Tài liệu Hướng dẫn học sinh lớp 12 giải quyết bài toán giao thoa young với nhiều bức xạ bằng bộ số trùng lặp

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TỈNH THANH HOÁ TRƯỜNG THPT NGUYỄN TRÃI --------------------&--------------------- SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM HƯỚNG DẪN HỌC SINH LỚP 12 GIẢI QUYẾT BÀI TOÁN GIAO THOA YOUNG VỚI NHIỀU BỨC XẠ BẰNG BỘ SỐ TRÙNG LẶP Người thực hiện: Hoàng Quốc Hoàn Chức vụ: Giáo viên Đơn vị công tác: Trường THPT Nguyễn Trãi SKKN thuộc môn: Vật lí THANH HÓA NĂM 2017 MỤC LỤC TRANG I. MỞ ĐẦU 1.1. Lý do lựa chọn đề tài......................................................................01 1.2. Mục đích nghiên cứu......................................................................01 1.3. Đối tượng nghiên cứu.....................................................................01 1.4. Phương pháp nghiên cứu................................................................01 II. NỘI DUNG ĐỀ TÀI 2.1. Cơ sở lý luận của sáng kiến kinh nghiệm.......................................02 2.1.1. Đặt vấn đề................................................................................02 2.1.2. Giao thoa Young với 2 bức xạ................................................02 2.1.3. Giao thoa Young với 3 bức xạ................................................09 2.2. Thực trạng trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm....................14 2.3. Giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề.....................................14 2.3.1. Chia nhóm để khẳng định sự tối ưu của phương pháp............14 2.3.2. Mức độ hứng thú của học sinh................................................14 2.3.3. Kết quả làm bài kiểm tra của hai nhóm...................................15 2.4. Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm đối với hoạt động giáo dục, với bản thân, đồng nghiệp và nhà trường..............................16 III. KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 3.1. Kết luận..........................................................................................17 3.2. Kiến nghị........................................................................................17 TÀI LIỆU THAM KHẢO I. MỞ ĐẦU 1.1. Lý do lựa chọn đề tài Bản thân là một giáo viên giảng dạy môn Vật lý THPT với niềm đam mê kiến thức Vật lý THPT, đặc biệt là kiến thức vật lý 12. Trong những năm gần đây, tôi nhận thấy các em thường bỏ qua các chuyên đề khó trong chương trình. Theo thống kê của Bộ giáo dục và Đào tạo thì kết quả thi môn vật lý THPT Quốc Gia và thi đại học đạt điểm cao trong một vài năm gần đây như sau: * Năm 2016: chỉ có 2516/341948 HS trên 9 điểm (đạt 0,74%) và chỉ có 14 HS đạt điểm 10 [8]. * Năm 2015: có 1403/92634 HS trên 9 điểm (đạt 1,5%) và chỉ có duy nhất 01 HS đạt điểm 10 mặc dù đề có “sạn” [8]. * Năm 2014: phổ điểm các môn chỉ đạt từ 4 đến 6 và khan hiếm điểm 10 [8]. Nhìn vào kết quả trên cho ta thấy rõ, cứ 100 HS tham gia thi môn vật lý thì dưới 2 em đạt được điểm trên 9; có nghĩa rằng cứ trung bình 1 trường THPT (vì có những HS không tham gia thi môn vật lý) ta chỉ có đủ trình độ luyện được cho 1 đến 2 HS trên 9 điểm. Thiết nghĩ, kết quả trên do nhiều nguyên nhân, trong đó phải kể đến nguyên nhân - đó là các sách tham khảo viết các chuyên đề khó chưa tinh, chưa gọn và chưa sâu. Bản thân là một giáo viên ham học hỏi và cầu tiến, tôi thường đọc rất nhiều sách tham khảo và thấy phần lớn sách tham khảo viết phần giao thoa Young (Y-âng) với nhiều bức xạ còn mang tính đơn lẻ, chưa có cái nhìn tổng thể và sử dụng công cụ chưa đủ mạnh để đáp ứng thi trắc nghiệm. Thực tế trong những năm gần đây, giao thoa Yoyng với nhiều bức xạ thường xuất hiện trong các đề thi Quốc gia như thi ĐH_2011, thi TN_THPT Quốc gia 2016. Vì vậy, tôi lựa chọn đề tài “Hướng dẫn học sinh lớp 12 giải quyết bài toán giao thoa Young với nhiều bức xạ bằng bộ số trùng lặp”. 1.2. Mục đích nghiên cứu Nội dung đề tài nhằm được viết ra với hi vọng là nguồn tài liệu tham khảo bổ ích cho giáo viên và học sinh; giúp người đọc có cái nhìn tổng quát về giao thoa Young với nhiều bức xạ. Qua đó, giúp tư duy của học sinh lên một cấp độ cao hơn, để các em xứng đáng hơn nữa để trở thành những con người của thế hệ đi sau. 1.3. Đối tượng nghiên cứu Nghiên cứu giao thoa Young với 2 bức xạ và 3 bức xạ. 1.4. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết. - Điều tra khảo sát thực tế. 1 II. NỘI DUNG ĐỀ TÀI 2.1. Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm 2.1.1. Đặt vấn đề Trong một số cuốn sách tham khảo mà học sinh được coi là “cẩm nang luyện thi đại học” như: Bí quyết ôn luyện thi đại học môn Vật lý của tác giả Chu Văn Biên; Cẩm nang ôn luyện thi THPT Quốc gia, tập 2 của tác giả Nguyễn Anh Vinh…; tôi nhận thấy việc trình bày kiến thức phần này đôi phần còn sơ sài, không trọng tâm và hệ thống bài tập mang tính chủ quan của tác giả (do tác giả tự sáng tác). Kết quả của việc lĩnh hội kiến thức đó là HS chỉ làm đúng, nhanh được đề của tác giả và thường chậm, làm sai và thậm chí không hiểu gì đề của giáo viên khác; quan trọng hơn là các em không thể hiện được kiến thức đã học trong thi cử. Câu hỏi về giao thoa Young với 3 bức xạ đơn sắc trong đề thi đại học 2011 và đề thi tốt nghiệp THPT Quốc gia 2016 cũng được cho là một câu hỏi khó bởi người học vốn dĩ không hiểu rõ về vấn đề này. Để trình bày nội dung phương pháp của mình tôi xét giao thoa Young với 2 bức xạ và giao thoa Young với 3 bức xạ; mỗi mục có đối chiếu so sánh thông qua một vài ví dụ nhỏ. 2.1.2. Giao thoa Young với 2 bức xạ a. Khảo sát tổng quan. Ví dụ 1: Trong thí nghiệm Young với nguồn phát ra đồng thời 2 ánh sáng đơn sắc có bước sóng lần lượt là 1 và 2. Biết khoảng cách 2 khe là a  1 mm  ; khoảng cách từ mặt phẳng 2 khe tới màn là D  2  m  . Thiết lập công thức xác định vị trí trùng nhau của: + Vân sáng 1 và vân sáng 2. + Vân tối 1 và vân sáng 2. + Vân sáng 1 và vân tối 2. + Vân tối 1 và vân tối 2. trong 2 trường hợp sau: a. 1  0,4  m  ;  2  0,6  m  . b. 1  0,5  m  ;  2  0,7  m  . D D Giải: a. Các khoảng vân: i1  1  0,4  mm  ;i 2  2  0,6  mm  a a + Vị trí trùng nhau của vân sáng 1 và vân sáng 2 thỏa mãn:  k1  k 2  0 x s1s2  k1i1  k 2i 2   k1 i 2  x s1s2  3ki1  1,2k ;  k  Z     k1   2  3  3k k 2 1 2 2k  k 2 i1 2 + Vị trí trùng nhau của vân tối 1 và vân sáng 2 thỏa mãn: 2k  1 i 2  2 3 k1  1  3k x t1s2   k1  0,5  i1  k 2i 2  1     2k 2 i1 1 2 k 2  1  2k  x t1s 2   1  3k  0,5  i1  1,2  k  0,5  ;  k  Z + Vị trí trùng nhau của vân sáng 1 và vân tối 2 thỏa mãn: 2k1 i  3 x s1t 2  k1i1   k 2  0,5  i 2   2  2   vô nghiệm 2k 2  1 i1 1 2 + Vị trí trùng nhau của vân tối 1 và vân tối 2 thỏa mãn: 2k  1 i 2  2 3 x t1t 2   k1  0,5  i1   k 2  0,5  i 2  1     vô nghiệm 2k 2  1 i1 1 2 D D b. Các khoảng vân: i1  1  0,5  mm  ;i 2  2  0,7  mm  a a + Vị trí trùng nhau của vân sáng 1 và vân sáng 2 thỏa mãn:  k1  k 2  0 x s1s2  k1i1  k 2i 2   k1 i 2  x s1s2  7ki1  3,5k ;  k  Z     k1   2  7  7k k 2 1 5 5k  k 2 i1 + Vị trí trùng nhau của vân tối 1 và vân sáng 2 thỏa mãn: 2k  1 i 2  2 7 x t1s2   k1  0,5  i1  k 2i 2  1     vô nghiệm 2k 2 i1 1 5 + Vị trí trùng nhau của vân sáng 1 và vân tối 2 thỏa mãn: 2k1 i  7 x s1t 2  k1i1   k 2  0,5  i 2   2  2   vô nghiệm 2k 2  1 i1 1 5 + Vị trí trùng nhau của vân tối 1 và vân tối 2 thỏa mãn: 2k  1 i 2  2 7 k1  3  7k x t1t 2   k1  0,5  i1   k 2  0,5  i 2  1     2k 2  1 i1 1 5 k 2  2  5k  x t1t 2   3  7k  0,5  i1  3,5  k  0,5  ;  k  Z Qua ví dụ trên ta có nhận xét sau: Trong thí nghiệm Young với 2 bức xạ 1; 2 bất kỳ: + Luôn tồn tại công thức x s1s2 và chúng đều có dạng: x s1s2  ki12 Với i12  k1min i1 hoặc i12  k 2 min i 2 gọi là khoảng vân của màu thứ 3 (tức màu vân trung tâm). k1min ;k 2 min là giá trị nguyên dương nhỏ nhất (gọi là bộ số trùng lặp), được xác k1  2  định từ hệ thức: k 2 1 3 + Trong 3 công thức còn lại là x s1t 2 ; x t1s2 ; x t1t 2 chỉ tồn tại một công thức và chúng đều có dạng là: x   k  0,5  i12 (giống dạng công thức xác định tọa độ vân tối của giao thoa Young với một bức xạ). 1 lÎ  : chỉ có công thức x t1t 2 , không có 2 công thức x t1s2 , x s1t 2 . + Nếu  2 lÎ 1 ch½ n  : thì chỉ có công thức x t1s2 , không có 2 công thức x s1t 2 , x t1t 2 . Nếu 2 lÎ Với nhận xét trên, việc giải quyết phần lớn bài toán 2 bức xạ chỉ tính bằng giây, đáp ứng yêu cầu thi trắc nghiệm ngày nay. Ví dụ 2: Trong thí nghiệm Young với nguồn phát ra đồng thời 2 ánh sáng đơn sắc có bước sóng lần lượt là 0,48  m  và 0,64  m  . Biết 2 khe Young cách nhau đoạn 0,8(mm); khoảng cách từ mặt phẳng 2 khe tới màn là 1,5(m). Công thức xác định vị trí trùng nhau của các vân sáng của hai hệ vân là: A. x s1s2  3,6k  1,8 ;  k  Z  . B. x s1s2  3,6k ;  k  Z  . C. x s1s2  2,7k  1,35 ;  k  Z  . D. x s1s2  2,7k ;  k  Z  . k1  2 4    k1min  4 Giải: Ta có: k 2 1 3 D 0,48.1,5  i12  k1min i1  k1min 1  4.  