.5.HIỆN TƯỢNG PHÂN CỰC DO PHẢN XẠ 27 T T 1.5.1.Thí nghiệm Malus 27 T T 1.5.2.Định luật Brewster 29 T T 1.6.CÁC PHƯƠNG TRÌNH FRESNEL .30 T T  1.6.1.Véctơ cường độ điện trường E nằm mặt phẳng tới .30 T T T T 1.6.2.Véctơ cường độ điện trường thẳng góc với mặt phẳng tới 32 T T 1.7.HỆ SỐ PHẢN XẠ - HỆ SỐ TRUYỀN QUA 34 T T 1.7.1.Trường hợp ánh sáng phân cực thẳng 35 T T 1.7.2.Trường hợp ánh sáng tự nhiên 36 T T 1.7.3.Nhận xét 36 T T 1.8.ĐỘ PHÂN CỰC 38 T T CHƯƠNG II: DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM 40 T T 2.1.ĐÈN LASER KHÍ HE – NE .40 T T 2.1.1.Sơ lược Laser .40 T T 2.1.2.Laser khí He – Ne 42 T T Hình 2.4: Đèn Laser khí He – Ne.2.1.3.Thanh quang học 43 T T 2.2.KÍNH PHÂN CỰC: 44 T T 2.3.PHOTO DIODE: 45 T T 2.4.ĐỒNG HỒ ĐIỆN TỬ: 45 T T LĂNG KÍNH: .45 T T 2.5.GIÁ ĐỠ LĂNG KÍNH 46 T T 2.6.BỘ NỐI CÓ CHIA GỐC 46 T T CHƯƠNG III: THÍ NGHIỆM KIỂM CHỨNG ĐỊNH LUẬT MALUS 47 T T 3.1.LẮP ĐẶT DỤNG CỤ: 47 T T 3.2.TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM: 48 T T 3.3.XỬ LÍ SỐ LIỆU – SAI SỐ: 48 T T 3.3.1Xử lí số liệu: 48 T T 3.3.2.Xử lý sai số: .48 T • T T LƯU Ý: SAI SỐ Δ(COS2Θ) DÙNG VẼ ĐỒ THỊ ĐƯỢC TÍNH NHƯ SAU: 49 T T P P T  ln x = ln(cos θ ) 49  dx  − sin θ dθ  =   49 x  cos θ  T T T T 3.4.KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM: 49 T T 3.5.NHẬN XÉT 51 T T 3.6.ĐỀ XUẤT 52 T T CHƯƠNG IV: THÍ NGHIỆM KIỂM CHỨNG ĐỊNH LUẬT BREWSTER 54 T T 4.1LẮP ĐẶT DỤNG CỤ: .54 T T 4.2.TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM: 56 T T 4.2.1Phép đo 1: Sự phân cực theo phương vuông góc với mặt phẳng tới 56 T T 4.2.2.Phép đo 2: Sự phân cực theo phương mặt phẳng tới 57 T T 4.3.XỬ LÝ SỐ LIỆU – SAI SỐ .58 T T 4.3.1.Xử lý số liệu .58 T T 4.3.2.Xử lý sai số: .58 T T 4.4.KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM: 58 T T 4.4.1.Phép đo 1: Sự phân cực theo phương vuông góc với mặt phẳng tới 58 T T Phép đo 2: Sự phân cực theo phương mặt phẳng tới 61 T T KẾT LUẬN CHUNG 65 T T TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 T T MỞ ĐẦU 1.Lý chọn đề tài Vật lý môn khoa học thực nghiệm, vai trò thí nghiệm vật lý quan trọng thiếu Thí nghiệm có vai trò tạo tình vật lý, đặt vấn đề cần nghiên cứu Thí nghiệm có vai trò cung cấp kiện làm sở cho việc xây dựng lý thuyết Và đặc biệt thí nghiệm đóng vai trò kiểm tra, xác nhận hay bác bỏ lý thuyết Không dừng lại đó, thí nghiệm vật lý quan trọng trình dạy học Thí nghiệm 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 phương tiện để chứng minh đắn lý thuyết vật lý, làm cho lý thuyết không lý thuyết suôn mà kiểm chứng thực nghiệm cách rõ ràng… Lúc này, lý thuyết vật lý mà học sinh học trở nên thuyết phục học sinh nhớ lâu Hiện nay, em nhận thấy thí nghiệm trường học chưa đa dạng Nhiều phần chưa có thí nghiệm minh họa, thí nghiệm kiểm chứng lý thuyết Hay thí nghiệm chưa có yếu tố định lượng, đo đạc xác đại lượng… Như phần quang học chương tượng phân cực ánh sáng, định luật Malus định luật rút từ thực