SKKN hướng dẫn học sinh khá, giỏi phân loại và giải bài toán về giao thoa sóng ánh sáng có nhiều bức xạ

A ĐẶT VẤN ĐỀ Trong chương trình Vật Lý phổ thông lớp 12, phần kiến thức chương Tính chất sóng ánh sáng có phần trọng tâm giải toán giao thoa sóng ánh sáng, với toán giao thoa với xạ bái toán quen thuộc, không khó, học sinh cần nắm vững kiến thức bản, nhớ công thức làm được; nhiên với toán giao thoa có nhiều xạ có chồng lấn vân giao thoa nên toán trở nên phức tạp thực tế cho thấy hầu hết học sinh lớp 12 chưa có phương pháp giải rõ ràng giải loại tập này, có làm làm cách máy móc mà chưa nắm chất vấn đề, thay đổi vài kiện toán để chuyển thành toán khác học sinh thường gặp phải nhiều lúng túng Theo dõi đề thi Học sinh giỏi cấp tỉnh đề tuyển sinh Đại học năm gần nhận thấy phần tập Giao thoa ánh sáng với giao thoa nhiều xạ người đề tin tưởng chọn làm câu “gây khó” cho học sinh thực tế nhiều học sinh có học sinh khá, giỏi gặp không khó khăn Với mục đích giúp em học sinh khá, giỏi hiểu sâu sắc vấn đề giải tốt toán Giao thoa sóng ánh sáng với nhiều xạ để tham gia kỳ thi học sinh giỏi cấp tỉnh, kì thi tuyển sinh Đại học, Cao đẳng gặp toán loại làm cách tự tin hiệu tổng hợp kiến thức từ nhiều tài liệu khác nhau, biên soạn thành tài liệu hướng dẫn học sinh ôn tập nhận thấy có hiệu cao đúc rút viết đề tài sáng kiến kinh nghiệm: “ Hướng dẫn học sinh khá, giỏi phân loại giải toán giao thoa sóng ánh sáng có nhiều xạ” Phạm vi ứng dụng đề tài bồi dưỡng học sinh giỏi cấp THPT ôn thi Đại học, Cao đẳng B GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ I CƠ SỞ LÍ LUẬN Trong dạy học nói chung dạy học Vật Lý nói riêng mục tiêu mà người giáo viên cần hướng tới học sinh biết vận dụng kiến thức học để tự giải yêu cầu toán đồng thời vận dụng để làm toán khác; trình giảng dạy trăn trở với câu hỏi: Để học sinh tự lực giải toán phải làm cách nào? Việc giúp học sinh dễ dàng nhận dạng toán với phương pháp hướng dẫn giáo viên người giáo viên cần phải làm gì? Việc phân dạng đưa phương pháp giải loại tập có nên việc làm cần thiết thường xuyên dạy học? Trong bồi dưỡng học sinh giỏi để thi học sinh giỏi cấp tỉnh, ôn thi Đại học việc phân dạng tập có ưu điểm gì? Từ câu hỏi trên, trình giảng dạy phân chia dạng tập đưa phương pháp cho dạng tương ứng phù hợp với đối tượng học sinh; Đối với phần kiến thức “Giao thoa ánh sáng với nhiều xạ” thấy việc phân dạng, rõ điểm mấu chốt vấn đề giúp học sinh, đặc biệt học sinh giỏi không nắm vững kiến thức phần học mà vận dụng sáng tạo vào giải tốt toán tương tự II THỰC TRẠNG CỦA VẤN ĐỀ Phần tập Giao thoa sóng ánh sáng với khe Young thực giao thoa hai nguồn sóng kết hợp pha, hướng dẫn học sinh làm tập phần chia dạng toán sau: Dạng 1: Giao thoa khe Young với xạ Dạng 2: Giao thoa khe Young với nhiều xạ ( số xạ thực xạ, xạ, xạ…) Dạng 3: Giao thoa với ánh sáng trắng ( gồm n xạ) Dạng 4: Giao thoa với khe khác quy khe Young Dạng 5: Thay đổi cách tiến hành thí nghiệm để tạo giao thoa mà hai nguồn không pha Đối với dạng toán dạng toán quen thuộc, nhiều tài liệu viết cụ thể, giảng dạy thầy cô hướng dẫn học sinh cặn kẽ nên coi hai dạng toán dạng bản, không khó đa số học sinh Đối với dạng dạng dạng toán nâng cao, đề thi thức (kể đề thi học sinh giỏi) thấy đề cập đến Riêng dạng toán thứ dạng toán khai thác cho câu khó đề thi Học sinh giỏi cấp tỉnh, đề thi tuyển sinh Đại học Đối với giáo viên qua trình tìm hiểu, giảng dạy thấy phần tập giao thoa ánh