QUANG HỌC SÓNG - CHƯƠNG 3 GIAO THOA ÁNH SÁNG pptx

Bi giảng Vật lý đại cơng
Tác giả: PGS. TS Đỗ Ngọc Uấn
Viện Vật lý kỹ thuật
Trờng ĐH Bách khoa H nội
VËt lý ®¹i c−¬ng
Quang häc sãng
Ch−¬ng 3
Giao thoa ¸nh s¸ng
1. C¸c kh¸i niÖm c¬ së
1.1 Quang lé: Quang lé L gi÷a hai
®iÓm A, B (AB=d) lμ ®o¹n ®−êng ¸nh s¸ng
truyÒn ®−îc trong ch©n kh«ng trong
kho¶ng thêi gian t, trong ®ã t lμ kho¶ng
thêi gian mμ ¸nh s¸ng ®i ®−îc ®o¹n AB
trong m«i tr−êng.
ctL
=
L=n
1
d
1
+n
2
d
2
+ +n
n
d
n
=
v

c
n =
∑
i
ii
dn
n
1
d
1
n
2
d
2
n
3
d
3
ABd
⇒=
v
d
t
L= nd.
chiÕt suÊt m«i tr−êng
NÕu ¸nh s¸ng ®i qua
nhiÒu m«i tr−êng:
1.2. §Þnh lý Malus (Maluýt):
Quanglégi÷ahaimÆttrùcgiaocñamét
chïm s¸ng th× b»ng nhau

hai mÆt trùc giao
hai mÆt trùc giao
L
1
= n
1
A
1
I
1
+n
2
I
1
A
2
+n
2
A
2
A
3
L
2
= n
1
B
1
B
2

+n
1
B
2
I
2
+n
2
I
2
B
3
n
1
sini
1
= n
2
sini
2
Quang lé L
1
gi÷a A
1
,A
3
vμ L
2
gi÷a B
1

,B
3
:
A
2
A
3
I
2
B
3
n
2
n
1
A
1
I
1
B
2
B
1
i
1
i
2
i
1
i

2
2
2
I
I
1
2
1
I
B
sini =
2
2
I
A
1
1
2
I
I
sini =
Suy ra n
1
B
2
I
2
= n
2
I

1
A
2
vμ L
1
=L
2
2
2
I
I
1
21
11
I
Bn
sinin =
2
2
I
A
1
12
22
I
In
sinin =
2. Cơ sở của quang học sóng
2.1. Hm sóng của ánh sáng:
ánh sáng l một loại sóng điện từ: Từ

trờng v điện trờng biến thiên trong
không gian.
E
r
H
r
v
r
Chỉ có thnh phần điện trờng tác dụng
vo mắt mới gây cảm giác sáng
Tại r:( thời gian trễ)
)
L2
tcos(a)
c
L
T
2
tcos(a


=


E
r
Dao động của l dao động sáng:
r
O
x

0
= a.cost -dao động tại gốc O.
x= acos (t -) =
)
L2
tcos(ax


=
2. 2. cờngđộsáng:
Cờngđộsángtại mộtđiểml một đại lợng có
trịsốbằngnănglợng truyền qua một đơn vị
diện tích đặt vuông góc với phơng truyền sáng
trong một đơn vị thời gian:
I = ka
2
, k l hệ số tỷ lệ. Lấy k = 1 có: I = a
2
.
2.3. Nguyên lý chồng chất:
Khi hai hay nhiều ánh sáng gặp nhau thì từng
sóng riêng biệt không bị các sóng khác lm
nhiễu loạn. Sau khi gặp nhau, các sóng ánh sáng
vẫn truyền đi nh cũ, Còn tại những điểm gặp
nhau dao động sáng bằng tổng các dao động
thnh phần.
2.4. Nguyên lý Huyghen:
Những sóng từ nguồn O truyền ra ngoi mặt kín
bất kì S bao quang nguồn O, có tính chất giống
hệt những sóng m ta sẽ có, nếu ta bỏ nguồn O

