LUẬN văn sư PHẠM vật lý NGHIÊN cứu cấu TRÚC nội DUNG, BIÊN SOẠN hệ THỐNG câu hỏi TRẮC NGHIỆM KHÁCH QUAN CHƯƠNG “GIAO THOA ÁNH SÁNG” bổ SUNG NGUỒN học LIỆU học PHẨN SP139

- Nghiên cứu các quan điểm lý luận dạy học hiện đại về: Các phương pháp tổ chức hoạt động nhận thức trong dạy học Vật Lý, sử dụng bài tập trong dạy học Vật Lý, thiết kế tiến trình dạy họ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

KHOA SƯ PHẠM

BỘ MÔN SƯ PHẠM VẬT LÝ

NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC NỘI DUNG, BIÊN SOẠN HỆ THỐNG

CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM KHÁCH QUAN CHƯƠNG “GIAO THOA

ÁNH SÁNG” BỔ SUNG NGUỒN HỌC LIỆU HỌC PHẨN SP139

Luận văn tốt nghiệp Ngành: SƯ PHẠM VẬT LÝ

Mã số SV: 1090186 Lớp: Sư phạm Vật Lý Khóa: 35

Cần Thơ, Năm 2013

Luận văn tốt nghiệp GVHD: Ths Nguyễn Hữu Khanh

Lời cảm ơn

Sau một thời gian dài nghiên cứu em đã hoàn thành luận văn của mình Đó là kết quả của sự cố gắng của bản thân trong những năm tháng trên giảng đường Đại Học cùng với sự hướng dẫn tận tình của quý thầy cô trong những năm vừa qua

Em xin chân thành cảm ơn tất cả quý thầy cô trường Đại Học Cần Thơ, Khoa Sư Phạm và Bộ Môn Vật lý đã truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm

Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn ThS-GVC Nguyễn Hữu Khanh đã tận tình chỉ dẫn cho em trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Em cũng chân thành cảm ơn những ý kiến đóng góp của các anh chị đi trước và bạn bè đặc biệt là các bạn lớp sư phạm vật

lý khóa 35 đã giúp em rất nhiều trong quá trình nghiên cứu đề tài

Cuối lời, xin kính chúc thầy cô và các bạn dồi dào sức khỏe và công tác tốt

Mặc dù đã cố gắng rất nhiều nhưng cũng không tránh khỏi hạn chế và thiếu sót Em rất mong nhận được những ý kiến quý báu của quý thầy cô và bạn bè để đề tài được phong phú và hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn !

Trân trọng

SVTH: Trần Thương Tín

MỤC LỤC

Phần MỞ ĐẦU ··· 1

1 Lý do chọn đề tài ··· 1

2 Mục tiêu nghiên cứu ··· 1

3 Giới hạn của đề tài ··· 1

4 Nhiệm vụ nghiên cứu ··· 1

5 Phương pháp nghiên cứu ··· 2

6 Đóng góp của luận văn ··· 2

Phần NỘI DUNG ··· 3

Chương 1:MỤC TIÊU, NHIỆM VỤ DẠY HỌC VẬT LÝ VÀ MỨC ĐỘ NHẬN THỨC CỦA HỌC SINH ··· 3

1.1 MỤC TIÊU, NHIỆM VỤ DẠY HỌC VẬT LÝ Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG ··· 3

1.1.1 Mục tiêu dạy học Vật Lý ở trường phổ thông ··· 3

1.1.2 Nhiệm vụ dạy học Vật Lý ở trường phổ thông ··· 3

1.2 MỨC ĐỘ NHẬN THỨC CỦA HỌC SINH THEO BẬC NHẬN THỨC CỦA NHÀ GIÁO DỤC HỌC BENJAMIN BLOOM ··· 4

1.2.1 Mức nhận thức “ Biết” ··· 4

1.2.2 Mức nhận thức “ Hiểu” ··· 5

1.2.3 Mức nhận thức “ Vận dụng” ··· 5

1.2.4 Mức nhận thức “ Phân tích” ··· 6

1.2.5 Mức nhận thức “ Tổng hợp” ··· 6

1.2.6 Mức nhận thức “ Đánh giá” ··· 6

Chương 2: THIẾT LẬP LẠI KIẾN THỨC CHƯƠNG “ GIAO THOA ÁNH SÁNG” MỘT CÁCH CÓ HỆ THỐNG ··· 8

2.1 NHỮNG CƠ SỞ CỦA QUANG HỌC SÓNG ··· 8

2.1.1 Nguyên lý Huyghen ··· 8

2.1.2 Phương trình sóng ánh sáng ··· 9

2.1.3 Nguyên lý chồng chất ··· 10

2.2 SỰ GIAO THOA ÁNH SÁNG NGUỒN KẾT HỢP ··· 10

2.2.1 Sự giao thoa ánh sáng ··· 10

2.2.2 Dao động kết hợp và không kết hợp ··· 11

2.3 KHẢO SÁT HIỆN TƯỢNG GIAO THOA CỦA HAI SÓNG KẾT HỢP 12

2.3.1 Vị trí các cực đại và cực tiểu của giao thoa ··· 12

2.3.2 Vị trí giao thoa, khoảng vân··· 14

2.3.3 Điều kiện bề rộng của khe ··· 15

2.3.4 Nguồn sáng trắng chiếu vào khe ··· 16

2.4 CÁC THÍ NGHIỆM ĐỂ QUAN SÁT GIAO THOA ÁNH SÁNG CHO VÂN KHÔNG ĐỊNH XỨ ··· 16

2.4.1 Nguyên tắc chung để tạo ra các sóng kết hợp từ các nguồn sáng thông thường ··· 16

2.4.2 Các thí nghiệm quan sát giao thoa ··· 16

2.4.2.1 Khe Young ··· 16

2.4.2.1.1 Thí nghiệm Young··· 16

2.4.2.1.2 Các dạng bài tập của giao thoa khe Young ··· 19

2.4.2.2 Gương Fresnel ··· 31

2.4.2.3 Lưỡng lăng kính Fresnel ··· 32

2.4.2.4 Gương Lloyd ··· 34

2.4.2.5 Bán thấu kính Billet··· 35

2.4.2.6 Cường độ ánh sáng trong giao thoa với hai khe ··· 35

2.5 CÁC THÍ NGHIỆM ĐỂ QUAN SÁT GIAO THOA ÁNH SÁNG CHO VÂN ĐỊNH XỨ ··· 40

2.5.1 Giới thiệu ··· 40

2.5.2 Bản mỏng có độ dày không đổi Vân cùng độ nghiêng ··· 44

2.5.2.1 Sự định xứ của vân··· 44

2.5.2.2 Vân cùng độ nghiêng ··· 45

2.5.3 Bản mỏng có độ dày thay đổi Vân cùng độ dày ··· 46

2.5.3.1 Vân cùng độ dày ··· 46

2.5.3.2 Vân của nêm không khí ··· 47

2.5.3.3 Vân tròn Newton ··· 50

2.6 ỨNG DỤNG CỦA HIỆN TƯỢNG GIAO THOA ÁNH SÁNG··· 52

2.6.1 Khử các ánh sáng phản xạ trên mặt kính ··· 52

2.6.2 Kiểm tra các mặt kính phẳng hay lồi ··· 53

2.6.3 Đo chiết suất của chất lỏng và chất khí Giao thoa kế Relay ··· 54

Chương 3 SƠ LƯỢC VỀ TRẮC NGHIỆM KHÁCH QUAN ··· 59

3.1 TRẮC NGHIỆM KHÁCH QUAN LÀ GÌ? ··· 59

3.2 BẢN CHẤT CỦA TRẮC NGHIỆM KHÁCH QUAN ··· 59

3.3 VAI TRÒ CỦA TRẮC NGHIỆM KHÁCH QUAN TRONG DẠY HỌC ··· 59

3.3.1 Đối với giáo viên ··· 59

3.3.2 Đối với học sinh ··· 60

3.4 ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA PHƯƠNG PHÁP TRẮC NGHIỆM KHÁCH QUAN ··· 60

3.4.1 Ưu điểm ··· 60

3.4.2 Nhược điểm ··· 60

3.5 PHÂN LOẠI CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM KHÁCH QUAN ··· 60

Chương 4: BIÊN SOẠN HỆ THỐNG CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM KHÁCH QUAN THEO CÁC BẬC NHẬN THỨC ··· 62

4.1 BẢN CẤU TRÚC HAI CHIỀU ··· 62

4.2 BÀI TẬP GIAO THOA VÂN KHÔNG ĐỊNH XỨ ··· 62

4.3 BÀI TẬP GIAO THOA VÂN ĐỊNH XỨ ··· 72

Phần KẾT LUẬN ··· 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

Phần MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Nước ta đang bước vào giai đoạn công nghiệp hóa, hiện đại hóa với mục tiêu đến

năm 2020 Việt Nam sẽ cơ bản trở thành một nước công nghiệp Nhân tố quyết định thắng

lợi của công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa và hội nhập quốc tế là con người, việc

này cần được bắt đầu từ giáo dục phổ thông mà trước hết đó là một hệ thống phẩm chất

và năng lực được hình thành trên một nền tảng kiến thức, kĩ năng đầy đủ và vững chắc

