Lý thuyết Giao thoa sóng (Kết nối tri thức 2023) hay, chi tiết | Vật Lí 11

Lý thuyết Vật Lí lớp 11 Bài 12: Giao thoa sóng

A. Lý thuyết Giao thoa sóng

I. Hiện tượng giao thoa của hai sóng mặt nước

1. Thí nghiệm

2. Giải thích

– Hiện tượng hai sóng gặp nhau tạo nên các gợn sóng ổn định gọi là hiện tượng giao thoa của hai sóng. Các gợn sóng ổn định gọi là các vân giao thoa

3. Điều kiện để xảy ra giao thoa

– Dao động cùng phương, cùng tần số

– Có độ lệch pha không đổi theo thời gian

Hai nguồn như vậy gọi là hai nguồn kết hợp. Hai sóng do hai nguồn kết hợp phát ra gọi là hai sóng kết hợp

– Hiện tượng giao thoa là một hiện tượng đặc trưng của sóng

II. Thí nghiệm của YOUNG (Y-Âng) về giao thoa ánh sáng

1. Thí nghiệm

Trong vùng hai chùm sáng gặp nhau lại có những vạch tối và vạch sáng xen kẽ đã khẳng định ánh sáng có tính chất sóng. Những vạch tối là chỗ hai sóng ánh sáng triệt tiêu lẫn nhau. Những vạch sáng là chỗ hai sóng ánh sáng tăng cường lẫn nhau. Những vạch sáng tối xen kẽ nhau chính là hệ vân giao thoa của hai sóng ánh sáng

2. Công thức xác định bước sóng $\lambda$ của ánh sáng

Nếu đo được a, D và I thì sẽ xác định được bước sóng$\lambda$ theo công thức: $\lambda =\frac{ia}{D}$

– Điều kiện để tại A có vân sáng, vân tối:

+ Tại A có vân sáng khi: $d_2-d_1=k\lambda$

+ Tại A có vân tối khi: $d_2-d_1=(k+\frac{1}{2})\lambda$

Với k= 0, ±1, ±2,…

– Vị trí các vân sáng, các vân tối:

+ Vị trí các vân sáng: $x_s=k\frac{\lambda D}{a}$

+ Vị trí các vân tối: $x_t=(k+\frac{1}{2})\frac{\lambda D}{a}$

Sơ đồ tư duy về “Giao thoa sóng”

 

B. Trắc nghiệm Giao thoa sóng

Câu 1. Ánh sáng trên bề mặt rộng 7,2 mm của vùng giao thoa người ta đếm được 9 vân sáng (hai rìa là hai vân sáng). Tại vị trí cách vân trung tâm 14,4 mm là vân

A. tối thứ 18.

B. tối thứ 16.

C. sáng bậc 18.

D. sáng bậc 16.

Hướng dẫn giải

+ Khoảng vân trên vùng giao thoa: $i=\frac{L}{9-1}=\mathrm{0,9}mm$

+ Tại vị trí cách vân trung tâm 14,4 mm có: $\frac{x}{i}=\frac{\mathrm{14,4}}{\mathrm{0,9}}=16=k$

=> Tại vị trí trên là vân sáng bậc 16

Đáp án đúng là D

Câu 2. Ở mặt nước có hai nguồn sóng dao động theo phương vuông góc với mặt nước, có cùng phương trình u = Acosωt. Trong miền gặp nhau của hai sóng, những điểm mà ở đó các phần tử nước dao động với biên độ cực đại sẽ có hiệu đường đi của sóng từ hai nguồn đến đó bằng

A. một số lẻ lần bước sóng.

B. một số lẻ lần nửa bước sóng.

C. một số nguyên lần bước sóng.

D. một số nguyên lần nửa bước sóng.

Hướng dẫn giải

Ở mặt nước có hai nguồn sóng dao động theo phương vuông góc với mặt nước, có cùng phương trình u = Acosωt. Trong miền gặp nhau của hai sóng, những điểm mà ở đó các phần tử nước dao động với biên độ cực đại sẽ có hiệu đường đi của sóng từ hai nguồn đến đó bằng một số nguyên lần bước sóng.

