BÀI TẬP LUYỆN TẬP

Bài 1. Hai khe Young S1, S2 cách nhau

một khoảng a=10mm. Sau hai khe đặt một ống có hai ngăn T1, T2 cho ánh sáng nhiễu xạ từ mỗi khe qua một ngăn của ống. Màn quan sát E cách mặt phẳng chứa hai khe một khoảng D=2m. Khe nguồn S phát ánh sáng đơn sắc có bước sóng =590nm. Độ dài l của ống

hai ngăn là l=10cm. Ban đầu, cả hai ngăn đều chứa không khí, dưới cùng một áp suất và vân chính giữa ở điểm O. Hãy tính khoảng vân i

1. Dùng bơm chân không hút không khí trong ngăn T2 ra, đồng thời quan sát hệ vân, người ta thấy hệ vân dịch chuyển. Khi không khí đã rút ra hết, thì hệ vân đã dịch chuyển được 49,7 vân. Xác định chiết suất của không khí.

2. Từ từ cho khí Cacbonic vào ống T2 và quan sát hệ vân, người ta thấy hệ vân dịch chuyển về vị trí cũ, xong lại dịch chuyển tiếp sang phía bên kia thêm 25,4 vân. Tính chiết suất của khí Cacbonic

Đáp số: 1. i = 0,118mm; e(n-1) = k𝞴, thay số ta có n = 1,000292 2. Có 𝑛′− 1 =(𝑘+𝑘′)𝜆

𝑐 =(49,7+25,4).0,590.10−3

100 = 0,4431. 10−3 suy ra n' = 1,000443

Bài 2: Một thấu kính hội tụ tiêu cự f=15cm được

cưa đôi theo mặt phẳng chứa quang trục chính và vuông góc với tiết diện của thấu kính, rồi hớt đi mỗi nửa một lớp dày h=1,25mm tính từ quang tâm, xong dán lại thành lưỡng thấu kính. (trong đó O1 như quang tâm vốn có của nó của nửa thấu kính trên, O2 của nửa dưới) Một nguồn sáng điểm S phát ra ba bức xạ đơn sắc thuộc vùng đỏ, vùng lục, vùng lam, bước sóng được kí hiệu lần lượt là   1, 2, 3

được đặt trên trục đối xứng của lưỡng thấu kính, cách lưỡng thấu kính một khoảng d1=7,5cm(coi rằng f không phụ thuộc vào )

1. Xác định khoảng cách a giữa hai ảnh S1, S2 của S qua lưỡng thấu kính. Vẽ đường đi của các tia sáng qua lưỡng thấu kính.

2. Đặt sau lưỡng thấu kính một màn hứng ảnh vuông góc với trục đối xứng của lưỡng thấu kính và cách lưỡng thấu kính một khoảng d2=235cm. Che nguồn lần lượt bởi kính đỏ và kính lục (để lọt bức xạ đỏ hoặc bức xạ lục) và dùng kính lúp sẽ quan sát được hai hệ vân giao thoa tương ứng có độ rộng i1=0,64mm và i2=0,54mm. Xác định bước sóng của hai bức xạ đó.

3. Do thiếu kính lọc màu lam nên phải dùng một kính lọc để lọt đồng thời hai bức xạ đỏ và lam. Khi ấy quan sát được các cực đại giao thoa cả hai loại màu, đỏ và lam, trên màn. Đồng thời các vân số 0, 3, 6 của hệ vân đỏ thấy có sự trùng khít với vân sáng màu lam. Xác định bước sóng màu lam, biết rằng màu lam tương ứng với dải bước sóng từ 0,46 µm đến 0,5 µm. E O S S1 D S2 T2 T1 S E O O2 d2 h O1 d1

4. Mô tả hiện tượng khi không dùng kính lọc nào. Hãy tính xem trong trường giao thoa có cả thảy bao nhiêu vệt sáng trắng, đó là cực đại thứ bao nhiêu của hệ vân đỏ? Cho biết ba bức xạ mà bước sóng tính được trong bài này khi chồng chập lên nhau cho ta cảm giác sáng trắng.

