conduongcoxua welcome to my blog

Cụ thể, chuyên đề đã giúp các em học sinh khắc sâu một số kiến thức cơ bản về giao thoa ánh sáng với khe Young, đồng thời đưa ra một hệ thống những bài tập minh họa đa dạng vừa cơ bản, v[r]

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

PHÂN LOẠI VÀ CÁCH GIẢI MỘT SỐ BÀI TOÁN VỀ GIAO THOA ÁNH SÁNG VỚI KHE YOUNG ( Y–ÂNG)

I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Vật lý học môn khoa học làm tảng cung cấp sở lý thuyết cho số môn khoa học ứng dụng Môn Vật lý nghiên cứu vật, tượng xảy hàng ngày, có tính ứng dụng thực tiễn Tuy nhiên đa số học sinh cịn thấy mơn Vật lí mơn học khó, đặc biệt việc vận dụng công thức, định luật vào làm tập vật lý Lý dẫn tới khó khăn học sinh là:

Thứ đặc thù môn học vật lý, đại lượng biểu diễn kí hiệu cơng thức vật lý, từ giá trị giải tập, học sinh cần phải tái ý nghĩa vật lý đại lượng tương ứng Thứ hai thời gian tiết học lý thuyết có hạn nên học sinh lúc vừa quan sát tượng vừa khái quát ghi nhớ vận dụng kiến thức tiếp thu để giải tập, mà phân phối chương trình số tiết tập lại Đa phần em tiếp thu phần lý thuyết mà khơng có điều kiện vận dụng luyện tập lớp gặp tập địi hỏi phải có suy luận em lúng túng giải trở nên chán thường có tư tưởng chờ thầy giải chép

Vậy phải làm để giúp học sinh vượt qua khó khăn học làm tập Vật lý? Có nhiều biện pháp giáo viên sử dụng phối hợp nhằm tạo hứng thú, khắc sâu kiến thức cho học sinh giúp học sinh học tốt môn Vật lý như: phần lý thuyết giảng dạy ngắn ngọn, xúc tích, liên hệ nhiều với thực tiễn, tập yêu cầu học sinh tự học, biện pháp thiếu q trình giảng dạy tổng hợp kiến thức để phân loại dạng tập chương, đồng thời hướng dẫn cách giải cụ thể cho dạng Việc phân loại dạng tập hướng dẫn cách giải làm cụ thể hóa lượng kiến thức chương giúp em học sinh củng cố kiến thức chủ động tìm cách giải nhanh nhất, hiệu làm tập

Xuất phát từ thực tế trên, với số kinh nghiệm trình giảng dạy qua tham khảo số tài liệu, chọn đề tài “ PHÂN LOẠI VÀ CÁCH GIẢI MỘT SỐ BÀI TOÁN VỀ GIAO THOA ÁNH SÁNG VỚI KHE YOUNG (Y-ÂNG)” để giúp em học sinh hiểu bài, nhanh chóng nắm cách giải chủ động gặp tập dạng

Bài tập Giao thoa ánh sáng có nhiều dạng Trong nội dung viết chỉ tập trung vào dạng tập giao thoa ánh sáng với khe Young

II TỔ CHỨC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI A CƠ SỞ LÝ LUẬN

- Bài toán giao thoa ánh sáng với khe Young đưa trong: sách giáo khoa Vật lý 12 ( 25 - chương trình chuẩn 36, 37 - chương trình nâng cao); sách Bài tập Vật lý 12 (chương trình chuẩn nâng cao) số sách tham khảo số tiết tập vận dụng lớp thực theo Phân phối chương trình nên học sinh khơng luyện tập nhiều tập dạng

- Nội dung chuyên đề đề cập đến đề tài Phân loại cách giải

các dạng tốn quang sóng tổ Vật lý thực năm 2010 chưa cụ thể và

tổng quát Trong viết tổng hợp dạng tập giao thoa ánh

sáng với khe Young từ phân loại cụ thể, chi tiết, tổng quát kèm theo là

các ví dụ minh họa luyện tập đa dạng theo mức độ khác bản, hay khó

B NỘI DUNG, BIỆN PHÁP THỰC HIỆN CÁC GIẢI PHÁP CỦA ĐỀ TÀI

Phần I TÓM TẮT LÝ THUYẾT

Những vị trí mà hai sóng ánh sáng tăng cường lẫn tạo nên vân sáng, những vị trí mà hai sóng ánh sáng triệt tiêu lẫn tạo nên vân tối 2 Ánh sáng đơn sắc ánh sáng có màu định (bước sóng xác định ), khơng bị tán sắc truyền qua lăng kính

3 Ánh sáng trắng hỗn hợp nhiều ánh sáng đơn sắc có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím

4 Thí nghiệm I-âng giao thoa ánh sáng:

Nguồn sáng F chiếu sáng hai khe F1, F2 cách F, M

- Khi nguồn F nguồn sáng trắng M có hệ vân nhiều màu

- Khi nguồn F nguồn sáng đơn sắc M có vạch sáng màu tối xen kẽ

a khoảng cách hai khe sáng F1, F2

D khoảng cách từ hai khe sáng F1, F2 đến hứng vân

 bước sóng ánh sáng

- Hiệu đường hai sóng ánh sáng d =

ax

d d

D

 

- Khoảng vân: khoảng cách hai vân sáng hai vân tối liên tiếp: i =

D a



- Vị trí vân sáng: xs = k

D a



= ki

k bậc giao thoa (k = vân sáng trung tâm; k = ± vân sáng bậc 1; k = ± vân sáng bậc 2; …)

- Vị trí vân tối: xt = (k + 2

)

D a



= (k +

)i

(k = k = -1: vân tối thứ nhất; k = k = -2 vân tối thứ 2; …)

