GIAO THOA ÁNH SÁNG

LÝ THUYẾT

  • Nhiễu xạ ánh sáng là hiện tượng ánh sáng không tuân theo định luật truyền thẳng, quan sát được khi ánh sáng truyền qua lỗ nhỏ hoặc gần mép những vật trong suốt hoặc không trong suốt.

*Giao thoa ánh sáng :

Điều kiện để có giao thoa ánh sáng : hai sóng ánh sáng gặp nhau là :

+Hai sóng kết hợp (cùng tần số và có độ lệch pha không đổi theo thời gian).

+Dao động cùng phương.

*Thí nghiệm Y-âng: Xét sự giao thoa cuar hai sóng ánh sáng kết hợp,hai khe hẹp được chiếu đồng thời bởi 1 ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ

Hiệu đường đi : 

$\delta =d_{2}-d_{1}=\frac{a.x}{D}$

a là khoảng cách giữa hai khe S1 và S2.

D là khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến màn quan sát (D>>a).

x là vị trí của điểm M đang xét.

d1và d2 lần lượt là khoảng cách từ hai khe S1 và S2 đến điểm M.

Vị trí của vân sáng bậc k :

$d_{2}-d_{1}=k\lambda \Rightarrow x_{s,k}=k\frac{\lambda D}{a}=k.i$

Vị trí của vân tối thứ k+1:

$d_{2}-d_{1}=(k+\frac{1}{2})\lambda \Rightarrow x_{t,k+1}=(k+\frac{1}{2})\frac{\lambda D}{a}=(k+\frac{1}{2}).i$

Khoảng vân là khoảng cách giữa hai vân sáng ( hoặc 2 vân tối) liên tiếp.

$i=\frac{\lambda D}{a}$

Chú ý :

  • Hiện tượng cầu vồng hoặc màu sắc sặc sỡ của viên kim cương là hiện tượng tán sắc ánh sáng.
  • Màu sắc sặc sỡ trên bong bóng xà phòng,váng dầu,mỡ là do hiện tượng giao thoa ánh sáng.

VÍ DỤ

Ví dụ 1 : Hai nguồn sáng kết hợp là hai nguồn phát ra hai sóng

  1. Có cùng tần số.
  2. Có cùng biên độ và cùng pha.
  3. Có cùng biên độ và cùng tần số.
  4. Có cùng tần số và hiệu số pha không đổi theo thời gian.

Giải

Hai nguồn sáng kết hợp là hai nguồn phát ra hai sóng có cùng tần số và hiệu số pha không đổi theo thời gian.

Chọn D.

Ví dụ 2 : Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng,nếu thay ánh  sáng đơn sắc màu lam bằng ánh sáng đơn sắc màu vàng và giữ nguyên các điều kiện khác thì trên màn quan sát :

  1. Khoảng vân không thay đổi.
  2. Khoảng vân tăng lên.
  3. Vị trí vân trung tâm thay đổi.
  4. Khoảng vân giảm xuống.

Giải

Vì ánh sáng đơn sắc màu vàng có bước sóng lớn hơn ánh sáng đơn sắc màu lam nên khi thay ánh  sáng đơn sắc màu vàng thì bước sóng tăng.Do đó,khoảng vân : $i=\frac{\lambda D}{a}$ sẽ tăng lên;còn vị trí vân trung tâm không thay đổi.

Chọn B.

Ví dụ 3 : Trong thí nghiệm Y –âng về giao thoa ánh sáng với ánh sáng đơn sắc, khoảng cách từ mặt phẳng chưa 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

  1. 1,2m ra xa mặt phẳng chứa hai khe.
  2. 0,6m ra xa mặt phẳng chứa hai khe.
  3. 0,3m lại gần mặt phẳng chứa hai khe.
  4. 0,9m lại gần mặt phẳng chứa hai khe.

