Tài liệu ôn thi tốt nghiệp THPT - Sóng ánh sáng

QUANG VẬT LÝ TÍNH CHẤT SÓNG CỦA ÁNH SÁNG HIỆN TƯỢNG TÁN SẮC ÁNH SÁNG I. Thí nghiệm của Newton về hiện tượng tán sắc ánh sáng: 1. Mô tả thí nghiệm và kết quả: Dùng một màn chắn A trên đó có khoét một khe hẹp để tách chùm ánh sáng mặt trờicó một dải hẹp. - Cho chùm ánh sáng trắng này chiếu vào lăng kính thuỷ tinh P có cạnh song song với khe hẹp trên màn A. - Sau lăng kính đặt một màn ảnh B để hứng chùm ánh sáng ló ra. * Kết quả thí nghiệm: Trên màn người ta quan sát được một dải màu như cầu vồng có màu biến thiên từ đỏ đến tím, trong đó các tia đỏ bị lẹch ít nhất còn các tia tím bị lệch nhiều nhất. Hiện tượng ánh sáng bị tách thành nhiều chùm sáng khác nhau được gọi là hiện tượng tán sắc ánh sáng. 2. Kết luận: a. Định nghĩa hiện tượng tán sắc ánh sáng: Hiện tượng tán sắc ánh sáng là hiện tượng chùm ánh sáng trắng bị tách thành nhiều chùm sáng có màu sắc khác nhau. b. Quang phổ ánh sáng trắng: Là dải màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím. II. Thí nghiệm về ánh sáng đơn sắc: 1. Định nghĩa: Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng không bị tán sắc khi qua lăng kính. Mỗi ánh sáng đơn sắc có một màu sắc nhất định gọi là màu đơn sắc. 2. Thí nghiệm về ánh sáng đơn sắc: a. mô tả thí nghiệm: Sách giáo khoa b. Kết quả thí nghiệm: Chùm ánh áng hẹp trong chùm sáng đơn sắc đã tán sắc nó không bị tán sắc thêm lần nữa. III. Tổng hợp ánh sáng trắng: 1. Định nghĩa ánh sáng trắng: Ánh sáng trắng là hỗn hợp của nhiều ánh sáng đơn sắc có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím. 2. Thí nghiệm về tổng hợp ánh sáng trắng: Sách giáo khoa IV. Sự phụ thuộc chiết suất của môi trường trong suốt vào màu sắc ánh sáng: Hiện tượng tán sắc ánh sáng cho thấy chiết suất của môi trường trong suốt dùng làm lăng kính phụ thuộc vào màu sắc của ánh sáng đơn sắc và có giá trị tăng từ màu đỏ sang màu tím. HIỆN TƯỢNG GIAO THOA ÁNH SÁNG 1. Thí nghiệm Young về hiện tượng giao thoa ánh sáng * Chiếu sáng từ nguồn Đ qua kính lọc màu (F) cho ánh sáng đơn sắc. Ánh sáng đơn sắc khi qua khe S và hai khe S1, S2 song song với khe S sẽ cho trên màn những vân sáng, vân tối xen kẽ nhau. Đ S S1 S2 E * Hiện tượng chùm sáng xuất phát từ một nguốn qua hai khe hẹp dặt gần nhau tạo thành hệ thống vân sáng, vân tói xen kẽ nhau gọi là hiện tượng giao thoa ánh sáng. * Nếu dùng ánh sáng trắng thí vân trung tâm là vân trắng, hai bên là hệ thống vân có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím hư màu cầu vồng. 2. Giải thích hiện tượng giao thoa ánh sáng. a. Giải thích: - Hiện tượng giao thoa ánh sáng có thể giải thích được nếu ta thừa nhận ánh sáng có tính chất sóng. - Ánh sáng từ neon Đ qua S, S1, S2 Khi đó hai nguồn S1, S2 đóng vai trò là hai nguồn kết hợp vì thoả: + Cùng tần số vì cùng tần số với nguồn sáng S; + Có độ lệch pha không đổi vì khoảng cách giữa hai nguồn không đổi. Do vậy xảy ra hiện tượng giao thoa ánh sáng. + Vân sáng là nơi gặp nhau của các vân sáng cùng pha; + Vân tối là nơi gặp nhau của hai sóng ngược pha. b. Kết luận : Hiện tượng giao thoa ánh sáng là một bằng