Thí nghiệm môn Vật lý - Khảo sát sự nhiễu xạ ánh sáng – Xác định bước sóng ánh sáng bằng cách tử

Dụng cụ:

 1. Nguồn phát tia laser bán dẫn ( 3,8V-5mW).

 2. Cách tử nhiễu xạ.

 3. Cảm biến photodiode silicon.

 4. Bộ khuếch đại và chỉ thị cường độ phổ nhiễu xạ .

 5. Thước trắc vi ( Panme), chính xác 0,01mm.

 6. Thấu kính hội tụ ( 2 điôp ) và hộp bảo vệ.

 7. Hệ thống giá đỡ thí nghiệm.

 8. Màn quán sát phổ nhiễu xạ.

I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT.

Nhiễu xạ ánh sáng là hiện tượng các tia sáng bị lệch khỏi phương truyền thẳng khi đi qua các vât chướng ngại ( lỗ tròn nhỏ, khe hở hẹp .). Dưới đây ta chỉ khảo sát hiện tượng nhiễu xạ của chùm tia sáng song song ứng với các sóng phẳng.

 

doc9 trang | Chia sẻ: lephuong6688 | Ngày: 12/01/2017 | Lượt xem: 60 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Thí nghiệm môn Vật lý - Khảo sát sự nhiễu xạ ánh sáng – Xác định bước sóng ánh sáng bằng cách tử, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Bài thí nghiệm Vật lý. Khảo sát sự nhiễu xạ ánh sáng – xác định bước sóng ánh sáng bằng cách tử Bài 6: Dụng cụ: 1. Nguồn phát tia laser bán dẫn ( 3,8V-5mW). 2. Cách tử nhiễu xạ. 3. Cảm biến photodiode silicon. 4. Bộ khuếch đại và chỉ thị cường độ phổ nhiễu xạ . 5. Thước trắc vi ( Panme), chính xác 0,01mm. 6. Thấu kính hội tụ ( 2 điôp ) và hộp bảo vệ. 7. Hệ thống giá đỡ thí nghiệm. 8. Màn quán sát phổ nhiễu xạ. I. Cơ sở lý thuyết. Nhiễu xạ ánh sáng là hiện tượng các tia sáng bị lệch khỏi phương truyền thẳng khi đi qua các vât chướng ngại ( lỗ tròn nhỏ, khe hở hẹp.). Dưới đây ta chỉ khảo sát hiện tượng nhiễu xạ của chùm tia sáng song song ứng với các sóng phẳng. 1. Nhiễu xạ qua một khe hẹp: Chiếu một chùm tia sáng song song đơn sắc có bước sóng l vuông góc với mặt phẳng của khe hẹp AB có độ rộng b. Sau khi truyền qua khe hẹp, các tíấng bị nhiễu xạ theo mọi phương và giao thoa với nhau. Muốn quan sát ảnh giao thoa của các tia nhiễu xạ song song theo phương hợp với pháp tuyến của mặt khe hẹp một góc lệch j, ta đặt một thấu kính L ở phía sau khe hẹp AB để hội tụ các tia nhiễu xạ này tại điểm M nằm trên mặt tieu của thấu kính ( hình 1 ). Khi đó điểm M có thể sáng hoặc tối và sự phân bố cường độ sáng I trên màn ảnh e đặt trùng với tiêu của thấu kính L sẽ phụ thuộc giá trị của Sinj . A A1 B j j E M F ..S2 S1 So Hình 1. Thực vậy, ta hãy vẽ các mặt phẳng So, S1, S2. vuông góc với chùm tia nhiễu xạ vad nằm cách nhau l/2. Các mặt phẳng này chia mặt phẳng của khe AB thành các dải sáng rất hẹp có độ rộng bằng nhau: AA1=AA2=.= L Và số dải nằm trên mặt phẳng của khe hẹp bằng: (1) Vì các tia nhiễu xạ từ hai dải sáng kế tiếp truyền tới điểm m có hiệu quang trình bằng l/2, nên dao động sáng của chúng ngược pha và khử lẫn nhau. Từ đosuy ra kết quả sau: - Nếu khe hẹp chứa một số chẵn các dải sáng: n=2.k ( vơi k là một số nguyên ), thì dao động sáng do mỗi cặp dái sáng kế tiếp truyền tới điểm M sẽ khử lẫn nhau và điểm M là một điểm tối – gọi là cực tiểu nhiễu xạ. Vị trí của các cực tiểu nhiễu xạ trên mặt