Tóm tắt lý thuyết và phương pháp giải bài tập sóng ánh sáng

TÓM TĂT LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP SÓNG ÁNH SÁNG

Dạng 1: Đại cương về sóng ánh sáng

1. Sự tán sắc ánh sáng

a. Thí nghiệm: 7 màu chính: đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím (tia đỏ bị lệch ít nhất, tia tím bị lệch nhiều nhất).

b. Ánh sáng đơn sắc: ánh sáng có một màu nhất định và không bị tán sắc khi qua lăng kính gọi là ánh sáng đơn sắc (đặc trưng là tần số f)

c. Ánh sáng trắng: là tập hợp của rất nhiều các ánh sáng đơn sắc có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím.

d. Chiết suất của môi trường trong suốt: phụ thuộc vào màu sắc của ánh sáng đơn sắc, lớn nhất đối với tia tím và nhỏ nhất đối với tia đỏ; Góc của tia đỏ là nhỏ nhất, tia tím là lớn nhất

Trong CK \(\lambda =\frac{c}{f}\);   c = 3.10⁸m/s, trong môi trường chiết suất n:\(\lambda '=\frac{\lambda }{n}\)

          * Chiết suất:  \(n\frac{c}{v}\)=>  v_tím < v_đỏ

          * Góc lệch giữa các tia:\(D=(n_{t}-n_{d})A\)

                   A: góc chiết quang

* Bề rộng dãy quang phổ trên màn: L = d(n_t – n_d)A

                   d: khoảng cách từ lăng kính đến màn

e. Ứng dụng: Giải thích hiện tượng tự nhiên (cầu vồng, quầng...); ứng dụng trong máy quang phổ lăng kính

v Chú ý:

   + Tán sắc liên quan đến cầu vồng

   + Chiết suất của ánh sánh đỏ là nhỏ nhất, ánh sáng tím là lớn nhất.

    + Góc của tia đỏ là nhỏ nhất, tia tím là lớn nhất

    + Sóng truyền từ môi trường này sang môi trường khác thì chu kì và tần số không đổi, còn vận tốc và bước sóng thay đổi.

    + Từ môi trường có chiết suất nhỏ sang môi trường có chiết suất lớn thì vận tốc và bước sóng giãm và ngược lại.

+ Chiếu ás từ môi trường chiết quang kém n₁ sang môi trường chiết quang hơn n₂ (n₁ < n₂) ás nào có bước sóng lớn hơn sẽ  lệch xa pháp tuyến hơn và ngược lại.

2. Giao thoa ánh sáng

a. Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng là hiện tượng ánh sáng không tuân theo định luật truyền thẳng, quan sát được khi ánh sáng truyền qua lỗ nhỏ hoặc gần mép các vật trong suốt hoặc không trong suốt. Là hiện tượng truyền sai lệch so với sự truyền thẳng khi ánh sáng gặp vật cản

v Ý nghĩa: Chứng minh ánh sáng có tính chất sóng

b. Hiện tượng giao thoa: là hiện tượng 2 sóng ánh sáng kết hợp khi gặp nhau sẽ giao thoa với nhau, tạo thành các vân giao thoa (hai sóng cùng bước cùng phương và độ lệch pha không đổi)

Thí nghiệm Y-âng: Chứng minh ánh sáng có tính chất sóng, là cơ sở đo bước sóng ánh sáng; giao thoa liên quan tới: giọt dầu, màu sắc đĩa CD, bong bóng xà phòng…

Kết quả thí nghiệm và giải thích:

Xuất hiện những vạch sáng và những vạch tối nằm xen kẽ nhau một cách đều đặn

+ Vạch sáng: là do 2 sóng ánh sáng gặp nhau tăng cường lẫn nhau

+ Vạch tối: là do 2 sóng ánh sáng gặp nhau triệt tiêu lẫn nhau

3. Khoảng vân, vị trí vân sáng và tối:

a. Khoảng vân là khoảng cách giữa hai vân sáng liên tiếp hoặc hai vân tối liên tiếp \(i=\frac{\lambda D}{a}\Rightarrow\) Khoảng cách giữa n vân sáng hoặc tối liên tiếp có (n – 1) khoảng vân.

