skkn một số bài tập về GIAO THOA ÁNH SÁNG

Bài tập minh họa: DẠNG 1: TÍNH TOÁN CÁC ĐẠI LƯỢNG THƯỜNG GẶP TRONG CÔNG THỨC: Bài 1: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng dùng hai khe Young, tìm bước sóng ánh sáng chiếu vào hai khe, biế

Đơn vị: Trường THPT Vĩnh Cửu

Mã số:

Chuy ê n đ ề:

MỘT SỐ BÀI TẬP VỀ GIAO THOA ÁNH SÁNG

Người thực hiện: HUỲNH THỊ LỆ TUYẾTLĩnh vực nghiên cứu:

SƠ LƯỢC LÝ LỊCH KHOA HỌC

I THÔNG TIN CHUNG VỀ CÁ NHÂN:

Họ và tên: Huỳnh Thị Lệ Tuyết

Ngày tháng năm sinh: 13/07/ 1977

Đơn vị công tác: Trường THPT Vĩnh Cửu

- Học vị cao nhất: Cử nhân

- Năm nhận bằng: 1999

- Chuyên ngành đào tạo: Vật lý

III KINH NGHIỆM KHOA HỌC

- Lĩnh vực chuyên môn có kinh nghiệm: vật lý

Số năm có kinh nghiệm: 14 năm

- Các sáng kiến kinh nghiệm đã có trong 5 năm gần đây:

Ứng dụng phần mềm Director trong dạy học vật lý.

I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI:

Với sự pháp triển như vũ bão của ngành công nghệ thông tin, việc tìm kiếm tàiliệu cho giảng dạy không còn là vấn đề khó khăn nữa Tuy nhiên không phải tàiliệu nào cũng phù hợp với đối tượng học sinh mà giáo viên cần truyền đạt Xuấtphát từ nhu cầu đó tôi đã hệ thống lại lý thuyết và đưa ra một số bài tập sát vớichương trình chuẩn và phù hợp với thực tế học tập của học sinh ở trường Vìthời gian có hạn, tôi xin trình bày một phần trong chương giao thoa ánh sáng

II THỰC TRẠNG TRƯỚC KHI THỰC HIỆN CÁC GIẢI PHÁP CỦA

ĐỀ TÀI:

1 THUẬN LỢI: Trong những năm qua tôi đã được nhà trường phân công

giảng dạy bộ môn vật lý ở khối 12

2 KHÓ KHĂN: phần lớp đối tượng dạy học chỉ ở mức độ trung bình, yếu

việc soạn bài tập chỉ ở mức độ cơ bản

III NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI:

o Giúp các em đi từ vấn đề cơ bản đến vấn đề nâng cao hơn

o Giải một số bài tập mẫu thật chi tiết để các em nắm vững phương pháp giải

o Đưa ra một số các bài tập vận dụng để các em luyện tập thêm, giúp các emsuy nghĩ và nhớ lại kiến thức cũ

Tôi xin đưa ra bài tập về “ Một số bài tập về giao thoa ánh sáng”

2 NỘI DUNG:

CHỦ ĐỀ 1: TÁN SẮC ÁNH SÁNG

A Tóm tắt lý thuyết:

a Định nghĩa hiện tượng tán sắc ánh sáng: Là hiện tượng ánh sáng bị tách

thành nhiều màu khác nhau khi đi qua mặt phân cách của hai môi trườngtrong suốt

* Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng không bị tán sắc

* ánh sáng đơn sắc có tần số xác định, chỉ có một màu

* Bước sóng của ánh sáng đơn sắc  v f , trong chân không 0 c f

n v

b Công thức của lăng kính:

Tại I: sin i= n.sinr

Tại J: sini’= n.sinr’

Góc chiết quang của lăng kính: A= r+r’

Góc lệch của tia sáng qua lăng kính: D= i+i’-A

* Trường hợp nếu các góc là nhỏ ta có các công thức gần đúng:

Dm= 2.im – A hay im= (Dm +A)/2

Sin(Dm+A)/2= nsin(A/2)

