SGK Vật Lí 12 - Bài 29. Thực hành: Đo bước sóng ánh sáng bằng phương pháp giao thoa
Thực hÀNh: Đo Bước SÓNG ÁNH SÁNG BANG PHƯƠNG PHÁP GIAO THOA - MỤC ĐÍCH Quan sát.hệ vân giao thoa tạo bởi khe Y-âng, sử dụng chùm sáng laze. Đo bước sóng ánh sáng. - DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM - Nguồn phát tia laze (1 4- 5 mW). Khe Y-âng : một màn chắn có hai khe hẹp song song, độ rộng mỗi khe bằng 0,05 mm hoặc 0,1 mm, khoảng cách a giữa hai khe cho biết trước. Thước cuộn 3 000 mm. Thước kẹp 0 4- 150 mm, độ chia nhỏ nhất 0,02 hoặc 0,05 mm. Giá thí nghiệm. Một tờ giấy trắng. Ill - Cơ SỞ LÍ THUYẾT BVItSlll Tia laze là một chùm sáng song song, đơn sắc. Khi chiếu chùm tia laze vuông góc với màn chắn p có hai khe hẹp song song Fj, Fọ (Hình 29.1), Fị, trở thành hai nguồn kết hợp phát sóng ánh sáng về phía trước. Cách p một khoảng D, ta đặt màn quan sát E song song với p. Các sóng ánh sáng từ Fp F2 gặp nhau sẽ giao thoa với nhau, trên màn E xuất hiện hệ vân màu gồm những dải sáng tối xen kẽ. Khoảng vân i (khoảng cách giữa hai vân sáng, hoặc hai vân tối liên tiếp) liên hệ với a, D và bước sóng Ấ theo công thức : ■ i = (1) a Nếu khoảng cách a giữa hai khe cho biết trước (hoặc có thể đo bằng kính hiển vi), đo khoảng cách D và khoảng vân i, ta tính được bước sóng Ấ của tia laze. - TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM Bộ dụng cụ khảo sát giao thoa qua khe Y-âng dùng tia ĩaze (Hình 29.2a) - Bộ dụng cụ gồm một nguồn phát tia laze s (có thể dùng một laze bán dẫn) phát ra tia sáng laze màu đỏ, chiếu vuông góc vào mặt phẳng màn chắn p. Cả hai được lắp trên một giá đỡ có các vít hãm có thể điều chỉnh được. Hình 29.2 a) Bộ dụng cụ khảo sát giao thoa qua khe Y-âng dùng tia laze, b) Hệ ba khe Y-âng trên màn chắn p. (mm) Aa = 0,005 mm b) - Để nghiên cứu ảnh hưởng của khoảng cách a, trên p có ba hệ khe Y-âng có khoảng cách a khác nhau 0,2 ; 0,3 ; 0,4 mm (Hình 29.2b). Trong bài thí nghiệm này, ta có thể tuỳ chọn một trong ba hệ khe nói trên. Khoảng cách a giữa hai khe được ghi ngay ở vị trí dưới khe. Màn quan sát E là một tờ giấy trắng dán lên tường hoặc dán lên một bảng màn ảnh có chân, đặt trên mặt bàn, song song vói mặt phẳng p và cách p một khoảng D = 1,5 -e 2 m. Độ lớn của khoảng vân i đo bằng thước cặp, còn khoảng cách D đo bằng thước milimét. 2. Tim vân giao thoa Cắm phích điện của bộ nguồn phát laze s vào ổ điện xoay chiều -220 V. Bật công tắc K, ta nhận được chùm tia laze màu đỏ. Điều chỉnh vị trí màn chắn p sao cho chùm tia laze chiếu thẳng góc đúng vào hệ khe Y-âng đã chọn. Màn quan sát E đặt cách p khoảng 1,5 đến 2 m. Điều chỉnh, dịch chuyển giá đỡ G sao cho chùm tia laze chiếu đúng vào màn E và vuông góc với màn. Quan sát hệ vân giao thoa xuất hiện trên màn. Quan sát và nhận xét + Vân