Bko-070 Cach Tu Nhieu Xa

VLKT

ThÝ nghiÖm vËt lý – BKO-070

Kh¶o s¸t sù nhiÔu x¹ cña chïm laser qua c¸ch tö ph¼ng x¸c ®Þnh b−íc sãng cña laser Dông cô : 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Nguån ph¸t tia laser b¸n dÉn ; C¸ch tö nhiÔu x¹ ph¼ng ; ThÊu kÝnh héi tô (2 ®i«p) vµ hép b¶o vÖ ; C¶m biÕn photodiode silicon ; Bé khuÕch ®¹i vµ chØ thÞ c−êng ®é v¹ch nhiÔu x¹ Th−íc tr¾c vi (Panme), chÝnh x¸c 0,01mm ; HÖ thèng gi¸ ®ì thÝ nghiÖm .

E A B1

B

I. C¬ së lý thuyÕt

ϕ

ϕ

.. . Σ Σ Σ 2

1

M O

L

0

A. NhiÔu x¹ ¸nh s¸ng qua mét khe hÑp NhiÔu x¹ ¸nh s¸ng lµ hiÖn t−îng c¸c tia s¸ng bÞ lÖch khái ph−¬ng truyÒn th¼ng khi ®i qua c¸c vËt c¶n ( lç trßn nhá, khe hë hÑp, ...). D−íi ®©y ta kh¶o s¸t hiÖn t−îng nhiÔu x¹ cña chïm tia s¸ng song song øng víi c¸c sãng ph¼ng . ChiÕu mét chïm tia s¸ng song song, ®¬n s¾c, kÕt hîp cã b−íc sãng

λ

vu«ng gãc víi mÆt ph¼ng cña

khe hÑp AB cã ®é réng b (H×nh 1). Sau khi truyÒn qua khe, c¸c tia s¸ng bÞ nhiÔu x¹ theo mäi ph−¬ng kh¸c nhau. Nh÷ng tia s¸ng nhiÔu x¹ cã cïng gãc lÖch ϕ sÏ truyÒn song song tíi giao thoa víi nhau t¹i v« cùc. §Ó quan s¸t ¶nh giao thoa cña c¸c tia nhiÔu x¹ song song, ta ®Æt mét thÊu kÝnh héi tô L ë phÝa sau khe hÑp AB ®Ó héi tô c¸c tia nhiÔu x¹ nµy t¹i ®iÓm M trªn mÆt tiªu cña thÊu kÝnh. Khi ®ã ®iÓm M cã thÓ s¸ng hoÆc tèi tuú thuéc gi¸ trÞ cña gãc ϕ . Thùc vËy, ta h·y vÏ c¸c mÆt ph¼ng song song

Σ 0 , Σ 1 , Σ 2 , ... c¸ch nhau λ / 2 vµ vu«ng gãc víi chïm tia nhiÔu x¹. C¸c mÆt ph¼ng nµy chia mÆt ph¼ng cña khe AB thµnh c¸c d¶i s¸ng hÑp cã ®é réng: AB1 = B1 B2 = ........... =

λ 2. sin ϕ

b 2.b. sin ϕ = λ / 2. sin ϕ λ

n = ±2.k (víi k lµ sè nguyªn d−¬ng), th× dao ®éng s¸ng do mçi cÆp d¶i s¸ng kÕ tiÕp truyÒn tíi ®iÓm M sÏ khö lÉn nhau vµ ®iÓm M sÏ lµ mét ®iÓm tèi - gäi lµ cùc tiÓu nhiÔu x¹ . VÞ trÝ c¸c cùc tiÓu nhiÔu x¹ trªn mÆt tiªu cña thÊu kÝnh L ®−îc x¸c ®Þnh bëi hÖ thøc :

2.b. sin ϕ

λ

= ±2 k víi k = 1 , 2 , 3 ,...

sin ϕ = ±k .λ / b

hay

Theo (2), khi k = 0 th×

ϕ

(2)

= 0 : c¸c tia s¸ng

truyÒn th¼ng qua khe hÑp AB vµ héi tô t¹i tiªu ®iÓm F cña th©ó kÝnh L. C¸c tia s¸ng nµy cã cïng quang lé nªn t¹i tiªu ®iÓm F, chóng dao ®éng cïng pha vµ t¨ng c−êng lÉn nhau. Do ®ã ®iÓm F rÊt s¸ng vµ gäi lµ cùc ®¹i nhiÔu x¹ gi÷a. - NÕu khe hÑp chøa mét sè lÎ d¶i :

n = ±(2 k + 1) , th× dao ®éng s¸ng do mçi cÆp d¶i

s¸ng kÕ tiÕp truyÒn tíi ®iÓm M sÏ khö lÉn nhau, chØ cßn l¹i dao ®éng s¸ng cña mét d¶i s¸ng d− ra kh«ng bÞ khö. Khi ®ã M lµ mét ®iÓm s¸ng vµ ®−îc gäi lµ cùc ®¹i nhiÔu x¹ bËc k (k ≠ 0).