nghiệm trình học lại thí nghiệm để kiểm chứng định luật Hay học định luật Brewster người học không hình dung ánh sáng phân cực hoàn toàn phản xạ có độ sáng sao, hệ số phản xạ thay đổi góc tới Brewster góc tới khác… Điều làm ảnh hưởng nhiều đến khả tiếp thu ghi nhớ học sinh, sinh viên; làm giảm khả tư sáng tạo việc học vật lý Từ vấn đề em lựa chọn đề tài: “Lắp ráp thí nghiệm kiểm chứng định luật Malus tượng phân cực ánh sáng” nhằm giúp sinh viên có điều kiện đào sâu lý thuyết, tiếp cận thực nghiệm rèn luyện kĩ thực hành với dụng cụ thí nghiệm vật lý 2.Mục đích - Lắp ráp lấy số liệu thí nghiệm kiểm chứng định luật Malus tượng phân cực ánh sáng - Lắp ráp lấy số liệu thí nghiệm kiểm chứng định luật Brewster phân cực ánh sáng phản xạ 3.Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: + Kiến thức tượng phân cực ánh sáng + Nguyên lý hoạt động dụng cụ quang cách xử lý số liệu thí nghiệm phân cực ánh sáng Phạm vi nghiên cứu: + Thí nghiệm kiểm chứng định luật Malus phân cực ánh sáng + Thí nghiệm kiểm chứng định luật Brewster phân cực ánh sáng phản xạ 4.Nhiệm vụ - Tìm hiểu kiến thức tượng phân cực ánh sáng - Tìm hiểu công dụng dụng cụ thí nghiệm - Lắp ráp thí nghiệm thay đổi dụng cụ bị hư hỏng kịp thời - Đo phụ thuộc hệ số truyền (sự liên hệ cường độ ánh sáng tới mặt phẳng phân tích cường độ đằng sau mặt phẳng phân tích) vào góc mặt phẳng phân cực phân cực, gồm kính phân cực kính phân tích - Đo hệ số phản xạ Fresnel ánh sáng phân cực hai trường hợp: + Vectơ chấn động sáng nằm mặt phẳng tới + Vectơ chấn động sáng vuông góc với mặt phẳng tới + Rút kết luận đề xuất ý kiến 5.Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Phân tích tổng hợp tài liệu quang học tượng phân cực ánh sáng Từ đưa sở lý thuyết biết nguyên lý hoạt động dụng cụ thí nghiệm - Phương pháp nghiên cứu thực tiễn: + Nghiên cứu nguyên lý hoạt động, cách sử dụng dụng cụ cách lắp ráp thí nghiệm + Hỏi ý kiến giảng viên hướng dẫn, phận cung cấp thiết bị bạn bè để biết thêm thông tin dụng cụ, cách lắp ráp, cách xử lý số liệu…nhằm hoàn chỉnh thí nghiệm 6.Đóng góp đề tài Kết lắp ráp xử lí số liệu thành công thí nghiệm sử dụng cho sinh viên thực hành vật lý tượng phân cực ánh sáng phòng thí nghiệm vật lý nâng cao TỔNG QUAN Thí nghiệm quang học vật lý nhiều nước giới trọng áp dụng vào giảng dạy Các thí nghiệm tượng phân cực ánh sáng chế tạo xác sản xuất phổ biến Những năm gần nước ta có nhiều công trình nghiên cứu lắp ráp thí nghiệm việc dạy học vật lý Đặc biệt thí nghiệm quang như: - Đề tài nghiên cứu khoa học: Thư viện điện tử thí nghiệm quang học (2006) 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 thí nghiệm chứng minh cho giảng quang học lý (1996), Luận văn tốt nghiệp đại học sinh viên Nguyễn Tuấn Huy trường đại học Sư phạm Hồ Chí Minh Các đề tài nghiên cứu góp phần xây dựng thí nghiệm phong phú để minh họa, kiểm chứng cho kiến thức vật lý Tuy nhiên, thí nghiệm tượng phân cực ánh sáng thí nghiệm biểu