Các dạng bài tập Sóng ánh sáng có lời giải

Các dạng bài tập Sóng ánh sáng có lời giải

Phần Sóng ánh sáng Vật Lí lớp 12 sẽ tổng hợp Lý thuyết, các dạng bài tập chọn lọc có trong Đề thi THPT Quốc gia và trên 400 bài tập trắc nghiệm có lời giải. Vào Xem chi tiết để theo dõi các dạng bài Sóng ánh sáng hay nhất tương ứng.

Bài tập trắc nghiệm Sóng ánh sáng

Cách giải bài tập Tán sắc qua lăng kính

1. Phương pháp

+ Áp dụng những công thức của lăng kính :

sini1 = nsinr1 ; sini2 = nsinr2 ;
A = r1 + r2 ; D = i2 + i2 – A .
Khi i1 = i2 ( r1 = r2 ) thì D = Dmin với

+ Trường hợp góc chiết quang A và góc tới i1 đều nhỏ ( ≤ 100 ), ta có những công thức gần đúng : i1 = nr1 ; i2 = nr2 ; A = r1 + r2 ; D = ( n – 1 ) A ; Dmin = A ( n – 1 ) .
Trong một số ít trường hợp khác, ta cần giải 1 số ít bài toán tương quan đến định luật phản xạ : i = i ’, định luật khúc xạ : n1sini1 = n2sini2 .

2. Ví dụ

Ví dụ 1: Bước sóng của ánh sáng đỏ trong không khí là 0,64 μm. Tính bước sóng của ánh sáng đó trong nước biết chiết suất của nước đối với ánh sáng đỏ là 4/3 .

Hướng dẫn:

Ta có:

Ví dụ 2: Một chùm ánh sáng hẹp, đơn sắc có bước sóng trong chân không là λ = 0,60 μm. Xác định chu kì, tần số của ánh sáng đó. Tính tốc độ và bước sóng của ánh sáng đó khi truyền trong thủy tinh có chiết suất n = 1,5.

Hướng dẫn:

Ta có

Ví dụ 3: Một lăng kính có góc chiết quang là 60ο. Biết chiết suất của lăng kính đối với ánh sáng đỏ là 1,5. Chiếu tia sáng màu đỏ vào mặt bên của lăng kính với góc tới 60ο. Tính góc lệch của tia ló so với tia tới.

Ta có :

⇒ r1 = 35,3 ο ⇒ r2 = A – r1 = 24,7 ο ; sini2 = nsinr2 = 0,63 = sin38, 0 ο
⇒ i2 = 38,8 ο ⇒ D = i2 + i2 – A = 38,8 ο .

Cách giải bài tập Giao thoa với ánh sáng đơn sắc

A. Phương pháp & Ví dụ

Dạng 1.1. Vị trí vân sáng, vân tối – khoảng vân

a – Khoảng vân : là khoảng cách giữa 2 vân sáng liền kề
i = λD / a ( i nhờ vào λ ⇒ khoảng chừng vân của những ánh sáng đơn sắc khác nhau là khác nhau với cùng một thí nghiệm ) .
b – Vị trí vân sáng bậc k : Tại đó ứng với Δd = d2 – d1 = k. λ, đồng thời 2 sóng ánh sáng truyền tới cùng pha

Để A là vân sáng TT thì
k = 0 hay d = 0
k = 0 : ứng với vân sáng TT
k = 1 : ứng với vân sáng bậc 1
… … … …
k = n : ứng với vân sáng bậc n .
c – Vị trí vân tối thứ k + 1 : Tại đó ứng với Δd = ( k + 0,5 ). λ. Là vị trí hai sóng ánh sáng truyền tới ngược pha nhau .

Hay vân tối thứ k:

Ví dụ

Vị trí vân sáng bậc 5 là:

Vị trí vân tối thứ 4:

Dạng 1.2. Khoảng cách giữa các vân

Loại 1 – Khoảng cách vân cùng thực chất liên tục : l = ( số vân – 1 ). i
Ví dụ : khoảng cách giữa 7 vân sáng liên tục : l = ( 7 – 1 ). i = 6 i
Loại 2 – Giữa một vân sáng và một vân tối bất kể :
Giả sử xét khoảng cách vân sáng bậc k và vân tối thứ k ’, vị trí :

Nếu :

    + Hai vân cùng phía so với vân trung tâm:

    + Hai vân khác phía so với vân trung tâm:

– Khoảng cách giữa vân sáng và vân tối liền kề là : i / 2 nên vị trí vân tối những thứ liên tục được xác lập : xt = ki / 2 ( với k lẻ : 1,3,5,7, …. )
VD : Tìm khoảng cách giữa vân sáng bậc 5 và vân tối thứ 6
Giải :

Ta có

+ Nếu hai vân cùng phía so với vân trung tâm :

+ Nếu hai vân khac phía so với vân trung tâm :

Loại 3 – Xác định vị trí một điểm M bất kể trên trường giao thoa cách vân trung tâm một khoảng chừng xM có vân sáng hay vân tối, bậc mấy ?

    + Lập tỉ số:

Nếu n nguyên, hay n ∈ Z, thì tại M có vân sáng bậc k = n .
Nếu n bán nguyên hay n = k + 0,5 với k Z, thì tại M có vân tối thứ k + 1

Ví dụ

Ví dụ: Một khe hẹp F phát ánh sáng đơn sắc bước sóng λ = 600nm chiếu sáng hai khe song song với F và cách nhau 1m. Vân giao thoa được quan sát trên một màn M song song với màn phẳng chứa F1 và F2 và cách nó 3m. Tại vị trí cách vân trung tâm 6,3m có

A. Vân tối thứ 4 B. Vân sáng bậc 4 C. Vân tối thứ 3 D. Vân sáng bậc 3

Hướng dẫn:

Ta cần xét tỉ số x / i
Khoảng vân i = λD / a = 1,8 mm, ta thấy 6,3 / 1,8 = 3,5 là 1 số ít bán nguyên nên tại vị trí cách vân trung tâm 6,3 mm là một vân tối
Mặt khác xt = ( k + 0,5 ) i = 6,3 nên ( k + 0,5 ) = 3,5 nên k = 3. Vậy tại vị trí cách vân trung tâm 6,3 mm là một vân tối thứ 4 vậy chọn đáp án A

Dạng 1.3. Xác định số vân trên trường giao thoa

– Trường giao thoa xét là chiều rộng của khu vực chứa hàng loạt hiện tượng kỳ lạ giao thoa hứng được trên màn – kí kiệu L .
– Số vân trên trường giao thoa :

    + Số vân sáng:

    + Số vân tối:

– Số vân sáng, vân tối trong đoạn MN, với 2 điểm M, N thuộc trường giao thoa nằm 2 bên vân sáng TT :

    + 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 TT :

    + Số vân sáng:

    + Số vân tối:

Với M, N không phải là vân sáng .

Ví dụ

Ví dụ: Trong một thí nghiệm về Giao thoa anhs sáng bằng khe I âng với ánh sáng đơn sắc λ = 0,7 μ m, 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:

A : 7 vân sáng, 6 vân tối ; B : 6 vân sáng, 7 vân tối .
C : 6 vân sáng, 6 vân tối ; D : 7 vân sáng, 7 vân tối .

Hướng dẫn:

Ta có khoảng chừng vân

Số vân sáng :

Do phân thập phân của L / 2 i là 0,375 < 0,5 nên số vạch tối là NT = Ns – 1 = 6 Số vạch tối là 6, số vạch sáng là 7. đáp án A .

Cách giải bài tập Giao thoa với ánh sáng đa sắc

A. Phương pháp & Ví dụ

Nhận xét

Khi cho chùm đa sắc gồm nhiều bức xạ chiếu vào khe Y-âng để tạo ra giao thoa. Trên màn quan sát được hệ vân giao thoa của những bức xạ trên. Vân trung tâm là sự chồng chập của những vân sáng bậc k = 0 của những bức xạ này. Trên màn thu được sự chồng chập : của những vạch sáng trùng nhau, những vạch tối trùng nhau hoặc vạch sáng trùng vạch tối giữa những bức xạ này .
Ta có : Giao thoa của hai hay nhiều bức xạ :

Dạng 2.1. Vị trí vân sáng trùng:

k1i1 = k2i2 ⇒ … ⇒ k1 λ1 ⇒ k2 λ2

Hoặc ta hoàn toàn có thể xác lập : Vị trí vân sáng của những bức xạ đơn sắc trùng nhau

k1λ1 = k2λ2 = k3λ3 = k4λ4 = …. = knλn với k1, k2, k3, …, kn ∈ Z
Dựa vào phương trình biện luận chọn những giá trị k thích hợp, thường thì chọn k là bội số của số nguyên nào đó .
Ví dụ :
Hai bức xạ λ1 và λ2 cho vân sáng trùng nhau. Ta có k1λ1 = k2λ2 ⇒

Vì k1, k2 là những số nguyên, nên ta chọn được k2 là bội của 6 và k1 là bội của 5
Có thể lập bảng như sau :

Dạng 2.2. Khoảng vân trùng

( khoảng cách nhỏ nhất giữa hai vân cùng màu với vân trung tâm ) :
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. Ngoài cách tổng quát trên ta có thể làm như sau:

+ Số vạch trùng quan sát được. Số vạch sáng quan sát được :
Khi có giao thoa : Vị trí vân sáng :

Khi 2 vân sáng của 2 bức xạ trùng nhau :


+ Số vạch trùng quan sát được trên trường giao thoa L :

mỗi giá trị n → 1 giá trị k ⇒ số vạch sáng trùng là số giá trị n thỏa mãn nhu cầu ( * ) .

+ Xét số vân trùng trên MN− ∈ L:

xM ≤ x ≡ ≤ xN (xM < xN; x là tọa độ) ⇒ khoảng n ⇒số giá trị n là số vân sáng trùng thuộc + Xét số vân trùng trên MN−.

Chú ý : Nếu M, N là vân sáng trùng ⇒ dùng dấu “ = „ .
+ Số vạch quan sát được trên trường L :

    + Số vạch quan sát được trên MN− L:

( Nhớ quan tâm M, N có phải là vân sáng trùng không )

Ví dụ

Ví dụ : Trong thí nghiệm về giao thoa ánh sáng qua khe I-Âng có a= 2mm D=2m, nguồn sáng gồm hai bức xạ λ1 = 0,5μm, λ2 = 0,4μm. Tìm số vân sáng quan sát được trên trường giao thoa ?

Hướng dẫn:

Ta có :

+ Bậc trùng nhau của từng bức xạ và vị trí trung nhau :
BT trên ; Tìm khoảng cách giữa 2 vân sáng trùng nhau gần nhau nhất ?

Nhận xét : Khoảng cách giữa 2 vân sáng trùng nhau liên tục là như nhau và là 4 i1 hay 5 i2 .
Trong bài này là

Loại 2: Hai vân tối trùng nhau của hai bức xạ:

– Khi vân tối của 2 bức xạ trùng nhau :


Vị trí trùng : x
xT ≡ nằm trong vùng khảo sát :

+ Số vân xT ≡ trong trường giao thoa :

Số giá trị của n thỏa mãn nhu cầu ( ∗ ) ⇒ số vân tối trùng trong trường giao thoa .

    + Số vân xT≡ trong miền MN−L:

xM ≤ xT ≡ ≤ xN ( xM ; xN là tọa độ và xM < xN ( ∗ ∗ )

Số vân tối trùng trong vùng MN− là số giá trị n thỏa mãn (∗∗)

Ví dụ

Ví dụ: Trong thí nghiệm giao thoa I âng thực hiện đồng thời hai bức xạ đơn sắc với khoảng vân trên màn thu được lần lượt là: i1 = 0,5mm; i2 = 0,3mm. Biết bề rộng trường giao thoa là 5mm, số vị trí trên trường giao thoa có 2 vân tối của hai hệ trùng nhau là bao nhiêu?

Hướng dẫn:

Khi 2 vân tối trùng nhau :


⇒ có 4 vị trí vân tối trùng nhau trên trường giao thoa L .

Loại 3: Vân sáng của bức xạ này trùng vân tối của bức xạ kia.

– Giả sử :



⇒ số vân sáng trùng vân tối là số giá trị của n thỏa mãn nhu cầu biểu thức này
Chú ý : Có thể xét xTλ1 = xTλ2

Ví dụ

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 i1 = 0,8mm, i2 = 0,6mm. Biết trường giao thoa rộng: L = 9,6mm. Hỏi số vị trí mà :

a ) xTλ1 = xSλ2. ( – 2,5 ≤ n ≤ 1,5 : có 4 vị trí )
b ) xSλ1 = xTλ2

Hướng dẫn:

Xem thêm những dạng bài tập Vật Lí lớp 12 có trong đề thi THPT Quốc gia khác :

Giới thiệu kênh Youtube VietJack

Ngân hàng trắc nghiệm miễn phí ôn thi THPT Quốc Gia tại khoahoc.vietjack.com

Source: https://mix166.vn
Category: Hỏi Đáp