Đang tải... (xem toàn văn)
SKKN Hướng dẫn học sinh giải các dạng bài toán về giao thoa ánh sáng liên tục trong đề thi THPTQG năm 2016 và 2018 bằng phương pháp vẽ phổ SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA TRƯỜNG THPT NÔNG CỐNG 3 SÁNG[.]
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA TRƯỜNG THPT NÔNG CỐNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI CÁC DẠNG BÀI TOÁN VỀ GIAO THOA ÁNH SÁNG LIÊN TỤC TRONG ĐỀ THI THPTQG NĂM 2016 VÀ 2018 BẰNG PHƯƠNG PHÁP VẼ PHỔ Người thực hiện: Lê Thị Gái Chức vụ: Giáo viên SKKN thuộc môn: Vật lý THANH HÓA NĂM 2019 SangKienKinhNghiem.net MỤC LỤC Trang Trang bìa Mục lục Mở đầu Nội dung sáng kiến kinh nghiệm 2.1 Cơ sở lý luận vấn đề 2.2 Thực trạng vấn đề 2.3 Giải pháp thực 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục 21 Kết luận kiến nghị 21 Tài liệu tham khảo 22 Phụ lục 23 SangKienKinhNghiem.net HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI CÁC DẠNG BÀI TOÁN VỀ GIAO THOA ÁNH SÁNG LIÊN TỤC TRONG ĐỀ THI THPTQG NĂM 2016 VÀ 2018 BẰNG PHƯƠNG PHÁP VẼ PHỔ MỞ ĐẦU: 1.1 Lý chọn đề tài: Giao thoa ánh sáng đặc trưng thể tính chất sóng ánh sáng Đây phần kiến thức quan trọng chương trình vật lý 12 Trong đề thi THPT QG năm gần đây, phần tập giao thoa khai thác ngày hay, nhiều dạng toán mẻ mà thân học sinh muốn giải được, đặc biệt giải nhanh phải hiểu rõ chất Trong q trình ơn thi THPTQG, tài liệu quan trọng mà giáo viên hay sử dụng đề thi năm trước Bộ giáo dục đào tạo Qua việc hướng dẫn học sinh giải đề thi đó, tơi nhận thấy học sinh cịn lúng túng việc giải toán giao thoa ánh sáng liên tục xuất đề thi năm 2016 2018 Bộ giáo dục đào tạo, dẫn đến kết làm không cao Để giúp em học sinh có nhìn trực quan hơn, rõ ràng hơn, hiểu rõ chất tượng giải tập giao thoa ánh sáng liên tục, hướng dẫn học sinh sử dụng phương pháp vẽ phổ để giải toán liên quan đến vị trí điểm có n xạ cho vân sáng trùng nhau, n' xạ cho vân tối trùng Bản thân nhận thấy, với cách làm này, học sinh dễ dàng giải tốn thời gian ngắn Vì tơi mạnh dạn nêu kinh nghiệm đề tài: "Hướng dẫn học giải dạng toán giao thoa ánh sáng liên tục đề thi THPTQG năm 2016 2018 phương pháp vẽ phổ" 1.2 Mục đích nghiên cứu: Mục đích nghiên cứu đề tài nhằm nâng cao kết giải tập học sinh giải tập liên quan đến vị trí điểm có n xạ cho vân sáng trùng nhau, n' xạ cho vân tối trùng giao thoa ánh sáng liên xuất đề thi THPTQG năm 2016, 2018, đề thi thử THPTQG năm gần phát triển, mở rộng tương tự 1.3 Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu tập liên quan đến vị trí điểm có n xạ cho vân sáng trùng nhau, n' xạ cho vân tối trùng giao thoa ánh sáng liên tục đề thi THPTQG năm 2016, 2018 tương tự 1.4 Phương pháp nghiên cứu: Trong đề tài sáng kiến kinh nghiệm sử dụng số phương pháp nghiên cứu sau: - Phương pháp nghiên cứu xây dựng sở lý thuyết: Nghiên cứu sách giáo