Bài giảng Vật lý 2 - Bài: Nhiễu xạ ánh sáng - Lê Quang Nguyên

Nội dung text: Bài giảng Vật lý 2 - Bài: Nhiễu xạ ánh sáng - Lê Quang Nguyên

1. Nội dung 1. Hiện tượng nhiễu xạ 2. Nguyên lý Huygens 3. Nhiễu xạ trên lỗ tròn Nhiễu xạ ánh sáng 4. Nhiễu xạ trên khe hẹp 5. Nhiễu xạ trên nhiều Lê Quang Nguyên khe www4.hcmut.edu.vn/~leqnguyen 6. Nhiễu xạ tia X nguyenquangle59@yahoo.com 1a. Hiện tượng nhiễu xạ 1b. Nhiễu xạ của sóng nước qua hai khe • Nhiễu xạ là hiện tượng sóng đi vòng qua vật Cực đại cản; giao thoa • Sau đó các phần khác nhau của sóng giao thoa ở phía sau vật cản, tạo nên những vùng sóng Cực tiểu có biên độ cực đại và cực tiểu xen kẽ nhau. Sóng vòng giao thoa • Minh họa . ra sau vật cản Sóng tới phẳng
2. 3a. Nhiễu xạ qua lỗ tròn: hiện tượng 3b. Phương pháp đới cầu Fresnel • Dùng ánh sáng đơn sắc Mặt sóng cầu Σ phẳng hay cầu. • Vân tròn, tâm trên trục Đới Fresnel bậc 4 của lỗ. b + 4( λ/2) • Cường độ sáng giảm nhanh khi ra xa tâm b + 2( λ/2) O ảnh. S B • Minh họa . b + λ /2 OB = b b + 3( λ/2) Đới Fresnel bậc 1 3c. Tính chất của các đới Fresnel 3c. Tính chất của các đới Fresnel (tt) • Nếu bậc của các đới không quá lớn thì tất cả đều có diện tích bằng nhau: Bán kính r 4 πab λ ∆S = b + 4( λ/2) a+ b b + 2( λ/2) • Với a = SO, b = OB. O S B • Bán kính biên ngoài của đới bậc m là: b + λ/2 SO = a mab λ r = b + 3( λ/2) OB = b m a+ b Diện tích ΔS
3. 4a. Nhiễu xạ trên khe hẹp: hiện tượng 4b. Các nguồn thứ cấp • Sóng tới phẳng • Chia mặt sóng trên khe thành nhiều dải hẹp đơn sắc. giống nhau song song với khe; • Màn cách xa • Hiệu quang lộ của hai sóng liên tiếp bằng một khe: các tia nửa bước sóng. cùng góc lệch λ/2 giao thoa nhau. 2( λ/2) • Vân thẳng b song song với θ khe. • Minh họa . Nguồn thứ cấp 4( λ/2) 4b. Các nguồn thứ cấp (hết) 4c. Vị trí các vân • Tại một vị trí trên màn quan sát, các sóng thứ λ/2 cấp có tính chất: 2( λ/2) • Có cùng biên độ, vì các nguồn thứ cấp giống nhau. • Khi góc lệch θ = 0 tất cả các sóng thứ cấp đều b θ cùng pha. O • Khi góc lệch θ ≠ 0 hai sóng thứ cấp liên tiếp ngược pha nhau, vì hiệu quang trình giữa chúng bằng λ/2. Nguồn bsinθ = 4( λ/2) thứ cấp Thấu kính Màn quan sát hội tụ ở tiêu diện
4. 5b. Vị trí cực đại, cực tiểu 5c. Phân bố cường độ sáng • Cực đại trung tâm ứng với góc lệch θ = 0. Một khe • Cường độ do • Các cực tiểu chính (do nhiễu xạ trên một khe): nhiễu xạ trên một khe bsinθ= m λ m =±± 1,2 1 1 • Là hình bao của cường độ • Các cực đại chính (do giao thoa giữa các khe) : nhiễu xạ qua dsinθ= m λ m =±± 1,2 nhiều khe. 2 2 Nhiều khe • Giữa hai cực đại chính liên tiếp còn có (N – 1) cực tiểu phụ và (N – 2) cực đại phụ. • Minh họa 5c. Ứng dụng của cách tử 6a. Nhiễu xạ tia X –10 • Vì các cực đại rất rõ nét và sáng nên cách tử • Tia X có bước sóng cỡ Angstrom (1 Å = 10 nhiễu xạ được dùng để: m) nên có thể nhiễu xạ trên các khe ở giữa các nguyên tử, phân tử cấu tạo nên vật chất. – Phân tích ánh sáng thành ánh sáng đơn sắc. • Dùng ảnh nhiễu xạ tia X trên vật chất, các nhà – Phân tích phổ ánh sáng phát từ vật chất. khoa học có thể xác định được cấu trúc của vật – Đo bước sóng ánh sáng. chất. Ảnh nhiễu xạ tia X của DNA Phổ nguyên gợi ý cho Crick và Watson tử Hydro (1953) về cấu trúc chuỗi xoắn kép. Từ đó một ngành mới ra đời – Sinh học phân tử.