LÝ THUYẾT và bài tập SÓNG ÁNH SÁNG

LÝ THUYẾT và bài tập SÓNG ÁNH SÁNG LÝ THUYẾT và bài tập SÓNG ÁNH SÁNG LÝ THUYẾT và bài tập SÓNG ÁNH SÁNG LÝ THUYẾT và bài tập SÓNG ÁNH SÁNG LÝ THUYẾT và bài tập SÓNG ÁNH SÁNG LÝ THUYẾT và bài tập SÓNG ÁNH SÁNG LÝ THUYẾT và bài tập SÓNG ÁNH SÁNG LÝ THUYẾT và bài tập SÓNG ÁNH SÁNG LÝ THUYẾT và bài tập SÓNG ÁNH SÁNG LÝ THUYẾT và bài tập SÓNG ÁNH SÁNG

LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP SĨNG ÁNH SÁNG TĨM TẮT LÝ THUYẾT:

1.Hiện tượng tán sắc ánh sáng :

a Định nghĩa: Là sự phân tách một chùm ánh sáng phức tạp thành các chùm

sáng đơn sắc

Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng cĩ một màu nhất định và khơng bị tán sắc khi qua lăng kính

b Nguyên nhân c ủa hiện tượng tán sắc ánh sáng: do chiết suất của chất làm lăng kính đối với các ánh sáng đơn sắc khác nhau thì khác nhau

- Mỗi màu đơn sắc cĩ một tần số xác định, khi truyền từ mơi trường này sang mơi trường khác thì tần số ( chu kỳ) khơng đổi, nhưng vận tốc và bước sĩng thay đổi

Ta cĩ kết quả sau:

Chiết suất: nđỏ < ncam < nvàng < nLục < nLam < nchàm < ntím

Bước sĩng:

λ

đỏ >

λ

cam >

λ

vàng >

λ

Lục >

λ

Lam >

λ

chàm >

λ

tím

c Ứng dụng: trong máy quang phổ, giải thích hiện tượng cầu vồng.

2 Ánh sáng trắng là tập hợp của vơ số ánh sáng đơn sắc khác nhau, có 7 màu chính là đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím

3 Hiện tượng giao thoa ánh sáng :

- Những vạch sáng là tập hợp những điểm hai sĩng gặp nhau mà cùng pha (

λ

k

d

d2 − 1 =

), có biên độ dao động tổng hợp cực đại

- Những vạch tối là tập hợp những điểm sĩng gặp nhau mà cùng pha (

λ

) 2

1 (

1

2 −d = k+

d

), có biên độ dao động tổng hợp cực tiểu

Kết luận : Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng và giao thoa ánh sáng là một

bằng chứng thực nghiệm quan trọng khẳng định ánh sáng có tính chất sóng.

4 Vị trí vân giao thoa trong thí nghiệm Iâng :

+ Vị trí vân sáng : a

D k ki

x k = = λ

, k =0,±1,±2

Nếu k = ±n thì ta cĩ vân sáng bậc n

+ Vị trí vân tối : a

D k

i k

2

1 ( ) 2

1

' = + = +

, 0, 1, 2

' = ± ±

k

Nếu

'

k = ±n

thì ta cĩ vân tối thứ n +1 5.Khoảng vân ( i) : là khoảng cách giữa 2 vân sáng hoặc 2 vân tối liên tiếp :

D

i

a

λ

=

6 Ứng dụng của giao thoa ánh sáng:

là đo bước sóng ánh sáng bằng phương pháp giao thoa : D

ia

= λ

BÀI TẬP

DẠNG 1: XÁC ĐỊNH KHOẢNG VÂN, BƯỚC SĨNG

Phương pháp:

Áp dụng: a.i= Dλ

1 Khoảng vân: a

D

i= λ

2 Bước sĩng: D

ia

= λ

Chú ý:

+ Khoảng cách giữa hai vân sáng ( hoặc hai vân tối) liên tiếp là: i

+ Khoảng cách giữa vân sáng và vân tối kề nhau là: 2

i

+ Khoảng cách giữa n vân sáng ( hoặc vân tối) liên tiếp là: (n− 1)i

+ Khoảng cách từ vân sáng bậc n ( hoặc vân tối n ) đến vân sáng bậc m

( hoặc vân tối m ) ở cùng một phía đối với vân trung tâm là: (m n i− )

+ Khoảng cách từ vân sáng bậc n ( hoặc vân tối n ) đến vân sáng bậc m

( hoặc vân tối m ) ở hai phía đối với vân trung tâm là: (m n i+ )

- Trong chân không, bước sóng của ánh sáng là: f

c

= λ

- Trong môi trường có chiết suất n thì: n f n

c f

'

3 Bước sóng của ánh sáng nhìn thấy trong chân không:

Ánh sáng đơn sắc có bước sóng trong khoảng 0 , 38 µm≤ λ ≤ 0 , 76 µm

Màu

Bước sóng λ( mµ )

Đỏ 0 , 64 ( µm) → 0 , 76 ( µm)

Da cam 0 , 59 ( µm) → 0 , 65 ( µm)

Vàng 0 , 57 ( µm) → 0 , 60 ( µm)

Lục 0 , 50 ( µm) → 0 , 575 ( µm)

Lam 0 , 45 ( µm) → 0 , 51 ( µm)

Chàm 0 , 43 ( µm) → 0 , 46 ( µm)

Tím 0 , 38 ( µm) → 0 , 44 ( µm)

Câu 356: Khoảng cách từ vân sáng bậc 3 đến vân sáng bậc 7 ở cùng một bên vân trung

tâm là:

A x = 3i B x = 4i C x = 5i D x = 6i

Câu 357: Khoảng cách từ vân sáng bậc 4 bên này vân trung tâm đến vân sáng bậc 5 bên

kia vân trung tâm là:

Câu 358: Khoảng cách từ vân tối thứ 2 đến vân sáng bậc 4 ở cùng một bên vân trung tâm

là:

.

5 i

C 2

.

3 i

D 3i

Câu 359 Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng, người ta đo được khoảng cách từ

vân sáng bậc 4 đến vân sáng bậc 10 ở cùng một phía đối với vân sáng trung tâm là 2,4mm Khoảng vân là:

A i = 4,0mm B i = 0,4mm C i = 6,0mm D, i = 0,6mm

Câu 360 Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng, đo được khoảng cách từ vân sáng

bậc 4 đến vân sáng bậc 10 ở cùng một phía đối với vân sáng trung tâm là 2,4mm Khoảng cách giữa hai khe I-âng là 1mm, khoảng cách từ màn chứa hai khe tới màn

quan sát là 1m Bước sóng ánh sáng dùng trong thí nghiệm là :

A λ = 0,40µm B λ = 0,45µm C λ = 068µm D λ = 0,72µm

Câu 361 Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng, đo được khoảng cách từ vân sáng

bậc 4 đến vân sáng bậc 10 ở cùng một phía đối với vân sáng trung tâm là 2,4mm Khoảng cách giữa hai khe I-âng là 1mm, khoảng cách từ màn chứa hai khe tới màn quan sát là 1m Màu của ánh sáng dùng trong thí nghiệm là :

A màu đỏ B màu lục C màu chàm D màu tím

Câu 362: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng vàng bằng I – âng, khoảng cách giữa hai

khe sáng

0,3mm, khoảng cách từ hai khe sáng đến màn D = 1m, khoảng cách vân đo được i = 2mm Bước sóng

ánh sáng trong thí nghiệm trên là:

A 6 mµ

B 1,5mm C 0,6 mµ

D 1,5 mµ

Câu 363: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng vàng bằng I – âng, khoảng cách giữa hai

khe sáng 2mm,

khoảng cách từ hai khe sáng đến màn 2m, trên màn, khoảng cách giữa vân sáng và vân tối gần nhau nhất là