khoa, tài liệu, giáo trình liên quan đến nội dung đề tài Trên sở đó, phân tích, tổng hợp, rút vấn đề cần thiết cho đề tài - Phương pháp điều tra khảo sát thực tế, thu thập thơng tin: SangKienKinhNghiem.net Tìm hiểu thực tiễn dạy học môn học thông qua việc giảng dạy trực tiếp lớp, tham gia dự lấy ý kiến đồng nghiệp nhóm chun mơn trường - Phương pháp thực nghiệm: Dựa kế hoạch môn học, soạn giáo án chi tiết tiết dạy có liên quan đến sáng kiến kinh nghiệm; thực tiết dạy nhà trường nhằm kiểm chứng kết nghiên cứu đề tài đưa đề xuất cần thiết - Phương pháp thống kê, xử lý số liệu: Thông qua kết kiểm tra – đánh giá làm học sinh sau học xong tiết dạy có liên quan đến đề tài sáng kiến kinh nghiệm, xử lý thống kê toán học hai nhóm đối chứng thực nghiệm để rút kết luận đề xuất NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM: 2.1 Cơ sở lý luận vấn đề: 2.1.1 Định nghĩa tượng giao thoa: Thí nghiệm Y-âng chứng tỏ hai chùm ánh sáng giao thoa với nhau, nghĩa ánh sáng có tính chất sóng.[1] Hiện tượng vùng hai chùm sáng gặp lại có vạch tối buộc ta phải thừa nhận ánh sáng có tính chất sóng Những vạch tối chỗ hai sóng ánh sáng triệt tiêu lẫn Những vạch sáng chỗ hai sóng ánh sáng tăng cường lẫn Những vạch sáng tối xen kẽ hệ vân giao thoa hai sóng ánh sáng [1] - Ta giải thích tượng giao thoa ánh sáng thừa nhận ánh sáng có tính chất sóng Điều kiện để có giao thoa: - Hai nguồn phai phát hai sóng ánh sáng có bước sóng - Hiệu số pha dao động hai nguồn phải không đổi theo thời gian.[1] 2.1.2 Giao thoa với ánh sáng trắng - Ánh sáng trắng Mặt Trời hỗn hợp vơ số ánh sáng đơn sắc có bước sóng biến thiên liên tục từ đến Nhưng xạ có bước sóng khoảng từ 380 nm đến 760 nm giúp cho mắt nhìn vật phân biệt màu sắc [1] - Trong giao thoa ánh sáng trắng, vân quan sát tương ứng quang phổ biến thiên liên tục từ đỏ đến tím Xét ánh sáng trắng có bước sóng biến thiên liên tục thỏa mãn điều kiện 1 - Vị trí mép mép quang phổ: xtrên=k.i2= k 2 D xdưới=k.i1= k a 1 D a Quang phổ bậc ứng với k=1 Quang phổ bậc ứng với k=2 SangKienKinhNghiem.net Quang phổ bậc ứng với k=3… Ta biểu diễn quang phổ hình vẽ sau: 2.1.3 Các đặc điểm quang phổ giao thoa ánh sáng trắng - Trong giao thoa ánh sáng trắng vân quan sát quang phổ, số vân quan sát tương ứng với số bậc quang phổ chồng chập lên Ví dụ có n quang phổ chồng lên tức có n số vân quan sát - Vị trí vân trung tâm vân sáng màu trắng - Các quang phổ bậc thấp cách khoảng, khoảng người ta gọi SangKienKinhNghiem.net khoảng tối Càng cách xa vị trí vân trung tâm khoảng tối khơng cịn - Ứng với quang phổ bậc k có bước sóng biến thiên liên tục từ min đến Max + Vị trí mép quang phổ bậc k tính xtrên=k.iMax + Vị trí mép quang phổ tính xdưới=k.imin - Các quang phổ chồng lấn lên Khi vùng chồng lấn, vị trí có n xạ cho vân sáng n’ xạ cho vân tối Ví dụ: Hai hình vẽ mơ tả vùng có