Ghi nhớ bài học |

Giao thoa ánh sáng ( Giao thoa đơn sắc)

GIAO THOA ĐƠN SẮC

Chủ đề này gồm có vấn đề: Giao thoa ánh sáng, khoảng vân, bước sóng và màu sắc ánh sáng.

A. LÍ THUYẾT

1. Giao thoa ánh sáng đơn sắc

a. Thí nghiệm Y-âng(Young):

  • Bố trí thí nghiệm
    • S là nguồn đơn sắc
    • S1S2 là 2 khe hẹp. E là màn quan sát
    • khoảng cách giữa 2 khe là a (cỡ mm)
    • Khoảng các từ 2 khe tới màn là D (D>>avà D cỡ hàng m)
  • Kết quả:
    • Trong vùng giao nhau giữa 2 chùm sáng từ S1 và S2 xuất hiện một hệ vân gồm các vân tối và vân sáng song song, xen kẽ và cách đều, trong đó O luôn là vân sáng (Vân sáng trung tâm – VSTT)

b. Định nghĩa

– Hiện tượng giao thoa ánh sáng là hiện tượng trong vùng hai chùm sáng kết hợp gặp nhau xuất hiện những vân sáng, vân tối xen kẽ.

c. Điều kiện về nguồn kết hợp

– Hai nguồn phải phát ra hai sóng ánh sáng có cùng bước sóng

– Hiệu số pha dao động của hai nguồn không đổi theo thời gian

d. Ứng dụng

– Tán sắc, giao thoa nhiễu xạ chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng

– Bước sóng càng dài càng dễ quan sát hiện tượng giao thoa

– Mỗi ánh sáng đơn sắc được

+ Đặc trưng nhất bởi tần số

+ Bước sóng (trong chân không)

+ Có một màu sắc xác định gọi là màu đơn sắc

– Dựa vào sự tương tự giữa ánh sáng và sóng điện từ chứng tỏ ánh sáng là sóng điện từ => sóng ngang

e. Vị trí vân, khoảng vân trong giao thoa ánh sáng

Xét D>>a, x thì: {{d}_{2}}-{{d}_{1}}=\frac{{ax}}{D}

– Khoảng vân: = Là khoảng cách giữa 2 vân sáng (vân tối) liên tiếp


i=\frac{{\lambda D}}{a} (thay đổi môi trường i'=\frac{i}{n})

– Vị trí vân sáng vân tối

+ Vân sáng: xs = k.i ⇒ xsáng=bc.i

+ Vân tối: xtối=(k-0,5).i ⇒ xti=th -0,5.i

– Khoảng cách giữa hai điểm : \Delta x={{x}_{1}}-{{x}_{2}} 

+ Nếu hai vân ở cùng bên: {{x}_{1}};{{x}_{2}} coi như cùng dương     

+ Nếu hai vân ở khác bên:coi như 1 dương, 1 âm 

– Số vân sáng quan sát được trên màn:

Xác định số vân sáng, vân tối giữa hai điểm M, N có toạ độ {{x}_{1}};{{x}_{2}} (giả sử {{x}_{1}}<{{x}_{2}})

+ Vân sáng: {{x}_{1}}<ki<{{x}_{2}}

+ Vân tối: {{x}_{1}}<(k-0,5)i<{{x}_{2}}

B. BÀI TẬP:

DẠNG 1: GIAO THOA ĐƠN SẮC

1. Xác định các đại lượng trong công thức khoảng vân

– Là khoảng cách giữa 2 vân sáng (vân tối) liên tiếp\displaystyle i=\frac{{\lambda D}}{a} 

                                                (thay đổi môi trường i'=\frac{i}{n})

Trong đó: \lambda  bước sóng ánh sáng(m), D là khoảng cách từ hai khe tới màn (m)

               a là khoảng cách hai khe sáng(m)