tiêu của thấu kính L được xác định bởi hệ thức: hay với k = ±1, ±2,. Trừ k=0 (2). Theo (2), khi k = 0 thì j =0: các tia sáng truyền thẳng qua khe hẹp AB và hội tụ tại tiêu điểm của thấu kính L. Các tia sáng này có cùng quang lộ nên tại tiêu điểm l, chúng dao động cùng pha và tăng cường lẫn nhau. Do đó điểm l là một điểm rất sáng- gọi là cực đại giữa ( k =0). - Nếu khe hẹp chứa một số lẻ các dải sáng: n=2.k +1 thì dao động sáng do mỗi cặp dải sáng kế tiếp truyền tới điểm M sẽ khử lẫn nhau, chỉ còn lại dao động sáng do dải lẻ thứ 2.k+1 gây ra tại điểm M không bị khử. Do đó điểm M cũng là một điểm sáng nhưng cường đọ sáng của nó nhỏ hơn nhiều so với cực đại giữa và gọi là cực đại nhiễu xạ bậc k ( k ạ 0 ). Vị trí của các cực đại nhiễu xạ bậc k trên mặt tiêu của thấu kính l được xác định bởi hệ thức sau: hay (3) với k=1,2, 3, 4, ,-2, -3, -4, .. trừ k=0 và k=-1. I Io I1=0,045.Io I2=0,016.Io Sinj 0 Hình 2. Vị trí của các cực đại và cực tiểu nhiễu xạ trên màn ảnh E ( đặt trùng với mặt tiêu của thấu kính L) và sự phân bố cường độ sáng I của các cực đại nhiễu xạ phụ thuộc giá trị của Sinj như hình 2. Dễ dàng nhận thấy rằng cực đại giữa có độ rộng lớn gấp đôi ( bằng ) và có cường độ sáng lớn hơn nhiều so với cực đại nhiễu xạ khác nằm đối xứng về hai phía của nó. Dựa vào lý thuyết, người ta tính được tỉ lệ giữa cường độ sáng I1, I2,.. so với cường độ sáng Io của cực đại giữa: ; ; (4) Các hệ thức (2) và (3) chứng tỏ vị trí các cực đại và cực tiểu nhiễu xạ trên màn E không phụ thuộc vị trí của khe hẹp AB. Vì thế nếu dịchh chuyển khe hẹp song song với chính nó ( giữ cố định thấu kính và màn ảnh), thì ảnh nhiễu xạ trên màn E không thay đổi. 2. Nhiễu xạ qua cách tử phẳng: d Hình 3. Tập hợp một sô lớn các khe hẹp giống nhau, nằm song song và cách đều nhau trên cùng một mặt phẳng gọi là cách tử phẳng ( hình 3). Khoảng cách d giữa hai khe hẹp kế tiếp nhau gọi là chu kỳ của cách tử và số khe hẹp trên một đơn vị độ dài của cách tử bằng: . Có thể chế tạo cách tử phẳng bằng cách chụp ảnh trên phim hoặc dùng mũi dao kim cương vạch thành rãnh nhỏ trên bản thuỷ tinh phẳng. Chiếu một chùm sáng song song đơn sắc có bước sóng l vuông góc với mặt của một cách tử phẳng gồm N khe hẹp ( hình 4 ). Mỗi khe hẹp có độ rộng bằng b, và chu kỳ của cách tử bằng d. Khi đó sẽ đồng thời xảy ra hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng gây bởi mỗi khe hẹp và hiện tượng giao thoa của các chùm tia nhiễu xạ từ N khe hẹp chuyển tới mặt tiêu của thấu kính L. Vì vậy ảnh nhiễu xạ trên màn ảnh E trong trường hợp này trở nên phức tạp hơn nhiều so với ảnh nhiễu xạ qua một khe. Trước tiên ta nhận thấy tại những điểm mà góc nhiễu xạ j thoả mãn điều kiện: với k= ±1, ±2, (5) b d L O E M F j j Hình 4. thì mọi khe hẹp đều cho cực tiểu nhiễu xạ. Các cực tiểu nhiễu xạ này gọi là cực tiểu chính. Bây giờ ta khảo sát sự phân bố cường độ sáng giữa hai cực tiểu chính bằng cách xét giao thoa của hai chùm tia nhiễu xạ từ hai khe hẹp kế tiếp truyền tới điểm M trên màn ảnh E. Dễ dàng nhận thấy hiệu quang lộ giữa hai