ẢNH NHIỄU XẠ VÀ GIAO THOA ÁNH SÁNG

Tổ/Nhóm/Lớp:7B/N3/15DS415
Họ tên: LÊ HOÀNG GIANG

Điểm:
Nhận xét:

BÁO CÁO THỰC HÀNH VẬT LÝ
BÀI 7: ẢNH NHIỄU XẠ VÀ GIAO THOA ÁNH SÁNG
CỦA LASER QUA CÁC KHE HẸP

Các thông số hệ thống không thay đổi trong quá trình thực hành:
L = ( 900 ± 2 ) mm

λ = ( 636 ± 10 ) nm
∆y = 100 µ m

7.1. Một khe (20 điểm)
7.1.1. Khe thứ nhất có độ rộng

a = ( 20 ± 2 ) µ m

Đồ thị phân bố cường độ theo vị trí.

1

(5 điểm)


ẢNH NHIỄU XẠ VÀ GIAO THOA ÁNH SÁNG

Nhận xét 7.1.1 về sự phân bố các cực tiểu, cực đại chính trên ảnh nhiễu xạ theo
vị trí.
Cường độ ánh sáng bị phân tán nhiều sang 2 bên do hiện tượng nhiễu xạ ánh
sáng.
Bề rộng nhiễu xạ tương đối lớn, đỉnh phổ thấp.
7.1.2. Khe thứ hai có độ rộng

a = ( 40 ± 2 ) µ m

(5 điểm)

Đồ thị phân bố cường độ theo vị trí.

Nhận xét 7.1.2 về sự phân bố các cực tiểu, cực đại chính trên ảnh nhiễu xạ theo
vị trí.
Bề rộng cực đại trung tâm hẹp lại, cực đại và cực tiểu bắt đầu phân rõ.
Khe tăng độ rộng hơn khe 1 là 20µm nên đồ thị rõ dần lên, rõ nét.
7.1.3. Khe thứ ba có độ rộng

a = ( 80 ± 2 ) µ m

Đồ thị phân bố cường độ theo vị trí.

2

(5 điểm)


ẢNH NHIỄU XẠ VÀ GIAO THOA ÁNH SÁNG


3


ẢNH NHIỄU XẠ VÀ GIAO THOA ÁNH SÁNG

Nhận xét 7.1.3 về sự phân bố các cực tiểu, cực đại chính trên ảnh nhiễu xạ theo
vị trí.
Khi tiếp tục tăng độ rộng khe lên, bề rộng của cực đại trung tâm hẹp lại hơn, cực
đại nhiễu xạ rõ hơn
Cường độ ánh sáng tập trung cao ở giữa đồ thị, cường độ ánh sáng bị phân tán
hai bên giảm dần.
7.1.4. Khe thứ tư có độ rộng

a = ( 160 ± 2 ) µ m

(5 điểm)

Đồ thị phân bố cường độ theo vị trí.

Nhận xét 7.1.4 về sự phân bố các cực tiểu, cực đại chính trên ảnh nhiễu xạ theo
vị trí.
Bề rộng cực đại trung tâm ngày càng hẹp dần, xuất hiện thêm nhiều cực đại và
nhiều cực tiểu nhiễu xạ.
Hiển thị rõ điểm cực đại và cực tiểu.
Cường độ ánh sáng tập trung rất cao ở giữa đồ thị, cường độ ánh sáng phân tán
sang 2 bên giảm dần.
Kết luận 7.1 về sự thay đổi vị trí của các cực tiểu, cực đại chính trên ảnh nhiễu
xạ khi chiếu laser qua các khe có độ tăng dần.
4



ẢNH NHIỄU XẠ VÀ GIAO THOA ÁNH SÁNG

Từ công thức y=kλD/a
Sự biến thiên cường độ một dòng quang điện phụ thuộc vào vị trí cực đại chính
trong ảnh nhiễu xạ.
Bề rộng của phổ hẹp dần
Đỉnh phổ sau cao hơn đỉnh phổ trước .
Khi L và λ giữ nguyên mà độ rộng a tăng lên thì bề rộng nhiễu xạ giảm ( ánh
sáng rõ nét hơn )
Cho ta thấy khe càng nhỏ thì hiện tượng nhiễu xạ càng nhiều.
7.2. Nhiều khe (20 điểm)
7.2.1. Hai khe có độ rộng

a = ( 40 ± 2 ) µ m

và cách nhau

d = ( 250 ± 2 ) µ m

(5 điểm)

Đồ thị phân bố cường độ theo vị trí.

