Hiện tượng giao thoa ánh sáng là hiện tượng trong vùng hai chùm sáng gặp nhau lại có những vạch tối, những vạch tối này là chỗ hai sóng ánh sáng triệt tiêu nhau, những vạch sáng là chỗ hai sóng ánh sáng tăng cường lẫn nhau. Show
Vậy hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng là gì, thí nghiệm Y-âng về hiện tượng giao thoa ánh sáng thực hiện như thế nào? Công thức tính khoảng vân sáng, vân tối trong giao thoa ánh sáng viết như nào? chúng ta cùng tìm hiểu qua bài viết dưới đây. I. Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng là gì? Bạn đang xem: Giao thoa ánh sáng, Công thức tính khoảng vân giao thoa và Bài tập – Vật lý 12 bài 25 – Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng là hiện tượng truyền sai lệch với sự truyền thẳng khi ánh sáng gặp vật cản. Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng. – Mỗi ánh sáng đơn sắc có bước sóng hoặc tần số trong chân không hoàn toàn xác định. II. Hiện tượng giao thoa ánh sáng là gì? 1. Thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng – Thí nghiệm được minh họa như hình sau: – Ánh sáng từ đèn D qua khe hẹp F, rồi F1,F2 tới màn M, khi đó trên M trông thấy một hệ vân có nhiều màu. – Đặt lăng kính màu K [đỏ] thì trên màn M chỉ có những vạch sáng đỏ và tối xen kẽ, song song và cách đều nhau. – Như vậy, từ thí nghiệm Y-âng chứng tỏ rằng hai chùm ánh sáng cũng có thể giao thoa được với nhau, nghĩa là ánh sáng có tính chất sóng. – Những vạch tối là chỗ hai sóng ánh sáng triệt tiêu lẫn nhau, những vạch sáng là chỗ hai sóng ánh sáng tăng cường lẫn nhau. Những vạch sáng và tối xen kẽ nhau chính là hệ vân giao thoa của hai sóng ánh sáng. 2. Vị trí các vân sáng, công thức và cách tính – Với a = F1F2; D là khoảng cách từ mặt phẳng chứa F1F2 đến màn M; d1, d2 là khoảng cách từ A tới F1, F2. • Gọi λ là bước sóng của ánh sáng đơn sắc thì: • Công thức xác định vị trí các vân sáng [cực đại] xs: • Công thức xác định vị trí các vân tối [cực tiểu] xt: 3. Khoảng vân, định nghĩa, công thức cách tính – Định nghĩa: Khoảng vân i là khoảng cách giữa hai vân sáng, hoặc hai vân tối liên tiếp. – Công thức tính khoảng vân: – Tại điểm O là vân sáng bậc 0 của mọi bức xạ, vân chính giữa hay vân trung tâm, hay vân số 0. 4. Ứng dụng của giao thoa ánh sáng – Đo bước sóng ánh sáng, vì nếu biết i, a, D thì từ: III. Bước sóng ánh sáng và màu sắc 1. Mỗi ánh sáng đơn sắc có một bước sóng trong chân không xác định. 2. Các ánh sáng đơn sắc có bước sóng trong khoảng từ 380 nm [ứng với màu tím trên quang phổ] đến chừng 760 nm [ứng với màu đỏ] mới gây ra cảm giác sáng là các ánh sáng nhìn thấy được [khả kiến]. 