SKKN phương pháp giải bài tập giao thoa ánh sáng với khe y âng

Phương pháp giải tập giao thoa ánh sáng với khe Y-âng 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 tốn 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 toán 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 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 dòng chí làm phức tạp hố tốn 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 chuyên đề hoàn 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 Vấn đề sáng kiến giải quyết: Vận dụng kiến thức vật lí tốn học để đưa phương pháp giải số tập giao thoa sóng ánh sáng với khe Y-âng cách đơn giản, dễ hiểu dễ áp dụng Từ xây dựng hệ thống tập để học sinh vận dụng phương pháp Giúp em đạt kết tốt kì thi Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: - Phương pháp giải tập giao thoa ánh sáng với khe Y-âng 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 CƠ SỞ LÝ LUẬN 1.1 Vai trò hoạt động giải tập Trong q 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 thiếu, tách rời 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 toán Xác định đại lượng biết, đại lượng phải tìm Tóm tắt tốn, đổi đơn vị đại lượng cho phù hợp Vẽ hình cần thiết 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 Tiến hành giải tập Dựa sở phân tích tốn bước 2, viết cơng thức có liên quan tính tốn Bước 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 Phát trường hợp đặc biệt, khái quát hay mở rộng toán Kiểm tra đơn vị đại lượng Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: - Phương pháp giải tập giao thoa ánh sáng với khe Y-âng Kiểm tra ý nghĩa thực tiễn kết toán 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 khơng bị tán sắc qua lăng kính Mỗi ánh sáng đơn sắc có màu gọi màu đơn sắc Mỗi màu đơn sắc môi 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: 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 khơng trùng với nữa, chúng nằm kề sát bên cho quang phổ có màu màu cầu vồng -Hiện tượng giao thoa ánh sáng chứng thực nghiệm khẳng định ánh sáng có tính chất sóng Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: - Phương pháp giải tập giao thoa ánh sáng với khe Y-âng vung giao t hoa c Khoảng vân, vị trí vân sáng tối: Vị trí vân giao thoa Tối thứ 5, k= → → Sáng bậc 4, k=4, bậc Tối thứ 4, k=3 → → Sáng bậc 3, k=3, bậc i Tối thứ 3, k=2 → → Sáng bậc 2, k=2, bậc Tối thứ 2, k=1 → → Sáng bậc 1, k=1, bậc Tối thứ 1, k= → → Vân sáng TT, k= Tối thứ 1, k= -1 → → Sáng bậc 1, k= -1, bậc Tối thứ 2, k= -2 → i i → Sáng bậc 2, k= -2, bậc Tối thứ 3, k= -3 → → Sáng bậc 3, k= -3, bậc Tối thứ 4, k= -4 → → Sáng bậc 4, k= -4, bậc Tối thứ 5, k= -5 → i Khoảng vân khoảng cách hai vân sáng liên tiếp hai vân tối liên tiếp D = a + Ás chiếu khơng khí có khoảng vân i mơi trường suốt có chiết suất n ' Đặt δ = d2 - – d1 Vị trí vân sáng: Tại M vân sáng d2 - d1 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: λ D i Tại M vân tối khi: d2 - d1 = (2k+1) xt = (2k + 1) 2a = (2k +1) (2) Công thức (2) cho phép xác định tọa độ vân tối Với: k = k = –1 M vân tối thứ Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay = - Trang: - Phương pháp giải tập giao thoa ánh sáng với khe Y-âng 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 Đỏ Cam Vàng Lục m/s ) - Bước sóng ánh sáng chân khơng: = c = nf n - Bước sóng ánh sáng mơi trường chiết suất n: ’ = 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 Nếu thí nghiệm tiến hành mơi trường suốt có chiết suất n bước sóng khoảng vân giảm n lần: λn = ax b) Hiệu quang trình (hiệu quang lộ): δ = d2 - d1 = D c) Công thức xác định vị trí vân sáng, vân tối so với vân sáng trung tâm: - Vị trí vân sáng: xS = k D a = ki với k = 0, ±1, ±2, -Vị trí vân tối: xt = k + (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: x sk = ±k.i; x Tk/ = ± (k’ - 0,5).i + Hai vân phía so với vân trung tâm: x = x k − xk ' s t Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: - Phương pháp giải tập giao thoa ánh sáng với khe Y-âng i -Khoảng cách vân sáng vân tối liền kề : => vị trí vân tối thứ liên tiếp xác định: x =k Ví dụ 1(NB) Khoảng cách vân sáng liên tiếp A 8i Giải: l = (8 – 1).i = 7i Ví dụ 2(NB) Khoảng cách từ vân sáng bậc đến vân tối thứ bao nhiêu? Giải: Ta có x s + Nếu hai vân phía so với vân trung tâm: x = x + Nếu hai vân khác phía so với vân trung tâm : x = x 6t + x 5s =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 C 2,25 mm D 2,25 m -3 = 1,125.10 (m) = 1,125 (mm) Chọn A Giải: Ta có khoảng vân i = 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 C 0,384μm; ± 4,8mm L = 1,2 mm; = Giải: Ta có: i = D = 0,6 µm; x = ±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 k - Nếu k Z M vân sáng bậc - Nếu k = n + 0,5; (n Z) M vân tối thứ n +1 ( n >0 ) vân tối thứ -n (nếu 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: D Ta có: i = a = 1,125.10-3 (m) = 1,125 (mm) Ta có tỉ số Ví dụ (TH): Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, dùng bước sóng Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: - Phương pháp giải tập giao thoa ánh sáng với khe Y-âng 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: i = 0,5 (mm) Giữa vân sáng liên tiếp có khoảng vân nên 8i = Tại điểm M có Tại điểm N có Ví dụ (TH): Một khe hẹp F phát ánh sáng đơn sắc bước sóng hai khe song song với F cách 1mm Vân giao thoa quan sát M song song với phẳng chứa tâm 6,3m có: A.Vân tối thứ Giải : B Vân sáng bậc Khoảng vân i= D Vân sáng bậc x i 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 khe tới 90cm Điểm M cách vân trung tâm 0,76cm nằm giữa: A.Vân tối thứ vân sáng bậc C Vân tối thứ vân sáng bậc Giải : Khoảng vân i= 