SKKN MỘT SỐ DẠNG TOÁN VỀ GIAO THOA ÁNH SÁNG

Vấn đề đặt ra là với số lượng lớn câu hỏi trắc nghiệm, trong khi đề thi trắc nghiệm phủ hết chương trình, mà thời gian trả lời mỗi câu hỏi quá ngắn không quá 1,5 phút nên việc học sinh k

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TỈNH ĐỒNG THÁP

TRƯỜNG THPT TÂN HỒNG

_

VÕ DUY HÙNG

PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI MỘT SỐ DẠNG TOÁN VỀ

GIAO THOA ÁNH SÁNG ĐƠN SẮC VỚI KHE Y-ÂNG

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

Tân Hồng, tháng 4 năm 2017

MỤC LỤC

Trang

thân

1

II Nội dung 1

1 Thực trạng, nguyên nhân 1 1.1 Thực

trạng

1

1.2 Nguyên nhân 1

2 Tên sáng kiến và lĩnh vực áp

dụng

2

2.1 Tên sáng kiến 2

dụng

2

3 Nội dung của sáng kiến 2 3.1 Lý thuyết cơ bản áp dụng khi giải

toán

2

gặp

2

4 Hiệu quả 7

5 Khả năng vận dụng 8

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc.

BÁO CÁO TÓM TẮT SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

NĂM HỌC 2016 - 2017

I Sơ lược bản thân

Họ và tên : VÕ DUY HÙNG Năm sinh : 29/08/1985.

Trình độ chuyên môn nghiệp vụ : ĐHSP ngành Vật Lý

Nhiệm vụ được phân công : Dạy lớp + Chủ nhiệm

Đơn vị : Trường THPT Tân Hồng

II Nội dung

1 Thực trạng, nguyên nhân

1.1 Thực trạng

Vật lý là môn khoa học cơ bản nên việc dạy Vật lý trong trường phổ thông phải giúp học sinh nắm được kiến thức cơ bản, trọng tâm của bộ môn, mối quan hệ giữa vật lý và các môn khoa học khác để vận dụng các quy luật vật lý vào thực tiễn đời sống

Tuy nhiên hiện nay trong các đợt kiểm tra tập trung, thi học kì, kì thi THPT quốc gia thì môn Vật lý được tổ chức thi dưới hình thức trắc nghiệm khách quan Vấn đề đặt ra là với số lượng lớn câu hỏi trắc nghiệm, trong khi đề thi trắc nghiệm phủ hết chương trình, mà thời gian trả lời mỗi câu hỏi quá ngắn (không quá 1,5 phút) nên việc học sinh không quan tâm đến phương pháp giải các dạng toán là tất yếu và hệ quả là các câu hỏi ở yêu cầu hiểu hoặc vận dụng thì HS giải được rất ít (18,28%HS lớp 12cb3)

Thực tế hiện nay cũng cho thấy việc phân dạng bài tập trong từng chương đòi hỏi người giáo viên phải có kiến thức tổng hợp xuyên suốt của chương đó

và điều đó đã làm cụ thể hóa lượng kiến thức trong chương đó giúp học sinh tiếp cận nhanh và nhớ được lâu lượng kiến thức này

1.2 Nguyên nhân

Do áp lực về thời gian và chú trọng đến kết quả của các đợt kiểm tra và thi

cử nên học sinh chỉ cần đến quan tâm đến kết quả cuối cùng

Các kiến thức ở Sách giáo khoa rất căn bản, tuy nhiên do không có kiến thức tổng hợp xuyên suốt của chương đó nên học sinh không thể phân dạng được các dạng bài tập Khi gặp những bài tập đòi hỏi phải có suy luận thì các

em lúng túng không biết làm thế nào

Mặt khác thời gian của một tiết dạy ngắn nên giáo viên chỉ đa phần giải các bài tập bám sát sách giáo khoa, không thể phân dạng hết các dạng bài tập cho học sinh trong một tiết học được

Từ thực tế trên nên tôi đã chọn đề tài : “PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI MỘT SỐ DẠNG TOÁN VỀ GIAO THOA ÁNH SÁNG ĐƠN SẮC VỚI KHE Y-ÂNG” để giúp các em học sinh củng cố kiến thức và chủ