Nhận xét 7.2.1 về khoảng vân và độ rộng của mỗi vân trên ảnh giao thoa.
Có cực đại chính và các cực đại phụ
5



ẢNH NHIỄU XẠ VÀ GIAO THOA ÁNH SÁNG

Hai khe thì ta thấy có hiện tượng giao thoa.
Phân bố ánh sáng đều nhau, phần trung tâm ánh sáng tập trung nhiều nhất nên
cường độ mạnh hơn.

7.2.2. Ba khe có độ rộng

a = ( 40 ± 2 ) µ m

và cách nhau

d = ( 250 ± 2 ) µ m

(5 điểm)

Đồ thị phân bố cường độ theo vị trí.

Nhận xét 7.2.2 về khoảng vân và độ rộng của mỗi vân trên ảnh giao thoa.
Khi bắt đầu tăng số khe là 3 khe
Khoảng cách bề rộng các cực đại dần dần thu hẹp.
Ngoài hiện tượng giao thoa ta thấy có hiện tượng nhiễu xạ.
Đô rộng vân sáng giảm so với 2 khe.
7.2.3. Bốn khe có độ rộng
điểm)

a = ( 40 ± 2 ) µ m

Đồ thị phân bố cường độ theo vị trí.


6

và cách nhau

d = ( 250 ± 2 ) µ m

(5


ẢNH NHIỄU XẠ VÀ GIAO THOA ÁNH SÁNG

Nhận xét 7.2.3 về khoảng vân và độ rộng của mỗi vân trên ảnh giao thoa.
Bắt đầu xuất hiện thêm cực đại phụ xen kẽ nhau giữa các cực đại phụ trước.
Ngoài cực đại chính ta cịn thấy có cực đại phụ
Phân rõ ra thành các điểm cực đại và cực tiểu, độ rộng vân sáng giảm so với 2
khe và 3 khe.
7.2.4. Năm khe có độ rộng
điểm)

a = ( 40 ± 2 ) µ m

Đồ thị phân bố cường độ theo vị trí.

7

và cách nhau

d = ( 250 ± 2 ) µ m

(5



ẢNH NHIỄU XẠ VÀ GIAO THOA ÁNH SÁNG

Nhận xét 7.2.4 về khoảng vân và độ rộng của mỗi vân trên ảnh giao thoa.
Số khe tăng lên thì số cực đại phụ càng tăng
Vân cực đại là những đóm nhỏ, khơng lòa ra như các khe trên, độ rộng vân sáng
giảm so với các khe trên.
Kết luận 7.2 về khoảng vân và độ rộng của mỗi vân trên ảnh giao thoa khi tăng
số khe từ hai lên năm.
Ta có vị trí vân sáng bậc k: y = kλD/d
Cường độ của ánh sáng giao thoa
Khi số khe tăng lên thì độ rộng vân sáng giảm xuống.
Với cùng một khoảng cách L, bước sóng, và độ rộng a, ta lần lượt thay đổi số
lượng khe tăng dần từ 2 đến 5 thì thu được hình ảnh rõ nét hơn. Chứng tỏ vân
sáng khơng chỉ bị ảnh hưởng bởi khoảng cách L, bước sóng và độ rộng a mà còn
bị ảnh hưởng bởi số khe.số khe càng nhiều thì độ sáng tăng lên và độ rộng khe
giảm đi.
7.3. Từ một trong các thí nghiệm trên,
7.3.1. Trình bày các bước tính bước sóng của laser? (10 điểm)
±

Khe thứ 3 có độ rộng a=(80 2)

µm

max

min


y =| max – min|

(mm)

(mm)

(mm)

63,119

56,049

7,07

8


ẢNH NHIỄU XẠ VÀ GIAO THOA ÁNH SÁNG

63,077

56,049

7,028

63,331

55,965

7,366

7,155

y

Sau đó tính tốn ta có: y1 = 7,07mm, y2 = 7,028mm, y3 = 7,366mm.
y = 7,155mm

y.a 7,155.103.80
=
= 0, 636µ m
D
900.103

λ=

7.3.2. Trình bày các bước tính sai số bước sóng của laser? (10 điểm)
Tính
-

+

∆y

∆y :

