Một lăng kính thủy tinh có góc chiết quang A = 80 đặt trong không khí,chiếu tia sáng trắng tới lăng kính theo hướng vuông góc với đường phân giác củagóc chiết quang , chiết suất của lăng
Trang 1LY: THPT- LE BA HIEU – THPT LE HONG PHONG
Trong quá trình giảng dạy môn vật lý lớp 12, tôi thấy dạy xong chương " Sóng ánh sáng" , đa số học sinh làm bài tập cảm thấy dường như đơn giản, nhưng khi tôi khaithác các dạng bài tập định tính và tính toán về phần chương V " Sóng ánh sáng " thìhọc sinh thấy các dạng bài tập vừa hay và vừa khó Đáp ứng kịp thời một phần kiếnthức trong kỳ thi trung học phổ thông quốc gia( THPTQG) Giúp học sinh có khả năng tiếp thu từ những dạng bài tập cơ bản đến những dạng bài tập nâng cao, để tự tin khi làm bài thi môn Vật Lý thuộc ban " Khoa học tự nhiên" Vì vậy tôi chọn đề tài :
Phân dạng bài tập chương V " Sóng ánh sáng" lớp 12và cách giải.
PHẦN II : GẢI PHÁP VÀ TỔ CHỨC THỰC HIỆN.
I.CƠ SỞ LÝ LUẬN:
1.Căn cứ vào chuẩn kiến thức và kỹ năng của bộ môn vật lý THPT.
2.Căn cứ vào thực tế kỳ thi THPTQG khối 12 hiện nay do Bộ giáo dục tổ chức
3 Căn cứ vào đổi mới phương pháp dạy học theo hướng dạy học tích cực và phát triển năng lực học sinh
II.CƠ SỞ THỰC TIỄN:
1 Môn vật lý là một môn học khó, yêu cầu học sinh phải nắm vững hiện tượng xảy
ra và bản chất của hiện tượng đó Từ đó học sinh mới biết vận dụng kiến thức của
bộ môn để giải quyết vấn đề bài toán đặt ra
2.Qua một số năm dạy bồi dưỡng học sinh ở các lớp đăng ký học ban khoa học tự nhiên, tôi rút ra phương pháp
3.Thực tế làm bài thi thì giáo viên phải tìm ra các dạng bài tập , cách nhớ và cách tính để làm mỗi dạng bài toán nhanh nhất, giúp học sinh làm bài thi tốt nhất
III NHỮNG BIỆN PHÁP THỰC HIỆN:
1.Trước tiên tôi tóm tắt lý thuyết phần quang học( khúc xạ ánh sáng) lớp 11 và lý thuyết chương V "Sóng ánh sáng"
2 Tiếp theo tôi tóm tắt các công thức về tán sắc ánh sáng , giao thoa ánh sáng và ống tia X
3 Tôi phân chia những bài tập thành 5 dạng từ dạng rễ đến dạng khó
Dạng I Các bài tập định tính.
Dạng II Bài tập về tán sắc ánh sáng.
Dạng III Bài tập cơ bản về giao thoa ánh sáng.
Trang 2Dạng IV Một số dạng bài toán nâng cao.
và phản xạ lọc lựa Tôi chọn một số bài tập nhằm phát huy tư duy, hưng phấn họctập cho học sinh
Ví dụ 1 Những ngày trời nắng không có mưa , ta ngồi trên ô tô ( hoặc xe máy)tham gia giao thông trên đường quốc lộ thì thấy ở mặt đường phía trước có nướctrên mặt đường , đám nước này mất đi lại xuất hiện đám nước khác luôn ở phíatrước xe ta đang đi Nguyên nhân là do hiện tượng nào sau đây ?
B Tán sắc ánh sáng ở bề mặt Trái Đất và phản xạ lên bầu Trời
C Giao thoa ánh sáng trong không khí D Nhiễu xạ ánh sáng trong không khí ( Đáp án : A )
Ví dụ 5 Về ban đêm khi tham gia giao thông , chúng ta nhìn thấy các biển báo giaothông là do hiện tượng nào ?
