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 2012-2013TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP.HCM

2

• THÍ NGHIỆM KHE YOUNG(Young’s double slit experiment)Chủ đề 1

Nhà vật lí người Anh

3

Vân sáng trung tâm k=0

Vân sáng thứ 1 k=1

Vân tối thứ 1 k=-1Vân sáng thứ 1 k=-1

Vân tối thứ 1 k=0

Hệ vân: Màn//S1 S2

vân sáng , tối xen kẽ.Là những đường hyperbol nhưng D lớn xem là vân thẳng

2 nguồn sáng kết hợp:Cùng phương, cùng tần sốĐộ lệch pha không đổi theo thời gian

1.Giao thoa với ánh sáng trắng?

2. So sáng giao thoa sóng ánh sáng và sóng nước

2 sóng cùng pha

2 sóng ngược pha

4

Câu hỏi lấy điểm cộng (Làm ra giấy)

• THÍ NGHIỆM KHE YOUNGChủ đề 1

Video

5

l: khoảng cách giữa 2 khe

D: Khoảng cách từ 2 khe tới màn quan sát d: khoảng cách từ nguồn S đến 2 khe S1 S2

λ: bước sóng ánh sáng tới

• THÍ NGHIỆM KHE YOUNG(Young’s double slit experiment)Chủ đề 1

6

• THÍ NGHIỆM KHE YOUNG (công thức cần nhớ)Chủ đề 1

1. Điều kiện cho cực đại giao thoa: δ = kλ (k=0,±1±2…)

2. Điều kiện cho cực tiểu giao thoa:

3. Bề rộng khoảng vân:

4. Vị trí vân sáng:

5. Vị trí các vân tối:

1(2 1) ( ) (k=0, 1, 2...)

2 2k k

Di

l

s

Dx ki k

l

1( ) (2 1)

2 2t

Dx k i k

l

7

• THÍ NGHIỆM KHE YOUNGChủ đề 1

8

Dạng 1: Xác định khoảng vân, vị trí vân

Dạng 2: Tính số vân trên miền giao thoa cho

trước

Dạng 3: Giao thoa khe Young trong môi trường

có chiết suất n

Dạng 4: Giao thoa với chùm ánh sáng đa sắc,

ánh sáng trắng

Dạng 5: Dịch chuyển hệ vân

9

- Gọi L là bề rộng vùng giao thoa cho trước (đối xứng qua vân TT)

-Xét X=L/2

Dạng 2: Tính số vân trên miền giao thoa cho trước

VD: X/i= 1,5 Ns = 1 x 2 +1 = 3, Nt = 4

VD: X/i= 1,15 Ns = 1 x 2 +1 = 3, Nt = 2

VD: X/i= 1,75 Ns = 1 x 2 +1 = 3, Nt = 4

TH x/i Số vân sáng Số vân tối

1 Nguyên = m 2m+1 2m= Ns - 1

2 Bán nguyên = m+1/2 2m+1 2(m+1) = Ns + 1

3 Bất kì = m+t (t<0,5) 2m+1 2m= Ns - 1

4 Bất kì = m+t (t>0,5) 2m+1 2(m+1)= Ns + 1

10

Dạng 3: Giao thoa khe Young trong môi trường có chiết suất n

Gọi là bước sóng ánh sáng trong chân không ( hay không khí)

Trong môi trường có chiết suất n thì:

'

'

ni

in

(SV tự CM lại)

• GIAO THOA VỚI GƯƠNG FRESNELCHỦ ĐỀ 2

Hai nguồn sáng S1 ,S2

là ảnh ảo của S qua gương

l = S1 S2 =2r D=IO = IA+AO λ: bước sóng

Góc rất nhỏ

Hệ vân: Màn//S1 S2

Thẳng, sáng , tối xen kẽ, cách đều nhau 11

AO=a

CHỦ ĐỀ 2• GIAO THOA VỚI 2 BÁN THẤU KÍNH BILLET

(Billet half lens)CHỦ ĐỀ 3

S1 S2 là ảnh của S qua thấu kính

'df

dd f

l = S1 S2

λ: bước sóng

12

K

• GIAO THOA VỚI BẢN MỎNG(Thin film interference)CHỦ ĐỀ 4

Dạng 1: Bản mỏng hai mặt song song có bề dày không đổi

Hệ vân: Những đường tròn đồng tâm sáng tối xen kẽ. (Vân cùng độ nghiêng)

