ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
CHƯƠNG TRÌNH KĨ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT PHÁP


BÁO CÁO
THÍ NGHIỆM VẬT LÝ 2

GVHD: ThS. TRẦN VĂN TIẾN
LỚP: VP2016/2
NHÓM THỰC HIỆN:

Quách Gia Huy

- 1161329

Nguyễn Anh Kiệt THÁNG 11/2017
1


MỤC LỤC

Bài thí nghiệm số 5 :
Phân cực ánh sáng ...............................................................................Trang 3
Bài thí nghiệm số 6 :
Sử dụng giác kế ..................................................................................Trang 11
Bài thí nghiệm số 7 :
Các phép đo tiêu cự cơ bản .................................................................Trang
Bài thí nghiệm số 8 :
Mô phỏng một số dụng cụ quang học và ứng dụng ............................Trang
Bài thí nghiệm số 9:


 
E = E 0 cos2 θ

.

Trước tiên , ta xem xét nguồn sáng , đây là nguồn ánh sáng trắng không phân cực ,
nhưng chùm sáng đã đi qua kính phân cực (P) từ đó tạo chùm sáng phân cực thẳng theo
phương


uo

của kính (P) .

Định luật Matlus : Nếu sóng tới có cường độ I o là sóng phân cực thẳng theo phương
thì sóng ló sẽ phân cực thẳng theo phương
MATLUS :
 
u uo

I=Iocos2θ với θ=( ,


u


uo

và cường độ I của nó sẽ tuần theo định luật

qua 1 cách hoàn toàn .


v

bị kính phân cực hấp thụ còn sóng phân cực theo


u

sẽ truyền

Biên độ E ở lối ra do đó sẽ bằng E ocosθ còn cường độ I sẽ tỉ lệ với bình phương biên độ
và bằng Iocos2θ .
Minh chứng định lý Malus bằng thực nghiệm : ghi nhận các giá trị lux kế v tương ứng
với sự thay đổi góc θ tương đối giữa kính phân cực và kính phân tích. Hãy vẽ và minh
họa đầy đủ đồ thị v (cos2θ)
(Xem bảng số liệu)
II.

THÍ NGHIỆM NHẬN BIẾT BẢN λ/2 VÀ λ/4
(D) (C)
Nguồn sáng (A) (A)

(P)
(A)

(A)
(A)



y
y

x

A
5


A

Ta quay về vị trí O. Quay L1 góc 300. Cần quay (A) bao nhiêu để thấy chiếu sáng
là cực tiểu? Cực tiểu này có bằng 0? Giải thích thí nghiệm trước và kiểm tra một
lần nữa tính chất của L1.

TH1 : L1 là bản nửa sóng :

Quay (A) góc 600 để có ánh sáng là cực tiểu , trong trường hợp này , cực tiểu bằng 0 .

TH2 : L1 là bản một phần tư bước sóng :

Quay (A) 1 góc 300 để có ánh sáng qua (A) là cực tiểu , cực tiểu không bằng 0 .
6


Làm lại thí nghiệm trước và giải thích trong trường hợp thay L1 bằng L2.

III.




E ( x, y, z , t ) = a cos( ωt − kz ) e x + b cos( ωt − kz ) e y

Ta có :
. Độ lệch pha α=0 nên đây là trường
hợp đặc biệt phân cực thẳng chứ không phải phân cực ellipse thuần túy .
Chiếu lên phương phân cực


u POL

thì ở đầu ra của kính phân cực , ta có :



E ra = [a cos( ωt − kz ) cos ϕ + b cos( ωt − kz ) sinϕ ].u POL

.

a.cos(ωt-kz)

Trong trường hợp tổng quát :



E ( x, y, z , t ) = a cos( ωt − kz ) e x + b cos( ωt − kz − α ) e y

với α ≠ 0 để đây thật sự là 1 phân cực



b
a

= 

I min b 2
=
I max a 2

Theo những phương nào ta có
Ta có :
-


E min

và


E max

?



E ra = [a cos( ωt − kz ) cos ϕ + b cos( ωt − kz − α ) sinϕ ].u POL





Với 450< α ≤ 900 ,

v min
= tan 2 (90 − α )
v max

 Làm lại thí nghiệm trên với bản λ/2.
Qua bản λ/2 , sóng ánh sáng là sóng phân cực thẳng , luôn tồn tại góc quay sao cho sóng
ánh sáng bị triệt tiêu .
v min
=0
v max


