Phần II: NỘI DUNG
PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG BÀI TẬP VẬT LÝ CHƯƠNG
“SÓNG ÁNH SÁNG”
1. Tóm tắt lý thuyết.
1.1. Giao thoa ánh sáng:
a. Vị trí vân sáng, vị trí vân tối, khoảng vân trong thí nghiệm lâng.

r2

I

S

O

D

S2
M

A

r1

S1

E

M12
Hình 1


e,n

S1
Với: e là bề dày bảng mỏng

X0

O

S2

n là chiết suất bản mỏng

Hình 2

1.2. Tán sắc ánh sáng:
-

Hiện tượng:

- Nguyên nhân: n = n (λ)

Chú ý: Khi ánh sáng truyền từ môi trường trong
suốt này đến môi trường trong suốt khác thì tần số
ánh sáng là không đổi, còn bước sóng đổi theo công
thức:

D
Đỏ
Tím

Ánh là
sáng
thí Tính
nghiệm
cósóng
bướcánh
sóngsáng.
λ = 0,6µm.
Hãy xác định:
1. Vị trí vân sáng bậc ba.
2. Vị trí vân tối thứ 2
Bài tập 3: Cho

2.3.

Hỏi tại điểm trên màn quan sát có vân sáng hay

tối?
Thí dụ: Trong thí nghiệm lâng về hiện tượng giao thoa ánh sáng, khe S cách đều 2 khe
. Ánh sáng thí nghiệm có bước sóng λ = 0,6µm. Một điểm trên màn hình
quan sát thuộc vùng giao thoa cách

các khoảng

đó có vân sáng

hay vân tối trong các trường hợp sau đây:
1.
2.
3.


Thay số ta được:
B. Phát triển giả thiết và kết luận để được các bài tập phức tạp.
a. Phát triển giả thiết:
Thí dụ: Trong thí nghiệm lâng về hiện tượng giao thoa ánh sáng, khoảng cách giữa
hai khe sáng là 0,3mm, khoảng cách từ hai khe sáng đến màn ảnh là 1m, khoảng
cách giữa 6 vân sáng liên tiếp là 10mm. Tính bước sóng ánh sáng.
Lời giải thí dụ này như lời giải bài tập 1, chỉ có thêm phần tính khoảng vân như
sau:
Khoảng cách giữa 6 vân sáng liên tiếp là 5 khoảng vân nên:

b. Phát triển kết luận:
Thí dụ: Trong thí nghiệm lân về hiện tượng giao thoa ánh sáng, khoảng cách giữa hai


c. Bổ sung giả thiết và kết luận:
Thí dụ: Một khe sáng hẹp, đơn sắc S, đặt trên mặt một gương phẳng G, cách mặt gương
1mm. Trên một màn ảnh E đặt vuống góc với mặt gương, song song với khe S và cách
khe S 2m người ta thấy có các vạch sáng tối xen kẽ nhau một cách đều đặn. Khoảng
cách giữa 2 vạch sáng liên tiếp là 0,58mm. Tính bước sóng ánh sáng thí nghiệm.
Đây là hiện tượng giao thoa của hai chùm sáng đơn sắc:
- Một chùm phát trực tiếp từ khe sáng S chiếu đến màn E.
- Một chùm phát ra từ S, phản xạ trên gương G rồi chiếu đến màn E.
Hai chùm này thỏa mãn điều kiện kết hợp nên chúng giao thoa với nhau. Các
vạch sáng và vạch tối là những vân giao thoa.
Sau khi giải thích sự tạo thành vân giao thoa, vấn đề còn lại là chỉ ra trong bài tập
này: a trong thí nghiệm lâng là khoảng cách giữa hai khe S 1 và S2 bây giờ là
khoảng cách giữa khe S và ảnh S’ của nó, còn D là khoảng cách từ khe S đến màn
E. Làm được những điều đó thì lời giải trở về lời giải của bài tập 1.
a= 2.SH = 2mm; D = 2m, i=0,58mm

