Phân loại và cách giải một số bài toán về giao thoa ánh sáng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÂY BẮC

NGUYỄN HOÀNG ANH

PHÂN LOẠI VÀ CÁCH GIẢI MỘT SỐ BÀI TOÁN
VỀ GIAO THOA ÁNH SÁNG

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

SƠN LA, NĂM 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÂY BẮC

NGUYỄN HOÀNG ANH

PHÂN LOẠI VÀ CÁCH GIẢI MỘT SỐ BÀI TOÁN
VỀ GIAO THOA ÁNH SÁNG

Chuyên ngành: Vật lí đại cƣơng

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Nguyễn Thanh Lâm

SƠN LA, NĂM 2017


Lời cảm ơn
Khóa luận được hoàn thành với sự quan tâm, hướng dẫn tận tình của

ThS. Nguyễn Thanh Lâm. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy giáo, cô
giáo trong Khoa Toán – Lý – Tin, Phòng Khoa học, Công nghệ và Hợp tác quốc
tế, Thư viện Trường Đại học Tây Bắc đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt quá
trình thực hiện khóa luận. Đồng thời, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới
các bạn sinh viên trong tập thể lớp K54 ĐHSP Vật Lí đã động viên, đóng góp ý
kiến, giúp đỡ tôi thực hiện và hoàn thành khóa luận. Mặc dù việc nghiên cứu đã
hoàn thành nhưng đây là kết quả nghiên cứu đầu tay với vốn kinh nghiệm ít ỏi
nên không tránh khỏi những thiếu sót, tôi mong nhận được các ý kiến đóng góp
của thầy cô giáo và toàn thể bạn đọc để khóa luận được hoàn thiện hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn !
Sơn La, ngày 14 tháng 05 năm 2017.
Người thực hiện

Nguyễn Hoàng Anh


MỤC LỤC
PHẦN I: MỞ ĐẦU ........................................................................................... 1
1. Lí do chọn khóa luận. ..................................................................................... 1
2. Mục đích nghiên cứu. ..................................................................................... 2
3. Nhiệm vụ nghiên cứu. .................................................................................... 2
4. Đối tượng nghiên cứu. .................................................................................... 2
5. Phạm vi nghiên cứu. ....................................................................................... 2
6. Giả thuyết khoa học. ....................................................................................... 2
7. Phương pháp nghiên cứu. ............................................................................... 3
8. Đóng góp của khóa luận. ................................................................................ 3
9. Cấu trúc khóa luận.......................................................................................... 3
PHẦN II: NỘI DUNG ...................................................................................... 4
CHƢƠNG I: CƠ SỞ LÍ LUẬN ....................................................................... 4
I. Khái niệm bài tập vật lí. .................................................................................. 4

II. Mục đích, ý nghĩa của bài tập vật lí. .............................................................. 4
III. Vai trò của bài tập vật lí................................................................................ 4
IV. Phân loại bài tập vật lí. ................................................................................. 5
1. Phân loại theo nội dung. ................................................................................. 5
1.1 Bài tập có nội dung lịch sử. .......................................................................... 5
1.2. Bài tập có nội dung cụ thể, trừu tượng. ........................................................ 5
1.3. Bài tập có nội dung kĩ thuật tổng hợp. ......................................................... 6
1.4. Bài tập vui. .................................................................................................. 6
2. Phân loại theo phương thức cho điều kiện và phương thức giải. ..................... 6
2.1. Bài tập định tính. ......................................................................................... 6
2.2. Bài tập định lượng. ...................................................................................... 6
2.3. Bài tập thực nghiệm..................................................................................... 7
2.4. Bài tập đồ thị. .............................................................................................. 7
3. Phân loại theo trình độ phát triển tư duy. ........................................................ 7
3.1. Bài tập luyện tập. ......................................................................................... 7


3.2. Bài tập sáng tạo. .......................................................................................... 7
V. Cơ sở định hướng giải bài tập vật lí. .............................................................. 8
1. Hoạt động giải bài tập vật lí. ........................................................................... 8
2. Phương pháp giải bài tập vật lí. ...................................................................... 9
2.1. Phương pháp phân tích. ............................................................................... 9
2.2. Phương pháp tổng hợp. ................................................................................ 9
3. Các bước chung khi giải bài tập vật lí. ............................................................ 9
4. Tiêu chuẩn lựa chọn hệ thống bài tập vật lí................................................... 10
5. Tiểu kết. ....................................................................................................... 11
CHƢƠNG II: MỘT SỐ KIẾN THỨC CƠ BẢN .......................................... 12
1. Khái niệm về hiện tượng giao thoa ánh sáng. ............................................... 12
2. Định nghĩa ánh sáng đơn sắc. ....................................................................... 12
3. Định nghĩa ánh sáng trắng. ........................................................................... 12

4. Điều kiện để có sự giao thoa ánh sáng. ......................................................... 12
5. Thí nghiệm Y- âng về giao thoa ánh sáng. .................................................... 13
6. Các công thức cơ bản giải bài tập giao thoa ánh sáng. .................................. 14
7. Giao thoa với lưỡng lăng kính Fresnel. ......................................................... 21
8. Bước sóng và màu sắc ánh sáng. .................................................................. 22
9. Chiết suất của môi trường và bước sóng ánh sáng. ....................................... 22
CHƢƠNG III: PHÂN LOẠI CÁC DẠNG BÀI TẬP VÀ CÁCH GIẢI
DẠNG I: GIAO THOA VỚI ÁNH SÁNG ĐƠN SẮC. ................................. 24
Dạng I.1. Xác định khoảng vân – vị trí vân sáng – vị trí vân tối, khoảng cách
giữa hai vân cho trước. ..................................................................................... 24
Dạng I.2: Xác định loại vân, bậc vân tại vị trí M có tọa độ xM cho trước ......... 27
Dạng I.3. Tìm số vân sáng, vân tối quan sát được trên vùng giao thoa ............. 30
Dạng I.4. Xác định bước sóng ánh sáng ........................................................... 33
Dạng I.5. Giao thoa ánh sáng trong môi trường đồng nhất có chiết suất n > 1 ........ 36
Dạng I.6. Sự di chuyển của hệ vân giao thoa do nguồn sáng di chuyển ............ 39
Dạng I.7. Sự di chuyển của hệ vân giao thoa do có bản mặt song song mỏng... 43


