Đang tải... (xem toàn văn)
vân gần nhất cùng màu với vân sáng trung tâm đếm được 11 vân sáng. Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, khoảng cách giữa hai khe là 0,5 mm, khoảng cách từ hai khe đến màn quan [r]
(1)Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: -
BÁO CÁO KẾT QUẢ
NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN I LỜI GIỚI THIỆU
Chương Sóng ánh sáng Vật lý 12 sách giáo khoa đưa kiến thức bản, chủ yếu xét cho trường hợp giao thoa ánh sáng đơn sắc khe Y-âng Trong thực tế nhiều năm gần đề thi THPT QG, câu hỏi đề thi có hướng yêu cầu học sinh sở nắm vững kiến thức bản, suy luận sâu phát dự đoán tượng vật lý toán cách nhanh chóng khai thác đến trường hợp giao thoa hệ thay đổi, giao thoa ánh sáng nhiều thành phần, giao thoa ánh sáng trắng Học sinh gặp nhiều khó việc giải tốn liên quan đến trường hợp kể đặc biệt tập cho học sinh khá, giỏi
Qua giảng dạy môn Vật lý thân nhận thấy học sinh lớp 12 kỹ giải tập vật lý chương Sóng ánh sáng đặc biệt phần tập liên quan đến trường hợp kể cịn nhiều hạn chế, học sinh trình bày cách giải theo cách suy luận riêng mình, nhiên cách thường rườm rà, thiếu khoa học nên dài dịng chí làm phức tạp hoá toán Từ vấn đề nêu định lựa chọn viết chuyên đề: “Phương pháp giải tập giao thoa ánh sáng với khe Y- âng” Chuyên đề đề cập đến dạng tập thường gặp đề thi tuyển sinh THPT QG Trong phạm vi thời gian có hạn, chuyên đề tập trung nghiên cứu ba vấn đề: - Cơ sở lý thuyết phương pháp giải dạng toán
- Giới thiệu số trường hợp vận dụng - Bài tập tự giải
Chắc chắn nội dung chuyên đề nhiều điểm cần bổ sung, chỉnh sửa cho phù hợp với nhiều đối tượng Tác giả mong thầy cô giáo bạn đồng nghiệp đóng góp ý kiến để chun đề hồn thiện
II TÊN SÁNG KIẾN:
PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP GIAO THOA ÁNH SÁNG VỚI KHE Y-ÂNG
III TÁC GIẢ SÁNG KIẾN
- Họ tên: Lê Thị Thuý Hậu
- Địa chỉ: Trường THPT Lê Xoay - Vĩnh Tường - Vĩnh Phúc - Số điện thoại: 0914854458
- E_mail: haulylx@gmail.com
IV CHỦ ĐẦU TƯ TẠO RA SÁNG KIẾN
Chủ đầu tư tạo sáng kiến: Lê Thị Thuý Hậu (Tác giả sáng kiến)
V LĨNH VỰC ÁP DỤNG SÁNG KIẾN
- Lĩnh vực áp dụng sáng kiến: Giáo dục
- Đối tượng, phạm vi áp dụng: Giảng dạy cho học sinh khối 12, ôn thi THPT QG cho trường THPT
(2)Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: - THPTQG Bên cạnh giúp học sinh giải số toán thường gặp thực tế sống
VI NGÀY SÁNG KIẾN ĐƯỢC ÁP DỤNG LẦN ĐẦU
- Sáng kiến tác giả áp dụng lần đầu: Tháng 01 năm 2019
VII MÔ TẢ BẢN CHẤT CỦA SÁNG KIẾN PHẦN NỘI DUNG CỦA SÁNG KIẾN 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN
1.1 Vai trò hoạt động giải tập
Trong trình dạy học nói chung, dạy học Vật lí nói riêng, phát triển tư cho học sinh khâu quan trọng vấn đề nhiều người quan tâm đến
Một biện pháp để phát triển tư học sinh giải tập Chính mà tập Vật lí phận cấu thành quan trọng khơng thể thiếu, khơng thể tách rời q trình dạy học Vật lí
Theo lý luận dạy học Vật lí: “ Bài tập Vật lí hiểu vấn đề đặt đòi hỏi phải giải nhờ suy lý lơgic phép tốn thí nghiệm dựa sở định luật phương pháp Vật lí Hiểu theo nghĩa rộng vấn đề xuất nghiên cứu tài liệu sách giáo khoa tập học sinh Sự tư định hướng tích cực vấn đề ln ln giải tập.”
( Lý luận dạy học Vật lí – Phạm Hữu Tòng)
1.2 Các bước hoạt động giải tập
Khi giải tập vật lí cần phải tiến hành theo bước sau:
Bước 1: Tìm hiểu đề
- Đọc kĩ đề, nghiên cứu, tìm hiểu phân tích tượng vật lí xảy tốn Xác định đại lượng biết, đại lượng phải tìm
- Tóm tắt tốn, đổi đơn vị đại lượng cho phù hợp - Vẽ hình cần thiết
Bước 2: Lập kế hoạch giải Theo điều kiện đề ra:
- Xác định kiến thức có liên quan đến đại lượng cần tìm
- Tiếp tục xác định đại lượng trung gian, xác định kiến thức liên quan đến đại lượng trung gian
- Từ tìm cách giải tập
Bước 3 Tiến hành giải tập
Dựa sở phân tích tốn bước 2, viết cơng thức có liên quan tính tốn
Bước 4. Kiểm tra kết quả:Thơng thường học sinh không quan tâm nhiều đến việc kiểm tra, đánh giá kết quả, đơn giản dừng lại việc đối chiếu cách trực quan đáp số với Khâu kiểm tra, đánh giá kết quan trọng bao hàm nhiều mục đích khác:
- Kiểm tra cơng thức kết tính tốn
- Kiểm tra suy luận có hợp logic chặt chẽ khơng, kết có thích đáng khơng
- Phát cách giải khác ngắn gọn hơn, hay - Đánh giá phương pháp giải, hệ thống dạng toán điển hình
(3)Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: - - Kiểm tra ý nghĩa thực tiễn kết toán
2 KIẾN THỨC CƠ BẢN
2.1 Tán sắc ánh sáng
* Sự tán sắc ánh sáng: Tán sắc ánh sáng phân tách chùm sáng phức tạp thành chùm sáng đơn sắc
* Ánh sáng đơn sắc: ánh sáng không bị tán sắc qua lăng kính Mỗi ánh sáng đơn sắc có màu gọi màu đơn sắc Mỗi màu đơn sắc mơi trường có bước sóng xác định
-Khi truyền qua môi trường suốt khác vận tốc ánh sáng thay đổi, bước sóng ánh sáng thay đổi cịn tần số ( chu kì ) ánh sáng khơng thay đổi *Ánh sáng trắng: tập hợp vô số ánh sáng đơn sắc khác có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím Ánh sáng trắng trường hợp đặc biệt ánh sáng phức tạp hay ánh sáng đa sắc
-Dải có màu cầu vồng (có có vơ số màu chia thành màu đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím) gọi quang phổ ánh sáng trắng
-Chiết suất chất suốt biến thiên theo màu sắc ánh sáng tăng dần từ màu đỏ đến màu tím.: nđỏ < ncam < nvàng < nlục < nlam < nchàm < ntím.)
2.2 Nhiễu xạ ánh sáng – Giao thoa ánh sáng
2.2.1 Nhiễu xạ ánh sáng: là tượng truyền ánh sáng không tuân theo định luật truyền thẳng, quan sát ánh sáng truyền qua lỗ nhỏ gần mép vật suốt không suốt Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng
2.2.2 Hiện tượng giao thoa ánh sáng:
- Hiện tượng hai sóng ánh sáng kết hợp có bước sóng có độ lệch pha khơng đổi gặp giao thoa với nhau, tạo thành vân giao thoa
- Vùng khơng gian hai sóng chồng lên gọi vùng giao thoa
a.Thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng
Chiếu ánh sáng từ đèn D, qua kính lọc sắc K đến nguồn S Từ nguồn S ánh sáng chiếu đến hai khe hẹp S1 S2 quan sát phía sau hai khe hẹp thu
hệ gồm vân sáng, vân tối xen kẽ đặn Hiện tượng gọi tượng giao thoa ánh sáng
b Kết thí nghiệm giải thích:
Xuất vạch sáng vạch tối nằm xen kẽ cách đặn + Vạch sáng: sóng ánh sáng gặp tăng cường lẫn
+ Vạch tối: sóng ánh sáng gặp triệt tiêu lẫn
-Nếu ánh sáng trắng giao thoa hệ thống vân ánh sáng đơn sắc khác khơng trùng nhau:
+Ở giữa, vân sáng ánh sáng đơn sắc khác nằm trùng cho vân sáng trắng gọi vân trắng ( vân trung tâm)
+Ở hai bên vân trung tâm, vân sáng khác sóng ánh sáng đơn sắc khác không trùng với nữa, chúng nằm kề sát bên cho quang phổ có màu màu cầu vồng
(4)Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: -
c Khoảng vân, vị trí vân sáng và tối:
- Khoảng vân khoảng cách hai vân sáng liên tiếp hai vân tối liên tiếp D
i a
=
+ Ás chiếu khơng khí có khoảng vân i mơi trường suốt có chiết suất n '
n
= ; c
' v
=
i’ = i n
Đặt δ = d2 – d1 hiệu quang lộ, từ hình vẽ ta có: δ = d2 - d1
ax D = - Vị trí vân sáng:
Tại M vân sáng d2 - d1 = kλ
D axs
= kλ xs =
D
k k.i
a
=
(1) Công thức (1) cho phép xác định tọa độ vân sáng
Với k = 0, M ≡ O vân sáng trung tâm k = M vân sáng bậc
k = M vân sáng bậc 2…
- Vị trí vân tối:
Tại M vân tối khi: d2 - d1 = (2k+1)
λ
2 xt =
D i
(2k 1) (2k 1)
2a
+ = + (2) Công thức (2) cho phép xác định tọa độ vân tối
Với: k = k = –1 M vân tối thứ
vung giao t hoa
Vị trí vân giao thoa
Tối thứ 1, k= -1→ Tối thứ 3, k=2→ Tối thứ 4, k=3→ Tối thứ 5, k= 4→
Tối thứ 2, k= -2→ Tối thứ 2, k=1→
Tối thứ 3, k= -3→ Tối thứ 4, k= -4→
i i
i i
→Vân sáng TT, k=
→Sáng bậc 1, k= -1, bậc
→Sáng bậc 2, k=2, bậc
→Sáng bậc 3, k=3, bậc
→Sáng bậc 4, k=4, bậc
→Sáng bậc 2, k= -2, bậc
→Sáng bậc 1, k=1, bậc
→Sáng bậc 3, k= -3, bậc
→Sáng bậc 4, k= -4, bậc
Tối thứ 1, k= 0→
(5)Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: - k = k = –2 M vân tối thứ 2…
Vân tối thứ n ứng với: k = (n – 1) k = -n
d Bước sóng màu sắc ánh sáng
- Mỗi ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ xác định (tần số f ) xác định
- Mọi ánh sáng đơn sắc mà ta nhìn thấy có có bước sóng chân khơng (hoặc khơng khí): 0,38 m ≤ λ ≤ 0,76 μm
- Những màu quang phổ ánh sáng trắng (đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím) ứng với vùng có bước sóng lân cận Bảng màu bước sóng ánh sáng chân khơng sau:
Màu ás
Bước sóng( )m
Màu ás
Bước sóng( )m Đỏ 0,6400,760 Lam 0,4500,510 Cam 0,5900,650 Chàm 0,4300,460 Vàng 0,5700,600 Tím 0,3800,440 Lục 0,5000,575
- Bước sóng ánh sáng chân khơng: = c
f ( với c = 3.10
8 m/s )
- Bước sóng ánh sáng mơi trường chiết suất n: ’ = v c f nf n
= =
3 CÁC DẠNG BÀI TẬP VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI: 3.1 Chuyên đề 1: Giao thoa ánh sáng đơn sắc
3.1.1 Dạng 1: Xác định khoảng vân; tọa độ vân sáng, vân tối; khoảng cách hai vân
Phương pháp: Áp dụng công thức
a) Khoảng vân (i): i = xk+1 - xk =
λD
a i = λD
a
Nếu thí nghiệm tiến hành mơi trường suốt có chiết suất n bước sóng khoảng vân giảm n lần: λn =
λ
n in =
nD i a n
=
b) Hiệu quang trình (hiệu quang lộ): δ = d2 - d1 =
ax D
c) Công thức xác định vị trí vân sáng, vân tối so với vân sáng trung tâm:
- Vị trí vân sáng: xS =
D k
a
= ki với k = 0, ±1, ±2,
-Vị trí vân tối: xt =
1 D k
2 a
+
= (k + 0,5)i
(k = 0, -1: vân tối thứ nhất, k = 1, -2: vt thứ 2,…)
d) Khoảng cách hai vân M, N bất kì:
TH 1: Khoảng cách vân chất liên tiếp: l = (số vân – 1).i TH 2: Giữa vân sáng vân tối bất kỳ:
Khoảng cách vân sáng bậc k vân tối thứ k’có vị trí: xk
s= ±k.i; x
/
k
T = ± (k
’ - 0,5).i
Nếu: + Hai vân phía so với vân trung tâm: x = k k ' s t x −x +Hai vân khác phía so với vân trung tâm: k'
t k
s x
x x= +
(6)Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: - -Khoảng cách vân sáng vân tối liền kề :
2 i
=> vị trí vân tối thứ liên tiếp xác định: xt=k
2
i (với k lẻ: 1,3,5,7,….)
Ví dụ 1(NB). Khoảng cách vân sáng liên tiếp
A 8i B 7i C 8,5i D. 7,5i Giải: l = (8 – 1).i = 7i Chọn B
Ví dụ 2(NB) Khoảng cách từ vân sáng bậc đến vân tối thứ bao nhiêu? Giải: Ta có
s t
x =5i;x = −(6 0,5)=5,5i
+ Nếu hai vân phía so với vân trung tâm: =x x6t −x5s =5,5i 5i− =0,5i + Nếu hai vân khác phía so với vân trung tâm :
t s
x x x 10,5i
= + =
Ví dụ (TH): Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, hai khe cách a =
0,8 mm cách D = 1,2 m Chiếu ánh sáng đơn sắc bước sóng λ = 0,75 μm vào khe Tính khoảng vân i
A. 1,125 mm B 1,125 m C. 2,25 mm D 2,25 m
Giải: Ta có khoảng vân i = D a
= 1,125.10-3 (m) = 1,125 (mm). Chọn A
Ví dụ 4(TH): Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, khe sáng
chiếu ánh sáng đơn sắc Khoảng cách hai khe 2mm, khoảng cách từ hai khe đến 4m Khoảng cách vân sáng liên tiếp đo 4,8mm Bước sóng tọa độ vân sáng bậc là:
A 0,6 µm; ± 2,4mm B 0,6 µm; ± 6mm
C 0,384μm; ± 4,8mm D 0,384 µm; ± 6mm
Giải: Ta có: i = L
= 1,2 mm; =
D= 0,6 µm; x
5 = ±5i = ±6 mm. Chọn B
3.1.2 Dạng 2: Xác định tính chất vân điểm M biết trước tọa độ xM
Phương pháp: Lập tỉ số xM
i = k
- Nếu k Z M vân sáng bậc k
- Nếu k = n + 0,5; (n Z) M vân tối thứ n +1 ( n >0 ) vân tối thứ -n (nếu n <0 )
- Nếu k = n,m ( m 0 5) : M không vân sáng hay vân tối
+ < m < 5; n > 0: M nằm vân sáng bậc n vân tối thứ n +1 + m > 5; n > 0: M nằm vân tối thứ n +1 vân sáng bậc n +1
Ví dụ (TH): Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, hai khe cách a = 0,8 mm cách D = 1,2 m Chiếu ánh sáng đơn sắc bước sóng λ = 0,75 μm vào khe Điểm M cách vân trung tâm 2,8125 mm vân sáng hay vân tối? Bậc vân M ?