chùm tia nhiễu xạ bằng: (6). - Nếu ( bằng số nguyên lần bước sóng l ), thì dao động sáng do hai chùm tia nhiễu xạ này ( và do cả chùm tia nhiễu xạ từ các khe hẹp khác ) tại điểm M đồng pha với nhau. Kết quả: điểm M sẽ sáng và được gọi là cực đại chính. Vị trí các cực đại chính xác định bởi công thức: trong đó k= 0, ±1, ±2, (7) với k=0, sinj = 0 : ta có cực đại giữa nằm tại tiêu điểm l của thấu kính hội tụ L. Vì d > b nên giữa hai cực tiểu chính sẽ có nhiều cực đại chính như hình (5). Theo (7) những điểm nằm chính giữa hai cực đại chính kế tiếp sẽ ứng với góc j thoả màn điều kiện. (8). Tại các điểm này, hiệu quang lộ giữa hai chùm tia nhiễu xạ do hai khe hẹp kế tiếp truyền tới có giá trị bằng: ( bằng số lẻ lần của l/2), nên dao động do hai chùm tia nhiễu xạ truyền tới sẽ ngược pha và khử lẫn nhau. Tuy nhiên những điểm chính giữa đó chưa chắc là điểm tối. Thực vậy, ta hãy xét các trường hợp cụ thể sau đây: - Với số khe hẹp N=2 ( hình 5-a ): dao động sáng do hai khe hẹp truyền tới sẽ khử nhau. Khi đó điểm chính giữa là một điểm tối. - Với số khe hẹp N=3 ( hình 5-b): dao động sáng do hai khe hẹp kế tiếp truyền tới sẽ khử nhau, còn dao động sáng do khe thứ 3 truyền tới không bị khử. Khi đó điểm chính giữa là một điểm sáng, nhưng cường độ sáng của nó nhỏ hơn nhiều so với các cực đại chính nên gọi là cực đại phụ. Dĩ nhiên giữa cực đại phụ này với hai cực đại chính nằm ở hai bên sẽ có hai cực tiểu-gọi là cực tiểu phụ. Hình 5 - Với số khe hẹp N khá lớn, người ta chứng minh được rằng giữa hai cực đại chính sẽ có N-1 cực tiểu phụ và N-2 cực đại phụ. Khi đó các cực đại chính thành nét hơn, đồng thời cường độ sáng của các cực đại phụ trở nên rất nhỏ không đáng kể so với cực đại chính. Kết quả là ảnh nhiễu xạ qua cách tử phẳng sẽ là một dãy các vạch sáng song song nằm cách đều nhau. Vị trí của các vạch sáng được xác định bởi hệ thức (7) và cường độ sáng của các vạch ( xét trong phạm vi giữa hai cực tiểu chính ) sẽ giảm nhanh từ cực đại chính giữa ra xa nó về cả hai phía Trong thí nghiệm này , ta sẽ khảo sát hiện tựơng nhiễu xạ của chùm sáng laser chiếu qua một cách tử phẳng và xác định bước sóng l của chùm sáng laser , đồng thời xác định sự phân bố cương độ chùm sáng trên ảnh nhiễu xạ của nó. 3.Sơ lược về nguồng sáng laser : Laser là các bức xạ điện từ cò độ đơn sắc cao , có cường độ lớn , có tính kết hợp và định hướng cao (chữ viết tắt của cụm từ tiếng Anh "Light Aplification by Stimulated of Radiation " có nghĩa là " Khuyếch đại ánh sáng bằng phát xạ cảm ứng " ) . hấp thụ phát xạ Hình 6. E2 E1 Khi chiếu bức xạ điện từ đơn sắc có tần số n vào một chất , electon hoá trị của các nguyên tử ở mức năng lượng cơ bản E1 hấp thụ bức xạ và chuyển lên mức năng lượng kích thích E2 cao hơn(E1> E2 ) . Nhưng các electron chỉ tồn tại ở mức năng lượng kích thích E2 trong khoảng thời gian ngắn (cỡ 10-2s-10-8) –gọi là thời gian sống t , sau đó chúng lại chuyển về mức năng lượng cơ bản E1 và phát xạ bức xạ (hình 6) . Quá trình chuyển mức năng lượng khi hấp thụ hoặc phát xạ nhiệt đều tuân