A.Khúc xạ ánh sáng B Nhiễu xạ ánh sáng
C Giao thoa ánh sáng D Phản quang
( Đáp án : D)
2
Trang 3LY: THPT- LE BA HIEU – THPT LE HONG PHONG
Ví dụ 6 Chúng ta nhìn thấy các đồ vật có màu sắc khác nhau là do hiện tượng
A Hiện tượng trong con " Đom đóm "phát sáng bình thường
B Hiện tượng quang - phát quang
C Hiện tượng phản xạ ánh sáng ở con " Đom đóm"
D Hiện tượng giao thoa ánh sáng trong con " Đom
Ví dụ 12 Phát biểu nào sau đây là sai về hai nguồn ánh sáng kết hợp ?
A Hai nguồn phát sáng cùng tần số và độ lệch pha không đổi theo thời gian
B Hai nguồn phát sáng cùng bước sóng và cùng pha nhau
C Hai nguồn phát sáng chu kỳ và độ lệch pha không đổi theo thời gian D
Hai nguồn phát sáng cùng tần số và độ lệch pha thay đổi theo thời gian
Ví dụ 14 Hãy chọn câu đúng Khi một chùm sáng đơn sắc truyền từ không khí vào
trong thuỷ tinh thì
Trang 4A tần số tăng, bước sóng giảm.
C tần số không đổi, bước sóng giảm
(Đáp án : C)
B tần số giảm, bước sóng tăng
D tần số không đổi, bước sóng tăng
Ví dụ 15 Gọi nc, n l, nL, nv lần lượt là chiết suất của thuỷ tinh đối với các tia chàm, lam, lục, vàng Sắp xếp thứ tự nào dưới đây là đúng ?
1.a) Xét trường hợp góc chiết quang A nhỏ ( A < 100) O+ Góc lệch : D = A( n-1)
A 0,40 B 0,260 C 0,30 D 0,80 ( Đáp án : A)
Ví dụ 2 Một lăng kính thủy tinh có góc chiết quang A = 80 đặt trong không khí,chiếu tia sáng trắng tới lăng kính theo hướng vuông góc với đường phân giác củagóc chiết quang , chiết suất của lăng kính đối với ánh sáng đỏ nđ = 1,51 , đối vớiánh sáng vàng nv = 1,53 Góc lệch tạo bởi tia màu vàng với tia màu đỏ bằng
A 0,240 B 0,160 C 0,30 D 0,20 ( Đáp án : B)
4
Trang 5LY: THPT- LE BA HIEU – THPT LE HONG PHONG
Ví dụ 3 Một lăng kính thủy tinh có góc chiết quang A = 80 đặt trong không khí,chiếu tia sáng trắng tới lăng kính theo hướng vuông góc với đường phân giác củagóc chiết quang , chiết suất của lăng kính đối với ánh sáng đỏ nđ = 1,51 , đối vớiánh sáng tím nt = 1,56 Màn quan sát đặt vuông góc với tia sáng trắng và cách lăngkính đoạn 40 cm Bề rộng quang phổ liên tục thu được trên màn bằng
A 4,2 mm B 3,8 mm C 2,8 mm D 28 mm ( Đáp án : C)
Ví dụ 4 Một lăng kính thủy tinh có góc chiết quang A = 80 đặt trong không khí,chiếu tia sáng trắng tới lăng kính theo hướng vuông góc với đường phân giác củagóc chiết quang , chiết suất của lăng kính đối với ánh sáng đỏ nđ = 1,51 , đối vớiánh sáng màu lục nL = 1,55 Màn quan sát đặt vuông góc với tia sáng trắng và cáchlăng kính đoạn 40 cm Khoảng cách giữa vạch sáng màu lục đến vạch sáng màu đỏtrên màn bằng
A 2,2 mm B 3,8 mm C 2,8 mm D 22 mm
( Đáp án : A)
1.b) Trường hợp góc chiết quang A lớn ( A > 100 ) Để tính góc lệch D ta phải ápdụng nhóm công thức lăng kính đã học ở lớp 11( dạng này khó chỉ áp dụng chohọc sinh khá giỏi)
+ sini1 = n.sinr1 sini2 = n.sinr2
+ A = r1 + r2 D = i1 + i2 - A
+ Góc giới hạn phản xạ toàn phần igh : sinigh = 1n
Góc igh tỷ lệ nghịch với chiết suất n , nên thường áp dụng để trả lời câu hỏi địnhtính mà học sinh phải tính toán