Giải:
Ta có: i = D a
= 1,125.10-3 (m) = 1,125 (mm)
Ta có tỉ số xM i =
,
, ,
=
= + 0,5 k = 2 M vân tối thứ
(7)Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: - đơn sắc có bước sóng λ Biết khoảng cách vân sáng liên tiếp mm Tại điểm M N cách vân sáng trung tâm 5,75 mm mm vân sáng hay vân tối ? Nếu có, xác định bậc vân M N
A tối thứ 12; sáng bậc 14 B tối thứ 14; sáng bậc 12 C. tối thứ 11; sáng bậc 14 D. tối thứ 12; sáng bậc 13
Giải:
Giữa vân sáng liên tiếp có khoảng vân nên 8i = i = 0,5 (mm) Tại điểm M có xM
i = 11,5 = 11 + 0,5tại M vân tối thứ 12 Tại điểm N có xN
i = 14 N vân sáng bậc 14. Chọn A
Ví dụ (TH): Một khe hẹp F phát ánh sáng đơn sắc bước sóng =600nmchiếu sáng hai khe song song với F cách 1mm Vân giao thoa quan sát M song song với phẳng chứa F1 F2 cách 3m Tại vị trí cách vân trung tâm 6,3m có:
A.Vân tối thứ B Vân sáng bậc C Vân tối thứ D Vân sáng bậc
Giải :
Khoảng vân i= D a
=1,8mm, ta thấy x i =
6,3
3,5 0,5
1,8 = = + tại vị trí cách vân trung tâm 6,3mm vân tối thứ Chọn A
Ví dụ (VD): Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng khe sáng chiếu ánh sáng đơn sắc = 0,55m, khoảng cách khe 0,3mm; khoảng cách từ khe tới 90cm Điểm M cách vân trung tâm 0,76cm nằm giữa:
A.Vân tối thứ vân sáng bậc B Vân sáng bậc vân tối thứ C. Vân tối thứ vân sáng bậc D. Vân sáng bậc vân tối thứ Giải :
Khoảng vân i= D a
=1,65mm Ta có i xM
= 4,6 n = 4; m = 6 M nằm vân tối thứ +1= vân sáng bậc 4+1=5 Chọn A
3.1.3 Dạng 3: Tính số vân sáng hay vân tối trường giao thoa
Phương pháp:
a) Trường giao thoa đối xứng
Xác định số vân sáng, số vân tối vùng giao thoa (trường giao thoa) có bề rộng L (đối xứng qua vân trung tâm vân sáng bất kì) :
L
2i = n + x (n: phần nguyên, x: phần dư) ▪ Số vân sáng: Ns = 2n +
▪ Số vân tối: Nt = 2n + x ≥ 0,5; Nt = 2n x < 0,5
Hay: - Số vân sáng: NS L 2i
= +
- Số vân tối: T
L N 0,5
2i
= +
Ví dụ (VD): Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng khe Y-âng với ánh
sáng đơn sắc λ = 0,7 μm, khoảng cách khe S1,S2 a = 0,35 mm, khoảng cách
từ khe đến quan sát D = 1m, bề rộng vùng có giao thoa 13,5 mm Số vân sáng, vân tối quan sát là:
(8)Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: -
Giải :
Khoảng vân i =
6 D 0,7.10 a 0,35.10
−
−
= = 2.10-3 m= 2mm
Số vân sáng: Ns =
L 2i +
= 2[2,375] + = Phần thập phân L
2i 0,375 < 0,5 nên số vân tối Nt = Ns – = → Số vân tối 6, số vân sáng Chọn A
Ví dụ (VD): Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, hai khe chiếu
bằng ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,6 μm Khoảng cách hai khe mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến quan sát 2,5 m, bề rộng miền giao thoa 1,36 cm (vân sáng trung tâm giữa) Tìm tổng số vân sáng vân tối có miền giao thoa
A 16 B 19 C 18 D 17
Giải :
Ta có: i = D a
= 1,5 mm; N = L
2i = 4,53; số vân sáng: Ns = 2[N] + = 9; số vân tối: phần thập phân N > 0,5 nên: Nt = 2[N+0,5] = 10; tổng số vân sáng vân tối
miền giao thoa: Ns + Nt = 19 Chọn B
b) Trường giao thoa không đối xứng
Xác định số vân sáng, số vân tối đoạn MN bất kì, biết tọa độ điểm M, N xM, xN (giả sử xN < xM)
+ Số vân sáng: xN ≤ k.i ≤ xM ;
+ Số vân tối: xN ≤ (k + 0,5).i ≤ xM
Với số giá trị k nguyên số vân sáng (vân tối) cần tìm * Chú ý:
+ Nếu M, N bên vân trung tâm xN xM dấu
+ Nếu M, N hai bên vân trung tâm xN xM trái dấu
+ Nếu xét khoảng MN bỏ dấu “=” biểu thức
Ví dụ (VD): Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng Y-âng, khoảng cách hai khe S1S2
là mm, khoảng cách từ S1S2 đến 1m, bước sóng ánh sáng 0,5 μm Xét hai
điểm M N (ở phía với O ) có tọa độ xM = 2mm xN = 6,25 mm
Trên đoạn MN có vân sáng vân tối?
A.9 vân sáng vân tối B 9 vân sáng vân tối C 8 vân sáng vân tối D 8 vân sáng vân tối
Giải :
Cách 1:Từ giả thiết ta tính khoảng vân i = 0,5 (mm)
Do M N
x
4
i 0,5
x 6, 25
12,5 12 0,5
i 0,5
= =
= = = +
→ M vân sáng bậc 4, N vân tối thứ 13
Do M vân sáng bậc 4, N vân tối 13 nên hai đầu trái tính chất nên đoạn MN có số vân sáng số vân tối: N = 12 – =
Cách 2: i = 0,5 (mm)
(9)Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: - Vị trí vân tối : xt = (k + 0,5) i = 0,5(k + 0,5) (mm): ≤ 0,5(k+0,5) ≤ 6,25
3,5≤ k ≤ 11 Có vân tối Chọn A
Ví dụ (VD): Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, khoảng cách hai
khe a = mm, khoảng cách từ hai khe đến quan sát D = 1,5 m Nguồn sáng đơn sắc có bước sóng λ = 0,6 μm Xét khoảng MN màn, với MO = mm, ON = 10 mm, (O vị trí vân sáng trung tâm M N) Hỏi MN có vân sáng, vân tối?
A 34 vân sáng 33 vân tối B 33 vân sáng 34 vân tối C 22 vân sáng 11 vân tối D 11 vân sáng 22 vân tối Giải :
Cách 1: i = λD
a = 0,45.10
-3 m; xM 11,1
i = gần M có vân sáng bậc 11; MN
x
22,
i = gần N có vân sáng bậc 22trên MN có 34 vân sáng 33 vân tối
Cách 2: Khoảng vân: i = λD
a = 0,45.10
-3m = 0,45mm
Vị trí vân sáng: xs = ki = 0,45k (mm): -5 ≤ 0,45k ≤ 10 -11,11≤ k ≤ 22,222 -11≤
k ≤ 22: Có 34 vân sáng
Vị trí vân tối : xt = (k + 0,5) i = 0,45(k + 0,5) (mm): -5 ≤ 0,45(k+0,5) ≤ 10
-11,11≤ k + 0,5 ≤ 22,222 -11,61≤ k ≤ 21,7222 -11≤ k ≤ 21: Có 33 vân tối.
Chọn A
3.1.4 Dạng 4: Giao thoa môi trường có chiết suất n
Nếu thí nghiệm tiến hành mơi trường suốt có chiết suất n bước sóng:
λn =
λ
n Trong đó: bướcsóng ánh sáng chân khơng khơng khí n bước sóng ánh sángtrong mơi trường có chiết suất n a Khoảng vân giảm n lần: i’ = nD
a
= D an
i
n = b Vị trí vân sáng: x =k nD
a
=k D n.a
c Vị trí vân tối: x =(2k +1) nD 2a
= (2k +1) D 2na
* Như vậy:
- Vân trung tâm không dịch chuyển
- Các vân sáng tối khác dịch chuyển lại gần vân trung tâm so với ban đầu - Trong khoảng OM cho trước số vân sáng vân tối tăng lên (vì n >1)
Ví dụ (NB): Trong giao thoa ánh sáng qua khe Y-âng, khoảng vân giao thoa i Nếu đặt tồn thiết bị chất lỏng có chiết suất n khoảng vân giao thoa
A. i
n 1− B i
n 1+ C. i
n D n.i
Giải :
(10)Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: 10 - Khoảng vân quan sát toàn thí nghiệm đặt chất lỏng :
'D D i '
a n.a
= = = i
n Chọn C
Ví dụ 2(TH): Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng Y-âng khơng khí, hai khe cách 3mm chiếu ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,60m, cách hai khe 2m Sau đặt tồn thí nghiệm vào nước có chiết suất 4/3, khoảng vân quan sát bao nhiêu?
A i’ = 0,4m B i’ = 0,3m C i’ = 0,4mm D i’ = 0,3mm
Giải :
Bước sóng ánh sáng nước: ’ = v/f = c/nf = /n
Khoảng vân tồn thí nghiệm đặt nước: i ' 'D D a n.a
= = = 0,3mm Chọn D
Ví dụ (TH) (THPTQG − 2017) Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa với ánh sáng đơn sắc, khoảng cách hai khe 1,2 mm Ban đầu, thí nghiệm tiến hành khơng khí Sau đó, tiến hành thí nghiệm nước có chiết suất 4/3 ánh sáng đơn sắc nói hên Để khoảng vân quan sát không đổi so với ban đầu, người ta thay đổi khoảng cách hai khe hẹp giữ nguyên điều kiện khác Khoảng cách hai khe lúc là:
A.0,9 mm B 1,6 mm C 1,2 mm D 0,6 mm
Giải:
Ta có: i ' 'D' D' i D a' a 0,9mm
a n.a a n
= = = = = = Chọn A
Ví dụ 4(VD): Khi hệ giao thoa Y-âng đặt khơng khí, gọi M, N hai điểm đối
xứng qua vân sáng trung tâm, thấy M nằm vân sáng bậc Về sau, đặt hệ giao thoa nước có chiết suất n = 1,333 đoạn MN có:
A.16 vân tối, 15 vân sáng B. 16 vân tối, 16 vân sáng
C 14 vân tối, 15 vân sáng D. 16 vân tối, 17 vân sáng
Giải :
Ban đầu: xM =6 i
Khi đưa hệ giao thoa vào nước: i ' 'D D i a n.a n
= = =
Số vân sáng thuộc đoạn MN:
Ns = ' M'
MN 2x 6i
1 2 7,998 15
2i 2i i / n
+ = + = + = + =
Số vân tối thuộc đoạn MN:
Nt = ' M'
MN 2x 6i
0,5 0,5 0,5 7,998 0,5 16
2i 2i i / n
+ = + = + = + =
Chọn A
3.1.5 Dạng 5: Giao thoa với khe Y-âng thay đổi khoảng cách D, a.
Phương pháp: *Ta có: i = D
a
i tỉ lệ thuận với D tỉ lệ nghịch với a * Thay đổi D:
+Khi dịch chuyển xa hai khe D tăng khoảng vân tăng: i’ = D ' a
(11)Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: 11 - Khi dịch chuyển lại gần hai khe D giảm khoảng vân giảm: i’ = D '
a
< i + Xét đoạn OM cho trước:
- Khi D tăng i tăng điểm M ban đầu vân sáng (hoặc tối) chuyển thành vân tối (hoặc sáng) có bậc thấp , đoạn OM cho trước số vân sáng ( tối) giảm
các vân sáng ( tối) chạy khỏi OM qua M
- Khi D giảm i giảm điểm M ban đầu vân sáng (hoặc tối) chuyển thành vân tối (hoặc sáng) có bậc cao , đoạn OM cho trước số vân sáng ( tối) tăng các vân sáng ( tối) chạy vào OM qua M
* Thay đổi a:
+ a tăng i giảm, điểm M ban đầu vân sáng (hoặc tối) chuyển thành vân tối (hoặc sáng) có bậc cao vân sáng ( tối) chạy vào OM qua M
+ a giảm i tăng, điểm M ban đầu vân sáng (hoặc tối) chuyển thành vân tối (hoặc sáng) có bậc thấp vân sáng ( tối) chạy khỏi OM qua M
Ví dụ (VD) Trong thí nghiệm Y-âng, hai khe S1, S2 cách khoảng a =
1,8mm Hệ vân quan sát qua kính lúp, dùng thước đo cho phép ta khoảng vân xác tới 0,01mm Ban đầu, người ta đo 16 khoảng vân giá trị 2,4mm Dịch chuyển kính lúp xa thêm 30 cm cho khoảng vân rộng thêm đo 12 khoảng vân giá trị 2,88mm Tính bước sóng xạ
A 0,45m B. 0,32m C. 0,54m D 0,432m Giải : Ta có i1 =
2,
16 = 0,15 (mm); i2 = 2,88
12 = 0,24 (mm); i1 = λD
a i2 =
λ(D + ΔD) a ; với D = 30 cm = 0,3m
2 i i =
D + ΔD
D = 0,15 24 ,
0 = 1,6 → D = 50cm = 0,5m
= ai1
D = 0,5 10 15 , 10 ,
1 −3 −3
= 0,54.10–6m = 0,54m.Chọn C
Ví dụ (VD) Thí nghiệm giao thoa Y-âng với ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ, khoảng cách hai khe a = 1mm Ban đầu, M cách vân trung tâm 5,25mm người ta quan sát vân sáng bậc Giữ cố định chứa hai khe, di chuyển từ từ quan sát xa dọc theo đường thẳng vng góc với mặt phẳng chứa hai khe đoạn 0,75m thấy M chuyển thành vân tối lần thứ hai Bước sóng λ có giá trị
A. 0,60μm B 0,50μm C 0,70μm D 0,64μm
Giải : + Khi chưa dịch chuyển ta có: xM = 5λD a (1) + Khi dịch xa, lần thứ
tại M vân tối thứ ứng k = lần thứ hai vân tối thứ ứng với k= xM =
' λD (k )
2 a
+ = 3,5 i’ = 3,5 (D 0, 75) a
+
(2)
Từ (1) (2), ta có: D = 1,75m → λ = 0,60μm Chọn A
Ví dụ (VD) Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, hai khe chiếu ánh sáng đơn sắc, quan sát cách mặt phẳng hai khe khoảng không đổi D, khoảng cách hai khe thay đổi (nhưng S1 S2 cách S) Xét điểm M
trên màn, lúc đầu vân sáng bậc 4, giảm tăng khoảng cách S1S2
lượng a vân sáng bậc k bậc 3k Nếu tăng khoảng cách S1S2 thêm a
(12)Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: 12 -
A vân sáng bậc B vân sáng bậc C vân sáng bậc D vân tối thứ
Giải : Giả sử M vân sáng bậc k’ tăng S1S2 thêm 2a Ta có:
M
λD λD λD λD a a Δa a + Δa a + 2Δa
x = = k = 3k = k' = = =
a a Δa a + Δa a + 2Δa k 3k k'
k = 2; k' =
−
−
Chọn C
Ví dụ (VDC) Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, biết a = 0,8 mm, λ = 0,4 μm, H chân đường cao hạ từ S1 tới quan sát Lúc đầu H vân tối giao
thoa, dịch xa dần có lần H cực đại giao thoa Khi dịch chuyển trên, khoảng cách vị trí để H cực đại giao thoa lần đầu H cực tiểu giao thoa lần cuối
A.1,6m B.0,4m C.0,32m D.1,2m
Giải: Gọi D khoảng cách từ mặt phẳng hai khe tới quan sát Ta có xH =
a
2 = 0,4 mm
Gọi E1 E2 hai vị trí
mà H cực đại giao thoa Khi đó:
Tại vị trí E1 H cực đạị thứ hai: xH = 2i1 i1 = 0,2 mm =
λD
a D1 = 0,4m Tại vị trí E2 H cực đạị thứ nhất: xH = i2 i2 = 0,4 mm = i1
i2 =
λD
a ; i2 = 2i1 D2 = 2D1 = 0,8m
Gọi E vị trí mà H cực tiểu giao thoa lần cuối Khi H cực tiểu thứ nhất: xH =
2
i i = 2x
H = 0,8 mm mà i =
λD
a => D = 1,6m
Khoảng cách vị trí để H cực đại giao thoa lần đầu H cực tiểu giao thoa lần cuối E1E = D – D1 = 1,2 m Chọn D
Ví dụ (VDC) Trong thí nghiệm Y-âng giao ánh sáng, quan sát điểm O đường thẳng vng góc với mặt phẳng chứa hai khe (gọi đường d), điểm M vị trí vân sáng Dịch chuyển dọc theo (d), xa mặt phẳng chứa hai khe đoạn nhỏ 1/7 m M xuất vân tối Nếu tiếp tục dịch chuyển xa thêm đoạn nhỏ 16/35 m M lại có vân tối Giả sử cho dao động quanh O dọc theo (d) với phương trình y = 30cos20πt (y tính cm, t tính s) Tính từ thời điểm t = 0, giây M có lần xuất vân tối?
