Bài giảng Vật lí Khối 12 - Bài 25: Giao thoa ánh sáng (Bản đẹp)

Chương V: 
 SÓNG ÁNH SÁNG 
Baøi 25 
GIAO THOA ÁNH SÁNG 
Mét sè hiÖn t­îng th­êng gÆp 
O 
M 
M’ 
Nguồn 
Phương truyền sóng 
O 
M 
M’ 
Sóng nhiễu xa ̣ 
Sóng không nhiễu xa ̣ 
Sóng nhiễu xa ̣ qua một khe rộng 
Sau khi đi qua khe , sóng đi theo phương như thê ́ nào ? 
Sau khi qua khe , sóng không đi theo đường thẳng OM va ̀ OM’ mà hơi lệch sang 2 cạnh khe 
Nếu thu hẹp khe dần thi ̀ hiện tượng xảy ra như thê ́ nào ? 
Sóng lệch khỏi phương truyền thẳng càng ro ̃ 
Sóng nhiễu xa ̣ qua một khe rất hẹp 
Nếu khe hơ ̉ có kích thước nho ̉ hơn bước sóng thi ̀ hiện tượng xảy ra như thê ́ nào ? 
Sau khi qua khe , sóng có dạng hình tròn giống như chính khe đo ́ là một tâm phát sóng mới . 
Sóng nhiễu xa ̣ 
I. Hịên tượng nhiễu xạ áng sáng : 
* Hiện tượng truyền sai lệch so với sự truyền thẳng khi ánh sáng gặp vật cản gọi là hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng . 
* Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng chỉ có thể giải thích được nếu thừa nhận ánh sáng có tính chất sóng . Mỗi chùm sáng đơn sắc coi như một sóng có bước sóng xác định . 
 II . HiÖn t­îng giao thoa ¸ nh s¸ng . 
1. ThÝ nghiÖm I©ng vÒ hiÖn t­îng giao thoa ¸ nh s¸ng . 
a- Dông cô . 
- § Ìn chiÕu s¸ng § . 
- Mµn ch¾n M 1 cã khe hÑp S . 
- Mµn ch¾n M 2 ® Æt song song M 1 , cã hai khe hÑp S 1 &S 2 rÊt gÇn nhau vµ cïng song song víi S . 
b- TiÕn tr×nh thÝ nghiÖm . 
- Sö dông ¸ nh s¸ng ®¬n s¾c ®á. 
- C¸c tÊm kÝnh läc s¾c F 
§ 
 M 1 
S 
 M 2 
S 1 S 2 
F 
* HiÖn t­îng quan s¸t ®­ îc . 
 Cã mét vïng s¸ng hÑp trong ®ã xuÊt hiÖn nh÷ng v¹ch s¸ng ®á & nh÷ng v¹ch tèi xen kÏ nhau ® Òu ® Æn . 
Giao thoa với ánh sáng đơn sắc vàng 
Giao thoa với ánh đơm sắc tím 
Giao thoa với ánh sáng đơn sắc đỏ 
- Sö dông ¸ nh s¸ng tr¾ng. 
* HiÖn t­îng quan s¸t ®­ îc . 
 Mét v¹ch s¸ng tr¾ng ë chÝnh gi÷a , hai bªn cã nh÷ng d¶i mµu nh ­ cÇu vång , tÝm ë trong , ®á ë ngoµi . 
Ta gäi nh÷ng v¹ch s¸ng tèi ë trªn lµ v©n giao thoa 
F 
M 1 
M 2 
F 1 
F 2 
 * Víi ¸ nh s¸ng ®¬n s¾c. 
* Víi nguån s¸ng tr¾ng. 
- ¸ nh s¸ng tr¾ng lµ tËp hîp cña v« sè c¸c ¸ nh s¸ng ®¬n s¾c kh¸c nhau cã mµu biÕn thiªn liªn tôc tõ ®á ® Õn tÝm . 
o 
V©n tr¾ng chÝnh gi÷a 
 NÕu thõa nhËn ¸ nh s¸ng cã tÝnh chÊt sãng . 
