Kinh nghiệm giải bài toán vân trùng phần giao thoa ánh sáng

A MỞ ĐẦU: Lí chọn đề tài: Giao thoa ánh sáng tượng đặc trưng cho tính chất sóng ánh sáng, phần kiến thức quan trọng chương trình vật lý lớp 12 Có thể nói đề thi môn vật lý kỳ thi quốc gia thi tốt nghiệp THPT, thi đại hoc, cao đẳng, thi THPTQG phần kiến thức giao thoa ánh sáng Y-âng không gặp Đặc biệt phần giao thoa sóng ánh sáng đa sắc hay gặp đề thi ĐH - THPT QG Qua theo dõi đề thi đại học, cao đẳng học sinh giỏi tỉnh nhiều năm nhận thấy điều câu hỏi “gây khó”của chương sóng ánh sáng người đề chọn phần giao thoa có nhiều xạ thực tế gây không khó khăn cho hầu hết thí sinh Nếu để giải tập giao thoa với xạ khó học sinh có lực học trung bình (các em cần nắm kiến thức làm được) Kinh nghiệm giảng dạy cho thấy với toán giao thoa có nhiều xạ có trùng vân giao thoa toán trở nên phức tạp nhiều hầu hết học sinh lớp 12 chưa có phương pháp tổng quát giải loại tập này, có làm tính tổng quát, chưa nắm chất thực vấn đề; cần thay đổi vài kiện toán học sinh thường lúng túng không làm Mục đích nghiên cứu: Với mục đích nhằm góp phần nâng cao chất lượng ôn thi học sinh giỏi chất lượng đại học cao đẳng cố gắng tìm tòi kiến thức từ nhiều tài liệu khác từ tổng hợp biên soạn thành tài liệu hướng dẫn học sinh ôn tập nhận thấy có hiệu cao đúc rút viết thành đề tài sáng kiến kinh nghiệm có tên:“ Giúp học sinh khá, giỏi ôn luyện dạng tập phần giao thoa sóng ánh sáng có nhiều xạ’’ Đối tượng nghiên cứu: Các dang tập phương pháp giải dạng tâp giao thoa ánh sáng có nhiều xạ Phương pháp nghiên cứu: Trong trình nghiên cứu sử dụng số phương pháp sau : - Phương pháp điều tra giáo dục - Phương pháp quan sát sư phạm - Phương pháp thống kê, tổng hợp, so sánh - Phương pháp mô tả B NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM: I CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM: Đối với môn vật lý trường phổ thông, tập vật lý đóng vai trò quan trọng, việc hướng dẫn học sinh làm tập Vật lý hoạt động dạy học, công việc khó khăn, bộc lộ rõ trình độ người giáo viên vật lý việc hướng dẫn hoạt động trí tuệ học sinh, đòi hỏi người giáo viên học sinh phải học tập lao động không ngừng Bài tập Vật lý giúp học sinh hiểu sâu quy luật vật lý, tượng vật lý Thông qua tập dạng khác tạo điều kiện cho học sinh vận dụng linh hoạt kiến thức để tự lực giải thành công tình cụ thể khác kiến thức trở nên sâu sắc hoàn thiện trở thành vốn riêng học sinh Trong trình giải vấn đề, tình cụ thể tập đề học sinh phải vận dụng thao tác tư so sánh phân tích, tổng hợp khái quát hoá để giải vấn đề, từ giúp giải giúp phát triển tư sáng tạo, óc tưởng tượng, tính độc lập suy nghĩ, suy luận Nên tập Vật lý gây hứng thú học tập cho học sinh Đối với phần kiến thức “Giao thoa sóng 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 VẤN ĐỀ TRƯỚC KHI ÁP DỤNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM: Thuận lợi Trong trình giảng dạy, tìm hiểu tâm tư nguyện vọng số học sinh lớp 12 biết có nhiều học sinh thích học môn vật lí, nhiều học sinh có nguyện vọng thi vào đại học khối A khối A1 Theo cấu trúc chương trình sách giáo khoa vật lí lớp 12 trước học phần giao thoa sóng ánh sáng, học sinh học phần giao thoa sóng (là phần kiến thức coi tảng sở để em tiếp cận phần giao thoa ánh sáng) Khó khăn: Là giáo viên dạy tập giao thoa ánh sáng, thấy sách giáo khoa đề cập đến giao thoa ánh sáng đơn sắc với số lượng tập không nhiều đơn giản tập phần đa dạng thường xuất nhiều đề thi tốt nghiệp trung học phổ thông, đại học, cao đẳng Khi gặp toán thuộc dạng giao thoa sóng ánh sáng đa sắc học sinh thường lúng túng cách giải phải nhiều thời gian cho bài, thời gian dành cho câu đề thi trắc nghiệm lại ngắn Thực tế phần tập giao thoa ánh sáng nhiều xạ dành cho đối tượng học sinh khá, giỏi có tài liệu hướng dẫn cách hệ thống; qúa trình giảng dạy việc tổng hợp kiến thức, phân chia dạng toán, hướng dẫn cụ thể việc làm vô quan trọng người giáo viên; có làm giúp học sinh hiểu rõ chất vấn đề vận dụng làm tập cánh có hiệu III CÁC GIẢI PHÁP ĐÃ SỬ DỤNG ĐỂ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ: Từ thực tế đề số giải pháp khắc phục sau: Các yêu cầu chung: Trước giảng dạy tiết tập phần giao thoa sóng ánh sáng có nhiều xạ, yêu cầu học sinh phải nắm kiến thức dạng tập giao thoa với xạ, bao gồm: - Xác định khoảng vân - Xác định vị trí vân sáng vân tối trường giao thoa - Xác định số vân sáng vân tối trường giao thoa - Xác định số vân sáng, vân tối đoạn MN thuộc giao thoa trường Mặt khác tiến hành nghiên cứu, phân loại dạng tập giao thoa sóng ánh sáng có nhiều xạ, thiết lập số công thức tổng quát; đồng thời yêu cầu học sinh thiết lập công thức hệ cho loại toán qua học sinh nắm vững chất loại toán Biện pháp phân loại tập thiết lập công thức tổng quát theo dạng Để học sinh nắm vững phần kiến thức cần tiếp nhận thực theo quy trình sau: Bước 1: Hệ thống lại kiến thức phần giao thoa khe Young với xạ Bước 2: Phân loại dạng tập giao thoa khe Young với nhiều xạ (nêu rõ kiến thức trọng tâm dạng toán) Bước 3: Hướng dẫn học sinh làm số tập ví dụ cụ thể dạng toán Bước 4: Sau dạng toán rút lưu ý cho học sinh cần ghi nhớ chỗ mà học sinh thường hay mắc phải nhầm lẫn Bước 5: Đưa toán để học sinh tự rèn luyện thêm nhằm nâng cao kĩ giải toán 2.1 Kiến thức giao thoa ánh sáng với khe Young a Khoảng vân, vị trí vân sáng, vân tối + Khoảng vân : i= (1) + Vị trí vân sáng: xs = k = ki (với k = 0, ± 1, ± ) (2) + Vị trí vân tối: xt = (2k + 1) = (2k +1) (với k = 0, ± 1, ± ) (3) Hay xt = (k + 0,5) = (k+0,5)i (với k = 0, ± 1, ± ) (4) Tối thứ 5, k= Tối thứ 4, k=3 i i Tối thứ 3, k=2 Tối thứ 2, k=1 Tối thứ 1, k= Sáng bậc 4, k=4, bậc Sáng bậc 3, k=3, bậc Sáng bậc 2, k=2, bậc Sáng bậc 1, k=1, bậc Vân sáng TT, k= Tối thứ 1, k= -1 Tối thứ 2, k= -2 Tối thứ 3, k= -3 Tối thứ 4, k= -4 Tối thứ 5, k= -5 i i Sáng bậc 1, k= -1 bậc Sáng bậc 2, k= -2 bậc Sáng bậc 3, k= -3 bậc Sáng bậc 4, k= - bậc Hình Vị trí vân giao thoa b Số vân sáng, vân tối trường giao thoa hai khe Y– Âng chiếu xạ: b.1 Một số kiến thức liên quan: - Điều kiện để điểm M tọa độ xM thuộc trường giao thoa có bề rộng L: - ≤ xM ≤ (5) - Điều kiện để điểm M tọa độ x M nằm đoạn PQ biết tọa độ x P xQ là: xP ≤ xM ≤ xQ (Với xQ > xP) (6) b.2 Số vân sáng, vân tối trường giao thoa hai khe Y–âng chiếu ánh sáng đơn sắc: - Số vân sáng: + Vị trí vân sáng xs = ki (với k = 0, ± 1, ± ) (7) + Vân sáng nằm trường giao thoa nên: - ≤ xs ≤ ⇒ - ≤ k≤ (với k = 0, ± 1, ± ) (8) (Số giá trị k số vân sáng cần tìm) - Số vân tối: + Vị trí vân tối: xt = (k + 0,5)i (với k = 0, ± 1, ± ) (9) + Vân tối nằm trường giao thoa nên: - ≤ xt ≤ ⇒ - - ≤ k ≤ (với k = 0, ± 1, ± ) (10) (Số giá trị k số vân tối cần tìm) b.3 Số vân sáng, vân tối đoạn PQ hai khe Y–âng chiếu xạ: - Số vân sáng: ≤ k≤ (Với xQ > xP) (11) - Số vân tối: ≤ k + 0,5 ≤ (Với xQ > xP) c Khoảng cách n vân sáng liên tiếp (hoặc n vân tối liên tiếp) là: d = (n - 1)i