Các dạng bài tập chương 5 vật lý lớp 12

Gia sư Tài Năng Việt https://giasudaykem.com.vn CÁC DẠNG BÀI TẬP CHƯƠNG VẬT LÝ LỚP 12 SÓNG ÁNH SÁNG Chủ đề 1: GIAO THOA VỚI ÁNH SÁNG ĐƠN SẮC Dạng Khoảng vân; bước sóng ánh sáng đơn sắc: D + Từ định nghĩa: i  a D + i  xs  k i , xt = (k+ )i a + Gọi l chiều dài n vân sáng (vân tối)  l   n –1 i  ia D c 3.108  v v Nếu thí nghiệm tiến hành mơi trường suốt có chiết suất n bước sóng cT  i  ; i'  khoảng vân giảm n lần so với thực khơng khí:  '  v.T  n n n Khoảng vân bước sóng bị thay đổi tần số xạ không đổi Chú ý: Thực thí nghiệm mơi trường có chiết suất n n  Dạng Vị trí vân giao thoa: khoảng cách từ vân đến vân trung tâm D xs  k  ki Vị trí vân sáng: với k = 0, 1, 2… a Khi k = 0, x = vân sáng (vân trung tâm); Vân sáng bậc k = 1, bậc k = 2… D i xt  (2k  1)  (2k  1) Vị trí vân tối: với k = 0, 1, 2… 2a Dạng Tìm tính chất vân điểm M cách vân trung tâm đoạn xM xM i + Nếu tỉ số k M vân sáng bậc k; + Nếu tỉ số k  M vân tối thứ k + Lập tỉ số Dạng Khoảng cách vân:  Bước : Xác định vị trí vân x1 ; x2 theo yêu cầu đề (tính cho miền (+)) + Vân sáng bậc k : xsk  ki + Vân tối thứ n : xtn  (n  0,5)i  Bước : Tìm khoảng cách + Nếu vân nằm phía so với vân trung tâm : x  x2  x1 + Nếu vân khác phía so với vân trung tâm : x  x1  x2 Dạng Tìm số vân sáng tối: Trường hợp 1: Tìm số vân sáng N, vân tối N’ giao thoa có bề rộng L (đối xứng qua vân trung tâm): - Trang - Gia sư Tài Năng Việt https://giasudaykem.com.vn L N =   +  luôn số lẻ  2i   L 1 N =     Số N’ số chẳn  2i  Số vân sáng: Số vân tối : Ví dụ: Bài 1) Trong thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng, hai khe chiếu ánh sáng có bước sóng  , khoảng cách hai khe 1,5mm, khoảng cách từ hai khe đến 2m Khoảng cách vân sáng liên tiếp đo 3mm a Tìm bước sóng ánh sáng đơn sắc dùng b Tìm khoảng cách vân sáng bậc vân sáng bậc c Cho bề rộng miền giao thoa 20,5mm Tìm tổng số vân sáng vân tối quan sát Giải Tóm tắt: a = 1,5mm D = 2m l  3mm a Ta có: n = vân sáng l   1mm  i n 1 1,5.1 D  0, 75 m Mà i     D a b Ta có hai trường hợp: xs3  3i xs7  7i + Trường hợp 1: Hai vân phía vân trung tâm  x  7i  3i  4i  4.1  4mm + Trường hợp 2: Hai vân hai phía vân trung tâm  x  3i   7i   10i  10.1  10mm c Ta có: L = 20,5mm L  20,5  Số vân sáng: N s          21  2i   2.1  L   20,5  Số vân tối: Nt    0,5    0,5  20  2i   2.1  Trường hợp 2: Tìm số vân sáng tối đoạn MN biết M N cách vân trung tâm xM xN Chú ý: M, N phía: xM xN  M, N hai phía: xM xN  1) Số vân sáng đoạn MN: D Vị trí vân sáng khi: xs  k a Mà theo đề bài: xM  xs  x N  xM  k D a  xN axM ax k N D D xM xN  k i i  Số giá trị k (với k  Z ) số vân sáng đoạn MN 2) Số vân tối đoạn MN: - Trang - Gia sư Tài Năng Việt https://giasudaykem.com.vn D Vị trí vân tối khi: xt   k   2 a  Mà theo đề bài: xM  xt  xN  D   xM   k    xN 2 a  ax ax  M  