A 60 lần B 80 lần C 100 lần D 40 lần Giải: Trong thí nghiệm Y- âng vị trí vân sáng vân tối xs = ki; xt = (k-0,5)i với k = 1, 2,
Điểm H cách vân trung tâm x
Giả sử lúc đầu H vân sáng bậc k: x = ki = kλD
a (1)
Khi dịch xa, lần thứ H vân tối thứ k: x = (k - 0,5) λ(D + D )1 a
(2)
Khi dịch xa thêm lần H vân tối bậc (k -1):
S2
E E2
S1
E1
H H
(13)Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: 13 - x = (k -1,5)
a D D
D )
( + 1 + 2
(3); Mặt khác x = a (4) Từ (1) (2) (3): kD = (k-0,5)(D +
7
) = (k – 1,5)( D +
+ 35 16
) => D = 1m; k =4
* Biên độ dao động A = 0,3 m, 1/7m < A < 16/35 m nên T/4 có lần M vân tối thứ ( k – 0,5 = 3,5) vị trí có y = 1/7 m
* Khi D/ = D -0,3 m / / M
.1 0,7
x k k 5,7
a a
= = = T/4 có lần M vân tối ( k/ = 4,5 5,5) Nửa chu kì có lần M vân tối. Một chu kì có lần
Trong 1s có 10 chu kì nên có 60 lần Chọn A
3.1.6 Dạng 6: Hệ vân dịch chuyển hiệu đường tia sáng đến (hiệu quang trình) thay đổi Vì D a không đổi nên khoảng vân i không đổi
a Khi nguồn sáng S di chuyển theo phương song song với S1S2
- Tịnh tiến nguồn sáng S theo phương S1 S2 phía S1 đoạn Δy = SS‘
Hiệu quang trình: δ = S’S
2 - S’S1 + S2M
- S1M = '
a y a.x
D D
+
Tại vân sáng trung tâm : δ = kλ ( với k = 0) x'O y.D' x
D
= − = −
*Như vậy:
- Khi tịnh tiến nguồn sáng S theo phương S1 S2 phía S1 đoạn Δy hệ thống
vân giao thoa di chuyển theo chiều ngược lại đoạn Δx: x yD' D
=
- Tọa độ vân sáng trung tâm : xO = ±Δx ( lấy dấu “+” dịch chuyển lên
ngược lại)
- Tọa độ vân sáng bậc k: xs = xO ± ki
- Tọa độ vân tối thứ k: xt = xO ± (k – 1/2)i
b Khi đường truyền ás từ khe S1 (hoặc S2) đặt mỏng dày
e, chiết suất n
- Giả sử đặt mỏng trước khe S1 đường
tia sáng S1M S2M là:
Do có mỏng có bề dày e, chiết suất n :
+ Quang trình từ S1 đến M : S1M = (d1 – e)+ n.e
+ Quang trình từ S2 đến M : S2M = d2
- Hiệu quang trình :
= S2M – S1M = d2 – d1 – e(n−1) =
a.x
D - e(n−1) - Vị trí vân sáng : xs = k D
a
+ e.D(n 1) a − - Vị trí vân tối : xt = (k + 0,5) D
a
+ e.D(n 1) a −
Vân sáng trung tâm ứng với hiệu quang trình δ = 0 δ = aΔx/D – (n – 1)e = Hay: Δx (n 1)eD
a
-= > hệ vân dịch chuyển phía S1
M
O
D
1 S
2 S
1 d
2 d
x e ,
(14)Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: 14 -
* Như vậy:
- Hệ thống vân dịch chuyển phía S1 (có đặt mặt song song) đoạn Δx:
Δx = e.D(n 1) a −
- Tọa độ vân sáng, tối ( tương tự phần a)
* Chú ý:
+ Nếu đặt hai mỏng hai đường truyền từ hai khe S1, S2 hệ
vân khơng dịch chuyển
+ Nếu đặt hai mỏng khác hai đường truyền từ hai khe S1, S2 độ
dịch chuyển hệ vân |Δx1 - Δx2| phía có Δx lớn ( VD: dịch phía S1
Δx1 > Δx2)
Ví dụ (NB) Trong thí nghiệm Y- âng, ta di chuyển khe S song song với chứa hai khe S1S2 theo hướng từ S2 đến S1 khoảng vân sẽ:
A giảm B tăng C. không đổi
D tăng giảm phụ thuộc vào chiều di chuyển khe S
Ví dụ (TH) Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng với hai khe Y-âng, dời nguồn S đoạn nhỏ theo phương song song với chứa hai khe
A. hệ vân giao thoa tịnh tiến ngược chiều dời S khoảng vân không thay đổi
B khoảng vân giảm
C. hệ vân giao thoa tịnh tiến ngược chiều dời S khoảng vân thay đổi
D hệ vân giao thoa giữ ngun khơng có thay đổi
Ví dụ (TH) Trong thí nghiệm giao thoa Y-âng, với nguồn sáng đơn sắc chiếu vào S Dịch chuyển S song song với hai khe cho hiệu số khoảng cách từ đến hai khe λ/2 Hỏi cường độ sáng O tâm ảnh thay đổi nào?
A Luôn cực tiểu B Luôn cực đại
C.Từcực đại sang cực tiểu D Từ cực tiểu sang cực đại
Ví dụ (VD) Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng với hai khe Y-âng, cho a = 2mm, D = 2m Một nguồn sáng cách hai khe S1 S2 Khoảng cách từ S tới mặt phảng
hai khe d = 0,5m Khi vân sáng trung tâm O (là giao điểm đường trung trực S1S2 với màn) Nếu dời S theo phương song song với S1S2 phía S2 đoạn
1,5mm vân sáng trung tâm dời đoạn bao nhiêu?
A 1,5mm theo phương song song với S1S2 phía S2
B. 6mm theo phương song song với S1S2 phía S1 C. 1,5mm theo phương song song với S1S2 phía S1 D 6mm theo phương song song với S1S2 phía S2 Giải:
Khe S theo phương song song với S1S2 phía S2 nên vân sáng trung tâm di chuyển
ngược chiều theo phương song song với S1S2 phía S1 đoạn:
x yD' 1,5.2 mm
D 0,5
= = = Chọn B
Ví dụ (VD) Một nguồn sáng đơn sắc có bước sóng = 0,6µm chiếu vào mặt phẳng chứa hai khe S1, S2, hẹp, song song, cách 1mm cách nguồn sáng Đặt
màn ảnh song song cách mặt phẳng chứa hai khe 1m Đặt sau khe S1 thuỷ
tinh mặt phẳng song song có chiết suất n = 1,5, độ dày e = 1,2µm Hỏi vị trí hệ thống vân dịch chuyển nào?
A 2mm phía S1 B 2mm phía S2 C 0,6mm phía S1 D 3mm phía
(15)Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: 15 -
Giải:
Bản thuỷ tinh đặt sau khe S1 nên hệ thống vân dịch chuyển phía khe S1
đoạn: Δx (n 1)eD a
-= = 0,6mm Chọn C
Ví dụ (VD) Trong thí nghiệm giao thoa Y-âng với ánh sáng đơn sắc, khoảng cách hai khe đến D khoảng vân giao thoa mm Khoảng cách từ khe S đến mặt phẳng hai khe D’ = D/4 Cho khe S dịch chuyển theo phương song song với
màn theo chiều dương đoạn mm vân sáng bậc nằm toạ độ số toạ độ sau?
A −5 mm B.+4mm C +8 mm D −12 mm Giải:
Độ dịch chuyển hệ vân: x yD' D
= =8 mm
Tọa độ vân sáng bậc 2: x = -Δx ± 2i x = -4mm x = -12 mm Chọn D
Ví dụ (VD) Trong thí nghiệm giao thoa Y-âng, khoảng cách hai khe 0,5 mm, khoảng cách hai khe đến m Giao thoa thực với ánh sáng đơn sắc có λ = 0,44 µm Người ta đặt thủy tinh có bề dày µm có chiết suất 1,5 trước khe S2 Vị trí sau vị trí vân tối thứ
A x = −l,96mm B.x = −5,96mm C x = 5,96mm. D x = 2,4mm
Giải:
Độ dịch chuyển hệ vân: Δx (n 1)eD a
-= = mm phía S2 ( phía dưới)
Khoảng vân: i = D a
= 0,88 mm
Tọa độ vân tối thứ 5: xt = - Δx ± (5 – 1/2)i = -5,96 mm 1,96 mm Chọn B
Chú ý: Trước dịch chuyển, vân sáng trung tâm nằm O Sau dịch chuyển, vân trung tâm dịch đến vị trí O/
Lúc này:
* Nếu O vân sáng bậc k hiệu đường O kλ và:
' yD x
D
= =ki
min '
y D
x
D
= = i
* Nếu O vân tối thứ n hiệu đường O (n - 0, 5)λ và:
' yD x
D
= =( n – 1/2) i min '
y D
x
D
= = 0,5 i
Ví dụ (VD) Thí nghiệm giao thoa Y-âng khoảng cách hai khe 0,3 mm Khoảng cách từ khe S đến mặt phẳng hai khe 40 cm Giao thoa với ánh sáng đơn sắc có 0,6 µm Cho khe S dịch chuyển theo phương song song với đoạn tối thiểu để vị trí vân sáng trung tâm ban đầu chuyển thành vân tối
A 1 mm B 0,8 mm C 0,6 mm D.0,4 mm
Giải:
Khoảng vân: i = D a
(1)
Để vân trung tâm ban đầu trở thành vân tối: min '
y D i
x
D
= = (2) Từ (1) (2) suy ra:
'
D y
2a
(16)Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: 16 - Chú ý: Giả sử lúc đầu điểm M vị trí vân sáng hay vân tối Yêu cầu phải dịch khoảng tối thiểu theo chiều để M trở thành vân sáng ( tối)? Ta làm sau:
Gọi Δxmin khoảng cách từ M đến vân sáng ( tối) gần
- Nếu vân M phải đưa vân xuống, khe S dịch lên đoạn Δy lên cho:
min '
y D
x
D
=
- Nếu vân M phải đưa vân lên, khe S dịch xuống đoạn Δy lên cho:
min '
y D
x
D
=
Ví dụ (VD) Trong thí nghiệm giao thoa Y-âng khoảng cách hai khe 0,6 mm Khoảng cách từ mặt phẳng hai khe đến m Khoảng cách từ khe S đến mặt phẳng hai khe 80 cm Giao thoa thực với ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,6 µm Cho khe S dịch chuyển theo phương song song với đoạn tối thiểu theo chiều để vị trí có toạ độ x = − 1,2 mm chuyển thành vân tối
A 0,4 mm theo chiều âm B 0,08 mm theo chiều âm C 0,4 mm theo chiều dương D 0,08 mm theo chiều dương Giải:
Khoảng vân: i = D a
= mm (1).Vân tối thứ có tọa độ x = -1 mm gần M cách M: Δxmin = 0,2 mm, vân nằm M nên S phải dịch lên phía (chiều dương)
một đoạn:
/ min
x D
y
D
= = 0,08 mm Chọn D
*Bài toán nâng cao: Nếu cho nguồn S dao động điều hòa theo phương song song với S1S2 theo phương trình u = A0cosωt vân sáng trung tâm ( hay hệ vân ) dao động
điều hịa theo phương trình: /
A D
y cos( t ) Acos( t )
D
= + = +
- Trong khoảng thời gian T/2 hệ vân giao thoa dịch chuyển quãng đường 2A, đoạn số vân sáng: Ns =
L 2i +
=2
A i +
Suy số vân sáng dịch chuyển qua O sau khoảng thời gian T/2, T, t (s) NS, 2NS, t.f.2 NS
Ví dụ 10 (VDC) Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng đơn sắc cho vân giao thoa E với khoảng vân đo 1,5 mm Biết khe S cách mặt phẳng hai khe S1S2 khoảng d mặt phẳng hai khe S1S2 cách khoảng D = 3d.
Nếu cho nguồn S dao động điều hòa theo quy luật u = l,5cos3πt (mm) (t đo giây) theo phương song song với trục Ox đặt mắt O thấy có vân sáng dịch chuyển qua giây?
A 21 B 28 C 25 D 14
Giải:
Ta có: f 1,5 Hz
= =
Hệ vân dao động điều hịa theo phương trình: y A D0 cos( t ) Acos( t )
d
= + = +
với A =
s
A D A
4,5mm N
d i
= = + =
(17)Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: 17 - Vậy số vân sáng dịch chuyển qua O s là: 1,5.2.7 = 21 Chọn A
3.1.7 Dạng Quan sát vân giao thoa qua kính lúp
- Nếu mắt người khơng có tật dùng kính lúp (có tiêu cự f) để quan sát vân giao thoa trạng thái khơng điều tiết mặt phẳng tiêu diện vật kính lúp đóng vai trị ảnh giao thoa nên D = L - f
- Góc trơng n khoảng vân: tan ni f
=
Ví dụ (VD) Trong thí nghiệm Y-âng với hai khe S1, S2 cách khoảng a =
0,96 mm, vân quan sát qua kính lúp, tiêu cự f = cm, đặt cách mặt phẳng hai khe khoảng L = 40 cm Trong kính lúp (ngắm chừng vô cực) người ta đếm 15 vân sáng Khoảng cách tâm hai vân sáng đo 2,1 mm Tính góc trơng khoảng vân bước sóng xạ
A 3,5.10−3 rad; 0,5 µm. B 3,75 10−3 rad; 0,4 µm
C 37,5 10−3 rad; 0,4 µm D 3,5 10−3rad; 0,5 µm
Giải:
3
6 i
2,1 tan 3,75.10 rad
i 0,15mm f
15
ai
D L f 0,36m 0, 4.10 m D
−
− = =
= =
−
= − = = =
Chọn B
Ví dụ (VD) Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng với ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ, khoảng cách hai khe a = mm Vân giao thoa nhìn qua kính lúp có tiêu cự cm đặt cách mặt phẳng hai khe khoảng L = 45 cm Một người có mắt bình thường đặt mắt sát kính lúp quan sát hệ vân trạng thái khơng điều tiết thấy góc trơng khoảng vân 15’ Bước sóng λ ánh sáng
A 0,62 µm B 0,50 µm C 0,58 µm D.0,55 µm
Giải:
6
D L f 0, 4m
ai
0,55.10 m i
D tan i 2,18.10 m
f
− −
= − =
= =
= =
Chọn D
3.1.8 Dạng Bài toán liên quan đến ảnh vật qua thấu kính hội tụ
- Với toán ảnh thật vật qua thấu kính hội tụ, giữ cố định vật cách khoảng L, di chuyển thấu kính khoảng vật mà có hai vị trí thấu kính cách khoảng 1 cho ảnh rõ nét
- Lần cho ảnh a1 khoảng cách vật ảnh
đến thấu kính d1 = x; d1/ = L – x = y
- Lần cho ảnh a2 khoảng cách vật ảnh
(18)Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: 18 - L
x
x y L 2
x y L
y + = + = − = − =
+ Độ cao ảnh lớn: 1 /
d x
a a a
d y
= = (1) + Độ cao ảnh nhỏ: 2 /
2
d y
a a a
d x
= = (2) Từ (1) (2) suy khoảng cách khe: a= a a1 2
Ví dụ (VD) Trong thí nghiệm giao thoa khe Y-âng, khoảng cách từ khe đến 1,5 m Đặt khoảng khe thấu kính hội tụ cho trục thấu kính vng góc với mặt phẳng chứa khe cách khe Di chuyển thấu kính dọc theo trục chính, người ta thấy có vị trí thấu kính cho ảnh rõ nét khe màn, đồng thời ảnh khe hai trường hợp cách khoảng 0,9 mm 1,6 mm Bỏ thấu kính đi, chiếu sáng khe ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ = 0,72 µm ta thu hệ vân giao thoa có khoảng vân
A 0,48 mm B 0,56 mm C 0,72 mm D 0,90 mm
Giải: Ta có: 1 2 x L a a x D y
a a a 1, 2mm i 0,9mm
L y a
y a a
2 x + = = = = = = − = = Chọn D
Ví dụ (VD) Một nhơm mỏng, có rạch hai khe hẹp song song F1 F2 đặt
trước M khoảng 1,2 m Đặt hai khe thấu kính hội tụ, người ta tìm hai vị trí thấu kính, cách khoảng 72 cm cho ta ảnh rõ nét hai khe Ở vị trí mà ảnh bé khoảng cách hai ảnh F1'
F2' 0,4mm Bỏ thấu kính chiếu sáng hai khe nguồn điểm S phát ánh
sáng đơn sắc có bước sóng λ = 0,6µm Điểm M cách O 1,125mm vân sáng hay tối?
A Vân tối thứ B. Vân tối thứ C Vân sáng bậc D Vân sáng bậc Giải:
Ta có:
1
2 x
L a a
x
y
L y 1, 0,72 D
y a a 0, a a 1,6mm i 0, 45mm
2 x 1, 0,72 a
+ = = − − = = = = = = + M x 2,5
i = M vân tối thứ Chọn B
3.1.9 Dạng Sai số
* Cách tính giá trị trung bình sai số trực tiếp
- Giá trị trung bình: _
1 n
A A A
A
n
+ + +
=
- Sai số tuyệt đối lần đo:
_ _ _
1 2 n n
A A A ; A A A ; ; A A A
(19)Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: 19 - - Sai số tuyệt đối phép đo:
1 n
max
A A A
A (VL 10 CB)
n
A A
A (VL 10 NC)
2
+ + +
=
− =
- Sai số tỉ đối (tương đối): A A(%) A =
* Ghi kết đo: _ A= A A
Khi ghi kết cần lưu ý: (Theo SGK Vật lí 10, Vật lí 10 NC, SGV Vật lí 10 NC) - Sai số tuyệt đối thường viết đến tối đa chữ số có nghĩa - Giá trị trung bình viết đến bậc thập phân tương ứng
- Sai số kết không nhỏ sai số của dụng cụ đo xác - Số chữ số có nghĩa kết khơng nhiều số chữ số có nghĩa kiện xác
- Số chữ số có nghĩa tất số tính từ trái qua phải kể từ chữ số khác không
- Số chữ số có nghĩa nhiều cho biết kết có sai số nhỏ
Ví dụ (TH)
Khi đo bước sóng ánh sáng học sinh tính =0, 63345( m); =0, 025479( m) kết ghi nào?
