Đang tải... (xem toàn văn)
Quang học là một trong những nội dung quan trọng của vật lí đại cương, nó là môn học nghiên cứu về bản chất của ánh sáng. Nó chi ra rằng ánh sáng có lưỡng tính sóng hạt. Một trong những hiện tượng thể hiện rõ nhất tính chất sóng của ánh sáng là hiện tượng giao thoa ánh sáng, hiện tượng này được xem là một bằng chứng khẳng định ánh sáng có tính chất sóng
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA VẬT LÍ ************* ĐINH VĂN TRUNG SỰ GIAO THOA CỦA CÁC TIA SÁNG PHÂN CỰC Chuyên ngành: vật lí đại cƣơng KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học Th.s. Hán Thị Hƣơng Thủy HÀ NỘI - 2014 LỜI CẢM ƠN Trong thời gian vừa qua, được sự giúp đỡ của các thầy cô giáo và các bạn sinh viên trong lớp em đã hoàn thành khóa luận tốt nghiệp với đề tài “Sự giao thoa của các tia sáng phân cực”. Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trường ĐHSP Hà Nội 2 và các bạn đã tạo điều kiện cho em hoàn thiện luận văn này. Và đặc biệt em xin chân thành cảm ơn cô giáo Th.S Hán Thị Hương Thủy người đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành đề tài này. Em xin chân thành cảm ơn! Hà N2014 Sinh viên Đinh Văn Trung LỜI CAM ĐOAN Khóa luận “Sự giao thoa của các tia sáng phân cực” là kết quả của cá nhân tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu tại trường ĐHSP Hà Nội 2. Trong quá trình thực hiện khóa luận này, tôi có tham khảo một số tài liệu ghi trong phần tài liệu tham khảo. Tôi cam đoan đây là công trình của riêng tôi không trùng lặp với các tác giả khác. Hà N Sinh viên Đinh Văn Trung MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 1. Lí do chọn đề tài 1 2. Mục đích nghiên cứu 1 3. Nhiệm vụ 1 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2 5. Phương pháp nghiên cứu 2 Chƣơng 1: Cơ sở lý thuyết. 3 I. Tổng quan về ánh sáng tự nhiên và ánh sáng phân cực. 3 I.1. Thí nghiệm. 3 I.2. Giải thích và định nghĩa. 4 II.giao thoa của các tia sáng phân cực 7 II.1. Ánh sáng phân cực elip 7 II.1.1. Cách tạo ra ánh sáng phân cực elip. 7 II.1.2. Vài trường hợp đặc biệt. 9 II.1.2.1. Hiệu số pha giữa hai tia bằng (2 1) 2 k 9 II.1.2.2. Hiệu số pha giữa hai tia bằng (2 1)k 11 II.1.2.3. Hiệu số pha giữa hai tia bằng 2k 12 II.1.3.Bản bồ chính 12 II.2 Giao thoa của các tia sáng phân cực. 14 II.2.1. Thí nghiệm. 14 II.2.2. cường độ sáng tại một điểm trên ảnh giao thoa. 14 Chƣơng 2. Ứng dụng và giải một số bài tập 18 2.1. Vận dụng một số công thức để giải một số bài tập. 18 Bài 1 18 Bài 2 19 Bài 3 20 Bài 4 20 Bài 5 21 Bài 6 22 Bài 7 24 2.2. Ứng dụng trong đời sống hàng ngày 25 2.2.1. Kính phân cực chống chói 25 2.2.2. Nhiếp ảnh. 26 2.3. Ứng dụng trong công nghệ HD. 27 2.3.1. Phim 3D 27 2.4. Ứng dụng trong nghiên cứu khoa học. 29 2.4.1. Kính hiển vi phân cực. 29 KẾT LUẬN 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO 34 1 MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Vật lí đại cương là những kiến thức cơ bản, phổ biến nhất là nền tảng đi sâu nghiên cứu vào những hiện tượng đa dạng, phức tạp khác của vật lí học. Quang học là một trong những nội dung quan trọng của vật lí đại cương, nó là môn học nghiên cứu về bản chất của