Bài giảng vật lý A3 phần giao thoa ánh sáng.PPT

§2- GIAO THOA ÁNH SÁNG
Ảnh giao thoa khe Young
Ảnh giao thoa của ánh sáng
phản xạ trên lớp màng mỏng
ở lông con công
Ảnh giao thoa của ánh sáng
phản xạ trên dụng cụ Newton
Ảnh giao thoa của ánh sáng
phản xạ trên màng xà phòng
1-Hieän töôïng giao thoa aùnh saùng
a. Thí nghieäm giao thoa aùnh saùng
Giao thoa ánh sáng là hiện tượng hai hay nhiều sóng ánh
sáng giao nhau và tạo trong không gian các vân sáng và
vân tối
Nếu hai nguồn sáng S
1
và S
2
được tạo từ một nguồn sáng
duy nhất thì sẽ có giao thoa ánh sáng
Nếu chúng là hai nguồn sáng độc lập thì sẽ không có giao
thoa ánh sáng
Để có giao thao ánh sáng thì ánh sáng từ hai nguồn sáng S
1

và S
2
phải là hai sóng ánh sáng kết hợp.
Hai sóng ánh sáng gọi là kết hợp nếu chúng có:
b. Sóng ánh sáng kết hợp và cách tạo hai sóng ánh

sáng kết hợp
* Sóng ánh sáng kết hợp
+ hiệu pha ban đầu không đổi theo thời gian
+ cùng tần số (hay cùng chu kỳ)
* Cách tạo sóng ánh sáng kết hợp
Để tạo 2 sóng ánh sáng kết hợp, ta tách sóng từ một
nguồn thành hai sóng rồi cho chúng giao nhau
S
1
S
2
d
1
'
d
2
'
( )
tEE
S
ω
cos
0


=
S









′
−=
n
S
d
tEE
λ
π
ω
1
01
2
cos
1


Hiệu pha ban đầu của hai nguồn S
1
và S
2
là:
( )
21
n
12

dd
2
′
−
′
λ
π
=ϕ−ϕ=ϕ∆








′
−=
n
S
d
tEE
λ
π
ω
2
02
2
cos
2



(Không phụ thuộc t)
(E)
S
S
1
S
2
(G
1
)
(G
2
)
α
Gương Fresnel
S
(E)
Gương Lloyd
S
′
* Các ví dụ về cách tạo sóng ánh sáng kết hợp
S
1
S
2
L
1
L

2
S
(E)
Thaáu kính Billet
Löôõng laêng kính Fresnel
S
(E)
S
2
S
1
2-Giao thoa ánh sáng gây bởi hai nguồn kết hợp
Xét hai nguồn sáng kết hợp S
1
và S
2
đồng pha có
cùng phương dao động:
Dao động sáng do 2 nguồn S
1
và S
2
tạo ra tại M cách
S
1
một khoảng d
1
và S
2
một khoảng d

2
là:
1
S
2
S
1
d
M
2
d
tcosEE
01S
1
ω
′
=

tcosEE
02S
2
ω
′
=

a. Cường độ sáng tại một điểm trong miền có hai
sóng kết hợp giao nhau
Hàm sóng ánh sáng tổng hợp tại M:
( )
ϕ+ω= tcosEE

0







λ
π
−ω=
1011
L
2
tcosEE

11
dnL =
với:






λ
π
−ω=
2022
L

2
tcosEE

22
dnL =
với:
Hàm sóng ánh sáng tổng hợp tại M:
21
EEE

+=
Bình phương hai vế và lấy trung bình theo thời gian:
21
2
2
2
1
2
.2 EEEEE

++=
Cường độ sáng tại điểm M là:
2121
.2 EEIII

++=
( )
( )
( ) ( )







−=












−=













−
+












+−=












−







−=
∫
∫
∫
∫
12
0201
0
12
0201
0
12
0201
0
21
0201
0
20210121
2
cos
2
.
2
cos
2

.

2
cos
2
.

