D) CÂU HỎI, BÀI TẬP, NỘI DUNG ÔN TẬP VÀ THẢO LUẬN CỦA CHƯƠNG
a. Giao thoa ánh sáng
* Nội dung kiến thức
- Thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng:
+ Thí nghiệm gồm nguồn sáng Đ, kính lọc sắc F, khe hẹp S, hai khe hẹp S1, S2 (gọi là khe Y- âng) được đặt song song với nhau và song song với khe S, màn quan
sát E đặt song song với mặt phẳng chứa hai khe S1, S2.
+ Cho ánh sáng chiếu từ ngồn sáng Đ, qua kính lọc sắc F và khe hẹp S, ánh sáng chiếu vào hai khe S1, S2. Quan sát hình ảnh hứng được trên màn E, ta thấy các vân sáng và vân tối xen kẽ nhau. Đó là hiện tượng giao thoa ánh sáng.
+ Khe S được chiếu sáng đóng vai trò là một nguồn sáng. ánh sáng qua kính lọc sắc truyền đến khe S1, S2 làm cho ánh sáng phát ra từ S1, S2 là hai nguồn sáng kết hợp có cùng tần số với nguồn S. Tại vùng không gian ở sau hai khe S1, S2, nơi hai sóng gặp nhau, gọi là vùng giao thoa, có sự chồng chập của hai sóng kết hợp dẫn đến hiện tượng giao thoa sóng và tạo ra các vân sáng và vân tối xen kẽ nhau trên màn E. Vân sáng, vân tối trên màn hứng được là kết quả của sự giao thoa ánh sáng. Hiện tượng giao thoa ánh sáng là một bằng chứng thực nghiệm chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng.
+ Hai nguồn phát ra hai sóng ánh sáng có cùng bước sóng và có độ lệch pha dao động không đổi theo thời gian gọi là hai nguồn kết hợp. Hai sóng do hai nguồn kết hợp phát ra gọi là hai sóng kết hợp.
+ Điều kiện để xảy ra hiện tượng giao thoa ánh sáng là trong môi trường truyền sóng có hai sóng kết hợp và các phần tử sóng cùng phương dao động.
- Độ đơn sắc của ánh sáng:
+ Bức xạ đơn sắc là bức xạ có một tần số hoàn toàn xác định và có biên độ không đổi. Màu sắc của bức xạ được xác định bởi tần số, chứ không phải là bước sóng.
+ Độ đơn sắc của ánh sáng có ảnh hưởng đến hình giao thoa:
• Giả sử ánh sáng là không đơn sắc, nghĩa là ánh sáng có chứa một nhóm các sóng có bước sóng (hay tần số) với giá trị gần bằng nhau λ, λ1, λ2.... λ+Δλ; Δλ là bề rộng lớn nhất của quang phổ ánh sáng còn cho phép ta quan sát được hình giao thoa, còn gọi là độ đơn sắc của ánh sáng. Bậc giao thoa k (số vân sáng quan sát được) liên hệ với độ đơn sắc theo công thức: hay k = λ/Δλ
• Nếu Δλ tăng dần lên tức là ánh sáng không được đơn sắc lắm, thì k giảm, nghĩa là số vân giao thoa quan sát được sẽ giảm đi.
• Nếu Δλ < λ/k thì hình ảnh giao thoa còn quan sát được ; • Nếu Δλ > λ/k thì không quan sát được vân giao thoa nữa. - Ảnh hưởng của kích thước nguồn sáng lên hiện tượng giao thoa:
+ Nếu ta tăng dần kích thước của nguồn ánh sáng, mở rộng dần khe sáng S trong thí nghiệm Young chẳng hạn thì mỗi dải rất hẹp trên chiều rộng của khe sáng sẽ cho ta một hệ vân giao thoa riêng, và tổng hợp tất cả các hệ vân này sẽ cho một sự phân bố cường độ sáng tại các điểm khác nhau trên màn quan sát.
+ Điều kiện để vẫn quan sát được hiện tượng giao thoa: b < λ.l/2a.
* Một số lưu ý khi dạy học
- Sau khi nêu lên cách giải thích đã trình bày trong SGK giáo viên cần nhắc lại:
+ Hiện tượng giao thoa là một bằng chứng thực nghiệm quan trọng khẳng định ánh sáng có tính chất sóng.
+ Hiện tượng giao thoa có thể xảy ra với quá trình sóng có bản chất bất kỳ và khi khảo sát một quá trình bất kỳ, nếu ta phát hiện được sự giao thoa thì quá trình ấy là quá trình sóng.
- Cần cho học sinh chú ý: vị trí của vân sáng là chỗ sáng nhất của vân (từ vị trí đó của vân độ sáng sẽ giảm dần cho đến bằng không tại vị trí vân tối.
- Đối với vân tối không có khái niệm bậc giao thoa. - Từ công thức tính khoảng vân ta suy ra i.a
D
λ = . Nếu đo được i, a và D ta tính được ở. Đó là nguyên tắc đo bước sóng ánh sáng nhờ hiện tượng giao thoa.
- Phương pháp tương tự kết hợp mô hình toán học sẽ giúp học sinh dễ tiếp cận với kiến thức vân sáng tối trong hiện tượng giao thoa khi chỉ rõ cho học sinh thấy rằng vân sáng tương ứng với biên độ sóng ánh tổng hợp tại vị trí đó được tăng cường và vân tối ứng với trường hợp biên độ sóng tổng hợp bị triệt tiêu.