B BÀI TẬP:

a Bài tập minh họa:

Bài 1: Bước sóng của ánh sáng đỏ trong không khí là 0,64m Tính bước sóng của ánh sáng đó trong nước biết chiết suất của nước đối với ánh sáng

đỏ là 4/3

Hướng dẫn: Viết công thức liên hệ giữa bước sóng ánh sáng trong môi trường

và trong chân không

nf

c f

Hướng dẫn:

1 2

0 1

0 1

1 sin 0 58 sin 35 , 5 35 , 5 24 , 7

sin     r   r A r 

n

i r

0 2

1

0 2

0 2

0 2 49 , 2 38 , 4 2

, 49 sin 757 , 0 2

sin 2

sinD m A n A    D m   A

Bài 5: Một lăng kính thủy tinh có góc chiết quang A=4 0 , đặt trong không khí Chiết suất của lăng kính đối với ánh sáng đỏ và tím lần lượt là 1,643 và 1,685 Chiếu một chùm tia sáng song song hẹp gồm hai bức xạ đỏ và tím vào mặt bên của lăng kính theo phương vuông góc với mặt này Tính góc tạo bởi tia

đỏ và tia tím sau khi ló ra khỏi mặt bên kia của lăng kính.

A 5.1012Hz B 5.1013Hz C 5.1014Hz D 5.1015Hz

Câu 2: Bước sóng của một ánh sáng đơn sắc trong môi trường vật chất chiết

suất n=1,6 là 600nm Bước sóng của nó trong nước có chiết suất n’=4/3:

Câu 3: Bước sóng của ánh sáng đỏ trong không khí là 0,64m Biết chiết suất

của nước đối với ánh sáng đỏ là 4/3 Bước sóng của nó là:

Câu 4: Một ánh sáng đơn sắc có tần số dao động là 5.1013Hz, khi truyền trongmột môi trường có bước sóng là 600nm Tốc độ ánh sáng trong môi trường đóbằng:

A 0,057rad B 0,57rad C 0,0057 rad D 0,0075rad

Câu 6: Chiếu một chùm tia sáng trắng, song song, hẹp (coi như một tia sáng)

vào một mặt bên của một lăng kính thủy tinh, có góc chiết quang A=60 dưới góctới i= 600 Biết chiết suất của lăng kính tia đỏ là 1,5 và đối với tia tím là 1,54.Góc tạo bởi tia ló màu đỏ là tia ló màu tím là:

Câu 7: Trong một thí nghiệm người ta chiếu một chùm ánh sáng đơn sắc song

vuông góc với mặt phân giác của góc chiết quang Sử dụng ánh sáng vàng, chiếtsuất của lăng kính là 1,65 thì góc lệch của tia sáng là:

Câu 8: Chiếu một chùm tia sáng trắng song song, hẹp coi như một tia sáng vào

mặt bên của một lăng kính có góc chiết quang A=450 dưới góc tới i1= 600 Biếtchiết suất của lăng kính với tia đỏ là nd= 1,5 Góc ló của tia màu đỏ bằng:

A 9,740 B 450 C 35,260 D 14,70

Câu 9: Chiếu một chùm tia sáng trắng song song, hẹp coi như một tia sáng vào

mặt bên của một lăng kính có góc chiết quang A=90, dưới góc tới i1= 60 Biếtchiết suất của lăng kính với tia màu vàng là n=1,52 Góc lệch của tia màu vàngbằng:

Câu 10:Chiếu vào mặt bên một lăng kính có góc chiết quang A=500 một chùmánh sáng trắng hẹp coi như một tia sáng dưới góc tới i Biết góc lệch của tia màutím là cực tiểu Dmin Chiết suất của lăng kính đối với tia tím là nt= 1,54 Giá trịcủa Dmin bằng:

CHỦ ĐỀ 2: GIAO THOA ÁNH SÁNG

A Tóm tắt lý thuyết:

a Hiện tượng giao thoa ánh sáng:Là sự tổng hợp của hai hay nhiều sóng ánh

sáng kết hợp trong không gian trong đó xuất hiện những vạch sáng và nhữngvạch tối xen kẽ nhau

Cách vạch sáng ( vân sáng) và các vạch tối ( vân tối) gọi là vân giao thoa

Hiệu đường đi của ánh sáng: d d2  d1 ax d

Trong đó: a=S1S2 là khoảng cách giữa hai khe

sáng

D: là khoảng cách từ hai khe đến màn quan sát

d1= S1A; d2= S2A

x= OA: là khoảng cách từ vân trung tâm đến A

b. Vị trí vân sáng: Những chỗ hai sáng gặp nhau cùng pha, khi đó chúng tăng

cường lẫn nhau và tạo nên vân sáng Tại A có vân sáng khi hai sóng cùngpha, hiệu đường đi bằng số nguyên lần bước sóng:d2 d1k

Vị trí vân sáng: xk a D

k=0: vân sáng trung tâm

k= 1: vân sáng bậc 1

k= 2: vân sáng bậc hai

c Vị trí vân tối: Những chỗ hai sóng gặp nhau ngược pha nhau, chúng triệt tiêu

lẫn nhau sẽ tạo nên vân tối Tại A có vân tối khi hai sóng ngược pha, hiệuđường đi bằng số lẻ nửa bước sóng

e Xác định số vân sáng, vân tối trong vùng giao thoa:

Số vân trên một nửa giao thoa trường:

L(m) là bề rộng vùng giao thoa, bề rộng trường giao thoa

f Giao thoa với ánh sáng nhiều thành phần:

Nếu ánh sáng phát ra từ nguồn gồm nhiều thành phần đơn sắc khác nhau thì mỗithành phần đơn sắc sẽ cho một hệ vân giao thoa riêng Màu của vân sáng trungtâm là màu của ánh sáng thí nghiệm

Vị trí vân sáng của các bức xạ trùng nhau:

xs1 = xs2= =xsn  k1x1= k2x2 = = knxn

A

B O

a

Bề rộng của quang phổ bậc n:   ( max  min)  ( max  min)

a

D n i

i n x

Những bức xạ có vân sáng tại vị trí x:

) 1 ( 1

k D

ax a

Kết hợp với điều kiện k  N ta suy ra đựơc các giá trị của k Cuối cùng thay vào(1) ta tìm đựơc bước sóng của các bức xạ đã cho tại vị trí x

Việc tìm những bức xạ đã cho vân tối tại vị trí x cũng được tiến hành tương tự

BÀI TẬP:

g Bài tập minh họa:

DẠNG 1: TÍNH TOÁN CÁC ĐẠI LƯỢNG THƯỜNG GẶP TRONG CÔNG THỨC:

Bài 1: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng dùng hai khe Young, tìm bước sóng

ánh sáng chiếu vào hai khe, biết hai khe cách nhau một khoảng 0,3mm; khoảngvân đo được 3m; khoảng cách từ hai khe đến màn quan sát D=1,5m

10 3 10 3 ,

Bài 2: Trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng,biết khoảng cách giữa hai

khe 0,35mm; D= 1,5m và  = 0,7m Tìm khoảng cách giữa hai vân sáng liêntiếp

Hướng dẫn: ia D =3.10-3m= 3mm

Bài 3: Trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng biết D=2m; i= 0,5mm; 

= 0,5m Khoảng cách giữa hai khe bằng bao nhiêu?

Bài 5: Trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng, biết D= 3m; a=1mm Tại

vị trí cách vân trung tâm 4,5mm ta thu được vân tối thứ 3 tính bước sóng ánhsáng dùng trong thí nghiệm

Hướng dẫn: Vị trí vân tối thứ 3: x )i 2 , 5i 4 , 5mm i 1 , 8mm

2

1 2 (

Bài 6:Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng, biết D=3m; a=1mm;  = 0,6m Tại

vị trí cách vân trung tâm 6,3mm có vân sáng hay vân tối bậc mấy?

