Phương pháp giải bài tập giao thoa ánh sáng

1 - KIẾN THỨC CẦN NHỚ.

Khoảng vân i: \(i = \dfrac{{\lambda D}}{a}\) 

=> \(x_s = k.i\);  \(x_t = (k + \dfrac{1}{2})i\)

Trong đó:

• λ là bước sóng ánh sáng (m)
• D là khoảng cách từ mặt phẳng S₁S₂ đến màn M
• a là khoảng cách giữa hai khe S₁S₂

2. GIAO THOA 2 ÁNH SÁNG \(({\lambda _{\bf{1}}},{\lambda _{\bf{2}}})\)

Ta có: \({i_1} = \dfrac{{{\lambda _1}D}}{a},{\rm{ }}{i_2} = \dfrac{{{\lambda _2}D}}{a}\)

- Khi 2 vân sáng của hai bức xạ trùng nhau (vân sáng cùng màu với vân sáng trung tâm) thì: \({x_{{S_1}}} = {x_{{S_2}}} \to {k_1}\dfrac{{{\lambda _1}D}}{a} = {k_2}\dfrac{{{\lambda _2}D}}{a} \to {k_1}{\lambda _1} = {k_2}{\lambda _2}\)

\( \to \dfrac{{{k_1}}}{{{k_2}}} = \dfrac{{{\lambda _2}}}{{{\lambda _1}}}\) (Phân số tối giản)

- Khoảng cách giữa hai vân sáng cùng màu với vân sáng trung tâm là: \(\Delta x = \dfrac{{{k_1}{\lambda _1}D}}{a} = \dfrac{{{k_2}{\lambda _2}D}}{a} = {i_ \equiv }\)

- Số vân sáng:

+ Của bức xạ 1: \({N_{{S_1}}} = 2\left[ {\dfrac{L}{{2{i_1}}}} \right] + 1\)

+ Của bức xạ 2: \({N_{{S_2}}} = 2\left[ {\dfrac{L}{{2{i_2}}}} \right] + 1\)

+ trùng nhau của 2 bức xạ: \({\rm{ }}{{\rm{N}}_ \equiv } = 2\left[ {\dfrac{L}{{2{i_ \equiv }}}} \right] + 1\)  

Số vân sáng quan sát được trên màn: \({N_S} = {\rm{ }}{N_{S1}} + {\rm{ }}{N_{S2}} - {\rm{ }}{N_ \equiv }\)

- Vị trí vân tối trùng nhau:

\(\begin{array}{l}{x_{{T_1}}} = \left( {{k_1} + \dfrac{1}{2}} \right)\dfrac{{{\lambda _1}D}}{a},{\rm{ }}{x_{{T_2}}} = \left( {{k_2} + \dfrac{1}{2}} \right)\dfrac{{{\lambda _2}D}}{a}\\{x_{{T_1}}} = {x_{{T_2}}} \to \left( {{k_1} + \dfrac{1}{2}} \right){\lambda _1} = \left( {{k_2} + \dfrac{1}{2}} \right){\lambda _2}\end{array}\)

3. GIAO THOA 3 ÁNH SÁNG \(({\lambda _{\bf{1}}},{\lambda _{\bf{2}}},{\lambda _{\bf{3}}})\)

Vị trí vân sáng trùng nhau của 3 bức xạ:

\( \to {x_1} = {x_2} = {x_3} \leftrightarrow {k_1}{\lambda _1} = {\rm{ }}{k_2}{\lambda _2} = {\rm{ }}{k_3}{\lambda _3}\)

Giao thoa ánh sáng trắng

Nguồn S là ánh sáng trắng có bước sóng: (0,4μm-0,76μm)

- Trên màn quan sát sẽ thu được: Vân sáng trung tâm có màu trắng (chồng chập của tất cả các màu), lân cận sẽ là các dải màu từ tím đế đỏ, có các vân tối xen kẽ.

- Cho vị trí x bất kì:

• Xét tại x có số vân sáng trùng nhau:

\(\left\{ \begin{array}{l}x = k\frac{{\lambda D}}{a}\\{\lambda _{\min }} \le \lambda  \le {\lambda _{{\rm{max}}}}\end{array} \right. \to \frac{{{\rm{ax}}}}{{{\lambda _{{\rm{max}}}}D}} \le k \le \frac{{{\rm{ax}}}}{{{\lambda _{\min }}D}}\)

• Xét tại x có số vân tối trùng nhau:

\(\left\{ \begin{array}{l}x = (k + \frac{1}{2})\frac{{\lambda D}}{a}\\{\lambda _{\min }} \le \lambda  \le {\lambda _{{\rm{max}}}}\end{array} \right. \to \frac{{{\rm{ax}}}}{{{\lambda _{{\rm{max}}}}D}} \le k + \frac{1}{2} \le \frac{{{\rm{ax}}}}{{{\lambda _{\min }}D}}\)

- Bề rộng quang phổ bậc k:

\(\Delta x = {x_{{d_k}}} - {x_{{t_k}}} = k\frac{{{\lambda _d}D}}{a} - k\frac{{{\lambda _t}D}}{a} = ({\lambda _d} - {\lambda _t})k\frac{D}{a}\)

- Sự chồng chập quang phổ:

Đoạn chồng chập quang phổ bậc n với quang phổ bậc k (k<n)

 \(\Delta x = {x_{{d_k}}} - {x_{{t_n}}} = k\frac{{{\lambda _d}D}}{a} - n\frac{{{\lambda _t}D}}{a} = (k{\lambda _d} - n{\lambda _t})\frac{D}{a}\)