Bài Tập Nâng Cao Sóng Ánh Sáng, Sóng Ánh Sáng Nâng Cao

Sóng ánh sáng là một chương lớn trong chương trình vật lý THPT, vì vậy để củng cố và nâng cao kiến thức của các bạn, Kiến Guru xin phép giới thiệu một số Bài tập giao thoa ánh sáng có đáp án. Thông qua bài viết, các bạn sẽ được rèn luyện cách tiếp cận, phân tích và giải quyết các bài toán giao thoa ánh sáng. Đây sẽ là một tài liệu bổ ích cho các bạn học sinh ôn tập chuẩn bị cho kì thi THPT Quốc gia sắp tới. Cùng Kiến khám phá nhé:

I. Bài tập giao thoa ánh sáng có đáp án: Phần 1 tóm tắt lý thuyết

Trước khi bước vào tìm hiểu các dạng bài tập giao thoa ánh sáng có đáp án, chúng ta sẽ tóm tắt một số lý thuyết cần nhớ:

– Giao thoa ánh sáng là hiện tượng tổng hợp hai hay nhiều sóng ánh sáng kết hợp ở trong không gian, nếu đặt màn chắn ở phía sau ta sẽ quan sát được các vạch sáng tối xen kẽ nhau. Các vạch sáng gọi là vân sáng, vạch tối thì gọi là vân tối. Và chúng gọi chung là vân giao thoa.

Đang xem: Bài tập nâng cao sóng ánh sáng

Các nguồn kết hợp được định nghĩa là các nguồn sáng có chung bước sóng, và hiệu pha giữa 2 nguồn là không đổi theo thời gian.

HÌnh 1: Các vân sáng tối trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng.

Việc giao thoa là một minh chứng cho tính chất sóng của ánh sáng. Tại sao ta lại thấy vân sáng, vân tối? Lý giải cho việc này, ta có thể hiểu đơn giản, ở vị trí nhất định nếu 2 sóng kết hợp cùng pha, chúng tăng cường cho nhau, cường độ ánh sáng mạnh nhất nên là vân sáng. Ngược lại nếu 2 sóng kết hợp ngược pha, chúng triệt tiêu và kết quả vân tối xuất hiện.

Để nhận biết 1 vị trí trên màn chắn là vân sáng hay vân tối, ta xét bài toán sau: cho 2 nguồn sáng kết hợp S1, S2, vị trí và kích thước cho như hình vẽ, chú ý điều kiện khoảng cách a giữa 2 nguồn sáng phải là rất bé so với khoảng cách D từ nguồn sáng đến màn chắn.

Hình 2: Thí nghiệm giao thoa ánh sáng.

Khi đó, hiệu quang trình sẽ được tính: d1 – d2 = ax/D ( với D>>a )

Nếu:

(k là số nguyên) thì ở vị trí đó là vân sáng.

(k nguyên) thì vị trí đó là vân tối.

Khoảng vân i: là khoảng cách giữa hai vân sáng (hoặc 2 vân tối) gần nhau nhất, được tính bằng

, như vậy có thể hiểu

xsáng = k.i (k nguyên),

xtối = (k + 1/2).i (k nguyên)

II. Bài tập giao thoa ánh sáng có đáp án: Phần 2 các bài toán vận dụng

Dưới đây là tổng hợp công thức và ví dụ cho các bài tập giao thoa ánh sáng có đáp án:

Dạng 1: Tính toán khoảng vân, xác định vân sáng, vân tối

Chú ý các đơn vị tính sau:

VD1: Trong thí nghiệm Y-âng, cho a = 0.8mm, D = 1.2m. Biết rằng, từ vân sáng trung tâm tới vân tối thứ 5 cách nhau 1 khoảng 4.32mm. Hỏi bước sóng ánh sáng ở thí nghiệm trên là bao nhiêu?

Hướng dẫn:

Vị trí vân tối thứ 5 cách vân trung tâm 1 đoạn 4.5i

Suy ra i = 4.32/4.5 = 0.96 mm, dựa theo công thức liên hệ giữa khoảng vân và bước sóng ta có:

Vậy chọn C.

VD2: Xét thí nghiệm giao thoa ánh sáng Y-âng, biết D = 2.4m. Khi sử dụng sóng ánh sáng có bước sóng

thì 15 vân sáng liên tiếp cách nhau 1 khoảng 3cm. Khi sử dụng sóng ánh sáng có bước

thì khoảng cách giữa 11 vân sáng liên tiếp cũng là 3cm. Vậy

bằng bao nhiêu?