k N  D D xM xN   k  i i Số giá trị k (với k  Z ) số vân tối đoạn MN Ví dụ: Bài 1) Thực giao thoa ánh sáng đơn sắc hai khe Young cách 0,5mm, có bước sóng   0,5 m Hai khe đặt cách 2m a) Bề rộng miền giao thoa 25mm Tìm số vân sáng số vân tối quan sát b) Tại M, N hai phía vân trung tâm, cách vân trung tâm 7mm, 10mm ta có vân gì? Bậc hay thứ ? Có vân sáng, vân tối khoảng M, N Giải  D 0,5.2   2mm a) Ta có: i  a 0,5 Với L = 25mm L  25  Số vân sáng: N s          13  2i   2.2  L   25  Số vân tối: Nt    0,5    0,5  12  2i   2.2  b) Với điểm M : x  7mm  D 0,5.2   2mm Ta có: i  a 0,5 x    3,5  ta có vân tối thứ i Với điểm N : x  10mm  x 10    ta có vân sáng bậc i Số vân sáng vân tối khoảng MN Số vân sáng khoảng MN : x xM  k  N  3,5  k   k  3, , 1,0,1, 4 i i Vậy có vân sáng x x Số vân sáng khoảng MN : M  0,5  k  N  0,5  4  k  4,5  k  3, 2, 1,0,1, 4 i i Vậy có vân tối quan sát - Trang - Gia sư Tài Năng Việt https://giasudaykem.com.vn Dạng Bài toán di chuyển nguồn hay hai khe Young Trường hợp 1: Di chuyển nguồn S theo phương vng góc với S1S2  Khi nguồn sáng S di chuyển theo phương vng góc với S1S2 hệ vân khơng đổi Trường hợp 2: Di chuyển nguồn S theo phương song song với S1S2  Khi nguồn sáng S di chuyển theo phương song song với S1S2 hệ vân di chuyển ngược chiều khoảng vân i S1 S r1 d1 O không đổi z z r2 D x0 x0 z  Độ dời hệ vân là: S2 O’ d L L D Trong đó: D : khoảng cách từ khe tới L : khoảng cách từ nguồn sáng tới khe z : độ dịch chuyển nguồn sáng (áp dụng hệ thức lượng tam giác kiến thức tam giác đồng dạng) Trường hợp 3: Di chuyển lại gần hay xa  Khi nguồn sáng S cố định, dịch chuyển hai khe đến gần (D giảm) xa (D tăng) hệ vân không di chuyển khoảng vân i thay đổi D L x0 z  Độ dời hệ vân là: L Trong đó: D : khoảng cách từ khe tới L : khoảng cách từ nguồn sáng tới khe z : độ dịch chuyển nguồn sáng Ví dụ: 1) Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, hai khe chiếu ánh sáng đơn sắc, khoảng cách hai khe 0,6 mm Khoảng vân quan sát đo mm Từ vị trí ban đầu, tịnh tiến quan sát đoạn 25 cm lại gần mặt phẳng chứa hai khe khoảng vân 0,8 mm Tìm bước sóng ánh sáng dùng thí nghiệm Giải  D1  i1  a D  i1  i2   0, 2mm    0, 48 m   ( D1  D ) D a  i   a  i1  a - Trang - Gia sư Tài Năng Việt https://giasudaykem.com.vn Chủ đề 2: GIAO THOA VỚI ÁNH SÁNG TRẮNG (0,38m    0,76m) Dạng Bề rộng quang phổ bậc k của ánh sáng trắng: Khoảng cách từ vân sáng bậc k màu đỏ tới vân sáng bậc k màu tím gọi x: D x  xk ( d )  xk (t )  k (d  t )  k (id  it ) a Dạng Khoảng cách từ vân đỏ đến vân tím  Bước : Xác định vị trí vân xd xt theo yêu cầu đề (chỉ tính cho miền (+)) + Vân sáng đỏ bậc m : xd  mid + Vân sáng tím bậc n : xt  nit  Bước : Tìm khoảng cách + Nếu vân nằm phía so với vân trung tâm : x  xd  xt + Nếu vân khác phía so với vân trung tâm : x  xd  xt Dạng Tìm xạ cho