(bề dày e, chiết suất n) phía sau một khe .......................................................... 43
DẠNG II: GIAO THOA VỚI ÁNH SÁNG TRẮNG. ................................... 47
Dạng II.1. Giao thoa ánh sáng với ánh sáng trắng, xác định bề rộng quang phổ
bậc k................................................................................................................. 47
Dạng II.2. Giao thoa ánh sáng với ánh sáng trắng, tìm các bức xạ cho vân sáng
hoặc vân tối tại M có tọa độ xM ........................................................................ 51
Dạng II.3. Giao thoa ánh sáng với hai hay nhiều bức xạ đơn sắc, tìm vị trí trên
màn ở đó có sự trùng nhau của các vân sáng đơn sắc? Tính khoảng cách hai vân
cùng màu với vân trung tâm ............................................................................. 55
DẠNG III: GIAO THOA VỚI LƢỠNG LĂNG KÍNH FRESNEL............. 61
CHƢƠNG IV: BÀI TẬP LUYỆN TẬP......................................................... 68
PHẦN III: KẾT LUẬN .................................................................................. 80

TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................. 81


PHẦN I: MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn khóa luận
Vật lí 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 lí 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, đặc biệt là việc
vận dụng các công thức, định luật vào làm các bài tập vật lí. Lí do dẫn tới những
khó khăn này của học sinh là:
Thứ nhất: Do đặc thù của môn học vật lí, mỗi một đại lượng được biểu
diễn bằng một kí hiệu trong các công thức vật lí, từ những giá trị của nó khi giải
bài tập, học sinh cần phải tái hiện được các ý nghĩa vật lí của đại lượng tương
ứng.
Thứ hai: Do thời gian trong mỗi tiết học lí thuyết có hạn nên học sinh
cùng một lúc vừa quan sát hiện tượng vừa khái quát rồi ghi nhớ và vận dụng
những kiến thức tiếp thu được để giải các bài tập, mà trong phân phối chương
trình số tiết bài tập lại hơi ít. Đa phần các em chỉ tiếp thu được một phần lí
thuyết mà không có điều kiện vận dụng luyện tập ngay tại lớp vì vậy khi gặp
những bài tập đòi hỏi phải có suy luận thì các em lúng túng không biết giải thế
nào... dần dần trở nên chán và thường có tư tưởng chờ thầy giải rồi chép.
Thứ ba: Trong giai đoạn giáo dục hiện nay môn vật lí là môn thi trắc
nghiệm, do đề thi trắc nghiệm thời lượng ngắn lại nhiều câu hỏi, do vậy yêu cầu
đối với học sinh phải giải nhanh và ra đáp án chính xác.
Vậy phải làm thế nào để giúp học sinh vượt qua những khó khăn khi học
và làm bài tập vật lí? Có rất nhiều biện pháp được giáo viên sử dụng phối hợp
nhằm tạo ra hứng thú, khắc sâu kiến thức cho học sinh giúp học sinh học tốt
môn Vật lí như: phần lí thuyết được giảng dạy ngắn ngọn, xúc tích, liên hệ nhiều
với thực tiễn, ra bài tập và yêu cầu học sinh tự học,... biện pháp không thể thiếu

được trong quá trình giảng dạy đó là tổng hợp kiến thức để phân loại các dạng
bài tập trong từng chương, đồng thời hướng dẫn cách giải cụ thể cho mỗi dạng
1


bài. Việc phân loại các dạng bài tập và hướng dẫn cách giải làm cụ thể hóa
lượng kiến thức trong mỗi chương giúp các em học sinh củng cố kiến thức và
chủ động tìm ra cách giải nhanh nhất, hiệu quả nhất khi làm bài tập.
Xuất phát từ thực tế trên, với một số kinh nghiệm trong quá trình giảng
dạy và qua tham khảo một số tài liệu, tôi chọn đề tài “PHÂN LOẠI VÀ CÁCH
GIẢI MỘT SỐ BÀI TOÁN VỀ GIAO THOA ÁNH SÁNG” để giúp các em học
sinh có thể hiểu bài, nhanh chóng nắm được cách giải và chủ động hơn khi gặp
bài tập dạng này.
Bài tập về Giao thoa ánh sáng có nhiều dạng. Trong nội dung bài viết này
tôi chỉ tập trung vào các dạng bài tập về giao thoa ánh sáng với khe Young và
lưỡng lăng kính Fresnel.
2. Mục đích nghiên cứu
- Nắm được kiến thức chung về sóng ánh sáng và hiện tượng giao thoa
ánh sáng.
- Đưa ra phương pháp giải một số bài toán cơ bản đặc trưng nhất cho hiện
tượng giao thoa ánh sáng đơn sắc và ánh sáng trắng, lưỡng lăng kính Fresnel.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
Trong quá trình nghiên cứu phải thực hiện những nhiệm vụ sau:
- Nghiên cứu cơ sở lí thuyết của hiện tượng giao thoa ánh sáng.
- Tìm và phân loại một số bài tập cơ bản của hiện tượng giao thoa ánh
sáng. Nêu cách giải và rút ra kết luận.
4. Đối tƣợng nghiên cứu
Hiện tượng giao thoa ánh sáng đối với ánh sáng đơn sắc, ánh sáng trắng,
lưỡng lăng kính Fresnel.
5. Phạm vi nghiên cứu

