SKKN GIAO THOA ANH SANG

ĐÓNG GÓP MỚI VỀ MẶT KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI - Giúp một số học sinh giải các bài toán về Giao thoa ánh sáng tôt hơn, dễ hiểu hơn trong quá trình làm bài tập... Đỏ, vàng, lục, tím Câu 5: Một

PHẦN I - MỞ ĐẦU

I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Từ năm học 2005- 2006, Bộ GD – ĐT quyết định chuyển từ hình thức thi tự luận sang thi trắc nghiệm khách quan đã đem lại sự đổi mới mạnh mẽ trong việc dạy và học của giáo viên và học sinh

Tuy nhiên, qua thời gian thực tế giảng dạy ở trường ở trường THPT tôi nhận thấy một số vấn đề sau:

1 Việc dạy học và đánh giá thi cử theo hình thức trắc nghiệm khách quan đòi hỏi giáo viên cũng như học sinh phải có sự thay đổi về cách dạy và học Dạy học theo phương pháp trắc nghiệm khách quan đòi hỏi giáo viên không những phải đầu tư theo chiều sâu mà còn phải đầu tư kiến thức theo chiều rộng, người dạy phải nắm được tổng quan chương trình của môn học Điều này gây rất nhiều khó khăn cho giáo viên, đặc biệt là đội ngũ giáo viên trẻ khi chưa có nhiều kinh nghiệm giảng dạy

2 Khi chúng ta chuyển sang hình thức dạy học và đánh giá thi cử theo phương pháp trắc nghiệm khách quan thì một số giáo viên tập chung mở rộng kiến thức theo chiều rộng để đáp ứng cho vấn đề thi theo hình thức trắc nghiệm Vì vậy vấn đề đầu tư cho việc giải bài toán theo phương pháp tự luận

có thể bị mờ nhạt Điều này ảnh hưởng khá lớn đến chất lượng, mức độ hiểu sâu kiến thức về Vật lý của học sinh , đặc biệt là những học sinh khá của trường

Để góp phần cải thiện thực trạng trên , tôi quyết định thực hiện đề tài “Tìm hiểu các dạng bài toán về giao thoa ánh sáng trong Vật Lí THPT ”

Qua thời gian học tập và giảng dạy ở trường, tôi đã tổng hợp, áp dụng phương pháp và đã đạt được hiệu quả nhất định

Hy vọng đề tài này sẽ góp phần vào giải quyết những khó khăn trên

Với thời gian công tác chưa nhiều, trình độ còn hạn chế mà đề tài thì quá rộng nên trong đề tài không thể tránh được những sai sót và chưa phát huy hết ưu điểm, tác dụng của phương pháp Rất mong được sự góp ý chân thành từ quý đồng nghiệp để đề tài được hoàn thiện và thiết thực hơn

-

-

Tôi xin chân thành cảm ơn!

II MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

- Khắc phụ những khó khăn hiện tại, tìm ra phương án để giải quýât các bài toán về giáo thoa ánh sáng

- Nhằm góp phần đổi mới phương pháp dạy và học theo hình thức trắc nghiệm

- Ngoài ra, đề tài còn có thể là một tài liệu tham khảo bổ ích cho ccá bạn đồng nghiệp

III KHÁCH THỂ, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1 Đối tượng:

Học sinh lớp 12

2 Phương pháp nghiên cứu:

- Tìm hiểu việc dạy của giáo viên thông qua trao đổi và việc học của học sinh nhằm sơ bộ đánh giá và phát hiện những sai lầm của học sinh và đua ra ccá công thức tổng quát cho học sinh và đồng nghiệp tham khảo

- Dùng các công thức toán học để giải bài tập và sử lý các số liệu trong bài toán

IV NHIỆM VỤ, PHẠM VI VÀ THỜI GIAN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

- Nhiệm vụ nghiên cứu mục tiêu, chương trình, tài liệu ôn ôn thi tốt nghiệp, đại học và học sinh giỏi

- Phạm vi áp dụng: Phần sóng ánh sáng – SGK Vật lý 12 cơ bản

- Thời gian thực hiện đề tài: áp dụng cho nhiều măn học

V ĐÓNG GÓP MỚI VỀ MẶT KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI

- Giúp một số học sinh giải các bài toán về Giao thoa ánh sáng tôt hơn, dễ hiểu hơn trong quá trình làm bài tập

