Sáng kiến kinh nghiệm SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM PHÂN LOẠI VÀ CÁCH GIẢI MỘT SỐ BÀI TOÁN VỀ GIAO THOA ÁNH SÁNG VỚI KHE YOUNG ( Y–ÂNG) I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Vật lý học môn khoa học làm tảng cung cấp sở lý thuyết cho số môn khoa học ứng dụng Môn Vật lý nghiên cứu vật, tượng xảy hàng ngày, có tính ứng dụng thực tiễn Tuy nhiên đa số học sinh thấy môn Vật lí môn học khó, đặc biệt việc vận dụng công thức, định luật vào làm tập vật lý Lý dẫn tới khó khăn học sinh là: Thứ đặc thù môn học vật lý, đại lượng biểu diễn kí hiệu công thức vật lý, từ giá trị giải tập, học sinh cần phải tái ý nghĩa vật lý đại lượng tương ứng Thứ hai thời gian tiết học lý thuyết có hạn nên học sinh lúc vừa quan sát tượng vừa khái quát ghi nhớ vận dụng kiến thức tiếp thu để giải tập, mà phân phối chương trình số tiết tập lại Đa phần em tiếp thu phần lý thuyết mà điều kiện vận dụng luyện tập lớp gặp tập đòi hỏi phải có suy luận em lúng túng giải trở nên chán thường có tư tưởng chờ thầy giải chép Vậy phải làm để giúp học sinh vượt qua khó khăn học làm tập Vật lý? Có nhiều biện pháp giáo viên sử dụng phối hợp nhằm tạo hứng thú, khắc sâu kiến thức cho học sinh giúp học sinh học tốt môn Vật lý như: phần lý thuyết giảng dạy ngắn ngọn, xúc tích, liên hệ nhiều với thực tiễn, tập yêu cầu học sinh tự học, biện pháp thiếu trình giảng dạy tổng hợp kiến thức để phân loại dạng tập chương, đồng thời hướng dẫn cách giải cụ thể cho dạng Việc phân loại Người thực hiện: Phạm Ngọc Anh – THPT Nguyễn Hữu Cảnh -1- Sáng kiến kinh nghiệm dạng tập hướng dẫn cách giải làm cụ thể hóa lượng kiến thức chương giúp em học sinh củng cố kiến thức chủ động tìm cách giải nhanh nhất, hiệu làm tập Xuất phát từ thực tế trên, với số kinh nghiệm trình giảng dạy qua tham khảo số tài liệu, chọn đề tài “ PHÂN LOẠI VÀ CÁCH GIẢI MỘT SỐ BÀI TOÁN VỀ GIAO THOA ÁNH SÁNG VỚI KHE YOUNG (YÂNG)” để giúp em học sinh hiểu bài, nhanh chóng nắm cách giải chủ động gặp tập dạng Bài tập Giao thoa ánh sáng có nhiều dạng Trong nội dung viết tập trung vào dạng tập giao thoa ánh sáng với khe Young II TỔ CHỨC THỰC HIỆN ĐỀ TÀI A CƠ SỞ LÝ LUẬN - Bài toán giao thoa ánh sáng với khe Young đưa trong: sách giáo khoa Vật lý 12 ( 25 - chương trình chuẩn 36, 37 - chương trình nâng cao); sách Bài tập Vật lý 12 (chương trình chuẩn nâng cao) số sách tham khảo số tiết tập vận dụng lớp thực theo Phân phối chương trình nên học sinh không luyện tập nhiều tập dạng - Nội dung chuyên đề đề cập đến đề tài Phân loại cách giải dạng toán quang sóng tổ Vật lý thực năm 2010 chưa cụ thể tổng quát Trong viết tổng hợp dạng tập giao thoa ánh sáng với khe Young từ phân loại cụ thể, chi tiết, tổng quát kèm theo ví dụ minh họa luyện tập đa dạng theo mức độ khác bản, hay khó Người thực hiện: Phạm Ngọc Anh – THPT Nguyễn Hữu Cảnh -2- Sáng kiến kinh nghiệm B NỘI DUNG, BIỆN PHÁP THỰC HIỆN CÁC GIẢI PHÁP CỦA ĐỀ TÀI Phần I TÓM TẮT LÝ THUYẾT Giao thoa ánh sáng: tổng hợp hai sóng ánh sáng kết hợp: sóng ánh sáng phát từ hai nguồn kết hợp, có phương dao động, chu kỳ ( tần số ) dao động có hiệu số pha dao động không đổi theo thời gian Những vị trí mà hai sóng ánh sáng tăng cường lẫn tạo nên vân sáng, vị trí mà hai sóng ánh sáng triệt tiêu lẫn tạo nên vân tối Ánh sáng đơn sắc ánh sáng có màu định (bước sóng xác định ), không bị tán sắc truyền qua lăng kính Ánh sáng trắng hỗn hợp nhiều ánh sáng đơn sắc có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím Thí nghiệm I-âng giao thoa ánh sáng: Nguồn sáng F chiếu sáng hai khe F1, F2 cách F, M - Khi nguồn F nguồn sáng trắng M có hệ vân nhiều màu - Khi nguồn F nguồn sáng đơn sắc M có vạch sáng màu tối xen kẽ Các công thức giải tập