Phần 3 : GIAO THOA ÁNH SÁNG
I. Tóm tắt lý thuyết :
25. GIAO THOA ÁNH SÁNG
* Hiện tượng giao thoa ánh sáng
Hiện tượng giao thoa ánh sáng là hiện tượng trong vùng hai chùm sáng gặp nhau xuất hiện những vạch sáng, vạch tối xen kẻ.
* Giải thích và kết luận
Hai chùm sáng kết hợp là hai chùm phát ra ánh sáng có cùng tần số và cùng pha hoặc có độ lệch pha không đổi theo thời gian.
Khi hai chùm sáng kết hợp gặp nhau chúng sẽ giao thoa với nhau: Những chổ hai sóng gặp nhau mà cùng pha với nhau, chúng tăng
cường lẫn nhau tạo thành các vân sáng. Những chổ hai sóng gặp nhau mà ngược pha với nhau, chúng triệt tiêu nhau tạo thành các vân tối.
Nếu dùng ánh sáng trắng thì hệ thống vân giao thoa của các ánh sáng đơn sắc khác nhau sẽ không trùng khít với nhau: ở chính giữa,
vân sáng của các ánh sáng đơn sắc khác nhau nằm trùng với nhau cho một vân sáng trắng gọi là vân trắng chính giữa. Ở hai bên vân trắng
chính giữa, các vân sáng khác của các sóng ánh sáng đơn sắc khác nhau không trùng với nhau nữ, chúng nằm kề sát bên nhau và cho
những quang phổ có màu như ở cầu vồng.
Hiện tượng giao thoa ánh sáng là bằng chứng thực nghiệm quan trọng khẵng đònh ánh sáng có tính chất sóng.
* Bước sóng và màu sắc ánh sáng
+ Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng có một bước sóng xác đònh. Màu ứng với mỗi bước sóng của ánh sáng gọi là màu đơn sắc.
+ Những màu chính trong quang phổ của ánh sáng trắng (đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím) ứng với từng vùng có bước sóng lân cận nhau.
Chẳng hạn vùng đỏ có bước sóng từ 0,76µm đến 0,64µm, vùng tím có bước sóng từ 0,44µm đến 0,40µm, ... .
+ Ngoài các màu đơn sắc còn có các màu không đơn sắc là hỗn hợp của nhiều màu đơn sắc với những tỉ lệ khác nhau.
26. CÁC LOẠI QUANG PHỔ
* Chiết suất môi trường và bước sóng ánh sáng
+ Chiết suất của một môi trường trong suốt nhất đònh đối với các ánh sáng đơn sắc khác nhau phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng đó.
+ Chiết suất của một môi trường trong suốt nhất đònh đối với các ánh sáng có bước sóng dài thì nhỏ hơn chiết suất của môi trường đó đối
với ánh sáng có bước sóng ngắn.
+ Sự phụ thuộc của chiết suất môi trường vào bước sóng ánh sáng là nguyên nhân chủ yếu của hiện tượng tán sắc ánh sáng.
* Máy quang phổ
Máy quang phổ là dụng cụ phân tích chùm sáng có nhiều thành phần thành những thành phần đơn sắc khác nhau.
Máy dùng để nhận biết các thành phần cấu tạo của một chùm sáng phức tạp do một nguồn phát ra.
Máy quang phổ sử dụng lăng kính hoạt động dựa trên hiện tượng tán sắc ánh sáng.
* Quang phổ liên tục
+ Quang phổ liên tục là quang phổ gồm một dải sáng có màu biến đổi liên tục từ đỏ đến tím.