9


Bảng số liệu:
•

Kiểm chứng định lý Malus
Góc α
0
5
10
Cos2α
1
0.992
0.97

0.671

40
0.587

45
0.5

48

47

43

41

32

27

22

65
0.179

70
0.117

75
0.067


Khảo sát vmin /vmax theo góc α của bản λ/4
Góc α

0

15

30

45

60

75

90

(vmin /vmax)LT

0

0.072

0.333

1

0.333


13

15

16

(vmin /vmax)TN

0.000

0.059

0.200

0.909

0.231

0.067

0.000

•

Khảo sát vmin /vmax theo góc α của bản λ/2
Góc a

0

15


1

1

1

0

0

0

vmax

23

23

22

22

23

22

22

10

phát xạ D của natri (vạch đôi vàng natri với bước sóng trung bình l D = 589,3 nm). Cuối
cùng xác định đường cong D(i).
2.2/ ĐO GÓC LĂNG KÍNH BẰNG PHẢN XẠ KÉP
 1) Dùng đèn hơi natri chiếu vào lăng kính (hình 1) sao cho tia tới có thể chia thành 2 tia,
một tia phản xạ trên mặt trái (nhìn từ trên xuống như hình vẽ) và tia kia phản xạ trên mặt
phải của lăng kính.
èng chuÈn trùc

KÝnh tù chuÈn tr¸i

A
KÝnh tù chuÈn ph¶i

Hình 1
Xác định góc hướng của tia phản xạ phải và trái bằng giác kế, tương ứng với giá trị G p và
Gt .
2) Chứng minh rằng  Gp - Gt = 2A
Dựa vào tính chất song song và tính chất của tứ giác nội tiếp BCDE ( do 2 pháp tuyến n 1, n2
và góc A tạo ra ta có :
A + i1 + i2 = 1800





2A + 2i1 + 2i2 = 3600
2A = 3600 - 2i1 - 2i2
2A = (3600 - 2i2 ) - 2i1
2A = Gp-Gt (đpcm)


Ta không dùng ống chuẩn trực mà chỉ dùng ống kính tự chuẩn (được chiếu nhờ đèn và bản
bán phản xạ).

4) Tìm A
Ta thấy rằng đối với phương pháp tự chuẩn kép thì 2 kính tự chuẩn sẽ nằm ở vị trí
của 2 pháp tuyến n1 và n2 , bằng tính chất của tứ giác nội tiếp BCDE ta tính được góc đặt
giữa 2 kính tự chuẩn chính là 1800 – A .
Bằng việc đo góc Gt, Gp (góc giữa vị trí 00 đến vị trí của 2 kính tự chuẩn) ta được
13





1800 – A = Gp – Gt
A = 1800 – Gp + Gt

3. ĐO CHIẾT SUẤT LĂNG KÍNH BẰNG PHÉP LỆCH TỐI THIỂU

 5) Chiếu lăng kính với tia sáng vàng của đèn hơi natri.

M¾
t ng êi quan s¸t
§ é lÖch tèi thiÓu bªn ph¶i
§ ¸y l¨ng kÝnh
PhÝa ph¶i

Dm

èng chuÈn trùc

Gp – Gt = 2.Dm

14


M¾
t ng êi quan s¸t
§ é lÖch tèi thiÓu bªn ph¶i

y

§ ¸y l¨ng kÝnh

PhÝa ph¶i

Dm

èng chuÈn trùc

A

α =2Dm

x

A
-Dm

èng chuÈn trùc
§ ¸y l¨ng kÝnh

cos i’ di’=ncos r’dr’
0=dr+dr’
dD=di+di’
Từ đó suy ra
cos i cos r '
cos i ' cos r

dD=(1-

)di

Bây giờ ta tìm một giá trị của I tạo cho góc lệch D ổn định
dD
=0
di


2



2

i

cos cos
2




Sử dụng các định luật DESCARTES:
2

(1-sin

i

)(1-

sin 2 i '
n2

2

khai triển ta có :

2

i'

)=(1-sin )(12

2

(n -1)(sin i-sin i’)=0

vì n>1 nên về mặt vật lí ta có i=i’
m

(4) => i=i’=i =


=>

Dmin + A
)
2
A
sin
2

8) Lý giải các nguồn sai số. Xác định sai số các giá trị G p và Gt. Tính cẩn thận sai số
tuyệt đối của n và viết kết quả dưới dạng : nD = .......± ........

Các nguồn sai số
1/ Khi xác định vị trí cực tiểu bằng mắt trần thì đã có sai số ngầu nhiên
2/ Khi ngắm thì sẽ có sai số tuyệt đối.
•

Gp – Gt = 2.Dm
 ∆ Gp + ∆ Gt = 2.∆Dm
Mà ∆ Gp = ∆ Gt = 6’ (Ta đã nói ở trên là sai số toàn phần là 6’)
 ∆ Dm = ( ∆Gp + ∆Gt)/ 2 = 6’
Sai số tuyệt đối của n
nD =

Ta có

=>

=>

)
nD
2
2
2
2
2

Ta lại có

∆Dm= ∆A= ε

Nên các trị tuyệt đối có thể bỏ đi


Chiết suất n có sai số là:

9) Vì sao người ta trong thực tiễn thực hiện phép đo kép, một "trái" và một "phải" ?
Do trong quá trình đo dễ gây sai số ( phụ thuộc vào cảm quang của mắt chung ta),
cho nên đo 2 lần để tránh sai số, và tăng độ chính xác của kết quả.
17


