Sáng kiến kinh nghiệm Hướng dẫn học sinh lớp 12 cơ bản phân dạng và nắm được phương pháp giải bài tập phần Giao thoa ánh sáng

 SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ 
 TRƯỜNG THPT YÊN ĐỊNH 3
 SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
HƯỚNG DẪN HỌC SINH LỚP 12 CƠ BẢN PHÂN DẠNG 
 VÀ NẮM ĐƯỢC PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP PHẦN 
 GIAO THOA ÁNH SÁNG
 Người thực hiện: Lê Thị Liên
 Chức vụ: Giáo viên
 SKKN thuộc môn: Vật lí
 THANH HOÁ NĂM 2017
 MỤC LỤC
 0 1. MỞ ĐẦU
 1.1 Lí do chọn đề tài:
 - Từ vị trí của bộ môn vật lí trong cấp học THPT hiện nay:
 Môn vật lí cũng như nhiều môn học khác được xem là môn khoa học 
cơ bản, học vật lí càng cần phát triển năng lực tư duy, tính chủ động, độc lập, 
sáng tạo của học sinh để tìm hiểu và lĩnh hội các tri thức khoa học. Trong khuôn 
khổ nhà trường phổ thông, các bài tập vật lí thường là những vấn đề không quá 
phức tạp, có thể giải được bằng những suy luận lôgic, bằng tính toán hoặc thực 
nghiệm dựa trên cơ sở những qui tắc vật lí, phương pháp vật lí đã qui định trong 
chương trình học; bài tập vật lí là một khâu quan trọng trong quá trình dạy và 
học vật lí.
 Việc giải bài tập vật lí giúp củng cố đào sâu, mở rộng những kiến thức 
cơ bản của bài giảng, xây dựng, củng cố kỹ năng, kỹ xảo vận dụng lí thuyết vào 
thực tiễn, là biện pháp quý báu để phát triển năng lực tư duy của học sinh, có 
tác dụng sâu sắc về mặt giáo dục tư tưởng. Vì thế trong giải bài tập vật lí việc 
tìm ra phương án tối ưu nhất để giải nhanh, chính xác, đúng bản chất vật lí là 
điều vô cùng quan trọng.
 - Đặc trưng của môn vật lí lớp 12 THPT:
 Chương trình vật lí lớp 12 THPT bao gồm cả cơ, quang, điên xoay chiều và 
vật lí hạt nhân, hầu như đều là các kiến thức mới với các em, đã thế lí thuyết rất 
dài, nhiều công thức phức tạp, nhiều hằng số với các đơn vị rất khó nhớ lại đòi 
hỏi phải chính xác tuyệt đối. Từ đó đòi hỏi người giáo viên dạy bộ môn phải 
không ngừng nâng cao kiến thức, chuyên môn nghiệp vụ, phải có phương pháp 
tốt trong ôn tập và kiểm tra.
 -Từ thực tế của việc học tập bộ môn: 
 Nhiều học sinh có ý thức học môn vât lí để thi khối A, A1, nhưng phương pháp 
còn bị động, đối phó, trông chờ, ỷ lại vào giáo viên.
 -Từ yêu cầu ngày càng cao của thi cử: 
 Hiện nay, trong xu thế đổi mới của ngành giáo dục về phương pháp kiểm 
tra đánh giá kết quả giảng dạy và thi tuyển trắc nghiệm khách quan đã trở thành 
phương pháp chủ đạo trong kiểm tra đánh giá chất lượng dạy và học trong nhà 
trường THPT. Điểm đáng lưu ý là nội dung kiến thức kiểm tra đánh giá tương 
đối rộng đòi hỏi học sinh phải học kỹ nắm vững toàn bộ kiến thức của chương 
trình, tránh học tủ học lệch. Đối với các kỳ thi ĐH và CĐ, học sinh không 
những phải nắm vững kiến thức mà còn đòi hỏi học sinh phản ứng nhanh đối 
với các dạng toán, đặc biệt là các dạng toán mang tính chất khảo sát mà các em 
thường học.
 - Kết quả bồi dưỡng HSG và học sinh vào các trường ĐH – CĐ: 
 Trong quá trình giảng dạy bản thân đã không ngừng học hỏi, tích lũy được 
nhiều kinh nghiệm hay để có thể áp dụng trong thực tế. Việc bồi dưỡng học sinh 
giỏi đã có kết quả nhất định. Trong các kỳ thi vào ĐH – CĐ hàng năm cũng có 
nhiều học sinh đạt điểm cao.
 1.2 Mục đích nghiên cứu 
Tôi nghiên cứu đề tài này nhằm:
 2 - Phương pháp áp dụng vào việc:
 + Ôn tập chính khóa và ôn thi tốt nghiệp (chỉ là phụ).
 + Ôn thi học sinh giỏi và ôn thi vào đại học – cao đẳng (là chính ). 
2. NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
2.1. Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm
2.1.1. Cơ sở của việc dạy - học bộ môn: Dạy học là quá trình tác động 2 chiều 
giữa giáo viên và học sinh, trong đó học sinh là chủ thể của quá trình nhận thức, 
còn giáo viên là người tổ chức các hoạt động nhận thức cho học sinh. Nếu giáo 
viên có phương pháp tốt thì học sinh sẽ nắm kiến thức một cách dễ dàng và 
ngược lại.
2.1.2. Cơ sở của kiến thức - kỹ năng: 
 + Về mặt kiến thức: Sau khi học xong, học sinh phải nhớ được, hiểu được các 
kiến thức cơ bản trong chương trình sách giáo khoa. Đó là nền tảng vững chắc 
để phát triển năng lực cho học sinh ở cấp cao hơn.
2.1.2.1. Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng.
 - Hiện tượng truyền sai lệch so với sự truyền thẳng khi ánh sáng gặp vật cản 
gọi là hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng.
 - Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng có thể giải thích được nếu thừa nhận ánh sáng 
có tính chất sóng. Hiện tượng này tương tự như hiện tượng nhiễu xạ của sóng 
trên mặt nước khi gặp vật cản. Mỗi chùm sáng đơn sắc coi như chùm sóng có 
bước sóng xác định.
2.1.2.2. Hện tượng giao thoa ánh sáng
a. Thí nghiệm I- âng về giao thoa ánh sáng
Chiếu ánh sáng từ đèn D, qua kính lọc sắc K đến nguồn S. Từ nguồn S ánh sáng 
được chiếu đến hai khe hẹp S1 và S2 thì ở màn quan sát phía sau hai khe hẹp thu 
được một hệ gồm các vân sáng, vân tối xen kẽ nhau đều đặn. Hiện tượng trên 
được gọi là hiện tượng giao thoa ánh sáng.
Hình 1. Hình ảnh quan sát được hiện tượng giao thoa ánh sáng
 4 D
 a 
 D i
 - Từ công thức tính khoảng vân i = → 
 a ai
  
 D
 - Theo công thức tính tọa độ các vân sáng, vân tối và khoảng vân ta có 
 D
 x k ki
 s a
 D
 x (k 1) (k 0,5)i
 t 2a
 - Giữa N vân sáng thì có (n – 1) khoảng vân, nếu biết khoảng cách L giữa N 
vân sáng thì khoảng vân i được tính bởi
công thức i = L
 n 1
Chú ý:
 D
 - Trong công thức xác định tọa độ của các vân sáng x k ki thì các giá 
 s a
trị k dương sẽ cho tọa độ của vân sáng ở chiều dương của màn quan sát, còn 
các giá trị k âm cho tọa độ ở chiều âm. Tuy nhiên các tọa độ này có khoảng 
cách đến vân trung tâm là như nhau. Tọa độ của vân sáng bậc k là x = k.i
 Vân sáng gần nhất cách vân trung tâm một khoảng đúng bằng khoảng vân i.
 - Tương tự, trong công thức xác định tọa độ của các vân tối 
 D
x (k 1) (k 0,5)i thì các giá trị k dương sẽ cho tọa độ của vân sáng ở 
 t 2a
chiều dương của màn quan sát, còn các giá trị k âm cho tọa độ ở chiều âm. Vân 
tối bậc k xét theo chiều dương ứng với giá trị (k – 1) còn xét theo chiều âm ứng 
với giá trị âm của k, khoảng cách gần nhất từ vân tối bậc 1 đến vân trung tâm 
là i/2.