Đáp án đúng là C.

Câu 3. Trên mặt nước, hai nguồn kết hợp A, B dao động cùng phương trình: x = 0,4cos(40πt) cm. Tại một điểm M trên mặt nước cách các nguồn A, B những khoảng lần lượt là 14 cm và 20 cm, luôn đứng yên. Giữa M và đường trung trực của AB có hai dãy cực đại khác. Tốc độ truyền sóng là

A. 30 cm/s

B. 37 cm/s

C. 41 cm/s

D. 48 cm/s

Hướng dẫn giải

Hai nguồn kết hợp cùng pha. Giữa M và trung trực có 2 dãy cực đại, đồng thời M là 1 cực tiểu nên M ứng thuộc dãy cực tiểu thứ  3. (k = 2). Cực tiểu qua M ứng với:

$d_1-d_2=\mathrm{2,5}\lambda \Rightarrow 20-14=\mathrm{2,5}\lambda$

$\Rightarrow \lambda =\mathrm{2,4}\left(cm\right)\Rightarrow v=\lambda f=v\frac{\omega }{2\pi }=48\left(cm/s\right)$

Đáp án đúng là D.

Câu 4. Trong một thí nghiệm về giao thoa sóng trên mặt nước, hai nguồn kết hợp A, B dao động cùng pha, cùng tần số f = 32 Hz. Tại một điểm M trên mặt nước cách các nguồn A, B những khoảng d₁ = 28 cm, d₂ = 23,5 cm; sóng có biên độ cực đại. Giữa M và đường trung trực AB có 1 dãy cực đại khác. Tốc độ truyền sóng trên mặt nước là

A. 32 cm/s.

B. 64 cm/s.

C. 72 cm/s.

D. 91 cm/s.

Hướng dẫn giải

Vì d₁ > d₂ nên M nằm về phía B.

Giữa M và trung trực có 1 dãy cực đại khác đồng thời M là 1 cực đại nên M thuộc dãy cực đại thứ 2:

d₁ − d₂ = 2λ $\Rightarrow \lambda =\mathrm{2,25}\left(cm\right)\Rightarrow v=\lambda f=72\left(cm/s\right)$

Đáp án đúng là C.

Câu 5. Trong một thí nghiệm tạo vân giao thoa trên mặt nước, người ta dùng hai nguồn dao động đồng pha có tần số 50 Hz và đo được khoảng cách giữa hai vân cực tiểu liên tiếp nằm trên đường nối liền hai tâm dao động là 2 mm. Bước sóng và tốc độ truyền sóng có giá trị là

A. 4 mm; 200 mm/s.

B. 2 mm; 200 mm/s.

C. 4 mm; 100 mm/s.

D. 2 mm; 100 mm/s.

Hướng dẫn giải

Khoảng cách hai cực tiểu liên tiếp là nửa bước sóng

$\frac{\lambda }{2}=2\left(mm\right)\Rightarrow \lambda =4\left(mm\right)\Rightarrow v=\lambda f=200\left(mm/s\right)$

Đáp án đúng là A.

Câu 6. Hai nguồn phát sóng S₁, S₂ trên mặt chất lỏng dao động theo phương vuông góc với bề mặt chất lỏng với cùng tần số 50 Hz và cùng pha ban đầu, coi biên độ sóng không đổi. Trên đoạn thẳng S₁S₂, ta thấy hai điểm cách nhau 9 cm dao động với biên độ cực đại. Biết tốc độ truyền sóng trên mặt chất lỏng có giá trị $\mathrm{1,5}m/s<v<\mathrm{2,25}m/s$. Tốc độ truyền sóng là

A. 1,5 m/s.

B. 1,6 m/s.

C. 1,7 m/s.

D. 1,8 m/s.

Hướng dẫn giải

Khoảng cách giữa hai cực đại bất kì đo dọc theo AB là :

$\mathcal{l}=\frac{k\lambda }{2}=\frac{kv}{2f}$hay $\mathrm{0,09}\left(m\right)=k\frac{v}{2.50}\Rightarrow v=\frac{9}{k}\left(m/s\right)$

$\underset{}{\overset{\mathrm{1,5}<v<\mathrm{2,25}}{\to }}4<k<6\Rightarrow k=5\Rightarrow v=\frac{9}{5}=\mathrm{1,8}\left(m/s\right)$

Đáp án đúng là D.

