Lý thuyết và phương pháp giải các dạng bài tập chương Sóng ánh sáng Vật lý 12

Chương 5: SÓNG ÁNH SÁNG .3 Chủ đề HIỆN TƯỢNG TÁN SẮC ÁNH SÁNG A TĨM TẮT LÍ THUYẾT Thí nghiệm tán sắc ánh sáng Niu−tơn (1672) .3 Thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc Niu−tơn 3 Giải thích tượng tán sắc 4 Ứng .4 B PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG TOÁN Dạng BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN NGUYÊN NHÂN CỦA HIỆN TƯỢNG TÁN SẮC BÀI TẬP TỰ LUYỆN Dạng BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN TÁN SẮC 13 Tán sắc qua lưỡng chất phẳng 13 Tán sắc qua mặt song song 14 Tán sắc qua thấu kính: 14 Tán sắc qua giọt nước: 16 BÀI TẬP TỰ LUYỆN 16 Chủ đề GIAO THOA ÁNH SÁNG 22 A TĨM TẮT LÍ THUYẾT 22 Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng 22 Hiện tượng giao thoa ánh sáng 22 − Giải thích: 22 c Khoảng vân .22 B PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG TOÁN 23 Dạng BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN GIAO THOA VỚI ÁNH SÁNG ĐƠN SẮC 23 Khoảng vân, vị trí vân .23 Thay đổi tham số a D .27 Số vân trường giao thoa đoạn 31 BÀI TẬP TỰ LUYỆN 35 Dạng BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN GIAO THOA VỚI ÁNH SÁNG HỖN HỢP 43 Số vạch sáng trùng giao thoa I−âng đồng thời với λ1, λ2 43 Số vạch sáng nằm vân sáng bậc k1 λ1 vân sáng bậc k2 λ2 46 Biết vân trùng xác định bước sóng 51 Xác định vị trí trùng hai hệ vân 53 Số vị trí trùng hai hệ vân .58 Vạch sáng màu với vạch sáng trung tâm 61 b Trường hợp xạ 70 Giao thoa với ánh sáng trắng 80 Độ rộng vùng tối nhỏ 85 Vị trí gần O có nhiều xạ cho vân sáng 88 BÀI TẬP TỰ LUYỆN 91 Dạng BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN GIAO THOA I−ÂNG THAY ĐỔI CẤU TRÚC 107 Giao thoa môi trường chiết suất n 107 Sự dịch chuyển khe S 109 Bản thủy tinh đặt trước hai khe S1 S2 .114 Dùng kính lúp quan sát vân giao thoa 119 Liên quan đến ảnh vật qua thấu kính hội tụ .120 Các thí nghiệm giao thoa khác I−âng 121 BÀI TẬP TỰ LUYỆN .126 Chủ đề QUANG PHỔ CÁC TIA 137 A TĨM TẮT LÍ THUYẾT 137 I− CÁC LOẠI QUANG PHỎ .137 Máy quang phổ lăng kính 137 a Ống chuẩn trực 137 Quang phổ phát xạ 137 II− TIA HỒNG NGOẠI VÀ TIA TỬ NGOẠI 138 Phát tia hồng ngoại tia tử ngoại 138 Bản chất tính chất chung tia hồng ngoại tử ngoại 139 Tia hồng ngoại 139 III− TIA X  140 Bản chất tính chất tia X .140 B PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG TOÁN 141 BÀI TẬP VỀ GIAO THOA VỚI CÁC TIA HỒNG NGOẠI, TỬ NGOẠI, RƠNGHEN .141 BÀI TẬP TỰ LUYỆN .142 Chương 5: SÓNG ÁNH SÁNG Chủ đề 16 HIỆN TƯỢNG TÁN SẮC ÁNH SÁNG A TĨM TẮT LÍ THUYẾT Thí nghiệm tán sắc ánh sáng Niu−tơn (1672) + Vệt sáng F’ M bị dịch xuống phía đáy lăng kính, đồng thời bị trải dài thành dải màu sặc sỡ + Quan sát màu chính: đỏ, da cam, vàng, lục, làm, chàm, tím (tia đỏ lệch tia tím lệch nhiều nhất) + Ranh giới màu không rõ rệt − Dải màu quan sát quang phổ ánh sáng Mặt Trời hay quang phổ Mặt Trời − Ánh sáng Mặt Trời ánh sáng trắng − Sự tán sắc ánh sáng phân tách chùm ánh sáng phức tạp thành chùm sáng đơn sắc Thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc Niu−tơn − Cho chùm sáng đơn sắc qua lăng kính → tia ló lệch phía đáy khơng bị đổi màu Vậy: ánh sáng đơn sắc ánh sáng khơng bị tán sắc truyền qua lăng kính Giải thích tượng tán sắc − Ánh sáng trắng ánh sáng đơn sắc, mà hỗn hợp nhiều ánh sáng đơn sắc có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím − Chiết suất thuỷ tinh (môi trường suốt) biến thiên theo màu sắc ánh sáng tăng dần từ màu đỏ đến màu tím − Vì góc lệch tia sáng khúc xạ qua lăng kính tăng theo chiết suất, nên chùm tia sáng có màu khác chùm sáng tới bị lăng kính làm lệch với góc khác nhau, ló khỏi lăng kính chúng khơng cịn trùng Do đó, chùm ló bị xịe rộng thành nhiều chùm đơn sắc Ứng dụng − Giải thích tượng như: cầu vồng bảy sắc, ứng dụng máy quang phổ lăng kính B PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG TỐN Bài tốn liên quan đến ngun nhăn tượng tán sắc Bài toán liên quan đến tán sắc.  Dạng BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN NGUYÊN NHÂN CỦA HIỆN TƯỢNG TÁN SẮC Chiết suất tuyệt đối môi trường suốt: n= c cT l = = v vT l ' ( l l ' bước sóng chân khơng mơi trường đó) Sự tán sắc ánh sáng phân tách chùm ánh sáng phức tạp thành chùm sáng đơn sắc Nguyên nhân tượng tán sắc đo chiết suất môi trường suốt phụ thuộc màu sắc ánh sáng tăng dần từ màu đỏ đến màu tím: n đị < nda cam rvàng > rlục > rlam> rchàm > rtím n = 1,1 = � Chọn C Ví dụ 6: Chiếu xiên từ khơng khí vào nước chùm sáng song song hẹp (coi tia sáng) gồm ba thành phần đơn sắc: đỏ, vàng tím Gọi r đ, rv, rt góc khúc xạ ứng với tia màu đỏ, tia màu vàng tia màu tím Hệ thức A rv = rt = rđ B rt < rv < rđ C rđ < rv < rt D rt < rđ < rv Hướng dẫn rđỏ > rdamcam > rvàng > rlục > rlam> rchàm > rtím � Chọn B Ví dụ 7: Một ánh sáng đơn sắc màu lam có tần số f truyền từ chân không vào chất lỏng có chiết suất 1,5 ánh sáng Trong chất lỏng trên, ánh sáng có A màu tím tần số f B màu lam tần số l,5f C màu lam tần số f D màu tím tần số l,5f Hướng dẫn Tần số màu sắc ánh sáng không phụ thuộc vào môi trường, nghĩa ánh sáng tmyền tù môi trường sang mơi trường khác tần số màu sắc khơng đổi � Chọn C Ví dụ 8: Phát biểu sau sai? A Trong chân không, ánh sáng đơn sắc có bước sóng xác định B Trong chân không, ánh sáng đơn sắc khác truyền với tốc độ C Trong chân không, bước sóng ánh sáng vàng nhỏ bước sóng ánh sáng tím D Trong ánh sáng hẳng có vô số ánh sáng đơn sắc Hướng dẫn Trong mơi trường định ln có: λđỏ > λda cam > λvàng > λlục > λlam > λchàm > λtím Trong chân khơng, bước sóng ánh sáng vàng lớn bước sóng ánh sáng tím � Chọn C Ví dụ 9: Phát biểu sau sai nói ánh sáng đơn sắc? A Ánh sáng đơn sắc ánh sáng không bị tán sắc qua lăng kính B Trong mơi trường truyền (có chiết suất tuyệt đối lớn 1), vận tốc ánh sáng tím nhỏ vận tốc ánh sáng đỏ C Trong chân không, ánh sáng đơn sắc khác tmyền với vận tốc D Chiết suất môi trường suốt ánh sáng lục lớn chiết suất môi trường ánh sáng tím Hướng dẫn Căn vào nđỏ < nda cam < nvàng λvàng > λlục > λlam > λchàm > λtím Trong chân khơng, bước sóng ánh sáng vàng lớn bước sóng ánh sáng tím � Chọn C Ví dụ 9: Phát biểu sau sai nói ánh sáng đơn sắc? A Ánh sáng đơn sắc ánh sáng