Giải

Gọi độ dịch chuyển của màn là $\Delta D$

$i{}'=1,5i\Rightarrow \frac{\lambda (D+\Delta D)}{a}=1,5\frac{\lambda.D}{a}\Rightarrow \Delta D=0,6 m$

Chọn đáp án B.

Ví dụ 4 : Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng,hai khe được chiếu bằng ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ.Nếu tại điểm M trên màn quan sát có vân sáng thì hiệu đường đi của ánh sáng từ hai khe đến điểm M có độ lớn nhỏ nhất bằng :

  1. $\frac{\lambda }{4}$
  2. λ
  3. 0
  4. $\frac{\lambda }{2}$

Giải

Vân sáng ứng với hiệu đường đi của ánh sáng từ hai khe S1,S2 đến M là :

d2-d1=kλ với k=0,±1.±2,…

|d2-d1|min=0 khi k=0.

Chọn đáp án C.

Ví dụ 5  : Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa với nguồn sáng đơn sắc hệ vân trên màn có khoảng vân i. Nếu khoảng cách giữa hai khe tăng gấp đôi và khoảng cách từ hai khe đến màn giảm còn một nửa so với ban đầu thì khoảng vân giao thoa trên màn :

  1. Không đổi.
  2. Tăng lên bốn lần.
  3. Giảm đi bốn lần.
  4. Giảm đi hai lần.

Giải

Khoảng vân : $i=\frac{\lambda D}{a}$

$a{}'=2a;D{}'=\frac{D}{2}$

$i{}'=\frac{\lambda {D}'}{{a}'}=\frac{\lambda D}{4a}=\frac{i}{4}$

Chọn đáp án C.

BÀI TẬP

Bài 1 : Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng,chiếu ánh sáng trắng vào hai khe.Trên màn,quan sát thấy :

  1. Chỉ một dải sáng có màu như cầu vồng.
  2. Hệ vân gồm những vạch màu tím xen kẽ với những vạch màu đỏ.
  3. Vân trung tâm là vân sáng trắng,hai bên có những dải màu như cầu vồng,tím ở trong,đỏ ở ngoài.
  4. Hệ vân gồm những vạch sáng trắng xen kẽ với những vạch tối.

Giải

Trong thí nghiệm Y-âng vân trung tâm là vân sáng trắng,hai bên có những dải màu như cầu vồng,tím ở trong,đỏ ở ngoài.

Chọn C.

Bài 2 : Trong thí nghiệm về giao thoa ánh sáng của Y-âng,hai khe cách nhau một khoảng a,khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến màn quan sát là D,hình ảnh giao thoa thu được trên màn có khoảng vân i.Bức xạ chiếu vào hai khe có bước sóng λ được xác định bởi công thức

  1. $\lambda =\frac{a.D}{i}$
  2. $\lambda =\frac{D}{a.i}$
  3. $\lambda =\frac{a.i}{D}$
  4. $\lambda =\frac{D.i}{a}$

Giải

Chọn C.

Bài 3 : Trong thí nghiệm về giao thoa ánh sáng của Y-âng,hai khe được chiếu sáng bằng ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ.Nếu tại điểm M trên màn quan sát có vân tối thứ 3 tính từ vân trung tâm thì hiệu đường đi của ánh sáng từ hai khe S1,S2 đến M có độ lớn bằng :

  1. 2,5λ
  2. 3λ
  3. λ
  4. 1,5λ

Giải

Vân tối ứng với hiệu đường đi của ánh sáng từ hai khe S1,S2 đến M là :

$d_{2}-d_{1}=(k+\frac{1}{2})\lambda$

Nếu tại điểm M có vân tối thứ 3 thì k=2.Khi đó hiệu đường đi của ánh sáng từ hai khe S1,S2 đến M có độ lớn bằng :

$\left | d_{2}-d_{1}\right |=(k+\frac{1}{2})\lambda =2,5\lambda$

Chọn đáp án A.