Ví dụ áp dụng : Một lăng kính thủy tinh có góc chiết quang A = 700 đặt trongkhông khí, chiếu tia sáng trắng tới lăng kính theo hướng từ phía đáy tới một mặtbên của lăng kính dưới góc tới i = 410 , chiết suất của lăng kính n = 1,53 cũng bằngchiết suất của lăng kính đối với ánh sáng vàng Trên màn quan sát đặt song songđường phân giác của góc chiết quang ta thu được số màu đơn sắc ít nhất là
A 2 màu B 3 màu C 4 màu D 5
(Đáp án : D)
Lý giải: - Góc giới hạn phản xạ toàn phần của lăng kính ( và của màu vàng) : igh = 40,80
Trang 6- Xét tia sáng màu vàng : Góc khúc xạ r1 = 25,40 => góc tới mặt bên thứ hai r2 = 44,60 > igh Tia màu vàng bị phản xạ toàn phần
- Các màu : Lục , lam , chàm , tím có chiết suất lớn hơn chiết suất màu vàng , nêngióc r1< 25,40 => góc r2 > 44,60 > igh Các màu đó bị phản xạ toàn phần Vậy có 5màu thu được trên màn.i
b) góc lệch giữa tia đỏ với tia tím :
c) Bề rộng quang phổ thu được : Đáy chậu nước là màn ảnh
ĐT = h.tan ( D) trong đó ( h = OI là độ sâu bể nước)
+ Các ví dụ :
Ví dụ 1 Chiếu một tia sáng trắng tới mặt nước được chứa trong bể nước dưới góctới 450, chiết suất của nước đối với ánh sáng đỏ và ánh sáng tím lần lượt là 1,33 và 1,34, đáy bể là màn ảnh Góc lệch tạo bởi tia sáng màu đỏ với tia sáng màu tím bằng :
A 2,90 B 1,290 C 0,290 D 0,390
( Đáp án : C)
Ví dụ 2 Chiếu một tia sáng trắng tới mặt nước chứa trong bể nước dưới góc tới
600, chiều cao của nước trong bể là 1m, chiết suất của nước đối với ánh sáng đỏ vàánh sáng tím lần lượt là 1,33 và 1,34, đáy bể là màn ảnh Tính bề rộng của dãyquang phổ dưới đáy bể:
A 4,18cm B 6,98 mm C 1,8cm D 2,2mm (Đáp án : B)
Ví dụ 3 Chiếu một tia sáng trắng tới mặt nước được chứa trong bể nước dưới góctới i có tan i = 43 , chiều cao của nước trong bể là 1,2 m, chiết suất của nước đối vớiánh sáng đỏ và ánh sáng tím lần lượt là 1,328 và 1,343, đáy bể là màn ảnh Tính bềrộng của dãy quang phổ dưới đáy bể:
(Đáp án : A)
3 Tán sắc qua thấu kính :
+ Tiêu cự của tia sáng màu đỏ là : fđ = OĐ
+Tiêu cự của tia sáng màu tím là : ft = OT Đ
+ Đoạn ĐT = fđ - ft
6
Trang 7LY: THPT- LE BA HIEU – THPT LE HONG PHONG
a) CT : 1f (n 1). R2
b)Các ví dụ:
Ví dụ 1 Chiếu một tia sáng trắng theo hướng song song trục chính tới một thấukính thủy tinh dạng hình tròn có bán kính rìa R = 10 cm , chiết suất của thấu kínhđối với ánh sáng đỏ nđ = 1,51 Tiêu cự của tia sáng màu đỏ bằng
A 9,8 cm B 10 cm C 15,1 cm D 7,7 cm
( Đáp án : A)
Ví dụ 2 Chiếu một tia sáng trắng theo hướng song song trục chính tới một thấukính thủy tinh dạng hình tròn có bán kính rìa R = 10 cm , chiết suất của thấu kínhđối với ánh sáng đỏ nđ = 1,51 , đối với ánh sáng màu tím nt = 1,65 Chiều dài vệtsáng liên tục từ đỏ đến tím trên trục chính bằng
A 7,7 cm B 9,8 cm C 2,1 cm D 2,4 cm
( Đáp án : C)
Ví dụ 3 Chiếu một tia sáng trắng theo hướng song song trục chính tới một thấukính thủy tinh , chiết suất của thấu kính đối với ánh sáng đỏ nđ = 1,51 , đối với ánhsáng màu tím nt = 1,65 Biết tiêu cự của thấu kính đối với ánh sáng đỏ fđ = 12,5 cm,tiêu cự của thấu kính đối với ánh sáng tím bằng
A 7,78 cm B 9,81 cm C 11,2 cm D 10,2 cm
( Đáp án : B)
Dạng III Bài tập cơ bản về giao thoa ánh sáng.