Để việc giáo dục phẩm chất và năng lực của học sinh được hoàn thiện Từ năm

2005 thực hiện theo hai tiêu chí trong giáo dục “trường học thân thiện và học sinh tích

cực” Nên việc đào tạo đội ngũ giáo viên từ các sinh viên sư phạm phải được nâng cao

chuyên môn cũng như phẩm chất đạo đức

Hiện nay trường ta đang chuyển sang học chế tín chỉ, để hoàn thành tốt các học

phần thì sinh viên phải bỏ ra thời gian tự học rất nhiều Hiện nay tài liệu học tập trên

internet rất nhiều nhưng đa số là đại trà không có cấu trúc, nội dung tổng hợp Vì vậy,

một tài liệu mà có cấu trúc và nội dung tổng hợp sẽ giúp sinh viên tiết kiệm được rất

nhiều thời gian trong việc tự học Đối với khoa sư phạm cũng như bộ môn sư phạm vật lý

thì tài liệu có nội dung tổng hợp và cấu trúc chặt chẽ để giúp sinh viên tiết kiệm thời gian

là khá quan trọng

Từ những vấn đề đó, em chọn đề tài nghiên cứu là: “NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC NỘI

DUNG, BIÊN SOẠN HỆ THỐNG CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM KHÁCH QUAN

CHƯƠNG “GIAO THOA ÁNH SÁNG” BỔ SUNG NGUỒN HỌC LIỆU HỌC

PHẨN SP139”

2 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

Nghiên cứu nội dung kiến thức chương “ Giao thoa ánh sáng trong học phần SP

139” và xây dựng hệ thống câu hỏi trắc nghiệm khách quan nhằm hỗ trợ tài liệu học cho

học phần SP 139

3 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI

- Chỉ giới hạn trong chương giao thoa ánh sáng

- Chỉ sử dụng hệ thống câu hỏi trắc nghiệm

4 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

Với những mục đích lý luận và thực tiễn như đã nêu, em xác định những nhiệm vụ

nghiên cứu cụ thể như sau:

- Nghiên cứu các văn kiện của Đảng và nhà nước về mục tiêu, nhiệm vụ giáo dục

trong giai đoạn hiện nay, các yêu cầu và định hướng về đổi mới phương pháp dạy học

- Tìm hiểu các đề tài, các bài viết liên quan tới chương giao thoa ánh sáng

- Nghiên cứu các quan điểm lý luận dạy học hiện đại về: Các phương pháp tổ chức

hoạt động nhận thức trong dạy học Vật Lý, sử dụng bài tập trong dạy học Vật Lý, thiết

kế tiến trình dạy học nhằm phát huy tính tích cực của học sinh

- Tìm hiểu thực trạng dạy và học chương “ Giao thoa ánh sáng” nhằm tìm ra

những khó khăn của giáo viên và học sinh trong giảng dạy cũng như lĩnh hội kiến thức có

liên quan

- Nghiên cứu kiến thức có liên quan tới chương “ Giao thoa ánh sáng” nhằm xác

định những mục tiêu dạy học cụ thể

- Soạn thảo tiến trình thiết kế lại kiến thức chương “ Giao thoa ánh sáng”

- Tiến hành thực nghiệm sư phạm ở trường nhằm đánh giá tính khả thi của các

phương án thí nghiệm và thiết kế tiến trình dạy học đã thiết kế, qua đó bổ sung, sửa chữa

các phương án thí nghiệm và tiến trình dạy học đã thiết kế

5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Để hoàn thành các nội dung nghiên cứu của đề tài, tác giả lựa chọn sử dụng phối

hợp các phương pháp sau:

- Phương pháp nghiên cứu lý luận dạy học: Nghiên cứu lý luận về bài tập và lý

thuyết trong dạy và học Vật Lý ở trường THPT; các yêu cầu đối với một bộ bài tập ở

trường phổ thông

- Phương pháp nghiên cứu thực tiễn:

+ Nghiên cứu thực tiễn việc dạy và học nội dung kiến thức chương “ Giao thoa ánh sáng”

+ Tổng kết kinh nghiệm: Tìm hiểu kinh nghiệm việc xây dựng và sử dụng bài tập

6 ĐÓNG GÓP CỦA LUẬN VĂN

Từ việc thực hiện đề tài, hi vọng đóng góp một phần nhỏ công sức của mình trong

việc tạo nguồn học liệu cho sinh viên khi học học phần SP 139, cụ thể:

* Hệ thống lại nội dung kiến thức chương giao thoa ánh sáng trong học phần SP

139

* Xây dựng hệ thống câu hỏi trắc nghiệm khách quan theo bậc nhận thức của

Bloom

Phần NỘI DUNG Chương 1: MỤC TIÊU, NHIỆM VỤ DẠY HỌC VẬT LÝ VÀ MỨC

ĐỘ NHẬN THỨC CỦA HỌC SINH

1.1 MỤC TIÊU, NHIỆM VỤ DẠY HỌC VẬT LÍ Ở TRƯỜNG PHỔ

THÔNG

1.1.1 Mục tiêu dạy học Vật Lí ở trường phổ thông

Dạy học Vật Lý trong trường trung học phổ thông nhằm giúp học sinh:

Đạt được một hệ thống kiến thức Vật Lý phổ thông cơ bản và hiện đại phù

hợp với những quan điểm hiện đại, bao gồm:

 Các khái niệm về sự vật hiện tượng và quá trình vật lý thường gặp trong

đời sống và sản xuất

 Các đại lượng, các định luật và các nguyên lý vật lý cơ bản

 Những nội dung chính của một số thuyết vật lý quan trọng nhất

 Những ứng dụng phổ biến của vật lý trong đời sống và sản xuất

 Các phương pháp chung của nhận thức khoa học và những phương pháp

đặt thù của vật lý, trước hết là phương pháp thực nghiệm và phương pháp mô hình

Rèn luyện và phát triển các kỷ năng:

 Quan sát các hiện tượng và các quá trình vật lý trong tự nhiên, đời sống thường ngày hoặc trong các thí nghiệm: điều tra, sưu tầm, tra cứu tư liệu từ các nguồn

khác nhau để thu nhập các thông tin cần thiết cho việc học tập vật lý

 Sử dụng các dụng cụ đo phổ biến của vật lý Kĩ năng lắp ráp và tiến hành thí nghiệm vật lý đơn giản

 Phân tích, tổng hợp và xử lý các thông tin thu được để rút ra kết luận, để

ra các dự đón đơn giản về các mối quan hệ hay về bản chất của các hiện tượng hoặc quá

trình vật lý, cũng như đề xuất phương án thí nghiệm

 Vận dụng kiến thức để mô tả và giải thích các hiện tượng và các quá trình vật lý, giải các bài tập vật lý và giải quyết các vấn đề đơn giản trong đời sống và sản

xuất ở mức độ phổ thông

 Sử dụng các thuật ngữ vật lý, các biểu bảng, đồ thị để trình bày rõ ràng,

chính xác các hiểu biết, cũng như những kết quả thu được qua thu thập và xử lý thông tin

Hình thành và rèn luyện các thái độ tình cảm:

 Có hứng thú học vật lý, yêu thích tìm tòi khoa học, trân trọng đối với

những đóng gớp của vật lý học cho sự tiến bộ của xã hội và công lao của các nhà khoa

học

 Có thái độ khách quan, trung thực, có tác phong tỉ mỉ, cẩn thận, chính

xác và có tinh thần hợp tác trong việc học tập môn vật lý, cũng như việc áp dụng những

hiểu biết đã đạt được

 Có ý thức vận dụng những hiểu biết vật lý vào đời sống nhằm cải thiện

đời sống, học tập cũng như để bảo vệ giữ gìn môi trường sống tự nhiên

1.1.2 Nhiệm vụ dạy học Vật Lý ở trường phổ thông

- Môn Vật Lý có vai trò quan trọng trong việc thực hiện mục tiêu đào tạo của giáo

dục phổ thông Việc dạy học vật lý có nhiệm vụ cung cấp cho học sinh một hệ thống kiến

thức vật lý cơ bản ở trình độ phổ thông, bước đầu hình thành ở học sinh những kỉ năng và

thói quen làm việc khoa học, góp phần tạo ra ở họ các năng lực nhận thức, năng lực hành

động và các phẩm chất về nhân cách mà mục tiêu của giáo dục đề ra Chuẩn bị cho học

sinh tiếp tục tham gia lao động sản xuất, có thể thích ứng với sự phát triển của khoa học -

kỉ thuật, học nghề, trung cấp chuyên nghiệp hoặc đại học

- Môn vật lý có khả năng to lớn trong việc rèn luyện cho học sinh tư duy logic và tư

duy biện chứng, hình thành ở họ niềm tin về bản chất khoa học của các hiện tượng tự

nhiên cũng như khả năng nhận thức của con người, khả năng ứng dụng khoa học để đẩy

mạnh sản xuất, cải thiện đời sống

1.2 MỨC ĐỘ NHẬN THỨC CỦA HỌC SINH THEO BẬC NHẬN

THỨC CỦA NHÀ GIÁO DỤC HỌC BENJAMIN BLOOM

Bloom phân chia việc đánh giá học tập của học sinh theo các mức độ khác nhau (gọi

tắt là các bậc của Bloom) Theo ông, các bậc nhận thức của học sinh được xét theo mức

