Bài Giảng Môn Vật Lý Đại Cương 3 Của Tác Giả Đỗ Ngọc Uấn

TopTaiLieu.Com | Chia S Ti Liu Min Phớ

Bi giảng Vật lý đại cơng
Tác giả: PGS. TS Đỗ Ngọc Uấn
Viện Vật lý kỹ thuật
Trờng ĐH Bách khoa H nội


TopTaiLieu.Com | Chia Sẻ Tài Liệu Miễn Phí

VËt lý ®¹i c−¬ng

Quang häc sãng


TopTaiLieu.Com | Chia Sẻ Tài Liệu Miễn Phí

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.


A

TopTaiLieu.Com | Chia Sẻ Tài Liệu Miễn Phí

d

B

d
L= nd.
t = ⇒ L = ct
v n = c chiÕt suÊt m«i tr−êng

v
NÕu ¸nh s¸ng ®i qua
nhiÒu m«i tr−êng:

L=n1d1+n2d2+...+nndn =

n2d2

n1d1

n3d3

∑ n id i
i

1.2. §Þnh lý Malus (Maluýt):
Quang lé gi÷a hai mÆt trùc giao cña mét
chïm s¸ng th× b»ng nhau

TopTaiLieu.Com | Chia Sẻ Tài Liệu Miễn Phí

hai mÆt trùc giao
hai mÆt trùc giao
Quang lé L1 gi÷a A1,A3 vμ L2 gi÷a B1,B3:
B1
L1= n1A1I1+n2I1A2+n2A2A3
B2
L2= n1B1B2+n1B2I2+n2I2B3
A1 i
i n1
I2
I1 i
n1sini1 = n2sini2
A
I
A
n2
2i
1 2
B2I2
B3
sini
=
2
sini1 =
A3
I
I

I1 I 2
1 2
n 2 I1 A 2
n1B 2 I 2
n 2 sini 2 =
n1sini1 =
I1 I 2
I1 I 2
Suy ra n1B2I2 = n2I1A2vμ L1=L2
1

1

2

2


TopTaiLieu.Com | Chia S Ti Liu Min Phớ

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.
r
r
E v

r

H

Chỉ có thnh phần điện trờng tác dụng
vo mắt mới gây cảm giác sáng


r
Dao động của E l dao động sáng:
2 L
r
O
x = a cos( t
)
TopTaiLieu.Com | Chia S Ti Liu Min Phớ



x0= a.cost -dao động tại gốc O.
x= acos (t -) =
Tại r:( thời gian trễ)

2 L
2 L
a cos( t
) = a cos( t
)

T c

2. 2. cờng độ sáng:

Cờng độ sáng tại một điểm l một đại lợng có
trị số bằng năng lợng truyền qua một đơn vị
diện tích đặt vuông góc với phơng truyền sáng
trong một đơn vị thời gian:
I = ka2, k l hệ số tỷ lệ. Lấy k = 1 có: I = a2.


TopTaiLieu.Com | Chia S Ti Liu Min Phớ

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
hợp phân phối trên mặt S.


TopTaiLieu.Com | Chia S Ti Liu Min Phớ

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:
r1
l

O1

r2 D

y

S
O1

O2

O2

O1O2 l 2 nguồn
kết hợp (thứ cấp)

O1O2 l 2 nguồn kết hợp
(ảo)


TopTaiLieu.Com | Chia Sẻ Tài Liệu Miễn Phí

3.2. Kh¶o s¸t hiÖn t−îng giao thoa:

r1

y

2πL1
l
x 1 = a cos( ωt −
)
O2
λ
HiÖu
pha
π
2
2 πL 2
Δ
ϕ
=
(
L
−
L
)
1
2
x 2 = a cos( ωt −
)
λ

λ
λD
y=k
L1-L2=r1-r2=kλ V©n s¸ng
l
L1-L2=r1-r2=(2k+1)λ/2
λD
y = (2k + 1)
V©n tèi
2l
O1

r2 D

Kho¶ng c¸ch 2 v©n s¸ng liªn tiÕp i= λD/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


