Chương 1. GIAO THOA ÁNH SÁNG 1.1. Quang lộ. Định lý Malus. Hàm sóng của ánh sáng và cường độ sáng 1.2. Giao thoa ánh sáng cho bởi hai nguồn kết hợp (khe Young) 1.3. Hiện tượng giao thoa do phản xạ. Thí nghiệm Lloyd 1.4. Vân giao thoa cùng độ dày trên bản mỏng: bản hình nêm, vân Newton 1.5. Ứng dụng giao thoa: giao thoa kế Michelson
1.1 Quang lộ. Định lý Malus. Hàm sóng của ánh sáng và cường độ sáng 1.1.1. Quang lộ A B n d • Định nghĩa: Quang lộ giữa hai điểm A,B (trong môi trường đồng tính, chiết suất n, cách nhau một đoạn d) là đoạn đường ánh sáng truyền được trong chân không trong khoảng thời gian bằng khoảng thời gian mà ánh sáng đi hết đoạn đường AB trong môi trường đó.
1.1 Quang lộ. Định lý Malus. Hàm sóng của ánh sáng và cường độ sáng 1.1.1. Quang lộ A B n d • Biểu thức: + 𝑳 = 𝒄𝒕 = 𝒄𝒅 → 𝑳 = 𝒏𝒅 𝒗 + Ánh sáng truyền qua n môi trường chiết suất khác nhau 𝑳 = σ𝒏 𝒏 𝒅 𝒊=𝟏 𝒊 𝒊 + Ánh sáng truyền qua môi trường có chiết suất thay đổi liên tục 𝑳 = 𝑩 𝒏𝒅𝒔 𝑨
1.1 Quang lộ. Định lý Malus. Hàm sóng của ánh sáng và cường độ sáng 1.1.2. Định lý Malus 1 1 2 2 Mặt trực giao: Mặt vuông góc với các tia sáng của một chùm sáng a. Phát biểu: Quang lộ của các tia sáng giữa hai mặt trực giao của một chùm sáng thì bằng nhau
1.1 Quang lộ. Định lý Malus. Hàm sóng của ánh sáng và cường độ sáng 1.1.2. Định lý Malus b. Chứng minh: Quang lộ của hai tia sáng giữa hai mặt trực giao: 𝑳𝟏 = 𝒏𝟏𝑨𝟏𝑰𝟏 + 𝒏𝟐(𝑰𝟏𝑯𝟏 + 𝑯𝟏𝑩𝟏) 𝑳𝟐 = 𝒏𝟏(𝑨𝟐𝑯𝟐 + 𝑯𝟐𝑰𝟐) + 𝒏𝟐𝑰𝟐𝑩𝟐 Ta có: 𝑨𝟏𝑰𝟏 = 𝑨𝟐𝑯𝟐 A 2 𝑯𝟏𝑩𝟏 = 𝑰𝟐𝑩𝟐 H 1 2 Theo định luật khúc xạ: A1 i n1 𝒏𝟏 𝐬𝐢𝐧𝒊𝟏 =𝒏𝟐 𝐬𝐢𝐧𝒊𝟐 I 1 I2 1 Suy ra: 𝒏𝟏𝑯𝟐𝑰𝟐 = 𝒏𝟐𝑰𝟏𝑯𝟏 H1 n 2 B i 2 Vậy 𝑳𝟏 = 𝑳𝟐 B1 2 2
1.1 Quang lộ. Định lý Malus. Hàm sóng của ánh sáng và cường độ sáng E 1.1.3. Hàm sóng của ánh sáng • Phương trình dao động của H sóng sáng tại O x 𝒙𝒐= 𝒂𝐜𝐨𝐬(𝝎𝒕) • Dao động sáng tại M: O 𝒗 M d y 2L x acos( t ) M Nếu sóng truyền theo chiều ngược lại: 2L x acos( t ) M
1.1 Quang lộ. Định lý Malus. Hàm sóng của ánh sáng và cường độ sáng 1.1.4. Cường độ sáng a. Định nghĩa Cường độ sáng tại một điểm là đại lượng có trị số bằng năng lượng truyền qua một đơn vị diện tích đặt vuông góc với phương truyền sáng trong một đơn vị thời gian b. Biểu thức Cường độ sáng 𝑰 = 𝒌𝒂𝟐 (k: hệ số tỉ lệ) Quy ước k = 1 nên 𝑰 = 𝒂𝟐
1.2. Giao thoa ánh sáng cho bởi hai nguồn kết hợp 1.2.1. Một số khái niệm cơ bản • Hai sóng ánh sáng kết hợp: Hai sóng ánh sáng có cùng tần số và hiệu số pha không đổi. • Hai nguồn sáng kết hợp: Hai nguồn phát ra hai sóng ánh sáng kết hợp. • Nguyên lý chồng chất ánh sáng: Khi hai hay nhiều sóng ánh sáng gặp nhau thì từng sóng riêng biệt không bị các sóng khác làm nhiễu loạn. Sau khi gặp nhau các sóng ánh sáng vẫn truyền đi như cũ, còn tại những điểm gặp nhau dao động sóng bằng tổng các dao động sóng thành phần. • Hiện tượng giao thoa ánh sáng: Sự giao nhau của hai hay nhiều sóng ánh sáng kết hợp tạo nên trong không gian những vùng tối và những vùng sáng xen kẽ nhau. 1.2.2. Giao thoa khe Young
1.2. Giao thoa ánh sáng cho bởi hai nguồn kết hợp 1.2.2. Giao thoa khe Young a. Thí nghiệm b. Điều kiện cực đại, cực tiểu giao thoa • Dao động sáng tại S1 và S2 do S gửi tới x a cos(t) 1 1 x a cos(t) 2 2 Dao động sáng do S và S gửi tới A: P E 1 2 2L x a cos( t 1 ) 1A 1 2L x a cos( t 2 ) 2A 2 L1, L2 là quang lộ của tia sáng trên đoạn d1, d2
1.2. Giao thoa ánh sáng cho bởi hai nguồn kết hợp Hiệu số pha ban đầu: 2 (L L ) 2 1 2 • Nếu (L L ) 2k L L k 2 1 2 1 thì cường độ sáng tại A cực đại: A sáng 2 1 • Nếu (L L ) (2k 1) L L (k ) 2 1 2 1 2 thì cường độ sáng tại A cực tiểu: A tối Trong đó k 0,1,2.....