diễn, quan sát định tính thay đổi cường độ sáng Chưa có đo đạc để chứng minh cách chặt chẽ đắn định luật vật lý Điều làm giảm yếu tố thuyết phục sinh viên học phần Bên cạnh đó, em nhận thấy phòng thí nghiệm vật lý trường đại học Sư Phạm TP Hồ Chí Minh chưa có thí nghiệm kiểm chứng hai định luật quan trọng chương phân cực ánh sáng: định luật Malus định luật Brewster Do làm giảm khả tiếp thu kĩ sử dụng thành thạo dụng cụ thí nghiệm sinh viên Từ đây, em thực đề tài nhằm khắc phục mặt hạn chế Đề tài tập trung nghiên cứu cách lắp ráp thí nghiệm, xây dựng cách đo đạc, xử lý số liệu nhằm kiểm chứng định lượng định luật Malus định luật Brewster tượng phân cực ánh sáng CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1.Lý thuyết sóng điện từ 1.1.1Ánh sáng sóng điện từ Các kích thích trường điện từ (tức trường điện từ biến đổi) lan truyền không gian, gọi sóng điện từ Toàn lý thuyết điện từ trình bày hệ bốn phương trình Maxwell sau:   ∂B rot E = − ∂t  divD = ρ    ∂ D rot H= j + ∂t  divB = Trong đó: (1.1) (1.2) (1.3) (1.4)  E véctơ cường độ điện trường  D véctơ cảm ứng điện  H véctơ cường độ từ trường  B véctơ cảm ứng từ ρ mật độ điện tích  j véctơ mật độ dòng điện Nếu môi trường chất điện môi đồng nhất, đẳng hướng, tính chất sắt điện sắt từ thì:   D = εε E   B = µµ0 H (1.5) (1.6) ε, µ đại lượng vô hướng, không đổi, không phụ thuộc tọa độ thời gian gọi số điện môi độ từ thẩm môi trường Chân ε = µ = Kính phân cực chế tạo không hoàn toàn tất điểm - kính  Khó khăn trình làm thí nghiệm: - Lúc ban đầu sử dụng đèn Halogen (ánh sáng tự nhiên) cường độ yếu nên giá trị đo vị trí 00 900 kính không chênh lệch nhiều P - P P P Sau thay đèn Laser em chuyển sang làm với trường hợp đo đạc, tìm cách xử lý số liệu khác lúc đầu ánh sáng phân cực thẳng Nhưng sau nhiều lần đo cho thấy ánh sáng phân cực elip  Chuyển hướng sang đo đạc xử lí số liệu khác với lần đầu làm - Vì phòng không thực tối nên cường độ ánh sáng làm ảnh hưởng đến kết đo (U thay đổi liên tục lần đo)  Khắc phục: Làm thùng che chắn thí nghiệm che phần dụng cụ 3.6.Đề xuất Để số liệu đo xác việc đọc giá trị hiệu điện đơn giản (hiệu điện không biến đổi liên tục đo), em có đề xuất sau: - Nên sử dụng ống bao quanh đường chùm sáng để ánh sáng bên không ảnh hưởng đến kết đo - Có thể mở rộng thí nghiệm với kính phân cực kiểm tra xem kết đo có phù hợp với định luật Malus không Cụ thể: Đặt thêm kính phân cực vào kính phân cực kính phân tích lúc đầu Gọi θ : góc giữa hai trục quang học hai kính phân cực R R θ : góc hai trục quang học kính phân cực kính phân tích R R Lúc định luật Malus phải sử dụng lần kết cuối cùng: I θ2 = I cos2 (θ ) cos2 (θ - θ ) R R R R P P R R P P R R R R Cố định θ quay kính phân tích để thay đổi θ Lập tỉ số f = R R R Iθ R I0 Ta lấy θ = 450 lắp đặt thí nghiệm hình 3.4 Tiến hành thí R R P P nghiệm đo hệ số truyền vẽ đồ thị Đồ thị có dạng hình 3.5 Hình 3.4: Sơ đồ bố trí ba kính phân cực thí nghiệm kiểm chứng định luật