BÀI 2: GIAO THOA ÁNH SÁNG
1. Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng:
Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng là hiện tượng ánh sáng truyền sai lệch với sự truyền thẳng khi ánh sáng gặp vật cản: truyền qua lỗ nhỏ hoặc gần mép những vật trong suốt hoặc không trong suốt. Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng.
2. Hiện tượng giao thoa ánh sáng:
Hiện tượng giao thoa ánh sáng là hiện tượng chồng chất của hai hay nhiều sóng ánh sáng kết hợp, kết quả là trong trường giao thoa xuất hiện những vân sáng và vân tối xen kẽ nhau một cách đều đặn.
- Những vạch sáng (vân sáng) là những vị trí mà tại đó hai hay nhiều sóng ánh sáng tăng cường nhau.
- Những vạch tối (vân tối) là những vị trí mà tại đó hai hay nhiều sóng ánh sáng triệt tiêu nhau.
3. Điều kiện xảy ra hiện tượng giao thoa ánh sáng:
- Để xảy ra hiện tượng giao thoa khi hai sóng ánh sáng gặp nhau thì phải có hai nguồn sóng kết hợp, phát ra hai sóng ánh sáng kết hợp.
- Hai sóng ánh sáng kết hợp là hai sóng có cùng tần số và có độ lệch pha không đổi theo thời gian.
4. Vị trí vân sáng, vân tối:
Thí nghiệm I-âng về giao thoa ánh sáng sử dụng ánh sáng đơn sắc có bước sóng .
Gọi a = là khoảng cách giữa hai khe , ; I là trung điểm của ; D = OI là khoảng cách từ hai khe đến màn; và .
Xét điểm M trên màn quan sát cách O một đoạn x = OI.
- Ý nghĩa của k: k là bậc giao thoa. Đối với các vân tối, không có khái niệm bậc giao thoa.
+ k = 0 thì trên màn có vân sáng trung tâm, vân tối thứ 1.
+ k = 1 thì trên màn có vân sáng bậc 1, vân tối thứ 2.
+ k = 2 thì trên màn có vân sáng bậc 2, vân tối thứ 3.
+ k = n (n = 1, 2, 3 ...) thì trên màn có vân sáng bậc n, vân tối thứ (n + 1).
+ k = - 1 thì trên màn có vân sáng bậc 1, vân tối thứ 1.
+ k = -2 trên màn có vân sáng bậc 2, vân tối thứ 2.
+ k = - n (n = 1, 2, 3 ...) thì trên màn có vân sáng bậc n, vân tối thứ n.
5. Khoảng vân i:
- Là khoảng cách giữa hai vân sáng hoặc hai vân tối liên tiếp.
- Biểu thức :
6. Hình ảnh giao thoa với ánh sáng trắng:
Nếu hai nguồn sáng phát ánh sáng trắng là hỗn hợp của các ánh sáng đơn sắc thì mỗi ánh sáng đơn sắc sẽ cho một hệ vân giao thoa có màu sắc riêng và khoảng vân khác nhau. Tại vị trí chính giữa của trường giao thoa, mọi ánh sáng đơn sắc đều cho cực đại nên vân cực đại chính giữa là một vân sáng trắng (vân sáng trung tâm), hai bên có những dải màu như cầu vồng, tím ở trong, đỏ ở ngoài.
7. Vận dụng làm bài tập:
a. Bài tập tự luận:
Bài 1: Trong thí nghiệm về giao thoa ánh sáng của I-âng, khoảng cách giữa hai khe sáng là 1(mm), khoảng cách từ hai khe đến màn quan sát là 2(m), ánh sáng đơn sắc dùng làm thí nghiệm có bước sóng .
a. Tính khoảng cách giữa hai vân sáng liên tiếp?
b. Xác định vị trí vân sáng bậc 3 trên màn?
c. Xác định vị trí vân tối thứ 5 trên màn?
d. Tính khoảng cách giữa vân sáng bậc 5 và vân tối thứ 6 ở cùng phía so với vân sáng trung tâm?
e. Tính khoảng cách giữa vân sáng bậc 5 và vân tối thứ 6 ở khác phía so với vân sáng trung tâm?
f. Tại điểm M cách vân sáng trung tâm 6(mm) có vân sáng hay vân tối? bậc (thứ) mấy?
g. Tại điểm N có hiệu đường đi từ điểm đó tới 2 nguồn bằng 1,5.10^
-3(mm) có vân sáng hay vân tối? bậc (thứ) mấy?
h. Biết bề rộng trường giao thoa là 1,08(cm). Tính số vân sáng, số vân tối quan sát được trên trường giao thoa?
