LỜI CẢM ƠN
Trƣớc hết tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo Phan Toàn,
giảng viên khoa Toán- Lý- Tin trƣờng Đại học Tây Bắc đã tận tình hƣớng dẫn
chỉ bảo và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành đề
tài. Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn tới phòng Quản lý khoa học và quan hệ
quốc tế, phòng đào tạo, trung tâm thông tin thƣ viện đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi
trong quá trình hoàn thiện khóa luận.
Đồng thời tôi xin cảm ơn những ngƣời thân, gia đình, bạn bè, các bạn sinh
viên lớp K52 ĐHSP Vật lý đã động viên đóng góp ý kiến và đã tạo mọi điều
kiện giúp đỡ tôi trong suốt thời gian tôi làm khóa luận này.
Tôi rất mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo và
các bạn để khóa luận hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn!
Sơn La, tháng 5 năm 2015
Sinh viên thực hiện
Trần Thị Thúy


MỤC LỤC
CHƢƠNG I: MỞ ĐẦU ......................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài ............................................................................................... 1
2. Mục đích nghiên cứu ......................................................................................... 4
3. Đối tƣợng nghiên cứu và khách thể nghiên cứu ............................................... 5
3.1. Đối tƣợng nghiên cứu..................................................................................... 5
3.2. Khách thể nghiên cứu ..................................................................................... 5
4. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................... 5
4.1. Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết ................................................................ 5
4.2. Phƣơng pháp thực nghiệm ............................................................................. 5
4.3. Phƣơng pháp thống kê toán học ..................................................................... 5
4.4. Phƣơng pháp hệ thống hóa lý thuyết .............................................................. 5
5. Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................... 5

3.1. Thí nghiệm Yâng .......................................................................................... 26
3.2. Hình dạng vân giao thoa. ............................................................................. 26
3.3. Vị trí của vân giao thoa. Khoảng vân........................................................... 27
3.4. Trƣờng hợp dùng ánh sáng trắng ................................................................. 29
III. HIỆN TƢỢNG NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG .................................................... 30
1. Hiện tƣợng nhiễu xạ ánh sáng ......................................................................... 30
1.1. Hiện tƣợng nhiễu xạ của sóng âm ................................................................ 30
1.2. Hiện tƣợng nhiễu xạ ánh sáng ...................................................................... 30
2. Nguyên lý Huyghen – Fresnen ........................................................................ 31
2.1. Thiếu sót của nguyên lí Huyghen ................................................................ 31
2.2. Nguyên lí Huyghen – Fresnen...................................................................... 31
3. Nhiễu xạ cảu một sóng cầu qua một lỗ tròn. ................................................... 32
3.1. Bài toán nhiễu xạ. ......................................................................................... 32
3.2. Đới Fresnen – Tính chất của đới Fresnen .................................................... 33
3.3. Trƣờng hợp ánh sáng truyền thẳng .............................................................. 37
3.4. Hình ảnh nhiễu xạ ........................................................................................ 38
3.5. Nhiễu xạ do một màn tròn không trong suốt ............................................... 38
4. Nhiễu xạ của sóng phẳng qua một khe(Nhiễu xạ Fraunhophe) ...................... 39


4.1. Bài toán nhiễu xạ: ......................................................................................... 39
4.2. Nhiễu xạ qua một khe hẹp ............................................................................ 40
4.3. Nhiễu xạ Fraunhophe qua một lỗ tròn ......................................................... 45
IV. HIỆN TƢƠNG PHÂN CỰC ÁNH SÁNG ................................................... 46
1. Ánh sáng tự nhiên và ánh sáng phân cực ........................................................ 46
1.1. Ánh sáng tự nhiên và ánh sáng phân cực ..................................................... 46
1.2. Định luật Malus ............................................................................................ 50
V. HIỆN TƢỢNG TÁN SẮC ÁNH SÁNG ....................................................... 52
1. Sự tán sắc ánh sáng ......................................................................................... 52
1.1 Hiện tƣợng tán sắc ánh sáng.......................................................................... 52