chứng thực nghiệm quan trọng khẳng định ánh sáng có tính chất sóng. Mỗi ánh sáng đơn sắc có một bước sóng xác định. * Lưu ý: Hiện tượng giao thoa ánh sáng cũng thường gặp khi quan sát ánh sáng phản xạ từ lớp ván dầu trên mặt nước. Hiện tượng này là giao thoa của hai sóng két hợp phản xạ từ mặt phân cách trên và mặt phân cách dưới của lớp dầu 3. Công thức giao thoa: a. Tính hiệu quang lộ: Đặt S1S2 = a: khoảng cách giữa hai nguồn kết hợp; OI = D: khoảng cách giữa hai khe đến màn E; A là vị trí có vân giao thoa trên màn E; OA = x. Đặt d = I S1A – S2A I = r2 – r1 : được gọi là hiệu quang lộ của hai nguồn sáng. A O H M2 D S1 S2 ^ I Đường tròn tâm A bán kính r1 = S1A cắt S2A tại H và cắt OI tại K. Khi đó : d = r2 – r1 = S2H. Ta chứng được: b. Vị trí vân sáng, vân tối và khoảng vân: * Xét tại A là vân sáng: d = nl Û ax = nlD Ta suy ra: ( n = 0, ± 1, ±2, ±3 … ) + Với k = 0: vị trí vân sáng trung tâm; + Với k = ±1 : ta được vân sáng bậc 1; + Với k = ± 2 : ta được vân sáng bậc 2,…. *. Xét tại A là vân tối: ( k = 0, 1, 2...) + Với k = 0 : vị trí vân tối thứ nhất; Với k = 1 : Vị trí vân tối thứ hai… * Khoảng vân: là khoảng cách giữa hai vân sáng hoặc hai vân tối kề nhau: i = xk+1– xk= c. Bước sóng và màu sắc ánh sáng: a. Bước sóng ánh sáng: . b. Bước sóng và màu sắc ánh sáng: + Ánh sáng đỏ: mm mm; + Ánh sáng vàng, cam: mm -à 0,58mm + Ánh sáng lục : mm -à 0,495mm + Ánh sáng lam, chàm: mm à 0,44mm +Ánh sáng tím : mm à 0,4mm 4. Hiện tượng nhiễu xạ: Là hiện tượng khi chiếu ánh sáng từ nguồn O vào một lỗ tròn đục trên man chắn P (một tấm bìa chẳng hạn), thì trên màn E đặt sau P ta nhận được vết sáng ab. Nếu lỗ tròn có kích thước rất nhỏ thì trên màn E không có vết sáng như trước, mà xuất hiện một vết sáng tròn được bao quanh bởi các vân tròn sáng tối xen kẽ nhau. Hiện tượng đó được gọi là hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng. Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng được Huyghen, Fresnel giải thích. TIA HỒNG NGOẠI VÀ TIA TỬ NGOẠI 1. Tia hồng ngoại: a. Định nghĩa: Tia hồng ngoại là những bức xạ không nhìn thấy được có bước sóng l nằm trong khoảng vài mm đến 0,75mm (lớn hơn bước sóng ánh sáng màu đỏ và nhỏ hơn bước sóng của sóng vô tuyến điện). Bản chất của tia hồng ngoại là sóng điện từ. b. Điều kiện phát sinh: + Tất cả các vật nung nóng đều phát ra tia hồng ngoại, nguồn phát tia hồng ngoại thông dụng là lò than, lò điện, đèn dây tóc…. + Vật ở nhiệt độ thấp chỉ phát ra tia hồng ngoại. + Cơ thể người ở 370C phát mạnh nhất ở vùng có bước sóng l = 9mm. + Vật ở 5000C bắt đầu phát ra ánh sáng vùng đỏ tối, nhưng mạnh nhất là vùng có bước sóng l=3,7mm. + Trong ánh sáng mặt trời, có khoảng 50% năng lượng của các bức xạ hồng ngoại.. c. Tính chất của tia hồng ngoại: + Tác dụng nhiệt – tác dụng nỗi bật nhất của tia hồng ngoại - vật hấp thụ tia hồng ngoại sẽ nóng lên; + Tác dụng mạnh lên kính ảnh hồng ngoại; bị nước hấp thụ mạnh. +Tia hồng ngoại có thể gây ra hiệu ứng quang điện trong của moto số chất bán dẫn (hiện tượng quang dẫn). d. Ứng dụng: + Sưởi ấm, sấy khô thực phẩm, chụp ảnh hồng ngoại; + Dùng để nghiên cứu