0,3mm Bước sóng ánh sáng trong thí nghiệm trên là:

A 6 mµ

B 1,5mm C 0,6 mµ

D 1,5 mµ

Câu 364 Trong thí nghiệm I-âng về giao thoa ánh sáng, hai khe I-âng cách nhau 2

mm, hình ảnh giao thoa được hứng trên màn ảnh cách hai khe 1m Sử dụng ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ, khoảng vân đo được là 0,2 mm Bước sóng của ánh sáng đó là :

0,40µm

Câu 365: Trên màn ảnh đặt song song và cách xa mặt phẳng chứa hai nguồn D = 0,5m ,

người ta đo được

bề rộng của 1 khoảng vân bằng 1 mm, tần số ánh sáng của nguồn dùng trong thí nghiệm

là f =

14

5.10

Hz

Xác định khoảng cách a giữa hai nguồn:

Câu 366 Trong thí nghiệm về giao thoa ánh sáng, hai khe I-âng cách nhau 3 mm,

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

A λ = 0,40µm B λ = 0,50µm C λ = 0,55µm D λ = 0,60µm

Câu367: Một nguồn sáng S phát ra ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ =0,5 mµ

đến khe Y-oung F1, F2

với F1F2 = a = 0,5mm Mặt phẳng chứa F1F2 cách màn (M) một khoảng D = 1m Tính khoảng vân:

Câu 368: Một nguồn sáng S phát ra ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0, 40 mµ

đến khe Y-oung F1, F2 thì

khoảng vân đo được trên màn là 0,2mm Nếu dùng ánh sáng đơn sắc có bước sóng

0,60 mµ

mà vẫn giữ

nguyên khoảng cách giữa hai khe và khoảng cách giữa hai khe đến màn quan sát thì khoảng vân là:

đo được trên màn là

DẠNG 2: XÁC ĐỊNH LOẠI VÂN SÁNG HAY TỐI TAI MỘT ĐIỂM M BẤT

KỲ TRÊN TRƯỜNG GIAO THOA.

Phương pháp:

+ Giả sử tại điểm M bất kỳ là vân sáng thì

i k a

D k

x M = λ =

( 1), với xM là khoảng cách từ vân sáng trung tâm đến điểm M cho sẵn ở trên màn

+ Từ (1) suy ra

b a i x

k = M = ,

- Nếu b = 0 thì k = a ∈Z Kết luận tại điểm M là vân sáng bậc a

- Nếu b = 5 thì k ∉Z Kết luận tại điểm M là vân tối thứ a + 1

Câu 369 Hai khe I-âng cách nhau 3mm được chiếu bởi ánh sáng đơn sắc có bước

sóng 0,60µm Các vân giao thoa được hứng trên màn cách hai khe 2m Tại điểm M cách vân trung tâm 1,2 mm có :

A vân sáng bậc 2 B vân sáng bậc 3 C vân tối thứ 2 D vân tối thứ 3

Câu 370 Hai khe I-âng cách nhau 3mm được chiếu bởi ánh sáng đơn sắc có bước

sóng 0,60µm Các vân giao thoa được hứng trên màn cách hai khe 2m Tại điểm N cách vân trung tâm 1,8 mm có :

A vân sáng bậc 3 B vân tối thứ 4 C vân tối thứ 5 D vân sáng bậc 4

Câu 371 : Một nguồn sáng S phát ra ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ =0, 45 mµ

đến 2 khe Y-oung

F1, F2 cách nhau 0,45 mm Mặt phẳng chứa F1F2 cách màn (M) một khoảng D = 1m Tại điểm

M trên màn (M) cách vân trung tâm một khoảng x = 4,5mm là vân sáng hay vân tối, bậc mấy?