- Khoảng cách n vân sáng ( n vân tối ) liên tiếp: d = (n - 1)i - Khoảng cách từ vân sáng bậc k1 đến vân sáng bậc k2:

xk1k2i vân khác phía với vân sáng trung tâm

xk2 k1i vân phía với vân sáng trung tâm

- Xác định loại vân, bậc vân điểm M có tọa độ xM i k

xM



(k Z) điểm M có vân sáng bậc k

1  k

i xM

(k Z) điểm M có vân tối

Phần II PHÂN LOẠI VÀ CÁCH GIẢI MỘT CÁC DẠNG BÀI TẬP VỀ GIAO THOA ÁNH SÁNG VỚI KHE YOUNG (Y-ÂNG)

( CĨ BÀI TẬP VÍ DỤ KÈM THEO MỖI DẠNG ) Dạng I Giao thoa với ánh sáng đơn sắc: Cách giải: Áp dụng cơng thức tính:

- Khoảng vân: i =

D a



- Vị trí vân sáng: xs = k

D a



= ki,

- Vị trí vân tối: xt = (k + 2

)

D a



= (k + 2

)i

- Khoảng cách n vân sáng ( n vân tối ) liên tiếp: d = (n - 1)i - Khoảng cách từ vân sáng bậc k1 đến vân sáng bậc k2:

xk1k2i vân khác phía với vân sáng trung tâm. xk2 k1i vân phía với vân sáng trung tâm.

Hướng dẫn giải

a Khoảng vân: i =

D a



=  m

3

6

10 , 10

,

8 10 ,

0 

 



= 0,9 (mm) b Vị trí vân sáng bậc 3: xS3  3i = 2,7.10-3(m)

Vị trí vân tối thứ 5: xT5  4,5i = 4,05.10-3(m)

c Khoảng cách từ vân sáng bậc đến vân sáng bậc phía vân sáng trung tâm là: x( 6 2)i = 4i = 3,6.10-3(m)

Cách giải: Tính i

xM

- Nếu i k xM



(k Z) điểm M có vân sáng bậc k

- Nếu

1  k

i xM

(k Z) điểm M có vân tối.

Chú ý: thương i xM

số ngun hay bán ngun M khơng có vân sáng hay vân tối.

Ví dụ I.1

Trong thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng, khoảng cách khe sáng a = 1,2mm, quan sát cách mặt phẳng chứa khe khoảng D = 1,8m, ánh sáng có bước sóng  = 0,6m

a Tính khoảng vân

b.Xác định vị trí vân sáng bậc vân tối thứ

c Xác định khoảng cách từ vân sáng bậc đến vân sáng bậc phía vân sáng trung tâm

Hướng dẫn giải: + Khoảng vân: i =

D a



=

6

3

0,55.10

1,1.10 ( ) 1,1( )

10 m mm





  

+ Nếu 1,1 3,5

85 ,

 

i xM

 điểm M có vân tối thứ 4.

+ Nếu 1,1

8 ,

 

i xN

 điểm M có vân sáng thứ 8.

Cách giải:

Trường hợp 1: Tìm số vân sáng, vân tối quan sát trường giao thoa bề rộng L.

- Tính i n b n b L

, ,

2   

( n phần nguyên, b chữ số lẻ thập phân thương số) - Số vân sáng NS = 2n + ( kể vân sáng trung tâm )

- Số vân tối: NT = 2n b < 5; NS = (n + 1) b ≥

Trường hợp 2: Tìm số vân sáng, vân tối quan sát đoạn MN của trường giao thoa.

- Vân sáng bậc k đoạn MN có tọa độ xk = k.i thỏa mãn xM xk xN Nên số

vân sáng đoạn MN số giá trị k thỏa mãn: i x k i

xM N

 

Nếu tính số vân sáng khoảng MN k thỏa mãn i x k i

xM N

 

- Vân tối thứ k đoạn MN có tọa độ xk =

i

k 

    



thỏa mãn xM xk xN Nên

số vân tối đoạn MN số giá trị k thỏa mãn: 2

1

   

i x k i

xM N

Nếu tính số vân tối khoảng MN k thỏa mãn 2

1

   

i x k i

xM N

Ví dụ I.2

Người ta thực giao thoa ánh sáng với khe Young F1, F2 biết hai khe cách

nhau a = 1mm Ánh sáng có bước sóng  = 0,55m, quan sát đặt cách khe khoảng D = 2m Điểm M N quan sát cách vân sáng trung tâm khoảng 3,85mm 8,8mm vân sáng hay vân tối thứ bao nhiêu?

Hướng dẫn giải a Khoảng vân: i =

D a



= 0,75mm 10

10 ,

0 3

 

b Số vân sáng, vân tối: 2.0,75 20

30 2i  

L

+ Số vân sáng là: NS = 2.20 + = 41 ( kể vân sáng trung tâm) + Số vân tối: NT = 2.20 = 40

c Thay ánh sáng ánh sáng có bước sóng ’ = 0,6m thì:

Khoảng vân i’ = i i i mm

i a

D

9 , ' ' ' '

     

  

Lập tỷ số 2.0,9 16,7 16

30 '

2i   

L

+ Số vân sáng N’S = 2.16 + = 33 ( kể vân sáng trung tâm) + Số vân tối: N’T = 2.(16+1) = 34

Vậy số vân sáng, vân tối giảm

Hướng dẫn giải :

a Khoảng vân : a m

D

i

3

10 75 10

3 10



 

 



b Ta có : 2.0,75.10 19,2

10 88 ,

2

2 

 



i L

Số vân sáng : Ns = 2.n + = 2.19 + = 39 vân sáng

Ví dụ I.3.1

Trong thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng, khoảng cách khe sáng F1,

F2 a = 2mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa khe đến D = 3m, ánh sáng

có bước sóng  = 0,5m Bề rộng giao thoa trường 31cm a Tính khoảng vân

b Tìm số vân sáng, vân tối quan sát

c Thay ánh sáng ánh sáng có bước sóng ’ = 0,6m số vân sáng tăng hay giảm

Ví dụ I.3.2: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng Young, khoảng cách hai khe

S1S2 a = 2mm, khoảng cách từ S1S2 đến D = 3m, bước sóng ánh sáng

0,5m Bề rộng giao thoa trường 2,88cm a Tính khoảng vân

b Tìm số vân sáng vân tối quan sát giao thoa trường

Số vân tối : Nt = 2.n = 2.19 = 38 vân tối c Số vân sáng MN:

          3 10 75 , 10 25 , 10 75 , 10 , k i x k i

xM N

66 , 16 66

,

6 k 

Có 10 giá trị k thỏa mãn  có 10 vân sáng MN.