Hướng dẫn:
Nếu sai số tuyệt đối lấy CSCN: = =0,630,03 ( m) Nếu lấy sai số tuyệt đối CSCN: = =0,6330,025 ( m)
* Cách tính sai số gián tiếp:
- Sai số gián tiếp tổng hiệu tổng sai số tuyệt đối số hạng
Ví dụ: F=X + Y – Z →F = X + Y + Z
- Sai số gián tiếp tích thương tổng sai số tỉ đối thừa số Ví dụ: F X.Y
Z
= → F X Y Z hay F X Y Z
F X Y Z
= + + = + +
- Sai số gián tiếp lũy thừa: n n
X X
n
X X
=
- Sai số gián tiếp số : n n
X X
n X X
=
* Chú ý: Các số phải lấy gần đến số lẻ thập phân cho sai số tỉ đối
của phép lấy gần nhỏ 10 lần tổng sai số tỉ đối đại lượng công thức
Ví dụ (VD) Một học sinh tiến hành thí nghiệm đo bước sóng ánh sáng phương pháp giao thoa khe Y-âng Học sinh đo khoảng cách hai khe a =1,20 ± 0,03 (mm); khoảng cách từ hai khe đến D = 1,60 ± 0,05 (m) độ rộng 10 khoảng vân L = 8,00 ± 0,16 (mm) Sai số tương đối phép đo
A. 1,60% B. 7,63% C. 0,96% D. 5,83%
(20)Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: 20 - Ta có: λ = a + D + i =
a a + D D
+ i
i
= a
a + D D + L L
( Vì i = 10 L i i = L L )
Suy ra: λ = 0,03 1, 20 +
0,05 1,60 +
0,16
8,00 = 0,07625 = 7,63 % Chọn B
Ví dụ (VD) Một học sinh làm thí nghiệm đo bước song ánh sáng thí nghiệm giao thoa qua khe Iâng Kết đo ghi vào bảng số liệu sau:
Khoảng cách hai khe a=0,15 0,01mm
Lầnđo D(m) L(mm) (Khoảng cách vân sáng liên
tiếp)
1 0,40 9,12 0,43 9,21 0,42 9,20 0,41 9,01 0,43 9,07 Trung bình
Bỏ qua sai số dụng cụ Kết đo bước sóng học sinh là:
A.0,68 0,05 (µm) B 0,65 0,06 (µm)
C.0,68 0,06 (µm) D.0,65 0,05 (µm)
Giải: Áp dụng công thức: λ = ai
D = aL
5D ( i =
L) vân có khoảng vân i
= a a + D D + L L
= a
a + D D + i i
Do vậy: λ = 0,65 0,06 (m) Chọn B
3.1.10 Bài tập tự giải:
Câu Giao thoa ánh sáng đơn sắc Y-âng có = 0,6m ; a = 1mm; D = 2m Khoảng vân i là:
A 0,3 mm B 1,2mm C.3.10-6m D 12mm
Câu Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, biết D = m, a = mm, = 0,6m Vân sáng thứ ba cách vân trung tâm khoảng
A 4,2 mm B 3,6 mm C 4,8 mm D mm
Khoảng cách hai khe a = 0,15 0,01mm
Lầnđo D (m) D (m) L (mm) L (mm) i (mm) i (mm) λ (m)
λ (m) 0,40 0,018 9,12 0,002 1,824 0,004 0,684
2 0,43 0,012 9,21 0,088 1,842 0,0176 0,643 0,42 0,000 9,20 0,078 1,84 0,0156 0,657 0,41 0,008 9,01 0,112 1,802 0,0244 0,659 0,43 0,012 9,07 0,052 1,814 0,0104 0,633
Trung bình
(21)Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: 21 -
Câu Một nguồn sáng đơn sắc S cách khe Y-âng 0,2 mm phát bước xạ đơn
sắc có = 0,64 m Hai khe cách a = 3,2 mm , cách khe m Chiều rộng vùng giao thoa 14 mm Số vân tối quan sát
A 22 B 23 C 24 D 25
Câu Thực giao thoa ánh sáng khe Y-âng với ánh sáng đơn sắc có bước
sóng λ Người ta đo khoảng cách vân sáng vân tối nằm cạnh 1mm Trong khoảng hai điểm M N hai bên so với vân trung tâm, cách vân 6mm ; 7mm có vân sáng
A vân B vân C vân D vân
Câu Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng khe Y-âng, khe có a=1mm
được chiếu ánh sáng có bước sóng 600nm.Các vân giao thoa hứng cách khe 2m.Tại điểm M cách vân sáng trung tâm 2,4mm có :
A vân tối B vân sáng bậc C vân sáng bậc D khơng có vân
Câu Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng khe sáng chiếu ánh sáng
đơn sắc = 0,5m ,khoảng cách khe 0,2mm khoảng cách từ khe tới 80cm Điểm M cách vân trung tâm 0,7cm thuộc:
A vân sáng thứ B vân sáng thứ C vân tối thứ D.vân tối thứ
Câu Thực giao thoa ánh sáng khe Y-âng với ánh sáng đơn sắc có bước
sóng 0,400m Khoảng cách khe 2mm, từ khe đến 1m Khoảng cách vân sáng bậc bên phải bên trái vân sáng trung tâm :
A 3,4mm B 3,6mm C 3,8mm D 4mm
Câu Trong giao thoa vớí khe Y-âng, người ta đo khoảng cách vân sáng
bậc đến vân sáng bậc phía với vân trung tâm 3mm Số vân sáng quan sát vùng giao thoa có bề rộng 13mm :
A 15 vân B vân C 13 vân D 11 vân
Câu Trong thí nghiệm Y-âng với nguồn ánh sáng đơn sắc có bước sóng = 0,45 m Cho biết khoảng cách khe sáng a = 3mm, khoảng cách khe sáng đến hứng vân D = 1m Tính khoảng cách vân tối liên tiếp
A 1,2mm B 3.10 – mm C 0,15.10 – m D khơng tính
Câu 10 Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng với hai khe Y-âng chiếu sáng
ánh sáng đơn sắc có bước sóng , khoảng cách hai khe a, khoảng cách từ hai khe đến D Trên quan sát hệ vân giao thoa Khoảng cách từ vân sáng bậc ba đến vân tối thứnăm phía vân trung tâm bao nhiêu?
A 2 D
a
B 3 D
2a
C 3 D
a
D D
a
Câu 11 Một nguồn sáng S phát ánh sáng đơn sắc có bước sóng = 0,5m đến khe Y-âng S1, S với S 1S2 = a = 0,5mm Mặt phẳng chứa S1S2 cách (E) khoảng D
= 1m.Chiều rộng vùng giao thoa quan sát L = 12,5mm Tìm số vân sáng số vân tối quan sát
A. 13sáng, 12 tối B. 11sáng, 12 tối C 12sáng, 13 tối D 13sáng, 14 tối Câu 12 Trong giao thoa ánh sáng với thí nghiệm Y-âng, khoảng vân i Nếu đặt toàn
bộ thiết bị chất lỏng có chiết suất n khoảng vân giao thoa là:
A n.i B i/n C i/(n + 1) D i/(n - 1)
Câu 13. Thí nghiệm giao thoa ánh sáng với nguồn S phát đồng thời hai xạ đơn sắc có bước sóng 1 = 0,62m 2 vị trí vân sáng bậc 1 trùng với vân sáng 2
Biết 2 nằm khoảng từ 0,45m đến 0,68m 2
(22)Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: 22 -
Câu 14 Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng với ánh sáng đơn sắc, khoảng cách
giữa hai khe 1mm, khoảng cách từ hai khe tới 2m Trong khoảng rộng 12,5mm có 13 vân tối biết đầu vân tối đầu vân sáng Bước sóng ánh sáng đơn sắc
A 0,5µm B 0,46µm C 0,48µm D 0,52µm
Câu 15 Thực giao thoa ánh sáng qua khe Y-âng với a = 1mm, D =1m, S phát
ánh sáng có bước sóng 0,5m Nếu cho dịch chuyển phía hai khe đoạn 20cm khoảng cách vân thay đổi ?
A Giảm 0,2mm B Giảm 0,1mm C Tăng 0,2mm D Tăng 0,1mm Câu 16 Trong thí nghiệm Y-âng: người ta dùng nguồn sáng đơn sắc S có bước sóng
0,6 m
= , khoảng cách hai khe đến 0,2m Thay nguồn S nguồn S'
là nguồn đơn sắc có bước sóng λ’ người ta thấy vị trí vân sáng thứ tạo λ’ trùng
với vị trí vân sáng thứ tạo λ Bước sóng λ’ bằng:
A 0,6m B 0,7m C 0,75m D 0,65m
Câu 17 Thực giao thoa ánh sáng khe Y-âng với ánh sáng đơn sắc có bước
sóng λ Người ta đo khoảng cách vân sáng liên tiếp 1,2cm Nếu thực giao thoa ánh sáng nước có chiết suất n = 4/3 khoảng cách hai vân sáng liên tiếp ?
A in = 2mm B in = 1mm C in = 1,8mm D in = 1,5mm Câu 18 Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng đơn sắc, người ta thấy khoảng vân tăng thêm 0,3 mm dời để khoảng cách hai khe tăng thêm 0,5 m Biết hai khe cách a = mm Bước sóng ánh sáng sử dụng là:
A 0,40 µm B 0,58 µm C 0,60 µm D 0,75 µm
Câu 19. (Mã 202 QG 2017) Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa với ánh sáng đơn sắc, khoảng cách hai khe 1,2 mm Ban đầu, thí nghiệm tiến hành khơng khí Sau đó, tiến hành thí nghiệm nước có chiết suất 4/3 ánh sáng đơn sắc nói Đề khoảng vân quan sát không đổi so với ban đầu, người ta thay đổi khoảng cách hai khe hẹp giữ nguyên điều kiện khác Khoảng cách hai khe lúc
A 0,9 mm B 1,6 mm C 1,2 mm D 0,6 mm
Câu 20 Cho thí nghiệm Y-âng, ánh sáng có bướcsóng 500 nm H chân đường cao hạ vng góctừ S1tới M Lúc đầu người ta thấy H cực đại giao thoa Dịch M xa hai khe S1, S2đến H bị triệt tiêu lượng sáng lần thứ
độ dịch 1/7 m Để lượngtại H lại triệt tiêu phải dịch xa thêm 16/35 m Khoảng cách hai khe S1và S2 là:
A 0,5 mm B mm C mm D 1,8 mm
Câu 21. Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, hai khe chiếu ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,6m Khoảng cách hai khe sáng 1mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến quan sát 1,5m Trên quan sát, hai vân sáng bậc nằm hai điểm M N Dịch quan sát đoạn 50cm theo hướng khe Y-âng số vân sáng đoạn MN giảm so với lúc đầu
A 7 vân B 4 vân C 6 vân D 2 vân
(23)Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: 23 -
A 3 mm B 4 mm C 2 mm D 2,5 mm
Câu 23.Trong thí nghiệm Y-âng, cách hai khe đoạn D1 thu
được hệ vân giao thoa Dời đến vị trí cách hai khe đoạn D2 người ta thấy hệ
vân có vân tối thứ (tính từ vân trung tâm) trùng với vân sáng bậc hệ vân lúc đầu Tỉ số D2/D1 bao nhiêu?
A 1,5 B. 2,5 C D
Câu 24. (Triệu Sơn – Thanh Hóa) Thực thí nghiệm Y-âng giao thoa với ánh sáng có bước sóng λ Trên quan sát, điểm M có vân sáng Giữ cố định điều kiện khác, di chuyển dần quan sát dọc theo đường thẳng vng góc với mặt phẳng chứa hai khe xa đoạn nhỏ 1/7 m M chuyển thành vân tối Dịch thêm đoạn nhỏ 16/35 m M lại vân tối Khoảng cách hai khe đến ảnh chưa dịch chuyển
A m B m C 1,5 m D 1,8 m
Câu 25. Thí nghiệm giao thoa Y-âng khoảng cách hai khe 0,75 mm Khoảng cách từ
khe S đến mặt phẳng haikhe 80 cm Giao thoa với ánh sáng đơn sắc có 0,75 µm Cho khe S dịch chuyển theo phương song song với đoạn tối thiếu để vị trí vân sáng trung tâm ban đầu vân sáng
A 1 mm B 0,8 mm C 0,6 mm D 0,4 mm
Câu 26 Trong thí nghiệm giao thoa Y-âng với ánh sáng đơn sắc, khoảng cách hai
khe đến D khoảng vân giao thoa mm Khoảng cách từ khe S đến mặt phẳng hai khe d = D/5 Cho khe S dịch chuyển theo phương song song với theo chiều dương đoạn 1,6 mm vân tối thứ nằm toạ độ số toạ độ sau?
A. -5mm B. +11mm C. +12mm D -12mm
Câu 27 Thí nghiệm giao thoa Y-âng khoảng cách hai khe 0,6 mm Khoảng cách từ
khe S đến mặt phẳng hai khe 80 cm Giao thoa với ánh sáng đơn sắc có 0,6 µm Cho khe S dịch chuyển theo phương song song với đoạn b có khoảng vân dịch chuyển qua gốc tọa độ O lúc O vị trí vân sáng Tính b
A 1 mm B 0,8 mm C 1,6 mm D 2,4 mm
Câu 28. Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng với hai khe Y-âng, cho D = 1,5m Nguồn sáng S phát ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ Khoảng cách từ S tới mặt phảng hai khe d = 60cm Khoảng vân đo 3mm Cho S dời theo phương song song với S1S2 phía S2 Hỏi để cường độ sáng O chuyển từ cực đại
sang cực tiểu S phải dịch chuyển đoạn tối thiểu
A 3,75mm B 2,4mm C 0,6mm D 1,2mm
Câu 29 Nguồn sáng S phát ánh sáng đơn sắc có bước sóng Khoảng cách từ S tới
mặt phẳng hai khe d Hai khe cách đoạn 2,7m Cho S dời theo phương song song với S1S2 phía S1 đoạn 1,5mm Hệ vân giao thoa di chuyển
4,5mm theo phương song song với S1S2 phía S2 Tính d:
A. 0,45m B 0,9m C 1,8m D 2,7m
Câu 30 Trong qua trình tiến trình thí nghiêm giao thoa ánh sánh với khe Y-âng với
ánh sáng đơn sắc λ Khi dịch chuyển nguồn sáng S song song với đến vị trí cho hiệu số khoảng cách từ S đến S1 S2 λ Khi O có:
A. vân sáng bậc dịch chuyển tới B vân tối thứ dịch chuyển tới C vân sáng bậc D Chưa kết luận
(24)Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: 24 - tinh có chiết suất n = 1,62 chắn khe S1 Ta thấy hệ thống vân
dời chỗ khoảng là:
A 1,5mm B 3mm C 1,86mm D 0,3mm
Câu 32. Trong thí nghiệm Y-âng cho a = 2mm, D = 2,2m Người ta đặt trước khe sáng S1 mặt song song mỏng chiết suất n, bề dày e = 6µm Khi ta thấy hệ thống
vân giao thoa bị dịch chuyển đoạn 3mm phía S1 Chiết suất n chất
làm mỏng là:
A. 1,40 B 1,45 C. 1,60 D 1,50
Câu 33 Một học sinh tiến hành thí nghiệm đo bước sóng ánh sáng phương pháp
giao thoa khe Y-âng Học sinh đo khoảng cách hai khe a =1,50 ± 0,01 (mm); khoảng cách từ hai khe đến D = 580 ± (mm) khoảng cách vân sáng liên tiếp L = 5,00 ± 0,02 (mm) Sai số tỉ đối (tương đối) phép đo
A. 4,6 % B. 1,2 % C. 0,5 % D. 5,8 %
Câu 34 Thí nghiệm giao thoa Y-âng khoảng cách hai khe 0,54mm Khoảng cách
từ S đến mặt phẳng hai khe 50 cm Giao thoa với ánh sáng đơn sắc có 0,5µm Cho khe S dịch chuyển theo phương song song với đoạn 1,25 mm tốc tọa độ O là:
A vân tối thứ B vân tối thứ C vân sáng bậc D. vân sáng bậc
Câu 35 Trong thí nghiệm giao thoa Y-âng khoảng cách hai khe 0,6 mm Khoảng
cách từ mặt phẳng hai khe đến m Khoảng cách từ khe S đến mặt phẳng hai khe 80 cm Giao thoa thực với ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,6 µm Cho khe S dịch chuyển theo phương song song với đoạn tối thiểu theo chiều để vị trí có toạ độ x = −1,2 mm chuyển thành vân sáng
A 0,32 mm theo chiều âm B 0,08 mm theo chiều âm C 0,32 rnm theo chiều dương D 0,08 mm theo chiều dương
Câu 36 Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng đơn sắc cho vân giao thoa
trên E với khoảng vân đo 1,5 mm Biết khe S cách mặt phẳng hai khe S1S2 khoảng d mặt phẳng hai khe S1S2 cách khoảng D = 2d. Nếu cho
nguồn S dao động điều hòa theo quy luật u = l,5cos3πt (mm) (t đo giây) theo phương song song với trục Ox đặt mắt O thấy có vân sáng dịch chuyển qua giây?
A 21 B 28 C 15 D 14
Câu 37 Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,5 μm, khe S có bề rộng vô hẹp, hai khe S1 S2 cách a = 0,5 mm khoảng cách
từ mặt phẳng chứa hai khe S1S2 đến quan sát E D = m Biết khe S cách mặt
phẳng hai khe S1S2 khoảng d = 0,8 m Nếu cho nguồn S dao động điều hòa theo
quy luật u = 10cos2πt (mm) (t đo giây) theo phương song song với trục Ox đặt mắt O thấy có vân sáng dịch chuyển qua giây?