học. Các triết gia cũng đã có những cuộc tranh luận bất tận để tìm định nghĩa về
ánh sáng.
Từ xa xƣa, ngƣời Hy Lạp cho rằng ánh sáng đƣợc cấu tạo từ những hạt
nhỏ, những hạt này phát sáng và mang ánh sáng từ nơi này sang nơi khác. Bác
học Isaac Newton là ngƣời đầu tiên công bố công trình nghiên cứu khoa học về
bản chất của ánh sáng. Năm 1666, Newton dùng một lăng kính tam giác để chiết
xuất ánh sáng và chứng minh rằng ánh sáng mà chúng ta thƣờng thấy đƣợc tổng
hợp từ nhiều màu khác nhau. Bác học Newton đã tìm ra quang phổ. Theo
Newton, mỗi quang phổ đƣợc tạo thành nhờ những hạt giao động với những
bƣớc sóng khác nhau, do đó tạo nên nhiều màu khác nhau. Newton dùng lý
thuyết hạt của ánh sáng để giải thích hiện tƣợng phản xạ và khúc xạ. Quan điểm
về ánh sáng đƣợc cấu tạo từ những hạt vốn đƣợc tin tƣởng từ xƣa nay đƣợc
Newton chứng minh nên đƣợc nhiều khoa học gia ủng hộ.

1


Năm 1690, nhà vật lý và thiên văn Hà Lan Christian Huygens công bố
một lý thuyết mới cho rằng ánh sáng có bản chất sóng. Christian Huygens là một
khoa học gia rất nổi tiếng về quang học và cơ học. Ông là một trong những
thành viên đã sáng lập ra Viện Hàn Lâm Khoa Học Pháp. Vào thời đó, Christian
Huygens đƣợc xem là khoa học gia uy tín nhất chỉ sau Newton. Lý thuyết về ánh
sáng có bản chất sóng giúp giải thích đƣợc nhiều hiện tƣợng khác liên quan đến
ánh sáng. Christian Huygens cho rằng giống nhƣ âm thanh lan truyền qua môi
trƣờng là không khí; ánh sáng có thể truyền từ nơi này qua nơi khác qua một
môi trƣờng mà Huygens gọi là chất aether. Lý thuyết này giúp giải thích đƣợc
một câu hỏi rất hóc búa mà các nhà vật lý và thiên văn thời đó vẫn chƣa có câu
trả lời là làm thế nào ánh sáng có thể truyền qua những khoảng cách gần nhƣ là
chân không giữa những giải thiên hà với vận tốc rất nhanh 300.000 cây số mỗi
giây. Trong những khoảng không đó, không có nhiều hạt làm sao ánh sáng có

1866. Lý thuyết sóng điện từ của Maxwell đã đặt nền tảng cho kỹ nghệ truyền
thanh, truyền hình và viễn thông ngày nay. Mặc dù đã đƣợc nghiên cứu và giải
thích trong suốt hơn 200 năm, các khoa học gia trên thế giới vẫn bâng khuâng
không biết rõ bản chất của ánh sáng là gì. Ánh sáng có bản chất sóng hay hạt?
Newton và Huygens đều là những khoa học gia vĩ đại, lý thuyết họ nêu ra không
có gì sai lầm. Những ngƣời ủng hộ Newton và Huygens đã thực hiện nhiều thí
nghiệm để chứng minh lý thuyết hạt và sóng nhƣng công chúng vẫn không biết
đâu là chân lý.
Đến cuối thế kỷ 19, những ngƣời ủng hộ quan điểm của Huygens đã thực
hiện một số thí nghiệm chứng minh bản chất sóng của ánh sáng, nhƣng vẫn còn
hai vấn đề chƣa đƣợc giải thích. Trƣớc hết, môi trƣờng aether mà Huygens cho
là môi trƣờng để ánh sáng đƣợc lan truyền đó là gì? Thứ hai, nếu ánh sáng có
bản chất sóng, làm thế nào để giải thích về ảnh hƣởng của ánh sáng trên phim
ảnh? Những ngƣời ủng hộ quan điểm của Huygens cố công giải thích hai vấn đề
này. Albert Abraham Michelson (1881) rồi Edward Williams Morley (1887) lần
lƣợt thực hiện những thí nghiệm nhằm chứng minh sự tồn tại của
chất aether nhƣng cả hai thí nghiệm nổi tiếng này đều thất bại.
Đầu thế kỷ thứ 20, Max Planck quay trở về quan điểm bản chất hạt của ánh
sáng. Max Planck dùng bản chất hạt của ánh sáng để giải thích hiện tƣợng bức
xạ, là hiện tƣợng làm năng lƣợng tách ra khỏi vật thể bị đun nóng.
3


