Vật lý 12 Định hướng giải bài tập chương sóng ánh sáng

Giúp các bạn có được định hướng khi giải các bài tập cơ bản về sóng ánh sáng để các bạn không bị mất điểm trong chương nàyTrong file này sẽ hướng dẫn cũng như làm mẫu rất chi tiết cách tìm vân sáng, vân tối, số vân sáng, số vân sáng trên trường giao thoa đối xứng và không đối xứng thường thấy trong các đề thi

Các vấn đề chương sóng ánh sáng Vấn đề 1: Dựa vào đại lượng biết tìm đại lượng chưa biết * Cơng thức: i   D a Trong đó: i : khoảng vân (m) D: khoảng cách từ khe đến quan sát (m ) a : khoảng cách khe (m) : bước sóng ánh sáng (m) * Lưu ý: để đồng mặt đơn vị bạn nên chuyển tất đại lượng đơn vị (m) thực tính tốn * Một số ví dụ Bài 1: Thực giao thoa ánh sáng với hai khe Young S1 S2 biết S1S = mm Ánh sáng có bước sóng   0,6m Màn quan sát cách khe D = 2m Khoảng vân là: A 1,2 mm B mm C mm D 2,2 mm Hướng dẫn:  D 0,6.106.2 3   1, 2.10 Ta có cơng thức : i  a 1.103 Vậy đáp án A * Lưu ý: 1mm  1.103 m 1 m  1.106 m 1nm  1.109 m pm  1.1012 m Bài 2: Trong thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng đơn sắc, khoảng cách hai khe mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến quan sát m khoảng vân 0,8 mm Tần số ánh sáng đơn sắc dùng thí nghiệm A.5,5.1014 Hz B.4,5.1014 Hz D C.7,5.1014 Hz D.6,5.1014 Hz ia 0,8.103.1.103 Hướng dẫn: i      0, 4.106 m a D c c 3.10    f    7,5.1014 Hz Mà 6 f  0, 4.10 Vậy đáp án C v Lưu ý: Trong chương sóng biết cơng thức   , trường hợp giao thoa ánh f sáng v  c  3.108 m / s Vấn đề 2: Vân sáng vân tối giao thoa • Cơng thức Vân sáng Vân tối Điều kiện d  d1  k 1  d  d1   k    2  Vị trí x s(k )  k D a  D  x t (k )   k   2 a  Trong đó: D  i : khoảng vân a k : số bậc vân giao thoa Nhìn vào biểu thức d  d1  k , k = d  d1  Như k = (tức O) ta có vân sáng vân sáng gọi vân sáng trung tâm * Khoảng cách vân sáng liêp tiếp Công thức: x s(k 1)  x s(k )   k  1 i  ki  i * Khoảng cách vân sáng (vân tối) liên tiếp Công thức:  x s(k  2)  x s(k 1)    x s(k 1)  x s(k )        k   i   k  1 i   k  1 i  ki  2i * Cơng thức tổng qt tính khoảng cách n vân sáng liên tiếp Công thức: x s(k  n 1)  x s(k )  (k  n  1)i  ki  (n  1)i Lưu ý: Các vân tối chứng minh tương tự cho kết - Nói cách dễ hiểu sau: Nếu đề kêu tính khoảng cách n vân sáng (vân tối) liên tiếp ta bạn nhớ x   n  1 i - Trong trường hợp mà lỡ lúc bạn quên bạn đừng ngần ngại lấy giấy vẽ vân sáng (vân tối) đếm khoảng cách i xong * Xác định vị trí vân sáng (vân tối) Giả sử M có vị trí cách vân sáng trung tâm ( k=0) x M Nếu: x M  k (nguyên) M vân sáng thứ k i Nếu x M  k  0,5 (bán nguyên) M vân tối thứ k i * Tìm khoảng cách vân sáng x  xs ( k )  xs ( k ) Vân tối tương tự * Một số ví dụ Bài 1: Trong thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng, hai khe Young cách 3mm chiếu ánh sáng đơn sắc có bước sóng   0,6m Các vân giao hứng đặt cách khe m Tại điểm M cách vân trung tâm 1,2 mm A Vân sáng bậc B Vân tối thứ C Vân sáng bậc D Vân sáng bậc Hướng dẫn: - Trong toán giao thoa ánh sáng, bước ln tính khoảng vân i 6  D 0,6.10 4 - i   4.10 m 3 a 3.10 x M 1, 2.103  3 - Xét vị trí M: 4 i 4.10 Vậy đáp A Bài 2: Trong thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng, hai khe Young cách 3mm chiếu ánh sáng đơn sắc có bước