Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Phân loại và hướng dẫn phương pháp giải bài tập trắc nghiệm phần sóng ánh sáng lớp 12 cơ bản

Chia sẻ: Caphesua | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:41

Thêm vào BST

Báo xấu

28
lượt xem 0
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của đề tài nhằm phân dạng bài tập cho học sinh dễ học và có phương pháp giải nhanh, chính xác các bài tập trong chương Sóng ánh sáng – Vật lí lớp 12 – cơ bản.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Phân loại và hướng dẫn phương pháp giải bài tập trắc nghiệm phần sóng ánh sáng lớp 12 cơ bản

MỤC LỤC PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ I. Lý do chọn đề tài .............................................................................................. 2 II. Mục đích nghiên cứu của đề tài........................................................................2 III. Đối tượng nghiên cứu......................................................................................2 IV. Các phương pháp nghiên cứu..........................................................................2 V. Giới hạn về không gian của đối tượng nghiên cứu...........................................2 VI. Phạm vi và kế hoạch nghiên cứu.....................................................................2 PHẦN II. NỘI DUNG I. Cơ sở của việc lựa chọn sáng kiến.....................................................................3 II. Nội dung đề tài..................................................................................................3 II1. Cơ sở lí thuyết....................................................................................3 II2. Phân loại và phương pháp giải............................................................5 Dạng 1: Tán sắc ánh sáng .....…………………………………............. ….5 Dạng 2: Giao thoa ánh sáng đơn sắc…….................................................11 Dạng 3: Giao thoa với ánh sáng đa sắc, ánh sáng trắng…………....……23 III. Kết quả thực hiện: ……………………….....……………………..…….… 35 PHẦN III: KẾT LUẬN 1
Kết luận…...…………………………………………………………………… 36 Nhận xét của tổ chuyên môn, Hội đồng nhà trường…………………………… 37 Phiếu đăng kí viết Sáng kiến kinh nghiệm……………………………………..38 Tài liệu tham khảo….……….……………………………...…………………. 39 PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ I. Lý do chọn đề tài Trong các đề thi ĐH – CĐ môn Vật lí, nội dung kiến thức thuộc chương Sóng ánh sáng chiếm tỉ lệ không nhỏ, khoảng từ 6 đến 8 câu. Trong quá trình hướng dẫn ôn tập cho học sinh ngoài ôn tập về lí thuyết thì việc hướng dẫn học sinh giải bài tập là không thể thiếu.Hơn nữa việc phân loại các dạng bài toán và tìm phương pháp giải cho mỗi dạng là rất cần thiết. Thông qua đó không chỉ trang bị và củng cố kiến thức cho các em học sinh , mà còn rèn luyện kỹ năng để giúp các em có thể giải nhanh, chính xác các bài toán thuộc chủ đề này trong các bài thi trắc nghiệm từ đó có thể đạt điểm cao trong kì thi Đại học – Cao đẳng Xuất phát từ những lý do nói trên nên tôi chọn đề tài “ Phân loại và hướng dẫn phương pháp giải bài tập trắc nghiệm phần sóng ánh sáng lớp 12 cơ bản” để giúp học sinh ôn tập tốt chương này trong quá trình ôn thi ĐH – CĐ. II. Mục đích nghiên cứu của đề tài. 2