Đến năm 1905, một quan điểm mới về bản chất của ánh sáng đƣợc công
bố. Nhà bác học thiên tài Albert Einstein công bố thuyết tƣơng đối. Einstein
chứng minh rằng không cần aether, sóng điện tử vẫn có thể lan truyền đƣợc; do
đó ánh sáng có thể lan truyền mà không cần một môi trƣờng nhƣ Huygens đã
nói.Vấn đề hóc búa thứ hai cũng đƣợc Einstein giải thích bằng một lý thuyết
khác đó là thuyết lƣợng tử vào cùng năm ấy. Dựa trên lý thuyết về bức xạ nhiệt
của Max Planck (1900), Einstein cho rằng không phải chỉ có nguồn bức xạ dao

3.2. Khách thể nghiên cứu
Các hiện tƣợng liên quan đến bản chất sóng của ánh sáng.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
4.1. Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết
+ Thu thập thông tin tài liệu có liên quan đến khóa luận
+ Nghiên cứu tài liệu đã thu thập đƣợc.
- Đọc các tài liệu có liên quan
-Nghiên cứu về vấn đề sử dụng thí nghiệm vật lý đại cƣơng
- Nghiên cứu các tài liệu có liên quan đến việc hƣớng dẫn sử dụng các
thiết bị thí nghiệm và cách tiến hành thí nghiệm.
- Sắp xếp hệ thống những thông tin đã nghiên cứu có liên quan đến khóa
luận lựa chọn.
4.2. Phƣơng pháp thực nghiệm
Tiến hành làm thí nghiệm tại phòng thí nghiệm vật lý đại cƣơng trƣờng ĐHTB.
4.3. Phƣơng pháp thống kê toán học
4.4. Phƣơng pháp hệ thống hóa lý thuyết
Sắp xếp và hệ thống hóa nội dung đã nghiên cứu sau đó tổng hợp lại các
vấn đề đó để hoàn thành khóa luận
5. Phạm vi nghiên cứu
- Các cơ sở lý thuyết về bản chất sóng của ánh sáng.
- Các bài thí nghiệm vật lý đại cƣơng liên quan tới việc chứng minh bản
chất sóng của ánh sáng.
- Các thiết bị thí nghiệm vật lý đại cƣơng tại phòng thí nghiệm vật lý
trƣờng Đại học Tây Bắc.

5


6. Giả thuyết khoa học
Việc nghiên cứu các cơ sở lý thuyết về bản chất sóng của ánh sáng và tiến

của hạt: hạt màu đỏ có kích thước lớn hơn hạt màu tím.
Thuyết hạt Niutơn giải thích định luật khúc xạ

N

v1x
v1z

nhƣ sau: Giả sử ánh sáng truyền từ môi trƣờng 1 sang
môi trƣờng 2, môi trƣờng 2 có chiết suất lớn hơn chiết

v1

i1
v2x
I
v2z

i2

v2

suất môi trƣờng 1 (n2 > n1). Hạt ánh sáng đi vào môi
trƣờng 2 bị hút về mặt phân giới theo phƣơng pháp