Malus Hình 3.5: Đồ thị thể phụ thuộc hệ số truyền f vào góc θ R trường hợp có ba kính phân cực CHƯƠNG IV: THÍ NGHIỆM KIỂM CHỨNG ĐỊNH LUẬT BREWSTER 4.1Lắp đặt dụng cụ: Lắp đặt thiết bị giá quang học theo thứ tự từ trái sang phải hình: Hình 4.1: Bố trí thí nghiệm kiểm chứng định luật Brewster - Đèn Laser khí He – Ne - Kính phân cực đặt xa laser để bảo vệ kính - Lắp lăng kính vào chia góc - Photo diode di chuyển linh động, cho chùm tia phản xạ lăng kính chiếu vuông góc tới photo diode Chú ý: - Các thiết bị phải đặt đồng trục với vuông góc với trục quang học - Thí nghiệm thực phòng tối Cách lắp lăng kính vào nối có chia gốc: - Lắp nối có chia góc vào đầu quang học Sau lắp giá đỡ lăng kính - Khi nối có chia gốc giá trị 00, đặt lăng kính cho chùm sáng tới lăng P P kính phản xạ ngược trở lại Chùm tia tới thí nghiệm giữ cố định, ta thay đổi góc tới cách quay pháp tuyến góc i so với vị trí ban đầu, góc i đọc nối chia gốc Lúc lăng kính lắp thỏa điều kiện: - Khi i = 00 tia sáng phản xạ ngược trở lại P P - Khi i ≈ 900 tia phản xạ lướt bề mặt lăng kính P P Dùng vít cố định chặt lăng kính, giá đỡ nối chia gốc Hình 4.2: Cách lắp lăng kính  Bài thí nghiệm nên sử dụng lăng kính để phản xạ dùng gương Vì: - Cường độ ánh sáng cần đo ánh sáng phản xạ bề mặt phân cách không khí thủy tinh Ta tìm với giá trị góc tới i B ≈ 560: ánh sáng phản R xạ phân cực hoàn toàn Thỏa định luật Brewster R P P Hình 4.3: Đường truyền tia sáng qua hai mặt song song Nếu sử dụng gương, ánh sáng thu pha trộn hai thành phần: phản xạ mặt gương (tia 1) sau phản xạ mặt (tia 2) Sự phân cực  hai ánh sáng khác (hai vectơ E không hướng) Mặt khác, chùm tia phản xạ phương với chùm tia phản xạ Hai chùm tia đến đầu thu, điều làm sai lệch kết đo - Khi sử dụng lăng kính ánh sáng cần phân tích có lần phản xạ bề mặt phân cách không khí thủy tinh Đó cấu tạo lăng kính làm ánh sáng khúc xạ đập vào mặt bên suy yếu không khí Giấy đen dán sau lăng kính nhằm mục đích ngăn cản phản xạ thành kính phẳng phía sau, màu đen hấp thụ ánh sáng truyền qua Đồng thời chùm tia phản xạ mặt sau lăng kính khác phương với chùm tia phản xạ mặt trước nên không đến photo didoe 4.2.Tiến hành thí nghiệm: - Cắm đèn Laser vào nguồn điện 220V bật công tắc nguồn điện Sau khoảng 10 phút đèn sáng ổn định - Lắp lăng kính vào nối có chia gốc - Sử dụng vít vặn giá đỡ để điều chỉnh độ cao đèn, kính phân cực, lăng kính photo diode Chú ý: + Thông lượng đèn thay đổi thời gian đo nên mạch dao động Cần tiến hành khẩn trương đo đạc để lấy số liệu + Giữ cho bề mặt lăng kính kính phân cực Khi cần chùi giấy mềm không chạm ngón tay vào bề mặt kính + Trong suốt trình làm thí nghiệm không thay đổi dụng cụ va chạm ốc điều chỉnh 4.2.1Phép đo 1: Sự phân cực theo phương vuông góc với mặt phẳng tới - Đặt kính phân cực góc 00 P P - Đặt photo diode kính phân cực lăng kính, đọc giá trị U 0⊥ i=00 P - Tháo photo diode đặt phía sau lăng kính để hứng chùm tia phản xạ P - Quay lăng kính