ánh sáng. Nó chi ra rằng ánh sáng có lưỡng tính sóng - hạt. Một trong những hiện tượng thể hiện rõ nhất tính chất sóng của ánh sáng là hiện tượng giao thoa ánh sáng, hiện tượng này được xem là một bằng chứng khẳng định ánh sáng có tính chất sóng. Vì vậy việc tìm hiểu về hiện tượng giao thoa ánh sáng là nhiệm vụ quan trọng của người học vật lí nói riêng và người yêu thích ngành khoa học vật lí nói chung. Để mô tả đầy đủ, chính xác bản chất sóng của ánh sáng ta nghiên cứu một hiện tượng quang học nhằm chứng tỏ rằng ánh sáng là sóng ngang như thuyết điện từ về ánh sáng đã chứng minh. Đó là hiện tượng phân cực ánh sáng. Xuất phát từ quan điểm trên và niềm yêu thích quang học của bản thân và những lí do để tôi tiến hành chọn đề tài nghiên cứu “Sự giao thoa của các tia sáng phân cực” nhằm nâng cao hiểu biết của riêng tôi, đồng thời có thể dùng làm tài liệu tham khảo cho một số bạn sinh viên khác. 2. Mục đích nghiên cứu Nâng cao trình độ kiến thức về các môn học vật lí đại cương, đặc biệt là quang học, nghiên cứu về cơ sở lí thuyết và vận dụng các công thức để giải quyết các bài tập cơ bản về giao thoa của các tia sáng phân cực. 3. Nhiệm vụ Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của hiện tượng giao thoa của các tia sáng phân cực và nêu giải thích. 2 4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu. Nghiên cứu xung quanh các vấn đề cơ bản của hiện tượng giao thoa đặc biệt là hiện tượng giao thoa của các tia sáng phân cực. 5. Phƣơng pháp nghiên cứu Đọc tài liệu tham khảo Thảo luận và đánh giá Nội dung. Chương 1: Cơ sở lý thuyết. - Tổng quan về ánh sáng tự nhiên và ánh sáng phân cực. - Giao thoa của các tia sáng phân cực Chương 2 : Một số bài tập ứng dụng. 3 Chƣơng 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT I. Tổng quan về ánh sáng tự nhiên và ánh sáng phân cực I.1. Thí nghiệm Tính chất sóng ngang của ánh sáng đã được phát hiện từ trước khi có thuyết điện từ ánh sáng, tuy nhiên bản chất của hiện tượng thì chưa rõ. Ta hãy khảo sát thí nghiệm sau đây. Cho một chùm tia sáng hẹp phát ra từ một ngọn đèn, chiếu vuông góc vào bề mặt của tinh thể tuamalin được cắt sao cho hai mặt song song với nhau và song song với một phương đặc biệt trong bản. Phương này được gọi là trục quang học của bản tinh thể (hình1.1). Hình 1.1 Khi quay bản tinh thể theo phương của tia sáng, ta thấy rằng cường độ của ánh sáng qua bản không đổi. Bây giờ, nếu sau bản ta lại đặt tiếp một bản tuamalin giống hệt và khi quay bản (hay ) xung quanh tia sáng, cường độ của ánh sáng đi qua hai bản này thay đổi, phụ thuộc vào góc α là góc giữa trục quanh học và của các bản tinh thể. Khi α = 0, thì I = = , trong đó và I là cường độ của chùm tia sáng tới bản ra khỏi bản ) và ra khỏi nó. Khi α = , thì I = = 0 4 Như vậy, khi quay đúng một vòng, thì cường độ sáng sau sẽ có hai lần đạt giá trị = và hai lần đạt giá trị cực tiểu = 0 (hình 1.2). Hình 1.2 I.2. Giải thích. Để giải thích được kết quả quan sát trên, phải thừa nhận hai giả thiết sau: - Ánh sáng là ánh sáng ngang. - Bản tuamalin chỉ cho truyền qua hoàn toàn những sóng ánh sáng có vectơ sáng E song song với trục quang học của nó và giữ hoàn toàn những