Chủ đề 03 giao thoa ánh sáng và các bài toán cơ bản

CHỦ ĐỀ 3: GIAO THOA ÁNH SÁNG VÀ CÁC BÀI TỐN CƠ BẢN Cơng thức giao thoa ánh sáng Chọn O làm gốc tọa độ, chiều dương Ox hướng lên +) Gọi: khoảng cách hai khe sáng +) IO = D khoảng cách từ tới hai khe +) OM = x khoảng cách từ vân sáng trung tâm đến vân xét +) khoảng cách từ nguồn kết hợp đến điểm M miền quan sát Rút số kết sau: - Hiệu đường từ hai khe tới M: - Khoảng vân (i) khoảng cách vân sáng liên tiếp vân tối màn: - Tại M vị trí vân sáng với Vân sáng bậc k cách vân trung tâm: Vân sáng trung tâm: k= Vân sáng bậc 1: k = -1 - Tại M vị trí vân tối với Vân tối thứ (k + 1) cách vân trung tâm: Vân tối thứ nhất: k = -1 Vân tối thứ 2: k = -2 - Mọi xạ giao thoa cho vân sáng trung tâm O Ý nghĩa ứng dụng giao thoa Y-âng - Ý nghĩa: chứng chối cãi tính chất sóng AS - Ứng dụng: Để đo bước sóng ánh sáng thực nghiệm: +) Khi khác khoảng vân i khác +) Người ta đo bước sóng ASĐS quang phổ ASMT môi trường chân không kết quả: Bước sóng màu sắc - Khi ánh sáng truyền từ môi trường sang môi trường khác: +) Tần số f khơng đổi, chu kì khơng đổi, tần số góc khơng đổi +) Tốc độ truyền sóng , bước sóng giảm n lần so với truyền chân không (c tốc độ truyền sóng chân khơng, n chiết suất ánh sáng mơi trường) - Ánh sáng có màu sắc không đổi Do vậy: +) Màu sắc ánh sáng qui định tần số, không phụ thuộc vào bước sóng +) Chiết suất mơi trường thay đổi theo tần số, tần số cao chiết suất lớn: DẠNG 2: BÀI TỐN TÌM SỐ VÂN SÁNG, VÂN TỐI CÓ TRÊN MỘT MIỀN (GIỐNG TÌM SỐ CỰC ĐẠI, CỰC TIỂU TRONG GIAO THOA SĨNG CƠ) - Tính số vân sáng, vân tối đoạn MN (Phương pháp chặn k): Để tìm số vân sáng, vân tối ta thay vị trí vân vào điều kiện: +) +) (nếu MN đối xứng qua vân trung tâm) (nếu M, N bất kỳ) M, N phía với vân trung tâm dấu M, N khác phía với vân trung tâm khác dấu Từ đó, ta suy khoảng chạy k, số giá trị k nguyên số vân sáng vân tối cần tìm - Tính số vân sáng, vân tối trường giao thoa: +) Trường giao thoa có chiều dài L toàn khu vực chứa vân sáng, vân tối +) Dùng phương pháp chặn k ta tìm số vân sáng, vân tối L Hoặc sử dụng nhanh công thức: Số vân sáng: Số vân tối: Trong phần ngun , ví dụ: Ví dụ 12: [Trích đề thi THPT QG năm 2010] Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, hai khe chiếu ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,6 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 có mỉền giao thoa A 19 vân B 17 vân C 15 vân D 21 vân Lời giải: vân Chọn B Ví dụ 13: [Trích đề thi THPT QG năm 2010] Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, khe hẹp chiếu sáng ánh sáng đơn sắc Khoảng vân 1,2 mm Trong khoảng hai điểm M N phía so với vân sáng trung tâm, cách vân trung tâm mm 4,5 mm, quan sát A vân sáng vân tối B vân sáng vân tối C vân sáng vân tối D vân sáng vân tối k nguyên Lời giải: Tại M: Tại N: Một điểm nằm đoạn MN có: Nếu k ngun cho vân sáng Có vân sáng ứng với k = 2, Nếu k bán nguyên cho vân tối Có vân tối ứng với k = 2,5; 3,5 Chọn A (nếu M, N bất kỳ) Ví dụ 14: Trong thí nghiệm giao thoa Y-âng, 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 vân B 12 vân C 13 vân Lời giải: Số vân sáng đoạn MP: Vì M vân sáng N vân tối nên: D 14 vân mm Số vân tối đoạn MP: vân Chọn B Ví dụ 15: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng với khe Y-âng, hai khe cách a= mm, khoảng cách từ hai khe tới quan sát D=2 m Ánh sáng đơn sắc có bước sóng = 0,5 Cho M N hai điểm nằm trường giao thoa, chúng nằm khác phía so với vân giữa, có OM =x M =12,3 mm, ON =xN =5,2 mm Số vân sáng số vân tối đoạn MN A 35 vân sáng, 35 vân tối B 36 vân sáng, 36 vân tối C 35 vân sáng, 36 vân tối D 36 vân sáng, 35 vân tối Lời giải: Khoảng vân Vì hai điểm M N khác phía so với vân sáng trung tâm nên chọn Chọn A Ví dụ 16: Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, hai khe chiếu ánh sáng đơn sắc có Tiến hành thí nghiệm giao thoa ánh sáng với hai khe Y-âng với ánh sáng đơn sắc có với bước sóng 0,45 = , đoạn MN quan sát đối xứng qua vân sáng trung tâm người ta đếm 13 vân sáng, M N hai vân sáng Giữ nguyên điều kiện thí nghiệm thay nguồn sáng ánh sáng đơn sắc có bước sóng A 12 = 0,60 số vân sáng đoạn MN quan sát B 11 C 10 D Lời giải: MN đối xứng qua vân trung tâm, khoảng MN có 13 vân sáng nên M vân sáng bậc 6, N vân sáng bậc -6 Tại M: Số vân sáng đoạn MN thỏa mãn: : có giá trị n nguyên Có vân sáng đoạn MN sử dụng bước sóng Chọn D DẠNG 3: BÀI TOÁN VỀ SỰ THAY ĐỔI KHOẢNG VÂN DO SỰ THAY ĐỔI KHOẢNG CÁCH HAY MÔI TRƯỜNG - Khi thay đổi môi trường giao thoa cách đặt hệ vào mơi trường có chiết suất n bước sóng giảm n lần dẫn đến khoảng vân giảm n lần so với chân khơng - Khi thay đổi bố trí thí nghiệm (thay đổi a D) khoảng vân hệ vân thay đổi thay đổi hệ vân thay đổi Thay đổi a D điểm M lúc đầu vân sáng (tối) chuyển thành vân tối (sáng) có bậc cao thấp tùy thuộc a D tăng hay giảm - Trong hai trường hợp hệ vân thay đổi vân trung tâm khơng thay đổi vị trí Ví dụ 17: Tốc độ ánh sáng chân khơng Cho ánh sáng đỏ bước sóng 0,72 chân khơng truyền từ chân khơng vào nước có chiết suất 4/3, tần số bước sóng A B C D Lời giải: Tần số ánh sáng không đổi ánh sáng truyền môi trường: Bước sóng bị giảm n lần: Chọn C Ví dụ 18: [Trích đề thi THPT QG năm 2012] Một ánh sáng đơn sắc màu cam có tần số f truyền từ chân không vào chất lỏng có chiết suất 1,5 ánh sáng Trong chất lỏng trên, ánh sáng có A màu cam tần số 1,5f B màu tím tần số 1,5f C màu cam tần số f D màu tím tần số f Lời giải: Tần số ánh sáng không đổi ánh sáng truyền mơi trường ánh sáng có màu cam tần số f Chọn C Ví dụ 19: Thực thí nghiệm giao thoa ánh sáng đơn sắc với khe Y-âng Ban đầu thực thí nghiệm khơng khí thu vị trí vân sáng bậc quan sát , khoảng vân giao thoa Giữ nguyên cấu trúc hệ thống thí nghiệm Thực lại thí nghiệm mơi trường nước thu vị trí vân sáng bậc quan sát số vân sáng quan sát , khoảng vân giao thoa số vân sáng Kết luận A B C D Lời giải: Khoảng vân giao thoa thực thí nghiệm mơi trường khơng khí i, thực thí nghiệm môi trường chiết suất n, khoảng vân Do (giảm n lần) Khoảng vân giảm dẫn đến số vân quan sát tăng Chọn B Ví dụ 20: Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, hai khe chiếu ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,6 Khoảng cách hai khe 0,8 mm; khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến quan sát 1,2 m Màn quan sát rộng 15 mm đối xứng qua vân sáng trung tâm Đặt hệ vào môi trường dầu suốt có chiết suất 1,5 Hỏi số vân sáng quan sát tăng lên thêm vân so với lúc đặt chân không? A vân B vân C vân D vân Lời giải:  Trong chân không: Bề rộng vùng giao thoa Số vân sáng miền MN thỏa mãn: có 17 vân sáng  Trong mơi trường dầu: Số vân sáng miền MN thỏa mãn: có 25 vân sáng Khi nhúng vào dầu tăng lên vân sáng so với chân không Chọn B Ví dụ 21: Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng đơn sắc có bước sóng Trên quan sát, điểm M có vân sáng bậc k Lần lượt tăng giảm khoảng cách hai khe đoạn vân trung tâm khơng thay đổi thấy M có vân sáng bậc Kết cho vị trí A B C D Lời giải: Tại M vị trí vân sáng bậc k: Thay đổi a lượng , ta có: Từ (1) (2), suy ra: Chọn A Ví dụ 22: Trong thí nghiệm Y-âng, nguồn S phát xạ đơn sắc khoảng không đổi D, khoảng cách hai khe , quan sát cách mặt phẳng hai khe thay đổi (nhưng ln cách S) Xét điểm M màn, lúc đầu vân sáng bậc 4, giảm tăng khoảng cách lượng vân sáng bậc k bậc 3k Nếu tăng khoảng cách A vân tối thứ B sáng bậc C vân sáng bậc thêm M D vân sáng bậc Lời giải: Chọn D Ví dụ 23: 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 m 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 B 0,50 C 0,45 Lời giải: Vì bậc vân tăng lên nên a tăng thêm: D 0,55 Chọn A Ví dụ 24: Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa với ánh sáng đơn sắc xác định, điểm M quan sát vân sáng bậc Sau giảm khoảng cách hai khe đoạn 0,2 mm M trở thành vân tối thứ so với vân sáng trung tâm Ban đầu khoảng cách hai khe A 2,2 mm B 1,2 mm C mm D mm Lời giải: Chọn C Ví dụ 25: Trong thí nghiệm giao thoa Y-âng, khoảng cách hai khe mm Giao thoa thực với ánh sáng đơn sắc có bước sóng điểm M có tọa độ 1,2 mm vị trí vân sáng bậc Nếu dịch xa thêm đoạn 25 cm theo phương vng góc với mặt phẳng hai khe M vị trí vân sáng bậc Xác định bước sóng A 0,4 B 0,48 C 0,45 D 0,44 Lời giải: Ta có Chọn A Ví dụ 26: 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 vng góc với mặt phẳng chứa hai khe xa vân giao thoa M chuyển thành vân tối thứ hai khoảng dịch 0,6 m Bước sóng A 0,6 bằng: B 0,5 C 0,7 D 0,4 Lời giải: Vị trí điểm M: 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 0,6m M trở thành vân tối thứ Từ (1) (2) tính ra: Chọn A hay Ví dụ 27: Trong thí nghiệm Y-âng, nguồn S phát xạ đơn sắc khoảng không đổi D, khoảng cách hai khe , quan sát cách mặt phẳng hai khe = a thay đổi (nhưng cách S) Xét điểm M màn, lúc đầu vân sáng bậc 4, giảm tăng khoảng cách lượng tương ứng vân sáng bậc k 3k Nếu tăng khoảng cách thêm M A vân sáng bậc B vân tối thứ C vân sáng bậc D vân sáng thứ Lời giải: Ban đầu: Tăng Giảm : Tăng : : Từ (2) (3), được: Từ (1) (4), được: Thay (5) vào (6), được: Chọn A Ví dụ 28: Thí nghiệm giao thoa Y-âng với ánh sáng đơn sắc có bước sóng = 0,6 , khoảng cách hai khe a = l mm, khoảng cách hai khe đến D = m Màn ảnh giao thoa có khối lượng 100g gắn với lị xo