SKKN GIAO THOA ÁNH SANG

SKKN: GIAO THOA ÁNH SÁNG THTP 1 PHẦN I - MỞ ĐẦU I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Từ năm học 2005- 2006, Bộ GD – ĐT quyết định chuyển từ hình thức thi tự luận sang thi trắc nghiệm khách quan đã đem lại sự đổi mới mạnh mẽ trong việc dạy và học của giáo viên và học sinh. Tuy nhiên, qua thời gian thực tế giảng dạy ở trường ở trường THPT tôi nhận thấy một số vấn đề sau: 1. Việc dạy học và đánh giá thi cử theo hình thức trắc nghiệm khách quan đòi hỏi giáo viên cũng như học sinh phải có sự thay đổi về cách dạy và học. Dạy học theo phương pháp trắc nghiệm khách quan đòi hỏi giáo viên không những phải đầu tư theo chiều sâu mà còn phải đầu tư kiến thức theo chiều rộng, người dạy phải nắm được tổng quan chương trình của môn học. Điều này gây rất nhiều khó khăn cho giáo viên, đặc biệt là đội ngũ giáo viên trẻ khi chưa có nhiều kinh nghiệm giảng dạy. 2. Khi chúng ta chuyển sang hình thức dạy học và đánh giá thi cử theo phương pháp trắc nghiệm khách quan thì một số giáo viên tập chung mở rộng kiến thức theo chiều rộng để đáp ứng cho vấn đề thi theo hình thức trắc nghiệm . Vì vậy vấn đề đầu tư cho việc giải bài toán theo phương pháp tự luận có thể bị mờ nhạt. Điều này ảnh hưởng khá lớn đến chất lượng, mức độ hiểu sâu kiến thức về Vật lý của học sinh , đặc biệt là những học sinh khá của trường. Để góp phần cải thiện thực trạng trên , tôi quyết định thực hiện đề tài “Tìm hiểu các dạng bài toán về giao thoa ánh sáng trong Vật Lí THPT ”. Qua thời gian học tập và giảng dạy ở trường, tôi đã tổng hợp, áp dụng phương pháp và đã đạt được hiệu quả nhất định. Hy vọng đề tài này sẽ góp phần vào giải quyết những khó khăn trên. Với thời gian công tác chưa nhiều, trình độ còn hạn chế mà đề tài thì quá rộng nên trong đề tài không thể tránh được những sai sót và chưa phát huy hết ưu điểm, tác dụng của phương pháp. Rất mong được sự góp ý chân thành từ quý đồng nghiệp để đề tài được hoàn thiện và thiết thực hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn! Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. SKKN: GIAO THOA ÁNH SÁNG THTP 2 II. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI. - Khắc phụ những khó khăn hiện tại, tìm ra phương án để giải quýât các bài toán về giáo thoa ánh sáng. - Nhằm góp phần đổi mới phương pháp dạy và học theo hình thức trắc nghiệm. - Ngoài ra, đề tài còn có thể là một tài liệu tham khảo bổ ích cho ccá bạn đồng nghiệp. III. KHÁCH THỂ, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1. Đối tượng: Học sinh lớp 12. 