GIẢI BÀI TẬP VẬT LÍ - PHẦN QUANG - CÓ ĐÁP ÁN

Bài tập quang Câu -1- H d = 1cm d’ i n = 1,73 β A i = 600 d'=? i C r d n Theo định luật khúc xạ ta có : B sin i sin i = n ⇒ sin r = = (1) Vì: sin r n r < 900 : (1) ⇒ r = 300 ⇒ i + β = 900 ⇒ β = r = 300 Hay AC = d d = cosr sin i Mặt khác: d ' = AC sin β = AC sin r = d tgr Vậy d ' = d tgr = 1.tg 30 = ; 0,57(cm) Vậy khoảng cách hai tia ló 0,57(cm) 00 Câu 2: i = 700 i n = 1,5 d = 0,1m I1 r δ =? i-r n d δ Theo định luật khúc xạ ta có: sin i =n sin r hay sin r = I2 sin i n Theo hình vẽ ta có: I1I = d cos r d sin(i − r ) cosr Suy : δ = 6, 63(cm) δ = I1 I sin(i − r ) = Câu 3: a Để tia phản xạ trùng với tia ló tia khúc xạ phải vuông góc với mặt sau lăng kính hay tia khúc xạ trùng với tia phản xạ mặt sau lăng kính Bài tập quang -20 Suy r = α = 30 Theo định luật khúc xạ ta có: sin i = n suy i= arcsinr= 53.130 sin r rk2+1 = λ R (k + 1) = ⇒ λ = 0,589µ m rk2+1 = 1+ rk k Theo định luật khúc xạ: sin i1 =n s inr1 b Với ⇒ ⇒ s inr1 = H i = 600 ta có sin i1 ⇒ r1 = 32, 760 n · ∆KOJ : KOI = r2 + 2i ⇔ r1 = r2 + 2i ∆KAJ : 900 + r2 = α + 900 − i → α = r2 + i ⇒ r2 = 27, 240 , i = 2, 760 s ini = n ⇒ s ini = n.sin r2 ⇒ i2 = arcsin(n.sin r2 ) = 47, 080 sin r2 Vậy góc tới 60 góc ló 47,08 Câu 4: Ta có S A = D + d = 42 + (2.10−3 ) = 2, 000001(m) ∆L = S2 A − S1 A = D − D + d = 2λ  Tại A quan sát vân sang Khi đặt thêm mỏng Ta có: L1 = S1 A = D L2 ' = ( S A − e).1 + e.n = 2, 00000625 ∆L = L2 '− L1 = 6.25.10−6 m ∆L = 12,5 = 12 + λ Tại điểm A quan sát vân tối Câu 5: Bước song ánh sang dung kλ D ib i= ⇒λ = = 0,5µ m , Vân thứ vân tối cách vân trung tâm 7,5mm b kD λD ib i = (k + ) ⇒λ = b (k + ) D k = ⇒ λ = 0, µ m Bài tập quang -3- H Câu 6: a Theo công thức góc lệch tia tơí tia ló truyền qua lăng kính có góc chiết quang nhỏ ta có ∆ = α (n − 1), α = tan(α (n − 1)) ≈ α ( n − 1) d = S1S2 = 2a tan ∆ = 2a∆ = 2mm Độ rộng trường giao thoa quan sát L = 2l ∆ = 0.018m λD = 0, 6.10−3 m Gọi L bề rộng trường giao thoa b Khoảng vân i = d Xét nửa trường giao thoa=> số vân quan sát nửa trường giao thoa L 0, 018 n= = = 15 2i 2.0, 6.10−3 Tổng số vân sang trường giao thoa là: N s = 2n + = 31(van), N t = 2n = 30(van) c TH1: Các xạ ánh sang trắng cho vân sang x0 Vị trí vân sang bất kì: x d 3.3 kλ D x0 = ⇒λ = = ( µ m) d kD k 3.3 0.4 ≤ λ ≤ 0, 76( µ m) ⇔ 0.4 ≤ ≤ 0, 76 ⇔ 4,3 ≤ k ≤ 8, 25( k ∈ Z ) ⇒ k = 5, 6, 7,8 k Lập bảng: k 0,66 0,55 0,47 0,4125 3.3 λ= ( µ m) k d Th2: Các xạ cuả ánh sang trắng cho vân tối x0 Vị trí vân tối là: λD 6, x0 = (k + ) ⇒λ = ( µ m) d 2k + 6, 0.4 ≤ λ ≤ 0, 76( µ m) ⇔ 0.4 ≤ ≤ 0, 76 ⇔ 3,84 ≤ k ≤ 7, 75( k ∈ Z ) ⇒ k = 4,5, 6, 2k + Lập bảng k 6, λ= ( µ m) 2k + Câu 7:z 0,73 0,6 0,507 0.44 Bài tập quang -4- H Theo công thức thấu kính ta có sf ' s' = = 150cm, D = l − s ' s+ f ' OO SO e s ∆SO1O2 : ∆SS1S ⇔ = ⇔ = ⇒ d = 3mm S1S SH d s+ s' Vậy khoảng cách ảnh d=3mm Ta thấy từ vị trí M ta quan sát vân giao thoa đặt OM= l0 Xét tam giác đồng dạng: SS MH d l0 − s ' ∆MS1S : ∆MAB ⇒ = ⇔ = ⇒ l0 = 157,9cm AB MO d0 l0 Vậy với giá trị l> l0 ta quan sát vân giao thoa λ D λ (l − s ') ∆x = = ⇒ ∆x : l ⇒ l ↑→ ∆x ↑, l ↓→ ∆x ↓ d d λ (l − s ') l = 3m → ∆x = = 0, 25mm d c Bề rộng trường giao thoa b l=3m là: Ta có: e s l+s = ⇒b= e = 5mm b l+s s b n= = = 20(van) i 0, 25 Câu8: λ Chùm sang phản xạ đơn sắc ánh sang trắng tăng cường 2 Hiệu quang trình ∆ = 2d n − sin i − λ 2d n − sin i 2dn ∆ = k λ ⇔ 2d n − sin i − = k λ ⇒ λ = ,i = ⇒ λ = 1 k+ k+ 2 2dn 0, ≤ λ ≤ 0, 76 µ m ⇔ 0, ≤ ≤ 0, 76 ⇔ 1, 07 ≤ k ≤ 2,5, k ∈ Z → k = → λ = 0, 48 µ m k+ Vậy chum sang có bước song tăng cường 2 Bài tập quang -5- H Câu 9: λ Để cặp tia sáng phản xạ mặt màng mỏng giao thoa cho cường độ sang cực tiểu λ λ λ ∆L = (2k + 1) ⇔ 2dn '− = (2k + 1) ⇒ 2dn ' = ( k + 1)λ 2 λ d ⇔ k = ⇒ d = = 0, 214nm 2n ' Hiệu quang trình: ∆L = 2dn '− Câu 10: Ta có λ 3λ = k λ , k = ⇒ d1 = 2 n − sin i λ 5λ n − sin i − = k λ , k = ⇒ d = 2 n − sin i ∆L1 = 2d1 n − sin i − ∆L2 = 2d ⇒ ∆d = d − d1 = λ n − sin i Theo hình vẽ ta có: ∆d = ∆x.sin α = ∆x.sin i ⇔ λ = 0, 21.10 −3.sin i ⇔ sin i ( n − sin i ) = 1, 71.10 −6 n − sin i ⇒ sin i = 2, 2(loai ),sin i = 7, 6.10 −7 ⇒ i = 0, 050 Câu 11: Ta có rk = λ Rk , k = ⇒ λ = 0,589µ m Câu 12: Đối với vân thứ k ta có: rk = λ Rk 2 2 Đối với vân thứ k+1 ta có: rk +1 = λ R (k + 1) rk2+1 ⇒ = 1+ rk k Bán kính vân tối kề 4mm 4,38mm rk2 (4,38) = + ⇔ k ≈ ⇒ λ = = 0,5µ m 42 k Rk Câu 13: Ta có hiệu quang trình: Bài tập quang ∆ = kλ -6- 2rk2 ∆ = 2dn ⇔ 2dn = k λ ⇔ n = k λ ⇒ rk = 2R λD i= = 0,5mm d xs3 = ki = 3i = 1,5mm H Rλ k , k = ⇒ r5 = 1, 24mm n ∆ = 2dn xt4 = (k + )i = 3,5i = 1, 75mm Rr0 λ ρk =2 = k = 10−3 m ⇒ d = ρk = = 2.10−3 m R + r0 Đối với vân sang ∆ = k λ 2r Rλ ⇔ k n = k