Dùng một nhiệt kế điện (cặp nhiệt điện) để đo nhiệt độ các vùng quang phổ do hồ quang tạo ra thấy: các chùm sáng đơn sắc có tác
dụng nhiệt, tác dụng nhiệt của các chùm sáng đơn sắc khác nhau thì khác nhau, ngoài vùng dải màu liên tục vẫn còn tác dụng nhiệt, nghóa
là vẫn còn có những loại bức xạ không nhìn thấy được.
* Tia hồng ngoại
+ Tia hồng ngoại là những bức xạ không nhìn thấy được có bước sóng lớn hơn bước sóng ánh sáng đỏ (0,75µm < λ).
Tia hồng ngoại có bản chất là sóng điện từ (có bước sóng từ 7,5.10
-7
m đến 10
-3
m).
+ Nguồn phát: các vật có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ môi trường đều phát ra tia hồng ngoại. Trong ánh sáng Mặt Trời có khoảng 50% năng
lượng thuộc vùng hồng ngoại. Nguồn phát tia hồng ngoại thường dùng là các bóng đèn có dây tóc bằng vonfram nóng sáng có công suất từ
250W đến 1000W.
+ Tính chất, tác dụng.
- Tác dụng nổi bật nhất của tia hồng ngoại là tác dụng nhiệt.
- Tác dụng lên kính ảnh hồng ngoại.
- Bò hơi nước, khí CO
2
hấp thụ mạnh.
+ Công dụng
Dùng tia hồng ngoại để sấy khô, sưởi ấm, chụp ảnh hồng ngoại.
* Tia tử ngoại
+ Tia tử ngoại là những bức xạ không nhìn thấy được có bước sóng ngắn hơn bước sóng ánh sáng tím (λ < 0,40µm).
Tia tử ngoại có bản chất là sóng điện từ (có bước sóng từ 10
-9
m đến 4.10
-7
m).
+ Nguồn phát: những vật bò nung nóng đến nhiệt độ trên 3000
o

- Bò lớp chì (kim loại nặng) vài mm cản lại nên thường dùng chì làm màn chắn bảo vệ trong kỹ thuật Rơnghen.
- Tác dụng rất mạnh lên kính ảnh nên được dùng để chụp điện.
- Làm phát quang một số chất nên được dùng để quan sát màn hình trong việc chiếu điện.
- Có khả năng iôn hóa các chất khí. Tính chất này ứng dụng để làm các máy đo liều lượng Rơnghen.
- Có tác dụng sinh lí. Nó có thể hủy hoại tế bào, giết vi khuẫn nên được dùng để chữa các ung thư cạn gần ngoài da.
* Trong y học khi dùng tia Rơnghen để chụp điện (chụp X quang) thường dùng tia Rơnghen cứng
Các tia Rơnghen cứng (có bước sóng từ 10
-12
m đến 10
-10
m) có khả năng đâm xuyên mạnh hơn các tia Rơnghen mềm (có bước sóng từ
10
-10
m đến 10
-8
m).
Tia Rơnghen cứng đâm xuyên mạnh nên ít bò cơ thể hấp thụ hơn còn tia Rơnghen mềm vì đâm xuyên yếu nên bò cơ thể hấp thụ nhiều.
Khi tia Rơnghen bò hấp thụ, nó gây ra một số tác dụng không có lợi cho cơ thể như tác dụng nhiệt làm nóng, tác dụng sinh lí huỷ hoại tế
bào … .
* Thang sóng điện từ
+ Sóng vô tuyến, tia hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy, tia tử ngoại, tia Rơnghen, tia gamma đều có cùng bản chất là sóng điện từ.
+ Các tia có bước sóng càng ngắn thì có tính đâm xuyên càng mạnh, dễ tác dụng lên kính ảnh, dễ làm phát quang các chất và dễ iôn hóa
chất khí.
+ Các tia có bước sóng càng dài, ta càng dễ quan sát hiện tượng giao thoa giữa chúng.
II. Công thức và cách giải bài tập :
1) Công thức:
- Vò trí vân sáng:
a
D
kx

