QUANG HỌC SÓNG - CHƯƠNG 3 GIAO THOA ÁNH SÁNG

Chia sẻ: Nguyen Nam | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:21

Thêm vào BST

Báo xấu

618
lượt xem 91
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giao thoa ánh sáng 1. Các khái niệm cơ sở 1.1 Quang lộ: Quang lộ L giữa hai điểm A, B (AB=d) là đoạn đ-ờng ánh sáng truyền đ-ợc trong chân không trong khoảng thời gian t, trong đó t là khoảng thời gian mà ánh sáng đi đ-ợc đoạn AB trong môi tr-ờng. Nếu ánh sáng đi qua nhiều môi tr-ờng: 1.2. Định lý Malus (Maluýt): Quang lộ giữa hai mặt trực giao của một chùm sáng thì bằng nhau

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: QUANG HỌC SÓNG - CHƯƠNG 3 GIAO THOA ÁNH SÁNG

Bμi gi¶ng VËt lý ®¹i c−¬ng T¸c gi¶: PGS. TS §ç Ngäc UÊn ViÖn VËt lý kü thuËt Tr−êng §H B¸ch khoa Hμ néi
VËt lý ®¹i c−¬ng Quang häc sãng
Ch−¬ng 3 Giao thoa ¸nh s¸ng 1. C¸c kh¸i niÖm c¬ së 1.1 Quang lé: Quang lé L gi÷a hai ®iÓm A, B (AB=d) lμ ®o¹n ®−êng ¸nh s¸ng truyÒn ®−îc trong ch©n kh«ng trong kho¶ng thêi gian t, trong ®ã t lμ kho¶ng thêi gian mμ ¸nh s¸ng ®i ®−îc ®o¹n AB trong m«i tr−êng.
A d B d t = ⇒ L = ct L= nd. v n = c chiÕt suÊt m«i tr−êng v n2d2 NÕu ¸nh s¸ng ®i qua n3d3 n1d1 nhiÒu m«i tr−êng: ∑ n id i L=n1d1+n2d2+...+nndn = i 1.2. §Þnh lý Malus (Maluýt): Quang lé gi÷a hai mÆt trùc giao cña mét chïm s¸ng th× b»ng nhau
hai mÆt trùc giao hai mÆt trùc giao Quang lé L1 gi÷a A1,A3 vμ L2 gi÷a B1,B3: B1 L1= n1A1I1+n2I1A2+n2A2A3 B2 L2= n1B1B2+n1B2I2+n2I2B3 A1 i i n1 I2 1 I1 i n1sini1 = n2sini2 1 A2 i n2 2 I1 A 2 sini 2 = B2I2 B3 sini1 = 2 A3 I1 I 2 I1 I 2 n 2 I1 A 2 n1B 2 I 2 n 2 sini 2 = n1sini1 = I1 I 2 I1 I 2 Suy ra n1B2I2 = n2I1A2vμ L1=L2
2. C¬ së cña quang häc sãng 2.1. Hμm sãng cña ¸nh s¸ng: ¸nh s¸ng lμ mét lo¹i sãng ®iÖn tõ: Tõ tr−êng vμ ®iÖn tr−êng biÕn thiªn trong kh«ng gian. r r Ev r H ChØ cã thμnh phÇn ®iÖn tr−êng t¸c dông vμo m¾t míi g©y c¶m gi¸c s¸ng
