Lý Thuyết Giao Thoa Ánh Sáng – Vật Lý 12

Ở bậc trung học cơ sở các em đã được học lý thuyết cơ bản về sự truyền ánh sáng trong các môi trường khác nhau. Ở chương trình vật lý 12, các em sẽ được học một tính chất mới của ánh sáng, đó chính là sự giao thoa ánh sáng. Bài viết dưới đây, Marathon Education sẽ tổng hợp đầy đủ lý thuyết giao thoa ánh sáng - vật lý 12, các em có thể tham khảo làm tài liệu trong ôn tập kiểm tra thi cử.

Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng

Nhiễu xạ ánh sáng là hiện tượng ánh sáng truyền đi không tuân theo định luật truyền thẳng ánh sáng (hay truyền sai lệch so với sự truyền thẳng ánh sáng) khi gặp vật cản.

Thí nghiệm

Thực hiện chiếu một chùm tia Laze qua lỗ tròn nhỏ của màn chắn sáng và bắt đầu quan sát hiện tượng sau màn chắn. Theo lí thuyết truyền thẳng ánh sáng, ta chỉ thu được một chấm (có đường kính bằng lỗ tròn của màn chắn) hiện trên màn quan sát. Tuy nhiên, theo quan sát thực tế, ta thu được một chấm sáng lan rộng hơn lỗ tròn rất nhiều.

Giải thích hiện tượng

Hiện tượng thu được chấm sáng lan rộng là do ánh sáng truyền sai lệch so với sự truyền thẳng ánh sáng khi gặp vật cản. Điều này chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng.

Hiện tượng giao thoa ánh sáng là gì?

Thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng

Thực hiện chiếu ánh sáng từ một đèn D, qua kính lọc sắc K đến nguồn S. Từ nguồn S này, ánh sáng sẽ được chiếu qua hai khe S1 và S2, ở màn quan sát sau hai khe hẹp này ta thu được một hệ gồm các vân sáng, tối xen kẽ nhau. Hiện tượng này được gọi là hiện tượng giao thoa ánh sáng.

Điều kiện để có giao thoa ánh sáng

Để xảy ra hiện tượng giao thoa ánh sáng, cần hội đủ 2 điều kiện như sau:

• Nguồn sáng S là nguồn kết hợp, khi đó ánh sáng từ các khe hẹp S1 S2 cũng là sóng kết hợp thì mới có thể giao thoa được với nhau.
• Khoảng cách giữa hai khe S1 và S2 phải rất nhỏ so với khoảng cách từ hai khe đến màn quan sát.

Cách xác định vị trí vân sáng, vân tối

Trong thí nghiệm Young, đặt:

• a là khoảng cách giữa hai nguồn S1 và S2
• D là khoảng cách từ hai nguồn S1S2 đến màn quan sát
• x là vị trí của một vân sáng (tối) mà ta quan sát được
• d1 là khoảng cách từ nguồn S1 đến M
• d2 là khoảng cách từ nguồn S2 đến M

Khi đó:

• Nếu tại M là vân sáng thì:

Với k là vân sáng bậc k, k ∈ (0; ±1; ±2; ±3;…)

• Nếu tại M là vân tối thì:

Với k là vân tối thứ k+1, k ∈ (0; ±1; ±2; ±3;…)

Cách xác định vân tối vân sáng như sau:

• Vị trí vân sáng:

Lưu ý: k = 0 là vị trí vân sáng trung tâm

• Vị trí vân tối

Trong đó k = 0 hoặc các số nguyên.

• Nếu k > 0 thì k là vị trí vân tối thứ k + 1
• Nếu k < 0 thì k là vân tối thứ -k
• Khoảng vân

Khoảng vân là khoảng cách giữa hai vân sáng liên tiếp hoặc hai vân tối liên tiếp nhau. Khoảng vân ký hiệu là i.

Công thức tính khoảng vân:

Ứng dụng

Hiện tượng giao thoa ánh sáng được ứng dụng để đo bước sóng ánh sáng theo công thức:

Trong đó:

• a là khoảng cách giữa hai nguồn giao thoa
• d là khoảng cách từ hai nguồn giao thoa đến màn
• i là khoảng vân (có thể đếm được trên màn quan sát)

Với công thức này, chúng ta có thể xác định được bước sóng của các ánh sáng đơn sắc có màu sắc khác nhau.

Bước sóng ánh sáng và màu sắc

• Mỗi ánh sáng đơn sắc trong môi trường chân không sẽ có một bước sóng xác định.
• Các ánh sáng gây ra được cảm giác sáng là các ánh sáng đơn sắc có bước sóng trong khoảng từ 380nm cho đến 760nm tương ứng từ màu tím cho tới màu đỏ trên quang phổ). Những ánh sáng này còn được gọi là ánh sáng khả biến - ánh sáng nhìn thấy được
• Ánh sáng trắng phát ra từ Mặt Trời là hỗn hợp của vô số ánh sáng đơn sắc có bước sóng biến thiên liên tục từ 0 đến vô cùng. Các bức xạ có bước sóng trong khoảng 380nm đến 760nm có thể giúp cho mắt nhìn thấy mọi vật và có thể phân biệt được màu sắc.
• Bảng bước sóng của ánh sáng trong chân không điển hình như sau:

Tham khảo ngay các khoá học online của Marathon Education

Sự giao thoa ánh sáng là hiện tượng thú vị thường thấy trong môi trường tự nhiên và trong cuộc sống hằng ngày. Để có thể nhớ nội dung hay những công thức liên quan đến chủ đề thú vị này, các em nên học kỹ lí thuyết và thường xuyên làm bài tập nhiều hơn. Các em hãy đăng ký học trực tuyến Toán - Lý - Hóa - Văn cùng với Marathon Education ngay hôm nay để học tập một cách hiệu quả.