skkn ảnh hưởng kích thước của nguồn sáng trong giao thoa young

Sáng kiến kinh nghiệm Ảnh hưởng của kích thước nguồn sáng trong giao thoa
A- ĐẶT VẤN ĐỀ
I. Lí do chọn đề tài:
Vật lý học là một trong những bộ môn khoa học cơ bản làm nền
tảng cung cấp cơ sở lý thuyết cho một số môn khoa học ứng dụng.
Môn Vật lý nghiên cứu những sự vật, hiện tượng xảy ra hàng ngày, có
tính ứng dụng thực tiễn. Tuy nhiên đa số học sinh còn thấy môn Vật lí
là một môn học khó, một trong những vấn đề khó là việc vận dụng các
kiến thức vào giải thích các hiện tượng trong thực tế.
Giao thoa xuất hiện ở nhiều dạng ảnh hưởng tới những điều
chúng ta nhìn thấy trong cuộc sống hàng ngày. Sự tương tác giữa các
sóng ánh sáng rất gần nhau xảy ra khá thường xuyên nên hiện tượng
không được để ý tới và mặc nhiên chấp nhận. Đa số chúng ta đều nhìn
thấy giao thoa quang mỗi ngày nhưng không nhận ra sự kiện biểu hiện
đằng sau sự biểu hiện rất huyền ảo của màu sắc sinh ra khi các sóng
ánh sáng giao thoa với nhau. Một trong những thí dụ tốt nhất trong
giao thoa sóng ánh sáng là biểu hiện bởi ánh sáng phản xạ trên màng
dầu nổi trên mặt nước, màng mỏng của bọt xà phòng. Những người
say mê âm nhạc, phim ảnh và máy tính cũng thường gặp hiện tượng
giao thoa mỗi khi họ tải một đĩa compact vào máy hát audio hoạc dĩa
cd-room. Giao thoa là nguyên nhân gây ra màu sắc óng ánh rực rỡ của
chim ruồi, nhiều loại bọ cánh cứng và một số loài bướm đẹp lộng lẫy
khác…
Năm học 2012-2013
1
Sáng kiến kinh nghiệm Ảnh hưởng của kích thước nguồn sáng trong giao thoa
Sự giao thoa đóng góp cơ bản cho lý thuyết vật lí tạo ảnh ,đồng
thời sự giao thoa của sóng ánh sáng đã giúp mang tới sự đa dạng mầu
sắc của thế giới xung quanh chúng ta
Người ta thường nói về giao thoa ánh sáng như là hiện tượng
chồng chập hai sóng ánh áng mà kết quả thu được không phải tổng

cường độ sáng của hai nguồn mà là phân bố năng lượng ánh sáng theo
không gian. Tuy nhiên hàng ngày chúng ta vẫn quan sát thấy rằng độ
rọi do hai hay nhiều nguồn sáng bằng tổng độ rọi do từng nguồn sáng
một. Nảy ra một câu hỏi là tại sao chúng ta không quan sát thấy hiện
tượng giao thoa ở những thí nghiệm như vậy, phải chăng là do “ảnh
hưởng của kích thước nguồn sáng”? và trong phạm vi bài viết này tôi
muốn trao đổi kinh nghiệm, được nhận xét và góp ý của quý lãnh đạo ,
đồng nghiệp để thâm sâu vào các lĩnh vực quang vật lý và phương
pháp giảng dạy vật lý nói chung.
II. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
1.Thay đổi kích thước của nguồn sáng, khảo sát hiện tượng giao
thoa khe Young.
2.Phạm vi nghiên cứu: Học sinh lớp 12D-G trường THPT DTNT
Tỉnh.
III. Giả thuyết khoa học:
Kết thúc chương V môn Vật lí lớp 12 để thực hiện việc dạy - học
theo phương pháp đổi mới đạt hiệu quả cao thì đòi hỏi giáo viên phải
nghiên cứu, tìm tòi để để đưa ra được những phương pháp giảng dạy
có hiệu quả nhằm hướng dẫn học sinh biết phân loại, nắm vững
phương pháp làm các bài tập liên quan đến Sóng ánh sáng xuất hiện
Năm học 2012-2013
2
Sáng kiến kinh nghiệm Ảnh hưởng của kích thước nguồn sáng trong giao thoa
trong các đề thi Tốt nghiệp, Cao đẳng, Đại học gần đây song đồng
thời cũng phải giúp học sinh hiểu và giải thích được hầu hết các hiện
tượng của ánh sáng mà trong đời sống thực tế chúng ta thường gặp.
IV. Phương pháp nghiên cứu :
Trong quá trình nghiên cứu tôi đã sử dụng một số phương pháp sau :
- Phương pháp điều tra giáo dục.
- Phương pháp quan sát sư phạm.

