Các em thân mến! Phần giao thoa sóng ánh sáng là một phần nói chung không khó lắm trong chương trình vật lý phổ thông tuy nhiên bài toán dịch chuyển hệ vân giao thoa thì có thể với nhiều em còn cảm thấy khó giải và hiểu một cách trọn vẹn. Bài viết này sẽ giúp các em làm tốt dạng bài tập đó.
Có hai bài toán:
Bài toán 1. Dịch chuyển hệ vân do dịch chuỷen nguồn sáng
Bài toán 2. Dịch chuyển hệ vân do đặt bản mỏng chắn trước một khe sáng.
Ta giải quyết bài toán 1 trước!
Bài toán như sau:
Trong thí nghiệm giao thoa sóng ánh sáng với khe Yang người ta đặt nguồn sáng S trên trung trực của hai khe S1,S2 cách mặt phắc S1S2 một đoạn (d) tại hai khe S1,S2 sẽ phát ra hai chùm sóng ánh sáng thoả mãn sóng kết hợp (Cùng tần sô, cùng pha hoặc có độ lệch pha không đổi theo thời gian). Trên màn quan sát E đặt cách S1S2 một đoạn là D và vuông góc với trung trực của S1,S2 ta quan sát được một hệ vân giao thoa đối xứng qua vân trung tâm nằm chính giữ tại giao điểm của trung trực với E(HV1)
Bây giờ nếu dích nguồn S theo phương song song với S1,S2 lên trên(Hoặc xuống dưới) một đoạn là (Y) thì vân trung tâm sẽ dịch chuyển về phía nào từ đó suy ra sự dịch chuyển của hệ vân?(HV2)
Bài giải.
Sau khi dịch chuyển S như giả thiết xét sóng tổng hợp tại điểm M bất kỳ trên màn E.
Gọi d1, d2 lần lượt là khoảng cách từ S tới S1, S2. Gọi D1 và D2 lần lượt là khoảng cách từ S1, S2 đến M.
Ta có: Hiệu quang trình của sóng ánh sáng từ S tới M là:
\[ \delta d = d2+D2 -d1 -D1 = D2 - D1 + d2 - d1 (1)\]
Theo sách giáo khoa vật lý 12NC ta chứng minh được:
\[D2 - D1 = \frac{a.x}{D} (2)\]
Cách chứng minh tương tự cho ta biểu thức liên hệ giữa y, d1, d2, và a,d như sau:
\[d2 - d1 = \frac{a.y}{d} (3)\]
Thay (2) và (3) vào (1) ta được:
\[\delta d = \frac{a.x}{D} + \frac{a.y}{d} (4)\]
Nhận xét:
Điểm M Là điểm sáng thì ta có:
\[ \delta d = k. \lambda \] với K là số nguyên (5)
Điểm M Là điểm sáng thì ta có:
\[ \delta d = (2k+1). \lambda/2 \] với K là số nguyên(6)
Với vân trung tâm ta có: k = 0 vậy từ (4) và (5) ta có:
\[ \frac{a.x _{tt}}{D} + \frac{a.y}{d} = 0 \]
suy ra ta được:
\[ \frac{a.x _{tt}}{D} =- \frac{a.y}{d} \]
dễ thấy tọa độ vân trung tâm là
\[ x _{tt} = - \frac{D. y}{d}\](6)
Từ (6) suy ra vân trung tâm(Và do đó là hệ vân) dịch chuyển ngược chiều với chiều dịch chuyển của nguồn S. Và dịch đi một đoạn đúng bằng : \[ x _{tt}\]
Mở rộng bài toán
Ngoài bài toán này ra ta còn có một số bài toán liên quan như:
Xác định vị trí vân sáng thứ bậc n hay vân tối bậc n sau khi đã dịch chuyển S.
Nếu là tìm vị trí vân sáng:
Từ (4) và (5) ta tìm được biểu thức xác định Xs. Chú ý vân sáng bậc n ứng với K = |n|
Nếu tìm vị trí vân tối:
Từ (4) và (6) ta tìm được biểu thức xác định Xt. Chú ý:
Ở phần dương(K>0) vân tối thứ n ứng với K = n+1
Ở phần âm(K<0) vân tối thứ n ứng với K = n
Câu hỏi sáng tạo:
Hệ vân dịch chuyển vậy khoảng vân i biến đổi thế nào?