i
.
λ
=
x: vò trí vân ; i: khoảng vân ; (giữa hai vân sáng cạnh nhau hoặc giữa hai vân tối cạnh nhau)
D: khoảng cách từ hai khe đến màn ; a: khoảng cách giữa hai khe
2) Xác đònh vân (sáng hay tối) tại một điểm M bất kỳ:
- Chọn gốc toạ độ tại vân trung tâm. Tìm khoảng cách vân i
- Lập tỷ số:
m
i
x
m
=
(khoảng vân) m : Số nguyên (vân sáng bậc m)
m: Số thập phân (vân sáng thứ theo số nguyên cộng 1).
3) Tìm số vân trên khoảng quan sát (giao thoa trường) L:
- Tìm số vân trong nửa giao thoa trường :
i
L
n
2
=
(số nguyên)
Tổng số vân sáng quan sát được ( n lấy phần nguyên ) : N
s
= 2n + 1 Tổng số vân tối quan sát được ( làm tròn n ) : N
t
= 2n
4) Tìm số vân trong khoảng giữa hai điểm: M (x

=>
D
ai.
=
λ
- Biết x : Dùng công thức :
a
D
kx
.
.
λ
=
(vân sáng) hoặc
a
D
kx
.
).
2
1
(
λ
±=
(vân tối).
6) Tìm khoảng cách giữa 2 vân bất kỳ :
- Tìm vò trí từng vân
- Nếu 2 vân ở cùng phía so với vân sáng trung tâm : d =
21
xx

1
vm
e
.
Từ CT trên => v =
e
m
Ue..2
và v
max
=
e
m
Ue
0
..2
Công suất tỏa nhiệt : P = U.I,
t
eN
t
q
I
∆
=
∆
∆
=
.
Nhiệt lượng tỏa ra : Q = P.t
( Các hằng số : m

Bài tập 2 : Một ống Cu-lit-giơ có cơng suất trung bình 300W, HĐT giữa anơt và catơt có giá trị 10 kV. Hãy tính:
a) cường độ dòng điện trung bình và số êlectron trung bình qua ống trong mỗi giây.
b) Tốc độ cực đại của các các êlectron khi tới anơt.
H ướ ng d ẫ n gi ả i :
A. cường độ dòng điện trung bình I =
A
U
p
03.3
000.10
300
==
số êlectron trung bình qua ống trong mỗi giây : I =
==
∆
=⇒
∆
=
∆
∆
−
19
10.6,1
03.0.1..
e
It
N
t
eN
t

)2000.()10.52.(
2
1
25
−=−
Uevm
e
IV. Bài tập tự luận tự giải :
GIAO THOA ÁNH SÁNG
1. Trong phòng thí nghiệm giao thoa ánh sáng Iâng : khoảng cách hai khe S
1
S
2
là 2mm, khoảng cách từ S
1
S
2
d
1
màn là 1m. Dùng ánh
sáng đơn sắc có bước sóng λ chiếu vào khe S, người ta đo được bề rộng 5 khoảng vân trên màn là i
1
= 1mm. Tìm bước sóng và tần số
của ánh sáng đó. Tìm khoảng cách từ vân sáng bậc 1 và vân tối bậc 8.
2. Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng Iâng : khoảng cách hai khe S
1
S
2
là 2mm, khoảng cách từ S
1

c/ Tại vò trí cách vân trung tâm 6mm là vân sáng hay tối, bậc mấy ứng với hai ánh sáng trên.
4. Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng Iâng : khoảng cách hai khe S
1
S
2
là 1mm, bước song ánh sáng là 0,5µm. Tìm khoảng cách từ S
1
S
2
đến màn để trên màn tại vò trí cách vân trung tâm 2,5mm ta có vân sáng bậc 5. Để tại vò trí đó là vân sáng bậc 2, ta phải dời màn theo
chiều nào một đoạn bao nhiêu ? Theo chiều nào ?
5. Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng Iâng : khoảng cách hai khe S
1
S
2
là 2mm, khoảng cách từ S
1
S
2
đến màn là 3m, bước sóng ánh
sáng là 0,5µm. Bề rộng giao thoa trường là 3cm.
a/ Tính khoảng vân.
b/ Tìm số vân sáng và vân tối quan sát được.
c/ Thay ánh sáng trên bằng ánh sáng có bước sóng 0,5µm. Số vân sáng tăng hay giảm ?
d/ Di chuyển mà quan sát ra xa hai khe. Số vân sáng quan sát tăng hay giảm ? Tính số vân sáng khi
D
′
= 4m (vẫn dùng ánh sáng
có bước sóng 0,5µm).
6. Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng Iâng : khoảng cách hai khe S

