Skip to content · ⁨Bỏ qua nội dung⁩

Waves, Sound, and Physical Optics · ⁨Sóng, âm thanh và quang học vật lý⁩

AP Physics 2 · ⁨AP Vật lý 2⁩ · Topic 14 · ⁨Chủ đề 14⁩

Video lesson for this topic · ⁨Bài học video cho chủ đề này⁩ Open the video page · ⁨Mở trang video⁩
7:50

Sóng, âm thanh và quang học vật lý

Thổi một bong bóng xà phòng và nhìn kỹ. Màng mỏng hơn sợi tóc và không có màu riêng, và ánh sáng chiếu lên nó là ánh sáng trắng thuần túy. Thế nhưng…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨Giọng đọc tiếng Anh · phụ đề tiếng Anh + 中文 được ghi trực tiếp⁩

14.1

Properties of Wave Pulses and Waves · ⁨Tính chất Xung sóng và Sóng⁩

Syllabus · ⁨Chương trình⁩
English

Learning Objective 14.1.A: Describe the physical properties of waves and wave pulses.

  • 14.1.A.1 Waves transfer energy between two locations without transferring matter between those locations.
    • 14.1.A.1.i A wave pulse is a single disturbance that transfers energy without transferring matter between two locations.
    • 14.1.A.1.ii A wave is modeled as a continuous, periodic disturbance with well-defined wavelength and frequency.
  • 14.1.A.2 Mechanical waves or wave pulses require a medium in which to propagate. Electromagnetic waves or wave pulses do not require a medium in which to propagate.
  • 14.1.A.3 The speed at which a wave or wave pulse propagates through a medium depends on the type of wave and the properties of the medium.
    • 14.1.A.3.i The speed of all electromagnetic waves in a vacuum is a universal physical constant, $c = 3.00 \times 10^{8}$ m/s.
    • 14.1.A.3.ii The speed at which a wave pulse or wave propagates along a string is dependent upon the tension in the string, $F_T$, and the mass per length of the string.
      • Equation: $v_{\text{string}} = \sqrt{\dfrac{F_T}{m/\ell}}$
    • 14.1.A.3.iii In a given medium, the speed of sound waves increases with the temperature of the medium.
  • 14.1.A.4 In a transverse wave, the direction of the disturbance is perpendicular to the direction of propagation of the wave.
  • 14.1.A.5 In a longitudinal wave, the direction of the disturbance is parallel to the direction of propagation of the wave.
    • 14.1.A.5.i Sound waves are modeled as mechanical longitudinal waves.
    • 14.1.A.5.ii The regions of high and low pressure in a sound wave are called compressions and rarefactions, respectively.
  • 14.1.A.6 Amplitude is the maximum displacement of a wave from its equilibrium position.
    • 14.1.A.6.i The amplitude of a longitudinal pressure wave may be determined by the maximum increase or decrease in pressure from equilibrium pressure.
    • 14.1.A.6.ii The loudness of a sound increases with increasing amplitude.
    • 14.1.A.6.iii The energy carried by a wave increases with increasing amplitude.
Tiếng Việt

Mục tiêu học tập 14.1.A: Mô tả các tính chất vật lý của sóng và xung sóng.

  • 14.1.A.1 Sóng truyền năng lượng giữa hai vị trí mà không truyền vật chất giữa các vị trí đó.
    • 14.1.A.1.i Một xung sóng là một nhiễu động đơn lẻ truyền năng lượng mà không truyền vật chất giữa hai vị trí.
    • 14.1.A.1.ii Sóng được mô hình hóa là một nhiễu động liên tục, chu kỳ có bước sóng và tần số xác định rõ ràng.
  • 14.1.A.2 Sóng cơ hoặc xung sóng cần môi trường để lan truyền. Sóng điện từ hoặc xung sóng không cần môi trường để lan truyền.
  • 14.1.A.3 Tốc độ lan truyền của sóng hoặc xung sóng trong môi trường phụ thuộc vào loại sóng và tính chất của môi trường.
    • 14.1.A.3.i Tốc độ của tất cả các sóng điện từ trong chân không là hằng số vật lý phổ quát, $c = 3.00 \times 10^{8}$ m/s.
    • 14.1.A.3.ii Tốc độ lan truyền của một xung sóng hoặc sóng dọc theo dây phụ thuộc vào lực căng của dây, $F_T$, và khối lượng trên đơn vị chiều dài của dây.
      • Phương trình: $v_{\text{string}} = \sqrt{\dfrac{F_T}{m/\ell}}$
    • 14.1.A.3.iii Trong một môi trường nhất định, tốc độ của sóng âm tăng lên khi nhiệt độ của môi trường tăng.
  • 14.1.A.4 Trong sóng ngang, hướng của nhiễu động vuông góc với hướng lan truyền của sóng.
  • 14.1.A.5 Trong sóng dọc, hướng của nhiễu động song song với hướng lan truyền của sóng.
    • 14.1.A.5.i Sóng âm được mô hình hóa là sóng cơ dọc.
    • 14.1.A.5.ii Các vùng áp suất cao và thấp trong sóng âm được gọi lần lượt là nén và giãn.
  • 14.1.A.6 Biên độ là độ lệch cực đại của sóng so với vị trí cân bằng.
    • 14.1.A.6.i Biên độ của sóng áp suất dọc có thể được xác định bởi mức tăng hoặc giảm áp suất cực đại so với áp suất cân bằng.
    • 14.1.A.6.ii Độ to của âm thanh tăng lên khi biên độ tăng.
    • 14.1.A.6.iii Năng lượng mang theo bởi sóng tăng lên khi biên độ tăng.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

English

A wave 波 carries energy through a medium (or space) without carrying the matter along. A single disturbance is a pulse; a repeating one is a wave. Two types:

  • Transverse 横波: the medium moves perpendicular to the wave's travel (a wave on a rope, light).
  • Longitudinal 纵波: the medium moves along the direction of travel (sound).
Tiếng Việt
Giao thoa trong bể gợn sóng: đường truyền sóng cộng gộp theo hướng xây dựng và triệt tiêu
Giao thoa trong bể gợn sóng: đường truyền sóng cộng gộp theo hướng xây dựng và triệt tiêu

Một sóng mang năng lượng qua môi trường (hoặc không gian) mà không vận chuyển vật chất theo. Một sự nhiễu loạn đơn lẻ là một xung; sự lặp lại là sóng. Có hai loại:

Sóng ngang: môi trường dao động vuông góc với phương truyền sóng
Sóng ngang: môi trường dao động vuông góc với phương truyền sóng
  • Ngang: môi trường dao động vuông góc với phương truyền sóng (sóng trên dây thừng, ánh sáng).
  • Dọc: môi trường dao động dọc theo phương truyền sóng (âm thanh).
Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
English Tiếng Việt
wave/weɪv/ sóng
Transverse/trænsˈvɜːs/ Sóng ngang
14.2

Periodic Waves · ⁨Sóng Chu kỳ⁩

Syllabus · ⁨Chương trình⁩
English

Learning Objective 14.2.A: Describe the physical properties of a periodic wave.