2.1.2.3. Khái niệm ánh sáng trắng: 
 - Ánh sáng trắng như chúng ta biết là tập hợp của vô số các ánh sáng đơn sắc. 
Mỗi một 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 các ánh sáng đơn sắc bị 
trùng nhau.
 - Bước sóng của ánh sáng trắng dao động trong khoảng 0,38 (μm) ≤ λ ≤ 0,76 
(μm). 
 + Về kỹ năng: Học sinh biết vận dụng kiến thức đã học để trả lời được các 
câu hỏi lí thuyết, vận dụng lí thuyết giải được các bài tập Việc bồi dưỡng 
các kiến thức kỹ năng phải dựa trên cơ sở năng lực, trí tuệ của học sinh ở các 
mức độ từ đơn giản đến phức tạp. Như vậy, việc dạy bài mới trên lớp mới chỉ 
cung cấp kiến thức cho học sinh. Học sinh muốn có kiến thức, kỹ năng phải 
được thông qua một quá trình khác: Đó là quá trình ôn tập. Trong 6 mức độ của 
nhận thức, tôi chú ý đến 2 mức độ là: Mức độ vận dụng và mức độ sáng tạo. 
 Mức độ vận dụng là mức độ học sinh có thể vận dụng các kiến thức 
cơ bản đã học để giải đươc các dạng BT áp dụng công thức thay số và tính toán 
. Còn mức độ sáng tạo yêu cầu học sinh phải biết tổng hợp lại, sắp xếp lại, 
 6 HƯỚNG DẪN
 Theo bài, khoảng cách giữa 7 vân sáng là 9 (mm), mà giữa 7 vân sáng có 6 
 ai 1,5.10 3.1,5.10 3
 khoảng vân, khi đó 6.i = 9 (mm) → i = 1, 5 (mm) →  = 
 D 3
 0,75.10-6 (m) = 0,75 (μm).
Tọa độ của vân sáng bậc 4 là xs(4) = 4i = 6 (mm). 
 Vị trí vân tối thứ 3 theo chiều dương ứng với k = 2, nên có x t(2) = (2 + 0,5)i 
= 3,75 (mm).
 Khi đó tọa độ của vân tối thứ 3 là x = 3,75 (mm).
 HƯỚNG DẪN
Ví dụ 2: Trong thí nghiệm I-âng về giao thoa ánh sáng, hai khe cách nhau a = 
0,8 (mm) và cách màn là D = 1,2 (m). Chiếu ánh sáng đơn sắc bước sóng λ = 
0,75 (μm) vào 2 khe. Điểm M cách vân trung tâm 2,8125 (mm) là vân sáng hay 
vân tối ? Bậc của vân tại M ?
 HƯỚNG DẪN
 D
 Ta có khoảng vân i = = 1,125.10-3 (m) = 1,125 (mm). 
 a
 x 2,8125
tỉ số M = 2,5 = 2 + 0,5 →k = 2. Vậy tại M là vân tối thứ 3.
 i 1,125
Ví dụ 3: Trong một thí nghiệm I-âng về giao thoa ánh sáng, dùng bước sóng 
đơn sắc có bước sóng λ= 0,5 (μm).
a) Xác định vân sáng bậc 2 và vân tối thứ 5.
b) Tại điểm M và N cách vân sáng trung tâm lần lượt 5,75 (mm) và 7 (mm) là 
vân sáng hay vân tối ? Nếu có, xác định bậc của vân tại M và N.
 HƯỚNG DẪN
a) Tọa độ của vân sáng bậc hai (có k = 2) và vân tối thứ năm (ứng với k = 4) là: 
 xs (2) 2.i 1 mm
 x t (5) (4 0,5)i 2,25 mm
 x
b) Tại điểm M có M = 11,5 = 11 + 0,5. Vậy tại M là vân tối thứ 12.
 i
 x
 Tại điểm N có N = 14 nên N là vân sáng bậc 14.
 i
2.3.2 DẠNG 2: TÍNH SỐ VÂN SÁNG HAY TỐI TRÊN TRƯỜNG GIAO 
THOA.
