Phương pháp giải bài toán sóng ánh sáng (hay)

Cập nhật lúc : 16 : 22 11-07-2015 Mục tin : Vật lý lớp 12

Tất cả các dạng bài tập chương sóng ánh sáng được trình bày từ phương pháp đến vid dụ có hướng dẫn giải và các bài tập tự luyện giúp các em tự tin khi làm bài tập.

PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN SÓNG ÁNH SÁNG 

A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT

I. Tán sắc ánh sáng.

* Sự tán sắc ánh sáng:Tán sắc ánh sáng là sự phân tách một chùm sáng phức tạp thành các chùm sáng đơn sắc.

* Ánh sáng đơn sắc, ánh sáng trắng

– Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng không bị tán sắc khi đi qua lăng kính. Mỗi ánh sáng đơn sắc có một màu gọi là màu đơn sắc. Mỗi màu đơn sắc trong mỗi thiên nhiên và môi trường có một bước sóng xác lập .- Khi truyền qua những môi trường tự nhiên trong suốt khác nhau tốc độ của ánh sáng đổi khác, bước sóng của ánh sáng biến hóa còn tần số của ánh sáng thì không biến hóa .- Ánh sáng trắng là tập hợp của vô số ánh sáng đơn sắc khác nhau có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím .- Dải có màu như cầu vồng ( có có vô số màu nhưng được chia thành 7 màu chính là đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím ) gọi là quang phổ của ánh sáng trắng .- Chiết suất của những chất trong suốt biến thiên theo sắc tố ánh sáng và tăng dần từ màu đỏ đến màu tím .

* Ứng dụng của sự tán sắc ánh sáng

– Máy quang phổ nghiên cứu và phân tích một chùm sáng đa sắc, do những vật sáng phát ra, thành những thành phần đơn sắc .- Hiện tượng cầu vồng xảy ra do sự tán sắc ánh sáng, những tia sáng Mặt Trời đã bị khúc xạ và phản xạ trong những giọt nước trước khi tới mắt ta .

Phương pháp giải:

Phương pháp giải bài toán sóng ánh sáng (hay) 6

Áp dụng các công thức của lăng kính :

+ Công thức tổng quát:   sini1 =  n sinr1

sini2 = n sinr2A = r1 + r2D = i1 + i2 – A+ Trường hợp i và A nhỏ : i1 = nr1 ; i2 = nr2 ; D = ( n – 1 ) A+ Góc lệch cực tiểu :

  Phương pháp giải bài toán sóng ánh sáng (hay) 7                                               

 +Công thức tính góc lệch cực tiểu:  \(sin\frac{D_{min}+A}{2}=nsin\frac{A}{2}\)                  

¨ Điều kiện để có phản xạ toàn phần : n1 > n2 ; i > igh với sinigh = \ ( \ frac { n_ { 2 } } { n_ { 1 } } \ )¨ Với ánh sáng trắng : \ ( \ left \ { \ begin { matrix } n_ { tim } \ geq n_ { \ lambda } \ geq n_ { do } và và \ \ \ lambda _ { tim } \ leq \ lambda \ leq \ lambda _ { do } và và \ end { matrix } \ right. \ )

II. Nhiễu xạ ánh sáng – Giao thoa ánh sáng.

a. Nhiểu xạ ánh sáng: Nhiễu xạ ánh sáng là hiện tượng truyền sai lệch với sự truyền thẳng của ánh sáng khi đi qua lỗ nhỏ hoặc gặp vật cản. Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng.

b. Hiện tượng giao thoa ánh sáng

– Hai chùm sáng tích hợp là hai chùm phát ra ánh sáng có cùng tần số và cùng pha hoặc có độ lệch pha không đổi theo thời hạn .- Khi hai chùm sáng tích hợp gặp nhau chúng sẽ giao thoa :+ Những chổ hai sóng gặp nhau mà cùng pha nhau, chúng tăng cường lẫn nhau tạo thành những vân sáng .+ Những chổ hai sóng gặp nhau mà ngược pha với nhau, chúng triệt tiêu nhau tạo thành những vân tối .- Nếu ánh sáng trắng giao thoa thì mạng lưới hệ thống vân của những ánh sáng đơn sắc khác nhau sẽ không trùng nhau :

+ Ở chính giữa, vân sáng của những ánh sáng đơn sắc khác nhau nằm trùng nhau cho một vân sáng trắng gọi là vân trắng chính giữa ( vân trung tâm ) .+ Ở hai bên vân trung tâm, những vân sáng khác của những sóng ánh sáng đơn sắc khác nhau không trùng với nhau nữa, chúng nằm kề sát bên nhau và cho những quang phổ có màu như ở màu cầu vồng .- Hiện tượng giao thoa ánh sáng là bằng chứng thực nghiệm khẵng định ánh sáng có đặc thù sóng .

c.Vị trí vân, khoảng vân trong giao thoa ánh sáng khe Young

Phương pháp giải bài toán sóng ánh sáng (hay) 8

   + Vị trí vân sáng: xs = k \(\frac{\lambda D}{a}\);  với k ∈ Z.

