Tài liệu Skkn hướng dẫn học sinh lớp 12 giải bài tập cơ bản về sóng ánh sáng

SỞ GD & ĐT LAO CAI Trường THPT Số 1 Mường Khương - Mục lục Trang PHẦN I – ĐẶT VẤN ĐỀ ………………………...................................................................... 2 1. Lý do chọn đề tài …..........................………………..................................…………........…… 2 2. Mục đích nghiên cứu ….........................................................................……........................... 2 3. Đối tượng nghiên cứu …………………....................................................…....…..............… 2 4. Giới hạn và phạm vi nghiên cứu …………………... ......................………….........….... 3 5. Nhiệm vụ nghiên cứu ….......................................…………........................……….......….. 3 6. Phương pháp nghiên cứu …………………... .......................................………............…... 3 7. Thời gian nghiên cứu ….......................................…………........................……...….......…. 3 PHẦN II - NỘI DUNG ……………............................................................................................ 4 I. Cơ sở lý luận của vấn đề nghiên cứu. …...................................................................... 4 II.Thực trạng vấn đề ........................................................................................................................ 4 III. Các biện pháp gải quyết vấn đề................................................................................... 6 3.1. Sự tán sắc ánh sáng. .................................................................................................................. 6 3.2. Giao thoa ánh sáng. .................................................................................................................. 8 1. Dạng 1. Khoảng vân, bước sóng ánh sáng. ................................................................. 8 2. Dạng 2. Xác định tại vị trí xM là vân sáng hay vân tối? Thứ (vân tối). ....... 11 3. Dạng 3.Tần số và chu kì của áng sáng ở trong chân không, không khí. ..... 12 4. Dạng 4. Tìm số vân sáng, vân tối trên trường giao thoa. ..................................... 13 5. Dạng 5. Giao thoa với hai bức xạ đơn sắc. .................................................................. 14 6. Dạng 6. Giao thoa với ánh sáng trắng. ............................................................................. 17 IV. Hiệu quả của SKKN ………………………………………………………………………. 18 PHẦN III: KẾT LUẬN. …………………............................................................................ 19 Tài liệu tham khảo …………………………......................................................................…….…. 20 1 SKKN Năm học: 2013 - 2014 GV: Phạm Xuân Minh SỞ GD & ĐT LAO CAI Trường THPT Số 1 Mường Khương - HƢỚNG DẪN HỌC SINH LỚP 12 GIẢI BÀI TẬP CƠ BẢN VỀ SÓNG ÁNH SÁNG PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ 1 . Lí do chọn đề tài : Ánh sáng là một hiện tượng tự nhiên rất gần gũi và quen thuộc với tất cả mọi người. Nhưng với học sính lớp 12 khi học đến phần ánh sáng học sinh sẽ gặp tương đối nhiều dạng bài tập. Mà quan trọng hơn cả bài tập phần sóng ánh sáng luôn chiếm 5 câu trong các đề thi. Khi làm bài tập các em hay lặp đi, lặp lại một số sai sót không đáng có. Qua nhiều năm giảng dạy 12 tôi đã suy nghĩ và đưa ra một số ý kiến sau: Trong sách giáo khoa và sách bài tập vật lý 12 đã có đủ các kiến thức chuẩn nhưng, nhưng để học sinh làm được các bài tập thông hiểu và vận dụng thì các em cần phải biết suy luận, cụ thể hoá kiến thức… Đối với học sinh miền núi chưa có điều kiện có nhiều sách tham khảo cũng chưa có điều kiện bồi dưỡng thường xuyên, và với các em có học lực yếu, đặc biệt với các em khả năng tính toán còn nhiều hạn chế nhất là đổi