Phân dạng bài tập cho học sinh dễ học và có phương pháp giải nhanh, chính xác các bài tập trong chương Sóng ánh sáng – Vật lí lớp 12 – cơ bản. III. Đối tượng nghiên cứu. Giáo viên nhóm vật lí và học sinh lớp 12A1,2,5 trường THPT Triệu Thái IV. Các phương pháp nghiên cứu. Đề tài sử dụng các phương pháp Phân tích, nghiên cứu các tài liệu liên quan đến đề tài. Điều tra thực tiễn. Thực nghiệm, đối chứng…….. V. Giới hạn về không gian của đối tượng nghiên cứu. Trường THPT Triệu Thái, Thị trấn Lập Thạch, huyện Lập Thạch, tỉnh Vĩnh Phúc. VI. Phạm vi và kế hoạch nghiên cứu. Phạm vi đề tài áp dụng trong quá trình giảng dạy chương Sóng ánh sáng. Thực nghiệm và đối chứng ở các lớp 12A1, 12A2,12A5 trường THPT Triệu Thái năm học 2017 2018.Trong đó lớp thực nghiệm 12A1,2 lớp đối chứng 12A5. Thời gian nghiên cứu từ tháng 9 năm 2017 đến tháng 5 năm 2018. Phần II. NỘI DUNG I Cơ sở của việc lựa chọn sáng kiến 1. Cơ sở lí luận: Để nâng cao chất lượng giáo dục thì việc đổi mới phương pháp dạy học là rất cần thiết.Trong quá trình đổi mới phải lấy học sinh làm trung tâm. Để thúc đẩy quá trình nhận thức, phát triển tư duy sáng tạo, rèn luyện kĩ năng tự học cho học sinh thì việc tìm tòi và sử dụng phương pháp dạy học phù hợp là rất cần thiết.Vì khi có phương pháp dạy học khoa học sẽ kích thích sự hứng thú học tập của học sinh, từ đó mang lại hiệu quả cao trong quá trình dạy học. 2. Cơ sở thực tiễn: 3
Hình thức kiểm tra đánh giá, thi ĐH CĐ môn Vật lí là trắc nghiệm, đòi hỏi học sinh không những phải hiểu sâu rộng kiến thức mà còn phải có phương pháp giải nhanh, chính xác các bài toán Vật lí.Vì vậy trong quá trình giảng dạy việc phân dạng và đưa ra phương pháp giải nhanh cho học sinh là rất cần thiết. II. Nội dung đề tài II 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1. Tán sắc ánh sáng Chiếu một chùm sáng trắng song song hẹp vào lăng kính, kết quả là chùm sáng không những bị lệch về phía đáy lăng kính mà còn bị phân tách ra thành nhiều chùm sáng đơn sắc có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím.Hiện tượng này gọi là hiện tượng tán sắc ánh sáng. Nguyên nhân chính của hiện tượng tán sắc ánh sáng là do: Thứ nhất: Ánh sáng trắng là tập hợp của vô số các ánh sáng đơn sắc có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím. Thứ hai: Chiết suất của môi trường trong suốt ( lăng kính) đối với các ánh sáng có màu khác nhau là khác nhau, nhỏ nhất với ánh sáng màu đỏ, lớn nhất với ánh sáng màu tím. 2.Giao thoa ánh sáng Khi hai chùm sáng kết hợp gặp nhau chúng sẽ giao thoa với nhau cho hình ảnh vân sáng, vân tối xen kẽ. Thực hiện giao thoa với ánh sáng trắng thì thu được một vạch sáng trắng chính giữa, xung quanh có dải màu như màu sắc cầu vồng. Giao thoa là bằng chứng thực nghiệm khẳng định ánh sáng có tính chất sóng. 4
Mỗi ánh sáng đơn sắc đều có một tần số và màu sắc xác định. Một ánh sáng trong chân không có bước sóng λ thì trong môi trường có λ chiết suất n sẽ có bước sóng là λ ' = n II 2. PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI DẠNG 1 TÁN SẮC ÁNH SÁNG A. Tóm tắt lí thuyết Định luật khúc xạ ánh sáng: 5
sin i n nkx n v sin r = n21 = n2 = n với n2 = v1 1 t 1 2 Hiện tượng phản xạ toàn phần Điều kiện để có phản xạ toàn phần: Ánh sáng đị từ môi trường chiết quang hơn ra môi trường kém chiết quang( n1 > n2 ) Góc tới lớn hơn hoặc bằng góc giới hạn phản xạ toàn phần i igh n Trong đó : sin igh = n2 1 Lăng kính: sini1 = nsinr1 sini2 = nsinr2 A = r1 + r2 D = i1 + i2 − A Khi góc tới i và A đều nhỏ thì D = (n1)A Khi góc lệch là cực tiểu D = Dmin thì tia ló và tia tới đối xứng nhau qua mặt phân giác của góc chiết quang . Khi đó i1 = i2 = im r1 = r2 = A/2 Dmin = 2im A Dmin + A A sin = nsin 2 2 Tiêu cự Độ tụ của thấu kính Tiêu cự là trị số đại số f của khoảng cách từ quang tâm O đến các tiêu điểm chính với quy ước: f > 0 với thấu kính hội tụ. f 0 : mặt cầu lồi. R
Ví dụ 1: Một cái bể sâu 1,5m chứa đầy nước. Một tia sáng Mặt Trời rọi vào mặt nước bể dưới góc tới i, có tani = 4/3. Biết chiết suất của nước đối với ánh sáng đỏ và ánh sáng tím lần lượt là nđ = 1,328 và nt = 1,343. Bề rộng của quang phổ do tia sáng tạo ra ở đáy bể bằng: A. 19,6mm. B. 14,64mm. C. 12,86mm. D. 16,99mm. Hướng dẫn giải 4 + tan i = � i = 53,130 3 + Áp dụng định luật khúc xạ tại I: I sin 53,130 = nd sin rd = nt sin rt sin 53,130 � sin rd = � rd = 37, 040 1,328 sin 53,130 sin rt = � rt = 36,560 1,343 H T Đ + Độ rộng của vệt sáng: DT = OD − OT = h ( tgrd − tgrt ) = 1500 ( tan 37, 040 − tan 36,560 ) = 19, 6 ( mm ) . ĐS: DT = 19, 6 ( mm ) Chọn đáp án A Ví dụ 2: Trong một thí nghiệm người ta chiếu một chùm ánh sáng đơn sắc song song hẹp vào cạnh của một lăng kính có góc chiết quang A = 80 theo phương vuông góc với mặt phẳng phân giác của góc chiết quang. Sử dụng ánh sáng vàng, chiết suất của lăng kính là 1,65 thì góc lệch của tia sáng là A. 4,00. B. 5,20. C. 6,30. D. 7,80. Hướng dẫn giải Vì A < 100 � i < 100 ADCT: D = (n1)A =( 1,65 – 1)*8 = 5,20 Chọn đáp án B Ví dụ 3: Chiếu một tia sáng trắng tới vuông góc với mặt bên của một lăng kính có góc chiết quang A = 40. Chiết suất của lăng kính đối với ánh sáng đỏ và ánh sáng tím lần lượt là nđ = 1,643 và nt = 1,685. Góc giữa các tia ló màu đỏ và màu tím là A. 1,66rad. B. 2,93.103 rad. C. 2,93.103rad. D.3,92.103rad. A Hướng dẫn giải Tia sáng tới vuông góc với mặt bên của lăng kính sẽ truyền thẳng, khi tới mặt bên thứ hai dưới góc tới i = A Do góc A nhỏ nên góc i cũng nhỏ,ta áp Đ dụng công thức gần đúng: T nt .i = rt ; nd .i = rd 7
Góc giữa các tia ló màu đỏ và màu tím là ∆r = rt − rd = (nt − nd ).i = (nt − nd ). A = 2,93.10 −3 rad => Chọn đáp án C Ví dụ 4: Một lăng kính thủy tinh có góc chiết quang A= 50, được coi là nhỏ, có chiết suất đối với ánh sáng đỏ và tím lần lượt là nđ = 1,578 và nt = 1,618. Cho một chùm sáng trắng hẹp rọi vào mặt bên của lăng kính theo phương vuông góc với mặt phẳng phân giác của góc chiết quang. Góc tạo bởi tia đỏ và tia tím sau khi ló ra khỏi lăng kính là A. 0,3o. B. 0,5o. C. 0,2o. D. 0,12o. Hướng dẫn giải A Tia sáng đi vuông góc với mặt phân giác A của góc chiết quang A nên góc i nhỏ( i = ). 2 ADCT: D = (n − 1). A ta có: Dt = (nt − 1). A; Dd = (nd − 1). A Đ Góc lệch giữa tia đỏ và tia tím sau khi qua lăng kính là: D = Dt − Dd = (nt − nd ). A = 0, 20 T  Chọn C Ví dụ 5: Một lăng kính có góc chiết quang nhỏ A = 60 và có chiết suất n = 1,62 đối với màu lục. Chiếu một chùm tia tới song song hẹp, màu lục vào cạnh của lăng kính theo phương vuông góc với mặt phẳng phân giác của góc chiết quang A sao cho một phần của chùm tia sáng không qua lăng kính, một phần đi qua lăng kính và bị khúc xạ. Khi đó trên màn M, song song với mặt phẳng phân giác của góc A và cách nó 1m có hai vết sáng màu lục. a. Tính khoảng cách giữa hai vết sáng đó ? A. 5,6cm. B. 5,6mm. C. 6,5cm. D. 6,5mm. b. Nếu chùm tia sáng nói trên là chùm ánh sáng trắng, với chiết suất của chất làm lăng kính đối với ánh sáng đỏ và tím lần lượt là nđ = 1,61 và nt = 1,68 thì chiều rộng của quang phổ liên tục trên màn là bao nhiêu? A. 0,73cm. B. 0,73mm. C. 0,37cm. D. 0,37mm. Hướng dẫn giải A d L x a. Vì góc A,i nhỏ nên ADCT L D = (n − 1). A Từ hình vẽ: x = d .tan D (n − 1). Arad .d Thay số ta được x 6,5cm 8