Hướng dẫn:

Xét bức xạ đầu tiên

Xét bức xạ thứ hai

Suy ra

Vậy chọn D.

Dạng 2: Tìm số lượng vân sáng tối trên miền xác định có độ dài L

Ta chú ý một số điều kiện sau:

– Nếu là trường giao thoa (trường giao thoa tính là toàn bộ vùng chứa vân giao thoa, tức là đối xứng qua vân trung tâm): Số vân sáng: Ns = 2 + 1, số vân tối: Nt = 2, với được hiểu là phần nguyên của a.

– Nếu miền bất kì, tạm gọi là MN. Sử dụng công thức sau:

VD1: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng, Sử dụng ánh sáng đơn sắc chiếu sáng các khe hẹp. Khoảng vân là 1,2 mm. Xét hai điểm M và N trên màn ở cùng một phía so với vân sáng trung tâm, cách vân trung tâm lần lượt 2 mm và 4,5 mm, hỏi có bao nhiêu vân sáng, vân tối ở trên đoạn MN:

A. 2 vân sáng, 2 vân tối.

Xem thêm: đồ án internet of thing

B. 4 vân sáng, 5 vân tối.

C. 5 vân sáng, 6 vân tối

D. 1 vân sáng, không có vân tối.

Hướng dẫn:

Xét tại M: km = xM/i = 1.7

Xét tại N: kn = xN/i = 3.75

Mà

, k nguyên cho vân sáng, suy ra k = 2,3

, k nguyên cho vân tối, suy ra k = 2,3

Vậy có 2 sáng, 2 tối, chọn A.

VD2: trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng, biết D = 2.5m, a =1mm,

. Bề rộng trường giao thoa là 12.5mm. Số vân quan sát được trên màn chắn là:

A. 12

B. 13

C. 17

D. 19

Hướng dẫn:

Khoảng vân

Số vân sáng là: Ns = 2 + 1 = 9

Số vân tối là Nt = 2 = 8

Vậy có 17 vân cả thảy, chọn C.

Dạng 3: Dịch chuyển nguồn sáng S, đặt thêm bản mỏng

Ta sử dụng công thức sau:

– Khi dịch chuyển nguồn sáng S một đoạn là y thì hiệu đường đi là:

Vân sáng khi

, vân tối khi

Vị trí vân sáng trung tâm là: x0 = -Dy/d. Có thể nhận xét là vân trung tâm sẽ dịch chuyển ngược chiều so với vị trí dịch chuyển của nguồn S.

Hình 3: Bài toán dịch chuyển nguồn sáng S.

– Khi đặt thêm bản mỏng có độ dày e trước 1 nguồn sáng như hình dưới, khi đó vân trung tâm sẽ dịch 1 đoạn:

, về phía được chắn bản mỏng. Chú ý rằng hiện tượng giao thoa sẽ vẫn xảy ra như thường.

Hình 4: Bài toán đặt bản mỏng.

Ví dụ: Cho thí nghiệm giao thoa ánh sáng. Khe hẹp S phát ra ánh sáng đơn sắc có bước sóng

. Khoảng cách từ S đến màn chứa hai khe S1 và S2 là 60cm. Khoảng cách S1S2 = 0.3mm, D = 1.5m. Nguồn sáng S dịch chuyển một đoạn ngắn nhất theo phương song song với màn quan sát để vị trí vân sáng bậc 2 thành vân tối thứ 2?

Hướng dẫn:

Gọi x0 là độ dịch chuyển của vân sáng trung tâm, y là độ dịch chuyển của nguồn sáng.

Để thỏa đề thì x0 = 0.5i. Áp dụng công thức ở trên: |x0| = |Dy/d|

Suy ra y = 0.64 mm.

Xem thêm: Lễ Bảo Vệ Và Triển Lãm Đồ Án Tốt Nghiệp Kiến Trúc Sư Quy Hoạch

Trên đây chỉ là 3 dạng về các bài tập giao thoa ánh sáng có đáp án chọn lọc mà Kiến sưu tầm gửi đến các bạn. Có rất nhiều dạng bài tập liên quan đến giao thoa ánh sáng, mời các bạn tham khảo thêm các bài viết khác của Kiến hoặc tải ứng dụng Kiến Guru để trang bị cho mình một nền tảng kiến thức thật tốt, chuẩn bị cho kì thi THPT Quốc gia sắp tới nhé.