Đang tải... (xem toàn văn)
PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH BÀI TOÁN GIAO THOA ÁNH SÁNG 1 PHẦN I MỞ ĐẦU I LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI Ngày 09 tháng 9 năm 2014 Bộ trưởng Bộ Giáo dục và Đào tạo ban hành Quyết định số 3538/QĐ BGDĐT về vi[.]
PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH BÀI TOÁN GIAO THOA ÁNH SÁNG PHẦN I MỞ ĐẦU I LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI: Ngày 09 tháng năm 2014 Bộ trưởng Bộ Giáo dục Đào tạo ban hành Quyết định số 3538/QĐ-BGDĐT việc Phê duyệt phương án thi tốt nghiệp Trung học phổ thông tuyển sinh đại học, cao đẳng từ năm 2015 nêu rõ: “ Từ năm 2015, tổ chức kì thi Quốc gia( gọi kì thi Trung học phổ thơng Quốc gia) lấy kết để xét công nhận tốt nghiệp trung học phổ thông làm xét tuyển sinh đại học, cao đẳng”…“ Để xét công nhận tốt nghiệp trung học phổ thông xét tuyển s inh vào trường đại học, cao đẳng, thí sinh phải thi môn ( gọi môn thi tối thiểu) gồm mơn bắt buộc Tốn, Ngữ văn, Ngoại ngữ môn tự chọn số môn Vật lí , Hóa học, Sinh học, Lịch sử địa lí”… “Các mơn Tốn , Ngữ văn, Lịch sử , Địa lí: Thi tự luận, thời gian thi 180 phút”; mơn Vật lí , Hóa học, Sinh học, Ngoại ngữ: Thi trắ c nghiệm thời gian thi 90 phút” Đề thi đánh giá thí sinh mức độ : nhận biết, thông hiểu, vận dụng vận dụng cao, đảm bảo phân hóa trình độ thí sinh” Như biết, vài năm trở lại đây, đề thi đại học mơn vật lí dài, rộng chứa nhiều câu khó Các câu hỏi lí thuyết ngày dần đi, thay vào câu hỏi tập vận dụng thơng minh Vì để đạt hiệu cao giảng dạy học tập mơn vật lí đáp ứng yêu cầu Bộ Giáo dục Đào tạo kì thi Trung học Phổ thơng Quốc gia giáo viên học sinh phải tìm cách giải nhanh hiệu skkn PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH BÀI TỐN GIAO THOA ÁNH SÁNG Chương trình giảng dạy vật lý 12 toán giao thoa ánh sáng khe Y-âng vật lí phổ thơng tốn tương đối khó u cầu học sinh phải nắm kiến thức suy luận lơgíc hợp lý Nếu khơng nắm kiến thức học sinh khó lịng giải Và suy luận lơgíc khơng tốt đường giải tốn khơng ngắn chút có dẫn tới kết sai Do để giúp học sinh ôn luyện nắm bắt cách có hệ thống dạng tập hay gặp đề thi giáo viên có thêm tài liệu nghiên cứu giảng dạy luyện thi biên soạn đề tài: “PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH BÀI TOÁN GIAO THOA ÁNH SÁNG” Trong q trình giảng dạy tơi thấy đa phần học sinh gặp khó khăn q trình giải tốn giao thoa ánh sáng Do tơi viết sáng kiến kinh nghiệm n ày để góp phần m tài liệu tham khảo hữu ích cho giáo viên học sinh trình dạy học Vật lí 12 Mặc dù đầu tư nhiều thời gian cơng sức hạn chế, sai sót khơng thể tránh khỏi Rất mong đóng góp chia sẻ thầy, em học sinh để đề tài ngày hoàn thiện lần viết sau Xin trân trọng cảm ơn! II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU * Giúp học sinh củng cố, nắm vững lý thuyết, biết phân loại phương pháp giải toán giao thoa nhanh gọn * Rèn luyện kĩ phân tích tượng, giải toán thực tế, giúp học sinh đào sâu nâng cao kiến thức học lớp qua bước