3. Ánh sáng trắng của Mặt Trời là hỗn hợp của vô số ánh sáng đơn sắc có bước sóng biến thiên liên tục từ 0 đến ∞. Nhưng chỉ các bức xạ có bước sóng trong khoảng từ 380 nm đến 760 nm là giúp được cho mắt nhìn mọi vật và phân biệt màu sắc. 4. Bảng bước sóng của ánh sáng nhìn thấy trong chân không: IV. Bài tập về Giao thoa ánh sáng * Bài 1 trang 132 SGK Vật Lý 12: Kết luận quan trọng nhất rút ra từ thí nghiệm Y–âng là gì? ° Lời giải bài 1 trang 132 SGK Vật Lý 12: – Kết luận quan trọng nhất rút ra từ thí nghiệm Y–âng là ánh sáng có tính chất sóng. * Bài 2 trang 132 SGK Vật Lý 12: Viết công thức xác định vị trí các vân sáng? ° Lời giải bài 2 trang 132 SGK Vật Lý 12: – Công thức xác định vị trí các vân sáng: – Trong đó: k: bậc giao thoa, là các số nguyên. a: là khoảng cách giữa 2 khe D: là khoảng cách từ 2 khe đến màn ảnh. λ: là bước sóng ánh sáng * Bài 3 trang 132 SGK Vật Lý 12: Viết công thức tính khoảng vân. ° Lời giải bài 3 trang 132 SGK Vật Lý 12: – Công thức tính khoảng vân: – Trong đó: λ: là bước sóng ánh sáng D: là khoảng cách từ 2 khe đến màn ảnh. a: là khoảng cách giữa 2 khe * Bài 4 trang 132 SGK Vật Lý 12: Ánh sáng nhìn thấy được có bước sóng nằm trong khoảng nào? ° Lời giải bài 4 trang 132 SGK Vật Lý 12: – Ánh sáng nhìn thấy được có bước sóng nằm trong khoảng từ 380 nm đến 760 nm. * Bài 5 trang 132 SGK Vật Lý 12: Nêu những đặc điểm của ánh sáng đơn sắc. ° Lời giải bài 5 trang 132 SGK Vật Lý 12: ¤ Những đặc điểm của ánh sáng đơn sắc: – Mỗi ánh sáng đơn sắc có một bước sóng hoặc tần số trong chân không hoàn toàn xác định. – Ánh sáng đơn sắc không bị tán sắc khi đi qua lăng kính. – Mỗi ánh sáng đơn sắc có một màu xác định, gọi là màu đơn sắc. – Các ánh sáng đơn sắc có bước sóng trong khoảng từ 380 nm [ứng với màu tím] đến 760 nm [ứng với màu đỏ] mới gây ra cảm giác sáng. Đó là các ánh sáng nhìn thấy được. * Bài 6 trang 132 SGK Vật Lý 12: Chỉ ra công thức đúng để tính khoảng vân. A. B. C. D. ° Lời giải bài 6 trang 132 SGK Vật Lý 12: ¤ Chọn đáp án: A. * Bài 7 trang 133 SGK Vật Lý 12: Chọn câu đúng. Bức xạ màu vàng của natri có bước sóng λ bằng: A.0,589mm B.0,589nm C.0,589μm D.0,589pm ° Lời giải bài 7 trang 133 SGK Vật Lý 12: ¤ Chọn đáp án: C. 0,589μm – Bức xạ màu vàng của natri có bước sóng λ ≈ 589nm = 0,589μm [chú ý: 1mm = 10-3m; 1μm = 10-6m; 1nm = 10-9m; 1pm = 10-12m] * Bài 8 trang 133 SGK Vật Lý 12: Trong một thí nghiệm Y–âng với a= 2mm, D = 1,2 m, người ta đo được i = 0,36 mm. Tính bước sóng λ và tần số f của bức xạ. ° Lời giải bài 8 trang 133 SGK Vật Lý 12: – Bài ra, ta có: a = 2mm = 2.10-3[m]; i = 0,36mm = 0,36.10-3[m] – Từ công thức tính khoảng vân, ta có công thức bước sóng: – Ta lại có: nên ta suy ra tần số của bức xạ: – Đáp số: λ = 0,6μm; f = 5.1014[Hz]. Hy vọng với bài viết Giao thoa ánh sáng, Công thức tính khoảng vân giao thoa và Bài tập ở trên giúp ích cho các em. Mọi góp ý và thắc mắc các em vui lòng để lại bình luận dưới bài viết để HayHocHoi.Vn ghi nhận và hỗ trợ, chúc các em học tập tốt Đăng bởi: THPT Sóc Trăng Chuyên mục: Giáo Dục