Hiện tượng giao thoa ánh sáng.
6. Giả thuyết khoa học
Nếu đề tài nghiên cứu thành công thì góp phần tăng thêm kiến thức cho
bản thân phần được nghiên cứu. Và có thể là tài liệu tham khảo cho sinh viên
2


ngành sư phạm vật lí.
7. Phƣơng pháp nghiên cứu
Trong khóa luận này, tôi đã sử dụng các phương pháp sau:
- Tra cứu tài liệu và xử lí toán học.
- Tổng hợp, phân loại và giải các bài tập.
8. Đóng góp của khóa luận
Trong quá trình hoàn thiện khóa luận giúp tôi rèn luyện thêm về phần kĩ
năng phân loại bài tập vật lí và những kĩ năng sử dụng lí thuyết vào việc giải bài
tập cụ thể.
9. Cấu trúc khóa luận
Phần I: Mở đầu.
Phần II: Nội dung.
Chương I: Cơ sở lí luận.
Chương II: Một số kiến thức cơ bản.
Chương III: Phân loại các dạng bài tập và cách giải.
Chương IV: Bài tập luyện tập.
Phần III: Kết luận.

3


PHẦN II: NỘI DUNG
CHƢƠNG I: CƠ SỞ LÍ LUẬN

I. Khái niệm bài tập vật lí
Bài tập vật lí là một yêu cầu đặt ra cho người học, được người học giải
quyết dựa trên cơ sở lập luận logic, nhờ các phép tính toán, các thí nghiệm, dựa
trên những kiến thức về khái niệm, định luật và các thuyết vật lí.
II. Mục đích, ý nghĩa của bài tập vật lí
- Quá trình giải bài tập vật lí là quá trình tìm hiểu điều kiện của bài toán,
xem xét hiện tượng vật lí đề cập, dựa vào kiến thức vật lí để tìm ra những cái
chưa biết trên cơ sở những cái đã biết. Thông qua hoạt động giải bài tập, người
học không những củng cố lí thuyết và tìm ra lời giải một cách chính xác, mà còn
hướng cho người học cách suy nghĩ, lập luận để hiểu rõ bản chất của vấn đề, và
có cái nhìn đúng đắn khoa học. Vì thế, mục đích cơ bản đặt ra khi giải bài tập
vật lí là làm cho người học hiểu sâu sắc hơn những quy luật vật lí, biết phân tích
và ứng dụng chúng vào những vấn đề thực tiễn, vào tính toán kĩ thuật và cuối
cùng là phát triển được năng lực tư duy, năng lực tự giải quyết vấn đề.
- Muốn giải được bài tập vật lí, người học phải biết vận dụng các thao tác
tư duy, so sánh, phân tích, tổng hợp… để xác định được bản chất vật lí. Vì vậy,
việc giải bài tập vật lí là phương tiện kiểm tra kiến thức, kĩ năng của người học.
III. Vai trò của bài tập vật lí
Thông qua dạy học về bài tập vật lí, người học có thể nắm vững một cách
chính xác, sâu sắc và toàn diện hơn những quy luật vật lí, những hiện tượng vật
lí, biết cách phân tích chúng và ứng dụng chúng vào các vấn đề thực tiễn, làm
cho kiến thức trở thành vốn riêng của người học.
Bài tập vật lí có thể được sử dụng như một phương tiện độc đáo để nghiên
cứu tài liệu mới khi trang bị kiến thức cho người học. Trong quá trình giải quyết
các tình huống cụ thể do bài tập đề ra, người học có nhu cầu tìm kiếm kiến thức
mới, đảm bảo cho người học lĩnh hội kiến thức một cách sâu sắc.
Bài tập vật lí sẽ là phương tiện rất tốt để phát triển tư duy, óc tưởng
4

tượng, bồi dưỡng hứng thú học tập và phương pháp nghiên cứu khoa học cho
người học, đặc biệt là khi phải khám phá ra bản chất của hiện tượng vật lí được
trình bày dưới dạng các tình huống vấn đề.
Bài tập vật lí còn là hình thức củng cố, ôn tập, hệ thống hóa kiến thức và
phương tiện để kiểm tra kiến thức, kĩ năng của người học. Khi giải bài tập vật lí,
người học phải nhớ lại kiến thức vừa học, đào sâu khía cạnh nào đó của kiến
thức hoặc phải tổng hợp kiến thức trong một đề tài, một chương hoặc một phần
của chương trình.
Bài tập vật lí có ý nghĩa to lớn trong việc giáo dục kĩ thuật tổng hợp. Các
bài tập vật lí có thể đề cập đến các lĩnh vực khác nhau trong cuộc sống. Các bài
tập này là phương tiện thuận lợi để người học liên hệ lí thuyết với thực hành,
học tập với đời sống, vận dụng kiến thức đã học vào thực tế sản xuất và cuộc
sống.
IV. Phân loại bài tập vật lí
Tùy thuộc vào mục đích sử dụng mà ta có nhiều cách phân loại bài tập vật
lí khác nhau: phân loại theo mục đích, phân loại theo nội dung, phân loại theo
cách giải, phân loại theo mức độ khó dễ…
1. Phân loại theo nội dung
Có thể phân ra làm 4 loại:
1.1 Bài tập có nội dung lịch sử
Đó là những bài tập, những câu hỏi chứa đựng những kiến thức có liên
quan đến lịch sử như những dữ liệu về thí nghiệm vật lí cổ điển, những phát
minh, sáng chế hoặc những câu chuyện có tính chất lịch sử.
1.2. Bài tập có nội dung cụ thể, trừu tƣợng
Bài tập có nội dung cụ thể là bài tập trong đó dữ liệu của đầu bài là cụ thể
và người học có thể giải chúng dựa vào vốn kiến thức cơ bản đã có. Ưu điểm
chính của bài tập cụ thể có tính trực quan cao và gắn với đời sống.
Bài tập có nội dung trừu tượng là những bài tập mà dữ liệu cho là không
cụ thể, nổi bật của bài tập trừu tượng là bản chất vật lí được nêu bật lên, nó được
5