Bài 2: Trong thí nghiệm về giao thoa ánh sáng của I-âng, khoảng cách giữa hai khe sáng là 1(mm), khoảng cách từ hai khe đến màn quan sát là 2(m), ánh sáng đơn sắc dùng làm thí nghiệm có bước sóng lamđa . Kết quả thu được 13 vân sáng trên màn và đo được khoảng cách giữa hai vân sáng ngoài cùng là 4,8(mm).
a. Tính lamđa?
b. Xác định vị trí vân sáng bậc 2 trên màn?
c. Xác định vị trí vân tối thứ 4 trên màn?
d. Nếu đưa toàn bộ hệ thống vào trong nước có chiết suất n = 4/3 thì khoảng vân là bao nhiêu?
Bài 3: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng I-âng khoảng cách giữa hai khe là 2(mm), khoảng cách từ hai khe đến màn là 1(m).
a. Dùng ánh sáng đơn sắc có bước sóng lamđa 1, người ta đo được độ rộng 16 khoảng vân kề nhau trên màn bằng 3,2(mm). Tìm bước sóng và tần số của ánh sáng đó?
b. Tắt ánh sáng có bước sóng lamđa 1, chiếu ánh sáng (thuộc vùng ánh sáng nhìn thấy) có bước sóng lamđa 2 > lamđa 1 thì tại vị trí vân sáng bậc 3 của ánh sáng bước sóng lamđa 1, ta quan sát được một vân sáng có bước sóng lamđa 2. Xác định lamđa 2?
Bài 4: Thực hiện giao thoa với đồng thời hai bức xạ đơn sắc có bước sóng lam đa 1= 450 (nm) và lam đa 2= 600 (nm). Khoảng cách giữa hai khe là a = 0,5(mm), khoảng cách từ các khe đến màn là D = 2(m). Trên màn quan sát gọi M, N là hai điểm nằm cùng phía với vân sáng trung tâm và cách vân trung tâm lần lượt là 5,5(mm) và 22(mm). Tính
a. khoảng cách gần nhất từ vị trí trùng nhau của hai vân đến vân sáng trung tâm O?
b. số vị trí trùng nhau của hai bức xạ trên đoạn MN?
Bài 5: Trong thí nghiệm I-âng về giao thoa ánh sáng, nguồn sáng phát đồng thời hai bức xạ đơn sắc, trong đó bức xạ màu đỏ có bước sóng 720 (nm) và bức xạ màu lục có bước sóng λ (có giá trị trong khoảng từ 500(nm) đến 575(nm)). Trên màn quan sát, giữa hai vân sáng gần nhau nhất và cùng màu với vân sáng trung tâm có 8 vân sáng màu lục. Tính λ?
b. Bài tập trắc nghiệm:
Câu 1: Trong thí nghiệm I-âng, vân tối thứ nhất xuất hiện ở trên màn tại các vị trí cách vân sáng trung tâm là
A. i/4
B. i/2
C. i
D. 2i
Câu 2: Khoảng cách từ vân sáng bậc 4 bên này đến vân sáng bậc 5 bên kia so với vân sáng trung tâm là
A. 7i.
B. 8i.
C. 9i.
D. 10i.
Câu 3: Khoảng cách từ vân sáng bậc 5 đến vân sáng bậc 9 ở cùng phía với nhau so với vân sáng trung tâm là
A. 4i.
B. 5i.
C. 14i.
D. 13i.
Câu 4: Trong thí nghiệm giao thoa khe I-âng có khoảng vân là i. Khoảng cách từ vân sáng bậc 3 đến vân sáng bậc 7 ở cùng một bên vân trung tâm là
