Giao thoa ánh sáng, Công thức tính khoảng vân giao thoa và Bài tập - Vật lý 12 bài 25

10:14:5202/11/2019

Hiện tượng giao thoa ánh sáng là hiện tượng trong vùng hai chùm sáng gặp nhau lại có những vạch tối, những vạch tối này là chỗ hai sóng ánh sáng triệt tiêu nhau, những vạch sáng là chỗ hai sóng ánh sáng tăng cường lẫn nhau.

Vậy hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng là gì, thí nghiệm Y-âng về hiện tượng giao thoa ánh sáng thực hiện như thế nào? Công thức tính khoảng vân sáng, vân tối trong giao thoa ánh sáng viết như nào? chúng ta cùng tìm hiểu qua bài viết dưới đây.

I. Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng là gì?

- Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng là hiện tượng truyền sai lệch với sự truyền thẳng khi ánh sáng gặp vật cản. Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng.

Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng - Mỗi ánh sáng đơn sắc có bước sóng hoặc tần số trong chân không hoàn toàn xác định.

II. Hiện tượng giao thoa ánh sáng là gì?

1. Thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng

- Thí nghiệm được minh họa như hình sau:

Hiện tượng giao thoa ánh sáng

- Ánh sáng từ đèn D qua khe hẹp F, rồi F₁,F₂ tới màn M, khi đó trên M trông thấy một hệ vân có nhiều màu.

- Đặt lăng kính màu K (đỏ) thì trên màn M chỉ có những vạch sáng đỏ và tối xen kẽ, song song và cách đều nhau.

- Như vậy, từ thí nghiệm Y-âng chứng tỏ rằng hai chùm ánh sáng cũng có thể giao thoa được với nhau, nghĩa là ánh sáng có tính chất sóng.

- Những vạch tối là chỗ hai sóng ánh sáng triệt tiêu lẫn nhau, những vạch sáng là chỗ hai sóng ánh sáng tăng cường lẫn nhau. Những vạch sáng và tối xen kẽ nhau chính là hệ vân giao thoa của hai sóng ánh sáng.

2. Vị trí các vân sáng, công thức và cách tính

vị trí các vân ánh sáng - Với a = F₁F₂; D là khoảng cách từ mặt phẳng chứa F₁F₂ đến màn M; d₁, d₂ là khoảng cách từ A tới F₁, F₂.

• Gọi λ là bước sóng của ánh sáng đơn sắc thì: $small d_{2}-d_{1}=frac{ax}{D}$

• Công thức xác định vị trí các vân sáng (cực đại) x_s:

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

$small Rightarrow x_{s}=kfrac{lambda D}{a};(k=0,pm 1,pm 2,...)$

• Công thức xác định vị trí các vân tối (cực tiểu) x_t:

$small small d_{2}-d_{1}=(k'+frac{1}{2}).lambda$ $small Rightarrow frac{a.x_{t}}{D}=left(k'+frac{1}{2} ight ).lambda$

$small Rightarrow x_{t}=left ( k'+frac{1}{2} ight ).frac{lambda D}{a};(k'in mathbb{Z})$

3. Khoảng vân, định nghĩa, công thức cách tính

- Định nghĩa: Khoảng vân i là khoảng cách giữa hai vân sáng, hoặc hai vân tối liên tiếp.

- Công thức tính khoảng vân:

$small i=x_{k+1}-x_{k}=frac{lambda D}{a}left [(k+1)-k ight ]=frac{lambda D}{a}$

- Tại điểm O là vân sáng bậc 0 của mọi bức xạ, vân chính giữa hay vân trung tâm, hay vân số 0.

4. Ứng dụng của giao thoa ánh sáng

- Đo bước sóng ánh sáng, vì nếu biết i, a, D thì từ: $small i=frac{lambda D}{a}Rightarrow lambda =frac{a.i}{D}$

III. Bước sóng ánh sáng và màu sắc

1. Mỗi ánh sáng đơn sắc có một bước sóng trong chân không xác định.

2. Các ánh sáng đơn sắc có bước sóng trong khoảng từ 380 nm (ứng với màu tím trên quang phổ) đến chừng 760 nm (ứng với màu đỏ) mới gây ra cảm giác sáng là các ánh sáng nhìn thấy được (khả kiến).

3. 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 ∞. Nhưng chỉ các bức xạ có bước sóng trong khoảng từ 380 nm đến 760 nm là giúp được cho mắt nhìn mọi vật và phân biệt màu sắc.

4. Bảng bước sóng của ánh sáng nhìn thấy trong chân không:

bảng bước sóng ánh sáng trong chân không IV. Bài tập về Giao thoa ánh sáng

* Bài 1 trang 132 SGK Vật Lý 12: Kết luận quan trọng nhất rút ra từ thí nghiệm Y–âng là gì?

> Lời giải bài 1 trang 132 SGK Vật Lý 12

* Bài 2 trang 132 SGK Vật Lý 12: Viết công thức xác định vị trí các vân sáng?

> Lời giải bài 2 trang 132 SGK Vật Lý 12

* Bài 3 trang 132 SGK Vật Lý 12: Viết công thức tính khoảng vân.

> Lời giải bài 3 trang 132 SGK Vật Lý 12

* Bài 4 trang 132 SGK Vật Lý 12: Ánh sáng nhìn thấy được có bước sóng nằm trong khoảng nào?

> Lời giải bài 4 trang 132 SGK Vật Lý 12

* Bài 5 trang 132 SGK Vật Lý 12: Nêu những đặc điểm của ánh sáng đơn sắc.

> Lời giải bài 5 trang 132 SGK Vật Lý 12

* Bài 6 trang 132 SGK Vật Lý 12: Chỉ ra công thức đúng để tính khoảng vân.

A. $small i=frac{lambda D}{a}$ B. $small i=frac{lambda a}{D}$

C. $small i=frac{aD}{lambda }$ D. $small i=frac{a}{lambda D}$

> Lời giải bài 6 trang 132 SGK Vật Lý 12

* Bài 7 trang 133 SGK Vật Lý 12: Chọn câu đúng. Bức xạ màu vàng của natri có bước sóng λ bằng:

A.0,589mm B.0,589nm

C.0,589μm D.0,589pm

> Lời giải bài 7 trang 133 SGK Vật Lý 12

* Bài 8 trang 133 SGK Vật Lý 12: Trong một thí nghiệm Y–âng với a= 2mm, D = 1,2 m, người ta đo được i = 0,36 mm. Tính bước sóng λ và tần số f của bức xạ.

> Lời giải bài 8 trang 133 SGK Vật Lý 12

* Bài 9 trang 133 SGK Vật Lý 12: Một khe hẹp F phát ánh sáng đơn sắc, bước sóng λ = 600nm chiếu sáng hai khe F₁, F₂ song song với F và cách nhau 1,2mm. Vân giao thoa được quan sát trên một màn M song song với mặt phẳng chứa F₁, F₂ và cách nó 0,5m.

a) Tính khoảng vân.

b) Xác định khoảng cách từ vân sáng chính giữa đến vân sáng bậc 4.

> Lời giải bài 9 trang 133 SGK Vật Lý 12

* Bài 10 trang 133 SGK Vật Lý 12: 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 5,21mm. Tính bước sóng ánh sáng.

> Lời giải bài 10 trang 133 SGK Vật Lý 12

Hy vọng với bài viết Giao thoa ánh sáng, Công thức tính khoảng vân giao thoa và Bài tập ở trên giúp ích cho các em. Mọi góp ý và thắc mắc các em vui lòng để lại bình luận dưới bài viết để Hay Học Hỏi ghi nhận và hỗ trợ, chúc các em học tốt.

¤ Xem thêm các bài viết khác tại:

» Muc lục SGK Hóa học 12 Lý thuyết và Bài tập

» Mục lục SGK Vật lý 12 Lý thuyết và Bài tập