Xem mẫu
- Nội dung
1. Hiện tượng nhiễu xạ
2. Nguyên lý Huygens
3. Nhiễu xạ trên lỗ tròn
Nhiễu xạ ánh sáng 4. Nhiễu xạ trên khe
hẹp
5. Nhiễu xạ trên nhiều
Lê Quang Nguyên khe
www4.hcmut.edu.vn/~leqnguyen 6. Nhiễu xạ tia X
nguyenquangle59@yahoo.com
1a. Hiện tượng nhiễu xạ 1b. Nhiễu xạ của sóng nước qua hai khe
• Nhiễu xạ là hiện tượng sóng đi vòng qua vật Cực đại
cản; giao thoa
• Sau đó các phần khác nhau của sóng giao thoa
ở phía sau vật cản, tạo nên những vùng sóng Cực tiểu
có biên độ cực đại và cực tiểu xen kẽ nhau. Sóng vòng giao thoa
• Minh họa. ra sau vật
cản
Sóng tới
phẳng
- 1c. Nhiễu xạ ánh sáng qua khe hẹp 1d. Nhiễu xạ ánh sáng qua lỗ tròn
1e. Nhiễu xạ ánh sáng qua đĩa tròn 2. Nguyên lý Huygens
• Mỗi điểm mà một mặt sóng đạt tới đều có thể
coi là một nguồn phát sóng cầu thứ cấp;
• Hình bao của các mặt sóng cầu thứ cấp đó lại là
một mặt sóng mới (Minh họa).
Mặt sóng Mặt sóng
mới cầu thứ cấp
Nguồn phát
Mặt sóng cầu thứ
sóng cấp
- 3a. Nhiễu xạ qua lỗ tròn: hiện tượng 3b. Phương pháp đới cầu Fresnel
• Dùng ánh sáng đơn sắc
Mặt sóng cầu Σ
phẳng hay cầu.
• Vân tròn, tâm trên trục Đới Fresnel bậc 4
của lỗ. b + 4(λ/2)
• Cường độ sáng giảm
nhanh khi ra xa tâm b + 2(λ/2)
ảnh. O
S B
• Minh họa. b + λ/2
OB = b
b + 3(λ/2)
Đới Fresnel bậc 1
3c. Tính chất của các đới Fresnel 3c. Tính chất của các đới Fresnel (tt)
• Nếu bậc của các đới không quá lớn thì tất cả
đều có diện tích bằng nhau:
Bán kính r4
π abλ
∆S = b + 4(λ/2)
a+b
b + 2(λ/2)
• Với a = SO, b = OB. O
S B
• Bán kính biên ngoài của đới bậc m là: b + λ/2
SO = a
mabλ
rm = b + 3(λ/2) OB = b
a+b
Diện tích ΔS
- 3d. Sóng thứ cấp phát từ các đới Fresnel 3e. Biên độ tổng hợp khi không có màn chắn
• Tại điểm quan sát B sóng thứ cấp phát từ các • Tất cả các đới Fresnel trên mặt sóng đều gửi
đới Fresnel có tính chất sau: sóng đến B, biên độ tổng hợp tại B là:
• Hai sóng phát ra từ hai đới liên tiếp thì ngược A = A1 − A2 + A3 − A4 + ...
pha nhau,
A1 A1 A A A
• vì quang trình của chúng khác nhau một nửa A= + − A2 + 3 + 3 − A4 + 5 + ...
bước sóng. 2 2 2 2 2
• Biên độ sóng gần bằng nhau, 1
Am ≈ ( Am−1 + Am+1 )
• vì các đới có diện tích bằng nhau, 2
• và khoảng cách truyền thì chỉ thay đổi rất ít. A Khi không có màn chắn, biên độ
A≈ 1 tổng hợp bằng một nửa biên độ
2
của đới thứ nhất.
3e. Biên độ tổng hợp khi lỗ nhỏ 3e. Biên độ tổng hợp khi lỗ nhỏ (tt)
• Giả sử lỗ tròn nhỏ chỉ cho đi qua 3 đới Fresnel
Đới Fresnel bậc 2 đầu tiên:
A1 A A A A A
B là một A= + 1 − A2 + 3 + 3 ≈ 1 + 3
A1 điểm tối 2 2 2 2 2 2
• Nếu lỗ tròn chỉ cho đi qua 4 đới đầu tiên:
O
S B A1 A1 A A A A
A2 ≈ A1 A= + − A2 + 3 + 3 − A4 ≈ 1 − 4
2 2 2 2 2 2
A1 Am
2 + 2 m = 1,3,5… Số lẻ đới đi qua:
cực đại
A≈
Đới Fresnel bậc 1 Số chẵn đới đi
A1 − Am m = 2,4,6… qua: cực tiểu
2 2
- 4a. Nhiễu xạ trên khe hẹp: hiện tượng 4b. Các nguồn thứ cấp
• Sóng tới phẳng • Chia mặt sóng trên khe thành nhiều dải hẹp
đơn sắc. giống nhau song song với khe;
• Màn cách xa • Hiệu quang lộ của hai sóng liên tiếp bằng một
khe: các tia nửa bước sóng.
cùng góc lệch λ/2
giao thoa nhau. 2(λ/2)
• Vân thẳng
song song với b
θ
khe.