Tóm tắt lý thuyết về giao thoa ánh sáng với hai khe Yâng F2 và F1
+ ĐK : Hai chùm sáng giao thoa phải là hai chùm sáng kết hợp
+ Hiện tượng giao thoa là bằng chứng thực nghiệm khẳng định ánh sáng có tính chất sóng
+ Vị trí vân sáng : ứng với hai sóng ánh sáng tới cùng pha nhau : d2- d1 = k
+ Vị trí vân tối : ứng với hai sóng ánh sáng tới ngược pha nhau : d2- d1 = (2k+ 1) 2+ Đặt F1F2 = a ; IO = D ; OC = x
1) Các công thức : Làm TN với ánh sáng đơn sắc
a) Hiệu hai đường đi : d2- d1 = a.x
D
Trang 8+ Vân tối thứ n thì thay k = n-1 ( không có vân tối thứ 0 )
a) Khoảng cách từ vân sáng bậc n đến vân sáng trung tâm 0 là n.i
b) Khoảng cách giữa n vân sáng liên tiếp là (n-1).i
c) Khoảng cách giữa vân sáng và vân tối liền nhau là 2i
d) Làm TN đồng thời với hai bức xạ 1 và 2 : khoảng cách giữa hai vân sáng cùng bậc của hai bức xạ trên là i i1i2
e) Làm TN đồng thời với các bức xạ 1 , 2 và 3 : Vị trí vấn sáng của các bức xạ trêntrùng nhau khi : x1 = x2 = x3 => k1 1 k
3) Cách tính số vân sáng ( hoặc số vân tối ) trên màn quan sát :
a) Bề rộng hệ vân gioa thoa là b : ( b = CD)
+ số vân sáng : N b 1 ( Số vân tối thường ít hơn 1 vân)
i b
+ Cách khác : Xét tỷ số x, y ( số thập phân)
2i
Trong đó : x là phần nguyên , y là phần phân
- Số vân sáng : Ns = 2.x +1
- Số vân tối : Nếu y < 0,5 thì Nt = 2.x ; Nếu y 0,5 thì Nt = 2.x +1
4) Làm TN với ánh sáng trắng : bước sóng trong khoảng 0,38 m 0,76 m
a) Tại vị trí vân trung tâm O : luôn là vạch sáng trắng ; Hai bên 0 là quang phổ liên tục , hết bậc 1 , đến bậc 2
b) Bề rộng quang phổ bậc 1 : x = x1đ - x1t => bề rộng bậc 2,3…
c) Tại một điểm trêm màn đã biết tọa độ x :
+ Tính Số vân sáng đơn sắc khác trùng tại điểm x đó thì giải bất phương trình :
0,38 m k.i 0,76 m => các giá trị k = số vân sáng cần tính
+ Tính Số vân tối trùng tại điểm x đó thì giải bất phương trình :