sóng ánh sáng có vectơ E vuông góc với trục quang học. Thật vậy, ánh sáng tới bản là một tập hợp của nhiều đoàn sóng nối tiếp nhau phát ra từ các nguyên tử riêng rẽ của nguồn sáng. Trong mỗi đoàn sóng vectơ sáng E , luôn luôn dao động theo một phương xác định, vuông góc với tia sáng. Nhưng do tính chất chuyển động hỗn loạn bên trong của nguyên tử mà mặt phẳng dao động của các đoàn sóng ngay cả do một nguyên tử phát ra cũng được định hướng một cách ngẫu nhiên. Mặt khác, nguồn sáng dù có kích thước nhỏ đến đâu cũng bao gồm rất nhiều nguyên tử. Vì lẽ đó trong ánh sáng tới bản , vectơ điện trường E của các đoàn sóng dao động theo đủ mọi phương trong mặt phẳng vuông góc với tia sáng, cho nên khi quay bản xung quanh tia sáng, bao giờ cũng có dao động song song với , do đó cường độ ánh sáng qua bản không bị thay đổi. 5 Ta gọi ánh sáng trong đó vectơ sáng E dao động theo mọi phương vuông góc với tia sáng với xác suất như nhau là ánh sáng tự nhiên (ánh sáng không phân cực ). Để biểu diễn ánh sáng tự nhiên ta vẽ trong mặt phẳng vuông góc với tia sáng các vectơ sáng E có cùng độ dài, phân bố đều đặn xung quanh tia sáng, đầu mút của chúng nằm trên một đường tròn có tâm trên tia sáng (H.1.3). Như vậy ánh sáng tự nhiên có tính chất đối xứng với tia sáng. Hình 1.3. Bây giờ ta xem xét tính chất của ánh sáng tới (cũng là ánh sáng ra khỏi T 1 ). Thí nghiệm chứng tỏ rằng, bản tinh thề tuamalin chỉ cho sóng ánh sáng nào có vectơ sáng E dao động theo phương của trục quang học của bản mới qua được bản (hình 1.4). Hình 1.4 Ta gọi ánh sáng, trong đó véctơ sáng E chỉ dao động theo một phương xác định là ánh sáng phân cực thẳng (phân cực hoàn toàn ). Ta có thể biểu [...]... sáng bị phân cực và cường độ toàn phần của nó 6 P I max I min I max I min Độ phân cực thường được biễu diễn bằng một phân số hay phần trăm (%) Đối với ánh sáng phân cực thẳng P = 100 , đối với ánh sáng tự nhiên P = 0 Sự phân cực ánh sáng có các phân cực ánh sáng do phản xạ và khúc xạ tại mặt phân giới của hai điện môi, sự phân cực ánh sáng do lưỡng chiết, phân cực elip… nhưng do hạn chế của đề... ánh sáng phân cực một phần bằng cách vẽ trong mặt phẳng vuông góc với tia sáng những vectơ E có độ dài khác nhau (hình 1.6) Hình 1.6 Đầu mút của chúng nằm trên một đường elip, mà giao điểm các trục của nó nằm trên tia sáng Ánh sáng phân cực một phần là dạng phổ biến nhất, nó được đặc trưng bởi độ phân cực P Theo định nghĩa, độ phân cực của chùm tia sáng là tỉ số giữa cường độ của phần chùm tia sáng. .. cách thay đổi d của hai nêm, ta sẽ thay đổi được hiệu số pha giữa hai tia, do đó có thể biến ánh sáng phân cực elip thành ánh sáng phân cực thẳng 13 II.2 Sự giao thoa của ánh sáng phân cực Muốn thu được hình ảnh giao thoa của ánh sáng phân cực, phải tạo ra các sóng ánh sáng phân cực kết hợp và dao động của chúng phải được thực hiện cùng phương Điều đó có thể được thỏa mãn trong thí nghiệm sau đây II.2.1... chỉ đi nghiên cứu sâu về phân cực elip II Giao thoa của các tia sáng phân cực II.1 Ánh sáng phân cực elip II.1.1 Cách tạo ra ánh sáng phân cực elip Sơ đồ biểu diễn thí nghiệm trên hình 2.1 Hình 2.1 Chùm tia sáng tự nhiên hẹp đi qua nicôn N