A. x = 3i.
B. x = 4i.
C. x = 5i.
D. x = 10i.
Câu 5: Trong thí nghiệm giao thoa khe I-âng có khoảng vân là i. Khoảng cách từ vân sáng bậc 4 bên này vân trung tâm đến vân sáng bậc 3 bên kia vân trung tâm là
A. 6i.
B. i.
C. 7i.
D. 12i.
Câu 6: Trong thí nghiệm giao thoa khe I-âng có khoảng vân là i. Khoảng cách từ vân sáng bậc 5 đến vân tối bậc 9 ở cùng một bên vân trung tâm là
A. 14,5i.
B. 4,5i.
C. 3,5i.
D. 5,5i.
Câu 7: Trong thí nghiệm giao thoa khe I-âng có khoảng vân là i. Khoảng cách từ vân sáng bậc 3 bên này vân trung tâm đến vân tối bậc 5 bên kia vân trung tâm là
A. 6,5i.
B. 7,5i.
C. 8,5i.
D. 9,5i.
Câu 8: Khoảng cách từ vân sáng bậc 4 đến vân sáng bậc 10 ở cùng một bên vân sáng chính giữa là
A. 6,5 khoảng vân
B. 6 khoảng vân.
C. 10 khoảng vân.
D. 4 khoảng vân.
Câu 9: Trong thí nghiệm I-âng, vân sáng bậc nhất xuất hiện ở trên màn tại các vị trí mà hiệu đường đi của ánh sáng từ hai nguồn đến các vị trí đó bằng
A. λ/4.
B. λ/2.
C. λ.
D. 2λ.
Câu 10: Trong thí nghiệm I-âng về giao thoa ánh sáng, khoảng cách giữa hai khe sáng là 0,2 mm, khoảng cách từ hai khe sáng đến màn ảnh là D = 1 m, khoảng vân đo được là i = 2 mm. Bước sóng của ánh sáng là
A. 0,4 μm.
B. 4 μm.
C. 0,4.10–3 μm.
D. 0,4.10–4 μm.
Câu 11: Trong thí nghiệm I-âng về giao thoa ánh sáng, biết a = 0,4 mm, D = 1,2 m, nguồn S phát ra bức xạ đơn sắc có λ = 600 nm. Khoảng cách giữa 2 vân sáng liên tiếp trên màn là
A. 1,6 mm.
B. 1,2 mm.
C. 1,8 mm.
D. 1,4 mm.
Câu 12: Trong thí nghiệm I-âng về giao thoa ánh sáng, biết a = 5 mm, D = 2 m. Khoảng cách giữa 6 vân sáng liên tiếp là 1,5 mm. Bước sóng của ánh sáng đơn sắc là
A. 0,65μm.
B. 0,71 μm.
C. 0,75 μm.
D. 0,69 μm.
Câu 13: Trong thí nghiệm I-âng về giao thoa ánh sáng, các khe sáng được chiếu bằng ánh sáng đơn sắc. Khoảng cách giữa hai khe là 2 mm, khoảng cách từ hai khe đến màn là 4 m. Khoảng cách giữa 5 vân sáng liên tiếp đo được là 4,8 mm. Toạ độ của vân sáng bậc 3 là
A. ± 9,6 mm.
B. ± 4,8 mm.
C.± 3,6 mm.
D. ± 2,4 mm.
Câu 14: Trong thí nghiệm I-âng về giao thoa ánh sáng, các khe sáng được chiếu bằng ánh sáng đơn sắc. Khoảng cách giữa hai khe là 2 mm, khoảng cách từ hai khe đến màn là D = 4 m. Khoảng cách giữa 5 vân sáng liên tiếp đo được là 4,8 mm. Toạ độ của vân tối bậc 4 về phía + là
A. 6,8 mm.
B. 3,6 mm.
C. 2,4 mm.
D. 4,2 mm.
Câu 15: Trong thí nghiệm I-âng về giao thoa ánh sáng khoảng cách giữa hai khe là a = 2 mm, khoảng cách từ hai khe đến màn là D = 2 m, ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ = 0,64 μm. Vân sáng thứ 3 cách vân sáng trung tâm một khoảng