2
là 2mm, khoảng cách từ S
1
S
2
đến màn là 1,2m.
a/ Người ta quan sát được 7 vân sáng mà khoảng cách giữa hai vân sáng ngoài cùng là 2,16mm. Tìm bước sóng λ.
b/ S phát ra đồng thời 2 bức xạ : màu đỏ bước sóng 640nm và màu lam bước sóng 0,480µm. Tìm khoảng vân i
2
và i
3
ứng với hai bức
xạ này. Tìm khoảng cách từ vân sáng trung tâm đến vân sáng cùng màu với nó gần nhất.
14. Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng Iâng : khoảng cách hai khe S
1
S
2
là 2mm, khoảng cách từ S
1
S
2
đến màn là 4m, khoảng cách 5 vân
sáng liên tiếp là 4,8mm.
a/ Tìm bước sóng ánh sáng.
b/ Đặt sau khe S
1
một bản mỏng hai mặt song song, dày 5µm. Lúc đó hệ vân dời đi một đoạn x
0
= 6mm (về phía S
1

bao nhiêu?
V. Bài tập trắc nghiệm tự giải :
01 : Ánh sáng trắng hợp bởi :
A. Bảy màu đơn sắc. B.Vơ số màu đơn sắc. C. Các màu đơn sắc từ đỏ đến tím D. B và C đúng
CÂU 02: Một tia sáng khi qua lăng kính ló ra chỉ có một màu duy nhất khơng phải màu trắng đó là :
A. Ánh sáng đã bị tán sắc. B. Lăng kính khơng có khả năng tán sắc .
C. Ánh sáng đơn sắc . D. Chiết suất của lăng kính khơng đổi đối với các ánh sáng đơn sắc .
CÂU 03: Chọn câu sai:
A. Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng khơng bị tán sắc qua lăng kính B. Mỗi ánh sáng đơn sắc khác nhau thì có màu sắc nhất định khác nhau
C. Ánh sáng trắng là tập hợp bởi 7 màu đơn sắc : đỏ cam vàng lục lam chàm tím.
D. lăng kính có khả năng làm tán sắc ánh sáng .
CÂU 04: Chọn câu đúng với 2 phát biểu sau :
I-Ánh sáng trắng là tổng hợp của vơ số ánh sáng đơn sắc khác nhau
II- Khi tổng hợp vơ số ánh sáng đơn sắc khác nhau ta sẽ được ánh sáng trắng .
A. Phát biểu I và II đều đúng và có sự tương quan . B. Phát biểu I và II đều đúng và khơng có sự tương quan.
C. Phát biểu I đúng ; phát biểu II sai . D. Phát biểu I sai ; phát biểu II đúng .
CÂU 05: Đặc trưng cho sóng ánh sáng đơn sắc là:
A. Màu sắc. B. tần số sóng . C. Vận tốc truyền sóng. D. chiết suất lăng kính đối ánh sáng đó .
CÂU 06: Chọn câu sai :
A. Giao thoa là hiện tượng đặc trưng của sóng B. Nơi nào có sóng truyền đến thì có hiện tượng giao thoa .
C. Nơi nào có giao thoa thì nơi đó có sóng truyền đến . D. A và C đúng .
CÂU 07: Chọn cơng thức đúng để xác định vị trí vân sáng trên màng khi có giao thoa
A. x =
λ
k
a
D
2
B. x =
λ

; a= 1mm ; Khoảng cách vân trên màn là :
A. 4 mm B. 0,04 mm C. 0, 4mm D. 40 mm
CÂU 13: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng dùng 2 khe Iâng (Young) cách nhau 0,8 mm, cách màn 1,6 m. Tìm bước sóng ánh sáng chiếu
vào nếu ta đo được vân sáng thứ 4 cách vân trung tâm là 3,6mm.