hai quang phổ trùng vùng có quang phổ trùng 2.2 Thực trạng vấn đề: Bài toán giao thoa ánh sáng liên tục năm gần thường hay xuất hiện, điển hình năm 2016 năm 2018 Các dạng toán khai thác để đề ngày hay, khó Trong đề thi THPTQG năm 2018, dạng bì tốn mức vận dụng cao Tuy nhiên chưa có tác giả minh họa đưa phương pháp cách có hệ thống khiến cho việc giải toan học sinh gặp nhiều khó khăn Học sinh phải mị mẫm thử nhiều trường hợp mà kết chưa đúng, yêu cầu thi trắc nghiệm phải giải nhanh xác Trong trình hướng dẫn cho học sinh giải dạng tốn này, tơi nhận thấy em lúng túng dẫn đến tâm lý ngại thiếu tự tin Để giúp học sinh hiểu đúng, giải nhanh toán trên, nghiên cứu áp dụng phương pháp vẽ phổ, mục đích để học sinh quan sát trực quan, từ hiểu yêu cầu SangKienKinhNghiem.net tốn giải dễ dàng, đem lại tự tin cho học sinh nâng cao kết học tập em 2.3 Giải pháp thực hiện: Dùng phương pháp vẽ phổ giải toán giao thoa ánh sáng liên tục Dạng 1: Xác định khoảng cách gần từ M đến vân sáng trung tâm mà có n xạ cho vân sáng Bài tốn tổng qt: Trong thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng, khoảng cách hai khe a, khoảng cách từ hai khe đến quan sát D Nguồn sáng phát vô số ánh sáng đơn sắc có bước sóng biến thiên liên tục từ 1 đến 2 với 1 2 Tại điểm M có n xạ cho vân sáng Tính khoảng cách gần từ M đến vân sáng trung tâm Phương pháp giải: - Gọi k bậc cao vân sáng trùng vùng có n vân sáng trùng phải có chồng lấn lên quang phổ bậc k; k-1; k-2; … ; k- n+1 Để đơn giản học sinh quan sát trực quan hơn, ta dùng hình vẽ đồ thị kOx để biểu diễn Ta biết tọa độ vân sáng xác định theo biểu thức x k i Nếu vẽ đồ thị kOx đường thẳng qua gốc tọa độ Ta biểu diễn hai đường thẳng: x k imin x k i Max hai đường giới hạn phổ giao thoa Như độ dài phổ giới hạn hai đường biên x k imin x k i Max Ứng với giá trị k=1, k=2, k=3…… ta có đồ thị biểu diễn mối quan hệ phổ hình vẽ Trường hợp n = SangKienKinhNghiem.net - Kể từ vân sáng trung tâm có nhiều vùng mà có n quang phổ chồng lên có n vân sáng trùng lần quang phổ chồng lên có dạng hình vẽ Tại M màn, để có n xạ cho vân sáng điều kiện quang phổ bậc k phải chồng lấn lên quang phổ bậc k-n+1 Nghĩa mép quang phổ bậc k có tọa độ nhỏ mép quang phổ bậc k-n+1 Vậy ta có: k imin (k n 1)i Max k (k n 1) Max Max k (n 1) Max Ta tìm nhiều giá trị k Theo ra, ta cần xác định vị trí gần vân trung tâm thỏa mãn tốn, ứng với k ngun có giá trị nhỏ x k imin k D a Bài tập vận dụng Bài (THPTQG – 2016): Trong thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng, cho a = 0,5 mm; D = m Nguồn sáng phát vô số ánh sáng đơn sắc có bước sóng biến thiên liên tục từ 380 nm đến 750 nm Trên màn, khoảng cách gần từ vân sáng trung tâm đến vị trí mà có hai xạ cho vân sáng A 3,04 mm B 6,08 mm C 9,12 mm D 4,56 mm [5] Hướng dẫn giải: Để M có xạ cho vân sáng quang phổ bậc k chồng lên quang