  • 14.2.A.1 Periodic waves have regular repetitions that can be described using period and frequency.
    • 14.2.A.1.i The period is the time for one complete oscillation of the wave.
    • 14.2.A.1.ii The frequency is the rate at which the wave repeats.
      • Equation: $T = \dfrac{1}{f}$
    • 14.2.A.1.iii The amplitude of a wave is independent of the period and the frequency of that wave.
    • 14.2.A.1.iv The energy of a wave increases with increasing frequency.
    • 14.2.A.1.v The frequency of a sound wave is related to its pitch.
    • 14.2.A.1.vi Wavelength is the distance between successive corresponding positions (such as peaks or troughs) on a wave.
  • 14.2.A.2 A sinusoidal wave can be described by equations for the displacement from equilibrium at a specific location as a function of time. A wave can also be described by an equation for the displacement from equilibrium at a specific time as a function of position.
    • Equation: $x(t) = A\cos(\omega t) = A\cos(2\pi f t)$
    • Equation: $y(x) = A\cos\left(2\pi \dfrac{x}{\lambda}\right)$
  • 14.2.A.3 For a periodic wave, the wavelength is proportional to the wave's speed and inversely proportional to the wave's frequency.
    • Equation: $\lambda = \dfrac{v}{f}$
Tiếng Việt

Mục tiêu học tập 14.2.A: Mô tả các tính chất vật lý của sóng chu kỳ.

  • 14.2.A.1 Sóng chu kỳ có sự lặp lại đều đặn có thể được mô tả bằng chu kỳ và tần số.
    • 14.2.A.1.i Chu kỳ là thời gian để hoàn thành một dao động đầy đủ của sóng.
    • 14.2.A.1.ii Tần số là tốc độ mà sóng lặp lại.
      • Phương trình: $T = \dfrac{1}{f}$
    • 14.2.A.1.iii Biên độ của sóng độc lập với chu kỳ và tần số của sóng đó.
    • 14.2.A.1.iv Năng lượng của sóng tăng lên khi tần số tăng.
    • 14.2.A.1.v Tần số của sóng âm liên quan đến độ cao của âm.
    • 14.2.A.1.vi Bước sóng là khoảng cách giữa các vị trí tương ứng liên tiếp (như đỉnh hoặc đáy) trên một sóng.
  • 14.2.A.2 Sóng điều hòa có thể được mô tả bằng các phương trình cho độ dịch chuyển khỏi vị trí cân bằng tại một vị trí cụ thể theo thời gian. Một sóng cũng có thể được mô tả bằng phương trình cho độ dịch chuyển khỏi vị trí cân bằng tại một thời điểm cụ thể theo không gian.
    • Phương trình: $x(t) = A\cos(\omega t) = A\cos(2\pi f t)$
    • Phương trình: $y(x) = A\cos\left(2\pi \dfrac{x}{\lambda}\right)$
  • 14.2.A.3 Đối với sóng chu kỳ, bước sóng tỷ lệ thuận với vận tốc của sóng và tỷ lệ nghịch với tần số của sóng.
    • Phương trình: $\lambda = \dfrac{v}{f}$

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

English
Transverse vs longitudinal waves

A repeating wave is described by:

  • wavelength 波长 $\lambda$ (distance between repeats),
  • frequency 频率 $f$ (cycles per second) and period $T=1/f$,
  • amplitude 振幅 $A$ (maximum displacement – related to energy),
  • wave speed 波速 $v=f\lambda$, set by the medium, not the source.

Worked example. A musical note has frequency $340\ \text{Hz}$ and the speed of sound is $340\ \text{m/s}$. Its wavelength is $\lambda=v/f=340/340=1.0\ \text{m}$. If the same note travels into water (where sound moves at $\approx 1500\ \text{m/s}$) the frequency stays $340\ \text{Hz}$ but the wavelength stretches to $1500/340\approx 4.4\ \text{m}$ – the source sets the frequency, the medium sets the speed and hence the wavelength.

Tiếng Việt
Sóng ngang so với sóng dọc

Một sóng lặp lại được mô tả bởi:

Đồ thị liệch - khoảng cách thể hiện biên độ và bước sóng
Đồ thị liệch - khoảng cách thể hiện biên độ và bước sóng
  • bước sóng $\lambda$ (khoảng cách giữa các điểm lặp lại),
  • tần số $f$ (chu kỳ mỗi giây) và chu kỳ $T=1/f$,
  • biên độ $A$ (liệch cực đại – liên quan đến năng lượng),
  • tốc độ sóng $v=f\lambda$, được quyết định bởi môi trường, không phải nguồn phát.

Ví dụ giải. Một nốt nhạc có tần số $340\ \text{Hz}$ và tốc độ âm thanh là $340\ \text{m/s}$. Bước sóng của nó là $\lambda=v/f=340/340=1.0\ \text{m}$. Nếu nốt nhạc này truyền sang nước (nơi âm thanh lan truyền với tốc độ $\approx 1500\ \text{m/s}$) thì tần số giữ nguyên $340\ \text{Hz}$ nhưng bước sóng kéo dài thành $1500/340\approx 4.4\ \text{m}$ – nguồn phát quyết định tần số, môi trường quyết định tốc độ và do đó quyết định bước sóng.

Explore · ⁨Khám phá⁩

Send a periodic wave · ⁨Gửi sóng chu kỳ⁩

A periodic wave carries energy without moving matter. Its speed $v=f\lambda$ links frequency and wavelength; raise the frequency and the wavelength shrinks. · ⁨Sóng chu kỳ truyền năng lượng mà không di chuyển vật chất. Tốc độ $v=f\lambda$ của nó liên hệ tần số và bước sóng; tăng tần số thì bước sóng giảm.⁩

Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
English Tiếng Việt
Longitudinal/ˌlɒŋɡɪˈtjuːdɪnl/ Nghiên cứu dọc
wavelength/ˈweɪvleŋθ/ bước sóng
14.3

Boundary Behavior and Polarization · ⁨Hành vi tại Biên giới và Phân cực⁩

Syllabus · ⁨Chương trình⁩
English

Learning Objective 14.3.A: Describe the interaction between a wave and a boundary.

  • 14.3.A.1 A wave that travels from one medium to another can be transmitted or reflected, depending on the properties of the boundary separating the two media.
    • 14.3.A.1.i A wave traveling from one medium to another (for example, a wave traveling between low-mass and high-mass strings) will result in reflected and transmitted waves.
    • 14.3.A.1.ii A reflected wave is inverted if the transmitted wave travels into a medium in which the speed of the wave decreases.
    • 14.3.A.1.iii A reflected wave is not inverted if the transmitted wave travels into a medium in which the speed of the wave increases.
    • 14.3.A.1.iv The frequency of a wave does not change when it travels from one medium to another.
  • 14.3.A.2 Transverse waves that are reflected from a surface, refracted through a medium, or pass through specific openings may be polarized.
    • 14.3.A.2.i Transverse waves can be polarized and oscillate in a single plane.
    • 14.3.A.2.ii Longitudinal waves cannot be polarized.
  • 14.3.A.3 Polarization of a wave may result in a reduction of the wave's intensity.
    • 14.3.A.3.i Intensity is a measure of the amount of power transferred per unit area.
    • 14.3.A.3.ii The intensity of a wave is the average power per unit area over one period of the wave.
Tiếng Việt

Mục tiêu học tập 14.3.A: Mô tả tương tác giữa sóng và mặt biên.