sáng với giao thoa nhiều xạ loại tập khó hay khó hiểu; nhiên học sinh em nhận thức rõ vấn đề hướng dẫn kẽ, hiểu chất không giúp cho em làm tốt toán mà vận dụng để làm toán khác; thực tế phần tập giao thoa ánh sáng nhiều xạ dành cho đối tượng học sinh giỏi có tài liệu hướng dẫn cách hệ thống việc người giáo viên tổng hợp kiến thức, phân chia dạng toán, hướng dẫn cụ thể giúp học sinh hiểu rõ chất để vận dụng làm tập hiệu Trong giới hạn đề tài trình bày phần kiến thức Dạng toán thứ 2: Giao thoa khe Young với nhiều xạ III CÁC GIẢI PHÁP THỰC HIỆN Trong trình truyền tải phần kiến thức Dạng toán “Giao thoa sóng ánh sáng có nhiều xạ” đến học sinh, để học sinh nắm vững phần kiến thức cần tiếp nhận trình bày theo bước sau: Bước 1: Kiến thức giao thoa sóng ánh sáng Bước 2: Kiến thức trọng tâm dạng toán Bước 3: Hướng dẫn học sinh làm số tập ví dụ cụ thể dạng toán Bước 4: Những lưu ý dạng toán Bước 5: Bài toán tự luyện để học sinh rèn luyện kĩ Trong giới hạn đề tài bước trình bày phần 1, phần bước 2,3,4 dạng toán; bước giới hạn đề tài nên trình bày sơ lược Kiến thức giao thoa ánh sáng với khe Young * Bản chất tượng giao thoa ánh sáng với khe Young giao thoa hai nguồn sóng kết hợp pha: - Hai nguồn S1, S2 nhận sóng ánh sáng từ nguồn S nên chất (cùng tần số, phương) - Khoảng cách từ S1 đến S từ S2 đến S nên hai nguồn S1, S2 pha * Điểm M quan sát vân sáng (Hai sóng ánh sáng tăng cường lẫn nhau) hai sóng từ hai nguồn S1, S2 gửi đến thỏa mãn r2 − r1 = k λ Điểm M quan sát vân tối (Hai sóng ánh sáng triệt tiêu lẫn nhau) hai sóng từ hai nguồn S1, S2 gửi đến thỏa mãn r2 − r1 = mλ + λ * Biến đổi toán học sử dụng yếu tố gần giới hạn cho phép ta xác định vị trí vân sáng, vân tối, khoảng vân - Vị trí vân sáng (cực đại): xs = k λD với k = 0; ±1; ±2 a - Vị trí vân tối (cực tiểu): xt = (m + 0,5) - Khoảng vân: i = λD với m = 0; ±1; ±2 a λD a Các dạng toán 2.1 Dạng toán giao thoa với hai xạ : Mỗi ánh sáng đơn sắc cho hệ vân giao thoa với Vị trí vân sáng xạ λ1 : x1 = k1i1 = k1 λ1 D a Vị trí vân sáng xạ λ2 : x2 = k2i2 = k2 λ2 D a Vị trí vân tối xạ λ1 : xt1 = (m1 + 0,5) λ1 D a Vị trí vân tối xạ λ2 : xt = (m2 + 0,5) λ2 D a Tại vị trí trung tâm (k1=k2=0) trùng hai vân sáng hai hệ có số vạch sáng khác hai hệ vân trùng Với dạng toán phân chia làm loại sau: Loại 1: Xác định vị trí trùng hai hệ vân + Nếu vân sáng bậc k1 hệ trùng vân sáng bậc k hệ M x M = k1i1 = k i Giải phương trình hai ẩn nguyên k1 ; k + Nếu vân tối hệ trùng vân tối hệ M x M = ( m1 + 0,5) i1 = ( m2 + 0,5) i2 Giải phương trình hai ẩn nguyên m1 ; m2 + Nếu vân sáng hệ trùng vân tối hệ M x M = k1i1 = ( m2 + ,5) i2 Giải phương trình hai ẩn nguyên k1 ; m2 Ví dụ 1: Vân sáng trùng Thí nghiệm Young giao thoa cho a=1mm, D=2m, hai xạ λ 1=0,6µm λ2 =0,5µm Xác định vị trí vân sáng trùng hai xạ quan sát Hướng dẫn: λ k1 = k = k Ta có: k1λ1=k2λ2 ⇒ λ1 k1 ⇔ k2 = λ2 λ1 =  k1 = 5n ⇒  k = 6n  Công thức xác định vị trí vân sáng trùng nhau: x = 5n.i1 = 6n.i = 6n(mm) Ví dụ 2: Vân tối trùng Trong thí nghiệm giao thoa Iâng, khoảng cách hai khe a = 0,8 ( mm ) , khoảng cách từ hai khe đến D = 2,4 ( m ) Giao thoa thực đồng thời với hai xạ đơn sắc có bước sóng λ1 = 0,75 ( µm ) ; λ = 0,45 ( µm ) Tính khoảng vân giao thoa tương ứng với xạ lập công thức xác định vị trí trùng vân tối hai xạ Hướng dẫn: Nếu vân tối hệ trùng vân tối hệ M x M = ( m1 + ,5) i1 = ( m2 + ,5) i x M = ( m1 + ,5) ,25 = ( m2 + ,5)1,35 ( mm ) (1) ⇒ ( 2m1 + 1) i2 = ( 2m2 + 1) i1 = 2m + = 3( 2n + 1) m = 3n + 1,35 ( 2) = ⇒ ⇒ ,25 2m2 + = 5( 2n + 1) m2 = 5n + Thay (2) vào (1): x M = ( 3n + + 0,5) 2,25 = ( 5n + + 0,5)1,35 ⇒ x M = 6,75n + 3,375 ( mm ) Vị trí trùng vân tối hai xạ xác định công thức: x M = 6,75n + 3,375 ( mm ) víi n = 0; ± 1; ± 2; Điều cần lưu ý cho học sinh: Luôn tìm vị trí vân sáng trùng có 2m + i λ 0, 2 thể không tìm vị trí vân tối trùng ( ví dụ 2m + = i = λ = 0,5 (?!) ) 1 Ví dụ 3: Vân sáng hệ trùng với vân tối hệ Giao thoa Iâng thực đồng thời với hai ánh sáng đơn sắc λ1 , λ = ,72 ( µm ) Ta thấy vân sáng bậc λ1 trùng với vân sáng λ vân tối thứ λ trùng với vân tối λ1 Biết 0,4 ( µm ) ≤ λ1 ≤ 0,76 ( µm ) Xác định bước sóng λ1 Hướng dẫn: + Ta cần xét nửa trường giao thoa với x > λ1 D λ D =k a a ⇒ λ1 = ,08k ( µm ) Điều kiện: ,4 ( µm ) ≤ λ1 ≤ 0,76 ( µm ) ⇒ ≤ k ≤ ,5 ⇒ k = 5; 6; 7; 8; + Vị trí vân sáng bậc λ1 trùng với vân sáng λ : k λ1 ( µm ) 0,4 0,4 8 0,56 0,64 0,72 + Vị trí vân tối bậc λ trùng với vân tối λ1 : ( + 0,5) ⇒ λ1 = λ2D λ D = ( m + 0,5) a a 1,8 ( µm ) Điều kiện: 0,4 ( µm) ≤ λ1 ≤ 0,76 ( µm ) ⇒ 1,8 ≤ k ≤ ⇒ k = 2; 3; m + ,5 m 0,72 0,51 0,4 + Từ bảng ta thấy có giá trị thích hợp thỏa mãn hai λ1 = 0,4 ( µm ) λ1 ( µm ) Loại 2: Xác định vị trí vạch sáng màu với vân sáng trung tâm + Mỗi ánh sáng đơn sắc cho hệ vân riêng + Tại vị trí trung tâm trùng tất vân sáng xạ đơn sắc ứng với k = Vạch sáng trung tâm có màu định + Nếu M vị trí mà có vạch sáng màu với vạch sáng trung tâm vân sáng ánh sáng đơn sắc lại trùng Đây loại toán suy từ loại toán ta thiết lập công thức trùng hệ hai vân sáng Ví dụ 1(ĐH-2008): Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng với khe Young, khoảng cách hai khe 2mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến quan sát 1,2m Chiếu sáng hai khe ánh sáng hỗn hợp gồm hai ánh sáng đơn sắc có bước sóng 500 nm 660 nm thu hệ vân giao thoa Biết vân sáng (trung tâm) ứng với hai xạ trùng Khoảng cách từ vân đến vân gần màu với vân A 4,9 mm B 19,8 mm C 9,9 mm D 29,7 mm Hướng dẫn: xM = k1 k = 33.n λ1D λD k 33 λD = k2 ⇒ = ⇒ ⇒ xM = 33.n = 9, 9.n ( mm ) a a k2 25 a k2 = 25.n Khoảng cách gần n=1 Suy đáp án C Ví dụ 2: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng với khe Young, cho khoảng cách hai khe a = 1( mm ) , khoảng cách hai khe đến D = ( m ) Giao thoa đồng thời với hai xạ λ λ = 0,6 ( µm ) Xác định vị trí trùng vân sáng hai hệ vân ĐS: x M = 2,4n ( mm ) víi n = 0; ± 1; ± 2; Loại 3: Xác định số vân sáng trùng + Xét tai hai điểm A, B trường giao thoa vị trí mà hai hệ vân cho vân sáng AB + Số vân giao thoa đoạn MN hệ 1: N1 = i + AB + Số vân giao thoa đoạn MN hệ 2: N = i + + Nếu quan sát đoạn AB có m vạch sáng có n vạch kết trùng hai hệ vân tổng số vân giao thoa hai hệ là: N1 + N = m + n + Số vạch trùng quan sát trường giao thoa L: - aL aL L L L λD L ≤ x≡ ≤ ⇔ − ≤ pn ≤ − pλ D ≤ n ≤ pλ D 2 a 1 Mỗi giá trị n → giá trị k ⇒ số vạch sáng trùng số giá trị n thỏa mãn hệ thức + Xét số vân trùng MN ∈ L: xM ≤ x≡ ≤ xN (xM < xN; x tọa độ) ⇒ khoảng n ⇒ số giá trị n số vân sáng trùng thuộc MN Ví dụ 1( Đề thi HSG Tỉnh năm 2011-2012) Trong thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng, thực đồng thời với hai xạ đơn sắc có bước sóng λ1 λ , khoảng vân tương ứng thu quan sát i1 = 0,48(mm) i2 Hai điểm điểm A, B quan sát cách 34,56(mm) AB vuông góc với vân giao thoa Biết A B hai vị trí mà hai hệ vân cho vân sáng Trên đoạn AB quan sát 109 vân sáng có 19 vân sáng màu với vân sáng trung tâm Tìm