Số vân tối đoạn MN:

              10 75 , 10 25 , 10 75 , 10 , 2 3 k i x k i

xM N

17 , 17 17

,

7 k 

Có 10 giá trị k thỏa mãn  có 10 vân tối đoạn MN.

Cách giải:

Tính bước sóng theo cơng thức: D ai

 

Như muốn tính  ta phải xác định khoảng vân i trước. Chú ý: Biết vị trí vân hay khoảng cách vân ta tính i:

- cho vị trí vân sáng bậc k : x = ki  i = k x

- cho vị trí vân tối thứ k: xt = (k - 2

)i  i = 

k x

- cho L bề rộng n khoảng vân liên tiếp: L = n.i  i = n L

- Cho d khoảng cách n vân sáng ( n vân tối ) liên tiếp:

d = (n - 1)i  n

d i

- Cho khoảng cách từ vân sáng bậc k1 đến vân sáng bậc k2:

 

2 k k x i i k k x       

( vân khác phía với vân sáng trung tâm ).

xk2 k1i k2 k1

x i    

( vân phía với vân sáng trung tâm ).

Dạng I.4: Xác định bước sóng ánh sáng.

Ví dụ I.4.1

Hướng dẫn giải

xt3 = 2,5i mm  m

x

i t3 1,8 1,8.10

5 ,

5 , ,

  

  

 m D

ai 3 0,6.10

3 10 ,

10 

 

 

 

Hướng dẫn giải - Khoảng vân: i 0,45mm

6 ,

  

Bước sóng  xạ D m m

ia

  0,6.10 0,6

10 ,

2 , 45 ,

0

3  



 

Hướng dẫn giải

Từ vân sáng bậc đến vân sáng bậc khác phía so với vân sáng trung tâm có

khoảng vân Khoảng vân là: mm  m

x

i 0,7 0,7.10

8 ,

  

  

 m D

ai 3 0,7.10

1 10 ,

10 

 

 

  

Đây bước sóng ánh sáng màu đỏ Vân có màu đỏ

Cách giải:

- Bước sóng ánh sáng đơn sắc có tần số f

+ khơng khí = f

c

+ môi trường chiết suất n ’ = n f

c f v

 - Khoảng vân

Tiến hành thí nghiệm Young với ánh sáng đơn sắc cho

+ khơng khí khoảng vân a D

i

,

Ví dụ I.4.2 ( Bài 25.7/ trang 40 / sách Bài tập Vật lý 12):

Trong thí nghiệm với hai khe Young, hai khe sáng F1, F2 cách a = 1,2mm,

màn M để hứng vân giao thoa cách mặt phẳng chứa F1, F2 khoảng D =

0,9m Người ta quan sát vân sáng Khoảng cách trung điểm hai vân sáng ngồi 3,6mm Tính bước sóng  xạ

Ví dụ I.4.3

Dùng khe Young với khoảng cách khe a = 1mm đặt cách ảnh khoảng D = 1m ta thu hệ vân giao thoa có khoảng cách từ vân sáng bậc đến vân sáng bậc khác phía so với vân sáng trung tâm 5,6mm Xác định bước sóng màu vân sáng

+ môi trường chiết suất n khoảng vân a D i

' '

n i i 

 '

n >1 nên i’< i. Vậy hệ vân có khoảng vân giảm, trường giao thoa số vân tăng.

Hướng dẫn giải a Bước sóng ánh sáng khơng khí  =

c

f =

8

6 14

3.10

0,6.10 5.10

 

(m)  Khoảng vân i =

D a



=

6 0,6.10

2.10  

= 0,6.10-3(m) = 0,6(mm)

b Bước sóng ánh sáng nước ’ = n f

c f v



 Khoảng vân a D i

'

' mm

n i

i 0,45

3 /

6 ,

'  



.

Cách giải: Khi nguồn sáng F cách khe F1, F2 hiệu đường hai sóng

ánh sáng đến M     D

ax M F M F M F FF M

F FF d

d

d         

 2 1 2 2 1 1 2 1

Trường hợp Di chuyển F theo phương vuông góc với mặt phẳng chứa khe F1, F2 ( lại gần xa mặt phẳng chứa khe F1, F2 ) hiệu đường hai

sóng ánh sáng đến O d d2 d10 khoảng vân i =

D a



nên hệ vân không di chuyển số vân không đổi.

Trường hợp Di chuyển F theo phương song song với khe F1, F2 đoạn y đến F’ hiệu đường hai sóng ánh sáng đến M là:

M

d d

F F

D

F O

Ví dụ I.5

Thực giao thoa ánh sáng với khe Young cách a =2mm, khoảng cách từ khe đến D = 2m Ánh sáng đơn sắc có tần số f = 5.1014 Hz Biết vận

tốc ánh sáng truyền khơng khí c = 3.108 m Tính khoảng vân i 2

trường hợp:

a Thí nghiệm giao thoa khơng khí ( n = 1) b.Thí nghiệm giao thoa nước ( n = 4/3)

D '

F F1

2

F

O

M '

D y

x F

       

' '

' '

' 2 2 1 1 2 1 2 1

1

D ay D ax F F F F M F M F M F F F M F F F d d

d            



( D’ khoảng cách từ nguồn sáng F đến mặt phẳng chứa khe )

M có vân sáng d k. k Z vị trí vân sáng bậc k: D'

D y a

D k

xsk   

, vậy:

- khoảng vân a

D x

x

i sk1 sk 

không đổi

- vân sáng trung tâm ứng với k = 0 D y D xs

'  

, x trái dấu y chứng tỏ vân trung tâm ( hệ vân ) di chuyển ngược hướng di chuyển nguồn F, khoảng di

chuyển hệ vân D y D x

x s

' 0  

Trường hợp 3: Mở rộng khe sáng F đến hệ vân giao thoa biến mất

- Khi mở rộng khe F khe coi tập hợp nhiều khe F' nằm bên khe hẹp ban đầu Xét khe F' cách F khoảng b , vân trung tâm hệ vân tạo bởi

F' dịch chuyển ngược chiều đoạn x theo hệ thức x = D'

D b

.

