BÀI TẬP QUANG HỌC ĐẠI CƯƠNG

BÀI TẬP QUANG HỌC ĐẠI CƯƠNG

1

KHOA VẬT LÍ – TỔ VẬT LÍ ĐẠI CƯƠNG – HỌC KÌ 2 NĂM HỌC 2012-2013

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP.HCM

2

Thế nào là hiện tượng nhiễu xạ?

3

Nhiễu xạ và giao thoa khác nhau thế nào?

Câu hỏi tuần sau

4

k

abS

a b

5

Chủ đề 1 NHIỄU XẠ FRESNEL QUA 1 LỖ TRÒN

S: nguồn sáng: mặt cầu tâm S bán kính aP: điểm khảo sátb = Mo P

S: nguồn sángP: điểm được chiếu sáng: mặt sóng cầua: bán kính mặt cầu Sb: khoảng cách từ điểm quan sát đến mặt sóng cầu

.k

abr k

a b

1. Biên độ dao động tại P do các đới gây ra: ap = a 1 – a 2 + a 3 …± a n

k

abS

a b

6

Chủ đề 1 NHIỄU XẠ FRESNEL QUA 1 LỖ TRÒN

k

abS

a b

1. Bán kính đới cầu thứ k:

2. Diện tích các đới cầu:

1

2 2n

P

aaa

BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM NHIỄU XẠ QUA LỖ TRÒNBỐ TRÍ THÍ NGHIỆM NHIỄU XẠ QUA LỖ TRÒN

7

Ta có thể thay đổi b để quan sáng cường độ sáng tại tâm P

8

• NHIỄU XẠ FRESNEL QUA 1 LỖ TRÒNChủ đề 1Gọi n là số đới chứa trong lỗ tròn

1

2 2n

P

aaa Dấu + n lẻ

Dấu – n chẵn

k

abS

a b

9

Nếu lỗ tròn chứa được k đới thì ta xem bán kính lỗ tròn bằng bán kính đới thứ k

tron = .lo k

abr r k

a b

Gọi Io , a là cường độ và biên độ ánh sáng tớiKhi không có màn chắn an~0 ap =OI Ip = Io

Khi số đới chứa trong lỗ là lẻ thì Ip >Io (P sáng hơn)

Khi số đới chứa trong lỗ là chẵn: Ip < Io (P tối hơn)

Khi có 1 đới n = 1: Ip=a12

=4a2 =4Io

(cường độ sáng tại P gấp 4 lần khi không có màn) Khi có 2 đới n = 2: Ip = 0 do (a1≈a2)

Tại P là tối nhất

• NHIỄU XẠ FRESNEL QUA 1 LỖ TRÒNChủ đề 1

10

1 2

2 2P

a aa

1 112 2P

a aa a

Phương pháp đường xoắn ốc

Biên độ sóng tới: a = ao =OIĐới Fresnel thứ nhất: - Nửa vòng tròn OA. - Biên độ: a1=OA=2OI =2a

Đới Fresnel thứ hai: - Nửa vòng tròn AB. - Biên độ: a2=AB 2a2 đới Fresnel: - Biên độ: aP=OB 0

C

11

Phương pháp đường xoắn ốc

Nửa đới Fresnel thứ nhất: - Cung tròn OJ- Biên độ: ap = OJ = a√2

12

Đới Fresnel thứ nhất + nửa đới Fresnel thứ 2: - Cung tròn OJAF- Biên độ: ap = OF = a√2

• NHIỄU XẠ FRESNEL QUA 1 LỖ TRÒNChủ đề 1

1. Nếu sử dụng PP đới cầu mà sóng tới là sóng phẳng thì: a→∞ 2. Nếu lỗ tròn chứa được k đới thì ta xem bán kính lỗ tròn bằng

bán kính đới thứ k3. Số đới chứa trong lỗ tròn phụ thuộc bán kính lỗ tròn và khoảng

cách b đến điểm quan sát P4. Số đới cầu chứa trong lỗ càng tăng thì cường độ sáng tại tâm

nhiễu xạ giảm5. Tâm nhiễu xạ (điểm P) tối nhất khi lỗ tròn có 2 đới n = 26. Ta thường sử dụng PP đường xoắn ốc khi số đới cầu là không

nguyên7. Biên độ dao động do đới gây ra tại P sẽ tỉ lệ với diện tích đới

hay diện tích lỗ tròn

1. Nếu sử dụng PP đới cầu mà sóng tới là sóng phẳng thì: a→∞ 2. Nếu lỗ tròn chứa được k đới thì ta xem bán kính lỗ tròn bằng

bán kính đới thứ k3. Số đới chứa trong lỗ tròn phụ thuộc bán kính lỗ tròn và khoảng

cách b đến điểm quan sát P4. Số đới cầu chứa trong lỗ càng tăng thì cường độ sáng tại tâm

nhiễu xạ giảm5. Tâm nhiễu xạ (điểm P) tối nhất khi lỗ tròn có 2 đới n = 26. Ta thường sử dụng PP đường xoắn ốc khi số đới cầu là không

nguyên7. Biên độ dao động do đới gây ra tại P sẽ tỉ lệ với diện tích đới

hay diện tích lỗ tròn

Lưu ý khi làm BT

13

Dạng: Nhiễu xạ qua 1 dĩa tròn

14

• NHIỄU XẠ QUA 1 KHE HẸP CHỦ ĐỀ 2

Gọi i là góc lệch của chùm tia nhiễu xạ so với pháp tuyến

i

15

i

D

• NHIỄU XẠ QUA 1 KHE HẸP CHỦ ĐỀ 2

16

17

Gọi io là góc tới và i góc nhiễu xạ a: bề rộng khe hẹp P: ảnh nhiễu xạ A: biên độ nhiễu xạ do toàn khe gây ra tại P a1: biên độ sóng nhiễu xạ của tia đi qua O gây ra tại P f: tiêu cự của TKHT

1. Cực tiểu nhiễu xạ:

sin sin ( 1, 2...)