các phân tử và được sử dụng trong một số khí tài quân sự. + Sử dụng trong một số thiết bị điều khiển từ xa bằng hồng ngoại trong các thiết bị nghe, nhìn. 3. Tia tử ngoại: a. Định nghĩa: Tia tử ngoại là các bức xạ quang học có bước sóng nhỏ hơn bước sóng ánh sáng tím. ( l = 10-3 mm - 0,38mm). Bản chất của tia tử ngoại là sóng điện từ. b. Điều kiện phát sinh: Vật nung nóng ở nhiệt độ cao hoặc từ các nguồn quang phát phổ vạch như đèn hơi thuỷ ngân, hồ quang điện …. c. Tính chất: + Tác dụng mạnh lên kính ảnh; làm iôn hoá không khí; + Kích thích làm phát quang một số chất; gây ra một số phản ứng quang hoá, quang hợp; + Bị thuỷ tinh và nước hấp thụ rất mạnh, tia tử ngoại có bước sóng từ 0,18mm đến 0,38mm truyền qua được trong thạch anh . + Có một số tác dụng sinh lý, làm rám da, làm hại mắt…. + Tia tử ngoại gây ra hiện tượng quang điện. d. Ứng dụng: Khử trùng, diệt khuẩn; phát hiện các vét nứt trong công nghệ tiện; trị bệnh còi xương. TIA RONTGEN. THANG SÓNG ĐIỆN TỪ I. Tia X (tia Rơngghen) 1. Bản chất: là sóng điện từ có bước sóng ngắn hơn bước sóng của những bức xạ vùng tử ngoại: l = 10-9 ¸ 10-12m. Tia Rontgen không mang điện vì không bị lệch trong điện trường và từ trường. * Phân loại: + Tia X cứng: Có bước sóng rất ngắn; + Tia X mềm: Có bước sóng dài hơn. 2. Cơ chế phát sinh: Các electron sau khi bứt khỏi cathode thì được tăng tốc trong điện trường mạnh, thu được động năng rất lớn (tia cathode). Khi gặp các nguyên tử của đối cathode (là kim loại có nguyên tử lượng lớn như vônfram, platin) chúng xuyên vào lớp bên trong của võ nguyên tử , tương tác với hạt nhân và các electron của các lớp này làm phát ra các sóng điện từ có bước sóng ngắn gọi là các bức xạ hãm, không nhìn thấy được nhưng có khả năng làm đen kính ảnh, iôn hoá chất khí, làm phát quang một số chất. Đó chính là tia Rontgen. II. Các tính chất và công dụng của tia Rontgen: 1. Tính chất: + Có tính đâm xuyên, lọc lựa; + Làm phát quang nhiều chất; + Tác dụng mạnh lên kính ảnh, Iôn hoá chất khí; + Có thể gây ra hiện tượng quang điện ở hầu hết các kim loại + Tác dụng sinh lý mạnh: Huỷ diệt tế bào, diệt vi khuẩn. 2. Các ứng dụng của tia Rontgen: + Trong Y học: Dùng để chiếu điện, chụp điện; +Trong công nghiệp: Kiểm tra chất lượng các vật đúc IV. Thang sóng điện từ: miền sóng điện từ bước sóng (m) tần số (Hz) Phương pháp nghiên cứu Sóng vô tuyến điện 3.104 – 10-4 104 – 3.1012 Xem sách giáo khoa Tia hồng ngoại 10-3 – 7,5.10-7 3.1012 - 4.1014 Ánh sáng khả kiến 7,5.10-7 – 3,8.10-7 4.1014 – 8.1014 Tia tử ngoại 3,8.10-7 – 10-9 8.1014 – 3.1017 Tia X (tia Rơnghen) 10-9 – 10-12 3.1017- 2.1020 Tia gamma < 10-12 > 3.1020 PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC BÀI TOÁN VỀ TÍNH CHẤT SÓNG ÁNH SÁNG DẠNG 1: GIAO THOA ÁNH SÁNG ĐƠN SẮC + Công thức tính khoảng vân: i = ; + Bước sóng của ánh sáng đơn sắc dùng làm thí nghiệm: ; + Vị trí vân sáng: x = ki = k - Nếu k = 0: Ta được vân sáng trung tâm; - Nếu k = ± 1: Ta được vân sáng bậc 1; - Nếu k = ± 2: Ta được vân sáng bậc 2… + Vị trí vân tối: x = ±(k + 0,5)i = ±(k + 0,5) - Nếu k = 0: vân tối thứ nhất; - Nếu k = 1: Vân tối thứ hai. Lưu ý: Khi giải các bài tập về giao thoa sóng ánh sáng, các đại lượng D,a,i,x phải cùng đơn vị. BÀI TẬP ÁP DỤNG Bài 1: Hai khi Yong S1, S2 cách nhau 1mm, nguồn sáng đơn sắc dùng làm thí nghiệm có bước sóng l=0,6mm. Tính khoảng cách giữa hai vân sáng hoặc hai vân tối kề nhau, biết rằng khoảng cách từ hai khe đến màn là 2m. Bài 2: Trong thí nghiệm Yong về giao thoa ánh sáng, khoảng cách giữa hai khe là 1mm, khoảng cách từ hai khe đến màn là 1m. Bước sóng ánh sáng dùng làm thí nghiệm là l=0,6mm. 1. Tính hiệu quang lộ từ hai nguồn S1 và S2 đến điểm M trên màn cách vân trung tâm 1,5cm. 2. Tính khoảng vân (khoảng cách giữa hai vân sáng hoặc hai vân tối kề nhau). Bài 3: Hai khe Young cách nhau 0,5mm. Nguồn sáng cách đều các khe phát ra bức xạ đơn sắc có bước sóng l=0,5mm. Vân giao thoa hứng được trên màn E cách các khe 2m. Tìm khoảng vân i? Bài 4: Quan sát giao thoa trên màn E, người ta đo được khoảng cách giữa hai vân sáng liên tiếp là 1,5mm. Khoảng cách giữa hai khe đến màn là 2m, khoảng cách giữa hai khe là 1mm. Xác định bước sóng của bức xạ đơn sắc dùng làm thí nghiệm. Bài 5: Người ta đếm được trên màn 12 vân sáng trải dài trên bề rộng là 13,2mm. Tính khoảng vân của hiện tượng giao thoa. Bài 6: Trong thí nghiệm Young về hiện tượng giao thoa ánh sáng, khoảng cách giữa hai khe là 0,9mm, khoảng cách từ hai khe đến màn hứng E là 2m. Khoảng cách từ vân sáng thứ nhất đến vân sáng thứ 11 cùng bên so với vân trung tâm là 15mm. Tính bước sóng của ánh sáng đơn sắc dùng làm thí nghiệm. Bài 7: Trong thí nghiệm Young về hiện tượng giao thoa ánh sáng, bước sóng dùng làm thí nghiệm là l=0,5mm, khoảng cách giữa hai khe là 1mm. a. Tìm khoảng cách giữa hai khe đến màn để trên màn tại vị trí cách vân trung tâm 2,5mm ta có vân sáng bậc 5. b. Để tại đó là vân sáng bậc 2 thì phải dời màn E một đoạn là bao nhiêu? Theo chiều nào? Bài 8: Trong thí nghiệm Young về hiện tượng giao thoa ánh sáng, khoảng cách giữa hai khe sáng là 0,3mm, khoảng cách từ hai khe đến màn là 1m và khoảng vân đo được là 2mm. 1. Tìm bước sóng dùng làm thí nghiệm. 2. Xác định vị trí của vân sáng bậc 5. 3. Xác định khoảng cách từ vân sáng bậc 5 và vân tối thứ 3 nằm ở hai bên so với vân trung tâm. Bài 9: Trong thí nghiệm Young về hiện tượng giao thoa ánh sáng, khoảng cách giữa hai khe là 2mm, khoảng cách từ hai khe đến màn là 1m, bước sóng của ánh sáng đơn sắc dùng làm thí nghiệm l=0,5mm. 1. Tính khoảng vân i của hiện tượng giao thoa ánh sáng. 2. Xác định vị trí của vân sáng bậc hai và vân tối thứ năm. Và tính khoảng cách giữa chúng trong hai trường hợp: a. Hai vân ở cùng bên so với vân trung tâm. b. Hai vân ở hai phía so với vân trung tâm. DẠNG 2: GIAO THOA TRƯỜNG - SỐ VÂN GIAO THOA * Khoảng vân của bức xạ đơn sắc: i = ; * Xác định bề rộng nữa giao thoa trường: l n = 2k. +Nếu l = (k+0,5)i: Vân ngoài cùng là vân tối thứ k + 1, số= + Nếu l = ki: thì vân ngoài cùng là vân bậc k, số vân sáng và vân tối quan sát được trên giao thoa trường là: - Số vân sáng là: n = 2k+1; - Số vân tối là : vân sáng, vân tối quan sát được trên giao thoa trường là: + Số vân tối là: n = 2(k+1); + Số