3,6  mm   x s1s 2  3,6k;  k  Z  a 0,8  chọn B Ví dụ 3: Trong thí nghiệm Young với nguồn phát ra đồng thời 2 ánh sáng đơn sắc có bước sóng lần lượt là 0,420  m  và 0,756  m  . Biết 2 khe Young cách nhau đoạn 0,6(mm); khoảng cách từ mặt phẳng 2 khe tới màn là 1,2(m). Công thức xác định vị trí trùng nhau của các vân tối của hai hệ vân là: A. x t1t 2  7,56k  3,87;  k  Z  . B. x t1t 2  7,56k;  k  Z  . C. x t1t 2  3,78k  7,56 ;  k  Z  . D. x t1t 2  3,78k ;  k  Z  . Giải: Đề đã hỏi chắc chắn tồn tại, nên ta không cần thử điều kiện. k1  2 9    k1min  9 Tacó: k 2 1 5 D 0,42.1,2  i12  k1min i1  k1min 1  9.  7,56  mm  a 0,6  x t1t 2  7,56k  3,87;  k  Z  chọn A Ví dụ 4: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng với khe Y-âng, khoảng cách giữa hai khe là 2(mm), khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến màn quan sát là 1,2(m). Chiếu sáng hai khe bằng ánh sáng hỗn hợp gồm hai ánh sáng đơn sắc có 4 bước sóng 500(nm) và 660(nm) thì thu được hệ vân giao thoa trên màn. Biết vân sáng chính giữa (trung tâm) ứng với hai bức xạ trên trùng nhau. Khoảng cách từ vân chính giữa đến vân gần nhất cùng màu với vân chính giữa là: A. 4,9(mm). B. 19,8(mm). C. 9,9(mm). D. 29,7(mm)[1]. k1  2 33 0,5.1,2   k1min  33  i12  k1min i1  33.  9,9  mm  Giải: Ta có:  k 2 1 25 2 chọn C Chú ý : Có tác giả giải quyết VD3 một cách thuần túy về toán học như sau:  D 12  BSCNN  1 ,  2   1650  nm   i12  12  9,9  mm  a Cách giải này dễ làm cho HS hiểu nhầm là vân sáng không đơn sắc cũng ứng với một bước sóng! Ví dụ 5: Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, khoảng cách giữa hai khe là 0,5(mm), khoảng cách từ hai khe đến màn quan sát là 2(m). Nguồn sáng dùng trong thí nghiệm gồm hai bức xạ có bước sóng 1=450(nm) và 2=600(nm). Trên màn quan sát, gọi M, N là hai điểm ở cùng một phía so với vân trung tâm và cách vân trung tâm lần lượt là 5,5(mm) và 22(mm). Trên đoạn MN, số vị trí vân sáng trùng nhau của hai bức xạ là: A. 4. B. 2. C. 5. D. 3 [2]. k1  2 4 D 0,45.2    k1min  4  i12  k1min i1  k1min 1  4  7,2  mm  Giải: k 2 1 3 a 0,5 Số vị trí vân sáng trùng nhau của hai bức xạ trên đoạn MN là số k thỏa mãn: xM x 5,5 22 k N  k  0,76  k  3,1  có 3 giá trị thỏa mãn i12 i12 7,2 7,2 chọn D b. Dạng bài tập hay khai thác đặc trưng: Xác định số vân sáng, số vân tối: b1. Xác định số vân sáng, số vân tối trong khoảng giữa 2 vân sáng cùng màu vân trung tâm, gần nhau nhất. Phương pháp - Số vân sáng đơn sắc 1 là N s1   k1min  1 ; 2 là N s2   k 2 min  1 - Số vân sáng đơn sắc là: N s  N s1  N s2  k1min  k 2 min  2 - Số vân tối bị mất =1 (nằm ở chính giữa). - Số vân tối quan sát được: N t  k1min  k 2 min  1 Ví dụ 6: Chiếu sáng đồng thời 2 khe của thí nghiệm I-âng 2 bức xạ đơn sắc có bước sóng 1  0,42  m  ;  2  0,74  m  . 1. Trong khoảng 2 vân sáng cùng màu vân sáng trung tâm và gần nhau nhất có bao nhiêu: 5 a. vân sáng đơn sắc đơn sắc của 1? b. vân sáng đơn sắc đơn sắc của 2? c. vân sáng đơn sắc? d. vân tối? 2. Trong khoảng 5 vân sáng liên tiếp cùng màu vân sáng trung tâm có bao nhiêu: a. vân sáng đơn sắc đơn sắc của 1? b. vân sáng đơn sắc đơn sắc của 2? c. vân sáng đơn sắc? d. vân sáng không đơn sắc? e. vân sáng? f. vân tối? Giải: k  k 37 k1min  37  1. Ta có: 1  2  1  k 2 1 k 2 21 k 2 min  21 Trong khoảng 2 vân sáng cùng màu vân sáng trung tâm và gần nhau nhất có: a. 36 vân sáng đơn sắc của 1 b. 20 vân sáng đơn sắc của 2 c. 56 vân sáng đơn sắc. d. 37+21-1=57 vân tối 2. Trong khoảng 5 vân sáng liên tiếp cùng màu vân sáng trung tâm (tức có 4 khoảng giống câu 1), có: a. 36.4  144 vân sáng đơn sắc của 1 b. 20.4  80 vân sáng đơn sắc của 2 c. 56.4  224 vân sáng đơn sắc. d. 3 vân sáng không đơn sắc. e. 224  3  227 vân sáng. d. 57.4  228 vân tối. Nhận xét: Khi làm các ý của bài tập trên ta thấy chúng hoàn toàn độc lập, phù hợp với kiểu hỏi trắc nghiệm. Ví dụ 7: Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, nguồn sáng phát đồng thời hai ánh sáng đơn sắc 1, 2 có bước sóng lần lượt là 0,48(m) và 0,60(m). Trên màn quan sát, trong khoảng giữa hai vân sáng gần nhau nhất và cùng màu với vân sáng trung tâm có: A. 4 vân sáng 1 và 3 vân sáng 2. B. 5 vân sáng 1 và 4 vân sáng 2. C. 4 vân sáng 1 và 5 vân sáng 2. D. 3 vân sáng 1 và 4 vân sáng 