cho góc tới i = 150 Di chuyển photo diode để hứng chùm P P tia phản xạ chiếu vuông góc tới bề mặt photo diode Đọc ghi giá trị U đồng hồ - Tiếp tục tăng góc tới i lên 50 đến i = 850, lặp lại bước Đọc ghi giá P P P P trị U tương ứng 4.2.2.Phép đo 2: Sự phân cực theo phương mặt phẳng tới - Đặt kính phân cực góc 900 P P - Đặt photo diode kính phân cực lăng kính, đọc giá trị U 0/ / i = 00 P P - Lặp lại bước làm giống phép đo 1, ta ghi giá trị U ứng với góc tới i khác tương tự - Ghi kết vào bảng 4.3.Xử lý số liệu – Sai số 4.3.1.Xử lý số liệu Ở phép đo ta lập tỉ số R = Ui U hiệu điện ban đầu đo U0 R R , U i hiệu điện đo ứng với góc tới i R R Vẽ đồ thị hàm: lý thuyết R // (hay R⊥ ) thực nghiệm R = R R Ui U0 theo góc tới i Từ nhận xét kết lý thuyết thực nghiệm 4.3.2.Xử lý sai số:  Sai số tương đối: R= Ta có: U U0 R ln U − ln U  ln=  dR dU = R U  ∆R ∆U = R U  ε= (với ΔU = ΔU dc + Δ U ) R R ∆R 100% R  Sai số tuyệt đối: ∆U ∆R = R U 4.4.Kết thí nghiệm: 4.4.1.Phép đo 1: Sự phân cực theo phương vuông góc với mặt phẳng tới 64 Bảng 4.1: Bảng số liệu giá trị thực nghiệm đo hệ số phản xạ Fresnel R⊥ tương ứng với góc tới khác U = 3.36 x 10-3 V R P P U ( x 10-3 V) Góc i (độ) R P Lần Lần ∆U U P Lần -3 ( x 10 V) P P -3 ( x 10 V) P P R⊥ = Ui U0 ∆R⊥ ε (%) 15 0.15 0.14 0.14 0.143 0.004 0.0426 0.0027 6.34 20 0.16 0.15 0.17 0.160 0.007 0.0476 0.0036 7.56 25 0.19 0.19 0.18 0.187 0.004 0.0557 0.0027 4.85 30 0.2 0.21 0.22 0.210 0.007 0.0625 0.0036 5.76 35 0.22 0.24 0.23 0.230 0.007 0.0685 0.0036 5.26 40 0.24 0.23 0.25 0.240 0.007 0.0714 0.0036 5.04 45 0.29 0.29 0.3 0.293 0.004 0.0872 0.0027 3.1 50 0.36 0.37 0.35 0.360 0.007 0.1071 0.0036 3.36 55 0.45 0.46 0.48 0.463 0.011 0.1378 0.0048 3.48 60 0.53 0.52 0.57 0.540 0.020 0.1607 0.0074 4.6 65 0.62 0.61 0.63 0.620 0.007 0.1845 0.0036 1.95 70 0.79 0.77 0.81 0.790 0.013 0.2351 0.0054 2.3 75 1.04 1.09 1.02 1.050 0.027 0.3125 0.0095 3.04 80 1.53 1.42 1.67 1.540 0.087 0.4583 0.0274 5.98 85 2.08 1.97 2.24 2.097 0.096 0.6241 0.0301 4.82 65 Hình 4.4: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc hệ số phản xạ Fresnel R⊥ vào góc tới i hai đường lý thuyết thực nghiệm Nhận xét: Dựa vào đồ thị ta thấy: Dạng đồ thị thu từ thực nghiệm đường cong phù hợp với đồ thị lý thuyết - Các điểm đồ thị có i = 150 đến 600 giá trị R⊥ gần với lý thuyết P P P P - Các điểm có i = 650 đến 850 giá trị R⊥ nhỏ nhiều so với lý thuyết P P P P Nguyên nhân: - Trong trình làm thí nghiệm điện áp dao động nên cường độ ánh sáng tới biến đổi ảnh hưởng đến kết đo - Sử dụng đèn lâu cường độ ánh sáng tới ổn định dần yếu so với lúc đầu Vì giá trị R lúc sau nhỏ so với lý thuyết - Bề mặt phản xạ lăng kính chưa thật - Photo diode không đặt vuông góc với chùm sáng tới nên giá trị đo không giống Phép đo 2: Sự phân cực theo phương mặt phẳng tới 67 Bảng 4.2: Bảng số liệu giá trị thực nghiệm đo hệ số phản xạ Fresnel R/ / tương ứng với góc tới khác U = 3.8 x 10-3 V R Góc i (độ) 