A 11 B 52 C 50 D.24
Câu 38 Trên đường chùm tia sáng khe máy giao thoa
Y-âng phát ra, người ta đặt ống thuỷ tinh dày cm có đáy phẳng song song với Lúc đầu ống chứa khơng khí,sau thay clo Người ta quan sát thấy hệ vân dịch chuyển đoạn 10 lần khoảng cách vân sáng liên tiếp Máy chiếu ánh sáng có 0,589 μm, chiết suất khơng khí 1,000276 Chiết suất khí clo
A 1,000865 B 1,000856 C 1,000568 D 1,000586
Câu 39 Trong thí nghiệm Y-âng với bước sóng 0,6 μm với hai khe F1, F2 cách
(25)Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: 25 -
A 3,5.10−3 rad. B 3,75.10−3 rad C 6,75.10−3 rad D 3,25.10−3 rad
Câu 40 Trong thí nghiệm Y-âng với bước sóng 0,64 pin với hai khe F1, F2 cách
một khoảng a = 0,9 mm, vân quan sát qua kính lúp (ngắm chừng vô cực), tiêu cự f = cm, đặt cách mặt phẳng hai khe khoáng L = 60 cm Tính góc trơng khoảng vân
A 3,5.10−3 rad B 6,40.10−3rad C 6,75.10−3rad D 3,25.10−3rad
Câu 41 Trong thí nghiệm giao thoa Y-âng, thực với ánh sáng đơn sắc bước sóng
0,4 μm Người ta đặt mộtbán thủy tinh có bề dày μm trước hai khe Y-âng qua sát thấy có khoảng vân dịch qua gốc tọa độ Chiết suất thủy tinh
A 1,4 B 1,5 C 1,6 D 1,7
Câu 42 Một nhơm mỏng, có rạch hai khe hẹp song song F1 F2 đặt trước
một M khoảng1,2 m Đặt hai khe thau kính hội tụ, người ta tìm hai vị trí thấu kính, cách khoảng 72 cm cho ta ảnh rõ nét hai khe Ở vị trí mà anh bé khoảng cách hai ảnh F1' F2'
0,4mm Bỏ thấu kính chiếu sáng hai khe nguồn điểm S phát ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ = 0,6µm Tính khoảng vân giao thoa màn:
A 0,45 mm B 0,85 mm C 0,83 mm D 0,4 mm
Câu 43 Trong thí nghiệm giao thoa khe Y-âng, khoảng cách từ khe đến D =
1,2 m Đặt khoảng khe thấu kính hội tụ cho trục thấu kính vng góc với mặt phẳng chứa khe cách khe Di chuyển thấu kính dọc theo trục chính, người ta thấy có vị trí thấu kính cho ảnh rõ nét khe màn, đồng thời ảnh khe hai trường hợp cách khoảng 0,4 mm 1,6 mm Bỏ thấu kính đi, chiếu sáng khe ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ ta thu hệ vân giao thoa có khoảng vân i = 0,72 mm Giá trị λ
A 0,48 μm B 0,56 μm C 0,72 μm D 0,41 μm
Câu 44 Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng khe Y-âng, ánh sáng đơn sắc có
bước sóng λ = 0,5 μm phát từ khe hẹp S song song cách hai khe S1, S2
Khoảng cách hai khe S1, S2 mm, chứa hai khe S1, S2 cách nguồn S
khoảng cm song song với quan sát Khi đặt sau khe S1 thuỷ
tinh có bề dày μm, chiết suất n = 1,5 hệ vân giao thoa bị dịch chuyển Để hệ vân giao thoa trở vị trí cũ người ta phải dịch chuyển khe S theo phương song song với quan sát
A một đoạn mm phía khe S1 B. đoạn mm phía khe S2 C. đoạn mm phía khe S1 D. đoạn mm phía khe S2 Câu 45: Trong thí nghiệm giao thoa Y-âng với
ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,6μm khoảng cách hai khe S1S2 1mm Màn quan sát E
gắn với lị xo dao động điều hòa dọc theo trục đối xứng hệ Ban đầu E vị trí cân vị trí mà lị xo khơng biến dạng, lúc khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến quan sát E D = 2m Truyền cho E
vận tốc ban đầu hướng xa mặt phẳng chứa hai khe để dao động điều hòa theo phương ngang với biên độ A = 40cm chu kì T = 2,4s Thời gian ngắn kể từ lúc E dao động đến điểm M cách vân trung tâm 5,4mm cho vân sáng lần thứ ba
(26)Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: 26 -
3.2 Chuyên đề 2: Giao thoa ánh sáng nhiều thành phần
Nhận xét: Khi chùm đa sắc gồm nhiều xạ chiếu vào khe Y-âng để tạo giao thoa Trên quan sát hệ vân giao thoa xạ Vân trung tâm chồng chập vân sáng bậc k = xạ nên có màu nguồn sáng Trên thu chồng chập:
+ Của vạch sáng trùng nhau, + Các vạch tối trùng
+ Hoặc vạch sáng trùng vạch tối xạ
3.2.1 Dạng Giao thoa ánh sáng thành phần Phương pháp:
a) Vân sáng trùng hai xạ: xs1 = xs2 k1
D a
= k2
D a
2
2 1
k i b
k i c
= = =
= phân số tối giản (với b c số nguyên)
k b.n k c.n = =
Tọa độ vân trùng:
1
1 D
x b.n b.n.i a
= = với n = 0, ±1, ±2, k1 b 2b 3b 4b 5b
k2 c 2c 3c 4c 5c
x( Vị trí trùng)
1D b
a
2b D
a
3b D a
4b D a
5b D a
-Khoảng cách ngắn vân trùng:
Tại vị trí có k1 = k2 = 0 vân trùng trung tâm, khoảng cách gần
hai vân trùng khoảng cách từ vân trùng trung tâm đến vân trùng bậc ánh sáng đơn sắc: i12 = x = bi1 = ci2
- Tìm số vân sáng trùng thuộc vùng giao thoa có bề rộng L:
+ Nếu L đối xứng qua vân trung tâm hay vân sáng trùng bất kì: S
12
L
N
2i
= +
+ Nếu L = MN không đối xứng, biết tọa độ điểm M, N xM, xN ( giả sử xN <
xM ): Số vân sáng trùng: xN ≤ k.i12 ≤ xM ( số giá trị k nguyên số vân sáng trùng cần
tìm ) * Chú ý:
+ Nếu M, N bên vân trung tâm xN xM dấu
+ Nếu M, N hai bên vân trung tâm xN xM trái dấu - Tìm số vân sáng đoạn MN thuộc vùng giao thoa:
+ Số cực đại giao thoa 1: xN ≤ k1i1 ≤ xM + Số cực đại giao thoa 2: xN ≤ k2i2 ≤ xM
+ Số vân sáng trùng 1và 2: xN ≤ ki12 ≤ xM
Số vân sáng quan sát đoạn MN: n = k1 + k2 - k
Số vân sáng đơn sắc quan sát đoạn MN: n = k1 + k2 – 2.k
* Chú ý: Nếu xét khoảng bỏ dấu “ = ”
+Vân tối trùng hai xạ: xt1 = xt2 (2k1 + 1)
a
D
1
= (2k2+1)
D 2a
1 2 2
2 1
2k i b
2k i c
+ = = =
(27)Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: 27 - - Nếu toán có nghiệm
2
2k b(2n 1)
2k c(2n 1)
+ = +
+ = +
Tọa độ vân trùng: x b(2n 1) 1D b(2n 1).i1 c(2n 1).i2
2a 2
= + = + = + (n = 0, ±1, ±2 )
Như vậy:
- Vị trí vân tối trùng cách vân trung tâm:
i i x b c
2
= =
- Khoảng cách hai vân tối trùng liền kề: it= =x b.i1 =c.i2 Giữa hai vân sáng trùng có vân tối trùng + Số vân xT trường giao thoa: - T
L L
x
2
1
L D L
b(2n 1)
2 2a
− + (*) Số giá trị n thỏa mãn (*) = số vân tối trùng trường giao thoa
- Số vân xT miền MN L: xM xT xN (xM; xN tọa độ xM < xN (**)
Số vân tối trùng vùng MN số giá trị n thỏa mãn (**)
+Vân sáng xạ λ1 trùng với vân tối xạ λ2 :
xs1 = xt2 k1
D a
= (2k2+1)
D 2a
1 2 2
2 1
k i b
2k 2i c
= = =
+ = phân số tối giản (với b số nguyên dương, c số nguyên dương lẻ )
Nếu tốn có nghiệm
k b(2n 1)
2k c(2n 1)
= +
+ = +
Tọa độ vân trùng: x =b(2n 1)i+ 1 với n = 0, ±1, ±2,
- Số vân sáng λ1 trùng vân tối λ2 số giá trị n thỏa mãn biểu thức:
L x L L b(2n 1)i1 L
2 − 2 +
- Số vân vân sáng λ1 trùng vân tối λ2 miền MN L số giá trị n thỏa mãn
biểu thức:
xM x xN (xM; xN tọa độ xM < xN )
Ví dụ (TH) Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng Y-âng Hai khe hẹp chiếu nguồn sáng gồm xạ đơn sắc có bước sóng λ1 = 0,44μm λ2 =
0,48μm Hỏi quan sát thấy có loại vân sáng:
A B C D
Ví dụ (VD) Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng Y-âng Hai khe hẹp cách 1mm, khoảng cách từ quan sát đến chứa hai khe hẹp 1,25m Ánh sáng dùng thí nghiệm gồm hai ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ1 = 0,64μm λ2
= 0,48μm Khoảng cách từ vân sáng trung tâm đến vân sáng màu với gần là:
A 3,6mm B 4,8mm C 1,2mm D 2,4mm
Giải:
Khi vân sáng trùng nhau: 1 2
2
k 0, 48 k =k
k 0,64
= = =
(28)Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: 28 -
Vậy:
1
.D
k 3; k x 3i 2, 4.10 m 2, 4mm a
−
= = = = = = Chọn D
Ví dụ (VD) Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, nguồn sáng phát đồng thời hai xạ đơn sắc, xạ màu đỏ có bước sóng λd = 720 nm xạ
màu lục có bước sóng λl (có giá trị khoảng từ 500 nm đến 575 nm) Trên quan
sát, hai vân sáng gần màu với vân sáng trung tâm có vân sáng màu lục Tính bước sóng λl ánh sáng màu lục
Giải
Vị trí vân trùng có: kdd = kll kd = l l
d k
Vì hai vân trùng gần có vân màu lục nên vân trùng tính từ vân vân trung tâm vân sáng bậc ánh sáng màu lục
Ta có: 720
500
= 6,25 kd
720 575
= 7,12 Vì kd Z nên kd = l= d d
l k
k
= 560 nm
Ví dụ (VD) Thực 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 0,4μm B 0,45μm C 0,72μm D 0,54μm Giải :
gọi x khoảng cách VS trùng gần
TH1: Trong khoảng VS trùng có VS λ1 VS λ2
Kể VS trùng có VS λ1 VS λ2 nên x = 8i1= 5i2 => λ1 = 5λ2
=> λ2 = 1,024μm( loại)
TH2: Trong khoảng VS trùng có VS λ1 VS λ2
Kể VS trùng có VS λ1 VS λ2 Nên x = i1= i2 => λ1
= 8λ2 => λ2 = 0,4μm( nhận) Chọn A
Ví dụ 5(VD) Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, khoảng cách hai khe 0,5 mm, khoảng cách từ hai khe đến quan sát m 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
a. Tìm số vị trí vân sáng trùng hai xạ đoạn MN
A. B C D
b Tìm số vân sáng quan sát đoạn MN
A 18 B 15 C 16 D 12
c Tìm số vân sáng đơn sắc quan sát đoạn MN
A 18 B 15 C 16 D 12
Giải :
Các vân trùng có: k1
D a
= k2
D a
k2 = k1
2
=
3
4k1; vân sáng trùng ứng với k1 = 0, 4, 8, 12, k2 = 0, 3, 6, 9,
Vì i1 =
D a
= 1,8.10-3 m M x
i = 3,1; N x
(29)Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: 29 - Vì i2 =
D a
= 2,4.10-3 m M x
i = 2,3; N x
i = 9,2 đoạn MN có vân sáng xạ 2 (từ vân sáng bậc đến vân sáng bậc 9)
Vậy đoạn MN có:
a N = vân sáng trùng xạ ứng với k1 = 4; 12 k2 = 3;
Chọn A
b Số vân sáng quan sát được: N1 = + -3 = 15 Chọn B
c Số vân sáng quan sát được: N1 = + -2.3 = 12 Chọn D
Ví dụ (VDC) Trong thí nghiệm giao thoa Y-âng thực đồng thời hai xạ đơn sắc với khoảng vân thu là: i1 = 0,5mm; i2 = 0,3mm Tìm số
vị trí có vân tối hai hệ trùng thuộc: a.Vùng giao thoa có bề rộng 5mm
b.Trong khoảng từ vân sáng bậc 1 đến vân sáng bậc 10 2 hai bên vân trung tâm
Giải: Khi vân tối trùng nhau:
2
2k i 2k i
+ = =
+
1
2k 3(2n 1)
2k 5(2n 1)
+ = + + = +
k 3n k 5n
= = +
= = +
1
k 1
T T
D i
x x 3(2n 1) 3(2n 1) 3(2n 1).0,5 /
2a
= = + = + = +
a. Ta có: -L xT L 3(2n 1).0,5
2 2 2
+
− −2,16 n 1,167 = −n 0; 1;
có vị trí vân tối trùng trường giao thoa L:
b Ta có: xM xT xN 1.i1 3(2n 1).0,5 10.i2 n 1,5 n 0;1
2
+
− − =
có vị trí
Ví dụ (VDC) Trong thí nghiệm giao thoa Y-âng, thực đồng thời với ánh sáng đơn sắc khoảng vân giao thoa i1 = 0,8mm, i2 = 0,6mm Biết
trường giao thoa rộng: L = 9,6mm Hỏi số vị trí mà : a) x
1
T = xS b xS1= xT2 Giải:
a.k2i2=(2k1+1)
2
1
1
1
k 2(2n 1)
i k i 0,8
2k 3(2n 1)
2 2k 2i 2.0,6
= + = = = + = + + 2
x k i 2(2n 1).0,6
= = +
L L
x 4,8 2(2n 1).0,6 4,8 2,5 n 1,5
− − + − n = 0;1;-1;-2 có vị trí
b k1i1=(2k2 +1) 2
2
i k i 0,6
2 2k +1= 2i = 2.0,8=8
Vì 2k2 + phải lẻ nên 2k2 + = khơng thỏa mãn Như khơng có vị trí có
x
1
S =xT thuộc vùng giao thoa
3.2.2 Dạng Giao thoa ánh sáng 3,4 thành phần
Xét trường hợp ánh sáng gồm thành phần ( 4,5 thành phần làm tương tự)
a Bài toán 1: Xác định khoảng cách ngắn vân sáng màu với vân sáng
(30)Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: 30 -
Phương pháp:
- Khi vân sáng trùng nhau: k1i1 = k2i2 = k3i3 = = knin
k1λ1 = k2λ2 = k3λ3 = = knλn
k1a = k2b = k3c = = knd
- Tìm BSCNN a,b,c,d ( với hai bước sóng ta lập tỉ số tìm ln k1 k2)
- Tính: k1 BSCNN;k2 BSCNN;k3 BSCNN;k4 BSCNN
a b c d
= = = =
- Khoảng cách cần tìm:
Khoảng cách vân sáng có màu giống với màu vân trung tâm:
i123 = k1i1 = k2i2 = k3i3
Vântối: =x (k1+0,5).i1 =(k2 +0,5).i2 =(k3+0,5).i3
*Hoặc xác định:
Khoảng vân trùng (khoảng cách nhỏ hai vân màu với vân trung tâm): Ba xạ: i123 =BSCNN i ,i ,i( 3)
Ví dụ (TH) Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng Y-âng Hai khe hẹp chiếu nguồn sáng gồm xạ đơn sắc có bước sóng λ1 = 0,44μm, λ2 =
0,48μm, λ3 = 0,35μm, λ4 = 0,58μm Hỏi quan sát thấy có loại vân sáng: A B C 11 D
Ví dụ (VD) Trong TN Y-âng giao thoa ánh sáng,chiếu vào khe Iâng chùm sáng đa sắc gồm thành phần đơn sắc có bước sóng 1 =0.4m, 2 =0.6m, 3
=0.75m Biết khoảng cách hai khe a = mm, khoảng cách hai khe đến D = 1m Khoảng cách ngắn hai vân màu với vân sáng trung tâm là:
A mm B mm C 12 mm D mm
Bài giải: Vị trí vân màu với vân trung tâm: x = k1i1 = k2i2 = k3i3
k1λ1 = k2λ2 = k3λ3 0,4 k1 = 0,6 k2 = 0,75k3 8k1 = 12k2 = 15k3
Bội SCNN 8, 12 15 120 k1 = 15; k2 = 10; k3 =
Khoảng cách ngắn hai vân màu với vân sáng trung tâm là: i123 = k1i1 =
6 mm Chọn B
Ví dụ (VD) Thí nghiệm giao thoa ánh sáng khe Y-âng.Ánh sáng sử dụng gồm ba xạ đỏ, lục, lam có bước sóng : λ1 = 0,64μm, λ2 = 0,54μm, λ3 =
0,48μm Vân sáng kể từ vân sáng trung tâm có màu với vân sáng trung tâm ứng với vân sáng bậc vân sáng màu lục?
