Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng của Young (Iâng), Khoảng Cách Giữa Hai Khe đóng vai trò then chốt, ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả giao thoa. Bài viết này sẽ đi sâu vào tầm quan trọng của khoảng cách giữa hai khe, các yếu tố liên quan, và cách giải các bài tập thường gặp.
Ảnh hưởng của khoảng cách giữa hai khe (a) đến khoảng vân (i):
Khoảng vân (i) là khoảng cách giữa hai vân sáng hoặc hai vân tối liên tiếp trên màn quan sát. Công thức tính khoảng vân là:
i = λD/a
Trong đó:
- λ là bước sóng của ánh sáng đơn sắc (m)
- D là khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến màn quan sát (m)
- a là khoảng cách giữa hai khe (m)
Từ công thức trên, ta thấy khoảng cách giữa hai khe (a) tỉ lệ nghịch với khoảng vân (i). Điều này có nghĩa là:
- Nếu khoảng cách giữa hai khe tăng, khoảng vân giảm. Các vân giao thoa sẽ trở nên gần nhau hơn.
- Nếu khoảng cách giữa hai khe giảm, khoảng vân tăng. Các vân giao thoa sẽ trở nên xa nhau hơn.
Ví dụ minh họa và bài tập:
Một thí nghiệm giao thoa ánh sáng với ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ = 0.5 μm, khoảng cách từ hai khe đến màn D = 2m.
-
Bài toán 1: Nếu khoảng cách giữa hai khe a = 1mm, tính khoảng vân i.
Giải:
i = λD/a = (0.5 x 10-6 m) * (2 m) / (1 x 10-3 m) = 1 x 10-3 m = 1 mm
-
Bài toán 2: Để khoảng vân i = 0.5 mm, cần điều chỉnh khoảng cách giữa hai khe là bao nhiêu?
Giải:
Từ công thức i = λD/a, suy ra a = λD/i = (0.5 x 10-6 m) * (2 m) / (0.5 x 10-3 m) = 2 x 10-3 m = 2 mm
Vị trí vân sáng và vân tối:
Vị trí vân sáng thứ k trên màn được xác định bởi công thức:
xs = k i = k λD/a (với k = 0, ±1, ±2,…)
Vị trí vân tối thứ k trên màn được xác định bởi công thức:
xt = (k + 0.5) i = (k + 0.5) λD/a (với k = 0, ±1, ±2,…)
Bài tập vận dụng:
Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng Young, khoảng cách giữa hai khe a = 1.5mm, khoảng cách từ hai khe đến màn D = 1.8m, và bước sóng ánh sáng λ = 0.6 μm. Tìm vị trí vân sáng bậc 3 và vân tối thứ 2 so với vân sáng trung tâm.
Giải:
Khoảng vân: i = λD/a = (0.6 x 10-6 m) * (1.8 m) / (1.5 x 10-3 m) = 0.72 mm
Vị trí vân sáng bậc 3: xs3 = 3 i = 3 0.72 mm = 2.16 mm
Vị trí vân tối thứ 2: xt2 = (2 + 0.5) i = 2.5 0.72 mm = 1.8 mm
Kết luận:
Khoảng cách giữa hai khe là một yếu tố quan trọng trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng, ảnh hưởng trực tiếp đến khoảng vân và vị trí các vân giao thoa trên màn. Việc nắm vững công thức và các yếu tố liên quan giúp giải quyết các bài tập về giao thoa ánh sáng một cách chính xác.
