Một số giáo án dạy học chương “Sóng ánh sáng”

2.5.1 Giáo án 1: Cách xác định khoảng vân, vị trí vân sáng, vị trí vân tối, bước sóng và tính chất của vân tại một điểm

I. Mục tiêu bài học a. Mục tiêu kiến thức

- Nắm được các khái niệm, giải thích được hiện tượng giao thoa ánh sáng - Nêu được điều kiện giao thoa ánh sáng

- Viết được các công thức xác định khoảng vân, vị trí vân sáng, vị trí vân tối, tính chất của vân tại một điểm.

- Vận dụng giải các bài toán vật lý về giao thoa ánh sáng - Rèn luyện kỹ năng tự học, tự nghiên cứu.

II. Chuẩn bị của GV và HV a. Giáo viên :

- Một số dạng bài tập giao thoa ánh sáng được biên soạn theo hướng hệ thống hóa kiến thức nhằm rèn luyện kỹ năng tự học cho học viên.

b. Học sinh :

- Ôn lại các công thức giao thoa ánh sáng, xem lại các bài tập ví dụ minh họa cho các công thức trên.

III. Thiết kế phương án xây dựng kiến thức trong bài học a. Lựa chọn phương pháp

- GV có thể dùng phương pháp nêu vấn đề bằng cách đưa ra các bài tập có vấn đề và hướng dẫn HV tự giải, dẫn dắt tự phát hiện vấn đề từ đó tự đưa ra các phương án giải các bài tập.

b. Phương án

- Đầu tiên, hướng dẫn HV ôn kiến thức và công thức đã được học trong bài giao thoa ánh sáng.

- Đưa ra một số dạng bài tập có vấn đề để HV tự phát hiện đặc điểm, dấu hiệu nhận biết các đại lượng và yêu cầu của bài toán.

- Từ đó, hướng dẫn HV phương án giải quyết đối với từng dạng bài tập

- Cuối cùng, tùy thuộc vào trình độ của lớp học. GV chốt lại các dấu hiệu nhận biết và phương pháp giải thích hợp cho từng dạng.

- Yêu cầu học viên tự giải quyết các bài tập về nhà và có thể tìm tòi giải các bài tập tương tự từ các nguồn tài liệu khác.

IV. Tiến trình hoạt động dạy học cụ thể * Hoạt động 1: Ôn lại kiến thức

- GV: Hãy nêu định nghĩa giao thoa ánh sáng?

- HV: Là hiện tượng trong vùng giao nhau của hai chùm sáng tới xuất hiện những vạch sáng, tối xen kẽ nhau.

- HV: Trong vùng giao thoa, nếu hai chùm sáng tới cùng pha thì tăng cường lẫn nhau nên ở đó có vạch sáng, nếu hai chùm sáng tới ngược pha thì triệt tiêu lẫn nhau nên tại đó có vân tối.

- GV: hãy viết công thức xác định vị trí vân sáng, vị trí vân tối? - HV:

+ vị trí vân sáng: xs = k D

a

λ

k là bậc giao thoa (k = 0 vân sáng trung tâm; k = ± 1 vân sáng bậc 1; k = ± 2 vân sáng bậc 2; …)

+ vị trí vân tối: xt = (k + ½ ) D

a

λ

(k = 0 vân tối thứ nhất; k = ± 1 vân tối thứ 2; …) - GV: Hãy trình bày công thức tính khoảng vân

- HV: i = D

a

λ

- GV: Ứng dụng hiện tượng giao thoa ánh sáng để làm gì? - HV: dùng để đo bước sóng ánh sáng

D ai

= λ

GV: nêu một số chú ý khi giải bài toán giao thoa ánh sáng:

- Trong chân không λ = cf c = 3.10 8 (m/s), trong môi trường chiết suất n:

n

λ λ =/ - Khi truyền từ môi trường này sang môi trường khác thì: Tần số và chu kì không đổi nhưng bước sóng và vận tốc ánh sáng thay đổi

* Hoạt động 2: giải bài tập tìm khoảng vân, vị trí vân sáng, vân tối, bước sóng ánh sáng

- GV: đưa ra bài tập mẫu và hướng dẫn cách giải:

Người ta thực hiện giao thoa ánh sáng với 2 khe young S1 và S2 biết S1S2 = 1mm. Ánh sáng có bước sóng λ = 0,6µm, Màn quan sát cách 2 khe 1 khoảng D=2m.

a. Tính khoảng vân.

b. Tính khoảng cách từ vân trung tâm đến vân tối thứ 5. Hướng dẫn: a. i = D a λ = 6 3 3 0, 6.10 .2 1, 2.10 ( ) 1, 2( ) 10 m mm − − − = =

b. Vị trí vân tối thứ 5 về phía dương: xT5 = ( 5-1

2)i = (5 -1

2).1,2 = 5,4(mm) - HV: xem cách giải, ghi nhớ và giải các bài tập vận dụng sau:

1/Trong thí nghiệm Young về giao thoa với ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ= 0,5µm.