TH1: Trường giao thoa đối xứng
 Một trường giao thoa đối xứng nếu vân trung tâm O nằm tại chính giữa của 
trường giao thoa. Gọi L là độ dài của trường giao thoa, khi đó mỗi nửa trường 
giao thoa có độ dài là L/2
Cách giải tổng quát:
Xét một điểm M bất kỳ trên trường giao thoa, khi đó điểm M là vân sáng hay 
vân tối thì tọa độ của M luôn thỏa mãn:
 8 Số vân tối trong MN là số giá trị k bán nguyên thỏa mãn 4 < k < 13. Vậy có 8 
vân tối.
Vậy trên đoạn MN có 8 vân sáng, 8 vân tối.
Ví dụ 3: Trong một thí nghiệm về Giao thoa anhs sáng bằng khe I âng với ánh 
sáng đơn sắc λ = 0,7 μm, khoảng cách giữa 2 khe S 1,S2 là a = 0,35 mm, khoảng 
cách từ 2 khe đến màn quan sát là D = 1m, bề rộng của vùng có giao thoa là 
13,5 mm. Số vân sáng, vân tối quan sát được trên màn là:
 A. 7 vân sáng, 6 vân tối B. 6 vân sáng, 7 vân tối.
 C. 6 vân sáng, 6 vân tối D. 7 vân sáng, 7 vân tối.
 HƯỚNG DẪN
 D 0,7.10 6.1
 Khoảng vân i = = 2.10-3 m= 2mm.
 a 0,35.10 3
 L 
 Số vân sáng: Ns = 2 1 = 2[2,375] + 1 = 7
 2i 
 Phần thập phân của là 0,375 < 0,5 nên số vạch tối là Nt = Ns – 1 = 6 
→ Số vạch tối là 6, số vạch sáng là 7. Chọn A
2.3.3. DẠNG 3: BÀI TOÁN TRÙNG VÂN.
Hai vân sáng trùng nhau
 k1 2
 Khi đó ta có xs(λ1) = xs(λ2) k1i1 = k2i2 → k1λ1 = k2λ2 (1)
 k 2 1
 Khi biết λ1 và λ2 thì các cặp giá trị nguyên của k 1 và k2 thỏa mãn (1) cho phép 
xác định tọa độ trùng nhau của các vân sáng, cặp (k 1, k2) nguyên và nhỏ nhất 
cho biết tọa độ trùng nhau gần nhất so với vân trung tâm O.
Nhận xét:
Có hai dạng câu hỏi thường gặp nhất của bài toán trùng vân ứng với hai bức 
xạ:
 - Tìm số vân sáng có trong khoảng từ vân trung tâm đến vị trí trùng nhau 
gần nhất của hai bức xạ.
 Đối với câu hỏi này thì chúng ta cần xác định vị trí trùng gần nhất, căn cứ 
vào các giá trị của k1, k2 để biết được vị trí đó là vân bậc nào của các bức xạ, từ 
đó tính được tổng số vân trong khoảng, trừ đi số vân trùng sẽ tìm được số vân 
quan sát được thực sự
 - Tìm số vân trùng nhau của hai bức xạ trên một khoảng hay đoạn cho 
trước.
 Câu hỏi dạng này đã được sử dụng cho đề thi đại học năm 2009, để giải 
quyết câu hỏi này thì đầu tiên chúng ta cần xác định được điều kiện trùng vân 
và khoảng cách giữa các lần trung là bao nhiêu, từ đó căn cứ vào vị trí của 
khoảng cho trước (thường là giới hạn bởi hai điểm nào đó) để tính ra trong 
khoảng đó có bao nhiêu vân trùng.
Ví dụ 1: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng với hai bước sóng λ 1 = 0,6 (μm), 
còn λ2 chưa biết. Trên màn ảnh người ta thấy vân sáng bậc 5 của hệ vân ứng với 
bước sóng λ1 trùng với vân tối bậc 5 của hệ vân ứng với λ2. Tìm bước sóng λ2.
 HƯỚNG DẪN 
Vân sáng bậc 5 của λ1 có k = 5, còn vân tối bậc 5 của λ2 có k = 4.
 10