   + Vị trí vân tối:    xt = (2k + 1)\(\frac{\lambda D}{2a}\) ; với k ∈ Z.

   + Khoảng vân :    i =\(\frac{\lambda D}{a}\) .   =>  Bước sóng: \(\lambda =\frac{ia}{D}\)

+ Giữa n vân sáng liên tục có ( n – 1 ) khoảng chừng vân .

   => Vị trí vân sáng: xs = ki       

   =>  Vị trí vân tối:   xt = (2k + 1)i/2    

d. Thí nghiệm Young có bản mặt song song :

Phương pháp giải bài toán sóng ánh sáng (hay) 9

– Do có bản mỏng dính có bề dày là e, chiết suất n :+ Quang lộ từ S1 đến M là : S1M = ( d1 – e ) + n. e

+ Quang lộ từ S2 đến M là : S2M = d2- Hiệu quang trình : δ = S2M – S1M = d2 – d1 – e ( n-1 ) = \ ( \ frac { ax } { D } \ ) – e ( n-1 )

– Vị trí vân sáng :    xs = k\(\frac{\lambda D}{a}\) + \(\frac{e.D}{a}\)(n-1)

– Vị trí vân tối :       xt = (k + 0,5)\(\frac{\lambda D}{a}\) + \(\frac{e.D}{a}\)(n-1)

– Hệ vân dời một đoạn về phía có đặt bản mặt song song : x0 = \ ( \ frac { e. D } { a } \ ) ( n-1 )

e. Bước sóng và màu sắc ánh sáng

+ Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng có một bước sóng xác lập trong chân không .+ Mọi ánh sáng đơn sắc mà ta nhìn thấy ( ánh sáng khả kiến ) đều có bước sóng trong chân không ( hoặc không khí ) trong khoảng chừng từ 0,38 μm ( ánh sáng tím ) đến 0,76 μm ( ánh sáng đỏ ) .+ Những màu chính trong quang phổ ánh sáng trắng ( đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím ) ứng với từng vùng có bước sóng lân cận nhau. Bảng màu và bước sóng của ánh sáng trong chân không như sau :

Phương pháp giải bài toán sóng ánh sáng (hay) 10

B. CÁC DẠNG BÀI TẬP

1. Sự tán sắc ánh sáng .

a. Kiến  thức:

Tán sắc ánh sáng là hiện tượng kỳ lạ một chùm ánh sáng phức tạp bị nghiên cứu và phân tích thành những chùm ánh sáng đơn sắc .

Nguyên nhân của hiện tượng tán sắc là do chiết suất của môi trường biến thiên theo màu sắc ánh sáng, và tăng dần từ màu đỏ đến màu tím 🙁nđỏ < ncam < nvàng < nlục < nlam < nchàm < ntím.)

   =>Tia màu đỏ lệch ít nhất, tia màu tím lệch nhiều nhất.

Bước sóng ánh sáng trong chân không : l = ; với c = 3.108 m / s .Bước sóng ánh sáng trong thiên nhiên và môi trường : l ’ = .Khi truyền từ thiên nhiên và môi trường trong suốt này sang môi trường tự nhiên trong suốt khác tốc độ truyền của ánh sáng biến hóa, bước sóng của ánh sáng đổi khác nhưng tần số ( chu kì, tần số góc ) của ánh sáng không đổi khác .Thường những bài toán tương quan đến những công thức của lăng kính :+ Công thức chung : sini1 = nsinr1 ; sini2 = nsinr2 ; A = r1 + r2 ; D = i2 + i2 – A .Khi i1 = i2 ( r1 = r2 ) thì D = Dmin với sin = n ( Đối xứng )+ Khi góc chiết quang A và góc tới i1 đều nhỏ ( ≤ 100 ), ta có những công thức gần đúng :i1 = nr1 ; i2 = nr2 ; A = r1 + r2 ; D = A ( n – 1 ) ; Dmin = A ( n – 1 ) .+ Khi thiết yếu, một số ít bài toán còn tương quan đến định luật phản xạ :

i = i ’, định luật khúc xạ : n1sini1 = n2sini2 .Tán sắc ánh sáng là hiện tượng kỳ lạ một chùm ánh sáng phức tạp bị nghiên cứu và phân tích thành những chùm ánh sáng đơn sắc .

Nguyên nhân của hiện tượng tán sắc là do chiết suất của môi trường biến thiên theo màu sắc ánh sáng, và tăng dần từ màu đỏ đến màu tím 🙁nđỏ < ncam < nvàng < nlục < nlam < nchàm < ntím.)

