Trờng THPTC Bình Lục Giáo viên: Nguyễn Đức Thuận Kinh nghiệm: [Giải một số bài toán trắc nghiêm về giao thoa ánh sáng trong thí nghiệm Iâng. I .Mục tiêu. - Giao thoa ánh sáng là một hiện tợng quan trọng của vật lí mà SGK- VL12 đã đề cập và nói khá rõ về vấn đề này. Đây là một bài quan trọng phục vụ cho thi tốt nghiệm lớp 12 và kì thi tuyển sinh vào ĐH - CĐ, nên là giáo viên giảng dạy vật lí tôi thấy cần phải đào sâu và đa thêm ra cho học sinh một số bài bài tập dạng này. - Hơn thế các câu hỏi bây giờ chủ yếu là trắc nghiệm khách quan nên học sinh muốn giải nhanh đối với loại toán này thì phải nắm chắc kiến thức cơ bản và xây dựng đợc các công thức liên quan về dạng này. - Trong thực tế giảng dạy tôi thấy khi các em gặp một số bài toán : Thay đổi nguồn sáng hoặc thay đổi môi trờng truyền sáng; hệ vân dịch chuyển khi truyền qua bản mỏng ; dịch chuyển nguồn sáng S . là tơng đối bỡ ngỡ. Chính vì những lí do trên nên tôi muốn tập hợp ra một số bài toán dạng này để giúp các em tham khảo nâng cao kết quả trong hoc tập. II. Nội dung. A .Cơ sở lý thuyết: 1. Hiện tợng giao thoa: Là sự đan xen của hai nguồn sáng kết hợp với nhau mà trong vùng hai sóng đan xen này xuất hiện những vân sáng và những vân tối xen kẽ nhau một cách đều đặn. - Nếu hai nguồn kết hợp là ánh sáng trắng thì ở chính giữa hệ vân sẽ là vân sáng trung tâm(Tại đó có sự trùng nhau của tất cả các vạch của các ánh sáng đơn sắc có trong nguồn) hai bên sẽ là những dải màu cầu vồng kế tiếp nhau tím ở trong đỏ ở ngoài. Điều kiện giao thoa là hai nguồn sáng giao thoa phải là hai nguồn kết hợp. 1 Trờng THPTC Bình Lục Giáo viên: Nguyễn Đức Thuận -Hiện tợng giao thoa chỉ có thể giải thích đợc nếu thừa nhận ánh sáng có tính chất sóng.(SGK- VL12). 2. Vị trí vân và khoảng vân: * Nếu nguồn sáng S nằm trên đờng trung trực của S 1 , S 2 * Hiệu đờng đi từ hai nguồn S 1 , S 2 đến A: = d 2 - d 1 = D xa. Trong đó D là khoảng cách từ hai khe hẹp đến màn, a là khoảng cách giữa hai khe S 1 S 2 , x = OA vị trí của một vân bất kì. - Điều kiện để có vân sáng: = D xa. = k ,với k = 0, 2,1 . Vị trí vân sáng: x s = k a D với k = 0, 2,1 . + Nếu k = 0 x = 0 vị trí vân trung tâm. + Nếu k = 1 2 vân sáng bậc một đối xứng nhau qua vân trung tâm. L u ý : Vân sáng bậc một vân sáng thứ nhất ( thứ bậc ) - Điều kiện để có vân tối: A d 1 x S 1 d 2 S I O a S 2 D 2 Trờng THPTC Bình Lục Giáo viên: Nguyễn Đức Thuận = D xa. = (2k + 1) 2 , với k = 0, 2,1 . Vị trí vân tối : x t = (2k + 1) a D 2 , với k = 0, 2,1 . + Nếu k = 0 x 1 = a D vân tối bậc 0 trùng với vân tối thứ nhất. + Nếu k = 1 vân tối bậc một trùng với vân tối thứ hai . L u ý : Các vân tối cách nhau những khoảng D xa. và vân tối thứ trùng( bậc + 1). *Khoảng vân giao thoa: Là khoảng cách giữa hai vân sáng hoặc hai vân tối cạnh nhau. i = a D = D ai Khoảng cách giữa hai vân sáng hoặc hai vân tối cạnh nhau là 2 i * Số vân sáng trên toàn bộ miền giao thoa N s = 2n + 1 * Số vân tối trên toàn bộ miền giao thoa N t = 2n Trong đó: n là số khoảng vân ở một phía của vân trung tâm n = (bề rộng miền giao thoa )/ 2i 3. Thí nghiệm thực hiện trong môi trờng có chiết suất n: Vận tốc truyền ánh sáng trong môi trờng : v = n c Bớc sóng ánh sáng lúc này là: ' = f v ' Thay đổi nguồn sáng thì tần số f sẽ thay đổi , còn thay đổi môi trờng truyền sóng thì vận tốc truyền sóng cũng thay đổi nên bớc sóng cũng thay đổi . ' = f v ' = f n c ' = n 0 3 Trờng THPTC Bình Lục Giáo viên: Nguyễn Đức Thuận ( 0 = f c 0 là bớc sóng ánh sáng trong không khí) i = a D ' = n 1 a D 0 *KL: Khi bớc sóng ánh sáng giảm n lần thì khoảng vân giao thoa cũng giam n lần , nhng số vân quan sát đợc không tăng lên n lần. 4. Bề rộng của quang phổ liên tục: - Bề rộng của quang phổ liên tục bậc một: Là khoảng cách giữa vân sáng màu đỏ bậc một đến vân sáng màu tím bậc một. x 1 = x đ1 - x t1 = i đ1 - i t1 = a D ( đ - t ) Bề rộng của quang phổ liên tục bậc n: x = n (i đ1 - i t1 ) = n x 1 5. Nếu giao thoa thực hiện với hai thành phần đơn sắc: Hai vân sáng cùng bậc không trùng nhau , chỉ có một số vị trí mà hai vân sáng trùng nhau. Khi đó k k 2 1 = i i 1 2 = 1 2 Số vân quan sát đợc: N = N 1 + N 2 - n (n là số vân trùng nhau) 6. Sự dịch chuyển của hệ vân giao thoa khi S dịch chuyển: ơ 4 Trờng THPTC Bình Lục Giáo viên: Nguyễn Đức Thuận + Ban đầu S nằm trên đờng trung trực của S 1 S 2 thì hiệu đờng đi từ hai nguồn đến A là: = d 2 d 1 = D xa. + Khi S dịch chuyển một đoạn SS = h song song với S 1 S 2 thì hiệu đờng đi = d 2 d 1 = D xa. + d ah So với ban đầu thì đờng đi thay đổi một lợng: = - = d ah Muốn A là vân trung tâm thì = 0 Khi đó vân trung tâm đã dịch chuyển một đoạn là : x 0 = - d hD *Nhận xét: Khi nguồn S dịch chuyển thi hệ vân dịch chuyển theo chiều ngợc lại một đoạn : x 0 = d hD 7. Hệ vân dịch chuyển khi đặt bản thuỷ tinh mỏng trớc một khe sáng: A d 1 x S 1 d 2 S I O h S S 2 d D 5 Trờng THPTC Bình Lục Giáo viên: Nguyễn Đức Thuận * Hiệu đờng đi khi có bản thuỷ tinh: = d 2 d 1 = D xa. - (n - 1)e Trong đó e là bề dày cua bản thuỷ tinh: Muốn O là vân trung tâm mới thì phải có: = 0 x 0 = a eDn )1( KL: Khi đặt bản thuỷ tinh mỏng thì hệ vân dịch chuyển về phía có bản thuỷ tinh một đoạn : x 0 = a eDn )1( B. Một số bài toán trắc nghiệm: O d 1 x S 1 d 2 I O S 2 D 6 Trờng THPTC Bình Lục Giáo viên: Nguyễn Đức Thuận Bài 1: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng bằng khe Iâng , khoảng cách giữa hai khe sáng là 2 mm , khoảng cách từ hai khe đến màn là 1m . Bớc sóng ánh sáng dùng trong thí nghiệm = 0,5 à m. a. Khoảng vân giao thoa là A. 0,25 mm B. 2,5 mm C. 4 mm D. 40 mm b. Vị trí vân sáng bậc hai là A. 5 mm B. 0,5 mm C. 8 mm D. 80 mm c. Vị trí vân tối bậc 5 là A. 1,25 mm B. 12,5 mm C. 1,125 mmD. 0,125 mm d. Khoảng cách từ vân sáng bậc hai đến vân tối thứ 5 là A. 12 mm B. 3,75 mm C. 0,625 mmD. 625 mm Bài 2: Trong thí nghiệm giao thoa