Bài thực hành: Đo bước sóng ánh sáng bằng phương pháp giao thoa là bài thực hành duy nhất trong chương 5. Chúng ta sẽ cùng tìm hiểu cách tiến hành thí nghiệm này trong bài viết hôm nay nhé!
I. Mục đích thực hành
- Quan sát hệ vân giao thoa tạo bởi khe Young, sử dụng chùm sáng laser.
- Đo bước sóng ánh sáng
II. Dụng cụ thí nghiệm
- Nguồn phát laser.
- Khe Young: 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 3000 mm.
- Thước kẹp, độ chia nhỏ nhất 0,02 hoặc 0,05 mm.
- Giá thí nghiệm.
- Một tờ giấy trắng.
III. Cơ sở lý thuyết
Tia laser là một chùm sáng song song, đơn sắc. Khi chiếu chùm tia laser vuông góc với màn chắn P có hai khe hẹp song song F1, F2. Hai khe hẹp này trở thành hai nguồn kết hợp phát sóng ánh sáng về phía trước. Các P một khoảng D, ta đặt màn quan sát E song song với P.
Các sóng ánh sáng từ F1, 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 λ theo công thức:
i=λ.D/a
Nếu khoảng cách a giữa hai khe cho biết trước, đo khoảng cách D và khoảng vân i, ta tính được bước sóng λ của tia laser.
IV. Tiến hành thí nghiệm
1. Bộ dụng cụ khảo sát giao thoa qua khe Young dùng tia laser.
Bộ dụng cụ gồm một nguồn tia laser S phát ra tia sáng laser 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
Để nghiên cứu ảnh hưởng của khoảng cách a, trên P có ba hệ khe Young có khoảng cách a khác nhau 0,2; 0,3; 0,4 mm. Trong bài thí nghiệm này, ta có thể tùy 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 với mặt phẳng P và cách P một khoảng D=1,5 -> 2m. Độ lớn của khoảng vân i đo bằng thước cặp, còn khoảng cách D đo bằng thước milimét.
2. Tìm vân giao thoa
Cắm phích điện của bộ nguồn phát laser S vào ổ điện xoay chiều 220 V. Bật công tắc K, ta nhận được chùm tia laser màu đỏ.
Điều chỉnh vị trí màn chắn P sao cho chùm tia laser chiếu thẳng góc đúng vào hệ khe young đã chọn.
Màn quan sát E đặt cách P khoảng 1,5 đến 2m. Điều chỉnh, dịch chuyển giá đỡ G sao cho chùm tia laser chiếu đúng vào màn E và vuông góc với màn. Quan sát hệ vân giao thoa xuất hiện trên màn.
3. Xác định bước sóng của chùm laser
Dùng thước 3000 milimet đo khoảng cách D từ màn chắn P đến màn quan sát E.
Đánh dấu vị trí của các vân sáng trên tờ giấy trắng phân bố trên n khoảng vân, n tùy chọn từ 2 đến 6. Dùng thước cặp đo khoảng cách L giữa hai vân sáng đã được đánh dấu ở ngoài cùng, ghi vào bảng 1.
Khoảng vân i: i=L/n (mm)
Bước sóng của chùm laser được tính theo công thức:
λ=ai/D=(aL)/(Dn)
Tắt công tắc K, rút phích điện của nguồn laser ra khỏi ổ cắm điện. Kết thúc thí nghiệm
IV.Trả lời câu hỏi lý thuyết
Câu 1: Hiện tượng giao thoa ánh sáng là gì?
Trả lời:
Hiện tượng trong vùng hai chùm sáng gặp nhau lại có những vạch sáng tối nằm so le nhau, chổ vạch tối chứng tỏ tại đó ánh sáng triệt tiêu nhau, những vạch sáng là những chỗ ánh sáng từ hai nguồn tăng cường lẫn nhau ⇒ hai nguồn sáng phát sinh hiện tượng giao thoa hay nói cách khác ánh sáng có tính chất sóng.
Câu 2: Điều kiện giao thoa của hai sóng ánh sáng là gì ?
Trả lời:
Điều kiện giao thoa của hai sóng ánh sáng là hai nguồ đó phải là hai nguồn kết hợp:
- Hai nguồn phải phát ra hai sóng ánh sáng có cùng bước sóng.
- Hiệu số pha dao động của hai nguồn phải không đổi theo thời gian.
Câu 3: 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 bởi khe Y-âng là như thế nào ?
Trả lời:
- Công thức tính khoảng vân:
- Công thức xác định bước sóng:
V. Kết quả thí nghiệm
Xác định bước sóng của chùm tia laser
Trên đây là toàn bộ lý thuyết và đáp án của bài thực hành: Đo bước sóng ánh sáng bằng phương pháp giao thoa. Nếu bạn đọc có thắc mắc xin hãy để lại bình luận ở dưới bài viết này.