Chọn C A d b. Từ hình vẽ ta thấy : ∆x = xt − xd xd Đ xt Theo kết quả phần a ta có : ∆x = xt − xd = (nt − nd ). Arad .d T Thay số ta được ∆x 0, 73cm => chọn A Ví dụ 6(ĐH 2011): Chiếu từ nước ra không khí một chùm tia sáng song song rất hẹp (coi như một tia sáng) gồm 5 thành phần đơn sắc: tím, lam, đỏ, lục, vàng. Tia ló đơn sắc màu lục đi là là mặt nước (sát với mặt phân cách giữa hai môi trường). Không kể tia đơn sắc màu lục, các tia ló ra ngoài không khí là các tia đơn sắc màu: A. lam, tím. B. đỏ, vàng, lam. C. đỏ, vàng. D. tím, lam, đỏ. Hướng dẫn giải Theo bài, tia ló màu lục đi là là mặt nước khi đó góc tới i của các tia sáng bằng Lục góc giới hạn phản xạ toàn phần của tia lục 1 i Mặt khác: sin igh = ; nd < nv < nluc < nl < nt n � ight < ighl < i = ighluc < ighv < ighd Như vậy, ngoài tia màu lục,các tia ló ra ngoài không khí là tia màu đỏ và vàng  Chọn C Ví dụ 7: Một thấu kính hội tụ có hai mặt cầu, bán kính cùng bằng 20cm. Chiết suất của thấu kính đối với tia tím là 1,69 và đối với tia đỏ là 1,60, đặt thấu kính trong không khí. Độ biến thiên độ tụ của thấu kính đối tia đỏ và tia tím là A. 46,1dp. B. 64,1dp. C. 0,46dp. D. 0,9dp. Hướng dẫn giải ADCT: 1 �1 1� D = = (n − 1) � + � f �R1 R2 Thay số: Dt = 6,9dp; Dd = 6dp � ∆D = Dt − Dd = 0,9dp  Chọn D 9
Ví dụ 8: Chiếu vào mặt bên của một lăng kính có góc chiết quang A=60o một chùm ánh sáng trắng hẹp. Biết góc lệch của tia màu vàng đạt giá trị cực tiểu. Tính góc lệch của tia màu tím. Biết chiết suất của lăng kính đối với ánh sáng vàng bằng 1,52 và ánh sáng tím bằng 1,54 A. 40,720 B. 51,2o C. 60o D. 29,6o Hướng dẫn giải Góc lệch của tia màu vàng đạt giá trị cực tiểu: A sin i = nv sin � i = 49, 460 2 Tia tím đến lăng kính dưới góc tới bằng góc tới của tia vàng i1t = i = 49, 460 sin i1t = nt sin r1t � r1t = 29,57 0 r2t = A − r1t = 30, 430 sin i2t = nt sin r2t � i2t = 51, 250 Góc lệch của tia tím: D = i1t + i2t − A ; 40, 720 => Chọn A C. Bài tập vận dụng Câu 1: Góc chiết quang của lăng kính bằng 80. Chiếu một tia sáng trắng vào mặt bên của lăng kính, theo phương vuông góc với mặt phẳng phân giác của góc chiết quang. Đặt một màn quan sát, sau lăng kính, song song với mặt phẳng phân giác của lăng kính và cách mặt phân giác này một đoạn 1,5m. Chiết suất của lăng kính đối với tia đỏ là nđ = 1,50 và đối với tia tím là nt = 1,54. Độ rộng của quang phổ liên tục trên màn quan sát bằng A. 7,0mm. B. 8,4mm. C. 6,5mm. D. 9,3mm. Câu2:(ĐH 2009) Chiếu xiên một chùm sáng hẹp gồm hai ánh sáng đơn sắc là vàng và lam từ không khí tới mặt nước thì A. chùm sáng bị phản xạ toàn phần. B. so với phương tia tới, tia khúc xạ vàng bị lệch ít hơn tia khúc xạ lam. C. tia khúc xạ chỉ là ánh sáng vàng, còn tia sáng lam bị phản xạ toàn phần. D. so với phương tia tới, tia khúc xạ lam bị lệch ít hơn tia khúc xạ vàng. Câu 3: Cho một lăng kính có góc chiết quang A đặt trong không khí. Chiếu chùm tia sáng hẹp gồm ba ánh sáng đơn sắc: da cam, lục, chàm, theo phương vuông góc mặt bên thứ nhất thì tia lục ló ra khỏi lăng kính nằm sát mặt bên thứ hai. Nếu chiếu chùm tia sáng hẹp gồm bốn ánh sáng đơn sắc: đỏ, lam, 10
