Công thức vật lý 12 chương 5: sóng ánh sáng, bài 6: bài toán giao thoa ánh sáng trắng

$∆x_1=\left({\lambda }_{đỏ}-{\lambda }_{tím}\right)\frac{D}{a}$

Định nghĩa

Bề rộng quang phổ bậc 1 là khoảng cách giữa vân sáng bậc 1 của bước sóng màu đỏ và vân sáng bậc 1 của bước sóng màu tím 

$∆x_1=\left({\lambda }_{đỏ}-{\lambda }_{tím}\right)\frac{D}{a}$

$∆x_1$ : Bề rộng quang phổ bậc 1 $\left(mm\right)$

D: Khoảng cách từ màn chứa khe đến màn $\left(m\right)$

a: Khoảng cách giữa hai khe $\left(mm\right)$

${\lambda }_{đỏ}$ Bước sóng của ánh sáng màu đỏ $\left(\mu m\right)$

${\lambda }_{tím}$ :Bước sóng của ánh sáng màu tím $\left(\mu m\right)$ 

$∆x_n=n\left({\lambda }_{đỏ}-{\lambda }_{tím}\right)\frac{D}{a}$

Định nghĩa

Bề rộng quang phổ bậc 1 là khoảng cách giữa vân sáng bậc 1 của bước sóng màu đỏ và vân sáng bậc 1 của bước sóng màu tím 

$∆x_n=n\left({\lambda }_{đỏ}-{\lambda }_{tím}\right)\frac{D}{a}$

$∆x_n$ : Bề rộng quang phổ bậc n $\left(mm\right)$

D: Khoảng cách từ màn chứa khe đến màn $\left(m\right)$

a: Khoảng cách giữa hai khe $\left(mm\right)$

${\lambda }_{đỏ}$ Bước sóng của ánh sáng màu đỏ $\left(\mu m\right)$

${\lambda }_{tím}$ :Bước sóng của ánh sáng màu tím $\left(\mu m\right)$ 

$∆x_2=2\left({\lambda }_{đỏ}-{\lambda }_{tím}\right)\frac{D}{a}$

Định nghĩa

Bề rộng quang phổ bậc 2 là khoảng cách giữa vân sáng bậc 1 của bước sóng màu đỏ và vân sáng bậc 1 của bước sóng màu tím 

$∆x_2=2\left({\lambda }_{đỏ}-{\lambda }_{tím}\right)\frac{D}{a}$

$∆x_2$ : Bề rộng quang phổ bậc 2 $\left(mm\right)$

D: Khoảng cách từ màn chứa khe đến màn $\left(m\right)$

a: Khoảng cách giữa hai khe $\left(mm\right)$

${\lambda }_{đỏ}$ Bước sóng của ánh sáng màu đỏ $\left(\mu m\right)$

${\lambda }_{tím}$ :Bước sóng của ánh sáng màu tím $\left(\mu m\right)$ 

$d=∆x_2-∆x_1=\left({\lambda }_{đỏ}-{\lambda }_{tím}\right)\frac{D}{a}$

$∆x_n$ : Bề rộng quang phổ bậc n $\left(mm\right)$

d: Khoảng cách giữa hai quang phổ $\left(mm\right)$

D: Khoảng cách từ màn chứa khe đến màn $\left(m\right)$

a: Khoảng cách giữa hai khe $\left(mm\right)$

${\lambda }_{đỏ}$ Bước sóng của ánh sáng màu đỏ $\left(\mu m\right)$

${\lambda }_{tím}$ :Bước sóng của ánh sáng màu tím $\left(\mu m\right)$ 

$L=\left(m{\lambda }_{đỏ}-\left(m+1\right){\lambda }_{tím}\right)\frac{D}{a}$

Với m là bậc của quang phổ lớn hơn hoặc bằng 2

$L:$ Độ phủ của hai vùng quang phổ $\left(mm\right)$

${\lambda }_{đỏ}:$Bước sóng của ánh sáng đỏ $\left(\mu m\right)$

${\lambda }_{tím}$: Bước sóng của ánh sáng tím $\left(\mu m\right)$

$\frac{a{x}_M}{{\lambda }_{đỏ}.D}\le k\le \frac{a{x}_M}{{\lambda }_{tím}.D}$

Cho bước sóng ánh sáng trắng : ${\lambda }_{tím} \left(\mu m\right) \le \lambda \le {\lambda }_{đỏ} \left(\mu m\right)$