• Minh họa.
Nguồn
thứ cấp 4(λ/2)
4b. Các nguồn thứ cấp (hết) 4c. Vị trí các vân
• Tại một vị trí trên màn quan sát, các sóng thứ λ/2
cấp có tính chất: 2(λ/2)
• Có cùng biên độ, vì các nguồn thứ cấp giống
nhau.
• Khi góc lệch θ = 0 tất cả các sóng thứ cấp đều b θ
cùng pha.
O
• Khi góc lệch θ ≠ 0 hai sóng thứ cấp liên tiếp
ngược pha nhau, vì hiệu quang trình giữa
chúng bằng λ/2.
Nguồn bsinθ = 4(λ/2)
thứ cấp
Thấu kính Màn quan sát
hội tụ ở tiêu diện
- 4c. Vị trí các vân (tt) 4c. Vị trí các vân (hết)
• Biên độ tổng hợp ở tâm O (θ = 0) luôn luôn cực • Để có cực tiểu thì N phải là một số chẵn, N =
đại, tạo nên vân sáng trung tâm. 2m, hay:
• Ở các vị trí khác (θ ≠ 0) thì biên độ là:
b sinθ = mλ m = ±1, ± 2…
– Cực tiểu nếu số nguồn thứ cấp là chẵn.
– Cực đại nếu số nguồn thứ cấp là lẻ. • Để có cực đại thì N phải là một số lẻ, N = 2m +
• Số nguồn thứ cấp được xác định từ: 1, hay:
λ 1
b sinθ = N b sinθ = m + λ m = 1, ± 2…
2 2
2b sinθ • Trong công thức trên ta không chọn m = 0 và m
⇒N= = −1 vì sinθ = ± λ/2b nằm trong vân sáng trung
λ tâm.
4d. Phân bố cường độ sáng 5a. Nhiễu xạ trên nhiều khe
• Xét hệ có N khe song
song, bề rộng b, khoảng
cách giữa hai khe liên
tiếp là d.
• Nhiễu xạ trên nhiều khe
sinθ = λ/2b
là sự kết hợp của nhiễu
xạ trên từng khe và giao
thoa giữa các khe.
• Khi N rất lớn hệ được gọi
b b b b b b là cách tử, còn d là chu kỳ
của cách tử.
- 5b. Vị trí cực đại, cực tiểu 5c. Phân bố cường độ sáng
• Cực đại trung tâm ứng với góc lệch θ = 0. Một khe • Cường độ do
• Các cực tiểu chính (do nhiễu xạ trên một khe): nhiễu xạ trên
một khe
b sinθ = m1λ m1 = ±1, ±2…
• Là hình bao
của cường độ
• Các cực đại chính (do giao thoa giữa các khe) :
nhiễu xạ qua
d sinθ = m2λ m2 = ±1, ±2… Nhiều khe
nhiều khe.
• Giữa hai cực đại chính liên tiếp còn có (N – 1)
cực tiểu phụ và (N – 2) cực đại phụ.
• Minh họa
5c. Ứng dụng của cách tử 6a. Nhiễu xạ tia X
• Vì các cực đại rất rõ nét và sáng nên cách tử • Tia X có bước sóng cỡ Angstrom (1 Å = 10 –10
nhiễu xạ được dùng để: m) nên có thể nhiễu xạ trên các khe ở giữa các
nguyên tử, phân tử cấu tạo nên vật chất.
– Phân tích ánh sáng thành ánh sáng đơn sắc.
• Dùng ảnh nhiễu xạ tia X trên vật chất, các nhà
– Phân tích phổ ánh sáng phát từ vật chất.
khoa học có thể xác định được cấu trúc của vật
– Đo bước sóng ánh sáng. chất.
Ảnh nhiễu xạ tia X của DNA
Phổ nguyên gợi ý cho Crick và Watson
tử Hydro (1953) về cấu trúc chuỗi
xoắn kép.
Từ đó một ngành mới ra đời
– Sinh học phân tử.
- 6b. Định luật Bragg
• Các cực đại nhiễu xạ tia X trên tinh thể được
xác định bởi định luật Bragg:
2d sinθ = mλ m = 0, ±1, ±2...
Tia tới
Tia nhiễu xạ
θ θ
d
Mặt phẳng
nguyên tử
nguon tai.lieu . vn