vàng, tím vào lăng kính theo phương như trên thì các tia ló ra khỏi lăng kính ở mặt bên thứ hai: A. chỉ có tia màu lam. B. gồm hai tia đỏ và vàng. C. gồm hai tia vàng và lam. D. gồm hai tia lam và tím. Câu 4(ĐH 2011): Một lăng kính có góc chiết quang A = 60 (coi là góc nhỏ) được đặt trong không khí. Chiếu một chùm ánh sáng trắng song song, hẹp vào mặt bên của lăng kính theo phương vuông góc với mặt phẳng phân giác của góc chiết quang, rất gần cạnh của lăng kính. Đặt một màn ảnh E sau lăng kính, vuông góc với phương của chùm tia tới và cách mặt phẳng phân giác của góc chiết quang 1,2 m. Chiết suất của lăng kính đối với ánh sáng đỏ là n đ = 1,642 và đối với ánh sáng tím là nt = 1,685. Độ rộng từ màu đỏ đến màu tím của quang phổ liên tục quan sát được trên màn là A. 5,4 mm. B. 36,9 mm. C. 4,5 mm. D. 10,1 mm. Câu 5: Một lăng kính có góc chiết quang A = 30 và có chiết suất n = 1,62 đối 0 với màu lục. Chiếu một chùm tia sáng trắng song song, hẹp tới mặt bên dưới góc tới i = 450. Biết chiết suất của lăng kính đối với tia sáng màu vàng là nv = 1,52. Góc lệch của tia sáng màu vàng so với tia sáng màu lục là: A. 4,280 B. 20 C. 30 D. 7,720 Câu 6: Một lăng kính thuỷ tinh có góc chiết quang A = 8 0. Chiết suất của thuỷ tinh làm lăng kính đối với ánh sáng màu đỏ và ánh sáng màu tím lần lượt là nđ = 1,6444 và nt = 1,6852. Chiếu một chùm ánh sáng trắng rất hẹp, coi như một tia sáng, vào mặt bên của lănh kính theo phương vuông góc với mặt đó. Góc tạo bởi tia ló màu đỏ và màu tím là A. 0,057rad. B. 0,57rad. C. 0,0057rad. D. 0,0075rad. Câu 7: Một thấu kính thuỷ tinh, có hai mặt cầu lồi giống nhau, bán kính mỗi mặt bằng 20cm. Chiết suất của thấu kính đối với tia đỏ là nđ = 1,50 và đối với tia tím là nt = 1,54. Khoảng cách giữa tiêu điểm đối với tia đỏ và tiêu điểm đối với tia tím bằng bao nhiêu ? A. 1,60cm. B. 1,48cm. C. 1,25cm. D. 2,45cm. Câu 8: Chiêu môt tia sang trăng vao măt bên cua môt lăng kinh co tiêt diên ́ ̣ ́ ́ ̀ ̣ ̉ ̣ ́ ́ ́ ̣ ̉ ́ ́ ̣ thăng la tam giac đêu sao cho tia tim co goc lêch c ̀ ́ ̀ ́ ực tiêu. Chiêt suât cua lăng ̉ ́ ́ ̉ kinh đôi v ́ ́ ơi tia tim la n ́ ̉ ̉ ́ ́ ̣ ́ ̀ t= 3. Đê cho tia đo co goc lêch c ực tiêu thi goc t ̉ ̀ ́ ơi phai ́ ̉ giam 15̉ 0 ́ ̉ ́ ới tia đo có giá tr . Chiêt suât cua lăng kinh đôi v ́ ́ ̉ ị gần nhất là A. 1,4792 B. 1,5361 C. 1,4355 D. 1,4142 11
Dạng 2 GIAO THOA ÁNH SÁNG ĐƠN SẮC: A d1 S1 d2 x S O S2 D E A.Tóm tắt lí thuyết λD Vị trí vân sáng bậc k : x = k (k = 0; 1; 2....) (1) a 1 λD Vị trí vân tối thứ k+1: x = (k + ) (k = 0; 1; 2....) (2) 2 a λD Khoảng vân: i = (3) a Chú ý: Trong phần giải bài tập giao thoa ánh sáng,để tính toán thuận tiện và cho kết quả nhanh chúng ta quy ước đơn vị của các đại lượng tương ứng như sau: Các đại lượng: a,x,i đơn vị là mm Các đại lượng: e, λ đơn vị là µ m Đại lượng D đơn vị là m. B. Các dạng bài tập và phương pháp giải 2.1Xác định vị trí vân sáng,vân tối,khoảng vân Phương pháp ADCT (1) hoặc (2) hoặc(3) 12
Ví dụ 1: Khoảng cách giữa hai khe và khoảng cách từ màn ảnh đến hai khe trong thí nghiệm giao thoa Young là: a = 2mm và D = 2m. Chiếu bằng ánh sáng đơn sắc có bước sóng là 0,64 m thì vân tối thứ 3 cách vân sáng trung tâm một khoảng là: A. 1,6mm. B. 1,2mm. C. 0,64mm. D. 6,4mm. Hướng dẫn giải 1 λD ADCT x = (k + ) 2 a Thay k = 3 1 = 2 vào ta được: x = 1,6mm => Chọn A Ví dụ 2: Thực hiện giao thoa ánh sáng bằng khe Young với ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,400µm. Khoảng cách giữa hai khe là 2mm, từ hai khe đến màn là 1m. Khoảng cách từ vân sáng bậc 9 đến vân sáng trung tâm là: A. 1,8mm. B. 3,6mm. C. 1,4mm. D. 2,8mm. Hướng dẫn giải λD ADCT x = k a Thay k = 9 vào ta được x = 1,8mm => Chọn A 2.2 Xác định tính chất của vân giao thoa tại một điểm trên màn Phương pháp: Giả sử điểm M cách vân trung tâm một khoảng x x Lập tỉ số : n i Nếu n là số nguyên M thuộc vân sáng bậc k = n 1 Nếu n là số bán nguyên (n = k + ) M thuộc vân tối thứ k + 1 2 Ví dụ 3: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng các khe sáng được chiếu bằng ánh sáng đơn sắc λ = 0,5 µ m, khoảng cách giữa 2 khe là 0,2mm khoảng cách từ 2 khe tới màn là 80cm. Điểm M cách vân trung tâm 0,7cm thuộc: A. vân sáng bậc 4. B. vân sáng bậc 3. C. vân tối thứ 3. D. vân tối thứ 4. Hướng dẫn giải λD ADCT i = = 2mm a x 7 Lập tỉ số = = 3,5 => tại M có vân tối thứ 4 => Chọn D i 2 2.3 Xác định khoảng cách giữa hai vân giao thoa Phương pháp 13