   =>Tia màu đỏ lệch ít nhất, tia màu tím lệch nhiều nhất.

Bước sóng ánh sáng trong chân không : \ ( \ lambda = \ frac { c } { f } \ ) ; với c = 3.108 m / s .Bước sóng ánh sáng trong thiên nhiên và môi trường : \ ( \ lambda ‘ = \ frac { v } { f } = \ frac { c } { nf } = \ frac { \ lambda } { n } \ ) .Khi truyền từ thiên nhiên và môi trường trong suốt này sang môi trường tự nhiên trong suốt khác tốc độ truyền của ánh sáng biến hóa, bước sóng của ánh sáng biến hóa nhưng tần số ( chu kì, tần số góc ) của ánh sáng không biến hóa .Thường những bài toán tương quan đến những công thức của lăng kính :+ Công thức chung : sini1 = nsinr1 ; sini2 = nsinr2 ; A = r1 + r2 ; D = i2 + i2 – A .Khi i1 = i2 ( r1 = r2 ) thì D = Dmin với sin = n ( Đối xứng )

+ Khi góc chiết quang A và góc tới i1 đều nhỏ ( ≤ 100 ), ta có những công thức gần đúng :i1 = nr1 ; i2 = nr2 ; A = r1 + r2 ; D = A ( n – 1 ) ; Dmin = A ( n – 1 ) .+ Khi thiết yếu, một số ít bài toán còn tương quan đến định luật phản xạ :i = i ’, định luật khúc xạ : n1sini1 = n2sini2 .

b.Bài tập:

Bài 1. Bước sóng của ánh sáng đỏ trong không khí là 0,64 μm. Tính bước sóng của ánh sáng đó trong nước biết chiết suất của nước đối với ánh sáng đỏ là \(\frac{4}{3}\) .

Giải  Bài 1. Ta có:\(\lambda ‘=\frac{v}{f}=\frac{c}{nf}=\frac{\lambda }{n}=0,48\mu m\)

Bài 2. Một ánh sáng đơn sắc có bước sóng của nó trong không khí là 0,6 μm và trong chất lỏng trong suốt là   0,4 μm. Tính chiết suất của chất lỏng đối với ánh sáng đó.

Giải  Bài 2. Ta có: \(\lambda ‘=\frac{\lambda }{n}\Rightarrow n=\frac{\lambda }{\lambda ‘}=1,5\)

Bài 3. Một chùm ánh sáng hẹp, đơn sắc có bước sóng trong chân không là λ = 0,60 μm. Xác định chu kì, tần số của ánh sáng đó. Tính tốc độ và bước sóng của ánh sáng đó khi truyền trong thủy tinh có chiết suất n = 1,5.

Giải  Bài 3. Ta có:

f = \ ( \ frac { c } { f } \ ) = 5.1014 Hz ; T = \ ( \ frac { 1 } { f } \ ) = 2.10 – 15 s ; v = \ ( \ frac { c } { n } \ ) = 2.108 m / s ; λ ’ = \ ( \ frac { v } { f } = \ frac { \ lambda } { n } \ ) = 0,4 μm .

Bài 4. Một lăng kính có góc chiết quang là 600. Biết chiết suất của lăng kính đối với ánh sáng đỏ là 1,5. Chiếu tia sáng màu đỏ vào mặt bên của lăng kính với góc tới 600. Tính góc lệch của tia ló so với tia tới.

Giải  Bài 4. Ta có:

sinr1 = \ ( \ frac { sini_ { 1 } } { n } \ ) = 0,58 = sin35, 30 => r1 = 35,30 => r2 = A – r1 = 24,70 ;sini2 = nsinr2 = 0,63 = sin38, 00 => i2 = 38,80 => D = i2 + i2 – A = 38,80 .

Bài 5. Một lăng kính thủy tinh có góc chiết quang A = 600, có chiết suất đối với tia đỏ là 1,514; đối với tia tím là 1,532. Tính góc lệch cực tiểu của hai tia này.

Giải  Bài 5. Với tia đỏ: sin\(\frac{D_{dmin}+A}{2}\) = ndsin\(\frac{A}{2}\)= sin49,20 =>\(\frac{D_{dmin}+A}{2}\)  = 49,20 =>Ddmin = 2.49,20 – A = 38,40 = 38024’. Với tia tím: sin \(\frac{D_{dmin}+A}{2}\) = ntsin\(\frac{A}{2}\)= sin500 =>\(\frac{D_{dmin}+A}{2}\)= 500 =>Dtmin = 2.500 – A = 400.

Bài 6. Một lăng kính thủy tinh có góc chiết quang A = 40, đặt trong không khí. Chiết suất của lăng kính đối với ánh sáng đỏ và tím lần lượt là 1,643 và 1,685. Chiếu một chùm tia sáng hẹp gồm hai bức xạ đỏ và tím vào mặt bên của lăng kính theo phương vuông góc với mặt này. Tính góc tạo bởi tia đỏ và tia tím sau khi ló ra khỏi mặt bên kia của lăng kính.