2[5]. Giải: Vị trí trùng nhau của 2 vân sáng thỏa mãn: k1  2 0,6 5 k1min  5     k 2 1 0,48 4 k 2 min  4 Trên màn quan sát, trong khoảng giữa hai vân sáng gần nhau nhất và cùng màu với vân sáng trung tâm có 4 vân sáng của 1 và 3 vân sáng của 2  chọn A 6 Ví dụ 8: Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, nguồn sáng phát đồng thời hai bức xạ đơn sắc, trong đó bức xạ màu đỏ có bước sóng λd= 720(nm) và bức xạ màu lục có bước sóng λl (có giá trị trong khoảng từ 500 nm đến 575 nm). Trên màn quan sát, giữa hai vân sáng gần nhau nhất và cùng màu với vân sáng trung tâm có 8 vân sáng màu lục. Giá trị của λl là: A. 500(nm). B. 520(nm). C. 540(nm). D. 560(nm) [3]. Giải: Trên màn quan sát, giữa hai vân sáng gần nhau nhất và cùng màu với vân sáng trung tâm có 8 vân sáng màu lục, nên klmin=9. Ta có: k l min  d 0,72k d min   l   0,5  0,08k d min  0,575  6,25  k d min  7,19 k d min  l 9  k d min  7   l  0,56  m  chọn D Ví dụ 9: Trong một thí nghiệm Y-âng vè giao thoa ánh sáng, nguồn sáng phát đồng thời hai ánh sáng đơn sắc: ánh sáng đỏ có bước sóng 686(nm), ánh sáng lam có bước sóng λ, với 450nm<λ<510nm. Trên màn, trong khoảng giữa hai vân sáng gần nhau nhất và cùng màu với vân sáng trung tâm có 6 vân sáng lam. Trong khoảng này có bao nhiêu vân sáng đỏ? A. 4. B. 7. C. 5. D. 6 [6].  do  k lam  min 686 7      lam  98  k do  min Giải: Ta có  lam  k do  min  lam  k do  min Mặt khác thì: 450   lam  510  4,59   k do  min  5,2   k do  min  5  có 4 vân sáng màu đỏ  chọn A Bài tập vận dụng Câu 1: Trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng, nếu chiếu đồng thời hai bức xạ đơn sắc có bước sóng 1  0,6  m  và 2 thì thấy vân sáng bậc 5 của bức xạ 2 trùng với vân sáng bậc 4 của bức xạ 1. Tính 2? A. 0,48  m  . B. 0,54  m  . C. 0,63  m  . D. 0,42  m  . Câu 2: Trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng, nếu chiếu đồng thời hai bức xạ đơn sắc có bước sóng 1  0,54  m  và 2 thì thấy vân tối thứ 5 của bức xạ 2 trùng với vân tối thứ 4 của bức xạ 1. Tính 2? A. 0,40  m  . B. 0,68  m  . C. 0,56  m  . D. 0,42  m  . Câu 3: Trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng, nếu chiếu đồng thời hai bức xạ đơn sắc có bước sóng 1  0,45  m  và 2 thỏa mãn 0,55  m    2  0,68  m  thì thấy vân sáng bậc 5 của bức xạ 2 trùng với một vân sáng của bức xạ 1. Tính 2? A. 0,48  m  . B. 0,72  m  . C. 0,63  m  . D. 0,56  m  . 7 Câu 4: Trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng, nếu chiếu đồng thời hai bức xạ đơn sắc có bước sóng 1  0,62  m  và 2 thì thấy vân sáng bậc 5 của bức xạ 2 trùng với một vân sáng của bức xạ 1. Bước sóng 2 không thể nhận giá trị nào trong các giá trị sau? A. 0,744  m  . B. 0,518  m  . C. 0,496  m  . D. 0,620  m  . Câu 5: Chiếu 2 khe trong thí nghiệm Young bằng ánh sáng có 2 thành phần đơn sắc có bước sóng là 1  0,43 m  và  2  0,68  m  . Khoảng cách 2 khe là 0,7(mm); khoảng cách từ mặt phẳng 2 khe tới màn là 133(cm). Công thức xác định vị trí trùng nhau của 2 vân sáng của 2 hệ vân là: A. x s1s2  55,556k  mm   k  Z  . B. x s1s2  87,856k  mm   k  Z  . C. x s1s2  55,556k  mm   k  N  . D. x s1s2  87,856k  mm   k  N  . Câu 6: Chiếu 2 khe trong thí nghiệm Young bằng ánh sáng có 2 thành phần đơn sắc có bước sóng là 1  0,48  m  và  2  0,64  m  . Khoảng cách 2 khe là 1(mm); khoảng cách từ mặt phẳng 2 khe tới màn là 1,2(m). Công thức xác định vị trí trùng nhau vân sáng của bức xạ 1 với vân tối của bức xạ 2. A. x s1t 2  1,152  3,024n  mm   n  Z  . B. x s1t 2  1,152  2,304n  mm   n  Z  . C. x s1t 2  1,512  3,024n  mm   n  N  . * D. x s1t 2  1,152  2,304n  mm   n  N  . Câu 7: Chiếu 2 khe trong thí nghiệm Young bằng ánh sáng có 2 thành phần đơn sắc có bước sóng là 1  0,5  m  và  2  0,6  m  . Khoảng cách 2 khe là 1,2(mm); khoảng cách từ mặt phẳng 2 khe tới màn là 2,4(m). Khoảng cách giữa 2 vân cùng màu vâm trung tâm và gần nhau nhất là: A. 5(mm). B. 6(mm). C. 5,24(mm). D. 6,2(mm). Câu 8: Chiếu sáng đồng thời 2 khe của thí nghiệm Young 2 bức xạ đơn sắc có bước sóng 1  0,42  m  ;  2  0,57  m  . Trong khoảng 2 vân sáng cùng màu vân sáng trung tâm và gần nhau nhất có bao nhiêu vân sáng của bức xạ 1. A. 13. B. 15. C. 18. D. 19. Câu 9: Chiếu sáng đồng thời 2 khe của thí nghiệm Young 2 bức xạ đơn sắc có bước sóng 1  0,52  m  ;  2  0,61 m  . Trong khoảng 2 vân sáng cùng màu vân sáng trung tâm và gần nhau nhất có bao nhiêu vân sáng