Chương 2 Nhiễu xạ ánh sáng

BÀI TẬP QUANG HỌC
1
CHƯƠNG II: NHIỄU XẠ
ÁNH SÁNG
KHOA VẬT LÍ – TỔ VẬT LÍ ĐẠI CƯƠNG – HỌC KÌ 2 NĂM HỌC 2012-2013
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP.HCM
Cô Nguyễn Thị Hảo
Chủ đề 1
2
Thế nào là hiện tượng
nhiễu xạ?
3
Nhiễu xạ và giao thoa
khác nhau thế nào?
4
Hiện tượng tia sáng bị lệch khỏi phương truyền thẳng khi đi gần vật
cản ánh sáng đượcgọi là hiện tượngnhiễu xạ.
k
ab
S
a b
π λ
∆ =
+
5
Chủ đề 1
NHIỄU XẠ FRESNEL
QUA 1 LỖ TRÒN
S: nguồn sáng
Σ: mặt cầu tâm S bán kính a
P: điểm khảo sát

b = Mo P
S: nguồn sáng
P: điểm được chiếu sáng
Σ: mặt sóng cầu
a: bán kính mặt cầu S
b: khoảng cách từ điểm
quan sát đến mặt sóng cầu
.
k
ab
r k
a b
λ
=
+
1. Biên độ dao động tại P do các đới gây ra:
ap = a 1 – a 2 + a 3 …± a n
k
ab
S
a b
π λ
∆ =
+
6
Chủ đề 1
NHIỄU XẠ FRESNEL
QUA 1 LỖ TRÒN
k
ab

S
a b
π λ
∆ =
+
1. Bán kính đới cầu thứ k:
2. Diện tích các đới cầu:
1
2 2
n
P
a
a
a = ±
BỐ 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
TRÒN
Chủ đề 1
Gọi n là số đới chứa trong lỗ tròn


1
2 2
n
P

a
a
a = ±
Dấu + n lẻ
Dấu – n chẵn
k
ab
S
a b
π λ
∆ =
+
9
♥ Nếu lỗ tròn chứa được k đới thì ta xem
bán kính lỗ tròn bằng bán kính đới thứ k
tron =
.
lo k
ab
r r k
a b
λ
=
+
Gọi Io , a là cường độ và biên độ ánh sáng tới

Khi 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
TRÒN
Chủ đề 1
10
1 2
2 2
P
a a
a = −
1 1
1
2 2
P
a a
a a= + =
Phương pháp đường xoắn ốc
Biên độ sóng tới: a = ao =OI
Đới 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
≈
2a
2 đới Fresnel đầu tiên:
- 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 TRÒN
Chủ 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 k
3. Số đới chứa trong lỗ tròn phụ thuộc bán kính lỗ tròn và khoảng
cách b đến điểm quan sát P
4. Số đới cầu chứa trong lỗ càng tăng thì cường độ sáng tại tâm
nhiễu xạ giảm
5. Tâm nhiễu xạ (điểm P) tối nhất khi lỗ tròn có 2 đới n = 2

6. Ta thường sử dụng PP đường xoắn ốc khi số đới cầu là không
nguyên
7. 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
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, Po ảnh hình học của S
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 k
a
i i i i k
a
x k f
a
λ
• − = = ± ±
λ
• → − =
λ
• =
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 k
a
i i i i k
a
x k f

a
λ
• − = + = ± ±
λ
• → − = +
λ
• = +
Khoảng cách giữa 2 cực đại và cực tiểu liện tiếp:
.i x f
a a
λ λ
∆ = → ∆ =
18
Cực đại giữa nhiễu xạ Po (cực đại giữa trung tâm, cực đại giữa hình học)
là ảnh hình học của S : i=io, P≡Po
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=3π/2 ⇒ I1=4/9π2 Io= 0,044 Io
♥
Cực đại NX thứ 2: k=2,-3 ⇒ u=5π/2 ⇒ I2=4/25π2 Io= 0,016 Io
2 2
sin 1
( ) u = ( ) ( )
2
o o o
u

I A i i a i i k
u a
π λ
λ
= − − = +
NX: 90% Năng lượng ánh sáng
tập trung ở vân giữa NX
•
NHIỄU XẠ QUA 2 và N KHE HẸP
CHỦ 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 tế
Lí giải vì sao 7 khe thì không quan
sát được cực đại phụ giao thoa?
25