∆

= ydụng cụ +

∆y

ngẫu nhiên

=

∆y

1 3
∑
3 i =3

ngẫu nhiên

y –yi

1
( 7,155 − 7, 07 + 7,155 − 7, 028 + 7,155 − 7,366 )
3
= 0, 423.103 µ m
=

∆y = 0, 423.103 + 100 = 523µ m

Tính

∆λ :

9


ẢNH NHIỄU XẠ VÀ GIAO THOA ÁNH SÁNG


ya
d
ln λ = ln y + ln a + ln D

λ =

⇒

∆λ

λ

=

∆y
∆a
∆D
+
+
y
a
D

 ∆y

∆a
∆D 
523
2

2.103 
∆λ = 
+
+
λ
=
+
+
÷

÷0, 636
3
80 900.103 
a
D 
 7,155.10
 y
= 0, 064 µ m = 64nm
⇒ λ = (636 ± 64) nm

7.3.3. Liệt kê các phương pháp giảm sai số bước sóng của laser? (10 điểm)
- Chọn vị trí khe chính xác, ghi lại số khe đã làm.
- Di chuyển đầu thu đều tay nhẹ nhàng.
- Qt góc để tìm giá trị y chính xác
- Khơng xê dịch giá đỡ và nguồn sáng laser.
- Làm nhiều lần để giảm sai số.
-Điều chỉnh khoảng D chính xác
7.4. Từ thí nghiệm đến thực tiễn (30 điểm)
7.4.1. Liệt kê tên của các dụng cụ, thiết bị có ghi nhận hay áp dụng hiệu ứng
nhiễu xạ, giao thoa ánh sáng? (10 điểm)

- Máy đơn sắc
- Giao thoa kế Michelson
- Giao thoa kế
7.4.2. Mô tả chức năng chính của một dụng cụ, thiết bị ở mục (7.4.1)? (10 điểm)
- Giao thoa kế Rayleigh:
Là dụng cụ dùng để đo chiết suất (hay nồng độ) của chất lỏng và chất khí ở độ
chính xác cao.
7.4.3. Trình bày sơ đồ và nguyên lý hoạt động một dụng cụ, thiết bị ở mục
(7.4.1)? (10 điểm)
- Giao thoa kế Rayleigh:

10


ẢNH NHIỄU XẠ VÀ GIAO THOA ÁNH SÁNG

Sơ đồ hoạt động giao thoa kế Rayleigh

- Ánh sáng đơn sắc từ nguồn S sau khi thấu kính hội tụ L1 và hai khe S1,S2 bị
tách thành hai chùm tia song song.Hai chùm sẽ giao thoa với nhau trên mặt
phẳng tiêu của thấu kính hội tụ L2. Nhờ thị kính L ta có thể quan sát được hệ
thống vân giao thoa đó.
- Trên đường đi của hai chùm tia ban đầu ta đặt hai ống nghiệm chiều dài d
đựng cùng một chất lỏng chiết xuất no đã biết,ghi hệ thống giao thoa màn quan
sát. Sau đó thay chất lỏng trong một ống bằng chất lỏng cần nghiên cứu, vì chiết
xuất chất lỏng đựng trong hai ống bây giờ khác nhau nên hiệu quang lộ của hai
chùm bị thay đổi một lượng n là chiết xuất của chất lỏng cần đo. Kết quả là hệ
thống vân giao thoa bị dịch chuyển, đếm số vân giao thoa bị dịch chuyển ta có
thể tính được chiết xuất của chất lỏng, ta biết rằng khi hiệu quang lộ thay đổi
một bước song song thì hệ thống vân dịch một khoảng vân. Do đó nếu hệ thống

vân giao dịch chuyển khoảng vân thì hiệu quang lộ sẽ thay đổi một khoảng
bằng:
∆L = ( n − n0 ) d = mλ

Từ đó suy ra chiết suất của chất lỏng cần đo là:

n=

mλ
+ n0
d

ta cũng có thể đo chiết suất một chất khí bằng cách sử dụng giao thoa kế
Rayleigh, so sánh chất khí đó với một chất khí có chiết suất biết trước.

11


ẢNH NHIỄU XẠ VÀ GIAO THOA ÁNH SÁNG

12