|
|
1. Thí nghiệm Iâng về hiện tượng giao thoa ánh sáng
Đây là thí nghiệm đầu tiên về hiện tượng giao thoa của hai chùm tia sáng. Thí nghiệm này được Iâng (Young) thực hiện năm 1802.
Một đèn Đ chiếu sáng một khe hẹp S nằm trên một màn chắn M (h.7.4)
Ánh sáng của ngọn đèn được lọc qua một kính lọc sắc F (kính đỏ chẳng hạn). S trở thành một khe sáng đơn sắc.
Chùm tia sáng đơn sắc lọt qua khe S tiếp tục chiếu sáng hai khe hẹp S1, S2 nằm song song và rất gần nhau trên một màn chắn M12. Hai khe S1, S2 được bố trí song song với khe S.
Đặt mắt sau màn chắn M12 sao cho có thể hứng được đồng thời hai chùm tia sáng lọt qua các khe S1 và S2 vào mắt. Nếu điều tiết mắt để nhìn vào khe S, ta sẽ thấy có một vùng sáng hẹp trong đó xuất hiện những vạch sáng (đỏ) và những vạch tối xen kẽ nhau một cách đều đặn.
Hiện tượng này gọi là hiện tượng giao thoa ánh sáng. Nếu dùng ánh sáng trắng (bỏ kính lọc sắc F đi) ta sẽ thấy có một vạch sáng ở chính giữa, hai bên cónhững dải màu như ở cầu vồng, tím ở trong, đỏ ở ngoài.
2. Giải thích hiện tượng
Hiện tượng có những vạch sáng và những vạch tối nằm xen kẽ nhau và nhất là sự xuất hiện của những vạch tối trong vùng hai chùm sáng gặp nhau chỉ có thể giải thích được bằng sự giao thoa của hai sóng: những vạch sáng ứng với những chỗ hai sóng gặp nhau tăng cường lẫn nhau; những vạch tối ứng với những chỗ hai sóng gặp nhau triệt tiêu lẫn nhau. Ta gọi những vạch sáng, vạch tối này là những vân giao thoa.
Nếu thừa nhận ánh sáng có tính chất sóng, ta sẽ giải thích hiện tượng xẩy ra trong thí nghiệm Iâng như sau:
Ánh sáng từ đèn Đ chiếu đến khe S làm cho khe S trở thành một nguồn phát sóng ánh sáng, lan toả về phía hai khe S1 và S2. Khi truyền đến các khe S1 và S2, sóng này sẽ làm cho chúng trở thành hai nguồn sáng khác, phát ra hai sóng ánh sáng, lan toả tiếp về phía sau. Hai chùm sáng này có một phần chồng lên nhau và chúng giao thoa với nhau, cho những vân sáng, vân tối.
Sở dĩ hai sóng này giao thoa được với nhau vì chúng được phát ra từ hai nguồn S1, S2 thoả mãn các điều kiện của hai nguồn kết hợp ( nguồn sáng kết hợp:
+ Sóng ánh sáng do hai nguồn S1, S2 phát ra có cùng tần số với sóng ánh sáng do nguồn S phát ra.
+ Khoảng cách từ S1, đến S2 đến S hoàn toàn xác định nên dao động của S1 và S2 lệch pha với nhau một lượng không đổi.
Nếu dùng ánh sáng trắng thì hệ thống vân giao thoa của các ánh sáng đơn sắc khác nhau sẽ không trùng khít với nhau.
Ở chính giữa, vân sáng của các ánh sáng đơn sắc khác nhau nằm cùng với nhau cho một vân sáng gọi là vân trắng chính giữa. ở hai bên vân trắng chính giữa, các vân sáng của các sóng ánh sáng đơn sắc khác nhau không trùng với nhau nữa. Chúng nằm kề sát bên nhau và cho những quang phổ có màu như ở cầu vồng.