tách ra không lẫn lộn với các chi tiết không cơ bản.
1.3. Bài tập có nội dung kĩ thuật tổng hợp
Đó là các bài tập mà số liệu dữ kiện gắn với các số liệu thực tế trong các
ngành kĩ thuật, công nghiệp, các bài tập này có ứng dụng thực tế.
1.4. Bài tập vui
Là các bài tập sử dụng các sự kiện, hiện tượng kì lạ hoặc vui. Việc giải
các bài toán này sẽ làm cho tiết học thêm sinh động, nâng cao hứng thú cho
người học.
2. Phân loại theo phƣơng thức cho điều kiện và phƣơng thức giải
Có thể phân ra làm 4 loại:
2.1. Bài tập định tính
Loại bài tập này dùng để vận dụng kiến thức vào đời sống, sản xuất. Nó
thường được sử dụng làm bài tập mở đầu nghiên cứu tài liệu mới, giúp người
học nắm vững bản chất vật lí của các hiện tượng, tạo say mê, hứng tú học tập,
rèn luyện cho người học tư duy logic khả năng phán đoán, biết phân tích bản
chất vật lí của hiện tượng.
2.2. Bài tập định lƣợng
Là loại bài tập có dữ liệu là các số cụ thể, học sinh giải chúng bằng các
phép tính toán, sử dụng công thức để xác lập mối liên hệ phụ thuộc định lượng
giữa các đại lượng phải tìm và nhận được kết quả dưới dạng một công thức hoặc
một giá trị bằng số. Dựa vào mục đích dạy học ta có thể phân loại bài tập này
thành hai loại:
a. Bài tập tập dượt: Là bài tập đơn giản được sử dụng ngay khi nghiên cứu một
khái niệm hay một quy tắc vật lí nào đó để học sinh vận dụng kiến thức vừa mới
tiếp thu.
b. Bài tập tổng hợp: Là những bài tập phức tạp mà muốn giải nó người học phải
vận dụng nhiều kiến thức ở nhiều phần, nhiều chương, nhiều cấp học và nhiều
lĩnh vực.

Đặc biệt khi các câu hỏi loại này được nêu dưới dạng trắc nghiệm khách quan
6


thì yêu cầu người học phải nhớ kết quả cuối cùng đã chứng minh trước đó để
giải nó một cách nhanh chóng. Vì vậy yêu cầu người học phải hiểu bài một cách
sâu sắc để vận dụng kiến thức ở mức độ cao.
2.3. Bài tập thực nghiệm
Là loại bài tập cần phải tiến hành các thí nghiệm hoặc để kiểm chứng cho
lời giải lí thuyết, hoặc để tìm những số liệu, dữ kiện dùng trong việc giải bài tập.
Tác dụng của loại bài tập này là giáo dục, giáo dưỡng và giáo dục kĩ thuật tổng
hợp. Đây là loại bài tập thường gây cho học sinh cảm giác lí thú và đặc biệt đòi
hỏi người học ít nhiều tính sáng tạo.
2.4. Bài tập đồ thị
Là loại bài tập trong đó các số liệu được dùng làm dữ liệu để giải, phải
tìm trong các đồ thị cho trước hoặc ngược lại, đòi hỏi người học phải biểu diễn
quá trình diễn biến của hiện tượng nêu trong bài tập bằng đồ thị.
3. Phân loại theo trình độ phát triển tƣ duy
Có thể phân ra làm 2 loại:
3.1. Bài tập luyện tập
Là những bài tập mà hiện tượng xảy ra chỉ tuân theo một quy tắc, một
định luật vật lí đã biết, muốn giải chỉ cần thực hiện một lập luận đơn giản hay áp
dụng công thức đã biết. Loại bài tập này dùng để củng cố kiến thức lí thuyết cơ
bản đã học, hoặc sau khi học một kiến thức vật lí mới, giúp người học hiểu sâu
sắc hơn các khái niệm, định luật vật lí mới nghiên cứu, nắm vững cách giải đối
với một loại bài tập nhất định. Loại bài tập này không đòi hỏi sự tư duy sáng tạo
của người học vì trong các loại bài tập này các điều kiện cho trong đề bài đã chỉ
rõ hành động cần thực hiện.
3.2. Bài tập sáng tạo
Yêu cầu người học phải có đầu óc tư duy và sáng tạo, có khả năng phân tích

đề bài, vận dụng tổng hợp kiến thức để giải quyết vấn đề đặt ra. Loại bài tập này
đôi khi yêu cầu người học có đầu óc tưởng tượng, biết cách suy diễn và lập luận
chắc chắn để thiết lập các mối quan hệ cần xác lập một cách chặt chẽ và logic.
7


