Trả lời nhanh
Ứng dụng của hiện tượng giao thoa ánh sáng là để đo bước sóng ánh sáng. Trong thí nghiệm Y-âng, ta đo được khoảng vân i, khoảng cách hai khe a và khoảng cách D từ hai khe đến màn, rồi tính λ = ia/D. Vì vậy, phát biểu “dùng giao thoa để đo vận tốc ánh sáng” không phải ứng dụng chuẩn của bài học.
Vì sao giao thoa ánh sáng đo được bước sóng?
Trong thí nghiệm Y-âng với ánh sáng đơn sắc, trên màn xuất hiện các vân sáng và vân tối xen kẽ, cách đều nhau. Khoảng cách giữa hai vân sáng (hoặc hai vân tối) liên tiếp gọi là khoảng vân:
i = λD / a ⇒ λ = i·a / D
Ba đại lượng i, a, D đều là độ dài, đo được bằng thước hoặc giác kế. Bước sóng ánh sáng rất nhỏ (cỡ 0,4–0,76 µm) không thể đo trực tiếp, nhưng khoảng vân thì cỡ milimét nên đo dễ dàng. Giao thoa chính là “kính phóng đại” biến một đại lượng cực nhỏ thành đại lượng đo được.
Vì sao không phải là đo vận tốc ánh sáng?
- Công thức khoảng vân chỉ chứa λ, D, a. Không có đại lượng nào liên quan trực tiếp đến thời gian truyền ánh sáng, nên không thể suy ra vận tốc.
- Vận tốc liên hệ với bước sóng qua c = λf. Muốn dùng giao thoa để tính c, ta còn phải biết tần số f bằng một phép đo độc lập, mà bài học không đặt ra điều này.
- Vận tốc ánh sáng được đo bằng các phương pháp khác, dựa trên đo thời gian truyền qua quãng đường đã biết (ví dụ phương pháp bánh răng, gương quay).
Mẹo nhớ: giao thoa → độ dài (i, a, D) → ra bước sóng λ. Thấy chữ “đo” cùng “giao thoa” thì nghĩ ngay đến bước sóng.
Phân tích các đại lượng hay xuất hiện trong phương án
| Đại lượng | Có phải ứng dụng chuẩn? | Lý do |
|---|---|---|
| Bước sóng ánh sáng | Đúng | λ = ia/D, đo trực tiếp từ i, a, D. |
| Vận tốc ánh sáng | Sai | Công thức giao thoa không chứa thời gian truyền; cần thêm tần số mới suy ra được. |
| Tần số ánh sáng | Sai (không trực tiếp) | Chỉ tính được khi biết thêm c: f = c/λ. |
| Cường độ sáng | Sai | Giao thoa cho vị trí vân, không dùng để đo độ mạnh của chùm sáng. |
Ví dụ minh hoạ (tự đặt)
Thí nghiệm Y-âng có a = 0,5 mm, D = 2 m, khoảng vân đo được i = 2,4 mm. Tính bước sóng.
λ = i·a / D = (2,4·10-3 · 0,5·10-3) / 2 = 0,6·10-6 m = 0,6 µm. Đây là ánh sáng màu cam.
Lỗi hay gặp: quên đổi mm sang m; hoặc lấy khoảng cách giữa hai vân sáng xa nhau làm i mà không chia cho số khoảng vân.
Các ứng dụng khác của giao thoa ánh sáng
- Kiểm tra độ phẳng, độ nhẵn của bề mặt kính, thấu kính qua dạng vân giao thoa.
- Đo độ dày rất nhỏ của màng mỏng (màng xà phòng, lớp phủ chống phản xạ).
- Đo chiều dài, độ dịch chuyển cỡ nửa bước sóng bằng giao thoa kế.
Bài luyện tập
- Thí nghiệm Y-âng có a = 1 mm, D = 1,5 m. Sáu vân sáng liên tiếp cách nhau 4,5 mm. Tính λ.
Đáp án: 6 vân sáng có 5 khoảng vân nên i = 4,5/5 = 0,9 mm. λ = (0,9·10-3 · 10-3)/1,5 = 0,6·10-6 m = 0,6 µm. - Khi toàn bộ thí nghiệm đặt trong nước (chiết suất n = 4/3), khoảng vân đo ban đầu trong không khí là 1,2 mm thay đổi thế nào?
Đáp án: bước sóng trong nước λ’ = λ/n nên i’ = i/n = 1,2 : (4/3) = 0,9 mm, khoảng vân giảm. - Đúng hay sai: “Chỉ cần đo i, a, D là tính được vận tốc ánh sáng”.
Đáp án: Sai, các số liệu này chỉ cho λ; muốn có c = λf còn cần biết tần số f.
Câu hỏi thường gặp
Giao thoa ánh sáng dùng để đo đại lượng nào?
Dùng để đo bước sóng ánh sáng, thông qua công thức λ = ia/D trong thí nghiệm Y-âng.
Giao thoa ánh sáng có đo được vận tốc ánh sáng không?
Không trực tiếp. Công thức giao thoa không chứa thời gian truyền sáng; muốn tính c = λf phải biết thêm tần số f bằng phép đo khác.
Khi đo khoảng vân i nên đo thế nào cho chính xác?
Đo khoảng cách giữa nhiều vân sáng liên tiếp (n vân sáng thì có n − 1 khoảng vân) rồi chia cho n − 1 để giảm sai số.
Đặt thí nghiệm trong môi trường có chiết suất n thì bước sóng và khoảng vân thay đổi ra sao?
Bước sóng và khoảng vân đều giảm n lần: λ' = λ/n và i' = i/n, còn tần số không đổi.