BÀI TẬP QUANG HỌC ĐẠI CƯƠNG
description
Transcript of BÀI TẬP QUANG HỌC ĐẠI CƯƠNG
![Page 1: BÀI TẬP QUANG HỌC ĐẠI CƯƠNG](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814582550346895db25ec4/html5/thumbnails/1.jpg)
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
![Page 2: BÀI TẬP QUANG HỌC ĐẠI CƯƠNG](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814582550346895db25ec4/html5/thumbnails/2.jpg)
2
![Page 3: BÀI TẬP QUANG HỌC ĐẠI CƯƠNG](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814582550346895db25ec4/html5/thumbnails/3.jpg)
Thế nào là hiện tượng nhiễu xạ?
3
![Page 4: BÀI TẬP QUANG HỌC ĐẠI CƯƠNG](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814582550346895db25ec4/html5/thumbnails/4.jpg)
Nhiễu xạ và giao thoa khác nhau thế nào?
Câu hỏi tuần sau
4
![Page 5: BÀI TẬP QUANG HỌC ĐẠI CƯƠNG](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814582550346895db25ec4/html5/thumbnails/5.jpg)
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
![Page 6: BÀI TẬP QUANG HỌC ĐẠI CƯƠNG](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814582550346895db25ec4/html5/thumbnails/6.jpg)
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
![Page 7: BÀI TẬP QUANG HỌC ĐẠI CƯƠNG](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814582550346895db25ec4/html5/thumbnails/7.jpg)
BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM NHIỄU XẠ QUA LỖ TRÒNBỐ TRÍ THÍ NGHIỆM NHIỄU XẠ QUA LỖ TRÒN
7
![Page 8: BÀI TẬP QUANG HỌC ĐẠI CƯƠNG](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814582550346895db25ec4/html5/thumbnails/8.jpg)
Ta có thể thay đổi b để quan sáng cường độ sáng tại tâm P
8
![Page 9: BÀI TẬP QUANG HỌC ĐẠI CƯƠNG](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814582550346895db25ec4/html5/thumbnails/9.jpg)
• 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
![Page 10: BÀI TẬP QUANG HỌC ĐẠI CƯƠNG](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814582550346895db25ec4/html5/thumbnails/10.jpg)
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
![Page 11: BÀI TẬP QUANG HỌC ĐẠI CƯƠNG](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814582550346895db25ec4/html5/thumbnails/11.jpg)
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
![Page 12: BÀI TẬP QUANG HỌC ĐẠI CƯƠNG](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814582550346895db25ec4/html5/thumbnails/12.jpg)
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
![Page 13: BÀI TẬP QUANG HỌC ĐẠI CƯƠNG](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814582550346895db25ec4/html5/thumbnails/13.jpg)
• 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
![Page 14: BÀI TẬP QUANG HỌC ĐẠI CƯƠNG](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814582550346895db25ec4/html5/thumbnails/14.jpg)
Dạng: Nhiễu xạ qua 1 dĩa tròn
14
![Page 15: BÀI TẬP QUANG HỌC ĐẠI CƯƠNG](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814582550346895db25ec4/html5/thumbnails/15.jpg)
• 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
![Page 16: BÀI TẬP QUANG HỌC ĐẠI CƯƠNG](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814582550346895db25ec4/html5/thumbnails/16.jpg)
i
D
• NHIỄU XẠ QUA 1 KHE HẸP CHỦ ĐỀ 2
16
![Page 17: BÀI TẬP QUANG HỌC ĐẠI CƯƠNG](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814582550346895db25ec4/html5/thumbnails/17.jpg)
17
![Page 18: BÀI TẬP QUANG HỌC ĐẠI CƯƠNG](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814582550346895db25ec4/html5/thumbnails/18.jpg)
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
![Page 19: BÀI TẬP QUANG HỌC ĐẠI CƯƠNG](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814582550346895db25ec4/html5/thumbnails/19.jpg)
Phân bố cường độ sáng của nhiễu xạ qua 1 khe hẹp
19
![Page 20: BÀI TẬP QUANG HỌC ĐẠI CƯƠNG](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814582550346895db25ec4/html5/thumbnails/20.jpg)
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
![Page 21: BÀI TẬP QUANG HỌC ĐẠI CƯƠNG](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814582550346895db25ec4/html5/thumbnails/21.jpg)
• 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
![Page 22: BÀI TẬP QUANG HỌC ĐẠI CƯƠNG](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814582550346895db25ec4/html5/thumbnails/22.jpg)
Nhiễu xạ 1 khe
Nhiễu xạ 2 khe
So sánh ảnh nhiễu xạ?
Vân giao thoa
Cực đại giữa NX
22
Cực tiểu NX
![Page 23: BÀI TẬP QUANG HỌC ĐẠI CƯƠNG](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814582550346895db25ec4/html5/thumbnails/23.jpg)
So sánh thí nghiệm khe Young và nhiễu xạ 2 khe hẹp.
Câu hỏi tuần sau
23
![Page 24: BÀI TẬP QUANG HỌC ĐẠI CƯƠNG](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814582550346895db25ec4/html5/thumbnails/24.jpg)
Nhiễu xạ qua 2 khe
24
![Page 25: BÀI TẬP QUANG HỌC ĐẠI CƯƠNG](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814582550346895db25ec4/html5/thumbnails/25.jpg)
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
![Page 26: BÀI TẬP QUANG HỌC ĐẠI CƯƠNG](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814582550346895db25ec4/html5/thumbnails/26.jpg)
Vân giữa nhiễu xạ
26
![Page 27: BÀI TẬP QUANG HỌC ĐẠI CƯƠNG](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814582550346895db25ec4/html5/thumbnails/27.jpg)
Quan sát ảnh nhiễu xạ của 1, 2, 3, 4, 5, 7 khe hẹp
27
![Page 28: BÀI TẬP QUANG HỌC ĐẠI CƯƠNG](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814582550346895db25ec4/html5/thumbnails/28.jpg)
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
![Page 29: BÀI TẬP QUANG HỌC ĐẠI CƯƠNG](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814582550346895db25ec4/html5/thumbnails/29.jpg)
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
![Page 30: BÀI TẬP QUANG HỌC ĐẠI CƯƠNG](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814582550346895db25ec4/html5/thumbnails/30.jpg)
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
![Page 31: BÀI TẬP QUANG HỌC ĐẠI CƯƠNG](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814582550346895db25ec4/html5/thumbnails/31.jpg)
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
![Page 32: BÀI TẬP QUANG HỌC ĐẠI CƯƠNG](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814582550346895db25ec4/html5/thumbnails/32.jpg)
• 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
![Page 33: BÀI TẬP QUANG HỌC ĐẠI CƯƠNG](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814582550346895db25ec4/html5/thumbnails/33.jpg)
Quan sát phổ nhiễu xạ của cách tử.
Quang phổ bậc 1
Quang phổ bậc 2
33
![Page 34: BÀI TẬP QUANG HỌC ĐẠI CƯƠNG](https://reader036.fdocument.pub/reader036/viewer/2022062423/56814582550346895db25ec4/html5/thumbnails/34.jpg)
34
THÍ NGHIỆM CÁCH TỬ NHIỄU XẠ - HỌC PHẦN TNVLĐC 2HKI năm 3