< 1mm

Ứng dụng: Phủ màng

e

Lưu ý: tia phản xạ trên bề mặt có chiết quang hơn thì quang lộ +/2

13

e

• GIAO THOA VỚI BẢN MỎNGCHỦ ĐỀ 4

+

=2n’ecosr+/2 = P (P: bậc giao thoa) =2n’ecosr

14

• GIAO THOA VỚI BẢN MỎNGCHỦ ĐỀ 4Dạng 1: Bản mỏng hai mặt song song có bề dày không đổi

Bậc giao thoa:

2 cos 12 cos

2 2

ne rne r P P

Lưu ý:- Bậc giao thoa ở tâm Po là lớn nhất , vân cáng xa có P giảm (Do ra xa tâm i tăng, r tăng, cosr giảm nên P giảm)- Po nguyên tâm là điểm (vân) sáng- Po bán nguyên tâm là điểm (vân)tối- e giảm Po giảm nên vân sẽ chạy vào tâm, hệ vân thu hẹp- e tăng Po tăng nên vân xuất hiện thêm, hệ vân mở rộng- Bản không khí là lớp không khí bề dày e giới hạn bởi 2 bản thủy tinh song song.

Nếu: i=0 r=0 0

2 1

2

neP

15

Với n là chiết suất bản mỏng.

0

2 1

2

eP

• GIAO THOA VỚI BẢN MỎNGCHỦ ĐỀ 4

Để tính bán kính vân sáng, tối. Sau khi tính Po ta tách như sau: Po = N+ (0 <1)Po = N’+ 0,5+ ’ (0 ’<0,5) Áp dụng CT sau:

16

CÁC TRƯỜNG HỢP VỀ PO

Vd: Po = 200,33 N=200 và =0,33 và N’=199 & ’ =0,83Vd: Po = 200,83 N=200 và =0,83 và N’=200 & ’ =0,33Lưu ý qui ước:Po nguyên thì tại tâm là vân sáng thứ 1, R=0Po bán nguyên thì tại tâm là vân tối thứ 1, R=0 VD: Po = 150,8 tại tâm là vân bất kì. =0,8 & ’ =0,3

'. '. ( 1)ks k

nr f i f k

e ' ( ' 1)

kt

nr f k

e

1. (0,8 1 1) . 0,8s

n nr f f

e e

1' (0,3 1 1) ' 0,3t

n nr f f

e e

17

P=150,5 Vân tối thứ 1

P=150 Vân sáng thứ 1 Po = 150,8

VD: Po = 150,8 tại tâm là vân bất kì. =0,8 & ’ =0,3

1. (0,8 1 1) . 0,8s

n nr f f

e e

1' (0,3 1 1) ' 0,3t

n nr f f

e e

• GIAO THOA VỚI BẢN MỎNGCHỦ ĐỀ 4

1. Hiệu quang lộ 2 tia phản xạ ở 2 mặt bản song song

2. Bậc giao thoa tại tâm

3. Bán kính của vân sáng thứ k

4. Bán kính của vân tối thứ k

0

2 1

2

neP

• GIAO THOA VỚI BẢN MỎNGCHỦ ĐỀ 4

. . ( 1)ks k

nr f i f k

e

. ( ' 1)kt

nr f k

e

2 cos2

i=0: 22

ne r P

Khi ne

Hệ vân: Những đường thẳng sáng, tối cách đều nhau, song song cạnh nêm . Cạnh nêm là vân tối thứ 0 (e=0)