  • 14.3.A.1 Sóng truyền từ môi trường này sang môi trường khác có thể bị truyền qua hoặc phản xạ, tùy thuộc vào tính chất của mặt biên ngăn cách hai môi trường đó.
    • 14.3.A.1.i Sóng truyền từ một môi trường sang môi trường khác (ví dụ: sóng truyền giữa dây có khối lượng thấp và dây có khối lượng cao) sẽ tạo ra sóng phản xạ và sóng truyền qua.
    • 14.3.A.1.ii Sóng phản xạ bị đảo pha nếu sóng truyền qua đi vào môi trường mà trong đó vận tốc sóng giảm.
    • 14.3.A.1.iii Sóng phản xạ không bị đảo pha nếu sóng truyền qua đi vào môi trường mà trong đó vận tốc sóng tăng.
    • 14.3.A.1.iv Tần số của sóng không thay đổi khi nó truyền từ môi trường này sang môi trường khác.
  • 14.3.A.2 Sóng ngang bị phản xạ từ bề mặt, khúc xạ qua môi trường, hoặc truyền qua các khe nhất định có thể bị phân cực.
    • 14.3.A.2.i Sóng ngang có thể bị phân cực và dao động trong một mặt phẳng duy nhất.
    • 14.3.A.2.ii Sóng dọc không thể bị phân cực.
  • 14.3.A.3 Phân cực sóng có thể dẫn đến sự suy giảm cường độ của sóng.
    • 14.3.A.3.i Cường độ là đại lượng đo lường công suất truyền tải trên mỗi đơn vị diện tích.
    • 14.3.A.3.ii Cường độ của sóng là công suất trung bình trên mỗi đơn vị diện tích trong một chu kỳ của sóng.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

English
Total internal reflection

At a boundary a wave partly reflects and partly transmits. Reflecting off a denser medium inverts the wave; off a less-dense medium it does not. Polarization 偏振 applies to transverse waves only: a polarizer passes just one direction of oscillation, which is why polarized sunglasses cut glare.

The effect of a polarizer is measured through intensity 强度 - the average power a wave delivers per unit area over one period, in $\text{W m}^{-2}$. Because a polarizer removes the components of the oscillation that are not aligned with it, it reduces the wave's intensity: unpolarized light passing a single ideal polarizer drops to half its intensity, and a second polarizer at an angle cuts it further. Intensity also falls with distance from a source, since the same power spreads over a larger area.

Tiếng Việt
Phản xạ toàn phần

Tại biên giới, một sóng một phần phản xạ và một phần truyền qua. Phản xạ từ môi trường dày hơn sẽ đảo pha sóng; phản xạ từ môi trường mỏng hơn thì không. Phân cực chỉ áp dụng cho sóng ngang: bộ lọc phân cực chỉ truyền một hướng dao động, đây là lý do kính râm phân cực giúp giảm chói mắt.

Hiệu ứng của bộ lọc phân cực được đo thông qua cường độ - công suất trung bình mà sóng cung cấp trên một đơn vị diện tích trong một chu kỳ, tính bằng $\text{W m}^{-2}$. Vì bộ lọc phân cực loại bỏ các thành phần dao động không trùng khớp với nó, nên nó làm giảm cường độ sóng: ánh sáng chưa phân cực đi qua một bộ lọc phân cực lý tưởng duy nhất sẽ giảm xuống còn một nửa cường độ ban đầu, và bộ lọc thứ hai đặt ở góc nghiêng sẽ cắt giảm thêm. Cường độ cũng giảm dần theo khoảng cách khỏi nguồn, vì cùng một công suất lan tỏa trên diện tích lớn hơn.

Sóng chưa phân cực dao động trong nhiều mặt phẳng; sóng phân cực dao động trong một mặt phẳng
Sóng chưa phân cực dao động trong nhiều mặt phẳng; sóng phân cực dao động trong một mặt phẳng
14.4

Electromagnetic Waves · ⁨Sóng Điện Từ⁩

Syllabus · ⁨Chương trình⁩
English

Learning Objective 14.4.A: Describe the properties of an electromagnetic wave.

  • 14.4.A.1 Electromagnetic waves consist of oscillating electric and magnetic fields that are mutually perpendicular.
    • 14.4.A.1.i Electromagnetic waves are transverse waves because the oscillations of the electric and magnetic fields are perpendicular to the direction of propagation.
    • 14.4.A.1.ii Electromagnetic waves are commonly assumed to be plane waves, which are characterized by planar wave fronts.
  • 14.4.A.2 Electromagnetic waves do not need a medium through which to propagate.
  • 14.4.A.3 Categories of electromagnetic waves are characterized by their wavelengths.
    • 14.4.A.3.i Categories of electromagnetic waves include (in order of decreasing wavelength, spanning a range from kilometers to picometers) radio waves, microwaves, infrared, visible, ultraviolet, X-rays, and gamma rays.
    • 14.4.A.3.ii Visible electromagnetic waves are further broken into categories of color, including (in order of decreasing wavelength) red, orange, yellow, green, blue, and violet.
    • 14.4.A.3.iii Visible electromagnetic waves are also called light. Sometimes, electromagnetic waves of all wavelengths are collectively referred to as light or electromagnetic radiation.

Boundary statement: AP Physics 2 expects students to know the ordering of the electromagnetic spectrum (including visible light). However, students will not be expected to define exact wavelength ranges within the electromagnetic spectrum.

Tiếng Việt

Mục tiêu học tập 14.4.A: Mô tả các tính chất của sóng điện từ.

  • 14.4.A.1 Sóng điện từ bao gồm các trường điện và từ trường dao động vuông góc với nhau.
    • 14.4.A.1.i Sóng điện từ là sóng ngang vì các dao động của trường điện và từ trường vuông góc với phương truyền sóng.
    • 14.4.A.1.ii Sóng điện từ thường được giả sử là sóng phẳng, đặc trưng bởi các mặt sóng phẳng.
  • 14.4.A.2 Sóng điện từ không cần môi trường để truyền qua.
  • 14.4.A.3 Các loại sóng điện từ được phân loại dựa trên bước sóng của chúng.
    • 14.4.A.3.i Các loại sóng điện từ bao gồm (theo thứ tự giảm dần của bước sóng, trải dài từ kilômét đến picômét): sóng vô tuyến, sóng vi ba, hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy, tử ngoại, tia X và tia gamma.
    • 14.4.A.3.ii Ánh sáng nhìn thấy được chia thành các nhóm màu sắc, bao gồm (theo thứ tự giảm dần của bước sóng): đỏ, cam, vàng, lục, lam và tím.
    • 14.4.A.3.iii Sóng điện từ nhìn thấy còn được gọi là ánh sáng. Đôi khi, tất cả các sóng điện từ có mọi bước sóng đều được gọi chung là ánh sáng hoặc bức xạ điện từ.

Đường ranh giới: AP Physics 2 yêu cầu học sinh phải biết thứ tự của phổ điện từ (bao gồm ánh sáng nhìn thấy). Tuy nhiên, học sinh sẽ không bị yêu cầu xác định chính xác các khoảng bước sóng cụ thể trong phổ điện từ.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

English

Electromagnetic waves 电磁波 are oscillating electric and magnetic fields that travel through vacuum at the speed of light $c$, needing no medium. They span the spectrum from radio to gamma rays; higher frequency means shorter wavelength and higher photon energy.

Tiếng Việt

Sóng điện từ là các trường điện và từ biến thiên lan truyền trong chân không với tốc độ ánh sáng $c$, không cần môi trường. Chúng trải dài trên phổ từ sóng vô tuyến đến tia gamma; tần số cao hơn nghĩa là bước sóng ngắn hơn và năng lượng photon cao hơn.

Phổ điện từ, từ sóng vô tuyến đến tia gamma
Phổ điện từ, từ sóng vô tuyến đến tia gamma
14.5

The Doppler Effect · ⁨Hiệu ứng Doppler⁩

Syllabus · ⁨Chương trình⁩
English

Learning Objective 14.5.A: Describe the properties of a wave based on the relative motion between the source of the wave and the observer of the wave.

  • 14.5.A.1 The Doppler effect describes the relationship between the rest frequency of a wave source, the observed frequency of the source, and the relative velocity of the source and the observer.
  • 14.5.A.2 A greater relative velocity results in a greater measured difference between the observed and rest frequencies.
    • 14.5.A.2.i For a wave source moving at the same velocity as the observer, the observed frequency is equal to the rest frequency.
    • 14.5.A.2.ii For a wave source moving toward an observer, the observed frequency is greater than the rest frequency.
    • 14.5.A.2.iii For a wave source moving away from an observer, the observed frequency is less than the rest frequency.

