Giải SGK Vật lý 12
Bài 29: Thực hành: Đo bước sóng ánh sáng bằng phương pháp giao thoa

THỰC HÀNH ĐO BƯỚC SÓNG ÁNH SÁNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP GIAO THOA

Bài "Thực hành đo bước sóng ánh sáng bằng phương pháp giao thoa" - Vật lí lớp 12 do ICAN.VN biên soạn giúp học sinh nắm rõ các kiến thức và áp dụng vào bài tập một cách hiệu quả.

Ican

BÀI 29. THỰC HÀNH ĐO BƯỚC SÓNG ÁNH SÁNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP GIAO THOA

A. LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM

1. Mục đích thí nghiệm

+ Quan sát hệ giao thoa tạo bởi khe Y-âng, sử dụng chùm sáng laze. Quan sát hệ vân, phân biệt được các vân sáng, vân tối, vân sáng chính giữa của hệ vân.

+ Ứng dụng hiện tượng giao thoa để đo bước sóng ánh sáng.

2. Dụng cụ thí nghiệm

Chuẩn bị các dụng cụ gồm:

  • 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.

3. Cơ sở lí thuyết

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

+ Khi chiếu chùm laze 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: \(i=\frac{\lambda D}{a}\)

+ Khi làm thí nghiệm cần chú ý:

  • Điều kiện để chùm laze chiếu thẳng góc với màn chắn và với màn quan sát, làm xuất hiện hệ thống vân rõ nét trên màn.
  • Đo khoảng cách từ khe Y– âng đến màn quan sát.
  • Đánh dấu được vị trí các vân trên tờ giấy đặt trên màn quan sát, rồi lấy giấy ra đo khoảng vân bằng thước kẹp.
  • Tính được bước sóng laze, tính sai số, viết đúng kết quả.

4. Tiến hành thí nghiệm

+ Bộ dụng cụ khảo sát giao thoa qua khe Y-âng dùng tia laze (Hình 29.2a)

  • Để nghiên cứu ảnh hưởng của khoảng cách a, trên P có ba hệ khe Y - âng có khoảng cách a khác nhau 0,2; 0,3; 0,4 mm.
  • Đặt màn E song song với P và cách P một khoảng D = 1,5 - 2m.
  • Dùng thước cặp đo độ lớn khoảng vân i, dùng thước milimet do khoảng cách D

+ Tìm vân giao thoa

  • Cắm phích điện của bộ nguồn phát laze S vào ổ điện xoay chiều 220V, bật công tắc K.
  • Điều chỉnh vị trí màn chắn P sao cho chùm tia laze chiếu thẳng góc đúng vào hệ khe Y-âng đã chọn.
  • Màn E đặt cách P khoảng 1,5m đến 2m
  • Điều chỉnh, dịch chuyển giá đỡ G để chùm tia laze chiếu đúng vào màn E và vuông góc với màn
  • Quan sát hệ vân giao thoa xuất hiện trên màn.

+ Xác định bước sóng của chùm tia laze

  • Dùng thước đo milimet đo 5 lần khoảng cách D từ màn chắn P đến màn quan sát E, ghi kết quả vào bảng 1.
  • Đánh dấu vị trí các vân sáng trên màn E phân bố trên n khoảng vân (n tùy chọn từ 2 đến 6)

  • Dùng thước cặp đo 5 lần khoảng cách L giữa 2 vân sáng đã được đánh dấu ở ngoài cùng, ghi vào bảng 1.
  • Khoảng vân i: \(i=\frac{L}{n}\)
  • Bước sóng của chùm tia laze được tính bằng công thức: \(\lambda =\frac{ia}{D}=\frac{aL}{Dn}\)
  • Kết thúc thí nghiệm: tắt công tắc, rút phích điện, vệ sinh chỗ thí nghiệm.

BÁO CÁO THỰC HÀNH

ĐO BƯỚC SÓNG ÁNH SÁNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP GIAO THOA

Họ và tên:………………………………………………Lớp:…………… Tổ:……………………

Ngày làm bài 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.

I - TÓM TẮT LÍ THUYẾT

1. Hiện tượng giao thoa ánh sáng là gì ?

Trả lời: Hiện tượng trong vùng hai chùm sáng gặp nhau lại có những 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 dẫn đến hai nguồn sáng phát sinh hiện tượng giao thoa hay nói cách khác ánh sáng có tính chất sóng.

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

Trả lời:

+ 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. 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: \(i=\frac{\lambda D}{a}\)

+ Công thức xác định bước sóng: \(\lambda =\frac{ia}{D}\)

II - 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

ΔD

L (mm)

ΔL (mm)

1

1,501

0,0006

17,18

0,008

2

1,502

0,0004

17,20

0,012

3

1,501

0,0006

17,20

0,012

4

1,503

0,0014

17,18

0,008

5

1,501

0,0006

17,18

0,008

Trung bình

1,5016

0,0036

17,188

0,0096

a) Tính giá trị trung bình của bước sóng: \(\bar{\lambda }=\frac{\overline{a}.\overline{\text{L}}}{\text{n}.\overline{\text{D}}}=\frac{0,3.17,188}{5.1,{{5016.10}^{3}}}=0,6868\cdot {{10}^{-3}}~\text{mm}=0,6868\,\mu \text{m}\)

b) Tính sai số tỉ đối của bước sóng: \(\delta =\frac{\Delta \lambda }{{\bar{\lambda }}}=\frac{\Delta \text{a}}{\overline{\text{a}}}+\frac{\Delta \text{L}}{\overline{\text{L}}}+\frac{\Delta \text{D}}{\overline{\text{D}}}\)

Trong đó:

\(\Delta L=\overline{L}+{\Delta }'=0,0096\text{ }+0,01\text{ }=0,0196\,mm\) là sai số tuyệt đối của phép đo độ rộng của n khoảng vân, dùng thước cặp.

\(\Delta D=\overline{D}+\Delta =0,0036+0,{{5.10}^{-3}}~=0,0041\text{ }m\) là sai số tuyệt đối của phép đo khoảng cách giữa màn chắn P và màn quan sát E, dùng thước milimét.

\(\Rightarrow \delta =\frac{\Delta \lambda }{{\bar{\lambda }}}=\frac{\Delta \text{a}}{\text{a}}+\frac{\Delta \text{L}}{\text{L}}+\frac{\Delta \text{D}}{\overline{\text{D}}}=\frac{0,005}{0,3}+\frac{0,0196}{17,188}+\frac{0,0041}{1,5016}=0,0205=2,05%\)

c) Tính sai số tuyệt đối trung bình của bước sóng λ: \(\Delta \lambda =\overline{\lambda }.\delta =0,6868.\text{ }0,0205\text{ }=\text{ }0,0141\,\mu m\)

d) Viết kết quả đo của bước sóng λ: λ = 0,6868 ± 0,0141 μm.

B. GIẢI BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA

Bài 1 (trang 151 SGK Vật Lí 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?

Lời giải:

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.

Bài 2 (trang 151 SGK Vật Lí 12):

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

Lời giải:

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

Bài 3 (trang 151 SGK Vật Lí 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?

Lời giải:

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 bớt sai số của dụng cụ đo.

Bài 4 (trang 151 SGK Vật Lí 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?

Lời giải:

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.

Hy vọng bài "Thực hành đo bước sóng ánh sáng bằng phương pháp giao thoa" đã giúp các em thực hành tốt hơn khi học chương trình Vật lí lớp 12.

Đánh giá (345)
ican
  • Một thương hiệu của 
    ICAN
  • ICAN
  • ICAN © 2023, All Rights Reserved.

  • Trụ sở Hồ Chí Minh: B0003 C/C Sarina, Khu đô thị Sala, Khu phố 3, Đường Hoàng Thế Thiện, Phường An Lợi Đông, TP. Thủ Đức

  • Văn phòng Hà Nội: Tòa nhà 25T2 Đường Hoàng Đạo Thúy, Phường Trung Hòa, Quận Cầu Giấy

  • Các thương hiệu cùng hệ thống:
  • https://hocmai.vn/https://hocmai.vn/