- Khi vân trung tâm hệ chồng lên vân tối thứ hệ vân khe F

ban đầu gây hệ vân giao thoa biến Khi x = D iD b D D b i

2 ' '

2    Khe F phải mở rộng hai phía nên có cần có bề rộng

a D D D a

D D iD

b ' ' '

2    .

Hướng dẫn giải

a Số vân sáng quan sát giao thoa trường có bề rộng L = 25,8mm

Ví dụ 6.1 (Bài 358/trang 163 / Sách 540 tập Vật lý lớp 12):

Một nguồn sáng đơn sắc S cách khe Young 0,1m phát xạ đơn sắc có bước sóng  = 0,6m, hai khe sáng S1, S2 cách a = 2mm, quan sát

cách hai khe D = 2m

a Tìm số vân sáng quan sát giao thoa trường có bề rộng L = 25,8mm b.Cho nguồn sáng S di chuyển theo phương S1S2 phía S1 đoạn 2mm

+ Khoảng vân: i =

D a



= 0,6mm 10

10 ,

0 3

 

+ Có 2.0,621,5

8 , 25 2i

L

số vân sáng NS = 2.21+1=43 ( kể vân sáng trung tâm) b Khi nguồn sáng S di chuyển theo phương S1S2 phía S1 đoạn 2mm hệ vân giao thoa E di chuyển ngược chiều di chuyển nguồn sáng

khoảng D y mm

D

x 40

1 ,

2 '

0   

Hướng dẫn giải a Khoảng cách từ nguồn S đến hai khe S1, S2:

Khi khe sáng S dời ngang lên phía đoạn y = 2mm hệ vân di chuyển

xuống ( ngược hướng di chuyển S ) đoạn D y D x

' 

Mặt khác theo đề bài:

y D D a

D a

D i

x

' 20

20 20

0    



 D ay 0,24 m

10 , 20

2 , 20

'  6 



 

b Khi nguồn sáng S di chuyển đến gần hai khe ( theo phương vng góc với S1S2) hệ vân không di chuyển khoảng vân không đổi

Vậy hệ vân số vân quan sát trường hợp không đổi c Giữ S cố định di chuyển hai khe đến gần màn, ta có:

+ Hiệu đường hai sóng ánh sáng đến O nên O vân sáng trung tâm nên hệ vân không di chuyển

+ Khoảng vân i =

D a



, D giảm nên khoảng vân giảm dẫn đến số vân quan sát tăng lên

Vậy trường hợp hệ vân không di chuyển số vân quan sát tăng lên

Hướng dẫn giải

Ví dụ I.6.2 (Bài 359/trang 164 / Sách 540 tập Vật lý lớp 12):

Hai khe Young cách a = 1,2mm Người ta thực giao thoa với ánh sáng đơn sắc bước sóng  = 0,5m

a Khi khe sáng S dời ngang lên phía 2mm, hệ vân giao thoa di chuyển đoạn 20 khoảng vân Xác định khoảng cách từ nguồn S đến hai khe

b.Nếu cho nguồn sáng S di chuyển đến gần hai khe ( theo phương vng góc với S1S2 ) hệ vân thay đổi sao?

c Giữ S cố định di chuyển hai khe đến gần hệ vân thay đổi sao?

Ví dụ I.6.3 Một khe hẹp phát ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ= 0,5 μm chiếu

sáng khe hẹp F1 F2 song song cách F khoảng D’ = 0,5m

Khoảng cách F1 F2 a = 0,5mm Màn ảnh đặt cách khe khoảng D

- Khi mở rộng khe F khe coi tập hợp nhiều khe F' nằm bên khe hẹp ban đầu Xét khe F' cách F khoảng b , vân trung tâm hệ vân tạo bởi

F' dịch chuyển ngược chiều đoạn x theo hệ thức x = D'

D b

.

- Khi vân trung tâm hệ chồng lên vân tối thứ hệ vân khe F

ban đầu gây hệ vân giao thoa biến Khi x = D iD b D D b i

2 ' '

2    Khe F phải mở rộng hai phía nên có cần có bề rộng

 m a

D D iD

b

3

10 , 10

,

5 , 10 , ' '

2 

 

 



 

.

Vậy hệ vân giao thoa biến khe nguồn F có bề rộng tối thiểu 0,5.10-3m

Cách giải:

- Hiệu đường hai sóng ánh sáng đến M

+ chưa có mặt song song: d = F2M – F1M =

ax

d d

D

 

+ mặt song song có chiết suất n vận tốc truyền ánh sáng n c v 

nhỏ chân khơng (khơng khí) n lần, điều giống quãng đường được tăng lên n lần Đường hai sóng ánh sáng đến M:

d2 = F2M; d1 = (F1M - e) + ne Hiệu đường hai sóng ánh sáng đến M là:

' '2 d1 d

d  

 = F

2M - (F1M - e) - ne = ax

( 1)

e n

D  

- Vị trí vân sáng: x = ( 1)

D De

k n

a a



 

+ khoảng vân a D x

x

i sk1 sk 

không đổi

F

2

F

M

O D

x

+ vân sáng trung tâm ứng với k = 0  a n 1 De xs

, vân

Vậy hệ vân dời đoạn xo =

 1  n

a De xs

phía có đặt mặt song song.