chiết quang A =

làm bằng thủy tinh có chiết suất

Một nguồn sáng điểm

đơn sắc S đặt trên mặt phẳng đáy chung và cách lưỡng lăng kính đoạn

Xem

rằng các ảnh của S tạo bởi hai lăng kính bị dịch đi theo phương vuông góc với mặt
phẳng đáy chung. Phí sau lưỡng lăng kính 2m đặt một màn quan sát thấy vân giao thoa.
Khoảng cách từ vân trung tâm đến vân sáng bậc năm là: 1,25mm. Tính bước sóng ánh
sáng thí nghiệm.
Để giải bài tập này ngoài khâu giải thích sự tạo thành các vân giao thoa, chúng ta
phải chỉ ra vị trí các ảnh S1,S2 của S để từ đó tìm a ( khoảng cách giữa hai ảnh của S) và


E

Giải:
Nguồn sáng S phát ra chùm sáng tới
hai lăng kính, mỗi lăng kính cho một

S1
a

S

chùm sáng ló lệch về phía đáy chung.

để giải
bàichúng
tập này
ra được
e. Hoán
đổigiống
vị trí như
giả thiết,
kếtthíluận
và phát
triển
đểchúng
được ta
bàiphải
tập chỉ
phức
hợp
vị
trí
các
ảnh
S
1,S2 ( đây là nội dung bài tập cơ bản phần quang hình), từ đó tính được
( có thể bổ sung giả thiết ).
khoảng cách a giữa hai ảnh cũng như khoảng cách giữa hai ảnh đến màn D. Làm được
Thí dụ:điều
Haivừa
gương
phẳng
G1còn

sát. Vùng
giao
thoatuyến
trên đó
màn chính làĐặt
vùng
có
ánh
nhau
( vùng
MNsong
trên hình
. giao tuyến A và với S 1S2 ( S1,S2 là
mànsáng
quanchồng
sát Elên
phía
trước
gương,
song6)
với
các ảnh của S qua hai gương), cách giao tuyến O khoảng 1m, người ta thấy các vân
giao thoa trên màn. Tìm khoảng vân và số vân sáng quan sát được trên màn.

S

E
M

Từ hình vẽ ta có:

Thí dụ : Trong thí nghiệm lâng về hiện tượng giao thoa ánh sáng. Khoảng cách
giữa hai khe S1,S2 là a = 0,2mm, khoảng cách từ hai khe sáng S 1,S2 đến màn quan sát
là D = 2m. Ánh sáng thí nghiệm có bước sóng λ = 0,6µm. Tại điểm M trên màn quan
sát cách vân trung tâm 12mm có vân sáng hay vân tối? Bậc bao nhiêu?
Đây là bài ngược của bài tập trên, nếu bài tập trên cho k tìm x, thì bài này cho x đi tìm
k. Ta chỉ thay x vào công thức tính vị trí vân sáng, hoặc tối để đi tìm giá trị k nguyên
thích hợp.
Giải:
Khoảng vân:

Tại M có vân sáng bậc hai.
B. Phát triển bài tập cơ bản 2 để được các bài tập phức hợp.
a. Phát triển giả thiết: Ta có thể thực hiện giống như bài tập 1.


Thí dụ: Trong thí nghiệm lâng về hiện tượng giao thoa ánh sáng. Khoảng cách giữa hai
khe S1,S2 là a = 0,2mm, khoảng cách từ hai khe sáng S1,S2 đến màn quan sát là D = 2m.
Ánh sáng thí nghiệm có bước sóng λ = 0,6µm. Hãy xác định khoảng cách từ vị trí vân
tối thứ hai đến vị trí vân sáng bậc ba cùng một phía so với vân trung tâm.
Lời giải bài toán này dựa trên lời giải của bài tập cơ bản, chỉ thâm phần tính
khoảng cách giữa các vân.
Giải:
1.