độ từ dễ đến khó, từ thấp đến cao, từ đơn giản đến phức tạp Đó là: biết, hiểu, vận dụng,

phân tích, tổng hợp và đánh giá

1.2.1 Mức nhận thức “ Biết”

Đây là mức thấp nhất nhưng cũng rất cơ bản của sự nhận thức Nó chỉ yêu cầu

người học nhớ được các sự kiện, khái niệm, định nghĩa, công thức, phương pháp, nguyên

lý,…mà chưa cần phải hiểu sâu Vì vậy, người học được coi là đạt mục tiêu này nếu họ

phát biểu được định nghĩa, nêu các công thức mô tả hay kể lại được sự kiện… hay nói

một cách khác, người học chỉ tái hiện lại đúng điều đã học, được nghe

Có thể chia mức độ hiểu thành:

1.2.1.1 Biết các điều đặc biệt

Học sinh phải nhớ lại các sự kiện đặc biệt, riêng lẻ Đây là mức trí năng thấp

nhất nhưng nó lại là nền tảng cho các trí năng phức tạp hơn, bao gồm:

- Biết các ký hiệu đặc biệt, các biểu tượng đặc biệt của một vật, một sự kiện,

định nhgiax một khái niệm quan trọng

VD: Hãy xác định phát biểu nào sao đây có thể dùng định nghĩa chu kỳ trong chuyển

động sóng:

A Khoảng cách xa nhất mà hạt có thể dời chỗ kể từ vị trí đứng yên

B Thời gian cần thiết cho một hạt tạo thành một dao động hoàn chỉnh

C Số dao đôn gj trong một giây

D Tốc độ thay đổi theo một phương nào đó

- Biết các sự kiện, biến cố đặc biệt, địa danh hay doanh nhân…

1.2.1.2 Biết các phương cách và các phương tiện thông thường để có thể xử lí

các nhiệm vụ chuyên môn thông thường:

- Biết các qui ước

- Biết về những chuỗi diễn biến: bao gồm việc biết các tiến trình, chiều hướng

diễn biến, chuyển động của các hiện tượng theo thời gian

- Biết các cách phân loại, cách sắp xếp căn bản bên trong một lĩnh vực, một

vấn đề

- Biết các tiêu chuẩn: bao gồm các kiến thức về các chuẩn để thí nghiệm, xét

đoán các sự kiện, nguyên lý, ý kiến

- Biết các phương pháp tìm hiểu, kỷ thuật dùng khảo sát các vấn đề và các hiện

tượng Ở đây chỉ giới hạn ở mức “ biết về phương pháp” hơn là “sử dụng phương pháp”

1.2.1.3 Biết các điều tổng quan và và trừu tượng trong một lĩnh vực khoa học

- Biết các nguyên lý và các điều tổng quan dùng tóm tắt các hiện tượng quan

sát được hoặc để giải thích, mô tả, tiên đoán các hiện tượng sẽ xảy ra

- Biết các lý thuyết và cấu trúc: bao gồm kiến thức ở mức độ ghi nhớ lại các

nguyên lý, các nhận định tổng quát, các hệ thức liên hệ giữa các phần đã học với nhau để

các một cái nhìn tổng quát, rỏ ràng, có hệ thống về một hiện tượng, về một vấn đề hoặc

một lĩnh vực

Vậy: Để kiểm tra mức độ biết của học sinh, có thể nêu các câu hỏi có động từ bắt đầu

như: mô tả, phát biểu, liệt kê, nhớ lại, nhận biết, xác định, kể tên, định nghĩa nhận

dạng…Hoặc các từ hỏi như: như thế nào, ai, ở đâu, khi nào, bằng cách nào, là gì…

1.2.2 Mức nhận thức “ Hiểu”

Ở bậc này, người dạy không chỉ yêu cầu học sinh nhớ được kiến thức mà còn phải

hiểu thấu đáo chúng như: các sự việc, hiện tượng, các quá trình, các nguyên tắc, định luật, định nghĩa…

Một số hoạt động sau đây có thể gọi là “ hiểu”

1.2.2.1 Diễn giải được

Khi tiếp thu một vấn đề nào đó, học sinh có thể diễn đạt lại chúng bằng lời lẽ

riêng của mình, hoặc dưới một dạng thức khác với điều kiện bảo toàn được ý nghĩa ban

đầu Như vậy, khả năng này được được đánh giá dựa trên tiêu chí chính xác và trung thực

1.2.2.2 Tóm tắt được

Học sinh có thể xác định được mục đích hoặc tóm tắt một bài viết, có thể tóm

gọn một đoạn bài học thành một cụm từ hoặc một từ đại diện ( tìm từ khóa)

1.2.2.3 Giải thích được

Khả năng này cho phép học sinh có thể lý giải các hiện tượng, sự kiện thậm chí

một quá trình làm việc nào đó ttrong thực tế, dựa vào những kiến thức đã được học

Vậy: Để kiểm tra mức độ “hiểu” của học sinh, có thể nêu các câu hỏi bắt đầu bằng

các động từ như: giải thích, lí giải, hiểu thế nào, tóm tắt dưới dạng sơ đồ, dự đoán, cho

ví dụ, diễn đạt…hoặc các từ hỏi “ tại sao” , “ …nghĩa là gì?”

1.2.3 Mức nhận thức “ Vận dụng”

Đạt được tiêu chuẩn này, người học không chỉ phải nhớ, hiểu mà còn phải có khả

năng áp dụng những nguyên tắc, khái niệm… đã học để giải quyết các vấn đề nhỏ, các

bài tập áp dụng và đặc biệt là đưa chúng vào thực tiễn để giải thích , cải tiến cho hợp lý

hơn, khoa học hơn

Mục đích của của tiêu chuẩn này là làm cho học sinh luôn có thái độ đúng đắn

trong học tập, phải biết rằng học để làm, kiến thức phải được sử dụng vào các công việc

thực tế thì mới có ý nghĩa Cần rèn luyện cho học sinh luôn có thói quen liên tưởng từ

sách vở ra ngoài đời và ngược lại Muốn giải quyết một khó khăn trong thực tế trước tiên

học sinh cần biết sử dụng đúng những gì mình đã học được trong sách vở cộng với sự

tích cực của trí tuệ Sự sáng tạo cũng bắt nguồn từ những mối liên tưởng thường xuyên

như vậy

Vậy: Để kiểm tra mức độ “ vận dụng” ngoài các bài tập ra giáo viên thường hay nêu

câu hỏi bắt đầu bằng các động từ như: Hãy tìm, hãy chỉ ra, hãy liên hệ, hãy giải thích,

chứng minh…

1.2.4 Mức nhận thức “ Phân tích”

Để đạt được tiêu chuẩn ở bậc này, người học không chỉ phải làm chủ tri thức của

mình mà còn nhanh nhạy trong các thao tác tu duy Phân tích là chia một chính thể ra

thành nhiều bộ phận để đi sâu và các chi tiết bên trong, để hiểu bản chất của đối tượng

Phép chia ở đây cũng có thể hiểu theo nghĩa đen như chia một miếng bánh…nhưng chia

là để xem xét kỉ các bộ phận và có cách chia phù hợp chứ không phải chia cơ học hay

chia để chiếm hữu Thường thì mỗi sự phân tích bao giờ cũng nhầm vào một mục đích cụ

thể, nghĩa là việc nghiên cứu tùng bộ phận phải hướng đích Sau khi chia mỗi bộ phận

phải được nghiên cứu để hiểu sâu hơn, chi tiết hơn Xâm nhập khắp các bộ phận của

chính thể

Vậy: Để kiểm tra mức độ nhận thức “ phân tích” thì ta dùng các động từ như: phân

tích, so sánh tìm tương phản, phân biệt, tìm điểm giống nhau, khác nhau của… tìm mối

tương quan, liên hệ…

1.2.5 Mức nhận thức “ Tổng hợp”

Tổng hợp là nhìn bao quát lên một chính thể gồm nhiều bộ phận ( sau khi phân

tích) mô tả được bức tranh toàn cảnh của chính thể, các mối quan hệ giữa các bộ phận

của các chỉnh thể với nhau và quan hệ giữa các chính thể với môi trường xung quanh

Bậc nhận thức này có yêu cầu cao đối với người học Muốn đạt được yêu cầu thì

người học phải hiểu thấu đáo đối tượng, biết phân tích nó rồi sau đó mới có thể mô tả

toàn cảnh đối tượng đó bằng ngôn ngữ của mình, chú ý sắp xếp các bộ phận cấu thành

( đã phân tích) theo một trật tự hợp lý để có thể xếp nó vào một loại đối tượng đã biết hay

tìm ra một đối tượng mới, từ đó tìm ra hướng giải quyết theo nhiệm vụ đã đặt ra hoặc tìm

ra phương hướng phân tích tiếp theo

Phân tích và tổng hợp là hai hoạt động luôn luôn đi kèm nhau để tìm hiểu một hiện

tượng, sự việc một cách trọn vẹn Các hoạt động tư duy hỗ trợ hai hoạt động này là trừu

tượng hóa, khái quát hóa

Vậy: Các động từ dùng để hỏi kiểm tra mức nhận thức này là: kết hợp, phối hợp,

sáng tác, thiết kế, tổ chức, sắp xếp lại, cấu trúc lại, viết lại, tìm cách giải…

1.2.6 Mức nhận thức “ Đánh giá”

Một người có khả năng đánh giá là người có thể thực hiện công việc sau: khi tìm

hiểu một vấn đề, có thể nhận được vấn đề này đúng hay sai, hay hay là dở, chính xác hay

không chính xác, có giá trị hay không có giá trị…và mức độ của nhận định đó ( cho