Boundary statement: Only qualitative treatments of the Doppler effect are required for AP Physics 2.

Tiếng Việt

Mục tiêu học tập 14.5.A: Mô tả các tính chất của sóng dựa trên chuyển động tương đối giữa nguồn phát sóng và người quan sát.

  • 14.5.A.1 Hiệu ứng Doppler mô tả mối liên hệ giữa tần số nghỉ của nguồn sóng, tần số quan sát được và vận tốc tương đối giữa nguồn và người quan sát.
  • 14.5.A.2 Vận tốc tương đối lớn hơn dẫn đến sai số đo được lớn hơn giữa tần số quan sát và tần số nghỉ.
    • 14.5.A.2.i Đối với nguồn sóng di chuyển với cùng vận tốc như người quan sát, tần số quan sát bằng tần số nghỉ.
    • 14.5.A.2.ii Đối với nguồn sóng di chuyển về phía người quan sát, tần số quan sát lớn hơn tần số nghỉ.
    • 14.5.A.2.iii Đối với nguồn sóng di chuyển xa người quan sát, tần số quan sát nhỏ hơn tần số nghỉ.

Đường ranh giới: Chỉ cần xử lý định tính hiệu ứng Doppler đối với AP Physics 2.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

English
The Doppler effect

The Doppler effect 多普勒效应 is the change in observed frequency when a wave source and observer move relative to each other. Approaching $\Rightarrow$ higher frequency (shorter wavelength); receding $\Rightarrow$ lower frequency. It explains a passing siren's drop in pitch and the redshift of receding galaxies.

Tiếng Việt
Hiệu ứng Doppler

Hiệu ứng Doppler là sự thay đổi tần số quan sát được khi nguồn sóng và người quan sát chuyển động tương đối với nhau. Tiếp cận $\Rightarrow$ tần số cao hơn (bước sóng ngắn hơn); rời xa $\Rightarrow$ tần số thấp hơn. Nó giải thích sự giảm âm điệu của còi xe cứu thương khi đi qua và hiện tượng dịch chuyển đỏ của các thiên hà đang rời xa.

A moving source squashes the wavefronts ahead of it, raising the observed frequency
A moving source squashes the wavefronts ahead of it, raising the observed frequency
Explore · ⁨Khám phá⁩

Hear the Doppler shift · ⁨Nghe hiệu ứng Doppler⁩

When a source moves, waves bunch up ahead (higher frequency) and stretch behind (lower) — the Doppler effect. Speed it up to exaggerate the shift. · ⁨Khi một nguồn chuyển động, sóng bị nén lại phía trước (tần số cao hơn) và giãn ra phía sau (tần số thấp hơn) — hiệu ứng Doppler. Tăng tốc độ để làm rõ sự dịch chuyển này.⁩

Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
English Tiếng Việt
frequency/ˈfriːkwənsi/ tần số
amplitude/ˈæmplɪtjuːd/ biên
wave speed/weɪv spiːd/ tốc độ sóng
Polarization/ˌpəʊləraɪˈzeɪʃn/ Phân cực
intensity/ɪnˈtensɪti/ cường độ
Electromagnetic waves/ɪˌlektrəʊməɡˈnetɪk weɪvz/ Sóng điện từ
Doppler effect/ˈdɒplə ɪˈfekt/ Hiệu ứng Doppler
Constructive interference/kənˈstrʌktɪv ˌɪntəˈfɪərəns/ Giao thoa tăng cường
destructive interference/dɪˈstrʌktɪv ˌɪntəˈfɪərəns/ giao thoa triệt tiêu
14.6

Wave Interference and Standing Waves · ⁨Giao thoa Sóng và Sóng Dừng⁩

Syllabus · ⁨Chương trình⁩
English

Learning Objective 14.6.A: Describe the net disturbance that occurs when two or more wave pulses or waves overlap.

  • 14.6.A.1 Wave interference is the interaction of two or more wave pulses or waves.
  • 14.6.A.2 When two or more wave pulses or waves interact with each other, they travel through each other and overlap rather than bouncing off each other.
  • 14.6.A.3 When two or more wave pulses or waves overlap, the resulting displacement can be determined by adding the individual displacements. This is called superposition.
  • 14.6.A.4 Wave interference may be constructive or destructive.
    • 14.6.A.4.i When the displacements of the superposed wave pulses or waves are in the same direction, the interaction is called constructive interference.
    • 14.6.A.4.ii When the displacements of the superposed wave pulses or waves are in opposite directions, the interaction is called destructive interference.
    • 14.6.A.4.iii Two or more traveling wave pulses or waves can interact in such a way as to produce amplitude variations in the resultant wave pulse or wave.
  • 14.6.A.5 Visual representations of wave pulses or waves are useful in determining the result of two interacting wave pulses or waves.
  • 14.6.A.6 Beats arise from the addition of two waves of slightly different frequency.
    • 14.6.A.6.i Waves with different frequencies are sometimes in phase and sometimes out of phase at locations along the waves, causing periodic amplitude changes in the resultant wave.
    • 14.6.A.6.ii The beat frequency is the difference in the frequencies of the two waves.
      • Equation: $\left|f_{\text{beat}}\right| = \left|f_1 - f_2\right|$
    • 14.6.A.6.iii Tuning forks are devices that are commonly used to demonstrate beat frequencies.

Learning Objective 14.6.B: Describe the properties of a standing wave.

  • 14.6.B.1 Standing waves can result from interference between two waves that are confined to a region and traveling in opposite directions.
    • 14.6.B.1.i Standing waves have nodes and antinodes. A node is a point on the standing wave where the amplitude is always zero. An antinode is a point on the standing wave where the amplitude is always at maximum.
    • 14.6.B.1.ii The possible wavelengths of a standing wave are determined by the size and boundary conditions of the region to which it is confined.
    • 14.6.B.1.iii Common regions where standing waves can form include pipes with open or closed ends, as well as strings with fixed or loose ends.
  • 14.6.B.2 A standing wave with the longest possible wavelength is called the fundamental or first harmonic. The second-longest wavelength is typically called the second harmonic, the third-longest wavelength is called the third harmonic, and so on. However, for a standing wave with a node at one end and an antinode at the other end, only odd harmonics can be established.
  • 14.6.B.3 Visual representations of standing waves are useful in determining the relationships between length of the region, wavelength, frequency, wave speed, and harmonic.
Tiếng Việt

Mục tiêu học tập 14.6.A: Mô tả nhiễu loạn tổng hợp xảy ra khi hai hoặc nhiều xung sóng hoặc sóng chồng lên nhau.