- Khi ánh sáng truyền đến khe F thì khe F trở thành nguồn phát sóng ánh sáng 
- Khi ánh sáng truyền đến F 1 ,F 2 thì F 1 , F 2 trở thành hai nguồn phát sóng ánh sáng , hai nguồn này là hai nguồn kết hợp . Khi gặp gặp nhau chúng giao thoa nhau 
+ Những vạch sáng là những chổ hai sóng tăng cường lẫn nhau 
 + Những vạch tối là những chổ hai sóng triệt tiêu nhau 
2. Gi¶i thÝch hiÖn t­îng . 
II. HIỆN TƯỢNG GIAO THOA ÁNH SÁNG 
2. Vị trí các vân sáng 
F 1 
a 
I 
O 
A 
x 
M 
D 
F 2 
H 
Đặt : 
a = F 1 F 2. ; IF 1 = IF 2 d1 
d 1 = F 1 A ; d 2 = F 2 A d2 
x = OA ; D = IO 
Hiệu đường đi : 
 Vị trí các vân sáng : 
 D 
a 
x s = k 
Vân tối : 
Từ (1) và (3)=> 
( k’ = 0; ± 1) 
k’ = 0 gọi là vân tối thứ 1 , k’= ± 1 là vân tối thứ 2 .. 
 Từ (1) và (2) Suy ra : Caùc “ vaân saùng ” caùch O moät khoaûng : a 
 ( k = 0; ± 1) 
 k : gọi là bậc giao thoa 
 k=0 gọi là vân sáng trung tâm , gọi là vân sáng bậc 1 . 
3. Khoảng vân : 
i 
i 
a. Định nghĩa : khoảng vân i là khỏang cách giữa hai vân sáng hoặc hai vân tối liên tiếp nhau . 
b. Công thức : 
4. Ứng dụng : 
Đo bước sóng ánh sáng . Nếu ta đo được D, a, i thì ta xác định được λ bằng công thức 
III. Bước sóng ánh sáng và màu sắc ánh sáng : 
Mỗi ánh sáng đơn sắc có một bước sóng trong chân không xác định . 
Các ánh sáng có bước song từ 380nm(0,38 đến 760nm( 0,76 ) gọi là ánh sáng nhìn thấy ( ánh sáng khả kiến ) 
Ánh sáng Mặt Trời là hỗn hợp của vô số ánh sáng đơn sắc có bước song liên tục từ 0 đến ∞ 
* Điều kiện về nguồn kết hợp trong hiện tượng giao thoa ánh sáng : 
Hai nguồn phát ra phải hai sóng ánh sáng có cùng bước sóng . 
Hiệu pha số dao động của hai nguồn phải không đổi theo thời gian 
* HiÖn t­îng giao thoa ¸ nh s¸ng th­êng gÆp . 
- ¸ nh s¸ng ph¶n x¹ trªn c¸c v¸ng dÇu , mì , mÆt ® Üa CD hoÆc bong bãng xµ phßng cã mµu s¾c sÆc sì . 
S 
A 
B 
C 
S 1 
S 2 
Caùc maøu saéc saëc sôõ ôû caùc vaùng daàu , bong boùng xaø phoøng , , laø hieän töôïng giao thoa aùnh saùng traéng . Xaûy ra do söï giao thoa cuûa caùc tia phaûn xaï ôû lôùp treân vaø lôùp döôùi cuûa chuùng 
Lieân heä thöïc teá 
S 
S’ 
 HiÖn t­îng giao thoa ¸ nh s¸ng lµ mét b»ng chøng thùc nghiÖm quan träng kh¼ng ® Þnh ¸ nh s¸ng cã tÝnh chÊt sãng . 
C©u tiÕp theo 
C©u hái :1 
 KÕt luËn quan träng nhÊt rót ra tõ thÝ nghiÖm I©ng lµ? 
 A- ¸ nh s¸ng tr¾ng lµ hçn hîp cña v« sè c¸c ¸ nh s¸ng ®¬n s¾c kh¸c nhau cã mµu biÕn thiªn liªn tôc tõ ®á ® Õn tÝm . 
 B - Lµ b»ng chøng thùc nghiÖm quan träng kh¼ng ® Þnh ¸ nh s¸ng cã tÝnh chÊt sãng . 
 C - Gi¶i thÝch ®­ îc sù h×nh thµnh v©n s¸ng xen kÏ v©n tèi ® Òu ® Æn , khi lµm thÝ nghiÖm víi ¸ nh s¸ng ®¬n s¾c vµ d¶i s¸ng mµu biÕn ® æi liªn tôc khi lµm thÝ nghiÖm víi ¸ nh s¸ng tr¾ng. 
H·y chän ®¸p ¸n ® óng 
A 
B 
C 
 KÕt luËn quan träng nhÊt rót ra tõ thÝ nghiÖm I©ng lµ g×? 
 A- ¸ nh s¸ng tr¾ng lµ hçn hîp cña v« sè c¸c ¸ nh s¸ng ®¬n s¾c kh¸c nhau cã mµu biÕn thiªn liªn tôc tõ ®á ® Õn tÝm . 
 B - Lµ b»ng chøng thùc nghiÖm quan träng kh¼ng ® Þnh ¸ nh s¸ng cã tÝnh chÊt sãng . 
 C – Gi¶i thÝch ®­ îc sù h×nh thµnh v©n s¸ng xen kÏ v©n tèi ® Òu ® Æn , khi lµm thÝ nghiÖm víi ¸ nh s¸ng ®¬n s¾c vµ d¶i s¸ng mµu biÕn ® æi liªn tôc khi lµm thÝ nghiÖm víi ¸ nh s¸ng tr¾ng. 
KÕt qu ¶ 
Ch­a ® óng , h·y ® äc l¹i c©u hái . 
C©u hái :1 
A 
 KÕt luËn quan träng nhÊt rót ra tõ thÝ nghiÖm I©ng lµ g×? 
 A- ¸ nh s¸ng tr¾ng lµ hçn hîp cña v« sè c¸c ¸ nh s¸ng ®¬n s¾c kh¸c nhau cã mµu biÕn thiªn liªn tôc tõ ®á ® Õn tÝm . 
 B - Lµ b»ng chøng thùc nghiÖm quan träng kh¼ng ® Þnh ¸ nh s¸ng cã tÝnh chÊt sãng . 
 C - Gi¶i thÝch ®­ îc sù h×nh thµnh v©n s¸ng xen kÏ v©n tèi ® Òu ® Æn , khi lµm thÝ nghiÖm víi ¸ nh s¸ng ®¬n s¾c vµ d¶i s¸ng mµu biÕn ® æi liªn tôc khi lµm thÝ nghiÖm víi ¸ nh s¸ng tr¾ng. 
KÕt qu ¶ 
B 
RÊt tèt , hoµn toµn chÝnh x¸c . 
C©u hái :1 
 KÕt luËn quan träng nhÊt rót ra tõ thÝ nghiÖm I©ng lµ g×? 
 A- ¸ nh s¸ng tr¾ng lµ hçn hîp cña v« sè c¸c ¸ nh s¸ng ®¬n s¾c kh¸c nhau cã mµu biÕn thiªn liªn tôc tõ ®á ® Õn tÝm . 
 B - Lµ b»ng chøng thùc nghiÖm quan träng kh¼ng ® Þnh ¸ nh s¸ng cã tÝnh chÊt sãng . 
 C - Gi¶i thÝch ®­ îc sù h×nh thµnh v©n s¸ng xen kÏ v©n tèi ® Òu ® Æn , khi lµm thÝ nghiÖm víi ¸ nh s¸ng ®¬n s¾c vµ d¶i s¸ng mµu biÕn ® æi liªn tôc khi lµm thÝ nghiÖm víi ¸ nh s¸ng tr¾ng. 
KÕt qu ¶ 
Ch­a chÝnh x¸c . 
C 
C©u hái :1 
C©u hái :2 
 Trong thÝ nghiÖm I © ng , n¨ng l­îng ¸ nh s¸ng : 
 A- Kh«ng ®­ îc b¶o toµn , v× v©n s¸ng l¹i s¸ng h¬n nhiÒu so víi khi kh«ng cã giao thoa . 
 B- Kh«ng ®­ îc b¶o toµn v×, ë chç v©n tèi ¸ nh s¸ng céng ¸ nh s¸ng l¹i thµnh bãng tèi . 
 C- VÉn ®­ îc b¶o toµn , nh­ng ®­ îc ph©n phèi l¹i, phÇn bít ë chç v©n tèi ®­ îc chuyÓn sang cho v©n s¸ng . 
H·y chän ®¸p ¸n ® óng 
A 
B 
C 
C©u hái :2 
 Trong thÝ nghiÖm I © ng , n¨ng l­îng ¸ nh s¸ng : 
 A- Kh«ng ®­ îc b¶o toµn , v× v©n s¸ng l¹i s¸ng h¬n nhiÒu so víi khi kh«ng cã giao thoa . 
 B- Kh«ng ®­ îc b¶o toµn v×, ë chç v©n tèi ¸ nh s¸ng céng ¸ nh s¸ng l¹i thµnh bãng tèi . 
 C- VÉn ®­ îc b¶o toµn , nh­ng ®­ îc ph©n phèi l¹i, phÇn bít ë chç v©n tèi ®­ îc chuyÓn sang cho v©n tèi 
KÕt qu ¶ 
Ch­a chÝnh x¸c . 