đơn vị thì việc giải bài tập của các em sẽ gặp rất nhiêu khó khăn. Kiến thức ở Sách giáo khoa rất căn bản, tuy nhiên do hạn chế về suy luận nên khi gặp những bài tập đòi hỏi phải có suy luận thì các em lúng túng không biết làm thế nào? Để giúp học sinh có thể nắm bắt được các dạng bài tập có trong Sách giáo khoa và đề thi Tốt nghiệp, Cao Đẳng, Đại học nên tôi đã chọn đề tài “ Hướng dẫn học sinh lớp 12 giải bài tập cơ bản về Sóng ánh sáng” để làm đề tài cho bài nghiên cứu của mình với mong muốn các em sẽ nắm vững hơn về các dạng bài tập của chương Sóng ánh sáng . 2. Mục đích nghiên cứu: Giúp học sinh có thêm kiến thức để làm quen với việc giải bài tập phần sóng ánh sáng, từ đó giải được các bài trong sách giáo khoa và sách bài tập, các dạng bài đơn giản trong kì thi tốt nghiệp, và một số dạng bài các em hay gặp trong các đề thi đại học và cao đẳng xắp tới. 2 SKKN Năm học: 2013 - 2014 GV: Phạm Xuân Minh SỞ GD & ĐT LAO CAI Trường THPT Số 1 Mường Khương - 3. Đối tƣợng nghiên cứu: Học sinh lớp 12A1,12A2, 12A4,12A5 Trường trung học phổ thông số 1 Mường Khương. 4.Giới hạn và phạm vi nghiên cứu: Phân loại và hướng dẫn học sinh làm bài tập Vật lí 12 chương V Sóng ánh sáng, 5. Nhiệm vụ nghiên cứu: Trao đổi, cung cấp một số ý kiến riêng của cá nhân với đồng nghiệp về việc phân loại phương pháp làm các bài tập liên quan đến Sóng ánh sáng xuất hiện trong các đề thi Tốt nghiệp, Cao đẳng, Đại học gần đây. 6. Phƣơng pháp nghiên cứu : Để hoàn thành đề tài này tôi chọn phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp nghiên cứu tài liệu: + Đọc các sách giáo khoa phổ thông, các sách đại học, sách tham khảo phần sóng ánh sáng. + Có tham khảo ý kiến của các đồng nghiệp cùng chuyên ngành. - Phương pháp thống kê: - Phương pháp phân tích và tổng hợp kinh nghiệm trong quá trình giảng dạy và thực tế đời sống. + Phạm vi nghiên cứu đề tài này là trong phần chương V sóng ánh sáng của chương trình chuẩn lớp 12 hiện hành. 7. Thời gian nghiên cứu: - Đối với người viết: Đề tài đã được đầu từ thời gian từ đầu năm học 2012-2013 về việc chuẩn bị tài liệu, đọc, nghiên cứu, biên soạn đến việc áp dụng để kiểm tra tính hiệu quả của nó trong học kỳ II năm học 2013-2014. - Đối với người tham khảo đề tài: Cần phải có thời gian nhất định để tham khảo sau đó vận dụng linh hoạt tuỳ vào điều kiện dạy học cụ thể và đối tượng học sinh và đặc biệt là phụ thuộc vào từng vùng , miền nơi địa bàn trường đóng. 3 SKKN Năm học: 2013 - 2014 GV: Phạm Xuân Minh SỞ GD & ĐT LAO CAI Trường THPT Số 1 Mường Khương - PHẦN II NỘI DUNG NGHIÊN CỨU I. Cơ sở lý luận của vấn đề nghiên cứu : Vật lý là một môn khoa học thực nghiệm, và là môn học mang tính đặc thù và tương đối khó đối với học sinh nhất là học sinh vùng miền núi đa số là con em nông thôn các dân tộc tiểu số em ít có điều kiện đọc sách tham khảo cũng như đầu tư về thời gian vào việc học tập. Bài tập vật lý đóng một vai trò hết sức quan trọng trong môn học. Và việc hướng dẫn học sinh làm bài tập Vật lý là một hoạt động dạy học, một công việc khó khăn, ở đó bộc lộ rõ nhất trình độ của người giáo viên vật lý trong việc hướng dẫn hoạt động trí tuệ của học sinh, vì thế đòi hỏi người giáo viên phái đầu tư nhiều thời gian để nghiên cứu và học sinh phải học tập và lao động không ngừng. Bài tập Vật lý sẽ giúp học sinh hiểu sâu hơn những qui luật vật lý, những hiện tượng vật lý. Thông qua các bài tập ở các dạng khác nhau tạo điều kiện cho học sinh vận dụng linh hoạt những kiến thức để tự lực giải quyết thành công những tình huống cụ thể khác nhau thì những kiến thức đó mới trở nên sâu sắc hoàn thiện và trở thành vốn riêng của học sinh. Trong quá trình giải quyết các vấn đề, tình huống cụ thể do bài tập đề ra học sinh phải vận dụng các thao tác tư duy như so sánh phân tích, tổng hợp khái quát hoá....để giải quyết vấn đề, từ đó sẽ giúp giải quyết giúp phát triển tư duy và sáng tạo, óc tưởng tượng, tính độc lập trong suy nghĩ của học sinh. Trong việc giải bài tập điều quan trọng đối với học sinh là phải nắm vững lý thuyết, hiểu rõ bản chất sự việc, và quan trọng hơn cả là các em phải nhớ và biết áp dụng công thức, sử dụng thành thạo máy tính và lưu ý đến đổi đơn vị. II. Thực trạng vấn đề. - Trường THPT số 1 Mường Khương có cơ sở vật chất phục vụ cho việc giảng dạy tốt, phòng học khang trang, sạch đẹp. - Trường THPT số 1 Mường Khương là một trường miền núi các em phần đa là con em các dân tộc tiểu số nên đầu tuyển vào rất thấp, đa phần là học sinh có học lực tương đối yếu, mất căn bản dẫn tới khi học các môn Khoa học thực nghiệm như môn Vật lí các em thường chán nản và học đối phó. 4 SKKN Năm học: 2013 - 2014 GV: Phạm Xuân Minh SỞ GD & ĐT LAO CAI Trường THPT Số 1 Mường Khương - - Trong chương V: Ánh sáng là một khái niệm khá quen thuộc đối với học sinh, tuy nhiên tính chất của ánh sáng thì các em lại khá mơ hồ, song bằng việc cho các em quan sát những thí nghiệm mô phỏng trên máy tính thì các em dần dần đã hình dung được các tính chất Sóng của ánh sáng. - Về kỹ năng học sinh: Do có học lực yếu việc nắm vững được những khái niệm, công thức tính như khoảng vân, bước sóng……đã là khó đối với các em nên việc suy luận mở rộng để làm những bài tập trong các đề Tốt nghiệp, Cao đẳng, Đại học lại càng khó hơn. Hơn nữa các em rất lúng túng khi đổi đơn vị, và kĩ năng sử dụng máy tính cầm tay là chưa thành thạo… Trước thực trạng đó tôi nhận thấy phải hướng dẫn các em trước hết phải nắm vững hiện tượng sau đó là kiến thức căn bản trong sách giáo khoa cung cấp, sau đó từ từ đưa các dạng bài toán và ví dụ thực tế trong đề thi cho các em làm quen. - Trong quá trình giảng dạy môn Vật lí giáo viên thường sử dụng phương pháp chia nhóm để học sinh thảo luận và tìm ra kết quả cho câu hỏi và giáo viên thường kết luận đúng, sai và không hướng dẫn gì thêm, việc giảng dạy Vật lý nhất là bài tập vật lí như thế sẽ không đạt được kết quả cao, vì trong lớp các đối tượng học sinh khá rất ít phần lớn là đối tượng học sinh trung bình, yếu và kém nên khả năng tư duy của các em rất khác nhau, đối với học sinh yếu, kém hay trung bình không thể tư duy kịp và nhanh như học sinh khá, nên khi thảo luận các em chưa thể kịp hiểu ra vấn đề và nhất là khi thảo luận nhóm, giáo viên lại hạn chế thời gian hoặc thi xem nhóm nào đưa ra kết quả nhanh nhất thì thường các kết quả này là tư duy của các học sinh khá trong nhóm mà không có sự cộng tác của toàn bộ thành viên trong nhóm, vì thế nếu giáo viên không chú trọng đến việc hướng dẫn học sinh phương pháp giải bài tập Vật lí thì học sinh sẽ đoán mò không nắm vững được kiến thức trong chương. Do vậy tôi sẽ đưa ra các dạng bài tập, ôn lại các kiến thức cũ có liên quan và tự mỗi học sinh phải tự làm theo sự hướng dẫn. III. Các biện pháp giải quyết vấn đề  Để làm bài hiệu quả đầu tiên phải nhắc lại cách đổi đơn vị Đơn vị đo: 5 SKKN Năm học: 2013 - 2014 GV: Phạm Xuân Minh SỞ GD & ĐT LAO CAI X10 3 X10 m X10 3 X10 X10 3 X10 m mm -3 Trường THPT Số 1 Mường Khương - 3 nm -3 X10 pm -3 X10 -3 Đổi theo chiều mũi tên, cứ qua một dấu nhân thì ta phải nhân một lượng 10 mũ tương ứng. Ví dụ: 2m  2 103 mm 1,5m  1,5 106  m (từ m   m qua 2 lần nhân) 0,76 m  0,76 103 mm CÁC DẠNG BÀI CƠ BẢN Mặt Trời 3.1 Sự tán sắc ánh sáng M 1.Công thức về lăng kính F’ A sini1 = nsinr1 Đỏ Da cam Vng Lục Lam Chm Tím sini2 = nsinr2 P A = r1 + r2 G B C D = i 1 + i2 - A Khi góc i và A nhỏ i1 = nr1 i2 = nr2 A = r1 + r2 D = ( n – 1 )A 2. Góc lệch cực tiểu : D = D min Khi i1 = i2 = i và r1 = r2 = r = Ta có : Dmin = 2i –A; A 2 sini = nsin A A ; sin( Dmin + A ) = nsin 2 2 Sau khi quan sát thí nghiệm học sinh hiểu thêm một vấn đề : Chùm sáng sau khi đi qua lăng kính không những chúng bị lệch về phía đáy lăng kính mà chúng còn bị trải dài thành một dải mau sặc sỡ mà ta gọi đó là hiện tượng tán sắc ánh sáng. Chùm sáng màu đỏ lệch ít nhất 6 SKKN Năm học: 2013 - 2014 GV: Phạm Xuân Minh SỞ GD & ĐT LAO CAI Trường THPT Số 1 Mường Khương - Chùm sáng màu tím lệch nhiều nhất 3. Nguyên nhân của hiện tượng tán sắc : Do chiết suất của chất làm lăng kính đối với các ánh sáng đơn sắc khác nhau thì khác nhau. Cụ thể đối với một khối chất trong suốt thì: nđỏ  cam>  vàng>  lục>  lam>  chàm>  tím Ví dụ 1: Chiếu một chùm tia sáng trắng ( coi như một tia) vào mặt bên của một lăng kính có góc chiết quang A = 90 . Cho biết chiết suất của lăng kính ứng với ánh sáng màu đỏ là nđ = 1,5 ;với ánh sáng tím nt = 1,54.Tính góc tạo bởi tia ló màu đỏ và tia ló màu tím khi ra khỏi lăng kính. Giải : Vì góc tới i1 rất nhỏ ta có : i1 = nr1 i2 = nr2 A = r1+ r2 Góc lệch đối với tia đỏ : Dđ = (nđ-1) A Góc lệch đối với tia tím: Dt = (nt -1) A D = i1+i2 –A = (n-1)A Góc lệch giữa chùm tia ló màu đỏ và tia ló màu tím là:   D  Dt  Dd  nt  nd A = ( 1,54 -1,5).90 = 0,360 Ví dụ 2: Một thấu kính mỏng có hai mặt lồi có cùng bán kính R = 50cm. Thấu kính làm bằng thuỷ tinh có chiết suất đối với tia đỏ là nd = 1,5 và đối với tia tím là nt = 1,54. Hãy tính khoảng cách giữa tiêu điểm Fd ứng với ánh sáng đỏ và tiêu điểm Ft ứng với ánh sáng tím. Giải: Vì chiết suất của thuỷ tinh đối với ánh sáng đỏ khác chiết suất của nó đối với ánh sáng tím nên theo công thức quang hình và do đó tiêu cự của thấu kính ứng với ánh sáng đỏ fd và đối với ánh sáng tím ft sẽ khác nhau. Dd  2(n d 1) 1 1 1 R 50  (nd  1)(  )   fd    50cm fd R1 R2 R 2(nd  1) 2(2,5  1) Dt  2(nt  1) 1 1 1 R 50  (nt  1)(  )   ft    48,92cm ft R1 R2 R 2(nt  1) 2(1, 45  1) Khoảng cách giữa tiêu điểm ứng với tia đỏ và tiêu điểm ứng với tia tím là: FdFt = fd - ft = 50 - 48,92 = 1,08cm 7 SKKN Năm học: 2013 - 2014 GV: Phạm Xuân Minh SỞ GD & ĐT LAO CAI Trường THPT Số 1 Mường Khương - 3.2. Giao thoa ánh sáng 1. Hiệu đường đi (hiệu quang trình): d 2  d1  ax D 2. Vị trí vân: d1 a. Vị trí vân sáng: xs  k A H D a x F1 I a O D F2 với k  0; 1; 2; 3...... d2 B M k = 0: vân sáng trung tâm. k =  1 : vân sáng bậc một (đối xứng qua vân trung tâm) k =  2 : vân sáng bậc hai ………… b. Vị trí vân tối :  x t   k '  1  D  2 a với k '  0; 1; 2; 3...... k’ = 0 ; k’ = -1 Vân tối thứ nhất (đối xứng qua vân sáng trung tâm) k’ = 1; k’ = -2 Vân tối bậc hai c. Khoảng vân: Khoảng cách giữa hai vân sáng (hoặc hai vân tối) liên tiếp i Hệ quả : D a xs= ki ; 1 2 x t  (k ' )i Cách xác định vị trí vân sáng, vân tối, tính khoảng vân, bước sóng ánh sáng , tìm số vân, tính khoảng cách giữa các vân sáng (tôi)… * Dạng 1. Khoảng vân, bƣớc sóng ánh sáng : Áp dụng công thức tính khoảng vân : i  D a Khoảng cách giữa n vân sáng (tối) liên tiếp: l  (n  1)i suy ra i  Suy ra từ công thức tính khoảng vân:   l n 1 ia D 8 SKKN Năm học: 2013 - 2014 GV: Phạm Xuân Minh SỞ GD & ĐT LAO CAI Trường THPT Số 1 Mường Khương - Trong đó: a là khoảng cách giữa hai khe sáng (mm). D là khoảng cách từ hai khe đến màn (m).  là bước sóng của ánh sáng dùng trong thí nghiệm ( m ) Trong công thức chúng ta dễ nhận thấy trong thí nghiệm giao thoa Y-âng của ánh sáng đơn sắc thì khoảng vân i phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng làm thí nghiệm  , khoảng cách từ hai khe tới màn D, khoảng cách của hai khe sáng a. Cụ thể: i ~ , D i~ 1 a b. Vị trí vân : D a. Vân sáng : xs  k b. Vân tối : x t   k '   a  ki k  0; 1; 2; 3...... 1  D  1   k '  i k '  0; 1; 2; 3......  