Giao thoa
Đã giới thiệu| English | Ý nghĩa |
|---|---|
| interference/ˌɪntəˈfɪərəns/ | giao thoa |
| coherent/kəʊˈhɪərənt/ | phổ biến |
| constructive/kənˈstrʌktɪv/ | cộng giao thoa |
| destructive/dɪˈstrʌktɪv/ | trừ giao thoa |
| fringe/frɪndʒ/ | vân |
| path difference/pæθ ˈdɪfrəns/ | chênh lệch quãng đường |
| antiphase/ˌæntɪˈfeɪz/ | ngược pha |
| double slit/ˈdʌbl slɪt/ | khe đôi |
Hai viên đá rơi xuống hồ
- Thả hai viên đá cùng lúc và các gợn sóng giao cắt, tạo thành mẫu vằn ổn định.
- Một số nơi gợn sóng mạnh; một số khác gần như yên tĩnh.
- Đây là giao thoa — sự chồng chập từ hai nguồn phát.
Giao thoa là gì
- Hai sóng đồng bộ chồng lên nhau tạo thành một mẫu cố định.
- Sáng (tăng cường) nơi chúng cộng gộp; tối (hủy bỏ) nơi chúng triệt tiêu.
Giao thoa hai nguồn trong bể gợn sóng: sóng tròn chồng lên nhau tạo thành các đường triệt tiêu
Giao thoa
y = y₁ + y₂
Cùng pha → cộng gộp (sáng/nghe to); ngược pha → triệt tiêu (tối/nghe nhỏ).
Tính đồng bộ
- Hai nguồn đồng bộ nếu chúng duy trì hiệu pha không đổi (cùng tần số).
- Hai bóng đèn riêng biệt không đồng bộ — pha của chúng nhảy ngẫu nhiên, nên bất kỳ pattern nào cũng nhấp nháy và biến mất.
Các màu sắc trên bong bóng xà phòng đến từ sự giao thoa ánh sáng
Hai nguồn kết hợp có:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Tính kết hợp nghĩa là độ lệch pha không đổi (và do đó cùng tần số) — cần thiết để tạo ra mẫu ổn định.
Hai đèn riêng biệt tạo ra một mẫu giao thoa ổn định, nhìn thấy được.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Không — độ lệch pha của chúng thay đổi ngẫu nhiên, nên bất kỳ mẫu nào cũng nhấp nháy quá nhanh để mắt nhìn thấy.
Các nguồn kết hợp có độ lệch pha ____, và do đó có cùng tần số.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Không đổi, không phải bằng không. Hai nguồn lệch nhau vĩnh viễn một phần tư chu kỳ vẫn là nguồn kết hợp, và "cùng pha" là từ không chính xác trong ngữ cảnh này.
Hiệu đường đi
- Cộng hưởng: hiệu đường đi $= n\lambda$ (số nguyên lần bước sóng) — các sóng đến cùng pha.
- Phản xạ: hiệu đường đi $= \left(n + \tfrac{1}{2}\right)\lambda$ — các sóng đến ngược pha.
Hai nguồn đồng bộ tạo ra các đường chuyển dịch cực đại nơi đỉnh gặp đỉnh
Giao thoa cộng gộp xảy ra khi hiệu đường đi là:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
$\Delta x = n\lambda$ → các đỉnh đến cùng lúc → chúng cộng lại. $(n+\tfrac{1}{2})\lambda$ gây ra sự triệt tiêu.
Giao thoa triệt tiêu xảy ra khi hiệu đường đi là một số nguyên cộng thêm một ____ của bước sóng.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
$\Delta x = \left(n + \tfrac{1}{2}\right)\lambda$ — một đỉnh gặp một đáy, nên chúng triệt tiêu lẫn nhau.
Giải thích pattern bằng từ vựng đề thi
- Bốn điểm, bốn câu. 1. Hai khe đóng vai trò là các nguồn đồng bộ (hiệu pha không đổi), vì cùng một sóng đi đến cả hai khe.
- 2. Các sóng từ hai khe chồng lên nhau và giao thoa.
- 3. Nơi hiệu đường đi là số nguyên lần bước sóng thì các sóng đến cùng pha → giao thoa cộng hưởng → vân sáng.
- 4. Nơi nó là số lẻ lần nửa bước sóng thì chúng đến ngược pha → giao thoa phản xạ → vân tối.
Sắp xếp các bước giải thích mẫu khe đôi theo thứ tự.
Difficulty 3/5 · 200 coins + a small bonus on first completion today
Tính kết hợp trước, sau đó là sự giao thoa, rồi hai điều kiện về hiệu đường đi — mỗi ý là một điểm riêng.
Khe đôi Young
- Một nguồn chiếu sáng hai khe, nên chúng đóng vai trò là các nguồn đồng bộ.
- Khoảng cách vân $x = \dfrac{\lambda D}{a}$ ($a$ = khoảng cách giữa hai khe, $D$ = khoảng cách đến màn hình).
Ánh sáng có bước sóng $600\ \text{nm}$ đi qua các khe cách nhau $1.0\ \text{mm}$ chiếu lên màn hình cách xa $2.0\ \text{m}$. Tính khoảng cách vân, tính bằng mm.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$x = \dfrac{\lambda D}{a} = \dfrac{600 \times 10^{-9} \times 2.0}{1.0 \times 10^{-3}} = 1.2 \times 10^{-3}\ \text{m} = 1.2\ \text{mm}$.