hay n = + (12) 2.2 Các dạng toán Trong trình giảng dạy phần này, trước cụ thể loại tập định hướng học sinh cách tổng quát nhất, kĩ phân tích đề Đối với toán phần cần chia làm phần (phần chất Vật lý, phần kĩ biến đổi toán học lưu ý cách hiểu khác làm bài) Về phần chất vật lý : Nếu hai khe Y-âng chiếu không xạ mà hai hay nhiều xạ : + 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 + Do bước sóng xạ khác nên khoảng vân khác vây vân bậc hai bên vân trung tâm, chúng lệch nhau.Tuy nhiên có trùng giữa: vân sáng hệ với vân sáng hệ kia; vân tối hệ với vân tối hệ kia; vân sáng hệ với vân tối hệ kia; vân tối hệ với vân sáng hệ Sau xin đưa cách giải số loại tập phần sau: Dạng 1: Dạng toán giao thoa với hai xạ : Loại : Xác định vị trí trùng hai hệ vân: a Hai vân sáng trùng nhau: Khi vân sáng hệ trùng với vân sáng hệ ta có: xs1 = xs2 ⇒ k1i1 = k2i2 ⇔ = = = (tỉ số tối giản) ⇒ (10) ⇒Vị trí trùng là: x≡ = k1i1 = pni1 = qni2 (với n = 0, ± 1, ± ) b Hai vân tối trùng nhau: Khi vân tối hệ vân tối hệ trùng ta có: xt1 = xt2 ⇒ (2k1 + 1) = (2k2 + 1) ⇔ = = = (tỉ số tối giản) ⇒ (12) ⇒Vị trí trùng là: x≡ = p (2n + 1) = q (2n + ) (n = 0, ± 1, ± ) (11) (13) c Vân tối trùng vân sáng: - Khi vân sáng xạ trùng với vân tối xạ ta có: xs1 = xt2 ⇒ k1i1 = (2k2 + 1) ⇔ = = = (tỉ số tối giản) ⇒ (14) ⇒ Vị trí trùng là: x≡ = p(2n +1)i1 = q (2n + ) (n = 0, ± 1, ± ) (15) - Khi vân tối xạ trùng với vân sáng xạ ta có: xt1 = xs2 ⇒ (2k1 + 1) = k2i2 ⇔ = = = (tỉ số tối giản) ⇒ (16) ⇒ x≡ = p (2n +1) = q (2n + )i2 (n = 0, ± 1, ± ) (17) Loại 2: Xác định số vân sáng trùng - Xét tai hai điểm A, B trường giao thoa vị trí mà hai hệ vân cho vân sáng + Số vân giao thoa đoạn AB hệ 1: N1 = + + Số vân giao thoa đoạn AB hệ 2: N2 = + Nếu quan sát đoạn AB có N vạch sáng có N≡ vạch kết trùng hai hệ vân tổng số vân giao thoa hai hệ là: N1 + N2 = N + N≡ - Số vạch trùng quan sát trường giao thoa L: - ≤ x≡ ≤ ⇒ Tìm số giá trị n Số vạch trùng số giá trị n - Xét số vân trùng MN ∈ L: xM ≤ x≡ ≤ xN (xM < xN; x tọa độ) ⇒ Tìm số giá trị n Số giá trị n số vân sáng trùng MN Dạng : Dạng toán giao thoa với ba xạ Trong trường hợp giao thoa có nguồn gồm 3,4,5 xạ khác vân sáng hệ trùng ta có: x≡ = xs1 = xs2 = xs3 = xs4 = ⇒ x≡ = k1i1 = k2i2 = k3i3 = k4i4 =… = knλn; với k ∈ Z (làm tương tự trường hợp giao thoa có nguồn gồm hai ánh sáng đơn sắc) 2.3 Các ví dụ cụ thể dạng toán nêu trên: Sau xin đưa số toán ví dụ cụ thể mà nghĩ cần cho vấn đề nâng cao chất lượng ôn thi đại học ôn thi học sinh giỏi Bài 1: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng với khe Y-âng, ánh sáng dùng làm thí nghiệm gồm có hai thành phần đơn sắc có bước sóng λ1 = 0,6µm (vàng) λ2 = 0,75µm (đỏ) Khoảng cách hai khe Y-âng a = mm, khoảng cách từ hai khe đến D = m Biết bề rộng trường giao thoa 20 mm a Mô tả hình ảnh quan sát b Xác định vị trí vị trí thứ hai vân sáng hai hệ trùng c Xác định khoảng cách từ vân sáng trung tâm đến vân sáng gần màu với d Hỏi trường giao thoa có vân sáng có màu giống màu vân sáng trung tâm e Tìm số vân sáng quan sát trường giao thoa (biết vị trí hai vân sáng trùng tính vân) f Xác định số vân sáng đơn sắc đỏ số vân sáng đơn sắc vàng quan sát trường giao thoa g Xác định số vân sáng quan sát khoảng hai vân sáng liên tiếp có màu vân sáng trung tâm h Xác định số vân sáng quan sát đoạn ON = 17,65 mm (Không tính vân sáng trung tâm) i Tính số vân màu đỏ quan sát đoạn CD, với CO = 5,4 mm, DO = 6,73 mm, C D nằm hai bên vân sáng trung tâm Giải: a Mô tả hình ảnh quan sát màn: Khi dùng hai xạ vàng đỏ thu đồng thời hệ vân đỏ hệ vân vàng Do có trùng vân hai hệ Vân trung tâm hai hệ vân trùng nhau, tạo màu tổng hợp đỏ vàng (gọi vân trùng) Ngoài vị trí trung tâm có nhiều vị trí khác có vân trùng i1 i2 O Đỏ Trùng vàng i≡ M Hình Kết luận: Như có loại vân: (Xem hình 2) Loại 1: Vân sáng đỏ Loại 2: Vân sáng vàng Loại 3: Vân trùng (tổng hợp vân đỏ vân vàng) b Khi vân sáng xạ trùng thì: x≡ = xs1 = xs2 ⇒ k1i1 = k2i2 ⇔ = = = (tỉ số tối giản k1, k2 ∈ Z) ⇒ (với n ∈ z) ⇒ Vị trí trùng hai vân sáng hai hệ là: x≡ = xs1 = k1i1 = 5n ⇒ x≡ = 6n (mm) (với n = 0, ± 1, ± ) + Vị trí trung tâm vị trí trùng ứng với n = (k1 = k2 = 0) ⇒ x≡ = + Vị trí trùng ứng với n = ± 1; (k1 = ± 5, k2 = ± 4) ⇒ x≡ = ± mm + Vị trí trùng thứ hai ứng với n = ± 2; (k1 = ± 10, k2 = ± 8) ⇒ x≡ = ± 12 mm Kết luận: Vậy vị trí (kể từ vân trung tâm ) hai vân sáng trùng x≡ = ± mm; vị trí thứ hai (kể từ vân trung tâm ) hai vân sáng trùng x≡ = ± 12 mm c Khoảng cách từ vị trí trung tâm đến vân sáng gần màu với khoảng cách hai vị trí trùng gọi i ≡ : (là khoảng cách OM hình vẽ 2) Vậy nên: i≡ = |x≡ - x≡ 0| = mm Kết luận: Vậy khoảng cách từ vị trí trung tâm đến vân sáng gần màu với i≡ = mm d Số vân sáng có màu giống vân sáng trung tâm số vân trùng trường giao thoa (Nhưng không tính vị trí trung tâm) Từ kết (câu 1.b) ta có: x≡ = 6n (n = 0, ± 1, ± ) Vì xt nằm trường giao thoa nên áp dụng công thức (5) ta có: - ≤ x≡ ≤ ⇔ - ≤ 6n ≤ ⇔ - 1,67 ≤ n ≤ 1,67 (n = 0, ± 1) Kết luận: Vậy có N ≡ = vị trí trường giao thoa có vân sáng có màu giống vân sáng trung tâm (không tính vị trí trung tâm nên bỏ giá trị n = đi) 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 vị trí trùng ( Trong trường hợp tính vân trung tâm có Ntrùng hệ = 03 vân trùng, tức vị trí trùng) e i = = 0,6.2 = 1,2 mm; i2 = = 0,75.2 = 1,5 mm - Số vân sáng hệ trường giao thoa là: Áp dụng công thức (8) ta có: - ≤ k1 ≤ ⇔ - ≤ k1 ≤ ⇔ - 8,3 ≤ k1 ≤ 8,33 (k1 = 0; ± 1; ± 8) Vậy có Nsλ = 17 vân sáng xạ λ1 L - Số vân sáng hệ trường giao thoa: Áp dụng công thức (8) ta có: - ≤ k2 ≤ ⇔ - ≤ k2 ≤ ⇔ - 6,67 ≤ k2 ≤ 6,67 (k2 = 0; ± 1; ± 6) Vậy có Nsλ = 13 vân sáng xạ λ2 L - Số vạch sáng quan sát L là: N = Nsλ + Nsλ - Ntrùng hệ = 17 +13 - = 27 f - Số vân sáng đơn sắc vàng quan sát trường giao thoa là: N1 = Nsλ - Ntrùng hệ = 17 - = 14 - Số vân sáng đơn sắc đỏ quan sát trường giao thoa là: N2 = Nsλ - Ntrùng hệ = 13 - = 10 Kết luận: Vậy trường giao thoa quan sát 24 vân sáng đơn sắc (trong có 14 vân sáng màu vàng 10 vân sáng màu đỏ) g Vị trí trùng ứng với n = ± (k1 = ± 5; k2 = ± 4) Như khoảng vị trí trung tâm vị trí trùng có vân sáng màu vàng vân sáng màu đỏ (xem hình 2) Kết luận: Vậy khoảng hai vân sáng liên tiếp có màu vân sáng trung tâm có vân sáng (4 vân vàng vân đỏ) h - Số vân sáng màu vàng đoạn ON là: (không tính vân sáng trung tâm) Xét = ≈ 14,7 ⇒ có N1 = 14 vân sáng màu vàng đoạn ON - Số vân sáng màu đỏ đoạn ON là: (không tính vân sáng trung tâm) Xét = ≈ 11,77 ⇒ có N2 = 11 vân sáng màu đỏ đoạn ON - Số vị trí trùng đoạn ON là: (không tính vân trùng trung tâm) Xét = ≈ 2,94 ⇒ có N≡ ON = vị trí trùng đoạn ON Số vân sáng quan sát đoạn ON = 17,65 mm là: NON = N1 + N2 - N≡ ON = 14 + 11 - = 23 vân Kết luận: Vậy đoạn ON quan sát 23 vân sáng j - Số vân sáng màu đỏ đoan CD: xC ≤ xS2 ≤ xD ⇒ - 5,4 ≤ k2 i2 ≤ 6,73 ⇒ ≤ k2 ≤ ⇒ -3,6 ≤ k2 ≤ 4,49 (k2 = 0; ± 1; ± 3; 4) Vậy đoạn CD có vân sáng đỏ - Khi có ánh sáng