bằng khe Iâng , khoảng cách giữa hai khe a = 1 mm , khoảng cách từ hai khe đến màn D = 2 m. Nếu chiếu đồng thời hai khe sáng bằng hai bức xạ có bớc sóng 1 = 0,6 à m và 2 = 0,5 à m thì trên màn có những vị trí tại đó có vân sáng của hai bức xạ trùng nhau . Khoảng cách nhỏ nhất giữa hai vân trùng là A. 0,6 mm B. 6 mm C. 6 à m D. 0,6 à m Bài 3: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng với khe Iâng khoảng cách giữa hai khe a = 1mm . Khoảng cách từ hai khe đến màn D = 2m . Nếu chiếu đồng thời hai bức xạ đơn sắc có bớc sóng 1 = 0,6 02 à m và 2 thì thấy vân sáng bậc ba của bức xạ 2 trùng với vân vân sáng bậc hai của bức xạ 1 . Bớc sóng 2 và khoảng vân i 2 là A. 2 = 4,01 à m ; i 2 = 0,802 mm B. 2 = 40,1 à m ; i 2 = 8,02 mm C. 2 = 0,404 à m ; i 2 = 0,802 mm D. 2 = 0,401 à m ; i 2 = 8,02 mm 7 Trờng THPTC Bình Lục Giáo viên: Nguyễn Đức Thuận Bài 4: Trong thí nghiệm giao thoa bằng khe Iâng , khoảng cách giữa hai khe a = 1mm dặt cách màn D = 1m , ta thu đợc hệ vân giao thoa có khoảng cách giữa hai vân sáng bậc 6 là 7,2 mm . Bớc sóng và màu sắc vân sáng là A. = 0,6.10 -6 m là ánh sáng màu vàng. B. = 0,553.10 -6 m là ánh sáng màu lục. C. = 0,432.10 -6 m là ánh sáng màu lam. D. = 0,654.10 -6 m là ánh sáng màu đỏ. Bài 5: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng bằng khe Iâng . Khe hẹp S phát ánh sáng đơn sắc có khoảng cách tới hai khe S 1 S 2 là d = 0,5 m . Khoảng cách tới hai khe a = 2 mm , khoảng cách từ hai khe đến màn D = 2m . Vân sáng trung tâm tại O , Nếu dời S song song S 1 S 2 về phía S 2 đến S với SS = h = 1 mm thì vân sáng trung tâm sẽ dời một đoạn theo chiều là A. Ngợc chiều với nguồn S một đoạn 0,25.10 -3 m. B. Cùng chiều với nguồn S một đoạn 0,25.10 -3 m. C. Ngợc chiều với nguồn S một đoạn 4 mm. D. Cùng chiều với nguồn S một đoạn 4 mm. Bài 6: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng bằng khe Iâng , nếu tiến hành thí nghiệm trong môi trờng không khí rồi sau đó thay môi trờng không khí bằng môi trờng nớc có chiết suất n = 4/3 thì hệ vân giao thoa thay đổi A. Khoảng vân trong nớc giảm đi 2/3 lần so với trong không khí. B. Khoảng vân trong nớc tăng lên 4/3 lần so với trong không khí. S 1 S O S 2 d D 8 Trờng THPTC Bình Lục Giáo viên: Nguyễn Đức Thuận C. Khoảng vân trong nớc giảm đi bằng 3/4 lần so với trong không khí. D. Khoảng vân trong nớc tăng lên 5/4 lần so với trong không khí. Bài 7: Khoảng từ hai khe đến màn E là 2m . Nguồn sáng S cách đều hai khe và cách mặt phẳng chứa hai khe là 0,1 m . Nếu nguồn sáng dời hai khe theo hớng song song với màn E một đoạn 2mm về phía trên thì hệ vân trên màn E sẽ dịch chuyển là A. Dời về phía trên một đoạn 4,2 cm. B. Dời về phía dới một đoạn 4,2 cm. C. Dời về phía trên một đoạn 10 -4 m. D. Dời về phía dới một đoạn 10 -4 m. Bài 8: Trong thí nghiệm giao thoa bằng khe Iâng , khoảng cách giữa hai khe a = 0,8 mm khoảng cách từ hai khe đến màn D = 1,6 m . Ngời