2. Phương pháp nghiên cứu: - Tìm hiểu việc dạy của giáo viên thông qua trao đổi và việc học của học sinh nhằm sơ bộ đánh giá và phát hiện những sai lầm của học sinh và đua ra ccá công thức tổng quát cho học sinh và đồng nghiệp tham khảo. - Dùng các công thức toán học để giải bài tập và sử lý các số liệu trong bài toán. IV. NHIỆM VỤ, PHẠM VI VÀ THỜI GIAN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI - Nhiệm vụ nghiên cứu mục tiêu, chương trình, tài liệu ôn ôn thi tốt nghiệp, đại học và học sinh giỏi. - Phạm vi áp dụng: Phần sóng ánh sáng – SGK Vật lý 12 cơ bản. - Thời gian thực hiện đề tài: áp dụng cho nhiều măn học V. ĐÓNG GÓP MỚI VỀ MẶT KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI - Giúp một số học sinh giải các bài toán về Giao thoa ánh sáng tôt hơn, dễ hiểu hơn trong quá trình làm bài tập. Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. SKKN: GIAO THOA ÁNH SÁNG THTP 3 PHẦN II - NỘI DUNG CHƯƠNG I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT: 1. Hiện tượng tán sắc ánh sáng. - Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng không bị tán sắc khi truyền qua lăng kính - Sự tán sắc ánh sáng là sự phân tách một chùm ánh sáng phức tạp thành các chùm sáng đơn sắc. - Ánh sáng trắng (ánh sáng Mặt Trời) là hỗn hợp của nhiều ánh sáng đơn sắc có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím. - Nguyên nhân của hiện tượng tán sắc là do chiết suất của lăng kính thuỷ tinh đối với ánh sáng đơn sắc khác nhau thì khác nhau, tăng dần từ màu đỏ đến màu tím. 2. Hiện tượng giao thoa ánh sáng. - Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng là hiện tượng truyền sai lệch so với sự truyền thẳng khi ánh sáng gặp vật cản . - Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng thể hiện ánh sáng có tính chất sóng. - Vị trí các vân sáng + Đặt a = S 1 S 2 ( Khoảng cách giữa hai nguồn kết hợp). D = IO ( Khoảng cách giữa hai nguồn tới màn).  là bước sóng ánh sáng. d 1 = S 1 A và d 2 = S 2 A là quãng đường đi được của hai sóng từ S 1 S 2 đến một điểm A, trên một vân sáng Gọi AI là đường trung tuyến, AH là đường a d 1 d 2 S 2 S 1 x D I O A H Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. SKKN: GIAO THOA ÁNH SÁNG THTP 4 cao của tam giác S 1 S 2 A. Xét hai tam giác vuông AHS 1 và AHS 2 ta có 2 2 2 2 22 1 2 1 SSSS HHAHHA  Do đó 2 1 2 2 2 1 2 2 SSSS HHAA  d 2 – d 1 = (HF 2 -HF 1 )(HF 2 +HF 1 ) (d 2 – d 1 )(d 2 + d 1 )= a.2x D ax dd ax dd    12 12 2 + Nếu tại A là một vân sáng thì d 2 – d 1 = k  D ax = k  hay x = a D k  với (k = 0 ,  1 ,  2…) k gọi là bậc giao thoa + Nếu tại A là một vân tối thì d 2 – d 1 = (2k+1) 2  D ax = (2k+1) 2  hay x = a D k 2 )12(   với (k = 0 ,  1 ,  2…) Vân tối không có khái niệm bậc giao thoa, gọi là vân tối thứ mấy. - Khoảng vân i là khoảng cách giữa hai vân tối hoặc hai vân sáng liên tiếp. - Biểu thức i = x k+1 – x k = a D  - Tại O ta có x = 0, k = 0 là vân sáng bậc 0 của mọi bức xạ. Ta gọi là vân sáng trung tâm, hay vân số 0. 3. Bước sóng và màu sắc. - Mỗi bức xạ đơn sắc có một bước sóng xác định trong chân không. Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. SKKN: GIAO THOA ÁNH SÁNG THTP 5 - Mọi ánh sáng đơn sắc mà ta trông thấy đều có bước sóng từ 380mm( màu tím) đến 760mm ( Màu đỏ). - Ánh sáng mặt trời là hỗn hợp của nhiều ánh sáng đơn sắc có bước sóng từ 0 đến vô cùng. Nhưng chỉ có ánh sáng đơn sắc có bước sóng từ 380mm đến 760mm là giúp mắt nhìn mọi vật và phân biệt mầu sắc. CHƯƠNG II. THỰC TRẠNG CỦA VẤN ĐỀ 1. Thuận lợi - Trong điều kiện hiện nay có nhiều thông tin sự đa dạng của các đầu sách tham khảo, đã phần nào làm cho khoảng cách về mặt nhận thức của học sing giữa các vung, miền được rút ngắn, chất lượng dạy và học ngày càng được nâng cao. - Được sư quan tâm của mọi tần lớp nhân dân về giáo dục và nhu cầu học tập, tìm hiểu các tri thức khoa học trong đó có tri thức khoa học về bộ môn Vật lý để phục vụ trong đời sống ngày càng trở lên cấp thiết để hòa nhập với thế giới. Vì vậy việc giải các bài toán vật lý là một phương thức hữu hiệ để học sinh nâng cao trí tụê và bản lính trên con đường hoà nhập cuộc sống. - Hơn nữa gần đây khi Bộ GD&ĐT tiến hành tổ chức thi trắc nghiệm đối với bộ môn Vật lý, Phần kiêns thức trong giao thoa chiếm một tỉ lệ nhất định trong thang điểm chính vì vậy nó giúp học sinh ôn tập tôt hơnvà không phức tạp. 2. Khó khăn. - Do các em học sinh chưa biết làm bài tập theo kiểu trắc nghiệm. - Trong SGK không có nhiều dạng câu hỏi và công thức để học sinh áp dụng - Đề thi Đại học và Cao đẳng luôn có nhiều câu khó yêu cầu học sinh tư duy và vận dụng cả kiến thức nâng cao Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. SKKN: GIAO THOA ÁNH SÁNG THTP 6 CHƯƠNG III. MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP VỀ GIAO THOA ÁNH SÁNG. Dạng 1: Hiện tượng tán sắc ánh sáng. A. Phương pháp. Ta áp dụng các công thức về lăng kính và định luật khúc xạ - Công thức lăng kính đặt trong không khí Khi i và A lớn sini = n sinr 1 sini’ = n sinr 2 r 1 + r 2 = A D = i + i’ - A (1.1) Khi i và A nhỏ ( <10 0 ) i = n r 1 i’ = n r 2 r 1 + r 2 = A D = i + i’ - A = (n – 1)A (1.2) - Công thức định luật khúc xạ n 1 sini = n 2 sinr. (1.3) tím B C (ánh sáng trắng) ' t i i đ (Hướng tia tới) A đ ỏ Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. SKKN: GIAO THOA ÁNH SÁNG THTP 7 - Công thức tính tiêu cự của thấu kính trong không khí D = ) 11 )(1( 1 21 RR n f  (1.4) - Vì khi ánh sáng truyền từ môi trường này sang môi trường khác chiết suất của môi trường phụ thuộc vào tần số ( mầu sắc ) nên tuy cùng góc tới như nhau nhưng góc khúc xạ lại khác nhau. - Trường hợp góc lệch cực tiểu : D = D min  i = i’ = 2 min AD  và r = r’ = 2 A . - Góc lệc giữa tia đỏ và tia tím : D = D tím  D đỏ . B. Bài tập minh hoạ. Ví Dụ 1: Cho một lăng kính có chiết suất của lăng kính đối với tia đỏ là n đ = 1,667 với tia tím n t = 1,776, góc chiết quang A = 6 0 . Dùng một tia sáng trắng hẹp chiếu gần như vuông góc tới bề mặt lăng kính. Góc giới hạn tạo bởi chùm ló ra khỏi lăng kính là bao nhiêu? HD: Vì góc chiết quang nhỏ ( A = 6 0 ) và góc tới nhỏ (chiếu gần như vuông góc tới bề mặt lăng kính) ta áp dụng công thức (1.2) . + n: là chiết suất của môi trường làm thấu kính + R 1 , R 2 : là hai bán kính cong D t D đ  D A S Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. SKKN: GIAO THOA ÁNH SÁNG THTP 8 Góc lệch của tia đỏ so với tia tới là. D đ = (n đ – 1)A Góc lệch của tia tím so với tia tới là. D t = (n t – 1)A Góc lệch của tia đỏ so với tia tím là.  