phổ bậc k – Điều kiện k imin (k 1)i Max k (k 1) Max Max k Max Thay số ta k 750 2,03 750 380 k=3, 4, 5… M gần vân trung tâm kmin =3 Vậy x k imin k D a 4,56.10 3 (m) 4,56mm SangKienKinhNghiem.net Bài 2: Trong thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng, cho a = mm; D = m Nguồn sáng S phát vô số ánh sáng đơn sắc có bước sóng biến thiên liên tục từ 500 nm đến 750 nm Trên màn, khoảng cách gần từ vân sáng trung tâm đến vị trí mà có bốn xạ cho vân sáng x0 Tính x0?[7] A 1,04 mm B 5,0 mm C 5,4 mm D 4,5 mm Hướng dẫn giải: Để M có xạ cho vân sáng quang phổ bậc k chồng lên quang phổ bậc k – Điều kiện k imin (k 3)i Max k (k 3) Max Max k 3 Max Thay số ta 750 k 3 9 750 500 k=9, 10, 11… M gần vân trung tâm kmin =9 Vậy x0 k D a 4,5(mm) Chú ý: Sau học sinh hiều phương pháp giải vận dụng tốt, giáo viên hướng dẫn học sinh vận dụng công thức k (n 1) Max để tìm giá trị Max nhỏ k, từ xác định vị trí gần điểm M thỏa mãn yêu cầu toán Dạng Xác định khoảng cách xa từ M đến vân sáng trung tâm mà có n xạ cho vân sáng Bài tốn tổng qt: Trong thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng, khoảng cách hai khe a, khoảng cách từ hai khe đến quan sát D Nguồn sáng phát vơ số ánh sáng đơn sắc có bước sóng biến thiên liên tục từ 1 đến 2 với 1 2 Tại điểm M có n xạ cho vân sáng Tính khoảng cách xa từ M đến vân sáng trung tâm Phương pháp giải: SangKienKinhNghiem.net -Kể từ vân sáng trung tâm có nhiều vùng mà có n quang phổ chồng lên vị trí có n vân sáng trùng lần cuối quang phổ chồng lên có dạng hình vẽ Trường hợp n = Ta thấy để thỏa mãn tốn mép quang phổ bậc k có tọa độ lớn tọa độ mép ngồi quang phổ bậc (kn-1) +Ta có: k imin (k n 1)i Max => k (n 1) Max Max Từ điều kiện ta tìm giá trị k Để điểm M xa vân trung tâm ta lấy giá trị lớn k Lúc x Max k Max D a Bài tập vận dụng Bài 1: Trong thí nghiệm I-âng giao thoa ánh sáng, hai khe S1 S2 chiếu ánh sáng có bước sóng nằm khoảng thừ 405nm đến 690 nm Gọi M SangKienKinhNghiem.net điểm xa vân sáng trung tâm mà có xạ cho vân sáng trùng Biết D m; a mm Tính khoảng cách từ M đến vân trung Hướng dẫn giải: Ta thấy để thỏa mãn tốn mép quang phổ bậc k có tọa độ lớn tọa độ mép ngồi quang phổ bậc k-5 +Ta có: k imin (k 5)iMax => k Max 12,1 kMax=12 Max Để điểm M xa vân trung tâm ta lấy giá trị lớn k Lúc x Max k Max D a 4,86.10-3(m)=4,86(mm) Bài 2: Trong thí nghiệm I-âng giao thoa ánh sáng, hai khe S1 S2 chiếu ánh sáng có bước sóng nằm khoảng từ 390nm đến 680nm Gọi M xa vân sáng trung tâm mà có vân sáng đơn sắc trùng Biết D=2m, a= mm Tính khoảng cách từ M đến vân trung tâm Hướng dẫn giải Ta thấy để thỏa mãn tốn mép quang phổ bậc k có tọa độ lớn tọa độ mép ngồi quang phổ bậc k-10 +Ta có: k imin (k 10)iMax => k 10 Max 23,4 kMax=23 Max Điểm M xa vân trung tâm cách vân trung tâm khoảng: x Max k Max D a 17,94.10-3(m)=17,94(mm) Dạng Xác định khoảng cách