i2 Hướng dẫn: AB + Số vân sáng xạ λ1 vùng AB: N1 = i + 1 AB + Số vân sáng xạ λ2 vùng AB: N = i + + Số vân trùng hệ vân: N = N1 + N2 - Số vạch sáng quan sát 34,56.10 −3 34,56.10−3 + − 107 ⇒ i2 = 0, 64.10 −3 m = 0, 64mm Khi ta có: 19 = −3 0, 48.10 i2 Ví dụ (ĐH 2012): Trong thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng, nguồn sáng phát đồng thời hai ánh sáng đơn sắc λ1, λ2 có bước sóng 0,48 µm 0,60 µm Trên quan sát, khoảng hai vân sáng gần màu với vân sáng trung tâm có A vân sáng λ vân sáng λ B vân sáng λ1 4vân sáng λ2 C vân sáng λ1 5vân sáng λ2 D vân sáng λ1 4vân sáng λ2 Hướng dẫn: i λ 1 Khoảng vân trùng: i = λ = => I = 5i1 = 4i2 =>trong khoảng hai vân sáng gần 2 trùng màu vân trung tâm có 5-1 = vân sáng λ1 4-1 = vân sáng λ2 Ví dụ (ĐH-2010): Trong thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng, nguồn sáng phát đồng thời hai xạ đơn sắc, xạ màu đỏ có bước sóng 720 nm xạ màu lục có bước sóng λ (có giá trị khoảng từ 500 nm đến 575 nm) Trên quan sát, hai vân sáng gần màu với vân sáng trung tâm có vân sáng màu lục Giá trị λ A 500 nm B 520 nm C 540 nm D 560 nm Hướng dẫn: Điều kiện để hai xạ cho vân sáng trùng x1 = x2 k d λd = kl λl →λl = kd λ d 500.kl 575.kl →500nm ≤ λl ≤ 575nm → ≤ kd ≤ kl 720 720 Vì hai vân màu với vân trung tâm có vân màu lục nên kl=9, thay vào ta kđ= 7, thay kđ= vào ta bước sóng ánh sáng lục 560nm Ví dụ (ĐH-2009): Trong thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng, khoảng cách hai khe 0,5 mm, khoảng cách từ hai khe đến quan sát 2m Nguồn sáng dùng thí nghiệm gồm hai xạ có bước sóng λ1 = 450 nm λ2 = 600 nm Trên quan sát, gọi M, N hai điểm phía so với vân trung tâm cách vân trung tâm 5,5 mm 22 mm Trên đoạn MN, số vị trí vân sáng trùng hai xạ A B C D Hướng dẫn: Hướng dẫn: kλ 2 Tại vị trí hai vân sáng trùng thì: x1 = x2 ⇔ k1λ1 = k2λ2 ⇔ k1 = λ = k2 (k1mim = 4; k2 mim = 3) khoảng vân trùng it = k1min λ1 D λD = k2min = 7, 2mm ⇒ vị trí trùng a a xt = nit = 7, 2n( mm) ⇒ 5,5 ≤ 7, 2n ≤ 22 ⇔ 0, 76 ≤ n ≤ 3, 056 ⇒ n = 1, 2,3 Ví dụ ( Đề thi HSG Tỉnh năm 2013-2014) Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng Young với ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,6 μm, khoảng cách chứa khe S chứa hai khe S 1, S2 80 cm, khoảng cách hai khe S 1, S2 0,6 mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe S1, S2 đến quan sát m Trên quan sát, chọn trục Ox song song với S1S2, gốc O trùng với giao điểm đường trung trực S 1S2 với màn, chiều dương chiều từ S2 đến S1 a Cần dịch chuyển khe S theo phương song song với Ox đoạn nhỏ theo chiều để điểm có tọa độ + 1,2 mm có vân tối b Thay nguồn S nguồn S’ đặt vị trí lúc đầu S, S’ phát đồng thời hai xạ đơn sắc có bước sóng λ1 = 0,48 μm λ2 = 0,672 μm Xác định tọa độ vị trí mà vân tối hai xạ trùng Hướng dẫn: a) Học sinh cần nắm vững kiến thức giao thoa sóng, biến đổi ta kết quả: khe S phải dịch chuyển ngược lại tức theo chiều âm đoạn ngắn | y |= d 0,8 x= 0, = 0, 08 ( mm ) D b) Tính tọa độ vị trí vân tối hai hệ trùng nhau: - Vị trí vân tối hệ trùng xtối trùng = (2k1+1)i1/2 = (2k2+1)i2/2 10 - Biến đổi toán học ta được: 2k1 + 2k2 + = λ2 7 2n + 2k1 + = 7(2n + 1) = = ⇒ λ1 5 2n + 2k2 + = 5(2 n + 1) Thay vào ta xtối trùng = (2n+1)5,6 =11,2n+5,6 (mm) với n ∈ Z 2.2 Dạng toán giao thoa với ba xạ Đối với dạng toán giao thoa sóng ánh sáng sử dụng ba xạ trở lên mặt chất Vật lý tương tự dạng toán sử dung xạ mà trình bày trên, nhiên mặt biến đổi toán học phức tạp Trong trình