Hiện tượng truyền sai lệch so với sự truyền thẳng khi ánh sáng gặp vật cản gọi là hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng. Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng có thể giải thích được nếu thừa nhận ánh sáng có tính chất sóng. Sau đây là bài tập trong thí nghiệm Y- âng về giao thoa với ánh sáng đơn sắc, mời các bạn cùng tham khảo!
Mục lục bài viết
1. Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa với ánh sáng đơn sắc:
Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa với ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ, khoảng cách giữa hai khe hẹp đến màn quan sát là 2m. Trên màn quan sát, tại điểm M cách vân trung tâm 6 mm, có vân sáng bậc 5. Khi thay đổi khoảng cách hai khe hẹp một đoạn bằng 0,2 mm sao cho vị trí vân sáng trung tâm không thay đổi thì tại M có vân sáng bậc 6. Giá trị của λ bằng
A. 0,55 μm.
B. 0,45 μm.
C. 0,6 μm.
D. 0,5 μm.
Đáp án C. 0,6 μm.
D = 2 m, x = 6 mm, k = 5
Thay đổi khoảng cách hai khe hẹp một đoạn bằng 0,2 mm thì tại M có vân sáng bậc 6. Do x không thay đổi
Suy ra k tỉ lệ thuận với a, như vậy khi chuyển từ vân sáng bậc 5 thành vân sáng bậc 6 thì a tăng
=> a’ = a + 0,2 . 0,003 (m).
=> ^ = 0,000006 (m)
2. Hiện tượng giao thoa ánh sáng đơn sắc:
Thí nghiệm I- âng về giao thoa ánh sáng
Chiếu ánh sáng từ đèn D, qua kính lọc sắc K đến nguồn S. Từ nguồn S ánh sáng được chiếu đến hai khe hẹp S1 và S2 thì ở màn quan sát phía sau hai khe hẹp thu được một hệ gồm các vân sáng, vân tối xen kẽ nhau đều đặn. Hiện tượng trên được gọi là hiện tượng giao thoa ánh sáng.
Điều kiện để có giao thoa ánh sáng
– Nguồn S phát ra sóng kết hợp, khi đó ánh sáng từ các khe hẹp S1 và S2 thỏa là sóng kết hợp và sẽ giao thoa được với nhau. Kết quả là trong trường giao thoa sẽ xuất hiện xen kẽ những miền sáng, miền tối. Cũng như sóng cơ chỉ có các sóng ánh sáng kết hợp mới tạo ra được hiện tượng giao thoa.
– Khoảng cách giữa hai khe hẹp phải rất nhỏ so với khoảng cách từ màn quan sát đến hai khe.
3. Bài tập liên quan về Y-âng:
CÂU 1: Một bức xạ khi truyền trong chân không có bước sóng là 0,75 µm, khi truyền trong thủy tinh có bước sóng là λ. Biết chiết suất của thủy tinh đối với bức xạ này là 1,5. Giá trị của λ là
A. 700 nm.
B. 500 nm.
C. 650 nm.
D. 600 nm.
Đáp án: B. 500 nm
Câu 2: Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, nguồn S phát ra đồng thời ba bức xạ đơn sắc có bước sóng lần lượt là: 0,4 µm; 0,5 µm và 0,6 µm. Trên màn, trong khoảng giữa hai vân sáng liên tiếp cùng màu với vân sáng trung tâm, số vị trí mà ở đó chỉ có một bức xạ cho vân sáng là
A. 27
B. 20
C. 34
D. 14
Đáp án B. số vị trí mà ở đó chỉ có một bức xạ cho vân sáng là 20
Xét trong khoảng giữa vị trí vân sáng trung tâm có k1 = 0 , k2 = 0, k3 = 0 và vân sáng gần nhất cùng màu với vân sáng trung tâm có k1 = 15, k2 = 12, k3 = 10
Các vị trí trùng nhau của VS1 và VS2 là: (k1;k2) = (4;5), (8;10)
Các vị trí trùng nhau của VS2 và VS3 là: (k2,k3) = (6;5)
Các vị trí trùng nhau của VS1 và VS3 là: (k1;k3) = (3;2) ; (6;4); (9;6) ; (12;8)
=> Số vị trí mà ở đó chỉ có một bức xạ cho vân sáng là: (15 – 1 – 6) + (12 – 1 – 3) + (10 – 1 – 5) = 20.