Xét tại $x_M$ cho vân sáng ta có : $x=\frac{k\lambda D}{a}$

$$\begin{gathered} {\lambda }_{tím} \le \frac{a{x}_M}{kD}\le {\lambda }_{đỏ} \\ \Rightarrow \frac{a{x}_M}{{\lambda }_{đỏ}.D}\le k\le \frac{a{x}_M}{{\lambda }_{tím}.D} \end{gathered}$$

Lấy k nguyên

Lấy k nguyên : $k_1 , k_2 ,..$

${\lambda }_1=\frac{ax}{k_{1}D} ; {\lambda }_2=\frac{ax}{k_{2}D}$

$Bước sóng cho vân sáng tại M$: $\frac{a{x}_M}{{\lambda }_{đỏ}.D}\le k\le \frac{a{x}_M}{{\lambda }_{tím}.D}$

lấy k nguyên : $k_1 , k_2 ,..$

${\lambda }_1=\frac{ax}{k_{1}D} ; {\lambda }_2=\frac{ax}{k_{2}D}$

$\frac{a{x}_M}{{\lambda }_{đỏ}.D}+\frac{1}{2}\le k\le \frac{a{x}_M}{{\lambda }_{tím}.D}+\frac{1}{2}$

Cho bước sóng ánh sáng trắng : ${\lambda }_{tím} \left(\mu m\right) \le \lambda \le {\lambda }_{đỏ} \left(\mu m\right)$

Xét tại $x_M$ cho vân tối ta có : $x_M=\frac{\left(k-0,5\right)\lambda D}{a}$

$$\begin{gathered} {\lambda }_{tím} \le \frac{a{x}_M}{\left(k-0,5\right)D}\le {\lambda }_{đỏ} \\ \Rightarrow \frac{a{x}_M}{{\lambda }_{đỏ}.D}+\frac{1}{2}\le k\le \frac{a{x}_M}{{\lambda }_{tím}.D}+\frac{1}{2} \end{gathered}$$

Lấy k nguyên

Lấy k nguyên : $k_1 , k_2 ,..$

${\lambda }_1=\frac{ax}{\left(k_1-0,5\right)D} ; {\lambda }_2=\frac{ax}{\left(k_2-0,5\right)D}$

$Bước sóng cho vân tối tại M$: $\frac{a{x}_M}{{\lambda }_{đỏ}.D}+\frac{1}{2}\le k\le \frac{a{x}_M}{{\lambda }_{tím}.D}+\frac{1}{2}$

lấy k nguyên : $k_1 , k_2 ,..$

${\lambda }_1=\frac{ax}{\left(k_1-0,5\right)D} ; {\lambda }_2=\frac{ax}{\left(k_2-0,5\right)D}$

$N_{không đơn sắc}=N_{s12}+N_{s23}+N_{s31}$

Gỉa sử vị trí trùng tương ứng: $x=\frac{BCNN\left(m,n,l\right)}{m}{i}_1=\frac{BCNN\left(m,n,l\right)}{n}{i}_2=\frac{BCNN\left(m,n,l\right)}{l}{i}_3$

Số vân trùng của bước sóng 1 và 2: $x_{12}=k_1{i}_1=k_2{i}_2\Rightarrow \frac{k_1}{k_2}=\frac{{\lambda }_2}{{\lambda }_1}=\frac{a_1}{b_1}$

$N_{s12}=\left[\frac{BCNN\left(m,n.l\right)}{m.a_1}\right]-1$

Số vân trùng của bước sóng 3 và 2:$x_{32}=k_3{i}_3=k_2{i}_2\Rightarrow \frac{k_2}{k_3}=\frac{{\lambda }_3}{{\lambda }_2}=\frac{b_2}{c_1}$

