Lý 12 Bài 25: Giao thoa 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.

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

• 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 ∞.

Trong một thí nghiệm Y-âng khoảng cách giữa hai khe F₁, F₂ là a = 1,56mm, khoảng cách từ F₁, F₂ đến màn quan sát là D = 1,24m. Khoảng cách giữa 12 vân sáng liên tiếp là 5,21 mm. Tính bước sóng ánh sáng.

Hướng dẫn giải

Khoảng cách giữa 12 vân sáng liên tiếp có 11 khoảng vân, nghĩa là 11i = 5,21 mm

⇒  \(i=\frac{5,21}{11} =0,474 mm\)

Suy ra bước sóng ánh sáng là: 

\(\small \lambda = \frac{ia }{D}=\frac{5,21.1,56}{11.1,24.10^{3}}=0,596.10^{-3} mm = 0,586 \mu m\)

Trong một thí nghiệm Y-âng với a = 2mm, D = 1,2m, người ta đo được i = 0,36mm. Tính tần số f của bức xạ?

Hướng dẫn giải

Từ  \(i=\frac{\lambda D}{a}\Rightarrow \lambda =\frac{ia}{D}= \frac{0,36. 10^{-3}.2.10^{-3}}{1,2}=0,6 .10^{-6}m =0,6 \mu m\) 

Tần số \(\small f=\frac{c}{\lambda }=\frac{3.10^8}{0,6.10^{-6}}=5.10^{14}\)

Câu 1: Trong thí nghiệm Y – âng về giao thoa ánh sáng, hiệu đường đi của các sóng từ hai khe S1, S2 đến vân tối thứ ba kể từ vân trung tâm có trị số là bao nhiêu?

Câu 2: Một ánh sáng đơn sắc có bước sóng trong không khí là 0,651 µm và trong chất lỏng trong suốt là 0,465 µm. Chiết suất của chất lỏng trong thí nghiệm đối với ánh sáng đó là bao nhiêu?

Câu 3: Chiếu ánh sáng đơn sắc vào hai khe của thí nghiệm giao thoa ánh sáng Y – âng cách nhau 1 mm thì trên màn phía sau hai khe, cách mặt phẳng chứa hai khe 1,3 m ta thu được hệ vân giao thoa, khoảng cách từ vân trung tâm đến vân sáng bậc 5 là 4,5 mm. Ánh sáng chiếu tới thuộc vùng màu nào?

Câu 4: Tiến hành thí nghiệm giao thoa ánh sáng Y – âng trong không khí, khoảng vân đo được là i. Nếu đặt toàn bộ thí nghiệm trong nước có chiết suất n thì khoảng vân là là bao nhiêu?

Câu 1: Trong thí nghiệm Y –âng về giao thoa ánh sáng với ánh sáng đơn sắc, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến màn quan sát D = 1,2 m. Khoảng vân đo được trên màn là i = 0,8 mm. Để khoảng vân đo được bằng 1,2 mm, ta cần dịch chuyển màn quan sát một khoảng là:

A. 1,2 m ra xa mặt phẳng chứa hai khe

B. 0,6 m ra xa mặt phẳng chứa hai khe

C. 0,3 m lại gần mặt phẳng chứa hai khe

D. 0,9 m lại gần mặt phẳng chứa hai khe

Câu 2: Trong thí nghiệm Y –âng về giao thoa ánh sáng, chiếu đồng thời hai bức xạ đơn sắc có λ₁ = 0,6 µ và λ₂ = 0,4 µm vào khe Y – âng. Khoảng giữa hai khe a = 1 mm. Khoảng cách từ hai khe đến màn D = 2 m. Khoảng cách ngắn nhất giữa các vị trí trên màn có hai vân sáng trùng nhau là:

A. 4,8 mm      B. 3,2 mm

C. 2,4 mm      D. 9,6 mm

Câu 3: Trong một thí nghiệm giao thoa ánh sáng với hai khe Y – âng trong vùng MN trên màn quan sát, người ta đếm được 13 vân sáng với M và N là hai vân sáng ứng với bước sóng λ₁ = 0,42 µm. Giữ nguyên điều kiện thí nghiệm, thay nguồn sáng đơn sắc với bước sóng λ₂ = 0,63 µm thì số vân sáng trên đoạn có chiều dài bằng MN trên màn là:

A. 12      B. 13

C. 8       D. 9

Câu 4: Trong thí nghiệm Y –âng về giao thoa ánh sáng, chiếu ánh sáng trắng (bước sóng từ 0,4 µm đến 0,76 µm) vào hai khe Y – âng. Biết khoảng các giữa hai khe là 0,5 mm và khoảng cách từ 2 khe đến màn là 1 m. Bức xạ đơn sắc nào dưới đây không cho vân sáng tại điểm cách vân trung tâm 5,4 mm ?

A. 0,450 µm      B. 0,540 µm

C. 0,675 µm      D. 0,690 µm.

Câu 5: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng Y –âng với ánh sáng trắng (có bước sóng từ 0,4 µm đến 0,76 µm), khoảng cách từ hai khe đến màn là 2 m, bề rộng quang phổ bậc 2 thu được trên màn là 1,5 mm. Khoảng cách giữa hai khe là:

A. 0,72 mm      B. 0,96 mm

C. 1,11 mm      D. 1,15 mm.

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.