1.2. Giao thoa ánh sáng cho bởi hai nguồn kết hợp c. Hình dạng vân giao thoa • Quỹ tích các điểm sáng nhất và tối nhất: mặt hypecboloit tròn xoay xen kẽ trong không gian, mặt ở giữa là mặt phẳng trung trực của S1S2 . • Hệ vân giao thoa: hệ thống các vạch sáng, tối, xen kẽ, cách đều nhau, song song với nhau và đối xứng nhau qua vân trung tâm (vân sáng chính giữa).
1.2. Giao thoa ánh sáng cho bởi hai nguồn kết hợp d. Vị trí của vân giao thoa d1 • Hiệu quang lộ d2 ∆𝑳 = 𝒏𝒅 − 𝒏𝒅 a 𝟐 𝟏 = 𝒏 𝒅𝟐 − 𝒅𝟏 n • Vì 𝑫 ≫ 𝒂 nên D 𝒅 − 𝒅 = 𝒂𝒙 𝟐 𝟏 𝑫 ax L n D
1.2. Giao thoa ánh sáng cho bởi hai nguồn kết hợp d. Vị trí của vân giao thoa • Vị trí vân sáng ax D L n s k x k (k 0,1,2....) D s na • Vị trí vân tối ax 1 1 D L n t (k ) x (k ) D 2 t 2 na (k 0,1,2....)
1.2. Giao thoa ánh sáng cho bởi hai nguồn kết hợp • Khoảng vân (bề rộng vân giao thoa) là khoảng cách giữa hai vân sáng (vân tối) liên tiếp nhau. D i x x s(k1) s(k) na
1.2. Giao thoa ánh sáng cho bởi hai nguồn kết hợp e. Giao thoa ánh sáng trắng • Ở chính giữa là vạch sáng trắng • Hai bên vân trắng giữa là hai vân tối hoàn toàn. • Tiếp theo là vân sáng thứ nhất của tất cả các ánh sáng đơn sắc, không hoàn toàn trùng nhau có mép trong tím, ngoài đỏ gọi là quang phổ bậc 1,… 0,38m 0,76m
1.3. Hiện tượng giao thoa do phản xạ. Thí nghiệm Lloyd Hiện tượng giao thoa do phản xạ là hiện tượng giao thoa của các sóng ánh sáng phản xạ ở các mặt khác nhau gây ra. Thí nghiệm Lloyd S • S là nguồn sáng đơn sắc, M đặt khá xa tấm thủy tinh. n • Màn quan sát đặt vuông I n’ góc tấm thủy tinh (mặt dưới tấm thủy tinh bôi đen) • Tại M có sự chồng chất của hai sóng ánh sáng. Theo lý thuyết L L k : M sáng 2 1 1 L L (k ) : M tối 2 1 2 Thực nghiệm • n’ > n Kết quả thực nghiệm trái ngược lý thuyết, các vị trí lý thuyết tính là tối, thực nghiệm thu được là sáng và ngược lại.
1.3. Hiện tượng giao thoa do phản xạ. Thí nghiệm Lloyd • n’ < n Kết quả thực nghiệm thu được và lý thuyết hoàn toàn phù hợp. • Kết luận: + Khi tia sáng phản xạ từ môi trường kém chiết quang vào môi trường chiết quang hơn (phản xạ trên môi trường có chiết suất lớn hơn môi trường ánh sáng tới) thì quang lộ của tia sáng dài thêm một nửa bước sóng. + Khi phản xạ trên môi trường có chiết suất nhỏ hơn môi trường ánh sáng tới thì quang lộ của tia sáng không thay đổi
1.4. Vân giao thoa cùng độ dày trên bản mỏng 1.4.1. Bản mỏng có độ dày thay đổi - Vân cùng độ dày O • Xét bản mỏng có bề dày d thay đổi, • Chiếu nguồn sáng đơn sắc rộng M • Nguồn điểm O gửi tới M hai tia B + OBCM (1) n d + OM (2) C là hai tia kết hợp, gặp nhau tại M Giao thoa nhau Vân giao thoa xuất hiện trên mặt trên của bản mỏng a. Hiệu quang lộ
1.4. Vân giao thoa cùng độ dày trên bản mỏng 1.4.1. Bản mỏng có độ dày thay đổi - Vân cùng độ dày a. Hiệu quang lộ O L1-L2 i 1 = OB + n(BC + CM) - (OM + /2) R M Mà B n OM – OB RM i2 d C L1-L2 = n(BC+CM) - RM - /2 Lại có RM = BM.sini1 = 2d.tgi2.sini1 BC CM = d/cosi2 2d L L L n 2d.tgi sin i 1 2 cosi 2 1 2 2
显示前 20 页。下载资料查看完整内容。
暂无评论。快来抢沙发吧！
评论 (0)
暂无评论。快来抢沙发吧！