  • 14.6.A.1 Giao thoa sóng là sự tương tác của hai hoặc nhiều xung sóng hoặc sóng.
  • 14.6.A.2 Khi hai hoặc nhiều xung sóng hoặc sóng tương tác với nhau, chúng truyền xuyên qua nhau và chồng lên nhau thay vì nảy ra khỏi nhau.
  • 14.6.A.3 Khi hai hoặc nhiều xung sóng hoặc sóng chồng lên nhau, độ dịch chuyển kết quả có thể được xác định bằng cách cộng các độ dịch chuyển riêng lẻ. Hiện tượng này gọi là sự chồng chập.
  • 14.6.A.4 Giao thoa sóng có thể là giao thoa tăng cường hoặc giao thoa triệt tiêu.
    • 14.6.A.4.i Khi các độ dịch chuyển của các xung sóng hoặc sóng chồng chập cùng hướng, sự tương tác được gọi là giao thoa tăng cường.
    • 14.6.A.4.ii Khi các độ dịch chuyển của các xung sóng hoặc sóng chồng chập ngược hướng, sự tương tác được gọi là giao thoa triệt tiêu.
    • 14.6.A.4.iii Hai hoặc nhiều xung sóng hoặc sóng lan truyền có thể tương tác theo cách tạo ra sự biến thiên biên độ trong xung sóng hoặc sóng kết quả.
  • 14.6.A.5 Các biểu diễn trực quan của xung sóng hoặc sóng giúp xác định kết quả của hai xung sóng tương tác hoặc hai sóng tương tác.
  • 14.6.A.6 Sóng đập (beats) xuất hiện do sự cộng gộp của hai sóng có tần số khác nhau một chút.
    • 14.6.A.6.i Các sóng có tần số khác đôi khi cùng pha và đôi khi ngược pha tại các vị trí dọc theo sóng, gây ra những thay đổi biên độ định kỳ trong sóng tổng hợp.
    • 14.6.A.6.ii Tần số đập là hiệu số giữa tần số của hai sóng.
      • Phương trình: $\left|f_{\text{beat}}\right| = \left|f_1 - f_2\right|$
    • 14.6.A.6.iii Nĩa âm thanh là thiết bị thường được sử dụng để minh họa tần số đập.

Mục tiêu học tập 14.6.B: Mô tả các tính chất của sóng dừng.

  • 14.6.B.1 Sóng dừng có thể hình thành từ sự giao thoa giữa hai sóng bị giới hạn trong một vùng và truyền theo hướng ngược nhau.
    • 14.6.B.1.i Sóng dừng có các nút và bụng sóng. Một nút là điểm trên sóng dừng nơi biên độ luôn bằng không. Một bụng sóng là điểm trên sóng dừng nơi biên độ luôn đạt giá trị cực đại.
    • 14.6.B.1.ii Các bước sóng có thể có của sóng dừng được xác định bởi kích thước và điều kiện biên của vùng mà nó bị giới hạn.
    • 14.6.B.1.iii Các vùng phổ biến nơi sóng dừng có thể hình thành bao gồm ống dẫn có đầu mở hoặc đầu kín, cũng như dây có đầu cố định hoặc đầu tự do.
  • 14.6.B.2 Sóng dừng có bước sóng dài nhất có thể gọi là cơ bản hay谐波 bậc nhất. Bước sóng dài thứ hai thường gọi là谐波 bậc hai, bước sóng dài thứ ba gọi là谐波 bậc ba, và cứ thế tiếp tục. Tuy nhiên, đối với sóng dừng có nút ở một đầu và bụng ở đầu kia, chỉ谐波 lẻ mới có thể hình thành.
  • 14.6.B.3 Các biểu diễn trực quan của sóng dừng hữu ích trong việc xác định mối quan hệ giữa chiều dài vùng, bước sóng, tần số, tốc độ sóng và谐波.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

English
Standing (stationary) waves

When waves overlap they superpose (add). Constructive interference 相长干涉 (crests aligned) gives a bigger wave; destructive interference 相消干涉 (crest on trough) cancels. Two waves travelling opposite ways in a bounded medium form a standing wave 驻波 with fixed nodes 波节 (no motion) and antinodes 波腹 (maximum motion) – the basis of resonance on strings and in pipes.

Worked example. A guitar string $0.65\ \text{m}$ long is fixed at both ends. Its fundamental (first harmonic) fits half a wavelength between the ends, so $\lambda=2L=1.30\ \text{m}$. If waves travel along the string at $260\ \text{m/s}$, the note's frequency is $f=v/\lambda=260/1.30=200\ \text{Hz}$. Shortening the string (a fret) raises the pitch.

When two waves of slightly different frequency overlap, they drift in and out of step, so the combined sound swells loud and soft in a slow throb called beats 拍. The beat frequency 拍频 is simply the difference of the two frequencies:

$$f_{\text{beat}}=|f_1-f_2|.$$
Two tuning forks of $256\ \text{Hz}$ and $260\ \text{Hz}$ sounded together give $|260-256|=4$ beats each second; a musician tunes an instrument by slowing these beats towards zero against a reference note.

Tiếng Việt
Sóng dừng (tĩnh)

Khi hai sóng chồng lên nhau, chúng tương tác (cộng gộp). Giao thoa tăng cường (đỉnh sóng trùng khớp) tạo ra sóng lớn hơn; giao thoa triệt tiêu (đỉnh gặp đáy) làm triệt tiêu lẫn nhau. Hai sóng truyền ngược chiều trong môi trường giới hạn tạo thành sóng dừng với các nút (vị trí không dao động) và bụng sóng (vị trí dao động cực đại) – cơ sở của cộng hưởng trên dây đàn và trong ống sáo.

Sóng dừng hình thành nơi hai sóng truyền theo hướng ngược nhau giao thoa
A Standing Wave Forms Where Two Opposite Waves Overlap

Ví dụ minh họa. Dây đàn guitar dài $0.65\ \text{m}$ được cố định ở cả hai đầu. Tần số cơ bản (hòa âm thứ nhất) chiếm đúng nửa bước sóng giữa hai đầu, do đó $\lambda=2L=1.30\ \text{m}$. Nếu sóng truyền trên dây với vận tốc $260\ \text{m/s}$, tần số âm thanh phát ra là $f=v/\lambda=260/1.30=200\ \text{Hz}$. Khi thu ngắn dây đàn (thanh phím), âm cao sẽ tăng lên.

Khi hai sóng có tần số hơi khác nhau chồng lên nhau, chúng sẽ lệch pha dần, khiến âm thanh tổng hợp忽 lớn忽 nhỏ theo nhịp điệu chậm gọi là nhịp đập. Tần số nhịp đập đơn giản là hiệu số của hai tần số:

$$f_{\text{beat}}=|f_1-f_2|.$$
Hai nấc âm có tần số $256\ \text{Hz}$ và $260\ \text{Hz}$ khi vang lên cùng nhau sẽ tạo ra $|260-256|=4$ nhịp đập mỗi giây; nhạc công điều chỉnh nhạc cụ bằng cách làm chậm những nhịp đập này tiến gần về zero so với âm chuẩn.

Explore · ⁨Khám phá⁩

Set up a standing wave · ⁨Thiết lập sóng dừng⁩

Two waves travelling opposite ways interfere into a standing wave with fixed nodes and antinodes. Only certain frequencies fit, giving the harmonics. · ⁨Hai sóng truyền ngược chiều nhau giao thoa tạo thành sóng dừng với các nút và bụng cố định. Chỉ những tần số nhất định mới phù hợp, tạo ra các họa âm.⁩

Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
English Tiếng Việt
standing wave/ˈstændɪŋ weɪv/ sóng dừng
nodes/nəʊdz/ nút
antinodes/ˌæntɪˈnəʊdz/ Bố cục sóng đứng
14.7

Diffraction · ⁨Tán xạ⁩

Syllabus · ⁨Chương trình⁩
English

Learning Objective 14.7.A: Describe the behavior of a wave and the diffraction pattern resulting from a wave passing through a single opening.

