Vật lý 12: 43 bài tập trọng tâm sóng ánh sáng – Chinh phục giảng đường

Trong thí nghiệm giao thoa Y-âng, nguồn S phát ánh sáng đơn sắc có bước sóng người ta đặt màn quan sát cách mặt phẳng hai khe một khoảng D thì khoảng vân i = 1 mm.. Trong thí nghiệm g[r]

Trang 1

Nghị lực và bền bỉ có thể chinh phục mọi thứ (Benjamin Franklin) 1

43 BÀI TẬP TRỌNG TÂM SÓNG ÁNH SÁNG

Câu 1 Tốc độ của ánh sáng trong chân không là c = 3.108 m/s Nước có chiết suất n = 1,33 đối với ánh

sáng đơn sắc màu vàng Tốc độ của ánh sáng màu vàng trong nước gần với giá trị nào nhất trong các

giá trị sau

A 2,63 108 m/s B 2,26.108 m/s C 1,69.108 m/s D 1,13.108 m/s

Gợi ý

 Áp dụng công thức:

8

3.10

2, 2556.10 1,33

c v n

Chọn B

Câu 2 Một ánh sáng đơn sắc khi truyền từ thuỷ tinh vào nước thì tốc độ ánh sáng tăng 1,35 lần Biết chiết suất của nước đối với ánh sáng này là 4/3 Khi ánh sáng này truyền từ thuỷ tinh ra không khí thì bước sóng của nó

A giảm 1,35 lần B giảm 1,8 lần C tăng 1,35 lần D tăng 1,8 lần.

Gợi ý

 Th1: Ánh sáng đơn sắc khi truyền từ thuỷ tinh vào nước

Ta có: tt nc 1, 35

tt nc

n v

3

nc tt

 Th2: Ánh sáng đơn sắc này truyền từ thuỷ tinh ra không khí

1,8 1

n

Vậy ánh sáng này chiếu từ thủy tinh ra không khí bước sóng tăng 1,8 lần

Chọn D

Câu 3 Một chùm ánh sáng hẹp, đơn sắc có bước sóng trong chân không là  = 0,60 m Tính tốc độ và bước sóng của ánh sáng đó khi truyền trong thủy tinh có chiết suất n = 1,5

A v = 108 m/s; ’ = 0,4 m B v = 2.108 m/s; ’ = 0,45 m

Gợi ý



8

3.10

2.10

1, 5

tt

c

v

n

1, 5

tt ck

Chọn C

Trang 2

Câu 4 Chiếu một tia sáng gồm hai bức xạ màu da cam và màu chàm từ không khí tới mặt chất lỏng với góc tới 30o Biết chiết suất của chất lỏng đối với ánh sáng màu da cam và ánh sáng màu chàm lần lượt là 1,328 và 1,343 Góc tạo bởi tia khúc xạ màu da cam và tia khúc xạ màu chàm ở trong chất lỏng bằng

Gợi ý

 Áp dụng công thức của định luật khúc xạ ánh sáng, ta có:

1,32 inr 30 8 inr r 22 1 7, 1

Sinin S Sin  S  

1,34

Sinin S Sin  S  

rc rch 22,117 21,858 15,35'

r

Chọn A

Câu 5 Từ không khí, chiếu chùm sáng hẹp (coi như một tia sáng) gồm hai bức xạ đơn sắc màu đỏ và màu chàm tới mặt nước với góc tới 530 thì xảy ra hiện tượng phản xạ và khúc xạ Biết tia khúc xạ màu đỏ vuông góc với tia phản xạ, góc giữa tia khúc xạ màu chàm và tia khúc xạ màu đỏ là 0,50 Chiết suất của nước đối với tia sáng màu chàm là

A 1,333 B 1,343 C.1,327 D.1,312

Gợi ý

 r đ = 900 – i' = 900 – i = 900 – 530 = 370

 r ch = r đ - r =370- 0,50 = 36,50

Ta có:

0

0 1, 3

53

ch

Sini Sin Sini n Sinr n

Sinr Sin



Chọn B

Câu 6 Chiết suất của nước đối với tia màu cam là nc, tia màu lam là nL Chiếu chùm tia sáng hẹp gồm cả

hai ánh sáng cam và lam từ nước ra không khí với góc tới i sao cho 1/nL < sin i < 1/nc Kết luận đúng là

C cả tia màu cam và tia màu lam ló ra không khí D không có tia nào ló ra không khí