Sè d¶i s¸ng cã trªn mÆt khe hÑp b»ng :

n=

H×nh 1 - NÕu khe hÑp chøa mét sè ch½n d¶i:

(1)

V× c¸c tia nhiÔu x¹ t−¬ng øng tõ hai d¶i s¸ng kÕ tiÕp truyÒn tíi ®iÓm M cã hiÖu quang lé b»ng λ / 2 , nªn dao ®éng s¸ng cña chóng ng−îc pha vµ khö lÉn nhau. Tõ ®ã suy ra c¸c kÕt qu¶ sau :

C−êng ®é s¸ng cña c¸c cùc ®¹i nhiÔu x¹ bËc k nhá h¬n nhiÒu so víi cùc ®¹i gi÷a. VÞ trÝ c¸c cùc ®¹i nhiÔu x¹ bËc k trªn mÆt tiªu cña thÊu kÝnh L ®−îc x¸c ®Þnh bëi hÖ thøc :

2.b. sin ϕ

λ hay

= ±(2 k + 1)

víi k = 1, 2, 3,....

sin ϕ = ±( 2.k + 1 ).λ / 2.b

(3)

VÞ trÝ c¸c cùc ®¹i vµ cùc tiÓu nhiÔu x¹ trªn mµn ¶nh E (®Æt t¹i mÆt tiªu cña thÊu kÝnh L) vµ sù ph©n bè c−êng ®é s¸ng I cña c¸c cùc ®¹i nhiÔu x¹ phô thuéc

b

gi¸ trÞ cña sin ϕ nh− h×nh 2.

d

ϕ

I I0

I1= 0,045.I0 −3 λ

H×nh 3

I2= 0,016.I0

2b −2 λ

−λ

b

b

0

+λ

+2 λ

b

b

sin

H×nh 2 NhËn thÊy cùc ®¹i gi÷a cã ®é réng lín gÊp ®«i vµ cã c−êng ®é s¸ng lín h¬n nhiÒu so víi c¸c cùc ®¹i nhiÔu x¹ kh¸c. Dùa vµo lý thuyÕt, ng−êi ta ®· tÝnh ®−îc tû lÖ gi÷a c−êng ®é s¸ng I1 ,I2 , ... cña c¸c cùc ®¹i nhiÔu x¹

th× mäi khe hÑp cña c¸ch tö ph¼ng ®Òu cho cùc tiÓunhiÔu x¹ : c¸c cùc tiÓu nhiÔu x¹ nµy ®−îc gäi lµ cùc tiÓu chÝnh. B©y giê ta xÐt sù giao thoa cña c¸c chïm tia nhiÔu x¹ tõ N khe hÑp truyÒn tíi nh÷ng vÞ trÝ n»m trong kho¶ng gi÷a c¸c cùc tiÓu chÝnh. NhËn xÐt thÊy hiÖu quang lé gi÷a c¸c cÆp tia nhiÔu x¹ t−¬ng øng tõ hai khe kÕ tiÕp truyÒn tíi ®iÓm M trªn mÆt tiªu F cña thÊu kÝnh héi tô L b»ng :

L2 − L1 = d . sin ϕ

thø k = 1, 2,... so víi c−êng ®é s¸ng I0 cña cùc ®¹i

Tõ ®ã suy ra nh÷ng tia nhiÔu x¹ cã gãc lÖch

gi÷a :

I1 / I 0 = 0 ,047 ; I 2 / I 0 = 0 ,016 ;.....

