Giải bài 29 vật lí 12: Thực hành: Đo bước sóng ánh sáng bằng phương pháp giao thoa ( Phần 2 ) trang 147 sgk

Nội dung bài học gồm hai phần:

• Chuẩn bị thực hành và tiến hành thí nghiệm
• Viết báo cáo thực hành

A. Chuẩn bị thực hành và tiến hành thí nghiệm

I. MỤC ĐÍCH

1. Quan sát hệ giao thoa tạo bởi khe Y - âng, sử dụng chùm sáng laze.

2. Đo bước sóng ánh sáng.

II. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM

Chuẩn bị các dụng cụ gồm:

1. Nguồn phát tia laze (1 - 5 mW).
2. Khe Y - âng: một màn chắn có hai khe hẹp song song, độ rộng mỗi khe bằng 0,1 mm; khoảng cách giữa hai khe cho biết trước.
3. Thước cuộn 3000 mm
4. Thước kẹp có độ chia nhỏ nhất 0,02 hoặc 0,05 mm.
5. Giá thí nghiệm
6. Một tờ giấy trắng.

III. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

• Tia laze là một chùm tia sáng song song, đơn sắc cao, có bước sóng nằm trong khoảng 0,630 − 0,690μm.
• Khi chiếu chùm laze 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 λ theo công thức:

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

Khi làm thí nghiệm cần chú ý:

• Điều kiện để chùm laze chiếu thẳng góc với màn chắn và với màn quan sát, làm xuất hiện hệ thống vân rõ nét trên màn.
• Đo khoảng cách từ khe Y- âng đến màn quan sát.
• Đánh dấu được vị trí các vân trên tờ giấy đặt trên màn quan sát, rồi lấy giấy ra đo khoảng vân bằng thước kẹp.
• Tính được bước sóng laze, tính sai số, viết đúng kết quả.

IV. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

1. Bộ dụng cụ khảo sát giao thoa qua khe Y-âng dùng tia laze (Hình 29.2a)

• Để nghiên cứu ảnh hưởng của khoảng cách a, trên P có ba hệ khe Y - âng có khoảng cách a khác nhau 0,2; 0,3; 0,4 mm.
• Đặt màn E song song với P và cách P một khoảng D = 1,5 - 2m.
• Dùng thước cặp đo độ lớn khoảng vân i, dùng thước milimet do khoảng cách D

2. Tìm vân giao thoa

• Cắm phích điện của bộ nguồn phát laze S vào ổ điện xoay chiều 220V, bật công tắc K.
• Điều chỉnh vị trí màn chắn P sao cho chùm tia laze chiếu thẳng góc đúng vào hệ khe Y-âng đã chọn.
• Màn E đặt cách P khoảng 1,5m đến 2m
• Điều chỉnh, dịch chuyển giá đỡ G để chùm tia laze chiếu đúng vào màn E và vuông góc với màn
• Quan sát hệ vân giao thoa xuất hiện trên màn.

3. Xác định bước sóng của chùm tia laze

• Dùng thước đo milimet đo 5 lần khoảng cách D từ màn chắn P đến màn quan sát E, ghi kết quả vào bảng 1.
• Đánh dấu vị trí các vân sáng trên màn E phân bố trên n khoảng vân (n tuy chọn từ 2 đến 6)

• Dùng thước cặp đo 5 lần khoảng cách L giữa 2 vân sáng đã được đánh dấu ở ngoài cùng, ghi vào bảng 1.

Khoảng vân i: i = $frac{L}{n}$ (mm)

Bước sóng của chùm tia laze được tính bằng công thức: $lambda =frac{ia}{D}=frac{aL}{Dn}$

• Kết thúc thí nghiệm: tắt công tắc, rút phích điện, vệ sinh chỗ thí nghiệm.

B. Viết báo cáo thực hành

Chú ý: Đây chỉ là bài mẫu tham khảo, khi làm bài các bạn cần thay số đo mà mình đã đo để có một bài báo cáo thực hành đúng.

I. MỤC ĐÍCH THỰC HÀNH

1. Quan sát hệ giao thoa tạo bởi khe Y - âng, sử dụng chùm sáng laze.

2. Quan sát hệ vân, phân biệt được các vân sáng, vân tối, vân sáng chính giữa của hệ vân.

3. Ứng dụng hiện tượng giao thoa để đo bước sóng ánh sáng.

II. TÓM TẮT LÍ THUYẾT

1. Hiện tượng giao thoa ánh sáng là gì ?

Hướng dẫn:

• Hiện tượng trong vùng hai chùm sáng gặp nhau lại có những vạch tối chứng tỏ tại đó ánh sáng triệt tiêu nhau, những vạch sáng là những chỗ ánh sáng từ hai nguồn tăng cường lẫn nhau => hai nguồn sángphát sinh hiện tượng giao thoa hay nói cách khác ánh sáng có tính chất sóng.

2. Điều kiện giao thoa của hai sóng ánh sáng là gì ?

Hướng dẫn:

• Hai nguồn phải phát ra hai sóng ánh sáng có cùng bước sóng.
• Hiệu số pha dao động của hai nguồn phải không đổi theo thời gian.

3. Công thức tính khoảng vân và công thức xác định bước sóng ánh sáng trong trường hợp giao thoa của hai sóng ánh sáng đơn sắc tạo bởi khe Y_âng là như thế nào ?

Hướng dẫn:

• Công thức tính khoảng vân: $i=frac{lambda D}{a}$
• Công thức xác định bước sóng: $lambda =frac{ia}{D}$

III. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

Xác định bước sóng của chùm tia laze

Bảng 1

- Khoảng cách giữa hai khe hở hẹp F1,F2: a = 0,15$pm $0,01(mm)

- Độ chính xác của thước milimét:$Delta $ = 0,01(mm)

Độ chính xác của thước cặp:$Delta '$ = 0,01 (mm)

- Số khoảng vân sáng đánh dấu: n = 5.

Lần đo

D

$Delta D$

L(mm)

$Delta L(mm)$

1

0,4

0,010

9,12

0,002

2

0,43

0,012

9,21

0,088

3

0,42

0,008

9,2

0,078

4

0,41

0,008

9,01

0,112

5

0,43

0,012

9,07

0,052

Trung bình

0,418

0,010

9,122

0,0664

a) Tính giá trị trung bình của bước sóng:

$bar{lambda }=frac{bar{a}bar{L}}{nbar{D}}=frac{0,15.9,122}{5.0,418}=0,6546$

b) Tính sai số tỉ đối của bước sóng :

$delta =frac{Delta lambda }{bar{lambda }}=frac{Delta a}{bar{a}}+frac{Delta D}{bar{D}}+frac{Delta L}{bar{L}}=frac{0,01}{0,15}+frac{0,0664}{9,122}+frac{0,01}{0,418}=0,0979$

Trong đó:

$Delta L=bar{Delta }bar{L}+Delta '$là sai số tuyệt đối của phép đo độ rộng của n khoảng vân, dùng thước cặp.

$Delta D=bar{Delta }bar{D}+Delta $là sai số tuyệt đối của phép đo khoảng cách giữa màn chắn P và màn quan sát E, dùng thước milimét.

c) Tính sai số tuyệt đối trung bình của bước sóng λ:

$Delta lambda =delta bar{lambda }=0,0979.0,6546=0,064$

d) Viết kết quả đo của bước sóng λ:

λ = 0,66 ± 0,06μm

• Bài 29 lý 12: Thực hành: Đo bước sóng ánh sáng bằng phương pháp giao thoa ( Phần 1 ) - trang 147 sgk