Hình 1.1

tuyến IN. Theo Niutơn thì: v1x = v2x = const và v1z


Nhƣ vậy từ thuyết hạt Niutơn ta rút ra: nếu n2 > n1 thì v2 > v1.
Kết quả này, lúc bấy giờ chƣa có cơ sở để kiểm tra. Mãi đến khi Fucô đo
đƣợc vận tốc ánh sáng trong các môi trƣờng khác nhau, mới thấy rằng kết quả
đó không phù hợp với thực nghiệm.
1.2. Thuyết sóng Huyghen
Theo Huyghen, thì ánh sáng được xem như là các xung đàn hồi truyền
trong một môi trường đặc biệt gọi là "ête". Ête thấm vào mọi vật và chiếm đầy
khoảng không gian giữa các vật. Vận tốc của ánh sáng rất lớn là do tính chất
đặc biệt của ête.
Huyghen đƣa ra thuyết sóng nhƣng không hề nói tới tính chất tuần hoàn
của dao động hay bƣớc sóng.
Trên cơ sở của thuyết sóng, Huyghen đƣa ra nguyên lí gọi là nguyên lí
Huyghen.
Theo nguyên lí này, mỗi điểm của môi trường có sóng đạt đến sẽ trở
thành một tâm phát sóng thứ cấp. Mặt bao của tất cả các sóng thứ cấp tại một
thời điểm bất kỳ xác định mặt đầu sóng lan truyền ở thời điểm đó.
* Ứng dụng của nguyên lí Huyghen:
+ Xác định mặt đầu sóng tại thời điểm bất kỳ, nếu biết mặt đầu sóng ở
thời điểm trƣớc đó và vận tốc truyền sóng. Nếu môi trƣờng là đồng tính và đẳng
hƣớng (sóng truyền với cùng một vận tốc v theo mọi phƣơng), ta có: r  vt , với
r là bán kính của sóng cầu thứ cấp. Khi đã biết vị trí của mặt đầu sóng ta có thể
xác định được phương của các tia sáng. Trong môi trường đẳng hướng đó là
phương vuông góc với mặt đầu sóng.
+ Giải thích đƣợc các định luật phản xạ và khúc xạ ánh sáng, giải thích
định tính hiện tƣợng nhiễu xạ ánh sáng.
Thí dụ: Chứng minh định luật khúc xạ ánh sáng bằng nguyên lý Huyghen.
Chiếu một chùm tia sáng song song tới đập vào một mặt phân giới phẳng
ngăn cách hai môi trƣờng 1 và 2 (hình 1.2).
8

i2

Hình 1.2

vận tốc v2.
Trong khi đó thì điểm B trên mặt sóng AB vẫn phát sóng trong môi
trƣờng 1, sóng này lan truyền với vận tốc v1.
Sau khoảng thời gian t , sóng từ B sẽ lan truyền tới điểm C: BC  v1t
Lúc đó sóng khúc xạ phát ra từ A đã có dạng một mặt cầu tâm A, bán
kính AD  v2 t .
Mặt sóng khúc xạ lúc đó là bao hình của các mặt cầu tâm nằm trên mặt
phân giới và bán kính nhỏ dần từ A đến C. Dễ dàng thấy là mặt bao hình đó đi
qua C và tiếp xúc với mặt cầu tâm A.
Mặt sóng lúc đó là mặt phẳng CD. D là tiếp điểm của mặt phẳng với mặt
cầu tâm A. AD là tia khúc xạ ứng với tia tới SA (hình 1.2)
Theo hình 1.12 ta có:
sin i1  sin BAC 

BC v1t

AC AC

sin i 2  sin ACD 

Do đó:

AD v2 t

AC
AC

n

c
v

(1.5)

Chiết suất tuyệt đối của một môi trường trong suốt bằng thương số giữa
vận tốc ánh sáng trong chân không và vận tốc ánh sáng trong môi trường đó.
c
n

Cách phát biểu khác: v  , chiết suất tuyệt đối của một môi trường cho
biết vận tốc ánh sáng truyền trong môi trường đã giảm đi bao nhiêu lần so với
vận tốc ánh sáng trong chân không.
Từ (1.1) và (1.4), ta đƣợc:

n 2 v1

n1 v 2

(1.6)

* Chiết suất tuyệt đối của một môi trường tỉ lệ nghịch với vận tốc truyền
sóng trong môi trường đó (đây chính là nguyên nhân gây ra hiện tƣợng khúc xạ
ánh sáng).
Kết luận này đã đƣợc thực nghiệm xác nhận là đúng.
1.3. Thuyết điện từ ánh sáng
Một bƣớc tiến quan trọng trong sự phát triển các thuyết về ánh sáng xuất
hiện vào cuối thế kỷ 19. Thuyết sóng chƣa thể đƣợc coi là cơ sở khoa học vững

bƣớc sóng.
* Bản chất điện từ của sóng ánh sáng: Cho đến giữa thế kỉ XIX, trong việc
tìm hiểu bản chất của ánh sáng, ngƣời ta đã thu đƣợc những kết quả sau đây:
- Ánh sáng có tính chất sóng. Sóng này truyền được trong chân không.
- Sóng ánh sáng là sóng ngang.
Năm 1846, Farađây đã phát hiện đƣợc sự quay của mặt phẳng phân cực
ánh sáng trong từ trƣờng, tức là phát hiện ra mối liên hệ hiện tƣợng quang học
và hiện tƣợng từ.
Năm 1856, Vêbe và Cônrausơ đo tỉ số giữa đơn vị cƣờng độ dòng điện
trong hệ điện từ (CGSM) và đơn vị cƣờng độ dòng điện trong hệ tĩnh điện
(CGSE) và thấy nó bằng 3.1010cm/s. Trong lý thuyết Măcxoen, tỷ số này đúng
bằng vận tốc truyền sóng điện từ trong chân không.
11


c

I(CGSM)
I(CGSE)