Vị trí vân sáng bậc ba ứng với k = 3 được xác định:

2. Vị trí vân tối bậc thứ hai k = 1 được xác định:

Khoảng cách từ vị trí vân tối thứ hai đến vân sáng bậc ba cùng một phía so với
vân trung tâm:


c. Hoán đổi vị trí giả thiết, kết luận và phát triển chúng để được bài tập phức hợp ( có
thể bổ sung giả thiết ).
Thí dụ: Trong thí nghiệm lâng về hiện tượng giao thoa ánh sáng. Cho khoảng cách
giữa hai khe S1,S2 là a = 2mm. Khoảng cách giữa hai khe S 1,S2 đến màn quan sát là D
= 1m. Người ta chiếu lên khe S ánh sáng trắng có bước sóng 0,76µm ≥ λ ≥ 0,4µm. Tại
vị trí vân sáng bậc bốn màu đỏ có vân sáng của những bức xạ nào?
Để giải bài tập này ngoài việc sử dụng lời giải bài tập cơ bản để tìm vị trí vân
sáng bậc bốn, chúng ta phải sử dụng kiến thức về xác định vị trí vân sáng một lần nữa
để tìm các giá trị của k ( bài toán ngược của bài tập cơ bản ).
Giải: Vị trí vân sáng bậc bốn:


Các bức xạ cho vân sáng trùng với vị trí vân sáng bậc bốn màu đỏ có:
(1)
Theo đề ra: 0,76µm ≥ λ ≥ 0,4µm, nên:
0,4.10-6m ≤

≤ 0,76.10-6m  4 ≤ k ≤ 7,6  k = ( 4, 5, 6 ,7 )

Có 4 giá trị của k nên có 4 bức xạ cho vân sáng tại vân sáng bậc 4 màu đỏ
( kể cả vân màu đỏ ) có bước sóng được xác định bởi ( 1 )
3.3. Bài tập 3: Trong thí nghiệm lâng về hiện tượng giao thoa ánh sáng. Khe S
cách đều 2 khe S1 và S2 là a = 2mm. Ánh sáng thí nghiệm có bước sóng λ=0,6µm. Một
điểm trân màn quan sát thuộc vùng giao thoa cách S1,S2 các khoảng r1,r2. Hỏi tại đó
có vân sáng hay vân tối trong các trường hợp sau đây:
1. r1 = r2
2. r1 = 1000,00000mm; r2= 1000,00012mm
3. r1= 1000,00060mm; r2= 1000,00015mm
Giải:

tối trong các trường hợp sau đây:
1. r1 = r2
2. r1 = 1000,00000mm; r2= 1000,00012mm
3. r1= 1000,0006mm; r2= 1000,00015mm
Rõ ràng lời giải bài tập này giống như lời giải bài tập cơ bản, chỉ có thêm phần
tính bước sóng theo tần số:

b. Bổ sung, phát triển giả thiết và kết luận:


Từ bài tập cơ bản ( bài tập 3 ) chúng ta có thể bổ sung giả thiết và kết luận bằng
một số cách khác nhau, nhưng khi giải các bài tập phức hợp được tạo thành thì kiến
thức cơ bản trong bài tập 2 vẫn là kiến thức trọng tâm. Để có bài tập cơ bản từ bài
tập 2 chúng ta có thể thực hiện như sau: cho thêm khoảng cách giữa hai khe S 1,S2 là
a, khoảng cách từ S1,S2 đến màn quan sát là D; chắn khe S1 ( hoặc) S2, bản mỏng
dày e, chiết suất n. Hỏi hệ vân trên màn dịch đi một đoạn bao nhiêu? Thậm chí
chắn khe S1 bằng bản mỏng dày e1, chiết suất n1, chắn khe S2, bằng bản mỏng dày
e2, chiết suất n2, thì hệ vân trên màn dịch đi một đoạn bao nhiêu? Dịch khe S một
đoạn nhỏ theo phương vuông góc với trục đối xứng thì hệ vân dịch một đoạn bao
nhiêu trên màn quan sát? Dịch khe S một đoạn nhỏ nhất là bao nhiêu để tại vân
trung tâm đang vân sáng trở thành vân tối? Dịch màn chứa hai khe S 1,S2 một đoạn
nhỏ nào đó thì hệ vân dịch một đoạn bao nhiêu? … Trên cơ sở đó chúng ta thu
được các bài toán mới, đòi hỏi học sinh thực hiện nhiều thao tác tư duy hơn. Sau
đây là một số thí dụ và lời giải chúng.
Thí dụ 1: Trong thí nghiệm lâng các khe S1,S2 được chiếu bằng ánh sáng đơn sắc,
khoảng cách giữa hai khe là