trở thành chùm tia phân cực thẳng Bản tinh thể K có độ dày d nào đó được cắt từ tinh thể đơn trục sao cho trục quanh học O song song với mặt phân giới AB và được đặt... ánh sáng phân cực thẳng bằng một vectơ E nằm trong mặt phẳng vuông góc với tia sáng (hình 1.5a) Hình 1.5 Mặt phẳng P chứa vectơ E và tia sáng được gọi là mặt phẳng dao động ; còn mặt phẳng Q vuông góc với mặt phẳng dao động là mặt phẳng phân cực. (hình 1.5 b) Hiện tượng biến ánh sáng tự nhiên thành ánh sáng phân cực được gọi là sự phân cực ánh sáng Trong ánh sáng phân cực một phần các vectơ sáng. .. ánh sáng phải giảm khi nó truyền vào môi trường đậm hơn Ông cũng làm việc với Augustin Fresnel nghiên cứu sự giao thoa trong ánh sáng phân cực và phát hiện thấy hai chùm ánh sáng phân cực với sự định hướng dao động của chúng vuông góc nhau sẽ không chịu sự giao thoa Các bộ lọc phân cực của Arago, được thiết kế và chế tạo năm 1812, chế tạo từ nhiều bản thủy tinh được ghép vào nhau Đa phần chất phân cực. .. tập Bài 1 một chùm tia sáng tự nhiên có cường độ sáng một cặp kính phân cực và cặp kính phân cực Sau khi truyền qua , cường độ sáng của chùm tia sáng này bị giảm nhỏ 4 lần Coi rằng phần ánh sáng bị hấp thụ không đáng kể Hãy xác định góc α hợp bởi tiế diện chính của hai kính và Bài giải: Sau khi truyền qua kính phân cực , vectơ dao động sáng E của ánh sáng tự nhiên bị phân cực theo hai mặt phẳng... có ánh sáng phân cực tròn (hình 2.3.1) Hình 2.3.1 10 Do đó, muốn có ánh sáng phân cực tròn, ta cho ánh sáng phân cực thẳng đi qua bản phần tư bước sóng, sao cho phương dao động của vectơ E trong ánh sáng tới làm với trục quang học của bản một góc α = 45 Ngược lại, nếu cho ánh sáng phân cực elip ( phân cực tròn ) vừa nói trên đi qua bản phần tư bước sóng, và quay bản sao cho trục quang học của nó... là các thành phần vectơ dao động sáng của ánh sáng phân cực theo hai phương vuông góc x và y (hình bt 1) y E E E O x Hình bt.1 Khi đó ta có : = + Hay = Với , + , (1) là biên độ của các vectơ dao động sáng E , E , E Nhưng vectơ dao động sáng E của ánh sáng tự nhiên có phương chiều và độ lớn biến đổi hoàn toàn hỗn loạn nên các thành phần vectơ dao động 18 sáng E và E của ánh sáng phân. .. phân cực theo hai phương x và y cũng biến đổi hỗn loạn Do đó giá trị trung bình theo thời gian của các vectơ dao động sáng E và E phải thỏa mãn điều kiện: 2 Ex2 = E y = 1 2 E 2 (2) Vì cường độ sáng tỷ lệ với bình phương biên độ dao động sáng, nên, cường độ sáng sau kính phân cực = Với = 1 2 chỉ bằng = 0,5 (3) là cường độ của ánh sáng tự nhiên truyền tới kính phân cực Cường độ sáng của ánh sáng phân . TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA VẬT LÍ ************* ĐINH VĂN TRUNG SỰ GIAO THOA CỦA CÁC TIA SÁNG PHÂN CỰC Chuyên ngành: vật lí đại cƣơng KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI. quang trình phụ bằng: ( - ) + ( - ) = ( - ) ( + ) (2.12) và hiệu số pha tương ứng là. = 2 ( - ) ( - ) ( 2.13 ) Từ ( 2.13. ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Vật lí đại cương là những kiến thức cơ bản, phổ biến nhất là nền tảng đi sâu nghiên cứu vào những hiện tượng đa dạng, phức tạp khác của vật lí học. Quang học là một