Thời kì này, ngƣời ta đã đo đƣợc vận tốc ánh sáng, chƣa đo đƣợc trực tiếp
vận tốc của sóng điện từ (thậm chí chƣa phát hiện đƣợc sóng điện từ bằng thực
nghiệm).
Thuyết điện từ ánh sáng của Măcxoen càng ngày càng đƣợc thực tế xác
nhận là đúng. Ta có thể kể ra những sự kiện quan trọng sau đây:
1. Sóng ánh sáng và sóng điện từ đều truyền đƣợc trong chân không với
cùng một vận tốc là 3.108 m / s .
2. Sóng điện từ và sóng ánh sáng có nhiều tính chất giống nhau: chúng
đều có thể giao thoa, nhiễu xạ và đặc biệt chúng đều là sóng ngang.
3. Ánh sáng có thể gây ra các tác dụng điện và từ trong các môi trƣờng vật

còn gọi là phôtôn có năng lượng   h .
Thuyết lƣợng tử ánh sáng không giống với thuyết hạt Niutơn ở chỗ, trong
thuyết lƣợng tử ánh sáng còn giữ cả những khái niệm sóng, nói cách khác. Nhƣ
vậy, ánh sáng vừa có tính chất sóng, lại vừa có tính chất hạt, ta nói ánh sáng có
lƣỡng tính sóng – hạt.
Thuyết lƣợng tử ánh sáng đã giải thích đúng đắn hàng loạt hiện tƣợng
quang học nhƣ sự phát xạ, hấp thụ, hiện tƣợng quang điện… mà thuyết điện từ
ánh sáng không thể giải thích đƣợc. Thuyết lƣợng tử ánh sáng không hề phủ
nhận thuyết điện từ ánh sáng.
Đến nay, thuyết điện từ ánh sáng và thuyết lƣợng tử ánh sáng đƣợc coi là
hai thuyết đúng đắn về bản chất ánh sáng.
2. Thang sóng điện từ. Bức xạ quang học
2.1. Thang sóng điện từ.
Nghiên cứu tất cả các dạng khác nhau của bức xạ điện từ ngƣời ta thấy
chúng đều có cùng bản chất điện từ, khác nhau về bƣớc sóng, truyền trong chân
không với vận tốc 3.108 m/s.
Sắp xếp các loại sóng điện từ theo thứ tự bước sóng giảm dần thì ta đƣợc
một thang sóng điện từ bắt đầu từ: sóng vô tuyến, tia hồng ngoại, ánh sáng nhìn
thấy, tia tử ngoại, tia Rơnghen và tia Gamma.
* Sóng vô tuyến (sóng Hec) có bƣớc sóng cỡ vài cm trở lên. Sóng này do
13


các máy phát vô tuyến phát ra và đƣợc phát hiện ra nhờ các máy thu vô tuyến.
Đây là các dao động điện từ.
* Tia hồng ngoại có bƣớc sóng từ 0,76 m đến 0,03 cm. Tia hồng ngoại do
các vật bị nung nóng phát ra. Ngƣời ta có thể phát hiện tia hồng ngoại bằng tác
dụng nhiệt, tác dụng lên
kính ảnh hay tác dụng quang điện của nó.
* Ánh sáng nhìn thấy có bƣớc sóng từ 0, 4 m đến 0,76 m .

0, 43m  0, 45m

Tím

0, 40m  0, 43m

* Tia tử ngoại có bƣớc sóng từ 0, 4 m đến khoảng 10-8 m. Tia tử ngoại do
các vật bị nung nóng ở nhiệt độ cao (khoảng 3000K trở lên) phát ra. Ánh sáng
mặt trời có khoảng 10% năng lƣợng là của các tia tử ngoại. Ngƣời ta dùng các
đèn thủy ngân làm các nguồn tử ngoại nhân tạo. Có thể phát hiện các tia tử
ngoại bằng các phƣơng pháp chụp ảnh, phƣơng pháp quang điện và phƣơng
pháp huỳnh quang.
* Tia Rơnghen (còn gọi là tia X) là các sóng điện từ có bƣớc sóng
khoảng từ 0,001 nm đến 10 nm. Những nguồn phát ra tia Rơnghen thông dụng
là các ống tia Rơghen. Trong các ống này, một chùm electron, chuyển động với
14


