Trong chương trình học vật lý, hiện tượng giao thoa ánh sáng là một trong những nội dung quan trọng với nhiều dạng bài tập vận dụng liên quan. Bài viết sau đây chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu về giao thoa ánh sáng đơn sắc, cũng như các bài tập liên quan để hiểu hơn về nội dung này nhé!
Giao thoa với ánh sáng đơn sắc là gì?
Ánh sáng đơn sắc là những ánh sáng có một bước sóng xác định. Màu ứng với ánh sáng đó được gọi là màu đơn sắc hay màu quang phổ. Những ánh sáng có màu không đơn sắc là hỗn hợp của nhiều màu đơn sắc với các mức tỷ lệ khác nhau.
Giải thích hiện tượng qua thí nghiệm giao thoa ánh sáng:
Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng đơn sắc, ánh sáng từ đèn Đ qua khe S trở thành nguồn sóng sáng đơn sắc, đến S1S2 trở thành 2 nguồn sáng kết hợp phát ra 2 sóng ánh sáng kết hợp.
Hai sóng này khi được giao thoa với nhau tạo ra các vân sáng và tối.
- Vân sáng tương ứng với các điểm có biên độ dao động tổng hợp cực đại: Hai sóng tới có cùng pha.
- Vân tối tương ứng với những điểm có biên độ dao động tổng hợp bằng 0: Hai sóng tới có sự ngược pha.
Giao thoa với ánh sáng trắng: Trường hợp không sử dụng kính lọc màu F, thì hệ thống vân giao thoa của những ánh sáng đơn sắc khác nhau không trùng nhau, thay vào đó là nằm kề nhau giúp tạo thành quang phổ có màu cầu vồng (đổ ngoài, tím trong). Ở chính giữa là vân sáng trắng do các vân sáng đơn sắc khác nhau và được trùng với nhau.
Công thức giao thoa ánh sáng đơn sắc
Hiệu đường đi
d1 – d2 = a.x/D
Nếu M là vân sáng thứ k thì hiệu đường đi sẽ bằng số nguyên lần của bước sóng:
d1 – d2 = a.x/D = k. λ
=> xs = k.λd/a
- Tại điểm O (x = 0): vân sáng chính giữa (k = 0).
- Hai bên O: là các vân sáng bậc 1 (k = ± 1); vân sáng bậc 2 (k = ± 2);…
Nếu M là vân tối thứ k, thì hiệu đường đi bằng số lẻ lần nửa bước sóng, cụ thể:
Khoảng vân giao thoa i
Định nghĩa: Khoảng vân chính là phần khoảng cách giữa 2 vân có cùng tính chất liên tiếp.
Công thức: Khoảng cách giữa 2 vân sáng bậc k và k + 1 như sau:
Xem thêm: Hiện tượng khúc xạ ánh sáng là gì? Định luật và công thức
Bài tập giao thoa ánh sáng đơn sắc cơ bản
Bài tập 1: Ở thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng có khoảng cách giữa hai khe là a=1,5mm và khoảng cách từ mặt phẳng chứa 2 khe đến màn là D=2m. Hai khe được chiếu sáng nhờ vào ánh sáng đơn sắc với bước sóng 0,48\mu m .
- Yêu cầu xác định khoảng vân?
- Hãy xác định khoảng cách từ vân sáng trung tâm đến vân sáng bậc 2, đến vị trí vân tối thứ 3?
Hướng dẫn giải:
Bài tập 2: Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng có khoảng cách giữa 2 khe là a= 3mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe cho đến màn là D=2,5m. Hai khe này được chiếu sáng bởi ánh sáng đơn sắc sở hữu bước sóng là 0,5μm. M và N là 2 điểm trên màn nằm hai bên của vân sáng trung tâm, chúng cách vân sáng trung tâm lần lượt là 2,1mm và 5,9mm. Vậy số vân sáng quan sát được từ M đến N là bao nhiêu ?
– Hướng dẫn giải:
Bài tập 3: Ở thí nghiệm giao thoa ánh sáng của Y-âng trong không khí, hai khe cách nhau 3mm chiếu bởi ánh sáng đơn sắc với bước sóng 0,60 μm, có màn cách hai khe 2m. Đặt toàn bộ thí nghiệm vào trong nước có chiết suất 4/3, vậy khoảng vân quan sát trên màn là bao nhiêu?
- i’ = 0,4m.
- i’ = 0,3m.
- i’ = 0,4mm.
- i’ = 0,3mm.
Hướng dẫn giải:
Đáp án D.
Bởi vì vận tốc ánh sáng trong không khí gần bằng c, bước sóng λ, ánh sáng khi thực hiện truyền từ không khí vào nước ta có vận tốc ánh sáng truyền trong nước như sau: v = c/n, (n là chiết suất của nước).
Vậy bước sóng ánh sáng trong nước là: λ’ = v/f = c/nf = λ/n. Khoảng vân khi toàn bộ thí nghiệm được đặt ở trong nước là:
i’= λ’D/a = λD/n.a = 0,3mm
Ví dụ về bài tập giao thoa 2 ánh sáng đơn sắc
Bài tập 4: Ở thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng với ánh sáng đơn sắc, có khoảng cách giữa 2 khe là 1mm, từ hai khe tới màn có khoảng cách là 2m. Ở khoảng rộng 12,5mm trên màn có 13 vân tối với 1 đầu là vân tối, đầu còn lại là vân sáng. Vậy bước sóng của ánh sáng đơn sắc đó là:
- 0,48μm
- 0,52μm
- 0,5μm
- 0,46μm
Hướng dẫn:
Đáp án đúng là C.
Bởi vì: 13 vân tối liên tiếp có 12i. Thêm vào đó có 1 đầu là vân sáng nên có thêm 0,5i.
Vậy 12i + 0,5i = 12,5mm → i = 1mm
→ λ = 0,5μm.
Bài tập 5: Trong thí nghiệm giao thoa sáng sáng Y-âng, nguồn S phát bức xạ với bước sóng là 450nm, 2 khe có khoảng cách là 1,1mm, màn quan sát E cách mặt phẳng hai khe là 220cm. Khi chuyển mối hàn của cặp nhiệt điện trên màn E theo đường vuông góc với hai khe, thì sau khoảng bằng bao nhiêu kim điện kế sẽ lệch nhiều nhất?
- 0,4 mm.
- 0,9 mm.
- 1,8 mm.
- 0,45 mm.
Hướng dẫn:
Đáp án đúng là B.
Ta có công thức tính khoảng vân như sau:
i= λD/a = 0,45.2,2/1,1 = 0,9mm.
Như vậy, những nội dung trên đây đã giúp chúng ta hiểu được giao thoa ánh sáng đơn sắc là gì, cũng như những bài tập vận dụng liên quan đến kiến thức này. Từ đó, giúp bạn đọc nắm chắc kiến thức về nội dung giao thoa ánh sáng này.
