Chuyên đề Vật lý 12 Giao thoa ánh sáng vấn đề 1: Giao thoa với ánh sáng đơn sắc16624

GIAO THOA ÁNH SÁNG Vấn đề 1: Giao thoa với ánh sáng đơn sắc Kết 1: Vị trí vân *Hiệu đường hai sóng kết hợp đến M: d  d1  *Khoảng vân: i  ax D D a *Vân sáng: d  d1  ax D  k  x  k D a  Vân sáng trung tâm: d  d1  0  x  0i  Vân sáng bậc 1: d  d1    x  i  Vân sáng bậc 2: d  d1  2  x  2i  …  Vân sáng bậc k: d  d1   k   x   ki *Vân tối: d  d1  ax  m  0,5   x  m  0,5 i D  Vân tối thứ d  d1   1  0,5  x   1  0,5i  Vân tối thứ 2: d  d1   2  0,5  x   2  0,5i  …  Vân tối thứ n: d  d1   n  0,5  x   n  0,5i *Để kiểm tra M vân sáng hay vân tối ta vào: Nếu cho tọa độ x i  = số nguyên  vân sáng   = số bán nguyên  vân tối Nếu cho hiệu đường Tài liệu trích sách : Tuyển chọn Vật Lý Hay – Lạ - Khó : Chu Văn Biên ThuVienDeThi.com d   d  d1  = số nguyên  vân sáng    = số bán nguyên  vân tối Ví dụ 1: Trong thí nghiệm giao thoa Y-âng, khoảng cách hai khe 1,2 mm, khoảng cách mặt phẳng hai khe ảnh m Người ta chiếu vào khe Y-âng ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,6 µm Xét hai điểm M N có tọa độ mm 15,5 mm vị trí vân sáng hay vân tối? A M sáng bậc 2; N tối thứ 16 B M sáng bậc 6; N tối thứ 16 C M sáng bậc 2; N tối thứ D M tối 2; N tối thứ Hướng dẫn  xM   Vân sáng bậc  i  D 0, 6.106.2    1mm    i 3 1, 2.10 a  x   15,5  Tối thứ 15,5 + 0,5 = 16 i  Chọn B Ví dụ 2: Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, nguồn sáng gồm xạ có bước sóng 1 = 720 nm, 2 = 540 nm, 3 = 432 nm 4 = 360 nm Tại điểm M vùng giao thoa mà hiệu khoảng cách đến hai khe 1,08 µm có vân sáng A bậc xạ 4 B bậc xạ 3 C bậc xạ 1 D bậc xạ 2 Hướng dẫn  = số nguyên  vân sáng  Vân sáng: d  d1  k  d d  d1          = số bán nguyên  vân tối  Vân tối: d  d1  m  0,5    d  1, 08.106  1,5  vân tối thứ 720.109 d   3   d       d  1, 08.106   vân sáng thứ   540.109 4  1, 08.106  2,5  vân tối thứ 432.109  1, 08.106   vân sáng bậc 360.109  Chọn A Kết 2: Thay đổi tham số a D Tài liệu trích sách : Tuyển chọn Vật Lý Hay – Lạ - Khó : Chu Văn Biên ThuVienDeThi.com Khi thay đổi khoảng cách hai khe (thay đổi a) điểm M lúc đầu vân sáng (tối) chuyển thành vân tối (sáng) có bậc cao thấp tùy thuộc a tăng hay giảm D  k '  xM  k a  ?   x  k '  D k M a  a  D   m  0,5   xM  k a  ?   x  m  0,5   D k M a  a  Khi thay đổi khoảng cách hai khe đến (thay đổi D) M lúc đầu vân sáng (tối) chuyển thành vân tối (sáng) có bậc coa thấp tùy thuộc D giảm hay tăng D  k '  xM  k a  ?   x  k '  D  D  k M a  D   m  0,5   xM  k a  ?   