đơn sắc: A. 113. B. 111. C. 51. D. 60. Câu 10: Chiếu sáng đồng thời 2 khe của thí nghiệm Young 2 bức xạ đơn sắc có bước sóng 1  0,46  m  ;  2  0,66  m  . Trong khoảng 2 vân sáng cùng màu vân sáng trung tâm và gần nhau nhất có bao nhiêu vân tối: A. 56. B. 55. C. 57. D. 54. Câu 11: Trong thí nghiệm Young với đồng thời 2 bức xạ có bước sóng lần lượt là 1  0,465  m  ; 0,622  m   2  0,712  m  . Trong khoảng giữa 2 vân 8 sáng cùng màu vân trung tâm người ta quan sát được tổng cộng có 10 vân sáng. Bước sóng 2 bằng: A. 0,658  m  . B. 0,651 m  . C. 0,702  m  . D. 0,682  m  . Câu 12: Trong thí nghiệm Young với đồng thời 2 bức xạ có bước sóng lần lượt là 1  0,48  m  ; 0,52  m   2  0,58  m  . Trong khoảng giữa 4 vân sáng liên tiếp cùng màu vân trung tâm người ta quan sát được tổng cộng có 47 vân sáng. Bước sóng 2 bằng: A. 0,54  m  . B. 0,57  m  . C. 0,53  m  . D. 0,55  m  . 2.1.3. Giao thoa Young với 3 bức xạ Khi làm các bài tập về giao thoa Young với 3 bức xạ thì phần lớn các câu trắc nghiệm dùng được cho phạm vi thi 40 câu 50 phút (hoặc 50 câu 90 phút) ta chỉ 12 31 ;k 223min ;k 3min cần dùng bộ 6 số trùng lặp là k1min ;k 2 min ;k 3min ;k1min Phương pháp Bước 1: Từ điều kiện trùng lặp các vân sáng của 3 hệ vân:  BSCNN  a1 ,a 2 ,a 3  k   1min a1  k12 1min   23 BSCNN  a1 ,a 2 ,a 3  k11  k 2 2  k 3 3  k1a1  k 2a 2  k 3a 2  k 2 min   k 2 min a 2   31 k 3min  BSCNN  a1 ,a 2 ,a 3  k 3min  a3  Bước 2: Nhớ các công thức theo cách hiểu:  k1min   k1min  - Số vân sáng đơn sắc 1 là  k1min  1   12  1   13  1  k1min   k1min  Trong đó:  k1min  1 là số vân sáng 1 khi chiếu độc lập.  k1min   12  1 là số vị trí trùng nhau của vân sáng 1 và vân sáng 2.  k1min   k1min   13  1 là số vị trí trùng nhau của vân sáng 1 và vân sáng 3.  k1min   k 2 min   k 2 min  - Số vân sáng đơn sắc 2 là  k 2 min  1   12  1   23  1 ;  k 2 min   k 2 min   k 3min   k 3min  - Số vân sáng đơn sắc 3 là  k 3min  1   13  1   23  1  k 3min   k 3min  - Số vân sáng đơn sắc là: 9   k1min   k 2 min   k 3min  1  2  1  2  1      12 23 13  k1min   k 2 min   k 3min    k   k 3min  1   223min  1   13  1   k 2 min   k 3min   k1min  1   k 2 min  1   k 3min  1  2  k - Số vân sáng không đơn sắc:  1min 12  k1min - Số vân sáng quan sát được:   k1min  k   k 3min  1   223min  1   13  1 12  k1min   k 2 min   k 3min  k k  223min  3min (bằng số vân sáng). 31 k 2 min k 3min  k1min  1   k 2 min  1   k3min  1   - Số vân tối: k1min  k 2 min  k 3min  k1min k12 1min Nhận xét: Nhìn vào công thức trên có vẻ dài và khó hiểu; nhưng hiểu được nó thì đây là công cụ giúp ta giải quyết các bài tập khó trong các đề thi trong thời gian tính bằng giây (lúc này vai trò hướng dẫn của giáo viên giảng dạy được thể hiện rõ nét). Ví dụ 10: Trong thí nghiệm Young với 3 ánh sáng đơn sắc có bước sóng là 1  0,42  m  ;  2  0,54  m  ;  3  0,63  m  . Trong khoảng 2 vân sáng liên tiếp cùng màu vân trung tâm, hãy xác định: a. Số vân sáng đơn sắc của 1 b. Số vân sáng không đơn sắc. c. Số vân sáng đơn sắc quan sát được. d. Tổng số vân sáng quan sát được. Giải: Ta có: k11  k 2 2  k 3 3  14k1  18k 2  21k 3  k1min  BSCNN  14,18,21 9  12  1 k1min  12 14 k1min  9  k1min   k BSCNN  14,18,21   k 2 min   7; k 223min  7   223min  1 18   31  k 3min k  2  3min   k 3min BSCNN  14,18,21 k   6  3min  31  3 21   k1min   k1min   k 3min a. Số vân sáng đơn sắc của 1 là:  k1min  1   12  1   13  1  6  k1min   k 3min  (tính nhẩm = 8 – 0 – 2 = 6)  k  k   k 3min  1   223min  1   13  1  2 b. Số vân sáng không đơn sắc:  1min 12  k1min   k 2 min   k 3min  (tính nhẩm = 0 + 0 + 2 = 2) c. Số vân sáng đơn sắc quan sát được: 10   k1min   k 2 min   k 3min  1  2  1  2  1    15    12 23 13 k k k  1min   2 min   3min  ( tính nhẩm = 8 + 6 + 5 – 2.0 - 2.0 - 2.2 = 15) d. Tổng số vân sáng quan sát được:  k  k   k 3min  1   223min  1   13  1   17  k1min  1   k 2 min  1   k 3min  1   1min 12  k1min   k 2 min   k 3min  (tính nhẩm = 8 + 6 + 5 – 0 - 0 - 2 = 17)  k1min  1   k 2 min  1   k 3min  1  2  Qua Ví dụ 10, ta thấy lời giải vẫn dài vì đó là trình bày trên văn bản, thực tế làm bài HS chỉ cần suy từ bộ số tương ứng (phần mở ngoặc) Ví dụ 11: Trong thí nghiệm Young với 3 ánh sáng đơn sắc có bước sóng là 1  0,42  m  ;  2  0,63  m  ;  3  0,72  m  . 1. Trong khoảng 2 vân sáng liên tiếp cùng màu vân trung tâm đếm được bao nhiêu: a. vân sáng đơn sắc của 1. b. vân sáng đơn sắc của 2. c. vân sáng đơn sắc của 3. d. vân sáng đơn sắc. e. vân sáng không đơn sắc. f. vân sáng quan sát được. g. Tổng số vân tối quan sát được. 2. Trong khoảng 5 vân sáng liên tiếp cùng màu vân trung tâm, hãy xác định: a. Số vân sáng đơn sắc của 1. b. Số vân sáng đơn sắc của 2. c. Số vân sáng đơn sắc của 3. d. Tổng số vân sáng đơn sắc. e. Số vân sáng không đơn sắc. f. Số vân sáng quan sát được. g. Tổng số vân tối quan sát được. Giải: 1. Ta có: k11  k 2 2  k 3 3  14k1  21k 2  24k 12 k1min  12 k1min  3    k 2 min  8  k 223min  8 k  31  1min  7 k 3min  7 a. Số vân sáng đơn sắc 1 là: 11-3-0=8. b. Số vân sáng đơn sắc 2 là: 7-0-3=4. c. Số vân sáng đơn sắc 3 là: 6-0-0=6. d. Số vân sáng đơn sắc là: 11+7+6-2.3-2.0-2.0=18. e. Số vân sáng không đơn sắc là: 3+0+0=3. f. Số vân sáng là: 11+7+6-3-0-0=21. g. Số vân tối là: 12+8+7-4-1-1=21. 11 2. Trong khoảng 5 vân sáng liên tiếp cùng màu vân trung tâm (tức có 4 khoảng), đếm được: a. Số vân sáng đơn sắc của 1 là: 8.4-32 b. Số vân sáng đơn sắc của 2 là: 4.4=16. c. Số vân sáng đơn sắc của 3 là: 6.4=24. d. Tổng số vân sáng đơn sắc là: 18.4=72. e. Số vân sáng không đơn sắc: 3.4+3=15. f. Số vân sáng quan sát được là: 21.4+3=87. g. Tổng số vân tối quan sát được là: 21.4=84 Nhận xét: Các ý trong Ví dụ 11 đều có thể làm độc lập và đối với HS hiểu công thức chỉ làm không hết 1 phút, đáp ứng yêu cầu luyện thi trắc nghiệm ngày nay. Ví dụ 12: Trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng, khe hẹp S phát ra đồng thời ba bức xạ đơn sắc có bước sóng là 1=0,42(m), 2=0,56(m) và 3=0,63(m). Trên màn, trong khoảng giữa hai vân sáng liên tiếp có màu giống màu vân trung tâm, nếu hai vân sáng của hai bức xạ trùng nhau ta chỉ tính là một vân sáng thì số vân sáng quan sát được là: A. 21. B. 23. C. 26. D. 27[4]. HD: Vị trí trùng nhau của 3 vân sáng thỏa mãn: BSCNN  6,8,9    12 k1min  6 k12  1min  4  BSCNN  6,8,9   k11  k 2 2  k 3 3  6k1  8k 2  9k 3  k 2 min   9 ; k 223min  9 8   13 k 3min  2  BSCNN  6,8,9  8 k 3min  9  Vậy, số vân sáng quan sát được là: N kds  11  8  7  2  0  3  21 chọn A Bài tập vận dụng Câu 1: Thí nghiệm giao thoa ánh sáng bằng khe Young, ánh sáng sử dụng gồm ba bức xạ đỏ, lục, lam có bước sóng lần lượt là: λ 1=0,64(μm), λ2=0,54(μm), λ3=0,48(μm). Vân sáng đầu tiên kể từ vân sáng trung tâm có cùng màu với vân sáng trung tâm ứng với vân sáng bậc mấy của vân sáng màu lục? A. 24. B. 27. C. 32. D. 18. Câu 2: Trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng, khe hẹp S phát ra đồng thời 3 bức xạ đơn sắc có bước sóng λ 1=392(nm); λ2=490(nm); λ3=735(nm).Trên màn trong khoảng giữa hai vân sáng liên tiếp có mầu giống mầu vân trung tâm ta quan sát được bao nhiêu vạch sáng đơn sắc ứng với bức xạ λ2? A. 11. B. 9. C. 7. D. 6.  12 Câu 3: Trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng, nguồn S phát ra ba ánh sáng đơn sắc λ1=0,42(μm) (màu tím); λ2=0,56(μm) (màu lục); λ3=0,70(μm) (màu đỏ). Giữa hai vân sáng liên tiếp có màu giống như màu của vân trung tâm sẽ quan sát thấy tổng cộng có bao nhiêu vân sáng đơn sắc riêng lẻ của ba màu trên? A. 44 vân. B. 35 vân. C. 26 vân.  D. 29 vân. Câu 4: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng khe Young, nguồn S phát 3 ánh sáng đơn sắc: màu tím λ 1=0,42(µm); màu lục λ2=0,56(µm); màu đỏ λ3=0,7(µm). Giữa hai vân sáng liên tiếp có màu giống như màu vân trung tâm có 11 cực đại giao thoa của ánh sáng đỏ. Số cực đại giao thoa của ánh sáng lục và tím giữa hai vân sáng liên tiếp nói trên là: A. 15vân lục và 20 vân tím. B. 14vân lục và 19 vân tím.     C. 14vân lục và 20vân tím. D. 13vân lục và 18vân tím. Câu 5: Trong thí nghiệm Young  về giao thoa ánh sáng đơn sắc: λ1(tím)=0,4(μm); λ2(lam)=0,48(μm); λ3(đỏ)=0,72(μm). Giữa hai vân sáng liên tiếp có màu giống như màu của vân trung tâm có quan sát thấy bao nhiêu vân màu lam và vân màu đỏ? A. 14 vân lam, 4 vân đỏ. B. 8 vân lam, 4 vân đỏ. C. 14 vân lam, 8 vân đỏ. D. 4 vân lam, 8 vân đỏ. Câu 6: Trong thí nghiệm giao thoa Young; khe S phát ra đồng thời 3 ánh sáng đơn sắc, có bước song tương ứng là λ1=0,4(µm); λ2=0,48(µm) và λ3=0,64(µm). Trên màn, trong khoảng giữa hai vân sáng liên tiếp có màu trùng với vân  trung tâm, quan sát thấy số vân sáng không phải đơn sắc là: A. 11. B. 9. C. 44. D. 35. Câu 7: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng Young; nguồn S phát đồng thời ba bức xạ có bước sóng λ1=400(nm); λ2=500(nm); λ3=750(nm). Giữa hai vân sáng gần nhau nhất cùng màu với vân trung tâm quan sát thấy có bao nhiêu loại vân sáng? A. 4. B. 7. C. 5. D. 6.    