hình thành trực giác Vật lí nhạy bén skkn PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH BÀI TOÁN GIAO THOA ÁNH SÁNG * Để giúp em học sinh nắm cách có hệ thống cơng thức chương trình Vật Lý 12 từ suy số cơng thức, kiến thức khác dùng để giải nhanh tập trắc nghiệm định lượng, tập hợp cơng thức có sách giáo khoa theo phần, kèm theo số cơng thức, kiến thức rút giải số tập khó, hay điển hình Hy vọng tập tài liệu giúp ích chút cho q đồng nghiệp q trình giảng dạy em học sinh trình kiểm tra, thi cử III ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU - ÁP DỤNG - Đối tượng nghiên cứu tập giao thoa ánh sáng khe Y âng học sinh trường THPT có học lực khác áp dụng để giải tập - Sáng kiến kinh nghiệm áp dụng cho tất đối tượng học sinh lớp 12 có học lực khác nhau, giúp học sinh ơn tập phần giao thoa ánh sáng kỳ thi THPT Quốc Gia - Sáng kiến kinh nghiệm nhằm giúp học sinh phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo, rèn luyện thói quen khả tự học, tinh thần hợp tác, kĩ vận dụng kiến thức vào tình khác học tập thực tiễn ; tạo niềm tin, niềm vui, hứng thú học tập Làm cho học q trình kiến tạo, học sinh tìm tịi, khám phá, phát hiện, luyện tập, khai thác xử lý thơng tin, tự hình thành hiểu biết, tự t in học tập, chuẩn bị tốt kiến thức để bước vào phòng thi cách tự tin đạt kết cao skkn PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH BÀI TOÁN GIAO THOA ÁNH SÁNG PHẦN II NỘI DUNG A NHỮNG VẤN ĐỀ LÝ THUYẾT CƠ BẢN Giao thoa khe Y-âng với ánh sáng đơn sắc Trong đó: a = S1S2 khoảng cách hai khe sáng D = OI khoảng cách từ hai khe sáng S 1, S2 đến quan sát Điều kiện : D >> a S1M = d1; S2M = d2 x = OM (toạ độ)cho biết khoảng cách từ vân sáng trung tâm đến điểm M ta xét ax - Hiệu đường đi: Δd = d2 - d1 D - Tại M vị trí vân sáng : ∆d = kλ x λD ; kZ ⇒ xs = k H M a d1 S1 k = 0: Vân sáng trung tâm d2 a I k = ±1: Vân sáng bậc ( thứ) D S2 k = ±2: Vân sáng bậc ( thứ) 2… - Tại M vị trí vân tối : ∆d = (k + 0,5)λ ⇒ x t = (k + 0,5) λD ; k Z a k = 0, k = -1: Vân tối thứ k = 1, k = -2: Vân tối thứ hai k = 2, k = -3: Vân tối thứ ba… - Khoảng vân : khoảng cách hai vân sáng (hoặc tối) liên tiếp x s = k i λD i= ⇒ i a x t = ( k + 0,5) i = (2k +1) • Vân sáng vân tối liên tiếp cách đoạn là: • Giữa n vân sáng liên tiếp có (n – 1) khoảng vân skkn i x O PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH BÀI TỐN GIAO THOA ÁNH SÁNG * Nếu thí nghiệm đặt mơi trường có chiết suất n khoảng vân giảm n lần: i’ = i/n B PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI DẠNG : XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ VÂN SÁNG, VÂN TỐI, KHOẢNG VÂN Phương pháp Áp dụng cơng thức vị trí vân sáng, vân tối, khoảng vân * Khoảng vân: * Vị trí vân sáng : x s= k i= D a D a = ki với k € Z D * Vị trí vân tối : x t = (k + ) = (k + )i a * Lưu ý: - Nếu thí nghiệm đặt mơi trường có chiết suất n: Trong cơng thức ta thay ' với ' = i i i/n ( , = v c = = khoảng vân giảm n lần: i’ = f nf n c.T c = = =n) , v.T v - Đối với vân tối khơng có khái niệm bậc giao thoa - Xác định khoảng vân i khoảng có bề rộng L Biết khoảng L có n vân sáng: + Nếu hai vân đầu hai vân sáng: i = + Nếu hai vân đầu hai vân tối: i = skkn L n L n −1 PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH BÀI TOÁN GIAO THOA ÁNH SÁNG + Nếu đầu vân sáng đầu vân tối: i = L n − 0,5 Ví dụ 1.Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng với khe Y-âng, khoảng cách hai khe a = 1mm, khoảng cách từ hai khe đến quan sát D = 2m Ánh sáng dùng thí nghiệm có bước sóng = 0,6 m Xác định Khoảng vân? vị trí vân sáng bậc vân tối thứ ? Hướng dẫn * Khoảng vân: i = D a = 0,6.10 −32.10 = 1,2 mm D 0,6.10 −32.10 * Vị trí vân sáng bậc 3: x = =3 = 3,6 mm a * Vị trí vân tối thứ 5: x = 4,5 0,6.10 −32.10 = 5,4 mm Ví dụ Trên bề rộng 7,2 mm vùng giao thoa người ta đếm vân sáng (ở rìa vân sáng).Tại vị trí cách vân trung tâm 14,4 mm vân sáng hay vân tối thứ mấy? Hướng dẫn * Có vân sáng rìa vân sáng có khoảng vân : 8i = 7,2 → i = 0,9 mm * Tại M có x M = 14,4 mm , Ta lập tỷ số x M 14,4 = = 16 i 0,9 → k = 16: Đây vị trí vân sáng thứ 16 skkn PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH BÀI TỐN GIAO THOA ÁNH SÁNG Ví dụ Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng với khe Y-âng, khoảng cách hai khe a = 1,5 mm , khoảng cách từ hai khe đến quan sát D = 3m Người ta đo khoản g cách vân sáng bậc vân sáng bậc phía với vân trung tâm 3mm Xác định vị trí vân sáng bậc 3, vân tối thứ 7? Hướng dẫn : * Khoảng cách vân sáng bậc vân sáng bậc phía với vân trung tâm 3mm ∆x = xs − xs = 5i − 2i = 5i – 2i = 3i = mm ⇒ i = 1mm * Vị trí vân sáng bậc : x 5= D a = 5i = mm D Vị trí vân tối thứ : x7 = (k + ) = 6,5 i = 6,5mm với k = a Ví dụ Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng với khe Y-âng, khoảng cách hai khe a = 0,5 mm , khoảng cách từ hai khe đến quan sát D = 1m Ánh sáng dùng thí nghiệm có bước sóng = 0,5m Nếu tiến hành thí nghiệm nước có chiết suất khoảng vân ? Hướng dẫn * Trong khơng khí : i = * Trong nước : i’ = i’ = 'D a D a = = 1mm D na i = 1.4/3 = 0,75 mm n Ví dụ (CĐ 2007) Trong thí nghiệm Iâng (Y-âng) giao thoa ánh sáng, hai khe hẹp cách khoảng a = 0,5 mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến quan sát D = 1,5 m Hai khe chiếu skkn PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH BÀI TOÁN GIAO THOA ÁNH SÁNG xạ có bước sóng λ = 0,6 μm Trên thu hình ảnh giao thoa Tại điểm M cách vân sáng trung tâm (chính giữa) khoảng 5,4 mm có vân sáng bậc (thứ) A B C D Hướng dẫn * i= Ta có: * D a =1,8mm xM 5, = = Chọn A i 1,8 Ví dụ (CĐ 2008) Trong thí nghiệm Iâng (Y -âng) giao thoa nh sáng với ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ = 540 nm thu hệ vân giao thoa quan sát có khoảng vân i = 0,36 mm Khi thay ánh sáng ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ = 600 nm thu hệ vân giao thoa quan sát có khoảng vân A i2 = 0,60 mm Hướng dẫn Ta có: * i1 = * i2 = B i2 = 0,40 mm C i2 = 0,50 mm D i2 = 0,45 mm 1 D a 2 D a i2 2 => = i1 1 => i2 = i1 2 1 i2 = 0,40mm Chọn B Ví dụ (CĐ 2008) Trong thí nghiệm Iâng (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 0,50.10-6 m B 0,55.10-6 m C 0,45.10-6 m D 0,60.10-6 m Hướng dẫn *khoảng cách vân sáng liên tiếp có 8i => i = * i= D a => = -6 = 0,60.10 m Chọn D D skkn x = 3, = 0, 45mm PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH BÀI TỐN GIAO THOA ÁNH SÁNG Ví dụ (CĐ 2009): Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa với ánh sáng đơn sắc, khoảng cách hai khe 1mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến 2m Trong hệ vân màn, vân sáng bậc cách vân trung tâm 2,4 mm Bước sóng ánh sáng đơn sắc dùng thí nghiệm A 0,5 µm B 0,7 µm C 0,4 m D 0,6 µm Hướng dẫn * xs = k D a => = xs a = 0, m Chọn C kD Ví dụ (Đề thi ĐH – CĐ năm 2010)Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, hai khe chiếu sáng đồng thời hai xạ đơn sắc có bước sóng λ1 λ Trên quan sát có vân sáng bậc 12 λ1 trùng với vân sáng bậc 10 λ Tỉ số A B C λ1 λ2 D Hướng dẫn Vân sáng bậc 12 λ1 trùng với vân sáng bậc 10 λ => xs12 = xs10 => 1 10 = = Chọn C 2 12 Ví dụ 10 (ĐH 2013): Trong thí nghiệm Y âng giao thoa ánh sáng, bước sóng ánh sáng đơn sắc 600nm, khoảng cách hai khe hẹp 1mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến 2m Khoảng vân quan sát có giá trị bằng: A 1,5mm B 0,3mm C 1,2mm D 0,9mm Hướng dẫn i= D a = 1,2 mm Chọn C Ví dụ 11 * Trong thí nghiệm Y -âng giao thoa ánh sáng, nguồn sáng phát ánh sáng đơn sắc có bước sóng 1 Trên quan sát, đoạn thẳng MN dài 20mm ( MN vng góc với hệ vân giao thoa) có 10 vân tối, M N vị trí hai vân sáng Thay ánh sáng ánh sáng đơn sắc có skkn PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH BÀI TOÁN GIAO THOA ÁNH SÁNG 5 bước sóng 2 = M vị tr í vân giao thoa, số vân sáng đoạn MN lúc A B C D Hướng dẫn: Cách • Trên đoạn thẳng MN có 10 vân tối, M N vị trí hai vân sáng => Trên MN có 11 vân sáng = > MN = 10i => i = 2mm 5 • Số vân sáng dùng xạ 2 = : ta quan sát vân sáng ( n – 1)i2 • Ta có: 10i1 = (n -1 )i2 => 101 = (n − 1)2 • => n = Chọn A Cách * Với bước sóng 1 : M, N vị trí haivân sáng Mà đoạn MN có 10 vân tối => có 11 vân sáng Vì số vân sáng số lẻ nên ta xem M vân sáng bậc D Vị trí điểm M : x5 = (1) a * Với bước sóng 2 = xác định : xM = k 2 D a 51 : Giả sử M vân sáng Vị trí điểm M =k 51 D (2) 3a * (1), (2) => k = ∈ Z ( đúng) Vậy M vị trí vân sáng bậc xạ 2 10 skkn ... VÂN SÁNG, VÂN TỐI Phương pháp : Cách 1: (Nếu trường giao thoa đối xứng qua vân sáng trung tâm) Gọi L : Độ rộng giao thoa trường 19 skkn PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH BÀI TOÁN GIAO THOA ÁNH. .. k = 0,76 12 skkn PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH BÀI TOÁN GIAO THOA ÁNH SÁNG => λ2 = 31 = 0,6.10-6 m Ví dụ Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, hai khe S1 S2 chiếu ánh sáng trắng Khoảng... trí hai vân sáng Thay ánh sáng ánh sáng đơn sắc có skkn PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH BÀI TOÁN GIAO THOA ÁNH SÁNG 5 bước sóng 2 = M vị tr í vân giao thoa, số vân sáng đoạn MN lúc A B C D