0,38 m (k 0,5).i 0,76 m => các giá trị k = số vân tối cần tính
5 Các ví dụ áp dụng.
5.1 Bài tập cơ bản về thí nghiệm giao thoa dùng ánh sáng đơn sắc
Ví dụ 1 Làm thí nghiệm giao thoa ánh sáng với hai khe Y- âng, khoảng cách giữahai khe a = 1 mm , khoảng cách từ mặt phẳng hai khe đến màn quan sát D = 1 m,ánh sáng làm thí nghiệm có bước sóng = 500 nm Khoảng vân giao thoa bằng
A 0,5 mm B 0,5 cm C 5 mm D 0,25 mm ( Đáp án :
A)
Trang 98
Trang 10Ví dụ 2 Làm thí nghiệm giao thoa ánh sáng với hai khe Y- âng, khoảng cách giữahai khe a = 1 mm , khoảng cách từ mặt phẳng hai khe đến màn quan sát D = 1 m,ánh sáng làm thí nghiệm có bước sóng = 500 nm Vị trí vân sáng bậc 4 bằng
A 2 mm B 2 cm C 2 mm D 1 mm ( Đáp án : C)
Ví dụ 3 Làm thí nghiệm giao thoa ánh sáng với hai khe Y- âng, khoảng cách giữahai khe a = 1 mm , khoảng cách từ mặt phẳng hai khe đến màn quan sát D = 1 m,ánh sáng làm thí nghiệm có bước sóng = 500 nm Vị trí vân tối thứ 5 bằng
A 2 mm B 2 cm C 2 mm D 1 mm ( Đáp án : A)
Ví dụ 6 Làm thí nghiệm giao thoa ánh sáng với hai khe Y- âng, khoảng cách giữa hai khe a = 1 mm , khoảng cách từ mặt phẳng hai khe đến màn quan sát D = 1 m, ánh sáng làm thí nghiệm có bước sóng Ta đo được khoảng cách giữa 7 vân sáng liên tiếp bằng 6 mm Giá trị bằng
A 500 nm B 450m C 400 nm D 600m
( Đáp án : A)
Ví dụ 7 Trong thí nghiệm của Y-âng về giao thoa ánh sáng, hai khe F1 và F 2 đượcchiếu bằng ánh sáng đơn sắc có bước sóng Người ta đo được khoảng cách giữa 6vân sáng liên tiếp trên màn là 6 mm Tính khoảng cách từ vân sáng bậc 3 đến vânsáng bậc 8 ở cùng phía với nhau so với vân sáng chính giữa
A 4,2mm B 7mm C 8,4mm D 6mm ( Đáp án : D)
Ví dụ 8 Trong thí nghiệm Y- âng về giao thoa ánh sáng, khoảng cách giữa hai khe
là a, khoảng cách từ hai khe đến màn là D Dùng ánh sáng đơn sắc có bước sóngchiếu vào hai khe thì người ta đo được khoảng cách từ vân sáng trung tâm tới vânsáng bậc 4 là 6 mm Xác định khoảng cách vân sáng bậc 6 đến màn quan sát
A 3mm B 6mm C 9mm D 12mm ( Đáp án : C)
9
Trang 11LY: THPT- LE BA HIEU – THPT LE HONG PHONG
Ví dụ 9 Trong thí nghiệm của Y-âng về giao thoa ánh sáng, hai khe F1 và F2 đượcchiếu bằng ánh sáng đơn sắc có bước sóng = 0,4 m Khoảng cách giữa hai khe là0,4 mm, khoảng cách từ hai khe đến màn là 2 m Xác định khoảng cách từ vân sángbậc 4 đến vân sáng bậc 8 ở khác phía nhau so với vân sáng chính giữa
Ví dụ 11 Trong TN giao thoa ánh sáng với hai khe Y âng Khoảng cách F 1F2=
a , khoảng cách từ hai khe đến màn quan sát là D = 2 m Nguồn sáng đơn sắc có
= 0,42 m thì khoảng vân i = 0,7 mm Giá trị a là