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 R P P U ( x 10-3 V) P Lần Lần ∆U U P Lần 0.14 0.13 0.12 0.1 0.14 0.13 0.11 0.11 0.15 0.12 0.12 0.1 0.07 0.06 0.05 0.08 0.05 0.05 0.07 0.06 0.06 0.04 0.04 0.04 0.03 0.05 0.03 0.06 0.03 0.05 0.08 0.2 0.07 0.18 0.08 0.19 0.43 0.84 0.45 0.84 0.42 0.85 1.72 1.7 1.74 -3 ( x 10 V) P P -3 ( x 10 V) P P 0.143 0.127 0.117 0.103 0.073 0.057 0.053 0.004 0.004 0.004 0.004 0.040 0.030 0.053 0.077 0.190 0.433 0.843 1.720 0.000 0.004 0.004 0.004 0.000 0.004 0.004 0.007 0.011 0.004 0.013 R/ / = Ui U0 ∆R/ / 0.0376 0.0334 0.0308 0.0271 0.0192 0.0150 0.0139 0.0024 0.0024 0.0024 0.0024 0.0105 0.0079 0.0139 0.0203 0.0500 0.1139 0.2218 0.4526 0.0013 0.0024 0.0024 0.0024 0.0013 0.0024 0.0024 0.0032 0.0042 0.0024 0.0047 ε (%) 6.38 7.19 7.79 8.86 12.5 16 17.27 12.38 16.46 17.27 11.82 6.4 3.69 1.08 1.04 Hình 4.5: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc hệ số phản xạ Fresnel R // vào góc tới i R R hai đường lý thuyết thực nghiệm Nhận xét: Dựa vào đồ thị hình 4.5 ta thấy: Dạng đồ thị thu từ thực nghiệm đường cong, hoàn toàn phù hợp với đường lý thuyết - Các điểm có i = 150 đến 500 giá trị R // giảm dần gần với lý thuyết P P P P R R - Các điểm có i = 600 đến 900 giá trị R // tăng dần gần với lý thuyết P P P P R R - Tại giá trị i ≈ 560 giá trị R // nhỏ gần Điều chứng tỏ P P R R ánh sáng phản xạ có thành phần vectơ cường độ điện trường nằm vuông góc với mặt phẳng tới  ánh sáng phản xạ phân cực hoàn toàn Vậy định luật Brewster nghiệm Nguyên nhân - Do mạng điện dao động làm cường độ ánh sáng tới không ổn định biến đổi mạnh trình đo - Photo diode không thật đặt vuông góc với chùm sáng phản xạ - Mỗi vị trí i khác photo diode có vị trí khác (khoảng cách đến lăng kính phản xạ thay đổi) thùng che chắn hẹp - Bề mặt lăng kính không giống điểm - Ảnh hưởng ánh sáng môi trường - Những góc tới có U nhỏ ô sai số lớn Vì giá trị đo so với sai số dụng cụ chênh lệch nên dẫn đến sai số tương đối lớn Đề xuất: Thí nghiệm đo hệ số phản xạ khó thực hiện, ảnh hưởng nhiều yếu tố khách quan bên (mạng điện, môi trường, ), dụng cụ đo (thông lượng sáng đèn thay đổi, ) ; yếu tố chủ quan Vậy nên cần phải làm thí nghiệm nhiều lần lấy số liệu (xác suất 1/5)  Chỉ nên đưa dụng cụ vào giảng dạy với mục đích quan sát định tính: theo dõi thay đổi cường độ sáng chùm tia phản xạ góc tới khác Để thí nghiệm định lượng dễ thực kết xác, em có vài đề xuất sau: - Cần thay đổi nối hai quang học Bộ nối chia gốc thí nghiệm chế tạo ngược nên quay quang học có gắn photodiode để hứng chùm tia phản xạ tất trường hợp Do vị trí photo diode phải thay đổi nhiều lần, dẫn đến giá trị đo bị ảnh hưởng - Cần chế tạo hộp che chắn toàn thí nghiệm để ánh sáng bên không ảnh hưởng đến thông lượng sáng cần đo - Thay bàn đặt dụng cụ Bàn đặt dụng cụ không thật phẳng nên trình đo phải điều chỉnh độ cao photo diode Điều dẫn đến sai số trình đo KẾT LUẬN CHUNG Từ việc nghiên cứu sở lý thuyết tượng phân cực ánh sáng, em