TopTaiLieu.Com | Chia Sẻ Tài Liệu Miễn Phí

• Giao thoa ¸nh s¸ng tr¾ng
0,4μm ≤ λ ≤ 0,76μm


TopTaiLieu.Com | Chia Sẻ Tài Liệu Miễn Phí

3.3. HiÖn t−îng giao thoa do ph¶n x¹
• ThÝ nghiÖm cña L«i (Lloyd)

Theo lý thuyÕt
V©n
s¸ng
O
M
L1-L2=OI+IM-OM =kλ
I

V©n tèi
L1-L2=OI+IM-OM=(2k+1)λ/2
Thùc tÕ ng−îc l¹i → Sau ph¶n x¹ ®¶o pha
2π
Δϕ =
( L1 − L 2 ) + π
λ

L1 cña tia ph¶n x¹
dμi thªm λ/2

n1
ChØ khi n2 > n1

n2


TopTaiLieu.Com | Chia S Ti Liu Min Phớ

4. Giao thoa gây bởi các bản mỏng
4.1. Bản mỏng có bề dầy
thay đổi -Vân cùng độ dy

O
Tia ló của tia phản xạ từ đáy
dới (đỏ) giao thoa với tia
i1
phản xạ từ mặt trên (xanh)
i1 R
M
của tấm Hiệu quang lộ:
B
d n
L1-L2=OB+n(BC+CM)-(OM+/2)
i2 C
= n(BC+CM)-RM-/2
RM=BM.sini1=2d.tgi2.sini1 BC = CM = d/cosi2

2d
L = L 1 L 2 = n
2d.tgi 2 sin i1
cos i 2
2


sin i1
=n
sin i 2
sin i1
sin i 2 =
n

TopTaiLieu.Com | Chia S Ti Liu Min Phớ

1
2
2
cos i 2 =
n sin i1
n

2d
2
2
( n sin i1 )
2d.tgi 2 sin i1 =
n cos i 2

2
2
L = 2d ( n sin i1 )
2

Vân sáng: L1-L2 =k Vân tối: L1-L2 =(2k+1)/2
Góc nhìn xác định => i1 xác định
=>Mỗi vân ứng với một độ dầy d xác định
=> Vân cùng độ dầy


• Nªm kh«ng khÝ

TopTaiLieu.Com | Chia Sẻ Tài Liệu Miễn Phí

Tia lã cña tia ph¶n x¹ tõ ®¸y
d−íi (®en) tÊm trªn giao
thoa víi tia ph¶n x¹ tõ mÆt
d
trªn (®á) cña tÊm d−íi
HiÖu quang lé
L1-L2 =2d+ λ/2
V©n s¸ng: L1-L2 =2d+ λ/2=k λ
dT =k.λ/2
dS = (2k-1)λ/4
V©n tèi: L1-L2 =2d+λ/2=(2k+1) λ/2
øng dông: KiÓm tra ®é ph¼ng
cña kÝnh sai sè 0,03-0,003 μm


TopTaiLieu.Com | Chia S Ti Liu Min Phớ

Vân tròn Niutơn
Tia phản xạ từ tấm phẳng
(xanh) v Tia phản xạ từ mặt
cong cầu (đỏ) giao thoa với
dk
nhau:
Vân tối : dk =k. /2
Bán kính vân:

rk = R ( R d k )
2

R

rk

2

rk 2 Rd k = R k
Vân sáng : dk =(2k-1). /4


TopTaiLieu.Com | Chia S Ti Liu Min Phớ

4.2. Bản mỏng có bề dầy không
đổi - Vân cùng độ nghiêng
Tia ló của tia phản xạ từ
đáy dới giao thoa với tia
i1
phản xạ từ mặt trên của
d,
n
tấm


L = 2d ( n sin i1 )
2

M

2

2

L=(2k+1)/2 Tối
L=k Sáng
Các vân giao thoa sáng tối l các vòng tròn đồng
tâm.
d=const vân tuỳ thuộc vo i1 Vân cùng độ
nghiêng


TopTaiLieu.Com | Chia S Ti Liu Min Phớ

4.3. ứng dụng hiện tợng giao thoa
Khử phản xạ các mặt kính
ntk > n > 1
0
L=2dn=0/2
=
d=