Tìm khoảng cách từ vân giao thoa 1 đến vân trung tâm: x1 Tìm khoảng cách từ vân giao thoa 2 đến vân trung tâm:: x 2 Nếu hai vân ở cùng phía đối với vân trung tâm thì khoảng cách giữa hai vân: ∆x = x1 − x2 Nếu hai vân ở khác phía so với vân sáng trung tâm thì khoảng cách giữa hai vân: ∆x = x1 + x2 Ví dụ 4: Thực hiện giao thoa ánh sáng bằng khe Young với ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,400µm. Khoảng cách giữa hai khe là 2mm, từ hai khe đến màn là 1m. Khoảng cách giữa 2 vân sáng bậc 9 ở hai bên của vân sáng trung tâm là: A. 3,4mm. B. 3,6mm. C. 3,8mm. D. 3,2mm. Hướng dẫn giải λD ADCT x = k a 0, 4.1 Ta có x1 = x2 = 9 = 1,8mm 2 Vì hai vân ở khác phía so với vân trung tâm nên: ∆x = x1 + x2 = 3, 6mm => Chọn B Ví dụ 5: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng bằng khe Young. Cho biết S1S2 = a = 1 mm, khoảng cách giữa hai khe S 1S2 đến màn E là 2m, bước sóng ánh sáng là λ = 0,5µm . Khoảng cách từ vân tối 3 đến vân sáng bậc 7 ở cùng phía với vân trung tâm là: A. 4 mm. B. 4,5 mm. C. 10 mm. D. 7 mm. Hướng dẫn giải 1 λD ADCT : x = (k + ) � x1 = 2,5mm 2 a λD ADCT : x = k � x2 = 7 mm a Vì hai vân nằm cùng một phía so với vân trung tâm nên ∆x = x1 − x2 = 4,5mm => Chọn B 2.4 Tìm số vân sáng,vân tối trên đoạn MN: Phương pháp 14
Xét các trường hợp Trường hợp 1: MN đối xứng qua vân trung tâm MN Lập tỉ số = n + ∆n(n N) i Số vân sáng: N s = 2n + 1 Số vân tối : Nt = 2n nếu ∆n < 0,5 N t = 2n + 2 nếu ∆n 0,5 Trường hợp 2: M,N không đối xứng so với vân trung tâm( giả sử xM < xN ) Số vân sáng là số giá trị nguyên của K thỏa mãn xM ki xN Số vân tối là số giá trị nguyên của k thỏa mãn 1 xM (k + )i xN 2 Lưu ý: M,N ở cùng phía so với vân trung tâm thì xM , xN cùng dấu. M,N ở khác phía so với vân trung tâm thì xM , xN trái dấu. Ví dụ 6: Trong một thí nghiệm về Giao thoa anhs sáng bằng khe I âng với ánh sáng đơn sắc = 0,7 m, khoảng cách giữa 2 khe s1,s2 là a = 0,35 mm, khoảng cách từ 2 khe đến màn quan sát là D = 1m, bề rộng của vùng có giao thoa là 13,5 mm. Số vân sáng, vân tối quan sát được trên màn là: A: 7 vân sáng, 6 vân tối; B: 6 vân sáng, 7 vân tối. C: 6 vân sáng, 6 vân tối; D: 7 vân sáng, 7 vân tối. Hướng dẫn giải Khi bài cho bề rộng trường giao thoa tức là MN đối xứng qua vân trung tâm.Áp dụng phương pháp giải của trường hợp 1 ta có: λD i= = 2mm a 13,5 Lập tỉ số: = 3,375 2.2 Số vân sáng N s = 2n + 1 = 7 Số vân tối Nt = 2n = 6 => Chọn A 15
Ví dụ 7: Trong thí nghiệm giao thoa Young đối với ánh sáng đơn sắc, người ta đo được khoảng vân là 1,12mm. Xét hai điểm M và N trên màn, cùng ở một phía với vân trung tâm O có OM = 5,7 mm và ON = 12,9 mm. Số vân sáng trong đoạn MN là: A. 6. B. 5. C. 7. D. 8. Hướng dẫn giải Bài cho M,N ở cùng một phía với vân trung tâm nên áp dụng phương pháp giải của trường hợp 2 ta có 5, 7 �1,12k �12,9 � k = 6, 7.....,11 Như vậy có 6 giá trị nguyên của k => có 6 vân sáng trên MN => Chọn A Ví dụ 8: Trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng, khoảng cách hai khe là 0,5mm, từ hai khe đến màn giao thoa là 2m. Bước sóng của ánh sáng trong thí nghiệm là 4,5.10 7m. Xét điểm