Bài 3. Người ta cắt một thấu kính hội tụ có f=25cm làm hai nửa theo mặt phẳng qua trục

chính rồi tách cho hai nửa cách nhau một khoảng b. Đặt một nguồn sáng điểm S trên truch chính của thấu kính và cách thấu kính 50cm.

a) Biết hai ảnh S1 và S2 của S tạo bởi hai nửa thấu kính cách nhau 0,4cm. Hãy tính b

b) Cách thấu kính một khoảng 3,5m người ta đặt một màn quan sát E vuông góc với trục chính của thấu kính. Tìm chiều rộng của vùng giao thoa quan sát được trên màn E khi nguồn phát ánh sáng đơn sắc có bước sóng  . Biết khoảng cách từ vân sáng trung tâm (vân sáng bậc không) tới vân sáng bậc 6 đo được bằng 2,46mm, tìm bước sóng .

c) Thay S bằng nguồn phát ánh sáng trắng có bước sóng từ 0.4m đến 0,76m. Tìm các bước sóng của bức xạ mà nó cho một vân sáng tại một điểm M trên màn quan sát cách trục chính 2mm.

Bài 38. Trong thí nghiệm giao thoa nhờ khe Iang, từ một khe sáng hẹp S người ta tạo được hai nguồn đồng pha S1 và S2 cách nhau 5mm, khoảng cách từ chúng đến màn quan sát là 2m.

a) Nguồn S phát ánh sáng đơn sắc

0,580

v m

 =  (màu vàng). Tìm khoảng vân và vị trí vân sáng bậc 3 trên màn.

b) S1, S2 có thể tạo được nhờ hai hệ gương phẳng đặt nghiêng với nhau một góc ( − )

với  rất nhỏ. Khe sáng S đặt song song với giao tuyến I của hai gương và cách I là SI=1m. Màn E đặt vuông góc với mặt phẳng trung trực của S1S2. Vẽ hình, tìm  và độ rộng vùng giao thoa trên màn. Nếu S phát đồng thời hai ánh sáng đơn sắc

0,580 và

v m

 =   chưa biết vị trí vân sáng cùng màu đầu tiên so với vân trung tâm là x=1,16mm. Tìm x, cho biết vân sáng trung tâm có màu hồng (nằm trong vùng từ vàng đến đỏ). Trên màn có mấy vân màu hồng như thế?

Bài 4. Trong thí nghiệm với lưỡng lăng kính

Fresnel, khoảng cách từ nguồn sáng đơn sắc có bước sóng  =0,6m đến lưỡng lăng kính là 20cm khoảng cách từ lưỡng lăng kính tới màn quan sát là 180cm; góc chiết quang của lưỡng lăng kính A=0,01rad và chiết suất của lưỡng lăng kính là n=1,5

1. Tính khoảng cách giữa hai nguồn sáng kết hợp và chiều rộng của trường giao thoa quan sát trên màn

3. Bây giờ thay nguồn sáng đơn sắc bằng ng̀n ánh sáng trắng. Tìm tất cả các thành phần đơn sắc trong ánh sáng trắng cho vân tối tại điểm M cách vân trung tâm một khoảng bằng 3,3mm

4. Hãy thiết lập một biểu thức đơn giản cho phép xác định những khoảng nào cách vân trung tâm thì bức xạ màu vàng ( = 0,59m) có cường độ sáng bằng 0 tại đó.