vận tốc rất lớn, va chạm và đập vào một tấm kim loại nặng, bị dừng lại đột ngột.
Tại chỗ va chạm có tia Rơnghen phát ra. Có thể phát hiện tia Rơnghen bằng các
phƣơng pháp chụp ảnh, phƣơng pháp quang điện, phƣơng pháp huỳnh quang và
phƣơng pháp iôn hoá.
* Tia Gamma có bƣớc sóng nhỏ hơn 0,001 nm. Chúng đƣợc phát ra trong các
quá trình biến hóa hạt nhân. Có thể dùng tất cả các phƣơng pháp phát hiện tia
Rơnghen để phát hiện tia Gamma.
* Căn cứ vào nguồn gốc phát sinh, có thể sắp xếp các bức xạ điện từ
thành ba vùng:
- Vùng bức xạ hạt có nang lƣợng và tần số cao do các quá trình biến đổi
bên trong hạt nhân gây ra.
- Vùng sóng vô tuyến có bƣớc sóng từ hàng trăm mét đến hàng milimét,

là một dòng hạt trung hoà nào đó.
+ Phƣơng pháp thu sóng ( ghi phía dƣới thang sóng điện từ).
Tia
hồng ngoại

Sóng Héc

104

102

10

P.P vô tuyến

10-2

Tia
Tia
Tia
tử ngoại Rơnghen gamma

-6
10-4 10

10-8

10-10

 (cm)

bƣớc sóng ngắn và đƣợc đặc trƣng bởi véc tơ cƣờng độ điện trƣờng E , véc tơ
cƣờng độ từ trƣờng H vuông góc với nhau và vuông góc với phƣơng truyền
sóng v . Cả ba véc tơ đó lập thành một tam diện thuận.
Tuy nhiên, thực tế chứng tỏ rằng hầu hết các hiện tƣợng quang học xảy ra
là do tác dụng của véc tơ điện trƣờng E . Vì vậy dao động của véc tơ E còn
được gọi là dao động sáng. Và để đặc trƣng cho sóng ánh sáng, ngƣời ta chỉ
dùng véc tơ điện trƣờng E mà thôi.
Sóng ánh sáng phát ra từ nguồn S đƣợc biểu diễn bởi một biểu thức gọi là
hàm sóng:
E  Eocos  t  

(2.1)

trong đó E là li độ dao động ở thời điểm t, Eo là biên độ dao động và φ là pha
ban đầu của dao động.
Nếu v là vận tốc truyền ánh sáng trong môi trƣờng có chiết suất n, thì tại
điểm M cách nguồn S một khoảng SM = r phƣơng trình dao động sáng này sẽ là:

2 r 

E  E o cos  t     
T v



Ta biết, v 

c
, nên có thể viết lại biểu thức trên là:
n

Theo quan điểm sóng, cƣờng độ sáng tại một điểm tỷ lệ với bình phƣơng
biên độ dao động sáng tại điểm đó: I ~ E02
Cƣờng độ sáng tại một điểm là lƣợng năng lƣợng mà dòng ánh sáng truyền
qua một đơn vị diện tích của một mặt đặt vuông góc với phƣơng truyền sóng
trong một đơn vị thời gian.
Nếu ánh sáng truyền trong môi trƣờng có chiết suất n thì: I ~ n E02
1.3. Sự biến đổi pha giữa sóng ánh sáng tới, sóng phản xạ và sóng truyền qua
mặt phân giới phẳng giữa hai môi trƣờng trong suốt, đồng tính và đẳng hƣớng
Giả sử sóng ánh sáng truyền từ môi trƣờng 1, có chiết suất n1, theo
phƣơng vuông góc với mặt phân giới phẳng. Đến mặt phân giới sóng ánh sáng
một phần truyền vào môi trƣờng 2, có chiết suất n2, một phần phản xạ trở lại môi
trƣờng 1 và truyền ngƣợc chiều với sóng tới.
Gọi véc tơ của sóng tới tại lân cận mặt phân giới là E1 , của sóng truyền
'

qua là E 2 và của sóng phản xạ là E1 . Trong môi trƣờng 1 có sóng tổng hợp là E1 ,
'

