Tổng hợp Lý thuyết và bài tập về Giao thoa ánh sáng môn Vật Lý 12 năm học 2020-2021

TỔNG HỢP LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP VỀ GIAO THOA ÁNH SÁNG

1) Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng

- Thí nghiệm: dùng một nguồn sáng S đặt trước một lỗ tròn nhỏ O, khoét trên một hộp kín. Quan sát cùng sáng ở thành đối diện.

- Kết quả thí nghiệm: Nếu ánh sáng truyền thẳng thì trên thành sẽ có một vệt sáng tròn đường kính là D. Nhưng thực tế ta lại thấy một vệt sáng tròn có đường kính D’ > D. Lỗ O càng nhỏ D’ cang lớn hơn nhiều so với D.

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

- Giải thích hiện tượng: để giải thích hiện tượng này tà thừa nhận: mỗi chùm sáng đơn sắc được coi là một sóng có bước sóng xác định.

2) Hiện tượng giao thoa ánh sáng.

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

- Sơ đồ thí nghiệm: như hình bên

- Kết quả thí nghiệm: trong vùng hai chùm sáng gặp nhau đúng ra đều phải sáng nhưng ta lại thấy có những vạch tối và vạch sáng xen kẽ nhau. Giống như hiện tượng giao thoa, buộc ta thừa nhận ánh sáng có tính chất sóng. Những vạch tối là chỗ hai sóng ánh sáng triệt tiêu lẫn nhau, những vạch sáng là chỗ hai sóng ánh sáng tăng cường lẫn nhau. Hệ vân sáng, tối xen kẽ nhau được gọi là hệ vân giao thoa của hai sóng ánh sáng.

b) Vị trí các vân sáng, vân tối.

Giả sử bước sóng của ánh sáng giao thoa là λ, khoảng cách giữa 2 khe S₁,S₂ là a, khoảng cách từ 2 khe đến màn là D. O là vị trí vân sáng trung tâm. Xét điểm A cách O 1 đoạn là x.

- Khoảng cách từ A tới nguồn S₁ là:

\({d_1} = \sqrt {{D^2} + {{(x - \frac{a}{2})}^2}} \)

- Khoảng cách từ A tới nguồn S₂ là:

\({d_2} = \sqrt {{D^2} + {{(x + \frac{a}{2})}^2}} \)

Ta có d₂² - d₁² = (d₂ - d₁)(d₂ + d₁) = 2ax

Vì a,x ≪ D nên có d₂ + d₁ ≈ 2D

Khi đó hiệu đường đi của 2 sóng ánh sáng từ S₁,S₂ truyền tới A là: d₂-d₁ ≈ 2ax/2D = ax/D

- Điều kiện để tại A là một vân sáng: d₂ - d₁ = kλ.

Khoảng cách từ O đến vân sáng bậc k là x_k = kλD/a  (k = 0, ±1, ±2...)

Nhận xét: vị trí O của vân sáng bậc 0: k = 0 ↔ x = 0  (∀ λ), nên O được gọi là vân trung tâm hay vân chính giữa.

- Điều kiện để tại A là vân tối: d₂ - d₁ = (k - 1/2)λ

Khoảng cách từ O đến vân tối thứ k là x'_k = (k - 1/2)[(λD)/a]      (k = ±1, ±2...)

c) Khoảng vân

- Định nghĩa: là khoảng cách giữa 2 vân sáng, hoặc hai vân tối liên tiếp.

- Công thức tính khoảng vân i:

i = x_k+1 - x_k = x'_k+1 - x'_k = λD/a

d) Ứng dụng:

Đo bước sóng của ánh sáng. Đo các đại lượng D,a,i khi đó bước sóng : λ = ia/D

3) Mối liên hệ giữa bước sóng của ánh sáng và màu sắc.

Các kết quả thực nghiệm cho thấy:

- Mỗi ánh sáng đơn sắc có một bước sóng hoặc tần số trong chân không hoàn toàn xác định

- Ánh sáng khả kiến ( ánh sáng nhìn thấy) có bước sóng trong khoảng: 380÷760 nm.

Bảng bước sóng của ánh sáng nhìn thấy trong chân không

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

- Điều kiện để xảy ra hiện ượng giao thoa ánh sáng là: hai nguồn sáng kết hợp

+ Hai nguồn phải phát ra hai sóng có cùng bước sóng

+ Hiệu số pha dao động cảu hai nguồn phả không đổi theo thời gian.

Câu 1: Trong thí nghiệm Young về giao thoa ás, hai khe hẹp cách nhau một khoảng a = 1mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến màn quan sát là D = 2m. Hai khe được chiếu bằng bức xạ có bước sóng λ = 0,59μm. Trên màn thu được hình ảnh giao thoa. Tại điểm M trên màn cách vân sáng trung tâm (chính giữa) một khoảng 7,67mm có vân sáng hay vân tối bậc

A. sáng bậc 6.

B. sáng bậc 7.

C. tối thứ 6.

D. tối thứ 7.

Câu 2: Trong thí nghiệm giao thoa ás, hai khe hẹp cách nhau một khoảng a = 0,5mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến màn quan sát là D = 1,5m. Hai khe được chiếu bằng bức xạ có bước sóng λ = 0,6μm. Trên màn thu được hình ảnh giao thoa. Tại điểm M trên màn cách vân sáng trung tâm một khoảng 5,4mm có vân sáng bậc

A. 6.                        B. 3.                        C. 2.                        D. 4.

...

---Để xem đầy đủ nội dung phần Trắc nghiệm vận dụng, các em vui lòng đăng nhập vào trang hoc247.net để xem online hoặc tải về máy tính---

Trên đây là một phần trích đoạn nội dung Tài liệu Tổng hợp lý thuyết và bài tập Giao thoa ánh sáng môn Lý 12 năm 2020. Để xem toàn bộ nội dung các em đăng nhập vào trang hoc247.net để tải tài liệu về máy tính.

Hy vọng tài liệu này sẽ giúp các em học sinh ôn tập tốt và đạt thành tích cao trong học tập.

​Chúc các em học tập tốt !