- Phương pháp thống kê, tổng hợp, so sánh.
- Phương pháp mô tả.
- Phương pháp vật lý.
Năm học 2012-2013
3
Sáng kiến kinh nghiệm Ảnh hưởng của kích thước nguồn sáng trong giao thoa
B. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
I. Cơ sở lý luận của vấn đề nghiên cứu :
Quang học là một phần hết sức quan trọng đối với môn vật lý ở
trường phổ thông, trong đó giao thoa ánh sáng lại là một nội dung
không thể thiếu trong quang vật lí. Đồng thời, việc học môn Vật lý
không chỉ dừng lại ở sự tìm cách vận dụng các công thức Vật lý để
giải cho xong các phương trình và đi đến những đáp số, mà còn phải
giải thích được các hiện tượng Vật lý đang xảy ra trong thiên nhiên
quanh ta, trong các đối tượng công nghệ của nền văn minh mà ta đang
sử dụng. Bài tập Vật lý sẽ giúp học sinh hiểu sâu hơn những qui luật
vật lý, những hiện tượng vật lý giúp học sinh khái quát hóa, tổng quát
hóa các dạng bài. Thông qua các tình huống cụ thể tạo điều kiện cho
học sinh vận dụng linh hoạt những kiến thức để tự lực giải quyết thành
công những tình huống khác nhau thì những kiến thức đó mới trở nên
sâu sắc hoàn thiện và trở thành vốn riêng của học sinh. Trong quá
trình giải quyết các vấn đề, tình huống cụ thể buộc học sinh phải vận
dụng các thao tác tư duy như so sánh phân tích, tổng hợp khái quát
hoá để giải quyết vấn đề, từ đó sẽ giúp giải quyết giúp phát triển tư
duy và sáng tạo, óc tưởng tượng, tính độc lập trong suy nghĩ, suy
luận…nhằm giúp học sinh yêu thích và hiểu hơn bản chất Vật lý của
các hiện tượng Quang học.
II. Thực trạng học sinh và trường THPT DTNT Tỉnh:
1. Đặc điểm tình hình nhà trường :
Năm học 2012-2013

4
Sáng kiến kinh nghiệm Ảnh hưởng của kích thước nguồn sáng trong giao thoa
- Trường THPT DTNT Tỉnh có cơ sở vật chất phục vụ cho việc
giảng dạy tương đối tốt, phòng học khang trang, sạch đẹp, tuy có
phòng thí nghiệm nhưng thí nghiệm còn nghèo nàn, cũ kĩ nên cũng là
một hạn chế để học sinh có thể nắm bắt những hiện tượng Vật lí.
- Trường THPT DTNT Tỉnh là trường loại hình Công lập, tuyển
học sinh đầu vào thuộc 11 huyện miền núi, đa phần là học sinh chưa
được tiếp cận với các thí nghiệm dẫn tới khi học các môn Khoa học
thực nghiệm như môn Vật lí các em thường chán nản và học đối phó,
gặp các hiện tượng trong thực tế thì giải thích một cách mơ hồ trừu
tượng không mang tính suy luận khoa học do vậy các em gặp rất nhiều
khó khăn.
- Đội ngũ giảng dạy môn Vật lí ở trường thâm niên trong nghề
cao, toàn bộ giáo viên môn Vật lí trong trường không ngừng học hỏi,
trau dồi chuyên môn trao đổi kinh nghiệm từ đồng nghiệp đó là một
thuận lợi lớn cho bộ môn.
2. Thực trạng của việc hướng dẫn học sinh học Vật lí chương V ở
lớp.
- Trong chương V : Ánh sáng là một khái niệm khá quen thuộc
đối với học sinh, tuy nhiên tính chất của ánh sáng thì các em lại khá
mơ hồ, song bằng việc cho các em quan sát những thí nghiệm mô
phỏng trên máy tính và những thí nghiệm cơ bản và đơn giản thì các
em dần dần đã hình dung được các tính chất Sóng của ánh sáng.
- Về kỹ năng học sinh: Do có chỉ có vài tiết học lí thuyết và bài
tập về giao thoa mà kiến thức thì rộng, dạng bài tập giao thoa lại đa
dạng lại là các lớp cơ bản của trường nên việc nắm vững được những
Năm học 2012-2013
5
Sáng kiến kinh nghiệm Ảnh hưởng của kích thước nguồn sáng trong giao thoa

