Hiện tượng giao thoa ánh sáng là gì

Hiện tượng giao thoa ánh sáng là hiện tượng xảy ra khi hai chùm sáng kết hợp với nhau khi chồng lên nhau tạo ra những nơi chúng củng cố lẫn nhau, còn những nơi chúng triệt tiêu nhau tạo ra những đám mây đen và sáng xen kẽ. là các vân giao thoa. Giờ chúng ta sẽ tiếp tục tìm hiểu thêm về hiện tượng giao thoa ánh sáng là gì trong bài viết dưới đây.

Hiện tượng giao thoa ánh sáng là gì?

Xét hai chùm ánh sáng phát có cùng tần số và cùng pha hoặc có độ lệch pha không đổi theo thời gian.

Khi hai chùm sáng kết hợp với nhau sẽ giao thoa:

• Những nơi 2 sóng gặp nhau có cùng pha thì chúng củng cố nhau tạo nên các vân sáng.
• Trường hợp hai sóng gặp nhau nhưng ngược pha nhau, chúng triệt tiêu nhau tạo ra mây đen.

 Nếu ánh sáng trắng giao thoa, hệ thống vân của các đèn đơn sắc khác nhau sẽ không trùng nhau:

• Ở chính giữa, các vân sáng gồm các ánh sáng đơn sắc khác nhau trùng nhau cho một vân sáng trắng gọi là vân trắng trung tâm (vân trung tâm).

•  Ở hai bên của vân trung tâm, các vạch sáng khác nhau của các ánh sáng đơn sắc khác nhau không trùng nhau, chúng liền nhau và cho quang phổ có màu giống như cầu vồng.

   Giao thoa ánh sáng là bằng chứng thực nghiệm cho thấy ánh sáng có dạng sóng.

Giao thoa ánh sáng qua thí nghiệm Young:

                                                                                                                         Hình 1

Sự giao thoa xảy ra khi sự tổng hợp của hai hoặc nhiều ánh sáng kết hợp trong không gian, tạo ra các vân sáng tối xen kẽ. Hai nguồn kết hợp ở đây là hai nguồn có cùng bước sóng và độ lệch pha giữa hai nguồn không thay đổi theo thời gian.

Đây là một trong những thí nghiệm tiêu biểu trong giao thoa sóng ánh sáng. S1, S2 là hai nguồn sáng, a (m) là khoảng cách hai khe sáng, D (m) là khoảng cách từ màn đến khe sáng, λ (m) là bước sóng ánh sáng và L (m)  là độ rộng màn giao thoa.

Hiệu số quang học: d1 - d2 = ax / D (với D >> a)

Khi hai sóng gặp nhau cùng pha thì chúng củng cố lẫn nhau, tức là hiệu số quang bằng bước sóng.

Trên màn, tại vị trí x là vân sáng thì x = k λ D/ a (k là số nguyên). k = 0 là vân sáng trung tâm, k= +/- n là vân sáng bậc n.

Vân tối khi hai sóng ngược pha, chúng triệt tiêu nhau, tức là hiệu số quang bằng nửa bước sóng.

Trên màn hình, tại vị trí x là vân tối thì x = (2k + 1) λ D / 2a (số nguyên k)

                                                                                                       Hình 2

Khoảng vân i: Khoảng cách ngắn nhất giữa 2 vân cùng màu (2 vân sáng hoặc 2 vân tối),

I được tính như sau:

I = λ.D/a

Ứng dụng của hiện tượng giao thoa ánh sáng trong đời sống

• Kiểm tra phẩm chất các bề mặt quang học: Kiểm tra bề mặt gương để đánh giá độ xước và gồ gề (không vượt quá 1/10 bước sóng)
• Đo chiết suất các chất lỏng, khí
• Đo chiều dài chính xác các vật bằng giao thoa kế Michelson

Bài tập ứng dụng tự làm:

Ví dụ 1: Trong thí nghiệm giao thoa khe Young, khoảng cách giữa hai khe F1F2 là a = 4 (mm); khoảng cách từ hai khe F1F2 đến màn là D = 2 (m)  dùng ánh sáng đơn sắc. Xét trên khoảng MN, trong đó MO = 6 (mm), ON = 15 (mm), (O là vị trí của vân sáng trung tâm), MN nằm về hai phía của vân sáng trung tâm. Tính số vân trên đoạn MN?

Ví dụ 2: Trong thí nghiệm khe Young, khoảng cách giữa hai khe là 2 mm, khoảng cách từ hai khe đến màn là 2,5 m. Trên màn đo được khoảng cách từ vân sáng bậc 3 bên trái đến vân sáng bậc 5 bên phải là 9 mm. Tính bước sóng được sử dụng trong thí nghiệm?

Ví dụ 3: Giao thoa khe Y-âng với ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ . Các khe sáng S1 và S2 cách nhau 2mm. Các vân giao thoa quan sát được trên màn song song và cách đều 2 khe một khoảng D. Nếu ta dịch màn ra xa thêm 0,4mm thì khoảng vân tăng thêm 0,15mm. Bước sóng λ bằng bao nhiêu?

Ví dụ 4: Trong thí nghiệm khe Young về giao thoa ánh sáng. khoảng cách giữa hai khe sáng là a = 3 mm, khoảng cách từ hai khe đến màn quan sát là D = 1,5 m. Nguồn sáng đơn sắc có λ = 0,7 µm. Xét khoảng cách MN trên màn, với MO = 5 mm, ON = 10 mm, (O là vị trí của vân sáng trung tâm và M, N nằm khác phía so với O). Có bao nhiêu vân sáng và vân tối trên MN?

Ví dụ 5: Trong một thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, khoảng cách giữa hai khe là 0,5 mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến màn là 2 m. Nguồn ánh sáng trắng có bước sóng nằm trong đoạn 380 nm  - 760 nm. M là một điểm nằm trên màn, cách vân sáng trung tâm 4 cm. Trong số các bước sóng của các bức xạ đối với vân sáng tại M, bước sóng dài nhất là bao nhiêu?

Như vậy qua bài viết trên chúng tôi đã giới thiệu cho bạn về hiện tượng giao thoa ánh sáng trong vật lý cùng ứng dụng của nó trong thực tiễn cuộc sống cùng với các ví dụ đơn giản để bạn đọc tự giải nhằm cũng cố thêm kiến thức về giao thoa ánh sáng, đặc biệt đây là nội dung quan trọng sẽ ra trong các kì thi ở cấp học Phổ Thông.