λ ⇒ rk = k , k = ⇒ r5 = 1, 24mm 2R n Câu 14: λD = 0,5mm d Vị trí vân sang thứ vân tối thứ tư xs3 = ki = 3i = 1,5mm , xt4 = (k + )i = 3,5i = 1, 75mm Nếu đổ đầy nước có chiết suất n=4/3 vào khoảng không gian ảnh mặt xd phẳng chứa khe hẹp => hiệu quang trình ∆L = L2 − L1 = nr2 − nr1 = n D nxd kλD λD = kλ ⇒ x = ⇒ ∆x = i ' = Nếu vân sang => Khoảng vân D nd nd thu hẹp lại Khoảng cách vân sang λD i i' = = = 0.375mm nd n Khoảng cách vân sang kề ảnh i = Câu 15: Theo tính chất gương lôi ta có Hiệu quang trình ∆L = L2 − L1 = [ ( S ' M + MP ) − SP ] + λ λ r2 λ = 2SM − SP + = a + − r + = 0, 625.10−7 2 ∆L ;1 λ => Tại P xuất vân sang ⇒ Câu 16: Để tâm ảnh nhiễu xạ quan sát tối => k=2 Rr0 λ ρk =2 = k = 10−3 m ⇒ d = ρk = = 2.10−3 m R + r0 Vậy đường kính lỗ 2.10−3 m Câu 17: Bài tập quang -7- k λd 2λ ⇒ ϕ3 = arcsin( d ) = 4,350 b b kλ 3λ sin ϕ = t ⇒ ϕ4 = arcsin( t ) = 3, 430 b b Áp dụng công thức: ∆ϕ = ϕ − ϕ3 = 0,92 10−3 b= = 2.10−5 50 λd H sin ϕ3 = λt sin ϕ = kλ kλ ⇒b= = 2,8.10−4 cm b sin ϕ = 3571(vach ) cm b Câu 18: 10−3 b = = 2.10−5 50 Cuối quang phổ bậc 1: λd : k = Đầu quang phổ bậc 2: λt ; k = kλ λ sin ϕ1 = d ⇒ ϕ1 = arcsin( d ) = 2,17 b b kλ 2λ sin ϕ = t ⇒ ϕ2 = arcsin( t ) = 2, 290 b b ∆ϕ = ϕ − ϕ1 = 0,12 n= Cuối quang phổ bậc 2: λd : k =2 Đầu quang phổ bậc 3: λt ; k = kλ 2λ sin ϕ3 = d ⇒ ϕ3 = arcsin( d ) = 4,350 b b kλ 3λ sin ϕ = t ⇒ ϕ4 = arcsin( t ) = 3, 430 b b ∆ϕ = ϕ − ϕ3 = 0,92 Câu 19: Để tâm ảnh nhiễu xạ quan sát tối => k=2 Rr0 λ ρk =2 = k = 10−3 m ⇒ d = ρk = = 2.10−3 m R + r0 ρk = Rr0 λ ρ ( R + r0 ) (2,1.10−3 ) (5,5 + 5,5) k ⇒k = k = =3 R + r0 Rr0 λ 5,5.5,5.5500.10−10 sang tâm ảnh nhiễu xạ lớn chắn Câu 20 - Độ rộng vân sang trung tâm b: Vì n lẻ nên cường độ Bài tập quang Ta có n= -8- ρ n2 1 ρ2 ( + ), R = ∞ => r0 = n , n = => r0 = 1m λ R r0 nλ H sin ϕ = tan ϕ = k λ 1.0, 6.10−6 = ⇒ ϕ = 20 ' a 0,1.10−3 b => b = 0, 012m = 12mm - Ta có: ρ n2 1 ρ n2 ρ n2 n= ( + ), R = ∞ => r0 = = = 1m λ R r0 nλ 2λ ρ n2 1 ρ n2 ρ n2 n= ( + ), R = ∞ => r0 = = = 1m λ R r0 nλ 2λ Vậy khoảng cách từ lỗ đến quan sát 1m Câu 21: a Vị trí cực đai thứ k cực đại kề k+1 k λ 1,32.10−6 sin ϕ = = d d kλ d 1,32.10−6 sin ϕ = ⇒ λ = sin ϕ = d k k 1,32.10−6 0.4 ≤ λ ≤ 0, 76 µ m ⇒ 0.4 ≤ ≤ 0, 76 ⇔ 1,9 ≤ k ≤ 3,3 ⇒ k = 2,3 k d 1,32.10−6 λ2 = sin ϕ = = 0, 66 µ m k d 1,32.10−6 λ3 = sin ϕ = = 0, 44 µ m k (k + 1)λ d sin ϕ = ⇒ k = sin ϕ2 − d λ λ => d = = 6µ m sin ϕ2 − sin ϕ1 kλ λ d d sin ϕ = = ⇒ k = => a = = = 1,5µ m d a a k Vậy độ rộng có khe 1,5µ m Câu 22 Vì cực đại nhiễu xạ trùng kλ k λ sin ϕ1 = sin ϕ = sin ϕ = 1 = 2 b b k 6563 k2 4102 k 10 sin 410 = = ⇒ = = = b b k2 16 k1 = 5, k2 = => b = 5µ m Để thu quang phổ lớn sin ϕ = b Vì cực đại thứ không quan sát nên cực đại trùng với cực tiểu thứ đó: Bài tập quang λ = kmax => kmax ≈ b sin ϕ = kmin = -9- = kmax H λ => kmax ≈ b λmax => λmax = µ m b Để có bước song cực đại mà ta quan sát nhờ cách tử nhiễu xạ sin ϕ = , k nhỏ => kmin = λ sin ϕ max = kmin max => λmax = µ m b sin ϕ max = kmin Câu 23: Theo công thức tính bán kính lỗ tròn: ρk = Rr0 λ ρ ( R + r0 ) k ⇒k = k R + r0 Rr0 λ ρ 2 D2 x R = r0 = ⇒ k = k ( + ) = =4 λ x x 4λ x Vậy với k=4 số đới chẵn tâm ảnh nhiễu xạ quan sát tối Câu 24 Vì tâm ảnh nhiễu xạ quan sát điểm sang bán kính lỗ tròn thay đổi có giá trị nên số đới phải lẻ Gọi số đới k k+2 Áp dụng công thức bán kính lỗ tròn Rr λ ρk = k R + r0 ρk +2 Rr0 λ Rr0 λ ( ρ k + 2 − ρ k )( R + r0 ) 2 = (k + 2) ⇒ ρ k + − ρ k = 2⇒λ = = 2, µ m R + r0 R + r0 Rr0 Câu 26 kλ d 1,32.10−6 ⇒ λ = sin ϕ = d k k 1,32.10−6 0.4 ≤ λ ≤ 0, 76 µ m ⇒ 0.4 ≤ ≤ 0, 76 ⇔ 1,9 ≤ k ≤ 3,3 ⇒ k = 2,3 k d 1,32.10−6 λ2 = sin ϕ = = 0, 66µ m k d 1,32.10−6 λ3 = sin ϕ = = 0, 44 µ m k sin ϕ = Câu 30 a Dây tóc bong đèn (T=3000K) b 2,896.10−3 λmax = = = 0,965µ m T 3000 b Mặt trời (T=6000K) b 2,896.10−3 λmax = = = 0.483µ m T 6000 Bài tập quang c Bom nguyên tử (T=10^7) b 2,896.10−3 λmax = = = 2,896 A0 T 10 - 10 - Câu 31 Coi mặt trời vật đen tuyệt đối a Năng lượng toàn phần mặt trời b R = σT = σ ( ) = 6, 4.107 Wm −2 λmax b Quang MT phát ứng với phát xạ cực đại b R = σT = σ ( ) = 6, 4.107 Wm −2 λmax b ρ = BT = B( ) = 8, 48.1015 Wm −2 λmax b ρ = BT = B ( ) = 8, 48.1015 Wm −2 λmax Câu 34 Ta có: hc hc = A + eU h ⇒ A = − eU h = 2, 44eV λ λ Câu 37 λ ' = λ + λk (1 − cosθ ) = 7,3232.10−11 W=ε − ε ' hc ε= λ Wmax ⇒ ε 'min ⇒ λ 'min ⇒ θ ' = 1800 λ ' = λ + λk ⇒ ε ' = hc => Wmax = 1, 702.10 −17 J λ' Câu 38 hc ⇒ λ = 1, 242.10−12 m λ λ ' = λ + λk (1 − cosθ ) ε= hc = 8, 08.10−14 J λ' W = ε − ε ' = 7,9148.10−14 J W = ε − ε ' = 7,9148.10−14 J Góc giật lùi e h h mv P 2` Pλ = ; Pλ ' = , W = = → Pe = 2mW = 3,975.10 −22 λ λ' 2m Pλ ' Pe Pλ ' sin 600 = ⇒ sin ϕ = ⇒ ϕ = 37057 ' sin ϕ sin 60 Pe ε'= H