điểm)

Muốn có năng lực này, trước hết người học phải vững vàng về kiến thức, thuần

thục các hoạt động tư duy như: phân tích và tổng hợp, so sánh, phân loại, trừu tượng

hóa…Phải kiên định với những định chuẩn đã đặt ra Tuy nhiên cũng phải biết kết hợp

hoàn cảnh của đối tượng, của sự kiện để có thể “gia giảm” hợp lý các điểm số đánh giá

Có thể chia năng lực này theo các mặt công việc sau:

- Đánh giá nội dung: Sau khi hoàn thành một bài luận, một bài tập hoặc một bài

viết nào đó, học sinh có thể xem lại để biết công việc của mình làm có đạt chuẩn hay

không để có thể hoàn chỉnh nó Bên cạnh đánh giá nội dung, một sự đánh giá sắc bén đôi

khi cũng cần có, đó là đánh giá ý tưởng của công việc Đây là một sự đánh giá trí tuệ con

người thông qua việc trình bày Trong học tập, học sinh có thể đánh giá độ khó của một

bài tập, thậm chí đánh giá cách giải của bạn là hay, không hay…khi học sinh phát biểu,

trao đổi nhóm, các em khác có thể nhận xét nội dung phát biểu, tranh luận của bạn

- Đánh giá hình thức: Các loại hình thức cần được đánh giá là: hình thức trình

bày, hình thức văn chương, và hình thức logic trong cách nói và viết

- Đánh giá tư tưởng:Mỗi công việc đều mang một mục đích tư tưởng nhất định

(đạo đức, nhân đạo, tính phục vụ, tính môi trường, thế giới quan,…)

- Đánh giá mức độ: Ngoài việc định chuẩn cho các nội dung đánh giá, người

đánh giá cần biết chia điểm hợp lý cho mỗi tiêu chí đánh giá Ở bậc trí tuệ cao nhất này,

người đánh giá cần biết lượng hóa từng tiêu chí, biết so sánh, phân loại …sao cho việc

đánh giá được công bằng

Vậy: Có thể dùng các câu hỏi: Đánh giá, kết luận, nhận xét, phê bình, phê phán, bảo

vệ, phán đoán,…để đánh giá hoạt động này

Chương 2: CẤU TRÚC LẠI KIẾN THỨC CHƯƠNG “ GIAO

THOA ÁNH SÁNG” MỘT CÁCH CÓ HỆ THỐNG

Ánh sáng mặt trời cũng như cầu vồng cho chúng ta thấy rằng nó là tổng hợp các

màu trong vùng nhìn thấy Các màu xuất hiện trong cầu vồng là do các sóng tới với bước

sóng khác nhau lệch những góc khác nhau khi chúng đi qua những hạt mưa để tạo nên

cầu vồng Tuy nhiên những màu rục rỡ của bong bóng xà phòng và các váng dầu được

tạo nên không phải do khúc xạ mà do sự giao thoa của ánh sáng phản xạ trên chúng Các

sóng giao thoa kết hợp với nhau làm tăng cường hoặc triệt tiêu vài màu sắc nào đó trong

phổ của ánh sáng mặt trời dọi tới

Sự tăng cường hay triệt tiêu có tính chất chọn lọc đối với các bước sóng ánh sáng

có nhiều ứng dụng Khi ánh sáng đập lên mặt của của một khối thủy tinh thông thường

chẳng hạn, thì khoảng 4% năng lượng ánh sáng tới là được phản xạ vì thế chùm ánh sáng

truyền qua cũng sẽ bị yếu đi chừng ấy Sự mất ánh sáng vô ích này có thể trở thành vấn

đề trong các hệ quang học có nhiều thành phần Một “lớp giao thoa” mỏng, trong suốt

tráng lên bề mặt của khối thủy tinh có thể làm giảm lượng ánh sáng phản xạ (và do đó

làm tăng ánh sáng truyền qua) nhờ giao thoa mà triệt tiêu đi Màu hơi xanh của thấu kính

máy ảnh chứng tỏ thấu kính đã được tráng một lớp như thế Đôi khi chúng ta lại muốn

làm tăng hơn là giảm đi độ phản xạ của mặt thủy tinh Điều này cũng có thể thực hiện

được nhờ phương pháp tráng giao thoa Trong thực tế một sự tổ hợp các lớp giao thoa có

độ dày và chiết suất khác nhau có thể làm phản xạ hoặc truyền qua gần hết vùng bước

sóng ánh sáng mong muốn thí dụ có thể mua các của kính có tráng các lớp giao thoa để

phản xạ tốt tia hồng ngoại (do đó phòng sẽ ấm hơn do giữ lại đươc tia hồng ngoại) nhưng

lại phản xạ kém ánh sáng khả kiến (nên dể dàng làm cho ánh sáng mặt trời đi vào trong

nhà)

Để hiểu được hiện tượng giao thoa chúng ta cần phải vượt ra ngoài những hạn chế

của quang hình học và sử dụng toàn điện của quang học sóng Thực tế, sự hiện diện của

hiện tượng giao thoa, như chúng ta sẽ thấy, có lẽ là một bằng chứng đầy thuyết phục rằng

ánh sáng là một sóng

2.1 NHỮNG CƠ SỠ CỦA QUANG HỌC SÓNG

2.1.1 Nguyên lý Huyghen

Người đầu tiên đề ra thuyết sóng ánh sáng có sức thuyết phục là nhà vật lý người

Hà Lan Christian Huygens năm 1678

Lý thuyết của Huygens khó hiểu hơn thuyết điện động lực học của Maxevell về sau này

nhưng lại đơn giản hơn về mặt toán học nên vẫn còn dùng cho đến ngày nay Ưu điểm

lớn của nó là giải thích được những định luật về phản xạ và khúc xạ theo thuyết sóng và

có ý nghĩa vật lý của chiết suất

Lý thuyết sóng của Huygens dưạ trên sự dựng hình cho phép chúng ta xác định

một mặt sóng cho trước sau một thời gian sẽ ở đâu nếu chúng ta biết vị trí ban đầu của nó Cách vẽ này dựa trên nguyên lý Huygens phát biểu như sau:

“Mọi điểm trên mặt sóng đều dùng làm nguồn điểm của các sóng cầu thứ cấp Sau

một thời gian t vị trí mới của mặt sóng sẽ là bao hình của tất cả sóng thứ cấp trên”

Dưới đây là một ví dụ đơn giản Ở phía trái của hình, vị trí hiện tại của mặt sóng

phẳng di chuyển sang phải trong không gian tự do (chân không) được biểu diển bằng mặt

phẳng ab, vuông góc với mặt phẳng của tờ giấy (giao tuyến của mặt này với mặt phẳng

của tờ giấy hơi giống với ngọn sóng thẳng

và dài di chuyển trên mặt nước) Hỏi sau

thời gian t thì mặt sóng sẽ ở đâu?

Chúng ta hãy dùng một số điểm trên

mặt ab (các dấu chấm) làm tâm để vẽ các

sóng cầu thứ cấp Sau thời gian t bán kính

của các sóng cầu thứ cấp là c.t, trong đó c là

vận tốc của ánh sáng trong chân không

Chúng ta biểu diễn mặt phẳng tiếp tuyến

với các hình cầu đó ở thời điểm t bằng mặt

de Đó là mặt sóng phẳng ở thời điểm t Nó

song song với mặt phẳng ab và cách ab một

khoảng bằng c.t Như vậy các mặt phẳng

sóng truyền dưới dạng các mặt phẳng với

vận tốc là c

Hình 2.1 Sự truyền của một sóng phẳng trong chân không được hình dung theo nguyên lý Huygens

2.1.2 Phương trình sóng ánh sáng

 Ta đã biết ánh sáng là một loại sóng điện từ, nghĩa là một điện từ trường biến thiên

 Thực nghiệm chứng tỏ rằng chỉ có thành phần điện trường E tác dụng vào mắt

mới gây cảm giác sáng Vì vậy dao động của vectơ



E được gọi là dao động sáng Mặt khác, thực nghiệm cũng cho thấy rằng hầu hết các hiện tượng quang học xảy ra đều do

tác dụng của vectơ cường độ điện trường

v

r T

Biểu thức (2) gọi là phương trình sóng ánh sáng

Trong đó: E là li độ dao động ở thời điểm t, E0 là biên độ dao động, là tần số góc,  là

pha ban đầu, v là vận tốc truyền sóng trong môi trường có chiết suất n (

n

c

ánh sáng lan truyền từ S đến M

2.1.3 Nguyên lý chồng chất

 Nguyên lý chồng chất là nguyên lý cơ bản để nghiên cứu hiện tượng giao thoa

ánh sáng và nhiễu xạ ánh sáng Nội dung của nó như sau:

“ Khi hai hay nhiều sóng ánh sáng gặp nhau thì sóng này không làm nhiễu loạn sóng

kia và sau khi gặp nhau các sóng ánh sáng vẫn truyền đi như cũ Tại những điểm trong

miền các sóng gặp nhau, dao động sáng tại điểm đó bằng tổng các dao động sáng thành