- Ánh sáng trắng (ánh sáng Mặt Trời) là hỗn hợp của nhiều ánh sáng đơn sắc

có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím

- Nguyên nhân của hiện tượng tán sắc là do chiết suất của lăng kính thuỷ tinh đối với ánh sáng đơn sắc khác nhau thì khác nhau, tăng dần từ màu đỏ đến màu tím

2 Hiện tượng giao thoa ánh sáng

- Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng là hiện tượng truyền sai lệch so với sự truyền thẳng khi ánh sáng gặp vật cản

- Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng thể hiện ánh sáng có tính chất sóng

- Vị trí các vân sáng

+ Đặt a = S1S2 ( Khoảng cách giữa hai nguồn kết hợp)

D = IO ( Khoảng cách giữa hai nguồn tới màn)

 là bước sóng ánh sáng

d1 = S1A và d2 = S2A là quãng đường đi được

của hai sóng từ S1S2 đến một điểm A, trên

một vân sáng

Gọi AI là đường trung tuyến, AH là đường

cao của tam giác S1S2A

Xét hai tam giác vuông AHS và AHS ta có

-

-

2 2 2 2 2

ax d

2 ) 1 2 (  

với (k = 0 ,1 , 2…) Vân tối không có khái niệm bậc giao thoa, gọi là vân tối thứ mấy

- Khoảng vân i là khoảng cách giữa hai vân tối hoặc hai vân sáng liên tiếp

- Biểu thức i = x k+1 – x k =

a D



- Tại O ta có x = 0, k = 0 là vân sáng bậc 0 của mọi bức xạ Ta gọi là vân sáng trung tâm, hay vân số 0

3 Bước sóng và màu sắc

- Mỗi bức xạ đơn sắc có một bước sóng xác định trong chân không

- Mọi ánh sáng đơn sắc mà ta trông thấy đều có bước sóng từ 380mm( màu tím) đến 760mm ( Màu đỏ)

- Ánh sáng mặt trời là hỗn hợp của nhiều ánh sáng đơn sắc có bước sóng từ 0 đến vô cùng Nhưng chỉ có ánh sáng đơn sắc có bước sóng từ 380mm đến 760mm là giúp mắt nhìn mọi vật và phân biệt mầu sắc

CHƯƠNG II THỰC TRẠNG CỦA VẤN ĐỀ

1 Thuận lợi

- Trong điều kiện hiện nay có nhiều thông tin sự đa dạng của các đầu sách tham khảo, đã phần nào làm cho khoảng cách về mặt nhận thức của học sing giữa các vung, miền được rút ngắn, chất lượng dạy và học ngày càng được nâng cao

- Được sư quan tâm của mọi tần lớp nhân dân về giáo dục và nhu cầu học tập, tìm hiểu các tri thức khoa học trong đó có tri thức khoa học về bộ môn Vật lý

để phục vụ trong đời sống ngày càng trở lên cấp thiết để hòa nhập với thế giới

Vì vậy việc giải các bài toán vật lý là một phương thức hữu hiệ để học sinh nâng cao trí tụê và bản lính trên con đường hoà nhập cuộc sống

- Hơn nữa gần đây khi Bộ GD&ĐT tiến hành tổ chức thi trắc nghiệm đối với

bộ môn Vật lý, Phần kiêns thức trong giao thoa chiếm một tỉ lệ nhất định trong thang điểm chính vì vậy nó giúp học sinh ôn tập tôt hơnvà không phức tạp

2 Khó khăn

- Do các em học sinh chưa biết làm bài tập theo kiểu trắc nghiệm

- Trong SGK không có nhiều dạng câu hỏi và công thức để học sinh áp dụng

- Đề thi Đại học và Cao đẳng luôn có nhiều câu khó yêu cầu học sinh tư duy

và vận dụng cả kiến thức nâng cao

Ta áp dụng các công thức về lăng kính và định luật khúc xạ

- Công thức lăng kính đặt trong không khí

- Vì khi ánh sáng truyền từ môi trường này sang môi trường khác chiết suất của môi trường phụ thuộc vào tần số ( mầu sắc ) nên tuy cùng góc tới như nhau nhưng góc khúc xạ lại khác nhau

- Trường hợp góc lệch cực tiểu :

D = Dmin  i = i’ =

2 min A

B Bài tập minh hoạ

Ví Dụ 1: Cho một lăng kính có chiết suất của lăng kính đối với tia đỏ là

nđ = 1,667 với tia tím nt = 1,776, góc chiết quang A = 60 Dùng một tia sáng trắng hẹp chiếu gần như vuông góc tới bề mặt lăng kính Góc giới hạn tạo bởi chùm ló ra khỏi lăng kính là bao nhiêu?