Sự thay đổi nào làm tăng khoảng cách vân trong thí nghiệm khe đôi? Chọn tất cả các đáp án đúng.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Công thức x = lambda D / a không chứa yếu tố độ sáng. Nguồn sáng hơn chỉ tạo ra các vân sáng hơn tại cùng vị trí, đây là một phương án gây nhiễu thường gặp.
Thay đổi khoảng cách vân
- Từ $x = \dfrac{\lambda D}{a}$: các vân gần hơn cần $a$ lớn hơn, $D$ nhỏ hơn, hoặc $\lambda$ ngắn hơn.
- Ánh sáng xanh lam tạo ra các vân sát nhau hơn so với ánh sáng đỏ.
Chọn tất cả các thay đổi làm cho các vân nằm sát nhau hơn.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Từ $x = \dfrac{\lambda D}{a}$: $x$ nhỏ hơn cần $a$ lớn hơn, $D$ nhỏ hơn, hoặc $\lambda$ ngắn hơn.
Hai khe cách nhau 0.50 mm được chiếu sáng bởi ánh sáng 600 nm, với màn hình cách xa 2.0 m. Khoảng cách vân là bao nhiêu, tính bằng mm?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
x = lambda D/a = (600e-9)(2.0)/(0.50e-3) = 2.4e-3 m. Chuyển đổi cả bước sóng và khoảng cách khe sang đơn vị mét trước khi thực hiện phép chia.
Ví dụ tính toán: từ vân sang tần số
Một tia laser chiếu vào khe đôi có khoảng cách $0.16\ \text{mm}$; màn hình đặt cách $1.2\ \text{m}$. Khoảng cách từ tâm vân tối thứ nhất đến tâm vân tối thứ chín là $3.2\ \text{cm}$. Tìm bước sóng và tần số của ánh sáng.
- Đếm khoảng cách: từ thứ nhất đến thứ chín là tám khoảng cách, nên $x = \dfrac{3.2}{8} = 0.40\ \text{cm} = 4.0 \times 10^{-3}\ \text{m}$.
- Bước sóng: $\lambda = \dfrac{xa}{D} = \dfrac{(4.0 \times 10^{-3})(0.16 \times 10^{-3})}{1.2} = 5.3 \times 10^{-7}\ \text{m}$ — ánh sáng màu xanh lá cây.
- Tần số: $f = \dfrac{c}{\lambda} = \dfrac{3.00 \times 10^{8}}{5.3 \times 10^{-7}} = 5.6 \times 10^{14}\ \text{Hz}$.
- Kiểm tra: các vân tối được phân bố đều như các vân sáng, nên loại nào cũng cho $x$. Chia cho chín thay vì tám là lỗi thường gặp.
Trong mẫu khe đôi, tâm của vân tối thứ nhất và thứ sáu cách nhau $2.0\ \text{cm}$. Khoảng cách vân là bao nhiêu, tính bằng mm?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Từ thứ nhất đến thứ sáu là năm khoảng cách: $x = \dfrac{2.0\ \text{cm}}{5} = 0.40\ \text{cm} = 4\ \text{mm}$.
Ví dụ tính toán: hai nguồn vi sóng
Hai máy phát vi sóng phát ra cùng pha. Một máy dò di chuyển dọc theo một đường thẳng tìm thấy cực tiểu đầu tiên từ trung tâm tại một điểm mà độ dài đường đi của hai nguồn chênh lệch nhau $4.5\ \text{cm}$.
- Cực tiểu đầu tiên: hiệu đường đi $= \tfrac{1}{2}\lambda$, nên $\lambda = 9.0\ \text{cm}$.
- Tần số: $f = \dfrac{c}{\lambda} = \dfrac{3.00 \times 10^{8}}{0.090} = 3.3 \times 10^{9}\ \text{Hz}$.
- Cực đại tiếp theo hướng ra khỏi trung tâm: hiệu đường đi $= \lambda = 9.0\ \text{cm}$.
- Kiểm tra: pattern đối xứng qua đường trung tâm, nên mỗi điểm đều có một điểm đối xứng ở phía kia với cùng độ sáng — đó chính là điểm mà đề thi yêu cầu bạn đánh dấu.
Đồng bộ nghĩa là hiệu pha không đổi — không phải "cùng pha" và không chỉ đơn thuần là "cùng tần số". Hai bóng đèn độc lập cùng màu có chung tần số nhưng không đồng bộ, nên không tạo ra pattern ổn định. Và khoảng cách vân là giữa hai vân kề nhau: khoảng cách từ vân thứ nhất đến vân thứ chín là tám khoảng cách, không phải chín.
Bạn đã nắm vững
- Giao thoa cần các nguồn đồng bộ (hiệu pha không đổi)
- Cộng hưởng: $\Delta x = n\lambda$ (cùng pha); Phản xạ: $\Delta x = \left(n+\tfrac{1}{2}\right)\lambda$ (ngược pha)
- Khoảng cách vân khe đôi $x = \dfrac{\lambda D}{a}$; đếm các khoảng cách giữa các vân, không phải số vân