x  m  0,5   D  D  k M a  Ví dụ 1: (ĐH – 2012) Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa với ánh sáng đơn sắc có bước sóng  , khoảng cách hai khe hẹp a, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe hẹp đến quan sát 2m Trên quan sát, điểm M cách vân sáng trung tâm mm, có vân sáng bậc Khi thay đổi khoảng cách hai khe hẹp đoạn 0,2 mm cho vị trí vân sáng trung tâm khơng thay đổi M có vân sáng bậc Giá trị  A 0,60 µm B 0,50 µm C 0,45µm D 0,55 µm Hướng dẫn Vì bậc vân tăng lên nên a tăng thêm: xM   D a 6 D a  0, ax   a  1mm     M  0, 6.106 m   Chọn A a a  0, 5D Ví dụ 2: Trong thí nghiệm Y-âng, nguồn S phát xạ đơn sắc  , quan sát cách mặt phẳng hai khe khoảng không đổi D, khoảng cách hai khe S1S2 = a thay đổi (nhưng S1 S2 cách S) Xét điểm M màn, lúc đầu vân sáng bậc 4, giảm tăng khoảng cách S1S2 lượng ∆a vân sáng bậc k bậc 3k Nếu tăng khoảng cách S1S2 thêm 2∆a M A vân tối thứ B vân sáng bậc C vân sáng bậc D vân sáng bậc Hướng dẫn Tài liệu trích sách : Tuyển chọn Vật Lý Hay – Lạ - Khó : Chu Văn Biên ThuVienDeThi.com D  a  a a  a   a  0,5a  1 D  a  a xM  3k a  a  xM  k D   k' a  k '   Chọn D  1 D  4.2 xM  k ' a  a  xM  Ví dụ 3: Trong thí nghiệm giao thoa Y-âng, nguồn S phát ánh sáng đơn sắc có bước sóng  người ta đặt quan sát cách mặt phẳng hai khe khoảng D khoảng vân 1mm Khi khoảng cách từ quan sát đến mặt phẳng hai khe D + ∆D D - ∆D khoảng vân thu tương ứng 2i i Nếu khoảng cách từ quan sát đến mặt phẳng hai khe D + 3∆D khoảng vân là: A 3mm B 2,5 mm C mm D mm Hướng dẫn D  a  1mm      D  D  Khoảng vân giao thoa:   2i  D  a    D    D  D  i    a  Khi D’ = D + 3∆D = 2D khoảng vân: i ' D ' a 2 D a  mm   Chọn C Ví dụ 4: Trong thí nghiệm giao thoa Y-âng, khoảng cách hai khe 0,5 mm Giao thoa thực với ánh sáng đơn sắc có bước sóng  điểm M có tọa độ mm vị trí vân sáng bậc Nếu dịch xa thêm đoạn 50/3 (cm) theo phương vng góc với mặt phẳng hai khe M vị trí vân tối thứ Tính bước sóng A 0,4 µm B 0,5 µm C 0,6 µm D 0,64 µm Hướng dẫn D   xM  a    0,5.106 m   Chọn B  0,5 / D     0, 75.2  D  0, 25  x  1,5   M a a a Chú ý: Khi D tăng a giảm khoảng vân tăng lên nên vân bậc cao chạy Ngược lại, vân bậc cao chạy vào Tài liệu trích sách : Tuyển chọn Vật Lý Hay – Lạ - Khó : Chu Văn Biên ThuVienDeThi.com Ví dụ 5: (ĐH – 2013): Thực thí nghiệm Y âng giao thoa với ánh sáng có bước sóng  Khoảng cách hai khe hẹp mm Trên quan sát, điểm M cách vân trung tâm 4,2 mm có vân sáng bậc Giữ cố định điều kiện khác, di chuyển dần quan sát dọc theo đường thẳng vuông góc với mặt phẳng chứa hai khe xa vân giao thoa M chuyển thành vân tối lần thứ hai khoảng dịch 0,6 m Bước sóng  bằng: A 0,6 µm B 0,5 µm C 0,7 µm D 0,4 µm Hướng dẫn Vị trí điểm M: xM  5i  D a  4, 2.103 m  1 Ban đầu, vân tối tính từ vân trung tâm đến M có tọa độ 0,5i; 1,5i; 2,5i; 3,5i 4,5i Khi dịch xa 0,6 m M trở thành vân tối lần thứ xM = 3,5i’ hay xM  3,5  D  0,  a  4, 2.103 m  2  Từ (1) (2) tính ra: D = 1,4 m,  = 0,6 µm  Chọn A Quý thầy cô cần sách (bản word sách đầy đủ, chỉnh sửa được) xin vui lịng liên hệ với chúng tơi qua địa mail : giaovienchuyenly@gmail.com Ví dụ 