A.Vân tối thứ 5 B.Vân sáng bậc 3 C.Vân sáng bậc 4 D.Vân tối thứ 3

Câu 372: Một nguồn sáng S phát ra ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ =0,5 mµ

đến khe Y-oung F1, F2

với F1F2 = a = 0,5mm Mặt phẳng chứa F1F2 cách màn (M) một khoảng D = 1m Tại điểm

M trên màn (M)

cách vân trung tâm một khoảng x = 3,5mm là vân sáng hay vân tối, bậc mấy?

A Vân sáng bậc 3 B Vân sáng bậc 4 C Vân tối bậc 3 D Vân tối bậc 4

Câu 373 Hai khe Y-âng cách nhau a = 3 mm được chiếu sáng bằng ánh sáng đơn

sắc có bước sóng λ

= 0,50 µm

Khoảng cách từ hai khe tới màn là D = 1,5 m Điểm

M trên màn cách vân trung tâm 1,25 mm có vân sáng hay vân tối thứ mấy kể từ

vân sáng trung tâm

A vân sáng thứ 5 B vân tối thứ 5 C vân sáng thứ 4 D

vân sáng thứ 6

Câu 374 Trong thí nghiệm về giao thoa ánh sáng trên màn ảnh, người ta đo được

khoảng cách từ vân sáng bậc 4 đến bậc 10 ở cùng một bên vân sáng trung tâm là

2,4 mm Tại điểm M trên màn cách vân sáng trung tâm 2,2 mm là vân sáng hay

vân tối thứ máy kể từ vân sáng trung tâm?

A vân sáng thứ 5 B vân tối thứ 6 C vân tối thứ 5

D vân sáng thứ 6

DẠNG 3: XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ VÂN SÁNG, VÂN TỐI ĐỐI VỚI ÁNH SÁNG ĐƠN

SẮC Phương pháp:

1 Vị trí vân sáng bậc k : a

D k ki

x k = = λ

, k =0,±1,±2

Với: k : là bậc giao thoa

xk : là khoảng cách từ vân sáng trung tâm đến một điểm trên màn (mm)

i : là khoảng vân ( mm)

a : là khoảng cách giữa hai khe sang (mm)

D: là khoảng cách từ hai khe đến màn ( m)

- Nếu k = ±n thì ta có vân sáng bậc n

2 V ị trí vân tối thứ k ’ : a

D k

i k

2

1 ( ) 2

1

' = + = +

, 0, 1, 2

' = ± ±

k

- Nếu

'

k = ±n

thì ta có vân tối thứ n + 1

Câu 375: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng bằng khe I – âng (Young) Cho biết F1F2

= a = 1mm,

khoảng cách giữa hai khe F1F2 đến màn (M) là 2m, bước sóng ánh sáng dùng trong thí nghiệm

là λ =0,50 mµ

;x là khoảng cách từ điểm M trên màn đến vân sáng chính giữa (vân sáng trung tâm)

Khoảng cách từ vân sáng chính giữa đến vân sáng bậc 4 là:

Câu 376: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng bằng khe I – âng (Young) Cho biết F1F2

= a = 1mm,

khoảng cách giữahai khe F1F2 đến màn (M) là 2m, bước sóng ánh sáng dùng trong thí nghiệm

là λ =0,50 mµ

;x là khoảng cách từ điểm M trên màn đến vân sáng chính giữa (vân sáng trung tâm)

Khoảng cách từ vân sáng bậc 3 bên này vân trung tâm đến vân sáng bậc 7 bên kia vân trung tâm là:

Câu 378: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng vàng bằng I – âng, khoảng cách giữa hai

khe sáng

a = 0,3mm, khoảng cách từ hai khe sáng đến màn D = 1m, khoảng cách vân đo được i = 2mm

Xác định vị trí của vân tối thứ 7

Câu 379: Hai nguồn sáng kết hợp S1 và S2 có tần số f = 6.1014Hz ở cách nhau 1mm cho

hệ vân giao

thoa trên màn ảnh đặt đặt song song cách hai nguồn đó một khoảng 1m Tính khoảng cách từ vân

sáng bậc 1 đến vân sáng bậc 5:

Câu 380 Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng, khoảng cách giữa hai khe I-âng là

1mm, khoảng cách từ màn chứa hai khe tới màn quan sát là 1m Hai khe được chiếu bởi ánh sáng đỏ có bước sóng 0,75µm, khoảng cách giữa vân sáng bậc 4 đến vân sáng bậc 10 ở cùng một bên đối với vân sáng trung tâm là:

5,2mm

Câu 381 : Trong thí nghiệm I-âng về giao thoa ánh sáng, hai khe I-âng cách nhau

2mm, hình ảnh giao thoa được hứng trên màn ảnh cách hai khe 1m Sử dụng ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ, khoảng vân đo được là 0,2mm Vị trí vân sáng bậc

ba kể từ vân sáng trung tâm là :

0,7mm

DẠNG 4: GIAO THOA VỚI ÁNH SÁNG TRẮNG

Phương pháp :

Đặc điểm : + Vân chính giữa luôn là vân trắng.

+ Hai bên vân trắng là những dải quang phổ như cầu vồng, màu

tím ở trong, màu đỏ ở ngoài

1 Tính bề rộng của dải quang phổ bậc k : ( chính là khoảng cách giữa vân

sáng bậc k màu tím đến vân sáng bậc k màu đỏ ở cùng một bên vân trắng trung

tâm )

)

t

D k x x

∆

2 Xác định số thành phần đơn sắc cho vân sáng tại điểm M ( trùng nhau tại

M ) trên màn giao thoa, có toạ độ xM cho trước

+ Dùng công thức : a

D k

M

λ

=

( 1) , k =0,±1,±2 ; n = 1,2,3…

+ Từ (1) suy ra λn

+ Sử dụng điều kiện về khoảng bước sóng của ánh sáng nhìn thấy :

m

38

,

( 2) + Thay giá trị của λn

vào (2) để tìm k + Số giá trị của k là số thành phần đơn sắc cho vân sáng tại M cần tìm

3 Xác định số thành phần đơn sắc cho vân tối tại điểm M ( các vân bị tắt trùng nhau tại M ) trên màn giao thoa, có toạ độ xM cho trước

Cách làm tương tự như trường hợp 2, nhưng a

D k

M

λ

) 2

1 ( ' +

=

Câu 385 Trong thí nghiệm về giao thoa ánh sáng, hai khe I-âng cách nhau 3 mm,

hình ảnh giao thoa được hứng trên màn ảnh cách hai khe 3m Sử dụng ánh sáng trắng có bước sóng từ 0,40µm đến 0,75µm Trên màn quan sát thu được các dải quang phổ Bề rộng của dải quang phổ ngay sát vạch sáng trắng trung tâm là:

0,55mm

Câu 386 Trong thí nghiệm về giao thoa ánh sáng, hai khe I-âng cách nhau 3mm,

hình ảnh giao thoa được hứng trên màn ảnh cách hai khe 3m Sử dụng ánh sáng trắng có bước sóng từ 0,40µm đến 0,75µm Trên màn quan sát thu được các dải quang phổ Bề rộng của dải quang phổ thứ hai kể từ vân sáng trắng trung tâm là :

0,85mm

Câu387 Trong thí nghiệm về giao thoa ánh sáng, hai khe I-âng cách nhau 2 mm,

hình ảnh giao thoa được hứng trên màn ảnh cách hai khe 2m Sử dụng ánh sáng trắng có bước sóng từ 0,40µm đến 0,75µm Số bức xạ cho vân sáng tại M cách vân trung tâm 4 mm là:

Câu 388 Tại điểm M trên màn có vân sáng bậc 10 Dịch màn đi so với vị trí cũ 10

cm thì cũng tại M có vân tối thứ 10 (kể từ vân sáng trung tâm) Khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến màn trước khi dịch là

