Đại Học Công Nghiệp Tp HCM Khoa Khoa Học Cơ Bản Th.s Đỗ Quốc Huy BÀI GIẢNG VLĐC 3 chủ đề: NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG (Để download tài liệu này, hãy đăng nhập vào diễn đàn của trang web champhay.com)

MỤC TIÊU Sau khi học xong bài này, SV phải: Nêu được khái niệm về nxas. Nêu được sơ đồ thí nghiệm, phân bố cường độ ảnh nhiễu xạ và giải thích kết quả của nx qua lỗ tròn, 1 qua khe hẹp nhiều khe hẹp. Nêu được đinh luật Vulf – Bragg về nhiễu xạ trên mạng tinh thể.

NỘI DUNG: *** I – Khái niệm về hiện tượng nxas II – Nguyên lí Huygen – Fresnel III – Nhiễu xạ Fresnel qua lỗ tròn IV – Nhiễu xạ Fresnel qua đĩa tròn V – Nhiễu xạ Fraunhofer qua một khe hẹp VI – Nhiễu xạ Fraunhofer qua nhiều khe hẹp VII – Cách tử nhiễu xạ VIII – Nhiễu xạ trên mạng tinh thể IX - Ứng dụng hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng

I – KHÁI NIỆM VỀ NXAS:

Hiện tượng nxas là hiện tượng as bị lệch khỏi phương truyền thẳng khi đi gần các vật cản. Nx gây bởi sóng phẳng gọi là nx Fraunhofer. Trái lại là nx Fresnel. I – KHÁI NIỆM VỀ NXAS: Chúng ta sẽ tìm hiểu nx qua lỗ tròn, qua khe hẹp và nx trên mạng tinh thể.

II – NGUYÊN LÝ HUYGENS - FRESNEL: 1 – Nội dung: Bất kì một điểm nào mà as truyền đến đều trở thành nguồn sáng thứ cấp, phát sóng cầu về phía trước nó. Biên độ và pha của nguồn thứ cấp là biên độ và pha của nguồn thực gây ra tại vị trí nguồn thứ cấp.

II – NGUYÊN LÝ HUYGENS - FRESNEL: 2 – Biểu thức sóng: Đặt vấn đề: Giả sử dđ sáng tại nguồn O có dạng E = acost thì dđ sáng tại M có dạng như thế nào? O M * Dđ sáng tại A do O truyền đến: * Dđ sáng tại M do dS truyền đến: * Dđ sáng tại M do mặt (S) truyền đến: Giải quyết vấn đề: Chọn mặt kín (S) bao quanh O.

III – NX FRESNEL QUA LỖ TRÒN: 1 – Bố trí thí nghiệm: R R

III – NX FRESNEL QUA LỖ TRÒN: 2 – Phân bố cường độ ảnh nhiễu xạ: Ảnh nx có tính đối xứng tâm M. Tâm M có lúc sáng, lúc tối, tùy theo bán kính lỗ tròn và khoảng cách từ lỗ tròn tới màn quan sát.

III – NX FRESNEL QUA LỖ TRÒN: 3 – Giải thích kết quả bằng pp đới cầu Fresnel: O b M S0 1 3 5

III – NX FRESNEL QUA LỖ TRÒN: 3 – Giải thích kết quả bằng pp đới cầu Fresnel: O b M S0 k rk Diện tích của mỗi đới cầu: Bán kính của đới cầu thứ k: R

III – NX FRESNEL QUA LỖ TRÒN: 3 – Giải thích kết quả bằng pp đới cầu Fresnel: Biên độ sóng ak do đới thứ k gởi tới M sẽ giảm dần khi chỉ số k tăng, nhưng giảm chậm. Vì thế ta coi ak là trung bình cộng của ak-1 và ak+1. Dao động sáng tại M do hai đới kề nhau gởi tới sẽ ngược pha nhau. Vì thế, biên độ sóng tại M là: (Dấu “+” khi n lẻ; “-” khi n chẵn)

III – NX FRESNEL QUA LỖ TRÒN: Kết luận: Biên độ sóng và cường độ sáng tại M: Nếu lỗ tròn quá lớn thì: Nếu lỗ tròn chứa số lẻ đới cầu Fresnel thì: (M là điểm sáng). Nếu lỗ tròn chứa số chẵn đới cầu Fresnel thì: (M là điểm tối).

IV – NX FRESNEL QUA ĐĨA TRÒN: 1 – Thí nghiệm: Kết quả: Tâm ảnh nx luôn có một chấm sáng (chấm sáng Fresnel)

IV – NX FRESNEL QUA ĐĨA TRÒN: 2 – Giải thích kết quả: Giả sử đĩa tròn chắn hết m đới cầu Fresnel thì biên độ sáng tại M chỉ do các đới cầu thứ m +1, m +2, … gởi tới. Cường độ sáng Vậy tại M luôn là điểm sáng.