khái niệm, công thức tính như khoảng vân, bước sóng……đã là khó
đối với các em,để mở rộng kiến thức và giải quyết hiều hiện tượng
giao thoa trong thực tế lại càng khó hơn. Trước thực trạng đó tôi nhận
thấy phải hướng dẫn các em trước hết phải nắm vững kiến thức căn
bản trong sách giáo khoa cung cấp, sau đó liên hệ hiện tượng thực tế
để các em tự thảo luận nhóm, làm quen và giải thích.
Năm học 2012-2013
6
Sáng kiến kinh nghiệm Ảnh hưởng của kích thước nguồn sáng trong giao thoa
C. NHỮNG BIỆN PHÁP GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
GIAO THOA SÓNG ÁNH SÁNG
I. Sự giao thoa- Nguồn kết hợp:
Giả sử hai dao động ánh sáng cùng tần số và cùng phương:
E
1
= E
01
Sin(ωt + α
1
) ( I.1)
E
2
= E
02
Sin(ωt + α
2
) ( I.2)
Chồng lên nhau tại một điểm M nào đó trong không gian.Theo
nguyên lí chồng chất, trường tổng hợp tại điểm M được biểu diễn
bằng véc tơ tổng hợp

E

và
E

=
1
E

+
2
E

( I.3)
Hay E = E
01
Sin(ωt + α
1
) + E
02
Sin(ωt + α
2
). ( I.4)
Dao động tổng hợp cũng là điều hòa có cùng tần số :

E

=
0
E


Sin(ωt + θ). ( I.5)
Biên độ và pha ban đầu được xác định bởi công thức:
E
0
2
= E
01
2
+E
02
2
+ 2E
01
E
02
Cos(α
1
- α
2
). ( I.6)
Và Tanθ =
202101
202101
αα
αα
CosECosE
SinESinE
+
+

( I.7)
Vì cường độ tỉ lệ với bình phương biên độ cho nên phương trình
( I.6) viết theo cường độ như sau:
I = I
1
+ I
2
+ 2
21
II
Cos(α
1
- α
2
). ( I.8)
Song chúng ta lại biết rằng không một nguồn sáng thông thường
nào có thể phát ra ánh sáng hoàn toàn đơn sắc nghĩa là sóng có biên
Năm học 2012-2013
7
Sáng kiến kinh nghiệm Ảnh hưởng của kích thước nguồn sáng trong giao thoa
độ và pha luôn luôn không đổi (vì nguyên tử chỉ phát xạ trong khoảng
thời gian ngắn 10
-8
s).
Do đó mỗi lần phát xạ mỗi nguyên tử phát ra 1 xung sáng ngắn
lan truyền có dạng một dạng sin. Mỗi đoạn sin như thế được gọi là
một đoàn sóng. Độ dài của đoàn sóng được xác định bởi thời gian phát
xạ τ của nguyên tử.
Biên độ và pha của đoàn sóng do một nguyên tử phát xạ này lần
phát xạ khác, cũng do các nguyên tử khác nhau phat ra trong một lần

phát xạ có thể rất khac nhau không có liên hệ gì với nhau, nghĩa là các
pha ban đầu α
1
và α
2
luôn luôn thay đổi và có mọi giá trị bất kỳ. Do đó
cường độ tổng hợp cũng thay đổi rất nhanh một cách hỗn loạn đến nỗi
không một máy thu ánh sáng nào dù là nhạy nhất lại có thể ghi nhận
được những trạng thái tức thời này của cường độ. Trong thực tế các
máy thu ánh sáng (kể cả mắt) chỉ có thể ghi nhận giá trị trung bình của
cường độ trong thời gian quan sát t. Vì vậy cần phải lấy trung bình
biểu thức theo t.

I
=
1
I
+
2
I
+
). - Cos(II 2
2121
αα
( I.9)
Vì
2
01
E
= E

01
2
và
2
02
E
= E
02
2
(không phụ thuộc thời gian) ( I.10)

I
= I
1
+ I
2
+ 2
21
II
)(
21
αα
−Cos
( I.11)
Theo định nghĩa về giá trị trung bình ta có:

)(
21
αα
−Cos

=
∫
−
t
dt
t
0
21
)cos(
1
αα
( I.12)
Do đó:

I
= I
1
+ I
2
+ 2
21
II
∫
−
t
dt
t
0
21
)cos(

1
αα
( I.13)
Năm học 2012-2013
8
Sáng kiến kinh nghiệm Ảnh hưởng của kích thước nguồn sáng trong giao thoa
Như vậy
I
phụ thuộc vào hiệu số pha ban đầu của các dao động
thanh phần. ta xét hai trường hợp đặ biệt sau đây:
- Nếu (α
1
- α
2
) = hằng số.
Khi đó
)(
21
αα
−Cos
=
∫
−
t
dt
t
0
21
)cos(
1

