CHUYÊN ĐỀ SÓNG ÁNH SÁNG CÓ BẤM MÁY

CHUYÊN đề SÓNG ÁNH SÁNG có bấm máy : CÔNG THỨC NHIỀU DẠNG BÀI TẬP, BÀI TẬP CÓ GIẢI KẾT HỢP BẤM MÁY....

 Ơn tập Vật Lý 12 SĨNG ÁNH SÁNG Trang CHƯƠNG V TÍNH CHẤT SĨNG CỦA ÁNH SÁNG A TĨM TẮT LÝ THUYẾT Tán sắc ánh sáng * Sự tán sắc ánh sáng:Tán sắc ánh sáng phân tách chùm sáng phức tạp thành chùm sáng đơn sắc * Ánh sáng đơn sắc, ánh sáng trắng -Ánh sáng đơn sắc ánh sáng khơng bị tán sắc qua lăng kính Mỗi ánh sáng đơn sắc có màu gọi màu đơn sắc.Mỗi màu đơn sắc mơi trường có bước sóng xác định -Khi truyền qua mơi trường suốt khác vận tốc ánh sáng thay đổi, bước sóng ánh sáng thay đổi tần số ánh sáng khơng thay đổi -Ánh sáng trắng tập hợp vơ số ánh sáng đơn sắc khác có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím -Dải có màu cầu vồng (có có vơ số màu chia thành màu đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím) gọi quang phổ ánh sáng trắng -Chiết suất chất suốt biến thiên theo màu sắc ánh sáng tăng dần từ màu đỏ đến màu tím * Ứng dụng tán sắc ánh sáng -Máy quang phổ phân tích chùm sáng đa sắc, vật sáng phát ra, thành thành phần đơn sắc -Hiện tượng cầu vồng xảy tán sắc ánh sáng, tia sáng Mặt Trời bị khúc xạ phản xạ giọt nước trước tới mắt ta Nhiễu xạ ánh sáng – Giao thoa ánh sáng * Nhiểu xạ ánh sáng: Nhiễu xạ ánh sáng tượng truyền sai lệch với truyền thẳng ánh sáng qua lỗ nhỏ gặp vật cản Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng * Hiện tượng giao thoa ánh sáng -Hai chùm sáng kết hợp hai chùm phát ánh sáng có tần số pha có độ lệch pha khơng đổi theo thời gian -Khi hai chùm sáng kết hợp gặp chúng giao thoa: +Những chổ hai sóng gặp mà pha nhau, chúng tăng cường lẫn tạo thành vân sáng +Những chổ hai sóng gặp mà ngược pha với nhau, chúng triệt tiêu tạo thành vân tối -Nếu ánh sáng trắng giao thoa hệ thống vân ánh sáng đơn sắc khác khơng trùng nhau: +Ở giữa, vân sáng ánh sáng đơn sắc khác nằm trùng cho vân sáng trắng gọi vân trắng ( vân trung tâm) +Ở hai bên vân trung tâm, vân sáng khác sóng ánh sáng đơn sắc khác khơng trùng với nữa, chúng nằm kề sát bên cho quang phổ có màu màu cầu vồng -Hiện tượng giao thoa ánh sáng chứng thực nghiệm khẵng định ánh sáng có tính chất sóng * Vị trí vân, khoảng vân giao thoa ánh sáng khe Young λD + Vị trí vân sáng: xs = k ; với k ∈ Z a λD + Vị trí vân tối: xt = (2k + 1) ; với k ∈ Z 2a λD ia + Khoảng vân khoảng cách vân sáng (hoặc vân tối) liên tiếp: i = + Bước sóng: λ = a D + Giữa n vân sáng liên tiếp có (n – 1) khoảng vân * Bước sóng màu sắc ánh sáng + Ánh sáng đơn sắc ánh sáng có bước sóng xác định chân khơng + Mọi ánh sáng đơn sắc mà ta nhìn thấy (ánh sáng khả kiến) có bước sóng chân khơng (hoặc khơng khí) khoảng từ 0,38µm (ánh sáng tím) đến 0,76µm (ánh sáng đỏ) + Những màu quang phổ ánh sáng trắng (đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím) ứng với vùng có bước sóng lân cận Bảng màu bước sóng ánh sáng chân khơng sau: Màu sắc Đỏ Cam Vàng Lục Lam Chàm