Bài 4 : Ứng dụng của hiện tượng giao thoa ánh sáng với khe Y-âng để đo

  1. Tần số ánh sáng.
  2. Bước sóng của ánh sáng.
  3. Chiết suất của một môi trường.
  4. Vận tốc của ánh sáng.

Giải

Chọn B.

Bài 5 : Trong thí nghiệm về giao thoa ánh sáng của Y-âng,chiếu vào hai khe đồng thời hai ánh sáng đơn sắc có bước sóng lần lượt là λ1=0,69 µm và λ2=0,46 µm.Trên màn quan sát,vân sáng bậc 3 của ánh sáng có bước sóng λ1 trùng với vân giao thoa nào của ánh sáng có bước sóng λ2?

  1. Vân sáng bậc 2
  2. Vân tối thứ 3
  3. Vân sáng bậc 4
  4. Vân tối thứ 5.

Giải

Vân giao thoa của hai hệ vân trùng nhau khi :

k1λ1=k2λ2  => k2=4,5 => Đây là vân tối thứ 5 của ánh sáng có bước sóng λ2.

Chọn D

Bài 6 : Màu sắc sặc sỡ trên bong bóng xà phòng là do hiện tượng :

  1. Tán sắc ánh sáng.
  2. Khúc xạ ánh sáng.
  3. Phản xạ ánh sáng.
  4. Giao thoa ánh sáng.

Giải

Chọn đáp án D.

Bài 7 : Khi chum sáng đi từ môi trường này sang môi trường khác thì đại lượng không thay đổi là :

  1. Chiều của chùm sáng.
  2. Vận tốc.
  3. Tần số.
  4. Bước sóng.

Giải

Chọn đáp án C.

Bài 8 : Trong thí nghiệm Y-âng 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 được là 1 mm.Tại vị trí ban đầu, nếu tịnh tiến đến 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 thí nghiệm là :

  1. 0,5 µm.
  2. 0,48 µm.
  3. 0,64 µm.
  4. 0,7 µm.

Giải

Khoảng vân : $\Delta i=\frac{\lambda\Delta D}{a}\Rightarrow \lambda =0,48 \mu m$

Chọn đáp án B.

Bài 9 : Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, hai khe được chiếu sáng đồng thời bởi  hai bức xạ đơn sắc có bước sóng lần lượt là λ1 và λ2.Trên màn quan sát có vân sáng bậc 6 của λ1 trùng với vân sáng bậc 9 của λ2.Tỉ số  $\frac{\lambda_{1}}{\lambda_{2}}$ bằng

  1. $\frac{2}{3}$
  2. $\frac{5}{6}$
  3. $\frac{6}{5}$
  4. $\frac{3}{2}$

Giải

Vân sáng của hai hệ vân giao thoa trùng nhau khi :

$k_{1}\lambda _{1}=k_{2}\lambda_{2}\Rightarrow \frac{\lambda_{1}}{\lambda_{2}}=\frac{k_{2}}{k_{1}}=\frac{9}{6}=\frac{3}{2}$

Chọn đáp án D.

Bài 10 :  Hiện tượng nhiễu xạ và giao thoa ánh sáng chứng tỏ ánh sáng :

  1. Có tính chất hạt.
  2. Là sóng dọc.
  3. Có tính chất sóng.
  4. Luôn truyền thẳng.

Giải

Chọn đáp án C.

 

Bài viết gợi ý:

1. LÝ THUYẾT PHẦN TÁN SẮC ÁNH SÁNG

2. Lí Thuyết Dao Động Cơ (P3)

3. Lí Thuyết Dao Động Cơ (P2)

4. Lí Thuyết Dao Động Cơ (P1)

5. Lí Thuyết Sóng Cơ Và Sóng Âm P3

6. Lí Thuyết Sóng Cơ Và Sóng Âm

7. Lí Thuyết Sóng Cơ Và Sóng Âm