  • 14.7.A.1 Diffraction is the spreading of a wave around the edges of an obstacle or through an opening.
  • 14.7.A.2 Diffraction is most pronounced when the size of the opening is comparable to the wavelength of the wave.
  • 14.7.A.3 Diffraction of multiple wavefronts through a single opening leads to observable interference patterns.
  • 14.7.A.4 Diffraction is commonly demonstrated by monochromatic light of wavelength $\lambda$ incident on a narrow opening of width $a$ that is a distance $L$ from a screen.
    • 14.7.A.4.i Constructive and destructive interference of multiple wavefronts originating from the opening will result in bright and dark bands on the screen.
    • 14.7.A.4.ii The amount of interference between two wavefronts depends on the path length difference $\Delta D$ of the wavefronts.
    • 14.7.A.4.iii The path length difference $\Delta D$ can be described in terms of the opening width $a$ and the angle $\theta$ between the direction of propagation of the wavefront and the normal to the opening by the equation $\Delta D = a\sin\theta$.
    • 14.7.A.4.iv For small angles, where $\theta < 10°$, the small angle approximation can be used to relate $\lambda$, $a$, and $L$ to $y_{\min}$, the distance from the middle of the central bright fringe to the $m^{\text{th}}$ order of minimum brightness on the screen.
      • Equation: $a\left(\dfrac{y_{\min}}{L}\right) \approx m\lambda$
  • 14.7.A.5 The diffraction pattern produced by a wave passing through an opening depends on the shape of the opening.
  • 14.7.A.6 Visual representations of single-slit diffraction patterns are useful in determining the physical properties of the slit and the interacting waves.
Tiếng Việt

Mục tiêu học tập 14.7.A: Mô tả hành vi của sóng và mô hình nhiễu xạ resulting từ một sóng đi qua một khe đơn.

  • 14.7.A.1 Nhiễu xạ là sự lan tỏa của sóng quanh mép vật cản hoặc qua một khe hở.
  • 14.7.A.2 Nhiễu xạ rõ rệt nhất khi kích thước khe hở tương đương với bước sóng của sóng.
  • 14.7.A.3 Nhiễu xạ của nhiều mặt sóng qua một khe đơn dẫn đến các mô hình giao thoa quan sát được.
  • 14.7.A.4 Nhiễu xạ thường được minh họa bằng ánh sáng đơn sắc có bước sóng $\lambda$ chiếu vào một khe hẹp có độ rộng $a$ nằm cách màn một khoảng $L$.
    • 14.7.A.4.i Giao thoa tăng cường và triệt tiêu của nhiều mặt sóng bắt nguồn từ khe sẽ tạo ra các vạch sáng và tối trên màn hình.
    • 14.7.A.4.ii Mức độ giao thoa giữa hai mặt sóng phụ thuộc vào độ chênh lệch quãng đường $\Delta D$ của các mặt sóng.
    • 14.7.A.4.iii Độ chênh lệch quãng đường $\Delta D$ có thể được mô tả thông qua độ rộng khe $a$ và góc $\theta$ giữa phương truyền của mặt sóng và pháp tuyến của khe bằng phương trình $\Delta D = a\sin\theta$.
    • 14.7.A.4.iv Đối với các góc nhỏ, nơi $\theta < 10°$, xấp xỉ góc nhỏ có thể được sử dụng để liên hệ $\lambda$, $a$, và $L$ với $y_{\min}$, khoảng cách từ trung tâm của vạch sáng trung tâm đến vạch tối $m^{\text{th}}$ order trên màn hình.
      • Phương trình: $a\left(\dfrac{y_{\min}}{L}\right) \approx m\lambda$
  • 14.7.A.5 Mô hình nhiễu xạ tạo ra bởi một sóng đi qua một khe hở phụ thuộc vào hình dạng của khe hở đó.
  • 14.7.A.6 Các biểu diễn trực quan của mô hình nhiễu xạ khe đơn hữu ích trong việc xác định các tính chất vật lý của khe và các sóng tương tác.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

English

Diffraction 衍射 is the bending and spreading of waves around edges or through openings. The spreading is significant when the opening is comparable to the wavelength – so sound (long wavelength) bends around doorways easily, while light (tiny wavelength) needs a very narrow slit.

Tiếng Việt

Nhiễu xạ là hiện tượng sóng bị uốn cong và lan tỏa quanh mép vật cản hoặc qua khe hở. Sự lan tỏa trở nên rõ rệt khi kích thước khe hở tương đương với bước sóng – vì vậy âm thanh (có bước sóng dài) dễ dàng uốn cong qua cửa sổ, trong khi ánh sáng (có bước sóng rất ngắn) đòi hỏi khe hẹp mới đủ để quan sát.

Sóng lan tỏa (nhiễu xạ) khi đi qua một khe hở
Sóng lan tỏa (nhiễu xạ) khi đi qua một khe hở
Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
English Tiếng Việt
Diffraction/dɪˈfrækʃn/ Khúc xạ
Coherent/kəʊˈhɪərənt/ Đồng bộ
diffraction grating/dɪˈfrækʃn ˈɡreɪtɪŋ/ lưới nhiễu xạ
thin film/θɪn fɪlm/ Màng mỏng
antireflection coating/ˌæntɪrɪˈflekʃn ˈkəʊtɪŋ/ Lớp chống phản xạ
14.8

Double-Slit Interference and Diffraction Gratings · ⁨Giao thoa Khe đôi và Lưới nhiễu xạ⁩

Syllabus · ⁨Chương trình⁩
English

Learning Objective 14.8.A: Describe the behavior of a wave and the diffraction pattern resulting from the wave passing through multiple openings.

  • 14.8.A.1 The pattern resulting from monochromatic light of wavelength $\lambda$ incident on two slits a distance $d$ apart is caused by a combination of wave diffraction and wave interference.
    • 14.8.A.1.i When only considering wave interference, a double slit creates a pattern of uniformly spaced maxima.
    • 14.8.A.1.ii Constructive and destructive interference of the wavefronts originating from each slit will result in bright and dark bands on the screen.
    • 14.8.A.1.iii The amount of interference between two wavefronts depends on the path length difference $\Delta D$ of the wavefronts.
    • 14.8.A.1.iv The path length difference $\Delta D$ can be described in terms of the slit separation $d$ and the angle $\theta$ between the direction of propagation of the wavefront and the normal to the opening by the equation $\Delta D = d\sin\theta$.
    • 14.8.A.1.v For small angles, where $\theta < 10°$, the small angle approximation can be used to relate $\lambda$, $d$, and $L$ to $y_{\max}$, the distance from the middle of the central bright fringe to the $m^{\text{th}}$ order of maximum brightness on the screen.
      • Equation: $d\left(\dfrac{y_{\max}}{L}\right) \approx m\lambda$
    • 14.8.A.1.vi When considering wave interference and wave diffraction, a double slit creates an interference pattern of maxima and minima superimposed within the envelope created by single-slit diffraction.
  • 14.8.A.2 Interference patterns produced by light interacting with a double slit indicate that light has wave properties. The source of this discovery was Young's double-slit experiment.
  • 14.8.A.3 Visual representations of double-slit diffraction patterns are useful in determining the physical properties of the slits and the interacting waves.
  • 14.8.A.4 A diffraction grating is a collection of evenly spaced parallel slits or openings that produce an interference pattern that is the combination of numerous diffraction patterns superimposed on each other.
  • 14.8.A.5 When white light is incident on a diffraction grating, the center maximum is white and the higher-order maxima disperse white light into a rainbow of colors, with the longest-wavelength light (red) appearing farthest from the central maximum.
Tiếng Việt

Mục tiêu học tập 14.8.A: Mô tả hành vi của sóng và mô hình nhiễu xạ resulting từ sóng đi qua nhiều khe hở.