gần từ M đến vân sáng trung tâm mà có n xạ cho vân sáng n’ xạ cho vân tối Bài toán tổng quát: Trong thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng, khoảng cách hai khe a, khoảng cách từ hai khe đến quan sát D Nguồn sáng phát vô số ánh sáng đơn sắc có bước sóng biến thiên liên tục từ 1 đến 2 với 1 2 Tại điểm M có n xạ cho vân sáng n’ xạ cho vân tối Tính khoảng cách gần từ M đến vân sáng trung tâm Phương pháp giải: Ta biểu diễn quang phổ hình vẽ, đường nét đứt vị trí có vân tối Ví dụ hình vẽ, vị trí M quan sát có xạ cho vân sáng xạ cho vân tối Vân sáng vân tối cách nửa khoảng vân nên trục Ok, ta chia khoảng cách 0,5 Để giải toán tìm vị trí gần điểm M có n xạ cho vân sáng n’ xạ cho vân tối, ta chia toán thành trường hợp SangKienKinhNghiem.net Trường hợp 1: n’=n+1 Nghĩa M số vân tối nhiều số vân sáng vân Ta minh họa trường hợp hình vẽ sau: Gọi q số bán nguyên Tại M màn, để có n xạ cho vân sáng n+1 xạ cho vân tối mép quang phổ q có tọa độ nhỏ mép ngồi quang phổ q-n Vậy ta có: q.imin (q-n).iMax q.imin (q n).i Max 10 SangKienKinhNghiem.net q n Max Max Tìm giá trị bán nguyên q Để tìm vị trí gần vân trung tâm điểm M ta thay giá trị nhỏ q vào biểu thức: x q imin q D a Ví dụ: Trong thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng, cho a = mm; D = m Nguồn sáng S phát vô số ánh sáng đơn sắc có bước sóng biến thiên liên tục từ 380 nm đến 750 nm Trên màn, M vị trí gần vân trung tâm có xạ cho vân sáng xạ cho vân tối Xác định khoảng cách từ M đến vân trung tâm Hướng dẫn giải: Để M có xạ cho vân tối xạ cho vân sáng mép quang phổ q có tọa độ khơng lớn mép ngồi quang phổ q- q.imin (q-2).iMax q.imin (q 2).i Max q Max 4,05 Max Tìm giá trị bán nguyên q=4,5; 5,5; 6,5….qmin=4,5 Vị trí gần vân trung tâm điểm M cách vân trung tâm đoạn là: x q imin q D a 1,71.10 (m) 1,71(mm) 3 Trường hợp 2: n’=n-1 Nghĩa M số vân sáng nhiều số vân tối vân Ta minh họa trường hợp hình vẽ sau: Gọi k số nguyên Tại M màn, để có n xạ cho vân sáng n-1 xạ cho vân tối mép quang phổ bậc k có tọa độ nhỏ mép ngồi quang phổ bậc kn+1 Vậy ta có: k.imin (k-n+1).iMax k imin (k n 1).i Max k (n 1) Max Max 11 SangKienKinhNghiem.net Tìm giá trị ngun k Để tìm vị trí gần vân trung tâm điểm M ta thay giá trị nhỏ k vào biểu thức: x k imin k D a Ví dụ : Trong thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng, cho a = 0,5 mm; D = m Nguồn sáng S phát vô số ánh sáng đơn sắc có bước sóng biến thiên liên tục từ 410 nm đến 760 nm Trên màn, M vị trí gần vân trung tâm có xạ cho vân sáng xạ cho vân tối Xác định khoảng cách từ M đến vân trung tâm Hướng dẫn giải: Để M có xạ cho vân sáng xạ cho vân tối mép quang phổ bậc k có tọa độ khơng lớn mép quang phổ bậc k- k.imin (k-2).iMax k imin (k 2).i Max k Max 4,34 Max kmin=5 Vị trí gần vân trung tâm điểm M cách vân trung tâm đoạn là: x k imin k D a 8,2.10 (m) 8,2(mm) 3 