Hướng dẫn giải nhanh vật lí 11 cánh diều bài 3: Giao thoa sóng

MỞ ĐẦU

Một quả cầu chạm nhẹ mặt nước thì khi quả cầu dao động, mỗi điểm trên mặt nước sẽ dao động khi nhận được sóng truyền đến (Hình 3.1a). Nhưng khi cho hai quả cầu chạm mặt nước và dao động đồng thời thì lại có những điểm đứng yên dù nhận được sóng từ hai nguồn truyền đến (Hình 3.1b). Tại sao có những điểm đứng yên đó?

Hướng dẫn trả lời:

Những điểm đứng yên trên mặt nước chính là những nút đứng trong hiện tượng giao thoa của hai sóng trùng pha, mà tại đó hai sóng trái pha triệt tiêu lẫn nhau và không gây ra dao động trên mặt nước.

I. SỰ GIAO THOA CẢ HAI SÓNG MẶT NƯỚC

LT 1. Điểm M nằm cách đều hai nguồn sóng cùng tấn số 90 Hz thì có thuộc hệ vân giao thoa của hai sóng đó không?

Hướng dẫn trả lời:

Điểm M có thuộc hệ vân giao thoa của hai sóng đó

CH 1. Biết bước sóng là khoảng cách giữa đỉnh hai gợn lồi hoặc đỉnh hai gợn lõm liên tiếp trên cùng một phương truyền sóng. Hãy nêu cách xác định bước sóng do hai nguồn phát ra trên Hình 3.6.

Hướng dẫn trả lời:

- Cách xác định bước sóng do hai nguồn phát ra:

• Đo khoảng cách giữa hai nguồn.

• Đếm số khoảng cách giữa đỉnh hai gợn lồi liên tiếp hoặc số khoảng cách giữa đỉnh hai gợn lõm liên tiếp do hai nguồn tạo ra.

• Dựa vào khái niệm bước sóng là khoảng cách gần nhau nhất giữa hai gợn lồi hoặc hai gợn lõm.

CH 2. Dùng bút chì vẽ đường nối các điểm giao nhau giữa các gợn lồi hoặc của các gợn lõm của hai nguồn sóng trên Hình 3.6 và đối chiếu kết quả với công thức (3.1).  x₂ − x₁ = kλ

Hướng dẫn trả lời:

Kết quả thu được đúng với công thức.

CH 3. Quan sát hình ảnh mặt nước thu được trên màn khi thay đổi tần số dao động của một quả cầu thì không còn thấy các điểm dao động cực đại và cực tiểu nằm trên các đường xác định nữa. Vậy điều kiện để quan sát được hệ vân giao thoa là gì?

Hướng dẫn trả lời:

Điều kiện để quan sát được hệ vân giao thoa là hai sóng giao thoa phải có:

• Cùng tần số

• Cùng phương

• Độ lệch pha không đổi theo thời gian

LT 2. Trong một thí nghiệm giao thoa ánh sáng với khe Young, người ta đo được khoảng cách từ vân trung tâm đến vân sáng thứ mười là 4,0 mm. Ở vị trí cách vân trung tâm 1,0 mm sẽ là vân sáng hay tối?

Hướng dẫn trả lời:

Khoảng cách từ vân trung tâm đến vân sáng thứ 10 là 10 khoảng vân 

• i = 4/10 = 0,4mm

Tại vị trí cách vân trung tâm 1mm có k = $\frac{1}{0,4}$=2,5

• Vị trí này là vân tối thứ 3

Vận dụng. Nêu phương án xác định bước sóng ánh sáng bằng thí nghiệm giao thoa với khe Young.

Hướng dẫn trả lời:

Phương án xác định bước sóng ánh sáng bằng thí nghiệm giao thoa với khe Young như sau:

• Chọn một nguồn sáng đơn sắc, có thể là laser, để tạo ra ánh sáng có bước sóng cố định.

• Sử dụng một khe hẹp để tạo ra một dải sáng hẹp, được gọi là ánh sáng đơn vân.

• Đặt một khe Young, gồm hai khe hẹp song song, trong đường đi của ánh sáng đơn vân.

• Quan sát sự giao thoa của ánh sáng khi nó đi qua khe Young bằng cách xem vân sáng và vân tối trên một màn quan sát được đặt ở xa khe Young.

• Đo khoảng cách giữa các vân sáng hoặc vân tối liên tiếp trên màn quan sát.

• Sử dụng công thức bước sóng giao thoa của ánh sáng. Tính toán giá trị trung bình của bước sóng dựa trên các giá trị bước sóng tính toán được từ các vân sáng hoặc vân tối khác nhau trên màn quan sát.