Giải  Bài 6. Với A và i1 nhỏ (£ 100) ta có: D = (n – 1)A.

Do đó : Dd = ( nd = 1 ) A ; Dt = ( nt – 1 ) A .Góc tạo bởi tia ló đỏ và tia ló tím là : ∆ D = Dt – Dd = ( nt – nd ) A = 0,1680 ≈ 10 ’ .

Bài 7. Chiếu một tia sáng đơn sắc màu vàng từ không khí (chiết suất coi như bằng 1 đối với mọi ánh sáng) vào mặt phẵng phân cách của một khối chất rắn trong suốt với góc tới 600 thì thấy tia phản xạ trở lại không khí vuông góc với tia khúc xạ đi vào khối chất rắn. Tính chiết suất của chất rắn trong suốt đó đối với ánh sáng màu vàng.

Giải  Bài 7. Ta có:

sini = nsinr = nsin ( 900 – i ’ ) = nsin ( 900 – i ) = ncosi ð n = tani = \ ( \ sqrt { 3 } \ ) .

c.Trắc nghiệm:

Câu 1. Chiếu một tia sáng trắng nằm trong một tiết diện thẳng của một lăng kính thủy tinh, vào lăng kính, theo phương vuông góc với mặt bên của lăng kính. Góc chiết quang của lăng kính bằng 300. Biết chiết suất của lăng kính đối với tia đỏ là 1,5 và đối với tia tím là 1,6. Tính góc làm bởi tia ló màu đỏ và tia ló màu tím

A. 4,540. B. 12,230. C. 2,340. D. 9,160 .Giải : Sử dụng công thức : Sin i1 = n. sinr1 ; Sini2 = n. sinr2 ; A = r1 + r2Theo đề bài ” phương vuông góc với mặt bên của lăng kính ” nên r1 = 0Bấm máy nhanh shift sin ( nt. sin30 ) – shift sin ( nd. sin30 ) = 4,540

Câu 2. Một lăng kính thủy tinh có góc chiết quang A = 60, có chiết suất đối với tia đỏ là nđ = 1,54 và đối với tia tím là nt = 1,58. Cho một chùm tia sáng trắng hẹp, chiếu vuông góc với mặt phẳng phân giác của góc chiết quang, vào mặt bên của lăng kính. Tính góc giữa tia đỏ và tia tím khi ló ra khỏi lăng kính.

A. 0,870. B. 0,240. C. 1,220. D. 0,720 .Giải : Góc nhỏ nên vận dụng D = ( n-1 ) A ; Bấm máy nhanh :. 58×6 -. 54×6 = 0,24

Câu 3. Một thấu kính có hai mặt lồi cùng bán kính R = 30 cm được làm bằng thủy tinh. Chiết suất của thủy tinh đối với bức xạ màu đỏ là n1 = 1,5140 và đối với bức xạ màu tím là n2 = 1,5318. Tính khoảng cách giữa tiêu điểm của thấu kính đối với ánh sáng đỏ và tiêu điểm của thấu kính đối với ánh sáng tím.

A. 3 cm. B. 1,5 cm. C. 0,97 cm. D. 0,56 cm .Giải : Áp dụng công thức : D = 1 / f = ( n-1 ). ( 1 / R1 + 1 / R2 )Bấm máy : (. 514 ÷ 15 ) – 1 – (. 5318 ÷ 15 ) – 1 = 0,976 … ( Lưu ý do có 2 mặt lồi cùng nửa đường kính, ta hoàn toàn có thể nhẩm 2/30 = 1/15 nên bấm chia 15 cho nhanh và bớt sai sót )

Câu 4. Một chùm tia sáng trắng song song với trục chính của một thấu kính thủy tinh có hai mặt lồi giống nhau bán kính R = 10,5cm, có chiết suất đối với ánh sáng đỏ và tím là nđ = 1,5 và nt = 1,525 thì khoảng cách từ tiêu điểm màu đỏ và tiêu điểm màu tím là:

A. 0,5 cm B. 1 cm C. 1,25 cm D. 1,5 cmGiải : Bấm máy : (. 5 x 2 ÷ 10.5 ) – 1 – (. 525 x 2 ÷ 10.5 ) – 1 = 0.5

 

Tất cả nội dung bài viết. Các em hãy xem thêm và tải file chi tiết dưới đây:

Luyện Bài tập trắc nghiệm môn Vật lý lớp 12 – Xem ngay

0 0 votes
Article Rating
Subscribe
Notify of
guest
0 Comments
Inline Feedbacks
View all comments
0
Hãy cùng bình luận và nêu quan điểm cho vui nhé!x
()
x