Tím Bước sóng chân khơng (µm) 0,640 – 0,760 0,590 – 0,650 0,570 – 0,600 0,500 – 0,575 0,450 – 0,510 0,430 – 0,460 0,380 – 0,440 Bước sóng chân khơng (nm) 640 – 760 590 – 650 570 – 600 500 – 575 450 – 510 430 – 460 380 – 440  Ơn tập Vật Lý 12 SĨNG ÁNH SÁNG Trang + Ngồi màu đơn sắc có màu khơng đơn sắc hỗn hợp nhiều màu đơn sắc với tỉ lệ khác Quang phổ a Máy quang phổ lăng kính + Máy quang phổ dụng cụ phân tích chùm sáng nhiều thành phần thành thành phần đơn sắc khác + Máy dùng để nhận biết thành phần cấu tạo chùm sáng phức tạp nguồn phát + Máy quang phổ có ba phận chính: - Ống chuẫn trực phận tạo chùm sáng song song - Hệ tán sắc có tác dụng phân tích chùm tia song song thành nhiều chùm tia đơn sắc song song - Buồng ảnh dùng để quan sát hay chụp ảnh quang phổ + Ngun tắc hoạt động máy quang phổ lăng kính dựa tượng tán sắc ánh sáng b Các loại quang phổ Quang phổ liên tục Định nghĩa Nguồn phát Đặc điểm Quang phổ vạch phát xạ Gồm dãi màu có màu thay đổi cách liên tục từ đỏ đến tím Do chất rắn, chất lỏng hay chất khí có áp suất lớn bị nung nóng phát Khơng phụ thuộc thành phần cấu tạo nguồn sáng Chỉ phụ thuộc nhiệt độ nguồn sáng Quang phổ vạch hấp thụ Gồm vạch màu riêng lẻ, ngăn Gồm vạch hay đám vạch tối cách khoảng tối quang phổ liên tục Do chất khí hay áp suất -Các chất rắn, chất lỏng chất khí thấp bị kích thích điện cho quang phở hấp thụ hay nhiệt phát -Nhiệt đợ của chúng phải thấp nhiệt đợ ng̀n phát quang phở liên tục Các ngun tố khác khác -Quang phở hấp thụ chất khí về: số lượng vạch, vị trí chứa vạch hấp thụ vạch độ sáng độ sáng tỉ đối -Còn quang phở chất lỏng rắn lại chứa “đám”, đám vạch -Mỗi ngun tố hố học có gồm nhiều vạch hấp thụ nối tiếp quang phổ vạch đặc trưng cách liên tục ngun tố Ứng dụng Dùng để xác định nhiệt độ vật Biết được thành phần cấu tạo của ng̀n sáng Biết được thành phần cấu tạo của ng̀n sáng Nhận biết được sự có mặt của Nhận biết được sự có mặt của ngun tớ các hỡn hợp ngun tớ các hỡn hợp hay hợp chất hay hợp chất Tia hồng ngoại – Tia tử ngoại -Tia X a Phát tia hồng ngoại tử ngoại Ở ngồi quang phổ ánh sáng nhìn thấy, hai đầu đỏ tím, có xạ mà mắt khơng nhìn thấy, nhờ mối hàn cặp nhiệt điện bột huỳnh quang mà ta phát Các xạ gọi tia hồng ngoại tia tử ngoại Tia hồng ngoại tia tử ngoại có chất với ánh sáng Tia hồng ngoại tia tử ngoại tn theo định luật: truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ, gây tượng nhiễu xạ, giao thoa ánh sáng thơng thường b.Các tia Tiêu đề Tia hồng ngoại Bản chất Bước sóng Nguồn phát Tính chất Tia tử ngoại Tia X Cùng Sóng điện từ có bước sóng khác 7,6.10-7m →10-3m Vật nhiệt độ cao mơi trường: bóng đèn dây tóc, bếp ga, bếp than, điốt hồng ngoại 3,8.10-7m → 10-8m Vật có nhiệt độ cao 20000C: đèn huỳnh quang, đèn thuỷ ngân, hình tivi 10-8m →10-11m -ơng tia X -ơng Cu-lit-giơ -phản ứng hạt nhân Truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ, giao thoa, nhiễu xạ, tác dụng nhiệt, tác dụng lên kính ảnh (phim) -Tác dụng nhiệt:Làm nóng vật -Gây tượng quang điện trong, ngồi -Làm phát quang số chất, làm ion hóa chất khí, có tác -Gây tượng quang điện  Ơn tập Vật Lý 12 SĨNG ÁNH SÁNG chất bán dẫn -biến điệu biên độ Trang dụng sinh lí, hủy hoại tế bào, diệt khuẩn -Bị nước thuỷ tinh hấp thụ -Tầng ơzơn hấp thụ hầu hết tia có bước sóng 300 nm “tấm áo giáp” bảo vệ cho người sinh vật mặt đất khỏi tác dụng hủy diệt tia tử ngoại từ Mặt Trời Ứng dụng -Để sưởi ấm, sấy khơ, -Làm phận điều khiển từ xa -Chụp ảnh hồng ngoại -Trong qn sự: Tên lửa tìm -Tiệt trùng thực phẩm, dụng cụ y tế, -Tìm vết nứt bề mặt sản phẩm, chữa bệnh còi xương -Có khả đâm xun mạnh -Tia X có bước sóng ngắn khả đâm xun lớn; tia X cứng -Chụp X quang; chiếu điện -Chụp ảnh bên sản phẩm -Chữa bệnh ung thư nơng Ánh sáng nhìn thấy mục tiêu; chụp ảnh quay phim hồng ngoại; ống nhòm hồng ngoại để quan sát ban đêm c.Thang sóng điện từ + Sóng vơ tuyến, tia hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy, tia tử ngoại, tia Rơnghen, tia gamma sóng điện từ Các loại sóng điện từ tạo cách khác nhau, chất thì chúng chúng khơng có ranh giới rỏ rệt Tuy vậy, có tần số bước sóng khác nhau, nên sóng điện từ có tính chất khác (có thể nhìn thấy khơng nhìn thấy, có khả đâm xun khác nhau, cách phát khác nhau) Các tia có bước sóng ngắn (tia X, tia gamma) có tính chất đâm xun mạnh, dễ tác dụng lên kính ảnh, dễ làm phát quang chất dễ ion hóa khơng khí Trong đó, với tia có bước sóng dài ta dễ quan sát tượng giao thoa -Sắp xếp thang sóng điện từ theo thứ tự bước sóng giảm dần (hay tần số tăng dần): 104 102 10 −2 10 −4 10−6 10 −8 Phương pháp vô tuyến Tia gamma Phát Sự phân rã phóng xạ Tia X Tia hồng ngoại Máy phát vô tuyến điện Tia tử ngoại Sóng vô tuyến điện Vật Vật Các nóng Ống nóng nguồn tia 5000 C sáng 20000 C X 10 −10 10−12 10 −14 λ(m) Phương pháp chụp ảnh Thu Phương pháp quang điện Phương pháp nhiệt điện Phương pháp ion hóa Thang sóng điện từ cách thu, phát -Sắp xếp thang sóng điện từ theo thứ tự bước sóng tăng dần (hay tần số giảm dần): 10-8 3,810-7 10-2 7,610-7 :tăng f: giảm ε: giảm 10-11 Sóng Radio Tia hồng ngoại Ánh sáng đỏ Ánh sáng tím Tia tử ngoại Tia X Tia  Ơn tập Vật Lý 12 SĨNG ÁNH SÁNG Trang B CÁC DẠNG BÀI TẬP Sự tán sắc ánh sáng a Kiến thức: Tán sắc ánh sáng tượng chùm ánh sáng phức tạp bị phân tích thành chùm ánh sáng đơn sắc Ngun nhân tượng tán sắc chiết suất mơi trường biến thiên theo màu sắc ánh sáng, tăng dần từ màu đỏ đến màu tím c Bước sóng ánh sáng chân khơng: λ = ; với c = 3.108 m/s f v c λ = = Bước sóng ánh sáng mơi trường: λ’ = f nf n Khi truyền từ mơi trường suốt sang mơi trường suốt khác vận tốc truyền ánh sáng thay đổi, bước sóng ánh sáng thay đổi tần số (chu kì, tần số góc) ánh sáng khơng thay đổi Trong số trường hợp, ta cần giải tốn liên quan đến cơng thức lăng kính: + Cơng thức chung: sini1 = nsinr1; sini2 = nsinr2; A = r1 + r2; D = i2 + i2 - A D +A A Khi i1 = i2 (r1 = r2) D = Dmin với sin = n sin ( Đối xứng) 2 + Trường hợp góc chiết quang A góc tới i1 nhỏ (≤ 100), ta có cơng thức gần đúng: i1 = nr1; i2 = nr2; A = r1 + r2; D = A(n – 1); Dmin = A(n – 1) Trong số trường hợp khác, ta cần giải số tốn liên quan đến định luật phản xạ: i = i’, định luật khúc xạ: n1sini1 = n2sini2 b.Bài tập: Bài Bước sóng ánh sáng đỏ khơng khí 0,64 µm Tính bước sóng ánh sáng nước biết chiết suất nước ánh sáng đỏ v c λ = = = 0,48 µm Giải Bài Ta có: λ’ = f nf n Bài Một ánh sáng đơn sắc có bước sóng khơng khí 0,6 µm chất lỏng suốt 0,4 µm Tính chiết suất chất lỏng ánh sáng λ λ Giải Bài Ta có: λ’ = n= = 1,5 n λ' Bài Một chùm ánh sáng hẹp, đơn sắc có bước sóng chân khơng λ = 0,60 µm Xác định chu kì, tần số ánh sáng Tính tốc độ bước sóng ánh sáng truyền thủy tinh có chiết suất n = 1,5 v c c λ Giải Bài Ta có: f = = 5.1014 Hz; T = = 2.10-15 s; v = = 2.108 m/s; λ’ = = = 0,4 µm f f λ n n Bài Một lăng kính có góc chiết quang 60 Biết chiết suất lăng kính ánh sáng đỏ 1,5 Chiếu tia sáng màu đỏ vào mặt bên lăng kính với góc tới 600 Tính góc lệch tia ló so với tia tới sin i1 Giải Bài Ta có: sinr1 = = 0,58 = sin35,30  r1 = 35,30  r2 = A – r1 = 24,70; n sini2 = nsinr2 = 0,63 = sin38,00  i2 = 38,80  D = i2 + i2 – A = 38,80 Bài Một lăng kính thủy tinh có góc chiết quang A = 60 0, có chiết suất tia đỏ 1,514; tia tím 1,532 Tính góc lệch cực tiểu hai tia D +A A D +A Giải Bài Với tia đỏ: sin d = ndsin = sin49,20  d = 49,20 Ddmin = 2.49,20 – A = 38,40 2 D + A A D + A = 38024’ Với tia tím: sin t = ntsin = sin500  t = 500 Dtmin = 2.500 – A = 400 2 Bài Một lăng kính thủy tinh có góc chiết quang A = 0, đặt khơng khí Chiết suất lăng kính ánh sáng đỏ tím 1,643 1,685 Chiếu chùm tia sáng song song, hẹp gồm hai xạ đỏ tím vào mặt bên lăng kính theo phương vng góc với mặt Tính góc tạo tia đỏ tia tím sau ló khỏi mặt bên lăng kính Giải Bài Với A i1 nhỏ (≤ 100) ta có: D = (n – 1)A Do đó: Dd = (nd = 1)A; Dt = (nt – 1)A Góc tạo tia ló đỏ tia ló tím là: ∆D = Dt – Dd = (nt – nd)A = 0,1680 ≈ 10’  Ơn tập Vật Lý 12 SĨNG ÁNH SÁNG Trang Bài Chiếu tia sáng đơn sắc màu vàng từ khơng khí (chiết suất coi ánh sáng) vào mặt phẵng phân cách khối chất rắn suốt với góc tới 60 thấy tia phản xạ trở lại khơng khí vng góc với tia khúc xạ vào khối chất rắn Tính chiết suất chất rắn suốt ánh sáng màu vàng Giải Bài Ta có: sini = nsinr = nsin(900 – i’) = nsin(900 – i) = ncosi  n = tani = Bài Chiếu tia sáng gồm hai thành phần đỏ tím từ khơng khí (chiết suất coi ánh sáng) vào mặt phẵng khối thủy tinh với góc tới 60 Biết chiết suất thủy tinh ánh sáng đỏ 1,51; ánh sáng tím 1,56 Tính góc lệch hai tia khúc xạ thủy tinh sin i sin i Giải Bài Ta có: sinrd = = 0,574 = sin350; sinrt = = 0,555 = sin33,70  ∆r = rd – rt = 1,30 nd nt Giao thoa khe Young với ánh sáng đơn sắc a Các cơng thức: - Hiệu quang trình : δ = S2M – S1M = n a.x D λD ; với k ∈ Z a λD + Vị trí vân tối: xt = (2k + 1) ; với k ∈ Z 2a λD + Khoảng vân : i = a + Giữa n vân sáng liên tiếp có (n – 1) khoảng vân ia + Bước sóng: λ = D + Vị trí vân sáng: xs = k b Vị trí vân giao thoa Tối thứ 5, k= Sáng thứ 4, k=4, bậc Tối thứ 4, k=3 i iđ Sáng thứ 3, k=3, bậc Tối thứ 3, k=2 Sáng thứ 2, k=2, bậc Tối thứ 2, k=1 Sáng thứ 1, k=1, bậc Tối thứ 1, k= Vân sáng TT, k= Tối thứ 1, k= -1 +Giao thoa mơi trường chiết suất n : λ D - Vị trí vân sáng : xs = k a.n λ D - Vị trí vân tối : xt = (k + 0,5) a.n λ D i - Khoảng vân : i = = a.n n λ D Với λ0 , i0 = : Bước sóng khoảng vân a Sáng thứ 1, k= -1, bậc Tối thứ 2, k= -2 i iđ Sáng thứ 2, k= -2, bậc Tối thứ 3, k= -3 Sáng thứ 3, k= -3, bậc Tối thứ 4, k= -4 Sáng thứ 4, k= -4, bậc Tối thứ 5, k= -5 tiến hành thí nghiệm giao thoa khơng khí (n=1) c Phương pháp giải: + Để xác định xem điểm M vùng giao thoa có vân sáng (bậc mấy) hay vân tối ta tính khoảng x OM vân i lập tỉ số: M = để kết luận: i i x OM -Tại M có vân sáng khi: M = = k, vân sáng bậc k i i x -Tại M có vân tối khi: M = (2k + 1) i +Để xác định số vân sáng - tối miền giao thoa có bề rộng L ta tính số khoảng vân nửa trường L = n + x (phần lẻ) giao thoa trường cách chia nửa giao thoa trường cho i ta có kết quả: 2i Ta xác định số vân sáng giao thoa trường ta phải nhân ta có: + Số vân sáng: 2n + 1: (1 : vân sáng trung tâm) + Số vân tối: * Nếu x ≥ 0.5: 2n + * Nếu x < 0.5: 2n VD 1: L = 8.5 = + 0.5 => Số vân sáng: 2.8 +1=17; Số vân tối: 2.8 + 2=18 2i  Ơn tập Vật Lý 12 SĨNG ÁNH SÁNG Trang L = 8.3 = + 0.3 => Số vân sáng: 2.8 +1=17; Số vân tối: 2.8 = 16 2i +Khoảng cách hai vân: ∆x - Cùng bên so với vân sáng TT: ∆x = xlon − x nho VD 2: - Khác bên so với vân sáng TT: ∆x = xlon + x nho c.Bài tập: Bài tập mẫu: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng Iâng : khoảng cách hai khe S 1S2 2mm, khoảng cách từ S1S2 đến 3m, bước sóng ánh sáng 0,5µm Bề rộng giao thoa trường 3cm a Tính khoảng vân b Tìm số vân sáng vân tối quan sát giao thoa trường c Tìm khoảng cách vân sang bậc vân tối thứ : - Chúng bên so với vân trung tâm - Chúng hai bên so với vân trung tâm d Tìm số vân sáng điểm M cách 0.5 cm N cách 1.25 cm so với vân trung tâm e Thay ánh sáng ánh sáng có bước sóng 0,5µm Số vân sáng tăng hay giảm ? f Di chuyển mà quan sát xa hai khe Số vân sáng quan sát tăng hay giảm ? Tính số vân sáng D ′ = 4m (vẫn dùng ánh sáng có bước sóng 0,5µm) Hướng dẫn giải : λ D 0.5.10 −6.3 a Khoảng vân : i = = = 0.75.10 −3 m −3 a 2.10 L 3.10 −2 = = 20 b Số khoảng vân nửa giao thoa trường : n = 2.i 2.0,75.10 −3 Số vân sáng : Ns = 2.n + = 2.20 + = 41 vân sáng Số vân tối : Nt = 2.n = 2.20 = 40 vân tối −3 −3 c Vị trí vân sáng bậc : x s2 = k i = 2.0,75.10 = 1,5.10 m −3 −3 Vị trí vân tối thứ : xt = (k ± )i = ±4,5.0,75.10 = 3,375.10 m - Chúng bên so với vân trung tâm : d = x s2 − xt4 = 1,875 10-3 m - Chúng hai bên so với vân trung tâm : d = x s2 + xt4 = 4,875 10-3 m d Số vân sáng M N: xN xM 0,5.10 −2 1,25.10 −2 ≤k≤ ⇔ ≤k≤ ⇔ 6,66 ≤ k ≤ 16,66 i i 0,75.10 −3 0,75.10 −3 Có 10 giá trị k thỏa mãn => có 10 vân