động tìm ra cách giải nhanh nhất và hiệu quả khi đối với các dạng bài tập hay xuất hiện trong các đề thi THPT quốc gia, Cao đẳng, Đại học gần đây về

“Sóng ánh sáng”

2 Tên sáng kiến và lĩnh vực áp dụng

2.1 Tên sáng kiến

PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI MỘT SỐ DẠNG TOÁN

VỀ GIAO THOA ÁNH SÁNG ĐƠN SẮC VỚI KHE Y-ÂNG

2.2 Lĩnh vực áp dụng

Bài tập Vật Lý 12 – Chương : Sóng Ánh Sáng

3 Nội dung của sáng kiến (Các biện pháp đã thực hiện)

3.1 Lý thuyết cơ bản áp dụng khi giải toán :

a) Khoảng vân

- Định nghĩa : Khoảng vân là khoảng cách giữa 2 vân sáng (hoặc 2 vân tối)

liên tiếp nhau

- Công thức : i = aD

+ a : khoảng cách giữa 2 khe

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

+ : bước sóng của ánh sáng

b) Vị trí vân sáng : x = kaD = ki (k � Z)

 k = 0 : vân sáng trung tâm

 k = 1: vân sáng bậc (thứ) 1

 k = 2: vân sáng bậc (thứ) 2

c) Vị trí vân tối : x = (k + ½)

a

D



= (k + ½ )i (k � Z)  k = 0 (hoặc k = - 1) : vân tối thứ 1

 k = 1 (hoặc k = - 2) : vân tối thứ 2

 k = 2 (hoặc k = - 3) : vân tối thứ 3

3.2 Các dạng toán thường gặp

3.2.1 Dạng 1 : Xác định khoảng vân, vị trí vân sáng, vị trí vân tối,

Phương pháp giải :

- Áp dụng các công thức tính i , xs , xt

- Chú ý :

 Giữa n vân sáng (hoặc n vân tối) liên tiếp nhau sẽ có (n – 1) khoảng vân  Sử dụng đơn vị : a (mm), D (m),  ( m) thì i (mm).

Ví dụ 1 (ĐH 2007) : Trong thí nghiệm 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

Giải : a = 1 (mm), D = 1,5 (m)

- Ta có : 4i = 3,6 (mm) � i = 0,9 (mm)

- Mà : i =

a

D

D

 

� = 0,60 (μm)

Ví dụ 2 (CĐ 2013): Thực hiện thí nghiệm Y-âng về giao thoa với ánh sáng

đơn sắc có bước sóng 0,4 m, khoảng cách giữa hai khe là 0,5 mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến màn là 1m Trên màn quan sát, vân sáng bậc 4 cách vân sáng trung tâm

A 3,2 mm B 4,8 mm C 1,6 mm D 2,4 mm

Giải : a = 0,5 (mm), D = 1 (m),  = 0,4 (m)

Vị trí vân sáng bậc 4 : x = k

a

D



= 40, 4.10,5 = 3,2 (mm)

3.2.2 Dạng 2 : Xác định tại một vị trí đã biết (cho giá trị của x) là vân sáng hay vân tối ? Bậc (thứ) mấy ?

Phương pháp giải :

- Tính i (nếu chưa có)

- Lập tỉ số : x

i

+ Nếu x

i = k (k �Z) � tại đó là vân sáng bậc (thứ) k

+ Nếu x

i = k + 0,5 (k � Z) � tại đó là vân tối thứ (k + 1)

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

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

Giải : a = 0,5 (mm), D = 1,5 (m), λ = 0,6 (μm), xM = 5,4 (mm)

- Ta có : i =

a

D



= 0, 6.1,50,5 = 1,8 (mm)

- Lập tỉ số : x M 5, 41,8

- Vậy tại M là vân sáng bậc (thứ) 3

Ví dụ 2 : Trong thí nghiệm Y-âng, hai khe S1 và S2 cách nhau 2 mm, hai khe cách màn 4 m, bước sóng dùng trong thí nghiệm là 0,6 μm thì tại vị trí M trên màn cách vân trung tâm một đoạn 7,8 mm có