A. 24 B 27 C 32 D 18
Giải: Ta có : i1 = λ1.D/a , i2 = λ2.D/a , i3 = λ3.D/a
Lập tỷ số : i1/i2 = λ1/λ2 = 32/27; i1/i3 = λ1/λ3 = 4/3
khoảng vân trùng : i123 = 32.3.i2 = 27.4.i3
Ta có cơng thức vị trí vân sáng màu với vân sáng trung tâm : xn = n.itrùng
+ vân kể từ vân trung tâm cò màu : n = x = itrùng = 32.3.i2 = 27.4.i3
x = 32.3 λ2.D/a = 27.4 λ3.D/a = 32.λ2 = 36.λ3 x = k2.λ2 = k3.λ3
Cùng màu với vân sáng trung tâm ứng với vân sáng bậc k = 32 vân sáng màu lục => Chọn C
Ví dụ (VD) Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng khe Y-âng khoảng cách khe kết hợp a = mm, khoảng cách từ hai khe đến D = 50cm ánh sáng sử dụng gồm xạ có bước sóng : λ1 = 0,64μm, λ2 = 0,6μm, λ3 = 0,54μm, λ4 =
0,48μm Khoảng cách ngắn hai vân màu với vân sáng trung tâm là:
(31)Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: 31 -
Giải: Khi vân sáng trùng nhau:
1 2 3 4
1 4
1
1
k = k k = k k 0,64 = k 0,6 k 0,54 = k 0, 48
k 64 = k 60 k 54 = k 48 k 64 = k 60 k 54 = k 48 k 32 = k 30 k 27 = k 24
BSCNN(32,30, 27, 24) 4320
4320 4320 4320 4320
k 135; k 144; k 160; k
32 30 27 24
= =
= =
=
=
= = = = = = = =180
Vậy: =x 135i1=144i2 =160i3 =180i4 =0,0432m=4,32cm Chọn D
b Bài toán 2: Xác định số vân sáng khoảng L = MN thuộc vùng giao thoa
Phương pháp:
- Tính k1→ k3 tốn
- Xác định vị trí trùng cho cặp xạ Nguyên tắc lập tỉ số cặp:
k1 – k2 N12 số vân trùng 1 2
k2 – k3 N23 số vân trùng 2 3 k3 – k1 N31 số vân trùng 3 1
- Tính tốn theo yêu cầu đề bài:
*Trường hợp 1: Xác định số vân sáng khoảng vân sáng có màu màu vân sáng trung tâm ( L = i123): N = k1 + k2 + k3 - N12 - N23 - N31
*Trường hợp 2: L = MN
- Xác định số cực đại giao thoa đơn sắc: k1 , k2 , k3
- Xác định số vân trùng xạ đơn sắc: N12; N23; N31
- Xác định số vân trùng xạ đơn sắc: N123
+ Số vân sáng quan sát được: N1 = k1 + k2 + k3 – (N12 + N23 + N31) – N123
+ Số vân sáng đơn sắc quan sát được: N1 = k1 + k2 + k3 – 2.(N12 + N23 + N31) – N123
+ Số vân sáng không đơn sắc quan sát được: N2 =N12 + N23 + N31 +N123 Chú ý:
- Tính số vân sáng trùng khoảng đoạn MN tương tự làm với ánh sáng đơn sắc với khoảng vân i12 i123
- Làm tương tự với giao thoa ánh sáng 4, …thành phần
- Có lần nhân đơi khoảng có nhiêu vị trí trùng cho cặp
Ví dụ (VDC) Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, hai khe chiếu đồng thời xạ đơn sắc có bước sóng : λ1 = 0,4μm , λ2 = 0,5μm , λ3 = 0,6μm Trên
màn quan sát ta hứng hệ vân giao thoa , khoảng hai vân sáng gần màu với vân sáng trung tâm, ta quan sát vân sáng?
A 34 B 27 C 32 D 20
Giải:
Khi vân sáng trùng nhau: k1λ1 = k2λ2 = k3λ3
k1.0,4 = k2.0,5 = k3.0,6 4k1 = 5k2 = 6k3
BSCNN(4,5,6) = 60 k1 = 15 ; k2 = 12 ; k3 = 10 : Bậc 15 λ1 trùng bậc 12 λ2
trùng với bậc 10 λ3
Ta lập tỉ số k1 = 15 ; k2 = 12 ; k3 = 10
- Với cặp λ1, λ2 :
2
k 10 15
k 12
= = = =
(32)Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: 32 - - Với cặp λ2, λ3 :
3
k 12
k 10
= = =
có vị trí trùng nhauN23 =
- Với cặp λ1, λ3 :
3
k 12 15
k 10
= = = = = =
có vị trí trùng nhauN31 =
Vậy số vân sáng khoảng vân sáng có màu màu vân sáng trung tâm: N = k1 + k2 + k3 - N12 - N23 - N31 = 27 Chọn B
3.2.3 Bài tập tự giải:
Câu 1. Một nguồn sáng điểm nằm cách hai khe Y-âng phát đồng thời hai xạ đơn sắc có bước sóng 1 = 0,6 m bước sóng 2 chưa biết Khoảng cách
giữa hai khe a = 0,2 mm, khoảng cách từ khe đến D = m Trong khoảng rộng L = 2,4 cm màn, đếm 17 vạch sáng, có vạch kết trùng hai hệ vân Tính bước sóng 2, biết hai vạch trùng
nằm khoảng L
A 0,48.10-6 m B 0,58.10-6 m C 0,68.10-6 m D 0,60.10-6 m
Câu 2. Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, vùng MN quan sát, người ta đếm 21 vân sáng với M N hai vân sáng dùng dánh sáng đơn sắc có bước sóng =1 0, 45 m Giữ nguyên điều kiện thí nghiệm, dùng nguồn
sáng đơn sắc khác với bước sóng =2 0,60 m số vân sáng miền
A 18 B 15 C 16 D 17
Câu 3. Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, hai khe cách a = 1mm, hai khe cách quan sát khoảng D = 2m Chiếu vào hai khe đồng thời hai xạ có bước sóng 1 = 0,4m 2 = 0,56m Hỏi đoạn MN với xM = 10mm xN =
30mm có vạch đen xạ trùng nhau? A.3 B.4 C.5 D.6
Câu 4. Trong thí nghiệm giao thoa với khe Y-âng Nguồn sáng S nguồn hỗn tạp gồm hai ánh sáng đơn sắc Ánh sáng 1 = 520nm, ánh sáng có bước sóng 2 [620nm-740nm] Quan sát hình ảnh giao thoa người ta nhận thấy khoảng vị trí trùng thứ hai hai vân sáng đơn sắc 1, 2 vân trung tâm
(không kể vân trung tâm), có 12 vân sáng với ánh sáng có bước sóng 1 nằm độc lập
Bước sóng 2 có giá trị là:
A.728nm B.693,3nm C.624nm D.732nm
Câu 5. Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, nguồn phát sáng đồng thời hai xạ đơn sắc, có bước sóng 0,72 μm 0,45 μm Hỏi quan sát, giũa hai vân sáng gần màu với vân sáng trung tâm, có vân sáng khác màu vân trung tâm? A 10 B 13 C 12 D 11
Câu 6. Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng Nguồn sáng phát xạ có 1
=0.5 um; 2 = 0.75 um Xét M vân sáng bậc 1; N vân sáng bậc ứng
với 2 Trên MN, ta đếm vân sáng?
A B.7 C.3 D.5
Câu 8. Một nguồn sáng điểm phát đồng thời hai xạ màu đỏ có =640nm mầu xanh lam có bước sóng 2 chiếu vào hai khe Y-âng Trên quan sát hai khe người
ta thấy hai vân sáng mầu gần với vân sáng có vân sáng mầu xanh lam Số vân sáng mầu đỏ hai vân sáng mầu là:
(33)Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: 33 -
Câu 9. Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, khoảng cách hai khe a = 2mm, khoảng cách từ hai khe đến ảnh D = 2m Nguồn S phát đồng thời hai xạ có bước sóng 1 = 0,5m 2 = 0,4m Trên đoạn MN = 30mm (M N
bên O OM = 5,5mm) có vân tối xạ 2 trùng với vân sáng
xạ 1: A 12 B 15 C 14 D 13
Câu 10. Trong thí nghiệm Y-âng 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 là: A B C D
Câu 11. Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng khe Y-âng khoảng cách khe kết hợp a = mm, khoảng cách từ hai khe đến D = 50cm ánh sáng sử dụng gồm xạ có bước sóng : λ1 = 0,64μm , λ2 = 0,6μm , λ3 = 0,54μm λ4 =
0,48μm Khoảng cách ngắn hai vân màu với vân sáng trung tâm là?
A 4,8mm B 4,32 mm C 0,864 cm D 4,32cm
Câu 12. Trong thí nghiệm giao thoa Y-âng, thực đồng thời với hai xạ đơn sắc thu hai hệ vân giao thoa với khoảng vân 1,35 (mm) 2,25 (mm) Tại hai điểm gần M N vân tối hai xạ trùng Tính MN: A 4,375mm B 3,2 mm C 3,375 mm D 6,75 mm
Câu 14. Một nguồn sáng điểm nằm cách hai khe Y-âng phát đồng thời hai xạ đơn sắc có bước sóng 1 = 0,44 m bước sóng 2 chưa biết Khoảng cách
giữa hai khe hẹp a = 0,2 mm, khoảng cách từ khe đến D = m Trong khoảng rộng L = 5,72 cm màn, quan sát 46 vạch sáng vạch tối Tính 2,
biết hai ba vạch tối nằm khoảng L
A 0,68 m B 0,616 m C 0,52 m D 0,60 m
Câu 15. Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, nguồn sáng phát đồng thời hai xạ đơn sắc, xạ màu đỏ có bước sóng 1 = 0,75 m xạ màu
lam có bước sóng 2 = 0,45 m Khoảng cách hai khe hẹp a = mm, khoảng cách
từ hai khe hẹp đến quan sát D = m Tính khoảng cách gần từ vân sáng bậc ánh sáng màu lam đến vân tối xuất
A 0,675 mm B 0,9 mm C 1,125 mm D 1,575 mm
Câu 16. Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, nguồn sáng phát đồng thời hai xạ đơn sắc có bước sóng 1 = 525 nm 2 = 675 nm Khoảng cách
giữa hai khe hẹp a = mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe hẹp đến quan sát D = 1,2 m Hỏi quan sát, xét vùng giao thoa có bề rộng L = 18 mm chứa tối đa vân tối ?
A B C D
Câu 17. Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng khe Y-âng nguồn S phát ánh sáng đơn sắc :màu tím λ1 = 0,42µm, màu lục λ2 = 0,56µm, màu đỏ λ3 = 0,7µm Giữa hai vân
sáng liên tiếp có màu giống màu vân trung tâm có 11 cực đại giao thoa ánh sáng đỏ Số cực đại giao thoa ánh sáng lục tím hai vân sáng liên tiếp nói là:
A.15 lục 20 tím B.14 lục 19 tím C.14 lục 20 tím D.13 lục 18 tím
Câu 18. Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, khoảng cách hai khe a
(34)Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: 34 - Trên khoảng từ M đến N với MN = 6cm có vân màu với vân trung tâm biết M N hai vân màu với vân trung tâm?
A B C D
Câu 20. Trong thí nghiệm khe Y-âng giao thoa ánh sáng , nguồn S phát đồng thời ba ánh sáng đơn sắc có bước sóng lần lượt: 0,40 µm (màu tím), 0,48 µm (màu lam) 0,72 µm (màu đỏ) Giữa vân sáng liên tiếp có màu giống màu vân trung tâm có vân có màu đơn sắc lam vân có màu đơn sắc đỏ : A 11 vân lam, vân đỏ B vân lam, vân đỏ
C 10 vân lam, vân đỏ D vân lam, vân đỏ
Câu 21. Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, hai khe cách a=1mm, hai khe cách quan sát khoảng D=2m Chiếu vào hai khe đồng thời ba xạ có bước sóng 1 = 0,4 m, 2 = 0,56 m 3 = 0,72 m Hỏi đoạn MN phía
so với vân trung tâm với xM=1cm xN=10 cm có vạch đen xạ
trùng nhau?
A B C D
Câu 22. Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng có a=1mm D=1m Khe S chiếu đồng thời ba xạ đơn sắc có bước sóng 1 =400nm ;2 =500nm : 3 =600nm Gọi
M điểm nằm vùng giao thoa quan sát cách vị trí trung tâm O khoảng 7mm Tổng số vân sáng đơn sắc ba xạ quan sát đoạn OM A.19 B.25 C.31 D.42
Câu 23. Trong thí nghiệm giao thoa Y-âng, khe S phát đồng thời ánh sáng đơn sắc, có bước song tương ứng λ1 = 0,4 µm, 2 = 0,48 µm 3 = 0,64 µm Trên màn,
trong khoảng hai vân sáng liên tiếp có màu trùng với vân trung tâm,quan sát thấy số vân sáng đơn sắc là: A 11 B C 44 D 35
Câu 24. Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng Y-âng, nguồn S phát đồng thời ba xạ có bước sóng =1 400nm; =2 500nm; =3 750nm Giữa hai vân sáng gần
cùng màu với vân trung tâm quan sát thấy có loại vân sáng?
A B C D
3.3 Chuyên đề 3: Giao thoa ánh sáng trắng
Nhận xét: Khi thực giao thoa với ánh sáng trắng ta thấy:
+ Ở ánh sáng đơn sắc cho vạch màu riêng, tổng hợp chúng cho ta vạch sáng trắng (Do chồng chập vạch màu đỏ đến tím vị trí này)
+ Do tím nhỏ => itím.= tím D/a nhỏ => làm cho tia tím gần vạch trung tâm
hơn tia đỏ (Xét bậc giao thoa)
+ Tập hợp vạch từ tím đến đỏ bậc (cùng giá trị k) quang phổ bậc k đó, (Ví dụ: Quang phổ bậc bao gồm vạch màu từ tím đến đỏ ứng với k = 2)
3.3.1 Dạng 1: Cho tọa độ x0 màn, hỏi có xạ cho vạch tối
hoặc sáng?
a Các xạ ánh sáng trắng cho vân sáng x0 khi:
Ánh sáng đơn sắc cho vân sáng vị trí xét nếu: x0 = k
D x a
a k.D
=
(1) Bức xạ có bước sóng thuộc vùng ánh sáng nhìn thấy nên: = = min t d m ax (2) Từ (1) (2) ta có: 0
max
ax ax
k
D D
(35)Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: 35 - Chọn kZ thay giá trị k tìm vào (1) tính
Số xạ cho vân sáng M số giá trị k
b.Các xạ ánh sáng trắng cho vân tối (bị tắt) x0:
Ánh sáng đơn sắc cho vân sáng vị trí xét nếu: x0 = (k
1 D ) a
+ x a0
(k / 2).D =
+ (1)
Bức xạ có bước sóng thuộc vùng ánh sáng nhìn thấy nên: = = min t d m ax (2) Từ (1) (2) ta có: 0
max
ax ax
k
D − 2 D −2
(với kZ) Chọn kZ thay giá trị k tìm vào (1) tính Số xạ cho vân tối M số giá trị k
Ví dụ (TH): Hãy chọn câu đúng Nếu làm thí nghiệm Y-âng với ánh sáng trắng thì:
A Chỉ quan sát vài vân bậc thấp có màu sắc, trừ vân bậc có màu trắng
B Hồn tồn khơng quan sát vân
C Vẫn quan sát vân, gồm vân sáng tối xen kẽ đặn D Chỉ thấy vân sáng có màu sắc mà khơng thấy vân tối
Ví dụ (VD): Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, hai khe chiếu ánh sáng trắng có bước sóng từ 380nm đến 760nm Khoảng chách khe 0,8mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa khe đến m Trên vị trí cách vân trung tâm 3mm có vân sáng xạ nào?