vàng, số vân đỏ tham gia tạo thành vân trùng, nên số vân đỏ giảm Số vân đỏ giảm đoạn CD số vị trí trùng đoạn CD ấy: Số vân trùng đoạn CD: xC ≤ x≡ ≤ xD ⇒ - 5,4 ≤ k≡ i≡ ≤ 6,73 ⇒ ≤ k≡ ≤ ⇒ -0,9 ≤ k≡ ≤ 1,12 (k≡ = 0; 1) Vậy đoạn CD có vân trùng Số vân đỏ đoạn CD là: Nđ = - = vân Kết luân: Vậy đoạn CD có vân sáng màu đỏ Lưu ý: Do C D khác phía so với vân trung tâm nên điểm có tọa độ âm điểm có tọa độ dương Bài 2: Trong thí nghiệm giao thoa Y-âng thực đồng thời hai xạ đơn sắc với khoảng vân thu là: i1 = 0,5 mm; i2 = 0,3mm Biết bề rộng trường giao thoa mm a Xác định vị trí trường giao thoa mà có vân tối hệ trùng với vân tối hệ b Xác định số vị trí trường giao thoa mà có vân tối hệ trùng với vân tối hệ c Xác định khoảng cách hai vị trí trùng gần vân tối hệ với vân tối hệ d Xác định số vị trí mà có vân tối hệ trùng với vân tối hệ đoạn MN biết M N nằm hai phía so với vân trung tâm cách vân trung tâm mm mm Giải: a Khi vân tối hai xạ trùng thì: x≡ = xt1 = xt2 ⇔ (2k1 + 1) = (2k2 + 1) ⇒ = = (tỉ số tối giản) ⇒ (với n = 0, ± 1, ± ) ⇒ Vị trí trùng: x≡ = xt1 = 3(2n + 1) = (2n + 1) mm (với n = 0, ± 1, ± ) Kết luận: Vị trí trùng vân tối hệ vân tối hệ xác định công thức: x≡ = (2n + 1) mm (Với n = 0, ± 1, ± ) Lưu ý: Luôn tìm vị trí vân sáng trùng có trường hợp không tìm vị trí vân tối trùng ( ví dụ: = = ) b x≡ nằm trường giao thoa nên áp dụng công thức (5) ta có: - ≤ x≡ ≤ ⇔ - ≤ (2n + 1) ≤ ⇔ - ≤ (2n + 1) ≤ ⇔ - 2,167 ≤ n ≤ 1,167 (n = -2, -1, 0, 1) Kết luận: Vậy có vị trí trường giao thoa mà có vân tối hệ trùng với vân tối hệ c Khoảng cách hai vị trí trùng gần khoảng cách vị trí trùng ứng với n = n = ± i≡ = |x≡ - x≡ 0| = - = 1,5 mm Kết luận: Vậy khoảng cách hai vị trí trùng gần i≡ = 1,5 mm d Để x≡ nằm đoạn MN áp dụng công thức (6) ta có: -xM ≤ x≡ ≤ xN ⇔ -2 ≤ (2n + 1) ≤ ⇒ -1,833 ≤ n ≤ 0,167 (n = -1; 0) Kết luận: Vậy đoạn MN có vị trí mà vân tối hệ trùng với vân tối hệ Bài 3: Trong thí nghiệm giao thoa Y-âng thực đồng thời hai xạ đơn sắc với khoảng vân thu là: i1 = 0,5 mm; i2 = 0,4 mm Biết bề rộng trường giao thoa mm a Xác định vị trí ảnh mà có vân sáng hệ trùng với vân tối hệ b Xác định số vị trí trường giao thoa mà có vân sáng hệ trùng với vân tối hệ Giải: a Khi vân sáng hệ trùng với vân tối hệ thì: 10 x≡ = xs1 = xt2 ⇔ k1i1 = (2k2 + 1) ⇒ = = = (tỉ số tối giản) ⇒ ⇒ x≡ = xs1 = k1i1 = 2(2n + 1) = 2(2n + 1) 0,5 mm ⇒ x≡ = 2n + (mm) (Với n = 0, ± 1, ± ) Kết luận: Vậy vị trí trùng vân sáng hệ vân tối hệ là: x≡ = 2n + (mm) (Với n = 0, ± 1, ± ) b xt nằm trường giao thoa nên áp dụng công thức (5) ta có: - ≤ x≡ ≤ ⇔ - ≤ (2n + 1) ≤ ⇔ - ≤ (2n + 1) ≤ ⇔ - 1,75 ≤ n ≤ 0,75 (n = -1, ) Kết luận: Vậy có vị trí trường giao thoa mà có vân sáng hệ trùng với vân tối hệ Bài 4: Trong thí nghiệm giao thoa Y-âng thực đồng thời hai xạ đơn sắc với khoảng vân ảnh thu i1 = 0,3 mm i2 = 0,45 mm Bề rộng trường giao thoa mm a Xác định vị trí ảnh mà có vân tối hệ trùng với vân sáng hệ b Xác định số vị trí trường giao thoa mà có vân tối hệ trùng với vân sáng hệ Giải: a Khi vân sáng hệ trùng với vân tối hệ thì: x≡ = xt1 = xs2 ⇔ (2k1 + 1) = k2i2 ⇒ = = = ⇒ ⇒ x≡ = xs2 = k2i2 = (2n + 1) 0,45 ⇒ x≡ = 0,45(2n + 1) (mm) (Với n = 0, ± 1, ± ) Kết luận: Vậy vị trí trùng vân sáng hệ vân tối hệ là: x≡ = 0,45(2n + 1) (mm) (Với n = 0, ± 1, ± ) b xt nằm trường giao thoa nên áp dụng công thức (5) ta có: - ≤ x≡ ≤ ⇔ - ≤ 0,45(2n + 1) ≤ ⇔ - ≤ 0,45(2n + 1) ≤ ⇔ - 3,27 ≤ n ≤ 2,27 (n = 0, ± 1, ± 2, -3) Kết luận: Vậy có vị trí trường