vân sáng là : n = 2k + 1. Lưu ý: Số vân sáng trên giao thoa trường là số lẻ, số vân tối trên giao thoa trường là số chẵn; BÀI TẬP ÁP DỤNG Bài 10: Trong thí nghiệm Young về hiện tượng giao thoa ánh sáng, hai khe cách nhau 0,5mm với ánh sáng đơn sắc dùng làm thí nghiệm có bước sóng l = 0,5mm và quan sát hiện tượng giao thoa ở trên màn E cách hai khe 2m. 1. Tại các điểm M1 và M2 cách vân trung tâm lần lượt 7mm và 10mm thu được vân gì? Bậc (thứ) mấy? 2. Biết chiều rộng của vùng giao thoa trường trên màn là 26mm, tính số vân sáng, vân tối quan sát được? 3. Nếu thực hiện giao thoa trong nước có chiết suất n = thì có hiện tượng gì xảy ra? Tính khoảng vân trong trường hợp này? Bài 11: Trong thí nghiệm Young về hiện tượng giao thoa ánh sáng, hai khe cách nhau 1,5mm, hai khe sáng cách màn là 3m, người ta đo được khoảng cách giữa vân sáng bậc 2 đến vân sáng bậc 5 cùng nằm về một phía so với vân trung tâm la 3mm. 1. Tính bước sóng l của bức xạ dùng làm thí nghiệm; 2. Tính khoảng cách giữa vân sáng bậc 3 và vân tối thứ 8 nằm về hai phía so với vân trung tâm. 3. Tìm số vân sáng và vân tối quan sát được trên giao thoa trường có bề rộng 11mm. Bài 12: Trong thí nghiệm Young về hiện tượng giao thoa ánh sáng, hai khe cách nhau 2mm, hai khe sáng cách màn là 3m, bức xạ đơn sắc dùng làm thí nghiệm có bước sóng l = 0,5mm. 1. Xác định số vân sáng, vân tối trên bề rộng 3cm của giao thoa trường; 2. Thay ánh sáng đơn sắc l bằng ánh sáng đơn sắc l’ = 0,6mm thì khoảng vân tăng hay giảm, tìm số vân sáng, vân tối trên giao thoa trường 3cm như trên. DẠNG 3: GIAO THOA ĐỒNG THỜI HAI BỨC XẠ XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ TRÙNG NHAU CỦA HAI VÂN SÁNG, HAI VÂN TỐI * Khoảng vân: i = ; i’ = * Vị trí vân sáng của hai bức xạ: xs (l) = k1i = k1; xs (l') = k2i’ = k2; Hai vân sáng trùng nhau khi: xs (l) = xs (l') => Lưu ý: + k1, k2 Î Z; + Dựa vào điều kiện bài toán (giới hạn giao thoa trường) để giới hạn k1, k2. BÀI TẬP ÁP DỤNG Bài 13: Trong thí nghiệm Young về hiện tượng giao thoa ánh sáng, nguồn sáng đồng thời phát ra hai bức xạ đơn sắc có bước sóng l1 = 0,5mm và l2 = 0,6mm. Hai khe cách nhau 1,5mm và cách màn 1,5m. Xác định vị trí của vân sáng bậc 4 của hai bức xạ này (nằm cùng một phía so với vân trung tâm). Khoảng cách giữa hai vân này là bao nhiêu? Bài 14: Trong thí nghiệm Young về hiện tượng giao thoa ánh sáng, khoảng cách giữa hai khe là 1,2mm, khoảng bước sóng của bức xạ đơn sắc dùng làm thí nghiệm l1 = 0,6mm. Trên màn người ta đếm được 16 vân sáng trải dài trên bề rộng 18mm. 1. Tính khoảng cách từ hai khe đến màn. 2. Thay ánh sáng đơn sắc có bước sóng l2 thì vùng quan sát trên người ta đếm được 21 vân sáng. Tính l2. 3. Tại vị trí cách vân trung tâm 6cm ta thu được vân gì, bậc (thứ) mấy của hai bức xạ đơn sắc trên? Bài 15: Trong thí nghiệm Young về hiện tượng giao thoa ánh sáng, nguồn sáng đồng thời phát ra hai bức xạ l1 = 0,6mm và l2. Trên màn người ta thấy vân tối thứ năm của hệ vân ứng với bức xạ l1 trung với vân sáng bậc 5 của bức xạ l2. Tính bước sóng l2 dùng làm thí nghiệm. Bài 16: Trong thí nghiệm Young về hiện tượng giao thoa ánh sáng, bức xạ dùng làm thí nghiệm có bước sóng l= 0,55mm, khoảng vân hứng được trên màn là i. 1. Khi thay bức xạ đơn sắc có bước sóng l bằng bức xạ đơn sắc có bước sóng l’, người ta thấy khoảng vân i’ = 1,2i. Tính l’. 