(SKKN 2022) xây dựng công thức tổng quát để gải nhanh một số bài toán về giao thoa ánh sáng trắng

Xây dựng công thức tổng quát để gải nhanh số toán v ề giao thoa ánh sáng trắng MỤC LỤC MỞ ĐẦU ……………………………………………………………… Trang 02 1.1 Lí chọn đề tài ……………………………………………………… Trang 02 1.2.Mục đích nghiên cứu…………………………………………………….Trang 02 1.3.Đối tượng nghiên cứu……………………………………………………Trang 03 1.4.Phương pháp nghiên cứu……………………………………………… Trang 03 1.5.Những điểm SKKN…………………………………………… Trang 03 NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM……………………………Trang 03 2.1 Cơ sở lí luận sáng kiến kinh nghiệm…………………………………Trang 03 2.2.Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm……….Trang 05 2.3.Các sáng kiến kinh nghiệm gải pháp sử dụng để giải ……Trang 05-18 vấn đề 2.4.Hiệu sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục ,…… Trang 18-19 với thân đồng nghiệp nhà trường 3.KẾT LUẬN ,KIẾN NGHỊ……………………………………………… Trang 19 3.1 Kết luận ………………………………………………………………… Trang 19 3.2.Kiến nghị……………………………………………………………… Trang 19-20 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………… Trang 20 Ngơ Thị Hoa Trường THPT Hồng Lệ Kha Xây dựng công thức tổng quát để gải nhanh số toán v ề giao thoa ánh sáng trắng MỞ ĐẦU 1.1 Lí chọn đề tài Trong kỳ thi nay,trừ kỳ thi học sinh giỏi diễn hình thức làm tự luận kỳ thi cịn lại ,bài thi mơn Vật lí diễn hình thức trắc nghiệm khách quan , với thời lượng định ,các em phải hoàn thành nhiều câu hỏi có câu lí thuyết lẫn tập.Vì để làm tốt thi , em cách làm tập đề thi mà cịn phải tìm cách để làm tập thời gian ngắn Bài tập giao thoa ánh sáng,với trọng tâm toán giao thoa ánh sáng khe Iang toán thường gặp kỳ thi mang tính chất quốc gia như:Các kỳ thi THPT Quốc gia ;kỳ thi tốt nghiệp THPT ;Các kỳ thi học sinh giỏi gần kỳ thi đánh giá lực đại học QG Hà Nội ,đại học QG Thành phố Hồ Chí Minh hay kỳ thi đánh giá tư đại học Bách khoa Hà nội …Trong số toán giao thoa ánh sáng , tốn giao thoa ánh sáng trắng ( giao thoa với vô số xạ đơn sắc khác ) số dạng tập gây khó khăn cho học sinh việc giải nhanh chóng tập đó.Trong q trình giảng dạy ôn thi cho học sinh lớp 12 trường THPT chuẩn bị tham dự kỳ thi TNTHPT ;kỳ thi đánh giá lực hay kỳ thi đánh giá tư … đúc kết kinh nghiệm , xây dựng số công thức tổng quát giúp em học sinh giải nhanh số tập giao thoa ánh sáng trắng.Rất mong quý thầy cô giáo hội đồng xét SKNK ,các thầy cô giáo đồng nghiệp giảng dạy vật lí trường THPT góp ý để tơi hồn thiện tốt ý tưởng , giúp tơi giảng dạy ơn thi có hiệu ! 1.2 Mục đích nghiên cứu - Tìm phương pháp giải tập nhanh ,tạo khơng khí hứng thú ,lôi nhiều học sinh tham gia giải tập vật lí đồng thời giúp em đạt kết cao kì thi,đặc biệt kì thi diễn theo hình thức trắc nghiệm - Nghiên cứu phương pháp giảng dạy tập vật lí với quan điểm tiếp cận : Phương pháp trắc nghiệm khách quan 1.3 Đối tượng ngiên cứu Ngơ Thị Hoa Trường THPT Hồng Lệ Kha Xây dựng công thức tổng quát để gải nhanh số toán v ề giao thoa ánh sáng trắng Một số toán giao thoa ánh sáng trắng từ xây dựng số cơng thức tổng quát để giải nhanh tập 1.4 Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp phân tích tổng hợp lí thuyết từ khái qt hóa thành công