(4)

C«ng thøc (2) vµ (3) chøng tá vÞ trÝ c¸c cùc ®¹i vµ cùc tiÓu nhiÔu x¹ trªn mµn ¶nh E kh«ng phô thuéc vÞ trÝ cña khe hÑp AB. V× thÕ, nÕu gi÷ cè ®Þnh thÊu kÝnh L vµ dÞch chuyÓn khe hÑp AB song song víi chÝnh nã, th× ¶nh nhiÔu x¹ trªn mµn E kh«ng thay ®æi. B. NhiÔu x¹ qua c¸ch tö ph¼ng TËp hîp mét sè lín khe hÑp gièng nhau n»m song song vµ c¸ch ®Òu nhau trªn cïng mét mÆt ph¼ng gäi lµ c¸ch tö ph¼ng . Kho¶ng c¸ch d gi÷a hai khe hÑp kÕ tiÕp nhau gäi lµ chu kú cña c¸ch tö. ChiÕu chïm s¸ng song song ®¬n s¾c kÕt hîp cã bø¬c sãng

(6)

λ

ϕ

tho¶ m·n ®iÒu kiÖn :

d.sin ϕ = ± k . λ víi k = 0 ,1,2 ,3.... hay

sin ϕ = ± k .λ / d

(7)

sÏ g©y ra t¹i ®iÓm M c¸c dao ®éng s¸ng cïng pha vµ chóng t¨ng c−êng lÉn nhau. Khi ®ã, M sÏ lµ ®iÓm s¸ng vµ gäi lµ cùc ®¹i chÝnh bËc k. DÔ dµng nhËn thÊy cùc ®¹i chÝnh trung t©m øng víi k = 0 vµ sin ϕ = 0 n»m t¹i tiªu ®iÓm F cña thÊu kÝnh L.. H¬n n÷a, do d > b nªn gi÷a hai cùc tiÓu chÝnh sÏ cã mét sè cùc ®¹i chÝnh (H×nh 4).

I0

vu«ng gãc víi mÆt c¸ch tö ph¼ng gåm

N khe hÑp (H×nh 3). Mçi khe hÑp cã ®é réng b»ng b vµ chu kú cña c¸ch tö b»ng d . Khi ®ã sÏ ®ång thêi x¶y ra hiÖn t−îng nhiÔu x¹ ¸nh s¸ng g©y ra bëi mçi khe hÑp vµ hiÖn t−îng giao thoa cña c¸c chïm tia nhiÔu x¹ tõ N khe hÑp truyÒn tíi mÆt tiªu cña thÊu kÝnh L. V× vËy ¶nh nhiÔu x¹ trªn mµn ¶nh E trong tr−êng hîp nµy trë nªn phøc t¹p h¬n so víi mét khe . Tr−íc tiªn ta nhËn thÊy t¹i nh÷ng ®iÓm øng víi c¸c gãc nhiÔu x¹ ϕ tho¶ m·n ®iÒu kiÖn (2) :

sin ϕ = ± k .λ / b víi k = 1, 2,.....

(5)

sin ϕ −λ

−λ

b

d

0

+λ

+λ

d

b

H×nh 4 : N = 2 , d = 3b

Ng−êi ta còng chøng minh ®−îc r»ng gi÷a hai cùc ®¹i chÝnh kÕ tiÕp, cßn cã mét sè cùc ®¹i phô

2

ng¨n c¸ch bëi c¸c cùc tiÓu phô. VÞ trÝ c¸c cùc tiÓu phô x¸c ®Þnh bëi gãc lÖch ϕ tho¶ m·n ®iÒu kiÖn :

sin ϕ = ± k ′ ⋅ λ / N .d

(8)

V× c¸c cùc ®¹i phô cã c−êng ®é s¸ng rÊt nhá nªn kh«ng vÏ trªn h×nh 4. KÕt qu¶ lµ ¶nh nhiÔu x¹ qua c¸ch tö ph¼ng cã sè khe N kh¸ lín sÏ gåm nh÷ng v¹ch s¸ng song song n»m t¹i c¸c vÞ trÝ x¸c ®Þnh theo ®iÒu kiÖn (7). C¸c v¹ch s¸ng nµy ng¨n c¸ch nhau bëi nh÷ng kho¶ng tèi vµ cã c−êng ®é s¸ng gi¶m tõ cùc ®¹i trung t©m ra xa nã vÒ c¶ hai phÝa ( xÐt trong ph¹m vi gi÷a hai cùc tiÓu chÝnh bËc 1 + λ / b vµ − λ / b ) . Trong thÝ nghiÖm nµy, ta sÏ nghiªn cøu hiÖn t−îng nhiÔu x¹ cña chïm laser chiÕu qua mét c¸ch tö ph¼ng, kh¶o s¸t sù ph©n bè c−êng ®é s¸ng trªn ¶nh