A vân sáng thứ 6 B vân tối thứ 6

C vân sáng thứ 5 D vân tối thứ 7

Giải : a = 2 (mm), D = 4 (m), λ = 0,6 (μm), xM = 7,8 (mm)

- Ta có : i = aD = 0, 6.4

2 = 1,2 (mm)

- Lập tỉ số : x M 1, 27,8

i  = 6,5 = 6 + 0,5

- Vậy tại M là vân tối thứ 7

3.2.3 Dạng 3 : Xác định số vân sáng (hoặc vân tối) quan sát được trên bề rộng giao thoa trường (L)

Phương pháp giải :

- Tính i (nếu chưa có)

- Lập tỉ số :

2

L

i = n + phần lẻ

- Số vân sáng : Ns = 2n + 1

- Số vân tối :

+ Phần lẻ � 0,5 : Nt = 2n + 2

+ Phần lẻ < 0,5 : Nt = 2n

Ví dụ 1 (CĐ 2009) : Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, khoảng

cách giữa hai khe là 0,5 mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến màn

là 2 m Ánh sáng đơn sắc dùng trong thí nghiệm có bước sóng 0,5 m Vùng giao thoa trên màn rộng 26 mm (vân trung tâm ở chính giữa) Số vân sáng là

Giải : a = 0,5 (mm), D = 2 (m), λ = 0,5 (μm), L = 26 (mm)

- Ta có : i =

a

D



= 0,5.2

0,5 = 2 (mm)

- Lập tỉ số :

2

L

i = 26

4 = 6,5 = 6 + 0,5

- Số vân sáng : Ns = 2n + 1 = 13

Ví dụ 2 (ĐH 2010) : Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, hai khe

được chiếu bằng ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,6 μm Khoảng cách giữa hai khe là 1 mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến màn quan sát là 2,5

m, bề rộng miền giao thoa là 1,25 cm Tổng số vân sáng và vân tối có trong miền giao thoa là

A 21 vân B 15 vân C 17 vân D 19 vân

Giải : a = 1 (mm), D = 2,5 (m), λ = 0,6 (μm), L = 12,5 (mm)

- Ta có : i = aD = 0, 6.2,5

1 = 1,5 (mm)

- Lập tỉ số :

2

L

i = 2.1,512,5 = 4,17 = 4 + 0,17

- Số vân sáng : Ns = 2n + 1 = 9

- Số vân tối : Nt = 2n = 8

- Vậy tổng số vân sáng và vân tối có trong miền giao thoa là 17 vân

3.2.4 Dạng 4 : Xác định khoảng cách giữa hai vân bất kì.

Phương pháp giải :

- Nếu hai vân đó ở cùng phía so với vân sáng trung tâm :

x

 = x2 – x1 (x2 > x1)

- Nếu hai vân đó ở khác phía so với vân sáng trung tâm :

x

 = /x1/ + /x2/

Ví dụ 1 (CĐ 2013) : Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa với ánh sáng đơn

sắc, khoảng vân trên màn quan sát là 1 mm Khoảng cách giữa hai vân sáng bậc ba bằng

A 5 mm B 4 mm C 3 mm D 6 mm

Giải :

Khoảng cách giữa hai vân sáng bậc ba : x = 2xs3 = 6i = 6 (mm)

Ví dụ 2 : Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, khoảng cách giữa

hai khe là 2mm, khoảng cách từ hai khe đến màn là 2m Bước sóng đơn sắc dùng trong thí nghiệm là 0,5m Khoảng cách từ vân sáng bậc 1 đến vân sáng bậc 10 (cùng phía với vân trung tâm) là

A 5,5 mm B 4,5 mm C 4,0 mm D 5,0 mm

Giải :

Khoảng cách từ vân sáng bậc 1 đến vân sáng bậc 10 (cùng phía với vân trung tâm) là : x = xs10 – xs1 = 10i – i = 9i = 9

a

D



= 9.0,5.2

2 = 4,5 (mm)

3.2.5 Dạng 5 : Sự trùng nhau của hai vân bất kì (giao thoa với 2 ánh sáng đơn sắc  1,  2).

Phương pháp giải :

- Nếu hai vân sáng ứng với 1, 2 trùng nhau :

- Nếu hai vân tối ứng với 1, 2 trùng nhau :

Ví dụ 1 (CĐ 2011) : Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, chiếu vào

hai khe đồng thời hai ánh sáng đơn sắc có bước sóng lần lượt là  1 = 0,66 µm

và  2= 0,55 µm Trên màn quan sát, vân sáng bậc 5 của ánh sáng có bước

sóng λ1 trùng với vân sáng bậc mấy của ánh sáng có bước sóng λ2 ?