Hướng dẫn giải

a.Bước sóng ánh sáng tới: D  m

ai 3 0,5.10

3 10 ,

10 

 

 

 

b.Vị trí vân:

Vị trí vân sáng bậc 3: xS3  3i = 4,5.10-3(m)

Vị trí vân tối thứ 4: xT4  3,5i = 5,25.10-3(m)

c Chiết suất chất làm mỏng. xo = ( 1)

De n

a  3.10 1,5

10 , 10

1   5  

 

 

De ax n

Dạng II Giao thoa với ánh sáng trắng, ánh sáng đa sắc:

Ánh sáng trắng tập hợp vô số ánh sáng đơn sắc, thực thí nghiệm giao thoa với ánh sáng trắng giao thoa trung tâm ta có vệt sáng trắng ( có chồng chập vơ số ánh sáng đơn sắc ) Do khoảng vân các bức xạ đơn sắc không nhau, hai bên vân trung tâm ta thấy quang phổ liên tục, tím trong, đỏ ngồi Đến vị trí tất vân sáng bức xạ đơn sắc lại trùng nhau, cho ta vệt sáng trắng; vị trí tất vân tối của xạ lại trùng nhau, xạ bị tắt.

Ví dụ I.7.1 (Bài 3.1/trang 40/ Sách Giải tốn Vật lý 12):

Trong thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng, khe sáng S1, S2 chiếu sáng ánh sáng đơn sắc Khoảng cách khe sáng a = 1mm Khoảng cách mặt phẳng chứa hai khe quan sát D = 3m Khoảng vân đo i = 1,5mm

a Tính bước sóng ánh sáng tới

b Xác định vị trí vân sáng bậc ba vân tối thứ tư

c Đặt sau hai khe sáng mỏng phẳng, có hai mặt song song dày e10mta thấy hệ vân dời khoảng x0 = 1,5cm.

Tính chiết suất chất làm mỏng

Cách giải: Bề rộng quang phổ bậc k (khoảng cách từ vân tím bậc k đến vân đỏ bậc k phía với vân sáng trung tâm) là:

i i k x1

k D a k

x đ t đ t

k    

 

  

Hướng dẫn giải Ta có: x1 = a

D

(đ - t) =  

6 0,76 0,38.10 10

,

2 

 

= 0,95 mm x5 = a

D

(đ - t) = 5x1 = 5.0,95.10-3 = 4,75mm. Cách giải:

Các xạ có bước sóng thỏa mãnt đ , với t=0,38.10-6m, đ = 0,76.10-6m

+ Trường hợp vân sáng: xM = a

D

k  1

kD axM

  

.

đ M t

kD ax



  



D t

M đ

M k ax

D ax



  



chọn kZ thay giá trị k tìm vào (1) tính , bước sóng

xạ cho vân sáng M.

+ Trường hợp vân tối: xM = a

D

k 

    



D k

axM

     

  

2 

.

đ M

t

D k

ax



 

     

  

2

 2 D

1

    

t M đ

M k ax

D ax

 

chọn kZ thay giá trị k tìm vào (2) tính , bước sóng

xạ cho vân tối M.

Ví dụ II.1

Trong thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng, khoảng cách hai khe 0,8 mm, khoảng cách từ hai khe đến m Dùng ánh sáng trắng (0,76 m    0,38 m) để chiếu sáng hai khe Xác định bề rộng quang phổ bậc bậc

Hướng dẫn giải

a Với λ1 = 750(nm) = 0,75.10-6 (m) a  m

D

i

3

1 0,6.10

10 , , 10 75 ,      

Với λ2 = 400(nm) = 0,4.10-6 (m) a  m

D

i

3

1 0,32.10

10 , , 10 ,      

b Các xạ có bước sóng thỏa mãn 0,4.106 m 0,75.106 m + Các xạ cho vân sáng A: kD k k  m

axA 3 2,5.10

2 , 10 10 ,       

với 0,4.10 1,2 3,3 6,25

10 10 , , 10 75 , 10 10 D 3 3               k k ax k D ax t A đ A  

Có giá trị k thỏa mãn k1 = 4, k2 = 5, k3 = nên có xạ cho vân sáng M

là k  m

6

1

1 10 0,625.10

,

2  

 



, k  m

6

2

2 10 0,5.10

,

2  

 



 m

k

6

3

3 10 0,4167.10

,

2  

 



+ Các xạ cho vân tối A:

k  k   m

D k

axM 3 .10

5 , , 2 , , 10 10 ,                 với đ M t D k ax            75 , , 2 D       

 k ax k

D ax t M đ M  

Vậy có giá trị k thỏa mãn k’1 = 3, k’2 = 4, k’3 = nên có xạ cho vân tối

tại M

 m  m

k

6

1

1 10 0,7142.10 ' , '             ,

 m  m

k

6

2

2 10 0,5556.10 ' , '            

 m  m

k

6

3

3 10 0,4545.10 ' , '            

Ví dụ II.2 ( Bài 25.16/ trang 42 / sách Bài tập Vật lý 12):

Một khe hẹp F phát ánh sáng trắng chiếu sáng hai khe F1, F2 cách 1,5mm

Màn M quan sát vân giao thoa cách mặt phẳng hai khe khoảng D = 1,2 m

a Tính khoảng vân i1 i2 cho hai xạ giới hạn 750nm 400nm

của phổ khả kiến

Cách giải:

Trường hợp 1: Giao thoa ánh sáng với hai xạ đơn sắc

- Vị trí vân sáng trùng có tọa độ:

2 1 2

1  

  k k D a k D a k

xs    

0 10 2 k k k k     

( với 20 10

k k

là phân số tối giản phân số  

) Suy k1= n.k10 k2 = n.k20 , với n = ; ±1 ; ±2 ; ±3 ; ±4………

Vị trí đơn sắc cho vân sáng trùng a D D n.k a n.k x 20 10 s    

+ Vị trí vân trung tâm O vị trí đơn sắc cho vân sáng trùng ứng với n = 0 k1 = k2 = 0, ta nói vân trùng màu với vân trung tâm.

+ Khoảng cách hai vân màu với vân trung tâm gần (khoảng

vân trùng) a

D k a

D k

itr

20 10     .

Chú ý : Chỉ chọn n đến vị trí cho

L xs 

, ta có n số vân trùng nửa trường giao thoa từ trường giao thoa có vân cùng màu với vân trung tâm.

