Vật lí 11 Chân trời sáng tạo Bài 8: Giao thoa sóng

a. Thí nghiệm khảo sát hiện tượng giao thoa sóng

Hình 8.2. Bố trí thí nghiệm khảo sát hiện tượng giao thoa sóng nước

– Khay nước (1), đèn chiếu (2), màn (3).

– Hai viên bi nhỏ (4) gắn vào cùng một cẩn rung.

– Máy phát tần số (5).

– Gương phẳng (6).

b. Hiện tượng giao thoa sóng

- Hiện tượng giao thoa sóng là hiện tượng hai sóng kết hợp với nhau, tăng cường nhau hoặc làm suy yếu nhau tại một số vị trí trong môi trường.

- Điều kiện để có giao thoa là phải có sự kết hợp từ hai nguồn sóng dao động cùng phương, cùng tần số và có độ lệch pha không đổi theo thời gian

- Trong môi trường truyền sóng, khi hai nguồn dao động cùng pha, những điểm có khoảng cách đến hai nguồn lần lượt là d1 và d2 sẽ dao động với biên độ cực đại khi:

\({d_2} - {d_1} = k\lambda \)

Và dao động với biên độ cực tiểu khi:

\({d_2} - {d_1} = (k + \frac{1}{2})\lambda \)

Với k là một số nguyên (k=0, ±1, ±2, …)

Hình 8.2. Vị trí của các điểm cực đại, cực tiểu trong giao thoa sóng nước

a. Thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng

Hình 8.3. Thí nghiệm giao thoa khe Young sử dụng nguồn laser đỏ

 Hiện tượng giao thoa ánh sáng là hiện tượng xuất hiện các vạch sáng xen kẽ với các vạch tối khi hai sóng ánh sáng kết hợp gặp nhau

b. Khoảng vân và vị trí vân giao thoa trên màn

Hình 8.4. Vị trí của điểm A trên màn cách các nguồn khoảng d₁ và d₂

- Khoảng cách giữa hai vân sáng (hoặc hai vân tối) liên tiếp được gọi là khoảng vân, kí hiệu là i

\(i = \frac{{\lambda D}}{a}\)

Trên màn giao thoa, vân sáng có vị trí:

\({x_s} = ki\)

Và vân tối có vị trí:

\({x_t} = (k + \frac{1}{2})i\)

Với k là một số nguyên (k=0, ±1, ±2, …)

c. Vận dụng hiện tượng giao thoa ánh sáng

Ví dụ: Trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng, khi nguồn sáng là ánh sáng đơn sắc có bước sóng ả, người ta đo khoảng cách giữa 9 vân sáng liên tiếp là 25,3 mm. Cho biết khoảng cách giữa hai khe là 0,200 mm và khoảng cách từ hai khe đến màn là 1 m.

a) Tính bước sóng \(\lambda \) 

b) Tính khoảng cách từ vẫn sáng bậc hai đến vận tối thứ tư ở cùng bên so với vân sáng trung tâm (vân sáng cách đều hai khe sáng).

Bài giải

a) Ta có: 8i = 25,3 mm, suy ra i = 3,16 mm.

Từ công thức, suy ra:

\(\begin{array}{l}
\lambda  = \frac{{ai}}{D} = \frac{{0,{{200.10}^{ - 3}}.3,{{16.10}^{ - 3}}}}{1}\\
 = {\rm{ }}0,{632.10^{ - 6}}m = 632{\rm{ }}nm
\end{array}\)

b) Khoảng cách từ vẫn sáng bậc hai đến vẫn tối thứ tư ở cùng bên so với vân sáng trung tâm là:

3,5i - 2i = 1,5i = 1,5.3,16 = 4,74 mm.

Bài tập 1: Để khảo sát giao thoa sóng cơ, người ta bố trí trên mặt nước nằm ngang hai nguồn kết hợp A, B. Hai nguồn này dao động điều hòa theo phương thẳng đứng, cùng pha. Coi biên độ sóng không thay đổi trong quá trình truyền đi. Các điểm thuộc mặt nước nằm trên đường trung trực của đoạn AB sẽ :

A. Dao động với biên độ cực đại

B. Không dao động

C. Dao động với biên độ bằng nửa biên độ cực đại

D. Dao động với biên độ cực tiểu.

Hướng dẫn giải

Do bài ra cho hai nguồn dao động cùng pha nên các điểm thuộc mặt nước nằm trên đường trung trực của AB sẽ dao động với biên độ cực đại.

Đáp án A

Bài tập 2: Trên mặt nước nằm ngang, tại hai điểm S₁, S₂ cách nhau 8,2 cm người ta đặt hai nguồn sóng cơ kết hợp,dao động điều hòa theo phương thẳng đứng có tần số 15Hz và luôn dao động đồng pha. Biết vận tốc truyền sóng trên mặt nước là 30cm/s, coi biên độ sóng không đổi khi truyền đi. Tính số điểm dao động với biên độ cực đại trên đoạn S₁S₂?

Hướng dẫn giải

Ta có: \(\lambda  = \frac{v}{f} = 2\)

và số điểm dao động với biên độ cực đại trên đoạn S₁S₂ bằng số giá trị k nguyên thoả mãn:

\( - \frac{{{S_1}{S_2}}}{\lambda } < k < \frac{{{S_1}{S_2}}}{\lambda }\)

Thay số => có 9 điểm

Học xong bài này các em cần biết:

– Giao thoa sóng cơ và giao thoa sóng ánh sáng.

– Công thức tính khoảng vẫn trong giao thoa ánh sáng qua hai khe hẹp.

Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Vật lí 11 Chân trời sáng tạo Bài 8 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết. 

• Câu 1:

  Điều kiện có giao thoa sóng là gì?

  • A. Có hai sóng chuyển động ngược chiều giao nhau.
  • B. Có hai sóng cùng tần số và có độ lệch pha không đổi.
  • C. Có hai sóng cùng bước sóng giao nhau.
  • D. Có hai sóng cùng biên độ, cùng tốc độ giao nhau.

• Câu 2:

  Có hiện tượng gì xảy ra khi một sóng mặt nước gặp một khe chắn hẹp có kích thước nhỏ hơn bước sóng?

  • A. Sóng vẫn tiếp tục truyền thẳng qua khe.
  • B. Sóng gặp khe phản xạ trở lại.
  • C. Sóng truyền qua khe giống như một tâm phát sóng mới.
  • D. Sóng gặp khe rồi dừng lại.

• Câu 3:

  Hiện tượng giao thoa xảy ra khi có:

  • A. hai sóng chuyển động ngược chiều nhau.
  • B. hai dao động cùng chiều, cùng pha gặp nhau.
  • C. hai sóng xuất phát từ hai nguồn dao động cùng pha, cùng biên độ gặp nhau.
  • D. hai sóng xuất phát từ hai tâm dao động cùng pha, cùng pha gặp nhau.

Câu 4-10: Mời các em đăng nhập xem tiếp nội dung và thi thử Online để củng cố kiến thức về bài học này nhé!

Các em có thể xem thêm phần hướng dẫn Giải bài tập Vật lí 11 Chân trời sáng tạo Bài 8 để giúp các em nắm vững bài học và các phương pháp giải bài tập.

Khởi động trang 49 SGK Vật lí 11 Chân trời sáng tạo – CTST

Giải Câu hỏi 1 trang 49 SGK Vật lí 11 Chân trời sáng tạo – CTST

Giải Câu hỏi 2 trang 50 SGK Vật lí 11 Chân trời sáng tạo – CTST

Luyện tập trang 51 SGK Vật lí 11 Chân trời sáng tạo – CTST

Vận dụng trang 51 SGK Vật lí 11 Chân trời sáng tạo – CTST

Giải Câu hỏi 3 trang 52 SGK Vật lí 11 Chân trời sáng tạo – CTST

Giải Câu hỏi 4 trang 53 SGK Vật lí 11 Chân trời sáng tạo – CTST

Luyện tập trang 54 SGK Vật lí 11 Chân trời sáng tạo – CTST

Vận dụng trang 54 SGK Vật lí 11 Chân trời sáng tạo – CTST

Giải Bài tập 1 trang 55 SGK Vật lí 11 Chân trời sáng tạo – CTST

Giải Bài tập 2 trang 55 SGK Vật lí 11 Chân trời sáng tạo – CTST

Giải Bài tập 3 trang 55 SGK Vật lí 11 Chân trời sáng tạo – CTST

Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, Cộng đồng Vật lý HOC247 sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!

Chúc các em học tập tốt và luôn đạt thành tích cao trong học tập!