A Bậc 9 B Bậc 8 C Bậc 7 D Bậc 6 Giải : k1 = 5,  1 = 0,66 (µm), 2= 0,55 (µm)

- Hai vân sáng ứng với 1, 2 trùng nhau : 1 1

2

k



- Vậy vân sáng bậc 5 của ánh sáng có bước sóng λ1 trùng với vân sáng bậc 6 của ánh sáng có bước sóng λ2

Ví dụ 2 (ĐH 2012) : Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, nguồn

sáng phát đồng thời hai ánh sáng đơn sắc 1, 2 có bước sóng lần lượt là 0,48

m và 0,60 m Trên màn quan sát, trong khoảng giữa hai vân sáng gần nhau nhất và cùng màu với vân sáng trung tâm có

A 4 vân sáng 1 và 3 vân sáng 2 B 5 vân sáng 1 và 4 vân sáng 2

C 4 vân sáng 1 và 5 vân sáng 2 D 3 vân sáng 1 và 4 vân sáng 2 Giải :  1 = 0,48 (µm), 2= 0,6 (µm)

- Hai vân sáng cùng màu với vân sáng trung tâm thì tại đó hai vân sáng ứng với 1, 2 phải trùng nhau

- Hai vân sáng ứng với 1, 2 trùng nhau : 2 2

1

5 4

k



- Vân gần nhất cùng màu với vân sáng trung tâm ứng với k1 = 5, k2 = 4

- Vậy trong khoảng giữa hai vân sáng gần nhau nhất và cùng màu với vân sáng trung tâm có 4 vân sáng 1 và 3 vân sáng 2

Ví dụ 3 (ĐH 2008): Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng với khe Y-âng,

khoảng cách giữa hai khe là 2 mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến màn quan sát là 1,2 m Chiếu sáng hai khe bằng ánh sáng hỗn hợp gồm hai ánh sáng đơn sắc có bước sóng 500 nm và 660 nm thì thu được hệ vân giao thoa trên màn Biết vân sáng chính giữa (trung tâm) ứng với hai bức xạ trên trùng nhau Khoảng cách từ vân sáng chính giữa đến vân gần nhất cùng màu với vân sáng chính giữa là

A 4,9 mm B 19,8 mm C 9,9 mm D 29,7 mm Giải : a = 2 (mm), D = 1,2 (m),  1 = 0,5 (µm), 2= 0,66 (µm)

- Vân gần nhất cùng màu với vân sáng chính giữa thì tại đó hai vân sáng ứng với 1, 2 phải trùng nhau

- Hai vân sáng ứng với 1, 2 trùng nhau : 2 2

1

33 25

k



- Vân gần nhất cùng màu với vân sáng chính giữa ứng với k1 = 33, k2 = 25

- Vậy khoảng cách từ vân sáng chính giữa đến vân gần nhất cùng màu với vân sáng chính giữa là : x = 1 1 1

s

k D x

a

= 33.0,5.1, 2

2 = 9,9 (mm)

(hoặc x = 2 2 2

s

x

a

)

3.2.6 Dạng 6 : Xác định số bức xạ cho vân sáng (hoặc vân tối) tại một vị trí M đã biết

Phương pháp giải :

- Nếu ánh sáng cho vân sáng tại M : xM = xs axM

M

k D

x

- Mà mắt người chỉ có cảm giác đối với những ánh sáng có bước sóng nằm trong khoảng từ 0,38 m đến 0,76  m :

 t �  �  đ �  t �axM

kD �  đ

- Từ bất phương trình trên � phạm vi giá trị của k (k � Z)