Câu 7. Trong một thí nghiệm I – âng về giao thoa ánh sáng, bước sóng ánh sáng đơn sắc là 600 nm, khoảng cách giữa hai khe hẹp là 1 mm. Khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến màn quan sát là 2 m. Khoảng vân quan sát được trên màn có giá trị bằng

A. 1,2 mm.

B. 1,5 mm.

C. 0,9 mm.

D. 0,3 mm.

Hướng dẫn giải

Khoảng vân quan sát được trên màn là: 

$i=\frac{\lambda D}{a}=\frac{{600.10}^{-9}.2}{{1.10}^{-3}}={\mathrm{1,2.10}}^{-3}m=\mathrm{1,2}mm$

Đáp án đúng là A

Câu 8. Trong thí nghiệm I-âng về giao thoa ánh sáng, các khe sáng được chiếu bằng ánh sáng đơn sắc. Khoảng cách giữa hai khe là 2 mm, khoảng cách từ hai khe đến màn là 4 m. Khoảng cách giữa 5 vân sáng liên tiếp đo được là 4,8 mm. Toạ độ của vân sáng bậc 3 là

A. ± 9,6 mm.

B. ± 4,8 mm.

C. ± 3,6 mm.

D. ± 2,4 mm.

Hướng dẫn giải

Khoảng cách giữa 5 vân sáng liên tiếp là 4 khoảng vân => 4i = 4,8 => i = 1,2mm

Tọa độ của vân sáng bậc 3 là: x = ±3i = ±3,6mm.

Đáp án đúng là C

Câu 9. Trong thí nghiệm I-âng về giao thoa ánh sáng, biết a = 0,4 mm; D = 1,2 m nguồn S phát ra bức xạ đơn sắc có λ = 600 nm. Khoảng cách giữa 2 vân sáng liên tiếp trên màn là

A. 1,6 mm.

B. 1,2 mm.

C. 1,8 mm.

D. 1,4 mm.

Hướng dẫn giải

Khoảng cách giữa hai vân sáng liên tiếp trên màn là một khoảng vân i:

$i=\frac{\lambda D}{a}=\frac{{600.10}^{-9}\mathrm{.1,2}}{{\mathrm{0,4.10}}^{-3}}={\mathrm{1,8.10}}^{-3}m=\mathrm{1,8}mm$

Đáp án đúng là C

Câu 10. Trong thí nghiệm I-âng về giao thoa ánh sáng, biết a = 5 mm, D = 2 m. Khoảng cách giữa 6 vân sáng liên tiếp là 1,5 mm. Bước sóng của ánh sáng đơn sắc là

A. 0,65 μm.

B. 0,71 μm.

C. 0,75 μm.

D. 0,69 μm.

Hướng dẫn giải

Khoảng cách giữa 6 vân sáng liên tiếp là 5 khoảng vân => 5i = 1,5 ⇔ i = 0,3 mm

Bước sóng của ánh sáng đơn sắc là:

$\lambda =\frac{i.a}{D}=\frac{{\mathrm{0,3.10}}^{-3}{\mathrm{.5.10}}^{-3}}{2}={\mathrm{7,5.10}}^{-7}m=\mathrm{0,75}\mu m$

Đáp án đúng là C

Xem thêm các bài tóm tắt lý thuyết Vật Lí lớp 11 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:

Lý thuyết Bài 11: Sóng điện từ

Lý thuyết Bài 12: Giao thoa sóng

Lý thuyết Bài 13: Sóng dừng

Lý thuyết Bài 15: Thực hành: Đo tốc độ truyền âm

Lý thuyết Bài 16: Lực tương tác giữa hai điện tích