Giải: xM = xS = k
D a
3
M
ax 0,8.10 3.10 1, 2.10
kD k.2 k
− − −
= = =
Mà 380.10-9
6
9
1, 2.10
760.10 k
−
−
3,15 k 1,57 =k 2;3 Vậy: k =
0,6.10 m−
= = 0,6m; k =
6
6
1, 2.10
' 0, 4.10 m
k
−
−
= = = 0,4 m
Ví dụ 3(VD): Trong thí nghiệm giao thoa Y-âng, khoảng cách khe a = 1mm, khoảng cách từ hai khe tới D = 1m Chiếu vào khe S ánh sáng trắng có bước sóng thỏa mãn: 0,39 m 0,76 m Trên bề rộng L = 2,34mm ảnh (vân trắng trung tâm giữa), số vân sáng màu có =0,585 m quan sát thấy là:
A 3 B C 4 D 5
Giải:
+ =0,585 m =i 0,585mm +
L
2i = Trên miền L/2 có vân sáng, vân sáng bậc λ trùng với vân khác
+ Xét VT vân sáng bậc có vân sáng khác hay không : k D/a = 2i => = 2ia/kD = 1,17/k m
0,39 m 1,17 / k 0,76 m 1,5 k k 2;3
=
vị trí vân sáng bậc λ cịn có vân sáng bậc xạ khác trùng Như miền L số vân sáng màu có λ = 0,585µm quan sát vân sáng bậc Chọn B
Ví dụ 4(VD): Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, khe hẹp s phát đồng thời xạ đơn sắc có bước sóng 1= 4410A
0
(36)Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: 36 - vân sáng liên tiếp có màu giống màu vân trung tâm cịn có vân sáng khác Biết 0,38 m 0,76 m Giá trị 2bằng:
A. 7717,5 A0 B. 5512,5 A0 C. 3675,0 A0 D.5292,0 A0 Giải:
* Trên đoạn vận sáng liên tiếp có màu giống màu vân trung tâm có tổng số vân sáng : + 2.2 = 13 (vân)
+ n số vân sáng 1 => số khoảng vân : k1 = n –
+ (13 – n) số vân sáng 2 => số khoảng vân : k2 = 13 - n – = 12 – n
* Ta có :
1 2
2
k n (n 1).0, 441 (n 1).0, 441
0,38 m 0,76 m
k 12 n 0, 441 12 n 12 n
− − −
= = =
− − −
6,09 n 7,96 n = => 2 = 0,5292m Chọn D
Ví dụ 5(VD): Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng có bứơc sóng từ 0,4 m đến 0,7 m Khoảng cách hai nguồn kết hợp a = 2mm, từ hai nguồn đến D = 1,2m điểm M cách vân sáng trung tâm khoảng xM = 1,95 mm có xạ
nào cho vân sáng
A.có xạ B.có xạ C.có xạ D.có xạ
Giải:
Tại M có vân sáng nếu: xM = ni ( nN) M
M
D a.x 2.1,95 3,25
x n mm m
a n.D n.1,2.10− n
= = = =
Do: 0,4m 0,7m nên:
3,25 n
0,4 0,7 8,1 n 4,6 n 5,6,7,8 n 0,4 3,25 0,7
=
Như có xạ ánh sáng tập trung M ứng với n = 5, 6, 7,
Thế vào (1) ta có bước sóng chúng là: 5 = 0,65m;6 =0,542m; 7 =0,464m; 8 =0,406m Chọn D
3.3.2 Dạng 2: Xác định bề rộng quang phổ bậc k giao thoa với ánh sáng trắng
-Bề rộng quang phổ khoảng cách từ vân sáng đỏ đến vân sáng tím bậc xk = k
k k
d t d t d t
D
x x x k ( ) k.(i i ) a
= − = − = − với k N, k bậc quang phổ
- Bề rộng quang phổ bậc 1: =x1 xsd1−xst1= −id it - Bề rộng quang phổ bậc 2: =x2 xsd 2 −xst 2
……… ……… - Bề rộng quang phổ bậc k :x k = x sđk – x stk = k
đ.D
a
- k t.D
a
=> Bề rộng quang phổ bậc n giao thoa với ánh sáng trắng: xk = k d t
( )D
a −
-Bề rộng vùng xen phủ quang phổ bậc bậc 3: Δx23 = xđ2 - xt3 = ( đ t)
D
2
(37)Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: 37 - - Bề rộng vân tối thứ nhất: Δx1 = xt1 = it = t
.D a
- Bề rộng vân tối thứ hai: Δx2 = xt2 – xđ1 = 2it – iđ = t d
D
(2.i i )
a −
Lưu ý: Vị trí có màu màu với vân sáng trung tâm O vị trí trùng tất vân sáng xạ
- Bề rộng quang phổ bậc k: x kD( đ t) a
= − với đ t bước sóng ánh sáng đỏ
và tím
- Khoảng cách dài ngắn vân sáng vân tối bậc k:
Min t đ
D
x [k (k 0,5) ] a
= − −
Max đ t
D
x [k (k 0,5) ] a
= + − vân sáng vân tối nằm khác phía O
Max đ t
D
x [k (k 0,5) ] a
= − − vân sáng vân tối nằm phía O
Ví dụ 1(TH): Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng trắng có a = 3mm, D = 3m, bước sóng từ 0,4 m đến 0,75 m Trên quan sát thu dải quang phổ Bề rộng dải quang phổ thứ kể từ vân sáng trắng trung tâm bao nhiêu?
Giải: Ta có: Bề rộng quang phổ bậc 2:
2
2 đ t đ t
kD 2.3
x x x ( ) 0,35.10 0,7.10 m 0,7mm
a 3.10
− −
−
= − = − = = =
Ví dụ 2(VD): Trong thí nghiệm giao thoa sáng dùng khe Y-âng, khoảng cách khe a = 1mm, khoảng cách hai khe tới D = 2m Chiếu sáng trắng có bước sóng thỏa mãn 0,39µm 0,76µm Khoảng cách gần từ nơi có hai vạch màu đơn sắc khác trùng đến vân sáng trung tâm
A 1,64mm B 2,40 mm C 3,24mm D. 2,34mm
Giải:
*Nơi có hai vạch màu đơn sắc khác trùng gần vân TT nơi chồng lên quang phổ bậc bậc ( khơng thể có quang phổ bậc 1)
1.D
a
= 2.D
a
(2 thuộc QP bậc 3, 1 thuộc QP bậc 2;2 < 1)1 = 1,52 * 0,39µm 0,76µm
+ Gần vân TT ứng với 2 nhỏ 0,39µm ; Khi 1 = 0,585µm ; x =
a D
= 2,34mm Chọn D
Ví dụ 3(VDC): Trong thí nghiệm hai khe cách 2mm cách quan sát 2m Dùng ánh sáng trắng chiếu vào khe Biết bước sóng ánh sáng tím 0,38 m tia đỏ 0,76 m Bề rộng vân tối là:
A.95 m B.0,95m C 380m D 190m
Giải: Vị trí vân sáng tím vân sáng đỏ màn: xt = k t
D a
= k 0,38 (mm); xđ = k đD
a
(38)Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: 38 - vùng sáng nằm vị trí vân sáng tím đỏ bậc
Ta thấy vị trí vân sáng tím bậc 2k trùng với vị trí vấn sáng đỏ bậc k Do mà có vùng tối
nằm vân sáng trung tâm vân sáng tím bậc Phía ngồi vân sáng tím bậc vùng sáng
Bề rộng vùng tối OT1 = 0,38 mm = 380 m Chọn C
3.3.3 Dạng 3: Bài toán liên quan đến vị trí cho n vân sáng trùng
Chiếu vào khe Y-âng sáng có bước sóng: min max
Ta biết vân trung tâm có màu giống màu ánh sáng nguồn phát ra, vân sáng bậc khác không bị tách thành dải màu (quang phổ liên tục ) Bề rộng quang phổ liên tục bậc k tính bởi: xk = k max
( )D
a
−
(1)
Khi k tăng, dải màu nói dãn chồng chất dần lên nhau, điểm có n vân sáng trùng phải thuộc vùng giao n quang phổ có bậc liên tiếp Ta xét vùng giao n quang phổ bậc k ; k + ; … ; k + n – hình
Điều kiện cần điểm M nằm vùng có n vân sáng trùng nhau:
max min
M
max
D D (n 1) n
k x (k n 1) k
a a
+ − − = −
− − (1)
Để M khơng có q n vân sáng trùng điểm M khơng nằm quang phổ bậc (k – 1) không nằm quang phổ bậc (k + n) :
(2) Với max =
a Bài tốn Tìm số vùng mà điểm có n vân sáng trùng
K K+1
K+2
K+n-1
K+n
K-1
Vùng có n vân sáng trùng
nhau
O T1 T2 T3 T4 T5 T6
Đ1 Đ2 Đ3
ax
m D
k a
min (k+ −n 1) D
a
min max max
max
D D n n
(k n) (k 1) k
a a
+ +
+ − =
(39)Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: 39 - Từ (1) (2) số vùng có n vân sáng trùng số giá trị k thỏa mãn:
n k n
1
− +
− − (3) Với = maxmin
-Tìm số giá trị k (với kz) thỏa mãn (1) có N vùng
-Vì ta xét số vùng nửa trường giao thoa số vùng có n xạ cho vân sáng tồn trường giao thoa 2N
+ Với ánh sáng trắng α = nên tồn vùng với giá trị n + Với ánh sáng đa sắc khác có α < 2, có loại
vùng sau đây:
a.1 Với giá trị k thỏa mãn:
n n
k
1
−
− −
ta có:
maxD minD
k (k n)
a a
+
minD m axD (k n 1) (k 1)
a a
+ − −
Vùng cần tìm nằm khoảng vân sáng bậc k λmax bậc (k + n – 1) λmin (hình a).Vùng a thường ứng với giá trị k nhỏ
a.2. Với giá trị k thỏa mãn: n k n 1 1+
− −
ta có:
maxD minD (k 1) (k n 1)
a a
− + −
minD m axD
(k n) k
a a
+
Vùng cần tìm nằm khoảng vân sáng bậc k+n λmin bậc (k + n – 1) λmin (hình b).Vùng b thường ứng với giá trị k lớn
a.3. Với giá trị k thỏa mãn: n k n
1
+ +
− −
ta có:
minD m axD
(k n) k
a a
+
minD m axD (k n 1) (k 1)
a a
+ − −
Vùng cần tìm nằm khoảng vân sáng bậc k+n λmin bậc (k – 1) λmax (hình c).Vùng c thường ứng với giá trị k lớn
Ví dụ (VDC) Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, hai khe S1 S2được chiếu ánh sáng có bước sóng nằm khoảng thừ 0, 45 m đến 0,75 m Tìm số
vùng mà điểm vùng có trùng vân sáng
A.5 B.10 C.4 D
Giải: n k n 4,5 k 8,5 k z k 5,6,7,8
3 1
− +
= ⎯⎯→ =
(40)Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: 40 - Có N = giá trị nguyên k nên có vùng cần tìm Chọn D
Ví dụ 2(VDC): Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, hai khe S1 S2được chiếu ánh sáng có bước sóng nằm khoảng thừ 0, m đến 0, 76 m Tìm số vùng mà điểm vùng có trùng vân sáng
A.3 B.6 C.7 D.8
Giải: 19 n k n 4, k 7,6 k z k 5,6,7
10 1
− +
= ⎯⎯→ =
− −
Có N = giá trị nguyên k nên có vùng cần tìm Chọn A
b.Bài tốn 2.Khoảng cách gần từ vân sáng trung tâm đến M có n xạ cho vân sáng
-Kể từ vân sáng trung tâm có nhiều vùng mà có n quang phổ chồng lên
nhưng có n vân sáng trùng lần quang phổ chồng lên có dạng hình vẽ
-Khoảng cách gần nhất:
min min
min
D x (k n 1)
a n
k k ?
1
= + −
−
=
−
Với max =
Ví dụ (VDC) (THPTQG – 2016): Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng,
cho a = 0,5 mm; D = m Nguồn sáng phát vơ số ánh sáng đơn sắc có bước sóng biến thiên liên tục từ 380 nm đến 750 nm Trên màn, khoảng cách gần từ vân sáng trung tâm đến vị trí mà có hai xạ cho vân sáng
A. 3,04 mm B. 6,08 mm C. 9,12 mm D. 4,56 mm
Giải:
min min
max
min
D
x (k n 1) 4,56 mm
750 75 a
n
380 38
k 1,02 k
1
= + − =
= = =
−
= =
−
Chọn D
Ví dụ (VDC) Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, cho a = mm; D = m Nguồn sáng S phát vô số ánh sáng đơn sắc có bước sóng biến thiên liên tục từ 500 nm đến 750 nm Trên màn, khoảng cách gần từ vân sáng trung tâm đến vị trí mà có bốn bức xạ cho vân sáng x0 Tính x0 ?
A. 1,04 mm B. 5,0 mm C. 5,4 mm D. 4,5 mm
Giải:
min min
max
min
D 0,5.1
x (k n 1) (6 1) 4,5mm
750 a
1,5
n 500
k k
1 1,5
= + − = + − =
= = =
− −
= = =
− −
Chọn D Ví dụ (VDC) Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, cho a = 0,5 mm; D = m Nguồn sáng S phát vô số ánh sáng đơn sắc có bước sóng biến thiên liên tục từ 380 nm đến 740 nm Trên màn, khoảng cách gần từ vân sáng trung tâm đến vị trí mà có năm bức xạ cho vân sáng ?
(41)Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: 41 - Giải: min max min D
x (k n 1) 13,68mm
740 37 a
n
380 19
k 4, k
1 = + − = = = = − = = − Chọn A
c.Bài toán Khoảng cách xa từ vân sáng trung tâm đến M có n xạ cho vân sáng
Từ hình vẽ biểu thức (3) suy ra: Khoảng cách xa nhất:
min M(max) max
max
D
x (k n)
a n
k k ?
1 = + + = −
Với max =
Ví dụ (VDC) Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, khoảng cách hai khe 0,5mm khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến quan sát 2m Nguồn sáng phát vô số ánh sáng dơn sắc có bước sóng biến thiên liên tục từ 380nm đến 750nm Trên quan sát, khoảng cách lớn từ vân sáng trung tâm đến vạch sáng mà có hai xạ cho vân sáng
A 3,04mm B 6,08mm C 9,12mm D 4,56mm
Giải: max max
min
M(max) max n
k k
750 75
D 380 38
x (k n) 9,12mm
a + = − = = = = + = Chọn C
Ví dụ (VDC) Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, hai khe S1 S2được chiếu ánh sáng có bước sóng nằm khoảng thừ 0, m đến 0,5 m Gọi M xa
vân sáng trung tâm mà có vân sáng ứng với xạ đơn sắc trùng Biết D 1m;a= =1mm Khoảng cách từ M đến vân trung tâm có giá trị gần
với giá trị sau đây?
A.10,0 mm B.9,7 mm C.9,4 mm D.8,7 mm
Giải:
max
min M(max) max
n
k 21 k 20
1
D
x (k n) 9,6 nm
a + = = − = + =
Chọn B
d Bài tốn Tìm điểm M mà có n vân sáng trùng có vân sáng xạ có bước sóng 0
+ Với giá trị k thỏa mãn: n k n
1
−
− −
Để xạ có bước sóng 0 thuộc quang phổ bậc k ta có: k.λmax > m0 > (k + n – 1)λmin
+Với giá trị k thỏa mãn: n k n 1 1+
− −
Để xạ có bước sóng 0 thuộc quang phổ bậc k ta có: (k + n).λmin > m0 > (k + n – 1)λmin +Với giá trị k thỏa mãn:
(42)Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: 42 - Để xạ có bước sóng 0thuộc quang phổ bậc k ta có: (k + n).λmin > m0 > (k – 1)λmax
Ví dụ (VDC) Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, hai khe chiếu ánh sáng có bước sóng biến thiên liên tục từ 405 nm đến 690 nm Gọi M điểm xa vân trung tâm mà có vân sáng ứng với xạ đơn sắc trùng Biết xạ màu lam ứng với bước sóng 525 nm Bước sóng ngắn xạ nói trên
A 405 nm B 420 nm C 435 nm D 450 nm
Giải:
Tồn giá trị nguyên k thỏa mãn: 4, 26 n k n 8,1
1
− +
= =
− −
Với hai quang phổ bậc k = k = ta có: 6,68 n k n 8,1
1
+
= + =
− −
Do để xạ màu lam xét thuộc vùng ứng với k = ta có điều kiện sau: 12.λmin > m0 7λmax
min m ax
0
9,3 12 m 7 9,
= =
Vô nghiệm
Tương tự xét vùng k = ta có điều kiện lúc :
min m ax
0
11 m (7 1)− 8,5 m 7,3 =m
Bước sóng nhỏ lúc tính bởi: 8 = 0 10 min min =420nm
Ví dụ (VDC) Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, hai khe chiếu ánh sáng có bước sóng biến thiên liên tục từ 405 nm đến 690 nm Gọi M điểm gần vân trung tâm mà có vân sáng ứng với xạ đơn sắc trùng Biết xạ màu lam ứng với bước sóng 525 nm Bước sóng ngắn xạ nói
A. 405 nm B 408 nm C 411 nm D. 416 nm
Giải:
Tồn giá trị nguyên k thỏa mãn: 4, 26 n k n 8,1
1
− +
= =
− −
Ứng với k = ta có: 4, 26 n k n 5,68
1
−
= =
− −
Điều kiện để xạ màu lam xét cho vân sáng thuộc vùng này:
min
0
5 m (5 1) 6,57 m 6,17
+ −
Vô nghiệm
Tương tự ứng với k = ta có: 5,68 n k n 6,68
1
= + =
− −
min
0
(6 4) m (6 1) 7,7 m 6,94 m
+ + − =
Bước sóng nhỏ lúc tính bởi: 7 = 0 min min =408nm
3.3.4 Bài tập tự giải:
Câu 1. Trong thí nghiệm Y-âng với ánh sáng trắng (0,4µm 0,75µm), cho a = 1mm, D = 2m Hãy tìm bề rộng quang phổ liên tục bậc
(43)Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: 43 -
Câu 2. Thí nghiệm giao thoa Y-âng với ánh sáng trắng có bước sóng nằm khoảng 0,4µm 0,75µm Tỉ số bề rộng quang phổ bậc khoảng cách nhỏ hai quang phổ bậc bậc
A 7 B 8 C 5 D 6
Câu 3 Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng khe sáng chiếu ánh sáng trắng (0,38µm 0,76µm) Khoảng cách hai khe 0,3mm khoảng cách từ chứa hai khe tới hứng ảnh 90cm Tại điểm M cách vân trung tâm 0,6cm Hỏi có ánh sáng đơn sắc cho vân sáng M ?
