Lý thuyết Vật lí 11 Kết nối tri thức bài 12: Giao thoa sóng: Điều kiện xảy ra giao thoa, công thức tính bước sóng

Vậy chi tiết Giao thoa sóng là gì? Điều kiện xảy ra giao thoa sóng là gì? công thức tính bước sóng λ như nào? được hayhochoi trình bày ngắn gọn, dễ hiểu trong bài viết này.

I. Hiện tượng giao thoa của hai sóng mặt nước

1. Thí nghiệm

Mô tả thí nghiệm và kết quả:

- Đối với cần rung có gắn một quả cầu: Hình ảnh trên màn thẳng đứng cho thấy có các hình tròn sáng, tối đồng tâm xen kẽ, lan truyền từ tâm dao động ra xa.

- Đối với cần rung có gắng hai quả cầu: hình ảnh trên màn thẳng đứng ta thấy ảnh của các gợn sóng là các đường sáng và tối ổn định.

2. Giải thích

Kiến thức bổ sung dùng để giải thích hiện tượng giao thoa sóng:

- Mỗi nguồn sóng phát ra một sóng có các gợn sóng là những đường tròn giống hết như khi không có các nguồn sóng khác ở bên cạnh.

- Những điểm cách nguồn một khoảng bằng kλ thì dao động đồng pha với nguồn.

- Những điểm cách nguồn một khoảng bằng (k + 0,5)λ thì dao động ngược pha với nguồn.

Giải thích:

- Trong thí nghiệm trên đã dùng hai nguồng sóng giống hệt nhau dao động theo phương vuông góc với mặt nước. Trên mặt nước có những điểm đứng yên, do hai sóng gặp nhau ở đó dao động ngược pha, triệt tiêu nhau. Có những điểm dao động rất mạnh do hai sóng ở đó dao động cùng pha.

- Ánh sáng truyền qua những điểm đứng yên không bị cản trở, nên cho ảnh là những hypebol rất sáng. Còn ánh sáng truyền qua những điểm dao động mạnh thì bị tán xạ nên cho ảnh là những đường hypebol nhoè và tối.

- Hiện tượng hai sóng gặp nhau tạo nên những gợn sóng ổn định gọi là hiện tượng giao thoa của hai sóng. Các gợn sóng ổn định gọi là các vân giao thoa.

3. Điều kiện để xảy ra giao thoa

Điều kiện để xảy ra hiện tượng giao thoa hai nguồn sóng:

- Dao động cùng phương, cùng tần số

- Có độ lệch pha không đổi theo thời gian.

Hai nguồn như vậy gọi là hai nguồn kết hợp. Hai sóng do hai nguồn kết hợp phát ra gọi là hai sóng kết hợp.

II. Thí nghiệm của Young về giao thoa ánh sáng

1. Thí nghiệm

Thí nghiệm về giao thoa ánh sáng

Kết quả:

- Trong vùng hai chùm sáng gặp nhau có những vạch tối và vạch sáng xen kẽ.

- 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. Công thức xác định bước sóng λ của ánh sáng

Ta có sơ đồ rút gọn thí nghiệm y-âng

· Bước sóng ánh sáng: 

Trong đó:

- a là khoảng cách giữa hai khe: a = F₁F₂.

- D là khoảng cách từ hai khe đến màn quan sát.

- i là khoảng vân. Đó là khoảng cách giữa hai vân sáng hoặc hai vân tối liên tiếp.

Từ đó có thể rút ra công thức tính khoảng vân: 

· Điều kiện để tại A có vân sáng, vân tối:

- Tại A có vân sáng khi: d₂ – d₁ = kλ với k = 0; ±1; ±2; ...

- Tại A có vân tối khi: d₂ – d₁ = (k + 0,5)λ với k = 0; ±1; ±2; ...

· Vị trí các vân sáng, các vân tối:

- Vị trí các vân sáng:  với k = 0; ±1; ±2; ...

- Vị trí các vân tối:   với k = 0; ±1; ±2; ...