E E

E E E

1 3

2

Cần chú ý rằng, nguyên lý chồng chất chỉ đúng với các sóng ánh sáng do nguồn

sáng thông thường phát ra (cường độ điện trường yếu), không đúng với các sóng ánh

sáng do nguồn laze phát ra (vì có cường độ điện trường lớn nên có sự tương tác lẫn với

nhau)

2.2 SỰ GIAO THOA ÁNH SÁNG NGUỒN KẾT HỢP

2.2.1 Sự giao thoa ánh sáng

 Khi hai hay nhiều sóng ánh sáng gặp nhau tại một miền nào đó của không gian thì

tại miền đó người ta thấy có những dải màu sáng và tối xen kẻ lẫn nhau Hiện tượng này

gọi là sự giao thoa ánh sáng Miền không gian có giao thoa ánh sáng gọi là trường giao

thoa

 Thực nghiện cho thấy rằng chỉ có những sóng phát ra từ những nguồn kết hợp thì

mới có thể tạo ra hiện tượng giao thoa ánh sáng

2.2.2 Dao động kết hợp và

không kết hợp

 Để làm xuất hiện hình ảnh giao

thoa trên màn quan sát, các sóng ánh

sáng đi đến một điểm nào đó trên màn

phải có một hiệu số pha  không thay

đổi Đó là trường hợp những sóng ánh

sáng đi qua các khe S1 và S2 là những

phần của một sóng độc nhất dọi sáng

các khe Do hiệu số pha vẫn không đổi

ở mọi nơi nên ánh sáng xuất phát từ

các khe S1 và S2 được gọi là hoàn toàn

kết hợp

Hình 2.4: Hai sóng kêt hợp hoàn toàn

 Nếu ta thay hai khe bằng các nguồn sáng giống nhau nhưng độc lập, như hai dây

tóc bóng đèn đang nóng đỏ, thì hiệu số pha giữa các sóng bức xạ từ các nguồn thay đổi

nhanh chóng và hỗn loạn Điều đó là do ánh sáng được bức xạ từ vô số nguyên tử trong

giây tóc hoạt động một cách hỗn loạn và độc lập với nhau trong một thời gian cực kỳ

ngắn (vào khoảng nano giây) Kết quả là ở tại điểm cho trước của màn quan sát, sự giao

thoa giữa các sóng từ hai nguồn sẽ thay đổi nhanh chống và hỗn loạn giữa trạng thái hoàn

toàn tăng cương và hoàn toàn triệt tiêu nhau Mắt và đa số các máy thu quang học thông

thường không thể theo dõi sự thay đổi như vậy nên không thể nhìn thấy hình ảnh giao

thoa Màn quan sát như được dọi sáng đều Ánh sáng như trên được gọi là hoàn toàn

không kết hợp

Để biết rõ hơn về nguồn kết hợp và nguồn không kết hợp ta xét hai dao động có

cùng tần số và cùng phương gặp nhau tại điểm M, được biểu diễn bằng các phương trình

sau:

Trong đó: E01, E02 là biên độ dao động thành phần, 1,2 là pha ban đầu

Kết quả tính toán cho thấy dao động tổng hợp tại điểm M là một dao động có cùng

tần số, cùng phương với hai dao động thành phần:

 



t E

Biên độ E0 và pha ban đầu  được xác định bởi:

 1 2

02 01 2

02 2 01 2

Và

2 02 1 01

2 02 1 01

cos.cos

sin.sin

.tan

E E

Trong thực tế các máy thu ánh sáng (kể cả mắt) dù nhạy đến đâu cũng chỉ ghi nhận

được giá trị trung bình của cường độ sáng trong thời gian quan sát mà thôi Vì vậy, biểu

thức (12) phải lấy giá trị trung bình:

2 1 2

Từ (14) ta thấy cường độ sáng trung bình tại điểm M chỉ phụ thuộc vào hiệu số pha

ban đầu 12của hai dao động sóng

Có thể xảy ra hai trường hợp:

Khi đó: cos1 2 = cos12 = const, nên theo (14) ta có:

2 1 2

Nghĩa là tại những điểm M khác nhau, cường độ sáng tổng hợp I có thể lớn hơn hay nhỏ

hơn (I1 + I2) tùy thuộc vào hiệu số pha ban đầu 1 2

Như vậy, trong trường hợp này có thể xảy ra hiện tượng giao thoa

Các dao động có cùng tần số có hiệu số pha ban đầu không đổi theo thời gian được gọi

là các dao động kết hợp Nguồn sáng phát ra các dao động kết hợp được gọi là nguồn kết

hợp

Trường hợp 2: Hiệu số pha ban đầu thay đổi theo thời gian (1-2 const)

Khi đó ta có cos1 2 = 0 và từ (14) ta có:

Như vậy tại mọi điểm trong miền không gian hai sóng gặp nhau, có cường độ sáng như

nhau nghĩa là không có hiện tượng giao thoa

Các dao động có hiệu số pha ban đầu thay đổi theo thời gian gọi là các dao động không

kết hợp Nguồn phát ra các dao động không kết hợp gọi là nguồn không kết hợp

Tóm lại, muốn có hiện tượng giao thoa sóng ánh sáng thì các sóng phải là sóng kết

hợp và dao động của chúng phải cùng phương

2.3 KHẢO SÁT HIỆN TƢỢNG GIAO THOA CỦA HAI SÓNG ÁNH

SÁNG KẾT HỢP

2.3.1 Vị trí các cực đại và cực tiểu của giao thoa

Xét hai sóng kết hợp được phát ra từ hai nguồn kết hợp S1 và S2 có cùng tần số 

gặp nhau tại điểm M trong không gian, cách S1 và S2 những khoảng tương ứng là r1 và r2

Giả sử phương trình của hai dao động sáng tại S1, S2 là:

E1 = E01cos (t)

E2 = E02cos (t) Phương trình của hai sóng ánh sáng tại điểm M là:

Hình 2.5: Hiệu đường đi của tia sáng

01 1

01 '

02 '

Cường độ sáng tại điểm M là:

2 1 2

Trong đó = L1 – L2 gọi là hiệu quang trình của hai tia sáng S1M và S2M

hiệu quang trình  của hai sóng tại M Cụ thể:

Cường độ sáng cực đại khi cos1 2 = +1

Như vậy, cực đại giao thoa (những điểm sáng nhất) là những điểm mà tại đó hiệu

quang trình của hai sóng bằng một số nguyên lần bước sóng

Lập luận tương tự như trên ta có: Cực tiểu giao thoa (những điểm tối nhất) là những

điểm mà tại đó hiệu quang trình của hai sóng bằng một số lẻ lần nửa bước sóng:

21

2  



Với k = 0, 1,2,3

Tại đó cường độ sáng cực tiểu và bằng:

2

Chú ý: Trường hợp ánh sáng truyền trong chân không và trong không khí, khi đó n = 1, L

= r thì vị trí các cực đại, các cực tiểu của giao thoa được xác định bởi các công thức:

2 1 2

1 2

2.3.2 Vị trí giao thoa, khoảng vân

Xét một điểm M trên màn E trên hình Vị trí của điểm M được xác định bởi

x = OM Kẻ MH vuông góc với S1S2 và đặt S1S2 = a

Hình 2.6: Vị trí vân giao thoa

Đặt IO = D ( khoảng cách từ hai nguồn đến màn), ta có:

2 2 2

1

a x

2

a x

Tại điểm M sẽ có vân sáng khi: r2 – r1 = k

Thay (26) vào ta tìm được vị trí vân sáng là:

xs = k

a D



(27) Với k = 0, 1,2,3

Tại O ( x = 0, k = 0), ta có vân sáng trung tâm ( vân sáng chính giữa), ở hai bên vân

sáng trung tâm là vân sáng bậc 1 ( k= 1), bậc 2 ( k = 2)…

Tương tự như trên ta tìm được vị trí của vân tối là:

Từ hai công thức trên ta thấy các vân sáng và vâ tối xen kẽ và cách đều nhau

Khoảng cách giữa hai vân sáng liên tiếp hoặc hai vân tối liên tiếp nhau gọi là khoảng

vân:

i = xk+1 – xk = (k + 1)

a D



- k

a D



a D

chính xác đến khoảng 0,001 m

2.3.3 Điều kiện bề rộng của khe

Trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng bề rộng của hai khe S1 và S2 rất hẹp,

các vân sáng trên màn quan sát sẽ mãnh, tách rời nhau Trong thực tế nếu hai khe không

đủ nhỏ thì các vân sáng trên màn sẽ nhòe và có khi mất hẳn

Để tìm đều kiện cho kích thước hai khe, ta tiền hành tách mỗi khe thành hai dãy đều

nhau Như vậy ta được hai cặp khe b, d và c,e thay cho cặp khe S1S2

2 1

bd = ce = a

Hình 2.7: Điều kiện bề rộng của khe

Trên màn E lúc này có hai hệ vân với vân trung tâm là c1 và c2

a D

thì vân sáng của hệ vân này sẽ trùng với vân tối của hệ vân kia

Thực nghiệm đã cho thấy rằng c1c2 = i

4

i



Và c1c2 = i=

2 1

a D



2

1



2.3.4 Nguồn sáng trắng chiếu vào khe

Giả sử S1S2 là hai nguồn phát ra ánh sáng trắng Ánh sáng trắng do nhiều thành phần

đơn sắc hợp thành (gồm các ánh sáng đơn sắc từ màu tím đến màu đỏ có bước sóng từ

0,4 đến 0,76 m)

Mỗi thành phần đơn sắc sẽ cho một hệ vân giao thoa với các cực đại sẽ là các vạch

sáng đơn sắc Khoảng vân và vị trí vân cực đại được xác định:

i =

a D



Xs = k

a D



Các hệ vân đơn sắc sẽ chồng chất lên nhau

Tại vân trung tâm k = 0 thì Xs = 0 với bất kỳ giá trị của  nào Nghĩa là vân trung

tâm là vạch sáng trắng

Từ công thức (31), mặc dù cùng bậc giao thoa, vì bước sóng đơn sắc có giá trị khác

Trong đó vân tím gần vân trung tâm nhất và màu đỏ xa vân trung tâm nhất

Phía ngoài hai dãy màu cầu vồng, các vân sáng của các thành phần đơn sắc khác

nhau bắt đầu trùng lên nhau, nghĩa là vân sáng bậc ki của i sẽ trùng với vân sáng của kj

cua j…

Ta có:

K11 = k22 = ….= kii = kjj = khh = ……

2.4 CÁC THÍ NGHIỆM ĐỂ QUAN SÁT GIAO THOA ÁNH SÁNG

CHO VÂN KHÔNG ĐỊNH XỨ

2.4.1 Nguyên tắc chung để tạo ra các sóng kết hợp từ các nguồn sáng thông

thường

Muốn quan sát được hiện tượng giao thoa trước hết phải tạo ra các nguồn kết hợp

Thí nghiệm chứng tỏ rằng ánh sáng phát ra từ hai nguồn sáng thông thường là sóng

không kết hợp Vì vậy để tạo ra hai sóng kết hợp từ nguồn sáng thông thường phải bằng

cách nào đó (phản xạ, khúc xạ…) tách ánh sáng phát ra từ một nguồn điểm thành hai

sóng, cho truyền theo hai con đường khác nhau Muốn có được hình ảnh giao thoa ta cho

hai sóng kết hợp được tách ra đó gặp nhau

Cần chú ý rằng, đối với nguồn sáng laze, người ta có thể sử dụng hai nguồn độc lập

để tạo ra hiện tượng giao thoa ánh sáng

Sau đây ta sẽ khảo sát một số thí nghiệm quan sát hiện tượng giao thoa ánh sáng

bằng nguồn sáng thông thường

2.4.2 Các thí nghiệm quan sát giao thoa

2.4.2.1 Khe Young

2.4.2.1.1 Thí nghiệm Young

Năm 1801, Thomas Young lần đầu tiên xây dựng lý thuyết sóng của ánh sáng

trên một cơ sỡ thực nghiệm vững vàng khi chứng minh rằng hai sóng sáng chồng lên

nhau có thể giao thoa với nhau Thí nghiệm của ông đặc biệt có sức thuyết phúc vì ông

có thể suy ra được bước sóng của ánh sáng từ những quan sát của ông và cũng là lần đầu

tiên cho phép đo đại lượng quan trọng này Giá trị của Young với bước sóng trung bình

của ánh sáng mặt trời là 0,57m rất gần với giá trị thừa nhận hiện nay là 0,555m

biểu diễn trên hình, ánh sáng đi qua bị loe ra do nhiễu xạ và gặp hai lỗ kim S1 và S2 dùi

trên màn B Hiện tượng nhiễu xạ lại xảy ra một lần nữa đối với hai lỗ kim này và hai

sóng cầu chồng lên nhau lan truyền vào không gian phía bên phải của màn B, ở đó chúng

có thể giao thoa với nhau

Hình 2.8: Giao thoa khe Young

Các điểm trong không gian ở đó hiện tượng giao thoa làm tăng cường ( cực đại

giao thoa) được đánh dấu bằng những chấm trong hình Chúng ta có thể tưởng tượng nối

các chấm thành những đường hơi

cong trải từ các lỗ kim đến màn C

Vùng sáng xuất hiện trên màn ở

những nơi các đường giao thoa cực

đại cắt màn Vùng tối là do giao thoa

làm triệt tiêu (cực tiểu) sẽ xuất hiện

giữa hai vùng sáng kế tiếp Các vùng

sáng vùng tối cùng tạo nên hình ảnh

giao thoa trên màn C

Hình 2.9.a cho thấy các tia

sáng tuyền từ hai khe S1 và S2 trên

màn B đến điểm P tùy ý trên màn

quan sát C

Hình 2.9.a: Các sóng xuất phát từ S1

và S2 tổ hợp tại P

Sóng sáng đi qua S2 cùng pha với sóng đi qua S1 vì rằng hai sóng này là một

nhất để đến P

Ta xét trường hợp hiệu lộ quang trình của hai sóng đến một điểm xác định hiệu

số pha của những sóng đến điểm ấy Nếu như hiệu lộ trình bằng không hoặc bằng một số

nguyên lần bước sóng thì các sóng tới sẽ cùng pha với nhau và khi giao thoa thì sẽ tăng

cường nhau Nếu như hiệu lộ trình bằng bội số lẻ của nửa bước sóng thì các sóng tới sẽ

ngược pha nhau và khi giao thoa sẽ triệt tiêu nhau Như vậy chính hiệu lộ trình xác định

cái gì xảy ra tại một điểm tùy ý trên màn quan sát của hình 2.9.a

Để thể hiện hiệu lộ trình này trong hình 2.9.a

ta tìm một điểm b trên tia xuất phát từ điểm S1 sao

cho lộ trình tứ b đến P bằng lộ trình từ S2 đến P Như

vậy, hiệu lộ trình giữa hai tia sáng là khoảng cách từ

S1 đến b Khi màn quan sát nằm khá gần màn B thì

hình ảnh giao thoa sẽ khó mô tả bằng toán học Tuy

nhiên, chúng ta đơn giản hóa phép tính một cách

đáng kể khi chúng ta lấy khoảng cách D giữa hai màn

khá lớn so với khoảng cách d của hai khe Lúc bây

giờ chúng ta có thể xem gần đúng các tia r1 và r2 song

( hình 2.9.b)

Hình 2.9.b: Khi D >> d thì ta xem

r1 và r2 như song song

Chúng ta cũng có thể xem tam giác tạo bởi các điểm S1, S2 và b gần đúng là

tam giác vuông và một góc trong tam giác ấy là  Hiệu hiệu lộ trình giữa hai tia ( vẫn

còn là khoảng cách từ S1 đến b) lúc bây giờ sẽ là:

Để có sự tăng cường tối đa ánh sáng đến điểm P tùy ý trên màn quan sát do

với k = 0, 1, 2,….( các cực đại)

Những vùng của cực đại giao thoa trên màn quan sát được gọi là những vân

sáng, và các giá trị của k có thể dùng để đặt tên cho chúng Khi k = 0, phương trình (33)

cho  = 0 Như vậy, có một vân sáng chính giữa nằm tại giao điểm của trục chính với

màn quan sát Cực đại chính giữa này là nơi mà sóng từ các khe đến với hiệu số pha bằng

không

Giá trị của k lớn dần, phương trình (33) cho thấy có những vân sáng ứng với

những giá trị của  lớn dần, cả phía trên lẫn phía dưới của vân cực đại chính giữa

Vd: với cực đại thứ 2 (k = 2) ánh sáng từ các khe đến với hiệu số pha của 2tương ứng

Đối với trường hợp triệt tiêu hoàn toàn, ánh sáng đến điểm P tùy ý trên màn

quan sát do giao thoa phải có hiệu lộ trình d.sin bằng một số lẻ lần nửa bước sóng

d.sin = (2k + 1)

2



(34) với k = 0, 1, 2, … (các cực tiểu)

Các giá trị k bây giờ dùng để đặt tên cho nhữn vùng cực tiểu gioa thoa được

gọi là những vân tối Vân tối thứ nhất ứng với k = 0 có hiệu số pha của

, nằm phía trên và phía dưới trục chính Đối với những giá trị lớn dần của k

sẽ có những vân tối ứng với những giá trị lớn dần của góc 

Các phương trình (33) và (34) được suy ra trong trường hợp D >> d

Do màn C được đặt ở bất kỳ vị trí nào trong trường giao thoa ta cũng thu được

vân giao thoa, cho nên loại vân này được gọi là vân giao thoa không định xứ

Tuy vậy chúng ta có thể đặt một thấu kính giữa khe và màn quan sát sao cho màn

quan sát nằm tại mặt phẳng tiêu của thấu kính là mặt vuông góc với trục chính khi và đi

qua tiêu điểm Như vậy, các tia từ mọi điểm đến màn quan sát sẽ đúng là song song với

nhau ( chứ không phải là gần đúng) khi chúng đi ra xa khỏi khe

2.4.2.1.2 Các dạng bài tập của giao thoa khe Young

a Tìm khoảng vân, vị trí vân sáng, vị trí vân tối trên màn

Bài tập mẫu:

VD 1 : Khoảng cách giữa hai cực đại kế tiếp ở gần tâm của hình giao thoa ( trên

cách giữa hai khe là 0,12 mm và khoảng cách D giữa hai khe và màn là 55cm?