A B 4 C. 3 D.
Câu 4. Trong thí nghiệm Y-âng, a=1mm, D=1m Chiếu vào hai khe ánh sáng trắng (bước sóng từ 400nm đến 750nm) Đặt khe máy quang phổ vị trí cách vân trung tâm 3mm máy quang phổ ta thu vạch phổ:
A. B. C. D.5
Câu 5. Chiếu vào hai khe Y-âng chùm ánh sáng trắng (bước sóng từ 390nm đến 760nm), có a=1mm, D =2m Xác định khoảng cách ngắn từ vân trung tâm đến vị trí mà có hai xạ cho vân sáng?
A 7,84mm B. 2,34mm C 2,40mm D 1,16mm
Câu 6. Thực giao thoa ánh sáng với thiết bị Y-âng, khoảng cách hai khe a = mm, từ hai khe đến D = m Người ta chiếu sáng hai ánh sáng trắng (380 nm λ 760 nm) Quan sát điểm M ảnh, cách vân sáng trung tâm 3,3 mm Tại M xạ cho vân tối có bước sóng ngắn
A 490 nm B 508 nm C 388 nm D 440 nm
Câu 7 Trong thí nghiệm giao thoa Y-âng, khoảng cách hai khe 0,9 mm, khoảng cách từ mặt phẳng hai khe đến m Khe S chiếu ánh sáng trắng có bước sóng 0,38 m 0,76 m Bức xạ đơn sắc sau không cho vân sáng
điểm cách vân trung tâm mm?
A =0,45 m B =0,675 m C. =0,65 m D =0,54 m
Câu 8. Trong thí nghiệm giao thoa khe Y-âng khe S phát ánh sáng trắng có bước sóng 0,38 μm ≤ λ ≤0,76 μm Hai khe hẹp cách 1mm Bề rộng quang phổ bậc đo 0,38mm Khi thay đổi khoảng cách từ hai khe đến quan sát cách tịnh tiến quan sát dọc theo đường trung trực hai khe bề rộng quang phổ bậc 1,14mm Màn dịch chuyển đoạn
A 45cm B. 55cm C. 60cm D 50cm
Câu 9 (Mã 204 QG 2017) 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 Chiếu vào hai khe ánh sáng trắng có bước sóng từ 380 nm đến 760 nm Trên màn, M vị trí gần vân trung tâm có xạ cho vân sáng Khoảng cách từ M đến vân trung tâm có giá trị gần với giá trị sau đây?
A 6,7 mm B 6,3 mm C 5,5 mm D 5,9 mm
Câu 10 (Yên Lạc – Vĩnh Phúc 2017) Trong thí nghiệm Y-âng gia thoa ánh sáng, khoảng cách hai khe hẹp 0,5mm; khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe hẹp đến ảnh 80cm; nguồn sáng phát ánh sáng trắng có bước sóng từ 0,40μm đến 0,75μm Trên ảnh, vị trí có trùng ba vân sáng ba xạ đơn sắc khác cách vân sáng trung tâm đoạn gần
A. 3,20mm B 9,60mm C 3,60mm D 1,92mm
(44)Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: 44 - quan sát 2m Nguồn sáng phát vô số ánh sáng đơn sắc có bước sóng biến thiên liên tục từ 380nm đến 750nm Trên màn, khoảng cách gần từ vân sáng trung tâm đến vị trí mà có hai xạ cho vân sáng
A 3,04mm B 608mm C 9,12mm D. 4,56mm
Câu 12: (Thi thử chuyên Vinh) Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng trắng Y-âng, người ta dùng kính lọc sắc ánh sáng từ màu lam đến màu cam qua hai khe (có bước sóng từ 0,45 μm đến 0,65 μm) Biết S1S2= a=1mm, khoảng cách từ
hai khe đến D = 2m Khoảng có bề rộng nhỏ mà khơng có vân sáng quan sát
A 0,9 mm B 0,2 mm C 0,5mm D 0,1 mm
Câu 13. Trong thí nghiệm giao thoa sáng dùng khe Y-âng, khoảng cách khe a = 1mm, khoảng cách hai khe tới D = 2m Chiếu sáng trắng có bước sóng thỏa mãn 0,39µm 0,76µm Khoảng cách gần từ nơi có hai vạch màu đơn sắc khác trùng đến vân sáng trung tâm
A 3,24mm B 2,40 mm C 1,64mm D 2,34mm
Câu 14. Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, nguồn sáng phát ánh sáng trắng có bước sóng từ 380nm đến 760nm Trên quan sát, điểm M có xạ cho vân sáng có bước sóng 735nm, 490nm, λ1 λ2 Tổng giá trị λ1 + λ2
bằng: A 1078nm B 1080nm C 1008nm D 1181nm
Câu 15. Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng với thông số a = 1,2mm , D = 4m với nguồn phát ba ánh sáng đơn sắc: λ1 = 0,63µ, λ2 λ3 ( hai
bước sóng chưa biết thuộc khoảng từ 0,38µm đến 0,44µm) Biết vạch tối gần vân trung tâm vị trí vân tối thứ 18 λ2 vân tối thứ 13 λ3 Chọn phương án
đúng:
A λ2 + λ3 = 0,9936µm B λ2 + λ3 = 0,9836µm C λ1 + λ3 = 0,8936µm D λ2 + λ1 = 0,8936µm
Câu 16. Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, nguồn sáng phát ánh sáng trắng có bước sóng từ 392nm đến 711nm Trên quan sát, điểm M có xạ cho vân sáng Trong bốn xạ đó, xạ có bước sóng 582nm bước sóng dài gần giá trị sau đây:
A 656 nm B 698nm C 710nm D 600nm
Câu 17. Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, khoảng cách hai khe a = 1mm, khoảng cách từ mặt phẳng hai khe đến 2m, nguồn sáng phát ánh sáng trắng có bước sóng từ 400nm đến 750nm Trên quan sát, điểm M khoét khe hẹp song song với khe S1 S2 để đưa ánh sáng vào máy phân tích quang phổ
Nếu máy quang phổ thu vạch sáng khoảng cách từ M đến vân sáng trung tâm bằng:
A 4,56 mm B 3,2mm C 4,3mm D 5,89mm
Câu 18. Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, nguồn sáng phát ánh sáng
trắng có bước sóng từ 400nm đến 700nm Trên quan sát, điểm M có xạ cho vân sáng Trong bốn xạ đó, xạ có bước sóng 500nm bước sóng ngắn gần giá trị sau đây:
A 437 nm B 401nm C 432nm D 428nm
Câu 19. Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, nguồn sáng phát ánh sáng trắng có bước sóng từ 410nm đến 740nm Trên quan sát, điểm M có xạ cho vân sáng với xạ có bước sóng tương ứng λ1, λ2 λ3 ( với λ1 < λ2 < λ3
(45)Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: 45 -
A 610 nm B 595nm C 540nm D 490nm
Câu 20. Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, nguồn sáng phát ánh sáng trắng có bước sóng từ 380nm đến 750nm Trên quan sát, điểm M có xạ cho vân sáng với xạ có bước sóng tương ứng λ1, λ2 , λ3 λ4 ( với λ1 < λ2 <
λ3 < λ4 ) giá trị λ3 là:
A 610 nm B 460nm C 690nm D. 552nm
Câu 21. Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, khoảng cách hai khe 0,5mm khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến quan sát 2m Nguồn sáng phát vô số ánh sáng đơn sắc có bước sóng biến thiên liên tục từ 380nm đến 750nm Trên quan sát, khoảng cách gần từ vân sáng trung tâm đến vị trí mà có hai xạ cho vân sáng
A. 3,04mm B 6,08mm C 9,12mm D. 4,56mm
Câu 22. Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, khoảng cách hai khe 0,5mm khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến quan sát 2m Nguồn sáng phát vơ số ánh sáng đơn sắc có bước sóng biến thiên liên tục từ 380nm đến 750nm Trên quan sát, khoảng cách lớn từ vân sáng trung tâm đến vạch sáng mà có hai xạ cho vân sáng là:
A 3,04mm B 6,08mm C 9,12mm D 4,56mm
Câu 23. Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, khoảng cách hai khe 1mm khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến quan sát 2m Nguồn sáng phát vơ số ánh sáng đơn sắc có bước sóng biến thiên liên tục từ 380nm đến 760nm Trên quan sát, M vị trí gần vân trung tâm có xạ cho vân sáng khoảng cách từ M tới vân sáng trung tâm có giá trị gần giá trị sau
A 3,04mm B 6,08mm C 9,12mm D 4,56mm
Câu 24. Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, khoảng cách hai khe 1mm khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến quan sát 2m Nguồn sáng phát vô số ánh sáng đơn sắc có bước sóng biến thiên liên tục từ 380nm đến 760nm Trên quan sát, M vị trí gần vân trung tâm có xạ cho vân sáng khoảng cách từ M tới vân sáng trung tâm có giá trị gần giá trị sau
A. 10,64mm B 6,08mm C 9,12mm D. 12,16mm
Câu 25. Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, khoảng cách hai khe 1mm khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến quan sát 1m Nguồn sáng phát vô số ánh sáng đơn sắc có bước sóng biến thiên liên tục từ 450nm đến 600nm Trên quan sát, M vị trí gần vân trung tâm có xạ cho vân sáng khoảng cách từ M tới vân sáng trung tâm có giá trị gần giá trị sau
A 10,8mm B 9,45mm C. 12,6mm D 14,4mm
Câu 26. Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, Nguồn sáng phát vơ số ánh sáng đơn sắc có bước sóng biến thiên liên tục từ 400nm đến 760nm ( 400nm < λ<760nm) Trên quan sát, M có xạ cho vân sáng hai xạ có bước sóng λ1, λ2 (λ1 < λ2 ) cho vân tối Giá trị nhỏ λ2
A 667nm B 608nm C. 507nm D 560nm
Câu 27. Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, Nguồn sáng phát vô số ánh sáng đơn sắc có bước sóng biến thiên liên tục từ 400nm đến 760nm ( 400nm < λ<760nm) Trên quan sát, M có xạ cho vân sáng hai xạ có bước sóng λ1, λ2 (λ1 < λ2 ) cho vân tối Giá trị nhỏ λ2
(46)Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: 46 -
Câu 28. Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, hai khe S1 S2được chiếu ánh sáng có bước sóng nằm khoảng thừ 405nm đến 690 nm Gọi M xa vân
sáng trung tâm mà có vân sáng ứng với xạ đơn sắc trùng Biết D 1m;a= =1mm Khoảng cách từ M đến vân trung tâm có giá trị gần với giá
trị sau đây? A.3,9 mm B.4,5 mm C.4,9 mm D.5,5 mm
Câu 29 Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, hai khe chiếu ánh
sáng có bước sóng biến thiên liên tục từ 392 nm đến 711 nm Gọi M điểm mà có vân sáng xạ đơn sắc trùng Biết xạ có bước sóng 582 nm Tìm bước sóng ngắn xạ nói
A. 0,46 μm B 0,45 μm C. 0,44 μm D 0,43 μm Câu 30. Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, hai khe chiếu ánh sáng có bước sóng biến thiên liên tục từ 405 nm đến 690 nm Gọi M điểm xa vân trung tâm mà có vân sáng ứng với xạ đơn sắc trùng Biết xạ màu lam ứng với bước sóng 525 nm Bước sóng dài xạ nói
A 690 nm B. 660 nm C 630 nm D 600 nm
Phần KHẢ NĂNG ÁP DỤNG CỦA SÁNG KIẾN 1 Áp dụng sáng kiến vào thực tế giảng dạy
Qua việc triển khai chuyên đề thân vào thực tế giảng dạy lớp giảng dạy năm học 2018 - 2019 Tôi thấy học sinh sau tiếp cận phương pháp có chuyển biến nhận thức kĩ trình bày, sau tiếp cận chuyên đề nhận thấy em nhận dạng toán điển hình từ giải tập liên quan đến giao thoa sóng ánh sáng chương trình trung học phổ thơng, đặc biệt tập cho học sinh giỏi đề thi THPT QG, đồng thời q trình giải tốn em nhầm lẫn
2 Khả áp dụng sáng kiến
Có thể áp dụng vào công tác giảng dạy ôn thi THPT QG khối 12 trường THPT
VIII NHỮNG THƠNG TIN CẦN BẢO MẬT : Sáng kiến khơng cần bảo mật
IX CÁC ĐIỀU KIỆN CẦN THIẾT ĐỂ ÁP DỤNG SÁNG KIẾN - Giáo viên:
+Hiểu rõ nội dung kiến thức cần truyền đạt cho học sinh,
+ Để truyền đạt kiến thức đến học sinh giáo viên phải chuẩn bị kĩ nội dung
mỗi phần định giảng dạy, phải xây dựng phương pháp truyền đạt kiến thức cho học sinh cách đơn giản, dễ hiểu tránh phức tạp hóa vấn đề Nếu nên có ví dụ minh họa thực tế để học sinh dễ tiếp thu
+Mặt khác cần xây dựng phương pháp phù hợp với đối tượng học sinh
+Sau dạng tập hay kết thúc chuyên đề nên kiểm tra mức độ nhận thức học sinh, từ tìm chỗ học sinh dễ mắc sai lầm để giúp em cách khắc phục
+ Nên học sinh xây dựng phương giải vấn đề để học sinh nắm vấn đề nhanh sâu sắc hơn, trách việc truyền đạt chiều
- Học sinh khối lớp, học sinh ơn thi THPTQG có ý thức học tập mơn, say mê nghiên cứu, tìm tịi, có ý thức vươn lên học tập, có mục tiêu học tập rõ ràng
IX ĐÁNH GIÁ LỢI ÍCH THU ĐƯỢC CỦA SÁNG KIẾN
1 Đánh giá lợi ích thu áp dụng sáng kiến theo ý kiến tác giả
(47)Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: 47 - + Rèn luyện cho học sinh kỹ trình bày lời giải theo hướng mà em lựa chọn Khuyến khích em tìm tịi nhiều cách giải, đặc biệt cách giải hay, ngắn gọn
+ Rèn luyện cho học sinh kỹ năng, thói quen kiểm tra đánh giá kết Điều giúp em hiểu sâu thêm kiến thức liên hệ, tìm tịi kết mới, tốn Đồng thời em hình thành phương pháp giải tốn tổng qt, điển hình
+ Học sinh thêm u thích mơn, biết vận dụng kiến thức vào giải toán gặp thực tiễn
2 Kết thực nghiệm sau tác giả áp dụng sáng kiến
a Kết kiểm tra 25 phút sau áp dụng chuyên đề lớp mà tác giả trực tiếp giảng dạy
Lớp Sĩ số Các điểm đánh giá
0-<3,5 3,5-<5 5-<6,5 6,5-<8 8-10
12A4 35 0 17 10
12A5 37 0 10 18
12A7 40 15 18
c Phân tích đánh giá
Qua kết kiểm tra cho thấy hầu hết em có kết từ trung bình trở lên, số em đạt điểm đạt điểm giỏi tăng lên rõ rệt Kết cho thấy em vận dụng tốt phương pháp để làm kiểm tra Chuyên đề có tính khả thi áp dụng cho học sinh lớp 12 để giải tập trắc nghiệm Vật lý lớp 12 phần “Giao thoa sóng ánh sáng với khe Y-âng”
XI CÁC TỔ CHỨC, CÁ NHÂN ĐÃ THAM GIA ÁP DỤNG SÁNG KIẾN
Số TT
Tên tổ chức/cá nhân
Địa chỉ Phạm vi/Lĩnh vực
áp dụng sáng kiến
1 Lê Thị Thuý Hậu THPT Lê Xoay Dạy ôn thi THPTQG trường THPT Lê Xoay
Vĩnh tường, ngày tháng năm 2020 Thủ trưởng đơn vị
(Ký tên, đóng dấu)
, ngày tháng năm CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG SÁNG KIẾN CẤP CƠ SỞ
(Ký tên, đóng dấu)
VT, ngày thán năm 2020 Tác giả sáng kiến (Ký, ghi rõ họ tên)
(48)Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: 48 -
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 Vật lý 12 NXB Giáo dục - 2007
2 Bồi dưỡng học sinh giỏi vật lí 12 Tập 3- Nguyễn Phú Đồng Giải tốn Vật lí 12 – Bùi Quang Hân
4 Phân loại phương pháp giải nhanh tập Vật lí 12- Lê Văn Thành
5 Hướng dẫn ôn tập phương pháp giải nhanh tập trắc nghiệm Vật lí – Nguyễn Anh Vinh
6 Tuyển tập toán nâng cao Vật lí THPT 12 – Vũ Thanh Khiết Tuyển tập đề thi THPT QG mơn Vật lí
8 Tuyển tập đề thi thử THPT QG mơn Vật lí 12 trường THPT, tỉnh toàn quốc
9 Các đề thi học sinh giỏi tỉnh nước 10 Tuyển tập tạp chí vật lí tuổi trẻ
(49)Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: 49 -
NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ CỦA HỘI ĐỒNG CHẤM SKKN