đi v thay bằng những nguồn phụ (thứ cấp) thích
h
ợ
p
p
hân
p
hối trên m
ặ
tS.
3. Giao thoa ánh sáng bởi 2 nguồn kết hợp
3.1. Tạo hai nguồn sáng kết hợp: Hai
sóng kết hợp có hiệu pha không đổi.
Hai nguồn sáng khác nhau không đáp ứng
điều kiện đó.
khe Young hay gơng Frenen:
r
1
r
2
y
DO
1
O
2
l
O
2
O
1

S
O
1
O
2
l 2 nguồn
kết hợp (thứ cấp)
O
1
O
2
l 2 nguồn kết hợp
(ảo)
3.2. Kh¶o s¸t hiÖn t−îng giao thoa:
)
L2
tcos(ax
1
1
λ
π
−ω=
)
L2
tcos(ax
2
2
λ
π
−ω=

)LL(
2
21
−
λ
π
=ϕΔ
HiÖu pha
Kho¶ng c¸ch 2 v©n s¸ng liªn tiÕp i= λD/l

2l
D
1)(2ky
λ
+=

l
D
ky
λ
=
L
1
-L
2
=r
1
-r
2
=kλ V©n s¸ng

L
1
-L
2
=r
1
-r
2
=(2k+1)λ/2
V©n tèi
r
1
r
2
y
DO
1
O
2
l
C¸c v©n giao thoa cã d¹ng hypecbol ®èi xøng
qua v©n gi÷a.
V©n gi÷a lμ v©n s¸ng
• Giao thoa ¸nh s¸ng tr¾ng
0,4μm ≤ λ ≤ 0,76μm
3.3. HiÖn t−îng giao thoa do ph¶n x¹
• ThÝ nghiÖm cña L«i (Lloyd)
O
I
M

V©n s¸ng
L
1
-L
2
=OI+IM-OM =kλ
V©n tèi
L
1
-L
2
=OI+IM-OM=(2k+1)λ/2
Theo lý thuyÕt
Thùc tÕ ng−îc l¹i → Sau ph¶n x¹ ®¶o pha
π+−
λ
π
=ϕΔ )LL(
2
21
L
1
cña tia ph¶n x¹
dμi thªm λ/2
n
1
n
2
ChØ khi n
2

> n
1
4. Giao thoa gây bởi các bản mỏng
4.1. Bản mỏng có bề dầy
thay đổi -Vân cùng độ dy
O
C
M
B
d
R
n
L
1
-L
2
=OB+n(BC+CM)-(OM+/2)
= n(BC+CM)-RM-/2
Hiệu quang lộ:
i
1
i
2
RM=BM.sini
1
=2d.tgi
2
.sini
1
BC = CM = d/cosi

2
2
isintgi.d2
icos
d2
nLLL
12
2
21

==
Tia ló của tia phản xạ từ đáy
dới (đỏ) giao thoa với tia
phản xạ từ mặt trên (xanh)
của tấm
i
1
n
isin
isin
2
1
=
n
isin
isin
1
2
=
1

22
2
isinn
n
1
icos =
)isinn(
icosn
d2
isintgi.d2
1
22
2
12
=
2
)isinn(d2L
1
22

=
Vân sáng: L
1
-L
2
=k Vân tối: L
1
-L
2
=(2k+1)/2

Góc nhìn xác định => i
1
xác định
=>Mỗi vân ứng với một độ dầy d xác định
=> Vâncùngđộdầy
• Nªm kh«ng khÝ
d
HiÖu quang lé
L
1
-L
2
=2d+ λ/2
V©n s¸ng: L
1
-L
2
=2d+ λ/2=k λ
d
S
= (2k-1)λ/4
V©n tèi: L
1
-L
2
=2d+λ/2=(2k+1) λ/2
d
T
=k.λ/2
øng dông: KiÓm tra ®é ph¼ng