r → Dao ®éng cña E lμ dao ®éng s¸ng: 2 πL r x = a cos( ωt − ) O λ x0= a.cosωt -dao ®éng t¹i gèc O. x= acos ω(t -τ) = T¹i r:(τ thêi gian trÔ) 2π L 2 πL a cos( ωt − ) = a cos( ωt − ) λ Tc 2. 2. c−êng ®é s¸ng: C−êng ®é s¸ng t¹i mét ®iÓm lμ mét ®¹i l−îng cã trÞ sè b»ng n¨ng l−îng truyÒn qua mét ®¬n vÞ diÖn tÝch ®Æt vu«ng gãc víi ph−¬ng truyÒn s¸ng trong mét ®¬n vÞ thêi gian: I = ka2, k lμ hÖ sè tû lÖ. LÊy k = 1 cã: I = a2.
2.3. Nguyªn lý chång chÊt: Khi hai hay nhiÒu ¸nh s¸ng gÆp nhau th× tõng sãng riªng biÖt kh«ng bÞ c¸c sãng kh¸c lμm nhiÔu lo¹n. Sau khi gÆp nhau, c¸c sãng ¸nh s¸ng vÉn truyÒn ®i nh− cò, Cßn t¹i nh÷ng ®iÓm gÆp nhau dao ®éng s¸ng b»ng tæng c¸c dao ®éng thμnh phÇn. 2.4. Nguyªn lý Huyghen: Nh÷ng sãng tõ nguån O truyÒn ra ngoμi mÆt kÝn bÊt k× S bao quang nguån O, cã tÝnh chÊt gièng hÖt nh÷ng sãng mμ ta sÏ cã, nÕu ta bá nguån O ®i vμ thay b»ng nh÷ng nguån phô (thø cÊp) thÝch hîp ph©n phèi trªn mÆt S.
3. Giao thoa ¸nh s¸ng bëi 2 nguån kÕt hîp 3.1. T¹o hai nguån s¸ng kÕt hîp: Hai sãng kÕt hîp cã hiÖu pha kh«ng ®æi. Hai nguån s¸ng kh¸c nhau kh«ng ®¸p øng ®iÒu kiÖn ®ã. khe Young hay g−¬ng Frenen: S r1 y r2 D O1 O1 l O2 O2 O1O2 lμ 2 nguån O1O2 lμ 2 nguån kÕt hîp kÕt hîp (thø cÊp) (¶o)
3.2. Kh¶o s¸t hiÖn t−îng giao thoa: r1 y 2πL1 r2 D O1 x 1 = a cos( ωt − l ) O2 λ 2π HiÖu pha 2 πL 2 Δϕ = ( L1 − L 2 ) x 2 = a cos( ωt − λ ) λ λD y=k L1-L2=r1-r2=kλ V©n s¸ng l L1-L2=r1-r2=(2k+1)λ/2 λD y = (2k + 1) V©n tèi 2l Kho¶ng c¸ch 2 v©n s¸ng liªn tiÕp i= λD/l C¸c v©n giao thoa cã d¹ng hypecbol ®èi xøng qua v©n gi÷a. V©n gi÷a lμ v©n s¸ng
• Giao thoa ¸nh s¸ng tr¾ng 0,4μm ≤ λ ≤ 0,76μm
3.3. HiÖn t−îng giao thoa do ph¶n x¹ • ThÝ nghiÖm cña L«i (Lloyd) Theo lý thuyÕt V©n s¸ng O M L1-L2=OI+IM-OM =kλ I V©n tèi L1-L2=OI+IM-OM=(2k+1)λ/2 Thùc tÕ ng−îc l¹i → Sau ph¶n x¹ ®¶o pha 2π Δϕ = ( L1 − L 2 ) + π n1 λ L1 cña tia ph¶n x¹ n2 dμi thªm λ/2 ChØ khi n2 > n1
4. Giao thoa g©y bëi c¸c b¶n máng 4.1. B¶n máng cã bÒ dÇy thay ®æi -V©n cïng ®é dμy O Tia lã cña tia ph¶n x¹ tõ ®¸y d−íi (®á) giao thoa víi tia i1 ph¶n x¹ tõ mÆt trªn (xanh) i1 R M cña tÊm HiÖu quang lé: B dn L1-L2=OB+n(BC+CM)-(OM+λ/2) i2 C = n(BC+CM)-RM-λ/2 RM=BM.sini1=2d.tgi2.sini1 BC = CM = d/cosi2 λ 2d ΔL = L 1 − L 2 = n − 2d.tgi 2 sin i1 − cos i 2 2