A 
C©u hái :2 
 Trong thÝ nghiÖm I © ng , n¨ng l­îng ¸ nh s¸ng : 
 A- Kh«ng ®­ îc b¶o toµn , v× v©n s¸ng l¹i s¸ng h¬n nhiÒu so víi khi kh«ng cã giao thoa . 
 B- Kh«ng ®­ îc b¶o toµn v×, ë chç v©n tèi ¸ nh s¸ng céng ¸ nh s¸ng l¹i thµnh bãng tèi . 
 C- VÉn ®­ îc b¶o toµn , nh­ng ®­ îc ph©n phèi l¹i, phÇn bít ë chç v©n tèi ®­ îc chuyÓn sang cho v©n tèi 
KÕt qu ¶ 
RÊt ®¸ ng tiÕc , ch­a chÝnh x¸c . 
B 
C©u hái :2 
 Trong thÝ nghiÖm I © ng , n¨ng l­îng ¸ nh s¸ng : 
 A- Kh«ng ®­ îc b¶o toµn , v× v©n s¸ng l¹i s¸ng h¬n nhiÒu so víi khi kh«ng cã giao thoa . 
 B- Kh«ng ®­ îc b¶o toµn v×, ë chç v©n tèi ¸ nh s¸ng céng ¸ nh s¸ng l¹i thµnh bãng tèi . 
 C- VÉn ®­ îc b¶o toµn , nh­ng ®­ îc ph©n phèi l¹i, phÇn bít ë chç v©n tèi ®­ îc chuyÓn sang cho v©n tèi 
KÕt qu ¶ 
C 
 RÊt xuÊt s¾c. 
Caâu 3 : Choïn caùc caâu sai 
Hai nguoàn saùng keát hôïp laø hai nguoàn phaùt caùc soùng aùnh saùng hoaøn toaøn gioáng nhau , coù cuøng taàn soá , cuøng bieân ñoä vaø cuøng pha . 
AÙnh saùng ñôn saéc laø aùnh saùng khoâng bò taùn saéc khi truyeàn qua laêng kính . 
Giao thoa laø keát quaû cuûa söï choàng chaäp leân nhau cuûa 2 soùng coù cuøng taàn soá , vaø coù ñoä leäch pha khoâng ñoåi hoaëc baèng 0. 
Giao thoa laø hieän töôïng ñaëc tröng cho quaù trình truyeàn soùng , chæ coù caùc soùng aùnh saùng môùi coù theå giao thoa taïo neân caùc vaân toái xen keû vôùi caùc vaân saùng . 
Caâu sai laø caâu 1 vì 2 nguoàn phaùt saùng : 
Khoâng nhaát thieát phaûi cuøng bieân ñoä . 
Chæ caàn ñoä leäch pha khoâng ñoåi theo thôøi gian 
Caâu 4 : 
Neáu trong thí nghieäm giao thoa Young , hai nguoàn saùng phaùt aùnh saùng ña saéc goàm 3 ñôn saéc : Ñoû , vaøng , xanh luïc , thì trong quang phoå baäc moät , tính töø vaân saùng trung taâm ñi ra . ta thaáy coù caùc ñôn saéc theo thöù töï : 
a. Ñoû , vaøng , luïc 
b. Vaøng , luïc , ñoû 
c. Luïc , vaøng , ñoû 
d. Luïc , ñoû , vaøng 
Do daûi maøu ñoû , cam , vaøng , luïc , lam , chaøm , tím coù : 
Ño û xa vaân saùng trung taâm nhaát 
Thöù töï ñeán vaøng vaø luïc gaàn vaân saùng trung taâm hôn 
Caâu 5 : 
 Thí nghieäm giao thoa Young vôùi aùnh saùng traéng , treân neàn caùc quang phoå lieân tuïc coù daûi maøu nhö ôû caàu voàng maø ta laïi khoâng thaáy coù vaân toái laø vì : 
a. Khoâng thoûa ñieàu kieän ñeå hieän töôïng giao thoa aùnh saùng traéng cho vaân toái . 
b. Coù vaân toái nhöng bò caùc vaân saùng cuûa caùc ñôn saéc khaùc ñeø leân . 
c. Trong aùnh saùng traéng khoâng coù maøu ñen . 
d. Thí nghieäm naøy khoâng coù nhöng thí nghieäm khaùc coù theå coù . 
Chuaån bò cho baøi sau 
BAØI TAÄP 
- Làm các bài tập trong SBT VL 12 trang 125 
- Bài tập trong SBT