Lý thuyết, bài tập SÓNG ÁNH SÁNG vật lý 12 năm học 2022 2023

CHƯƠNG 5 SÓNG ÁNH SÁNG – Vật lý 12 Năm học 2022 2023 A PHẦN LÝ THUYẾT I TÁN SẮC ÁNH SÁNG 1 Định nghĩa Hiện tượng tán sắc ánh sáng là sự phân tách chùm sáng phức tạp thành các chùm sáng đơn sắc khác nh.

CHƯƠNG 5: SÓNG ÁNH SÁNG – Vật lý 12

Năm học : 2022-2023 A.PHẦN LÝ THUYẾT

I TÁN SẮC ÁNH SÁNG

1 Định nghĩa: Hiện tượng tán sắc ánh sáng là sự phân tách chùm sáng phức tạp thành các chùm sáng đơn sắc khác nhau: tia màu tím

bị lệch nhiều nhất, tia màu đỏ bị lệch ít nhất

-Quang phổ của ánh sáng Mặt trời gồm một dải màu từ đỏ đến tím

-Anh sáng đơn sắc là ánh sáng có bước sóng(tần số) và màu sắc nhất định, nó không bị tán sắc khi truyền qua lăng kính

-Anh sáng trắng là hỗn hợp của nhiều ánh sáng đơn sắc khác nhau có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím

* Chú ý: ánh sáng trắng không phải là ánh sáng đơn sắc

2 Nguyên nhân gây ra hiện tượng tán sắc ánh sáng: Do chiết suất của môi trường trong suốt phụ thuộc vào tần số (bước sóng) của

ánh sáng Anh sáng có tần số càng lớn (bước sóng càng nhỏ) thì chiết suất môi trường càng lớn (lệch càng nhiều) và ngược lại

-Chiết suất có giá trị nhỏ nhất đối với ánh sáng đỏ, lớn nhất đối với ánh sáng tím và tăng dần từ đỏ đến tím

II.GIAO THOA ÁNH SÁNG.

1.Điều kiện để có giao thoa ánh sáng: hai sóng gặp nhau phải là hai sóng kết hợp (cùng tần số, hiệu số pha không đổi theo thời gian)

- Điều kiện về nguồn kết hợp: hai nguồn phải phát ra hai sóng ánh sáng có cùng bước sóng và hiệu số pha dao động của hai nguồnkhông đổi theo thời gian

2.Hình ảnh giao thoa: các vạch sáng tối xen kẽ nhau một cách đều đặn, song song và cách đều nhau(vân giao thoa).Nếu ánh sáng

trắng thì ở chính giữa là 1 vân trắng, hai bên là dải cầu vồng,tím ở trong, đỏ ở ngoài

3.Công thức xác định vị trí các vân giao thoa: Hiệu đường đi: d2-d1 =



III.BƯỚC SÓNG VÀ MÀU SẮC ÁNH SÁNG:

1 Mỗi ánh sáng đơn sắc có một bước sóng trong chân không xác định

-Khi truyền từ môi trường trong suốt này sang môi trường trong suốt khác thì tần số không đổi, bước sóng và tốc độ truyền sóng thayđổi

Trong môi trường có chiết suất n thì

-Khoảng vân:

D i a

+Nếu k 0thì k=0 vân tối thứ 1, k=1,2,3….: vân tối thứ 2,3,4… (k= Thứ của vân tối -1)

+Nếu k<0 thì k= -1, -2, -3….: vân tối thứ 1,2,3… ( -k = thứ của vân tối)

- Khoảng cách giữa 2 vân giao thoa:  x x2  x1

2) Tại một vị trí có vân sáng hay vân tối

i thì tại đó có vân sáng tối thứ k+1

3) Tính số vân sáng, vân tối quan sát được trong vùng giao thoa

* Đối với vùng giao thoa đối xứng:

-Số khoảng vân trên nửa vùng giao thoa:

2L

n i

* Đối với vùng giao thoa bất kì: số khoảng vân trong vùng giao thoa là n=L/i

-Nếu n=k thì 2 đầu là 2 vân cùng loại Số vân cùng loại ở hai đầu : N1=k+1, số vân còn lại: N2=k

-Nếu n= k+1/2 thì 2 đầu là 2 vân khác loại Số vân sáng= số vân tối: N1= N2=k+1

1 Trong một thí nghiệm I-âng về giao thoa ánh sáng, nguồn sáng gồm các bức xạ có bước sóng lần lượt là λ1 =750nm; λ2 =600nm;

λ3 = 500nm.Tại điểm M trong vùng giao thoa trên màn mà hiệu k/c đến 2 khe bằng 1,5 μ m có vân sáng của bức xạ

A λ1 B λ2 và λ1 C λ1 và λ3 D λ3

2 Trong thí nghiệm I-âng về giao thoa ánh sáng đơn sắc, chiếu vào hai khe ánh sáng đơn sắc có bước sóng

400nm.Tại M trên màn quan sát (tính từ vân sáng trung tâm) có vân tối thứ 4 thì khoảng cách từ hai khe đến M có giá trị lần lượt là:A

11 Thí nghiệm giao thoa Y- âng với ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ, khoảng cách giữa hai khe a = 1 mm

Ban đầu, tại M cách vân trung tâm 5,6 mm người ta quan sát được vân sáng bậc 5 Giữ cố định hai khe, di chuyển từ từ màn quan sát

ra xa và dọc theo đường thẳng vuông góc với mặt phẳng chứa hai khe một đoạn 0,75 m thì thấy tại M chuyển thành vân tối lần thứ hai.Bước sóng λ có giá trị là:

.Vì D2>D1 nên k2<5 Vì vt lần 2 nên tại M là VT4 5 D=3,5( D+0 , 75 )⇒ D=1 ,75 m⇒ λ=0 , 64 μm

12 Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ người ta đặt màn quan sát cách mặt phẳng hai khe một khoảng D thì khoảng vân là 0,5mm Nếu di chuyển màn ra xa mặt phẳng hai khe một đoạn x thì khoảng vân trên màn là 0,75mm Nếu di chuyển

màn quan sát ra xa mp 2 khe một đoạn 3x thì khoảng vân trên màn là A 1mm B 1,25λ mm C

13 Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng với khe Y-âng, cho a=2mm,D=2m Một nguồn sáng cách đều hai khe S1 và S2 Khoảng cách

từ S tới mặt phẳng hai khe là d=0,5m Khi đó vân sáng trung tâm tại O (là giao điểm của đường trung trực S1S2 với màn) Nếu dời S theo phương song song với S1S2 về phía S2 một đoạn 1,5mm thì vân sáng trung tâm sẽ dời một đoạn là bao nhiêu

A 1,5mm theo phương song song với S1S2 về phía S2 B 6mm theo phương song song với S1S2 về phía S1

C 1,5mm theo phương song song với S 1S2 về phía S1 D 6mm theo phương song song với S1S2 về phía S2

Đáp án: x0=De/d=1,5mm

14 Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng với hai khe Y-âng, do D= 1,5m Nguồn sáng S phát ra ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ Khoảng cách từ S tới mặt phẳng hai khe là d= 60cm Khoảng vân đo được trên màn bằng 3mm Cho S dời theo phương song song với S1S2 về phía S2 Hỏi để cường độ sáng tại O chuyển từ cực đại sang cực tiểu thì S phải dịch chuyển một đoạn tối thiểu bằng bao nhiêu?

Đáp án: Trong mt n1:



1 1

i i

n ,Trong mt n1: 2 

2

i i

A.Vân sáng bậc 4 B.vân sáng bậc 3 C vân tối thứ 3 D.vân tối thứ 4

Đáp án: Trong chân không: x=3i Trong nước:      

21 Trong thí nghiệm I-âng về giao thoa ánh sáng, khoảng cách giữa hai khe là 0,3mm, khoảng cách từ mặt phẳng hai khe đến màn là 1m.Chiếu vào 2 khe ánh sáng đơn sắc có bước sóng   600nm. Trong khoảng giữa hai điểm P, Q cách nhau 18mm đối xứng qua VSTT có

A 9 vân sáng, 10 vân tối B 10VS, 11 vân tối C 9VS, 8 vân tối D.10 VS, 9 vân tối

L

i nên 2 đầu là 2 vân tối

Số vân sáng: N1=2k+1=9, số vân tối: N2=2k+2=10 Vì không tính 2 đầu P,Q nên N2=10-2=8

22 Trong thí nghiệm I-âng về giao thoa ánh sáng, khoảng cách từ mặt phẳng hai khe đến màn là 1,2m.Chiếu vào 2 khe ánh sáng đơnsắc có bước sóng   600nm. Trong vùng giao thoa rộng 3,6mm có 11 vân sáng mà hai đầu là 2 vân sáng, khoảng cách giữa 2 khe I-âng là

a) Vị trí trùng nhau của hai vân sáng: Hai bức xạ trùng nhau khi x1=x2

xS = k1i1 = k2i2  k11 = k22  k1 =

2 1

Vậy: x S =k 1 i 1 =nbi 1 = na.i 2 với n = 0, 1, 2, … (1)

b) Tìm các chỗ trùng nhau của hai vân tối:



 

0,76 0,38 = 2)

= k (cụ thể bằng 1, 2, 3 , 4 …) thì có tồn tại các vị trí 2 vân tối trùng nhau (b-a/2 chia hết cho 2)

 Vị trí 2 vân tối trùng nhau gần vân trung tâm nhất có tọa độ x0 = (k2 +

TH4:

b a

2



= 4, tìm vị trí 2 vân tối trùng nhau gần vân trung tâm nhất ứng với k1 = k2 + 4, thế vào () tìm được k2 nguyên

v.v… Trong các bài toán thường cho rơi vào các trường hợp 1 và 2 !?

 Vậy: Các chỗ trùng nhau của hai vân tối (nếu có) sẽ có tọa độ:

xt = x0 + ani2; xt = i2 2

1 (k ) an 2

-Vị trí trùng màu gần VSTT nhất ( n=1): x1 =x2=kλ1i1=cλ1D

dλ2D a

c) Số vị trí cùng màu với VSTT :

-Vị trí trùng màu với VSTT : x1 =x2=kλ1i1=nc λ1D

a =

nd λ2D a

1 Trong một thí nghiệm I-âng về giao thoa ánh sáng, chiếu vào 2 khe đồng thời 2 bức xạ   1 500nm

và 2 thì tại vị trí vân tối thứ 5của  1 trùng với VS bậc 5 của  2 ở cùng một phía so với VSTT,  2 có giá trị là

trùng với VS bậc 3 của 2 Bước sóng 1, 2 có giá trị





Ta có: xS3=xS2 nên

1 2

2 400

4.Trong một thí nghiệm I-âng về giao thoa ánh sáng, hai khe I-âng cách nhau 2mm, mặt phẳng 2 khe cách màn 1m Chiếu vào 2 kheánh sáng đơn sắc có bước sóng  1 thì đo được khoảng cách từ VS bậc 2 đến vân sáng bậc 3 ở cùng 1 bên VSTT là 0,2mm Tắt bức

Vì k2 Z , 2   1nên k2<3 tức là k2=1,2 suy ra  2 =600nm (nhận) hoặc  2 =1200nm(loại)

5 Chiếu vào 2 khe I âng đồng thời 2 bức xạ màu tím λ1 =400nm và màu lục có bước sóng từ 500nm đến 575nm.Trên màn quansát,tại vị trí VS bậc 11 của λ1 trùng với 1 VS của λ2 , λ2 có giá trị là

6 Chiếu vào 2 khe I âng đồng thời 2 bức xạ λ1 =540nm và λ2 =660 nm Trên màn quan sát,tại vị trí VSTT nhất có vân tối của 2 bức

xạ trùng nhau Tại vị trí này sẽ có

A vân tối thứ 12 của λ1 và vân tối thứ 10 của λ2 B vân tối thứ 6 của λ1 và vân tối thứ 5λ của λ2

C vân tối thứ 4 của λ1 và vân tối thứ 5 của λ2 D vân tối thứ 16 của λ1 và vân tối thứ 13 của λ2

Giải: Vị trí trùng nhau của hai vân tối: k1 +

1

2 =

2 1

= 0,45 mm ; i2 =

2 D a



= 0,75 mm;i=BCNN(i1,i2)=2,25mm; i/2=1,125mm+ Vị trí trùng nhau của hai vân tối: k1 +1/2 =