Gợi ý

*Nhắc lại: Điều kiện xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần

+ Ánh sáng truyền từ môi trường chiết quang hơn (n1) sang môi trường chiết quang kém (n2): n1 > n2

+ góc tới ii gh, Trong đó: 2

1

gh

n Sini

n



*Vận dụng:

ghL

n Sini

n n

ghL

n Sini

n n

Trang 3

Theo đề: 1 1

sin i

n   n (3)

Từ (1), (2), (3) Sini ghL sin i Sini ghC  i ghL  i i ghC lam bị phản xạ toàn phần, cam ló ra ngoài

Chọn A

Câu 7 Chiết suất của nước đối với tia vàng là nv, tia lam là nL Chiếu chùm tia sáng hẹp gồm cả hai ánh

sáng vàng và lam từ nước ra không khí với góc tới i sao cho 1/nL < sin i < 1/nV Tia ló là:

A cả tia vàng và tia lam B tia lam C không có tia nào ló ra D tia vàng.

Gợi ý

 Làm tương tự câu trên

Chọn D

Câu 8 (ĐH 2012) Chiếu xiên từ không khí vào nước một chùm sáng song song rất hẹp (coi như một tia

sáng) gồm ba thành phần đơn sắc: đỏ, lam và tím Gọi rđ, rl, rt lần lượt là góc khúc xạ ứng với tia màu đỏ,

tia màu lam và tia màu tím Hệ thức đúng là

A rl = rt = rđ B rt < rl< rđ C rđ < rl < rt D rt < rđ < rl

Gợi ý

 Ta có: sin in S t inrt n l Sinrl n S nr đ i đ

Mặt khác ta có n t n l n đ  r t < r l < r đ

Chọn B

Câu 9 (ĐH 2012) Một ánh sáng đơn sắc màu cam có tần số f được truyền từ chân không vào một chất

lỏng có chiết suất là 1,5 đối với ánh sáng này Trong chất lỏng trên, ánh sáng này có

A màu tím và tần số f B màu cam và tần số 1,5f

Gợi ý

*Nhắc lại: Một ánh sáng đơn sắc truyền từ môi trường 1(có chiết suất n1) sang môi trường 2 (có chiết suất

n2), tần số và màu sắc của ánh sáng không đổi, tốc độ truyền và bước sóng thay đổi 1

2

n

n lần

Chọn C

Câu 10 (ĐH 2014) Gọi nđ, nt và nv lần lượt là chiết suất của một môi trường trong suốt đối với các ánh

sáng đơn sắc đỏ, tím và vàng Sắp xếp nào sau đây là đúng ?

A nđ < nv < nt B nv > nđ > nt C nđ > nt > nv D nt > nđ > nv

Gợi ý

*Nhắc lại:

+ Trong cùng một môi trường: đ c v  l  lam c h 

+ Chiết suất của môi trường phụ thuộc vào màu sắc của ánh sáng đơn sắc chiếu vào: n A B2



 

Trang 4

Chọn A

Câu 11 Chiếu từ nước ra không khí một chùm tia song song rất hẹp (coi như 1 tia sáng) gồm 5 thành phần

đơn sắc: tím, lam, đỏ, lục, vàng Tia ló đơn sắc màu lục đi là là mặt nước (sát mặt phân cách giữa 2 môi

trường) Không kể các tia đơn sắc màu lục, các tia ló ra ngoài không khí là các tia đơn sắc màu:

Gợi ý

 Ta có: ghđ 1

đ

Sini

n

v

Sini

n

 , ghl 1

l

Sini

n

lam

Sini

n

t

Sini

n

 + Mặt khác: n đ n v n l n l am n t Sini ghđ Sini ghv Sini ghl Sini ghlam Sini ght(1)

+ Theo đề, tia lục là là trên mặt nước nên SiniSini ghl (2)

Từ (1) và (2) Sini ghđ Sini ghv SiniSini ghlamSini ghti ghđ i ghv  i i ghlam i ght

Vậy lam và tím bị phản xạ toàn phần lại môi trường nước, đỏ và vàng khúc xạ và ló ra ngoài.