Câu 8: Trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng, khe hẹp S phát ra đồng thời ba bức xạ đơn sắc có bước sóng là 1  0,42  m  ;  2  0,56  m  và  3  0,63  m  . Trên màn, trong khoảng giữa hai vân sáng liên tiếp có màu giống màu vân trung tâm, quan sát thấy bao nhiêu vân tối. A. 27. B. 23. C. 26. D. 21. Câu 9: Trong thí nghiệm Young với 3 ánh sáng đơn sắc có bước sóng là 1  0,48  m  ;  2  0,63  m  ;  3  0,72  m  . . Trên màn, trong khoảng giữa 5 vân sáng liên tiếp có màu giống màu vân trung tâm, quan sát được bao nhiêu vân sáng đơn sắc? A. 102. B. 136. C. 34. D. 125. Câu 10: Trong thí nghiệm Young với 3 ánh sáng đơn sắc có bước sóng là 1  0,42  m  ;  2  0,48  m  ;  3  0,64  m  . Trên màn, trong khoảng giữa 4 vân sáng liên tiếp có màu giống màu vân trung tâm, quan sát được bao nhiêu vân sáng không đơn sắc? 13 A. 29. B. 11. C. 41. D. 39. Câu 11: Trong thí nghiệm Young với 3 ánh sáng đơn sắc có bước sóng là 1  0,46  m  ;  2  0,64  m  ;  3  0,72  m  . Trên màn, trong đoạn giữa 5 vân sáng liên tiếp có màu giống màu vân trung tâm, quan sát được bao nhiêu vân sáng không đơn sắc? A. 77. B. 111. C. 113. D. 153. Câu 12: Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, nguồn S phát ra đồng thời 3 bức xạ đơn sắc có bước sóng lần lượt là 0,4(m); 0,5(m); 0,6(m). Trên màn trong khoảng giữa 2 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. 34. C. 14. D. 20[7]. 2.2. Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm Như phần lý do chọn đề tài tôi đã nêu; thực tế hiện nay không chỉ có HS trường THPT Nguyễn Trãi mà toàn bộ HS cả nước gặp khó khăn trong tiếp cận các chuyên đề khó (trong đó có chuyên đề về giao thoa Young với nhiều bức xạ). Vì vậy, nếu cứ truyền đạt như các phương pháp được trình bày trong phần lớn các sách tham khảo thì phần lớn HS sẽ trả lại ngay cho giáo viên trong tương lai tính bằng ngày. Với đối tượng “tố chất” như HS trường THPT Nguyễn Trãi thì lấy thêm được một câu trong đề thi tốt nghiệp THPT mà không phải nhớ nhiều là một điều rất quý giá. 2.3. Giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề 2.3.1. Chia nhóm để khẳng định sự tối ưu của phương pháp Tôi chọn lớp 12C5 giảng dạy theo phương pháp trình bày trong các sách tham khảo và lớp 12C7 giảng dạy theo phương pháp trình bày trong SKKN. Hai lớp có trình độ như nhau (thể hiện ở kết quả học tập các môn văn hóa, đặc biệt là môn Vật lý). 2.3.2. Mức độ hứng thú của học sinh. Sau khi học xong chuyên đề: Giao thoa Young với nhiều bức xạ, tôi đã tiến hành điều tra mức độ hứng thú (phụ lục 1) của HS và cho kết quả ở bảng 1 Bảng 1. Mức độ hứng thú của học sinh Tiêu chuẩn đánh giá Rất hứng thú Hứng thú Bình thường Không hứng thú 12C7 (45 HS) – nhóm tiến hành thực nghiệm Phần trăm (%) Số học sinh Phần trăm (%) 12C5 (42HS) – lớp đối chứng Số học sinh 10 15 12 05 23,8 35,7 28,6 11,9 14 21 18 5 01 46,7 40,0 11,1 2,2 Ta có biểu đồ (hình 1): Nhóm đối chứng Nhóm thực nghiệm Rất hứng thú Hứng thú Bình thường Không hứng thú Hình 1 Dựa vào biểu đồ của 2 nhóm, ta thấy học sinh đón nhận phương pháp của SKKN một cách tích cực; đa số học sinh ở nhóm đối chứng bị cuốn hút bởi tốc độ tư duy, tốc độ làm bài và hiệu quả của phương pháp. 2.3.3. Kết quả làm bài kiểm tra của 2 nhóm Kết quả làm bài kiểm tra (phụ lục 2) của 2 nhóm, chuyên đề Giao thoa Young với nhiều bức xạ, cho ở bảng 2 Bảng 2. Kết quả học tập chuyên đề giao thoa Young với nhiều bức xạ Nhóm Điểm 9 10 78 56 34 02 Tổng số HS Nhóm đối chứng (12C5) Nhóm thực nghiệm(12C7) Số HS Phần trăm (%) Số HS Phần trăm (%) 02 16 14 08 05 42 47,6 38,1 33,3 19,1 11,9 100,0 12 18 08 05 02 45 26,7 40,0 17,8 11,1 4,4 100,0 Ta có biểu đồ như hình 2, hình 3: Nhóm đối chứng Nhóm thực nghiệm 910 78 56 34 12 Hình 2 15 BIỂU ĐỒ SO SÁNH 2 NHÓM 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 0÷2 3÷4 5÷6 Nhóm đối chứng 7÷8 9 ÷10 Nhóm thực nghiệm Hình 3 Qua 2 biểu đồ (hình 2 và hình 3) ta thấy rằng kết quả thực hành vào làm bài tập trắc nghiệm của nhóm thực nghiệm cao hơn hẳn nhóm đối chứng, bởi phương pháp trình bày ở SKKN giúp cho HS một cái nhìn tổng quát cho các bài tập về giao thoa Young với nhiều bức xạ. Song kết quả vẫn chưa được như mong đợi, nguyên nhân: * Đối tượng học sinh: Học sinh trường vào trường THPT Nguyễn Trãi đã được “sàng lọc” ba lần sau khi HS thi vào chuyên Lam Sơn, đăng ký vào THPT Hàm Rồng và THPT Đào Duy Từ; nên tố chất hạn chế. * Trường THPT Nguyễn Trãi và Trung tâm KTTH-HN Thanh Hóa hoạt động trên cùng một khuôn viên chật hẹp gây hạn chế cho sự phát triển của cả 2 bên. 2.4. Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm đối với hoạt động giáo dục, với bản thân, đồng nghiệp và nhà trường Bản thân đã vận dụng phương pháp nêu trong SKKN trong quá trình giảng dạy phần giao thoa Young với nhiều bức xạ, kết quả cho thấy: + Phần lớn HS (kể cả HS trung bình) đều hiểu và vận dụng được phương pháp để giải quyết các bài tập tương tự mà không phải vẽ hình như trình bày trong một số sách tham khảo trong thời gian tối ưu (dưới một phút cho một câu trắc nghiệm). 16 + Sau khi học song chuyên đề này, bài tập giao thoa Young với nhiều bức xạ là một câu hỏi dễ đối với học sinh khá, giỏi. + Chuyên đề này giúp cho HS, đồng nghệp và những người quan tâm đến giáo dục nhận thức được một thực tế hiện nay là những cái hay, cái sâu sắc, cái “độc chiêu” chưa hẳn chỉ tìm thấy trong tài liệu mà phần lớn nằm trong tri thức của những người trực tiếp giảng dạy; cụ thể hơn là những người luyện thi. III. KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 3.1. Kết luận Nội dung đề tài đã làm sáng rõ được 2 vấn đề: Vấn đề 1: Trong giao thoa Young với 2 bức xạ đơn sắc: - Luôn tồn tại vị trí trùng nhau giữa các vân sáng của 2 hệ vân và các vị trí này cách đều nhau một khoảng i12. - Trong 3 trường hợp trùng nhau có thể xảy ra là: vân sáng của bức xạ 1 và vân tối của bức xạ 2; vân tối của bức xạ 1 và vân sáng của bức xạ 2; vân tối của bức xạ 1 và vân tối của bức xạ 2 chỉ tồn tại một trường hợp; và chúng cũng cách đều nhau và nằm chính giữa các vị trí trùng nhau của vân sáng của bức xạ 1 và vân sáng của bức xạ 2; Vấn đề 2: HS khi làm phần lớn bài tập về giao thoa Young với 3 bức xạ đơn sắc 12 31 ; k 23 chỉ cần tính toán thông qua bộ 6 số trùng lặp k1min ;k 2 min ;k 3min ;k1min 2 min ;k 3min . Đề tài mới chỉ dừng lại nghiên cứu giao thoa Young với 3 bức xạ đơn sắc bằng công cụ toán học đơn giản bởi thi tốt nghiệp THPT Quốc gia dưới hình thức thi trắc nghiệm cũng chỉ cho phép khai thác đến trình độ này. Giao thoa Young với n (n>3) bức xạ đơn sắc chỉ mang tính tham khảo cho giáo viên, không có tính ứng dụng trong thực tế thi cử, nên tác giả sẽ upload lên website cá nhân http://violet.vn/traodoivatly12. 3.2. Kiến nghị Theo PPCT môn Vật lý 12 (chương trình chuẩn) thì chỉ có 2 tiết (1 tiết lý thuyết và 1 tiết bài tập) đề cập đến giao thoa ánh sáng, trong khi thi đại học và thi tốt nghiệp trung học phổ thông Quốc gia lại hỏi rất rộng phần này. Vì vậy để trang bị kiến thức tốt hơn cho HS (phần giao thoa ánh sáng cũng như một số phần nâng cao khác), tôi kính đề nghị Nhà trường cho HS các lớp 12 được đăng kí học một số chuyên đề nâng cao mà PPCT không tương xứng. Bất kỳ một đơn vị kiến thức nào cũng có cái hay, cái sâu sắc; cái hay, cái sâu sắc phần lớn nằm ở cấp độ nâng cao. Giáo viên đứng trên bục giảng (đặc biệt là giáo viên luyện thi cho HS lớp 12) phần lớn đều có ý thức nâng cao trình độ, nên ít nhiều có đầu tư nghiên cứu chuyên sâu các phần. Tuy nhiên, không 17 phải ai cũng có điều kiện, môi trường để thể hiện. Vì vậy, tôi kính đề nghị Sở Giáo dục và Đào tạo tỉnh Thanh Hóa hàng năm nên tổ chức một cuộc thi với giải thưởng lớn (quỹ có thể lấy từ chính giáo viên tham gia và các nguồn hỗ trợ khác) chỉ dành riêng cho chuyên môn. Tôi thiết nghĩ giải thưởng do cuộc thi mang lại không những giúp cho giáo viên có cơ hội có một món quà thực tế mà còn lôi cuốn được các nhân tài thật sự; tránh được sự đánh đồng lẫn lộn giữa người thật sự cố gắng và những người không muốn cố gắng. * Do thời gian, điều kiện, môi trường phát triển kiến thức hạn chế nên đề tài không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong các thầy cô giáo, đặc biệt là các thầy cô giáo có kinh nghiệm và các bạn đồng nghiệp cùng các em học sinh góp ý kiến để cho đề tài của tôi được hoàn thiện hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn ! XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Thanh Hóa, ngày 04 tháng 05 năm 2017 Tôi xin cam đoan đây là SKKN của mình viết, không sao chép nội dung của người khác. Hoàng Quốc Hoàn 18