Giáo án và PPT Vật lí 11 chân trời Bài 8: Giao thoa sóng

BÀI 8: GIAO THOA SÓNG

HOẠT ĐỘNG KHỞI ĐỘNG

GV yêu cầu HS thảo luận và trả lời:

Nêu hiện tượng giao thoa của hai sóng.

HOẠT ĐỘNG HÌNH THÀNH KIẾN THỨC

I. GIAO THOA SÓNG CƠ

Hoạt động 1.

GV đặt câu hỏi hướng dẫn học sinh tìm hiểu:  

• Một điểm dao động cùng pha/ ngược pha so với nguồn thì có khoảng cách đến nguồn là bao nhiêu?

• Hãy giải thích tại sao trong thí nghiệm giao thoa của hai sóng mặt nước có những điểm không dao động và có những điểm dao động rất mạnh?

Sản phẩm dự kiến:

1. Thí nghiệm khảo sát hiện tượng giao thoa sóng

*Thảo luận 1 (SGK – tr49)

Mỗi nguồn sóng phát ra một sóng có các gợn sóng là những đường tròn đồng tâm. Trong vùng gặp nhau của hai sóng xuất hiện những vạch là giao điểm của các sóng tròn phát ra từ hai nguồn.

*Thảo luận 2 (SGK – tr49)

Hai sóng phát ra từ hai viên bi cùng gắn vào một cần dao động nên chúng có cùng tần số, cùng pha và dao động cùng phương.

2. Hiện tượng giao thoa sóng

- Hiện tượng giao thoa sóng là hiện tượng hai sóng kết hợp gặp 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:

và dao động với biên độ cực tiểu khi:

Với k là một số nguyên

*Luyện tập (SGK – tr51)

a) Hai nguồn cùng pha: Sóng từ hai nguồn khi truyền đến các điểm trên đường trung trực cách đều các nguồn sẽ dao động cùng pha với nhau nên tăng cường nhau; dẫn đến sóng tổng hợp tại các điểm này dao động với biên độ cực đại.

b) Hai nguồn ngược pha: Sóng từ hai nguồn khi truyền đến các điểm trên đường trung trực cách đều các nguồn sẽ dao động ngược pha với nhau; hai sóng làm suy yếu nhau dẫn đến các điểm này dao động với biên độ cực tiểu. Nếu hai nguồn dao động cùng biên độ thì các điểm trên đường trung trực sẽ đứng yên.

*Vận dụng (SGK – tr51)

Trong tự nhiên ta thường không quan sát được hiện tượng giao thoa sóng như trường hợp sóng nước tạo bởi hai con vịt đang bơi, do một số lí do sau:

- Hai nguồn có thể có độ lệch pha thay đổi.

- Phương truyền sóng của hai nguồn khác nhau, không cùng phương.

- Hai nguồn sóng có tần số khác nhau.

II. GIAO THOA SÓNG ÁNH SÁNG

Hoạt động 2.

GV đặt câu hỏi hướng dẫn học sinh tìm hiểu:  

• Hãy mô tả thí nghiệm giao thoa ánh sáng của Young?

• Nêu và giải thích hiện tượng quan sát được trong thí nghiệm của Young về giao thoa ánh sáng?

• Nêu khái niệm hiện tượng giao thoa ánh sáng?

Sản phẩm dự kiến:

1. Thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng

*Thảo luận 3 (SGK – tr52)

Ta thấy trên màn M có những vạch sáng màu đỏ (cùng màu với nguồn sáng sơ cấp) cách đều nhau và xen kẽ với các vạch tối.

*Thảo luận 4 (SGK – tr53)

Từ một nguồn sáng sơ cấp, ánh sáng đi qua hai khe hẹp, hai khe trở thành 2 nguồn sáng thứ cấp, cùng tần số, cùng pha. Hiện tượng quan sát được trên màn chính là kết quả của sự giao thoa sóng ánh sáng. Tại những điểm vân sáng thì biên độ dao động tổng hợp cực đại, tại những điểm vân tối thì biên độ dao động tổng hợp cực tiểu.

*Kết luận

- 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.

- Các vạch sáng, vạch tối được gọi là vân giao thoa.

- Vạch sáng ứng với biên độ dao động tổng hợp cực đại được gọi là vân sáng, vạch tối ứng với biên độ dao động tổng hợp cực tiểu gọi là vân tối.

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

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

- Trên màn giao thoa, vân sáng có vị trí:

và vân tối có vị trí:

với k là một số nguyên .

3. Vận dụng hiện tượng giao thoa ánh sáng

*Ví dụ (SGK – tr54)

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

Từ công thức , suy ra:

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

mm.

*Luyện tập (SGK – tr54)

- Ta có: , nên khoảng vân mới tăng 1,2 lần so với khoảng vân ban đầu.

- Để có khoảng vân như ban đầu:

  thì . Nghĩa là ta phải tăng khoảng cách giữa hai khe bằng 1,2 lần so với khoảng cách ban đầu.

*Vận dụng (SGK – tr54)

Khi sử dụng nguồn ánh sáng trắng thì trên màn quan sát ta sẽ thấy được ở vân chính giữa là vân sáng màu trắng, trải dài về hai phía là các dải màu biến thiên liên tục từ tím đến đỏ (tím gần vân sáng trung tâm hơn, đỏ xa vân sáng trung tâm hơn).

HOẠT ĐỘNG LUYỆN TẬP

Từ nội dung bài học,GV yêu cầu HS luyện tập làm bài

Câu 1: Thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng, vân trung tâm là một vân sáng hay vân tối?

Câu 2: Khoảng vân là gì? Viết công thức xác định khoảng vân, giải thích các đại lượng và cho biết đơn vị tương ứng. 

Câu 3: Em hãy cho biết điều kiện để một điểm là vân sáng hay vân tối?

HOẠT ĐỘNG VẬN DỤNG

Vận dụng kiến thức, GV yêu cầu HS trả lời câu hỏi:

Câu 1: Trong thí nghiệm của Young về giao thoa ánh sáng nếu thay đổi nguồn sáng bằng nguồn sáng trắng (như ánh sáng Mặt Trời) thì hình ảnh nhận được trên màn  sẽ thay đổi như thế nào?

Câu 2: Trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng, khoảng cách giữa hai khe là 1,2mm, khoảng cách từ hai khe đến màn quan sát là 90cm. Trên màn quan sát có 9 vân sáng, khoảng cách giữa hai vân sáng ngoài cùng là 3,6mm. Hãy tính bước sóng của ánh sáng này.

Câu 3: Trong thí nghiệm của Young về giao thoa ánh sáng khoảng vân sẽ thay đổi như thế nào khi ta thay đổi nguồn sáng đơn sắc qua bước sóng λ bằng ánh sáng đơn sắc có bước sóng 1,2λ. Nếu khoảng cách từ hai khe đến màn quan sát được sự cố định ta phải thay đổi khoảng cách giữa hai khe như thế nào thì khoảng vân lại có độ lớn như ban đầu?