Chọn C

Câu 12 Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng dùng hai khe Young, hai khe được chiếu bằng ánh sáng có bước sóng  = 0,5 m, biết S1S2 = a = 0,5 mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến màn quan sát là D = 1 m Bề rộng vùng giao thoa quan sát được trên màn là L =13mm Tính số vân sáng và tối quan sát được trên màn

A 10 vân sáng; 12 vân tối B 11 vân sáng; 12 vân tối

C 13 vân sáng; 12 vân tối D 13 vân sáng; 14 vân tối

Gợi ý

*Phương pháp: Tìm số vân sáng, số vân tối trên trường giao thoa có bề rộng L (trên L hệ vân đối xứng nhau qua vân sáng trung tâm)

Lập tỉ sô: L N q

i   , N là phần nguyên, 0 q 1

Trong hai giá trị N và N+1, giá trị nào là số nguyên lẻ là số vân sáng, giá trị nào là số nguyên chẵn là số vân tối

*Vận dụng:

 Ta có:

3 3

0,5.10 1.10

1 0,5

D i

a

 Lập tỉ số: 13 13 0

1

L

i    , N = 13, q =0

N= 13 = Số vân sáng, N+1 =14 = Số vân tối.

Chọn D

Trang 5

Câu 13 (ĐH –CĐ-2010) Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, hai khe được chiếu bằng ánh sáng

đơn sắc có bước sóng λ Nếu tại điểm M trên màn quan sát có vân tối thứ ba (tính từ vân sáng trung tâm) thì hiệu đường đi của ánh sáng từ hai khe S1, S2 đến M có độ lớn bằng

A 2 λ B 1,5 λ C 3 λ D 2,5 λ

Gợi ý

* Nhắc lại:

Gọi d1, d2 lần lượt là khoảng cách từ hai khe S1 và S2 đến điểm M trên màn

+ Tại M là vị trí vân sáng  d2 d1 k kZ, k = 0 là vân sáng trung tâm, k   1, 2, là vân sáng bậc 1, bậc 2, …

+ Tại M là vị trí vân tối  2 1  

1 2

d d k  kZ

  , k = 0, 1, … là vân tối thứ nhất, thứ 2,…; k = -1, -hai,

… là vân tối thứ nhất, thứ hai

*Vận dụng:

Tại M là vân tối thứ 3 nên k = 2  2 1 1 2, 5

2

d d k  

Chọn D

Câu 14 Trong thí nghiệm Y- âng về giao thoa ánh sáng, khoảng cách giữa hai khe sáng là 1mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến màn quan sát là 2,5 m Ánh sáng đến hai khe là đơn sắc có bước sóng = 0,6 μm Trên màn quan sát, xét hai điểm M và N cách nhau 6 mm nằm cùng một phía so với vân trung tâm, điểm M cách vân trung tâm 2 mm Số vân sáng quan sát được trong đoạn MN là

Gợi ý

*Phương pháp:

Gọi  Q i là tập hợp các vị trí vân sáng trong đoạn MN, tại Qi thỏa:

+

i

Q

x ki kZ(1)

+

i

x x x (2)

Từ (1) và(2) x M  ki x N  x M x N

k

i   i (*) Vậy số vị trí vân sáng trong đoạn MN là số các giá trị của k kZthỏa (*)

*Vận dụng :



0, 6.10 2,5.10

1,5 1

D

i

a

 x M 2mm, x N 8mm

Trang 6

k

1,5 k 1,5

   1,33 k 5,33k2,3, 4,5 Vậy trong đoạn MN có 4 vị trí vân sáng.

Chọn D

Câu 15 Thực hiện giao thoa khe Young Nguồn sáng đơn sắc có bước sóng 0,5m, khoảng cách hai khe

a = 1 mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến màn quan sát D = 2 m Trên màn, tại vị trí cách vân trung tâm một khoảng x là vân tối thứ 3, tại vị trí cách vân trung tâm một khoảng 3x là vân

Gợi ý

 Tại vị trí cách vân trung tâm một khoảng x là vân tối thứ 3  x = 2,5 i (1)

 Tại vị trí cách vân trung tâm một khoảng 3x: 3x = ki(2)

 Thay (1) vào (2) 7,5i  ki k 7,5

 Tại vị trí cách vân trung tâm một khoảng 3x là vân tối thứ 8

Câu 16 Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, nguồn sáng đơn sắc với bước sóng ; khoảng cách giữa hai khe sáng là a; khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến màn quan sát là D Khoảng cách từ vân tối thứ nhất đến vân sáng bậc 2 là

A D

a



2

D a



a



2

D a



Gợi ý

 TH1: Vân tối thứ nhất và vân sáng bậc 2 ở cùng phía vân sáng trung tâm:

2

 TH2: Vân tối thứ nhất và vân sáng bậc 2 ở khác phía vân sáng trung tâm:

2

Chọn D

Câu 17 Trong thí nghiệm giao thoa Y-âng, vị trí vân sáng bậc 10 cách vân sáng trung tâm 9 mm Khoảng cách lớn nhất và nhỏ nhất giữa vân sáng bậc 9 và vân tối thứ 7 lệch nhau

A 15,5 mm B 13,95 mm C 11,7 mm D 13 mm

Gợi ý

 Vị trí vân sáng bậc 10 cách vân sáng trung tâm 9 mm  10i9mm i 0,9mm

 x S T9 7max  x S9  x T7  9i 6,5i15,5i

x S T9 7min  x S9  x T7  9i 6,5i2,5i

Trang 7

x S T9 7 max x S T9 7min 15,5i2,5i13i 13.0,9 11, 7 (mm)

Chọn C

Câu 18 Trong giao thoa ánh sáng qua 2 khe Young, trong không khí khoảng vân giao thoa bằng i Nếu đặt toàn bộ thiết bị trong chất lỏng có chiết suất n thì khoảng vân giao thoa sẽ bằng

A

1

i

n D n.i

Gợi ý

 Trong không khí, bước sóng của ánh sáng là , khoảng vân là i, i D

a



 (1)

 Trong chất lỏng có chiết suất n, bước sóng của ánh sáng này là ', '

n



  , khoảng vân là i',

'

i

' i

i n

 

Chọn C

Câu 19 Trong thí nghiệmY-âng về giao thoa ánh sáng, nguồn sáng S phát ra ánh sáng đơn sắc Nếu dịch chuyển màn quan sát đi một đoạn 0,2 m thì khoảng vân tăng một lượng bằng 500 lần bước sóng Khoảng cách giữa hai khe là:

A 0,40 cm B 0,20 cm C 0,20 mm D 0,40 mm

Gợi ý

 Ban đầu: i D

a





 Sau khi dịch chuyển màn một đoạn 0,2 m:  0, 2

i

a

 Theo đề, sau khi dịch chuyển khoảng vân tăng một lượng 500: i' i 500 D 500

a

Từ (1) và (2)  .0, 2 500

a

4.10 0, 4 500

Chọn D

Câu 20 Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng đơn sắc, người ta thấy khoảng vân tăng thêm

0,3 mm khi dời màn để khoảng cách giữa màn và hai khe tăng thêm 0,5 m Biết hai khe cách nhau là

a = 1 mm Bước sóng của ánh sáng đã sử dụng là:

A 0,40 m B 0,58 m C 0,60 m. D 0,75 m

Gợi ý

 Ban đầu:i D

a



 (1)

 Sau khi dịch chuyển màn ra xa đoạn 0,5 m:  0,5 .0,5   1 .0,5

Trang 8

 Theo đề, sau khi dịch chuyển khoảng vân tăng thêm 0,3 mm, từ (1) và(2)

3

.0,5

0,3.10 0, 6.10 0, 6

Chọn C

Câu 21 Trong thí nghiệm giao thoa Y-âng, nguồn S phát ánh sáng đơn sắc có bước sóng người ta đặt màn quan sát cách mặt phẳng hai khe một khoảng D thì khoảng vân i = 1 mm Khi khoảng cách từ màn quan sát đến mặt phẳng hai khe lần lượt là D D hoặc D D thì khoảng vân thu được trên màn tương ứng là và Nếu khoảng cách từ màn quan sát đến mặt phẳng hai khe là D 3 Dthì khoảng vân trên màn là:

A 3 mm B 4 mm C 2 mm D 2,5 mm

Gợi ý

 Th1: Khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến màn là D: 1 D(1)

a





 Th2: Khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến màn là D D:  

a

 Th3: Khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến màn là D D:  

a



 Th4: Khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến màn là D 3 D:  3 

a



 Lấy (2) chia (3) vế theo vế ta được: 2 3

1

 

 

a



Chọn C

Câu 22 Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng với khe Y-âng, khi màn quan sát cách màn chắn chứa hai khe một đoạn D1 thì người ta nhận được một hệ vân giao thoa Dời màn quan sát đến vị trí cách màn chắn chứa hai khe một đoạn D2 thì người ta nhận được một hệ vân khác trên màn mà vị trí vân tối thứ 2k trùng

với vị trí vân sáng bậc k của hệ vân ban đầu Tỉ số 2

1

D

D bằng

A 4 1

2

k



B 2

2 1

k

2 1 2

k k



4 1

k

k

Gợi ý

 TH1: Khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến màn là D1, tại M là vân sáng bậc k: 1

M

k D x

a



 TH2: Khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến màn là D2, tại M là vân tối thứ 2k:

1

2

M

x

a



2 2

M

D

a



2i i.

Trang 9

Từ (1) và (2)  2

1

2

2 2

k



Chọn D

Câu 23 Cho thí nghiệm Y-âng, ánh sáng có bước sóng 500 nm H là chân đường cao hạ vuông góctừ S1 tới màn M Lúc đầu người ta thấy H là một cực đại giao thoa Dịch màn M ra xa hai khe S1, S2 đến khi tại H

bị triệt tiêu năng lượng sáng lần thứ nhất thì độ dịch là 1/7 m Để năng lượng tại H lại triệt tiêu thì phải

dịch màn xa thêm ít nhất là 16/35 m Khoảng cách hai khe S1và S2 là

A 0,5 mm B 1 mm C 2 mm D 1,8 mm

Gợi ý

 TH1: Gọi D là khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến màn để tại H là chân đường cao hạ từ S1 lên

màn, tại H là cực đại giao thoa:

2

H

k D a x

a



 TH2: Dịch màn M ra xa hai khe đoạn 1/7 m thì tại H bị triệt tiêu năng lượng lần thứ nhất:

H

x

a



     

 TH3: Dịch chuyển màn ra xa thêm đoạn nhỏ nhất là 16/35 m thì tại H năng lượng lại triệt tiêu:

H

x

a



H

x

a



     

kDk D 

1

7 2 14

kDk D 

5k 2D 10

 Từ (4) và (5)  4

1

k





 



2 D 2.4.500.10 1.10 2

Chọn C

Câu 24 Thực hiện giao thoa khe Young Nguồn sáng đơn sắc có bước sóng 600 nm, khoảng cách hai khe

a = 1 mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến màn quan sát D = 3 m Trên màn, xét điểm M cách vân trung tâm một khoảng 10 mm Dịch chuyển màn quan sát từ từ lại gần mặt phẳng chứa hai khe thêm một đoạn 1,2 m thì điểm M chuyển thành vân sáng

Gợi ý

 Tại M là vị trí vân sáng x M k D

a



3

.600.10 10.10

1.10



3

D k

  kZ

 Trong đó: 1,8(m) D 3(m)(2)

Trang 10

Bấm Mode 7, ta được:

Vậy khi dịch chuyển màn trong đoạn thỏa1,8(m) D 3(m), có 4 vị trí của màn để tại M là vân sáng.

Chọn A

Câu 25 Thí nghiệm giao thoa Y-âng với nguồn là ánh sáng đơn sắc, khoảng cách giữa mặt phẳng màn đến mặt phẳng chứa hai khe là D Tại điểm M trên màn quan sát là vân sáng bậc 7 Cố định màn chứa hai

khe, di chuyển từ từ màn quan sát tiến về mặt phẳng chứa hai khe một đoạn

3

D Lần cuối cùng điểm M

chuyển thành vân sáng thì màn quan sát cách mặt phẳng chứa hai khe một đoạn

A 7

7

2

3

8D

Gợi ý

* Nhận xét:

Điểm M trên màn cách vân sáng trung tâm đoạn x M,x M k D

a



 , màn dịch chuyển lại gần mặt phẳng chứa hai khe thì D  k , tức là các vân sáng, vân tối bên ngoài dồn về phía vân sáng trung tâm nên tại M có nhiều lần chuyển thành vân sáng, vân tối

 Ban đầu, tại M: x M 7 D

a



 Sau khi dịch chuyển M lại gần mặt phẳng chứa hai khe đoạn

3

D

x

a

  

D



   k 10,5Trong quá trình dịch chuyển màn lại gần mặt phẳng

chứa hai khe đoạn

3

D

, lần cuối tại M chuyển thành vân sáng là vân sáng bậc 10, k =10

 Gọi D’ là khoảng cách từ màn đến mặt phẳng chứa hai khe thi tại M chuyển thành vân sáng lần cuối, ta

M

x

' 10

Chọn A

Định dạng
Số trang	20
Dung lượng	0,98 MB