A 1,2 mm B 1 mm C 1,5 mm D 2 mm ( Đáp án : A)
Ví dụ 12 Trong TN giao thoa ánh sáng với hai khe Y âng Khoảng cách F1F2= a=1,2 mm , khoảng cách từ hai khe đến màn quan sát là D = 2 m Nguồn sáng đơn sắc có = 0,42 m Tại điểm M trên màn quan sát cách vân sáng trung tâm là 4,2
A vân sáng bậc 3 B vân tối thứ 3 C vân tối thứ 4 D vân sáng bậc 4 ( Đáp
Trang 12đến màn quan sát là D Làm TN với ánh sáng đơn sắc có bước sóng , trên mànquan sát đo được khoảng cách giữa 11 vân sáng là 3 mm Khoảng cách giữavân tối thứ 3 bên này tới vân tối thứ 3 bên kia vân trung tâm là
A 1,65 mm B 1,25 mm C 1,6 mm D 2,5 mm ( Đáp án : D)
5.2 Bài tập cơ bản về thí nghiệm giao thoa khi dùng ánh sáng trắng
Ví dụ 1 : Trong TN giao thoa với hai khe Y- âng Khoảng cách giữa hai khe là a =
1 mm Hai khe đặt cách màn quan sát là D = 1 m Làm thí nghiệm với ánh sáng trắng có bước sóng trong khoảng 0,4m 0,75m Bề rộng của quang phổ liên tục bậc 1bằng
A 0,35 mm B 0,7 mm C 3,8 mm D 2,9 mm
( Đáp án : A)
Ví dụ 2 : Trong TN giao thoa với hai khe Y- âng Khoảng cách giữa hai khe là a =
1 mm Hai khe đặt cách màn quan sát là D = 1 m Làm thí nghiệm với ánh sáng trắng có bước sóng trong khoảng 0,4m 0,75m Bề rộng của quang phổ liên tục bậc 2bằng
A 0,35 mm B 0,7 mm C 3,8 mm D 2,9 mm
( Đáp án : B)
Ví dụ 3 Trong TN giao thoa với hai khe Y- âng Khoảng cách giữa hai khe là a =0,8 mm Hai khe đặt cách màn quan sát là D = 2 m Làm thí nghiệm với ánh sángtrắng có bước sóng trong khoảng 0,38 m 0,76 m Tại điểm M cách vân sáng trungtâm 3 mm , còn có các vân sáng của bức xạ nào sau đây ?
A màu lam bậc 2 và màu tím bậc 3 B màu cam bậc 3 và màu tím bậc 2
C màu vàng bậc 2 và màu tím bậc 3 D màu vàng bậc 2 và màu chàm bậc 3.( Đáp án : C)
Ví dụ 4 Trong TN giao thoa với hai khe Y- âng Khoảng cách giữa hai khe là a, hai khe đặt cách màn quan sát là D Khe F là nguồn sáng phát ra đồng thời hai bức
xạ có 1 và 2 mà 1 < 2 < đ ( đ = 0,76 m.) , ta thấy vân sáng cùng màu đầu tiên với vân sáng trung tâm ở cách vân sáng trung tâm là 3,48 mm
Bước sóng 2 và 1 là
A 1 = 0,464 m và 2= 0, 696 m B 1 = 0,48 m và 2= 0, 72 m
C 1 = 0,544 m và 2= 0, 679 m D 1 = 0,582 m và 2= 0, 726 m
( Đáp án : A)
Ví dụ 5 Trong TN giao thoa với hai khe Y âng Khoảng cách giữa hai khe S1S2 là
a = 4 mm, hai khe đặt cách màn quan sát là D = 2 m Khe S là nguồn sáng trắng
có bước sóng : 0,8m 0,76m Tại điểm M trên màn quan sát cách vân trung tâm đoạn1,2 mm có những vân sáng của các bức xạ trùng tại đó là :
A. 1 0,6 m; 2 0,38 m , 3 0,54 m B. 1 0,6 m; 2 0,48 m , 3 0,4 m
C 1 0,56 m; 2 0,54 m , 3 0,44 m D 1 0,62 m; 2 0,58 m , 3 0,52 m
( Đáp án : B)
11