giao thoa mà có vân sáng hệ trùng với vân tối hệ Bài 5: Trong thí nghiệm giao thoa Y-âng thực đồng thời ba xạ đơn sắc có bước sóng là: λ1 (vàng) = 0,6 µm, λ2 (lam) = 0,48 µm, λ3(đỏ) = 0,64µm Biết khoảng cách hai khe Y-âng mm; khoảng cách từ hai khe đến m; bề rộng trường giao thoa 30 mm Hai vân sáng hai xạ (hoặc ba vân sáng ba xạ) trùng ta tính vân a Mô tả hình ảnh quan sát b Xác định vị trí trùng ba vân sáng ba hệ vân c Tính khoảng cách hai vân sáng liên tiếp màu với vân sáng trung tâm d Xác định số vị trí trùng ba vân sáng ba hệ vân trường giao thoa 11 e Trong khoảng hai vân sáng liên tiếp có màu giống màu vân trung tâm (không tính hai vân màu vân trung tâm); xác định: e1 Số vân sáng kết trùng vân sáng vàng vân sáng lam; số vân sáng kết trùng vân sáng vàng vân sáng đỏ; số vân sáng kết trùng vân sáng đỏ vân sáng lam e2 Số vân sáng màu vàng, số vân sáng màu lam, số vân sáng màu đỏ e3 Tổng số vân sáng quan sát Giải: a Mô tả hình ảnh quan sát màn: Khi dùng ba xạ thu đồng thời hệ vân đỏ, lam hệ vân vàng Vân trung tâm ba hệ vân trùng nhau, tạo màu tổng hợp đỏ, lam vàng Ngoài vị trí trung tâm có nhiều vị trí khác có trùng vân sáng đỏ, vân sáng lam vân sáng vàng; có nhiều vị trí kết trùng vân sáng vàng vân sáng lam, vân sáng vàng vân sáng đỏ, vân sáng lam vân sáng đỏ (Hình 3) i1 Vàng i2 Lam i3 Đỏ O (Lam + đỏ) (Vàng +lam + đỏ) (Vàng + lam) Kết luận: Như quan sát Hình 37 loại vân sáng: Loại 1: Vân sáng đơn sắc vàng Loại 2: Vân sáng đơn sắc lam Loại 3: Vân sáng đơn sắc đỏ Loại 4: Vân trùng (là kết trùng vân sáng vàng vân sáng lam) Loại 5: Vân trùng (là kết trùng vân sáng vàng vân sáng đỏ) Loại 6: Vân trùng (là kết trùng vân sáng đỏ vân sáng lam) Loại 7: Vân trùng (là kết trùng vân sáng vàng, vân sáng đỏ vân sáng lam) Vân trung tâm vân trùng loại b Khi vân sáng ba hệ vân trùng nhau, ta có: 12 x≡ = xs1 = xs2 = xs3 ⇒ k1i1 = k2i2 = k3i3 ⇒ k1λ1 = k2λ2 = k3λ3 = = = = = = = = Mẫu số chung ⇒ ⇒ ⇒ x≡ = k1i1 = 16n.0,6 = 9,6n (mm) (vớinhỏ n =nhất 0, ± là1,20 ± ) Kết luận: Vậy vị trí trùng ba vân sáng ba hệ xác định công thức: x≡ = 9,6n (mm) (với n = 0, ± 1, ± ) c Khoảng cách ngắn vị trí có màu giống màu vân sáng trung tâm gọi i123: khoảng cách từ vị trí trung tâm (ứng với n = 0) đến vị trí trùng vân sáng ba hệ (ứng với n = ± 1) Ta có i123 = |x≡ - x≡ 0| = 9,6 mm Kết luận: Vậy khoảng cách ngắn vị trí có màu giống màu vân sáng trung tâm i123 = 9,6 mm d Vì x≡ nằm trường giao thoa nên áp dụng công thức (5) ta được: - ≤ x≡ ≤ ⇔ - ≤ 9,6n ≤ ⇒ - 1,5625 ≤ n ≤ 1,5625 ( n = 0; ± 1) Kết luân: Vậy trường giao thoa có vị trí mà có trùng vân sáng ba hệ e1.Trong khoảng hai vị trí trùng liên tiếp (vị trí trung tâm vị trí trùng đầu tiên) vân sáng ba hệ vân có vị trí mà có trùng vân sáng hệ vân sáng hệ 2; vân sáng hệ vân sáng hệ 3; vân sáng hệ vân sáng hệ - Vân sáng hệ trùng vân sáng hệ 2: x1 = x2 ⇒ k1λ1 = k2λ2 ⇒ = = = k10481216k205101520 (m = 0, ± 1, ± ) - Vân sáng hệ trùng vân sáng hệ 3: x1 = x3 ⇒ k1λ1 = k3λ3 ⇒ = = = (u = 0, ± 1, ± ) k1016k3015 - Vân sáng hệ trùng vân sáng hệ 3: x2 = x3 ⇒ k2λ2 = k3λ3 ⇒ = = = (v = 0, ± 1, ± ) Kết luận: Như vây khoảng hai vị trí trùngk liên tiếp 03691215 ( vị trí trung 048121620k tâm: với k1 = k2 = k3 = vị trí trùng đầu tiên: với k1 = 16, k2 = 20, k3 = 15 ) vân sáng ba hệ vân có: + vị trí trùng vân sáng vàng vân sáng lam (ứng với k1 = 4, 8, 12 k2 = 5, 10, 15) 13 + Không có vân vàng trùng với vân đỏ + vị trí trùng vân sáng lam vân sáng đỏ (ứng với k2 = 4, 8, 12, 16 k3 = 3, 6, 9, 12) Tổng số vị trí trùng là: Nt = + + = e2 - Trong khoảng hai vị trí trùng liên tiếp ( vị trí trung tâm vị trí trùng đầu tiên) ba hệ vân có 15 vân màu vàng Trong có vân vàng trùng với vân lam (theo kết câu e1) Vậy nên lại là: 15 - = 12 vân sáng đơn sắc vàng - Làm tương tự ta có số vân sáng đơn sắc lam là: 19 - = 12 - Số vân sáng đơn sắc đỏ là: 14 - = 10 Kết luận: Như khoảng hai vị trí trùng liên tiếp ( vị trí trung tâm vị trí trùng đầu tiên) ba hệ vân có: 12 vân màu vàng, 12 vân màu lam 10 vân màu đỏ Tổng số vân sáng đơn sắc là: NĐS = 12 +12 +10 = 34 e3 Tổng số vân sáng quan sát khoảng hai vị trí trùng liên tiếp ba hệ vân là: N = NĐs + Nt = 34 + = 41 Kết luận: Như khoảng hai vị trí trùng liên tiếp (vị trí trung tâm vị trí trùng đầu tiên) ba hệ vân có tổng 41 vân sáng Bài 6: 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 Giải: Vì đầu A B vân sáng nên: + Số vận sáng hệ đoạn AB là: N1 = + = 73 + Số vận sáng hệ đoạn AB là: N2 = + (*) + Số vân sáng quan sát đoạn AB giao thoa đồng thời hai ánh sáng đơn sắc là: N = N1 + N2 - N≡ ⇒ N2 = N + N≡ - N1 = 109 + 19 - 73 = 55 Thay số vào (*) ta tìm i2 = 0,64 mm Bài 7: Thực hiên giao thoa ánh sáng với nguồn gồm hai thành phần đơn sắc nhìn thấy có bước sóng λ1 = 0,64μm; λ2 Trên hứng vân giao thoa, hai vân gần màu với vân sáng trung tâm đếm 11 vân sáng.Trong đó, số vân xạ λ1 xạ λ2 lệch vân, bước sóng λ2 là: A 0,45μm B 0,4μm C 0,72μm D 0,54μm Giải: Trong khoảng hai vân gần màu với vân sáng trung tâm ta có: N1 = ⇒ 8λ1 = 5λ2 ⇒ λ2 = 1,024 µm (loại) 14 N1 + N2 = 11 N2 = ⇒ N1 - N2 = ± N1 = ⇒ 5λ1 = 8λ2 ⇒ λ2 = 0,4 µm N2 = Kết luận: Vậy λ2 = 0,4 µm Lưu ý: Ở toán cần phải lưu ý với học sinh lấy kết λ = 1,024 µm không thỏa mãn với toán (vì với λ2 = 1,024 µm xạ không nhìn thấy được) Bài 8: Giao thoa Y-âng thực với nguồn ánh sáng có hai xạ đơn sắc λ1 λ2 = 0,72µm Người ta thấy vân sáng bậc λ trùng với vân sáng λ2 vân tối thứ λ2 trùng với vân tối λ1 Biết 0,4µm ≤ λ1 ≤ 0,76µm Bước sóng λ1 A 0,4µm B 0,48µm C 0,56µm D 0,64µm Giải: + Ta cần xét nửa trường giao thoa với x > + Vị trí vân sáng bậc λ1 trùng với vân sáng λ2: 9λ1 = kλ2 ⇒ λ1 = 0,08k (µm) k λ1(µm) 0,08 0,16 0,24 0,32 0,4 0,48 0,56 0,64 0,72 10 0,8 + Vị trí vân tối bậc λ2 trùng với vân tối λ1 : (m + 0,5)λ1 = 2,5λ2 ⇒ λ1 = (µm) m λ1(µm) 3,6 1,2 0,72 0,51 0,4 0,33 + Từ bảng trên, đồng thời kết hợp với điều kiện toán (Đk: 0,4µm ≤ λ1 ≤ 0,76µm) ta kết λ1 = 0,4 (µm) IV HIỆU QUẢ CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐỐI VỚI HOẠT ĐỘNG GIÁO DỤC, VỚI BẢN THÂN, ĐỒNG NGHIỆP VÀ NHÀ TRƯỜNG: Qua trình nghiên cứu đưa thử nghiệm, nhận thấy học sinh có tiến rõ rệt giải toán vân trùng phần giao thoa ánh sáng Điều thể rõ qua thái độ học sinh môn học; đặc biệt làm tập Trước học làm tập phần giao thoa ánh sáng có nhiều xạ thường diễn trầm nặng nề Nhưng thực nhận thấy hứng khởi, tích cực học sinh, em tỏ hăng hái có ý thức tự tìm tòi chiếm lĩnh kiến thức 15 Trong năm học 2015 – 2016 tham gia giảng dạy hai lớp 12 (12A4 12A6: hai lớp có khả học tập nhau).Tôi tiến hành thử nghịêm lớp 12A6 kết đạt sau: - Về mặt ý thức học tập: + Lớp 12A4: Hầu hết em tỏ không tích cực học, tham gia phát biểu ý kiến xây dựng bài, không mạnh dạn, thiếu tự tin làm tập + Lớp 12A6: Nhìn chung phong trào học lớp sôi hẳn lên, em tích cực xây dựng bài, say mê học hỏi, không cảm giác sợ sệt e dè trước Kết thu từ kiểm tra 15 phút sau: Chất lượng Lớp 12A6 Điểm loại khá, giỏi 