Bài 25: Nhiễu Xạ Ánh Sáng - Giao Thoa Ánh Sáng

I. Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng:

+ Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng là hiện tượng ánh sáng không tuân theo định luật truyền thẳng, quan sát được khi ánh sáng đi qua lỗ nhỏ hoặc gần mép những vật có kích thước, trong suốt hoặc không trong suốt.

+ Giải thích: Do ánh sáng có tính chất sóng, lỗ nhỏ được chiếu sáng có vai trò như một nguồn phát sóng ánh sáng mới.

II. Thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng:

1) Bố trí thí nghiệm như hình vẽ:

+ Đ: đèn phát ra ánh sáng trắng

+ F: kính lọc màu (đỏ)

+ M: màn chắn có khe hẹp S

+ M': màn chắn có hai khe hẹp S1 và S2 rất gần nhau S1 // S2 // S.

+ Màn E đặt song song màn M’ có một vùng sáng hẹp trong đó xuất hiện những vạch sáng đỏ và các vạch tối xen kẽ nhau, song song với khe S.

2) Giải thích:

* Hiện tượng giao thoa chỉ có thể giải thích được nếu thừa nhận ánh sáng có tính chất sóng.

*Ánh sáng từ đèn Đ chiếu tới khe S làm cho khe này trở thành nguồn phát sáng, lan tỏa về phía hai khe S1 và S2. Hai sóng ánh sáng phát ra từ hai nguồn S1 và S2 là hai sóng kết hợp vì:

+ Có cùng tần số với sóng ánh sáng do nguồn S phát ra.

+ Có độ lệch pha không đổi (do khoảng cách từ S đến S1 và S2 không đổi).

* Tại chỗ hai chùm sáng này chồng lên nhau có hiện tượng giao thoa, tạo ra những vân sáng và những vân tối.

+ Những vân sáng ứng với những chỗ hai sóng gặp nhau tăng cường lẫn nhau.

+ Những vân tối ứng với những chỗ hai sóng gặp nhau triệt tiêu lẫn nhau.

3) Kết luận:

Hiện tượng giao thoa ánh sáng là một bằng chứng thực nghiệm quan trọng khẳng định ánh sáng có tính chất sóng.

III. Xác định vị trí của vân sáng - vân tối:

1) Vị trí các vân sáng - vân tối:

* Giả sử ta hứng vân giao thoa trên màn E song song với hai khe S1 và S2.

+ Khoảng cách giữa hai khe S1S2 = a (a có trị số vài mm).

+ Khoảng cách từ màn đến hai khe là D (D có trị số vài mét).

+ λ là bước sóng của ánh sáng đơn sắc

* Xét một điểm A trên vùng giao thoa có:

+ Toạ độ x =

+ Đường đi của ánh sáng từ S1 đến A là d1

+ Đường đi của ánh sáng từ S2 đến A là d2

Ta có:

a) Tại A có vân sáng khi:

⇒ Toạ độ các vân sáng:

b) Tại A có vân tối khi:

⇒ Toạ độ các vân tối:

2) Khoảng vân i:

Là khoảng cách giữa hai vân sáng (hay hai vân tối) cạnh nhau.

3) Vân sáng trung tâm:

Tại O, ta có x = 0, k = 0 và d2 - d1 = 0 không phụ thuộc vào bước sóng λ. Vậy ở O có vân sáng của mọi ánh sáng đơn sắc. Ta gọi nó là vân sáng chính giữa hay vân sáng trung tâm.

IV. Bước sóng và màu sắc ánh sáng:

1) Ứng dụng của hiện tượng giao thoa:

Dùng để đo bước sóng của ánh sáng. Từ công thức λ = , đo khoảng cách D từ S1S2 đến màn; đo khoảng vân i và khoảng cách hai khe S1S2 bằng kính hiển vi hoặc kính lúp ⇒ Bước sóng ánh sáng l.

2) Bước sóng và màu sắc ánh sáng:

+ Mỗi ánh sáng đơn sắc có một bước sóng (tần số) xác định. Màu ứng với ánh sáng đó gọi là màu đơn sắc;

+ Ánh sáng ta nhìn thấy (ánh sáng khả kiến) có bước sóng trong khoảng từ 0,38 μm (ánh sáng tím) đến 0,76 μm (ánh sáng đỏ);

+ Bước sóng ánh sáng rất nhỏ so với bước sóng cơ;

+ Các ánh sáng đơn sắc có bước sóng lân cận nhau gần như có cùng màu;

+ Các màu không đơn sắc là hỗn hợp của nhiều màu đơn sắc với những tỉ lệ khác nhau.

3) Chiết suất môi trường và bước sóng ánh sáng:

+ Chiết suất môi trường trong suốt có giá trị phụ thuộc vào tần số và bước sóng ánh sáng.