M ở bên phải và cách vân trung tâm 5,4mm; điểm N ở bên trái và cách vân trung tâm 9mm. Từ điểm M đến N có bao nhiêu vân sáng? A. 8. B. 9. C. 7. D. 10. Hướng dẫn giải λD i= = 1,8mm a Bài cho M,N ở khác phía với vân trung tâm nên áp dụng phương pháp giải của trường hợp 2 ta có −5, 4 �� 1,8k 9 k = −3, −2.....,5 Như vậy có 9 giá trị nguyên của k => có 9 vân sáng trên MN => Chọn B 2.5 Dịch chuyển màn quan sát theo phương vuông góc với mặt phẳng chứa hai khe Phương pháp λD Khi chưa dịch chuyển i = a λ D' Khi dịch chuyển i ' = a i D Lập tỉ số ' = i D' Nếu màn dịch lại gần mặt phẳng chứa hai khe: D giảm => khoảng vân giảm. 16
Nếu màn dịch ra xa mặt phẳng chứa hai khe: D tăng => khoảng vân tăng. Ví dụ 9. Trong thí nghiệm Yâng, tại điểm M trên màn có vân sáng bậc 5. Dịch chuyển màn 30cm thì tại M trở thành vân tối thứ 7. Khoảng cách từ hai khe đến màn trước khi dịch chuyển là: A. 1,0m B. 1,3m C. 1,8m D. 2,3 m Hướng dẫn giải λD Ban đầu tại M có vân sáng bậc 5: xM = 5 (1) a λ D' Dịch chuyển màn thì tại M có vân tối thứ 7: xM = 6,5 (2) a Do đó D ' < D � D ' = D − 0,3 Từ (1) và (2) ta có: 5D = 6,5( D − 0,3) � D = 1,3m => Chọn B 2.6 Thực hiện giao thoa trong môi trường chiết suất n Gọi là bước sóng ánh sáng đơn sắc trong chân không, ' là bước sóng ánh sáng trong môi trường chiết suất n. Ta có ' ( tần số sóng và màu n sắc ánh sáng không thay đổi ) ' D i Khoảng vân: i ' i bước sóng λ và khoảng vân i giảm n a n lần. Ví dụ 10: Một sóng ánh sáng đơn sắc có bước sóng trong không khí bằng 0,6μm. Bước sóng của ánh sáng đơn sắc này trong nước (n = 4/3) là: A. 0,8μm. B. 0,45μm. C. 0,75μm. D. 0,4μm. Hướng dẫn giải λ 0, 6 λ' = = = 0, 45µ m ADCT: n 4 3 Chọn B Ví dụ 11: Trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng được thực hiện trong không khí, 2 khe S1 và S2 được chiếu bằng ánh sáng đơn sắc có bước sóng . Khoảng vân đo được là 1,2mm. Nếu thí nghiệm được thực hiện trong một chất lỏng thì khoảng vân là 1mm. Chiết suất của chất lỏng là: 17
A. 1,33. B. 1,2. C. 1,5. D. 1,7. Hướng dẫn giải i i ADCT: i ' = � n = = 1, 2 n i' => Chọn B 2.7 Độ dịch chuyển của hệ vân giao thoa khi nguồn S dịch chuyển theo phương song song với mặt phẳng chứa hai khe Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng , ban đầu khe S phát ra ánh sáng đơn sắc có bước sóng được đặt song song và cách đều hai khe S1 và S2. Cho S1S2 = a vân giao thoa được hứng trên màn E sau hai khe S 1 và S2 khoảng D. Khoảng các từ S đến màn chứa S1 và S2 là d. Cho S dịch chuyển theo phương song song với mặt phẳng chứa hai khe,về phía S1 một đoạn y. Xét điểm O’ cách O khoảng x S r1 S 1 d1 y O r2 Hiệu quang trình: S2 d2 O’ d D δ d = d2 + r2 − (d1 + r1 ) = d 2 − d1 + (r2 − r1 ) ax Ta có d 2 − d1 = D ay r2 − r1 = d a.x a. y � δ d = + D d λ D yD Tại O’ có vân sáng khi δ d = k λ � x = k − a d yD Vân trung tâm ứng với k = 0 suy ra x0 = − d Như vậy vân trung tâm đã dịch chuyển một đoạn x0 và ngược chiều dịch chuyển của nguồn S.Khoảng vân không thay đổi. 2.8 Độ dịch chuyển của hệ vân giao thoa khi có bản mặt song song Khi chắn khe S1 bằng bản mặt song song bề dày e, chiết suất n thì vân trung tâm dịch đến O’ d1 O e ’ cách O khoảng x0 S1 d2 x0 18 O S2