Trường hợp 3: n’=n Nghĩa M số vân sáng số vân tối Ta minh họa trường hợp hình vẽ sau: Gọi q số nguyên bán nguyên Tại M màn, để có n xạ cho vân sáng n xạ cho vân tối mép quang phổ q có tọa độ nhỏ mép quang phổ qn+0,5 Vậy ta có: q.imin (q-n+0,5).iMax q.imin (q n 0,5).i Max q (n 0,5) Max Max Tìm giá trị nguyên bán nguyên q Để tìm vị trí gần vân trung tâm điểm M ta thay giá trị nhỏ q vào biểu thức 12 SangKienKinhNghiem.net x q imin q D a Ví dụ : Trong thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng, cho a = mm; D = m Nguồn sáng S phát vô số ánh sáng đơn sắc có bước sóng biến thiên liên tục từ 410 nm đến 760 nm Trên màn, M vị trí gần vân trung tâm có xạ cho vân sáng xạ cho vân tối Xác định khoảng cách từ M đến vân trung tâm Hướng dẫn giải: Vân sáng vân tối cạnh cách nửa khoảng vân nên vân sáng vân tối cạnh cách 3,5 khoảng vân Mép quang phổ q có tọa độ khồng lớn mép quang phổ q-3,5 Vậy ta có: q.imin (q-3,5).iMax q.imin (q 3,5).i Max q 3,5 Max 7,6 Max qmin=8 Vị trí gần vân trung tâm điểm M cách vân trung tâm là: x q imin q D a 6,56(mm) Bài tập vận dụng: Bài (Câu 38, mã đề 102 đề thi thử cụm trường THPT huyện Nam Trực, Nam Định): Trong thí nghiệm I-âng tượng giao thoa ánh sáng, khoảng cách hai khe 1,0 mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến quan sát giao thoa 1,0 m Tiến hành thí nghiệm với ánh sáng có dải bước sóng từ 0,42μm đến 0,66μm Xét bề rộng giao thoa Δx màn, nằm gần vân trung tâm mà có trùng vân giao thoa (gồm vân sáng vân tối) Vị trí giới hạn Δx vân trung tâm thỏa mãn hệ thức A 2,94 mm ≤ Δx ≤ 2,97 mm B 2,73 mm ≤ Δx ≤ 2,94 mm C 2,20 mm ≤ Δx ≤ 2,40 mm D 2,94 mm ≤ Δx ≤ 3,30 mm.[7] Hướng dẫn giải: vân sáng vân tối cạnh cách 2,5 khoảng vân Để thỏa mãn tốn mép quang phổ q có tọa độ khơng lớn mép ngồi quang phổ q-2,5 Vậy ta có: q.imin (q-2,5).iMax q.imin (q 2,5).i Max 13 SangKienKinhNghiem.net q 2,5 Max 6,875 Max q=7; 7,5; 8… qmin=7 Bề rộng giao thoa Δx gần vân trung tâm cách vân trung tâm là: x1 q imin q D a 2,94(mm) x 21 (q 2,5).i Max (q 2,5) Max D a 2,97(mm) Vậy 2,94 mm ≤ Δx ≤ 2,97 mm Ví dụ 3: Trong thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng, cho a = mm; D = m Nguồn sáng S phát vô số ánh sáng đơn sắc có bước sóng biến thiên liên tục từ 475 nm đến 760 nm Hai điểm M N (cùng phía so với vân trung tâm, MN vng góc với vân giao thoa) gần vân trung tâm nhất, M có xạ cho vân tối N có xạ cho vân sáng Xác định khoảng cách MN.