Quang học

Giao thoa ánh sáng — thí nghiệm Young

Hai khe kết hợp tạo các vân sáng tối đều nhau; khoảng vân i = λD/a cho phép suy ra bước sóng ánh sáng.

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

Định nghĩa: Điều kiện vân giao thoa

Với hai khe cách nhau a, màn cách khe D (D ≫ a), tại tọa độ y nhỏ so với D, độ lệch đường đi xấp xỉ δ = ay/D. Vân sáng khi δ = mλ, vân tối khi δ = (m + 1/2)λ; m là số nguyên.

Điều chỉnh bước sóng, khoảng cách hai khe và màn để quan sát vân trên màn cùng đồ thị cường độ; các giá trị dùng cùng đơn vị nm, mm, m.

Mô hình và các đại lượng

Ví dụ: Đo bước sóng bằng vân

Chiếu ánh sáng đơn sắc qua hai khe cách nhau a = 0,50 mm. Màn ở D = 2,0 m; khoảng cách giữa hai vân sáng kề nhau đo được i = 2,4 mm. Tính bước sóng.

Lời giải

λ = ia/D = (2,4×10⁻³ m)(0,50×10⁻³ m)/(2,0 m) = 6,0×10⁻⁷ m = 600 nm.

Trắc nghiệm nhanh

Vân sáng và tối xuất hiện khi hai sóng kết hợp chồng chất: cực đại có hiệu đường đi $\Delta=m\lambda$ , cực tiểu có $\Delta=(m+1/2)\lambda$ . Trong thí nghiệm hai khe, nếu khe cách nhau $a$ , màn cách khe $D$ và góc nhỏ, khoảng vân là $i=\lambda D/a$ . Với $\lambda=600$ nm, $D=2$ m và $a=0{,}30$ mm, $i=4$ mm. Nguồn cần đơn sắc và hai khe cùng được chiếu bởi một nguồn để duy trì độ lệch pha ổn định; đổi màu sẽ làm khoảng vân đổi theo bước sóng.Đo khoảng cách giữa nhiều vân rồi chia cho số khoảng để giảm sai số. Nếu nguồn không kết hợp, độ lệch pha biến thiên nhanh và các vân trung bình biến mất.Độ tương phản còn phụ thuộc cường độ tương đối của hai chùm sáng.

Trong thí nghiệm Young, tăng khoảng cách hai khe a lên gấp đôi, giữ λ và D không đổi thì khoảng vân:

Giữ a và D không đổi, thay ánh sáng bằng bước sóng lớn hơn thì khoảng vân:

Tài liệu tham khảo

David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker (2018). Fundamentals of Physics