lắp ráp hai thí nghiệm kiểm chứng định luật Malus định luật Brewster Số liệu đồ thị thu sau xử lý phù hợp với lý thuyết Vậy định luật Malus định luật Brewster nghiệm Nhìn chung, thí nghiệm kiểm chứng định luật Malus dễ thực có độ xác cao Cho nên sử dụng thí nghiệm vào việc giảng dạy trường đại học, làm phong phú thí nghiệm rèn kĩ thực hành cho sinh viên Riêng thí nghiệm kiểm chứng định luật Brewster nên sử dụng để sinh viên quan sát định tính: theo dõi thay đổi cường độ sáng chùm tia phản xạ góc tới khác Bởi thí nghiệm cần thực thời gian dài, dụng cụ thí nghiệm chưa hoàn chỉnh, khó lấy số liệu xác Không dừng lại đây, đề tài phát triển theo hướng sau: - Tiếp tục bổ sung dụng cụ, hoàn chỉnh thí nghiệm kiểm chứng định luật Brewster để việc đo đạc, lấy số liệu dễ dàng Từ đưa thí nghiệm vào phần thực hành xác định hệ số Fresnel trình học sinh viên - Tiến hành thí nghiệm ánh sáng tự nhiên (như ánh sáng đèn Halogen, ) để kiểm chứng xem định luật Malus, định luật Brewster có nghiệm - Xây dựng, lắp ráp thí nghiệm tính hệ số Fresnel trường hợp ánh sáng phân cực khúc xạ Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành đề tài TÀI LIỆU THAM KHẢO  Tài liệu từ sách: [1] Lương Duyên Bình (2004), Vật lí đại cương, tập 2, Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội [2] David Halliday (2009), Cơ sở vật lý, tập 6, Hoàng Hữu Thư dịch, Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội [3] Huỳnh Công Đạt, Dương Hùng Cứ, Nguyễn Thị Hoa, Nguyễn Thị Kiều My (2006), Thư viện điện tử thí nghiệm quang học, Báo cáo nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sư Phạm, TP Hồ Chí Minh [4] Jean - Marie Brébec, Jean - Noël Briffaut, Philippe Denève, Theirry Desmarais (2006), Quang học sóng, Phùng Quốc Bảo dịch, Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội [5] Phạm Thượng Hàn, Nguyễn Trọng Quế, Nguyễn Văn Hòa (2002), Kỹ thuật đo lường đại lượng vật lý, Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội [7] Tổ vật lý đại cương (2008), Thực hành Điện Quang, Tài liệu lưu hành nội bộ, Trường Đại học Sư phạm, TP Hồ Chí Minh [8] Nguyễn Trần Trác, Diệp Ngọc Anh (2005), Quang học, Nhà xuất Đại học quốc gia, TP Hồ Chí Minh [9] Nguyễn Tuấn Huy (1996), Thực thí nghiệm chứng minh cho giảng quang học lý, Luận văn tốt nghiệp, Trường đại học Sư phạm, TP Hồ Chí Minh  Tài liệu từ internet: [10] http://thuvienvatly.com/home/content/view/1338/28/ TU T U Sự phân cực ánh sáng (2007), người đăng Trần Nghiêm [...]... thấy ánh sáng sau bản T 2 nữa R R 1.4.2 .Định luật Malus A P E θ O S Ecosθ 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. .. 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... 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. .. R R gây ra Ánh sáng sau bản T 1 đã bị phân cực Ta gọi chùm tia sáng ra khỏi bản R R T 1 là chùm phân cực Bản T 1 gây ra sự phân cực ấy gọi là kính phân cực, bản R R R R T 2 dùng để nhận biết chùm sáng phân cực gọi là kính phân tích Hai bản T 1 và R R R R T 2 hoàn toàn giống nhau, nên nếu chiếu ánh sáng theo chiều ngược lại thì bản R R T 2 trở thành kính phân cực, bản T 1 trở thành kính phân tích R... 