2. Vị trí vân sáng – vân tối

 + Vân sáng: xs =k.i ⇒ xsáng=bc.i

+ Vân tối: xtối =(k-0,5).i ⇒ xti=th -0,5.i

3. Khoảng cách giữa hai điểm: Δx = x1 – x2

+ Nếu hai vân ở cùng bên: x1, x2 coi như cùng dương

+ Nếu hai vân ở khác bên: x1, x2 coi như 1 dương, 1 âm

4. Số vân sáng quan sát được trên màn 

* Xác định số vân sáng,vân tối giữa hai điểm M, N có toạ độ x1, x2(giả sử {{x}_{1}}<{{x}_{2}})

+ Vân sáng: {{x}_{1}}<ki<{{x}_{2}}

+ Vân tối: {{x}_{1}}<(k-0,5)i<{{x}_{2}}

* Xác định số vân sáng, vân tối trong vùng giao thoa (trường giao thoa) có bề rộng L (đối xứng qua vân trung tâm)

+ Số vân sáng (là số lẻ): \left| {{{k}_{s}}} \right|\le \frac{L}{{2i}}

+ Số vân tối (là số chẵn):  k-12L2i

DẠNG 2: SỰ DỊCH CHUYỂN HỆ VÂN (Chỉ mang tính chất tham khảo)

1. Trên dường đi đặt một bản mỏng có chiết suất n và chiều dày e

– Hệ thống vân dịch chuyển về phía S1 (Về phía bản mỏng): 
\displaystyle {{x}_{o}}\,=\,\frac{{(n\,-\,1)eD}}{a}..

Còn khoảng vân không đổi

2. Dịch chuyển nguồn S không còn cách đều S1 và S2

+ Độ dịch chuyển:\displaystyle {{x}_{0}}=\frac{{yD}}{d}

+ Chiều dịch chuyển: Hệ vân dịch chuyển ngược chiều với nguồn 

Ví dụ

Ví dụ : Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng với khoảng cách giữa hai khe là a=1,5mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe tới màn là D=2m. Hai khe được chiếu sáng bởi ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,48\mu m .

a. Xác định khoảng vân? 

b. Xác định khoảng cách từ vân sáng trung tâm đến vân sáng bậc 2 và đến vị trí vân tối thứ 3?

Hướng dẫn

a. Khoảng vân : i=\frac{{\lambda D}}{a}=\frac{{0,{{{48.10}}^{{-6}}}.2}}{{1,{{{5.10}}^{{-3}}}}}=6,{{4.10}^{{-4}}}m

Vị trí vân sáng bậc 2 ứng với k = \pm  2: xs =k\displaystyle \frac{{\lambda D}}{a}= k.i = \pm 2\frac{{0,{{{48.10}}^{{-6}}}.2}}{{1,{{{5.10}}^{{-3}}}}}=\pm 1,{{28.10}^{{-3}}}m

Vị trí vân tối thứ 3 => xtối  = (k-0,5)i = 2,5i = 1,6.10-3

Ví dụ : Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng với khoảng cách giữa hai khe là a= 3mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe tới màn là D=2,5m. Hai khe được chiếu sáng bởi ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,5\mu m . M và N là hai điểm trên màn nằm hai bên của vân sáng trung tâm và cách vân sáng trung tâm lần lượt là 2,1mm và 5,9mm. Số vân sáng quan sát được từ M đến N là bao nhiêu?

Hường dẫn

Khoảng vân: i=\frac{{\lambda D}}{a}=\frac{5}{{12}}mm

 Vị trí vân sáng:x=ki=\frac{5}{{12}}k(mm)

Vì M, N nằm hai bên vân sáng trung tâm nên {{x}_{M}}=-2,1mm;{{x}_{N}}=5,9mm

 (hoặc {{x}_{M}}=2,1mm;{{x}_{N}}=-5,9mm)

Vân sáng nằm giữa M và N nên: -2,1\le \frac{5}{{12}}k\le 5,9=>-5,04\le k\le 14,16

Tức là k = -5,-4,…,14 : có 20 giá trị của k

Vậy có 20 vân sáng trên màn từ M đến N

Ví dụ: Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, khoảng cách hai khe hẹp a =0,2mm, khoảng cách từ màn quan sát đến hai khe hẹp D =1m. Nếu đặt trước một nguồn sáng một bản mỏng bề dày e =0,01mm, chiết suất n=1,5 có hai mặt phẳng song song nhau trước nguồn {{S}_{1}} thì độ dịch chuyển của hệ thống vân trên màn bằng