làm hướng dẫn học sinh phân tích thành phần : Phần chất Vật lý, phần kĩ biến đổi toán học lưu ý cách hiểu khác làm Ví dụ Tìm vị trí trùng hai hệ vân Trong thí nghiệm giao thoa Young, khoảng cách hai khe S1 S a = ( mm ) , khoảng cách mặt phẳng chứa hai khe ảnh E D = ( m ) Người ta chiếu vào khe Iâng đồng thời ba xạ đơn sắc thuộc vùng đỏ, lục, lam có bước sóng là: λ1 = 0,64 ( µm ) , λ = 0,54 ( µm ) , λ = 0,48 ( µm ) Hãy xác định vị trí gần mà có vạch sáng mầu với vạch sáng O Hướng dẫn: - Phân tích toán: Cả ba xạ tựa phát từ S S2 truyền đến màn; ánh sáng bước sóng hai chùm giao thoa với nhau, thu đồng thời ba hệ vân, có vân trung tâm trùng khít O Do bước sóng xạ khác nên khoảng vân khác vây vân bậc hai bên vân trung tâm, chúng lệch nhau; nhiên, đến điểm có toạ độ x đó, cực đại giao thoa lại trùng với nhau, tức là: x = k1 λ1D λ D λ D ,64.10−6.2 ,54.10−6.2 0,48.10−6.2 ( m) = k2 = k3 ⇔ x = k1 = k = k a a a 2.10− 2.10− 2.10− - Đến phần lại kĩ biến đổi toán học, ta được: ⇔ x = k1 ,64 = k ,54 = k ,48 ( mm ) (1) ⇒ x = 32.k1 = 27.k = 24.k ,02 11 k1 = 27 n x  ⇔ = 25.k1 = 33.k = 23.3k3 = 25.33.n(mm) ⇒ k = 32n (2); n ∈ Z 0, 02 k = 36n  - Thay (2) vào (1) tìm vị trí mà có vạch sáng mầu với vạch sáng O x = 17 ,28n ( mm ) Vị trí gần tương ứng với n = 1, x = ±17 ,28 ( mm ) Ví dụ 2( Đề thi ĐH năm 2011): Tìm tổng số vân sáng quan sát Trong thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng, khe hẹp S phát đồng thời ba xạ đơn sắc có bước sóng λ1 = 0,42 µm ; λ = 0,56 µm λ = 0,63 µm Trên màn, khoảng hai vân sáng liên tiếp có màu giống màu vân trung tâm, vân sáng hai xạ trùng ta tính vân sáng số vân sáng quan sát A 27 B 23 C 26 D 21 Hướng dẫn: - Vân sáng có màu vân trung tâm vị trí vân sáng đơn sắc trùng nhau, ta phải có: k1λ1 = k λ2 = k3λ3 ⇒ k1 = k3 ; k = k3 ⇒ Vị trí vân trùng (từ vân trung tâm) ứng với k3 = 8, k2 = 9, k1 = 12, - Khi vân sáng trùng ba hệ vân vân trung tâm có: 11 vân sáng λ1 ( k1 từ đến 11) vân sáng λ2 ( k2 từ đến 8) vân sáng λ3 ( k1 từ đến 7) Tổng số vân sáng đơn sắc ba hệ vân là: 11+8+7= 26 - Trong khoảng có: + 02 vị trí trùng λ1 λ2: với k1=4, k2=3 k1=8, k2=6 + có vị trí trùng λ2 λ3 + 03 vị trí trùng λ1 λ3: với k1=3, k3=2 ; k1=6, k3=4 k1=9, k3=6 Như tổng số vân sáng quan sát là: 26-5=21 vân sáng 12 Lưu ý: Đây toán gồm nhiều bước, đòi hỏi học sinh phải nắm vững kiến thức trùng hệ vân, sau phân tích trường hợp cụ thể, loại bỏ yếu tố không phù hợp yêu cầu toán Đồng thời trình biến đổi cần có linh hoạt kĩ thành thạo Ví dụ (Đề thi HSG Tỉnh năm 2009-2010): Tìm số vân sáng màu với vân sáng trung tâm Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng Young, hai khe cách a=0,5mm, khoảng cách từ hai khe đến D=2m Nguồn sáng S phát đồng thời ba ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ1 = 0, 4µ m ; λ2 = 0,5µ m λ3 = 0, 6µ m chiếu vào hai khe S1S2 Trên màn, ta thu trường giao thoa có bề rộng 20cm Hỏi quan sát có tổng cộng vân sáng màu với vân sáng trường giao thoa Hướng dẫn: - Màu sắc vân trung tâm tạo thành chồng chập ba ánh sáng đơn sắc λ1 ; λ ; λ Những vân sáng màu với vân sáng trung tâm trùng vân sáng ba xạ x = k1i1 = k 2i = k 3i (với i1 = λ1D = 1,6.10−3m = 1,6mm ) a ⇒ k 1λ1 = k λ = k λ ⇒ 4k = 5k = 6k ⇒ 2 k1 = 5k = 2.3k Vậy ta có bảng sau n k1 k2 k3 x (mm) 15 12 10 24 30 24 20 48 45 36 30 72 60 48 40 96 - Chỉ xét phía so với vân trung tâm ta có giá trị cực đại x x max = l/2.20 = 10cm = 100mm Vậy ta thấy giá trị lớn n 4, tức bên có