sóng   0,6m Các vân giao hứng đặt cách khe m Tại điểm N cách vân trung tâm 1,8 mm A Vân sáng bậc B Vân tối thứ C Vân tối thứ D Vân sáng bậc Hướng dẫn: 6  D 0,6.10 4 Ta có: i    4.10 m 3 a 3.10 x N 1,8.103   4,5 Xét vị trí N: 4 i 4.10 Vậy đáp C Vấn đề 3: Tìm số vân sáng (vân tối) trường giao thoa - Trường (vùng) giao thoa hiểu đơn giản vùng khơng mà ánh sáng gặp giao thoa làm xuất vân sáng vân tối - Đa số thường ký hiệu L * Tìm số vân sáng (vân tối) trường giao thoa có hai tọa độ x p , x q cho trước Gọi x M điểm cho vân sáng (vân tối) trường giao thoa: x P  x M  x Q x P  ki  x Q bất phương trình xác định số vân sáng x P  (k  0,5)i  x Q bất phương trình xác định số vân tối - Các giá trị k số vân sáng (vân tối) cần tìm L L   x  * Lưu ý: với trường hợp trường giao thoa L đối xứng, tọa độ hai mút M 2 * Một số ví dụ Bài 1: Trong thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng, khoảng cách khe 0,5 mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến m Ánh sáng đơn sắc dùng thí nghiệm có bước só   0,5m Vùng giao thoa rộng 26 mm (vân trung tâm nằm giữa) Số vân sáng là: A 15 B 17 C 13 D 11 D 0,5.106.2   2.103 m Hướng dẫn: i  3 a 0,5.10 - - Vân trung tâm nằm  Trường giao thoa đối xứng, ta áp dụng cơng thức tính số vân sáng:  L  ki  L 2 L L L L Ta có:   ki     k  2 2i 2i 26.103 26.103  k 3 2.2.10 2.2.103  6,5  k  6,5 - k = - 6, - 5, - 4, - 3, - 2, - 1, 0, 1, 2, 3, 4, 5, Vậy có tổng cộng 13 vân sáng Bài 2: Trong thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng, khe hẹp chiếu sáng ánh sáng đơn sắc Khoảng vân 1,2 mm Trong khoảng hai điểm M N phía so với vân trung tâm, cách vân trung tâm mm 4,5 mnm, quan sát A vân sáng vân tối B vân sáng vân tối C vân sáng vân tối D vân sáng vân tối Hướng dẫn: - Trong khoảng hai điểm M N phía so với vân trung tâm, có hiểu hai tọa độ M N -2 mm -4,5 mm (cùng phía âm) mm 4,5 mm (cùng phía dương) - Thơng thường để đơn giản bạn nên chọn phía dương • Tìm số vân sáng x x Ta có: x M  ki  x N  M  k  N i i 2.103 4,5.103  k 3 1, 2.10 1, 2.103  1,67  k  3,75 k= 2, Có vân sáng • Tìm số vân tối xN xM x  (k  0,5)i  x   0,5  k   0,5 Ta có: M N i i 2.103 4,5.103   0,5  k   0,5 3 3 1, 2.10 1, 2.10  2,17  k  4, 25 k =3, Có vân tối Vậy đáp án A * Một số tập cố Bài 1: Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, người ta dùng ánh sáng đơn sắc có bước sóng 600 nm, khoảng cách hai khe 1,5 mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến quan sát m Trên màn, khoảng cách hai vân sáng bậc hai phía vân sáng trung tâm A 6,0 mm B 9,6 mm C 12,0 mm D 24,0 mm D 600.109.3 3 Hướng dẫn: i    1, 2.10 m 3 a 1,5.10 - Do hai vân sáng hai phía vân trung tâm nên chúng có bậc đối nên x s5  x s 5  5i  (5)i  10i Khoảng cách chúng là: 10.1, 2.103  1, 2.102 m  12mm Vậy đáp án C Bài 2: Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa với ánh sáng đơn sắc, khoảng cách hai khe mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến quan sát m Trên màn, khoảng cách vân sáng vân tối gần 0,3 mm Bước sóng ánh sáng dùng thí nghiệm A 0,44μm B 0,58μm C 0,68μm D 0,60μm 1 i  3 x  x  ki  k  i   0,3.10 Hướng dẫn: s t   2   i  0,6.103 D ia 0,6.103.2.10.103 i    0,6.106 m  0,6m a D Vậy đáp án D Bài 3: Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, khoảng cách hai khe mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến quan sát m Nguồn phát ánh sáng gồm xạ đơn sắc có bước sóng khoảng từ 0,40 μm đến 0,76 μm Trên màn, điểm cách vân trung tâm 3,3 mm có xạ cho vân tối? A06 xạ B xạ C xạ D xạ x t a Hướng dẫn x t   k  0,5  D    a D.