Vật lý 12 Bài 25: Giao thoa ánh sáng

6 trắc nghiệm 10 bài tập SGK 15 hỏi đáp

Giữa âm thanh và ánh sáng có nhiều điểm tương đồng: chúng cùng truyền theo đường thẳng, cùng tuân theo định luật phản xạ... Chúng ta biết rằng âm thì có tính chất sóng, vậy thì liệu rằng ánh sáng cũng có tính chất ấy không ? Thông qua những nội dung về hiện tượng nhiễu xạ ánh sánggiao thoa ánh sáng được đề cập tới, bài học ngày hôm nay sẽ cho chúng ta câu trả lời. Mời các bạn cùng nghiên cứu bài 25- Giao thoa ánh sáng.

Tóm tắt lý thuyết

1. Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng 

  • Hiện tượng truyền sai lệch so với sự truyền thẳng khi ánh sáng gặp vật cản gọi là hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng.

  • Mỗi ánh sáng đơn sắc coi như một sóng có bước sóng xác định.

2. Hiện tượng giao thoa ánh sáng

a. Thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng 

  • Ánh sáng từ bóng đèn Đ → trên M trông thấy một hệ vân có nhiều màu.

  • Đặt kính màu K (đỏ…) → trên M chỉ có một màu đỏ và có dạng những vạch sáng đỏ và tối xen kẽ, song song và cách đều nhau.

  • Giải thích:

    • Hai sóng kết hợp phát đi từ \(F_1\) , \(F_2\) gặp nhau trên M đã giao thoa với nhau:

    • Hai sóng gặp nhau tăng cường lẫn nhau → vân sáng.

    • Hai sóng gặp nhau triệt tiêu lẫn nhau → vân tối.

b. Vị trí vân sáng

  • Với a = \(S_1S_2\); D khoảng cách từ mặt phẳng chứa \(S_1S_2\) → Màu \(d_1d_2\) là khoảng cách từ M đến \(S_1S_2\)

  • Gọi \(\lambda\): là bước sóng của ánh sáng đơn sắc.

\(\Rightarrow d_2-d_1=\frac{a.x}{D}\)

  •  Vị trí vân sáng (cực đại): \(d_2-d_1=k.\lambda\)

 \(\Rightarrow \frac{a.x_s}{D}=k.\lambda \Rightarrow x_s=k.\frac{\lambda .D}{a}, k=0,\pm 1,\pm 2\)

  • Vị trí các vân tối (cực tiểu): \(d_2-d_1= (k'+\frac{1}{2}).\lambda\)

\(\Rightarrow \frac{a.x_t}{D}=(k'+\frac{1}{2})\lambda \Rightarrow x_t=(k'+\frac{1}{2} ).\frac{\lambda .D}{a}, k'\in Z\)

c. Khoảng vân

  • Định nghĩa: Khoảng vân i là khỏang cách giữa hai vân sáng hoặc hai vân tối liên tiếp nhau.

  • Công thức tính khoảng vân:  

\(i=\frac{\lambda .D}{a}\)

  • Tại O là vân sáng bậc 0 của mọi bức xạ: vân chính giữa hay vân trung tâm, hay vân số 0.

d. Ứng dụng:

  • Đo bước sóng ánh sáng.

  • Nếu biết i, a, D sẽ suy ra được : Từ \(i=\frac{\lambda .D}{a}\Rightarrow \lambda =\frac{a.i}{D}\)

3. Bước sóng và màu sắc

  • Mỗi bức xạ đơn sắc ứng với một bước sóng trong chân không xác định.

  • Mọi ánh sáng đơn sắc mà ta nhìn thấy có: λ = (380→ 760) nm.

  • Ánh sáng trắng của Mặt Trời là hỗn hợp của vô số ánh sáng đơn sắc có bước sóng biến thiên liên tục từ 0 đến ∞.

Bài tập minh họa

1. Bài tập giao thoa ánh sáng cơ bản

Bài 1: 

Trong thí nghiệm Y - âng về giao thoa ánh sáng, các khe \(S_1\) ,\(S_1\) cách nhau 1mm được chiếu sáng bởi ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ = 0,76µm. Biết khoảng cách từ mặt phẳng hai khe \(S_1\) ,\(S_1\) đến màn là 3m. Hỏi tại vị trí cách vân sáng trung tâm 4,56mm là vân sáng thứ mấy?