ta dùng nguồn sáng trắng có bớc sóng 0,4 à m < < 0,76 à m. Hãy xác định bớc sóng của các bức xạ đơn sắc có vân sáng trùng với vân sáng bậc 5 của ánh sáng tím (có bớc sóng 0,4 à m) A. à 3 2 m và 0,5 à m. B. à 3 2 m và 2 à m. B. à 3 2 m và 0,2 à m. D. à 3 2 m và 5 à m. Bài 9: Hai khe Iâng cách nhau a = 2 mm . Các vân giao thoa đợc quan sát trên màn E cách hai khe là D = 1m . Trớc một trong hai khe đặt một bản mỏng song song có chiết suất n = 1,5 và bề dày e = 12 à m.Xác định độ dịch chuyển của hệ vân trên màn A. Dịch chuyển về phía khe bị chắn 3 mm. B. Dịch chuyển về phía khe không bị chắn 3 mm. C. Dịch chuyển về phía khe bị chắn 12 10 3 m. 9 Trờng THPTC Bình Lục Giáo viên: Nguyễn Đức Thuận D. Dịch chuyển về phía khe không bị chắn 12 10 3 m. Bài 10: Trong thí nghiệm Iâng về giao thoa ánh sáng , khoảng cách giữa hai khe a = 1 mm . Khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến màn D = 3 m . Đặt sau một trong hai khe sáng bản mặt song song bề dày e = 10 à m ta thấy hệ thống vân dịch chuyển trên màn quan sát một đoạn x 0 = 1,5 cm . Chiết suất của chất làm bản mặt song song là A. 1,5 B. 1,3 C. 1,4 D. 1,6 Bài 11: Hai khe Iâng cách nhau một khoảng a = 1mm đợc chiếu sáng bằng bớc sóng = 0,545 à m . Màn đặt cách mặt phẳng chứa hai khe một đoạn D = 2m . Thực hiện thí nghiệm trong chất lỏng có chiết suất n thì thấy vân sáng thứ 3 di chuyển 0,75mm. Chiết suất n là A. n 1,2 B. n 1,1 C. n 1,3 D. n 1,4 Bài 12: Trong thí nghiệm giao thoa với khe Iâng , khi màn cách hai khe một đoạn D 1 thì ngời ta nhận đợc một hệ vân . Dời màn đến vị trí D 2 ngời ta thấy hệ vân trên màn có vân tối thứ K 1 trùng với vân sáng thứ K của hệ vân lúc đầu . Tỉ số D D 1 2 là: A. 12 K K B. 12 2 K K C. K K 12 D. 12 2 + K K C. Hớng dẫn giải: 10 [...]... 2(k 1) + 1] D 2 2 D D 2 = 2K 2 K 1 1 D Hiệu quả của việc áp dụng các bài toán giao thoa Iâng Qua việc áp dụng những bài toán trên vào việc giảng dạy ôn tập cho các em tôi thu đợc một số kết qua sau: - Các em nắm chắc hơn kiến thức cơ bản đối với bài toán thí nghiệm Iâng - Khả năng xác định dạng toán đợc nâng lên nên thời gian làm bài trắc nghiệm đợc rút ngắn đáng kể - Các em có hứng thú với môn học... nên sôi nổi hơn 14 Trờng THPTC Bình Lục Giáo viên: Nguyễn Đức Thuận - Rèn luyện cho các em kĩ năng ghi nhớ , kĩ năng vân dụng III Kết luận: - Trên đây mới chỉ là một số trờng hợp và một số bài toán về giao thoa trong thí nghiệm Iâng Tất nhiên trong giảng dạy và học tập ta còn bắt gặp nhiều bài toán khác hoặc có dạng tơng tự - Mặt khác trong giảng dạy, đặc biêt đối với Trờng THPTC Bình Lục còn gặp phảI . Điều kiện giao thoa là hai nguồn sáng giao thoa phải là hai nguồn kết hợp. 1 Trờng THPTC Bình Lục Giáo viên: Nguyễn Đức Thuận -Hiện tợng giao thoa chỉ. miền giao thoa N s = 2n + 1 * Số vân tối trên toàn bộ miền giao thoa N t = 2n Trong đó: n là số khoảng vân ở một phía của vân trung tâm n = (bề rộng miền giao