Câu 3: Một vật dẫn điện nằm trong trục của một từ trường đều, nguồn điện gián tiếp hoặc đều tạo ra từ trượt, hoạt động như thế nào trong thí nghiệm Y-âng?
Lời giải chi tiết:
Trong thí nghiệm Y-âng, nếu một vật dẫn điện nằm trong trục của một từ trường đều và có một nguồn điện gián tiếp hoặc đều tạo ra từ trượt, vật dẫn đó sẽ trải qua một số hiện tượng:
Suất điện động cảm ứng: Khi vật dẫn di chuyển trong trường từ, sự cắt dây từ sẽ tạo ra một suất điện động cảm ứng trong vật dẫn. Nếu có một mạch kín hoặc một đường dẫn, điện tích sẽ di chuyển trong vật dẫn này.
Luật Lenz: Hiện tượng này sẽ tuân theo Luật Lenz, theo đó, hiện tượng tạo ra suất điện động cảm ứng sẽ luôn luôn tạo ra điện thế ngược chiều với nguyên nhân gây ra nó. Điều này có nghĩa là năng lượng sẽ được chuyển đổi để ngăn chặn sự thay đổi trong lĩnh vực từ hoặc vận tốc của vật dẫn.
Tạo ra dòng điện: Nếu có một mạch kín hoặc một đường dẫn, suất điện động cảm ứng tạo ra sẽ thúc đẩy dòng điện đi qua vật dẫn. Điều này có thể được sử dụng để tạo ra dòng điện và điều khiển hoạt động của các thiết bị điện tử.
Thí nghiệm Y-âng thường được sử dụng để minh họa nguyên lý tạo ra suất điện động cảm ứng khi vật dẫn di chuyển trong lĩnh vực từ và cách nó ảnh hưởng đến dòng điện được tạo ra trong một mạch kín.
Câu 4: Thí nghiệm Y-âng có áp dụng thực tế và ứng dụng trong cuộc sống như thế nào?
Lời giải chi tiết:
Thí nghiệm Y-âng không chỉ là một hiện tượng vật lý học lý thú, mà còn có rất nhiều ứng dụng thực tế và trong cuộc sống hàng ngày:
– Thí nghiệm Y-âng tập trung vào hiểu biết về suất điện động cảm ứng, đặc biệt khi một vật dẫn di chuyển trong một lĩnh vực từ, thay đổi vị trí và tạo ra suất điện động. Trong máy phát điện, một nam châm được xoay quanh một cuộn dây để tạo ra một lĩnh vực từ thay đổi qua cuộn dây. Sự thay đổi này tạo ra một suất điện động cảm ứng theo định luật Faraday, và khi có một mạch kín, năng lượng từ chuyển động của nam châm được chuyển đổi thành điện năng.
– Ứng dụng trong công nghiệp và máy móc: Các thiết bị đo lường và cảm biến sử dụng nguyên lý từ trường và suất điện động cảm ứng trong thí nghiệm Y-âng để đo tốc độ, vị trí, hoặc dòng điện trong các máy móc công nghiệp.
– Công nghệ tạo điện không dây: Nguyên lý suất điện động cảm ứng được sử dụng trong công nghệ sạc không dây, cho phép sạc các thiết bị điện tử như điện thoại di động mà không cần cắm cáp.
– Ứng dụng trong công nghệ giao thông: Công nghệ giao thông cũng sử dụng nguyên tắc này, như các thiết bị đọc thẻ thông minh trong giao thông công cộng hoặc hệ thống đo lường tốc độ và vị trí trong xe hơi.