2. Nếu chiếu đồng thời hai bức xạ đơn sắc trên, xác định các vị trí mà vân sáng của hai bức xạ trùng nhau. Bài 17: Trong thí nghiệm Young về hiện tượng giao thoa ánh sáng, bức xạ đơn sắc dùng làm thí nghiệm có bước sóng l = 0,6mm. Hai khe cách nhau 2mm, hai khe cách màn 2m. Tính số vân sáng, vân tối quan sát được trên giao thoa trường rộng 25,8mm. Bài 18: Trong thí nghiệm Young về hiện tượng giao thoa ánh sáng, hai khe cách nhau 2mm, hai khe cách màn 2m. 1. Người ta chiếu tới hai khe đồng thời hai bức xạ đơn sắc có bước sóng lần lượt là l1 = 0,45mm l2 = 0,5mm. Xác định những vị trí mà hai vân sáng của hai bức xạ trùng nhau. 2. Chiếu tới hai khe một thành phần đơn sắc thứ ba có bước sóng l3 = 0,6mm. Định vị trí mà cả ba vân trùng nhau trên màn. Bài 19: Trong thí nghiệm Young về hiện tượng giao thoa ánh sáng, khoảng cách giữa hai khe là 1mm, khoảng cách giữa hai khe đến màn là 2m. Ánh sáng đơn sắc dùng làm thí nghiệm có bước sóng l1=0,66mm. Biết bề rộng của giao thoa trường là 13,2mm. 1. Tính khoảng vân, số vân sáng và vân tối quan sát được trên giao thoa trường. 2. Nếu chiếu đồng thời hai bức xạ l1,l2  thì vân sáng bậc 3 của bức xạ l2 trùng với vân sáng thứ hai của bức xạ l1. Tính l2 . Bài 20: Trong thí nghiệm Young về hiện tượng giao thoa ánh sáng, khoảng cách giữa hai khe là 2mm, bức xạ đơn sắc dùng làm thí nghiệm có bước sóng l1 = 0,6mm và trên màn, vân sáng thứ 5 cách vân trung tâm là 3mm. 1. Tính khoảng cách từ hai khe đến màn. 2. Tính khoảng cách từ vân tối thứ 3 đến vân sáng thứ 4 nằm ở hai bên so với vân trung tâm. 3. Nếu chiếu vào hai khe đồng thời hai bức xạ l1 và l2 thì ta thấy vân sáng bậc 5 của bức xạ l1 trùng với vân tối thứ 5 của bức xạ l2 . Tìm l2? Bức xạ l2 nằm trong vùng nào của thang sóng điện từ? Bài 21: Trong thí nghiệm Young về hiện tượng giao thoa ánh sáng, hai khe cách nhau 2mm, hai khe cách màn 2m, bức xạ đơn sắc dùng làm thí nghiệm có bước sóng l1 = 0,6mm. 1. Tính khoảng vân i1. 2. Người ta đồng thời chiếu hai bức xạ đơn sắc l1 và l2= 0,4mm thì vân sáng bậc 3 của bức xạ l1 trùng với vân nào của bức xạ l2? 3. Tính khoảng cách từ vân sáng bậc 2 của bức xạ l1 đến vân tối thứ 6 của bức xạ l2, biết rằng hai vân này cùng nằm một phía so với vân trung tâm. Bài 22: Trong thí nghiệm Young về hiện tượng giao thoa ánh sáng, khoảng cách giữa hai khe sáng là 1mm, khoảng cách từ hai khe đến màn là 2m. 1. Chiếu vào hai khe sáng bức xạ đơn sắc có bước sóng l1 = 0,5mm. Tính khoảng cách giữa vân sáng bậc 3 và vân sáng bậc 5 nằm ở hai bên so với vân trung tâm. 2. Nếu chiếu vào hai khe bức xạ đơn sắc có bước sóng l2 thì tại điểm M cách vân trung tâm 4,8mm có vân sáng bậc 4, tính bước sóng l2 ? 