A. 1,20 mm.
B. 1,66 mm.
C. 1,92 mm.
D. 6,48 mm.
Câu 16: Người ta thực hiện giao thoa ánh sáng đơn sắc với hai khe Young cách nhau 0,5mm, khoảng cách giữa hai khe đến màn là 2m, ánh sáng dùng có bước sóng λ = 0,5 μm. Bề rộng của giao thoa trường là 18mm. Số vân sáng N1, vân tối N2 có được là
A. N1 = 11, N2 = 12
B. N1 = 7, N2 = 8
C. N1 = 9, N2 = 10
D. N1 = 13, N2 = 14
Câu 17: Người ta thực hiện giao thoa ánh sáng đơn sắc với hai khe Young cách nhau 2mm, khoảng cách giữa hai khe đến màn là 3m, ánh sáng dùng có bước sóng λ = 0,5μm. Bề rộng của giao thoa trường là 1,5cm. Số vân sáng N1, vân tối N2 có được là
A. N1 = 19, N2 = 18
B. N1 = 21, N2 = 20
C. N1 = 25, N2 = 24
D. N1 = 23, N2 = 22
Câu 18: Người ta thực hiện giao thoa ánh sáng đơn sắc với hai khe Young cách nhau 2mm, khoảng cách giữa hai khe đến màn là 3m, ánh sáng dùng có bước sóng λ = 0,6 μm. Bề rộng của giao thoa trường là 1,5cm. Tổng số vân sáng và vân tối có được là
A. 31
B. 32
C. 33
D. 34
Câu 19: Trong thí nghiệm Iâng về giao thoa ánh sáng, người ta đo được khoảng vân là 1,12.103 μm. Xét hai điểm M và N cùng ở một phía đối với vân sáng chính giữa O. Biết OM = 0,56. 104 μm và ON = 0,96. 103 μm. Số vân sáng giữa M và N là:
A.2
B.4
C.6
D.5.
Câu 20: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng Y-âng: khoảng cách giữa hai khe S1 và S2 là 1 mm, khoảng cách từ S1S2 đến màn là 1m, bước sóng ánh sáng bằng 0,5 μm. Xét 2 điểm M và N (ở cùng phía đối với vân trung tâm) có tọa độ lần lượt xM = 2 mm và xN = 6 mm. Giữa M và N có
A. 6 vân sáng.
B. 7 vân sáng.
C. 5 vân sáng.
D. 12 vân sáng.
Câu 21: Trong thí nghiệm I-âng về giao thoa ánh sáng, người ta chiếu sáng hai khe bằng ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ = 0,5 μm. Khoảng cách giữa hai khe bằng 0,5mm, khoảng cách từ hai khe đến màn là 2m. Số vân tối quan sát được trên bề rộng trường giao thoa 32mm là bao nhiêu? Biết hai vân ngoài cùng là vân sáng.
A.18
B.17
C.15
D.16
Câu 22: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng đơn sắc của Young, khoảng cách hai khe là 0,6 mm, khoảng cách hai khe tới màn là 2m. Trên một khoảng rộng 2,8 cm thuộc miền giao thoa quan sát được 15 vân sáng và hai đầu là hai vân sáng. Bước sóng của ánh sáng đơn sắc đó là:
A. 5,6 .10-5 m
B. 0,6 m
C. 5,6 m
D. 6 .10-6 m
Câu 23: Trong thí nghiệm Young: a = 0,5mm, D = 2m. Ta quan sát thấy 11 vân sáng trên đoạn MN = 20 mm trên màn. Tại M và N cũng là vân sáng và đối xứng nhau qua vân trung tâm. Bước sóng của ánh sáng dùng trong thí nghiệm là:
A. 0,55.10-3mm
B. 0,5 micrômét
C. 600 nm
D. 0,65 micrômét
Câu 24: Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, khoảng cách giữa hai khe là 0,5 mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến màn là 2 m. Ánh sáng đơn sắc dùng trong thí nghiệm có bước sóng 0,5 μm. Vùng giao thoa trên màn rộng 26 mm (vân trung tâm ở chính giữa). Số vân sáng là