giao thoa ánh sáng Người thực hiện: Phạm Ngọc Anh – THPT Nguyễn Hữu Cảnh -3- Sáng kiến kinh nghiệm a khoảng cách hai khe sáng F1, F2 D khoảng cách từ hai khe sáng F1, F2 đến hứng vân λ bước sóng ánh sáng - Hiệu đường hai sóng ánh sáng ∆d = d − d1 = ax D - Khoảng vân: khoảng cách hai vân sáng hai vân tối liên tiếp: i= - Vị trí vân sáng: xs = k λD a λD = ki a k bậc giao thoa (k = vân sáng trung tâm; k = ± vân sáng bậc 1; k = ± vân sáng bậc 2; …) - Vị trí vân tối: xt = (k + λD ) = (k + )i 2 a (k = k = -1: vân tối thứ nhất; k = k = -2 vân tối thứ 2; …) - Khoảng cách n vân sáng ( n vân tối ) liên tiếp: d = (n - 1)i - Khoảng cách từ vân sáng bậc k1 đến vân sáng bậc k2: ∆x = ( k1 + k ) i vân khác phía với vân sáng trung tâm ∆x = k − k1 i vân phía với vân sáng trung tâm - Xác định loại vân, bậc vân điểm M có tọa độ xM xM = k ( k ∈ Z ) ⇒ điểm M có vân sáng bậc k i Người thực hiện: Phạm Ngọc Anh – THPT Nguyễn Hữu Cảnh -4- Sáng kiến kinh nghiệm xM = k + ( k ∈ Z ) ⇒ điểm M có vân tối i Phần II PHÂN LOẠI VÀ CÁCH GIẢI MỘT CÁC DẠNG BÀI TẬP VỀ GIAO THOA ÁNH SÁNG VỚI KHE YOUNG (Y-ÂNG) ( CÓ BÀI TẬP VÍ DỤ KÈM THEO MỖI DẠNG ) Dạng I Giao thoa với ánh sáng đơn sắc: Dạng I.1: Xác định khoảng vân, vị trí vân sáng, vị trí vân tối, khoảng cách hai vân cho trước Cách giải: Áp dụng công thức tính: - Khoảng vân: i = λD a - Vị trí vân sáng: xs = k - Vị trí vân tối: λD = ki, a xt = (k + λD ) = (k + )i 2 a - Khoảng cách n vân sáng ( n vân tối ) liên tiếp: d = (n - 1)i - Khoảng cách từ vân sáng bậc k1 đến vân sáng bậc k2: ∆x = ( k1 + k ) i vân khác phía với vân sáng trung tâm ∆x = k − k1 i vân phía với vân sáng trung tâm Ví dụ I.1 Trong thí nghiệm Young giao thoa ánh sáng, khoảng cách khe sáng a = 1,2mm, quan sát cách mặt phẳng chứa khe khoảng D = 1,8m, ánh sáng có bước sóng λ = 0,6µm a Tính khoảng vân b Xác định vị trí vân sáng bậc vân tối thứ c Xác định khoảng cách từ vân sáng bậc đến vân sáng bậc phía vân sáng trung tâm Hướng dẫn giải λ D 0,6.10−6.1.8 = 0,9.10− ( m ) = 0,9 (mm) a Khoảng vân: i = = −3 a 1,2.10 Người thực hiện: Phạm Ngọc Anh – THPT Nguyễn Hữu Cảnh -5- Sáng kiến kinh nghiệm b Vị trí vân sáng bậc 3: xS3 = ± 3i = 2,7.10-3(m) Vị trí vân tối thứ 5: xT5 = ± 4,5i = 4,05.10-3(m) c Khoảng cách từ vân sáng bậc đến vân sáng bậc phía vân sáng trung ∆x = (6 − 2)i = 4i = 3,6.10-3(m) tâm là: Dạng I.2: Xác định loại vân, bậc vân vị trí M có tọa độ xM cho trước Cách giải: Tính xM i - Nếu xM = k ( k ∈ Z ) ⇒ điểm M có vân sáng bậc k i - Nếu xM = k + ( k ∈ Z ) ⇒ điểm M có vân tối i Chú ý: thương xM số nguyên hay bán nguyên M không i có vân sáng hay vân tối Ví dụ I.2 Người ta thực giao thoa ánh sáng với khe Young F 1, F2 biết hai khe cách a = 1mm Ánh sáng có bước sóng λ = 0,55µm, quan sát đặt cách khe khoảng D = 2m Điểm M N quan sát cách vân sáng trung tâm khoảng 3,85mm 8,8mm vân sáng hay vân tối thứ bao nhiêu? Hướng dẫn giải: λ D 0,55.10−6.2 = 1,1.10−3 (m) = 1,1(mm) + Khoảng vân: i = = −3 a 10 x 3,85 x 8,8 + Nếu iM = 1,1 = 3,5 ⇒ điểm M có vân tối thứ N + Nếu i = 1,1 = ⇒ điểm M có vân sáng thứ Dạng I.3: Tìm số vân sáng, vân tối quan sát vùng giao thoa Cách giải: Trường hợp 1: Tìm số vân sáng, vân tối quan sát trường giao thoa bề rộng L - Tính L = n, b = n + 0, b 2i Người thực hiện: Phạm Ngọc Anh – THPT Nguyễn Hữu Cảnh -6- Sáng kiến kinh nghiệm ( n phần nguyên, b chữ số lẻ thập phân thương số) - Số vân sáng NS = 2n + ( kể vân sáng trung tâm ) - Số vân tối: NT = 2n b < 5; NS = (n + 1) b ≥ Trường hợp 2: Tìm số vân sáng, vân tối quan sát đoạn MN trường giao thoa - Vân sáng bậc k đoạn MN có tọa độ xk = k.i thỏa mãn xM ≤ xk ≤ xN Nên số vân sáng đoạn MN số giá trị k thỏa mãn: xM x ≤k≤ N i i Nếu tính số vân sáng khoảng MN k thỏa mãn xM x