2 1



 (k2 + 1/2) =

5

3(k2 + 1/2) ()

 Vị trí 2 vân tối trùng nhau gần vân trung tâm nhất ứng với k2 = k1 + 1

Thay vào (), ta tìm được k2 = 1, k1 = 2. x0 = 1,5i2 = 2,5i1 = 1,125 mm

Do i2 =

5

3i1 hay 3i2 = 5i1  xt = x0 + 3ni2 = 1,5i2 + 3ni2 = 1,5i2(1 + 2n) = 1,125(1 + 2n) (mm) với n = 0, 1, 2,

8 Trong một thí nghiệm I-âng về giao thoa ánh sáng: a = 2mm ; D = 2m ; 1 = 0,72 m ; 2 = 0,4 m Khoảng cách từ vị trí trùngnhau của hai vân tối đến VSTT là



=0,72 mm;i2 =

2 D a



=0,4 mm.(i=BCNN(i1,i2)=3,6; x0= i/2=1,8mm;xt=x0+ni=1,8+3,6n+ Vị trí trùng nhau của hai vân tối: k1 + 1/2 =

2 1



 (k2 +1/2) = 5/9(k2 +1/2) ⇔5 kλ2 =9 kλ1+2 ()

 Vị trí 2 vân tối trùng nhau gần vân trung tâm nhất ứng với k2 = k1 + 2

Thay vào (), ta tìm được k2 = 4, k1 = 2. x0 = 4,5i2 = 2,5i1 = 1,8mm

Do i2 = 5/9i1 hay 9i2 = 5i1  xt = x0 + 9ni2 = 4,5i2 + 9ni2 = 4,5i2(1 + 2n) = 1,8(1 + 2n) (mm) với n = 0, 1, 2,

9 Trong một thí nghiệm I-âng ,hai khe I-âng cách nhau 2mm, mặt phẳng 2 khe cách màn 2m Chiếu vào 2 khe đồng thời 2 bức xạ:màu đỏ   1 640nm và màu lam   2 480nm thì tại vị trí VSTT có VS cả 2 màu đỏ và lam Khoảng cách từ VSTT đến VS cùng màugần nó nhất là

k

k k   k 

Vì k1, k2 Znên k2l là bội số của 4 tức là k2=0,4,8 Vì k=0 là VSTT nên VS cùng màu gần nó nhất ứng với k2=4 suy ra x=1,92mm

10 (ĐH 2008) Trong một thí nghiệm I-âng ,hai khe I-âng cách nhau 2mm, mặt phẳng 2 khe cách màn 1,2m

Chiếu sáng 2 khe bằng as hỗn hợp gồm 2 ás đơn sắc λ1 =500nm và λ2 =660nm thì thu được hệ giao thoa trên màn.Biết VS chínhgiữa ứng với 2 bức xạ trên trùng nhau.Khoảng cách từ VS chính giữa đến vân cùng màu gần nhất cùng màu với VS chính giữa là

A.4,9mm B.19,8mm C 9,9mm D.29,7mm

11 Trong một thí nghiệm I-âng ,hai khe I-âng cách nhau 0,8mm, mặt phẳng 2 khe cách màn 1,2m Chiếu vào 2 khe đồng thời 2 bứcxạ:   1 750nm và   2 500nm Trên màn hứng vân giao thoa rộng 10mm đối xứng qua VSTT người ta đếm được ngoài VSTT có baonhiêu VS cùng màu với VSTT

k

k k   k 

Vì k1, k2 Znên k2là bội số của 3 tức là k1=5n, k2=4n 1

5n D x

a



Mà 0  x 9 0 n 2, 25Vì n Z nên n= 0, 1,2

13 Trong một thí nghiệm I-âng ,hai khe I-âng cách nhau 0,5mm, mặt phẳng 2 khe cách màn 2m Chiếu vào 2 khe đồng thời 2 bức xạ:

λ1 =450nm và λ2 =600nm.Trên màn quan sát, gọi M và N lần lượt cách VSTT 5,5mm và 2,2mm.Số vị trí trùng nhau của 2 bức xạtrên đoạn MN là