Bài 7: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng dùng hai khe Young, biết D=1m,

a=1mm, khoảng cách từ vân sáng thứ 4 đến vân sáng thứ 10 ở cùng một bên vânsáng trung tâm là 3,6mm Tìm bước sóng ánh sáng?

Hướng dẫn: Khoảng cách từ vân sáng thứ 10 đến vân sáng thứ 4 : x=6i=3,6

DẠNG 2: TÍNH KHOẢNG CÁCH GIỮA HAI VÂN:

Bài 1: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng , hai khe được chiếu bằng ánh sáng

có bước sóng =0,5m, a=0,5mm, D=1m Tính khoảng cách giữa vân sáng bậc

1 và vân tối thứ 3 ở cùng một bên so với vân trung tâm

1 10 5 ,

DẠNG 3: TÍNH SỐ VÂN SÁNG, SỐ VÂN TỐI TRÊN VÙNG GIAO THOA

Bài 1: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng , hai khe được chiếu bằng ánh sáng

có bước sóng =0,5m, biết a= 0,5mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai kheđến màn quan sát là D=1m bề rộng vùng giao thoa quan sát được trên màn làL= 13mm Tính số vân sáng và số vân tối quan sát được trên màn

Số vân sáng quan sát được trên màn: Ns= 2.6+1= 13 vân sáng

Số vân tối quan sát được trên màn: Nt= 2.(6+1)= 14 vân tối

Bài 2: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng, biết D= 2,5m; a=1mm; =0,6m.

Bề rộng giao thoa trường là 12,5mm Tìm số vân quan sát được trên màn?

Hướng dẫn: ia D = 1,5mm

3

6 , 12

2i  L

Số vân sáng quan sát được trên màn: Ns= 2.4+1= 9 vân sáng

Số vân tối quan sát được trên màn: Nt= 2.4=8 vân tối

Vậy tổng số vân quan sát được trên màn là: 8+9= 17 vân

DẠNG 4: VỊ TRÍ VÂN SÁNG CỦA CÁC BỨC XẠ ĐƠN SẮC TRÙNG NHAU

Bài 1: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng, biết D= 2m; a=2mm Hai khe được

chiếu bằng ánh sáng trắng ( có bước sóng từ 0,4m đến 0,75m) Tại điểm trênmàn quan sát cách vân trắng chính giữa 3,3mm có bao nhiêu bức xạ cho vânsáng tại đó?

Hướng dẫn: Vị trí các vân sáng:

k D

a x a

D k

s

3 , 3

Chọn k=5,6,7,8; có 4 bức xạ cho vân sáng tại đó

Bài 2: Hai khe ở thí nghiệm Young được chiếu bằng ánh sáng trắng ( bước sóng

của ánh sáng tím là 0,4m, của ánh sáng đỏ là 0,75m Hỏi ở đúng vị trí vânsáng bậc 4 của ánh sáng đỏ có bao nhiêu vạch sáng của những ánh sáng đơn sắckhác nằm trùng ở đó?

Hướng dẫn:

Vị trí vân sáng bậc 4 màu đỏ:

k a

D k x a

D a

D

đ

3 3

Chọn k=4,5,6,7: Có 4 bức xạ cho vân sáng tại đó

Bài 3: Trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng, khoảng cách giữa hai khe

là 0,4mm, khoảng cách từ hai khe đến màn là 2m Dùng ánh sáng trắng để chiếuhai khe ( 0,38m0,76m) Xác định bước sóng của những bức xạ cho vântối và những bức xạ cho vân sáng tại điểm M cách vân trung tâm 8mm

Hướng dẫn:

Tại M có vân tối khi:

) 5 , 0 ( )

ax a

D k

x a a

D k

h Bài tập trắc nghiệm tổng hợp:

Câu 1: Trong một thí nghiệm giao thoa ánh sáng, đo được khoảng cách từ vân

sáng thứ tư đến vân sáng thứ 10 ở cùng một phía đối với vân sáng trung tâm là2,4 mm, khoảng cách giữa hai khe Iâng là 1mm, khoảng cách từ màn chứa haikhe tới màn quan sát là 1m Bước sóng ánh sáng dùng trong thí nghiệm là

A  = 0,40 m; B  = 0,45 m; C = 0,68 m; D = 0,72 m.