, khoảng cách mặt phẳng chứa hai khe và

màn quan sát E là D = 3m ( Hình vẽ 7 )

= ee(n-1).
là đường đi của ánh sáng trong môi trường
O
chiết Khi
suấtchắn
n. Nắm
được
những
vấn
đề
trên,
cũng
bản mặt song song vào khe S1 , giả sử vân trung tâm dịch đến vị trí O ’
có nghĩa
là có xthể
thực hiện được lời giải.
cách
O khoảng
0. Gọi S1O = r1, S2O = r2 thì đường đi của ánh sáng truyền từ
S1, S2 đến O’ là:

Hình 7

r’1 = r1 + e (n-1) ; r’2 = r2
Tại vân trung tâm:
r’2 - r’1 = r2 – r1 - e (n-1) = 0
r2 – r1 = e (n-1)

Trên cơ sở bài tập phức hợp thứ nhất chúng ta lại có thể phát triển thành bài tập
phức hợp tiếp theo. Có thể bằng cách hoán đổi vị trí của giả thiết và kết luận của bài



O
D

S
Giải:

M

M12
E
Cho khe S dịch một đoạn y, giả sử vân trung tâm dịch một đoạn x 0 trên màn
Hình 9
quan sát như hình 9. Khi đó:
Kiến thức cơ bản dùng để giải bài tập này vẫn là tại vân trung tâm thì hiệu
( d2+ r2 ) - ( d1+ r1 ) = 0  d1+ d2 = r2- r1
đường truyền của ánh sáng đến đó phải bằng 0. Nếu như các bài tập trước không
tính đến quảng đường ánh sáng truyền từ S đến S 1, S2 là do S cách đều S1, S2.
 trong bài toán này, do S không cách đều S 1, S2 nêu trong công thức tính
Nhưng
phải tính đến các quãng đường đi của ánh sáng từ khe S đến hai khe S 1và S2. Trên
cơTừ
sở như
vậy,dụta trên,
có thểtatóm
lược
giảichúng
như sau:
các thí

Hãy tính chiết suất của lăng kính đối với ánh sáng đỏ ( λ = 0,7µm ) và đối với ánh sáng
tím ( λ = 0,4µm ).
Giải:
Từ công thức:
Với ánh sáng đỏ λ1 = 0,7µm; thay số ta được:
Với ánh sáng tím: λ2 = 0,4µm; thay số ta được:
A. Phát triển bài tập cơ bản 4 để được những bài tập cơ bản mới:
a. Chiếu chùm sáng trắng song song trục chính của thấu kính R = 10cm. Chiết
suất của thấu kính đối với ánh sáng đỏ là 1,41; đối với ánh sáng tím là 1,73.
Hãy xác định tiêu cự của thấu kính đối với ánh sáng màu đỏ và đối với ánh
sáng màu tím.
Đây là sự kết hợp bài tập cơ bản phần quan hình với lý thuyết cơ bản phần tính
chất của sóng ánh sáng nên khi nắm bắt được bản chất của vấn đề ta có thể thực hiện
dễ dàng lời giải.
Giải:
Từ công thức

)