vân sáng M Điều kiện bước sóng: (0,38m    0,76m) Bước sóng : xM  k D a   Mà: t    d  t   axM kD axM  d kD ax ax k d D t D Với  k  Z  x x  M k M id it Số giá trị k số xạ cho vân sáng M Dạng 10 Số xạ cho vân tối M axM  D  Tương tự ánh sáng bị tắt: xM   k     1 2 a   k  D 2   axM ax  k M  d D t D x x  M  k M  id it Số giá trị k số xạ cho vân tối M - Trang - với k   x2 Gia sư Tài Năng Việt https://giasudaykem.com.vn Chủ đề 3: GIAO THOA VỚI HAI BỨC XẠ ĐƠN SẮC 1 , 2 Khi chiếu vào khe S số ánh sáng đơn sắc khác nhau, ánh sáng đơn sắc cho vân sáng trùng kết người ta quan sát hai hệ vân màu khơng trùng khít lên Ở (x = 0), hai vân sáng chồng lên cho vân sáng có màu tổng hợp Ở hai bên có chỗ có vân sáng màu với vân trung tâm, trùng vân sáng ánh sáng đơn sắc vân sáng trung tâm Dạng 11 Vị trí vân sáng trùng: k1  0;  m;  2m; k  m k1i1  k i   k11  k      k 1 n k  0;  n;  2n; Hoặc ta xác định: Vị trí vân sáng xạ đơn sắc trùng x = x1 = x2 = x3 = … = xn D  D D  D  k1 = k 2 = k 3 = …= k n n a a a a  k1λ1 = k2λ2 = k3λ3 = k4λ4 = = knλn (Với k1, k2, k3,…, kn  Z) Dựa vào phương trình biện luận chọn giá trị k thích hợp, thơng thường chọn k bội số số Chú ý: x  nguyên L Chủ đề 4: TÁN SÁC ÁNH SÁNG Dạng 12 Khúc xạ ánh sáng Bài tập phần tán sắc ánh sáng chủ yếu tập quang hình sử dụng định luật phản xạ, khúc xạ ánh sáng tượng phản xạ toàn phần nên phương pháp giải tương tự giải tập quang hình với lưu ý chiết suất phụ thuộc màu sắc ánh sáng  Định luật phản xạ ánh sáng: Tia phản xạ nằm mặt phẳng tới phía bên pháp tuyến so với tia tới Góc phản xạ góc tới (i’= i)  Định luật khúc xạ ánh sáng: Tia khúc xạ nằm mặt phẳng tới phía bên pháp tuyến so với tia tới Công thức: n1sini = n2sinr S n1 n2 S i I n1 r n2 i I r D D n1 < n2 R n1 > n2 Bài tập ví dụ R 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 0 Ta có: sini = nsinr = nsin(90 – i’) = nsin(90 – i) = ncosi  n = tani = Bài 2) 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 600 Biết chiết suất thủy tinh ánh sáng đỏ 1,51; ánh sáng tím 1,56 Tính góc lệch hai tia khúc xạ thủy tinh Giải Bài 1) - Trang - Gia sư Tài Năng Việt Ta có: sinrd = https://giasudaykem.com.vn sin i sin i = 0,574 = sin350; sinrt = = 0,555 = sin33,70  r = rd – rt = 1,30 nd nt - Trang - ... M, N Giải  D 0 ,5. 2   2mm a) Ta có: i  a 0 ,5 Với L = 25mm L  25  Số vân sáng: N s          13  2i   2.2  L   25  Số vân tối: Nt    0 ,5    0 ,5  12  2i   2.2... sáng tím 1 ,56 Tính góc lệch hai tia khúc xạ thủy tinh Giải Bài 1) - Trang - Gia sư Tài Năng Việt Ta có: sinrd = https://giasudaykem.com.vn sin i sin i = 0 ,57 4 = sin 350 ; sinrt = = 0 ,55 5 = sin33,70... SÁNG Dạng 12 Khúc xạ ánh sáng Bài tập phần tán sắc ánh sáng chủ yếu tập quang hình sử dụng định luật phản xạ, khúc xạ ánh sáng tượng phản xạ toàn phần nên phương pháp giải tương tự giải tập quang