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 1.5.1 .Thí nghiệm Malus Hình 1.11: Thí nghiệm Malus về sự phân cực ánh sáng do phản xạ Dụng cụ: U - Hai gương (M), (M’) được bôi đen ở mặt sau - Nguồn sáng - Màn ảnh E P Thí nghiệm: U P Chiếu một chùm tia sáng tự nhiên... xạ cực đại và những vị trí khác làm ánh sáng phản xạ triệt tiêu - Nếu góc tới i ≠ 570, chùm tia II’ là ánh sáng phân cực một phần Khi P P P P quay gương M’, có phương làm cường độ I’R cực tiểu nhưng không triệt tiêu P P P P Kết luận: U - Hiện tượng tia sáng phân cực sau khi phản xạ tại mặt phân cách hai môi trường gọi là sự phân cực ánh sáng do phản xạ - Gương M biến ánh sáng tự nhiên thành ánh sáng. .. biến ánh sáng tự nhiên thành ánh sáng phân cực: kính phân - Gương M’ cho biết ánh sáng tới là ánh sáng phân cực: kính phân tích cực P P 1.5.2 .Định luật Brewster Bằng thực nghiệm, nhà vật lý David Brewster (1781-1868) đã phát biểu định luật mang tên ông: Khi có sự phản xạ từ môi trường chiết suất n 1 trên môi trường chiết R R suất n 2 Để tia phản xạ là ánh sáng phân cực thẳng thì góc tới phải thỏa R R... 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 1.4 .Định luật Malus 1.4.1.Hiện tượng phân cực ánh sáng khi truyền qua bản Tuamalin Thí nghiệm: Lấy từ tinh thể Tuamalin (còn gọi là đá nhiệt điện, một loại tinh thể thiên nhiên) một... một tam diện thuận Ánh sáng là sóng ngang   Mặt phẳng ( E , v ) gọi là mặt phẳng dao động    Hình 1.4: Các thành phần E , H , v của sóng điện từ lập thành tam diện thuận 1.3.1 .Phân cực thẳng  Sóng ánh sáng có vectơ chấn động sáng E chỉ phân bố theo một phương xác định được gọi là ánh sáng phân cực hoàn toàn hay phân cực thẳng Nếu quan sát sóng ánh sáng tại một điểm cố định trên phương truyền... hiện định luật Brewster về phân cực ánh sáng Hệ quả: U Theo định luật khúc xạ ánh sáng: n1 sin iB = n2 sin rB Mà Suy ra Hay n1 sin iB = n2 cos iB (do tgiB = n2 ) n1 cos iB = sin rB iB= π 2 − rB Trong trường hợp này tia phản xạ và tia khúc xạ vuông góc với nhau Đối với thí nghiệm Malus: U Ta có không khí n 1 = 1, thủy tinh n 2 = 1.5 Nên tgi= B R Suy ra R R R 1.5 = 1.5 1 i B ≅ 570 R R P Lúc này ánh sáng ... lý 2.Mục đích - Lắp ráp lấy số liệu thí nghiệm kiểm chứng định luật Malus tượng phân cực ánh sáng - Lắp ráp lấy số liệu thí nghiệm kiểm chứng định luật Brewster phân cực ánh sáng phản xạ 3.Đối... tượng phân cực ánh sáng + Nguyên lý hoạt động dụng cụ quang cách xử lý số liệu thí nghiệm phân cực ánh sáng Phạm vi nghiên cứu: + Thí nghiệm kiểm chứng định luật Malus phân cực ánh sáng + Thí nghiệm. .. tượng phân cực ánh sáng, định luật Malus định luật rút từ thực nghiệm trình học lại thí nghiệm để kiểm chứng định luật Hay học định luật Brewster người học không hình dung ánh sáng phân cực hoàn