αα
= Cos(α
1
- α
2
) = hằng số
( I.14)
Do đó:

I
= I
1
+ I
2
+ 2
21
II
Cos(α
1
- α
2
) # I
1
+ I
2
( I.15)
Như vậy, cường độ tổng hợp không bằng tổng cường độ của các
dao động thành phần mà có thể lớn hơn hay bé hơn hay tổng đó tùy
thuộc vào hiệu số pha ban đầu (α
1

- α
2
) của chúng.
Các dao động thỏa mãn điều kiện: hiệu số pha ban đầu của
chúng là một đại lượng không đổi theo thời gian trước đó gọi là giao
động kết hợp. Dĩ nhiên các dao động xảy ra với tần số khác nhau
không thể là giao động kết hợp, nhưng cũng không phải tất cả các dao
động có cùng tần số đều là dao động kết hợp. Các dao động điều hòa
có cùng tần số bao giờ cũng là dao động kết hợp. Nguồn phát sáng ra
các dao động kết hợp là nguồn kết hợp.
Khi tổng hợp hai hay nhiều dao động ánh sáng kết hợp sẽ dẫn
đến sự phân bố lại năng lượng trong không gian: có những chỗ năng
lượng tại đó có giá trị cực đại, có những năng lượng tại đó có giá trị
cực tiểu. Hiện tượng đó được gọi là sự giao thoa ánh sáng. Trong biểu
thức ( I.15) chính số hạng thứ ba gây nên hiện tượng này vì vậy số
hạng đó được gọi là số hạng giao thoa.
Năm học 2012-2013
9
Sáng kiến kinh nghiệm Ảnh hưởng của kích thước nguồn sáng trong giao thoa
b) Hiệu số pha ban đầu (α
1
- α
2
) thay đổi một cách hỗn loạn theo
thời gian. Khi đó hiệu số pha (α
1
- α
2
) lấy mọi giá trị từ 0 đến 2π trong
khoảng thời gian quan sát. Vì vậy :

)(
21
αα
−Cos
= 0 ( I.16)
Do đó

I
= I
1
+ I
2
( I.17)
Như vậy, trong trương hợp này cường độ tổng hợp bằng tổng
cường độ của các dao động thành phần, tức là không xảy ra hiện
tượng giao thoa. Các dao động trong trường hợp này là dao động
không kết hợp. Các dao động phát ra từ các nguồn sáng thông thường
hay từ những điểm khác nhau cùng một nguồn sáng đều là những dao
động không kết hợp. Các dao động không kết hợp không thể giao thoa
với nhau được.
Tóm lại muốn quan sát được hiện tượng giao thoa ánh sáng thì
các sóng giao thoa với nhau phải là các sóng kết hợp và dao động của
chúng phải thực hiện cùng phương.
II. Sự phân bố cường độ sáng trên màn quan sát.
Giả sử ta có hai nguồn sóng kết hợp S
1
và S
2
đều sinh ra từ cùng
một nguồn điểm S, phát ra hai sóng kết hợp có cùng tần số và véc tơ

điện trường của chúng vuông góc với mặt phẳng hình vẽ (dao động
cùng phương ) và ta khảo sát hiện tượng giao thoa xảy ra tai điểm M
trên màn, cách các nguồn kết hợp S
1
và S
2
nhữn khoảng r
1
và r
2
.
Năm học 2012-2013
10
Sáng kiến kinh nghiệm Ảnh hưởng của kích thước nguồn sáng trong giao thoa
Để đơn giản tính toán giả thiết cả hai sóng đều có biên độ như nhau
(E
01
=E
02
=E
0
).
(II.1)
Nếu dao động tại S
1
và S
2
có dạng :

1

E

=
)cos(
10
αω
+tE

(II.2)

2
E

=
)cos(
20
αω
+tE

(II.3)
Thì phương trình của hai dao động đó tại M sẽ là :

'
1
E

=
)
2
cos(

1
1
0
α
λ
π
ω
+−
r
tE

(II.4)

'
2
E

=
)
2
cos(
2
2
0
α
λ
π
ω
+−
r

tE

(II.5)
Dao động tổng hợp tại M sẽ bằng :

E

=
'
1
E

+
'
2
E

(II.6)
Vì chúng có cùng phương và cùng biên độ nên ta có :
E=2E
0
cos






−
+

−
2
)()(
2112
αα
λ
π
rr
.cos






+
+
+
−
2
)()(
2112
αα
λ
π
ω
rr
t
(II.7)
Như vậy dao động tổng hợp tại M có biên độ bằng :