theo hệ thức Anhxtanh: (9) Với h=6,625.10-34 J.s là hằng số Plăng, e=h.n là photôn của bức xạ điện từ. Như vậy, nếu số Electron ở mức năng lượng cơ bản E1 càng nhiều thì khả năng để nguyên tử hấp thụ và bức xạ càng lớn; Còn nếu số Electron ở mức năng lượng kích thích E2 càng nhiều thì khả năng để nguyên tử phát xạ càng lớn. Nói cách khác là: Xác suất xảy ra hấp thụ tỉ lệ với mật độ N1 của Electron ở mức năng lượng cơ bản E1 và xãc suất xảy ra phát xạ tỉ lệ với mật độ N2 của Electron ở mức năng lượng kích thích E2. Thông thường thì N2N1 thì xác suất xảy ra phát xạ lớn hơn xác suất xảy ra hấp thụ. Khi đó quá trình phát xạ có tính kết hợp và được gọi là phát xạ cảm ứng trong đó các bức xạ cảm ứng có cùng tần số, cùng pha, cùng hướng và cùng độ phân cực với bức xạ kích thích. Như vậy, điều kiện cần để có thể xảy ra phát xạ cảm ứng là có sự đảo mật độ hạt nghĩa là mật độ nguyên t ử ở trạng thái năng lượng kích thích phải lớn hơn mật độ nguyên tử ở trạng thái năng lượng cơ bản. Môi trường chất ở trạng thái có sự đảo mật độ hạt được gọi là môi trường kích hoạt. Có thể tạo ra sự đảo mật độ hạt trong môi trường kích hoạt nhở phương pháp kích thích kiểu " bơm điện " ( phóng điện qua môi trường kích hoạt ), hoặc kiểu " bơm quang " ( dùng nguồn sáng thích hợp có cường độ mạnh chiếu vào môi trường kích hoạt ) theo nguyên tắc sau ( hình 7). Giả sử mức năng lượng E1, E2 ( với E2> E1) có mật độ nguyên tử tương ứng là N1, N2 và lúc đầu N1>N2. Chiếu vào môi trường chất bức xạ kích thích có tần số n thoả màn hệ thức (9), một số nguyên tử được " bơm " từ mức E1 lên mức E2, nên N1 giảm và N2 tăng. Nhưng khi N2 tăng, xác suất xảy ra phát xạ ( nghĩa là quá trình nguyên tử chuyển từ mức E2 về E1) cũng tăng lên. Do đó, N2 lại giảm và N1 lại tăng. Kết quả là không thể đạt tới trạng thái đảo mật độ hạt trong môi trường kích hoạt. E3 E2 E1 Hình 7. Để tạo ra trạng thái đảo mật độ hạt, người ta sử dụng môt trường kích hoạt trong đó nguyên tử có 3 ( hoặc 4 ) mức năng lượng E1, E2, E3 sao cho thời gian sống t3 của nguyên tử ở mức E3 rất nhỏ so với thời gian sống t2 ở mức E2. Bằng phương pháp " bơm " sao cho các nguyên tử bị kích thích sẽ chuyển từ mức E1 lên mức E3. Nhưng vì t3 N1 dẫn tới hiện tượng phát xạ cảm ứng. Hiện nay đã có nhiều loại nguồn phát laser, trong đó môi trường kích hoạt có thể là chất khí, lỏng, rắn, bán dẫn. Laser khí He-Ne sử dụng chất kích hoạt là hốn hợp khí Heli ( 90%) và khí Neôn ( 10%) ở áp suất thấp. Laser hồng ngọc sử dụng chất kích hoạt là thanh hồng ngọc Rubi ( tinh thể Al2O3 ) có pha ion Cr+3 với tỉ lệ 0,05%. Trong thí nghiệm này, ta dùng Điốt laser ( Laser bán dẫn ). Cho một dòng điện một chiều có cường độ thích hợp chạy qua lớp tiếp xúc p-n tạo ra từ chất bán dẫn cơ bản Ga-As, tia laser hồng ngoại sẽ được phát ra do quá trình tái hợp p-n. Đay là quá trình biến đổi trực tiếp khá hiệu quả từ điện năng thành quang năng laser.Nguyên tắc tạo ra trạng thái đảo mật độ trong Điốt laser như sau: Các Electron trong vùng hoá trị nhờ một quá trình " bơm " ( điện hoặc quang) sẽ chuyển lên vùng dẫn. Kết quả là giữa các mức năng lượng thấp của vùng dẫn và các mức năng lượng cao của vùng hoá trị có hiện tượng đảo mật độ Electron: Đó là một trạng thái không cân bằng chỉ tồn tại trong khoảng thời gia rất ngắn 10-13 sáng và đủ để gây ra hiệu ứng laser. II. Trình tự thí nghiệm. 