  • 14.8.A.1 Mô hình resulting từ ánh sáng đơn sắc có bước sóng $\lambda$ chiếu vào hai khe cách nhau một khoảng $d$ là do sự kết hợp giữa nhiễu xạ sóng và giao thoa sóng.
    • 14.8.A.1.i Khi chỉ xét đến giao thoa sóng, khe đôi tạo ra một mô hình các cực đại cách đều nhau.
    • 14.8.A.1.ii Giao thoa tăng cường và triệt tiêu của các mặt sóng bắt nguồn từ mỗi khe sẽ tạo ra các vạch sáng và tối trên màn hình.
    • 14.8.A.1.iii Mức độ nhiễu xạ giữa hai mặt sóng phụ thuộc vào hiệu đường đi $\Delta D$ của các mặt sóng.
    • 14.8.A.1.iv Độ chênh lệch quãng đường $\Delta D$ có thể được mô tả thông qua khoảng cách giữa hai khe $d$ và góc $\theta$ giữa phương truyền của mặt sóng và pháp tuyến của khe bằng phương trình $\Delta D = d\sin\theta$.
    • 14.8.A.1.v Đối với các góc nhỏ, nơi $\theta < 10°$, xấp xỉ góc nhỏ có thể được sử dụng để liên hệ $\lambda$, $d$, và $L$ với $y_{\max}$, khoảng cách từ trung tâm của vạch sáng trung tâm đến vạch sáng $m^{\text{th}}$ order trên màn hình.
      • Phương trình: $d\left(\dfrac{y_{\max}}{L}\right) \approx m\lambda$
    • 14.8.A.1.vi Khi xét cả giao thoa sóng và nhiễu xạ sóng, khe đôi tạo ra một mô hình giao thoa gồm các cực đại và cực tiểu chồng lên nhau trong envelope tạo bởi nhiễu xạ khe đơn.
  • 14.8.A.2 Các mô hình giao thoa tạo ra bởi ánh sáng tương tác với khe đôi cho thấy ánh sáng có tính chất sóng. Nguồn gốc của phát hiện này là thí nghiệm khe đôi Young.
  • 14.8.A.3 Các biểu diễn trực quan của mô hình nhiễu xạ khe đôi hữu ích trong việc xác định các tính chất vật lý của các khe và các sóng tương tác.
  • 14.8.A.4 Lưới nhiễu xạ là một tập hợp các khe hoặc lỗ hở song song cách đều nhau tạo ra mô hình giao thoa, vốn là sự kết hợp của nhiều mô hình nhiễu xạ chồng lên nhau.
  • 14.8.A.5 Khi ánh sáng trắng chiếu vào lưới nhiễu xạ, cực đại trung tâm có màu trắng và các cực đại bậc cao tán sắc ánh sáng trắng thành cầu vồng các màu, với ánh sáng bước sóng dài nhất (màu đỏ) xuất hiện xa nhất so với cực đại trung tâm.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

English
Two-source interference

Coherent 相干 light through two closely spaced slits produces a pattern of bright and dark fringes. Bright fringes occur where the path difference is a whole number of wavelengths:

$$d\sin\theta=m\lambda.$$
A diffraction grating 衍射光栅 has many slits, giving sharp, widely spaced bright lines – useful for separating light into its wavelengths.

Worked example. Light of wavelength $600\ \text{nm}$ passes through two slits $0.20\ \text{mm}$ apart. The first bright fringe ($m=1$) sits at

$$\sin\theta=\frac{m\lambda}{d}=\frac{1\times600\times10^{-9}}{0.20\times10^{-3}}=3.0\times10^{-3}\;\Rightarrow\;\theta=0.17^{\circ}.$$
The tiny angle is why the slits must be very close together and the screen far away to see the fringes clearly.

Tiếng Việt
Giao thoa hai nguồn

Ánh sáng phân cực đi qua hai khe gần nhau tạo ra các vân sáng và tối. Vân sáng xuất hiện nơi độ chênh lệch quãng đường là số nguyên lần bước sóng:

$$d\sin\theta=m\lambda.$$
Một lưới nhiễu xạ có nhiều khe, tạo ra các vạch sáng sắc nét và cách xa nhau – hữu ích để tách ánh sáng thành các bước sóng riêng biệt.

Khe đôi Young tạo ra giao thoa vân sáng và tối
Khe đôi Young tạo ra giao thoa vân sáng và tối

Ví dụ giải. Ánh sáng có bước sóng $600\ \text{nm}$ đi qua hai khe cách nhau $0.20\ \text{mm}$. Vân sáng thứ nhất ($m=1$) nằm ở

$$\sin\theta=\frac{m\lambda}{d}=\frac{1\times600\times10^{-9}}{0.20\times10^{-3}}=3.0\times10^{-3}\;\Rightarrow\;\theta=0.17^{\circ}.$$
Góc nhỏ này là lý do tại sao các khe phải rất gần nhau và màn hình phải đặt xa để quan sát rõ các vân.

Màu cầu vồng phản xạ từ bề mặt đĩa CD
Các rãnh nhỏ trên đĩa CD hoạt động như một lưới nhiễu xạ, tách ánh sáng trắng thành quang phổ
Explore · ⁨Khám phá⁩

Superpose two waves · ⁨Lồng ghép hai sóng⁩

Where two waves arrive in phase they add (bright fringe); out of phase they cancel (dark fringe). That interference makes the double-slit pattern. · ⁨Nơi hai sóng đến cùng pha chúng cộng gộp (vân sáng); ngược pha chúng triệt tiêu nhau (vân tối). Sự giao thoa này tạo nên mô hình khe đôi.⁩

14.9

Thin-Film Interference · ⁨Giao thoa Màng mỏng⁩

Syllabus · ⁨Chương trình⁩
English

Learning Objective 14.9.A: Describe the behavior of light that interacts with a thin film.

  • 14.9.A.1 When light travels from one medium to another, some of the light is transmitted, some is reflected, and some is absorbed.
  • 14.9.A.2 The phase change of a reflected ray depends on the relative indices of refraction of the materials with which the ray interacts.
    • 14.9.A.2.i A phase change of 180 degrees occurs when a light ray is reflected from a medium with a greater index of refraction than the medium through which the ray is traveling.
    • 14.9.A.2.ii No phase change occurs when a light ray is reflected from a medium with a lower index of refraction than the medium through which the ray is traveling.
  • 14.9.A.3 The phase of a wave does not change when it is refracted as it passes from one medium into another.
  • 14.9.A.4 Thin-film interference occurs when light interacts with a medium whose thickness is comparable to the light's wavelength.
    • 14.9.A.4.i The interactions between the initial reflected light and the light exiting the thin film after being reflected from the second interface exhibit wave interference behavior, resulting in a single wave that is the sum of the two interacting waves.
    • 14.9.A.4.ii The amount of constructive or destructive interference between the two reflected waves depends on the relationship between the thickness of the film, the wavelength of light, any phase shifts, and the angle at which the incident light strikes the film.
  • 14.9.A.5 Practical examples of thin-film interference include the color variations seen in soap bubbles and oil films, as well as antireflection coatings.
    • 14.9.A.5.i The spectrum of colors observed in oil films and soap bubbles arises from differences in the thickness of the film.
    • 14.9.A.5.ii Antireflection coatings eliminate reflected light by applying the relationships between indices of refraction, phase shift, and wave interference to create destructive interference of the light reflected from the two surfaces of the coating.
    • 14.9.A.5.iii The simplest antireflection coating has a thickness equal to one-quarter of the wavelength of the light in the coating, and the index of refraction of the coating is greater than that of air and less than that of the surface upon which the coating is applied. This assumes incident light is normal to the surface.

Boundary statement: Quantitative analysis of thin-film interference is limited to waves that are normal to the incident surface.

Tiếng Việt

Mục tiêu học tập 14.9.A: Mô tả hành vi của ánh sáng tương tác với một màng mỏng.

