Giải SBT Vật lí 11 Kết nối mới bài 12: Giao thoa sóng

12.1. Hiện tượng giao thoa sóng là hiện tượng

A. giao nhau của hai sóng tại một điểm trong môi trường.

B. tổng hợp của hai dao động.

C. tạo thành các gợn lồi lõm.

D. hai sóng khi gặp nhau có những điểm cường độ sóng luôn tăng cường hoặc triệt tiêu nhau.

Trả lời:

Đáp án đúng: D

Hiện tượng giao thoa là hiện tượng khi hai sóng kết hợp gặp nhau thì có những điểm ở đó hai sóng luôn đồng pha thì dao động với biên độ cực đại; có những điểm ở đó hai sóng luôn ngược pha thì dao động với biên độ cực tiểu.

12.2. Hai nguồn kết hợp là hai nguồn có

A. cùng biên độ.

B. cùng tần số.

C. cùng pha ban đầu.

D. cùng tần số và hiệu số pha không đổi theo thời gian.

Trả lời:

Đáp án đúng: D

Hai nguồn sóng kết hợp là hai nguồn có cùng tần số và có độ lệch pha không đổi theo thời gian. Hai sóng do hai nguồn kết hợp phát ra là hai sóng kết hợp.

12.3. Hai sóng phát ra từ hai nguồn kết hợp. Cực đại giao thoa nằm tại các điểm có hiệu khoảng cách tới hai nguồn sóng bằng

A. một ước số của bước sóng.

B. một bội số nguyên của bước sóng.

C. một bội số lẻ của nửa bước sóng. 

D. một ước số của nửa bước sóng.

Trả lời:

Đáp án đúng: B

Cực đại giao thoa nằm tại các điểm nằm ở vị trí các vân sáng:

$d_{2}-d_{1}=k\lambda$ với $k=0,\pm 1,\pm 2, …$

12.4. Trong thí nghiệm về giao thoa sóng nước Hình 12.1, tốc độ truyền sóng là 1,5 m/s, cần rung có tần số 40 Hz. Khoảng cách giữa hai điểm cực đại giao thoa cạnh nhau trên đoạn thẳng S1S2 là

A. 1,875 cm.

B. 3,75 cm.

C. 60 m.

D. 30 m.

Trả lời:

Đáp án đúng: A

Khoảng cách giữa hai điểm cực đại giao thoa cạnh nhau có độ dài bằng nửa bước sóng nên ta có: $\frac{\lambda}{2}=\frac{v}{2f}=\frac{1,5}{2.40}=0,01875 m=1,875 cm$

12.5. Trong thí nghiệm ở Hình 12.1 SGK, khoảng cách giữa hai điểm S1S2 là d = 11 cm, cho cần rung, ta thấy hai điểm $S_{1}S_{2}$ gần như đứng yên và giữa chúng còn 10 điểm đứng yên không dao động. Biết tần số rung là 26 Hz, tốc độ truyền sóng là

A. 0,52 m/s.

B. 0,26 cm/s.

C. 0,13 cm/s.

D. 2,6 cm/s.

Trả lời:

Đáp án đúng: A

Ta thấy hai điểm $S_{1}S_{2}$ gần như đứng yên và giữa chúng còn 10 điểm đứng yên không dao động nên k = 11 ta có:

$S_{1}S_{2}=d=\frac{11\lambda}{2}=11 cm \Leftrightarrow \lambda=2(cm)$ 

Tốc độ truyền của sóng là: $v=\lambda f=2.26=52 cm/s = 0,52 m/s$

12.6. Một trong hai khe của thí nghiệm Young được làm mờ sao cho nó chỉ truyền ánh sáng được bằng $\frac{1}{2}$ cường độ sáng của khe còn lại. Kết quả là

A. vân giao thoa biến mất.

B. vân giao thoa tối đi.

C. vạch sáng trở nên sáng hơn và vạch tối thì tối hơn. 

D. vạch tối sáng hơn và vạch sáng tối hơn.

Trả lời:

Đáp án đúng: D

Khi làm mờ một khe thì tại nơi giao thoa cực đại ánh sáng là giao thoa bởi hai ánh sáng khác cường độ nên tối hơn, còn ở nơi giao thoa cực tiểu ánh sáng không bị triệt tiêu bởi ánh sáng có cùng cường độ nên sáng hơn.

12.7. Trong thí nghiệm Young về giao thoa với ánh sáng đơn sắc, khoảng cách giữa hai khe là 0,15 mm, khoảng cách giữa mặt phẳng chứa hai khe và màn quan sát là 2 m. Ánh sáng sử dụng trong thí nghiệm là ánh sáng đơn sắc màu vàng có bước sóng 0,58 μm. Vị trí vân sáng bậc 3 trên màn quan sát cách vẫn trung tâm một khoảng là

A. 0,232.10$^{-3}$ m.

C. 2,23.10$^{-3}$ m.

B. 0,812.10$^{-3}$ m.

D. 8,12.10$^{-3}$ m.

Trả lời:

Đáp án đúng: C

Khoảng vân của ánh sáng là: $i=\frac{\lambda D}{a}=\frac{0,58.10^{-6}.2}{0,15.10^{-3}} \approx 0,00773 m$

Vị trí vân sáng bậc 3 quan sát được trên màn ảnh là: $x=ki=3i=0,0232$ (m)

12.8. Trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng, giữa hai điểm P và Q trên màn cách nhau 9 mm chỉ có 5 vân sáng mà tại P là một trong 5 vân sáng đó, còn tại Q là vị trí của vân tối. Vị trí vân tối thứ 2 cách vân trung tâm một khoảng là 

A. 0,5.10$^{-3}$ m.

B. 5.10$^{-3}$ m.

C. 3.10$^{-3}$ m.

D. 0,3.10$^{-3}$ m.

Trả lời:

Đáp án đúng: C

Vì giữa hai điểm P và Q trên màn cách nhau 9 mm chỉ có 5 vân sáng mà tại P là một trong 5 vân sáng đó, còn tại Q là vị trí của vân tối nên ta có: 

$PQ=4i+\frac{i}{2}=\frac{9i}{2}=9 mm\Rightarrow i=2 mm$

Vị trí vân tối thứ 2 cách vân trung tâm một khoảng là $(k+\frac{1}{2})i=(1+\frac{1}{2}).2=3 mm=3.10^{-3}m$

12.9. Trong thí nghiệm Young về giao thoa với ánh sáng đơn sắc, khoảng cách giữa hai khe là 0,15 mm, khoảng cách giữa mặt phẳng chứa hai khe và màn quan sát là 1,5 m. Khoảng cách giữa 5 vân sáng liên tiếp là 36 mm. Bước sóng của ánh sáng dùng trong thí nghiệm này là

A. 0,60 μm.

B. 0,40 μm.

C. 0,48 μm.

D. 0,76 μm.

Trả lời:

Đáp án đúng: A

Vì khoảng cách giữa 5 vân sáng liên tiếp là 36 mm nên ta có: $4i=36 mm\Rightarrow i=9mm$

Bước sóng của ánh sáng dùng trong thí nghiệm là: $\lambda=\frac{ia}{D}=\frac{9.10^{-3}.0,15.10^{-3}}{1,5}=0,9.10^{-6} m=0,9 \mu m$

12.10. Trong thí nghiệm Young về giao thoa với ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ, khoảng cách giữa hai khe là 0,15 mm, khoảng cách giữa mặt phẳng chứa hai khe và màn quan sát là 1 m. Hai điểm M và N trên màn quan sát đối xứng nhau qua vân sáng trung tâm. Trên đoạn MN có 11 vân sáng, tại M và N là hai vân sáng. Biết khoảng cách MN là 30 mm. Tính bước sóng của ánh sáng dùng trong thí nghiệm này.

Trả lời:

Vì trên đoạn MN có 11 vân sáng, tại M và N là hai vân sáng nên ta có: 

$10 i = 30 mm \Rightarrow i = 3 mm$

Bước sóng của ánh sáng dùng trong thí nghiệm là: $\lambda=\frac{ia}{D}=\frac{3.10^{-3}.0,15.10^{-3}}{1}=0,45.10^{-6} m = 0,45 \mu m$

12.11*. Trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng, nguồn S phát ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ. Màn quan sát cách hai khe một khoảng không đổi D, khoảng cách giữa hai khe S1S2 = a có thể thay đổi (nhưng S1S2 luôn cách đều S).

Xét điểm P trên màn quan sát, lúc đầu là vân sáng bậc 4, nếu lần lượt giảm hoặc tăng khoảng cách S1S2 một lượng ∆a thì tại đó là vân sáng bậc k và 3k. Nếu tăng khoảng cách S1S2 một lượng 2∆a thì tại đó là vân sáng hay vân tối, bậc hoặc thứ bao nhiêu?

Trả lời:

Khi lần lượt giảm hoặc tăng khoảng cánh S1S2 một lượng ∆a thì tại P là vân sáng bậc k và 3k nên ta có:

$\left\{\begin{matrix}x_{P}=k\frac{\lambda D}{a-\Delta a}\\ x_{p}=3k\frac{\lambda D}{a+\Delta a}\end{matrix}\right.\Rightarrow \frac{3(a-\Delta a)}{a+\Delta a}\Rightarrow \Delta a=0,5 a$

Vì lúc đầu tại P là vân sáng bậc 4 và khi tăng khoảng cách S1S2 một lượng 2∆a thì ta có:

$ \left\{\begin{matrix}x_{P}=4\frac{\lambda D}{a}\\ x_{P}=k'\frac{\lambda D}{a+2\Delta a}\end{matrix}\right.\Rightarrow \frac{k'}{4.2}=1\Rightarrow k'=8$

Vậy khi đó tại P là vân sáng bậc 8.

12.12*. Thực hiện thí nghiệm Young về giao thoa với ánh sáng, khoảng cách giữa hai khe là 2 mm, khoảng cách giữa mặt phẳng chứa hai khe và màn quan sát là 2 m. Người ta chiếu sáng hat kho bằng ánh sáng trắng có bước sóng nằm trong khoảng từ 0,40 μm đến 0,76 μm. Hỏi tại điểm M trên màn ảnh cách vân sáng trung tâm 3,3 mm sẽ cho vận tối có bước sóng ngắn nhất bằng bao nhiêu?

Trả lời:

Vị trí tại M có vân tối là: $x_{M}=(k+0,5)\frac{\lambda D}{a} \Rightarrow\lambda=\frac{ax_{M}}{(k+0,5)D}=\frac{2.10^{-3}.3,3.10^{-3}}{k+0,5}$ (m)

Vì người ta chiếu sáng hat kho bằng ánh sáng trắng có bước sóng nằm trong khoảng từ 0,40 μm đến 0,76 μm nên ta có:

$0,4.10^{-6} m \leq\lambda \leq 0,75.10^{-6}m \Rightarrow 0,4.10^{-6} \leq\frac{2.1-^{-3}.3,3.10^{-3}}{k+0,5} \leq 0,75.10^{-6}$

$ \Rightarrow 8,3 \leq \lambda \leq 16 \Rightarrow\lambda_{min}=\frac{2.10^{-3}.3,3.10^{-3}}{16+0,5}=0,4.10^{-6}m = 0,4 \mu m$.