sin i1 =n 1 sin i 2 cos i 2 = n − sin i1 2 2 n sin i1 sin i 2 = n 2d 2d.tgi 2 sin i1 = ( n − sin i1 ) 2 2 n cos i 2 λ ΔL = 2d ( n − sin i1 ) − 2 2 2 V©n s¸ng: L1-L2 =kλ V©n tèi: L1-L2 =(2k+1)λ/2 Gãc nh×n x¸c ®Þnh => i1 x¸c ®Þnh =>Mçi v©n øng víi mét ®é dÇy d x¸c ®Þnh => V©n cïng ®é dÇy
• Nªm kh«ng khÝ Tia lã cña tia ph¶n x¹ tõ ®¸y d−íi (®en) tÊm trªn giao thoa víi tia ph¶n x¹ tõ mÆt d trªn (®á) cña tÊm d−íi L1-L2 =2d+ λ/2 HiÖu quang lé V©n s¸ng: L1-L2 =2d+ λ/2=k λ dS = (2k-1)λ/4 dT =k.λ/2 V©n tèi: L1-L2 =2d+λ/2=(2k+1) λ/2 øng dông: KiÓm tra ®é ph¼ng cña kÝnh sai sè 0,03-0,003 μm
• V©n trßn Niut¬n Tia ph¶n x¹ tõ tÊm ph¼ng R (xanh) vμ Tia ph¶n x¹ tõ mÆt rk cong cÇu (®á) giao thoa víi dk nhau: V©n tèi : dk =k. λ/2 B¸n kÝnh v©n: rk = R − ( R − d k ) 2 2 rk ≈ 2 Rd k = Rλ k V©n s¸ng : dk =(2k-1). λ/4
4.2. B¶n máng cã bÒ dÇy kh«ng M ®æi - V©n cïng ®é nghiªng Tia lã cña tia ph¶n x¹ tõ ®¸y d−íi giao thoa víi tia i1 ph¶n x¹ tõ mÆt trªn cña d, n tÊm λ ΔL = 2d ( n − sin i1 ) − 2 2 2 ΔL=(2k+1)λ/2 Tèi ΔL=kλ S¸ng C¸c v©n giao thoa s¸ng tèi lμ c¸c vßng trßn ®ång t©m. d=const → v©n tuú thuéc vμo i1→ V©n cïng ®é nghiªng
4.3. øng dông hiÖn t−îng giao thoa • Khö ph¶n x¹ c¸c mÆt kÝnh d ntk > n > 1 λ0 λ ΔL=2dn=λ0/2 d= = ntk 4n 4 λ0 trong ch©n kh«ng, λ trong líp phñ n n = n tk λ0 =0,555μm ¸nh s¸ng nh¹y nhÊt • §o chiÕt suÊt chÊt láng vμ chÊt khÝ - Giao thoa dn kÕ Rª l©y (Rayleigh) 0 2 èng ®Òu ®ùng chuÈn Thay b»ng chÊt cÇn ®o mλ n0 dÞch ®i m kho¶ng v©n n= + n0 n mλ = (n-n0)d d
• §o chiÒu dμi - Giao thoa kÕ G1 M1 Maikenx¬n Micheson ΔL=0 V©n trung t©m s¸ng P’ M’2 M2 A DÞch ®i m kho¶ng v©n O P 2l = mλ l = mλ/2 lG • ThÝ nghiÖm Maikenx¬n 2 Chøng minh tiªn ®Ò Anhxtanh vÒ vËn tèc AS Gi¶ thiÕt: Tr¸i ®Êt quay quanh mÆt trêi víi vËn tèc v. Theo c¬ häc cæ ®iÓn vËn tèc AS : däc theo ph−¬ng ch®éng cña tr¸i ®Êt: c// = c±v Vu«ng gãc víi ph−¬ng c® cña tr¸i ®Êt: c⊥ = c
G1 M1 AM1=AM2= l AM2// ph−¬ng ch®éng M2 tr¸i ®Êt A O AM1⊥ ph−¬ng ch®éng P tr¸i ®Êt G2 t1 thêi gian ®i AM1, t2 thêi gian ®i AM2 v l l 2 lc 2 lc 1 β= t2 = + =2 =2 c−v c+v c −v c 1 − β2 c 2 1 2l ≈ 1 + β2 t2 = (1 + β ) 2 1 − β2 c