Vật lí lớp 12

Bài 29. Thực hành: Đo bước sóng ánh sáng bằng phương pháp giao thoa Vật Lí 12

Hướng dẫn giải Bài 29. Thực hành: Đo bước sóng ánh sáng bằng phương pháp giao thoa Vật Lí 12 để giúp các em học sinh học tốt môn vật lý 12, ôn thi tốt nghiệp THPT quốc gia.

THÍ NGHIỆM

I – MỤC ĐÍCH

1. Quan sát hệ vân giao thoa tạo bởi khe Y-âng, sử dụng chùm sáng laze.

2. Đo bước sóng ánh sáng.

II – DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM

– Nguồn phát tia laze (1 – 5 mW).

– Khe Y – âng: một màn chắn có hai khe hẹp song song, độ rộng mỗi khe bằng 0,1 mm; khoảng cách giữa hai khe cho biết trước.

– Thước cuộn 3000 mm

– Thước kẹp có độ chia nhỏ nhất 0,02 hoặc 0,05 mm.

– Giá thí nghiệm.

– Một tờ giấy trắng.

III – CƠ SỞ LÝ THUYẾT

+ Tia laser là một chùm tia sáng song song, đơn sắc cao, có bước sóng nằm trong khoảng 0,630 − 0,690μm.

+ Khi chiếu chùm laser vuông góc với màn chắn P có hai khe hẹp song song thì hai khe hẹp này sẽ trở thành hai nguồn kết hợp phát sóng ánh sáng về phía trước. Cách P một khoảng D ta đặt một màn quan sát E song song với P. Trên E ta quan sát được hệ vân giao thoa (các vân sáng xen kẽ các vân tối). Đo khoảng vân i, khoảng cách D, a ta sẽ tìm được λ theo công thức: \(i= \dfrac{\lambda D}{a}\)

IV -TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

– Bố trí thí nghiệm như hình trên.

– Khe Young đặt ngay sát sau nguồn Laser. Cấp nguồn DC 6V cho đèn Laser.

– Nên di chuyển khe Young sao cho hình ảnh giao thoa hiện lên rõ nét trên màn E. Chú ý ánh sáng khi làm thí nghiệm (không được đứng đối diện với nguồn laser).

– Di chuyển thanh gắn màn E ra xa và tiến hành đo khoảng vân i trong thí nghiệm (nên đo khoảng 5 – 6 khoảng vân). Chú ý các thông số a, D trên khe Young và trên thước dài.

– Lặp lại thí nghiệm 2 – 3 lần và ghi các giá trị thích hợp vào bảng.

– Kết thúc thí nghiệm: tắt công tắc, rút phích điện, vệ sinh chỗ thí nghiệm.

BÁO CÁO THỰC HÀNH

I – MỤC ĐÍCH THỰC HÀNH

1. Quan sát hệ vân giao thoa tạo bởi khe Y-âng, sử dụng chùm sáng laze.

2. Đo bước sóng ánh sáng.

II – TÓM TẮT LÍ THUYẾT

1. Trả lời câu hỏi 1 trang 150 Vật Lý 12

Hiện tượng giao thoa ánh sáng là gì?

Trả lời:

Hiện tượng trong vùng hai chùm sáng gặp nhau lại có những vạch sáng tối nằm so le nhau, chổ vạch tối chứng tỏ tại đó ánh sáng triệt tiêu nhau, những vạch sáng là những chỗ ánh sáng từ hai nguồn tăng cường lẫn nhau ⇒ hai nguồn sáng phát sinh hiện tượng giao thoa hay nói cách khác ánh sáng có tính chất sóng.

2. Trả lời câu hỏi 2 trang 150 Vật Lý 12

Điều kiện giao thoa của hai sóng ánh sáng là gì?

Trả lời:

Điều kiện giao thoa của hai sóng ánh sáng là hai nguồ đó phải là hai nguồn kết hợp:

– Hai nguồn phải phát ra hai sóng ánh sáng có cùng bước sóng.

– Hiệu số pha dao động của hai nguồn phải không đổi theo thời gian.

3. Trả lời câu hỏi 3 trang 150 Vật Lý 12

Công thức tính khoảng vân và công thức xác định bước sóng ánh sáng trong trường hợp giao thoa của hai sóng ánh sáng đơn sắc tạo bởi khe Y-âng là như thế nào ?

Trả lời:

– Công thức tính khoảng vân: \(i = \dfrac{\lambda D}{a}\).

– Công thức xác định bước sóng: \(\lambda = \dfrac{a.i}{D}\).

III – KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

Xác định bước sóng của chùm tia laze

Bảng 1

– Khoảng cách giữa hai khe hở hẹp F1, F2 a = 0,3 ± 0,005(mm)
– Độ chính xác của thước milimét: Δ = 0,5(mm)
– Độ chính xác của thước cặp: Δ′ = 0,01 (mm)
– Số khoảng vân sáng đánh dấu: n = 5.
Lần đo D $\Delta D$ L(mm) $\Delta L(mm)$
1 0,4 0,010 9,12 0,002
2 0,43 0,012 9,21 0,088
3 0,42 0,008 9,2 0,078
4 0,41 0,008 9,01 0,112
5 0,43 0,012 9,07 0,052
Trung bình 0,418 0,010 9,122 0,0664

a) Tính giá trị trung bình của bước sóng

$\bar{\lambda }=\frac{\bar{a}\bar{L}}{n\bar{D}}=\frac{0,15.9,122}{5.0,418}=0,6546$

b) Tính sai số tỉ đối của bước sóng

$\delta =\frac{\Delta \lambda }{\bar{\lambda }}=\frac{\Delta a}{\bar{a}}+\frac{\Delta D}{\bar{D}}+\frac{\Delta L}{\bar{L}}=\frac{0,01}{0,15}+\frac{0,0664}{9,122}+\frac{0,01}{0,418}=0,0979$

Trong đó:

$\Delta L=\bar{\Delta }\bar{L}+\Delta ‘$là sai số tuyệt đối của phép đo độ rộng của n khoảng vân, dùng thước cặp.

$\Delta D=\bar{\Delta }\bar{D}+\Delta $là sai số tuyệt đối của phép đo khoảng cách giữa màn chắn P và màn quan sát E, dùng thước milimét.

c) Tính sai số tuyệt đối trung bình của bước sóng λ

$\Delta \lambda =\delta \bar{\lambda }=0,0979.0,6546=0,064$

d) Viết kết quả đo của bước sóng λ:

λ = 0,66 ± 0,06 μm

CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP

1. Giải bài 1 trang 151 Vật Lý 12

Vì sao phải điều chỉnh màn chắn P và giá đỡ G để chùm tia laze chiếu vuông góc với màn chắn P và màn quan sát E?

Trả lời:

Ta phải điều chỉnh màn chắn P và giá đỡ G để chùm tia laze chiếu vuông góc với màn chiếu P và màn quan sát E để tạo ra hệ vân đối xứng, các khoảng vân i bằng nhau

2. Giải bài 2 trang 151 Vật Lý 12

Cho chùm sáng laze có bước sóng λ = 0,65μm. Khoảng cách từ màn chắn P đến màn quan sát E bằng 2m. Để tạo ra hệ vân giao thoa có khoảng vân i = 1,3mm thì khoảng cách a giữa hai khe hẹp phải chọn bằng bao nhiêu?

Trả lời:

Ta có, khoảng vân \(i= \dfrac{\lambda D}{a}\)

⇒ Ta suy ra, khoảng cách giữa hai khe:

\(a=\dfrac{\lambda D}{i}=\dfrac{0,65.10^{-6}.2}{1,3.10^{-3}}=10^{-3}m=1mm\)

3. Giải bài 3 trang 151 Vật Lý 12

Vì sao khi đo khoảng vân i bằng thước cặp, ta lại phải đo khoảng cách giữa n vân mà không đo khoảng cách giữa hai vân kề nhau?

Trả lời:

Khi đo khoảng vân i bằng thước cặp, ta phải đo khoảng cách giữa n vân mà không đo khoảng cách giữa 2 vân kề nhau vì khoảng vân i rất nhỏ, ta đo khoảng cách giữa n vân sau đó tìm i thì sẽ tránh bơt sai số của dụng cụ đo.

4. Giải bài 4 trang 151 Vật Lý 12

Hệ vân giao thoa sẽ thay đổi thế nào, nếu:

a) Thay nguồn sáng laze màu đỏ bằng nguồn sáng laze màu xanh?

b) S là một nguồn sáng trắng?

Trả lời:

a) Khi thay nguồn sáng laze màu đỏ bằng nguồn sáng laze màu xanh thì bước sóng giảm, nên khoảng vân giảm còn vị trí vân sáng chính giữa không đổi. Trên màn ta vẫn thu được hệ vân gồm các vân sáng xanh và tối xen kẽ nhau đều đặn.

b) Nếu S là nguồn sáng trắng thì ta thu được hệ vân gồm ở chính giữa là vân màu trắng, hai bên là những dãy màu như màu cầu vồng, màu đỏ ở ngoài, màu tím gần vân trắng trung tâm.

Bài trước:

Bài tiếp theo:

Xem thêm:

Trên đây là phần Hướng dẫn Bài 29. Thực hành: Đo bước sóng ánh sáng bằng phương pháp giao thoa Vật Lí 12 đầy đủ, ngắn gọn và dễ hiểu nhất. Chúc các bạn làm bài môn Vật lý 12 tốt nhất!

“Bài tập nào khó đã có giaibaisgk.com“