(k  0,5) 6 6 Mà 0, 4.10    0,76.10 x t a  0, 4.106   0,76.106 D.(k  0,5) 3,3.103.2.103  0, 4.10   0,76.106 2.(k  0,5)  0,12   0.23 k  0,5  4,35  k  0,5  8,33  4,85  k  8,83 k = 5, 6, 7, Vậy có xạ cho vân tối 6 Bài 4: Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa với ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,50 μm, khoảng cách hai khe mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến quan sát m Khoảng cách hai vân sáng liên tiếp A 0,50 mm B 0,25 mm C 0,75 mm D 0,45 mm Hướng dẫn:  D 0,5.106.3 3 i   0,5.10 m 3 a 3.10 Khoảng cách vân liên tiếp là: x   n  1 i  (2  1)i  i Vậy đáp án A Bài 5: Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa với ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,5 μm, khoảng cách hai khe 0,5 mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến m Trên màn, vân sáng bậc cách vân sáng trung tâm A mm B mm C mm D 3,5 mm Hướng dẫn:  D 0,5.106.1 3 i   1.10 m 3 a 0,5.10 3 Vân sáng bậc cách vân trung tâm: x  xs (3)  xs (0)  3i  3.10 Vậy đáp án B Bài 6: Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa với ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,60 μm, khoảng cách hai khe 1,5 mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến quan sát m Trên màn, khoảng cách từ vân sáng bậc đến vân sáng bậc phía so với vân sáng trung tâm A 2,4 mm B 4,8 mm C 1,8 mm D 3,6 mm Hướng dẫn:  D 0,6.106.3 3 i   1, 2.10 m 3 a 1,5.10 x  xs (5)  xs (2)  5i  2i  3i  3.1, 2.103  3,6.103 Vậy đáp án D Bài 7: Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa với ánh sáng đơn sắc, dùng ánh sáng có bước sóng 1  0,6  m quan sát, khoảng cách từ vân sáng trung tâm đến vân sáng bậc 2,5 mm Nếu dùng ánh sáng có bước sóng 2 khoảng cách từ vân sáng trung tâm đến vân sáng bậc 3,6 mm Bước sóng 2 A 0,45  m B 0,52  m C 0,48  m D 0,75  m Hướng dẫn: x1  xs (5)  xs (0)  5i1  2,5.103  i1  0,5.103 m x2  x(9)  xs (0)  9i2  3,6.103  i2  0, 4.103 m 1 D i1   a  i2 2 D 2 a i2 1 0, 4.103.0,6.106 6  2    0, 48.10 i1 0,5.103 Vậy đáp án C Bài 8: Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, hai khe chiếu ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ Nếu điểm M quan sát có vân tối hiệu đường ánh sáng từ hai khe đến điểm M có độ lớn nhỏ A  B  C  D 2 Tại M vân tối, hiệu đường là: d  d1   k    2   Hiệu đường ánh sáng nhỏ k =  Vậy đáp án B ... 0, 4.10 Vậy đáp án C v Lưu ý: Trong chương sóng biết cơng thức   , trường hợp giao thoa ánh f sáng v  c  3.108 m / s Vấn đề 2: Vân sáng vân tối giao thoa • Cơng thức Vân sáng Vân tối Điều... Vậy đáp A Bài 2: Trong thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng, hai khe Young cách 3mm chiếu ánh sáng đơn sắc có bước sóng   0,6m Các vân giao hứng đặt cách khe m Tại điểm N cách vân trung tâm...  (n  1)i Lưu ý: Các vân tối chứng minh tương tự cho kết - Nói cách dễ hiểu sau: Nếu đề kêu tính khoảng cách n vân sáng (vân tối) liên tiếp ta bạn nhớ ln x   n  1 i - Trong trường hợp mà