Các dạng bài tập giao thoa ánh sáng

Câu hỏi: Các dạng bài tập giao thoa ánh sáng

Trả lời: 

Các dạng bài tập giao thoa ánh sáng

Dạng 1: Tính toán khoảng vân, xác định vân sáng, vân tối

Dạng 2: Tìm số lượng vân sáng tối trên miền xác định có độ dài L

Dạng 3: Dịch chuyển nguồn sáng S, đặt thêm bản mỏng

Tóm tắt lý thuyết

 - Giao thoa ánh sáng là hiện tượng tổng hợp hai hay nhiều sóng ánh sáng kết hợp ở trong không gian, nếu đặt màn chắn ở phía sau ta sẽ quan sát được các vạch sáng tối xen kẽ nhau. Các vạch sáng gọi là vân sáng, vạch tối thì gọi là vân tối. Và chúng gọi chung là vân giao thoa.

Các nguồn kết hợp được định nghĩa là các nguồn sáng có chung bước sóng, và hiệu pha giữa 2 nguồn là không đổi theo thời gian.

 

Việc giao thoa là một minh chứng cho tính chất sóng của ánh sáng. Tại sao ta lại thấy vân sáng, vân tối? Lý giải cho việc này, ta có thể hiểu đơn giản, ở vị trí nhất định nếu 2 sóng kết hợp cùng pha, chúng tăng cường cho nhau, cường độ ánh sáng mạnh nhất nên là vân sáng. Ngược lại nếu 2 sóng kết hợp ngược pha, chúng triệt tiêu và kết quả vân tối xuất hiện.

Để nhận biết 1 vị trí trên màn chắn là vân sáng hay vân tối, ta xét bài toán sau: cho 2 nguồn sáng kết hợp S1, S2, vị trí và kích thước cho như hình vẽ, chú ý điều kiện khoảng cách a giữa 2 nguồn sáng phải là rất bé so với khoảng cách D từ nguồn sáng đến màn chắn.

 

Khi đó, hiệu quang trình sẽ được tính: d₁ - d₂ = ax/D ( với D>>a )

Nếu:

x_sáng = k.i (k nguyên),

x_tối = (k + 1/2).i (k nguyên)

Các dạng bài tập giao thoa ánh sáng

Dạng 1: Tính toán khoảng vân, xác định vân sáng, vân tối

Chú ý các đơn vị tính sau: 

Dạng 2: Tìm số lượng vân sáng tối trên miền xác định có độ dài L

Ta chú ý một số điều kiện sau:

 - Nếu là trường giao thoa (trường giao thoa tính là toàn bộ vùng chứa vân giao thoa, tức là đối xứng qua vân trung tâm): Số vân sáng: N_s = 2[L/2i] + 1, số vân tối: N_t = 2[L/2i + 0.5], với [a] được hiểu là phần nguyên của a.

 - Nếu miền bất kì, tạm gọi là MN. Sử dụng công thức sau:

VD1: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng, Sử dụng ánh sáng đơn sắc chiếu sáng các khe hẹp. Khoảng vân là 1,2 mm. Xét hai điểm M và N trên màn ở cùng một phía so với vân sáng trung tâm, cách vân trung tâm lần lượt 2 mm và 4,5 mm, hỏi có bao nhiêu vân sáng, vân tối ở trên đoạn MN:

A. 2 vân sáng, 2 vân tối.

B. 4 vân sáng, 5 vân tối.

C. 5 vân sáng, 6 vân tối

D. 1 vân sáng, không có vân tối.

Hướng dẫn:

Mà , k nguyên cho vân sáng, suy ra k = 2,3

, k nguyên cho vân tối, suy ra k = 2,3

Vậy có 2 sáng, 2 tối, chọn A.

Dạng 3: Dịch chuyển nguồn sáng S, đặt thêm bản mỏng

Ta sử dụng công thức sau:

 - Khi dịch chuyển nguồn sáng S một đoạn là y thì hiệu đường đi là:

Ví dụ: Cho thí nghiệm giao thoa ánh sáng. Khe hẹp S phát ra ánh sáng đơn sắc có bước sóng . Khoảng cách từ S đến màn chứa hai khe S1 và S2 là 60cm. Khoảng cách S1S2 = 0.3mm, D = 1.5m. Nguồn sáng S dịch chuyển một đoạn ngắn nhất theo phương song song với màn quan sát để vị trí vân sáng bậc 2 thành vân tối thứ 2?

Hướng dẫn:

Gọi x0 là độ dịch chuyển của vân sáng trung tâm, y là độ dịch chuyển của nguồn sáng.

Để thỏa đề thì x₀ = 0.5i. Áp dụng công thức ở trên: |x₀| = |Dy/d|

Suy ra y = 0.64 mm.

Cùng Top lời giải tìm hiểu thêm về giao thoa ánh sáng nhé 

Giao thoa là một khái niệm trong vật lý chỉ sự chồng chập của hai hoặc nhiều sóng mà tạo ra một hình ảnh sóng mới. Giao thoa là đặc tính tiêu biểu của tính chất sóng. Giao thoa thông thường liên quan đến sự tương tác giữa các sóng mà có sự tương quan hoặc kết hợp với nhau có thể là do chúng cùng được tạo ra từ một nguồn hoặc do chúng có cùng tần số hoặc tần số rất gần nhau.

Lý thuyết giao thoa

Sự giao thoa của các sóng trên thực chất tuân theo nguyên lý chồng chập sóng mà ở đây chính là sự cộng gộp của các dao động. Tại mỗi điểm trong không gian nơi có sự gặp nhau của các sóng, dao động của môi trường sẽ chính là dao động tổng hợp của các dao động thành phần từ các sóng tới riêng biệt, mà nói theo ngôn ngữ của vật lý sóng sẽ là tổng của các véctơ sóng. Nhờ sự tổng cộng dao động này mà trong không gian có thể tạo ra các điểm có dao động được tăng cường (khi các sóng thành phần đồng pha) hoặc bị dập tắt (khi các sóng thành phần có pha ngược nhau) tùy thuộc vào tương quan pha giữa các sóng. Điều này tạo ra một hình ảnh giao thoa (interference pattern) khác với hình ảnh của từng sóng thành phần, được tạo ra bởi chính tập hợp các điểm có sự giao thoa tăng cường hoặc dập tắt. Hình ảnh này sẽ là một hình ảnh ổn định khi các sóng thành phần là các sóng kết hợp. Trong trường hợp các sóng kết hợp, hình ảnh giao thoa là ổn định và phụ thuộc vào độ lệch pha giữa các sóng (phụ thuộc vào sự khác biệt về đường truyền cũng như tính chất môi trường truyền sóng) - được mô tả bởi nguyên lý Huyghens.

Hình ảnh giao thoa

Mô hình giao thoa hệ 2 khe trong thí nghiệm Young và hình ảnh giao thoa thu được.

Các hình ảnh thực nghiệm về sự giao thoa của sóng lần đầu tiên được ghi lại trong thí nghiệm của nhà vật lý người Anh Thomas Young (1773 - 1829) được thực hiện vào năm 1803[3] trong đó hình ảnh giao thoa của sóng ánh sáng được tạo bằng cách cho ánh sáng đi qua hai khe hẹp và tạo ra các vân sáng, tối xen kẽ. Thí nghiệm này cũng là bằng chứng khẳng định tính chất sóng của ánh sáng. Thí nghiệm này đã được mở rộng cho chùm sóng điện tử và cũng thu được những kết quả tương tự và trở thành bằng chứng để khẳng định tính chất sóng của các vi hạt