Khoảng cách từ hai khe đến màn 1 m, khoảng cách giữa hai khe sáng là 0,5 mm. Khoảng cách giữa hai vân sáng liên tiếp là bao nhiêu?

2/Trong thí nghiệm Young về giao thoa với những đơn sắc có bước sóng λ= 0,5µm.

Khoảng cách từ hai khe đến màn 2 m, khoảng cách giữa hai khe sáng là 1mm. Khoảng cách từ vân sáng chính giữa đến vân sáng bậc 4 là?

3/Thực hiện giao thoa ánh sáng bằng hai khe Young cách nhau 0,5 mm; cách màn quan sát 2m. Ánh sáng thí nghiệm có bước sóng 0,5 µm. Khoảng cách giữa 2 vân sáng liên tiếp trên màn có giá trị nào?

4/Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng dùng hai khe Young, khoảng cách giữa hai vân sáng bậc 4 ở hai phía của vân trung tâm đo được là 9,6 mm. Vân tối thứ 3 cách vân trung tâm một khoảng?

5/Trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng, khoảng cách giữa hai khe bằng 1 mm và khoảng cách từ hai khe đến màn là 2 m. Chiếu hai khe bằng ánh sáng có bước sóng λ, người ta đo được khoảng cách từ vân sáng chính giữa đến vân sáng bậc 4 là 4,5 mm. Bước sóng λ của ánh sáng đơn sắc là?

- HV: Thảo luận cách giải quyết từng bài sau đó lên bảng trình bày Kết quả: 1/ i = 1mm 2/ xs4 = 4mm 3/ i = 2mm 4/ xt3 = 3mm 5/ λ = 0,5625µm

- GV: đánh giá kết quả mỗi bài và nhận xét

* Hoạt động 3: Hướng dẫn giải bài tập xác định tại 1 vị trí M cho trước là vân sáng hay vân tối:

- GV nêu vấn đề: nếu cho trước một điểm M, làm sao để biết tại M là vân sáng hay vân tối?

- HV không nêu được cách giải quyết - GV: vậy các em hãy xem hướng dẫn sau:

Muốn xác định tại điểm M trong giao thoa trường là vân sáng hay tối ta lấy xM chia i:

+ Nếu xM

+ Nếu xM

i = k + 0,5 ( bán nguyên ) thì tại M là vân tối thứ k +1 - HV ghi nhớ

- GV hướng dẫn bài tập mẫu:

Người ta thực hiện giao thoa ánh sáng với 2 khe Young S1, S2 biết S1S2 = 1mm. Ánh sáng có bước sóng λ = 0,55µm, màn quan sát đặt cách 2 khe một khoảng D=2m.

a. Tính khoảng vân.

b. Tính khoảng cách từ vân trung tâm đến vân sáng thứ 6.

c. Một điểm M trên màn quan sát cách vân sáng trung tâm một khoảng 3,85mm là vân sáng hay vân tối thứ bao nhiêu?

Hướng dẫn: a. Khoảng vân: i = D a λ = 6 3 3 0,55.10 .2 1,1.10 ( ) 1,1( ) 10 m mm − − − = = b. xS6 = 6i = 6.1,1 =6,6(mm) c. M x

i =3,851,1 =3,5⇒ Tại M là vân tối thứ tư - HV: xem cách giải, ghi nhớ

* Hoạt động 4: Thảo luận nhóm, giải bài tập vận dụng

- HV thảo luận nhóm, vạch ra các phương án giải các bài tập sau:

1/Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng bằng khe Y-âng, khoảng vân trên màn là 1,6mm, Tại điểm M trên màn cách vân sáng trung tâm O một đoạn 5,6mm, có vân sáng hay vân tối thứ mấy?

2/Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, hai khe được chiếu bằng ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ. Nếu tại điểm M trên màn quan sát có vân tối thứ ba (tính từ vân sáng trung tâm) thì hiệu đường đi của ánh sáng từ hai khe S1 , S2 đến M có độ lớn bằng bao nhiêu?

3.Trong thí nghiệm Iâng về giao thoa với ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ= 0,5µm.