4n

4

d

0 trong chân không, trong lớp phủ n

n = n tk

ntk

0 =0,555m ánh sáng nhạy nhất
Đo chiết suất chất lỏng v chất khí - Giao thoa
d n
kế Rê lây (Rayleigh)
0
2 ống đều đựng chuẩn
Thay bằng chất cần đo
n0
m

dịch đi m khoảng vân
n
n=
+ n0
m = (n-n0)d
d


TopTaiLieu.Com | Chia S Ti Liu Min Phớ

Đo chiều di - Giao thoa kế
Maikenxơn Micheson

M1

L=0 Vân trung tâm sáng

P

Dịch đi m khoảng vân O

A
P

G1
M2 M2

2l = m
l = m/2
l G
Thí nghiệm Maikenxơn
2
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


M1

O

A
P

G1

TopTaiLieu.Com | Chia Sẻ Tài Liệu Miễn Phí

AM1=AM2= l
AM2// ph−¬ng ch®éng
M2 tr¸i ®Êt
AM1⊥ ph−¬ng ch®éng
tr¸i ®Êt
G2

t1 thêi gian ®i AM1, t2 thêi gian ®i AM2
l
l
2 lc
2 lc 1
t2 =
+
= 2
= 2
2
c−v c+v c −v
c 1 − β2
1
2
2l
2
≈
1
+
β
t2 =
(1 + β )
1 − β2

c

v
β=
c


TopTaiLieu.Com | Chia Sẻ Tài Liệu Miễn Phí

Trong thêi gian t1 tr¸i ®Êt ®i ®−îc: AA’=vt1
2 2
M1 t = 2l' = 2 l 2 + v t 1 t ≈ 2l (1 + 1 β 2 )
1
1
c
4
c
2
c
l' l'
2
HiÖu quang lé δ1=c(t1-t2)=− lβ
l A
A’
Quay giao thoa kÕ ®i 90o:
δ2- δ1 = 2lβ
δ 2 = lβ
M1 HÖ thèng v©n dÞch ®i
2
2 ≈10-8

=11m,
β
2 lβ l
m=
m=0,37
λ
G1
Kh«ng ®óng víi TN
→ c=3.108m/s trong mäi hÖ
QC qu¸n tÝnh
2

A

O

P

G2

M2

2


TopTaiLieu.Com | Chia S Ti Liu Min Phớ

Bi giảng Vật lý đại cơng
Tác giả: PGS. TS Đỗ Ngọc Uấn
Viện Vật lý kỹ thuật

Trờng ĐH Bách khoa H nội


TopTaiLieu.Com | Chia Sẻ Tài Liệu Miễn Phí

Ch−¬ng 4
NhiÔu x¹ ¸nh s¸ng


1. Hiện tợng
nhiễu xạ ánh
sáng

TopTaiLieu.Com | Chia S Ti Liu Min Phớ

Lỗ nhỏ

Lỗ to

góc nhiễu xạ


ảnh
nhiễu
xạ

Tia sơ cấp , tia nhiễu xạ
l hiện tợng tia sáng lệch khỏi phơng truyền
khi đi gần chớng ngại

TopTaiLieu.Com | Chia Sẻ Tài Liệu Miễn Phí

2. Nguyªn lý Huyghen - Frenen
BÊt k× ®iÓm nμo mμ AS truyÒn qua ®Òu trë thμnh
nguån s¸ng thø cÊp ph¸t AS vÒ phÝa tr−íc nã.
Biªn ®é vμ pha cña nguån thø cÊp lμ biªn ®é vμ
pha cña nguån thùc g©y ra t¹i vÞ trÝ cña nguån
thø cÊp
Biªn ®é tõ dS chiÕu ®Õn M
A( θ0 , θ)dS θ,θ0 cμng
dS
a(M) =
θ r
nhá A cμng
r1r2
2
r1 θ0
lín
O
M
S

A( θ0 , θ)dS
r1 + r2
x( M ) = ∫
cos ω( t −
)
r1r2
v

S