sáng giữ M N e f Bài Trong thí nghiệmYoung giao thoa ánh sáng, hai khe S1 S2 chiếu ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ Khoảng cách hai khe 0,8 mm, khoảng cách từ hai khe đến m Người ta đo khoảng cách vân sáng liên tiếp mm Tính bước sóng ánh sáng dùng thí nghiệm khoảng cách từ vân sáng bậc đến vân sáng bậc phía với so với vân sáng L Giải Ta có: i = = 1,2 mm; λ = = 0,48.10-6 m; x8 - x3 = 8i – 3i = 5i = mm −1 D Bài Trong thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng, khoảng cách hai khe mm, khoảng cách từ hai khe đến m Dùng ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ chiếu vào hai khe người ta đo khoảng cách từ vân sáng trung tâm tới vân sáng thứ tư mm Xác định bước sóng λ vị trí vân sáng thứ L Giải Ta có: i = = 1,5 mm; λ = = 0,5.10-6 m; x6 = 6i = mm −1 D Bài Trong thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng, hai khe S S2 chiếu ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ = 0,4 µm Khoảng cách hai khe 0,4 mm, khoảng cách từ hai khe đến m Xác  Ơn tập Vật Lý 12 SĨNG ÁNH SÁNG Trang định khoảng cách vân sáng liên tiếp khoảng cách từ vân sáng đến vân sáng khác phía so với vân sáng λD Giải Ta có: i = = mm; L = (9 – 1)i = 16 mm; x8 + x4 = 8i + 4i = 12i = 24 mm a Bài Trong thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng, hai khe S S2 chiếu ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ = 0,5 µm Khoảng cách hai khe 0,8 mm Người ta đo khoảng cách vân sáng liên tiếp mm Tính khoảng cách từ hai khe đến cho biết điểm C E màn, phía với so với vân sáng trung tâm cách vân sáng trung tâm 2,5 mm 15 mm vân sáng hay vân tối? Từ C đến E có vân sáng? L x x Giải Ta có: i = = mm; D = = 1,6 m; C = 2,5 nên C ta có vân tối; E = 15 nên N ta −1 λ i i có vân sáng; từ C đến E có 13 vân sáng kể vân sáng bậc 15 E Bài Trong thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng, hai khe S S2 chiếu ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ Khoảng cách hai khe 0,8 mm, khoảng cách từ hai khe đến m Người ta đo khoảng cách vân sáng liên tiếp mm Xác định bước sóng ánh sáng dùng thí nghiệm cho biết điểm M N màn, khác phía so với vân sáng trung tâm cách vân sáng trung tâm mm 13,2 mm vân sáng hay vân tối? Nếu vân sáng vân sáng bậc mấy? Trong khoảng cách từ M đến N có vân sáng? L x x Giải Ta có: i = = 1,2 mm; λ = = 0,48.10-6 m; M = 2,5 nên M ta có vân tối; N = 11 nên −1 D i i N ta có vân sáng bậc 11 Trong khoảng từ M đến N có 13 vân sáng khơng kể vân sáng bậc 11 N Bài Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng với hai khe Young cách 0,5 mm, ánh sáng có bước sóng 0,5 µm, ảnh cách hai khe m Bề rộng vùng giao thoa 17 mm Tính số vân sáng, vân tối quan sát λD L Giải Ta có: i = = mm; N = = 4,25; a 2i => quan sát thấy 2N + = vân sáng 2N = vân tối (vì phần thập phân N < 0,5) Bài Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, hai khe chiếu ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,6 μm 