BÀI 8: GIAO THOA SÓNG

I. GIAO THOA SÓNG CƠ

1. Thí nghiệm khảo sát hiện tượng giao thoa sóng

*Thảo luận 1 (SGK – tr49)

Mỗi nguồn sóng phát ra một sóng có các gợn sóng là những đường tròn đồng tâm. Trong vùng gặp nhau của hai sóng xuất hiện những vạch là giao điểm của các sóng tròn phát ra từ hai nguồn.

*Thảo luận 2 (SGK – tr49)

Hai sóng phát ra từ hai viên bi cùng gắn vào một cần dao động nên chúng có cùng tần số, cùng pha và dao động cùng phương.

2. Hiện tượng giao thoa sóng

- Hiện tượng giao thoa sóng là hiện tượng hai sóng kết hợp gặp nhau, tăng cường nhau hoặc làm suy yếu nhau tại một số vị trí trong môi trường. Điều kiện để có giao thoa là phải có sự kết hợp từ hai nguồn sóng dao động cùng phương, cùng tần số và có độ lệch pha không đổi theo thời gian.

- Trong môi trường truyền sóng, khi hai nguồn dao động cùng pha, những điểm có khoảng cách đến hai nguồn lần lượt là d$_{1}$ và d$_{2}$ sẽ dao động với biên độ cực đại khi:

d$_{2}$-d$_{1}$=kλ

và dao động với biên độ cực tiểu khi:

d$_{2}$-d$_{1}$=k+$\frac{1}{2}$

Với k là một số nguyên k=0,±1,±2,...

*Luyện tập (SGK – tr51)

a) Hai nguồn cùng pha: Sóng từ hai nguồn khi truyền đến các điểm trên đường trung trực cách đều các nguồn sẽ dao động cùng pha với nhau nên tăng cường nhau; dẫn đến sóng tổng hợp tại các điểm này dao động với biên độ cực đại.

b) Hai nguồn ngược pha: Sóng từ hai nguồn khi truyền đến các điểm trên đường trung trực cách đều các nguồn sẽ dao động ngược pha với nhau; hai sóng làm suy yếu nhau dẫn đến các điểm này dao động với biên độ cực tiểu. Nếu hai nguồn dao động cùng biên độ thì các điểm trên đường trung trực sẽ đứng yên.

*Vận dụng (SGK – tr51)

Trong tự nhiên ta thường không quan sát được hiện tượng giao thoa sóng như trường hợp sóng nước tạo bởi hai con vịt đang bơi, do một số lí do sau:

- Hai nguồn có thể có độ lệch pha thay đổi.

- Phương truyền sóng của hai nguồn khác nhau, không cùng phương.

- Hai nguồn sóng có tần số khác nhau.

II. GIAO THOA SÓNG ÁNH SÁNG

1. Thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng

*Thảo luận 3 (SGK – tr52)

Ta thấy trên màn M có những vạch sáng màu đỏ (cùng màu với nguồn sáng sơ cấp) cách đều nhau và xen kẽ với các vạch tối.

*Thảo luận 4 (SGK – tr53)

Từ một nguồn sáng sơ cấp, ánh sáng đi qua hai khe hẹp, hai khe trở thành 2 nguồn sáng thứ cấp, cùng tần số, cùng pha. Hiện tượng quan sát được trên màn chính là kết quả của sự giao thoa sóng ánh sáng. Tại những điểm vân sáng thì biên độ dao động tổng hợp cực đại, tại những điểm vân tối thì biên độ dao động tổng hợp cực tiểu.

*Kết luận

- Hiện tượng giao thoa ánh sáng là hiện tượng xuất hiện các vạch sáng xen kẽ với các vạch tối khi hai sóng ánh sáng kết hợp gặp nhau.

- Các vạch sáng, vạch tối được gọi là vân giao thoa.

- Vạch sáng ứng với biên độ dao động tổng hợp cực đại được gọi là vân sáng, vạch tối ứng với biên độ dao động tổng hợp cực tiểu gọi là vân tối.

2. Khoảng vân và vị trí vân giao thoa trên màn

- Khoảng cách giữa hai vân sáng (hoặc hai vân tối) liên tiếp được gọi là khoảng vân, kí hiệu i.

i=$\frac{\lambda D}{a}$

- Trên màn giao thoa, vân sáng có vị trí:

x$_{s}$=k.i

và vân tối có vị trí:

x$_{t}$=(k+$\frac{1}{2}$)i

với k là một số nguyên k=0,±1,±2,....

3. Vận dụng hiện tượng giao thoa ánh sáng

*Ví dụ (SGK – tr54)

a) Ta có: 8i = 25,3 mm, suy ra i = 3,16 mm.

Từ công thức i=$\frac{\lambda D}{a}$, suy ra:

λ=$\frac{ai}{D}$=$\frac{0,200.10^{-3}.3,16.10^{-3}}{1}$=0,632.10$^{-6}$m=632 nm.

b) Khoảng cách từ vân sáng bậc hai đến vân tối thứ tư ở cùng bên so với vân sáng trung tâm là:

3,5i-2i=1,5i=1,5.3,16=4,74 mm.

*Luyện tập (SGK – tr54)

- Ta có: i'i=λ'D/aλD/a=λ'=1,2λ=1,2, nên khoảng vân mới tăng 1,2 lần so với khoảng vân ban đầu.

- Để có khoảng vân như ban đầu:

$\frac{i'}{i}$=$\frac{\lambda 'D/a}{\lambda D/a'}$=1 thì $\frac{\lambda '}{\lambda }$=$\frac{a'}{a}$=1,2. Nghĩa là ta phải tăng khoảng cách giữa hai khe bằng 1,2 lần so với khoảng cách ban đầu.

Vận dụng (SGK – tr54)

Khi sử dụng nguồn ánh sáng trắng thì trên màn quan sát ta sẽ thấy được ở vân chính giữa là vân sáng màu trắng, trải dài về hai phía là các dải màu biến thiên liên tục từ tím đến đỏ (tím gần vân sáng trung tâm hơn, đỏ xa vân sáng trung tâm hơn).