Dưới đây là lời giải chi tiết cùng với hình vẽ minh họa cho hai bài tập:
---
**Câu 1: Hệ vân Newton trên bản mỏng không khí giữa thấu kính phẳng-lồi và bản kính phẳng**
---
### Phân tích đề:
- Mặt cong của thấu kính có bán kính R = 6,4 m.
- Hai vân tối kế tiếp có bán kính lần lượt r1 = 4,0 mm và r2 = 4,38 mm.
- Muốn xác định bước sóng λ của ánh sáng chiếu tới.
---
### Lý thuyết:
Ở hệ vân Newton hình tròn giữa thấu kính phẳng - lồi và bản kính phẳng:
- Chiều dày màng không khí tại vị trí vân có bán kính r là:
\[
d = \frac{r^2}{2R}
\]
- Vân tối thỏa mãn điều kiện:
\[
2d = (2m + 1)\frac{\lambda}{2} \implies d = \frac{(2m+1)\lambda}{4}
\]
- Nếu gọi m là số thứ tự vân tối (m = 0,1,2,...), thì bán kính vân tối thứ m là:
\[
r_m^2 = 2R d = 2R \cdot \frac{(2m+1)\lambda}{4} = (2m+1)\frac{R \lambda}{2}
\]
- Do đó, bán kính vân tối thứ m:
\[
r_m^2 = (2m+1) \frac{R \lambda}{2}
\]
---
### Tính toán:
Gọi hai vân tối kế tiếp là vân m và vân m+1, tương ứng bán kính r_m và r_{m+1}:
\[
r_m^2 = (2m+1) \frac{R \lambda}{2}
\]
\[
r_{m+1}^2 = (2(m+1)+1) \frac{R \lambda}{2} = (2m + 3) \frac{R \lambda}{2}
\]
Lấy hiệu:
\[
r_{m+1}^2 - r_m^2 = \left[(2m+3) - (2m+1)\right] \frac{R \lambda}{2} = 2 \cdot \frac{R \lambda}{2} = R \lambda
\]
Suy ra:
\[
\lambda = \frac{r_{m+1}^2 - r_m^2}{R}
\]
---
### Áp dụng số liệu:
Chuyển đổi sang mét:
- \( r_1 = 4,0~mm = 4,0 \times 10^{-3}~m \)
- \( r_2 = 4,38~mm = 4,38 \times 10^{-3}~m \)
- \( R = 6,4~m \)
Tính:
\[
\lambda = \frac{(4,38 \times 10^{-3})^2 - (4,0 \times 10^{-3})^2}{6,4}
\]
\[
= \frac{(19,1844 \times 10^{-6}) - (16 \times 10^{-6})}{6,4} = \frac{3,1844 \times 10^{-6}}{6,4} = 4,975 \times 10^{-7} m = 497,5~nm
\]
---
### Kết luận:
Bước sóng của chùm sáng là khoảng **λ ≈ 498 nm** (thuộc vùng ánh sáng xanh lục).
---
### Hình vẽ minh họa câu 1:
```
_________
| | <- Thấu kính phẳng-lồi (mặt lồi tiếp xúc mặt kính)
/ |
/ | bán kính cong R
| |
| |
| |
_______|____________|_______ <- Bản kính phẳng
Khoảng không khí mỏng giữa thấu kính và bản kính tạo nên màng mỏng (độ d dần tăng khi ra xa tâm tiếp xúc).
Hệ vân Newton xuất hiện dưới dạng các vòng tròn đồng tâm (các vân sáng và tối xen kẽ).
Bán kính các vân tối r1, r2 được đo để tính bước sóng.
```
---
---
**Câu 2: Nhiễu xạ Fraunhofer qua khe hẹp và ảnh của vân trên màn qua thấu kính hội tụ**
---
### Dữ liệu đề bài:
- Bước sóng: \(\lambda = 0,6~\mu m = 0,6 \times 10^{-6} m\)
- Bề rộng khe: \(b = 0,25~mm = 0,25 \times 10^{-3} m\)
- Khoảng cách từ thấu kính đến màn: \(D = 1~m\)
- Màn đặt ở mặt phẳng tiêu của thấu kính hội tụ có tiêu cự f = D.
---
### Lý thuyết:
- Giao thoa nhiễu xạ Fraunhofer qua khe hẹp có vân cực đại chính giữa và các cực đại phụ bên cạnh.
- Góc lệch \(\theta\) của cực đại phụ thỏa mãn:
\[
b \sin \theta = m \lambda \quad (m = \pm 1, \pm 2, \ldots)
\]
- Với khe hẹp nhỏ và \(\theta\) nhỏ, \(\sin \theta \approx \theta\), nên:
\[
\theta_m = \frac{m \lambda}{b}
\]
- Tại màn cách thấu kính tiêu cự f = D, vị trí cực đại có khoảng cách từ tâm (trục chính) là:
\[
y_m = f \tan \theta_m \approx f \theta_m = f \frac{m \lambda}{b}
\]
- Khoảng cách giữa hai vân cực đại kế tiếp (hai vân sáng liên tiếp) là:
\[
\Delta y = y_{m+1} - y_m = f \frac{\lambda}{b}
\]
---
### Tính toán:
\[
\Delta y = \frac{f \lambda}{b} = \frac{1 \times 0,6 \times 10^{-6}}{0,25 \times 10^{-3}} = \frac{0,6 \times 10^{-6}}{0,25 \times 10^{-3}} = 2,4 \times 10^{-3} m = 2,4~mm
\]
---
### Kết luận:
Bề rộng (khoảng cách giữa hai vân cực đại liên tiếp) trên màn quan sát là **2,4 mm**.
---
### Hình vẽ minh họa câu 2:
```
Song song |<-f=D=1m->| Màn
chùm sáng đơn sắc | |
| [Thấu kính hội tụ L]
| (tiêu cự f)
V |
------------------- |
| Khe hẹp | ------------|---------------------------------
------------------- | Vân sáng (cực đại)
| | | | |
| | | | |
|-------|--|--|--|---------
| | | |
y_0 y_1 y_2 (vị trí vân cực đại)
```
---
**Tóm tắt đáp án:**
- Câu 1: \(\boxed{\lambda \approx 498~nm}\)
- Câu 2: \(\boxed{\Delta y = 2,4~mm}\)
---
Nếu cần, thầy có thể gửi file hình vẽ vẽ tay hoặc mô phỏng thêm. Chúc bạn làm bài tốt!