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 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 S 1,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: A vân sáng, vân tối C vân sáng, vân tối Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay Phương pháp giải tập giao thoa ánh sáng với khe Y-âng Giải : D Khoảng vân i = a Số vân sáng: Ns = L Phần thập phân 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 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 Giải : Ta có: i = D a = 1,5 mm; N = phần thập miền giao phân N > 0,5 nên: Nt = 2[N+0,5] = 10; tổng số vân sáng vân tối 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 S 1S2 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 x M = 2mm xN = 6,25 mm Trên đoạn MN có vân sáng vân tối? A vân sáng vân tối C vân sáng vân tối Giải : 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 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 = 19 n − k n +4, k 7, →kz k = 5, 6, Giải: 10−1−1 Có N = giá trị ngun k nên có vùng cần tìm Chọn A b.Bài toán 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 có n vân sáng trùng lần quang phổ chồng lên có dạng hình vẽ -Khoảng cách gần nhất: 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 = Chọn D Giải: max Ví dụ (VDC) Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, cho a = mm; D = m Nguồn sáng S phát vơ 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 xạ cho vân sáng x0 Tính x ? A 1,04 mm B 5,0 mm C 5,4 mm D 4,5 mm Giải : = kmin x = k = a n− = 4−1 = − 1,5 −1 4,5mm Chọn D k Ví dụ (VDC) Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, cho a = 0,5 mm; D = m Nguồn sáng S phát vơ 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 xạ cho vân sáng ? A 13,68 mm B 10,0 mm C 12,16 mm D 15,2 mm Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay Phương pháp giải tập giao thoa ánh sáng với khe Y-âng - Trang: 40 - = Chọn A Giải: = max 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: Với = Khoảng cách xa nhất: 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 = Giải: ma Chọn C x mi = n Ví dụ (VDC) Trong t hí nghiệ m Y- âng giao thoa ánh sáng, hai khe 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 D.8,7 mm Chọn B k Giải: C.9,4 mm x d Bài tốn Tìm điểm M mà có n vân sáng trùng có vân sáng xạ có bước sóng + Với giá trị k thỏa mãn: Để xạ có bước sóng 1)λmin thuộc quang phổ bậc k ta có: k.λmax > m +Với giá trị k thỏa mãn: Để xạ có bước sóng thuộc quang phổ bậc k ta có: (k + n).λmin > m > (k + n – 1)λmin +Với giá trị k thỏa mãn: Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay Phương pháp giải tập giao thoa ánh sáng với khe Y-âng > (k – Để xạ có bước sóng 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 A 405 nm C 435 nm Giải: Tồn giá trị nguyên k thỏa mãn: Với hai quang phổ bậc k = k = ta có: Do để xạ màu lam xét thuộc vùng ứng với k = ta có điều kiện sau: Vô nghiệm 12.λmin > m Tương tự xét vùng k = ta có điều kiện lúc : 11 Bước sóng nhỏ lúc tính bởi: 80 = = 10 minmin = 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: Ứng với k = ta có: Điều kiện để bứcmin xạ màu lam xét cho vân sáng thuộc vùng này: m (5 + − 1) 6,57 m 6,17 Vô nghiệm 00 n n Tương tự ứng với k = ta có: 5,68 = − k −1 + = 6,68 (6 + 4) m (6 + − 1) min7,7 m 6,94 m = 00 Bước sóng nhỏ lúc tính bởi: = min = 408nm 3.3.4 Bài tập tự giải: Câu Trong thí nghiệm Y-âng với ánh sáng trắng (0,4µm 1mm, D = 2m Hãy tìm bề rộng quang phổ liên tục bậc A 2,1 mm Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay Phương pháp giải tập giao thoa ánh sáng với khe Y-âng Câu Thí nghiệm giao thoa Y-âng với ánh sáng trắng có bước sóng nằm khoảng 0,4µm hai quang phổ bậc bậc A Câu Trong trắng (0,38µm 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.2 B.4 C.3 D.5 Câu 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.2 B.3 C.4 D.5 Câu 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 Câu Thực giao thoa ánh sáng với thiết bị 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 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? B = 0,675 m C = 0,65 m D = 0,54 m A = 0, 45 m Câu 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 (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 Câu 11 (Đề thi QG Bộ GD 2016) Trong thí nghiệm Y-âng giao thoa ánh sáng, khoảng cách hai khe 0,5mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: 43 - Phương pháp giải tập giao thoa ánh sáng với khe Y-âng quan sát 2m Nguồn sáng phát vơ 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 Yâng, 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 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 λ Tổng giá trị λ1 + λ2 bằng: A 1078nm 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 λ vân tối thứ 13 λ3 Chọn phương án đúng: A λ2 + λ3 C λ1 + λ3 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 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 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 ) Giá trị λ2 Lê Thị Thúy Hậu – THPT Lê Xoay - Trang: 44 - A 610 nm 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 λ 1, λ2 , λ3 λ4 ( với λ < λ2 < λ3 < λ4 ) giá trị λ3 là: A 610 nm 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 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 vô 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 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 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 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 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 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 vơ 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