A. 0,5cm                  B. 1,5cm                     C. 2cm                           D. 2,5cm

Hướng dẫn

Gọi t là khoảng thời gian để ánh sáng truyền từ khe {{S}_{1}} đến màn quan sát, ta có:

t=\frac{e}{v}+\frac{{{{d}_{1}}-e}}{c}

vì v=\frac{c}{n} và \frac{e}{v} là thời gian ánh sáng truyền qua bản mỏng nên:

t=\frac{{ne}}{v}+\frac{{{{d}_{1}}-e}}{c}=>d_{1}^{*}=ct={{d}_{1}}+e(n-1)

Vậy quãng đường ánh sáng truyền từ nguồn {{S}_{1}}đến màn quan sát là {{d}_{1}}+e(n-1)

Ta thấy bản mỏng có tác dụng làm chậm sự truyền ánh sáng hay làm kéo dài đường đi tia của tia sáng thêm một đoạn e(n-1).

– Xét điểm {{O}^{'}} cách điểm O một đoạn là x, hiệu đường đi của ánh sáng truyền từ nguồn S qua {{S}_{1}} và {{S}_{2}} đến màn quan sát là:

\Delta d=(S{{\text{S}}_{2}}+{{d}_{2}})-\text{ }\!\![\!\!\text{ }S{{\text{S}}_{1}}+{{d}_{1}}+e(n-1)\text{ }\!\!]\!\!\text{ }={{d}_{2}}-{{d}_{1}}-e(n-1)

Muốn {{O}^{'}} là vân trung mới của hệ giao thoa thì: \Delta d=k\lambda =0=>{{d}_{2}}-{{d}_{1}}=e(n-1)

Mặc khác khi chưa có bản mỏng thì: {{d}_{2}}-{{d}_{1}}=\frac{{ax}}{D}

Vậy ta có \frac{{ax}}{D}=(n-1)e => Độ dịch chuyển x=\frac{{(n-1)eD}}{a}

Thay số: x=\frac{{(1,5-1)0,{{{01.10}}^{{-3}}}.1}}{{0,{{{2.10}}^{{-3}}}}}=2,{{5.10}^{{-2}}}m=2,5cm

=> Đáp án D

 

Thống kê thành viên
Tổng thành viên 314.250
Thành viên mới nhất minhphuong2004pc
Thành viên VIP mới nhất minh-anhVIP

Mini games


Đăng ký THÀNH VIÊN VIP để hưởng các ưu đãi tuyệt vời ngay hôm nay




Mọi người nói về baitap123.com


Đăng ký THÀNH VIÊN VIP để hưởng các ưu đãi tuyệt vời ngay hôm nay
(Xem QUYỀN LỢI VIP tại đây)

  • BẠN NGUYỄN THU ÁNH
  • Học sinh trường THPT Trần Hưng Đạo - Nam Định
  • Em đã từng học ở nhiều trang web học trực tuyến nhưng em thấy học tại baitap123.com là hiệu quả nhất. Luyện đề thả ga, câu hỏi được phân chia theo từng mức độ nên học rất hiệu quả.
  • BẠN TRẦN BẢO TRÂM
  • Học sinh trường THPT Lê Hồng Phong - Nam Định
  • Baitap123 có nội dung lý thuyết, hình ảnh và hệ thống bài tập phong phú, bám sát nội dung chương trình THPT. Điều đó sẽ giúp được các thầy cô giáo và học sinh có được phương tiện dạy và học thưc sự hữu ích.
  • BẠN NGUYỄN THU HIỀN
  • Học sinh trường THPT Lê Quý Đôn - Hà Nội
  • Em là học sinh lớp 12 với học lực trung bình nhưng nhờ chăm chỉ học trên baitap123.com mà kiến thức của em được củng cố hơn hẳn. Em rất tự tin với kì thi THPT sắp tới.