+ Ás chiếu trong không khí có khoảng vân i thì trong môi trường trong suốt có chiết suất n thì i’ = \(\frac{i}{n}\)  Hay \(\lambda '=\frac{\lambda }{n}\Rightarrow \frac{\lambda }{\lambda '}=\frac{c}{v}\)

b. Vị trí vân sáng: + Hiệu đường đi: \(d_{2}-d_{1}=k\lambda\)

                               + Vị trí vân sáng:  \(x_{s}=k\frac{\lambda D}{a}=ki\)

Vân sáng bậc n ứng với: k = n (k = 0: VS trung tâm)

c. Vị trí vân tối: + Hiệu đường đi: \(d_{2}-d_{1}=(k+\frac{1}{2})\lambda\)

  + Vị trí vân sáng:  \(x_{t}=(k+\frac{1}{2})\frac{\lambda D}{a}=(k+\frac{1}{2})i\)

Vân tối thứ n ứng với: k = (n – 1)

4. Bước sóng và màu sắc ánh sáng:

- Mỗi ánh sáng đơn sắc có một bước sóng λ xác định (tần số f ) xác định.

- Mọi ánh sáng đơn sắc mà ta nhìn thấy có 0,38 μm ≤ λ ≤ 0,76 μm

- Ánh sáng mặt trời có bước sóng từ 0 đến ∞

5. Công thức về lăng kính, tán sắc ánh sáng

Trường hợp tổng quát:

Trường hợp góc nhỏ (A, i₁):

Nếu góc A > 8⁰ thì L = tanD(n_t – n_d)A

Câu 6: Sóng điện từ khi truyền từ không khí vào nước thì:

A. tốc độ truyền sóng và bước sóng đều giảm.                         

B. tốc độ truyền sóng giảm, bước sóng tăng.

C. tốc độ truyền sóng tăng, bước sóng giảm.                            

D. tốc độ truyền sóng và bước sóng đều tăng.

Câu 7: Hiện tượng nhiễu xạ và giao thoa ánh sáng chứng tỏ ánh sáng

A. có tính chất hạt.                                              B. là sóng dọc.  

C. có tính chất sóng.                                            D. luôn truyền thẳng.

Câu 8: Ba ánh sáng đơn sắc: tím, vàng, đỏ truyền trong nước với tốc độ lần lượt là v_t, v_v, v_đ. Hệ thức đúng là:

A. v_đ = v_t = v_v                                                     B. v_đ < v_t < v_v               

C. v_đ > v_v > v_t                                                     D. v_đ < v_tv < v_t

Câu 9: Phát biểu nào sau đây là đúng?

A. Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng bị tán sắc khi đi qua lăng kính.

B. Ánh sáng trắng là hỗn hợp của vô số ánh sáng đơn sắc có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím.

C. Chỉ có ánh sáng trắng mới bị tán sắc khi truyền qua lăng kính.

D. Tổng hợp các ánh sáng đơn sắc sẽ luôn được ánh sáng trắng.

Câu 10: Hãy chọn câu đúng. Khi một chùm sáng đơn sắc truyền từ không khí vào trong thuỷ tinh thì

A. tần số tăng, bước sóng giảm.                         B. tần số giảm, bước sóng tăng.

C. tần số không đổi, bước sóng giảm.                D. tần số không đổi, bước sóng tăng.

Câu 11: Gọi n_c, n_l, n_L, n_v lần lượt là chiết suất của thuỷ tinh đối với các tia chàm, lam, lục, vàng. Sắp xếp thứ tự nào dưới đây là đúng ?

A. n_c > n_l > n_L > n_v.                                           B. n_c < n_l < n_L < n_v.    

C. n_c > n_L > n_l > n_v.                                           D. n_c < n_L < n_l < n_v.

Câu 12: Một sóng ánh sáng đơn sắc được đặc trưng nhất là

A. màu sắc của ánh sáng.                                   B. tần số ánh sáng. 

C. tốc độ truyền ánh sáng.                                  D. chiết suất lăng kính đối với ánh sáng đó

Dạng 2: Xác định vị trí vân sáng, vân tối, khoảng vân.

1. Khoảng vân là khoảng cách giữa hai vân sáng liên tiếp hoặc hai vân tối liên tiếp \(i=\frac{\lambda D}{a}\Rightarrow\)Khoảng cách giữa n vân sáng hoặc tối liên tiếp có (n – 1) khoảng vân.

+ Ás chiếu trong không khí có khoảng vân i thì trong môi trường trong suốt có chiết suất n thì

i’ = \(\frac{i}{n}\)  Hay \(\lambda '=\frac{\lambda }{n}\Rightarrow \frac{\lambda }{\lambda '}=\frac{c}{v}\)

2. Vị trí vân sáng: + Hiệu đường đi: \(d_{2}-d_{1}=k\lambda\)

                               + Vị trí vân sáng: \(x_{s}=k\frac{\lambda D}{a}=ki\) 

Vân sáng bậc n ứng với: k = n (k = 0: VS trung tâm)

3. Vị trí vân tối: + Hiệu đường đi:\(d_{2}-d_{1}=(k+\frac{1}{2})\lambda\)

  + Vị trí vân sáng:  \(x_{t}=(k+\frac{1}{2})\frac{\lambda D}{a}=(k+\frac{1}{2})i\)

Vân tối thứ n ứng với: k = (n – 1)

Câu 1: Trong thí nghiệm của Young về giao thoa ánh sáng, hai khe S₁ và S₂ được chiếu bằng ánh sáng đơn sắc có bước sóng l. Người ta đo được khoảng cách giữa 6 vân sáng liên tiếp trên màn là 6 mm. Tính khoảng cách từ vân sáng bậc 3 đến vân sáng bậc 8 ở cùng phía với nhau so với vân sáng chính giữa.

          A. 4,2mm                    B. 7mm                       C. 8,4mm                  D. 6mm

Câu 2: Trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng, khoảng cách giữa hai khe là 1 mm, khoảng cách từ hai khe đến màn là 3 m. 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 thứ tư là 6 mm. Xác định vị trí vân sáng thứ 6.

          A. 3mm                       B. 6mm                        C. 9mm                     D. 12mm

Câu 3: Trong thí nghiệm của Young về giao thoa ánh sáng, hai khe S₁ và S₂ được chiếu bằng ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ = 0,4 μm. Khoảng cách giữa hai khe là 0,4 mm, khoảng cách từ hai khe đến màn là 2 m. Xác định khoảng cách từ vân sáng 4 đến vân sáng 8 ở khác phía nhau so với vân sáng chính giữa.

          A. 8mm                        B. 16mm                      C. 4mm                     D. 24mm

Câu 4: Trong thí nghiệm về giao thoa ánh sáng đơn sắc. Cho khoảng cách giữa 2 khe a = 1mm; khoảng cách từ 2 khe đến màn D = 3m. Ánh sáng có bước sóng λ = 0,5μm. Vị trí vân tối thứ 5.

          A. 1,5mm                     B. 4mm                         C. 6,75mm               D. 6mm

Câu 5: Giao thoa ás với 2 nguồn kết hợp cách nhau 4mm bằng ás đơn sắc có bước sóng λ = 0,6µm. Vân sáng bậc 3 cách vân trung tâm là 0,9mm. Tính khoảng cách từ hai nguồn đến màn?

          A. 20cm.                       B. 2.10³ mm.                C. 1,5m.                   D. 2cm.

Câu 6: Trong thí nghiệm Young về giao thoa ás, cho biết khoảng cách giữa 2 khe sáng a = 0,3mm, khoảng cách từ hai khe sáng đến màn đến màn hứng vân là D = 1m. Ta thấy khoảng cách của 11 vân sáng liên tiếp nhau là 1,9cm. Tính bước sóng đã sử dụng trong thí nghiệm giao thoa?

          A. 520nm.                    B. 0,57.10^–3 µm.            C. 0,57µm               D. 0,48.10^–3 mm.