Giáo án vạt lý - Tiết 65: đo bước sóng ánh sáng

TIẾT 65: ĐO BƯỚC SÓNG ÁNH SÁNG I. MỤC ĐÍCH YÊU CẦU: A. Trọng tâm: - Các công thức xác định vị trí các vân và tính khoảng vân. - Mối quan hệ giữa màu sắc của ánh sáng đơn sắc và bước sóng ánh sáng. B. Kỹ năng: - Giải các bài toán đơn giản về giao thoa. - Giải thích sự tạo thành quang phổ liên tục khi dùng ánh sáng trắng. C. Phương pháp: Diễn giảng, pháp vấn, gợi mở. II. CHUẨN BỊ: GV: Tranh về quang phổ liên tục để giới thiệu cho học sinh các vùng màu khác nhau. HS: Xem Sgk và ôn lại phần “Sự giao thoa của sóng cơ học” III. TIẾN HÀNH LÊN LỚP: A. Ổn định: B. Kiểm tra: 1. Mô tả thí nghiệm Young về hiện tượng giao thoa ánh sáng? 2. Giải thích hiện tượng quan sát được trong thí nghiệm Young? Rút ra kết luận cần thiết? C. Bài mới: PHƯƠNG PHÁP NỘI DUNG I/ Tiếp tục thí nghiệm Young: Hình vẽ SGK HS xác định: Từ hình vẽ, ta có: IH1 = IH2 =?       sin 2 a H2A – H1A = ? (= 2IH1) Mà: H2A, H1A = ? (H2A = r2cos a2 H1A =r1 cos a1)  H2A – H1A = ? I. KHOẢNG VÂN GIAO THOA: a. Vị trí vân giao thoa: Trong thí nghiệm Young, để quan sát rõ các vân, ta đặt một màn E sau màn M12 (M12 // E). E cách màn M12 một khoảng là D. Lấy mặt phẳng vuông góc với các khe S1, S2 và mặt phẳng E làm mặt phẳng hình vẽ. Gọi: a là khoảng cách giữa hai nguồn S1, S2 D là khoảng cách từ 2 nguồn S1, S2 đến màn E IO là trung trực của S1, S2 A là vị trí của một vân sáng nào đó trên màn E và A cách O một khoảng là x Từ hình vẽ, ta có: IH1 = IH2 = 2 a sin a H2A – H1A = 2IH1 Và: r2cos a2 – r1 cos a1 = 2. 2 a sin a => r2cos a2 – r1 cos a1 = a sin a  (r2cos a2 – r1 cos a1 = asin a) Nhưng vì a1, a2, a là rất nhỏ, nên có thể xem: cos a1, cos a2  1  r1cos a1  ? ( r1)  r2cos a2  ? ( r2) Và: sin a  tg a = ?        D x IO AO Vậy: r2 – r1 =?       D x a. * Tại A để thỏa điều kiện là một vân sáng (hai sóng tăng cường lẫn nhau), thì hiệu đường đi: r2 – r1 = ? (= a. D x = k. l)  x = ? (= k. a D ) * Nếu tại A để thỏa điều kiện là một vân tối (hai sóng triệt tiêu Nhưng vì a1, a2, a là rất nhỏ, nên có thể xem: r2cos a1  r1 r2cos a2  r2 sin a  tg a = D x IO AO  Vậy: r2 – r1 = a. D x  Tại A có vân sáng khi hai sóng ánh sáng S1 và S2 gởi đến A đồng pha với nhau và tăng cường lẫn nhau. Điều kiện này sẽ được thỏa mãn nếu hiệu đường đi của 2 sóng ánh sáng từ 2 nguồn kết hợp S1, S2 đến điểm A bằng một số nguyên lần bước sóng ánh sáng. Nghĩa là: S2A - S1A = k. l Hay: r2 – r1 = a. D x = k. l Vậy, vị trí vân sáng trên màn E, được xác định bởi hệ thức: x = k. a D với k  Z Nếu: k = 0  x = 0: vân sáng chính giữa nằm tại O k =  1  x =  a D : vân sáng bậc 1 k =  2… : vân sáng bậc 2 lẫn nhau), thì hiệu đường đi: r2 – r1 = ? (= a. D x = 2 12 k . l)  x = ? (= 2 12 k . a D ) b. Giả sử ta có 2 vân sáng bậc k và k + 1, khoảng cách giữa chúng là I, vậy i = ? (i = xk + 1 – xk) Các vân sáng này nằm cách đều nhau, xen giữa 2 vân sáng cạnh nhau là một vân tối.  Nếu tại A là một vân tối, điều kiện này sẽ được thỏa mãn nếu hiệu đường đi của 2 sóng ánh sáng từ 2 nguồn kết hợp S1, S2 đến điểm A bằng một số lẽ lần nửa bước sóng ánh sáng. Nghĩa là: S2A - S1A = 2 12 k .l Hay: r2 – r1 = a. D x = 2 12 k . l Vậy, vị trí vân tối trên màn E, được xác định bởi hệ thức: x = 2 12 k . a D với k  Z Nếu: k = 0  x = a D. 2 1 : vân tối bậc 1 theo chiều dương k = 1, 2 : vân tối bậc 2, 3 theo chiều dương k = -1  x = - a D. 2 1 : vân tối bậc 1 theo chiều âm k = -2, -3: vân tối bậc 2, 3 theo chiều dương b. Khoảng vân: là khoảng cách giữa 2 vân sáng (hoặc hai vân tối) cạnh nhau. Giả sử ta có 2 vân sáng bậc k và k + 1, khoảng cách giữa chúng là: i = xk + 1 – xk = (k + 1) a D - k a D  a Di  II/ a. Ta đo chính xác được khoảng cách từ hai khe S1, S2 đến màn ảnh E là: D Dùng kính hiển vi hoặc kính lúp ta đo được khoảng cách giữa 2 khe là a và đo khoảng vân i. Từ D, a, i => đo l = ? b. Bằng cách đo trên, người ta tính được bước sóng của một số màu đơn sắc (bảng SGK).  HS kết luận gì về bước sóng của ánh sáng đơn sắc khác nhau? II. BƯỚC SÓNG VÀ MÀU SẮC ÁNH SÁNG: a. Đo bước sóng ánh sáng bằng phương pháp giao thoa: Nguyên tắc của việc đo bước sóng ánh sáng l là bằng phương pháp giao thoa là đo các khoảng cách: D, a, i => bước sóng của ánh sáng: l = D ai b. Bước sóng và màu sắc ánh sáng: - Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng có một bước sóng xác định. - Màu ứng với ánh sáng đó gọi là màu đơn sắc hay màu quang phổ. Đơn vị của bước sóng thường người ta đo bằng đơn vị mm (micrô mét): 1mm = 10-6m. D. Củng cố: Nhắc lại các BT xác định: vị trí vân giao thoa; khoảng vân. E. Dặn dò: BTVN: 3 – 4 Sgk trang 172 Chuẩn bị tiết sau “Bài tập”