Khoảng cách từ hai khe đến màn 1 m, khoảng cách giữa hai khe sáng là 0,5 mm. Tạị M trên màn (E) cách vân sáng trung tâm 3,5 mm là vân sáng hay vân tối thứ mấy ?

4/Thực hiện giao thoa ánh sáng bằng hai khe Young cách nhau 0,5 mm; cách màn quan sát 2 m. Ánh sáng thí nghiệm có bước sóng 0,5 µm. Điểm M1 cách trung tâm 7 mm thuộc vân sáng hay tôí thứ mấy?

5/Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng dùng hai khe Young, tại vị trí cách vân trung tâm 4 mm, ta thu được vân tối thứ 3. Vân sáng bậc 4 cách vân trung tâm một khoảng?

- Kết quả: 1/ vân tối thứ 4 2/ 2,5λ 3/ Vân tối thứ 4 4/ Vân tối thứ 4 (k = 3) 5/ 6,4 mm

* Hoạt động 5: Bài tập về nhà

- Chốt lại kiến thức và giao bài tập về nhà

1/ Trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng, biết D = 3 m; a = 1 mm. Tại vị trí M cách vân trung tâm 4,5 mm, ta thu được vân tối thứ 3. Bước sóng ánh dùng trong thí nghiệm là?

2/Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng bằng khe Iâng , biết các khoảng cách: a = 0,8 mm, D = 1,6 m . Nguồn S phát ra ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ = 0,60 µm. Vị trí vân tối thứ 6 cách vân sáng trung tâm O một đoạn là bao nhiêu?

3/Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng bằng khe Y-âng , biết các khoảng cách: a = 0,5 mm, D = 1,5 m. Nguồn S phát ra ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ = 0,4 µm. Khoảng vân i là bao nhiêu?

4/Trong thí nghiệm về giao thoa ánh sáng, hai khe sáng cách nhau 1mm, hai khe đến màn 2m, khoảng cách giữa hai tối liên tiếp nhau là 0,12mm. Bước sóng và màu sắc của ánh sáng là bao nhiêu?

5/ Người ta thực hiện giao thoa ánh sáng với 2 khe Young S1, S2 biết S1S2 = 1mm. Ánh sáng có bước sóng λ = 0,55µm, màn quan sát đặt cách 2 khe một khoảng D=2m.

a. Tính khoảng vân.

b. Tính khoảng cách từ vân trung tâm đến vân sáng thứ 6.

6/Trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng, biết D = 3 m; a = 1 mm. Tại vị trí M cách vân trung tâm 4,5 mm, ta thu được vân tối thứ 3. Bước sóng ánh dùng trong thí nghiệm là?

7/Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng bằng khe Iâng , biết các khoảng cách: a = 0,5 mm, D = 1,5 m . Nguồn S phát ra ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ = 0,4 µm. Tại điểm M cách vân sáng trung tâm một đoạn 4,8mm, có vân sáng hay vân tối thứ mấy?

8/Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng bằng khe Y-âng , biết các khoảng cách: a = 0,8 mm, D = 1,6 m . Nguồn S phát ra ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ = 0,6 µm. Tại điểm M cách vân sáng trung tâm một đoạn 4,2mm, có vân sáng hay vân tối thứ mấy?

9/ Hai khe Y-âng cách nhau 3mm được chiếu bằng ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,60

m

µ . Các vân giao thoa được hứng trên màn cách 2 khe 2m. Tại điểm M cách vân trung

tâm 1,2mm có vân gì?

10/Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng của Y-âng, hai khe được chiếu bởi nguồn sáng đơn sắc có bước sóng λ =0,6µm. Khoảng cách giữa hai khe là a = 1,2mm, khoảng cách

từ hai khe tới màn quan sát là D = 2m. a/- Tính khoảng vân

b/- Tại các điểm M và N trên màn, ở cùng một phía đối với vân sáng chính giữa, cách vân này lần lượt là 0,6cm và 1,55cm có vân sáng hay vân tối?

2.5.2 Giáo án 2: Cách xác định số vân sáng vân tối trong giao thoa trường. Hệ vân trùng nhau.

I. Mục tiêu bài học a. Mục tiêu kiến thức

- Viết được các công thức tính số vân sáng, vân tối trong giao thoa trường. - Nắm được thế nào là vân trùng

- Viết được công thức hệ vân trùng nhau

b. Mục tiêu kỹ năng

- Vận dụng giải các bài toán vật lý về số lượng vân sáng, vân tối - Giải được các bài toán hệ vân trùng nhau

- Rèn luyện kỹ năng tự học, tự nghiên cứu.

