Lý thuyết về giao thoa ánh sáng hay đầy đủ nhất

Ở bài trước, HocThatGioi đã cùng các bạn tìm hiểu về hiện tượng tán sắc ánh sáng, và ngày hôm nay, ta sẽ tiếp tục nghiên cứu về bài giao thoa ánh sáng. Ta đã được học về giao thoa sóng ở các chương trước rồi, vậy thì giao thoa ánh sáng có gì khác so với giao thoa sóng? Giao thoa sóng có các tính chất như thế nào? Các công thức cần để giải các bài toán dạng này là gì? Tất cả đã được HocThatGioi tổng hợp ở bài viết dưới đây rồi đấy nên các bạn cứ thoải mái tham khảo nhé!

1. Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng

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. Hiện tượng này tương tự như hiện tượng nhiễu xạ của sóng trên mặt nước khi gặp vật cản. Mỗi chùm sáng đơn sắc coi như chùm sóng có bước sóng xác định.

2. Hiện tượng giao thoa ánh sáng

2.1 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 S_1 và S_2 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.

2.2 Điều kiện để có giao thoa ánh sáng

Nguồn S phát ra sóng kết hợp, khi đó ánh sáng từ các khe hẹp S_1 và S_2 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. Xác định vị trí các vân sáng vân tối

Để xét xem tại điểm M trên màn quan sát là vân sáng hai vân tối thì chúng ta cần xét hiệu quang lộ từ M đến hai nguồn (giống như sóng cơ học).

 Đặt δ = d_2 – d_1 là hiệu quang lộ.

Ta có d_2-d_1=\frac{d_2^2-d_1^2}{d_2-d^1}

  Từ hình vẽ ta có

Do khoảng cách từ hai khe đến màn rất nhỏ so với D và khoảng cách từ M đến O cũng rất nhỏ so với D (hay a, x << D) nên ta có công thức gần đúng:

d_1 ≈ D; d_2 ≈ D → d_1 + d_2 ≈ 2D

Khi đó, δ = d_2 - d_1 =\frac{d_2^2-d_1^2}{d_2+d_1}=\frac{2ax}{2D}=\frac{ax}{d}

Tại M là vân sáng khi d_2 - d_1 = kλ  →x_s=\frac{\lambda D}{A} (1) 

Công thức (1) cho phép xác định tọa độ của các vân sáng trên màn.

• Với k = 0, thì M ≡ O là vân sáng trung tâm.
• Với k = ± 1 thì M là vân sáng bậc 1.
• Với k = ±  2 thì M là vân sáng bậc 2….

Tại M là vân tối khi d_2 - d_1 = (2k+1)\frac{λ}{2} 

→ \frac{ax_t}{D} = (2k+1)\frac{λ}{2}. 

<=> x_t =(2k+1)\frac{λD}{2a}  (2).

Công thức (2) cho phép xác định tọa độ của các vân tối trên màn.

• Với k=0 và k=-1 thì M là vân tối bậc 1.
• Với k=1 và k=-2 thì M là vân tối bậc 2…

Khoảng vân (i): Là khoảng cách giữa hai vân sáng hoặc hai vân tối gần nhau nhất.

i=\lambda \frac{D}{a} công thức cho phép xác định khoảng vân i.

Hệ quả :

Từ công thức tính khoảng vân i=\lambda \frac{D}{a}, suy ra

• \lambda=\frac{ai}{D}
• a=\lambda \frac{D}{i}

Theo công thức tính tọa độ các vân sáng, vân tối và khoảng vân ta có

Giữa N vân sáng thì có N-1 khoảng vân, nếu biết khoảng cách L giữa N vân sáng thì khoảng vân i được tính bởi công thức i = \frac{L}{n−1}

Chú ý:

• Trong công thức xác định tọa độ của các vân sáng x_s=\frac{kλ}{Da}=ki thì các giá trị k dương sẽ cho tọa độ của vân sáng ở chiều dương của màn quan sát, còn các giá trị k âm cho tọa độ ở chiều âm. Tuy nhiên các tọa độ này có khoảng cách đến vân trung tâm là như nhau. Tọa độ của vân sáng bậc k là x = ± k.i
• Vân sáng gần nhất cách vân trung tâm một khoảng đúng bằng khoảng vân i.
• Tương tự, trong công thức xác định tọa độ của các vân tối xt=(k+1)\frac{λD}{2a}=(k+0,5)i thì các giá trị k dương sẽ cho tọa độ của vân sáng ở chiều dương của màn quan sát, còn các giá trị k âm cho tọa độ ở chiều âm. Vân tối bậc k xét theo chiều dương ứng với giá trị (k – 1) còn xét theo chiều âm ứng với giá trị âm của k, khoảng cách gần nhất từ vân tối bậc 1 đến vân trung tâm là i/2.

Cảm ơn các bạn đã theo dõi bài viết của HocThatGioi về Lý thuyết về giao thoa ánh sáng hay đầy đủ nhất. Nếu các bạn thấy hay và bổ ích, hãy chia sẻ cho bạn bè của mình để cùng nhau học thật giỏi nhá. Đừng quên để lại 1 like, 1 cmt để tạo động lực cho HocThatGioi và giúp HocThatGioi ngày càng phát triển hơn nhé! Chúc các bạn học thật tốt!

Bài viết khác liên quan đến Lớp 12 – Vật Lý – Giao thoa ánh sáng

• Dạng bài tập tìm số vân sáng vân tối trên trường giao thoa