λ

cña

laser. C. S¬ l−îc vÒ nguån s¸ng laser Laser lµ tõ viÕt t¾t cña côm tõ tiÕng Anh - Light Amplification by stimulated Emission of Radiation – (KhuÕch ®¹i ¸nh s¸ng b»ng ph¸t x¹ c¶m øng) ®Ó chØ c¸c bøc x¹ ®iÖn tõ kÕt hîp ,cã ®é ®¬n s¾c rÊt cao, cã c−êng ®é lín, vµ tÝnh ®Þnh h−íng cao, ®−îc t¹o ra trong nh÷ng ®iÒu kiÖn ®Æc biÖt. Khi chiÕu bøc x¹ ®iÖn tõ ®¬n s¾c cã tÇn sè ν vµo mét chÊt, electron cña c¸c nguyªn tö ë møc n¨ng l−îng c¬ b¶n E1 hÊp thô bøc x¹ vµ chuyÓn lªn møc n¨ng l−îng kÝch thÝch E2 cao h¬n (E2 > E1 ). Nh−ng electron chØ tån t¹i ë møc n¨ng l−îng kÝch thÝch E2 trong kho¶ng thêi gian ng¾n (10-3s ÷ 10 s) - gäi lµ thêi gian sèng -8

= h v = E2 - E1

víi h = 6,625.10

-34

"b¬m ®iÖn" (phãng ®iÖn qua m«i tr−êng kÝch ho¹t) hoÆc "b¬m quang" (dïng nguån s¸ng thÝch hîp cã c−êng ®é m¹nh chiÕu vµo m«i tr−êng kÝch ho¹t) ®Ó c¸c nguyªn tö bÞ kÝch thÝch chuyÓn tõ møc E1 lªn E3 . Nh−ng v×

(9)

J.s lµ h»ng sè Planck vµ

ε =h ν

lµ

photon cña bøc x¹ ®iÖn tõ cã tÇn sè v. Râ rµng x¸c suÊt x¶y ra hÊp thô tû lÖ víi mËt ®é electron N1 ë møc n¨ng l−îng c¬ b¶n E1 vµ x¸c suÊt x¶y ra ph¸t x¹ tû lÖ víi mËt ®é electron N2 ë møc n¨ng l−îng kÝch thÝch E2 . Th«ng th−êng N2 N1 th× x¸c suÊt x¶y ra ph¸t x¹ lín h¬n x¸c suÊt x¶y ra hÊp thô. Khi ®ã qu¸ tr×nh ph¸t x¹ cã tÝnh kÕt hîp vµ gäi lµ ph¸t x¹ c¶m øng, trong ®ã c¸c bøc x¹ c¶m øng cã cïng tÇn sè, cïng pha, cïng h−íng vµ cïng ®é ph©n cùc víi bøc x¹ kÝch thÝch. §iÒu kiÖn cÇn ®Ó x¶y ra ph¸t x¹ c¶m øng lµ cã sù ®¶o mËt ®é h¹t, nghÜa lµ N2>N1 . M«i tr−êng chÊt ë tr¹ng th¸i cã sù ®¶o mËt ®é h¹t gäi lµ m«i tr−êng kÝch ho¹t.

τ 3 <τ 2 ,

nªn c¸c nguyªn tö ë møc E3

nhanh chãng chuyÓn vÒ møc E2 ®Ó t¹o ra tr¹ng th¸i ®¶o mËt ®é h¹t víi N2>N1 vµ dÉn tíi hiÖn t−îng ph¸t x¹ c¶m øng . Trong thÝ nghiÖm nµy, ta dïng laser b¸n dÉn - gäi lµ diode laser. Khi cho dßng ®iÖn mét chiÒu cã c−êng ®é thÝch hîp ch¹y qua líp tiÕp xóc p-n t¹o ra tõ chÊt b¸n dÉn c¬ b¶n GaAs, tia laser sÏ ®−îc ph¸t ra do qu¸ tr×nh t¸i hîp p-n ®Ó t¹o ra c¸c photon. Nguyªn t¾c t¹o ra tr¹ng th¸i ®¶o mËt ®é trong diode laser nh− sau : C¸c electron trong vïng ho¸ trÞ chuyÓn lªn vïng dÉn nhê mét qu¸ tr×nh "b¬m" (kiÓu ®iÖn hoÆc kiÓu quang). KÕt qu¶ lµ gi÷a c¸c møc n¨ng l−îng thÊp cña vïng dÉn vµ c¸c møc n¨ng l−îng cao ë vïng ho¸ trÞ cã sù ®¶o mËt ®é electron. Tr¹ng th¸i ®¶o mËt ®é electron lµ tr¹ng th¸i kh«ng c©n b»ng, nã chØ tån t¹i trong kho¶ng thêi gian rÊt ng¾n 10-13 s vµ ®ñ ®Ó g©y ra hiÖu øng laser .

II. Tr×nh tù thÝ nghiÖm A. Bé thiÕt bÞ kh¶o s¸t nhiÔu x¹ cña

τ , sau ®ã chóng l¹i chuyÓn

vÒ møc n¨ng l−îng c¬ b¶n E1 vµ ph¸t x¹ bøc x¹. Qu¸ tr×nh chuyÓn møc n¨ng l−îng khi hÊp thô hoÆc ph¸t x¹ ®Òu tu©n theo hÖ thøc Einstein :

ε

τ 3 cña nguyªn tö ë møc E3 rÊt nhá so víi thêi gian sèng τ 2 ë møc E2 . §ång thêi dïng ph−¬ng ph¸p

gian sèng

víi k ′ = 1,2 ,3 ,... trõ c¸c gi¸ trÞ N, 2N, 3N,....

nhiÔu x¹ cña nã , tõ ®ã x¸c ®Þnh b−íc sãng

§Ó t¹o ra tr¹ng th¸i ®¶o mËt ®é h¹t, ng−êi ta sö dông m«i tr−êng kÝch ho¹t trong ®ã nguyªn tö cã ba (hoÆc bèn) møc n¨ng l−îng E1 , E2 , E3 sao cho thêi

tia laser ThiÕt bÞ gåm mét diode laser DL, ph¸t ra chïm tia laser mµu ®á chiÕu vu«ng gãc vµo mÆt ph¼ng cña c¸ch tö CT. Chïm tia laser bÞ nhiÔu x¹, truyÒn qua thÊu kÝnh héi tô TK ( cã tiªu cù f = 500mm) vµ cho ¶nh nhiÔu x¹ trªn mÆt tiªu cña thÊu kÝnh (H×nh 5) . §Ó x¸c ®Þnh vÞ trÝ c¸c cùc ®¹i nhiÔu x¹ vµ kh¶o s¸t sù ph©n bè c−êng ®é s¸ng cña chóng, ta dïng mét c¶m biÕn quang ®iÖn silicon Q§ ®Æt trong mét hép kÝn, phÝa tr−íc cã mµn ch¾n s¸ng cã khe hë réng kho¶ng 0,2 - 0,3 mm. Hép c¶m biÕn ®−îc g¾n trªn ®Çu trôc cña Panme P, nªn cã thÓ di chuyÓn ®−îc theo ph−¬ng ngang. C−êng ®é tia laser räi vµo c¶m biÕn Q§, chuyÓn ®æi thµnh c−êng ®é dßng ®iÖn, ch¹y qua mét ®iÖn trë sun 220ς. HiÖu ®iÖn thÕ r¬i trªn ®iÖn trë sun nµy ®−îc ®o vµ chØ thÞ bëi Milivon kÕ ®iÖn tö MV, cã lèi vµo lµ mét æ c¾m 5 ch©n C. B. KiÓm tra vµ ®iÒu chØnh chuÈn trùc cho hÖ thèng.

3

§Ó kÕt qu¶ ®o ®−îc chÝnh x¸c, tr−íc hÕt ta cÇn kiÓm tra vµ ®iÒu chØnh chuÈn trùc cho hÖ thèng, tøc lµ ®iÒu chØnh sao cho chïm tia laser tíi ®Ëp th¼ng gãc vµo b¶ng mµn ¶nh, ®óng vÞ trÝ trung t©m cña c¶m biÕn Q§. Muèn vËy ta h·y thùc hiÖn theo c¸c b−íc sau : 1. VÆn Panme P ®−a c¶m biÕn Q§ vÒ vÞ trÝ trung t©m ( 12,5 mm trªn th©n th−íc kÐp cña Panme). 2. NhÊc bµn tr−ît cã g¾n c¸ch tö ra khái gi¸ quang häc vµ ®Æt xuèng mÆt bµn. C¾m phÝch ®iÖn cña nguån laser DL vµo æ ®iÖn ~220V vµ bËt c«ng t¾c K1 cña nã, ta nhËn ®−îc chïm tia laser mµu ®á. Quan s¸t c¶m biÕn Q§ xem chïm tia Laser cã chiÕu ®óng vµo t©m lç trßn trªn mÆt c¶m biÕn hay kh«ng. NÕu lÖch, níi nhÑ c¸c con èc trªn khíp ®a n¨ng ®Ó xoay nguån laser DL sao cho tia s¸ng räi ®óng vµo t©m lç vµ vu«ng gãc víi bÒ mÆt lç . Víi hai phÐp xoay quanh 2 trôc vµ 2 phÐp tÞnh tiÕn däc theo 2 trôc cña khíp v¹n n¨ng, ta hoµn toµn cã thÓ ®iÒu chØnh chuÈn trùc chÝnh x¸c cho hÖ thèng. 3. §Æt bµn tr−ît cã g¾n c¸ch tö trë l¹i gi¸ quang häc. §iÒu chØnh vÞ trÝ c¸ch tö nhê khíp nèi ®a n¨ng cña nã, sao cho tia laser däi ®óng vµo t©m ( h×nh vu«ng) c¸ch tö. TiÕp tôc ®iÒu chØnh xoay c¸ch tö sao cho tia ph¶n x¹ tõ mÆt c¸ch tö quay ng−îc trë l¹i ®óng vµo lç ra cña tia Laser. DÞch chuyÓn bµn tr−ît däc theo gi¸ quang häc ®Õn vÞ trÝ sao cho thÊu kÝnh TK c¸ch mÆt c¶m biÕn Q§ ®óng 500mm th× chèt l¹i vµ gi÷ cè ®Þnh kho¶ng c¸ch nµy trong suèt qu¸ tr×nh ®o. NÕu hÖ thèng ®' ®−îc ®iÒu chØnh ®óng th× :
Trªn mÆt c¶m biÕn Q§ xuÊt hiÖn mét d·y chÊm s¸ng s¾c nÐt, n»m trªn ®−êng th¼ng n»m ngang ®i qua t©m lç.
NÕu ta ®Èy bµn tr−ît däc theo gi¸ quang häc, vÖt s¸ng cña chïm Laser trªn c¸ch tö kh«ng thay ®æi vÞ trÝ.

bªn tr¸i. BÊm kho¸ K trªn mÆt MV, chê kho¶ng 3 phót ®Ó bé khuÕch ®¹i æn ®Þnh. TiÕn hµnh ®iÒu chØnh sè 0 cho Milivon kÕ ®iÖn tö MV b»ng c¸ch : che s¸ng hoµn toµn khe hë cña c¶m biÕn quang ®iÖn Q§, vÆn tõ tõ nóm biÕn trë "qui 0" ( l¾p ngay d−íi ®ång hå chØ thÞ ) ®Ó kim ®ång hå MV chØ ®óng sè 0 . 2. §Ó ®iÒu chØnh ®é nh¹y thÝch hîp cho Milivon kÕ ®iÖn tö MV, ta vÆn tõ tõ c¸n cña panme P sao cho cùc ®¹i s¸ng gi÷a (cã c−êng ®é s¸ng lín nhÊt) cña ¶nh nhiÔu x¹ lät vµo ®óng gi÷a khe hë cña c¶m biÕn quang ®iÖn Q§. Khi ®ã kim cña Milivon kÕ ®iÖn tö MV lÖch m¹nh nhÊt. VÆn nóm xoay cña biÕn trë Rf sao cho kim cña Milivon kÕ ®iÖn tö MV lÖch tíi v¹ch cuèi thang ®o ( 80 hoÆc 90 ). (NÕu kh«ng ®¹t ®−îc ®é lÖch nµy, th× ph¶i vÆn chuyÓn m¹ch thang ®o cña MV sang vÞ trÝ “1 mV ” øng víi ®é nh¹y lín nhÊt cu¶ nã, vµ tiÕn hµnh ®iÒu chØnh theo c¸ch trªn ). D. Kh¶o s¸t sù ph©n bè c−êng ®é s¸ng trong ¶nh nhiÔu x¹ laser : V× c−êng ®é s¸ng trong ¶nh nhiÔu x¹ laser tû lÖ víi c−êng ®é I cña dßng quang ®iÖn, tøc tû lÖ víi hiÖu ®iÖn thÕ U r¬i trªn ®iÖn trë sun R, nªn ta cã thÓ kh¶o s¸t sù ph©n bè c−êng ®é s¸ng trong ¶nh nhiÔu x¹ laser b»ng c¸ch kh¶o s¸t sù biÕn thiªn cña hiÖu ®iÖn thÕ U theo vÞ trÝ x cña c¸c cùc ®¹i chÝnh n»m gi÷a hai cùc tiÓu chÝnh øng víi

sin ϕ = ± λ / b .

Muèn vËy, ta vÆn tõ tõ c¸n panme P ®Ó dÞch chuyÓn khe hë cña c¶m biÕn quang ®iÖn Q§ trong kho¶ng gi÷a hai cùc tiÓu chÝnh bËc 1 trªn ¶nh nhiÔu x¹. Mçi lÇn chØ dÞch chuyÓn mét kho¶ng nhá b»ng 0,05mm. §äc vµ ghi gi¸ trÞ hiÖu ®iÖn thÕ U øng víi mçi vÞ trÝ x trªn panme P vµo b¶ng 1. C¨n cø c¸c sè liÖu nµy, vÏ ®å thÞ

µA MV K1

CT R

P

“0” 1 10 100

Q§

DL

K +

B

G

U = f ( x ).

A

−

C H×nh 5

K§

C. Quy “0” vµ ®iÒu chØnh ®é nh¹y cña Milivon kÕ ®iÖn tö MV. 1. C¾m phÝch lÊy ®iÖn cña Milivon kÕ ®iÖn tö MV vµo æ ®iÖn ~220V. §Æt nóm chän thang ®o cña MV ë vÞ trÝ 10mV vµ vÆn nóm biÕn trë Rf cña nã vÒ vÞ trÝ tËn cïng

§Ó x¸c ®Þnh chÝnh x¸c vÞ trÝ ®Ønh cña c¸c cùc ®¹i nhiÔu x¹, ta dÞch chuyÓn panme P theo mét chiÒu tõng 0,01mm t¹i nh÷ng ®iÓm l©n cËn ë hai phÝa cña c¸c ®Ønh nµy ®Ó t×m thÊy gi¸ trÞ cùc ®¹i cña hiÖu thÕ U. C¸ch ®äc sè ®o trªn panme P: Khi quay c¸n th−íc trßn mét vßng th× trôc vÝt g¾n víi nã tÞnh tiÕn mét ®o¹n b»ng 0,50mm däc theo ®−êng chuÈn ngang cña mét th−íc kÐp th¼ng kh¾c trªn th©n vÝt. Trªn th−íc trßn cã 50 ®é chia, mçi ®é chia t−¬ng øng víi ®é dÞch chuyÓn trôc vÝt lµ 0,01 mm gäi lµ ®é chÝnh x¸c cña panme. Th−íc kÐp gåm

4

hai d·y v¹ch so le, c¸ch nhau 0,50mm n»m ë hai bªn ®−êng chuÈn ngang . D·y trªn øng víi c¸c gi¸ trÞ nguyªn cña mm ( N = 0,1, 2... mm ), d·y d−íi øng víi c¸c gi¸ trÞ b¸n nguyªn cña mm ( N’ = 0.5, 1.5, 2.5, ... mm ) . - NÕu mÐp th−íc trßn n»m s¸t bªn ph¶i v¹ch chia N cña th−íc milimÐt phÝa trªn ( d·y nguyªn), cßn ®−êng chuÈn ngang trïng víi v¹ch thø n cña th−íc trßn, th× :

x = N + 0,01.n

(mm)

(10)

- NÕu mÐp th−íc trßn n»m s¸t bªn ph¶i v¹ch chia N’ cña th−íc milimÐt phÝa d−íi ( d·y b¸n nguyªn), cßn ®−êng chuÈn ngang trïng víi v¹ch thø n cña th−íc

III. C©u hái kiÓm tra 1. §Þnh nghÜa nhiÔu x¹ ¸nh s¸ng. M« t¶ ¶nh nhiÔu x¹ cña chïm tia s¸ng song song chiÕu qua mét khe hë hÑp . 2. So s¸nh ¶nh nhiÔu x¹ cña chïm tia s¸ng song song chiÕu qua mét c¸ch tö ph¼ng víi ¶nh nhiÔu x¹ cña chïm tia s¸ng song song chiÕu qua mét khe hë hÑp. Nªu râ c¸c c«ng thøc x¸c ®Þnh vÞ trÝ c¸c cùc tiÓu chÝnh vµ cña c¸c cùc ®¹i chÝnh trong ¶nh nhiÔu x¹ . 3. Khi x¸c ®Þnh b−íc sãng

λ

cña tia laser nhiÔu

trong ®ã N lµ v¹ch d·y nguyªn n»m kÒ bªn tr¸i v¹ch N’.

x¹ qua c¸ch tö, t¹i sao kh«ng ®o trùc tiÕp kho¶ng c¸ch gi÷a cùc ®¹i chÝnh bËc 1 vµ cùc ®¹i gi÷a (øng víi k = 0), mµ l¹i ®o kho¶ng c¸ch a gi÷a hai cùc ®¹i chÝnh bËc 1 (øng víi k = ±1 )