E
0
=2E
0
cos






−
+
−
2
)()(
2112
αα
λ
π
rr
(II.8)
Như đã biết cường độ sáng I tỉ lệ với bình phương biên độ, tức là :
Năm học 2012-2013
S
r
2
S
1
r

1
S
2
O
M
Hình 1
11
Sáng kiến kinh nghiệm Ảnh hưởng của kích thước nguồn sáng trong giao thoa
I = 4E
0
2
cos
2






−
+
−
2
)()(
2112
αα
λ
π
rr
(II.9)

Đối với các sóng kết hợp hiệu số pha ban đầu (α
1
- α
2
) không
đổi, do đó cường độ sáng tại những điểm M khác nhau chỉ phụ thuộc
vào hiệu các khoảng đường truyền r
1
và r
2
của hai sóng đến điểm M.
Nếu pha ban đầu
α
1
= α
2

thì

hai cường độ sáng tại điểm M sẽ được xác định bởi biểu
thức :
I = 4E
0
2
cos
2







−
λ
π
)(
12
rr
(II.10)
Ta ký hiệu ( r
1
– r
2
) = Δ. Đại lượng Δ được gọi là hiệu đường
truyền của hai sóng và ý nghĩa của nó có thể thấy ngay trên hình vẽ .
Biểu thức cường độ ánh sáng tại M:
I = 4E
0
2
cos
2






∆
λ
π

=2E
0
2






∆+
λ
π
2
cos1

(II.11)
Đại lượng δ =
∆
λ
π
2
là hiệu số pha của hai sóng tại điểm M, nó
xuất hiện do các khoảng đường truyền khác nhau gây nên. Bây giờ ta
sẽ khảo sát giá trị cực đại và cực tiểu của biểu thức cường độ sáng I .
a) Nếu δ = 2kπ hay Δ = kλ thì cường độ sáng I sẽ có giá trị cực đại
và
I
max
= 4E
0

2
Như vậy cường độ sáng sẽ có giá trị cực đại tại những điểm M
mà hiệu số pha của hai sóng tại đó bằng một số chẵn lần π, hay hiệu
đường truyền của chúng bằng một số nguyên lần bước sóng .
Năm học 2012-2013
12
Sáng kiến kinh nghiệm Ảnh hưởng của kích thước nguồn sáng trong giao thoa
b) Nếu δ = (2k+1)π hay Δ = (2k+1)λ/2 thì cường độ sáng I sẽ có giá
trị cực tiểu bằng 0 tức là:
I
min
= 0
Như vậy, cường độ sáng sẽ có giá trị cực tiểu tại nhựng điểm M
mà hiệu số pha của hai sóng tại đó bằng một số lẻ lần π, hay hiệu
đường truyền của chúng bằng một số lẻ lần nửa bước sóng
Các biểu thức I
max
= 4E
0
2
và I
min
= 0 là các điều kiện về cực đại
và cực tiểu giao thoa tương ứng, k là số nguyên có thể lấy các giá trị 0,
3,2,1 ±±±
và được gọi là bậc giao thoa.
Rõ ràng rằng trong trường hợp 1: hai sóng giao thoa có cùng pha
nên chúng tăng cường lẫn nhau; còn ở trường hợp 2 : chúng ngược
pha với nhau nên làm tắt lẫn nhau.
Trong trường hợp biên độ của các sóng thành phần không bằng

nhau (E
01
≠ E
02
) thì cường độ tai diểm M được biểu
diễn bởi công thức :
E
0
2
= E
01
2
+E
02
2
+ 2E
01
E
02
Cos
∆
λ
π
2
=(E
01
-E
02
)
2

+4E
01
E
02
Cos
∆
λ
π
2
(II.13)
Nếu Δ=kλ thì I
max
=(E
01
+E
02
)
2

Nếu Δ=(2k+1)λ/2 thì I
min
= (E
01
-E
02
)
2

Ta có thể biểu diễn sự biến thiên của I theo Δ như sau:
I

(E
01
+E
02
)
2
E
01
+E
02
Năm học 2012-2013
13
Sáng kiến kinh nghiệm Ảnh hưởng của kích thước nguồn sáng trong giao thoa
(E
01
-E
02
)
2
0 π 2π 3π 4π 5π 6π 7π 8π Δ
Hình 2
Chúng ta đã khảo sát trường hợp đơn giản nhất là cả hai sóng
1
E

,
2
E

đều truyền trong chân không (n =1, λ=λ

0
). Bây giờ nếu một trong
hai sóng truyền trong môi trường có chiết suất n
1
còn sóng kia truyền
trong môi trường có chiết suất n
2
thì ta phải dùng khái niệm hiệu
quang trình ( hiệu các tích r
i
n
i
) thay cho hiệu đường truyền của hai
sóng. Trong trường hợp này hiệu số pha của hai sóng viết dưới dạng :

( )
1122
1
1
2
2
2
2 nrnr
rr
−=









−=
λ
π
λλ
πδ
, trong đó
( )
1122
nrnr −
là hiệu quang trình.
Nếu
( )
1122
nrnr −
= 0 tức là
( )
1122
nrnr =
thì δ =0 vì tại đó sẽ quan sát được
cực đại giao thoa
III. Giao thoa Young:
Năm 1801, Young tiến hành thí nghiệm khe đôi kinh điển và thường
được trích dẫn, mang đến bằng chứng quan trọng cho thấy ánh sáng
khả kiến có những tính chất sóng. Ông sử dụng ánh sáng mặt trời
nhiễu xạ qua một khe nhỏ làm nguồn chiếu sáng bán kết hợp, ông đã
chiếu tia sáng phát ra từ khe đó lên một màn chắn khác chứa hai khe
đặt song song nhau, ánh sáng truyền qua các khe đó được cho rơi vào

màn chắn thứ ba. Kết quả ông thu được có sự chồng chập ánh sáng lên
nhau và tạo thành những dải mầu riêng biệt phân cách nhau bởi những
vùng tối theo trật tự nhất định và Young đã đặt ra thuật ngữ vân giao
thoa để mô tả các dải sáng.
Năm học 2012-2013
14
Sáng kiến kinh nghiệm Ảnh hưởng của kích thước nguồn sáng trong giao thoa

Hình 3
Lí thuyết căn bản:
1. Hiệu đường đi (hiệu quang lộ):

2 1
ax
d d
D
− =

2. Vị trí vân:
a. Vị trí vân sáng: Hình 4

λ
=
D
x k
s
a
với
= ± ± ±k 0; 1; 2; 3
k=0:vân sáng trung tâm.

k=
±
1 : vân sáng bậc một (đối xứng qua vân trung tâm)
k=
±
2 : vân sáng bậc hai
…………….…….
b. Vị trí vân tối :
Năm học 2012-2013
15
A
B
O
M
F
1
F
2
H
x
D
d
1
d
2
I
a
Sáng kiến kinh nghiệm Ảnh hưởng của kích thước nguồn sáng trong giao thoa
λ
= +

 
 ÷
 
D
x k'
t
a
1
2
với
= ± ± ±
k' 0; 1; 2; 3
k’= 0 ; k’= -1 Vân tối thứ nhất (đối xứng qua vân sáng trung tâm)
k’ = 1; k’= -2 Vân tối bậc hai
………………………………
c.Khoảng vân: Khoảng cách giữa hai vân sáng (hoặc hai vân tối)
liên tiếp

λ
=
D
i
a

Hệ quả : x
s
= ki ;
= +
x (k' )
t

1
i
2
Cách xác định vị trí vân sáng, vân tối, tính khoảng vân, bước
sóng ánh sáng , tìm số vân, tính khoảng cách giữa các vân sáng (tối)…
IV. Ảnh hưởng của kích thước nguồn sáng trong hiện tương giao
thoa trong trường hợp khe Young
Giả sử mở rộng nguồn sáng S thì mỗi dải vô cùng hẹp trên khe
sáng S sẽ cho một hệ vân riêng. Tổng hợp tất cả các hệ vân này sẽ
cho một cường độ sáng chung trên màn ảnh E. nếu độ rộng L = 2b của
khe S thay đổi tới một giá trị nào đó thì không còn quan sát được vân
giao thoa trên màn nữa.
Thật vậy xét một khe sáng giả đơn sắc S có độ rộng 2b. Giả thiết
rằng hai khe S
1
và S
2
rất hẹp. Ta chia khe S thành hai dải hẹp SK và
SK’ mỗi dải hẹp được xem như một tâm phát sóng tại trung điểm của
nó là A và B.
Nguồn điểm tại A cho hệ vân có trung tâm tại O’ và nguồn điểm
B cho hệ vân có vân trung tâm tại O” (hình vẽ)
Năm học 2012-2013
16
A
B
S
1
S
2

O”
O’
δ
x
S
d D
Sáng kiến kinh nghiệm Ảnh hưởng của kích thước nguồn sáng trong giao thoa
K
I
K
’
Hình 5
Vậy: AB = b. Từ hai tam giác Δ ABI và ΔO’O”I ta có:
O’O”= δ
x
=
d
D
b
d
DAB
.
.
=
. (IV.1)
Nếu khoảng cách giữa các vân trung tâm O’ và O” của hai hệ vân
đúng bằng nửa khoảng vân i thì vân tối của hệ này sẽ trùng với vân
sáng của hệ kia và vân giao thoa trên màn biến mất: δ
x
= (2k+1)

2
i
.
(IV.2)
Do đó : δ
x
=
a
Dkik
d
D
b
a
DAB
2
)12(
2
)12(
.
.
λ
+
=
+
==
(IV.3)
Vậy b

=(2k+1)
a

d
2
λ
(IV.4)
Chúng ta cũng có thể khảo sát quang lộ để tìm bề rộng và độ
chiếu sáng của nguồn S lên màn như sau:
Năm học 2012-2013
17
b
a
d
D
x
P
Sáng kiến kinh nghiệm Ảnh hưởng của kích thước nguồn sáng trong giao thoa
Hình 6
Ta xem xét hiệu quang trình của ánh sáng truyền từ các nguồn
tới điểm P
Theo hình vẽ ta có: AS
1
2
=
2
2
22
d
ba
+







−
(IV.5)
Và AS
2
2
=
2
2
22
d
ba
+






+
(IV.6)
AS
1
2
- AS
2
2

=
2
2
22
D
ba
+






+
-
2
2
22
D
ba
−






−
(IV.7)
AS

1
2
- AS
2
2
= ab AS
2
–AS
1
=
d
ab
ASAS
ab
2
12
≈
+
(IV.8)
Tương tự S
2
P =
2
2
2
Dx
a
+







+
(IV.9)
S
1
P =
2
2
2
Dx
a
+






−
(IV.10)
S
2
P - S
1
P =
D
ax

PSPS
ax
≈
−
12
2
(IV.11)
Hiệu quang trình giữa hai tia AS
2
P và AS
1
P là:
Δ
1
= AS
2
P - AS
1
P =
D
ax
d
ab
+
2
(IV.12)
Áp dụng công thức (II.7) ta có véc tơ cường độ điện trường do nguồn
một gây ra tại P có dạng:
E
(AP, t)

= E
0
.
[ ]






+−
D
ax
d
ab
t
2
2
cos
λ
π
ω
(IV.13)
Áp dụng công thức( I.6) độ rọi tại điểm P trên màn ảnh là:
I
1
(x,t) = 2E
0
2
+ 2E

0
2







+
D
ax
d
ab
2
2
cos
λ
π
(IV.14)
I
1
(x,t) = 2E
0
2
{1 +







+
D
ax
d
ab
2
2
cos
λ
π
}. (IV.15)
Tương tự đối với nguồn sáng B ta cũng có:
Δ
2
= BS
2
P - BS
1
P =
d
ab
D
ax
2
−
(IV.16)
Năm học 2012-2013
18

Sáng kiến kinh nghiệm Ảnh hưởng của kích thước nguồn sáng trong giao thoa
Cường độ ánh sáng do nguồn B gây ra là:
I
2
(x,t) = 2E
0
2
{1 +






−
d
ab
D
ax
2
2
cos
λ
π
}. (IV.17)
Giả sử hai nguồn A, B không gây nên hiện tượng giao thoa trên màn
tức là không thỏa mãn điều kiện kết hợp nên áp dụng công thức( I.17)
ta có
I(x,t) = I
1

(x,t) + I
2
(x,t) =4E
0
2
+ 2E
0
2
{






+
D
ax
d
ab
2
2
cos
λ
π
+







−
d
ab
D
ax
2
2
cos
λ
π
}
I(x,t) = 4E
0
2
[1+
d
ab
λ
π
cos
.
D
ax
λ
π
cos
]. (IV.18)
Như đã thấy từ công thức trên, độ rọi trên màn bao gồm hai thành

phần không đổi và biến đổi. Thành phần biến đổi có biên độ A phụ
thuộc vào khoảng cách giữa hai nguồn sáng theo công thức:
A(b) =
d
ab
λ
π
cos
. (IV.19)
Bức tranh giao thoa sẽ biến mất khi biên độ A(b) bằng 0:

d
ab
λ
π
cos
= 0 (IV.20)

2
)12(
π
λ
π
+
=
k
d
ab
với k = 0,1,2,3,4…… (IV.21)
Vậy b

=(2k+1)
a
d
2
λ
màn sáng đều (IV.22)
Mặt khác trong ΔSS
1
S
2
ta lại có :
Tan ω =
d
a
2
(Với 2ω là khẩu độ giao thoa: Được xác định bởi tỉ số của khoảng
cách giữa hai khe S
1
, S
2
với khoảng cách từ S đến S
1
S
2
)
Do vậy công thức (IV.4) và (IV.22) được viết lại:

ω
λ

tan.4
)12(
+
=
k
b
(IV.23)
Vì góc ω rất bé nên tanω ≈ sinω , nên ta được :
Năm học 2012-2013
19
Sáng kiến kinh nghiệm Ảnh hưởng của kích thước nguồn sáng trong giao thoa

ω
λ
sin.4
)12(
+
=
k
b
(IV.24)
Vậy độ rộng của nguồn sáng để không còn hiện tượng giao thoa trong
trường hợp khe Young là:
L = 2b =
ω
λ
sin.2
)12(
+
k

D. KẾT LUẬN CHUNG
I. Hiệu quả sáng kiến :
Quả thực tế dạy lớp 12D-G tôi thu được kết quả sau khi cho làm
một thí nghiệm kiểm chứng:
* Với a = 0,5 mm ; d = 0,4m ; D =1,0 m ánh sáng đỏ có λ =
0,75µm.
Độ rộng nguồn sáng S để không còn hiện tượng giao thoa là
L
S
đo được 3,5mm 6,4mm 13,5mm
L
s
=(2k+1)
a
d
λ
3,0mm 5,4mm 12,6mm

* Với a = 0,5 mm ; d = 0,6m ; D =1,0 m ánh sáng đỏ có λ =
0,75µm.
Độ rộng nguồn sáng S để không còn hiện tượng giao thoa là
L
S
đo được 5,3mm 4,01mm 13,5mm
L
s
=(2k+1)
a
d
λ

4,0mm 3,3mm 12mm
Năm học 2012-2013
20
Sáng kiến kinh nghiệm Ảnh hưởng của kích thước nguồn sáng trong giao thoa
* Với a = 0,3 mm ; d = 0,6m ; D =1,0 m ánh sáng đỏ có λ =
0,75µm.
Độ rộng nguồn sáng S để không còn hiện tượng giao thoa là
L
S
đo được 15,7mm 9,8mm 8,4mm
L
s
=(2k+1)
a
d
λ
16,5mm 10,5mm 7,5mm
Nhận xét :
L
S
đo được trong thực tế có giá trị gần bằng giá trị của L
S
đo bởi công
thức : (2k+1)
a
d
λ
=
ω
λ

sin.2
)12(
+
k
L
s
phụ thuộc vào d và a tức là phụ thuộc vào khẩu độ giao thoa
ω
Khi đồng thời dịch chuyển A,B(tức là dịch chuyển nguồn sáng S
ra xa trục), hoặc mở rộng khẩu độ giao thoa ω (mở rộng nguồn sáng
S) thì bức tranh giao thoa xuất hiện và biến mất một cách tuần hoàn
II. Kiến nghị :
Chúng tôi rất mong Đảng ủy, Ban giám hiệu tạo điều kiện cho bộ
môn vật lí có được nhiều thí nghiệm hơn, để học sinh được tiếp cận
với công nghệ mới, lí thuyết luôn đi đôi với thực hành nhằm tạo thêm
niềm tin vật lí và hứng thú học tập cho học sinh.
Đây cũng là một trong những dạng toán mới lạ nhưng vừa sức với
học sinh, mong sự góp ý của tổ chuyên môn để hoàn thiện dạng toán
này.
Năm học 2012-2013
21
Sáng kiến kinh nghiệm Ảnh hưởng của kích thước nguồn sáng trong giao thoa
Tôi xin cam đoan đây là SKKN của mình viết, không sao chép
nội dung của người khác.
Thanh hóa, ngày 10 tháng 04 năm 2013
Xác nhận của tổ trưởng chuyên
môn
Người viết
Lê Thị Phương
.

Năm học 2012-2013
22
Sáng kiến kinh nghiệm Ảnh hưởng của kích thước nguồn sáng trong giao thoa
E. TÀI LIỆU THAM KHẢO
1.Sách giáo khoa và Sách bài tập Vật lí 12 CB
2.Bài giảng trọng tâm chương trình Vật lí 12 của PGS.TS Vũ
Thanh Khiết NXB Đại học Quốc gia Hà nội
3.Phương pháp giải bài tập Vật lí 12 của ThS Trần Thanh Bình
NXB Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
4.Chuyên đề luyện thi Đại học Môn Vật lí của Nguyễn Thanh
Hải
NXB Giáo Dục.
5.Website : ,

6. Quang học và vật lí lượng tử : Trần Ngọc Hợi, NXB Giáo dục
(2006).
7. Vật lí đại cương A2: T S Võ Thị Thanh Hà & Th S Lê Thị
Thanh Hương, Trường ĐH FPT (2005)
8. Tập bài giảng quang học: Kiên giang 2006

Năm học 2012-2013
23
Sáng kiến kinh nghiệm Ảnh hưởng của kích thước nguồn sáng trong giao thoa
MỤC LỤC
Năm học 2012-2013