A D = 1,9 m B D = 1,2 m C D = 1,5 m D D = 1,0 m

Câu 389 Thực hiện thí nghiệm giao thoa ánh sáng trong không khí, ta đo được

khoảng vân trên màn là i = 0,6 mm Lặp lại thí nghiệm như trên nhưng trong nước

(chiết suất là 4 3) thì đo được khoảng vân trên màn là

A i’ = 0,48 mm B i’ = 0,45 mm C i’ = 0,55 mmm

D i’ = 0,62 mm

Câu 390 Thí nghiệm giao thoa ánh sáng trong không khí thì tại M trên màn có vân

sáng bậc 8 nhưng khi lặp lại thí nghiệm như trên trong chất lỏng thì tại M có vân tối thứ 11 (kể từ vân sáng trung tâm) Chiết suất chất lỏng là

A n = 1,3333 B n = 1,3125 C n = 1,5000

D n = 1,1845

Câu 391 Chiếu sáng hai khe Y-âng bằng ánh sáng trắng có bước sóng từ 400 nm

đến 750 nm Biết hai khe cách nhau 1 mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến màn là 2 m Bề rộng quang phổ bậc 2 trên màn là

A L = 1,4 mm B L = 0,7 mm C L = 1,0 mm

D L = 2,0 mm

Câu392 Hai khe Y-âng được chiếu sáng bằng ánh sáng đơn săc có bước sóng λ

= 0,62µm

Biết khoảng cách giữa hai khe là a = 2 mm và khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe tới màn là D = 2 m Số vân sáng quan sát được trên màn với bề rộng

MN = 10 mm (M, N nằm đối xứng qua vân sáng trung tâm) là

Câu 393Nguồn S phát ánh sáng đơn sắc chiếu sáng hai khe Y-âng cách nhau 0,8

mm Khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe tới màn là 2,5 m Giữa hai vân sáng

ở M và N trên màn cách nhau 22,5 mm có 15 vân tối ( 15i) Với tốc độ ánh sáng là 3.108 m/s thì tần số của ánh sáng do nguồn S phát ra là

A f = 6,25.1014 Hz B f = 5,12.1015 Hz C f = 8,50.1016 Hz

D f = 2,68.1013 Hz

Câu 394 Trong thí nghiệm I-âng về giao thoa ánh sáng, hai khe I-âng cách nhau

2mm, hình ảnh giao thoa được hứng trên màn ảnh cách hai khe 1m Sử dụng ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ, khoảng vân đo được là 0,2mm Thay bức xạ trên bằng bức xạ có bước sóng λ’>λ thì tại vị trí của vân sáng thứ ba của bức xạ λ có một vân sáng của bức xạ λ’ Bức xạ λ’ có giá trị nào dưới đây?

A λ’ = 0,48µm B λ’= 0,52µm C λ’= 0,58µm D

λ’= 0,60µm

DẠNG 5: XÁC ĐỊNH SỐ VÂN SÁNG, SỐ VÂN TỐI TRÊN TRƯỜNG GIAO

THOA Phương pháp:

1 Trường hợp : Xác định số vân sáng, số vân tối trên toàn bộ trường giao thoa quan sát được trên màn ( hoặc giữa hai điểm M , N nằm đối xứng qua một vân sáng)

+ B1: Xác định số khoảng vân quan sát được trên nửa trường giao thoa:

b a i

L

.

=

Với L : là bề rộng trường giao thoa.

+ B2: Xác định số vân sáng quan sát được trên toàn bộ trường giao thoa:

Ns = 2a + 1 Với 2a : là vân sáng ở 2 phía trên màn giao thoa

1 : là vân sáng trung tâm

+ B3: Xác định số vân tối quan sát được trên toàn bộ trường giao thoa:

- Nếu b < 5 thì : Nt = Ns - 1

- Nếu b ≥

5 thì : Nt = Ns + 1

Chú ý: - Số vân sáng luôn là số lẻ.

- Số vân tối luôn là số chẵn

Hoặc

+ Xác định số khoảng vân quan sát được trên toàn bộ trường giao thoa:

a i L

n= =