vân trùng ba xạ (cùng màu với vân trung tâm) 13 Vậy tổng số vân màu vân trung tâm tính hai bên vân Lưu ý: Trong đề thi, đặc biệt đề thi Đại học với câu hỏi trắc nghiệm khách quan học sinh cần đọc kĩ đề để phân biệt số vân sáng màu với vân trung tâm số vân sáng màu với ( Trong trường hợp tính vân sáng màu với tức tính vân trung tâm có 09 vân) Ví dụ ( Đề thi HSG Cấp tỉnh năm 2014-2015): Tìm số vân sáng đơn sắc quan sát ( không tính vân sáng trùng nhau) Trong thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng Lần thứ nhất, ánh sáng dùng thí nghiệm có hai loại xạ có bước sóng λ1=0,56µm λ2, với 0,67µm < λ2 < 0,74µm, khoảng hai vân sáng gần màu với vân sáng trung tâm có vân sáng xạ λ2 Lần thứ hai, ánh sáng dùng thí nghiệm có ba loại xạ có bước sóng λ1, λ2 λ3 với λ3 = 7λ2 /12 , khoảng hai vân sáng gần màu với vân sáng trung tâm quan sát vân sáng đơn sắc? Hướng dẫn: - Khi giao thoa với ánh sáng đơn sắc λ1 ; λ2 , vị vân trùng hệ k1.i1 = k2.i2 Do có vân sáng λ2 khoảng hai vân gần màu với vân trung tâm nên tính hai vân trùng ta có vân sáng λ2 vậy: k2=7 k λ1 < 0,74 µm (k1∈Z) ⇒ k1 = ⇒ λ2 = 0,72 µm - Khi giao thoa với đồng thời ánh sáng đơn sắc λ1 ; λ2 ; λ3 - Tại vị trí vân trùng xạ k1i1 = k2i2 = k3i3 ⇒ 56k1 = 72k2 = 42k3 ⇒ k1 = 9; k2 = 7; k3 = 12 ⇒ i123 = 9i1 = 7i2 = 12i3 ⇒ kλ1 = 7λ2 ⇒ 0,67 µm < λ2 = Khi hai vân sáng trùng ba hệ vân có: vân sáng λ1 ( k1 từ đến 8) vân sáng λ2 ( k2 từ đến 6) 11 vân sáng λ3 ( k1 từ đến 11) Tổng số vân sáng đơn sắc ba hệ vân 8+6+11= 25 14 - Trong khoảng có vị trí trùng λ1 λ3 ( với k1=3, k3=4 k1=6, k3=8 ) hai vị trí có vân đơn sắc ( hai vân trùng, vân trùng có hai vân đơn sắc); tổng số vân sáng đơn sắc quan sát 25-4=21 vân đơn sắc Lưu ý: Với toán dạng không phân tích kĩ dễ dẫn đến sai lầm là: xét hai vị trí trùng hai xạ λ λ3 ( với k1=3, k3=4 k1=6, k3=8 ) trừ hai vân kết 23 vân, thực tế qua kì thi học sinh giỏi cấp tỉnh năm học 2014-2015 có nhiều học sinh giáo viên mắc phải Nếu đề hỏi khoảng hai vân sáng gần màu với vân trung tâm quan sát vân sáng kết 23 IV KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Sau thực đề tài, nhận thấy nội dung đề tài khẳng định số vấn đề sau: Việc phân loại đưa phương pháp giải toán “Giao thoa ánh sáng với nhiều xạ” giúp học sinh nâng cao phát triển lực tư duy, rèn luyện kỹ vận dụng kiến thức giải tập Vật lý cho đối tượng học sinh giỏi Việc nắm vững kiến thức, chất Vật lý toán giúp học sinh hứng thú trình học tập, vận dụng sáng tạo tập khác, đồng thời giúp em tiết kiệm thời gian trình làm để đạt kết cao Đề tài sử dụng việc bồi dưỡng học sinh giỏi thi học sinh giỏi cấp tỉnh thi tuyển sinh Đại học hai năm học gần Kết cho thấy đề tài áp dụng thành công có hiệu cao; góp phần nâng cao kết thi học sinh giỏi cấp tỉnh thi tuyển sinh Đại học; cụ thể: - Trong ôn thi học sinh giỏi cấp tỉnh: Năm học 2013-2014 đội tuyển học sinh giỏi phụ trách có 01 học sinh đạt giải Nhất tỉnh, 01 giải Nhì tỉnh 03 giải KK Năm học 2014-2015 tham gia ôn luyện đội tuyển học sinh giỏi đồng chí tổ kết có 01 học sinh đạt giải Nhì tỉnh, 03 giải Ba 01 giải KK 15 - Trong ôn thi tuyển sinh Đại học, Cao đẳng: Năm học 2013-2014 lớp 12C1 trường THPT Yên Định giảng dạy, học sinh khối A khối A1 tham gia kì thi tuyển sinh Đại học năm 2014 có điểm môn Vật Lý đạt kết cao: Số lượng học sinh đạt điểm 9,0 trở lên có 06 em, từ điểm 8,0 trở lên có 21 em, đặc biệt có 02 học sinh đạt thủ khoa quốc gia: Em Nguyễn Văn Hinh thủ khoa khối A (HV Quân Y) có điểm môn Vật Lý đạt 9,75 Em Trịnh Hữu Thanh Bình thủ khoa khối A1 (Đại học kĩ thuật hậu cần Công An nhân dân) có điểm môn Vật Lý đạt 9,5 C KẾT LUẬN Qua thực tiễn ôn luyện, bồi dưỡng học sinh giỏi, nhận thấy : - Nếu học sinh có kiến thức tốt, có tố chất thông minh mà không bồi dưỡng nâng cao tốt hiệu hiệu Để bồi dưỡng học sinh đạt hiệu người giáo viên phải soạn thảo chương trình bồi dưỡng cách hợp lý, khoa học, sáng tạo, phù hợp với đối tượng để cung cấp kiến thức cho học sinh cách hệ thống, quán; đồng cần tập cho em có phương pháp tự học, tự đọc tự nghiên cứu tài liệu nhà để vận dụng tự làm tập - Việc chủ động tự soạn thảo chương trình bồi dưỡng (hệ thống kiến thức tập với phân dạng cụ thể kèm theo phương pháp giải cho loại tập khác nhau) việc làm quan trọng cần thiết người giáo viên việc đào tạo, bồi dưỡng học sinh giỏi trường phổ thông - Đề tài làm tài liệu tham khảo tốt cho giáo viên giảng dạy Vật lý học sinh trung học phổ thông nhiệm vụ bồi dưỡng, ôn thi học sinh giỏi cấp tỉnh thi tuyển sinh Đại học cao đẳng; dựa sở đề tài giáo viên sáng tác tập dạng tập theo chủ ý - Nên tổ chức hội thảo, chuyên đề giao lưu cho giáo viên dạy bồi dưỡng học sinh giỏi môn Vật lý để giáo viên có điều kiện học tập, trao đổi kinh nghiệm, thảo luận để tìm phương pháp bồi dưỡng học sinh giỏi hiệu 16 XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Thanh Hóa, ngày 16 tháng 05 năm 2015 Tôi xin cam đam SKKN viết, không chép người khác Người viết SKKN Lưu Hoàng Long TÀI LIỆU THAM KHẢO Đề thi tuyển sinh Đại học môn Vật lý năm ( từ năm 2008 đến 2014) Đề thi Học sinh giỏi môn Vật lý tỉnh Thanh Hóa từ năm 2009 đến năm 2015 Các Website: thuvienvatly.com ; violet.vn moon.vn hocmai.vn ; MỤC LỤC Mục Nội dung Trang A Đặt vấn đề B Giải vấn đề I Cơ sở lí luận II Thực trạng vấn đề III Các giải pháp thực Kiến thức giao thoa ánh sáng với khe Young Các dạng toán 17 2.1 Dạng toán giao thoa với hai xạ Loại 1: Xác định vị trí trùng hai hệ vân Loại 2: Xác định vị trí vạch sáng màu với vân sáng trung tâm Loại 3: Xác định số vân sáng trùng 2.2 Dạng toán giao thoa với ba xạ IV C 11 Kết đạt 15 Kết luận 16 18 [...]... sau: 1 Việc phân loại và đưa ra phương pháp giải các bài toán về Giao thoa ánh sáng với nhiều bức xạ giúp học sinh nâng cao và phát triển được năng lực tư duy, rèn luyện kỹ năng vận dụng kiến thức giải bài tập Vật lý cho đối tượng học sinh giỏi 2 Việc nắm vững được kiến thức, bản chất Vật lý của bài toán sẽ giúp học sinh hứng thú hơn trong quá trình học tập, vận dụng sáng tạo trong những bài tập khác,... tuyển học sinh giỏi do tôi phụ trách có 01 học sinh đạt giải Nhất tỉnh, 01 giải Nhì tỉnh và 03 giải KK Năm học 2014-2015 tôi tham gia ôn luyện đội tuyển học sinh giỏi cùng các đồng chí trong tổ và kết quả có 01 học sinh đạt giải Nhì tỉnh, 03 giải Ba và 01 giải KK 15 - Trong ôn thi tuyển sinh Đại học, Cao đẳng: Năm học 2013-2014 lớp 12C1 trường THPT Yên Định 2 do tôi giảng dạy, học sinh khối A và khối... làm bài để đạt kết quả cao hơn 3 Đề tài đã được tôi sử dụng trong việc bồi dưỡng học sinh giỏi đi thi học sinh giỏi cấp tỉnh và thi tuyển sinh Đại học trong hai năm học gần đây Kết quả cho thấy đề tài đã được áp dụng thành công và có hiệu quả cao; góp phần nâng cao kết quả thi học sinh giỏi cấp tỉnh và thi tuyển sinh Đại học; cụ thể: - Trong ôn thi học sinh giỏi cấp tỉnh: Năm học 2013-2014 đội tuyển học. .. sẽ có 09 vân) Ví dụ 4 ( Đề thi HSG Cấp tỉnh năm 