+ Đối với môi trường trong suốt nhất định chiết suất ứng với ánh sáng có bước sóng càng dài thì có giá trị càng nhỏ hơn chiết suất ứng với ánh sáng có bước sóng ngắn.

Bài tập luyện tập nhiễu xạ ánh sáng - giao thoa ánh sáng của trường Nguyễn Khuyến

Câu 1: Hiện tượng giao thoa ánh sáng là bằng chứng thực nghiệm chứng tỏ ánh sáng

A. là sóng siêu âm

B. là sóng dọc

C. có tính chất hạt

D. có tính chất sóng

Câu 2: Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, nếu thay ánh sáng đơn sắc màu lam bằng ánh sáng đơn sắc màu vàng và giữ nguyên các điều kiện khác thì trên màn quan sát

A. khoảng vân tăng lên.

B. khoảng vân giảm xuống.

C. vị trí vân trung tâm thay đổi.

D. khoảng vân không thay đổi.

Câu 3: Bước sóng của một trong các bức xạ màu lục có trị số là

A. 0,55 nm.

B. 0,55 μm.

C. 55 nm.

D. 0,55 mm.

Câu 4: Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, hai khe được chiếu bằng ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ. Nếu tại điểm M trên màn quan sát có vân tối thứ ba (tính từ vân sáng trung tâm) thì hiệu đường đi của ánh sáng từ hai khe S1, S2 đến M có độ lớn bằng

A. 2,5λ.

B. 3λ.

C. 1,5λ.

D. 2λ.

Câu 5: Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa với nguồn sáng đơn sắc, hệ vân trên màn có khoảng vân i. Nếu khoảng cách giữa hai khe còn một nửa và khoảng cách từ hai khe đến màn gấp đôi so với ban đầu thì khoảng vân giao thoa trên màn

A. giảm đi bốn lần.

B. không đổi.

C. tăng lên hai lần.

D. tăng lên bốn lần.

Câu 6: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng với khe Y-âng: Biết khoảng cách giữa hai khe là 1 mm, khoảng cách từ hai khe tới màn là 2 m, ánh sáng đơn sắc có bước sóng là 0,6 μm. Khoảng vân bằng

A. 1,2 mm.

B. 3.10-6 m.

C. 12 mm.

D. 0,3 mm.

Câu 7: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng với khe Y-âng: Biết khoảng cách giữa hai khe là a = 2 mm; khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến màn là D = 2 m và bước sóngλ = 0,64 μm. Trên màn quan sát, vân sáng bậc 3 cách vân trung tâm một đoạn bằng

A. 1,20 mm.

B. 1,60 mm.

C. 1,92 mm.

D. 2,56 mm.

Câu 8: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng Y-âng, hai khe cách nhau S1S2 = 1 mm, khoảng cách từ hai khe đến màn 2 m, nguồn phát ra ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ = 0,6 μm. Khoảng cách giữa vân sáng bậc 6 cách vân tối thứ 7 (cùng phía so với vân trung tâm) bằng

A. 15 mm.

B. 0,6 mm.

C. 16,1 mm.

D. 1,2 mm.

Câu 9: Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng. Dùng ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ chiếu vào hai khe thì người ta đo được khoảng cách từ vân sáng trung tâm tới vân sáng bậc bốn là 6 mm. Vị trí vân sáng bậc 6 trên màn tính từ vân trung tâm bằng

A. 3 mm.

B. 6 mm.

C. 9 mm.

D. 12 mm.

Câu 10: Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, hai khe hẹp cách nhau một khoảng a = 0,9 mm; khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến màn quan sát là D = 2 m. Trên màn thu được hình ảnh giao thoa. Vân sáng bậc 3 và vân tối thứ 5 tính từ vân trung tâm, nằm hai bên vân sáng trung tâm, cách nhau một đoạn 12 mm. Bước sóng của ánh sáng làm thí nghiệm là

A. 0,360 μm.

B. 0,54 μm.

C. 0,68 μm.

D. 0,72 μm.

Câu 11: Thực hiện giao thoa ánh sáng với khe Y-âng: ánh sáng có bước sóng λ = 0,6 μm, khoảng cách giữa hai khe S1 và S2 là a = 1,5 mm, khoảng cách 9 vân sáng liên tiếp là 4,8 mm. Khoảng cách từ hai khe S1S2 đến màn bằng

A. 2,4 m.

B. 1,325 m.

C. 2,12 m.

D. 1,5 m.

Câu 12: Thực hiện giao thoa sóng ánh sáng với khe Y-âng. Biết khoảng cách hai khe là 0,15 mm, khoảng cách từ hai khe tới màn quan sát là 80 cm. Trên màn quan sát cách vân trung tâm 9,6 mm là vân sáng bậc 4. Bước sóng dùng trong thí nghiệm bằng