- Tương tự vị trí vân tối trùng có tọa độ:

2 1 2 1 2 2                                   

 D k k

a k

D a k

xt 20

10 2 2 k k k k       

( với 20 10

k k

là phân số tối giản phân số  

)

Chọn giá trị k1 k2 nguyên thỏa mãn suy vị trí vân tối trùng nhau

Trường hợp 2: Giao thoa ánh sáng với nhiều xạ đơn sắc

- Vị trí vân sáng trùng ( vân màu vân trung tâm) có tọa độ:

Dạng II.3: Giao thoa ánh sáng với hai hay nhiều xạ đơn sắc, tìm vị trí trên có trùng vân sáng đơn sắc?

3 2 1 3 2 1               k k k D a k D a k D a k xs

Chọn giá trị k1, k2 , k3 , nguyên thỏa mãn suy vị trí vân sáng trùng Vị trí vân trung tâm O vị trí đơn sắc cho vân sáng trùng nhau ứng với k1 = k2 = k3 = 0

- Tương tự vị trí vân tối trùng có tọa độ:

2 2 3 2 1 2 1                                                         k k k D a k D a k D a k xt

Chọn giá trị k1, k2 , k3 , nguyên thỏa mãn suy vị trí vân tối trùng nhau

Hướng dẫn giải + Vị trí vân sáng trùng có tọa độ:

1 1 2 2

2

1    

   D k k 

a k D a k xs 2 2 45 , 75 , k k k k

k    



 

Để k1, k2 nguyên k1 phải bội 5, k2 phải bội  k1 = 5n, k2 = 3n

( n = 0, 1, 2, 3, )

Vậy tọa độ vị trí vân sáng trùng (hay tọa độ vân màu với vân sáng trung tâm) là:

 m n n

a D k

xs

3

1 3,375.10

10 , , 10 45 ,       

( n = 0, 1, 2, 3, )

+ Vị trí vân tối trùng có tọa độ:

2 1 2 1 2 2                                   

 D k k

a k D a k xt 3 45 , 75 , 2 2 2                       

 k k k k k k k

k

Để k1 nguyên (k2 – 1) = 3n ( n = 0, 1, 2, 3, )  k2 3n1, k1 5n2

Vậy tọa độ vị trí vân tối trùng

Ví dụ II.3.1

Thực thí nghiệm giao thoa ánh sáng với khe Young Khoảng cách hai khe a = 1,6mm Khoảng cách từ hai khe đến D = 2,4m Người ta chiếu đồng thời hai xạ đơn sắc có bước sóng 1 = 0,45m 2 = 0,75 m

a Xác định vị trí trùng vân sáng hai xạ 1 2

 n   n  m a D n a D k

xt 0,675.10 2,5

10 , , 10 45 , , 2 3 1

1     

                    

( n = 0, 1, 2, 3, )

Hướng dẫn giải a Tính λ1

Từ vân sáng thứ đến vân sáng thứ 10 bên vân trung tâm có khoảng vân nên khoảng vân

 m mm

i 0,4( ) 0,4.10

6 ,    

 m D

ai 3

1 0,4.10

2 10 , 10       

b Vị trí ba đơn sắc có vân sáng trùng thì:

xtr = x1 = x2 = x3= a D k a D k a D k 3 2 1      (1) 3 2

1 k  k 

k  

  k1.0,4.106 k2.0,5.106 k3.0,6.106  4k15k2 6k3

3 k k  

k k 

vì bậc k1, k2 , k3 số nguyên  nên k3 phải chia hết Vậy bậc vân

trùng phải thỏa: k3=10n ; k2 =12n ; k1 =15n với n nguyên n = ; ±1; ± ; ±3… Vị trí vân trung tâm ứng với n = ba đơn sắc cho vân sáng bậc có màu màu trộn ba xạ

Tọa độ vân trùng (vị trí ba xạ cho vân sáng) a n D xtr 151

Khoảng cách ngắn hai vân màu vân trung tâm khoảng cách từ từ vân trung tâm đến vân trùng gần tức vân trùng ứng với n = ±1 gọi khoảng vân trùng

 a  m mm

D x

itr tr 6.10

10 2 10 , 15 15 3

1    

 

  

Phần III BÀI TẬP LUYỆN TẬP

Ví dụ II.3.2

Trong thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng, hai khe hẹp F1, F2 cách a = 2mm cách quan sát D = 2m

a Chiếu ánh sáng có bước sóng 1 bên vân trung tâm người

ta thấy khoảng cách từ vân sáng thứ đến vân sáng thứ 10 2,4mm Tính λ1?

b Nguồn sáng chứa ba xạ 1, 2 = 500nm 3= 600nm Tính khoảng

Dạng I.1: Xác định khoảng vân, vị trí vân sáng, vị trí vân tối, khoảng cách giữa hai vân cho trước.

Bài Trong thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng khe S1,S2 chiếu bởi ánh sáng có bước sóng  0,54 m Biết khoảng cách hai khe a = 1,35 mm Khoảng cách từ hai khe đến D = 1m

a Tính khoảng vân?

b Xác định vị trí vân sáng bậc vân tối thứ 5?

Đáp số: i = 0,4(mm), xs5 2mm, xt5 1,8mm

Bài 2: (Đề thi tốt nghiệp THPT năm 2009): Trong thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng, khoảng cách hai khe 1mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến quan sát 2m, bước sóng ánh sáng đơn sắc chiếu đến hai khe 0,55µm Hệ vân có khoảng vân

A 1,2mm B 1,0mm C 1,3mm D 1,1mm.

Đáp án D

Bài 3: (Đề thi tốt nghiệp THPT năm 2010) Trong thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng, khoảng cách hai khe hẹp mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến quan sát m Ánh sáng chiếu vào hai khe có bước sóng 0,5 µm Khoảng cách từ vân sáng trung tâm đến vân sáng bậc

A 2,8 mm. B mm. C 3,6 mm. D mm.