D = D đ - D t = (n đ – n t )A = (1,776 – 1,667).6 0 = 0,654 0 Ví Dụ 2: Chiếu một tia sáng Mặt Trời hẹp theo phương hợp với mặt nước một góc 60 0 . Tìm chiều dài vệt sáng ở đáy chậu biết chiết suất của nước đối với tia tím là n t = 1,343, với mầu đỏ n đ = 1,328 và chiều sâu của nước là h = 50cm. HD: Áp dụng công thức (1.3) i = 90 0 – 60 0 = 30 0 . sini = nsinr suy ra sinr = n isin Với mầu đỏ sinr đ = d n isin = 656,2 1 Với mầu tím sinr t = t n isin = 686,2 1 Xét hai tam giác vuông IHĐ và IHT HĐ = HI.tanr đ = 20,32(cm) HT = HI.tanr t = 20,06(cm) Chiều dài vệt sáng ở đáy chậu là ĐT = HT – HĐ = 0,26(cm). Đ T H I i r t r đ Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. SKKN: GIAO THOA ÁNH SÁNG THTP 9 Ví Dụ 3: Một thấu kính làm bằng thuỷ tinh có chiết suất đối với màu đỏ là n đ = 1,643, với màu tím là n t = 1,685. Thấu kính hai mặt cong lồi có bán kính là 30cm và 60cm. Tìm khoảng cách giữa hai tiêu điểm của hai mầu đỏ và tím. HD: Áp dụng công thức (1.4) ) 11 )(1( 1 21 RR n f  Tiêu cự của thấu kính đối với màu tím là: ) 11 )(1( 1 21 RR n f t t  = (1,685 – 1).( 6,0 1 3,0 1  )  f t = 0,2919 m Tiêu cự của thấu kính đối với màu đỏ là: ) 11 )(1( 1 21 RR n f d d  = (1,643 – 1).( 6,0 1 3,0 1  )  f đ = 0,311m Khoảng cách giữa hai tiêu điểm của hai mầu đỏ và tím là  f = f đ - f t = 0,311 - 0,2919 = 0,0191 m C. Bài tập tương tự Bài 1: Một lăng kính có góc chiết quang A= 6 0 , chiết suất của lăng kính đối với tia đỏ 6444,1 d n và đối với tia tím là 6852,1 t n . Chiếu tia sáng trắng tới mặt bên của lăng kính dưới góc tới nhỏ. Góc lệch giữa tia ló màu đỏ và tia ló màu tím: A. 0,0011 rad B. 0,0043 rad C. 0,00152 rad D. 0,0025 rad Ánh sáng tr ắ ng Quang trục chính F đ O F t tím đỏ Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. SKKN: GIAO THOA ÁNH SÁNG THTP 10 Bài 2:Một thấu kính hội tụ có hai mặt lồi có bán kính giống nhau 20cm. Chiết suất của ánh sáng đỏ và tím đối với thấu kính là: n d =1,5 và n t =1,54. Khi đó khoảng cách từ tiêu điểm tia đỏ đối với tia tím là: A. 19,8cm B. 0,148cm. C. 1,49cm. D. 1,49m. Bài 3: Một thấu kính mỏng hội tụ gồm 2 mặt cầu giống nhau, bán kính R, có chiết suất đối với tia đỏ nà n đ = 1,60 đối với tia tím là n t = 1,69. Ghép sát vào thấu kính trên 1 thấu kính phân kỳ, 2 mặt cầu giống nhau, bán kính R. Tiêu điểm của hệ thấy kính đối với tia đỏ và đối với tia tím trùng nhau. Thấu kinh phân kỳ có chiết suất đối với tia đỏ (n’ đ ) và tia tím (n’ t ) liên hệ với nhau bởi: A. n’ t = 2n’ đ + 1 B. n’ t = n’ d + 0,01 C. n’ t = 1,5n’ đ D. n’ t = n’ đ + 0,09 Bài 4:Một lăng kính thuỷ tinh có A = 45 0 . Chiếu chùm tia sáng hẹp đa sắc SI gồm tập hợp 4 tia đỏ, vàng, lục