Đáp số:

1) S1S2 = 2mm; O1O2 = 18mm 2) i = 0,6mm; N = 30

3) 0,44µm; 0,508µm; 0,6µm; 0,733 µm 4) xM = (2t +1).0,3 mm

Bài 5. Khoảng cách từ một khe hẹp S tới lưỡng lăng kính Fresnel là d1=0,5m, từ lưỡng

lăng kính tới màn quan sát là d2=2m. Đầu tiên khe S được chiếu sáng bằng ánh sáng đơn sắc có bước sóng 1 =0,546m và đo khoảng cách từ vân sáng thứ 10 bên trái đến vân sáng thứ 10 bên phải vân trung tâm được 18,2mm. Sau đó thay bức xạ 1 bởi 2 và cũng thực hiện đo như trên ta được 14,0mm

1. Tính bước sóng 2

2. Biết chiết suất của lưỡng lăng kính là n=1,5. Tính góc chiết quang của mỗi lăng kính và số vân quan sát được với hai bức xạ trên

3. Trước một trong hai lăng kính, người ta đặt một bản mỏng trong suốt, chiết suất n=1,532 thì vân trung tâm của bức xạ 2 dịch chuyển đi một đoạn 2,66mm. Hỏi vân trung tâm của bức xạ 2 dịch chuyển đi theo chiều nào? Tính độ dày e của bản.

4. Trong cách bố trí câu 3, ta thay bức xạ 2 bằng ánh sáng trắng. Tính bước sóng của những bức xạ cho vân tối tại điểm M cách vân trung tâm một đoạn 2,80mm. Coi chiết suất của bản không phụ thuộc vào bước sóng.

Đáp số:

1) 𝞴2 = 0,420µm

2) góc chiết quang A = 3.10-3 rad; bề rộng trường giao thoa MN = 6mm; số vân sáng của 𝞴1; 𝞴2 lần lượt là 7 vân, 9 vân.

3) Bề dày mặt bản: e = 3µm

4) Chỉ có hai bức xạ cho vân tối là 0,672µm và 0,480µm.

Bài 6. Người ta gây hiện tượng giao thoa bằng lưỡng lăng kính Fresnel và quan sát hệ

vân bằng một kính lúp có thước trắc vi. Kính lúp được điều chỉnh để nhìn vào một màn đặt cách khe sáng khoảng D=36,65cm. Đo khoảng cách giữa hai vân sáng liên tiếp bằng kính lúp ấy thì thấy i=0,1056mm.

Khe sáng, kính lúp và lưỡng lăng kính vẫn để nguyên chỗ cũ, người ta đặt một thấu kính hội tụ giữa kính lúp và lưỡng lăng kính để đo khoảng cách giữa hai ng̀n, thì thấy rằng có thể đặt thấu kính ở hai vị trí khác nhau, mà vẫn trông thấy ảnh rõ nét của hai nguồn. Khoảng cách giữa hai ảnh của hai nguồn trong hai trường hợp ấy lần lượt là 0,432mm và 10,32mm. Tính bước sóng của ánh sáng.

Đáp số: 𝞴 =0,6µm.

Bài 7. Một lưỡng lăng kính Frexnen gồm hai lăng kính có chung đáy có góc chiết quang

A và A’ đều bằng nhau và bằng 30’ bằng thủy tinh có chiết suất n=1,5. Một khe hẹp F đặt trước hai lăng kính và cách chúng khoảng d=0,5m. Màn E để quan sát vân giao thoa cách lưỡng lăng kính khoảng D=1m. Khi F phát đồng thời hai bức xạ, một màu đỏ da cam, có

bước sóng 1=0, 6m và một màu lam có bước sóng 2 =0, 48m. Mô tả hiện tượng

quan sát được trên màn E. Tính khoảng cách giữa hai vân sáng cùng màu với vân chính giữa và số lượng vân có màu ấy quan sát được.

Bài 8. Người ta cắt một thấu kính hội tụ tiêu cự f=25cm làm hai nửa theo mặt phẳng qua

trục chính rồi tách hai nửa cho cách nhau một khoảng b. Đặt một nguồn sáng điểm S trên trục chính của thấu kính và cách thấu kính một khoảng 50cm

1. Biết hai ảnh S1 và S2 của S tạo bởi hai nửa của thấu kính cách nhau 0,4cm hãy tính b. 2. Cách thấu kính một khoảng 3,5m người ta đặt một màn quan sát E vuông góc với trục chính của thấu kính. Tìm chiều rộng của vùng giao thoa quan sát được trên màn E khi nguồn S phát ánh sáng đơn sắc có bước sóng  Biết khoảng cách từ vân sáng trung tâm đến vân sáng bậc 6 đo được bằng 2,46mm. Tìm bước sóng 

3. Thay S bằng nguồn phát ra ánh sáng trắng có mọi bước sóng có độ dài từ 400nm đến 760nm. Tìm các bước sóng của các bức xạ mà nó cho vân sáng tại một điểm M trên màn quan sát cách trục chính 2mm.