thức tổng quát - Phương pháp quan sát , phân tích so sánh -Phương pháp thống kê , xử lí số liệu , tổng kết kinh nghiệm 1.5 Những điểm SKKN Rất nhiều SKKN trước đồng nghiệp có nói số dạng toán khác giao thoa ánh sáng trắng, nên SKKN tơi xin phép đề cập đến toán giao thoa ánh sáng trắng mà tài liệu hay SKKN trước chưa đề cập , có đề cập chưa đưa cơng thức tính nhanh NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1 Cơ sở lí luận sáng kiến kinh nghiệm 2.1.1 Lí thuyết giao thoa ánh sáng với khe I âng Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng khe Iâng, khoảng cách hai khe a, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe tới quan sát D, ánh sáng đơn sắc chiếu S1 S S2 A d1 d2 D x O E vào hai khe có bước sóng Ngơ Thị Hoa λ Trường THPT Hồng Lệ Kha Xây dựng công thức tổng quát để gải nhanh số toán v ề giao thoa ánh sáng trắng i= + Khoảng vân: λD a xs = k + Vị trí vân: Vân sáng: Vân tối: λD = ki a λD xt = (k + ) = (k + )i a ( k ứng với bậc vân sáng ) ( k = n ứng với vân tối thứ n + ) 2.1.1 Hình ảnh thu từ thí nghiệm giao thoa ánh sáng trắng khe I- âng -Ánh sáng trắng tập hợp vơ số ánh sáng đơn sắc có màu sắc biến thiên liên tục từ đỏ tới tím Bước sóng λ thành phần đơn sắc ánh sáng trắng thỏa mãn: λmin ≤ λ ≤ λmax Trong : λmin λmax 380nm ( ánh sáng tím ) 760nm ( ánh sáng đỏ ) - Tiến hành thí nghiệm giao thoa ánh sáng trắng hình ảnh thu sau : Ngơ Thị Hoa Trường THPT Hồng Lệ Kha Xây dựng công thức tổng quát để gải nhanh số toán v ề giao thoa ánh sáng trắng +Chính vân sáng màu trắng gọi vân sáng trung tâm ( có trùng vân sáng bậc khơng tất xạ có ánh sáng trắng ) +Hai bên vân sáng trung tâm có dải màu màu cầu vồng gọi quang phổ ánh sáng trắng ( Quang phổ gần vân trung tâm gọi quang phổ bậc , quang phổ bậc 2,3…Trong bậc quang phổ vân sáng tím gần vân trung tâm , vân sáng đỏ xa vân trung tâm ) +Tại vị trí M quan sát có xạ cho vân sáng vân tối 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm Trong đề thi mơn vật lí thuộc kì thi THPT quốc gia đề thi TNTHPT năm gần đây,với thời lượng 50 phút em phải hoàn thành tới 40 câu trắc nghiệm khách quan nên địi hỏi em khơng phải chạy đua kiến thức mà phải đua tốc độ.Một số toán giao thoa ánh sáng trắng xuất đề thi năm gần ví dụ toán xác định khoảng tối nhỏ hay tốn tìm vị trí gần vân trung tâm có n vân sáng …để giải tốn đa phần em phải tính tốn giới hạn cho quang phổ bậc 1,2,3,4…sau vẽ quang phổ lên hình vẽ suy đại lượng cần tìm , việc làm khơng q khó e lại nhiều thời gian ,điều ảnh hưởng đến tốc độ hoàn thành toàn thi em Vì việc tìm cơng thức tính nhanh cho toán thực cần thiết 2.3 Các sáng kiến kinh nghiệm giải pháp sử dụng để giải vấn đề Ngô Thị Hoa Trường THPT Hồng Lệ Kha Xây dựng cơng thức tổng quát để gải nhanh số toán v ề giao thoa ánh sáng trắng Các toán giao thoa ánh sáng trắng cần xây dựng cơng thức tổng qt để tính nhanh Bài tốn 1.Xác định độ rộng quang phổ ánh sáng trắng Độ rộng quang phổ bậc k ánh sáng trắng khoảng cách từ vân sáng tím bậc k đến vân sáng đỏ bậc k độ rộng quang phổ bậc k : ∆x = xđ − xt = k (iđ −i t ) với : quang phổ bậc ứng với : quang phổ bậc ứng với : quang phổ bậc ứng với : quang phổ bậc ứng với : Ngô Thị