tím đến gặp mặt bên AB theo phương vuông góc, thì có những tia nào ló ra khỏi mặt AC? (Biết chiết suất của thuỷ tinh đối với ánh sáng màu vàng là 2 ) A. Đỏ C. Đỏ, vàng, lục Câu 5: Một lăng kính có góc chiết quang A = 5 0 , chiếu một chùm tia tới song song hẹp màu lục vào cạnh bên của lăng kính theo phương vuông góc với mặt phân giác của góc A sao cho một phần của chùm tia sáng không đi qua lăng kính và một phần qua lăng kính. Biết chiết suất của lăng kính đối với ánh sáng màu lục n = 1,55. Khi i, A bé thì góc lệch D của tia sáng qua lăng kính là: A. 2,86 0 . B. 2,75 0 C. 3,09 0 D. Một giá trị khác. Câu 6: Một bể nước sâu 1,2m. Một chùm ánh sáng mặt trời chiếu vào mặt nước dưới góc tới i sao cho sini = 0,8. Chiết suất của nước đối với ánh sáng đỏ là n đ = 1,331 và đối với ánh sáng tím là n t = 1,343. Bề rộng của dải quang phổ dưới đáy bể là: A. 2,5cm. B. 2cm. C. 1,5cm. D. 1,25cm. Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. [...]... bề rộng miền giao thoa là 1,25 cm Tổng số vân sáng và vân tối có trong miền giao thoa là A 21 vân Đáp án: C 19 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software SKKN: GIAO THOA ÁNH SÁNG THTP http://www.foxitsoftware.com For evaluation only Dạng 4: Giao thoa với ánh sáng trắng, ánh sáng có nhiều màu sắc A Phương pháp 1 Giao thoa với ánh sáng trắng: Hình ảnh thu được trên màn là: ở giữa giao thoa trường... bậc cao hơn thì có sự chồng chập của nhiều ánh sáng đơn sắc 20 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software SKKN: GIAO THOA ÁNH SÁNG THTP http://www.foxitsoftware.com For evaluation only 2 Giao thoa với ánh sáng có nhiều thành phần đơn sắc: Giả sử ánh sáng dùng làm thí nghiệm Iâng gồm hai bức xạ 1 , 2 thì : - Trên màn có hai hệ vân giao thoa ứng với ánh sáng có bước sóng 1 và 2 - Vị trí vân... nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, khoảng cách giữa hai khe là 0,5 mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến màn là 2 m Ánh sáng đơn sắc dùng trong thí nghiệm có bước sóng 0,5 m Vùng giao thoa trên màn rộng 26 mm (vân trung tâm ở chính giữa) Số vân sáng là A 15 B 17 C 13 D 11 Đáp án: C Câu 2 (Đề thi ĐH – CĐ năm 2010)Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, hai khe được chiếu bằng ánh sáng đơn... A Phương pháp 1 Giao thoa bởi lưỡng lăng kính Fresnel ( góc chiết quang nhỏ) : 28 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software SKKN: GIAO THOA ÁNH SÁNG THTP http://www.foxitsoftware.com For evaluation only Các đại lượng tương ứng với giao thoa bằng 2 khe Y-âng và kiến thức thường dùng : + a = S1S2 = 2d (n-1)A + Góc lệch giữa tia tới và tia ló: D = (n -1)A + Bề rộng của vùng giao thoa: L = 2d’(n-... dùng để xác định d’: 1 1 1 d f    d' f d d' d f + Bề rộng của miền giao thoa: L = O1O2 (1+ d ' D ) d 3 Giao thoa bởi lưỡng gương phẳng α G1 S M 2α S1 H I O S2 30 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software