1. Bộ thiết bị khảo sát nhiễu xạ của tia laser. (hình 8): Bộ thiết bị gồm 1 Điốt laser DL ( 3,8V - 5 mW ) phát ra chùm tia laser màu đỏ ( có độ phân kỳ khá nhỏ ) chiếu vuông góc vào mặt phẳng của cách tử CT. Chùm tia laser bị nhiễu xạ truyền qua thấu kính hội tụ TK ( 2 diốp ) và cho ảnh nhiễu xạ trên mặt tiêu của thấu kính ( cách thấu kính một khoảng f = 500mm ). Để khảo sát vị trí các cực đại nhiễu xạ và sự phân bố cường độ sáng của chúng, ta dùng một cảm biên squang điện silicon QĐ có thể di chuyển được trên mặt của màn ảnh E ( bằng kim loại ) đặt thẳng đứng nhờ một thước Panme P gắn liền với nó E P QD TK CT DL mA 10 1 100 "O" + - Hình 8. G KĐ Toàn bộ thiết bị đặt trên cùng một giá quang học G . Tín hiệu laser rọi vào cảm biến quang điện QĐ được đưa vào bộ khuyếch đại và chỉ thị phổ nhiễu xạ KĐ bằng một chốt cắm nhiều đầu C . 2. Tìm ảnh nhiễu xạ của chùm tia laser qua cách tử phẳng : a. Căm phích lấy điện của bộ nguồn nuôi diode laser DL vào nguồn điện xoay chiều ~220V. Bật công tăc K1 của diode laser DL, ta sẽ nhận được chùm tia laser màu đỏ. Vặn cán thước panme P để số đo của nó ở vị trí 12mm. Vặn nhẹ các vít hãm thích hợp trên hệ thống giá đỡ G để: - Đặt cách tử nhiễu xạ CT nằm nghiêng , không chắn chùm tia laser . - Điều chỉnh vị trí của diode laser DL sao cho cửa sổ của nó nằm ở cùng độ cao với khe hở của mặt cảm biến quang điện QĐ ( đo bằng thước thẳng milimét ) và chùm tia laser chiếu đúng vao giữa khe hở của cảm biến quang điện QĐ. b. Thực hiện việc "trực chuẩn " đối với hệ quang học của cách tử nhiễu xạ CT: - Đặt bàn trượt B cách diode laser DL khoảng 10 cm. Điều chỉnh vị trí của cách tử nhiễu xạ CT trong mặt phẳng thẳng đứng để vệt sáng của chùm tia laser rọi vuông góc vào giữa mặt của cách tử nhiễu xạ CT. Khi đó chùm chùm tia laser phản xạ trên mặt cách tử nhiễu xạ CT sẽ cho ảnh trùng đúng với cửa sổ của diode laser DL. - áp sát một cạnh của bàn trượt B với cạch của giá đỡ G và dịch chuyển từ từ bàn trượt B ra xa dần diode laser DL tới gần sát cảm biến quang điện QĐ, dồng thời quan sát vị trí vệt sáng của chùm tia laser trên mặt cách tử nhiễu xạ CT. Nếu vệt sáng này bị lệch dần về một phía ( bên phải hoặc bên trái, lên cao hặc xuống thấp ), thì ta phải vặn lỏng vít hãm diode laser DL và xoay nhẹ nó về phía ngược lại để điều chỉnh sao cho khi tiếp tục dịch chuyển bàn trượt B lại gần hoặc ra xa diode laser DL dọc theo giá đỡ G mà vệt sáng của chùm laser vấn giữ nguyên vị trí của nó trên mặt cách tử nhiễu xạ CT và ảnh nhiễu xạ ( gồm một số cực đại sáng ) hiện rõ trên mặt cảm biến quang điện QĐ. - Sau đó, dịch chuyển bàn trượt B tới vị trí sao cho mặt thấu kính TK nằm cách mặt cảm biến quang điện QĐ một khoảng f = 500 mm ( dọc trên mặt bàn trượt B và trên thước thẳng milimét T bằng kim loại gắn với mặt của giá đỡ G ). Giữ cố định khoảng cách này trong suốt quá trình thực hiện phép đo. 3. Điều chỉnh bộ khuếch đại và chỉ thị phổ nhiễu xạ KĐ: a. Cắm phích lấy điện của bộ khuếch đại và chỉ thị phổ nhiễu xạ KĐ vào nguồn điện xoay chiều ~220V. Đặt núm chọn thang đo của microampekế mA ở vị trí 10 và vặn núm biến trở R của nó về vị trí tận cùng bên phải. Bấm khoá dòng điện K trên mặt của bộ khuếch đại KĐ. Chờ khoảng 5 phút để bộ khuếch đại KĐ ổn định và tiến hành kiểm tra số O của microampekế mA bằng cách: Che sáng hoàn toàn khe hở của cảm biến quang điện QĐ, nếu kim của microampekế mA lệch khỏi số O thì phải vặn từ từ núm " qui O " của microampekế mA để điều chỉnh cho kim của nó quay trở về đúng số O. b. Vặn từ từ cám của Panme P sao cho cực đại sáng giữa ( có cường đọ sáng lớn nhất ) của ảnh nhiễu xạ lọt vào đúng giữa khe hở của cảm biến quang điện QĐ. Khi đó kim của microampekế mA lệch mạnh nhất. Vặn núm xoay của biến trở R của bộ khuếch đại KĐ ngựoc chiều kim đồng hồ sao cho kim của microampekế mA lệch tới vach 80 hoặc 90. Chú ý : Nếu kim của microampekế mA không đạt được độ lệch nói trên, thì phải vặn núm chuyển mạch thang đo của nó sang vị trí 1 ứng với độ nhạy lớn nhất. 4. Xác định bước sóng của chùm tia laser: a. Sau khi xác định được cực đại sáng giữa ứng với k=0, vặn từ từ Panme P để đo khoảng cách a giữa hai cực đại nhiễu xạ bậc nhất ứng với k=±1 nằm đối xứng ở hai bên cực đại sáng giữa. Thực hiện phép đo này 3 lần. Đọc và ghi giá trị của khoảng cách a trên thước Panme vào bảng 1 ( xem phần hướng dẫn sử dụng thước Panme trong bài thí nghiệm "xác định hệ số nhớt của chất lỏng theo phương pháp Stốkes" ). Chú ý cách đọc số đo trên thước Panme: Khi quay cán trục vít của thước Panme đúng một vòng thì mép của du xich tròn trên Panme dịch chuyển ngang một đoạn đúng bằng 0,5 mm dọc theo vạch chuẩn ngang của một thước kép thẳng hình trụ bao ngoài trục vít. Vì du xich tròn gồm 50 độ chia bằng nhau, nên giá trị mỗi độ chia của nó bằng -gọi là độ chính xác của Panme. Còn thước kép thẳng của Panme gồm hai thước thẳng milimét song song nằm ở hai phía của vạch chuẩn ngang và có độ chia khắc so le từng 0,5 mm. Như vậy vị trí x bất kỳ của trục vít Panme được xác định theo công thức: - Nếu du xích tròn nằm bên phải gần sát vạch chia của thước milimét phía trên: (mm) - Nếu du xích tròn nằm bên phải gần sát vạch chia của thước milimét phía dưới: x= N + 0,5 + 0,01.n (mm) trong đó N là số milimét, còn n là số thứ tự của vạch chia trên du xích tròn nằm đối diện trùng với vạch chuẩn ngang của thước kép thẳng trên Panme. b. áp dụng công thức (7) đối với cực đại chính bậc 1 trong ảnh nhiễu xạ, ta suy ra công thức xác định bước sóng l của chùm tia laser: l = d.sinj Hình 9. k=+1 k=-1 F a L O j j Đối với cực đại chính bận 1 ( hình 9 ), góc j khá nhỏ nên có thể coi gần đúng: Thay vào công thức trên, ta tìm được: (10) Nếu cho biết trước chu kỳ d của cách tử phẳng, ta có thể xác định được bước sóng l của chùm tia laser. 