Dịch chuyển khoảng vân do đặt bản mỏng các em cứ suy nghĩ tôi sẽ post lên sau:
Phần bài tập tự timg hiểu:
Phương pháp giải bài toán dịch chuyển hệ vân giao thoa trong giao thoa sóng ánh sáng
Có hai bài toán:
Bài toán 1. Dịch chuyển hệ vân do dịch chuỷen nguồn sáng
Bài toán 2. Dịch chuyển hệ vân do đặt bản mỏng chắn trước một khe sáng.
Ta giải quyết bài toán 1 trước!
Bài toán như sau:
Trong thí nghiệm giao thoa sóng ánh sáng với khe Yang người ta đặt nguồn sáng S trên trung trực của hai khe S1,S2 cách mặt phắc S1S2 một đoạn (d) tại hai khe S1,S2 sẽ phát ra hai chùm sóng ánh sáng thoả mãn sóng kết hợp (Cùng tần sô, cùng pha hoặc có độ lệch pha không đổi theo thời gian). Trên màn quan sát E đặt cách S1S2 một đoạn là D và vuông góc với trung trực của S1,S2 ta quan sát được một hệ vân giao thoa đối xứng qua vân trung tâm nằm chính giữ tại giao điểm của trung trực với E(HV1)
Bây giờ nếu dích nguồn S theo phương song song với S1,S2 lên trên(Hoặc xuống dưới) một đoạn là (Y) thì vân trung tâm sẽ dịch chuyển về phía nào từ đó suy ra sự dịch chuyển của hệ vân?(HV2)
Bài giải.
Cơ sở lý luận của dạng toán
Sau khi dịch chuyển S như giả thiết xét sóng tổng hợp tại điểm M bất kỳ trên màn E.
Gọi d1, d2 lần lượt là khoảng cách từ S tới S1, S2. Gọi D1 và D2 lần lượt là khoảng cách từ S1, S2 đến M.
Ta có: Hiệu quang trình của sóng ánh sáng từ S tới M là:
\[ \delta d = d2+D2 -d1 -D1 = D2 - D1 + d2 - d1 (1)\]
Theo sách giáo khoa vật lý 12NC ta chứng minh được:
\[D2 - D1 = \frac{a.x}{D} (2)\]
Cách chứng minh tương tự cho ta biểu thức liên hệ giữa y, d1, d2, và a,d như sau:
\[d2 - d1 = \frac{a.y}{d} (3)\]
Thay (2) và (3) vào (1) ta được:
\[\delta d = \frac{a.x}{D} + \frac{a.y}{d} (4)\]
Nhận xét:
Điểm M Là điểm sáng thì ta có:
\[ \delta d = k. \lambda \] với K là số nguyên (5)
Điểm M Là điểm sáng thì ta có:
\[ \delta d = (2k+1). \lambda/2 \] với K là số nguyên(6)
Giải quyết vấn đề bài toán đưa ra!
Với vân trung tâm ta có: k = 0 vậy từ (4) và (5) ta có:
\[ \frac{a.x _{tt}}{D} + \frac{a.y}{d} = 0 \]
suy ra ta được:
\[ \frac{a.x _{tt}}{D} =- \frac{a.y}{d} \]
dễ thấy tọa độ vân trung tâm là
\[ x _{tt} = - \frac{D. y}{d}\](6)
Từ (6) suy ra vân trung tâm(Và do đó là hệ vân) dịch chuyển ngược chiều với chiều dịch chuyển của nguồn S. Và dịch đi một đoạn đúng bằng : \[ x _{tt}\]
Mở rộng bài toán
Ngoài bài toán này ra ta còn có một số bài toán liên quan như:
Xác định vị trí vân sáng thứ bậc n hay vân tối bậc n sau khi đã dịch chuyển S.
Nếu là tìm vị trí vân sáng:
Từ (4) và (5) ta tìm được biểu thức xác định Xs. Chú ý vân sáng bậc n ứng với K = |n|
Nếu tìm vị trí vân tối:
Từ (4) và (6) ta tìm được biểu thức xác định Xt. Chú ý:
Ở phần dương(K>0) vân tối thứ n ứng với K = n+1
Ở phần âm(K<0) vân tối thứ n ứng với K = n
Câu hỏi sáng tạo:
Hệ vân dịch chuyển vậy khoảng vân i biến đổi thế nào?
Dịch chuyển khoảng vân do đặt bản mỏng các em cứ suy nghĩ tôi sẽ post lên sau:
Phần bài tập tự timg hiểu:
Sửa lần cuối bởi điều hành viên:
