Bài tập giao thoa ánh sáng trắng là một phần quan trọng trong chương trình Vật lý lớp 12, thường xuất hiện trong các kỳ thi quan trọng như thi tốt nghiệp THPT và tuyển sinh đại học. Những bài tập này không chỉ kiểm tra kiến thức về sóng ánh sáng, mà còn đòi hỏi khả năng tư duy logic và vận dụng công thức linh hoạt. Bài viết này sẽ cung cấp cho bạn những kiến thức nền tảng, phương pháp giải chi tiết và ví dụ minh họa để giúp bạn tự tin chinh phục dạng bài tập này.
Hiểu Rõ Về Giao Thoa Ánh Sáng Trắng
Trước khi đi vào giải bài tập cụ thể, chúng ta cần nắm vững một số khái niệm cơ bản về giao thoa ánh sáng trắng:
- Ánh sáng trắng: Là hỗn hợp của nhiều ánh sáng đơn sắc có bước sóng khác nhau, trải dài từ đỏ (bước sóng lớn nhất) đến tím (bước sóng nhỏ nhất).
- Giao thoa ánh sáng: Là hiện tượng hai hay nhiều sóng ánh sáng kết hợp với nhau, tạo ra các vùng sáng tối xen kẽ trên màn chắn.
- Đặc điểm giao thoa ánh sáng trắng: Khác với ánh sáng đơn sắc, ánh sáng trắng khi giao thoa sẽ tạo ra hệ vân màu sắc, với vân trung tâm là vân trắng, các vân sáng bậc cao sẽ bị loạn màu do các ánh sáng đơn sắc khác nhau có vị trí vân sáng trùng nhau.
Giao thoa ánh sáng trắng
Các Dạng Bài Tập Giao Thoa Ánh Sáng Trắng Thường Gặp
Dưới đây là một số dạng bài tập giao thoa ánh sáng trắng thường gặp:
1. Xác định Vị Trí Vân Sáng, Vân Tối:
- Yêu cầu: Tính toán khoảng cách từ vân sáng (hoặc vân tối) đến vân trung tâm, cho biết bước sóng của ánh sáng đơn sắc, khoảng cách giữa hai khe, và khoảng cách từ hai khe đến màn chắn.
- Công thức:
- Vị trí vân sáng: xs = k. $frac{λ.D}{a}$
- Vị trí vân tối: xt = (k + $frac{1}{2}$). $frac{λ.D}{a}$
- Trong đó:
- x: Khoảng cách từ vân đến vân trung tâm
- λ: Bước sóng ánh sáng
- D: Khoảng cách từ hai khe đến màn chắn
- a: Khoảng cách giữa hai khe
- k: Bậc giao thoa (k = 0, ±1, ±2, …)
2. Xác Định Bước Sóng Ánh Sáng:
- Yêu cầu: Xác định bước sóng của ánh sáng đơn sắc tạo ra vân sáng (hoặc vân tối) tại một vị trí nhất định trên màn chắn.
- Công thức:
- Bước sóng ánh sáng: λ = $frac{x.a}{k.D}$ (với vân sáng) hoặc λ = $frac{x.a}{(k + 1/2).D}$ (với vân tối)
3. Bài Toán Liên Quan Đến Khoảng Vân:
- Yêu cầu: Tính toán khoảng vân (khoảng cách giữa hai vân sáng hoặc hai vân tối liên tiếp), xác định số vân sáng, vân tối trong một khoảng nhất định trên màn chắn.
- Công thức:
- Khoảng vân: i = $frac{λ.D}{a}$
4. Bài Toán Về Giao Thoa Với Ánh Sáng Trắng:
- Yêu cầu: Xác định vị trí các vân sáng trùng nhau của các ánh sáng đơn sắc khác nhau, xác định bậc giao thoa của vân sáng trùng, tính toán số vân sáng đơn sắc trong một khoảng nhất định trên màn chắn.
Hệ vân giao thoa ánh sáng trắng
Ví Dụ Minh Họa
Bài toán: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng trắng bằng khe Y-âng, khoảng cách giữa hai khe là 1mm, khoảng cách từ hai khe đến màn chắn là 2m.
a) Xác định vị trí vân sáng bậc 3 của ánh sáng đỏ (λđỏ = 0.76μm).
b) Tại vị trí vân sáng bậc 3 của ánh sáng đỏ, tìm bước sóng của ánh sáng đơn sắc cho vân sáng trùng với vân sáng bậc 3 của ánh sáng đỏ.
Lời giải:
a) Vị trí vân sáng bậc 3 của ánh sáng đỏ:
xđỏ = k. $frac{λđỏ.D}{a}$ = 3. $frac{0.76.10-6.2}{10-3}$ = 4.56 mm
b) Tại vị trí vân sáng bậc 3 của ánh sáng đỏ, bước sóng của ánh sáng đơn sắc cho vân sáng trùng thỏa mãn:
xđỏ = k’. $frac{λ.D}{a}$
=> λ = $frac{xđỏ.a}{k’.D}$ = $frac{4.56.10-3.10-3}{k’.2}$ = $frac{2.28.10-6}{k’}$
Để λ nằm trong vùng ánh sáng nhìn thấy (0.4μm ≤ λ ≤ 0.76μm), ta thử các giá trị của k’ và tìm được k’ = 4 cho λ = 0.57μm (ánh sáng vàng).
Kết Luận
Bài viết đã cung cấp cho bạn những kiến thức cơ bản, phương pháp giải và ví dụ minh họa chi tiết về bài tập giao thoa ánh sáng trắng. Hy vọng rằng những kiến thức này sẽ giúp bạn tự tin hơn trong việc giải quyết các bài tập liên quan và đạt kết quả cao trong các kỳ thi sắp tới.
Các Câu Hỏi Thường Gặp
1. Làm thế nào để phân biệt vân sáng, vân tối trong giao thoa ánh sáng trắng?
Trong giao thoa ánh sáng trắng, vân trung tâm là vân sáng trắng, các vân sáng bậc cao sẽ bị loạn màu. Để phân biệt vân sáng, vân tối, bạn cần dựa vào màu sắc của vân và vị trí của nó so với vân trung tâm.
2. Tại sao vân sáng bậc cao trong giao thoa ánh sáng trắng bị loạn màu?
Vân sáng bậc cao bị loạn màu là do tại vị trí đó, ánh sáng của các bước sóng khác nhau trùng nhau, tạo nên sự pha trộn màu sắc.
3. Làm thế nào để tính số vân sáng đơn sắc trong một khoảng nhất định trên màn chắn?
Để tính số vân sáng đơn sắc, bạn cần xác định vị trí vân sáng bậc k của ánh sáng đó tại hai đầu của khoảng đã cho, sau đó đếm số nguyên k thỏa mãn.
Bạn cần hỗ trợ?
Liên hệ với chúng tôi:
- Số Điện Thoại: 02033846993
- Email: [email protected]
- Địa chỉ: X2FW+GGM, Cái Lân, Bãi Cháy, Hạ Long, Quảng Ninh, Việt Nam.