4. VẼ ĐUỜNG CONG D(i)
R1
A
N1
D

i

Sai số:



18

A =6002’


3) Tính chiết suất bằng phương pháp góc lệch tối thiểu
Gp = 211010’

Gt =860

Dm =62035’

∆Dm = 6’

Trung bình của 2 phép đo A:

Chiết suất lăng kính

Sai số: Như đã chứng minh ở trên, ta có:

(do ε = ∆A =6’ = 1,8 . 10-3 rad)

Chiết suất:

4) Vẽ đường cong D(i)
i


66058’

6506’

640

63022’

63010’

i

620

640

660

680

700

G

2150

215011’

215034’

Phương pháp chuẩn hoặc tự chuẩn cho cac thấu kinh hội tụ
3.2.1/ Đo bởi phương pháp chuẩn

Hình 1
 1) Đặt trên bàn quang học ống chuẩn trục đã điều chỉnh, một thấu kính hội tụ LC gắn trên
giá đỡ và ống ngắm cố định (hình 1).
 2) Ngắm mặt phẳng LC (bởi một vạch viết lông đánh dấu trên thấu kính). Tiếp theo ngắm
hình chữ thập trên ống chuẩn trục thông qua LC.
 3) Vẽ sơ đồ nguyên lý đo và dẫn ra công thức tính tiêu cự thấu kính LC.
-Giữ cố định ống chuẩn trục và thấu kính hội tụ .
-Ống ngắm được chỉnh trước nhìn rõ 1 khoảng 30-40 cm .
-Ngắm mặt phẳng LC bởi 1 vạch viết lông đánh dấu trên thấu kính. Lúc này , khoảng cách
giữa ống ngắm và thấu kính là D1 = x + fkính ( x là khoảng cách cố định không đổi giữa trục
ống ngắm và kính ngắm của ống ngắm )
-Ngắm hình chữ thập trên ống chuẩn trục thông qua LC. Lúc này , khoảng cách giữa ống
ngắm và thấu kính là D2 = x + fkính + fLC
Như vậy , ta có : fLC=D2-D1 .
1.2.2.

Đo bởi phương pháp tự chuẩn

20


ng
Thấu kính G ơng phẳ
ống ngắ
m

Giấy tán xạ

mn .
vi d2 l khong cỏch vt v thu kớnh , d1 l khong cỏch thu kớnh v mn cng
tha cụng thc trờn . Nh vy cú 2 v trớ t thu kớnh cựng cho nh rừ trờn mn .

21


Ta xem xét hệ quang học như hình vẽ :
d1

d2
Màn

d
d1

d2

Màn

D

Như vậy ta có : d1-d2=d , d1+d2=D => d2=d12 + d22 – 2d1d2 , D2= d12 + d22 + 2d1d2
 4d1d2=D2 - d2  f==
 8) Đèn và màn ảnh là cố định, thực hiên dịch chuyển thấu kính giữa đèn và màn ảnh và
tìm 2 vị trí sao cho có ảnh rõ trên màn. Xác định bằng ống ngắm các giá trị D và d. Chứng
minh bằng thực nghiệm rằng hai vị trí trên đối xứng nhau qua trung điểm khoảng cách
nguồn – màn ảnh và độ phóng đại khoảng cách d tỷ lệ nghịch với khoảng cách D.
22


+

Thấu kính hội tụ mới có độ tụ nhỏ hơn thấu kính hội tụ cũ
Vậy không thể dán một thấu kính phân kỳ lên một thấu kính hội tụ cho trước đề làm co nó
hội tụ hơn .
 11) Thực hiện việc xác định bằng thực nghiệm với phương pháp Bessel tiêu cự thấu kính
phân kỳ.

3. PHƯƠNG PHÁP SILBERMANN CHO CÁC THẤU KÍNH HỘI TỤ
Ta đặt lần lượt trên bàn quang học nguồn sáng chiếu vật AB, một thấu kính hội tụ LC làm
thực hiện ảnh A’B’ của vật trên màn chiếu được đặt tiếp theo sau đó (hình 5). Chỉ có vật là
cố định ở đây.
 12) Tồn tại duy nhất một vị trí các mặt phẳng vật và ảnh tương ứng với độ khuếch
đại –1. Chứng minh rằng khoảng cách vật-ảnh lúc đó có giá trị bằng 4f’.

23


Mµn chiÕu cè ®Þnh

ThÊu kÝnh

§ Ì n cè ®Þnh

VËt

D1 (mm)

D2 (mm)

f'

∆f’

3

1

72.7

93.3

20.6

0.1

3

2

72.6

93.4

20.8



D

D1

D2

1
2
3
Trung
bình

133.1
92
152

25.6
30.3
24.7

108.8
62.7
128.9

d=D2D1
83.2
32.4
104.2


0.0061

Lần

D

D1

D2

d=D2-D1

f'

∆f’= / f’ – f’i/

1

800

444

998

554

104.09

0.23



800

554.67

f’ tb= 103.86

0.16

25