84% Điểm loại trunh bình 14% Điểm loại yếu 12A4 55% 37% 8% 2% Đặc biệt nhận thấy kết lần kiểm tra chất lượng ôn thi cho kì thi trung học phổ thông quốc gia có nâng lên rõ rệt C KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ: Kết luận: Qua thực tiễn ôn luyện, bồi dưỡng học sinh nhận thấy : - Nếu học sinh có kiến thức tốt, có tố chất thông minh mà không bồi dưỡng nâng cao tốt; không rèn luyện cách hiệu hiệu Để bồi dưỡng học sinh đạt hiệu giáo viên cần 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 thời 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 - Mặc dù cố gắng đúc rút kinh nghiệm trình dạy học, khai thác triển khai nội dung đề tài để giới thiệu với em học sinh đồng nghiệp, song chuẩn bị có nhiều hạn chế, chắn không tránh khỏi có sai sót Rất 16 mong trao đổi, góp ý chia sẻ kinh nghiệm quý đồng nghiệp để đề tài hoàn chỉnh Kiến nghị: Do tính chất thi trắc nghiệm, nên hầu hết học sinh dường tải với việc học Vì trình giảng dạy giáo viên nên người định hướng giúp em học sinh phát vấn đề giải vấn đề hướng dẫn thầy Làm vừa giải tỏa áp lực cho em, vừa tạo hứng thú cho em say mê học tập Qua tìm hiểu, biết ngành giáo dục tỉnh có nhiều thầy cô giáo có nhiều kinh nghiệm, sáng tạo dạy học, có nhiều đề tài sáng kiến kinh nghiệm có tính thực tiễn cao Tôi mong muốn Sở GD&ĐT tuyển tập đề tài sáng kiến kinh nghiệm hay để tạo thành tập san chuyên môn cho toàn thể giáo viên học sinh vận dụng trình dạy học XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG Thanh Hóa, ngày 15 tháng năm 2016 ĐƠN VỊ CAM KẾT KHÔNG COPY (Tác giả ký ghi rõ họ tên) TÀI LIỆU THAM KHẢO Đề thi tuyển sinh Đại học môn Vật lý năm ( từ năm 2008 đến 2015) Đề thi Học sinh giỏi môn Vật lý tỉnh Thanh Hóa từ năm 2009 đến năm 2016 Các Website: thuvienvatly.com ; violet.vn ; hocmai.vn Sách giáo khoa sách tâp vật lý lớp 12 Sách luyện giải tập trắc nghiệm vật lý thầy Chu Văn Biên 17 MỤC LỤC Mục A Nội dung Trang 1 1 1 2 I II Mở đầu Lí chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Nội dung sáng kiến kinh nghiệm Cơ sở lí luận sáng kiến kinh nghiệm Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh III nghiệm Thuận lợi Khó khăn Các giải pháp sử dụng để giải vấn đề Các yêu cầu chung Phân loại tập thiết lập công thức tổng quát theo 2 3 dạng Kiến thức giao thoa ánh sáng với khe Young 3 B 18 IV Các dạng toán Các ví dụ cụ thể dạng toán Hiệu sáng kiến kinh nghiệm với hoạt động giáo 17 dục, với thân Kết luận, nghị SỞ kiến GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA Kết luận TRƯỜNG THPT SẦM SƠN Kiến nghị - 18 18 18 C  SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM GIÚP HỌC SINH KHÁ, GIỎI ÔN LUYỆN CÁC DẠNG BÀI TẬP PHẦN GIAO THOA SÓNG ÁNH SÁNG CÓ NHIỀU BỨC XẠ Người thực hiện: Trần Thị Duyên Chức vụ: Giáo viên SKKN thuộc lĩnh vực ( môn ): Vật lý 19 THANH HÓA NĂM 2016 20 ... định: e1 Số vân sáng kết trùng vân sáng vàng vân sáng lam; số vân sáng kết trùng vân sáng vàng vân sáng đỏ; số vân sáng kết trùng vân sáng đỏ vân sáng lam e2 Số vân sáng màu vàng, số vân sáng màu... vân sáng vàng vân sáng đỏ) Loại 6: Vân trùng (là kết trùng vân sáng đỏ vân sáng lam) Loại 7: Vân trùng (là kết trùng vân sáng vàng, vân sáng đỏ vân sáng lam) Vân trung tâm vân trùng loại b Khi vân. .. có nhiều vị trí khác có trùng vân sáng đỏ, vân sáng lam vân sáng vàng; có nhiều vị trí kết trùng vân sáng vàng vân sáng lam, vân sáng vàng vân sáng đỏ, vân sáng lam vân sáng đỏ (Hình 3) i1 Vàng