6: Thực thí nghiệm Y âng giao thoa ánh sáng có bước sóng  Khoảng cách hai khe hẹp đến 1,2m Giữ cố định điều kiện khác, giảm dần khoảng cách hai khe đến vân giao thoa M chuyển thành vân sáng lần thứ hai khoảng cách hai khe giảm 1/3 mm Bước sóng  gần giá trị sau đây? A 0,6 µm B 0,5 µm C 0,7 µm D 0,4 µm Hướng dẫn Vị trí điểm M: xM  4,5i  4,5 D a  2, 7.103 m  1 Tài liệu trích sách : Tuyển chọn Vật Lý Hay – Lạ - Khó : Chu Văn Biên ThuVienDeThi.com Ban đầu, vân tối tính từ vân trung tâm đến M có tọa độ i; 2i; 3i 4i Khi a giảm i tăng (các vân bậc cao dịch phía ngồi) M trở thành vân sáng lần thứ xM  3i ' hay xM  D a  103 /  2, 7.103 m  2  Từ (1) (2) tính ra: a = mm,  = 0,5 µm  Chọn D Ví dụ 7: Thí nghiệm giao thoa I-âng với ánh sáng đơn sắc có bước sóng  = 0,4 µm, khoảng cách hai khe a = 0,8 mm Gọi H chân đường cao hạ từ S1 tới quan sát H vân tối Giữ cố định chứa hai khe, di chuyển từ từ quan sát xa dọc theo đường thẳng vng góc với mặt phẳng chứa hai khe có hai lần H cực đại giao thoa Khi dịch chuyển trên, khoảng cách hai vị trí để H cực giao thoa lần đầu H cực tiểu giao thoa lần cuối A 1,6 m B 0,4 m C 0,32 m D 1,2 m Hướng dẫn Tọa độ điểm H xH = 0,4 mm Lúc đầu, H vân tối: xH  m  0,5  D a Khi D tăng m giảm nghĩa vân bậc cao chạy Vì có hai lần vân cực đại D chạy qua nên m = hay xH  2  0,5  a Khi cực đại lần đầu xH  D ' a Khi cực đại lần cuối xH  0,5  D  D '' D'   D'  D ' a axH 2  D ''  axH 0,5 axH axH   1, m   Chọn D 0,5 2 Ví dụ 8: Thực thí nghiệm Y âng giao thoa với ánh sáng có bước sóng  Trên quan sát, điểm M có vân sáng Giữ cố định điều kiện khác, di chuyển dần quan sát dọc theo đường thẳng vng góc với mặt phẳng chưa hai khe xa đoạn nhỏ 1/7 m M chuyển thành vân tối Dịch thêm đoạn nhỏ 0,6 m M lại vân tối Tính khoảng cách hai khe đến ảnh chưa dịch chuyển A m B m C 1,8 m D 1,5 m Hướng dẫn Tài liệu trích sách : Tuyển chọn Vật Lý Hay – Lạ - Khó : Chu Văn Biên ThuVienDeThi.com Lúc đầu M vân sáng bậc k: xM  k D a Dịch lần M vân tối lần hai M vân tối:  1  D   1 1 7  xM  k  0,5   k   k D  7  Chọn B 14   a  D 1     D  0,  0, 6k  1,5D  0,9  xM  k  1,5  a  Kết 3: Số vân trường giao thoa đoạn *Số vân trường Trường giao thoa vùng sáng có vân giao thoa Bề rộng trường giao thoa L khoảng cách ngắn hai mép hai vân sáng Vì vậy, đo xác L số vân sáng trường giao thoa nhiều số vân tối Thông thường bề rộng trường giao thoa đối xứng qua vân trung tâm Để tìm số vân sáng, tối trường giao L L thoa ta thay vị trí vân vào điều kiện   x  2 L  L   x  ki    L  x  m  0,5 i  L  2  L Ns    1 Hoặc áp dụng cơng thức giải nhanh:   2i  N  N 1 s  t *Số vân đoạn MN nằm gọn trường giao thoa +Tại M N hai vân sáng: Tài liệu trích sách : Tuyển chọn Vật Lý Hay – Lạ - Khó : Chu Văn Biên ThuVienDeThi.com MN   N i  i   N  MN   s i +Tại M N hai vân tối: MN   N s  i   