sáng nào là vân sáng giữa ? + Các vân giao thoa phân bố trên màn E cách đều nhau hay không ? Ảnh hưởng của vị trí đạt màn E (gần, xa, song song hoặc không song song với màn chắn P) đến hệ vân giao thoa như thế nào ? Giải thích. Xác định bước sóng của chúm tia laze f M H t i X X X X X :: Hình 29.3 Đánh dấu và đo khoảng cách giữa 6 khoảng vân giao thoa trên màn E. Dùng thước 3 000 milimét đo (5 lần) khoảng cách D từ màn chắn p (chứa khe Y-âng) đến màn quan sát E, ghi kết quả vào Bảng 1. Đánh dấu vị trí của các vân sáng trên tờ giấy trắng (màn E) phân bố trên n khoảng vân, n tuỳ chọn từ 2 đến 6 (Hình 29.3). Dùng thước cặp đo (5 lần) khoảng cách L giữa hai vân sáng đã được đánh dấu ớ ngoài cùng, ghi vào Bảng 1. L Khoảng vân Z : ỉ = — (mm) n Bước sóng của chùm laze được tính theo công thức : A = (2) D Dn - Tắt công tắc K, rút phích điện của nguồn laze ra khỏi ổ cắm điện. Kết thúc thí nghiệm. BÁO CÁO THỰC HÀNH Đo Bước SÓNG ÁNH SÁNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP GIAO THOA Họ và tên : ; Lớp : ; Tổ : Ngày làm thực hành : - MỤC ĐÍCH THỰC HÀNH - TÓM TẮT LÍ THUYẾT Hiện tượng giao thoa ánh sáng là gì ? Điều kiện giao thoa của hai sóng ánh sáng là gì ? Công thức tính khoảng vân và công thức xác định bước sóng ánh sáng trong trường hợp giao thoa của hai sóng ánh sáng đơn sắc tạo bới khe Y-âng là như thế nào ? - KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM Xác định bước sóng của chùm tia laze Bảng 1 - Khoảng cách giữa hai khe hở hẹp Fr F2: a = + (mm) - Độ chính xác của thước milimét: A = (mm) - Độ chính xác của thước cập: A’ = (mm) - Số khoảng vân sáng đánh dấu: n = . Lấn đo D ÁD L (ram) Ạt (mm) 1 2 3 4 5 Trung bình Tính giá trị trung bình của bước sóng Ấ : Ã=í|= =... ìỉD Tính sai số tỉ đối của bước sóng Ấ : g _ _ Aứ + AT + ÀD Ã - a T D Trong đó : AT = AT + A’ là sai số tuyệt đối của phép đo độ rộng của n khoảng vân, dùng thước cặp. AT) = AT) + A là sai số tuyệt đối của phép đo khoảng cách giữa màn chắn p và màn quan sát E, dùng thước milimét. Tính sai số tuyệt đối trung bình của bước sóng Ẳ : AẲ = 5Ả = = Viết kết quả đo của bước sóng Ẳ: Ẳ = Ẳ ±AẦ = ± CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP gỉ Vì sao phải điều chỉnh màn chắn p và giá đỡ 6 để chùm tia laze chiếu vuông góc với màn chắn p và màn quan sát E ? Cho chùm sáng laze có bước sóng Ẳ = 0,65 pm. Khoảng cách từ màn chắn p đến màn quan sát E bằng 2 m. Để tạo ra hệ vân giao thoa có khoảng vân /■ = 1,3 mm thì khoảng cách a giữa hai khe hẹp phải chọn bằng bao nhiêu ? Vì sao khi đo khoảng vân /' bằng thước cặp, ta lại phải đo khoảng cách giữa n vân mà không đo khoảng cách giữa hai vân kế nhau ? Hệ vân giao thoa sẽ thay đổi thế nào, nếu: Thay nguồn sáng laze màu đỏ bằng nguổn sáng laze màu xanh ? s là một nguồn sáng trắng ?