A. 15.
B. 17.
C. 13.
D. 11.
Câu 25: Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, hai khe được chiếu bằng ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,6 μm. Khoảng cách giữa hai khe là 1 mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến màn quan sát là 2,5 m, bề rộng miền giao thoa là 1,25 cm. Tổng số vân sáng và vân tối có trong miền giao thoa là
A. 21 vân.
B. 15 vân.
C. 17 vân.
D. 19 vân.
Câu 26: Ánh sáng được dùng trong thí nghiệm giao thoa gồm 2 ánh sáng đơn sắc ánh sáng lục có bước sóng λ1 = 0,50 μm và ánh sáng đỏ có bước sóng λ2 = 0,75 μm. Vân sáng lục và vân sáng đỏ trùng nhau lần thứ nhất (kể từ vân sáng trung tâm) ứng với vân sáng đỏ bậc
A. 5.
B. 6.
C. 4.
D. 2.
Câu 27: Trong thí nghiệm I-âng, cho a = 2 mm, D = 2 m. Chiếu đồng thời hai bức xạ có bước sóng λ1 = 0,4 μm và λ2 = 600 nm. Trên màn quan sát, gọi M, N là hai điểm ở khác phía so với vân trung tâm và cách vân trung tâm lần lượt là 14,2 mm và 5,3 mm. Số vân sáng có màu giống vân trung tâm trên đoạn MN là
A. 15.
B. 17.
C. 13.
D. 16.
Câu 28: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng nhờ khe I-âng, 2 khe hẹp cách nhau 1,5 mm. Khoảng cách từ màn E đến 2 khe là D = 2 m, hai khe hẹp được rọi đồng thời 2 bức xạ đơn sắc có bước sóng lần lượt là λ1 = 0,48 μm và λ2 = 0,64 μm. Xác định khoảng cách nhỏ nhất giữa vân trung tâm và vân sáng cùng màu với vân trung tâm?
A. 2,56 mm.
B. 1,92 mm.
C.2,36 mm.
D.5,12 mm.
Câu 29: Trong thí nghiệm I-âng, cho a = 1,5 mm, D = 1,2 m. Chiếu đồng thời hai bức xạ có bước sóng λ1 = 0,45 μm và λ2 = 600 nm. Trên màn quan sát đối xứng có bề rộng 1,2 cm thì số vân sáng quan sát được là
A. 51.
B. 49.
C. 47.
D. 57.
Câu 30: Trong thí nghiệm I-âng, chiếu đồng thời hai bức xạ có bước sóng λ1 = 0,45 μm và λ2 = 0,6 μm. Trên màn quan sát, gọi M, N là hai điểm nằm cùng một phía so với vân trung tâm. Biết tại điểm M trùng với vị trí vân sáng bậc 3 của bức xạ λ1; tại N trùng với vị trí vân sáng bậc 11 của bức xạ λ2. Tính số vân sáng quan sát được trên đoạn MN ?
A. 24.
B. 17.
C. 18.
D. 19.
8. Thông tin bổ sung:
Bài tập ví dụ: Thí nghiệm I-âng sử dụng ánh sáng trắng 0,4.10^-6(m) < λ < 0,75.10^-6(m). Biết khoảng cách giữa 2 khe là a, khoảng cách từ hai khe đến màn là D. Xác định số bức xạ cho vân sáng tại điểm M cách vân sáng trung tâm đoạn x ?
a) Cách giải truyền thống:
b) Cách giải trên máy tính FX 570 ES:
Bài tập vận dụng: Thí nghiệm I-âng sử dụng ánh sáng trắng 0,38.10^-6(m) < λ < 0,76.10^-6(m), khoảng cách giữa hai khe sáng là a = 0,5(mm), khoảng cách từ mặt phẳng hai khe sáng đến màn là D = 2(m). Xác định số bức xạ cho vân sáng tại điểm M cách vân trung tâm 15(mm)?
0 nhận xét:
Đăng nhận xét