Thay R1 = R2 = R = 10cm và các giá trị chiết suất có trong đề bài ra tính được:


b. Tính góc giới hạn phản xạ toàn phần đối với ánh sáng đỏ, đối với ánh sáng tím
khi ánh sáng truyền từ môi trường trong suốt hướng ra không khí.
Thí dụ: Ánh sáng trắng truyền từ thủy tinh ra không khí. Hãy tính góc giới hạn phản
xạ toàn phần đối với ánh sáng màu đỏ và đối với ánh sáng màu tím. Biết chiết suất
của thủy tinh đối với ánh sáng màu đỏ và đối với ánh sáng màu tím lần lượt là:
.
Giống như thí dụ trên, đây là sự kết hợp bài tập cơ bản phần quang hình với lý
thuyết cơ bản phần tính chất của sóng ánh sáng nên khi nắm bắt được bản chất của

giữa tia khúc xạ màu đỏ và tia khúc xạ màu tím? …
Thí dụ: Cho tia sáng trắng truyền từ không khí vào thủy
Hìnhtinh
10 dưới góc tới D . Hãy tìm góc
T
hợp bởi tia khúc xạ màu đỏ và tia khúc xạ màu tím. Biết chiết suất của thủy tinh đối với ánh
sáng màu đỏ là

;, đối với ánh sáng màu tím

.

Gọi r1 và r2 là góc khúc xạ ứng với tia khúc xạ màu đỏ và tia khúc xạ màu tím. Từ công thức:


A
Hình 11

B

C

c. Cho tia sáng trắng vào mặt bên của lăng kính có góc chiết quang đã biết. Cho góc
tới tìm góc ló giữa các tia sáng khác màu, hoặc tìm góc tới để tia màu nào có góc lệch
cực tiểu? …
Thí dụ 1: Cho một lăng kính có tiết diện thẳng là một tam giác đều ABC, đáy dưới là BC
và góc chiết quang là A. Chiết suất của thủy tinh làm lăng kính đối với ánh sáng đỏ là
, đối với ánh sáng tím là

. Chiếu một tia sáng trắng vào mặt bên AB của lăng kính sao

đỏ, người ta ghép thấu kính hội tụ nói trên với một thấu kính phân kì có hai mặt
0
0
giống
và 0 cócùng
kính
Nhưng
thấu kính này làm bằng một loại
r2đ > nhau
rgh1 = 45
A – rbán
10cm.
r1đ < 15
1đ > 45
thủy tinh khác. Tìm hệ thức giữa chiết suất của thấu kính phân kì đối với ánh sáng
0
tímSini
và chiết
suất
của nó đối vớiánh
sáng
đỏ.
= n1sinr
i

= 0,6µm. Tính số

bước sóng của ánh sáng vàng khi truyền trong thủy tinh có chiết suất n=1,5 với quảng
đường d = 0,02mm.
Từ lời giải của bài tập cơ bản chúng ta chỉ cần thực hiện tính số bước sóng theo d và λ
là được.
Giải: Do tần số ánh sáng không thay đổi khi truyền trong các môi trường nên:


Số bước sóng khi truyền trong thủy tinh với quảng đường d = 0,02mm được tính:


Thí dụ: Ánh sáng màu vàng ( λ0=0,6µm ) truyền vuông góc với bản thủy tinh chiết
suất n = 1,5 gặp mặt trên sau đó truyền xuống mặt dưới phản xạ trở lại rồi ló ra ngoài
không khí đi được quảng đường ứng với bao nhiêu bước sóng? Biết bề dày bản thủy
tinh là d=0,02mm.
B. Phát triển bài tập cơ bản 5 thành bài tập phức hợp
Trong sách giáo kho có đề cập đến hiện tượng giao thoa bản mỏng, nhưng xét về
mặt định tính. Đối với các đối tượng học sinh khá và giỏi chúng ta có thể yêu cầu làm
các
tậplời
giao
mỏng
Sử bài
dụng
giảithoa
các bản
thí dụ
trênởtacấp


Do ánh sáng phản xạ từ mặt trên bị mất nửa bước sóng nên: nếu x bằng một số
nguyên lẻ nửa lần bước sóng thì hai sóng phản xạ sẽ cùng pha và tăng cường lẫn
nhau, nếu x bằng một số nguyên lần bước sóng thì hai sóng phản xạ sẽ ngược pha và
triệt tiêu lẫn nhau.
Do đó để màng xà phòng trở thành tối đen thì:
2d/λ = k  d = kλ/2 với k= ( 1,2,3…)
Mà
Khi: k = 1 thì:
Hình 14