N  MN   t i +Tại M vân sáng N vân tối: N s  Nt  MN  0,5 i +Tại M vân sáng N chưa biết:   MN  Ns   i  1      N   M ' N     MN  0,5i      t  i  i +Tại M vân tối N chưa biết:   MN   Nt   i        N   M ' N     MN  0,5i      s  i  i +Cho tọa độ M N:  xM  xs  ki  xN (số giá trị nguyên k số vân sáng, số giá trị nguyên m số vân tối)   xM  xt  m  0,5 i  xN Ví dụ 1: (ĐH – 2010) Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, hai khe chiếu ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,6 µm Khoảng cách hai khe mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến quan sát 2,5 m, bề rộng miền giao thoa 1,25 cm Tổng số vân sáng vân tối miền giao thoa A 19 vân B 17 vân C 15 vân D 21 vân Hướng dẫn Tài liệu trích sách : Tuyển chọn Vật Lý Hay – Lạ - Khó : Chu Văn Biên ThuVienDeThi.com   12,5  L Ns    1      4,17    1,5 mm    i  2i   2.1,5  a N  N 1  s  t D  N t  N s  17  Chọn B Ví dụ 2: Trong thí nghiệm giao thoa Y-âng, nguồn S phát ánh sáng đơn sắc có bước sóng  = 0,5 µm chiếu vào hai khe S1 S2 Gọi M N hai điểm nằm phía vân trung tâm O Biết OM = 0,21 cm, ON = 0,23 cm góc S1OS2 = 10-3 rad Tổng số vân sáng quan sát đoạn MN A B C D 10 Hướng dẫn Từ hình vẽ:   tan   S1 I a / a    2  103 rad  IO D D Số vân sáng đoạn MN: xN  k D a  xM  0, 21.102  k 0,5.106.103  0, 23.102  4,  k  4,  k  4; 3; ; : Có giá trị  Chọn B Ví dụ 3: Trong thí nghiệm giao thoa Iâng, quan sát hai vân sáng qua hai điểm M P Biết đoạn MP dài 7,2 mm đồng thời vng góc với vân trung tâm số vân sáng đoạn MP nằm khoảng từ 11 đến 15 Tại điểm N thuộc MP, cách M đoạn 2,7 mm vị trí vân tối Số vân tối quan sát MP A 11 B 12 C 13 D 14 Hướng dẫn Số vân sáng đoạn MP: 11  N MP  MP   15  0,514 mm   i  0, 72 mm  i Tài liệu trích sách : Tuyển chọn Vật Lý Hay – Lạ - Khó : Chu Văn Biên ThuVienDeThi.com Vì M vân sáng N vân tối nên: MN  n  0,5 i  2,  n  0,5 i  i  i 2, 0,514 i  0,72   3, 25  n  4, 75  n  n  0,5 2,  0, mm   0,5 Số vân tối đoạn MP: N t  MP 7,   12  Chọn B 0, i Quý thầy cô cần sách (bản word sách đầy đủ, chỉnh sửa được) xin vui lòng liên hệ với qua địa mail : giaovienchuyenly@gmail.com Tài liệu trích sách : Tuyển chọn Vật Lý Hay – Lạ - Khó : Chu Văn Biên ThuVienDeThi.com ... trường giao thoa đoạn *Số vân trường Trường giao thoa vùng sáng có vân giao thoa Bề rộng trường giao thoa L khoảng cách ngắn hai mép hai vân sáng ngồi Vì vậy, đo xác L số vân sáng trường giao thoa. .. với mặt phẳng chứa hai khe có hai lần H cực đại giao thoa Khi dịch chuyển trên, khoảng cách hai vị trí để H cực giao thoa lần đầu H cực tiểu giao thoa lần cuối A 1,6 m B 0,4 m C 0,32 m D 1,2 m... quan sát 2,5 m, bề rộng miền giao thoa 1,25 cm Tổng số vân sáng vân tối miền giao thoa A 19 vân B 17 vân C 15 vân D 21 vân Hướng dẫn Tài liệu trích sách : Tuyển chọn Vật Lý Hay – Lạ - Khó : Chu Văn