VI – NX FRAUNHOFER QUA 1 KHE HẸP: 1 – Bố trí thí nghiệm: b: độ rộng khe hẹp : góc nhiễu xạ F L1 L2 E

V – NX FRAUNHOFER QUA 1 KHE HẸP: 2 – Phân bố cường độ ảnh nhiễu xạ: I1 = 0,045I0

V – NX FRAUNHOFER QUA 1 KHE HẸP: 2 – Phân bố cường độ ảnh nhiễu xạ: Vân nx đối xứng qua tiêu điểm F của TK L2 Tại F sáng nhất: cực đại giữa. Các cực đại khác giảm nhanh. Vị trí các cực đại thỏa: Vị trí các cực tiểu thỏa:

V – NX FRAUNHOFER QUA 1 KHE HẸP: 3 – Giải thích kết quả: Độ rộng mỗi dải sáng trên khe AB: Số dải sáng chứa trong khe AB: O A L1 B L2 E n lẻ: M là điểm sáng (cực đại) n chẵn: M là điểm tối (cực tiểu)

V – NX FRAUNHOFER QUA 1 KHE HẸP: 3 – Giải thích kết quả: Tại F, tất cả sóng do khe AB gởi tới đều đồng pha, nên cường độ sáng mạnh nhất. Vị trí các cực tiểu nx thỏa mãn điều kiện số dải sáng được chia trong đọan AB là số chẵn: n = 2k Với k = ±1, ±2, ±3, … Vị trí các cực đại nx thỏa mãn điều kiện số dải sáng được chia trong đọan AB là số lẻ: n = 2k + 1 Với k = 1, ±2, ±3, …

V – NX FRAUNHOFER QUA n KHE HẸP: 1 – Bố trí thí nghiệm: b: độ rộng khe hẹp d: khoảng cách giữa 2 khe liên tiếp : góc nhiễu xạ

VI – NX FRAUNHOFER QUA n KHE HẸP: 2 – Phân bố cường độ ảnh nhiễu xạ:

VI – NX FRAUNHOFER QUA n KHE HẸP: 2 – Phân bố cường độ ảnh nhiễu xạ:

VI – NX FRAUNHOFER QUA n KHE HẸP: 3 – Giải thích kết quả: Hiệu quang lộ của những tia nhiễu xạ với góc lệch : L2 – L1 = dsin

VI – NX FRAUNHOFER QUA n KHE HẸP: 3 – Giải thích kết quả: Phân bố cđộ ảnh nx qua 1 khe chỉ phụ thuộc vào góc nx . Do đó, nếu tịnh tiến khe lên trên hay xuống dưới thì ảnh nhiễu xạ không đổi. Suy ra, nếu có thêm 2, 3, …, n khe cùng độ rộng b và // với khe thứ nhất thì ảnh nx của từng khe riêng rẽ hoàn toàn trùng nhau. Ngoài sự nhiễu xạ của từng khe riêng rẽ, còn có sự giao thoa của n chùm tia nx từ n khe. Kết quả có sự phân bố lại cường độ ảnh nx.Tuy nhiên, đường bao các cực đại chính luôn là ảnh nx qua một khe.

VI – NX FRAUNHOFER QUA n KHE HẸP: 3 – Giải thích kết quả: Vị trí các CĐ chính (do giao thoa) thỏa ĐK: k = 0,±1, ±2, ±3, … Vị trí các CT chính (CT nhiễu xạ) thỏa ĐK: Với k = ±1, ±2, ±3, … Giữa hai CĐ chính liên tiếp có (n – 2) CĐ phụ và (n – 1) CT phụ. Khi số khe rất lớn và độ rộng khe rất hẹp thì các cực đại phụ mờ dần rồi tắt hẳn, các cực đại chính có cường độ bằng nhau (cách tử nx) Để quan sát được các CĐ chính thì  < d

VII – CÁCH TỬ NHIỄU XẠ: 1 – Khái niệm: Cách tử nhiễu xạ là tập hợp các khe hẹp giống nhau, // , cách đều nhau và cùng nằm trên một mặt phẳng. Khoảng cách d giữa hai khe liên tiếp được gọi là chu kì của cách tử.

VII – CÁCH TỬ NHIỄU XẠ: 2 – Hai loại cách tử: Cách tử truyền qua Cách tử phản xạ

VIII – NHIỄU XẠ TRÊN MẠNG TINH THỂ: Hiệu quang lộ: L2 – L1 = 2d.sin Vị trí các cực đại thỏa định luật Vulf - Bragg: L2 – L1 = 2d.sin = k

IX – ỨNG DỤNG HIỆN TƯỢNG NHIỄU XẠ AS: Phân tích quang phổ bằng cách tử nx. Nghiên cứu cấu trúc mạng tinh thể bằng nhiễu xạ tia X. Nghiên cứu năng suất phân li các dụng cụ quang học