A. 0,51 μm.

B. 0,45 μm.

C. 0,62 μm.

D. 0,38 μm.

Câu 13: Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng khoảng cách giữa hai khe là 0,3 mm, khoảng cách từ hai khe đến màn là 1,5 m, khoảng cách giữa 5 vân tối liên tiếp trên màn là 1 cm. Ánh sáng dùng trong thí nghiệm có bước sóng là

A. 0,5 μm.

B. 0,5 nm.

C. 0,05 mm.

D. 0,05 μm.

Câu 14: Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa sóng ánh sáng đơn sắc, khoảng cách giữa hai khe sáng là 1,2 mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe sáng đến màn quan sát là 2,5 m. Trên màn quan sát, khoảng cách lớn nhất từ vân sáng bậc 2 đến vân tối thứ 4 là 6,875 mm. Bước sóng của ánh sáng đơn sắc trong thí nghiệm là

A. 550 nm.

B. 480 nm.

C. 750 nm.

D. 600 nm.

Câu 15: Thực hiện thí nghiệm về giao thoa ánh sáng với khe Y-âng. Khoảng vân trên màn quan sát là i Khoảng cách n vân (kể cả sáng và tối) liên tiếp bằng

A. .

B. (n - 1)i.

C. .

D. .

Hướng dẫn giải bài tập luyện tập nhiễu xạ ánh sáng - giao thoa ánh sáng

Câu 1: Chọn D.

+ Hiện tượng giao thoa, nhiễu xạ,… chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng.

Câu 2: Chọn A.

+ Ánh sáng màu vàng có bước sóng lớn hơn ánh sáng màu lam, nên khi thay ánh sáng màu lam bằng ánh sáng màu vàng (giữ nguyên các điều kiện khác) thì khoảng vân tăng lên.

Câu 3: Chọn B.

Câu 4: Chọn A.

+ Vân tối thứ 3 có hiệu đường đi của ánh sáng đến hai khe là: d2 - d1 = 2,5λ.

Câu 5: Chọn A.

+ Khoảng vân: i =

+ Khi a giảm 2 lần và D tăng 2 lần thì khoảng vân giảm 4 lần.

Câu 6: Chọn A.

+ Ta có: a = 1 mm = 10-3 m; D = 2 m; λ = 0,6 µm = 0,6.10-6 m.

+ Khoảng vân: .

Câu 7: Chọn C.

+ Khoảng vân:

+ Vân sáng bậc 3 cách vân trung tâm một đoạn: xs3 = 3i

Câu 8: Chọn B.

+ Ta có: i = = 1,2 mm.

+ Vân sáng bậc 6 cách vân trung tâm: xs6 = 6i

+ Vân tối thứ 7 cách vân trung tâm: xt7 = 6,5i.

→ Khoảng cách giữa vân sáng bậc 6 và vân tối thứ 7 (cùng phía so với vân trung tâm):

d = 6,5i - 6i = 0,6 mm.

Câu 9: Chọn C.

+ Vân sáng bậc bốn cách vân trung tâm: xs4 = 4i = 6 mm → i = 1,5 mm.

+ Vân sáng bậc 6 cách vân trung tâm: xs6 = 6i = 9 mm.

Câu 10: Chọn D.

+ Vân sáng bậc 3 cách vân trung tâm: xs3 = 3i.

+ Vân tối thứ 5 cách vân trung tâm: xt5 = 4,5i.

+ Do hai vân nằm hai bên vân trung tâm nên khoảng cách giữa hai vân là d = 3i + 4,5i = 12 mm.

⇒i = 1,6 mm.

+ Bước sóng:

Câu 11: Chọn D.

+ Khoảng cách 9 vân sáng liên tiếp: d = 8i = 4,8 mm → i = 0,6 mm = 0,6.10-3 m.

+ Ta có:

Câu 12: Chọn B.

+ Vân sáng bậc 4 cách vân trung tâm: xs4 = 4i = 9,6 mm → i = 2,4 mm = 2,4.10-3 m.

+ Bước sóng: .

Câu 13: Chọn A.

+ Khoảng cách 5 vân tối liên tiếp: d = 4i = 1 cm → i = 2,5.10-3 m.

+ Bước sóng: .

Câu 14: Chọn D.

+ Vân sáng bậc 2 cách vân trung tâm: xs2 = 2i.

+ Vân tối thứ 4 cách vân trung tâm: xt4 = 3,5i.

+ Khoảng cách lớn nhất (hai vân ở hai bên vân sáng trung tâm): d = 2i + 3,5i = 6,875 mm

→ i = 1,25 mm = 1,25.10-3 m.

+ Bước sóng: .

Câu 15: Chọn C.

+ Vân sáng và vân tối kề nhau cách nhau một đoạn d =

+ Khoảng cách giữa n vân (kể cả sáng và tối liên tiếp) là

Giáo viên biên soạn : Bùi Trần Đức Anh Thái

Đơn vị: Trường THCS - THPT Nguyễn Khuyến