Như chúng ta đã biết, ánh sáng có lưỡng tính sóng – hạt. Và một hiện tượng cho phép ta khẳng định ánh sáng có tính chất sóng đó chính là: Hiện tượng giao thoa ánh sáng. Nhưng tôi thấy cách viết phần khảo sát hiện tượng giao thoa của một số sách Vật lí phổ thông hiện nay chưa có tính tổng quát cao, gây ra khó khăn trong việc giải một số bài toán. Ví dụ: Bài toán về giao thoa trong môi trường có chiết suất n; giao thoa có bản mỏng. Có lẽ nguyên nhân chủ yếu là do chúng ta né tránh khái niệm “quang lộ”. Do đó tôi xin đưa ra một số ý kiến để anh em đồng nghiệp dạy Vật lí THPT, cùng các em học sinh tham khảo như sau:

Trước hết chúng ta cần nắm được khái niệm Quang lộ, sau đó ta xây dựng công thức vị trí vân sáng, tối theo khái niệm này. Và từ đó ta giải quyết các bài toán nêu trên.

A, Quang lộ

Định nghĩa: “Quang lộ giữa hai điểm A, B là đoạn đường ánh sáng truyền được trong chân không trong khoảng thời gian t, trong đó t là khoảng thời gian mà ánh sáng đi được đoạn đường AB trong môi trường”.

Ta có công thức tính quang lộ như sau:

Xét hai điểm A, B    với AB = d ; trong một môi

trường đồng tính, chiết suất n. Thời gian ánh sáng

đi từ A đến B là:

                                            (1)

trong đó v là vận tốc ánh sáng trong môi trường chiết suất n.

Do đó quang lộ (L) giữa hai điểm A, B là:

                                      (2)       Vì

  Nếu ánh sáng truyền qua nhiều môi trường chiết suất n₁, n₂, …, với các đoạn đường lần lượt là d₁, d₂,…, thì quang lộ tổng cộng là:

                                    L = n₁d₁ + n₂d₂ + ….. =   (3)

Còn nếu ánh sáng truyền trong môi trường có chiết suất thay đổi liên tục thì ta chia đoạn đường thành các đoạn vô cùng nhỏ ds. Trên mỗi đoạn nhỏ ta coi chiết suất là không đổi thì quang lộ giữa hai điểm A, B là:

                              L =                      (4)

1, Vị trí các cực đại và cực tiểu

            Xét hai nguồn kết hợp S₁, S₂, đơn sắc. Phương trình dao động sáng của chúng lần lượt là:

Phương trình dao động sáng tại M do hai nguồn gửi tới là:

trong đó L₁ và L₂ là quang lộ trên đoạn đường d₁, d₂.

            Biên độ dao động sáng tại M phụ thuộc vào hiệu pha: của hai dao động.

            Nếu  Þ  Þ .            (5)

với K = 0, ±1, ±2…, thì biên độ dao động sáng tổng hợp và đo đó cường độ sáng tại M đạt giá trị cực đại; tương ứng với cực đại giao thoa.

Nếu  Þ  Þ .          (6)

với K = 0, ±1, ±2…, thì biên độ dao động sáng tổng hợp và đo đó cường độ sáng tại M đạt giá trị cực tiểu; tương ứng với cực tiểu giao thoa.

2, Vị trí vân giao thoa

            Kẻ S₁H vuông góc với S₂M. Vì màn quan sát đặt xa và a nhỏ (a<<d₁, d₂). Nên từ hình vẽ ta có:

            +Vị trí vân sáng được xác định bởi công thức

                          Þ           (7)                             Với K = 0, ±1, ±2…

            + Vị trí của vân tối xác định bởi

                         Þ        (8)              Với K = 0, ±1, ±2…

Nếu hiện tượng giao thoa xảy ra trong chân không (n = 1) hoặc không khí (n » 1) thì ta có:

            + Vị trí vân sáng được xác địng bởi

                                                       (9)

             + Vị trí của vân tối xác định bởi

                                                          (10)

Khoảng cách giữa hai vân sáng hoặc hai vân tối kế tiếp được gọi là khoảng vân i (chính là bề rộng của vân giao thoa).

                               (11)

C, Bài toán về giao thoa trong môi trường có chiết suất n.

Khi ta đặt hệ thống vào trong môi trường chất lỏng có chiết suất n; Ta có:

+ Vị trí vân sáng được xác định bởi công thức (7)

                                                       Với K = 0, ±1, ±2…

+ Vị trí vân tối xác định bởi công thức (8)

                      Với K = 0, ±1, ±2…

Khoảng vân: , Nghĩa là so với trường hợp giao thoa trong chân không hoặc không khí (n = 1) thì khoảng vân giảm n lần

                                       (12)

D, Bài toán về giao thoa có bản mỏng.

Bây giờ ta đặt một bản mỏng trong suốt trước một trong hai khe, giả sử khe S₁ thì quang lộ từ hai khe đến điểm M trên màn là:

L₁ = (d₁ - e) + ne                        

Với (d₁ - e) là phần quang lộ ở ngoài không khí.

                  ne - là phần quang lộ trong bản mỏng.

L₂ = d₂

Ta có hiệu quang lộ: L₂ - L₁ = (d₂ – d₁) - (n – 1)e =  - (n – 1)e

            + Vị trí của vân sáng được xác định bởi

                        L₂ – L₁ = - (n – 1)e = Kl Þ             (13)

            + Vị trí của vân tối được xác định bởi

L₂ – L₁ = - (n – 1)e = (K + )

Þ          (14)

            So sánh với trường hợp khi không có bản mỏng ta có khoảng vân không thay đổi. Thực vậy:

                 (15)

Hệ thống vân giao thoa thì bị dịch chuyển một đoạn

           (16)

Thực vậy, ta xét vân sáng thứ K, độ dịch chuyển là:

            Vì n luôn lớn hơn 1, do đó ; Nghĩa là hệ thống vân giao thoa dịch chuyển về phía khe mà ta đặt bản mỏng.

Ta gọi L là bề rộng của trường giao thoa, i là khoảng vân (chính là bề rộng của một vân sáng hoặc tối trên màn hứng).

+ Vị trí của vân sáng trên màn hứng xác định bởi: .

Ta có:  Þ   ; K nguyên.                 (17)

Số giá trị của K sẽ là số vân sáng trong trường giao thoa.

+ Vị trí của vân tối trên màn hứng xác định bởi: .

Ta có:  Þ   ; K nguyên.            (18)

Số giá trị của K sẽ là số vân tối trong trường giao thoa.

Trên đây là một vài sáng kiến nhỏ của tôi, nhưng không tránh khỏi thiếu sót, rất mong nhận được sự góp ý của bạn đọc. Chúc các bạn thành công.

                                                                                Tác giả

                                                    Đỗ Thành Chung - CTV Thuvienvatly.com
http://blog.thuvienvatly.com/chung78