II. Chuẩn bị a. Giáo viên :

- Một số dạng bài tập xác định số vân sáng, vân tối, hệ vân trùng nhau được biên soạn theo hướng hệ thống hóa kiến thức nhằm rèn luyện kỹ năng tự học cho học viên.

III. Thiết kế phương án xây dựng kiến thức trong bài học a. Lựa chọn phương pháp

- GV có thể dùng phương pháp nêu vấn đề bằng cách đưa ra các bài tập có vấn đề và hướng dẫn HV tự giải, dẫn dắt tự phát hiện vấn đề từ đó tự đưa ra các phương án giải các bài tập.

- Đầu tiên, hướng dẫn HV ôn kiến thức và công thức đã được học trong bài giao thoa ánh sáng.

- Đưa ra một số dạng bài tập có vấn đề để HV tự phát hiện đặc điểm, dấu hiệu nhận biết các đại lượng và yêu cầu của bài toán.

- Từ đó, hướng dẫn HV phương án giải quyết đối với từng dạng bài tập

- Cuối cùng, tùy thuộc vào trình độ của lớp học. GV chốt lại các dấu hiệu nhận biết và phương pháp giải thích hợp cho từng dạng.

- Yêu cầu học viên tự giải quyết các bài tập về nhà và có thể tìm tòi giải các bài tập tương tự từ các nguồn tài liệu khác.

IV. Tiến trình hoạt động dạy học cụ thể

* Hoạt động 1: Đặt vấn đề, giới thiệu phương pháp

- GV giới thiệu phương pháp tìm số vân sáng, vân tối trong giao thoa trường

Để tính số vân trong giao thoa trường ta tính số vân trong nửa giao thoa trong nửa giao thoa trường từ đó suy ra số vân trong cả trường giao thoa. Cách làm như sau:

+ Lấy bề rộng nửa giao thoa trường chia cho i

2

L

n b

i = + ( Phần nguyên + phần lẻ)

+ Số vân sáng là 2n+1 ( kể cả vân sáng trung tâm) + Số vân tối:

• Nếu b<5 : thì số vân tối là 2n

• Nếu b≥5: thì số vân tối là 2(n+1)

- GV giới thiệu phương pháp giải bài tập hệ vân trùng nhau + 2 vân trùng nhau khi: x1=x2

+ Viết công thức x1,công thức x2 thế vào, rút gọn suy ra tỉ lệ: 1 2 2 2 1 1 k i k i λ λ = =

+ Dựa vào yêu cầu đề bài tìm đại lượng cần tìm - HV ghi nhận và chuẩn bị xem bài tập mẫu

* Hoạt động 2: giải bài tập tìm số vân sáng, vân tối trong giao thoa trường

- GV hướng dẫn giải bải tập mẫu:

Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng Iâng : khoảng cách hai khe S1S2 là 2mm, khoảng cách từ S1S2 đến màn là 3m, bước sóng ánh sáng là 0,5µm. Bề rộng giao thoa trường là 3cm.

b. Tìm số vân sáng và vân tối quan sát được trên giao thoa trường. c. Tìm khoảng cách giữa vân sang bậc 2 và vân tối thứ 4 :

- Chúng ở cùng bên so với vân trung tâm - Chúng ở hai bên so với vân trung tâm.

d. Tìm số vân sáng giữa 2 điểm M cách 0.5 cm và N cách 1.25 cm so với vân trung tâm. Hướng dẫn giải : a. Khoảng vân : m a D i 3 3 6 10 . 75 . 0 10 . 2 3 . 10 . 5 . 0 . − − − = = = λ

b. Số khoảng vân trong nửa giao thoa trường : = = −2 −3 =

10 . 75 , 0 . 2 10 . 3 . 2i L n 20 Số vân sáng : Ns = 2.n + 1 = 2.20 + 1 = 41 vân sáng . Số vân tối : Nt = 2.n = 2.20 = 40 vân tối .

c. Vị trí vân sáng bậc 2 : xs2 =k.i=2.0,75.10−3 =1,5.10−3m Vị trí vân tối thứ 4 : xt k )i 4,5.0,75.10 3 3,375.10 3m 2 1 ( 4 − − = ± = ± =

- Chúng ở cùng bên so với vân trung tâm : d = xs2 −xt4 =1,875 . 10-3 m - Chúng ở hai bên so với vân trung tâm : d = xs2 +xt4 =4,875 . 10-3 m