Bài tập sáng tạo có hai loại:
- Bài tập nghiên cứu: là loại bài tập cần giải thích một hiện tượng chưa
biết trên cơ sở mô hình trừu tượng thích hợp rút ra từ lí thuyết vật lí. Người học
cần trả lời câu hỏi “Tại sao”.
- Bài tập thiết kế: là loại bài tập vận dụng các kiến thức lí thuyết đã biết để
đưa ra mô hình phù hợp với mô hình trừu tượng (định luật, công thức, đồ thị…)
đã cho. Người học cần trả lời câu hỏi “Làm như thế nào”.
V. Cơ sở định hƣớng giải bài tập vật lí
1. Hoạt động giải bài tập vật lí
- Mục tiêu cần đạt tới khi giải một bài toán vật lí là tìm được câu trả lời
đúng đắn, giải đáp được vấn đề đặt ra một cách có căn cứ khoa học chặt chẽ.
Quá trình giải một bài toán thực chất là tìm hiểu điều kiện của bài toán, xem xét
hiện tượng vật lí được đề cập và dựa trên các kiến thức về vật lí, toán để nghĩ tới
mối liên hệ có thể của cái đã cho và cái cần tìm sao cho thấy được cái phải tìm
có mối liên hệ trực tiếp hoặc gián tiếp với cái đã cho, từ đó đi đến chỉ rõ được
mối liên hệ tường minh trực tiếp của cái phải tìm và cái đã biết nghĩa là tìm
được lời giải đáp cho bài toán đặt ra.
- Hoạt động giải bài toán vật lí có hai phần cơ bản quan trọng là:
+ Việc xác lập các mối quan hệ cơ bản, cụ thể dựa trên sự vận động kiến
thức vật lí vào điều kiện cụ thể của bài toán đã cho.
+ Sự tiếp xúc luận giải, tính toán, đi từ mối liên hệ đã xác lập được đến
kết quả cuối cùng của việc giải đáp vấn đề được đặt ra trong bài toán đã cho.
- Sự nắm vững lời gải một bài toán vật lí phải thể hiện ở khả năng trả lời
được câu hỏi: Việc giải bài toán này cần xác lập được mối liên hệ nào? Sự xác

lập các mối liên hệ cơ bản này dựa trên sự vận dụng kiến thức vật lí nào? Vào
điều kiện cụ thể gì của bài toán?
- Đối với bài tập định tính, ta không phải tính toán phức tạp nhưng vẫn
cần phải có suy luận logic từng bước để đi đến kết luận cuối cùng.

8


2. Phƣơng pháp giải bài tập vật lí
Xét về tính chất của các thao tác tư duy khi giải các bài tập vật lí người ta
thường dùng hai phương pháp sau:
2.1. Phƣơng pháp phân tích
Là cách giải bài tập bằng việc phân tích một bài tập phức tạp thành các
bài tập đơn giản hơn. Việc giải bài tập từ những đại lượng phải tìm, từ đó tìm
các định luật, công thức liên hệ giữa ẩn số phụ mới xuất hiện với các dữ liệu đã
cho, trên cơ sở đó tìm được quan hệ giữa ẩn số phải tìm với các dữ liệu đã cho
để rút ra kết luận cần tìm.
2.2. Phƣơng pháp tổng hợp
Là cách giải bài tập trong đó lập luận sẽ được bắt đầu từ những đại lượng
đã cho trong đề bài. Bài tập được gỡ dần qua việc xác lập sự phụ thuộc của các
đại lượng trung gian cho đến khi tìm được đại lượng phải tìm. Kết quả mọi thao
tác tư duy, trong đó có thể là chỗ không cần thiết, là có được một biểu thức giúp
ta xác định được đại lượng phải tìm.
3. Các bƣớc chung khi giải bài tập vật lí
Số lượng bài tập vật lí rất đa dạng và phong phú với nhiều dạng bài và
phương pháp giải khác nhau. Phương pháp giải bài tập vật lí nói chung phụ
thuộc vào nhiều điều kiện: vào nội dung bài tập, vào trình độ người học… Tuy
nhiên, trong quá trình giải bài tập vật lí nói chung đều phải trải qua bốn giai
đoạn (bước) sau:
Bƣớc 1: Đọc đề bài. Tìm hiểu đề bài.

- Xác định ý nghĩa của các thuật ngữ, phân biệt đâu là ẩn số phải tìm, đâu
là dữ kiện đã cho.
- Dùng các kí hiệu vật lí để ghi tóm tắt đầu bài.
- Đổi đơn vị về hệ đơn vị hợp pháp.
- Vẽ hình mô tả hiện tượng vật lí trong bài tập.
Bƣớc 2: Phân tích hiện tượng của bài toán để xác lập các mối quan hệ cơ
bản.
9


- Đối chiếu các dữ kiện đã cho và cái phải tìm, xét bản chất vật lí của hiện
tượng để nhận ra các định luật, công thức lí thuyết có liên quan.
- Xác lập các mối quan hệ cụ thể của cái đã biết và cái phải tìm (mối quan
hệ cơ bản).
Bƣớc 3: Luận giải, tính toán các kết quả bằng số.
Có hai phương pháp xây dựng lập luận để giải:
- Phương pháp phân tích:
+ Từ ẩn số của bài tập, tìm mối quan hệ của ẩn số đó với đại lượng nào đó
theo một định luật xác định.
+ Phát triển lập luận hoặc biến đổi công thức này theo các dữ liệu đã cho.
+ Tìm được công thức chỉ chứa mối quan hệ giữa ẩn số và các dữ kiện đã
cho.
- Phương pháp tổng hợp:
+ Xuất phát từ điều kiện đề bài.
+ Xây dựng lập luận hoặc biến đổi công thức diễn đạt mối quan hệ giữa
các dữ kiện đã cho với các đại lượng khác để tiến dần đến công thức cuối cùng
có chứa ẩn số và các dữ liệu đã cho.
Bƣớc 4: Biện luận.
- Phân tích kết quả cuối cùng.
- Loại bỏ những kết quả không phù hợp với điều kiện của đề bài hoặc