Do quãng đường ánh sáng truyền qua bản mặt được kéo dài một lượng e(n1) nên quãng đường ánh sáng truyền từ S1 đến O’ là: d1’ = d1+ e(n1) Quãng đường ánh sáng truyền từ S2 đến O’ là: d2’ = d2 Hiệu quang trình: ax δ d = d 2' − d1' = d 2 − d1' = − (n − 1) e D λ D (n − 1)eD Tại O’ có vân sáng khi δ d = k λ � x = k + a a (n − 1)eD Vị trí vân trung tâm ứng với k = 0 x0 = a Vậy hệ vân đã dời về phía S1( phía đặt bản mặt) một đoạn x0. Khoảng vân không thay đổi. Ví dụ 12: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng với khe Iâng, đặt nguồn sáng S trên trung trực của hai khe S1 , S 2 cách mặt phẳng S1 S 2 một đoạn d = 0,5m, nguồn S phát ra ánh sáng đơn sắc 0,6 m . Màn quan sát E đặt vuông góc với đường trung trực của S1 S 2 , cách S1 S 2 một đoạn D = 1,5m. Khoảng cách giữa hai khe S1 , S 2 là a = 1mm. a) Nếu khe S1 được che bởi một bản thủy tinh , có bề dày e 4 m , chiết suất n = 1,5 thì hệ vân dịch một đoạn bao nhiêu, về phía nào? b) Nếu di chuyển nguồn S theo phương song song với S1 S 2 , về phía S1 một đoạn y = 2mm thì hệ vân dịch một đoạn bao nhiêu, về phía nào? Hướng dẫn giải : a) Khi khe S1 được che bởi bản thủy tinh thì hệ vân trên màn E theo phía S1 một đoạn: D 1,5 OO ' x0 = e( n − 1) = .4.(1,5 − 1) = 3(mm) a 1 b) Di chuyển nguồn S theo phương song song với S1 S 2 , về phía S1 thì hệ vân Dy 1,5.2 dịch về phía S 2 một đoạn: OO = x0 = = = 6(mm) ' d 0,5 C. Bài tập vận dụng 19
Câu 1. Trong thí nghiệm Iâng về giao thoa ánh sáng đơn sắc, khoảng cách giữa hai khe sáng là 2mm, khoảng cách từ hai khe đến màn quan sát là 2m, bước sóng ánh sáng là 0,6 µ m . Xét hai điểm M và N ( ở hai phía đối với O) cách O lần lượt là 3,6 mm và 5,4 mm. Trong khoảng giữa M và N (không tính M, N) có bao nhiêu vân tối: A. 13 vân tối B. 14 vân tối C. 15 vân tối D. Một giá trị khác Câu 2. Trong thí nghiệm giao thoa khe Iâng, khoảng cách hai khe đến màn là D1 khi dời màn sao cho màn cách hai khe 1 khoảng D 2 thì khi này vân tối thứ n1 trùng với vân sáng thứ n của hệ ban đầu. Xác định tỉ số D1/D2 2n − 3 2n − 1 2n 2n A. B. C. D. 2n 2n 2n − 1 2n − 3 Câu3(ĐH 2011). Trong thí nghiệm Yâng về giao thoa ánh sáng, hai khe được chiếu bằng ánh sáng đơn sắc, khoảng cách giữa hai khe là 0,6 mm. Khoảng vân trên màn quan sát đo được là 1 mm. Từ vị trí ban đầu, nếu tịnh tiến màn quan sát một đoạn 25 cm lại gần mặt phẳng chứa hai khe thì khoảng vân mới trên màn là 0,8 mm. Bước sóng của ánh sáng dùng trong thí nghiệm là A. 0,64 µm B. 0,50 µm C. 0,45 µm D. 0,48 µm Câu 4. Trong thí nghiệm Yâng về giao thoa ánh sáng trong không khí với ánh sáng có bước sóng 500nm, khoảng cách giữa 2 khe a = 1mm, khoảng cách 2 khe đến màn quan sát D = 4m. Trên bề rộng giao thoa L = 2,5cm số vân sáng, tối sẽ thay đổi như thế nào nếu ta đặt hệ thí nghiệm vào nước có n = 4/3? A. Tăng 4 vân sáng, tăng 5 vân tối B. Giảm 4 vân sáng, giảm 5 vân tối C. Giảm 4 vân sáng, giảm 4 vân tối D. Tăng 4 vân sáng, tăng 4 vân tối Câu 5. Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng trong môi trường không khí khoảng cách giữa 2 vân sáng bậc 2 ở hai bên vân trung tâm đo được là 3,2mm. Nếu làm lại thí nghiệm trên trong môi trường nước có chiết suất là 4/3 thì khoảng vân là: A. 0,85mm. B. 0,6mm. C. 0,64mm. D. 1mm. Câu 6: Trong thí nghiệm giao thoa Yâng, nguồn S phát ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ người ta đặt màn quan sát cách mặt phẳng hai khe một khoảng D thì khoảng vân là 1mm. Khi khoảng cách từ màn quan sát đến mặt phẳng hai khe lần lượt là D + ∆D hoặc D − ∆D thì khoảng vân thu được trên màn tương ứng là 2i và i. Nếu khoảng cách từ màn quan sát đến mặt phẳng hai khe là D + 3∆D thì khoảng vân trên màn là: A. 3 mm. B. 2,5 mm. C. 2 mm. D. 4 mm. Câu 7: Trong thí nghiệm Iâng về giao thoa ánh sáng, hai khe cách nhau a = 0,6mm và được chiếu sáng bằng một ánh sáng đơn sắc. Khoảng cách từ hai 20