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 (vân sáng trung tâm giữa) Tìm tổng số vân sáng vân tối có miền giao thoa λD L Giải Ta có: i = = 1,5 mm Ta có: N = = 4,17; số vân sáng: Ns = 2N + = 9; số vân tối: phần a 2i thập phân N < 0,5 nên: Nt = 2N = 8; tổng số vân sáng vân tối miền giao thoa: Ns + Nt = 17 Bài Trong thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng, khoảng cách hai khe a = mm, khoảng cách từ hai khe đến quan sát D = 1,5 m Nguồn sáng đơn sắc có bước sóng λ = 0,6 µm Xét khoảng MN màn, với MO = mm, ON = 10 mm, (O vị trí vân sáng trung tâm M N) Hỏi MN có vân sáng, vân tối? λD x x Giải i = = 0,45.10-3 m; M = 11,1; M có vân sáng bậc 11; N = 22,2; N có vân sáng bậc 22; a i i MN có 34 vân sáng 33 vân tối 3.Giao thoa mơi trường có chiết suất n : Bài Trong giao thoa ánh sáng qua khe Young, khoảng vân giao thoa i Nếu đặt tồn bộthiết bị chất lỏng có chiết suất n khoảng vân giao thoa i i i A , B , C D n.i n −1 n +1 n Giải 9: Chọn C.Hướng dẫn: vận tốc ánh sáng truyền chất lỏng v = c/n, (n chiết suất chất lỏng) Nên bước sóng ánh sáng nước là: λ’ = v/f = c/nf = λ/n Khoảng vân quan sát tồn λ ' D λD i = thí nghiệm đặt chất lỏng : i ' = = a n.a n Bài 10 Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng Iâng khơng khí, hai khe cách 3mm chiếu ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,60µm, cách hai khe 2m Sau đặt tồn thí nghiệm vào nước có chiết suất 4/3, khoảng vân quan sát bao nhiêu?  Ơn tập Vật Lý 12 SĨNG ÁNH SÁNG Trang A i‘= 0,4m B i' = 0,3m C i’ = 0,4mm D i‘= 0,3mm Giải 10: Chọn D.Hướng dẫn:Vận tốc ánh sáng khơng khí gần c, bước sóng λ, ánh sáng truyền từ khơng khí vào nước vận tốc ánh sáng truyền nước: v = c/n, (n chiết suất nước) Nên bước sóng ánh sáng nước: λ’ = v/f = c/nf = λ/n Khoảng vân tồn thí nghiệm đặt nước: λ ' D λD i' = = = 0,3mm a n.a Giao thoa khe Young với ánh sáng đa sắc – Giao thoa với ánh sáng trắng a.Giao thoa với nguồn ánh sáng gồm số ánh sáng đơn sắc khác nhau: -Vị trí vân trùng (cùng màu): x = k1λ1 = k2λ2 = … = knλn; với k ∈ Z -Khoảng cách ngắn vân trùng: Tại vị trí có k1 = k2 = … = kn = vân trùng trung tâm, khoảng cách gần hai vân trùng khoảng cách từ vân trùng trung tâm đến vân trùng bậc tất ánh sáng đơn sắc: ∆x = k1λ1 = k2λ2 = … = knλn; với k ∈ N nhỏ ≠ b.Giao thoa với nguồn ánh sáng trắng (0,38 µ m ≤ λ ≤ 0,76 µ m): Ánh sáng đơn sắc cho vân sáng vị trí xét nếu: ax ax ax λD x=k ; kmin = ; kmax = ;λ= ; với k ∈ Z Dλ d Dλt a Dk Ánh sáng đơn sắc cho vân tối vị trí xét nếu: ax ax 2ax λ D − ; kmax = − ;λ= x = (2k + 1) ; kmin = Dλ d Dλt D(2k + 1) 2a -Bề rộng quang phổ bậc n giao thoa với ánh sáng trắng: ( λ − λt ) D ∆ xn = n d a -Bề rộng quang phổ khoảng cách từ vân sáng đỏ đến vân sáng tím bậc - Bề rộng quang phổ bậc 1: ∆x1 = x sd − x st1 = i d − it - Bề rộng quang phổ bậc 2: ∆x = x sd − x st ……………………… ……………………… - Bề rộng quang phổ bậc k : ∆ x k = x sđk – x stk = k ∆x λ đ D λ D - k t a a +Tại vị trí M có vân