Giao thoa ánh sáng: Ý nghĩa và giải thích
Nếu bạn từng nghe đến khái niệm “giao thoa ánh sáng” nhưng chưa hiểu rõ về nó, hãy cùng tìm hiểu. Giao thoa ánh sáng là hiện tượng khi hai chùm ánh sáng có cùng tần số và cùng pha hoặc có độ lệch pha không đổi theo thời gian tương tác với nhau. Khi đó, các điểm trùng pha sẽ giao thoa lại với nhau, tạo ra các vạch sáng, trong khi các điểm trái pha sẽ triệt tiêu nhau, tạo ra các vạch tối.
Định nghĩa và công thức tính khoảng vân
-
Nhiễu xạ ánh sáng: Nhiễu xạ ánh sáng là hiện tượng giao thoa ánh sáng khi đi qua lỗ nhỏ hoặc gặp vật cản. Hiện tượng này là minh chứng cho tính chất sóng của ánh sáng.
-
Hiện tượng giao thoa ánh sáng: Khi hai chùm ánh sáng gặp nhau và có cùng pha, chúng sẽ giao thoa với nhau, tạo ra các vạch sáng. Trái lại, nếu hai chùm ánh sáng gặp nhau và có trái pha, chúng sẽ triệt tiêu và tạo ra các vạch tối.
-
Khoảng vân: Là khoảng cách giữa hai vạch sáng liền kề. Công thức tính khoảng vân là: i = λD / a, trong đó i là khoảng vân, λ là bước sóng của ánh sáng, D là khoảng cách từ nguồn ánh sáng đến màn, và a là khoảng cách giữa hai khe.
Cách giải bài tập giao thoa với ánh sáng đơn sắc
Phương pháp & ví dụ
Dạng 1.1: Vị trí vân sáng, vân tối – khoảng vân
- Khoảng vân: Khoảng cách giữa hai vạch sáng liền kề.
- Vị trí vân sáng bậc k: Tại đó, hai vạch sáng có cùng pha và có khoảng cách Δd = d2 – d1 = k.λ.
- Vị trí vân tối thứ k + 1: Tại đó, hai vạch sáng có trái pha và có khoảng cách Δd = (k + 0,5).λ.
Ví dụ
- Vị trí vân sáng bậc 5 là …
- Vị trí vân tối thứ 4 là …
Dạng 1.2: Khoảng cách giữa các vân
- Loại 1: Khoảng cách giữa các vân cùng bản chất liên tiếp là l = (số vân – 1).i.
- Loại 2: Giữa một vân sáng và một vân tối bất kỳ. Giả sử xét khoảng cách giữa vân sáng bậc k và vân tối thứ k’.
- Loại 3: Xác định vị trí một điểm M bất kỳ trên trường giao thoa cách vân trung tâm một khoảng xM có vân sáng hay vân tối, bậc mấy?
Ví dụ
- Khoảng cách giữa 7 vân sáng liên tiếp là …
- Tìm khoảng cách giữa vân sáng bậc 5 và vân tối thứ 6 là …
Dạng 1.3: Xác định số vân trên trường giao thoa
- Trường giao thoa là khoảng cách L chứa toàn bộ hiện tượng giao thoa.
- Số vân trên trường giao thoa:
- Số vân sáng:
- Số vân tối:
- Số vân sáng, vân tối trong đoạn MN thuộc trường giao thoa nằm 2 bên vân sáng trung tâm:
- Số vân sáng:
- Số vân tối:
- Số vân sáng, tối giữa 2 điểm MN trong đoạn giao thoa nằm cùng phía so với vân sáng trung tâm:
- Số vân sáng:
- Số vân tối:
Ví dụ
- Trong một thí nghiệm về Giao thoa ánh sáng bằng khe I âng, khoảng cách giữa 2 khe s1, s2 là a = 0,35 mm, khoảng cách từ 2 khe đến màn quan sát là D = 1m, bề rộng của vùng có giao thoa là 13,5 mm. Số vân sáng, vân tối quan sát được trên màn là …
Cách giải bài tập giao thoa với ánh sáng đa sắc
Phương pháp & ví dụ
Nhận xét
Khi cho chùm ánh sáng đa sắc chiếu vào khe I-âng để tạo ra giao thoa, trên màn quan sát ta sẽ thấy hệ vân giao thoa của các bức xạ này. Vân trung tâm sẽ là sự chồng chập của các vân sáng bậc k = 0 của các bức xạ này. Trên màn, ta thu được sự chồng chập của các vạch sáng và tối của các bức xạ này.
Dạng 2.1: Vị trí vân sáng trùng
- k1λ1 = k2λ2 = k3λ3 = k4λ4 = …. = knλn với k1, k2, k3,…, kn ∈ Z
- Ví dụ: Hai bức xạ λ1 và λ2 cho vân sáng trùng nhau. Ta có k1λ1 = k2λ2
Dạng 2.2: Khoảng vân trùng
- i12 = mi1 = ni2 = …
- Hoặc i12 = BCNN(i1, i2)
- Ba bức xạ: i12 = BCNN(i1, i2, i3)
Dạng 2.3: Xét cụ thể với chùm sáng gồm 2 bức xạ λ1, λ2
- Loại 1: Vị trí hai vân sáng trùng nhau
- Loại 2: Hai vân tối trùng nhau của hai bức xạ
- Loại 3: Vân sáng của bức xạ này trùng vân tối của bức xạ kia
Ví dụ
- Trong thí nghiệm giao thoa I âng thực hiện đồng thời với 2 ánh sáng đơn sắc khoảng vân giao thoa trên màn lần lượt là: i1 = 0,8mm, i2 = 0,6mm. Biết trường giao thoa rộng: L = 9,6mm. Hỏi số vị trí mà:
- xTλ1 = xSλ2 ( -2,5 ≤ n ≤ 1,5: có 4 vị trí)
- xSλ1 = xTλ2