cña kÝnh sai sè 0,03-0,003 μm
Tia lã cña tia ph¶n x¹ tõ ®¸y
d−íi (®en) tÊm trªn giao
thoa víi tia ph¶n x¹ tõ mÆt
trªn (®á) cña tÊm d−íi
VântrònNiutơn
d
k
R
r
k
Vân tối : d
k
=k. /2
Bán kính vân:
2
k
2
k
)dR(Rr =
kRRd2r
kk
=
Vân sáng : d
k
=(2k-1). /4
Tia phản xạ từ tấm phẳng
(xanh) v Tia phản xạ từ mặt
cong cầu (đỏ) giao thoa với
nhau:

4.2. Bản mỏng có bề dầy không
đổi - Vân cùng độ nghiêng
d, n
2
)isinn(d2L
1
22

=
L=k Sáng
L=(2k+1)/2 Tối
M
Tia ló của tia phản xạ từ
đáy dới giao thoa với tia
phản xạ từ mặt trên của
tấm
i
1
Các vân giao thoa sáng tối l các vòng tròn đồng
tâm.
d=const vân tuỳ thuộc voi
1
Vân cùng độ
nghiêng
4.3. ứng dụng hiện tợng giao thoa
Khử phản xạ các mặt kính
n
tk
n
n

tk
> n > 1
L=2dn=
0
/2
4n4
d
0

=

=

0
trong chân không, trong lớp phủ
tk
nn =

0
=0,555m ánh sáng nhạy nhất
Đo chiết suất chất lỏng v chất khí - Giao thoa
kế Rê lây (Rayleigh)
Thay bằng chất cần đo
dịch đi m khoảng vân
m = (n-n
0
)d
0
n
d

m
n +

=
d
2 ống đều đựng chuẩn
n
0
n
0
d
n
Đo chiều di - Giao thoa kế
Maikenxơn Micheson
G
1
G
2
P
P
A
O
M
2
M
1
M
2
l
L=0 Vân trung tâm sáng

Dịch đi m khoảng vân
2l = m l = m/2
Thí nghiệm Maikenxơn
Chứng minh tiên đề Anhxtanh về vận tốc AS
Giả thiết: Trái đất quay quanh mặt trời với vận
tốc v. Theo cơ học cổ điển vận tốc AS :
dọc theo phơng chđộng của trái đất: c
//
= cv
Vuông góc với phơng cđ của trái đất: c

= c
G
1
G
2
P
A
O
M
2
M
1
t
1
thêi gian ®i AM
1
, t
2
thêi gian ®i AM

2
2222
2
1
1
c
c2
vc
c2
vcvc
t
β−
=
−
=
+
+
−
=
llll
c
v
=β
2
2
1
1
1
β+≈
β−

)1(
c
2
t
2
2
β+=
l
AM
1
=AM
2
=
l
AM
2
// ph−¬ng ch®éng
tr¸i ®Êt
AM
1
⊥ ph−¬ng ch®éng
tr¸i ®Êt
Trong thêi gian t
1
tr¸i ®Êt ®i ®−îc: AA’=vt
1
A
A’
c
'2

t
1
l
=
4
tv
c
2
2
1
2
2
+= l
)
2
1
1(
c
2
t
2
1
β+≈
l
HiÖu quang lé δ
1
=c(t
1
-t
2

)=
G
1
G
2
P
A
O
M
2
M
1
Quay giao thoa kÕ ®i 90
o
:
δ
2
- δ
1
=
HÖ thèng v©n dÞch ®i
λ
β
=
2
2
m
l
m=0,37
Kh«ng ®óng víi TN

→ c=3.10
8
m/s trong mäi hÖ
QC qu¸n tÝnh
M
1
'l
2
2 βl
'l
2
2
β=δ l
l
2
β− l
=11m, β
2
≈10
-8
l