, bé

.

o

o o

ct

i i k ka

i i i i ka

x k fa

1. Cực đại nhiễu xạ:

sin sin (2 1) ( 1, 2...)2

, bé (2 1)2

(2 1) .2

o

o o

cd

i i k ka

i i i i ka

x k fa

Khoảng cách giữa 2 cực đại và cực tiểu liện tiếp: .i x fa a

18

Phân bố cường độ sáng của nhiễu xạ qua 1 khe hẹp

19

20

Cực đại giữa NX (cực đại giữa hình học): i = io u = 0 I = Io

Cực đại NX thứ 1: k=1,-2 u=3/2 I1=4/92 Io= 0,044 Io

Cực đại NX thứ 2: k=2,-3 u=5/2 I2=4/252 Io= 0,016 Io

2 2sin 1( ) u = ( ) ( )

2o o

uI A i i a k

u

NX: 90% Năng lượng ánh sáng tập trung ở vân giữa NX

• NHIỄU XẠ QUA 2 và N KHE HẸPCHỦ ĐỀ 3

“Trong nhiễu xạ có giao thoa”

Giữa 2 cực đại chính giao thoa có: N-1 cực tiểu giao thoa và N-2 cực đại phụ giao thoa

21

Nhiễu xạ 1 khe

Nhiễu xạ 2 khe

So sánh ảnh nhiễu xạ?

Vân giao thoa

Cực đại giữa NX

22

Cực tiểu NX

So sánh thí nghiệm khe Young và nhiễu xạ 2 khe hẹp.

Câu hỏi tuần sau

23

Nhiễu xạ qua 2 khe

24

Các em quan sát hình vẽ về phân bố cường độ của ảnh nhiễu xạ, sau đó xem ảnh nhiễu xạ thực tếLí giải vì sao 7 khe thì không quan sát được cực đại phụ giao thoa?

25

Vân giữa nhiễu xạ

26

Quan sát ảnh nhiễu xạ của 1, 2, 3, 4, 5, 7 khe hẹp

27

1. Cực tiểu nhiễu xạ:

sin sin ( 1, 2...)

, bé

.

o

o o

ct

i i k ka

i i i i ka

x k fa

2. Cực đại nhiễu xạ:

sin sin (2 1) ( 1, 2...)2

, bé (2 1)2

(2 1) .2

o

o o

cd

i i k ka

i i i i ka

x k fa

Vân giữa nhiễu xạ bị giới hạn bởi 2 cực tiểu nhiễu xạ thứ 1

Gọi io là góc tới và i góc nhiễu xạ a: bề rộng khe hẹp l: khoảng cách điểm giữa 2 khe liên tiếp P: ảnh nhiễu xạ

a: biên độ nhiễu xạ do N khe gây ra tại P A: biên độ nhiễu xạ do 1 khe gây ra tại P a1: biên độ sóng nhiễu xạ của tia đi qua O gây ra tại P f: tiêu cự của TKHT

28

3. Cực tiểu giao thoa:

sin sin ( 1,2...)

, bé

.

o

o o

ctgt

i i k kNl

i i i i kNl

x k fNl

4. Cực đại chính giao thoa:

sin sin ( 0, 1, 2...)

, bé

.

o

o o

cdcgt

i i k kl

i i i i kl

x k fl

5. Cực đại phụ giao thoa:

sin sin (2 1) ( 1,2...)2

, bé (2 1)2

(2 1) .2

o

o o

cdpgt

i i k kNl

i i i i kNl

x k fNl

29

30

Phân bố cường độ sáng của nhiễu xạ qua 2, nhiều khe hẹp

2 2 2sin 1a ( ) u = ( ) ( )

2o o

uI A i i a k

u

Biểu thức cường độ sáng:

Vân giữa NX: I = Io = N2.Io1

Xét trong vân giữa NX:

Cực đại chính giao thoa:

i = io u = 0 I = Io

Cực đại NX thứ 1: k=1,-2 u=3/2 I1=4/92 Io= 0,044 Io

Cực đại NX thứ 2: k=2,-3 u=5/2 I2=4/252 Io= 0,016 Io

31

Xét trong vân giữa NX:

Cực đại chính giao thoa:

Cđcgt ở giữa (k=0): u = 0 I = Io

Cđcgt thứ 1: k=1 u=/4 I1=8/2 Io= 0,8 Io

Cđcgt thứ 2: k=2 u=/2 I2=4/252 Io= 0,016 Io

2sin( ) u = ( ) (do )cdcgt o o o

u k a kI I i i a i i

u l l

• CÁCH TỬ NHIỄU XẠCHỦ ĐỀ 4

Cách tử là một hệ thống gồm N khe hẹp giống hệt nhau, bề rộng a, đặt cách đều nhau, khoảng cách giữa 2 khe liên tiếp là l (điểm giữa 2 khe). n là chu kì cách tử: n= 1/lCấu tạo cách tử rất tinh vi, trên mỗi mm cách tử có rất nhiều khe.

32

Quan sát phổ nhiễu xạ của cách tử.

Quang phổ bậc 1

Quang phổ bậc 2

33

34

THÍ NGHIỆM CÁCH TỬ NHIỄU XẠ - HỌC PHẦN TNVLĐC 2HKI năm 3