nằm ngang có độ cứng k, cho dao động điều hịa theo phương ngang trùng với trục lị xo vng góc với mặt phẳng hai khe (xem hình vẽ) Tại thời điểm t = 0, truyền cho từ vị trí cân vận tốc ban đầu hướng phía hai khe để dao động điều hịa với biên độ 40 cm Thời gian từ lúc bắt đầu dao động đến điểm M cách vân trung tâm đoạn b = mm cho vân sáng lần thứ 0,29s Độ cứng k có giá trị gần A 10 N/m B 25 N/m Lời giải: Ta có: C 20 N/m D 15 N/m Câu 9: Khoảng cách từ vân đến vân tối thứ k tính từ vân trung tâm hệ vân giao thoa thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng A B C D Câu 10: Trong thí nghiệm Y-âng, vân tối thứ xuất vị trí cách vân sáng trung tâm A i/4 B i/2 C i D 2i Câu 11: Khoảng cách từ vân sáng bậc bên đến vân sáng bậc bên so với vân sáng trung tâm A 7i B 8i C 9i D 10i Câu 12: Khoảng cách từ vân sáng bậc đến vân sáng bậc phía với so với vân sáng trung tâm A 4i B 5i C 14i D 13i Câu 13: Trong thí nghiệm giao thoa khe Y-âng có khoảng vân i Khoảng cách từ vân sáng bậc đến vân sáng bậc bên vân trung tâm A x = 3i B x = 4i C x = 5i D x = 10i Câu 14: Trong thí nghiệm giao thoa khe Y-âng có khoảng vân i Khoảng cách từ vân sáng bậc bên vân trung tâm đến vân sáng bậc bên vân trung tâm A 6i B i C 7i D 12i Câu 15: Trong thí nghiệm giao thoa khe Y-âng có khoảng vân i Khoảng cách từ vân sáng bậc đến vân tối bậc bên vân trung tâm A 14,5i B 4,5i C 3,5i D 5,5i Câu 16: Trong thí nghiệm giao thoa khe Y-âng có khoảng vân i Khoảng cách từ vân sáng bậc bên vân trung tâm đến vân tối bậc bên vân trung tâm A 6,5i B 7,5i C 8,5i D 9,5i Câu 17: Khoảng cách từ vân sáng bậc đến vân sáng bậc 10 bên vân sáng A 6,5 khoảng vân B khoảng vân C 10 khoảng vân D khoảng vân Câu 18: Trong thí nghiệm Y-âng, vân sáng bậc xuất vị trí mà hiệu đường ánh sáng từ hai nguồn đến vị trí A B C D Câu 19: Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, khoảng cách hai khe sáng 0,2 mm, khoảng cách từ hai khe sáng đến ảnh D = m, khoảng vân đo i = mm Bước sóng ánh sáng A 0,4 B C D Câu 20: Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, biết a = 0,4 mm, D = 1,2 m, nguồn S phát xạ đơn sắc có = 600 nm Khoảng cách vân sáng liên tiếp A 1,6 mm B 1,2 mm C 1,8 mm D 1,4 mm Câu 21: Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, biết a = mm, D = m Khoảng cách vân sáng liên tiếp 1,5 mm Bước sóng ánh sáng đơn sắc A 0,65 B 0,71 C 0,75 D 0,69 5i=1,5 => i = 0,3 => Câu 22: Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, khe sáng chiếu ánh sáng đơn sắc Khoảng cách hai khe mm, khoảng cách từ hai khe đến m Khoảng cách vân sáng liên tiếp đo 4,8 mm Toạ độ vân sáng bậc A 9,6 mm x = ki = B 4,8 mm C 3,6 mm D 2,4 mm = Câu 23: Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, khe sáng chiếu ánh sáng đơn sắc Khoảng cách hai khe mm, khoảng cách từ hai khe đến D = m Khoảng cách vân sáng liên tiếp đo 4,8 mm Toạ độ vân tối bậc phía (+) A 6,8 mm B 3,6 mm C 2,4 mm D 4,2 mm Câu 24: Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng khoảng cách hai khe a = mm, khoảng cách từ hai khe đến D = m, ánh sáng đơn sắc có bước sóng = 0,64 Vân