Đáp án B

Dạng I.2: Xác định loại vân, bậc vân vị trí M có tọa độ xM cho trước

Bài (Đề thi CĐ năm 2007): Trong thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng, hai khe hẹp cách khoảng a = 0,5 mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến quan sát D = 1,5 m Hai khe chiếu xạ có bước sóng λ = 0,6 μm Trên thu hình ảnh giao thoa Tại điểm M cách vân sáng trung tâm (chính giữa) khoảng 5,4 mm có vân sáng bậc (thứ)

A B C D

Đáp án A

Dạng I.3: Tìm số vân sáng, vân tối quan sát vùng giao thoa

Bài (Đề thi ĐH – CĐ năm 2010) Trong thí nghiệm Y- âng giao thoa ánh sáng, hai khe chiếu ánh sáng đơn sắc có bước sóng  0,6 m Khoảng

cách hai khe 1mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến quan sát 2,5m, bề rộng giao thoa 1,25cm Tổng số vân sáng, vân tối có miền giao thoa :

Bài (Đề thi ĐH – CĐ năm 2010) Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, khe hẹp chiếu sáng ánh sáng đơn sắc Khoảng vân 1,2mm Trong khoảng hai điểm M N phía so với vân sáng trung tâm, cách vân trung tâm mm 4,5 mm, quan sát

A vân sáng vân tối. B vân sáng vân tối. C vân sáng vân tối. D vân sáng vân tối. Đáp án A

Dạng I.4: Xác định bước sóng ánh sáng.

Bài 7: (Đề thi tốt nghiệp THPT 2008): Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng của Young, khoảng cách hai khe mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến quan sát m Chiếu sáng hai khe ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ Trên quan sát thu hình ảnh giao thoa có khoảng vân i = 1,2 mm Giá trị λ

A 0,65 μm B 0,45 μm. C 0,60 μm. D 0,75 μm

Đáp án C

Bài (Đề thi CĐ - 2009): Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa với ánh sáng đơn sắc, khoảng cách hai khe 1mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến 2m Trong hệ vân màn, vân sáng bậc cách vân trung tâm 2,4 mm Bước sóng ánh sáng đơn sắc dùng thí nghiệm

A 0,5 m B 0,7 m C 0,4 m D 0,6 m

Đáp án C

Dạng I.5: Giao thoa ánh sáng mơi trường đồng có chiết suất n>1.

Bài Thực giao thoa ánh sáng đơn sắc với khe Young (hai khe cách

a = 1mm, khoảng cách từ khe đến D = 1,2m) chất lỏng, đo khoảng vân 0,54mm Tính chiết suất chất lỏng Biết ánh sáng đơn sắc có bước sóng chân khơng 0,6m

Đáp số: n = 4/3

Dạng I.6: Sự di chuyển hệ vân giao thoa nguồn sáng di chuyển

Bài 10 Hai khe hẹp F1 F2 song song cách khe sáng hẹp đơn sắc F một khoảng D’=1m Khoảng cách khe F1 F2 a = 0,2mm Trên ảnh đặt song song cách khe Young khoảng D = 0,8m ta đo khoảng cách 10 vân sáng liên tiếp 2,7 cm

a Tính bước sóng ánh sáng đơn sắc dùng thí nghiệm

Đáp số: a 0,75.10-6 m, b hệ vân di chuyển ngược chiều với chiều di chuyển của F đoạn 2,4mm

Dạng I.7: Sự di chuyển hệ vân giao thoa có mặt song song mỏng (bề dày e, chiết suất n) phía sau khe

Bài 11 Hai khe hẹp song song F1 F2 cách a = mm chiếu sáng bởi khe sáng F nằm song song cách F1 F2 Trên ảnh đặt song song cách xa khe Yâng khoảng D = 1m có vân mầu đơn sắc mà vân cách F1 F2 Đặt thuỷ tinh chiết suất n = 1,5, bề dày e = 0,1mm chắn sau khe F1 thấy vân sáng dịch chuyển nào?

Đáp số: Vân sáng lệch phía F1 khoảng 5cm

Bài 12: Đặt song song đường ánh sáng phát từ hai nguồn kết hợp có bước sóng λ= 0,6μm để tạo dời hệ vân giao thoa Ta thấy hệ vân dời 3,2 vân Biết chiết suất n=1,6 cho biết hệ vân dời theo chiều dày ?

Đáp số hệ vân dời phía nguồn có đặt song song, bề dày e3,2m Dạng II.1: Giao thoa ánh sáng với ánh sáng trắng, xác định bề rộng quang phổ bậc k

Bài 13: (Đề thi tốt nghiệp THPT 2007) Trong thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng, khoảng cách hai khe a = 0,3mm, khỏang cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến quan sát D = 2m Hai khe chiếu ánh sáng trắng Khoảng cách từ vân sáng bậc màu đỏ ( λđ= 0,76μm) đến vân sáng bậc màu tím ( λt = 0,4μm ) phía vân trung tâm

A 1,5mm B 1,8mm C 2,4mm D 2,7mm

Đáp án C

Dạng II.2: Giao thoa ánh sáng với ánh sáng trắng, tìm xạ cho vân sáng hoặc vân tối M có tọa độ xM

Bài 14 (Đề thi ĐH năm 2009): Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, hai khe chiếu ánh sáng trắng có bước sóng từ 0,38 m đến 0,76m Tại vị trí vân sáng bậc ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,76 m cịn có vân sáng ánh sáng đơn sắc khác?

A B C D

Đáp án D

màn quan sát m Trên màn, vị trí cách vân trung tâm mm có vân sáng xạ với bước sóng

A 0,48 μm 0,56 μm. B 0,40 μm 0,60 μm. C 0,45 μm 0,60 μm. D 0,40 μm 0,64 μm

Đáp án B

Dạng II.3: Giao thoa ánh sáng với hai hay nhiều xạ đơn sắc, tìm vị trí màn có trùng vân sáng đơn sắc?