$N_{s23}=\left[\frac{BCNN\left(m,n.l\right)}{n.b_2}\right]-1$

Số vân trùng của bước sóng 3 và 1:$x_{31}=k_3{i}_3=k_1{i}_1\Rightarrow \frac{k_3}{k_1}=\frac{{\lambda }_1}{{\lambda }_3}=\frac{c_2}{a_2}$

$N_{s13}=\left[\frac{BCNN\left(m,n.l\right)}{l.c_2}\right]-1$

Số vân sáng không đơn sắc trong khoảng giữa :

$N_{không đơn sắc}=N_{s12}+N_{s23}+N_{s31}$

$N_{s quan sát}=BCNN\left(m,n,l\right)\left(\frac{1}{m}+\frac{1}{n}+\frac{1}{l}\right)-3-N_{ không đơn sắc}$

Gỉa sử vị trí trùng tương ứng: $x=\frac{BCNN\left(m,n,l\right)}{m}{i}_1=\frac{BCNN\left(m,n,l\right)}{n}{i}_2=\frac{BCNN\left(m,n,l\right)}{l}{i}_3$

$N_{s quan sát}=N_{1s}+N_{2s}+N_{3s}-N_{không đơn sắc}$

$$\begin{gathered} N_{1s}=\frac{BCNN\left(m,n,l\right)}{m}-1 \\ {N}_{2s}=\frac{BCNN\left(m,n,l\right)}{n}-1 \\ {N}_{3s}=\frac{BCNN\left(m,n,l\right)}{l}-1 \end{gathered}$$

$N_{không đơn sắc}=N_{s12}+N_{s23}+N_{s31}$

$$\begin{gathered} \frac{∆x_n\text{'}}{∆x_n}=\frac{D+∆D}{D} \\ \Rightarrow ∆x_n\text{'}=\left(1+\frac{∆D}{D}\right)∆x_n \end{gathered}$$

Ban đầu bề rộng quang phổ bậc n: $∆x_n=n\left({\lambda }_{đỏ}-{\lambda }_{tím}\right)\frac{D}{a}$

Lúc sau bề rộng quang phổ bậc n : $∆x_n\text{'}=n\left({\lambda }_{đỏ}-{\lambda }_{tím}\right)\frac{D+∆D}{a}$

$$\begin{gathered} \frac{∆x_n\text{'}}{∆x_n}=\frac{D+∆D}{D} \\ \Rightarrow ∆x_n\text{'}=\left(1+\frac{∆D}{D}\right)∆x_n \end{gathered}$$

Màn dịch lại gần $∆D<0$ bề rộng quang phổ tăng

Màn dịch ra xa $∆D>0$ bề rộng quang phổ giảm

Gần nhất : $x=\left(m+1\right).\frac{{\lambda }_{tím}.D}{a}$

Xa nhất :  $x=\left(m\right).\frac{{\lambda }_{đỏ}.D}{a}$

Xét 2 quang phổ m và m+1

Gần nhất : $x=\left(m+1\right).\frac{{\lambda }_{tím}.D}{a}$

Xa nhất :  $x=\left(m\right).\frac{{\lambda }_{đỏ}.D}{a}$

Với x : Vị trí trùng của vùng quang phổ

Bước sóng ánh sáng trắng : $0,38 \left(\mu m\right) <\lambda <0,76 \left(\mu m\right)$

Vân trung tâm có màu trắng: Hai bên vân trung tâm có màu như cầu vồng gọi là quang phổ.

Bước sóng ánh sáng trắng thường dùng $0,38 \left(\mu m\right) <\lambda <0,76 \left(\mu m\right)$

Vân trung tâm có màu trắng: Hai bên vân trung tâm có màu như cầu vồng gọi là quang phổ.

Tại một vị trí có thể có bức xạ cho vân tối hoặc cho vân sáng.