HD:

Vì góc chiết quang nhỏ ( A = 6 0 ) và góc tới nhỏ

(chiếu gần như vuông góc tới bề mặt lăng kính)

Ví Dụ 2: Chiếu một tia sáng Mặt Trời hẹp theo phương hợp với mặt nước

một góc 600 Tìm chiều dài vệt sáng ở đáy chậu biết chiết suất của nước đối

Xét hai tam giác vuông IHĐ và IHT

HĐ = HI.tanr đ = 20,32(cm)

HT = HI.tanr t = 20,06(cm)

Chiều dài vệt sáng ở đáy chậu là ĐT = HT – HĐ = 0,26(cm)

Ví Dụ 3: Một thấu kính làm bằng thuỷ tinh có chiết suất đối với màu đỏ là nđ

= 1,643, với màu tím là nt = 1,685 Thấu kính hai mặt cong lồi có bán kính là 30cm và 60cm Tìm khoảng cách giữa hai tiêu điểm của hai mầu đỏ và tím

n

Tiêu cự của thấu kính đối với màu tím là:

) 1 1 )(

1 3 , 0

O F t tím đỏ

f t

f đ

Tiêu cự của thấu kính đối với màu đỏ là:

) 1 1 )(

n

f d  d   = (1,643 – 1).(

6 , 0

1 3 , 0

Bài 2:Một thấu kính hội tụ có hai mặt lồi có bán kính giống nhau 20cm Chiết

suất của ánh sáng đỏ và tím đối với thấu kính là: nd =1,5 và nt=1,54 Khi đó khoảng cách từ tiêu điểm tia đỏ đối với tia tím là:

Bài 3: Một thấu kính mỏng hội tụ gồm 2 mặt cầu giống nhau, bán kính R, có

chiết suất đối với tia đỏ nà nđ = 1,60 đối với tia tím là nt = 1,69 Ghép sát vào thấu kính trên 1 thấu kính phân kỳ, 2 mặt cầu giống nhau, bán kính R Tiêu điểm của hệ thấy kính đối với tia đỏ và đối với tia tím trùng nhau Thấu kinh phân kỳ có chiết suất đối với tia đỏ (n’đ) và tia tím (n’t) liên hệ với nhau bởi:

A n’t = 2n’đ + 1 B n’t = n’d + 0,01

C n’t = 1,5n’đ D n’t = n’đ + 0,09

-

-

Bài 4:Một lăng kính thuỷ tinh có A = 450 Chiếu chùm tia sáng hẹp đa sắc SI gồm tập hợp 4 tia đỏ, vàng, lục tím đến gặp mặt bên AB theo phương vuông góc, thì có những tia nào ló ra khỏi mặt AC?

(Biết chiết suất của thuỷ tinh đối với ánh sáng màu vàng là 2)

A Đỏ B Đỏ, vàng

C Đỏ, vàng, lục D Đỏ, vàng, lục, tím

Câu 5: Một lăng kính có góc chiết quang A = 50, chiếu một chùm tia tới song song hẹp màu lục vào cạnh bên của lăng kính theo phương vuông góc với mặt phân giác của góc A sao cho một phần của chùm tia sáng không đi qua lăng kính và một phần qua lăng kính Biết chiết suất của lăng kính đối với ánh sáng màu lục n = 1,55 Khi i, A bé thì góc lệch D của tia sáng qua lăng kính là:

A 2,860 B 2,750 C 3,090 D Một giá trị khác

Câu 6: Một bể nước sâu 1,2m Một chùm ánh sáng mặt trời chiếu vào mặt

nước dưới góc tới i sao cho sini = 0,8 Chiết suất của nước đối với ánh sáng đỏ

là nđ = 1,331 và đối với ánh sáng tím là nt = 1,343 Bề rộng của dải quang phổ dưới đáy bể là:

Câu 7: Một lăng kính có góc chiết quang A = 60 Chiếu chùm ánh sáng trắng vào mặt bên của lăng kính theo phương vuông góc với mặt phẳng phân giác của góc chiết quang tại 1 điểm rất gần A Chùm tia ló được chiếu vào 1 màn ảnh đặt song song với mặt phẳng phân giác nói trên và cách mặt phẳng này 1 khoảng 2m Chiết suất của lăng kính đối với ánh sáng đỏ là 1,5 và đối với ánh sáng tím là 1,54 Bề rộng quang phổ trên màn là:

A 8,383mm B 11,4mm C 4mm D 6,5mm

Câu 8: Chiếu một chùm tia sáng trắng hẹp tới mặt bên của lăng kính có góc

chiết quang A = 600 Biết chiết suất của lăng kính đối với ánh sáng tím là 1,54 Góc lệch cực tiểu của tia màu tím bằng:

A 51,30 B 49,460 C 40,710 D 30,430

Câu 9: Một lăng kính có tiết diện thẳng là 1 tam giác đều ABC Chiếu 1 chùm

tia sáng trắng hẹp vào mặt bên AB đi từ đáy lên Chiết suất của lăng kính đối với ánh sáng đỏ là 2và đối với ánh sáng tím là 3 Giả sử lúc đầu lăng kính ở

vị trí mà góc lệch D của tia tím là cực tiểu, hỏi phải quay lăng kính 1 góc bằng bao nhiêu để tới phiên góc lệch của tia đỏ cực tiểu?

D Đề thi đại học các năm

Câu 1 (Đề thi ĐH – CĐ năm 2010)Một lăng kính thủy tinh có góc chiết quang

A = 40, 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 Góc tạo bởi tia đỏ và tia tím sau khi ló ra khỏi mặt bên kia của lăng kính xấp xỉ bằng

-

-

Vị trí vân sáng xs = ki = k

a D

Nếu hai vân ở cùng phía thì n, m cùng dấu, nếu ở khác phía thì n, m trái dấu

- Tại M có toạ độ xM là 1 một vân sáng khi :

n i

x M  (n )

- Tại M có toạ độ xM là 1 một vân tối khi :

n i

x M

 + 0,5 (n )

- Giao thoa trong môi trường có chiết suất n : Với a và D không đổi thì

bước sóng và khoảng vân giảm đi n lần so với bước sóng và khoảng vân trong chân không tức là :

Ví Dụ 1: Một nguồn sáng đơn sắc=0,4m chiếu vào hai khe S1, S2 hẹp song song cách nhau 2mm và cách đều nguồn sáng Đặt một màn ảnh song song và cách hai khe 3m

a Tìm khoảng vân

b Vị trí vân sáng bậc 3 và vân tối thứ 5

c Khoảng cách giữa vân tối thứ 5 và vân sáng bậc 3

d Tại vị trí x = 0,24cm là vân sáng hay vân tối nào?

HD:

a Tìm khoảng vân i =

a D



6

10 2

3 10 4 , 0

c Khoảng cách giữa vân tối thứ 5 và vân sáng bậc 3

- Khoảng cách giữa vân tối thứ 5 và vân sáng bậc 3 ở cùng phía là

Ví Dụ 2:Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng của Iâng trong không khí, hai

khe cách nhau 3mm được chiếu bằng ánh sáng đơn sắc có bước sóng = 0,42μm, màn quan cách hai khe 2m Sau đó đặt toàn bộ thí nghiệm vào trong nước có chiết suất 4/3

-

-

a khoảng vân quan sát trên màn khi đặt trong nước

b Thay bước sóng  trên bằng bước sóng   để khoảng vân vẫn như làm thí nghiệm trong không khí Tìm 

HD:

a khoảng vân quan sát trên màn khi đặt trong nước

i =

na D



=

3 6

10 3 3 4

3 10 42 , 0

 

=

a D

Câu 1: Trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng (hai khe được chiếu

sáng bởi ánh sáng đơn sắc), khoảng cách giữa hai khe a = 1,5mm, khoảng cách từ hai khe đến màn D = 2m, khoảng cách giữa hai vân sáng liên tiếp là 1mm Bước sóng và màu của ánh sáng đó là:

A  = 0,4m, màu tím B  = 0,58m, màu lục

C  = 0,75m, màu đỏ D  = 0,64m, màu vàng

Câu 2: Một nguồn sáng đơn sắc có  = 0,6m chiếu vào hai khe S1, S2 hẹp song song cách nhau 1mm và cách đều nguồn sáng Đặt một màn ảnh song song và cách hai khe 1m Khoảng cách giữa hai vân sáng liên tiếp trên màn là:

Câu 3: Một nguồn sáng đơn sắc  = 0,6m chiếu vào hai khe S1, S2 hẹp song song cách nhau 1mm và cách đều nguồn sáng Đặt một màn ảnh song song và cách hai khe 1m Vị trí vân tối thứ ba kể từ vân sáng trung tâm cách vân sáng trung tâm một khoảng là:

Câu 4:Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng của Iâng trong không khí, hai khe

cách nhau 3mm được chiếu bằng ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,60μm, màn quan sát cách hai khe 2m Sau đó đặt toàn bộ thí nghiệm vào trong nước có chiết suất 4/3, khoảng vân quan sát trên màn là

Câu 5: Trong thí nghiệm của Young, người ta dùng ánh sáng đơn sắc có bước

sóng λ = 0,75μm Nếu thay ánh sáng trên bằng ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ' thì thấy khoảng vân giao thoa giảm đi 1,5 lần Tìm λ'

A.λ' = 0,65μm B.λ' = 0,6μm C.λ' = 0,4μm D.λ' = 0,5μm

Câu 6: Trong giao thoa vớí khe Young có a = 1,5mm, D = 3m, người ta đếm

có tất cả 7 vân sáng mà khoảng cách giữa hai vân sáng ngoài cùng là 9mm Tìm λ

Câu 7: Trong thí nghiệm Young: Hai khe song song cách nhau a = 2mm và

cách đều màn E một khoảng D = 3m Quan sát vân giao thoa trên màn người

ta thấy khoảng cách từ vân sáng thứ năm đến vân sáng trung tâm là 4,5mm Cách vân trung tâm 3,15mm có vân tối thứ mấy?

-

-

D Đề thi đại học các năm

Câu 1(CĐ 2007): Trong thí nghiệm Iâng (Y-âng) về giao thoa ánh sáng, hai khe

hẹp cách nhau một khoảng a = 0,5 mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến màn quan sát là D = 1,5 m Hai khe được chiếu bằng bức xạ có bước sóng λ

= 0,6 μm Trên màn thu được hình ảnh giao thoa Tại điểm M trên màn cách vân sáng trung tâm (chính giữa) một khoảng 5,4 mm có vân sáng bậc (thứ)

Đáp án: A

Câu 2(ĐH – 2007): Trong thí nghiệm Iâng (Y-âng) về giao thoa của ánh sáng

đơn sắc, hai khe hẹp cách nhau 1 mm, mặt phẳng chứa hai khe cách màn quan sát 1,5 m Khoảng cách giữa 5 vân sáng liên tiếp là 3,6 mm Bước sóng của ánh sáng dùng trong thí nghiệm này bằng

A 0,48 μm B 0,40 μm C 0,60 μm

D 0,76 μm

Đáp án: C

Câu 3(CĐ 2008): Trong thí nghiệm Iâng (Y-âng) về giao thoa ánh sáng với ánh

sáng đơn sắc Biết khoảng cách giữa hai khe hẹp là 1,2 mm và khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe hẹp đến màn quan sát là 0,9 m Quan sát được hệ vân giao thoa trên màn với khoảng cách giữa 9 vân sáng liên tiếp là 3,6 mm Bước sóng của ánh sáng dùng trong thí nghiệm là

A 0,50.10-6 m B 0,55.10-6 m C 0,45.10-6 m D 0,60.10-6 m

Đáp án: D

Câu 4(CĐ 2008): Ánh sáng đơn sắc có tần số 5.1014 Hz truyền trong chân không với bước sóng 600 nm Chiết suất tuyệt đối của một môi trường trong suốt ứng với ánh sáng này là 1,52 Tần số của ánh sáng trên khi truyền trong môi trường trong suốt này

Câu 5(Đề thi cao đẳng năm 2009): Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa với

ánh sáng đơn sắc, khoảng cách giữa hai khe là 1mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến màn là 2m Trong hệ vân trên màn, vân sáng bậc 3 cách vân trung tâm 2,4 mm Bước sóng của ánh sáng đơn sắc dùng trong thí nghiệm là

A 0,5 m B 0,7 m C 0,4 m D 0,6 m

Đáp án: C

Dạng 3: Tìm số vân sáng, vân tối trên trường giao thoa, trên vùng giao

x

Số giá trị k  Z là số vân sáng (vân tối) cần tìm

Lưu ý: M và N cùng phía với vân trung tâm thì x1 và x2 cùng dấu

M và N khác phía với vân trung tâm thì x1 và x2 khác dấu

B Bài tập minh hoạ

Ví Dụ 1: Trong thí nghiệm Iâng về giao thoa ánh sáng với   0 , 35 m, hai khe cách nhau a = 2 mm và khoảng cách từ hai khe đến màn quan sát là 2 m Trên

bề rộng trường giao thoa L = 1,2mm Hãy tính

a Khoảng vân