Giao thoa ánh sáng trắng là gì?

Giao thoa là hiện tượng vật lý chỉ hiện tượng chồng chập của 2 hoặc nhiều nguồn sóng khác nhau tạo thành một nguồn sóng mới. Vậy giao thoa ánh sáng trắng là gì? Hãy cùng theo dõi bài viết dưới đây nhé!

Giao thoa ánh sáng trắng là gì? 

Ánh sáng trắng là tập hợp của vô số ánh sáng đơn sắc khác nhau có màu biến thiên liên tục từ màu đỏ đến tím. Dải màu cầu vồng được chia thành 7 vùng chính đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím gọi là màu quang phổ của ánh sáng trắng.

Khi thực hiện giao thoa với ánh sáng trắng ta thấy:

+ Ở chính giữa mỗi ánh sáng đơn sắc đều cho một vạch màu riêng, tổng hợp của chúng cho ta vạch sáng trắng (Do sự chồng chập của các vạch màu đỏ đến tím tại vị trí này)

+ Do λ_tím nhỏ hơn => i_tím.= λ_tím .D/a nhỏ hơn => làm cho tia tím gần vạch trung tâm hơn tia đỏ (Xét cùng một bậc giao thoa)

+ Tập hợp các vạch từ tím đến đỏ của cùng một bậc (cùng giá trị k) quang phổ của bậc k đó, (Ví dụ: Quang phổ bậc 2 là bao gồm các vạch màu từ tím đến đỏ ứng với k = 2).

Một số dạng bài tập giao thoa ánh sáng trắng

Dạng 1: Dạng Cho tọa độ xo trên màn, hỏi tại đó có những bức xạ nào cho vạch tối hoặc sáng?

a. Các bức xạ của ánh sáng trắng cho vân sáng tại xo khi: 

Tại xo có thể là giá trị đại số xác định hoặc là một vị trí chưa xác định cụ thể.

Vị trí vân sáng bất kì x = k λD / a

Vì x = x_o nên

với điều kiện λ₁ ≤ λ ≤ λ₂, 

thông thường λ₁ =0,4.10^-6m (tím) ≤ λ ≤ 0,75.10^-6m = λ₂ (đỏ)

Giải hệ bất phương trình trên, 

chọn k ∈ Z và thay các giá trị k tìm được vào tính λ với λ = ax_o / kD: đó là bước sóng các bức xạ của ánh sáng trắng cho vân sáng tại x_o.

b. Các bức xạ của ánh sáng trắng cho vân tối (bị tắt) tại x_o:

Với điều kiện:

Thay các giá trị k tìm được vào : 

đó là bước sóng các bức xạ của ánh sáng trắng cho vân tối (bị tắt) tại xo.

Dạng 2: Xác định bề rộng quang phổ bậc k trong giao thoa với ánh sáng trắng

Bề rộng quang phổ là khoảng cách giữa vân sáng màu đỏ ngoài cùng và vân sáng màu tím của một vùng quang phổ.

                                    x_k= x_đ- x_t 

                                    D_xk = k.(D/a).(λd−λt)                                                  

                                    D_xk = k(i_đ - i_t)   với k ∈ N, k là bậc quang phổ.

- Bề rộng quang phổ là khoảng cách từ vân sáng đỏ đến vân sáng tím cùng bậc

- Bề rộng quang phổ bậc 1: Δx1=xsd1−xst1=id−it

- Bề rộng quang phổ bậc 2: Δx2=xsd2−xst2

………………………. ……………………….

- Bề rộng quang phổ bậc k :∆x k = x _sđk – x _stk  = k.(λdD/a)−k(λtD/a)

=> Bề rộng quang phổ bậc n trong giao thoa với ánh sáng trắng:    

Δxk=k. [(λd−λt)D] / a

Bài tập vận dụng

Bài 1: Trong thí nghiệm giao thoa I-âng, khoảng cách 2 khe a = 1 mm, khoảng cách từ hai khe tới màn D = 1 m. Chiếu vào khe S ánh sáng trắng có bước sóng thỏa mãn 0,39 μm ≤ λ ≤ 0,76 μm. Trên bề rộng L = 2,34 mm của màn ảnh (vân trắng trung tâm ở chính giữa), số vân sáng màu có λ = 0,585 μm quan sát thấy là:

A. 3       B. 2       C. 4       D. 5

ĐÁP ÁN B

λ = 0,585 μm → i = 0,585 mm.

L/2i = 2 → Trên miền L/2 có 2 vân sáng, vân sáng bậc 1 của λ không thể trùng các vân sáng khác. 

Xét tại VT vân sáng bậc 2 của λ có các vân sáng khác hay không:

kλD/a = 2i → λ = 2ia/kD = 1,17/k μm

→ 0,39 μm ≤ 1,17/k ≤ 0,76 μm → 1,5 ≤ k ≤ 3

→ Tại VT vân sáng bậc 2 của λ còn có 2 vân sáng của bức xạ khác trùng ở đó → số vân sáng màu có λ = 0,585 μm quan sát thấy trên miền L là 2 vân sáng bậc 1.

BÀI 2: Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, khe hẹp S phát ra đồng thời 2 bức xạ đơn sắc có bước sóng λ1 = 4410Ao và λ2. Trên màn trong khoảng giữa 2 vân sáng liên tiếp có màu giống màu của vân trung tâm còn có 9 vân sáng khác. Biết rằng 0,38 μm ≤ λ ≤ 0,76 μm. Giá trị của λ2 bằng:

A. 7717,5 Å        B. 5512,5 Å        C. 3675,0 Å        D. 5292,0 Å

ĐÁP ÁN D.

Trên đoạn giữa 2 vân sáng liên tiếp có màu giống màu của vân trung tâm có tổng số vân sáng là: 9 + 2.2 = 13 (vân)

Gọi n là số vân sáng λ₁ → số khoảng vân: k₁ = n – 1

Thì (13 – n) là số vân sáng λ₂ → số khoảng vân: k₂ = 13 - n – 1 = 12 – n

→ 6,09 ≤ n ≤ 7,96 → n = 7 → λ₂ = 0,5292 μm.

Bài 3: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng có bước sóng λ từ 0,4 μm đến 0,7 μm. Khoảng cách giữa hai nguồn kết hợp là a = 2mm, từ hai nguồn đến màn là D = 1,2m tại điểm M cách vân sáng trung tâm một khoảng x_M = 1,95 mm có những bức xạ nào cho vân sáng

A. có 1 bức xạ        B. có 3 bức xạ 

C. có 8 bức xạ        D. có 4 bức xạ

ĐÁP ÁN D.

Tại M có vân sáng nếu: x_M = ni với n ∈ N

Mà λ từ 0,4 μm → 0,7 μm nên:

Như thế có 4 bức xạ ánh sáng tập trung ở M ứng với n = 5, 6, 7, 8

Thế vào (1) ta có bước sóng của chúng là: 

λ₅ = 0,65 μm; λ₆ = 0,542 μm; λ₇ = 0,464 μm; λ₈ = 0,406 μm.