không phù hợp với thực tế.
Tuy nhiên trong nhiều bài tập không nhất thiết phải tách bạch một cách
cứng nhắc giữa bước 2 và bước 3. Tùy từng bài toán mà ta có thể kết hợp hai
bước đó thành một trong tiến hành luận giải.
4. Tiêu chuẩn lựa chọn hệ thống bài tập vật lí
Hệ thống bài tập vật lí phải đảm bảo các tiêu chuẩn sau:
- Thông qua việc giải hệ thống bài tập, những kiến thức cơ bản đã được
xác định của đề bài phải được củng cố, ôn tập, hệ thống hóa và khắc sâu thêm.
- Tính tuần tự tiến lên từ đơn giản đến phức tạp của mối quan hệ giữa các
10


đại lượng và các khái niệm đặc trưng cho các quá trình hoặc hiện tượng phải
được mô tả trong hệ thống bài tập.
- Mỗi bài tập phải đóng góp phần nào đó vào việc hoàn thiện kiến thức
cho người học.
- Hệ thống bài tập phải đa dạng về thể loại và về nội dung phải không
được trùng lặp.
- Các kiến thức toán lí được sử dụng trong bài tập phải phù hợp với trình
độ người học.
5. Tiểu kết
Hoạt động học nói chung để đạt kết quả cao thì vấn đề sử dụng bài tập là
rất cần thiết vì bài tập là phương tiện chủ yếu giúp người học có thể nắm rõ
được các vấn đề, kĩ năng, kĩ xảo, vận dụng các kiến thức vào thực tiễn. Bên cạnh
đó có thể dùng bài tập để ôn tập, đào sâu, củng cố và mở rộng tri thức. Đặc biệt
là chất lượng học tập sẽ được nâng cao hơn khi ta có thể phân loại và đề ra các
phương pháp giải của các dạng bài tập một cách phù hợp.

11

CHƢƠNG II: MỘT SỐ KIẾN THỨC CƠ BẢN
1. Khái niệm về hiện tƣợng giao thoa ánh sáng
- Hai hay nhiều chùm sáng kết hợp là hai hay nhiều chùm phát ra ánh
sáng có cùng tần số và cùng pha hoặc có độ lệch pha không đổi theo thời gian.
- Hiện tượng giao thoa ánh sáng là hiện tượng hai hay nhiều sóng ánh
sáng gặp nhau, tạo nên trong không gian những dải sáng và tối xen kẽ nhau.
Những vị trí mà tại đó các sóng ánh sáng tăng cường lần nhau tạo nên vân sáng,
những vị trí mà tại đó các sóng ánh sáng triệt tiêu lẫn nhau tạo nên vân tối.
- Hiện tượng giao thoa ánh sáng là bằng chứng thực nghiệm khẳng định
ánh sáng có tính chất sóng.
- Miền không gian có sự giao thoa ánh sáng gọi là trường giao thoa.
2. Định nghĩa ánh sáng đơn sắc
Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng không bị tán sắc khi đi qua lăng kính. Mỗi
ánh sáng đơn sắc có một màu gọi là màu đơn sắc. Mỗi một màu đơn sắc trong
mỗi môi trường có một bước sóng xác định.
3. Định nghĩa ánh sáng trắng
- Ánh sáng trắng là tập hợp của rất nhiều ánh sáng đơn sắc có màu biến
thiên liên tục từ đỏ đến tím. Mỗi ánh sáng đơn sắc sẽ cho trên màn một hệ vân
tương ứng, vậy nên trên màn có những vị trí mà ở đó các vân sáng, vân tối của
ánh sáng đơn sắc bị trùng nhau.
- Bước sóng của ánh sáng trắng dao động trong khoảng 0,38(µm) ≤ λ ≤
0.76(µm).
4. Điều kiện để có sự giao thoa ánh sáng
Thực nghiệm cho thấy rằng không phải cứ cho hai hay nhiều sóng ánh
sáng bất kì gặp nhau là có thể quan sát được hiện tượng giao thoa ánh sáng.
Chẳng hạn khi cho hai sóng ánh sáng phát ra từ hai ngọn đèn điện gặp nhau ta
không thể quan sát được hiện tượng nói trên. Vì vậy, ta phải xem với những điều
kiện nào thì các sóng ánh sáng có thể tạo nên hiện tượng giao thoa.
Ta biết rằng, ánh sáng do các nguyên tử của nguồn sáng phát ra. Thực

12


nghiệm chứng tỏ rằng, các nguyên tử của nguồn sáng phát ra không liên tục,
chúng phát ra từng đoàn sóng một, các đoàn sóng do một nguyên tử phát ra ở
những thời điểm khác nhau cũng như do các nguyên tử khác nhau phát ra tại
cùng một thời điểm có biên độ và pha rất khác nhau, nên pha ban đầu của chúng
luôn thay đổi theo thời gian và có mọi giá trị bất kỳ.
Nếu ta xét ánh sáng phát ra từ hai nguồn riêng biệt thì tại một điểm M nào
đó nhận được các cặp đoàn sóng do hai nguồn gửi tới, mỗi cặp đoàn sóng này sẽ
có một hiệu pha nào đó. Hiệu pha này thay đổi một cách hỗn loạn theo thời gian
và chúng không phải là những sóng kết hợp nên không thể giao thoa với nhau
được.
Tuy nhiên, bằng cách nào đó (phản xạ, khúc xạ…) ta tách sóng phát ra
giao thoa ánh sáng từ một nguồn duy nhất thành hai sóng, sau đó lại cho chúng
gặp nhau thì hiệu pha của hai sóng sẽ không phụ thuộc vào thời gian. Lúc đó, ta
có hai sóng kết hợp là từ một sóng duy nhất tách thành hai sóng riêng biệt.
Muốn cho hai phần sóng trên gặp nhau tại M, chứ không phải hai đoàn
sóng khác nhau, thì điều kiện sau phải được thực hiện: L

c (1.1).