E1 , còn trong môi trƣờng 2 có sóng là E 2 . Ngƣời ta đã chứng minh đƣợc rằng
'

các thành phần tiếp tuyến của hai sóng ( E1 , E1 ) và E 2 là bằng nhau.
'

Chiếu cả ba véc tơ E1 , E1 và E 2 lên trục x, và theo lập luận vừa nêu ta có
thể viết:
'
E1x  E1x
 E2x


* Hệ thức pha giữa sóng tới và sóng phản xạ tại mặt phân giới.
Bằng cách khử E 2x từ các phƣơng trình (2.3) và (2.4), ta đƣợc:
n2
n1

E
n 2 1x
1
n1
1

'
E1x

(2.6)

Từ công thức (2.6) ta thấy:
+ Nếu n 2  n1 thì E1x' có cùng dấu với E1x . Điều đó có nghĩa là: Dao động
trong sóng ánh sáng tới và trong sóng phản xạ tại mặt phân giới là cùng pha.
Nói cách khác, trong trƣờng hợp này pha của sóng khi phản xạ không thay đổi.
+ Nếu n 2  n1 , thì E1x' ngƣợc dấu với E1x . Dao động trong sóng tới và sóng
phản xạ tại mặt phân giới ngược pha nhau, nghĩa là pha của sóng phản xạ thay
đổi một lượng là π so với pha của sóng tới.
Chú ý: Các kết quả trên vẫn đúng đối với trƣờng hợp sóng tới mặt phân
giới dƣới một góc nào đó.
Tóm lại:
+ Khi ánh sáng phản xạ từ mặt phân giới của môi trƣờng chiết quang hơn
môi trƣờng có ánh sáng tới ( n 2  n1 ), thì sóng phản xạ ngƣợc pha với sóng tới.

19

2.1. Khái niệm về hiện tƣợng giao thoa ánh sáng
Chúng ta đã học hiện tƣợng về giao thoa của hai sóng cơ học. Có thể mô
tả hiện tƣợng đó nhƣ sau: Nếu có hai sóng lan truyền trong cùng một môi trƣờng
(thí dụ: hai sóng bề mặt lan truyền trên cùng một mặt nƣớc) và nếu hai sóng đó
thoả mãn những điều kiện nhất định thì trong miền hai sóng đó gặp nhau, có
những chỗ luôn luôn dao động mạnh và những chỗ luôn luôn dao động yếu. Kết
quả của hiện tƣợng giao thoa là: trong môi trƣờng xuất hiện những kết cấu thay
đổi theo thời gian, (thí dụ: trên mặt nƣớc xuất hiện những gợn nhất định).
Hiện tƣợng giao thoa ánh sáng cũng xảy ra tƣơng tự. Ở đây thay vì các
chỗ gợn lồi lõm, ta quan sát đƣợc các chỗ sáng, chỗ tối. Chỗ sáng ứng với chỗ
có dao động điện từ mạnh. Chỗ tối ứng với chỗ có dao động điện từ yếu.
Vậy: Hiện tượng giao thoa ánh sáng là hiện tượng hai hay nhiều sóng ánh
20


sáng gặp nhau, tạo nên trong không gian những dải sáng và tối xen kẽ nhau.
+ Miền không gian có sự giao thoa ánh sáng gọi là trường giao thoa.
2.2. Tổng hợp hai dao động sáng.
Giả sử tại điểm M có hai dao động sáng cùng tần số và xảy ra cùng
phƣơng gặp nhau, đƣợc biểu diễn bởi các phƣơng trình sau:
E1  Eo1cos  t  1 
E2  Eo2cos  t  2 

Và

Trong đó Eo1 và Eo2 là biên độ của hai dao động thành phần, 1 và 2 là pha ban
đầu của chúng.
Theo nguyên lí chồng chất dao động tổng hợp tại M là: E  E1  E2
Vì hai dao động cùng phƣơng nên ta có thể viết:
E  Eo1cos  t  1   Eo2cos  t  2 

, I2
Eo1

(2.10)

2
. Tuy nhiên, trong thực tế các máy thu ánh
Eo2

sáng (kể cả mắt) dù nhạy đến đâu, cũng chỉ có thể ghi nhận đƣợc giá trị trung
bình của cƣờng độ sáng trong thời gian quan sát, vì thế, cần phải lấy giá trị trung
bình của biểu thức trên:
I  I1  I2  2 I1I2 cos  1  2 

21