  • 14.9.A.1 Khi ánh sáng truyền từ môi trường này sang môi trường khác, một phần ánh sáng bị truyền qua, một phần bị phản xạ và một phần bị hấp thụ.
  • 14.9.A.2 Sự thay đổi pha của tia phản xạ phụ thuộc vào chỉ số khúc xạ tương đối của các vật liệu mà tia tương tác.
    • 14.9.A.2.i Sự thay đổi pha 180 độ xảy ra khi một tia sáng bị phản xạ từ một môi trường có chỉ số khúc xạ lớn hơn môi trường mà tia đang truyền đi.
    • 14.9.A.2.ii Không có sự thay đổi pha nào xảy ra khi một tia sáng bị phản xạ từ một môi trường có chỉ số khúc xạ nhỏ hơn môi trường mà tia đang truyền đi.
  • 14.9.A.3 Pha của sóng không thay đổi khi nó bị khúc xạ khi truyền từ một môi trường này sang môi trường khác.
  • 14.9.A.4 Giao thoa màng mỏng xảy ra khi ánh sáng tương tác với một môi trường có độ dày tương đương với bước sóng của ánh sáng đó.
    • 14.9.A.4.i Sự tương tác giữa ánh sáng ban đầu bị phản xạ và ánh sáng thoát ra khỏi màng mỏng sau khi bị phản xạ từ bề mặt thứ hai thể hiện hành vi giao thoa sóng, dẫn đến một sóng duy nhất là tổng của hai sóng tương tác.
    • 14.9.A.4.ii Mức độ giao thoa tăng cường hoặc triệt tiêu giữa hai sóng phản xạ phụ thuộc vào mối quan hệ giữa độ dày của màng, bước sóng ánh sáng, bất kỳ sự dịch pha nào, và góc tới của ánh sáng chiếu vào màng.
  • 14.9.A.5 Các ví dụ thực tế về giao thoa màng mỏng bao gồm sự biến đổi màu sắc thấy được trong bong bóng xà phòng và màng dầu, cũng như lớp chống phản xạ.
    • 14.9.A.5.i Quang phổ màu sắc quan sát được trong màng dầu và bong bóng xà phòng arises từ sự khác biệt về độ dày của màng.
    • 14.9.A.5.ii Lớp chống phản xạ loại bỏ ánh sáng phản xạ bằng cách áp dụng các mối quan hệ giữa chỉ số khúc xạ, sự dịch pha và giao thoa sóng để tạo ra sự triệt tiêu của ánh sáng phản xạ từ hai bề mặt của lớp phủ.
    • 14.9.A.5.iii Lớp chống phản xạ đơn giản nhất có độ dày bằng một phần tư bước sóng của ánh sáng trong lớp phủ, và chỉ số khúc xạ của lớp phủ lớn hơn chỉ số khúc xạ của không khí và nhỏ hơn chỉ số khúc xạ của bề mặt mà lớp phủ được áp dụng. Điều này giả định ánh sáng tới vuông góc với bề mặt.

Phát biểu giới hạn: Phân tích định lượng về giao thoa màng mỏng chỉ giới hạn ở các sóng vuông góc với bề mặt tới.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

English

Light reflecting off the top and bottom of a thin film 薄膜 (soap bubble, oil slick) interferes with itself. Depending on the film's thickness and a possible half-wavelength phase flip on reflection off a denser medium, particular wavelengths interfere constructively – producing the shifting colours you see.

The same physics is put to work in an antireflection coating 增透膜 on camera lenses, glasses, and solar cells: a thin transparent layer whose two reflected waves interfere destructively, so almost no light reflects and more is transmitted. The simplest coating is one quarter of a wavelength thick (measured in the coating), and its refractive index sits between that of air and the glass beneath, so the reflected light cancels itself out.

Tiếng Việt

Ánh sáng phản xạ từ mặt trên và mặt dưới của một màng mỏng (bọt xà phòng, vết dầu) giao thoa với chính nó. Tùy thuộc vào độ dày của màng và sự đảo pha nửa bước sóng có thể xảy ra khi phản xạ từ môi trường đặc hơn, các bước sóng cụ thể sẽ giao thoa cộng gộp – tạo nên những màu sắc chuyển động mà bạn thấy.

Cùng cơ chế vật lý này được áp dụng trong lớp chống phản xạ trên ống kính máy ảnh, kính mắt và pin năng lượng mặt trời: một lớp trong suốt mỏng mà hai sóng phản xạ giao thoa triệt tiêu, do đó hầu như không có ánh sáng nào bị phản xạ và nhiều ánh sáng hơn được truyền qua. Lớp phủ đơn giản nhất có độ dày bằng một phần tư bước sóng (đo trong lớp phủ), và chỉ số khúc xạ của nó nằm giữa chỉ số khúc xạ của không khí và lớp thủy tinh bên dưới, giúp ánh sáng phản xạ triệt tiêu lẫn nhau.

14.9

Exam tips · ⁨Mẹo làm bài thi⁩

English
  • Use $v=f\lambda$; the source sets the frequency, and when a wave enters a new medium the frequency stays fixed while the speed and wavelength change.
  • Distinguish transverse (vibration perpendicular, can be polarised) from longitudinal (vibration along the travel, e.g. sound).
  • Constructive interference needs a path difference of a whole number of wavelengths; destructive needs a half-odd number.
  • On a string fixed at both ends the fundamental fits half a wavelength ($\lambda=2L$).
  • Diffraction is significant only when the gap is comparable to the wavelength — sound bends round doorways, light needs a very narrow slit.
  • Beats: two waves of slightly different frequency throb at $f_{\text{beat}}=|f_1-f_2|$ (e.g. two tuning forks; tuning to zero beats).
  • An antireflection coating is a quarter-wavelength-thick layer (index between air and glass) whose two reflections cancel, cutting the reflected light.
Tiếng Việt
  • Sử dụng $v=f\lambda$; nguồn xác định tần số, và khi sóng đi vào môi trường mới, tần số giữ nguyên trong khi tốc độ và bước sóng thay đổi.
  • Phân biệt sóng ngang (dao động vuông góc, có thể phân cực) và sóng dọc (dao động dọc theo hướng truyền, ví dụ: âm thanh).
  • Giao thoa cộng gộp cần độ chênh lệch quãng đường là số nguyên lần bước sóng; giao thoa triệt tiêu cần độ chênh lệch là số lẻ lần nửa bước sóng.
  • Trên dây cố định hai đầu, mode cơ bản chứa nửa bước sóng ($\lambda=2L$).
  • Nhiễu xạ chỉ đáng kể khi khe hở có kích thước tương đương với bước sóng — âm thanh uốn cong quanh cửa ra vào, ánh sáng cần một khe hẹp rất nhỏ.
  • Giao thoa (Beats): hai sóng có tần số hơi khác nhau dao động cùng tần số $f_{\text{beat}}=|f_1-f_2|$ (ví dụ: hai âm thoa; chỉnh âm để đạt không có beat).
  • Lớp phủ chống phản xạ là một lớp mỏng có độ dày bằng một phần tư bước sóng (chỉ số khúc xạ nằm giữa không khí và thủy tinh) trong đó hai tia phản xạ triệt tiêu lẫn nhau, làm giảm lượng ánh sáng bị phản xạ.
Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
English Tiếng Việt
beats/biːts/ bat
beat frequency/biːt ˈfriːkwənsi/ Tần số dao động

Interactive lessons on this topic · ⁨Bài học tương tác về chủ đề này⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨Làm theo từng bước, kèm theo bài tập kiểm tra ngay lập tức.⁩

Past Papers · ⁨Đề thi cũ⁩

More topics in AP Physics 2 · ⁨AP Vật lý 2⁩ · ⁨Nhiều chủ đề hơn trong AP Physics 2 · ⁨AP Vật lý 2⁩⁩

Log in or create account · ⁨Đăng nhập hoặc tạo tài khoản⁩

IGCSE, A-Level & AP