sáng thứ cách vân sáng trung tâm khoảng A 1,20 mm B 1,66 mm C 1,92 mm D 6,48 mm Câu 25: Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng khoảng cách hai khe mm, khoảng cách từ hai khe đến D = m, ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,4 Vân sáng bậc cách vân trung tâm khoảng A 1,6 mm B 0,16 mm C 0,016 mm D 16 mm Câu 26: Trong thí nghiệm Y-âng, khoảng cách hai khe a = mm, khoảng cách từ hai khe đến D = m Vân sáng thứ cách vân sáng trung tâm 1,8 mm Bước sóng ánh sáng đơn sắc dùng thí nghiệm A 0,4 3i = 1,8 => i = 0,6 B 0,55 C 0,5 D 0,6 Câu 27: Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng khoảng cách hai khe a = mm, khoảng cách từ hai khe đến D = m, ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,5 Khoảng cách từ vân sáng bậc đến vân sáng bậc 10 phía vân trung tâm A 4,5 mm B 5,5 mm C 4,0 mm D 5,0 mm 10i -1i = 9i=4,5 mm Câu 28: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng, khoảng cách khe hẹp a = mm, từ khe đến ảnh D = m Dùng ánh sáng đỏ có bước sóng = 0,75 , khoảng cách từ vân sáng thứ tư đến vân sáng thứ mười phía so với vân trung tâm A 2,8 mm B 3,6 mm C 4,5 mm D 5,2 mm 10i-4i=6i=4,5 Câu 29: Ánh sáng đơn sắc thí nghiệm Y-âng 0,5 Khoảng cách từ hai nguồn đến m, khoảng cách hai nguồn 2mm Khoảng cách vân sáng bậc vân tối bậc hai bên so với vân trung tâm A 0,375 mm B 1,875 mm C 18,75 mm D 3,75 mm 3i+4.5i=7,5i= Câu 30: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng, đo khoảng cách từ vân sáng thứ tư đến vân sáng thứ 10 phía vân sáng trung tâm 2,4 mm, khoảng cách hai khe Y-âng mm, khoảng cách từ chứa hai khe tới quan sát m Bước sóng ánh sáng dùng thí nghiệm A B C D 6i = 2,4 => i=0,4 Câu 31: Trong thí nghiệm Y-âng, khoảng cách hai khe a = 0,5 mm, khoảng cách từ hai khe đến D = m, ánh sáng đơn sắc có bước sóng = 0,5 Khoảng cách vân sáng liên tiếp A 10 mm B mm C mm D mm Câu 32: Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng đơn sắc, hai khe hẹp cách mm, mặt phẳng chứa hai khe cách quan sát 1,5 m Khoảng cách vân sáng liên tiếp 3,6 mm Bước sóng ánh sáng dùng thí nghiệm A 0,48 B 0,40 C 0,60 D 0,76 Câu 33: Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng với ánh sáng đơn sắc Biết khoảng cách hai khe hẹp 1,2 mm khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe hẹp đến quan sát 0,9 m Quan sát hệ vân giao thoa với khoảng cách vân sáng liên tiếp 3,6 mm Bước sóng ánh sáng dùng thí nghiệm ... A Ví dụ 16: Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, hai khe chiếu ánh sáng đơn sắc có Tiến hành thí nghiệm giao thoa ánh sáng với hai khe Y-âng với ánh sáng đơn sắc có với bước sóng 0,45 =... Y-âng giao thoa ánh sáng, khoảng cách hai khe sáng 0,2 mm, khoảng cách từ hai khe sáng đến ảnh D = m, khoảng vân đo i = mm Bước sóng ánh sáng A 0,4 B C D Câu 20: Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa. .. Chọn C BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM Câu 1: Hiện tượng giao thoa ánh sáng xảy A có chùm sáng từ bóng đèn gặp sau qua kính lọc sắc B có ánh sáng đơn sắc C có chùm sóng ánh sáng kết hợp đan xen vào D có