BÀI 12. GIAO THOA SÓNG
Trang bìa
Trang bìa
Ảnh
BÀI 12. GIAO THOA SÓNG
Khởi động
Giới thiệu bài
Ảnh
Giới thiệu bài
Câu hỏi khởi động
Khởi động: Cho hai loa giống nhau cùng phát âm thanh như hình bên, dịch chuyển một micro có nổi với dao động kí phía trước hai loa để ghi đồ thị sóng âm thì thấy có những điểm tại đó biên độ sóng âm thu được rất lớn (L) và những điểm biên độ rất bé (B) nằm xen kẽ. Hiện tượng thú vị này giải thích như thế nào?
Trả lời: Hiện tượng trên là hiện tượng giao thoa, hiện tượng hai sóng kết hợp khi gặp nhau thì có những điểm ở đó chúng luôn luôn tăng cường lẫn nhau, có những điểm ở đó chúng luôn luôn triệt tiêu nhau nên có những biên độ sóng rất lớn và biên độ sóng rất nhỏ nằm xen kẽ với nhau.
Ảnh
Hiện tượng giao thoa của hai sóng mặt trước
1. Thí nghiệm
Chuẩn bị: + Đèn chiếu. + Cần rung có gắn một quả cầu. + Cần rung có gắn hai quả cầu. + Khay nước có đáy trong suốt. + Gương phẳng đặt hợp với đáy khay nước để thu hình ảnh. Tiến hành: - B1: Cho cần rung có gắn 1 quả cầu dao động, quan sát hình ảnh sóng trên màn thẳng đứng. - B2: Cho cần rung có gắn 2 quả cầu dao động. Quan sát hình 12.1. - B3: Dùng bút nối các điểm dao động cực đại trên màn ta thu được các đường cong nét liền như hình 12.2.
Ảnh
2. Giải thích
+ Mỗi nguồn sóng phát ra một sóng có các gợn sóng là những đường tròn giống hệt nhau như khi không có các nguồn sóng khác ở bên cạnh. + Trong thí nghiệm ta đã dùng hai nguồn sóng giống hệt nhau dao động theo phương vuông góc với mặt nước. Vậy: Hiện tượng hai sóng gặp nhau tạo nên các gợn sóng ổn định gọi là hiện tượng giao thoa của hai sóng. Các gợn sóng ổn định gọi là các vân giao thoa.
Ảnh
3. Điều kiện để xảy ra giao thoa
Để xảy ra hiện tượng giao thoa hai nguồn sóng phải: + Dao động cùng phương, cùng tần số. + Có độ lệch pha không đổi theo thời gian. Hai nguồn như vậy gọi là hai nguồn kết hợp. Hai sóng do hai nguồn kết hợp phát ra gọi là hai sóng kết hợp. -> Hiện tượng giao thoai là một hiện tượng đặc trưng của sóng.
Câu hỏi
Câu hỏi: Giải thích hiện tượng nêu ở mục khởi động.
Trả lời: Trong thí nghiệm ta đã dùng hai nguồn sóng giống hệt nhau dao động theo phương vuông góc với mặt nước. Vì thế, trên mặt nước có những điểm đứng yên, do hai sóng gặp nhau ở đó dao động ngược pha, triệt tiêu nhau. Có những điểm dao động rất mạnh do hai sóng ở đó dao động đồng pha. Ánh sáng truyền qua những điểm đứng yên không bị cản trở, nên cho ảnh là những hypebol rất sáng. Còn ánh sáng truyền qua những điểm dao động mạnh thì bị tán xạ nên cho ảnh là những đường hypebol nhoè và tối.
Thí nghiệm của Young (Y-Âng) về giao thoa ánh sáng
1. Thí nghiệm
Tương tự như sóng nước, làm thí nghiệm về giao thoai của hai nguồn sóng ánh sáng kết hợp. Thí nghiệm được bố trí như hình 12.3. + Ánh sáng phát ra từ nguồn S chiếu vào hai khe hẹp latex(F_1), latex(F_2). Hai khe hẹp này là hai nguồn kết hợp.
Ảnh
Hình ảnh giao thoa ánh sáng
Hình ảnh giao thoa ánh sáng quan sát được trên màn E như Hình 12.4. + Vạch tối là chỗ hai sóng ánh sáng triệt tiêu lẫn nhau. + Vạch sáng là chỗ hai sóng ánh sáng tăng cường lẫn nhau. Những vạch tối và sáng xen kẽ nhau chính là hệ vân giao thoa của hai sóng ánh sáng.
Ảnh
Câu hỏi
Câu hỏi 1: Trong thí nghiệm trên, nếu thay nguồn sáng laze trong thí nghiệm trên bằng bóng đèn dây tóc phát sáng trắng thì vân sáng chính giữa sẽ có màu gì.
Trả lời: Ánh sáng giao thoa là ánh sáng trắng nên có vô số sóng ánh sáng đơn sắc có màu biến thiên từ đỏ đến tím giao thoa nhau trên màn quan sát: + Vân sáng chính giữa của mọi hệ vân đều trùng nhau nên vân sáng chính giữa có màu trắng. + Từ vân sáng bậc 1 trở đi, các vân không trùng nhau mà ở sát cạnh nhau, tạo thành các quang phổ liên tục bậc 1, bậc 2, bậc 3,….có màu cầu vồng với tím trong, đỏ ngoài. Quang phổ bậc 2 trùng một phần với quang phổ bậc 3, bậc quang phổ càng lớn thì vùng chồng lên nhau càng rộng.
2. Công thức xác định bước sóng ϒ của ánh sáng
Hình 12.5 là sơ đồ rút gọn của thí nghiệm Young. O là vị trí tại đó xuất hiện vân sáng chính giữa. a là khoảng cách giữa hai khe. D là khoảng các từ hai khe đến màn quan sát. i là khoảng vân.
Ảnh
Ảnh
Bài tập luyện tập
Bài tập 1
Câu hỏi 1: Trong thí nghiệm ở Hình 12.1, tốc độ truyền sóng trên mặt nước là 20 cm/s cần rung có tần số 40 Hz. Tính khoảng cách giữa hai điểm cực đại giao thoa cạnh nhau trên đoạn thẳng latex(S_1S_2).
Đáp án: Ta có: v = 20 cm/s = 0,2 m/s. Bước sóng là:
Ảnh
Do: khoảng cách giữa 2 cực đại giao thoa cạnh nhau trên đoạn latex(S_1S_2) = khoảng cách giữa 2 cực tiểu giao thoa cạnh nhau trên đoạn latex(S_1S_2) = latex(λ/2). ⇒ Khoảng cách giữa hai điểm cực đại giao thoa trên đoạn S1S2 là:
Ảnh
Bài tập 2
Câu hỏi 2: Trong một thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng với a = 0,2 mm, D = 1,2m, người ta đo được i= 0,36 mm. Tính bước sóng λ và tần số f của bức xạ.
Đáp án:
Ảnh
Bài tập 3
Câu hỏi 3: Trong một thí nghiệm Young, biết a = 0,15 mm, D = 1,20 m, khoảng cách giữa 12 vân sáng liên tiếp là 52 mm. Tính bước sóng ánh sáng.
Đáp án: Vì khoảng cách giữa 12 vân sáng liên tiếp là 52 mm nên: 11i = 52 ⇒i=latex(52/11) (mm) Bước sóng là:
Ảnh
Dặn dò
- Dặn dò
Ảnh
Dặn dò:
Ôn lại các kiến thức vừa học. Làm thêm bài tập trong sách bài tập. Chuẩn bị trước bài sau.
- Cảm ơn
Ảnh