Đáp số: 1) b = 2mm 2) 𝞴 = 0,546µm

3) Có 3 bức xạ cho vân sáng tại M là: 𝞴1 = 0,667 µm; 𝞴2 = 0,533 µm; 𝞴1 = 0,444 µm

Bài 9. Một thấu kính hội tụ O có tiêu cự f=20cm đường kính L=3cm, được cưa làm đôi

theo một đường kính. Sau đó hai nửa thấu kính được kéo ra xa nhau sao cho cách nhau một khoảng e=2mm. Một khe sáng hẹp F song song với đường chia hai nửa thấu kính, đặt cách đường ấy một khoảng d=60cm. Khe F phát ánh sáng đơn sắc bước sóng  = 0,546m. Vân giao thoa được quan sát trên màn E đặt cách hai nửa thấu kính một khoảng D

1. Muốn quan sát được vân giao thoa thì D tối thiểu phải bằng bao nhiêu? 2. Cho D=1,8m tính khoảng vân và số vân nhìn thấy

3. Giữ O và E cố định, cho khe F tịnh tiến xa dần thấu kính. Hệ vân thay đổi như thế nào?

4. Khi F và thấu kính O vẫn ở nguyên chỗ cũ, cho màn E tịnh tiến dần lại gần O thì hệ vân thay đởi như thế nào?

Đáp số: 1) Dmin = 33cm

2) i = 0,27mm; số vân sáng N= 29 vân

3) F ra xa thấu kính thấy i tăng, hệ vân dãn ra. Tính được khi F ra xa vơ cực thì khoảng vân đạt đến giá trị giới hạn i = 0,44mm.

Bài 10. Chùm ánh sáng đơn sắc phát ra

từ khe hẹp S có bước sóng  =0,5m

được rọi vào màn có hai khe hẹp S1 và S2 cách khe S một đoạn d=1m. Hai khe S1 và S2 song song với nhau và cách đều S. Khoảng cách S1S2=a=1mm. Sau 2 khe đặt màn E cách hai khe đoạn D=1,2m để quan sát vân giao thoa.

a) Tính khoảng vân

b) Trước khe S người ta đặt một bản mỏng trong suốt hai mặt song song dày e=

2m và có chiết suất n=1,5. Xác định vị trí mới của vân sáng chính giữa. Hỏi phải dịch

S S1 D S2 E O a

khe sáng S một đoạn bằng bao nhiêu và theo chiều nào theo phương vuông góc với SO để đưa vân sáng chính giữa về trùng O.

c) Đưa khe S về vị trí ban đầu, bản mỏng được lấy ra khỏi hệ thống. Giả sử khe S phát ra ánh sáng trắng. Quan sát vân tối thứ 15 của ánh sáng có λ = 0,5μm kể từ O. Hỏi nếu đem phân tích quang phổ ánh sáng tại điểm quan sát thì trong quang phở này sẽ thiếu bao nhiêu vạch so với quang phổ thấy được (có bước sóng từ 0,4m đến 0,76m). Tìm bước sóng các vạch đó.