 Giải:

Trước tiên ta cho rằng góc  trong hình 9.a là khá nhỏ để ta có thể lấy gần đúng:

sin  tan    ( được đo bằng rad)

Từ hình 9.a ta thấy rằng với vài giá trị của k ( yêu cầu k nhỏ để tương ứng với các

cực đại gần tâm của hình giao thoa)

y = y(k + 1) – yk =

d D



3

2 9

10 12 , 0

10 55 10 546







= 2,50.10-3 m = 2,5 mm Chú ý: khi giá trị của d và  trong hình 9.a vẫn còn nhỏ thì khoảng cách giữa các

vân giao thoa liên tiếp không phụ thuộc vào k, nghĩa là các vân cách đều nhau

là D = 0,6 m

a Tìm khoảng cách giữa hai vân sáng liên tiếp hoặc hai vân tối liên tiếp?

b Xác định vị trí của vân sáng bậc hai và vân tối bậc 5 cách vân trung tâm

bao nhiêu?

c Tìm khoảng cách giữa hai vân nói trên (cùng phía và khác phía)?

d Trên màn có hai điểm M và N cách vân trung tâm lần lượt là 3,6 mm và

6,12 mm Hỏi tại M và N là vân sáng hay vân tối, bậc mấy?

 Giải:

a Ta có khoảng cách giữa hai vân sáng liên tiếp hoặc hai vân tối liên tiếp

đó chính là khoảng vân của hệ giao thoa nên ta có:

i =

a D



6

10.5,0

6,0.10.6,0

a Tìm khoảng cách giữa hai vân nói trên:

Hình 2.10: Tìm khoảng vân cùng phía hay khác phía Cách 1: Dùng hình vẽ

* Cùng phía:

Chúng ta thấy, vân sáng bậc 2 và vân tối bậc 5 nếu nằm cùng phía với vân trung tâm thì khoảng cách giữa chúng là:

= k.i

72,0

6,



= k.i

72,0

12,6

b Đếm số vân sáng, số vân tối trên màn

2 khe cách mà 2 m Được chiếu ánh sáng đơn sẵc với bước sóng  Lúc đó trên màn

người ta đếm được khoảng cách bề rộng của 11 vân sáng liên tiếp là 8mm

b Đếm số vân sáng và số vân tối trên màn biết bề rộng vùng giao thoa là L = 1,5 cm

 Giải:

a Tìm khoảng vân I và :

*Khoảng vân i:

Hình 2.11: Tìm khoảng vân

Ta thấy, theo hình thì khoảng cách 11 vân sáng liên tiếp là 10.i Vậy ta có:



để ta tìm bước sóng của ánh sáng đơn sắc:

i =

a D

=

D

i a.

  = 4 10 0 , 4 10 m 0 , 4m

2

10 8

4 3

b Đếm số vân sáng , vân tối trên màn:

Ta có L là bề rộng vùng giao thoa với vân trung tâm là trung điểm Vậy ta có số vân

sáng và số vân tối chỉ xuất hiện trong khoảng L

i

L  

2

P là phần thập phân của số thập phân Thì ta sẽ được:

5,02

N

P N

Vậy ta có số vân sáng và số vân tối là:

10 5 , 1





= 9,375 = 9 + 0,375

 Số vân tối là: 2N = 2.9 = 18 vân ( 0,375 < 0,5)

c Giao thoa với khe Young trong môi trường có chiết suất là n và thay đổi

khoảng cách

Gọi  ' là bước sóng ánh sáng trong môi trường có chiết suất n

' n

Ta có: i =

a D



 i tỉ lệ với D

a D



a D'



Nếu D = D’ – D > 0 Ta dịch màn ra xa (ứng i’ > i)

Nếu D = D’ – D < 0 Ta đưa màn lại gần ( ứng i’ < i)

Bài tập mẫu:

VD: Một khe hẹp S phát ánh sáng đơn sắc = 600nm, chiếu vào khe Young có a

= 1,2mm, lúc đầu vân giao thoa được quan sát trên một màn M đặt cách một mặt phẳng

cần phải dịch chuyển màn quan sát so với vị trí đầu như thế nào?

 Giải

Ta có i’ =

a D'





a i'.

3 3

10.600

10.2,1.10.5,0

Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng với khe Young, nếu ta đặt trước khe S1 một

bản thủy tinh có chiều dày e, chiết suất n

Khi đặt bản mỏng trước khe S1 thì đường đi của tia sáng S1M và S2M lần lượt là:

e n D

x a

)

1(

 =

e n D

x a

)

1(

VD: Thí nghiệm giao thoa ánh sáng đơn sắc bằng khe Young biết a = 0,5mm, D =

thủy tinh phẳng mỏng có n = 1,5 thì vân sáng chính giữa bị dịch chuyển đến vị trí vân

sáng bậc 20 ban đầu tìm bề dày e của tấm thủy tinh này?

n 1

= 20i e = n D

a i

.1

.20

- Nếu đặt hai bản mỏng khác nhau trên cả hai đường chuyền thì sự dịch

chuyển của hệ vân là:

2

e Tịnh tiến khe sáng S đoạn y 0

Hình 2.13: Bài toán tịnh tiến khe sáng Trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng, nguồn sáng S phát ánh sáng đơn sắc

cách giữa hai khe S1; S2 là a , khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe tới màn quan sát là

D

Tịnh tiến nguồn sáng S theo phương S1 S2 về phía S1 một đoạn y thì hệ thống vân

giao thoa di chuyển theo chiều ngược lại đoạn x0:

yD x

d

Bài tập mẫu:

VD: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng bằng khe Young, có D = 1m, khoảng

cách từ nguồn S đến 2 khe là d = 20cm Nếu dịch chuyển nguồn sáng S một đoạn theo

phương vuông góc với trụ đối xứng của hệ thì hệ vân trên màn sẽ dịch chuyển như thế

nào?

 Giải

Từ hình vẽ trên ta có: điểm O’ với hiệu quang trình là:

(S’S2 + S2O’) - (S’S1 + S1O’) = (S’S2 – S’S1) + (S2O’ – S1O’) =

D

ax d

y

a  0 Muốn O’ là vạch sáng thì:

D

ax d

khoảng:

200

2 10

Khi cho chùm đa sắc gồm nhiều bức xạ chiếu vào khe Young để tạo ra giao thoa

Trên màn quan sát được hệ vân giao thoa của các bức xạ trên Vân trung tâm là sự chồng

chập của các vân sáng bậc k = 0 của các bức xạ này Trên màn thu được sự chồng chập: của

các vạch sáng trùng nhau, các vạch tối trùng nhau hoặc vạch sáng trùng vạch tối giữa các

bức xạ này

Ta có: Giao thoa của hai hay nhiều bức xạ:

Dạng 1 ị trí v n sáng trùng

2 2 1 1 2

2 1

;

2

;

; 0

2 1 1

2 2

1

n n k

m m k

n

m k

Dựa vào phương trình biện luận chọn các giá trị k thích hợp, thông thường chọn k

là bội số của số nguyên nào đó

* Số vạch trùng quan sát được Số vạch sáng quan sát được:

Khi có giao thoa:

Vị trí vân sáng:

k= ki = k

a D

pn k

2 1

-

2 2

L x L



2

2

a

D pn L

aL n

D p

*Số vạch quan sát được trên trường L:

N

L s q

2 /

VD: Trong thí nghiệm về giao thoa ánh sáng qua khe Young có a= 2mm, D=2m,

nguồn sáng gồm hai bức xạ 10,5m,20,4m Tìm số vân sáng quan sát được trên

trường giao thoa ?

 Giải

Ta có : N

L s q

2 /



6

1

10.2

2 10.5,0







a D

/ 1

2 1

4,

n k

5

4

2 1

 x = k1i1 = 4ni1 = 2n (mm)

2

13 2 2

13 2

Bậc trùng nhau của từng bức xạ và vị trí trùng nhau:

Bảng 2.2: Bậc trùng nhau của hai vân sáng

Nhận xét: Khoảng cách giữa 2 vân sáng trùng nhau liên tiếp là như nhau và là 4i1

hay 5i2 Trong bài này là XS liên tiếp= 8i1 – 4i1 = 4i1 = 4.0,5 = 2mm

Loại 2: Hai vân tối trung nhau của hai bức xạ:

* Khi vân tối của 2 bức xạ trùng nhau:

2 1 1

k T k

T x

a

D k

a

D k

2 ).

1 2 ( 2 ).

1 2

2 1

1

12

12

) 1 2 ( 1 2

2

1

n q k

n p k

;

Vị trí trùng: x

a

D n

p

x T k

2 ).

1 2

1 1

L x

L x

L

2 2 ).

1 2 ( 2

a

D n

p L

Số giá trị của n thỏa mãn (*)

* Số vân xT  trong miền MN  L:

Bài tập mẫu:

VD: Trong thí nghiệm giao thoa Young thực hiện đồng thời hai bức xạ đơn sắc

với khoảng vân trên màn thu được lần lượt là: i1 = 0,5mm; i2 = 0,3mm Biết bề rộng

trường giao thoa là 5mm, số vị trí trên trường giao thoa có 2 vân tối của hai hệ trùng nhau

3,01

2

12

1 2 2

) 1 2 ( 3 1 2

2

1

n k

n k

2 ) 1 2 ( 3 2 ).