[7] Hướng dẫn giải: Trước hết ta xác định vị trí gần điểm M thỏa mãn toán q.imin (q-2).iMax q.imin (q 2).i Max q Max 5,33 Max qmin=5,5 Điểm M gần vân trung tâm cách vân trung tâm khoảng là: x M q imin q D a 5,225(mm) Bây ta xác định vị trí gần điểm N thỏa mãn toán k.imin (k-6).iMax k imin (k 6).i Max k Max 16 Max kmin=16 Điểm N gần vân trung tâm cách vân trung tâm khoảng là: x N q imin k D a 15,2(mm) Vậy khoảng cách MN = 9,975(mm) Dạng Xác định khoảng cách xa từ M đến vân sáng trung tâm mà có n xạ cho vân sáng n’ xạ cho vân tối 14 SangKienKinhNghiem.net Bài toán tổng quát: Trong thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng, khoảng cách hai khe a, khoảng cách từ hai khe đến quan sát D Nguồn sáng phát vơ số ánh sáng đơn sắc có bước sóng biến thiên liên tục từ 1 đến 2 với 1 2 Tại điểm M có n xạ cho vân sáng n’ xạ cho vân tối Tính khoảng cách xa từ M đến vân sáng trung tâm Phương pháp giải: Trường hợp 1: n’=n+1 Nghĩa M số vân tối nhiều số vân sáng vân Ta minh họa trường hợp hình vẽ sau: Gọi k số nguyên Tại M màn, để có n xạ cho vân sáng n+1 xạ cho vân tối mép quang phổ bậc k có tọa độ lớn mép quang phổ bậc k-n-1 Vậy ta có: k.imin> (k-n-1).iMax k imin (k n 1).i Max k (n 1) Max Max Tìm giá trị ngun k Để tìm vị trí xa vân trung tâm điểm M ta thay giá trị lớn k vào biểu thức: x Max k Maxx imin k Max D a Ví dụ 1: Trong thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng, cho a = mm; D = m Nguồn sáng S phát vơ số ánh sáng đơn sắc có bước sóng biến thiên liên tục từ 580 nm đến 700 nm Điểm M có xạ cho vân sáng xạ cho vân tối Xác định khoảng cách xa từ M đến vân trung tâm Hướng dẫn giải: Mép quang phổ bậc k phải có tọa độ lớn mép ngồi quang phổ bậc k-2 Vậy ta có: k.imin> (k-2).iMax k imin (k 2).i Max k Max 11,67 Max kMax = 12 Khoảng cách xa từ M đến vân trung tâm là: x Max k Maxx imin k Max D a 6,96(mm) Trường hợp 2: n’=n-1 Nghĩa M số vân sáng nhiều số vân tối vân (n vân sáng n-1 vân tối) Ta minh họa trường hợp hình vẽ sau: 15 SangKienKinhNghiem.net Gọi q số bán nguyên Tại M màn, để có n xạ cho vân sáng n-1 xạ cho vân tối mép quang phổ q có tọa độ lớn mép ngồi quang phổ q-n Vậy ta có: q.imin> (q-n).iMax q.imin (q n).i Max q n Max Max Tìm giá trị bán nguyên q Để tìm vị trí xa vân trung tâm điểm M ta thay giá trị lớn q vào biểu thức: x Max q Maxx imin q Max D a Ví dụ: Trong thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng, cho a = mm; D = m Nguồn sáng S phát vơ số ánh sáng đơn sắc có bước sóng biến thiên liên tục từ 390 nm đến 750 nm Trên màn, M vị trí xa vân trung tâm có xạ cho vân sáng xạ cho vân tối Xác định khoảng cách từ M đến vân trung tâm Hướng dẫn giải: Mép quang phổ bậc q phải có tọa độ lớn mép quang phổ bậc q-3 Vậy ta có: q.imin> (q-3).iMax q.imin (q 3).i Max q Max 6,25 Max qMax = 5,5 Khoảng cách xa từ M đến vân trung tâm là: x Max q Maxx imin q Max D a 4,29(mm) Trường hợp 3: n’=n Nghĩa M số vân sáng số vân tối Ta minh họa trường hợp hình vẽ sau: 16 SangKienKinhNghiem.net Gọi q số nguyên bán nguyên Tại M màn, để có n xạ cho vân sáng n xạ cho vân tối mép quang phổ q có tọa độ lớn mép quang phổ q n n'1 Vậy ta có: q.imin > (q-n+0,5).iMax n n'1 ).i Max Max n n'1 q( ) Max q.imin (q Tìm giá trị nguyên bán nguyên q Để tìm vị trí xa vân trung tâm điểm