sáng( vân tối) nằm trùng đó: ta làm theo bước + Tọa độ vân sáng( vân tối)trùng với tọa độ điểm M → bước sóng : λ + Bước sóng thỏa mãn hệ thức ( AS trắng) : 0.4 µm ≤ λ ≤ 0.76 µm (*) + Xác định số vân sáng, số vân tối xạ tương ứng vị trí xác định (đã biết x) lD ax Þ l = , k Ỵ Z Với 0,4 µm ≤ λ ≤ 0,76 µm ⇒ giá trị k ⇒ λ a kD lD ax Þ l = , k Ỵ Z Với 0,4 µm ≤ λ ≤ 0,76 µm ⇒ giá trị k ⇒ λ - Vân tối: x = (k + 0,5) a (k + 0,5) D - Vân sáng: x = k - Suy k từ hệ thức (*) , có k có nhiêu vân sáng( vân tối) nằm trùng M + Sự trùng xạ λ1, λ2 (khoảng vân tương ứng i1, i2 ) -Trùng vân sáng: xs = k1i1 = k2i2 = ⇒ k1λ1 = k2λ2 = -Trùng vân tối: xt = (k1 + 0,5)i1 = (k2 + 0,5)i2 = ⇒ (k1 + 0,5)λ1 = (k2 + 0,5)λ2 = Lưu ý: Vị trí có màu màu với vân sáng trung tâm vị trí trùng tất vân sáng xạ - Bề rộng quang phổ bậc k: D x = k D (l đ - l t ) với λđ λt bước sóng ánh sáng đỏ tím a - Khoảng cách dài ngắn vân sáng vân tối bậc k: D [kλt − (k − 0,5)λđ ] a D ∆xMaxđ = [kλ + (k − 0,5)λt ] Khi vân sáng vân tối nằm khác phía vân trung tâm a ∆xMin =  Ơn tập Vật Lý 12 SĨNG ÁNH SÁNG ∆xMaxđ = Trang D [kλ − (k − 0,5)λt ] Khi vân sáng vân tối nằm phía vân trung tâm a c Bài tập: Bài Tập mẫu : Trong thí nghiệm giao thoa khe Young ánh sáng đơn sắc λ =0,6µm, khe sáng cách mm khoảng cách khe đến màn: 1m a tính khoảng vân b tìm vị trí vân sáng bậc c A, B cách vân trung tâm 3,3mm 3,8mm vân sáng hay tối? d Cho giao thoa trường có L= 25,8 mm, xác định số lượng vân sáng vân tối e Chiếu thêm xạ λ = 0,4 µm , xác định vị trí mà vân sáng trùng lần 2( khơng kể vân trung tâm) f Tại vị trí vân sáng bậc xạ λ =0,6µm, có vân sáng bậc xạ dãy ánh sáng trắng? Hướng dẫn giải : Tóm tắt: a = 1mm=10-3m; D=1m; λ =0,6µm= 0,6.10-6m λ.D 0,6.10 −6.1 a)khoảng vân: i = = = 6.10 − ( m ) = 0,6mm −3 a 10 b) vị trí vân sáng bậc 5: => k=5 => XS5=k.i=5.6.10-4=3.10-3(m) c) xét điểm A có khoảng cách từ A đến O là: OA = 3,3 mm OA 3,3.10 −3 ⇒ = = 5,5 ⇒ A vân tối thứ i 0,6.10 −3 Xét điểm B có khoảng cách từ B đến O là: OB = 3,8 mm OB 3,8.10 −3 ⇒ = = 6,33 => B khơng vân sáng khơng vân tối i 0,6.10 −3 d) Gọi L: bề rộng giao thoa trường L = 25,8 mm L −3 L 25,8 = = 12,9mm = 12,9.10 −3 m = 12,9.10 = 21,5 2 i 6.10 −4 -Số vân sáng = 2.21 +1 = 43 -Số vân tối = 2.(21+1) = 44 e) λ =0,6µm; λ = 0,4 µm Gọi x vị trí trùng hai vân sáng λ.D (1) x vị trí vân sáng bậc k bước sóng λ : x = k i = k a λ '.D ( 2) x vị trí vân sáng bậc k’ bước sóng λ ' : x = k '.i = k ' a λ D λ '.D ⇒ k = k ' a a vị trí trùng nhau: k λ' ⇔ = = k' λ -Gọi itrùng khoảng vân trùng: => itrùng=2.i=2.0,6=1,2 mm -Vị trí vân trùng lần thứ điểm cách vân trung tâm 2,4 mm f) vị trí vân sáng bậc xạ λ = 0,6µm Xét điểm A vân sáng bậc xạ λ = 0,6µm λ.D Tại A vân sáng bậc bước sóng λ = 0,6µm: => OA= 3.i= (1) a λ '.D Xét A vân sáng bậc k’ bước sóng λ ' : => OA= k’.i’= k ' (2) a λ.D λ '.D = k ' ⇔ λ ' = λ ( *) vị trí trùng nhau: => a a k' Do λ' ∈ ( 0,4 µm;0,76µm ) ( ánh sáng trắng) (*) 0,4 < 0,6 < 0,76 2,3 < k’