Sóng ánh sáng là một chương lớn trong chương trình vật lý THPT, vì vậy để củng cố và nâng cao kiến thức của các bạn, Kiến Guru xin phép giới thiệu một số Bài tập giao thoa ánh sáng có đáp án. Thông qua bài viết, các bạn sẽ được rèn luyện cách tiếp cận, phân tích và giải quyết các bài toán giao thoa ánh sáng. Đây sẽ là một tài liệu bổ ích cho các bạn học sinh ôn tập chuẩn bị cho kì thi THPT Quốc gia sắp tới. Cùng Kiến khám phá nhé: I. Bài tập giao thoa ánh sáng có đáp án: Phần 1 tóm tắt lý thuyếtTrước khi bước vào tìm hiểu các dạng bài tập giao thoa ánh sáng có đáp án, chúng ta sẽ tóm tắt một số lý thuyết cần nhớ: - Giao thoa ánh sáng là hiện tượng tổng hợp hai hay nhiều sóng ánh sáng kết hợp ở trong không gian, nếu đặt màn chắn ở phía sau ta sẽ quan sát được các vạch sáng tối xen kẽ nhau. Các vạch sáng gọi là vân sáng, vạch tối thì gọi là vân tối. Và chúng gọi chung là vân giao thoa. Các nguồn kết hợp được định nghĩa là các nguồn sáng có chung bước sóng, và hiệu pha giữa 2 nguồn là không đổi theo thời gian. HÌnh 1: Các vân sáng tối trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng. Việc giao thoa là một minh chứng cho tính chất sóng của ánh sáng. Tại sao ta lại thấy vân sáng, vân tối? Lý giải cho việc này, ta có thể hiểu đơn giản, ở vị trí nhất định nếu 2 sóng kết hợp cùng pha, chúng tăng cường cho nhau, cường độ ánh sáng mạnh nhất nên là vân sáng. Ngược lại nếu 2 sóng kết hợp ngược pha, chúng triệt tiêu và kết quả vân tối xuất hiện. Để nhận biết 1 vị trí trên màn chắn là vân sáng hay vân tối, ta xét bài toán sau: cho 2 nguồn sáng kết hợp S1, S2, vị trí và kích thước cho như hình vẽ, chú ý điều kiện khoảng cách a giữa 2 nguồn sáng phải là rất bé so với khoảng cách D từ nguồn sáng đến màn chắn. Hình 2: Thí nghiệm giao thoa ánh sáng. Khi đó, hiệu quang trình sẽ được tính: d1 - d2 = ax/D [ với D>>a ] Nếu: [k là số nguyên] thì ở vị trí đó là vân sáng. [k nguyên] thì vị trí đó là vân tối. Khoảng vân i: là khoảng cách giữa hai vân sáng [hoặc 2 vân tối] gần nhau nhất, được tính bằng , như vậy có thể hiểu xsáng = k.i [k nguyên], xtối = [k + 1/2].i [k nguyên] II. Bài tập giao thoa ánh sáng có đáp án: Phần 2 các bài toán vận dụngDưới đây là tổng hợp công thức và ví dụ cho các bài tập giao thoa ánh sáng có đáp án: Dạng 1: Tính toán khoảng vân, xác định vân sáng, vân tốiChú ý các đơn vị tính sau: VD1: Trong thí nghiệm Y-âng, cho a = 0.8mm, D = 1.2m. Biết rằng, từ vân sáng trung tâm tới vân tối thứ 5 cách nhau 1 khoảng 4.32mm. Hỏi bước sóng ánh sáng ở thí nghiệm trên là bao nhiêu? Hướng dẫn: Vị trí vân tối thứ 5 cách vân trung tâm 1 đoạn 4.5i Suy ra i = 4.32/4.5 = 0.96 mm, dựa theo công thức liên hệ giữa khoảng vân và bước sóng ta có: Vậy chọn C. VD2: Xét thí nghiệm giao thoa ánh sáng Y-âng, biết D = 2.4m. Khi sử dụng sóng ánh sáng có bước sóng thì 15 vân sáng liên tiếp cách nhau 1 khoảng 3cm. Khi sử dụng