3. Nếu chiếu đồng thời hai bức xạ đơn sắc có bước sóng l1, l2 thì trên màn có những vị trí nào trùng nhau của các vân sáng của hai bức xạ, biết bề rộng của giao thoa trường là 24mm. Bài 23: Trong thí nghiệm Young về hiện tượng giao thoa ánh sáng, hai khe cách nhau 2mm, trên màn giao thoa xuất hiện vân sáng bậc 5 cách vân trung tâm 4mm. Biết khoảng cách từ hai khe đến màn là 3m. 1. Tính bước sóng l1 dùng làm thí nghiệm. 2. Nếu chiếu vào hai khe hai bức xạ có bước sóng l2 thì người ta đo được trong khoảng 4,5mm có 6 vân sáng liên tiếp. Tìm bước sóng l2 và bề rộng quang phổ bậc 1 ứng với bức xạ l2 . Bài 24: Trong thí nghiệm Young về hiện tượng giao thoa ánh sáng, hai khe cách nhau 1mm, hai khe cách màn 1m. 1. Ban đầu dùng bức xạ đơn sắc có bước sóng l1 thì khoảng cách giữa vân sáng bậc 3 đến vân tối thứ 5 ở cùng một phía so với vân trung tâm là 1,5mm. Tìm bước sóng l1 . 2. Dùng đồng thời hai bức xạ đơn sắc có bước sóng l1, l2 thì vân tối thứ hai của bức xạ l1 trùng với vân sáng bậc 3 của bức xạ l2 .Tính l2. 3. Xác định vị trí trùng nhau hai vân sáng của bức xạ nằm cùng một bên gần vân trung tâm nhất. Bài 25: Trong thí nghiệm Young về hiện tượng giao thoa ánh sáng, hai khe cách nhau 2mm và hai khe cách màn 2m. 1. Với ánh sáng đơn sắc có bước sóng l1 = 0,45mm. Tính khoảng cách giữa vân sáng bậc 4 và vân sáng bậc 5 nằm về hai phía so với vân trung tâm. 2. Với sánh sáng đơn sắc có bước sóng l2. Biết bề rộng 5 khoảng vân liên tiếp là 30mm. Tính bước sóng l2. Tại vị trí cách vân trung tâm 9mm là vân sáng hay vân tối? Bậc (thứ) mấy? 3. Đồng thời chiếu vào hai khe hai bức xạ l1, l2 tìm vị trí gần nhau nhất so với vân trung tâm mà vân sáng của hai bức xạ trùng nhau. DẠNG 4: GIAO THOA VỚI ÁNH SÁNG TRẮNG * Khoảng vân: i = ; * Vị trí vân sáng của bức xạ: xs (l) = ki = k; *Vị trí vân tối của bức xạ: : xt (l) = ± ki = ± k; * Ánh sáng trắng có miền bước sóng: 0,38mm £ l £ 0,75mm Lưu ý: + Nhiều khi cho miền bước sóng của ánh sáng trắng: 0,4mm £ l £ 0,76mm. PHƯƠNG PHÁP GIẢI MỘT SỐ DẠNG TOÁN THƯỜNG GẶP Bài toán 1: Tìm số bức xạ cho vân sáng tại vị trí cách vân trung tâm x. Phương pháp: + Tại vị trí x cho vân sáng: x = k => l = + Dực vào miền bước sóng của ánh sáng trắng: 0,38mm £ l £ 0,75mm => 0,38mm £ £ 0,75mm => , k Î Z Tìm k từ hệ bất phương trình trên, có bao nhiêu k thì có bấy nhiêu bức xạ cho vân sáng tại vị trí đó. Thay giá trị k vào biểu thức l = , ta tìm được bước sóng của các bức xạ. Bài toán 1: Tìm số bức xạ cho vân tối (bị tắt) tại vị trí cách vân trung tâm x. Phương pháp: + Tại vị trí x cho vân sáng: x = (k + 0,5) => l = + Dực vào miền bước sóng của ánh sáng trắng: 0,38mm £ l £ 0,75mm => 0,38mm £ £ 0,75mm => , k Î Z Tìm k từ hệ bất phương trình trên, có bao nhiêu k thì có bấy nhiêu bức xạ cho vân tối (bị tắt) tại vị trí đó. Thay giá trị k vào biểu thức l = , ta tìm được bước sóng của các bức xạ. Bài toán 3: Tìm bề rộng quang phổ bậc k của ánh sáng trắng: Dxk = xk(lđ) - xk(lt) = k(đ - t) = kDx1 BÀI TẬP ÁP DỤNG Bài 26: Trong thí nghiệm Young về hiện tượng giao thoa ánh sáng, khoảng cách giữa hai khe là 2mm, khoảng cách từ hai khe đến màn là 3,2m. Trên màn người ta xác định được vị trí của vân sáng bậc 14 cách vân trung tâm 11,2mm. 1. Tính bước sóng của bức xạ đơn sắc dùng làm thí nghiệm. 