1 2 (

x T k

T





Ta có:

-2

52

5,0)

12(32

52

5 , 1 2 5 , 1 2

Loại 3: Vân sáng của bức xạ này trùng vân tối của bức xạ kia

* Giả sử: x

2 ).

1 2

2 1

1

2 2 1 1

i k i k

i k

1

221

) 1 2 ( 1 2

1

2

n p k

n q k

 Vị trí trùng: x p(2n1).i1

-2 ) 1 2 ( 2 2

L i n p L L

x L

VD: Trong thí nghiệm giao thoa Young, thực hiện đồng thời với 2 ánh sáng đơn

sắc khoảng vân giao thoa trên màn lần lượt i1 = 0,8mm, i2 = 0,6mm Biết trường giao thoa

2 6 , 0 2

8 , 0 2

1

1 2

1 1

2

n k

n k

i

i k

L

n: 0;1;-1;-2

g Giao thoa với ánh sáng trắng

Nhận xét: Khi thực hiện giao thoa với ánh sáng trắng ta thấy:

* Ở chính giữa mỗi ánh sáng đơn sắc đều cho một vạch màu riêng, tổng hợp của chúng cho ta vạch sáng trắng (Do sự chồng chập của các vạch màu đỏ đến tím tại

vị trí này)

* Do tím nhỏ hơn tím = itím.D/a nhỏ hơn và làm cho tia tím gần vạch trung tâm hơn so với tia đỏ (Xét cùng một bậc giao thoa)

a Các bức xạ của ánh sáng trắng cho vân sáng tại x 0 khi:

Tại x0 có thể là giá trị đại số xác định hoặc là một vị trí chưa xác định cụ thể

0





ax k D

các bức xạ của ánh sáng trắng cho vân sáng tại x0.

b Các bức xạ của ánh sáng trắng cho vân tối (bị tắt) tại x 0: Khi: x = (2k+1)

ax

)12(

ax

)12(

D

ax

1 0 2

12

ax

)12(

VD: Trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng, hai khe được chiếu bằng ánh

sáng trắng có bước sóng từ 380nm đến 760nm Khoảng chách giữa 2 khe là 0,8mm,

khoảng cách từ mặt phẳng chứa 2 khe đến màn là 2 m Trên màn tại vị trí cách vân trung

tâm 3mm có vân sáng của những bức xạ nào?

 Giải

Ta có:

xM = xS = k.

a D





k k

kD

10.2,12

10.3.10.8,

10.76010

.2,

,115

10.4,010.2,1

Dạng 2: Xác định bề rộng quang phổ bậc k trong giao thoa với ánh sáng trắng

* Bề rộng quang phổ là khoảng cách giữa vân sáng màu đỏ ngoài cùng và vân

sáng màu tím của một vùng quang phổ

VD: Trong thí nghiệm về giao thoa ánh sáng trắng có a = 3mm, D = 3m, bước sóng

quang phổ thứ 2 kể từ vân sáng trắng trung tâm là bao nhiêu?

 Giải

Ta có:

Bề rộng quang phổ bậc 2:

) (

2 2

a

kD x

7 , 0 10 35 , 0 10 3

3

Gương Fresnel là một dụng cụ gồm hai gương phẳng M1 và M2 đặt nghiêng với

trên hai gương tựa như được xuất phát từ hai nguồn ảo S1, S2 sẽgặp nhau tại miền không

gian trước hai gương và giao thoa với nhau (Hình 2.14) Đặt màn quan sát E trong trường

giao thoa ta sẽ quan sát được các vân giao thoa Vân giao thoa này cũng là vân giao thoa

không định xứ

Gọi:

d: khoảng cách từ nguồn đến giao tuyến

d’ = IH: khoảng cách từ giao tuyến đến màn

: góc lệch giữa hai gương

Hình 2.14: Giao thoa với lưỡng gương phẳng Fresnel

Với a: khoảng cách hai khe ảo S1S2

D = d + d’Với D: khoảng cách từ hai nguồn đén màn

Bài tập mẫu:

VD: 2 Gương phẳng đặt nghiêng với nhau 1 góc rất nhỏ với  = 5.10-3 rad, nguồn

sáng cách giao tuyến 1 khoảng d = 1 m, giao tuyến cách màn ảnh 1 khoảng d’ = 2 m

trên màn?

 Giải:

Ta thấy hai gương đặt lệch một góc rất nhỏ ( = 5.10-3 rad) nên hai gương

sẽ tạo ra hai nguồn S1 và S2 có khoảng cách rất nhỏ sẽ tạo được giao thoa

* Khoảng vân:

Áp dụng công thức i =

a D



10.1

3.10.54,

10.2





= 61,7 = 61 + 0,7

2.4 .3 Lưỡng lăng kính Fresnel

quang rất bé ( < 100) được ghép đáy với nhau Một nguồn sáng S đặt cách nó 1 khoảng d

Hình 2.15: Lưỡng lăng kính Fresnel

Vì các tia tới của các tia đến lăng kính rất bé, do đó tất cả các tia ló lệch một góc

gần như như nhau, nên có thể coi các tia ló cùng xuất phát từ hai nguồn ảo S1 và S2 Hai

lên nhau tạo nên trường giao thoa Vân giao thoa này cũng không định xứ

D i a

Bài tập mẫu:

VD: Hai lăng kính của lưỡng lăng kính Frexnen có cùng góc chiết quang A 30 

làm bằng thủy tinh có chiết suất n=1,5 Nguồn S cách hai lăng kính 25cm, màn M cách

hai lăng kính 60cm S phát ra ánh sáng vàng có bước sóng 590nm Tính khoảng vân i và số

vân quan sát được

D = 0,85 m Mà:

khá xa G, nhưng nằm thấp gần mặt gương để cho các tia sáng đến gương với một góc tới

Hiện tượng giao thoa xảy ra là do sự chồng chất của chùm tia tới trực tiếp từ S với

có một nữa ở phía trên mặt gương G và vân giao thoa này cũng không định xứ

một vân sáng, nhưng thực tế lại là một vân tối Để giải thích điều này chúng ta phải thừa

nhận rằng: khi phản xạ trên gương quang trình của tia phản xạ tăng thêm một đoạn là

2



Hiện tượng này bao giờ cũng xảy ra khi ánh sáng phản xạ trên một môi trường

chiết quang hơn

Trường hợp phản xạ trên môi trường kém chiết quang hơn thì quang trình không

thay đổi

Chú ý rằng, trong thực các nguồn điểm S dùng trong các thí nghiệm được thay thế

bằng các khe sáng hẹp S để quan sát vân giao thoa được dễ dàng hơn

2.4.2.5 Bán thấu kính Billet

Hình 2.18: Bán thấu kính Billet

d f d'=

a=ed d 'd



(D d ')i

Vớ i e = O1O2: khoảng cách giữa hai nửa thấu kính

2.4.2.6 Cường độ ánh sáng trong giao thoa với hai khe

Các phương trình (33) và (34)

cho chúng ta biết các cực đại và các

cực tiểu giao thoa với hai khe nằm ở

đâu trên màn C của hình 2.19, theo

góc  Chú ý rằng  dùng để xác định

vị trí mọi điểm trên màn P tương ứng

với một giá trị nhất định của  Ở đây

chúng ta muốn tìm biểu thức của

cường độ I của các vân phụ thuộc và

góc 

Hình 2.19: Các sóng xuất phát từ S1 và

S2 tổ hợp tai P

Giả sử các thành phần của điện trường của sóng sáng đến điểm P trong hình 2.19

từ hai khe thay đổi theo thời gian có dạng:

sóng đều có cùng một biên độ E0 và hơn nữa chúng kết hợp với nhau vì chúng có một

hiệu số pha xác định Ta sẽ chứng minh rằng hai sóng ấy kết hợp tại điểm P để cho một

độ sáng có cường độ I cho bởi biểu thức:

Trong phương trình (64), I0 là cường độ trên màn quan sát của ánh sáng tới từ một

trong hai khe, khi khe kia tạm thời bị che lại Ta giả sử rằng các khe khá nhỏ so với bước

sóng của ánh sáng để cường độ ánh sáng đi từ một khe thực chất được phân bố đều trong

vùng trên màn mà chúng ta định quan sát các vân

Các phương trình (64) và (65) cùng nhau cho thấy cường độ I của mỗi vân thay

đổi như thế nào theo góc  trong hình 2.19, và phương trình đó cũng nhất thiết phải chứa

thông tin về các giá trị cực đại và cực tiểu

Thực vậy, việc nghiên cứu phương trình (62) cho thấy cường độ cực đại xảy ra khi:

Kết quả này giống hoàn toàn với phương trình (33) mà ta đã tìm được ở trên cho

Nếu kết hợp hệ thức này với phương trình (63) ta sẽ có được ngay:

Kết quả này giống như phương trình (34) mà ta đã tìm được cho vị trí các cực tiểu

Hình 2.20 là đồ thị của phương trình (64) biểu thị cường độ của hình ảnh giao thoa

của hai khe, như một hàm hiệu số pha  Đường thẳng nằm ngang nét liền là I0, đó là

cường độ (đều) trên màn quan sát khi một trong hai khe bị che Chú ý rằng từ phương

trình (64) cường độ ( mà lúc nào cũng dương) biến thiên từ 0 tại vân cực tiểu đến 4I0 tại

vân cực đại

Hình 2.20: Đồ thị phương trình cường độ

sáng