14.Trong một thí nghiệm I-âng ,nguồn sáng phát ra đồng thời 2 bức xạ đơn sắc : màu đỏ có λ1 =720nm và bức xạ màu lục có bướcsóng λ2 có giá trị từ 500nm đến 575nm.Trên màn quan sát,giữa 2 VS gần nhau nhất và cùng màu với VSTT có 8 VS màu lục.Giá trị

16 Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, Nguồn phát đồng thời 2 bức xạ đơn sắc λ1=680nm (đỏ) và λ2 =510nm (lam) Trên màn hứng vân giao thoa, trong đoạn giữa 3 vân sáng liên tiếp cùng màu với vân trung tâm có số vân sáng đỏ và vân lam là:

A 4 vân đỏ, 6 vân lam B 6 vân đỏ, 4 vân lam C 6 vân đỏ, 9 vân lam D 9 vân đỏ, 7 vân lam

17 Cho thí nghiệm Y-âng, người ta dùng đồng thời ánh sáng màu đỏ có bước sóng 0,72 μm.m và ánh sáng màu lục có bước sóng từ 500

nm đến 575 nm Giữa hai vân sáng liên tiếp cùng màu vân trung tâm, người ta đếm được 4 vân sáng màu đỏ Giữa hai vân sáng cùngmàu vân trung tâm đếm được 12 vân sáng màu đỏ thì có tổng số vân sáng bằng bao nhiêu?

2 vân sáng cùng màu với vân sáng trung tâm.Do đó, tổng số vân sáng quan sát được trong khoảng giữa hai vân sáng trên là: N = 12 +

18 + 2 = 32 Chọn đáp án A

18 Trong một thí nghiệm I-âng ,nguồn sáng phát ra đồng thời 2 bức xạ đơn sắc : màu đỏ có λ1 =700nm và bức xạ màu tím có bướcsóng λ2 có giá trị từ 380nm đến 440nm.Trên màn quan sát, giữa 2 VS gần nhau nhất và cùng màu với VSTT có số VS màu đỏ vàmàu tím lần lượt là

19 Trong thí nghiệm về giao thoa ánh sáng, nguồn sáng S phát đồng thời hai bức xạ có bước sóng là λ1 vàλ2 với λ2=0,5 µm Trên mànquan sát thấy vân sáng bậc 12 của bức xạ λ2 trùng với vân sáng bậc 10 của bức xạ λ1.Vân sáng gần nhất có màu giống màu vân trungtâm ứng với vân sáng nào của bức xạ λ1 và λ2 ?

a , n1=L/2i1=4 nên N1=9 Mà tổng số vân N=17+3=20 suy ra N2=11, n2=10suy ra  2 =480nm

21 Trong thí nghiệm I-âng ,hai khe I-âng cách nhau 2mm, mặt phẳng 2 khe cách màn 1m Chiếu vào 2 khe đồng thời 2 bức xạ:

1 400nm

  và   2 600nm thì mỗi bức xạ cho 1 vạch sáng ở 2 đầu vùng giao thoa, trong khoảng rộng 1,2mm trên màn đếm đượcbaonhiêu vạch sáng của 2 bức xạ

Loại 3: Giao thoa với ba bức xạ đơn sắc

Phương pháp giải:

1) Vị trí cùng màu với VSTT: là vị trí VS trùng nhau của 3 bức xạ: x1=x2=x3 k11 = k22 =k3 λ3 ⇔akλ 1=bkλ 2=ckλ 3=αnn với a,b,c là

các số nguyên dương tối giản nhất chỉ cùng chia hết cho1;

αn là BSCNN(a,b,c) với BCNN(a,b)=

1 Trong một thí nghiệm I-âng ,nguồn sáng gồm các bức xạ λ1 =700nm ; λ2 =600nm λ3 =500nm.Tại điểm M,N trong vùng giaothoa trên màn có hiệu k/c đến 2 khe lần lượt là 2,1 μ m và 0,9 μ m.Để cả 3 bức xạ trên đều cho VS tại 1 vị trí thì hiệu k/c ngắn nhất

A 12 mm B 18 mm C 3 mm D 6 mm

Đáp án: i1=1mm; x1=x2=x3 ⇒10 kλ1=12 kλ2=15 kλ3=60 n ⇒ kλ1=6 n⇒ x=6 i1 =6mm

3 Chiếu đồng thời ba bức xạ đơn sắc có bước sóng 0,4 µm; 0,56 µm và 0,64 µm vào hai khe của thí nghiệm Y-âng Biết khoảng cáchgiữa hai khe là 1mm, khoảng cách từ hai khe tới màn là 1m Trên màn quan sát, tại điểm M có VS cùng màu với VSTT, giữa M vàVSTT có 2 VS cùng màu VSTT Khoảng cách từ VSTT đến M là:

A 33,6 mm B 44,8mm C 67,2 mm D 89,6mm

Đáp án: i1=0,4mm; x1=x2=x3 ⇒5 kλ1 =7 kλ2=8 kλ3=280 n⇒ kλ1=56 n ;kλ2=40 n; kλ3=35 n⇒ x=56 3 i1 =67,2mm

4 Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, khe hẹp S phát đồng thời 3 bức xạ đơn sắc thuộc vùng ánh sáng nhìn thấy có bước sóng lần lượt  1  0, 42 m;  2  0,56 m và  3 với  3>  2 Trên màn, trong khoảng giữa vân sáng trung tâm tới vân sáng tiếp theo có màugiống màu vân sáng trung tâm, ta thấy có 2 vạch sáng là sự trùng nhau của hai vân sáng  1và  2, 3 vạch sáng là sự trùng nhau của hai vân sáng  1và  3 Bước sóng  3 là A 0,60μm.m. B 0,63μm.m. C 0,76μm.m D 0,65μm.m

;2 vân sáng gần nhau cùng màu với vân sáng trung tâm tại đó có 3 vân trùng nhau Giữa 2 vân này có

2 vân trùng của bức xạ 1 và 2, tính cả hai vân đầu và cuối thì có 4 vân tương ứng 3 khoảng vân.Vậy chiều dài của 2 vạch cùng màu vân trung tâm: L=3.4 λ1

D a

+ số vạch trùng của bức xạ 1 và 3 là 5 tương ứng 4 khoảng vân: 4i=L

5 Thí nghiệm giao thoa ánh sáng bằng khe Y-âng Ánh sáng sử dụng gồm ba bức xạ đỏ, lục, lam có bước sóng lần lượt là : λ1 =

0,64μm.m, λ2 = 0,54μm.m, λ3 = 0,48μm.m.Vân sáng đầu tiên kể từ vân sáng trung tâm có cùng màu với vân sáng trung tâm ứng với vân sáng bậc mấy của vân sáng màu lục ?

Đáp án: x1=x2=x3 ⇒32 kλ1 =27kλ2=24 kλ3=864 n ⇒ kλ1=27 n ;kλ2=32 n; kλ3=36n ;Vậy k2min=27

6.Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, khe hẹp S phát ra đồng thời ba bức xạ đơn sắc có bước sóng là 1 = 0,48 m, 2 =0,64 m và 3 = 0,72 m Trong khoảng giữa hai vân sáng liên tiếp cùng màu với vân trung tâm, có bao nhiêu vân sáng của bức xạ cóbước sóng λ3 ?

Đáp án: x1=x2=x3 ⇒6 kλ1 =8 kλ2=9 kλ3=72 n⇒ kλ1=12 n ;kλ2=9 n ;kλ3=8 n ;Vậy k3min=8 có 7VS

Số vân trùng của λ1 và λ3 : 2k1=3k3=6n ⇒kλ3=2n :có 3 vân trùng.

Số vân trùng của λ2 và λ3 :8k2=9k3=72n ⇒kλ3=8 n :0 có vân trùng Vậy có 7-3=4VS

7.Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng khe hẹp S phát ra đồng thời 3 bức xạ đơn sắc có bước sóng λ1 =392nm;  2=490nm;

Số vân trùng của λ1 và λ2 : 4k1=5k2=20n ⇒kλ2 =4 n :có 2 vân trùng

Số vân trùng của λ2 và λ3 :2k2=3k3=6n ⇒kλ2 =3 n : có 3 có vân trùng Vậy có 11-5=6VS

Lập bảng : để thấy sự trùng nhau của các vân sáng