- Tổng số giá trị của k là số bức xạ cho vân sáng tại đó

- Tương tự đối với vân tối

Ví dụ 1 (ĐH 2010): Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, hai khe

được chiếu bằng ánh sáng trắng có bước sóng từ 380 nm đến 760 nm Khoảng cách giữa hai khe là 0,8 mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến màn quan sát là 2 m Trên màn, tại vị trí M cách vân trung tâm 3 mm có vân sáng của các bức xạ với bước sóng

A 0,48 μm và 0,56 μm B 0,40 μm và 0,60 μm

C 0,45 μm và 0,60 μm D 0,40 μm và 0,64 μm

Giải : a = 0,8 mm, D = 2 m,  t = 380 nm = 0,38m, đ = 760 nm = 0,76m

xM = 3 mm

- Bức xạ cho vân sáng tại vị trí cách vân trung tâm 3 mm nên :

ax 0,8.3 1, 2

2

M

- Mà :  t �  �  đ � 0,38 �1, 2

- Giải bất phương trình trên ta được : k = 2, 3

- Vậy : k = 2 �  = 0,6 μm

k = 3 �  = 0,4 μm

Ví dụ 2 (CĐ 2011): Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, khoảng

cách giữa hai khe là 2 mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến màn quan sát là 2 m Nguồn phá ánh sáng gồm các bức xạ đơn sắc có bước sóng trong khoảng từ 0,38 μm đến 0,76 μm Trên màn, tại điểm M cách vân trung tâm 3,3 mm có bao nhiêu bức xạ cho vân tối ?

A 5 bức xạ B 6 bức xạ C 3 bức xạ D 4 bức xạ Giải : a = 2 mm, D = 2 m,  t = 0,38m, đ = 0,76m, xM = 3,3 mm

- Bức xạ cho vân tối tại vị trí M cách vân trung tâm 3,3 mm nên :

( 0,5) 2( 0,5) ( 0,5)

M

- Mà :  t �  �  đ � 0,38 � 3,3

(k 0,5) � 076

- Giải bất phương trình trên ta được : k = 4, 5, 6, 7, 8

- Vậy tại điểm M cách vân trung tâm 3,3 mm có 5 bức xạ cho vân tối

4 Hiệu quả

- Đa số học sinh hứng thú học tập với việc nắm được một số dạng toán và phương pháp giải các dạng toán này

- Nếu so với việc giải bài toán mà không phân dạng thì kết quả học sinh làm bài chính xác, nắm đúng bản chất đạt tỉ lệ cao, từ đó hình thành kĩ năng giải bài tập trắc nghiệm nên thời gian làm bài được rút ngắn hơn rất nhiều

- Kết quả khảo sát các câu hỏi trắc nghiệm có liên quan đến việc giải các dạng toán này trong thời gian 15 phút gồm 10 câu như sau :

+ Lớp thực nghiệm :

Năm

Số hs

Đúng trên

8 câu

Đúng

8 câu

Đúng 5-7 câu

Đúng duới

5 câu 2016

2017 12cb2

33 100%

8 24,24%

14 42,42%

8 24,24%

3 9,1%

+ Lớp đối chứng :

Năm

Số hs

Đúng Trên

8 câu

Đúng

8 câu

Đúng 5-7 câu

Đúng duới

5 câu 2016

2017 12cb6

33 100%

0 0,0%

6 18,28%

13 39,39%

14 42,33%

5 Khả năng vận dụng

- Sáng kiến kinh nghiệm này có thể triển khai cho tất cả học sinh lớp 12 để giải các bài toán Vật lý ở chương Sóng ánh sáng về chủ đề giao thoa ánh sáng với ánh sáng đơn sắc

- Trong thời gian tới, bản thân tôi sẽ khắc phục những thiếu sót và hạn chế của đề tài này

Xác nhận của Thủ trưởng đơn vị

Tân Hồng, ngày 17 tháng 4 năm 2017

Người viết

Võ Duy Hùng

Ý KIẾN CỦA HỘI ĐỒNG THẨM ĐỊNH TRƯỜNG THPT TÂN HỒNG

1 Ưu điểm chính

2 Tồn tại cần khắc phục

3 Kết quả thực hiện tại đơn vị

4 Hướng phát triển

4 Xếp loại

A  ; B  ; C  ; KXL  ; Sao chép 

………, ngày …… tháng… năm 2017

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

(ký tên và đóng dấu)