M ta thay giá trị lớn q vào biểu thức x Max q max imin q Max D a Ví dụ 1: Trong thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng, cho a = mm; D = m Nguồn sáng S phát vô số ánh sáng đơn sắc có bước sóng biến thiên liên tục từ 580 nm đến 700 nm Điểm M có xạ cho vân sáng xạ cho vân tối Xác định khoảng cách xa từ M đến vân trung tâm Hướng dẫn giải: Gọi q số nguyên bán nguyên Tại M màn, để có xạ cho vân sáng xạ cho vân tối mép quang phổ q có tọa độ lớn mép ngồi quang phổ q-4,5 Vậy ta có: q.imin > (q-4,5).iMax q.imin (q 4,5).i Max q 4,5 Max 26,25 Max Ta có qMax=26 Để tìm vị trí xa vân trung tâm điểm M ta thay giá trị lớn q vào biểu thức x Max q max imin q Max D a 15,08(mm) Ví dụ 2: Trong thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng, cho a = mm; D = m Nguồn sáng S phát vô số ánh sáng đơn sắc có bước sóng biến thiên liên tục từ 410 nm đến 750 nm Hai điểm M N (cùng phía so với vân trung tâm, MN vng góc với vân giao thoa) xa vân trung tâm nhất, M có 17 SangKienKinhNghiem.net xạ cho vân tối N có xạ cho vân sáng Xác định khoảng cách MN.[7] Hướng dẫn giải: Trước hết ta xác định vị trí xa điểm M thỏa mãn toán q.imin> (q-4).iMax q.imin (q 4).i Max q Max 8,8 Max qMax=8,5 Điểm M xa vân trung tâm cách vân trung tâm khoảng là: x MMax q Max imin q Max D a 3,485(mm) Bây ta xác định vị trí xa điểm N thỏa mãn toán k.imin > (k-5).iMax k imin (k 6).i Max k Max 11,02 Max kMax=11 Điểm N xa vân trung tâm cách vân trung tâm khoảng là: x NMax k Max imin k Max D a 9,02(mm) Vậy khoảng cách MN = 5,535(mm) Dạng Bài tốn tìm giá trị lớn λ1 nhỏ 2 để M có xạ cho vân sáng xạ cho vân tối đề thi THPTQG năm 2018 Đây dạng toán đề thi THPTQG năm 2018 khai thác mức vận dụng cao giao thoa ánh sáng liên tục Với thời gian có hạn phịng thi, lại phải giải 40 câu lý thuyết tập, đòi hỏi học sinh phải vận dụng cách giải nhanh gọn xác Phương pháp vẽ phổ giúp học sinh giải toán cách nhanh chóng Bài 1: (Câu 29, mã đề 201, đề thi THPTQG năm 2018) Trong thí nghiệm Yâng giao thoa ánh sáng, nguồn sáng phát vô số ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ biến thiên liên tục khoảng từ 400 nm đến 760 nm (400 nm < λ < 760 18 SangKienKinhNghiem.net ... SangKienKinhNghiem.net HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI CÁC DẠNG BÀI TOÁN VỀ GIAO THOA ÁNH SÁNG LIÊN TỤC TRONG ĐỀ THI THPTQG NĂM 2016 VÀ 2018 BẰNG PHƯƠNG PHÁP VẼ PHỔ MỞ ĐẦU: 1.1 Lý chọn đề tài: Giao thoa ánh sáng đặc... nhận thấy, với cách làm này, học sinh dễ dàng giải toán thời gian ngắn Vì tơi mạnh dạn nêu kinh nghiệm đề tài: "Hướng dẫn học giải dạng toán giao thoa ánh sáng liên tục đề thi THPTQG năm 2016... SangKienKinhNghiem.net toán giải dễ dàng, đem lại tự tin cho học sinh nâng cao kết học tập em 2.3 Giải pháp thực hiện: Dùng phương pháp vẽ phổ giải toán giao thoa ánh sáng liên tục Dạng 1: Xác định khoảng cách