Câu 2: Trong một thí nghiệm Iâng về giao thoa ánh sáng, hai khe Iâng cách

nhau 2mm, hình ảnh giao thoa được hứng trên màn ảnh cách hai khe 1m Sửdụng ánh sáng đơn sắc có bước sóng , khoảng vân đo được là 0,2 mm Bướcsóng của ánh sáng đó là

A  = 0,64 m; B  = 0,55 m; C  = 0,48 m; D  = 0,40 m Câu 3 : Trong một TN về giao thoa ánh sáng Hai khe Iâng cách nhau 3mm,

hình ảnh giao thoa được hứng trên màn ảnh cách hai khe 3m Sử dụng ánh sángđơn sắc có bước sóng , khoảng cách giữa 9 vân sáng liên tiếp đo được là 4mm.Bước sóng của ánh sáng đó là

A  = 0,40 m; B  = 0,50 m; C  = 0,55 m; D  = 0,60 m.

Câu 4 : Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng, hai khe cách nhau 2mm ; D=1m.

Khoảng cách giữa 5 vân sáng liên tiếp trên màn là 1,2mm Bước sóng ánh sángdùng trong thí nghiệm là :

Câu 5 : Trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng Biết a=1mm, D=3m.

Người ta quan sát thấy rằng tại vị trí cách vân trung tâm 4,5mm ta thu được vântối thứ 3 Bước sóng ánh sáng dùng trong thí nghiệm là :

Câu 6 : Trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng Biết a=0,75mm,

D=2m Người ta quan sát thấy rằng tại vị trí cách vân trung tâm 4,2mm ta thuđược vân tối thứ 4 Bước sóng ánh sáng dùng trong thí nghiệm là :

Câu 7: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng, khoảng cách giữa màn quan sát

đến hai khe là 2m ; khoảng vân là i=0,5mm Bứơc sóng của ánh sáng thí nghiệm

=0,5m Khoảng cách a giữa hai khe bằng :

Câu 8 : Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng, khoảng cách giữa hai khe là

2,5mm ; khoảng cách giữa màn quan sát đến hai khe là 2,5m Bứơc sóng của

ánh sáng thí nghiệm =0,58m Khoảng cách từ vân tối bậc 3 đến vân sáng

trung tâm là

A 1,45mm B 2,03mm C 0,58mm D 1,74mm

Câu 9 : Trong một TN Iâng về giao thoa ánh sáng, hai khe Iâng cách nhau

2mm, hình ảnh giao thoa được hứng trên màn ảnh cách hai khe 1m Sử dụng ánhsáng đơn sắc có bước sóng , khoảng vân đo được là 0,2 mm Vị trí vân sángthứ ba kể từ vân sáng trung tâm là

A 0,4 mm; B 0,5 mm; C 0,6 mm; D 0,7 mm.

Câu 10 : Trong một TN Iâng về giao thoa ánh sáng, hai khe Iâng cách nhau

1,5mm, hình ảnh giao thoa được hứng trên màn ảnh cách hai khe 3m, bước sóng

 = 0,60 m Khoảng cách giữa vân sáng và vân tối liên tiếp trên màn là :

Câu 11 : Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng Biết a= 2,5mm, D=2,5m Bước

sóng ánh sáng dùng trong thí nghiệm  = 0,58 m Khoảng cách từ vân sángbậc 4 đến vân sáng trung tâm là :

Câu 12 : Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng với bức xạ có bước sóng  Vân

sáng bậc 4 cách vân sáng trung tâm là 4,8mm Xác định tọa độ của vân tối thứ

4 :

Câu 13 : Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng dùng hai khe iâng Khoảng cách

từ vân sáng bậc 4 bên này đến vân sáng bậc 4 bên kia của vân trung tâm là 9,6mm Vân tối bậc 3 cách vân trung tâm một khoảng :