SKKN: GIAO THOA ÁNH SÁNG THTP http://www.foxitsoftware.com For evaluation only Các đại lượng tương ứng với giao thoa bằng 2 khe Y-âng và kiến thức thường dùng :  a = S1S2 = 2.HS1= 2.SI... nghiệm về giao thoa ánh sáng với lưỡng thấu kính Billet gồm 2 nửa thấu kính có tiêu cự f = 20cm , đặt sao cho 2 trục chính // và O1O2 = 0,4mm Nguồn sáng S phát ánh sáng đơn sắc  = 600nm đặt trên đường trung trực  của O1O2 và cách 31 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software SKKN: GIAO THOA ÁNH SÁNG THTP http://www.foxitsoftware.com For evaluation only thấu kính d = 60cm Màn hứng vân giao thoa đặt... khác dấu B Bài tập minh hoạ 17 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software SKKN: GIAO THOA ÁNH SÁNG THTP http://www.foxitsoftware.com For evaluation only Ví Dụ 1: Trong thí nghiệm Iâng về giao thoa ánh sáng với   0,35 m, hai khe cách nhau a = 2 mm và khoảng cách từ hai khe đến màn quan sát là 2 m Trên bề rộng trường giao thoa L = 1,2mm Hãy tính a Khoảng vân b Số vân sáng, vân tối quan sát được trên... Foxit PDF Creator © Foxit Software SKKN: GIAO THOA ÁNH SÁNG THTP http://www.foxitsoftware.com For evaluation only D=1,2m Trên màn hứng vân giao thoa rộng 10mm (hai mép màn đối xứng qua vân sáng trung tâm) có bao nhiêu vân sáng có màu giống màu của vân sáng trung tâm? A Có 6 vân sáng B Có 3 vân sáng C Có 5 vân sáng D Có 4 vân sáng Câu 6: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng với hai khe Iâng Khoảng cách... có bước sóng λ1 = 540 nm thì thu được hệ vân giao thoa trên màn quan sát có khoảng vân i1 = 0,36 mm Khi thay ánh sáng trên bằng ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ2 = 600 nm thì thu được hệ vân giao thoa trên màn quan sát có khoảng vân A i2 = 0,60 mm B i2 = 0,40 mm C i2 = 0,50 mm D i2 = 0,45 mm Đáp án: B Câu 2(ÐỀ ĐẠI HỌC – 2008): Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng với khe Iâng (Yâng), khoảng cách giữa... Software SKKN: GIAO THOA ÁNH SÁNG THTP http://www.foxitsoftware.com For evaluation only Câu 2: Trong thí nghiệm Iâng về giao thoa ánh sáng, hai khe cách nhau a = 0,5 mm và được chiếu sáng bằng một ánh sáng đơn sắc Khoảng cách từ hai khe đến màn quan sát là 2 m Trên màn quan sát, trong vùng giữa M và N (MN = 2 cm) người ta đếm được có 10 vân tối và thấy tại M và N đều là vân sáng Bước sóng của ánh sáng . only. SKKN: GIAO THOA ÁNH SÁNG THTP 20 Dạng 4: Giao thoa với ánh sáng trắng, ánh sáng có nhiều màu sắc A. Phương pháp. 1 Giao thoa với ánh sáng trắng: Hình ảnh thu được trên màn là: ở giữa giao. Đáp án: C Dạng 2: Giao thoa ánh sáng với ánh đơn sắc Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. SKKN: GIAO THOA ÁNH SÁNG THTP 12 A Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. SKKN: GIAO THOA ÁNH SÁNG THTP 14 Ví Dụ 2:Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng của Iâng trong không khí, hai khe cách nhau 3mm được chiếu bằng ánh sáng đơn sắc có bước