Trong đó,  là khoảng thời gian kéo dài trong một lần phát xạ cả nguyên tử, nó
xác định độ đơn sắc của bức xạ,  càng lớn độ đơn sắc càng cao và  được gọi
là thời gian kết hợp; L là hiệu đường truyền của hai phần đoàn sóng từ điểm
tách ra đến điểm gặp nhau. Nếu điều kiện (1.1) được thực hiện ta sẽ quan sát
được hình ảnh giao thoa.
Như vậy, điều kiện cần và đủ để có hiện tượng giao thoa ánh sáng là các
sóng giao thoa phải là các sóng kết hợp có cùng tần số và hiệu quang trình của
chúng phải nhỏ hơn độ dài kết hợp ( L

c ). Mặt khác, phương dao động của

hai sóng phải khác 90o.
5. Thí nghiệm Y- âng về giao thoa ánh sáng
Năm 1801, Thomas Young lần đầu tiên xây dựng lí thuyết sóng của ánh
sáng trên cơ sở thực nghiệm vững vàng khi chứng minh rằng hai sóng chồng lên
nhau có thể giao thoa với nhau. Thí nghiệm của ông đặc biệt có sức thuyết phục
13


vì ông có thể suy ra được bước sóng của ánh sáng từ những quan sát của ông và
cũng là lần đầu tiên cho phép đo được đại lượng quan trọng này.

S2
Kính lọc màu
Đ

Trường

●

giao
S

thoa
S1

Ánh sáng từ đèn Đ qua khe hẹp S trở thành nguồn đơn sắc đến S1 và S2
chúng chồng lên nhau trở thành hai nguồn sáng kết hợp phát ra hai sóng ánh

sáng kết hợp. Hai sóng này giao thoa nhau tạo ra những vân sáng – tối.
- Vân sáng ứng với những điểm có biên độ dao động tổng hợp cực đại.
Hai sóng tới cùng pha.
- Vân tối ứng với những điểm có biên độ dao động tổng hợp bằng không.
Hai sóng tới ngược pha.
Nếu không dùng kính lọc F, thì hệ thống vân giao thoa của các ánh sáng
đơn sắc khác nhau không trùng nhau mà nằm kề nhau tạo thành quang phổ có
màu cầu vồng (tím trong, đỏ ngoài). Chính giữa là vân sáng trắng do các vân
sáng đơn sắc khác nhau trùng với nhau.
6. Các công thức cơ bản giải bài tập giao thoa ánh sáng
H

A
d1

F1

a

2x

d2
O

F2
D

●B
M

F1, F2 là hai khe sáng; O là vị trí vân sáng trung tâm.

14


a (m): là khoảng cách giữa hai khe sáng F1, F2.
D (m): là khoảng cách từ hai khe sáng F1, F2 đến màn hứng vân.

 (m): là bước sóng ánh sáng.
x (m): là khoảng cách từ vân sáng đang xét đến vân sáng trung tâm tại O.
- Hiệu quang trình (hiệu đƣờng đi) của hai sóng ánh sáng:

  d 2  d1 

a.x
(1).
D

- Khoảng vân i: là khoảng cách giữa hai vân sáng (hoặc vân tối) liên tiếp.
Khoảng vân được kí hiệu là i và có đơn vị là mét (m).

i  x k 1  x k  (k  1)

D
D
D
k
hay i 
(*)
a

a
a

Vậy hình ảnh giao thoa trên màn ảnh sẽ gồm có một vân sáng ở trung tâm, hai
bên có những vân sáng và tối xen kẽ với nhau một cách đều đặn.
Từ công thức (*) ta thấy:
+) Muốn quan sát được vân giao thoa thì i phải đủ lớn.
+) Nếu biết được D, a, i thì ta sẽ xác định được bước sóng ánh sáng:  

ia
D

- Vị trí ( tọa độ) vân sáng:
Tại A là vân sáng khi hai sóng ánh sáng tới A cùng pha, do đó hiệu đường đi của
hai sóng ánh sáng từ hai nguồn tới A bằng số nguyên lần bước sóng.
Nên:   d 2  d1 

a.x
 k (2)
D

Điều kiện trên còn được gọi là điều kiện cực đại giao thoa.
Từ (1) và (2) ta có: x s  k

D
( với k ∈ Z).
a

k = 0: Vân sáng trung tâm
k = 1: Vân sáng bậc (thứ) 1

k = 2: Vân sáng bậc (thứ) 2
k = ±n: ứng với vân sáng bậc (thứ) n (n là số nguyên dương).
- Vị trí ( tọa độ) vân tối:
15


Tại A là vân tối khi hai sóng ánh sáng tới A ngược pha, do đó hiệu đường đi của
hai sóng ánh sáng từ hai nguồn tới A bằng số bán nguyên lần bước sóng.

1

Nên:    k    (3)
2

Điều kiện trên còn được gọi là điều kiện cực tiểu giao thoa.