2. Thí nghiệm với ánh sáng trắng, thì tại điểm M cách vân trung tâm 6,72mm có những bức xạ nào bị tắt? Bài 27: Trong thí nghiệm Young về hiện tượng giao thoa ánh sáng, khoảng cách từ hai khe đến màn là 2m. Bức xạ đơn sắc dùng làm thí nghiệm có bước sóng l =0,5mm, trên màn người ta đo được khoảng cách từ vân sáng thứ hai đến vân tối thứ 4 (nằm cùng một phía so với vân trung tâm) là 0,75mm. 1. Tính khoảng vân i và khoảng cách giữa hai khe sáng. 2. Thí nghiệm với ánh sáng trắng, thì tại điểm cách vân trung tâm 4mm có vân sáng của những bức xạ đơn sắc nào? Bài 28: Trong thí nghiệm Young về hiện tượng giao thoa ánh sáng trắng, hai khe cách nhau 2mm. khoảng cách từ hai khe đến màn là 1,6m. Biết bước sóng của ánh sáng trắng biến thiên liên tục từ 0,4mm đến 0,75mm. Tính bề rộng của quang phổ bậc nhất và quang phổ bậc 3 của hiện tượng giao thoa (chỉ xét đến các vân nằm ở cùng một phía so với vân trung tâm). Bài 29: Trong thí nghiệm Young về hiện tượng giao thoa ánh sáng trắng, khoảng cách giữa hai khe là 2mm, khoảng cách giữa hai khe đến màn là 1,6m. Hãy xác định bước sóng của các bức xạ bị tắt tại vị trí cách vân trung tâm 3,5mm. Bài 30: Trong thí nghiệm Young về hiện tượng giao thoa ánh sáng trắng, khoảng cách giữa hai khe là 0,5mm, khoảng cách từ hai khe đến màn là 2m, cho biết lđ = 0,4mm, lt = 0,75mm. 1. Tính bề rộng quang phổ bậc 1 và quang phổ bậc 3. 2. Xác định các bước sóng của các bức xạ bị tắt tại vị trí cách vân trung tâm 7,2mm. Bài 31: Trong thí nghiệm Young về hiện tượng giao thoa ánh sáng, nguồn sáng phát ra các bức xạ có miền bước sóng 0,4mm đến 0,8mm.Hai khe cách nhau một đoạn 1mm và cách màn 1,5m. Tại điểm M cách vân trung tâm 3mm có bao nhiêu bức xạ đơn sắc có cường độ cực đại. Tìm bước sóng của các bức xạ đơn sắc trên? Bài 32: Trong thí nghiệm Young về hiện tượng giao thoa ánh sáng, khoảng cách giữa hai khe là 2mm, khoảng cách từ hai khe đến màn là 2m. 1. Tiến hành thí nghiệm đồng thời với hai bức xạ đơn sắc có bước sóng l1 = 0,5mm, l2 = 0,6mm. Xác định những vị trí mà vân sáng của hai bức xạ trùng nhau. 2. Tiến hành thí nghiệm với ánh sáng trắng (có bước sóng từ 0,4mm đến 0,75mm). a. Tính bề rộng quang phổ bậc nhất và quang phổ bậc hai của hiện tượng giao thoa; b. Xác định bước sóng của các bức xạ bị tắt tại vị trí M cách vân trung tâm 3,3mm. Bài 33: Trong thí nghiệm Young về hiện tượng giao thoa ánh sáng, hai khe sáng cách nhau 0,2mm, hai khe cách màn 1m. 1. Biết khoảng cách giữa 10 vân sáng kề nhau là 2,7mm. Tính bước sóng của bức xạ đơn sắc do nguồn sáng phát ra. 2. Thay ánh sáng đơn sắc bằng ánh sáng trắng, tại điểm cách vân trung tâm 2,7mm có bao nhiêu bức xạ bị tắt? xác định bước sóng của các bức xạ trên. Bài 34: Trong thí nghiệm Young về hiện tượng giao thoa ánh sáng, hai khe cách nhau 1mm, hai khe cách màn 2m. 1. Tiến hành thí nghiệm với bức xạ đơn sắc có bước sóng l = 0,656mm. Tính khoảng vân thu được trên màn. 2. Tiến hành thí nghiệm với bức xạ màu lục, biết bề rộng của 10 khoảng vân liên tiếp là 1,09cm. Tính bước sóng của bức xạ màu lục dùng làm thí nghiệm. 3. Tiến hành thí nghiệm với ánh sáng trắng (có bước sóng từ 0,4mm đến 0,7mm). Xác định nhữn