Hoa k =1 k =2 k =3 k =4 Trường THPT Hoàng Lệ Kha Xây dựng công thức tổng quát để gải nhanh số tốn v ề giao thoa ánh sáng trắng Ví dụ : Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng trắng có a = 3mm, D = 3m, bước sóng từ 0,4 (μm) đến 0,75 (μm) Trên quan sát thu dải quang phổ Độ rộng dải quang phổ thứ kể từ vân sáng trắng trung tâm bao nhiêu? A 0,70mm B 0,60mm C 0,55mm D 0,43mm Bài giải Ta có: độ rộng quang phổ bậc 2: Ví dụ 2: Trong thí nghiệm giao thoa I−âng khoảng cách từ hai khe đến m Giao thoa thực với ánh sáng trắng có bước sóng từ 0,4 (μm) đến 0,76 (μm) Khi đo độ rộng quang phổ bậc 0,54 (mm) Xác định khoảng cách hai khe A 0,5 mm B mm C 1,5 mm D mm Bài giải ∆x = xđ − xt = 3(iđ −i t ) → a = 3(λđ −λ t ) = 4mm ∆x Độ rộng quang phổ bậc 3: Ví dụ 3: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng Hai khe I−âng cách mm, hình ảnh giao thoa hứng ảnh cách hai khe 2m Sử dụng ánh sáng trắng có bước sóng từ 0,40 μm đến 0,75 μm Trên quan sát thu dải quang phô Bề rộng dải quang phổ sát vạch sáng trắng trung tâm A 0,45 mm B 0,55 mm C 0,50 mm D 0,35 mm Bài giải Bề rộng dải quang phổ sát vạch sáng trắng trung tâm quang phổ bậc Ngơ Thị Hoa Trường THPT Hồng Lệ Kha Xây dựng công thức tổng quát để gải nhanh số toán v ề giao thoa ánh sáng trắng ∆x = xđ − xt1 = (iđ −i t ) = 0,35mm Bài toán Xác định số xạ cho vân sáng , tối vị trí cách vân trung tâm khoảng x0 x0 = k *Vị trí cách vân trung tâm khoảng x cho vân sáng cho vân sáng λmin ≤ λ ≤ λmax ⇒ với ax0 ax0 ≤k≤ λmax D λmin D λD ax →λ = a kD (*) Số giá trị nguyên k thỏa mãn (*) số xạ cho vân sáng vị trí cách vân trung tâm khoảng x0 Ví dụ (ÐH – 2009): Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, hai khe chiếu ánh sáng trắng có bước sóng từ 0,38 µm đến 0,76µm Tại vị trí vân sáng bậc ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,76 µm cịn có vân sáng ánh sáng đơn sắc khác? A B C D Bài giải ax0 ax0 ≤k≤ → ≤ k ≤ → k = 4,5,6,7,8 λmax D λmin D Tại vị trí vân sáng bậc ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,76 µm cịn có vân sáng ánh sáng đơn sắc khác Ví dụ 2: (ĐH−2010) Trong thí nghiệm Y−âng giao thoa ánh sáng, hai khe chiếu ánh sáng trắng có bước sóng từ 380 nm đến 760 nm Khoảng cách hai khe 0,8 mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến quan sát m Trên màn, vị trí cách vân trung tâm mm có vân sáng xạ với bước sóng A 0,48 µm 0,56 µm Ngô Thị Hoa B 0,40 µm 0,60 µm Trường THPT Hồng Lệ Kha Xây dựng cơng thức tổng quát để gải nhanh số toán v ề giao thoa ánh sáng trắng C 0,4 µm 0,64p D 0,45 µm 0,60 µm Bài giải 2,28 0,38 ≤λ= ( µm ) < 0,76 ax M 1, λD k x=k ⇒λ= = 1,58 ≤ k ≤ 3,16 ⇒ k = 2;3 ( um ) → a kD k ⇒ λ = 0, ( µm ) ;0, ( µm ) ⇒ Chọn B * Vị trí cách vân trung tâm khoảng x0 cho vân sáng cho vân tối λD ax0 x0 = (k + ) →λ = a (k + ) D λmin ≤ λ ≤ λmax ⇒ với ax0 ax0 − ≤k≤ − λmax D λmin D (2*) Số giá trị nguyên k thỏa mãn (2*) số xạ cho vân tối vị trí cách vân trung tâm khoảng x0 Ví dụ Thực giao thoa khe I−âng , khoảng cách hai khe mm,màn quan sát đặt cách hai khe m.Giao thoa với ánh sáng trắng có bước sóng 0,4 μm < λ < 0,75 μm Có xạ cho vân tối điểm N cách vân trung tâm 12 mm? A xạ B xạ C xạ D xạ Bài giải ax0 ax0 1 −