Ta sẽ hiểu rõ hơn cách giải thích này nếu thay kính lọc sắc đỏ F trong thí nghiệm trên bằng cách kính lọc sắc khác (vàng, lục, tím v.v…). Ta sẽ thấy khoảng cách giữa các vân đỏ lớn hơn khoảng cách giữa các vân lục; khoảng cách giữa các vân lục lớn hơn khoảng cách giữa các vân tím v.v…
Khi quan sát ánh sáng phản xạ trên các váng dầu, mỡ hoặc bong bóng xà phòng, ta thấy có những vầng màu sặc sỡ. Đây cũng là hiện tượng giao thoa ánh sáng khi dùng ánh sáng trắng. Hai sóng ánh sáng giao thoa với nhau trong hiện tượng này là: một sóng phản xạ ở ngay trên của lớp váng; một sóng, saukhi khúc xạ vào trong lớp váng, bị phản xạ ở mặt dưới, trở lại mặt trên rồi ló ra ngoài. Sóng thứ hai gặp sóng thứ nhất ở ngay trên mặt bản và giao thoa với nhau (h.7.6)
3. Kết luận
Hiện tượng giao thoa ánh sáng là một bằng chứng thực nghiệm quan trọng khẳng định ánh sáng có tính chất sóng.
Sau này, căn cứ vào nhiều hiện tượng quang học quan trọng khác nữa, và vào lí thuyết điện tử của Macxoen, người ta đã chứng minh được một cách chắc chắn rằng ánh sáng là một loại sóng điện từ.
Một số bài tập
Trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng, khoảng cách hai khe là 0,5mm, từ hai khe đến màn giao thoa là 2m. Bước sóng của ánh sáng trong thí nghiệm là  .
Xét điểm M ở bên phải và cách vân trung tâm 5,4mm; điểm N ở bên trái và cách vân trung tâm 9mm. Từ điểm M đến N có bao nhiêu vân sáng? Trong thí nghiệm Young, người ta cho 2 bức xạ đơn sắc có bước sóng  = 0,6 m và bước sóng  chưa biết. Khoảng cách 2 khe a=0,2 mm , khoảng cách màn đến 2 khe D= 1m, Cho giao thoa trường là 2,4 cm trên màn, đếm thấy có 17 vạch sáng trong đó có 3 vạch là kết quả trùng nhau của 2 hệ vân. Tìm , biết 2 trong 3 vạch trùng nhau nằm ngoài cùng L . Trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng ,các khe sáng được chiếu bởi ánh sáng trắng có bước sóng từ  . Khoảng cách giữa hai khe là 0,5mm , khoảng cách từ hai khe đến màn là 1,5m. Chiều rộng của quang phổ bậc 2 thu được trên màn là : Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng dùng khe Iâng, khoảng cách giữa hai khe là 1mm, các khe cách màn 1m. Bề rộng trường giao thoa khảo sát trên màn là L= 1cm. Chiếu đồng thời 2 bức xạ đơn sắc màu vàng có bước sóng  và màu tím có bước sóng  . Kết luận nào sau đây không chính xác : Trong một thí nghiệm Young, hai khe F1, F2 cách nhau 0,6mm và được chiếu bằng bức xạ tử ngoại có bước sóng 300nm. Một tấm giấy ảnh đặt song song với hai khe, cách hai khe 0,9m. Sau khi tráng người ta đo được khoảng cách giữa 7 vạch đen liên tiếp là
Chiếu đồng thời hai bức xạ đơn sắc đỏ và lục vào hai khe Young. Trên màn quan sát hình ảnh giao thoa, ta thấy hệ thống các vân sáng có màu
Trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng , khoảng cách giữa hai khe là 1mm và khoảng cách từ hai khe đến màn là 2m . Biết khoảng cách từ vân tối thứ 2 đến vân sáng thứ 5 ở cùng phía so với vân trung tâm là 4,2mm. Bước sóng của ánh sáng dùng trong thí nghiệm là : Trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng , nếu chiếu đồng thời vào hai khe ánh sáng đơn sắc có bước sóng  thì vân sáng bậc 10 của  trùng với vân sáng bậc mấy của bức xạ Trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng được thực hiện trong không khí và sau đó thực hiện trong nước . Khoảng vân khi đó sẽ : Trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng , trên một đoạn MN của màn quan sát , khi dùng ánh sáng vàng có bước sóng  thì quan sát được 17 vân sáng. (Tại M và N là vân sáng). Nếu dùng ánh sáng có bước sóng  thì số vân sáng quan sát được là : |
 |
Tính chất sóng của ánh sáng |
 |
|
 | Hiện tượng giao thoa ánh sáng |
|
|
 |
|
 |
|
Góp ý với Onthi.com
m
m
m
m
