Giải SGK Vật Lí 11 Cánh diều Bài 3: Giao thoa sóng

- Những điểm đứng yên trên mặt nước khi hai quả cầu dao động đồng thời, các điểm đó chính là những nút đứng trong hiện tượng giao thoa của hai sóng trùng pha, mà tại đó hai sóng trái pha triệt tiêu lẫn nhau và không gây ra dao động trên mặt nước.

I. Sự giao thoa của hai sóng mặt nước

Luyện tập 1 (trang 50) SGK Vật Lí 11 Cánh diều Bài 3: Điểm M nằm cách đều hai nguồn sóng cùng tần số 90 Hz thì có thuộc hệ vân giao thoa của hai sóng đó không?

Lời giải:

Điểm M có thuộc hệ vân giao thoa của hai sóng. Khi đó điểm M nằm trên đường trung trực của đoạn nối hai nguồn sóng.

- Nếu hai nguồn dao động cùng pha thì M dao động với biên độ cực đại.

- Nếu hai nguồn dao động ngược pha thì M dao động với biên độ cực tiểu.

Câu hỏi 1 (trang 50) SGK Vật Lí 11 Cánh diều Bài 3: Biết bước sóng là khoảng cách giữa hai gợn lồi hoặc hai gợn lõm liên tiếp trên cùng một phương truyền sóng. Hãy nêu cách xác định bước sóng do hai nguồn phát ra trên Hình 3.6.

Trả lời:

- Dùng bút chì kẻ một đường thẳng đi qua nguồn sóng, ta biểu diễn được một phương truyền sóng. Chọn hai điểm là giao điểm của đường thẳng với hai đường tròn màu xanh (gợn sóng lồi) hoặc hai đường tròn màu tím (gợn sóng lõm) liên tiếp. bước sóng là độ dài của đoạn thẳng nối hai điểm này.  

Câu hỏi 2 (trang 51) SGK Vật Lí 11 Cánh diều Bài 3: Dùng bút chì vẽ đường nối các điểm giao nhau giữa các gợn lồi hoặc của các gợn lõm của hai nguồn sóng trên Hình 3.6 và đối chiếu kết quả với công thức (3.1).

Trả lời:

Giả sử tại 1 và 2 nguồn sóng có phương trình: u₁=u₂=Acos(ω t)

Phương trình sóng tại M do nguồn u₁, u₂ truyền đến lần lượt là: 

Câu hỏi 3 (trang 51) SGK Vật Lí 11 Cánh diều Bài 3: Quan sát hình ảnh mặt nước thu được trên màn khi thay đổi tần số dao động của một quả cầu thì không còn thấy các dao động cực đại và cực tiểu nằm trên các đường xác định nữa. Vậy điều kiện để quan sát được hệ vân giao thoa là gì?

Trả lời:

- Điều kiện để quan sát được hệ vân giao thoa là hai quả cầu tạo dao động (nguồn sóng) có cùng tần số dao động, hay hai nguồn sóng là hai nguồn kếp hợp.

II. Giao thoa ánh sáng

Luyện tập 2 (trang 52) SGK Vật Lí 11 Cánh diều Bài 3: Trong một thí nghiệm giao thoa ánh sáng với khe Young, người ta được khoảng cách đo từ vân trung tâm đến vân sáng thứ mười là 4,0 mm. Ở vị trí cách vân trung tâm 1,0 mm sẽ là vân sáng hay tối?

Lời giải:

Khoảng cách từ vân trung tâm đến vân thứ mười tương ứng với 10 khoảng vân.

$i=\frac{4}{10}=0,4mm$

Ở vị trí cách vân trung tâm 1,0 mm khi đó: $k=\frac{x}{i}=\frac{1}{0,4}=2,5=3-0,5$

Vị trí này tương ứng với vị trí của vân tối thứ 3.

Vận dụng (trang 52) SGK Vật Lí 11 Cánh diều Bài 3: Nêu phương án xác định bước sóng ánh sáng bằng thí nghiệm giao thoa với khe Young.

Lời giải:

Đo khoảng cách a giữa khoảng cách giữa hai khe S₁, S₂ và khoảng cách D từ trung điểm hai nguồn sáng đến màn.

Xác định khoảng vân i bằng cách đo khoảng cách xs = ki (đủ lớn để đo) từ vân sáng thứ k đến vân trung tâm. Tính $i=\frac{x_{s}}{k}$

Khoảng vân phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng giao thoa theo công thức $i=\frac{\lambda D}{a}$. Do đó, bước sóng của ánh sáng giao thoa là $\lambda =\frac{ia}{D}$