2
2cos
2
.
2
cos.
2
cos
1
.
LL
EE
dtLL
EE
dtLL
EE
dtLLt
EE
dtLtELtEEE
λ
π
λ
π

τ
λ
π
τ
λ
π
ω
τ
λ
π
ω
λ
π
ω
τ
τ
τ
τ
τ




Cường độ sáng tại M phụ thuộc hiệu pha của hai
sóng tới tại M:
( )
12
LL
2
−=

λ
π
ϕ∆
nghóa là phụ thuộc hiệu quang lộ ∆L = L
2
- L
1

của hai sóng tới tại M
( )
122121
2
cos2 LLIIIII −++=
λ
π
Cường độ sáng tại điểm M là:
I
12
LL
−
O
21
II +
2121
2 IIII ++
λ
2121
2 IIII −+
b. Điều kiện để có cực đại và cực tiểu giao thoa
( )

1LL
2
cos khi II
12max
=






−
λ
π
=
a) Cực đại giao thoa:
kLL
12
λ=−
( )
π=−
λ
π
2.kLL
2
12
⇒
2, 1, 0,k
±±=
Với:

( )
1
2
cos khi
12min
−=






−=
LLII
λ
π
b) Cực tiểu giao thoa:
( )
π+π=−
λ
π
2.kLL
2
12

2
1
kLL
12
λ







+=−
⇒
2, 1, 0,k
±±=
Với:
c Hình dạng và vò trí vân giao thoa
* Hình dạng vân giao thoa trong không gian
Đối với cực đại giao thoa:
kLL
12
λ=−
kdd
n12
λ=−
Hiệu khoảng cách từ hai nguồn kết hợp đến các
điểm này là:
Hiệu khoảng cách từ hai nguồn kết hợp đến các
điểm này là:

2
1
kdd
n12
λ







+=−
Đối với cực tiểu giao thoa:

2
1
kLL
12
λ






+=−
Tập hợp các điểm có cường độ sáng cực đại là
một họ hyperboloid tròn xoay (có tiêu điểm là
hai nguồn kết hợp S
1
và S
2
) ứng với các trò số của
k
2, 1, 0,k

±±=
Tập hợp các điểm có cường độ sáng cực tiểu cũng
là một họ hyperboloid tròn xoay xen kẻ với họ
mặt trên
k
s
= 1
k
s
= 0
k
s
= -1
k
s
= -2
k
s
= 2
k
t
= 0
k
t
= -1
k
t
= 1
k
t

= 2
k
t
= -2
k
t
= -3
S
1
S
2
* Hình dạng vân giao thoa trong mặt phẳng
Ảnh giao thoa thường được hứng trên một màn
phẳng (E) để quan sát
Do hệ vân giao thoa không đònh xứ ở một vò trí
đặc biệt nào nên có nhiều cách đặt màn (E)
Giao thoa ánh sáng gây bởi 2 nguồn điểm kết
hợp là giao thoa không đònh xứ
S
1
S
2
Maứn (E) song song vụựi S
1
S
2
, vaõn giao thoa coự daùng hỡnh hyperbol
(E)
S
1

S
2
Màn (E
1
) vuông góc với S
1
S
2
, vân giao thoa có dạng hình tròn
(E
1
)
S
1
S
2
Maứn (E
2
) caột S
1
S
2
nhử hỡnh veừ, vaõn giao thoa coự hỡnh ellip
(E
2
)
S
1
S
2

Maứn (E
3
) caột S
1
S
2
nhử hỡnh veừ, vaõn giao thoa coự hỡnh parabol
(E
3
)
* Vò trí vân giao thoa trên màn song song với S
1
S
2
1
S
2
S
a
D
H
θ
O
θ
a: khoảng cách giữa hai nguồn kết hợp S
1
S
2
D: khoảng cách từ hai nguồn kết hợp S
1

S
2
đến màn
quan sát
Do a << D nên vân giao thoa có dạng các đoạn
thẳng song song
x
x
x
′
M
J
2
d
1
d
2
d
x’O x là giao tuyến của màn (E) và mặt phẳng qua S
1
S
2
đồng thời
vuông góc với màn (E)
x’O x song song với S
1
S
2
và vuông góc với vân giao thoa
J là trung điểm của S

1
S
2
, JO vuông góc với màn (E) tại O
Vò trí vân giao thoa trên màn được xác đònh bởi
hoành độ
OMx
=
Kẻ cung tròn tâm M bán kính MS
1
, cắt MS
2
tại H
Hiệu khoảng cách từ hai nguồn kết hợp đến điểm
M:
θθ sin.asinSSHSdd
21212
===−
Góc:
MJOHSS
12


==θ