Bài 16 (Bài 25.1/trang 41 Sách Bài tập Vật lý 12): Trong thí nghiệm Young, khoảng cách a hai khe F1, F2 2mm, khoảng cách D từ F1, F2 tới quan sát 2m Nguồn điểm đồng thời phát hai xạ đơn sắc bước sóng

nm 660

1

 2 550nm

a Tính khoảng vân i1 xạ màu đỏ  1 khoảng vân i2 xạ màu lục  2 .

b Tính khoảng cách từ vân đến vân sáng màu với

Đáp số:a i1 = 0,396mm, i2 = 0,33mm; b itr =1,98mm

Bài 17 (Đề thi ĐH - năm 2008): Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng với khe Young (Y-âng), khoảng cách hai khe 2mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến quan sát 1,2m Chiếu sáng hai khe ánh sáng hỗn hợp gồm hai ánh sáng đơn sắc có bước sóng 500 nm 660 nm thu hệ vân giao thoa Biết vân sáng (trung tâm) ứng với hai xạ trùng Khoảng cách từ vân đến vân gần màu với vân

A 4,9 mm B 19,8 mm C 9,9 mm D 29,7 mm

Đáp án C

Bài 18 (Đề thi ĐH - năm 2009) Trong thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng, khoảng cách hai khe 0,5 mm, khoảng cách từ hai khe đến quan sát 2m Nguồn sáng dùng thí nghiệm gồm hai xạ có bước sóng 1 = 450 nm 2 = 600 nm Trên quan sát, gọi M, N hai điểm phía so với vân trung tâm cách vân trung tâm 5,5 mm 22 mm Trên đoạn MN, số vị trí vân sáng trùng hai xạ

A B C D

Đáp án D

Chuyên đề hiệu triển khai lớp luyện thi tốt nghiệp luyện thi đại học, cao đẳng Khi dạy chuyên đề cho học sinh lớp thấy học sinh nắm bắt, vận dụng phương pháp nhanh hiệu vào giải tập, em tự tin, chủ động tìm kết vấn đề cịn lại kỹ tốn học; Bài tập trở nên sơi từ phát huy khả phân tích, tổng hợp tư sáng tạo em Kết khảo sát thống kê cho thấy:

- Khi chưa hướng dẫn học sinh cách phân loại giải

% HS giải % HS lúng túng % HS giải

10% - 15% 45%-50% 45%-35%

- Khi đưa chuyên đề vào vận dụng:

% HS giải % HS cịn lúng túng % HS khơng biết giải

70% - 80% 18%-15% 12%-5%

Bài học kinh nghiệm: Để việc truyền đạt kiến thức cho học sinh có hiệu quả, cụ thể kỹ giải tập khắc sâu kiến thức, người giáo viên cần có cách nhìn tổng qt đồng thời phải biết chọn lọc trình giảng dạy Như từ kiến thức có sách giáo khoa người thầy cần phải nghiên cứu, tham khảo phân tích, tổng hợp để tích luỹ thêm nhiều kiến thức, nhiều dạng tập để định hướng tư cho học sinh, hướng dẫn em biết phân loại tìm cách giải tối ưu

IV ĐỀ XUẤT, KHUYẾN NGHỊ KHẢ NĂNG ÁP DỤNG Phạm vi áp dụng

- Chuyên đề áp dụng cho chương trình Vật lý lớp 12 (cả chương trình chuẩn nâng cao), phần chương SÓNG ÁNH SÁNG Cụ thể, chuyên đề giúp em học sinh khắc sâu số kiến thức giao thoa ánh sáng với khe Young, đồng thời đưa hệ thống tập minh họa đa dạng vừa bản, vừa hay vừa có loại khó, phong phú hình thức có tập tự luận để nghiền nghẫm sâu sắc có tập trắc nghiệm theo yêu cầu đánh giá phân loại học sinh nay, qua học sinh có thêm kỹ giải tập Vật lý

- Chuyên đề có lợi cho học sinh thời gian ngắn nắm dạng tập nắm phương pháp giải, từ phát triển tìm tịi lời giải

- Chuyên đề áp dụng tốt cho luyện thi tốt nghiệp luyện thi đại học, cao đẳng

về giao thoa ánh sáng với : Gương Fresnell, Lưỡng lăng kính Fresnell, bán thấu

kính Billet.

Do kinh nghiệm thân hạn chế nên chắn viết cịn có thiếu sót định, dạng tập đưa chưa tổng quát kiến thức Vì vậy, tơi mong nhận nhiều ý kiến đóng góp q thầy để đề tài áp dụng cách hiệu quả, giúp trình dạy học thầy trị ngày hồn thiện

Đề xuất khuyến nghị:

Để làm tốt công tác giảng dạy, người giáo viên không nắm vững kiến thức mà cịn phải có kỹ dạy học cần thiết kết hợp với thực tế sống hướng dẫn học sinh tiếp thu kiến thức có hiệu Vì người giáo viên phải thường xuyên tham khảo tư liệu cần thiết như:

- Sách tham khảo chuyên sâu, tạp chí Vật lý, đĩa, băng từ giáo dục, thông tin lĩnh vực Vật lý…

- Đầu tư sử dụng có hiệu trang thiết bị để phục vụ tốt cho công tác giảng dạy

- Giáo viên cần tham gia buổi học bồi dưỡng thường xuyên nhiều chuyên môn nghiệp vụ

  

IV TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 SÁCH GIÁO KHOA VẬT LÝ 12 (Chương trình nâng cao) – Bộ Giáo dục và Đào tạo - Nhà xuất Giáo dục – Năm 2008

2 SÁCH GIÁO KHOA VẬT LÝ 12 (Chương trình chuẩn) - Bộ Giáo dục Đào tạo - Nhà xuất Giáo dục – Năm 2008

3 SÁCH BÀI TẬP VẬT LÝ 12 (Chương trình chuẩn) - Bộ Giáo dục Đào tạo - Nhà xuất Giáo dục – Năm 2008

4 540 BÀI TẬP VẬT LÝ LỚP 12 – Vũ Thanh Khiết (Hiệu đính) - Trương thọ Lương – Phan Hoàng Văn – Nhà xuất ĐÀ NẴNG – Năm 2000.

5 GIẢI TOÁN VẬT LÝ 12 Tập ba – Bùi Quang Hân – Đào Văn Cư – Hồ Văn Huyết – Nguyễn Thành Tương - Nhà xuất Giáo dục – Năm 1998

6 PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP VẬT LÝ 12 – ThS Ngô Văn Thiện - Nhà xuất ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH – Năm 2008

NGƯỜI THỰC HIỆN

Phạm Ngọc Anh

M

d d

F F

D