sóng ánh sáng có bước thì khoảng cách giữa 11 vân sáng liên tiếp cũng là 3cm. Vậy bằng bao nhiêu? Hướng dẫn: Vậy chọn D. Dạng 2: Tìm số lượng vân sáng tối trên miền xác định có độ dài LTa chú ý một số điều kiện sau: - Nếu là trường giao thoa [trường giao thoa tính là toàn bộ vùng chứa vân giao thoa, tức là đối xứng qua vân trung tâm]: Số vân sáng: Ns = 2[L/2i] + 1, số vân tối: Nt = 2[L/2i + 0.5], với [a] được hiểu là phần nguyên của a. - Nếu miền bất kì, tạm gọi là MN. Sử dụng công thức sau: VD1: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng, Sử dụng ánh sáng đơn sắc chiếu sáng các khe hẹp. Khoảng vân là 1,2 mm. Xét hai điểm M và N trên màn ở cùng một phía so với vân sáng trung tâm, cách vân trung tâm lần lượt 2 mm và 4,5 mm, hỏi có bao nhiêu vân sáng, vân tối ở trên đoạn MN: A. 2 vân sáng, 2 vân tối. B. 4 vân sáng, 5 vân tối. C. 5 vân sáng, 6 vân tối D. 1 vân sáng, không có vân tối. Hướng dẫn: Xét tại M: km = xM/i = 1.7 Xét tại N: kn = xN/i = 3.75 Mà , k nguyên cho vân sáng, suy ra k = 2,3 , k nguyên cho vân tối, suy ra k = 2,3 Vậy có 2 sáng, 2 tối, chọn A. VD2: trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng, biết D = 2.5m, a =1mm, . Bề rộng trường giao thoa là 12.5mm. Số vân quan sát được trên màn chắn là: A. 12 B. 13 C. 17 D. 19 Hướng dẫn: Số vân sáng là: Ns = 2[L/2i] + 1 = 9 Số vân tối là Nt = 2[L/2i + 0.5] = 8 Vậy có 17 vân cả thảy, chọn C. Dạng 3: Dịch chuyển nguồn sáng S, đặt thêm bản mỏngTa sử dụng công thức sau: - Khi dịch chuyển nguồn sáng S một đoạn là y thì hiệu đường đi là: Vân sáng khi , vân tối khi Vị trí vân sáng trung tâm là: x0 = -Dy/d. Có thể nhận xét là vân trung tâm sẽ dịch chuyển ngược chiều so với vị trí dịch chuyển của nguồn S. Hình 3: Bài toán dịch chuyển nguồn sáng S. - Khi đặt thêm bản mỏng có độ dày e trước 1 nguồn sáng như hình dưới, khi đó vân trung tâm sẽ dịch 1 đoạn:, về phía được chắn bản mỏng. Chú ý rằng hiện tượng giao thoa sẽ vẫn xảy ra như thường. Hình 4: Bài toán đặt bản mỏng. Ví dụ: Cho thí nghiệm giao thoa ánh sáng. Khe hẹp S phát ra ánh sáng đơn sắc có bước sóng . Khoảng cách từ S đến màn chứa hai khe S1 và S2 là 60cm. Khoảng cách S1S2 = 0.3mm, D = 1.5m. Nguồn sáng S dịch chuyển một đoạn ngắn nhất theo phương song song với màn quan sát để vị trí vân sáng bậc 2 thành vân tối thứ 2? Hướng dẫn: Gọi x0 là độ dịch chuyển của vân sáng trung tâm, y là độ dịch chuyển của nguồn sáng. Để thỏa đề thì x0 = 0.5i. Áp dụng công thức ở trên: |x0| = |Dy/d| Suy ra y = 0.64 mm. Trên đây chỉ là 3 dạng về các bài tập giao thoa ánh sáng có đáp án chọn lọc mà Kiến sưu tầm gửi đến các bạn. Có rất nhiều dạng bài tập liên quan đến giao thoa ánh sáng, mời các bạn tham khảo thêm các bài viết khác của Kiến hoặc tải ứng dụng Kiến Guru để trang bị cho mình một nền tảng kiến thức thật tốt, chuẩn bị cho kì thi THPT Quốc gia sắp tới nhé. |
