Vật lý 12: Lý thuyết giao thoa ánh sáng và bài tập trắc nghiệm

1. Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng

Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng là một hiện tượng ánh sáng không theo định luật truyền thẳng ánh sáng mà con người quan sát được khi ánh sáng đi qua lỗ nhỏ hay là gần mặt phẳng các vật không trong suốt hoặc trong suốt.

Đây là hiện tượng truyền lệch so với sự truyền thẳng khi ánh sáng bị gặp vật cản. Tính chất sóng của ánh sáng được chứng minh qua hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng. Trong chân không mỗi ánh sáng đơn sắc có tần số hoặc bước sóng không được xác định hoàn toàn.

2. Hiện tượng giao thoa ánh sáng là gì?

Chắc hẳn các bạn học sinh đều muốn tìm hiểu lý thuyết giao thoa ánh sáng hay giao thoa ánh sáng là gì. Câu trả lời sẽ được giải đáp chi tiết qua những phần sau về giao thoa ánh sáng vật lý 12.

2.1. Thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng

S đóng vai trò là nguồn phát sóng truyền tới S2, S1 và khi đó, S1, S2 là nguồn phát sóng kết hợp.

Hiện tượng giao thoa ánh sáng là bằng chứng khẳng định ánh sáng có mang tính chất sóng.

2.2. Xác định vị trí các vân sáng, vân tối

Ví dụ cho bước sóng ánh sáng giao thoa gọi là λ, khoảng cách giữa 2 khe S2, S1 là a, khoảng cách từ 2 khe đến màn là D. O được gọi là vị trí vân sáng trung tâm. Chúng ta xét điểm A cách O một đoạn x.

- Khoảng cách điểm A tới nguồn S1 là:

- Khoảng cách từ điểm A tới nguồn S2 là:

• Điều kiện để có vân sáng tại điểm A: d2 - d1 = kλ.

Khoảng cách O đến vân sáng bậc k là xk = kλ D/a (k = 0, ±2, ±1,...)

Ta thấy vị trí O của vân sáng bậc 0: k = 0 ↔ x = 0 (∀ λ), nên O gọi là vân trung tâm.

• Điều kiện để có vân tối tại điểm A: d2 - d1 = (k - 1/2)λ

Khoảng cách từ O đến vân tối k là x'k = (k - 1/2) [(λD)/a] (k = ±1, ±2,...)

Đăng ký ngay để được các thầy cô ôn tập kiến thức và xây dựng lộ trình ôn thi tốt nghiệp THPT hiệu quả, chất lượng nhất

2.3. Khoảng vân

2.3.1. Định nghĩa

Khoảng vân được xác định là khoảng cách giữa 2 vân tối liên tiếp hoặc 2 vân sáng liên tiếp.

2.3.2. Công thức

Công thức tính khoảng vân ký hiệu là i:

i = xk+1 - xk = x'k+1 - x'k = λD/a

2.4. Ứng dụng của giao thoa ánh sáng

Ứng dụng của giao thoa ánh sáng là để đo bước sóng ánh sáng bằng công thức:

λ = $\frac{ai}{D}$

3. Bước sóng ánh sáng và màu sắc

Khoảng cách ngắn nhất giữa 2 điểm dao động cùng pha hay còn là khoảng cách giữa hai đỉnh sóng chính là bước sóng. Viết tắt bằng chữ lamda (λ).

Xét các kết quả thí nghiệm cho ta thấy bước sóng ánh sáng là:

• Ánh sáng đơn sắc có tần số hoặc bước sóng trong chân không hoàn toàn xác định.

• Ánh sáng khả kiến hay ánh sáng nhìn thấy, có bước sóng trong khoảng từ 380 ÷ 760 nm.

Bảng trong chân không nhìn thấy bước sóng của ánh sáng:

Màu

λ(nm)

Màu

λ(nm)

Đỏ

640÷760

Lam

450÷510

Cam

590÷650

Chàm

430÷460

Vàng

570÷600

Tím

380÷440

Lục

500÷575

• Ánh sáng trắng của Mặt trời là tổng hợp của vô số các sự giao thoa của ánh sáng đơn sắc có bước sóng biến thiên từ 0 đến ∞.

• Khi 2 nguồn sáng kết hợp sẽ xảy ra hiện tượng giao thoa ánh sáng:

+) 2 nguồn phải phát ra 2 sóng có cùng bước sóng.

+) Hiệu số pha dao động 2 nguồn phải không đổi theo thời gian.

4. Một số bài tập trắc nghiệm về giao thoa ánh sáng (có đáp án)

Dưới đây là một số bài tập trắc nghiệm về giao thoa ánh sáng nhằm giúp các bạn học hiểu và nắm vững kiến thức này để kỳ thi THPT có kết quả cao.

Câu 1: Khi hai nguồn đó là nguồn nào thì giao thoa sóng ánh sáng quan sát được:

A. Đơn sắc

B. Có cùng màu

C. Kết hợp

D. Có cùng cường độ sáng

Giải:

Khi hai nguồn sáng là hai nguồn kết hợp thì xảy ra hiện tượng giao thoa ánh sáng

Đáp án C

Câu 2: Hai sóng phát ra từ 2 nguồn kết hợp là 2 sóng:

A. Có hiệu số pha ban đầu không đổi và cùng tần số

B. Đồng pha

C. Cùng tần số

D. Hiệu số pha ban đầu thay đổi và đơn sắc

Giải:

Hai nguồn kết hợp phát ra hai sóng có chung tần số và hiệu số pha không đổi theo thời gian

Đáp án A

Câu 3: Ứng dụng hiện tượng giao thoa ánh sáng được trong

A. Đo vận tốc ánh sáng

B. Đo bước sóng của ánh sáng

C. Đo chiết suất môi trường

D. Đo tần số của ánh sáng

Giải:

Giao thoa ánh sáng được ứng dụng cho việc đo bước sóng của ánh sáng

Đáp án B

Câu 4: Công thức áp dụng tính vị trí vân sáng trên màn trong giao thoa ánh sáng là

A. $x=2k\frac{\lambda D}{a}$

B. $x=k+1\frac{\lambda D}{a}$

C. $x=k\frac{\lambda D}{2a}$

D. $x=k\frac{\lambda D}{a}$

Giải:

Vị trí vân sáng trên màn được tính bằng công thức $x=k\frac{\lambda D}{a}$

Đáp án D

Câu 5: Khoảng vân trong thí nghiệm i-âng liên quan đến giao thoa ánh sáng sẽ:

A. Giảm khi khoảng cách màn quan sát và hai khe tăng

B. Giảm khi khoảng cách hai khe tăng

C. Không đổi khi thay đổi khoảng cách màn quan sát và hai khe

D. Tăng khi khoảng cách hai khe tăng

Giải:

Có công thức $I=\frac{\lambda D}{a}$ ⇒ a tăng thì i giảm

Đáp án B

Câu 6: Trong thí nghiệm i-âng, nếu thay ánh sáng đơn sắc màu đỏ thành màu lục còn các điều kiện khác không đổi. Thì trên màn quan sát

A. Không thay đổi khoảng vân

B. Khoảng vân giảm xuống

C. Khoảng vân tăng lên

D. Thay đổi vị trí vân trung tâm

Giải:

Có công thức $I=\frac{\lambda D}{a}$ ⇒ id > il

λd > λl

Như vậy khoảng vân sẽ bị giảm xuống

Đáp án B

Câu 7: Trong thí nghiệm i-âng, nếu thay ánh sáng đó bằng 1 ánh sáng có bước sóng là 0,8 λ còn các điều kiện khác giữ nguyên. Thì khoảng vân trên màn là

A. 0,8i

B. 0,9i

C. 1,8i

D. 1,25i

Giải:

Ta có công thức khoảng vân mới là λ' = 0,8 λ thì i' =$\frac{\lambda D}{a}$ = 0,8i

Đáp án A

Câu 8: Trong thí nghiệm i-âng, nếu thay ánh sáng đó bằng 1 ánh sáng có bước sóng là 0,6 λ còn các điều kiện khác giữ nguyên, thì khoảng vân trên màn là:

A. 0,6i

B. 1,67i

C. 1,6i

D. 0,4i

Giải:

Ta có công thức khoảng vân mới là

λ' = 0,6 λ thì i'=$\frac{\lambda D}{a}$ = 0,6i

Đáp án A

Câu 9: Trong thí nghiệm i-âng, bước sóng có ánh sáng đơn sắc là 600 nm, hai khe hẹp có khoảng cách là 1 mm. Mặt phẳng chứa hai khe cách màn quan sát 2 m. Giá trị của khoảng vân quan sát trên

A. 0,9 mm

B. 0,3 mm

C. 1,5 mm

D. 1,2 mm

Giải

Áp dụng công thức

$i=\frac{\lambda D}{a}=600.10^{-9}.\frac{2}{10^{-3}}=1,2.10^{-3} m=1,2mm$

Đáp án D

Câu 10: Vân sáng bậc hai xuất hiện ở trên màn tại các điểm trong thí nghiệm i-âng mà hiệu đường đi từ hai nguồn đến các điểm đó là:

A. $\frac{\lambda}{4}$

B. $\frac{\lambda}{2}$

C. λ

D. 2 λ

Giải:

Có hiệu đường đi là d2 - d1 = kd

Có vân sáng bậc 2 nên k = 2

⇒ hiệu đường đi là d2 - d1 = 2 λ

Đáp án D

Trên đây toàn bộ kiến thức về giao thoa ánh sáng trong chương trình Vật Lý 12 mà VUIHOC muốn chia sẻ cho các em học sinh. Hy vọng rằng sau bài viết này, các bạn sẽ nắm chắc được kiến thức và hỗ trợ các em học sinh trong quá trình ôn thi Vật Lý tốt nghiệp THPT sắp tới. Để có thêm các kiến thức bổ ích khác, các em hãy truy cập ngay nền tảng học online Vuihoc.vn nhé!

>> Xem thêm:

• “Đánh bại” 25 câu điển hình giao thoa ánh sáng

• Lý thuyết tán sắc ánh sáng và bài tập vận dụng chi tiết

• Lý thuyết các loại quang phổ