Bài giảng Giao thoa sóng ánh sáng

Bài giảng "Giao thoa sóng ánh sáng" cung cấp cho người học các kiến thức về: Nguyên lý chồng chất; Nguyên lý Huyghen; Định lý Malus; Hàm sóng ánh sáng; Giao thoa bản mỏng có bề dày không đổi – vân cùng độ nghiêng; Ứng dụng hiện tượng giao thoa;... Mời các bạn cùng tham khảo.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Giao thoa sóng ánh sáng GIAO THOA ÁNH SÁNG Ánh sáng là sóng điện từ nghĩa là một trường điện từ biến thiên truyền trong không gian. Thực nghiệm chứng tỏ rằng chỉ có thành phần điện trường khi tác dụng vào mắt mới gây cảm giác sáng  dao động của vectơ E gọi là dao động sáng Nguyên lý chồng chất Hai sóng có cường độ điện trường E1 E2 gặp nhau tại một điểm trong không gian. Các sóng đó không làm nhiễu loạn nhau. Sau khi gặp nhau, các sóng truyền đi như khi chúng truyền đi riêng rẽ. Tại điểm gặp nhau cường độ điện trường tổng hợp    E  E1  E2 Nguyên lí chồng chất chỉ đúng đối với các sóng ánh sáng có cường độ yếu (ánh sáng do các nguồn sáng thông thường phát ra). Sự chồng chất các sóng cùng tần số Tại 1 thời điểm trong không gian có sự chồng chất của hai sóng có cùng tần số s1 = a1 sin ( t + 1) s2 = a2 sin ( t + 2) Theo nguyên lý chồng chất ta có S = s1 + s2 = a1 sin ( t + 1) + a2 sin ( t + 2) = a sin ( t + ) Phương trình sóng tổng hợp có cùng dạng với phương trình sóng của từng sóng tới, cùng tần số . Biên độ a2 = a12 + a22 + a1 a2 cos (2 - 1) Góc pha a1sinα1  a 2sinα 2 tg  a1cosα1  a 2cosα 2 Nguyên lý Huyghen Mọi điểm trên mặt sóng đều dùng làm nguồn điểm của các sóng cầu thứ cấp. Sau thời gian t, vị trí mới của mặt sóng là bao hình của tất cả các sóng thứ cấp trên. Bất kỳ một điểm nào nhận được sóng ánh sáng truyền đến đều trở thành nguồn sáng thứ cấp phát sóng ánh sáng về phía trước nó Quang lộ L Xét hai điểm A, B trong môi trường đồng tính chiết suất n, cách nhau 1 đoạn d Thời gian ánh sáng đi từ A  B d t v : vận tốc ánh sáng trong môi trường v Quang lộ giữa hai điểm A, B là đoạn đường ánh sáng truyền được trong chân không trong khoảng thời gian t, t là khoảng thời gian ánh sáng đi đoạn đường AB trong môi trường c n L  ct v L  nd Định lý Malus Là dạng phát biểu tương đương định luật Đềcac Quang lộ của các tia sáng n1 giữa hai mặt trực giao của n2 một chùm sáng bằng nhau. Mặt trực giao là mặt vuông góc với các tia sáng. L1  A1I1B1  n1A1I1  n 2 I1B1 L2  A2 I 2 B2  n1A2 I 2  n 2 I 2 B2 L1  L 2 Hàm sóng ánh sáng Tương tự hàm sóng trong dao động cơ  2π  x  Acos  ω t  L  λ   pha ban đầu của dao động sóng Cường độ sáng Cường độ sáng tại một điểm là đại lượng có trị số bằng năng lượng truyền qua 1 đơn vị diện tích đặt vuông góc với phương truyền sáng trong 1 đơn vị thời gian tỉ lệ với bình phương 1   1  o 2 I Eo I  biên độ dao động sáng o 2 Ho 2  o 2  o tại điểm đó Cách tạo hai sóng kết hợp Hiện tượng giao thoa là hiện tượng chồng chất của 2 (hay nhiều sóng) ánh sáng thỏa nguyên lý chồng chất. Kết quả là trong trường giao thoa xuất hiện những miền sáng, miền tối. Tương tự sóng cơ, chỉ có sóng kết hợp mới tạo hiện tượng giao thoa Xét ánh sáng phát ra từ hai nguồn riêng biệt. Tại một điểm sẽ nhận được sóng do 2 nguồn gởi tới, mỗi sóng sẽ có 1 pha nào đó, hiệu pha thay đổi  sóng do hai nguồn riêng biệt phát ra là 2 sóng không kết hợp. Cách tạo hai sóng kết hợp Tách sóng phát ra từ 1 nguồn duy nhất thành 2 sóng sau đó cho chúng gặp nhau  hiệu pha 2 sóng không phụ thuộc thời gian  2 sóng kết hợp. Nguyên tắc tạo 2 sóng kết hợp là từ 1 nguồn sóng duy nhất tách ra thành 2 sóng riêng biệt Khe Young Gương Fresnel Hai gương phẳng G1, G2 đặt nghiêng nhau góc  nhỏ. G2 Nguồn S đặt G1 trước hai gương sẽ cho 2 ảnh ảo S1, S2  2 nguồn kết hợp. Gương Lloyd Dụng cụ gồm 1 tấm thủy tinh mặt sau bôi đen. Nguồn đơn sắc S đặt trên gương. Hai nguồn kết hợp: 1 thực (S), 1 ảo (S1) P S   S1 Mirror Tách sóng phát ra từ 1 nguồn duy nhất thành 2 sóng (2 sóng đó có thể là ảnh ảo hoặc ảnh thật của 1 nguồn), sau đó cho chúng gặp nhau  hiệu pha 2 sóng không phụ thuộc thời gian  2 sóng kết hợp. Giả sử pha ban đầu 1 = 2 = 0 2π L1 λ 2π L 2 λ n L= n r n π  I  4E o cos  L 2  L1  2 2 λ  π  I  4E o cos  L 2  L1  2 2 Cực đại giao thoa λ  π L 2  L1   k π k = 0, 1, 2, … bậc giao thoa λ L2  L1  k λ I  I max  4E o 2 Cực tiểu giao thoa π π L2  L1   2k  1 k = 0, 1, 2, … λ 2 λ L 2  L1  2k  1 I  I min  0 2 Cực đại giao thoa L2  L1  k λ  1 Cực tiểu giao thoa L 2  L1   k   λ  2 Khi chuyển từ điểm Mk ứng với cực đại (cực tiểu) bậc k sang bậc (k+1) thì hiệu quang lộ của các tia từ hai nguồn kết hợp đến điểm đó thay đổi 1 giá trị bằng bước sóng. Hình dạng và vị trí vân giao thoa Hình dạng vân giao thoa là các đoạn thẳng song song cách đều nhau x a a D Cực đại giao thoa – vị trí vân sáng n r2  r1   k λ  a x L2  L1  k λ ...