E. X¸c ®Þnh b−íc sãng cña chïm tia laser : 1. Sau khi x¸c ®Þnh ®−îc cùc ®¹i s¸ng gi÷a øng víi k = 0, vÆn tõ tõ panme P ®Ó ®o kho¶ng c¸ch a gi÷a hai

? 5. Khi kh¶o s¸t sù ph©n bè c−êng ®é s¸ng trong ¶nh nhiÔu x¹ laser, t¹i sao ta chØ xÐt trong kho¶ng gi÷a hai cùc tiÓu chÝnh bËc 1 (øng víi

trßn, th× :

x = N’ + 0,01.n = N + 0,5 + 0,01n

(mm)

(11)

cùc ®¹i nhiÔu x¹ bËc nhÊt øng víi k = ±1 n»m ®èi xøng ë hai bªn cùc ®¹i s¸ng gi÷a. Thùc hiÖn phÐp ®o nµy 3 lÇn. §äc vµ ghi gi¸ trÞ cña a trªn th−íc panme vµo b¶ng 2 .

k = ±1 ) vµ ph¶i kiÓm tra l¹i vÞ trÝ ®Ønh cña c¸c cùc ®¹i chÝnh b»ng c¸ch chØ dÞch chuyÓn panme P tõng 0,01mm (mµ kh«ng dÞch chuyÓn tõng 0,05mm nh− lóc ®Çu) theo mét chiÒu ?

k=+1

L

ϕ

0

F

ϕ

a

k= -1 H×nh 6 2. ¸p dông c«ng thøc (7) ®èi víi cùc ®¹i chÝnh bËc 1 trong ¶nh nhiÔu x¹, ta suy ra c«ng thøc x¸c ®Þnh b−íc sãng

λ

cña chïm tia laser :

λ

= d . sin ϕ

(12)

§èi víi cùc ®¹i chÝnh bËc 1 (h×nh 6) , gãc

ϕ

kh¸ nhá

nªn cã thÓ coi gÇn ®óng :

sin ϕ ≈ tgϕ = a / 2 f

(13)

Thay (13) vµo (12) , ta t×m ®−îc hÖ thøc :

λ = a .d / 2 f

(14)

Theo c«ng thøc (14) , ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc b−íc sãng

λ

cña chïm tia laser nÕu cho biÕt tr−íc

chu kú d cña c¸ch tö ph¼ng.

5

B¸o c¸o thÝ nghiÖm

Kh¶o s¸t sù nhiÔu x¹ cña chïm tia laser qua c¸ch tö ph¼ng x¸c ®Þnh b−íc sãng cña tia laser X¸c nhËn cña thµy gi¸o Tr−êng Líp ...................Tæ ..................... Hä tªn .........................................

I. Môc ®Ých thÝ nghiÖm ............................................................................................................................................................................... ............................................................................................................................................................................... ...............................................................................................................................................................................

II. kÕt qu¶ thÝ nghiÖm A. Kh¶o s¸t sù ph©n bè c−êng ®é s¸ng trong ¶nh nhiÔu x¹ laser B¶ng 1 - §é chÝnh x¸c cña th−íc panme : ................................ ( mm ) - §é chÝnh x¸c cña Milivon kÕ ®iÖn tö MV ...................... (mV)

x (mm)

i ( µA )

x (mm)

i ( µA )

x (mm)

VÏ ®å thÞ I = f ( x )

6

i ( µA )

x (mm)

i ( µA )

B. X¸c ®Þnh b−íc sãng cña chïm tia laser B¶ng 2 - Chu kú cña c¸ch tö ph¼ng : d = ........... .(mm-1 ) - §é chÝnh x¸c cña panme : ............. (mm) - Tiªu cù cña thÊu kÝnh héi tô : f = .......... (mm ) - §é chÝnh x¸c cña th−íc milimÐt :........... (mm) LÇn ®o

a

( mm)

∆a ( mm)

λ ( µm )

1 2 3 TB 1. TÝnhsai sè t−¬ng ®èi cña phÐp ®o :

δ =

∆λ ∆d ∆f ∆a = + + = .................................................. = .............. d f a λ

2. TÝnh gi¸ trÞ trung b×nh cña phÐp ®o :

λ =d⋅

a = .......... .......... .......... .......... = .......... ......... ( µm) 2 ⋅f

3. TÝnh sai sè tuyÖt ®èi cña phÐp ®o :

∆λ = δ .λ = .......... .......... .......... .......... .. = .......... .......... .... ( µm) 4. ViÕt kÕt qu¶ ®o cña phÐp ®o :

λ = λ ± ∆λ =............................±.......................... ( µm)

7

∆ λ ( µm )