2 a  2 Ví dụ 1: (Tốt Nghiệp 2009) Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, khoảng cách giữa hai khe là 1mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến màn quan sát là 2m, bước sóng của ánh sáng đơn sắc chiếu đến hai khe là 0,55  m . Hệ vân trên màn có khoảng vân là: A. 1,2 mm. B. 1,0 mm. C. 1,1 mm. D. 1,3mm Giải: Ta có   0,55   m  0,55 103 mm , D  2m  2 103 mm , a= 1mm D 0,55 103  2 103   1,1mm Vậy i  a 1  Đáp án C Ví dụ 2 : (Tốt nghiệp năm 2009) Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, khi dùng ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,4  m thì khoảng vân đo được trên màn là 0,2mm. Nếu dùng ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,6  m mà vẫn giữ nguyên khoảng cách giữa hai khe và từ hai khe tới màn thì khoảng vân là : A. 0,4mm B. 0,2mm C. 0,6mm Giải : Dễ nhận thấy từ công thức i  D a D.0,3mm nếu a, D giữ nguyên thì khoảng 9 SKKN Năm học: 2013 - 2014 GV: Phạm Xuân Minh SỞ GD & ĐT LAO CAI - Trường THPT Số 1 Mường Khương vân tỉ lệ thận với bước sóng. Vậy bước sóng tăng từ 0,4  m lên 0,6  m tức là tăng lên 1,5 lần, tương ứng khoảng vân cũng tăng lên 1,5 lần : 1,5.0,2 = 0,3mm  Đáp án D. Ví dụ 3: Trong thí nghiệm Iâng về giao thoa ánh sáng các khe S1,S2 được chiếu bởi ánh sáng có bước sóng   0,54m . Biết khoảng cách giữa hai khe là a = 1,35 mm. Khoảng cách từ hai khe đến màn là D = 1m . a. Tính khoảng vân? b. Xác định vị trí vân sáng bậc 5 và vân tối thứ 5? Giải: Trong thí nghiệm I-âng về giao thoa ánh sáng đơn sắc, khoảng vân cỡ mm do vậy ta nên đổi  , a, D về mm:   0,54 m  0,54.103 mm , D  1m  103 mm D 0,54 103 103 a. Từ công thức tính khoảng vân ta có: i    0, 4mm a 1,35 b. - Vị trí vân sáng bậc 5 ứng với k=  5: xs (5)  5i  5  0, 4  2mm - Vị trí vân tối thứ 5 ứng k’=4,k= -5: xt (5)  4,5i  1,8mm Ví dụ 4 : Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng đơn sắc có bước sóng 600 nm, khoảng cách hai khe là a = 1,5 mm, khoảng cách D = 3 m. Khoảng cách giữa một vân sáng và một vân tối liên tiếp là: A. 0,6 mm B. 6mm C. 1,2 mm D. 0,12 mm Giải:   600nm  600.106 mm  6.104 mm , D  3m  3.103 mm Khoảng cách giữa hai vân sáng (vân tôi) liên tiếp là một khoảng vân vậy khoảng cách giữa một vân sáng, một vân tối liện tiếp là Nên ta có: i 2 i  D 6.104.3.103    0,6mm Đáp án: A 2 2a 2.1,5 Ví dụ 5 : (ĐH 2007) Trong thí nghiệm Iang về giao thoa ánh sáng đơn sắc hai khe hẹp cách nhau 10 SKKN Năm học: 2013 - 2014 GV: Phạm Xuân Minh SỞ GD & ĐT LAO CAI - Trường THPT Số 1 Mường Khương 1mm, mặt phẳng chứa 2 khe cách màn quan sát 1,5m. Khoảng cách giữa 5 vân sáng liên tiếp là 3,6mm. Bước sóng ánh sáng dùng trong thí nghiệm là A. 0,40  m B. 0,76  m C. 0,48  m D. 0.60  m Giải : Khoảng cách giữa 5 vân sáng liên tiếp là 4 khoảng 4i = 3,6mm nên i = 0,9 mm a = 1mm Mà   D = 1,5m = 1,5.103mm ia 0,9.1 = D 1,5.10 0,9.1  6.104 mm = 0,6mm.  Vậy đáp án D 3 1,5.10 Dạng 2. Xác định tại vị trí xM là vân sáng hay vân tối? Thứ (vân tối), bậc (vân sáng)? k : tại M có vân sáng bậc k xM k Ta có : i k: số nguyên k + 0,5 : Tại M có vân tối thứ (k+1) Ví dụ 1: Trong thí nghiệm Iâng về giao thoa ánh sáng các khe S1,S2 được chiếu bởi ánh sáng có bước sóng   0,5m . Biết khoảng cách giữa hai khe là a = 0,5 mm. Khoảng cách từ hai khe đến màn là D = 2m . a. Tính khoảng vân. b. M1, M2 lần lượt cách vân sáng trung tâm là 7mm, 10mm là vân sáng hay vân tối bậc mấy. Giải: a) Tính i   0,5 m  0,5.103 mm D  2m  2.103 mm Khoảng vân i  D a = 2mm b) M1, M2 là vân sáng hay vân tối bậc mấy: Tại M1 lập tỉ số XM 7   3,5  3  0,5 Vậy tại M1 là vân tối thứ 4 i 2 Tại M2 lập tỉ số X M 10   5 Vậy tại M2 là vân sáng bậc 5 i 2 Ví dụ 2: Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, khoảng cách giữa hai 11 SKKN Năm học: 2013 - 2014 GV: Phạm Xuân Minh SỞ GD & ĐT LAO CAI - Trường THPT Số 1 Mường Khương khe là 1mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến màn quan sát là 4m. Người ta đo được khoảng cách giữa 6 vân sáng liên tiếp cách nhau 10mm. Tính: a. Bước sóng ánh dùng trong thí nghiệm? b. Tại hai điểm M và N ở một bên vâng sáng trung tâm cách vân sáng trung tâm lần lượt là 8mm và 5mm là vân sáng hay vân tối? Giải: a. Ta có khoảng cách giữa 5 vân sáng liên tiếp l  5i  10mm vậy i  2mm Bước sóng ánh sáng:   b. Tại M ta có ia 2.103.103   0,5.106 m  0,5 m D 4 xM 8mm   4 vậy tại M có vân sáng bậc 4 i 2mm Tại N ta có xM 5mm   2,5  2  0,5 vậy tại N có vân tối thứ 3 i 2mm Dạng 3. Tần số và chu kì của áng sáng ở trong chân không, không khí. Bước sóng:   Tần số: f  c  c f ; chu kì: T  1   f c Với c=3.108m/s là vận tốc của ánh sáng trong chân không. Ví dụ 1: (Tốt nghiệp năm 2008) Biết vận tốc ánh sáng trong chân không c  3.108 m / s . Ánh sáng đơn sắc có tần số 4.1014Hz khi truyền trong chân không thì có bước sóng bằng: A. 0,55 m B. 0,54 m C. 0,75 m D. 0,66 m Giải: Ta có:   c 3.108   0,75.106 m  0,75 m  Đáp án C 14 f 4.10 Ví dụ 2 : Trong một thí nghiệm Y-Âng, hai khe hẹp F1F2 cách nhau một khoảng a = 1,2mm. Màn M để hứng vân giao thoa ở cách mặt phẳng chứa hai khe một khoảng D = 0,9m. Người ta quan sát được 9 vân sáng. Khoảng cách giữa tâm 2 vân sáng ngoài cùng là 3,6 mm. Tần số của bức xạ sử dụng trong thí nghiệm này 12 SKKN Năm học: 2013 - 2014 GV: Phạm Xuân Minh SỞ GD & ĐT LAO CAI Trường THPT Số 1 Mường Khương - là bao nhiêu ? Giải : Số vân sáng quan sát được trên màn là 9 vân sáng, trong đó có một vân trung tâm ở chính giữa và 8 vân sáng chia đều về 2 phía vân trung tâm. Tức là mỗi phía trường giao thoa có 4 vân sáng. Gọi L là bề rộng trường giao thoa, ta có : Vị trí vân sáng X k  K L = 3,6 mm D với k = 4 a D = 0,9.103mm D a = 1,2mm L La   a 2 8D 8 c c8D 3.10 .0.9.103  f     5.1014 HZ  La 3, 6.1, 2  X4  4  Dạng 4 : Tìm số vân sáng, vân tối trên trƣờng giao thoa: Gọi L là bề rộng trường giao thoa: L  n  lẻ 2i Số vân sáng: Ns = 2n + 1 Số vân tối: Nt = 2n (nếu phần lẻ <0,5) Nt = 2n + 2 (nếu phần lẻ  0,5) Hoặc ta có thể tính nhanh như sau: Bề rộng khoảng vân i: Lấy L  i Nếu  là số tự nhiên lẻ thì  là số vân sáng Nếu  là số tự nhiên chẵn thì  là số vân tối Cả hai trường hợp số vân còn lại đều lấy  + 1 Ví dụ 1: (Đại học năm 2010) Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, hai khe được chiếu bằng ánh sáng đơn sắc có bước sóng   0,6 m . Khoảng cách giữa hai khe là 1mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến màn quan sát là 2,5m, bề rộng giao thoa là 1,25cm. Tổng số vân sáng, vân tối có trong miền giao thoa là : A. 19 vân. Giải : B. 17 vân. C. 15 vân D. 21 vân. D 0,6.1032,5.103   1,5mm Khoảng vân : i  a 1 13 SKKN Năm học: 2013 - 2014 GV: Phạm Xuân Minh SỞ GD & ĐT LAO CAI Ta có : Trường THPT Số 1 Mường Khương - L 12,5   4,16 2i 2.1,5 Vậy số vân sáng : Ns = 2 . 4 + 1 = 9 vân Số vân tối : Nt = 2 . 4 = 8 vân (phần lẻ < 0,5) Vậy tổng số vân sáng và vân tối là : 9 + 8 = 17 vân. Đáp án B Ví dụ 2: Bề rộng một vùng giao thoa trên màn là 48,4 mm và đo được khoảng cách giữa 4 vân sáng liên tiếp là 3,6 mm. Số vân sẽ là: A.39 vân sáng và 40 vân tối B. 40 vân tối và 41 vân sáng C. 52 vân sáng và 54 vân tối D. 55 vân sáng và 54 vân tối Giải: L = 48,4mm Khoảng cách giữa 4 vân sáng liên tiếp là 3,6mm có nghĩa là 3i = 3,6mm Và i = 1,2mm  L 48, 4   40,33 Vậy số vân tối là 40 và vân sáng là 41 i 1, 2  Đáp án B Ví dụ 3 : Có khoảng vân i = 1,5 mm. Bề rộng vùng giao thoa là L = 25,5mm. Tim số vân sáng và vân tối : Giải : Ta có : L 25,5   17  Vậy có 17 vân sáng và 18 vân tối i 1,5 Ví dụ 4 : Có khoảng vân i = 2,2mm. Bề rộng vùng giao thoa L = 66mm. Tìm số vân sáng và vân tối ? Giải : L 66   30  Vậy có 30 vân tối và 31 vân sáng i 2, 2 Ví dụ 5 : Có khoảng vân i = 2,3 mm. Bề rộng vùng giao thoa là 67 mm. Tìm số vân sáng và vân tối ? Giải : L 67   29,13 .  Vậy có 29 vân sáng và 30 vân tối i 2,3 Dạng 5 : Giao thoa với hai bức xạ đơn sắc Đối với dạng toán này thì thường gặp ở các đề thi Đại học, không thấy 14 SKKN Năm học: 2013 - 2014 GV: Phạm Xuân Minh SỞ GD & ĐT LAO CAI - Trường THPT Số 1 Mường Khương xuất hiện ở đề thi Tốt nghiệp vì không thuộc chuẩn kiến thức kĩ năng. Dạng toán thường gặp đó là tìm vị trí trên màn để hai bức xạ cho vân sáng trùng nhau : Cách lý luận : 1. Để hai vân sáng gặp nhau thì : x1  x2  k1 1D a  k2 2 D a  x (*)  k11  k22  k2  k1 1 2 - Chọn các giá trị sao cho k1 và k2 nguyên thỏa mãn. - Thế k1 hoặc k2 vào (*) để suy ra vị trí trùng nhau. 2. Để hai vân tối trên màn trùng nhau : 1 D 1 D x1  x2  (k1  ) 1  (k2  ) 2  x (**) 2 a 2 a 1 1  (k1  )1  (k2  )2 2 2 - Chọn các giá trị sao cho k1 và k2 nguyên thỏa mãn. - Thế k1 hoặc k2 vào (**) để suy ra vị trí trùng nhau. Ví dụ 1 : Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng bằng khe Young, người ta chiếu đồng thời hai bức xạ đơn sắc có bước sóng 1  0,6 m và 2 . Tìm bước sóng 2 để vị trí vân sáng bậc 5 của 1 trùng với vân sáng bậc 4 của 2 . Giải : Để hai vân sáng trùng nhau trên màn ta có : x1  x2  k1 1D a  k2 2 D a  k11  k22 với k1 = 5 và k2 = 4  2  1 k1 5  0,6.  0,75 m k2 4 Ví dụ 2 : (Đại học, Cao đẳng Năm 2009) 15 SKKN Năm học: 2013 - 2014 GV: Phạm Xuân Minh SỞ GD & ĐT LAO CAI Trường THPT Số 1 Mường Khương - Trong thí nghiệm giao thao ánh sáng với khe Y-âng, khoảng cách giữa hai khe là 2mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến mạn là 1,2m. Chiếu sáng hai khe bằng ánh sáng hỗn hợp gồm hai ánh sáng đơn sắc có bước sóng 500nm và 660nm 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. 9,9mm B. 19,8mm C. 29,7mm D. 4,9mm Giải : Dễ dàng nhận ra đây là dạng toán của hệ giao thoa của hai bức xạ và tìm khoảng cách từ vần sáng trung tâm đến vân sáng gần nhất trùng màu với nó, do vây : Ta có : Để 2 bức xạ này trùng nhau x1  x2  k1i1  k2i2  k1 1D a  k2 2 D a  k11  k22 (*) Thay 1  500nm và 2  660nm vào (*) ta được k1  33 k2 (k chỉ nhận giá trị nguyên) 25 k1 0 33 … k2 0 25 … Vậy vị trí gần vân sáng trung tâm nhấ ứng với k1 = 25, k2 = 33 Khoảng cách từ vân chính giữa đến vân sáng gần nhất cùng màu với nó là : x1  x2  k1i1  k1 1D a  33. 500.106.1, 2.103  9,9mm 2  Đáp án A. Ví dụ 3 : (Đại học năm 2010) 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 720nm và bức xạ màu lục có bước sóng  (có giá trị trong khoảng từ 500nm đến 575nm). Trên màn quan sát, giữa hai vân sáng gần nhau nhất và cùng màu với vân sáng trung tâm 16 SKKN Năm học: 2013 - 2014 GV: Phạm Xuân Minh SỞ GD & ĐT LAO CAI Trường THPT Số 1 Mường Khương - có 8 vân sáng màu lục. Giá trị của  là A. 500 nm B. 520 nm C. 540 nm D. 560 nm Giải: Tại vị trí hai vân trùng nhau (có màu giống màu vân trung tâm) ta có: x1 = x2  k11  k22  720k1  k22  2  720k1 k2 Xét trong khoảng từ vân trung tâm đến vân đầu tiên cùng màu với nó, có 8 vân màu lục  vị trí vân cùng màu vân trung tâm đầu tiên ứng với vị trí vân màu lục bậc 9  k2 = 9  2  720k1 9 Mà 500nm  2  575nm  k1  7  1  560nm  đáp án D Dạng 6 : Giao thoa với ánh sáng trắng (0,38    0,76)m Ta có vị trí vân sáng x  k D a   Mà (0,38    0,76)m  0,38  ax kD (1) ax  0, 76 kD xt a 1 D   1 2 a (k  ) D 2 Với vân tối xt  (k  ) Thay giá trị của  tương tự như đối với vân sáng Giải bất phương trình này ta được các giá trị của k. Thay các giá trị của k vào (1) ta sẽ có các giá trị của  cho vân sáng trùng tại M cần tìm. Ví dụ 1: Trong thí nghiệm vê giao thoa ánh sáng của I- âng, khe S được chiếu bằng ánh sáng trắng có (0,38    0,76)m . Ở đúng vị trí vân sáng bậc 4 của ánh sáng đỏ   0,76( m) còn có mấy vân sáng vân sáng của ánh sáng khác nằm trùng ở đó ? Giải: Ta có X 4d  Mà 0,38  4d D D 3, 04 k  4.0, 76  k     a a k 3, 04  0, 76  k  4,5, 6, 7,8 . Vậy ngoài vân đỏ bậc 4, ta còn có 4 vân k sáng Ví dụ 2 : Trong thí nghiệm về giao thoa ánh sáng . Ánh sáng sử dụng bằng ánh 17 SKKN Năm học: 2013 - 2014 GV: Phạm Xuân Minh SỞ GD & ĐT LAO CAI - Trường THPT Số 1 Mường Khương sáng trắng có bước sóng (0,38    0,76)m , có s1s2= a = 1(mm), D = 3(m). Tại vị trí cách tâm trung tâm một khoảng x = 4,8(mm) có bao nhiêu bức xạ cho cực tiểu giao thoa ? Giải : Số bức xạ có cực tiểu giao thoa trùng nhau tại M có bước sóng thoả mãn : 0,38  ax 4,8  0, 76  0,38   0, 76 1 1 (k  ) D (k  )3 2 2  3.0,38  4,8 4,8 1 4,8  3.0, 76  k   3, 42  k  1,6  k  2,3 1 1,14 2 2, 28 (k  ) 2 Vậy có hai bức xạ cho cực tiểu giao thoa tại M. ........................................................................ IV. Hiệu quả của SKKN Qua thực tế giảng dạy lớp 12A2 12A4 năm học 2013-2014 tôi thu được kết quả sau một bài kiểm tra trắc nghiệm trước khi áp dụng và sau khi áp dụng đề tài sáng kiến kinh nghiệm như sau Trƣớc khi áp dụng Lớp T/Số HS Kém Yếu Tb K G 12A1 37 5 14 13 5 0 12A5 30 12 15 3 0 0 Tổng 67 17 29 16 5 0 tỷ lệ 100% 25,37% 43,28% 23,88% 7,47% 0% TBTL 18 2 20 31,35% Sau khi áp dụng Lớp T/Số HS 12A2 37 12A4 27 Tổng 64 tỷ lệ 100% Kém 0 0 0 0% Yếu 2 7 9 14,06% Tb 21 17 38 59,38% K 10 3 13 20,31% G 4 0 4 6,25% TBTL 35 20 55 85,94% 18 SKKN Năm học: 2013 - 2014 GV: Phạm Xuân Minh SỞ GD & ĐT LAO CAI - Trường THPT Số 1 Mường Khương PHẦN THỨ III : KẾT LUẬN Với học sinh của trường THPT số 1 Mường Khương, nhận thức của các em mới chỉ đạt học lực trung bình và nhiều em yếu, khả năng tư duy còn hạn chế, do vậy không thể mong muốn các em tiếp thu một lúc toàn bộ kiến thức mà phải đưa ra từng dạng toán, ví dụ cụ thể, cách nhận dạng bài toán sau đó đưa ra cách giải quyết và thông qua kiểm tra, đánh giá, sau mỗi lần kiểm tra để cho các em giữ lại đề bài và tự nghiên cứu ở nhà, thông báo cụ thể thang điểm và học sinh tự chấm điểm bài của mình sau mỗi đợt kiểm tra, thông qua cách tự xem lại bài kiểm tra như thế cũng là một lần ôn lại kiến thức nhằm giúp các em hiểu sâu và nhớ kiến thức hơn. Với đặc thù môn Vật lý là môn thi trắc nghiệm vì vậy để các em làm quen với đề trắc nghiệm trong các bài kiểm tra là tất yếu, và với học sinh lớp 12 cần cho các em kiểm tra, làm đề giống như thi tốt nghiệp để các em có điều kiện cọ xát với các kì thi, để tránh bỡ ngỡ khi các em thi tốt nghiệp. Vì vậy tổ bộ môn phải có được một ngân hàng đề trắc nghiệm để giáo viên trao đổi và học hỏi thêm. Rất mong các thầy cô giáo trong tổ cùng thực hiện SKKN này để từ đó giúp cho sáng kiến được hoàn thiện hơn. Trên đây là những suy nghĩ, những kinh nghiệm, ý kiến của riêng bản thân tôi. Do kinh nghiệm của cá nhân và khả năng còn hạn chế, nên chắc chắn đề tài không tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế. Rất mong sự đóng góp ý kiến của các thầy, cô giáo. Tôi xin chân thành cảm ơn. Mường Khương; ngày 29 tháng 3 năm 2014 Người viết SKKN PHẠM XUÂN MINH 19 SKKN Năm học: 2013 - 2014 GV: Phạm Xuân Minh SỞ GD & ĐT LAO CAI Trường THPT Số 1 Mường Khương - TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Sách giáo khoa và Sách bài tập Vật lí 12 CB NXB Giáo dục 2. Bài giảng trọng tâm chương trình Vật lí 12 PGS.TS Vũ Thanh Khiết NXB Đại học Quốc gia Hà nội 3. Hướng dẫn làm bài tập và ôn tập vật lí 12 PGS.TS Vũ Thanh Khiết NXB giáo dục 4. Phương pháp giải bài tập Vật lí 12 ThS Trần Thanh Bình NXB Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh 5. Hướng dẫn giải nhanh các dạng bài tập trắc nghiệm Thạc sĩ Lê Văn Thời. NXB Đại học sư phạm 6. Rèn luyện kỹ năng giải toán Vật lí 12 Mai Chánh Trí. NXB Giáo dục ------------------------------------------------------------------------- 20 SKKN Năm học: 2013 - 2014 GV: Phạm Xuân Minh