1  D

Từ (1) và (3) ta có: x t   k  
( với k ∈ Z).
2 a

k = 0, k = -1: Vân tối thứ nhất
k = 1, k = -2: Vân tối thứ hai
k = 2, k = -3: Vân tối thứ ba
k = n, k = -m: Vân tối thứ m.
- Xác định số vân sáng, vân tối trong vùng giao thoa (trƣờng giao thoa) có
bề rộng L (đối xứng qua vân trung tâm):
Xét

L
 n  p ( n là phần nguyên, p là phần thập phân)
2i

+ Số vân sáng (là số lẻ): 2n  1
+ Số vân tối (là số chẵn): 2n ( nếu p 

1
1
) hoặc 2n  2 ( nếu p  ).
2
2

- Xác định số vân sáng, vân tối giữa hai điểm M, N có toạ độ x1, x2 (giả sử x1
< x2 )
+ Vân sáng: x1  ki  x 2
+ Vân tối:

1

x1   k   i  x 2
2


Số giá trị k  Z là số vân sáng (vân tối) cần tìm.
Lưu ý: M và N cùng phía với vân trung tâm thì x1 và x2 cùng dấu.
M và N khác phía với vân trung tâm thì x1 và x2 khác dấu.
M và N khác phía với vân trung tâm thì x1 và x2 khác dấu.
- Xác định khoảng vân i trong khoảng có bề rộng L. Biết trong khoảng L có
n vân sáng

16


L
n 1

+ Nếu 2 đầu là hai vân sáng thì: i 
+ Nếu 2 đầu là hai vân tối thì: i 

L
n

+ Nếu một đầu là vân sáng còn một đầu là vân tối thì: i 

L
n  0,5

- Sự trùng nhau của các bức xạ 1, 2 ... (khoảng vân tƣơng ứng là i1, i2 ...)
+ Trùng nhau của vân sáng: xs  k1i1  k 2i 2  ...  k11  k 22  ...
+ Trùng nhau của vân tối:

1
1
1
1




x t   k1   i1   k 2   i 2  ...   k1   1   k 2    2  ...

2
2
2
2




* Lưu ý: Vị trí có màu cùng màu với vân sáng trung tâm là vị trí trùng nhau của
tất cả các vân sáng của các bức xạ.
- Trong hiện tƣợng giao thoa ánh sáng trắng (0,4 m    0,76 m)
- Bề rộng quang phổ bậc k: x  k

D
( đ   t ) đối với đ và t là bước sóng ánh
a

sáng đỏ và tím.
- Xác định số vân sáng, số vân tối và các bức xạ tương ứng tại một vị trí xác
định (đã biết x).
+ Vân sáng: x  k

D
a.x

với k ∈ Z, do 0,4m    0,76m
a
kD

 các giá trị của k  

1  D
a.x


+ Vân tối: x   k  
với k ∈ Z, do 0,4m    0,76m
1
2 a


 k  D
2

 các giá trị của k   .

- Khoảng cách dài nhất và ngắn nhất giữa vân sáng và vân tối cùng bậc k:

x min 

D
1 

k


k

t


 đ
a 
2  


17


x max 

D
1 

k đ   k    t  Khi vân sáng, vân tối nằm khác phía đối với vân

a
2 


trung tâm.

x max 

D
1 

k đ   k    t  Khi vân sáng, vân tối nằm cùng phía đối với vân

a
2 



trung tâm.
- Giao thoa với khe Young trong môi trƣờng có chiết suất là n
Gọi  là bước sóng ánh sáng trong chân không hoặc không khí.
Gọi  ' là bước sóng ánh sáng trong môi trường có chiết suất n.

' 


n

 'D
D
k
a
n.a

+ Vị trí vân sáng: x  k

1   'D 
1  D

 k  
+ Vị trí vân tối: x   k  
2 a
2  n.a


+ Khoảng vân: i 

 'D D

a
a.n

- Đặt bản mỏng trƣớc khe Young
Độ dịch chuyển của hệ vân khi đặt thêm bản mỏng có độ dày e, chiết suất n
trước một khe sáng Y- âng.
e

M

d1

S1

x

’

d1

a

S

O
d2

d2’
S2
d

D

Vận tốc ánh sáng truyền trong bản mỏng: v 

18

c
n


Khi đặt thêm bản mỏng, thời gian ánh sáng đi qua bản mỏng sẽ lâu hơn so với đi
trong không khí: t 

e e e(n  1)
 
v c
c

Như vậy thời gian truyền ánh sáng từ S1 tới điểm M bị chậm lại một thời gian

t 

e(n  1)
.
c

Ta coi như không có bản mỏng nhưng kéo dài quãng đường từ S1 đến M thêm
một đoạn:

d  t.c 

e(n  1)
.c  e(n  1)
c

Đường đi của ánh sáng từ S1 tới M: d1*  d1  d  d1  e(n  1)
Ban đầu M cách vân trung tâm một khoảng x, hiệu quang trình tại M là:

  d 2  d1 

a.x
D

Khi đặt thêm bản mỏng thì hiệu quang trình tại M:

 '  d 2  d1*  d 2  (d1  e(n  1))  d 2  d1  e(n  1) 

a.x
 e(n  1)
D

Khi đặt thêm bản mỏng, vân trung bị dịch đến vị trí của điểm M, khi đó x thỏa
mãn phương trình:  '  k  0 

a.x
(n  1)eD

 e(n  1)  0  x 
D
a

Kết luận: Khi đặt thêm bản mỏng trước nguồn S1 thì vân trung tâm dịch hướng
theo nguồn S1 một đoạn:

x

(n  1)eD
a

19