5. Khảo sự phân bố cường độ sáng trong ảnh nhiễu xạ laser: Vì cường độ sáng trong ảnh nhiễu xạ laser tỉ lệ với cường độ I của dòng quang điện trên microampekế mA nên ta có thể khảo sát sự phân bố cường độ sáng trong ảnh nhiễu xạ laser bằng cách khảo sát sự biến thiên của cường độ I của dòng quang điện phụ thuộc vào vị trí x của các cực đại chính nằm trong khoảng giữa haic cực tiểu chính ứng với k =±1 trong ảnh nhiễu xạ laser. Muốn vậy, ta vặn từ từ Panme P để dịch chuyển khe hở của cảm biến quang điện QĐ trong khoảng giữa hai cực tiểu chinhs bậc 1 trên ảnh nhiễu xạ. Mỗi lần chỉ dịch chuyển một khoảng khá nhỏ bằng 0,5 mm. Đọc và ghi giá trị cường độ I của dòng quang điện trên mỗi microampekế mA tương ứng với mỗi vị trí x trên Panme P vào bảng 2. Căn cứ vào số liệu này, vẽ đồ thị I=f(x). Chú ý : Để xác định đúng vị trí đỉnh của các cực đại nhiễu xạ, ta phải kiểm tra lại bằng cách dich chuyển Panme P từng 0,1 mm tại những điểm nằm lân cận hai phía của các đỉnh này. III. Câu hỏi thí nghiệm. 1. Định nghĩa hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng. Mô tả ảnh nhiễu xạ của chùm tia sáng song song chiếu qua một khe hở hẹp. 2. So sánh ảnh nhiễu xạ của chùm tia sáng song song chiếu qua một cách tử phẳng với ảnh nhiễu xạ của chùm tia sáng song song chiếu qua một khe hơt hẹp. Nêu rõ các công thức xác định vị trí các cực tiểu chính và các cực đại chính trong ảnh nhiễu xạ. 3. Định nghĩa laser. Nêu rõ nguyên tắc tạo ra trạng thái đảo mật độ hạt. Phân biệt sự phát xạ tự phát và phát xạ cảm ứng của các nguyên tử. Mô tả diốt laser và nguyên tắc hoạt động của nó. 4. Xác định bước sóng l của laser theo phương pháp nhiễu xạ qua cách tử, tại sao không đo trực tiếp khoảng cách gữa cực đại chính bậc 1 và cực đại giữa ( k=0 ) mà lại đo khoảng cách a giữa hai cực đại chính bậc 1 ( ứng với k= ±1 )?. 5. Khi khảo sát sự phân bố cường độ sáng trong ảnh nhiễu xạ laser, tại sao ta chỉ xét trong khoảng giữa hai cực tiểu chính bậc 1 ( ứng với k= ±1 ) và phải kiểm tra lại vị trí đỉnh của các cực đại chính bằng cách chỉ dịch chuyển Panme P từng 0,01 mm ( mà lại không dịch chuyển từng 0,05 mm như lúc đầu )? Báo cáo thí nghiệm Khảo sát sự nhiễu xạ ánh sáng- xác định bước sóng ánh sáng bằng cách tử Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội 2 Xác nhận của thấy giáo Lớp:Tổ Họ tên:... I. Mục đích thí nghiệm. .... II. Kết quả thí nghiệm. 1. Xác định bước sóng của chùm tia laser: a. Bảng 1. - Chu kỳ của cách tử phẳng: d=..(mm-1) -Tiêu cự của thấu kính hội tụ: f=(mm) - Độ chính xác của Panme: ..(mm) - Độ chính xác của thước milimét:..(mm) Lần đo A Da 1 2 3 Trung bình `a = (mm) `Da =(mm) b. Tính sai số tương đối của bước sóng l: c. Tính giá trị trung bình của bước sóng l: d. Tính sai số tuyệt đối trung bình của bước sóng l: e. Viết kết quả đo của bước sóng l: 2. Khảo sát phân bố cường độ sáng trong ảnh nhiễu xạ laser. a. Bảng 2. x(mm) I(mA) x(mm) I(mA) x(mm) I(mA) x(mm) I(mA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . b. Vẽ đồ thị I=f(x):

File đính kèm:

  • docNhieu xa cach tu.doc