Hướng dẫn giải: 

Khoảng vân: \(i=\frac{\lambda D}{a}=2,28.10^{-3}m\)

Vị trí vân tối được xác định theo biểu thức: \(x_t=ki\rightarrow k=\frac{x_t}{i}=2\)

Ứng với k=2 là vân sáng bậc 2.

Bài 2: 

Trong thí nghiệm Y - âng về giao thoa ánh sáng, các khe \(S_1\) ,\(S_2\) cách nhau 1mm được chiếu sáng bởi ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ = 0,5µm. Biết khoảng cách từ mặt phẳng hai khe \(S_1\) , \(S_2\) đến màn là 3m. Hỏi tại vị trí cách vân sáng trung tâm 5,25mm là vân tối thứ mấy?

Hướng dẫn giải: 

Khoảng vân: \(i=\frac{\lambda D}{a}=1,5.10^{-3}m\)

Vị trí vân tối được xác định theo biểu thức: \(x_t=(k+\frac{1}{2})i\rightarrow k=\frac{x_t}{i}-\frac{1}{2}=3\)

Ứng với k=3 là vân tối thứ 4. 

2. Bài tập giao thoa ánh sáng nâng cao

Bài 1: 

Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng với khe Y - âng, người ta chiếu sáng 2 khe bằng ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ = 0,5 µm, khoảng cách giữa 2 khe là 2 mm. Khoảng cách từ 2 khe tới màn là 1m. Xác định khoảng cách giữa vân sáng bậc 4 và vân tối thứ 4 ở cùng một phía so với vân trung tâm?

Hướng dẫn giải: 

Khoảng vân: \(i=\frac{\lambda D}{a}=2,5.10^{-4}m\)

Khoảng cách từ vân trung tâm tới vân sáng bậc 4 (k=4): x=4i

Khoảng cách từ vân trung tâm tới vân tối thứ 4 (k=3): x=3,5i

Khoảng cách giữa vân sáng bậc 4 và vân tối thứ 4 ở cùng một phía so với vân trung tâm là : 

x=4i-3,5i=1,25.\(10^{-4}m\) = 0,125mm

Bài 2:

Trong thí nghiệm của Young về giao thoa ánh sáng, hai khe S1 và S2 được chiếu bằng ánh sáng đơn sắc có bước sóng l = 0,5 mm. Khoảng cách giữa hai khe là 0,8 mm. Người ta đo được khoảng cách giữa 5 vân sáng liên tiếp trên màn là 4 mm. Tính khoảng cách từ hai khe đến màn và cho biết tại 2 điểm C và E trên màn, cùng phía với nhau so với vân sáng trung tâm và cách vân sáng trung tâm lần lượt là :

Hướng dẫn giải: 

Ta có:    \(i=\frac{L}{5-1}=1mm; D=\frac{ai}{\lambda }=1,6m\)

\(\frac{x_C}{i}\) = 2,5 nên tại C ta có vân tối;

\(\frac{x_E}{i}\) = 15 nên tại N ta có vân sáng; 

→ Từ C đến E có 13 vân sáng kể cả vân sáng bậc 15 tại E.

Lời kết

Qua bài này, các em sẽ được làm quen với 2 các kiến thức liên quan đến hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng và hiện tượng giao thoa ánh sáng cùng với các bài tập liên quan theo nhiều cấp độ từ dễ đến khó…, các em cần phải nắm được : 

  • Mô tả được thí nghiệm về nhiễu xạ ánh sáng và thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng.

  • Viết được các công thức cho vị trí của các vân sáng, tối và cho khoảng vân i.

  • Nêu được điều kiện để xảy ra hiện tượng giao thoa ánh sáng.

  • Giải được bài toán về giao thoa với ánh sáng đơn sắc.

Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua Giải bài tập Vật lý 12 Bài 25 và làm bài kiểm tra Trắc nghiệm Vật lý 12 Bài 25 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết. Các em được làm bài thi MIỄN PHÍ để test kiến thức cho bản thân nhé.Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, cộng đồng Vật lý HOC247 sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!

Chúc các em học tập tốt, chuẩn bị sẵn sàng kiến thức để tham gia kì thi THPT Quốc gia  tự tin và đạt thành tích cao nhất!

-- Mod Vật Lý 12 HỌC247