19

• GIAO THOA VỚI BẢN MỎNGCHỦ ĐỀ 4

Dạng 2: Bản mỏng có bề dày thay đổi – Nêm

- Nêm là 1 bản mỏng của 1 môi trường trong suốt giới 2 bởi 2 mặt phẳng.- Nêm không khí, môi trường KK giới hạn bởi 2 bản thủy tinh mỏng.- Vân giao thoa định xứ trên mặt nêm

20

• GIAO THOA VỚI BẢN MỎNGCHỦ ĐỀ 4 Dạng 2: Bản mỏng có bề dày thay đổi – Nêm

1. Hiệu quang lộ 2 tia phản xạ ở 2 mặt nêm

2. Bề dày nêm ứng vân sáng thứ k

3. Bề dày nêm ứng vân tối thứ k

4. Vị trí vân sáng trên mp nêm

5. Vị trí vân tối trên mp nêm

6. Khoảng vân i

2 cos i=0: 2 Nê kk: 22 2 2

ne r Khi ne m e

2 1.

4sk

kk e

1( )

2 2tkk e k

2tk

tk

xx k

2 1.

4sk

sk

x kx

2i

n

Dạng 2: Bản mỏng có bề dày thay đổi – Vân tròn Newton

21

• GIAO THOA VỚI BẢN MỎNGCHỦ ĐỀ 4

- Hệ gồm TK phẳng lồi đặt tiếp xúc trên tấm kính phẳng. Lớp KK ở giữa có bề dày thay đổi- Chiếu chùm sáng song song vuông góc lớp KK. Quan sát thấy hệ vân giao thoa định xứ trên mặt cong TK- Hệ vân: Những vân tròn sáng tối, đồng tâm. Càng ra xa hệ vân càng sít lại.- Tại tâm là vân tối thứ 0 (e=0)

X = ek

22

Trong thí nghiệmG1: gương bán mạM: Hệ kính ngắmS: nguồn sáng

Mắt quan sát

23

Dạng 2: Bản mỏng có bề dày thay đổi – Vân tròn Newton

• GIAO THOA VỚI BẢN MỎNGCHỦ ĐỀ 4

23

1. Hiệu quang lộ 2 tia phản xạ ở 2 mặt lớp KK

2. Bề dày lớp KK ứng vân sáng thứ k

3. Bề dày lớp KK ứng vân tối thứ k

4. Bán kính vân sáng thứ k

5. Bán kính vân tối thứ k

2 cos i=0: 2 KK: 22 2 2

ne r Khi ne e

2 1.

4sk

kk e

1( )

2 2tkk e k

1 ( 1, 2...)

2ksr R k k

( 0,1,2...)tkr R k k

24

2 cos i=0: 2 2 2

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

4 2

( 0,1,2...)2

ksk s

tk tk

ne r Khi ne

k Re r k k

n n

Re k r k k

n n

Nếu môi trường giữa thấu kính và bản thủy tinh phẳng

có chiết suất n>1 thì:

Dạng 2: Bản mỏng có bề dày thay đổi – Vân tròn Newton

• GIAO THOA VỚI BẢN MỎNGCHỦ ĐỀ 4

25

Dạng BT 1: Tính bán kính vân sáng, tối

Dạng BT 2: Tính bề dày lớp KK ứng vân sáng, tối

Dạng BT 3: Dịch chuyển tấm thủy tinh

Dạng 2: Bản mỏng có bề dày thay đổi – Vân tròn Newton

• GIAO THOA VỚI BẢN MỎNGCHỦ ĐỀ 4

- Khi dịch tấm thủy tinh ra xa, bề dày lớp

không khí tăng lên.

- Các vân giao thoa chạy về tâm, biến mất

- Vân thứ k chạy về tâm khi bản thủy tinh

dịch ra đoạn bằng bề dày lớp KK thứ k:

X = ek

Video – VÂN TRÒN NEWTON

26