Physic Labs

Quang học

Nhiễu xạ ánh sáng

Quan sát nhiễu xạ Fraunhofer qua khe đơn dựng từ các nguồn Huygens, kiểm chứng điều kiện cực tiểu asin⁡θ=mλa\sin\theta=m\lambda và độ rộng cực đại trung tâm Δy≈2λL/a\Delta y\approx2\lambda L/a.

Đại học

⚠ Nếu tái hiện bằng bút laser, tuyệt đối không chiếu vào mắt hay bề mặt phản chiếu; nên chiếu hình nhiễu xạ lên màn khuếch tán.

Dụng cụ

  • Mặt khe với các nguồn thứ cấp Huygens; màn cường độ
  • Thanh trượt “Bước sóng λ”, “Khe rộng a”, “Khoảng màn L”
  • Nút “Đặt lại tham số”

Các bước tiến hành

  1. Quan sát hình nhiễu xạ hình thành

    Giữ tham số mặc định và quan sát các sóng Huygens từ khe giao thoa trên màn: cực đại trung tâm sáng hai bên là các cực tiểu đối xứng và búp phụ yếu hơn. Đọc phổ cường độ và định vị cực tiểu thứ nhất.

  2. Thu hẹp khe

    Giảm thanh trượt độ rộng khe a và quan sát hình giãn ra — nghịch trực giác, khe càng hẹp nhiễu xạ càng mạnh. Đọc vị trí góc của cực tiểu thứ nhất và đối chiếu sin⁡θ=λ/a\sin\theta=\lambda/a; giảm a một nửa sẽ nhân đôi độ rộng Δy≈2λL/a\Delta y\approx2\lambda L/a.

  3. Đổi λ và L

    Quét thanh trượt bước sóng rồi khoảng màn L: toàn bộ hình tỉ lệ tuyến tính với cả hai, Δy∝λL\Delta y\propto\lambda L. Chọn một cấu hình, tính độ rộng khe từ độ rộng trung tâm đo được qua a=2λL/Δya=2\lambda L/\Delta y, và kiểm chứng với giá trị thanh trượt.

Mô phỏng

Lịch sử thí nghiệm

Francesco Maria Grimaldi đặt từ “nhiễu xạ” sau khi quan sát ánh sáng bẻ cong qua vật cản, xuất bản năm 1665 sau khi ông mất; ông còn mô tả các vân mà thuyết sóng sau này giải thích. Newton cũng xét hiện tượng nhưng diễn giải theo quan điểm hạt, làm chậm việc chấp nhận thuyết sóng. Chuyên khảo đoạt giải năm 1818 của Augustin-Jean Fresnel hợp nhất nguyên lý Huygens với giao thoa và tính hình nhiễu xạ định lượng — phép thử đốm Poisson nổi tiếng xác nhận nó bằng thực nghiệm. Công trình cách tử của Fraunhofer thập niên 1820 sau đó biến nhiễu xạ thành công cụ chính xác đo bước sóng, tổ tiên của quang phổ học hiện đại.

Nhà vật lý liên quan

Chủ đề liên quan trong thư viện