– Ứng dụng trong đo lường và kiểm tra: Các thiết bị đo lường như máy đo tốc độ, máy đo vị trí, máy đo dòng điện sử dụng nguyên tắc từ trường và suất điện động cảm ứng.
Thí nghiệm Y-âng có thể thấy rõ như một ví dụ tiêu biểu cho việc sử dụng nguyên lý vật lý trong nhiều ứng dụng thực tế, từ công nghiệp, điện tử, đến giao thông và các lĩnh vực đo lường và kiểm tra khác.
Câu 5: Sự khác biệt giữa bước sóng, tần số và độ dài sóng là gì? Làm thế nào chúng liên quan và ảnh hưởng lẫn nhau trong mô tả của một sóng?
Lời giải chi tiết:
Bước sóng (wavelength), tần số (frequency) và độ dài sóng (wave period) là ba khái niệm cơ bản trong mô tả của một sóng. Họ có một số liên quan và ảnh hưởng lẫn nhau như sau:
– Bước sóng:
+ Bước sóng là khoảng cách vật lý giữa hai điểm liên tiếp trên cùng một chu kỳ của sóng. Trong trường hợp của sóng điện từ hoặc sóng âm, nó là khoảng cách từ một đỉnh sóng đến đỉnh sóng hoặc từ một thụt sóng đến thụt sóng kế tiếp.
+ Đơn vị đo bước sóng thường được sử dụng là mét (m), nanômét (nm) hoặc milimét (mm), phụ thuộc vào quy mô của sóng.
– Tần số:
+ Tần số đo lường số lần mà một sự kiện lặp lại trong một khoảng thời gian nhất định. Trong trường hợp sóng, tần số biểu thị số lần sóng hoàn thành một chu kỳ trong một đơn vị thời gian.
+ Đơn vị của tần số là Hertz (Hz), biểu thị số chu kỳ hoàn thành trong một giây. Tần số cao tương ứng với sóng có bước sóng ngắn và ngược lại.
– Độ dài sóng:
+ Độ lặp lại của một chu kỳ sóng, nghĩa là thời gian mà một chu kỳ sóng hoàn thành.
+ Đơn vị đo độ lặp lại này thường là giây (s) hoặc mili giây (ms).
Câu 6:Bước sóng của sóng âm và sóng ánh sáng khác nhau như thế nào? Làm thế nào mỗi loại sóng có bước sóng khác nhau ảnh hưởng đến cách chúng lan truyền và tương tác với môi trường?
Lời giải chi tiết:
Sự khác biệt về độ dài bước sóng giữa sóng âm và sóng ánh sáng ảnh hưởng đến cách chúng lan truyền và tương tác với môi trường:
– Lan Truyền:
+ Sóng âm cần một môi trường (chất rắn, chất lỏng hoặc chất khí) để lan truyền và không thể di chuyển trong không gian trống. Tốc độ lan truyền của sóng âm thay đổi tùy thuộc vào môi trường mà nó đi qua.
+ Sóng ánh sáng có thể di chuyển trong không gian trống và không cần môi trường để lan truyền. Tốc độ của sóng ánh sáng là cố định trong không khí và không gian trống (khoảng 299,792 km/s).
– Tương Tác với Môi Trường:
+ Sóng âm có thể bị phản xạ, hấp thụ hoặc bị gãy khi đi qua các môi trường khác nhau. Ví dụ như âm thanh có thể bị phản xạ hoặc được hấp thụ khi đi qua các vật liệu khác nhau.
+ Sóng ánh sáng cũng có thể bị phản xạ hoặc hấp thụ khi đi qua các môi trường khác nhau, nhưng mức độ tương tác này phụ thuộc lớn vào tính chất của vật liệu.
Như vậy, sự khác biệt về bước sóng giữa sóng âm và sóng ánh sáng dẫn đến các tính chất khác nhau về lan truyền và tương tác với môi trường của chúng.
THAM KHẢO THÊM:
