Bài 29: Thực hành Đo bước sóng ánh sáng bằng phương pháp giao thoa

Tóm tắt lý thuyết

2.1. Mục đích

  • Quan sát hệ vân giao thoa  tạo bởi khe Young, sử dụng chùm tia Laser.
  • Đo bước sóng ánh sáng.

2.2. Cơ sở lý thuyết

  • Tia laser là một chùm tia sáng song song, đơn sắc cao, có bước sóng nằm trong khoảng \(0,630–0,690\mu m\).
  • Khi chiếu chùm laser vuông góc  với màn chắn P có hai khe hẹp song song thì hai khe hẹp này sẽ trở thành hai nguồn kết hợp phát sóng ánh sáng về phía trước.
  • Cách P một khoảng D  ta đặt một màn quan sát E song song với P.
  • Trên E ta quan sát được hệ vân giao thoa ( các vân sáng xen kẽ các vân tối).
  • Đo khoảng vân i, khoảng cách D, a ta sẽ tìm được \(\lambda \) theo công thức :

\(i = \lambda \frac{D}{a}\)

2.3. Dụng cụ thí nghiệm

  • Nguồn phát tia Laser ( 1 – 5 mW). Loại Laser bán dẫn (He – Ne)có bước sóng nằm trong khoảng 630nm – 690nm.
  • Khe Young .
  • Thước cuộn 3000 m.
  • Thước kẹp.
  • Giá thí nghiệm có gắn thước dài.
  • Một màn hứng E.
  • Nguồn AC/DC 6 – 12V.

2.4. Lắp ráp thí nghiệm :

  • Bố trí thí nghiệm như hình trên .
  • Khe Young đặt ngay sát sau nguồn Laser.
  • Cấp nguồn DC 6V cho đèn Laser.
  • Nên di chuyển khe Young sao cho hình ảnh giao thoa hiện lên rõ nét trên màn E.
  • Chú ý ánh sáng khi làm thí nghiệm ( không được đứng đối diện với nguồn laser).
  • Di chuyển thanh gắn màn E ra xa và tiến hành đo khoảng vân i trong thí nghiệm ( nên đo khoảng 5 – 6 khoảng vân).
  • Chú ý các thông số a, D trên khe Young và trên thước dài.
  • Lặp lại thí nghiệm 2 – 3 lần và ghi các giá trị thích hợp vào bảng.
  • Kết thúc thí nghiệm: tắt công tắc, rút phích điện, vệ sinh chỗ thí nghiệm.

2.5. Báo cáo thí nghiệm :

  • Nên đo n khoảng vân trên L chiều dài của màn ( n = 5,6 ).
  • Khi đó:      \(\lambda  = \frac{{aL}}{{Dn}}\)
  • Bảng xác định bước sóng ánh sáng bằng phương pháp giao thoa

Khoảng cách giữa hai khe :                    a = ……………….(mm).

Độ chính xác của thước milimet:           \(\Delta \) = ……………….(mm).

Khoảng vân đánh dấu :                          n = ……………..

Lần đo

D (mm)

L (mm)

\(\lambda \)

\(\Delta \)\(\lambda \)

1

2

3

       

Giá trị trung bình

 

   
  •  Viết kết quả của phép đo :

\(\lambda  = \bar \lambda  \pm \overline {\Delta \lambda }  = ………………………………………..\)

Bài tập minh họa



Bài 1:

Vì sao phải điều chỉnh màn chắn P và giá đỡ G để chùm tia laze chiếu vuông góc với màn chắn P và màn quan sát E?

Hướng dẫn giải:

  • Ta phải điều chỉnh màn chắn P và giá đỡ G để chùm tia laze chiếu vuông góc với màn chiếu P và màn quan sát E để tạo ra hệ vân đối xứng, các khoảng vân \(i\) bằng nhau.

Bài 2:

Cho chùm sáng laze có bước sóng \(\lambda  = 0,65\mu m\) . Khoảng cách từ màn chắn P đến màn quan sát E bằng 2m. Để tạo ra hệ vân giao thoa có khoảng vân   thì khoảng cách a giữa hai khe hẹp phải chọn bằng bao nhiêu?

Hướng dẫn giải:

  • Ta có: \(i = \frac{{\lambda D}}{a}\)
  • Khoảng cách giữa 2 khe là:

\(a = \frac{{\lambda D}}{i} = \frac{{0,{{65.10}^{ – 6}}.2}}{{1,{{3.10}^{ – 3}}}} = {10^{ – 3}}(m) = 1mm\)

Bài 3:

Vì sao khi đo khoảng vân \(i\) bằng thước cặp, ta lại phải đo khoảng cách giữa n vân mà không đo khoảng cách giữa hai vân kề nhau?

Hướng dẫn giải:

  • Khi đo khoảng vân \(i\) bằng thước cặp, ta phải đo khoảng cách giữa n vân mà không đo khoảng cách giữa 2 vân kề nhau vì khoảng vân \(i\) rất nhỏ, ta đo khoảng cách giữa n vân sau đó tìm \(i\) thì sẽ tránh bớt sai số của dụng cụ đo.

Bài 4:

Hệ vân giao thoa sẽ thay đổi thế nào, nếu:

a) Thay nguồn sáng laze màu đỏ bằng nguồn sáng laze màu xanh?

b) S là một nguồn sáng trắng?

Hướng dẫn giải:

a) Khi thay nguồn sáng laze màu đỏ bằng nguồn sáng laze màu xanh thì bước sóng giảm, nên khoảng vân giảm còn vị trí vân sáng chính giữa không đổi.

Trên màn ta vẫn thu được hệ vân gồm các vân sáng xanh và tối xen kẽ nhau đều đặn.

b) Nếu S là nguồn sáng trắng thì ta thu được hệ vân gồm ở chính giữa là vân màu trắng, hai bên là những dãy màu như màu cầu vồng, màu đỏ ở ngoài, màu tím gần vân trắng trung tâm.