BÀI 8. GIAO THOA SÓNG 

I. GIAO THOA SÓNG CƠ

Thảo luận 1 trang 49 sgk vật lý 11 ctst

Quan sát thí nghiệm và mô tả lại hiện tượng quan sát được như trong Hình 8.3.

Giải nhanh:

Trong thí nghiệm giao thoa sóng (Hình 8.2), mỗi nguồn sóng tạo ra các vòng tròn đồng tâm của 2 nguồn sóng đến gặp nhau và tạo ra hiện tượng giao thoa . Tại điểm có cùng phương dao động, cùng tần số và cùng pha với nhau do được nối vào cùng một nguồn dao động. 

Thảo luận 2 trang 50 sgk vật lý 11 ctst

Quan sát thí nghiệm được thực hiện theo bố trí trong Hình 8.2 và nhận xét sóng tạo bởi hai viên bị về: tần số, pha và phương dao động.

Giải nhanh:

Sóng tạo bởi 2 viên bi có cùng phương, cùng tần số và cùng pha

Luyện tập trang 51 sgk vật lý 11 ctst

Trong thí nghiệm giao thoa sóng trên mặt nước với hai nguồn kết hợp dao động cùng biên độ, những điểm nằm trên đường trung trực của đoạn thẳng nối hai nguồn sẽ dao động với biên độ như thế nào nếu:

a) Hai nguồn dao động cùng pha?

b) Hai nguồn dao động ngược pha?

Giải nhanh:

Vận dụng trang 51 sgk vật lý 11 ctst

Giải thích vì sao trong tự nhiên, ta thường không quan sát được hiện tượng giao thoa của sông như trường hợp sóng nước tạo bởi hai con vịt đang bơi (Hình 8.1).

Giải nhanh:

Vì sóng nước tạo bởi hai con vịt thường từ 2 nguồn sóng có tần số khác nhau và có độ lệch pha thay đổi theo thời gian nên không phải là hai sóng kết hợp. 

II. GIAO THOA SÓNG ÁNH SÁNG

Thảo luận 3 trang 52 sgk vật lý 11 ctst

Quan sát Hình 8.6 và mô tả hình ảnh nhận được trên màn M.

Giải nhanh:

Ta thấy trên màn M có những vạch sáng màu đỏ ( vân sáng) , và cùng màu đen ( vân tối) cách đều nhau và xen kẽ với nhau

Thảo luận 4 trang 53 sgk vật lý 11 ctst

Giải thích hiện tượng quan sát được trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng (Hình 8.6).

Giải nhanh:

Ánh sáng từ một nguồn sơ cấp đi qua hai khe hẹp, biến chúng thành hai nguồn sáng thứ cấp có cùng tần số và pha. Các điểm có biên độ dao động cực đại và năng lượng hoặc cường độ sáng cực đại tạo thành các vân sáng trong hiện tượng giao thoa ánh sáng. Ngược lại, các điểm có cường độ sáng bằng không là các vân tối.

Luyện tập trang 53 sgk vật lý 11 ctst

Trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng, khoảng vân sẽ thay đổi thế nào khi ta thay nguồn sáng đơn sắc có bước sóng λ bằng ánh sáng đơn sắc có bước sóng là 1,2λ? Nếu khoảng cách từ hai khe đến màn quan sát giữ cố định, ta phải thay đổi khoảng cách giữa hai khe như thế nào để khoảng vẫn lại có độ lớn như ban đầu?

Giải nhanh:

Ta có: I =

λ tăng thành 1,2λ để giữ nguyên i thì phải tăng a thành 1,2a

Vận dụng trang 51 sgk vật lý 11 ctst

Tìm hiểu và mô tả sơ lược hình ảnh nhận được trên màn khi ta sử dụng nguồn sáng trắng (như ánh sáng mặt trời) trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng.

Giải nhanh:

Trung tâm, mỗi ánh sáng đơn sắc tạo ra một vạch màu riêng, tổng hợp lại thành vạch sáng trắng. Trong cùng một bậc giao thoa, tia tím gần vạch trung tâm hơn tia đỏ. Tập hợp các vạch màu từ tím đến đỏ trong cùng một bậc giao thoa (ví dụ: quang phổ bậc 2) bao gồm các vạch màu từ tím đến đỏ ứng với bậc giao thoa k = 2.

Bài tập 1 trang 55 sgk vật lý 11 ctst

Trong thí nghiệm giao thoa sóng trên mặt nước với hai nguồn kết hợp cùng pha, ta thấy tại một điểm cách hai nguồn các khoảng lần lượt là 20 cm và 12 cm, sóng có biên độ cực đại, đồng thời giữa điểm này và đường trung trực của hai nguồn có 4 dãy gồm những điểm dao động với biên độ cực đại. Biết tốc độ truyền sóng là 40 cm/s. Tính tần số của sóng.

Giải nhanh:

Ta có: d2−d1 = kλ

Vì giữa điểm này và đường trung trực của hai nguồn có 4 dãy gồm những điểm dao động với biên độ cực đại nên 20−12 = 5λ⇒λ = 1,6cm

Ta có: f = v/λ = 40/1,6 = 25Hz

Bài tập 2 trang 55 sgk vật lý 11 ctst

Thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng thường được sử dụng để đo bước sóng của ánh sáng đơn sắc. Khi chiếu hai khe bằng một nguồn phát ánh sáng đơn sắc, ta thấy vẫn sáng thứ năm cách vẫn trung tâm là 2,8 cm. Biết hai khe đặt cách nhau 0,2 mm và cách màn một khoảng 1,5 m. Xác định bước sóng của ánh sáng được dùng trong thí nghiệm.

Giải nhanh:

5i = 2,8 ⇒ I = 0,56cm

Bước sóng của ánh sáng được dùng trong thí nghiệm là: 

λ =  = λ = = 0,7467μm

Bài tập 3 trang 55 sgk vật lý 11 ctst

Trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng, người ta sử dụng một nguồn sáng phát ra đồng thời hai ánh sáng đơn sắc có bước sóng lần lượt là 400 nm và 600 nm. Biết khoảng cách giữa hai khe là 0,2 mm và khoảng cách từ hai khe đến màn là 1,5 m.

a) Tính khoảng cách giữa hai vân sáng bậc ba cùng phía với vân trung tâm.

b) Vân trung tâm có màu gì? Tìm khoảng cách gần nhất của một văn cùng màu với vân trung tâm cho đến vân trung tâm này.

a) Khoảng vân của ánh sáng có bước sóng là 400 nm: 

i₁ = =  = 3mm

⇒Vân sáng bậc ba cùng phía với vân trung tâm nằm ở vị trí 

3i₁ = 3.3 = 9mm

Khoảng vân của ánh sáng có bước sóng là 600 nm: 

i₂ =  =  = 4,5mm

⇒Vân sáng bậc ba cùng phía với vân trung tâm nằm ở vị trí 

3i₂ = 3.4,5 = 13,5mm

Khoảng cách giữa hai vân sáng bậc ba cùng phía với vân trung tâm là: 

13,5 – 9 = 4,5 mm

b) Ta có: λ_1/λ₂ = 400/600 = 2/3 ⇒ 3λ₁ = 2λ₂ 

Vân sáng thứ 3 của ánh sáng thứ nhất trùng với vân sáng thứ 2 của ánh sáng thứ hai nên khoảng cách là 9mm