Câu 14 : Hai khe Yâng cách nhau 1mm Nguồn sáng đơn sắc có bứơc sóng

0,5m cách đều 2 khe Màn quan sát được đặt cách hai khe một khoảng 2m Khoảng cách giữa vân sáng bậc hai và vân tối bậc 5 cùng bên vân sáng trung tâm trên màn quan sát là :

Câu 15 : Hai khe Iâng cách nhau 3mm được chiếu bằng ánh sáng đơn sắc có

bước sóng 0,60m Các vân giao thoa được hứng trên màn cách hai khe 2m Tạiđiểm M cách vân trung tâm 1,2 mm có

A vân sáng bậc 2; B vân sáng bậc 3; C vân tối bậc 2; D vân tối bậc 3 Câu 16 : Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng, khoảng cách giữa hai khe

a=2mm, từ khe đến màn D=1m, bước sóng ánh sáng là 0,50m Tại vị trí cáchvân trung tâm 0,75mm ta được vân loại gì ? thứ mấy ?

A vân sáng, thứ 2 B Vân tối, thứ 2

C vân sáng, thứ 3 D vân tối, thứ 3

Câu 17 : Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng, khoảng cách giữa hai khe là

0,8mm ; màn quan sát cách mặt phẳng hai khe là 2,2m Ánh sáng đơn sắc chiếu

vào hai khe có bước sóng 0,48m Khoảng cách từ vân tối thứ nhất đến vân sángbậc 3 là :

Câu 18 : Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng, khoảng cách giữa hai khe là

0,8mm ; màn quan sát cách mặt phẳng hai khe là 2,2m Ánh sáng đơn sắc chiếuvào hai khe có bước sóng 0,48m.Khoảng cách từ vân sáng bậc 1 đến vân tốithứ 4 :

Câu 19 : Hai khe I- âng cách nhau 1mm Nguồn sáng đơn sắc có bước sóng

0,5m cách đều 2 khe Màn quan sát được đặt cách hai khe một khoảng 2m.Khoảng cách giữa vân sáng bậc hai và vân tối thứ năm cùng phía so với vântrung tâm trên màn quan sát là :

Câu 20 : Trong thí nghiệm I-âng về giao thoa ánh sáng Biết khoảng cách từ

màn quan sát đến hai khe D=2m, khoảng cách giữa hai khe a=3mm Khoảngcách từ vân sáng bậc hai đến vân sáng bậc 4 ở khác phía so với vân trung tâm là3mm Bước sóng ánh sáng dùng trong thí nghiệm là :

Câu 21 : Trong thí nghiệm I- âng về giao thoa ánh sáng, khoảng cách giữa hai

khe 0,5mm, khoảng cách từ hai khe đến màn quan sát là 1m Bước sóng ánhsáng dùng trong thí nghiệm 0,5m Tại vị trí cách vân trung tâm một khoảngx=3,5mm có :

A vân sáng bậc 3 B Vân sáng bậc 4

C Vân tối thứ 3 D vân tối thứ 4

Câu 22 : Trong thí nghiệm I-âng về giao thoa ánh sáng, hai khe đặt cách nhau

a=0,9mm và cách màn D=1,8m Nguồn đơn sắc có bước sóng 0,7m Khoảngcách từ vân sáng bậc 4 đến vân tối thứ 1 tính từ vân trung tâm và nằm khác phíanhau đối với vân trung tâm :

Câu 23 : Ta chiếu sáng hai khe I-âng bằng ánh sáng trắng với bước sóng ánh

sáng đỏ 0,75m và ánh sáng tím 0,4m Biết a= 0,5mm, D=2m Khoảng cáchgiữa vân sáng bậc 4 màu đỏ và vân sáng bậc 4 màu tím cùng phía đối với vântrắng chính giữa là :

Câu 24 : Trong thí nghiệm I-âng về giao thoa ánh sáng, người ta chiếu hai khe

bằng ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,5m Khoảng cách giữa hai khe 0,5mm