Bài 11. (V203)

Hai lăng kính bằng thủy tinh, chiết suất n = 1,5 có cùng góc chiết quang A nhỏ và chung đáy P ( tức lưỡng lăng kính Fresnel). Trên mặt phẳng của đáy P, cách hai lăng kính một khoảng l = 10 cm, có một khe F hẹp, song song với cạnh khúc xạ của hai lăng kính và phát ra ánh sáng đơn sắc có bước sóng 546 nm. Sau lưỡng lăng kính, cách một khoảng p có một kính lúp L, tiêu cự fo = 2 cm mà tiêu diện có một thước chia ( gọi là thước trắc vi) cho phép đo khoảng cách giữa các vân giao thoa chính xác tới 0,01 mm. Một thấu kính hội tụ mỏng O, tiêu cự f = 10 cm có thể dịch chuyển dễ dàng giữa lưỡng lăng kính và kính lúp.

1. Dịch chuyển O về phía L bắt đầu từ sát lưỡng lăng kính, đồng thời quan sát trong L, ta tìm được hai vị trí của S1, S2 của O cách nhau S1S2 = 48 cm, mà trong kính lúp ta thấy hai ảnh rõ nét của F, khoảng cách giữa hai ảnh ấy đo được trong kính L lần lượt là 4,5 mm và 0,18 mm. Tính góc chiết quang A của hai lăng kính và khoảng cách p.

2. Cho O dịch chuyển từ S1 đến S2 thì đến vị trí V1 ta bắt đầu trơng thấy vân giao thoa, rồi đến một vị trí V2 thì thấy vân giao thoa biến mất.

a) Hãy giải thích hiện tượng và xác định các khoảng từ V1, V2 đến L.

b) Chứng minh rằng trong quá trình dịch chuyển của O thì khoảng vân I ( giữa hai vân giao thoa liên tiếp) qua một giá trị cực đại. Hãy xác định giá trị cực đại imax ấy, số vân N có thể quan sát được và khoảng cách từ L đến vị trí tương ứng của O. Nếu giữ nguyên khe F, kính lúp L, lưỡng lăng kính nhưng bỏ kính O đi thì khoảng vân i’ và số vân sáng N’ sẽ là bao nhiêu?

3. Tiếp tục cho O dịch chuyển về phía L thì qua vị trí S2, đến một vị trí V3, ta lại trong thấy vân. Xác định khoảng cách từ V3 đến L, tính khoảng vân i” và số vân sáng N’’ khi O cách L 8 cm.

Đáp số:

1) a = 0,9 mm; A = 30’

2) a) S1 cách kính lúp 51,5 cm và S2 cách 14,5 cm. b) im = 0,35 mm. N = 8 vân; i’ = 0,44 mm; N’ = 12 vân. 3) V3 cách L 12 cm; i”= 0,2 mm; N” = 13 vân.

III. HIỆU QUẢ DO SÁNG KIẾN ĐEM LẠI 1. Hiệu quả kinh tế (Giá trị làm lợi tính thành tiền): Không

2. Hiệu quả về mặt xã hội (Giá trị làm lợi không tính thành tiền (nếu có): (Nêu

hiệu quả, lợi ích cụ thể giải pháp mang lại, như nâng cao chất lượng giáo dục…. ).

Sáng kiến được viết dựa trên kinh nghiệm giảng dạy lớp chuyên lí của trường THPT chuyên Lê Hồng Phong, Nam Định và đội tuyển học sinh giỏi Vật lí tham dự các kì thi khu vực Duyên Hải và Học sinh giỏi Quốc gia. Dựa trên những khó khăn trong thực tế của giáo viên và học sinh, tôi đã xây dựng sáng kiến xuyên suốt nội dung giao thoa ánh sáng không định xứ để học sinh có cái nhìn tởng qt, nắm bắt được nội dung kiến thức của phần này. Qua sự miệt mài của thầy và trò trong nghiên cứu chuyên sâu, đội tuyển Vật lí quốc gia trong 4 năm gần đây có những kết quả tốt, luôn nằm trong 5 đơn vị dẫn đầu cả nước về số lượng giải và chất lượng giải. Năm học 2020-2021 có 6 giải Nhì, 2 giải Ba, 1 giải Khuyến khích (trong đó có 4 học sinh lớp 11); có 4 em tham gia dự thi chon đội tuyển học sinh giỏi

Các hệ tương đương Young