$N_{s đơn sắc}=BCNN\left(m,n,l\right)\left(\frac{1}{m}+\frac{1}{n}+\frac{1}{l}\right)-2\left(N_{s12}+N_{s23}+N_{31}\right)-3$

Gỉa sử vị trí trùng tương ứng: $x=\frac{BCNN\left(m,n,l\right)}{m}{i}_1=\frac{BCNN\left(m,n,l\right)}{n}{i}_2=\frac{BCNN\left(m,n,l\right)}{l}{i}_3$

Số vân trùng của bước sóng 

$N_{s12}=\left[\frac{BCNN\left(m,n.l\right)}{m.a_1}\right]+1$ là số vân trùng của bước sóng 1 và 2 trên khoảng cùng màu với vân trung tâm.

$N_{s23}=\left[\frac{BCNN\left(m,n.l\right)}{n.b_2}\right]+1$ là số vân trùng của bước sóng 2 và 3 trên khoảng cùng màu với vân trung tâm.

$N_{s13}=\left[\frac{BCNN\left(m,n.l\right)}{l.c_2}\right]+1$là số vân trùng của bước sóng 1 và 3 trên khoảng cùng màu với vân trung tâm.

Số vân sáng đơn sắc trong khoảng giữa :

$N_{s đơn sắc}=BCNN\left(m,n,l\right)\left(\frac{1}{m}+\frac{1}{n}+\frac{1}{l}\right)-2\left(N_{s12}+N_{s23}+N_{s31}\right)-3$

${\lambda }_1 : {\lambda }_2 : {\lambda }_3=m : n :l$ ; $K=BCNN\left(n,m,l\right)$

$\Rightarrow x=\frac{K}{m}\frac{{\lambda }_{1}D}{a}=\frac{K}{n}\frac{{\lambda }_{2}D}{a}=\frac{K}{l}\frac{{\lambda }_{3}D}{a}$

 

Xét 3 bước sóng đơn sắc ${\lambda }_1 , {\lambda }_2 , {\lambda }_3$

Lập tỉ số : ${\lambda }_1 : {\lambda }_2 : {\lambda }_3=m : n :l$

Vị trí trùng : $K=BCNN\left(n,m,l\right)$

$x=k_1\frac{{\lambda }_{1}D}{a}=k_2\frac{{\lambda }_{2}D}{a}=k_3\frac{{\lambda }_{3}D}{a}$

$=\frac{BCNN\left(n,m,l\right)}{m}\frac{{\lambda }_{1}D}{a}=\frac{BCNN\left(n,m,l\right)}{n}\frac{{\lambda }_{2}D}{a}=\frac{BCNN\left(n,m,l\right)}{l}\frac{{\lambda }_{3}D}{a}$

$$\begin{gathered} L=\frac{K}{m}{i}_1=\frac{K}{n}{i}_2=\frac{K}{l}{i}_3 \\ =\left(N_{s1}-1\right)i_1=\left(N_{s2}-1\right)i_2=\left(N_{s3}-1\right)i_3 \end{gathered}$$

Gỉa sử vị trí trùng nhau như vân trung tâm ứng với $k_1=\frac{K}{m} ,k_2=\frac{K}{n} ,k_3=\frac{K}{l}$ ứng bước sóng ${\lambda }_1,{\lambda }_2,{\lambda }_3$

Khoảng cách giữa hai vị trí có cùng màu với vân trung tâm 3 bước sóng là

$$\begin{gathered} L=\frac{BCNN\left(m,n,l\right)}{m}{i}_1=\frac{BCNN\left(m,n,l\right)}{n}{i}_2=\frac{BCNN\left(m,n,l\right)}{l}{i}_3 \\ =\left(N_{s1}-1\right)i_1=\left(N_{s2}-1\right)i_2=\left(N_{s3}-1\right)i_3 \end{gathered}$$

Với $N_{s1};N_{s2};N_{s3}$ là số vân sáng trên khoảng giữa hai vân sáng giống màu vân trung tâm

$$\begin{gathered} N_{s1}=\left(k_1-1\right)=\frac{K}{m}-1 \\ {N}_{s2}=\left(k_2-1\right)=\frac{K}{n}-1 \\ {N}_{s3}=\left(k_3-1\right)=\frac{K}{l}-1 \end{gathered}$$

K=BCNN$\left({\lambda }_1,{\lambda }_2,{\lambda }_3\right)$