2014-2015): Tìm số vân sáng đơn sắc quan sát được ( không tính vân sáng trùng nhau) Trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng Lần thứ nhất, ánh sáng dùng trong thí nghiệm có hai loại bức xạ có bước sóng λ1=0,56µm và λ2, với 0,67µm < λ2 < 0,74µm, thì trong khoảng giữa hai vân sáng gần nhau nhất cùng màu với vân sáng trung tâm có 6 vân sáng của bức xạ. .. Người ta chiếu vào khe Iâng đồng thời ba bức xạ đơn sắc thuộc vùng đỏ, lục, lam có bước sóng lần lượt là: λ1 = 0,64 ( µm ) , λ 2 = 0,54 ( µm ) , λ 3 = 0,48 ( µm ) Hãy xác định vị trí gần nhất mà tại đó có vạch sáng cùng mầu với vạch sáng tại O Hướng dẫn: - Phân tích bài toán: Cả ba bức xạ đều tựa như được phát ra từ S 1 và S2 và truyền đến màn; ánh sáng cùng bước sóng của hai chùm sẽ giao thoa với nhau,... vân sáng quan sát được Trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng, khe hẹp S phát ra đồng thời ba bức xạ đơn sắc có bước sóng là λ1 = 0,42 µm ; λ 2 = 0,56 µm và λ 3 = 0,63 µm Trên màn, trong khoảng giữa hai vân sáng liên tiếp có màu giống màu vân trung tâm, nếu vân sáng của hai bức xạ trùng nhau ta chỉ tính là một vân sáng thì số vân sáng quan sát được là A 27 B 23 C 26 D 21 Hướng dẫn: - Vân sáng có. .. 1 B Giải quyết vấn đề 2 I Cơ sở lí luận 2 II Thực trạng của vấn đề 2 III Các giải pháp thực hiện 3 1 Kiến thức cơ bản về giao thoa ánh sáng với khe Young 4 2 Các dạng toán 5 17 2.1 Dạng toán giao thoa với hai bức xạ Loại 1: Xác định vị trí trùng nhau của hai hệ vân 5 Loại 2: Xác định vị trí vạch sáng cùng màu với vân sáng trung tâm 7 Loại 3: Xác định số vân sáng trùng nhau 8 2.2 Dạng toán giao thoa. .. sáng của bức xạ λ2 Lần thứ hai, ánh sáng dùng trong thí nghiệm có ba loại bức xạ có bước sóng λ1, λ2 và λ3 với λ3 = 7λ2 /12 , khi đó trong khoảng giữa hai vân sáng gần nhau nhất và cùng màu với vân sáng trung tâm quan sát được bao nhiêu vân sáng đơn sắc? Hướng dẫn: - Khi giao thoa với 2 ánh sáng đơn sắc λ1 ; λ2 , tại vị vân trùng của hệ thì k1.i1 = k2.i2 Do có 6 vân sáng của λ2 trong khoảng giữa hai... giáo viên giảng dạy Vật lý và học sinh trung học phổ thông trong nhiệm vụ bồi dưỡng, ôn thi học sinh giỏi cấp tỉnh và thi tuyển sinh Đại học cao đẳng; dựa trên cơ sở đề tài giáo viên có thể sáng tác các bài tập hoặc dạng bài tập theo chủ ý của mình - Nên tổ chức các hội thảo, chuyên đề giao lưu cho giáo viên dạy bồi dưỡng học sinh giỏi môn Vật lý để các giáo viên có điều kiện học tập, trao đổi kinh nghiệm,...- Biến đổi toán học ta được: 2k1 + 1 2k2 + 1 = λ2 7 7 2n + 1 2k1 + 1 = 7(2n + 1) = = ⇒ λ1 5 5 2n + 1 2k2 + 1 = 5(2 n + 1) Thay vào trên ta được xtối trùng = (2n+1)5,6 =11,2n+5,6 (mm) với n ∈ Z 2.2 Dạng toán giao thoa với ba bức xạ Đối với dạng toán giao thoa sóng ánh sáng sử dụng ba bức xạ trở lên về mặt bản chất Vật lý tương tự như đối với dạng toán sử dung 2 bức xạ mà tôi đã trình bày ... thực giao thoa hai nguồn sóng kết hợp pha, hướng dẫn học sinh làm tập phần chia dạng toán sau: Dạng 1: Giao thoa khe Young với xạ Dạng 2: Giao thoa khe Young với nhiều xạ ( số xạ thực xạ, xạ, xạ )... Dạng toán thứ 2: Giao thoa khe Young với nhiều xạ III CÁC GIẢI PHÁP THỰC HIỆN Trong trình truyền tải phần kiến thức Dạng toán Giao thoa sóng ánh sáng có nhiều xạ đến học sinh, để học sinh nắm... tập giao thoa ánh sáng nhiều xạ dành cho đối tượng học sinh giỏi có tài liệu hướng dẫn cách hệ thống việc người giáo viên tổng hợp kiến thức, phân chia dạng toán, hướng dẫn cụ thể giúp học sinh