Tuyensinh247.com giảm giá 50% chỉ duy nhất 1 ngày 20/11 - KM lớn nhất 2017
Xem ngay

Bắt đầu sau: 12:08:31

Lý thuyết và bài tập về tán sắc ánh sáng cực hay

Cập nhật lúc: 12:13 09-07-2015 Mục tin: Vật lý lớp 12


Bài viết trình bày chi tiết thí nghiệm của Niuton về tán sác ánh sáng, nêu mỗi quan hệ giữa chiết suât và bước sóng ánh sáng. Giới thiệu ví dụ có lời giải chi tiết và một số bài tập để bạn đọc tự luyện.

LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP VỀ TÁN SẮC ÁNH SÁNG CỰC HAY

I. THÍ NGHIỆM VỚI ÁNH SÁNG TRẮNG

1) Thí nghiệm

  Chiếu ánh sáng Mặt Trời qua một lăng kính thuỷ tinh P thấy vệt sáng F’ trên màn M bị dịch xuống phía đáy lăng kính đồng thời bị trải dài thành một dải màu biến thiên, dải màu trên được gọi là quang phổ.

2) Nhận xét

  - Chùm ánh sáng trắng sau khi qua lăng kính thì bị phân tách thành các chùm sáng đơn sắc đồng thời bị lệch về phía đáy của lăng kính. Hiện tượng trên gọi là sự tán sắc ánh sáng.       

  - Góc lệch của các chùm sáng có màu khác nhau thì khác nhau. Góc lệch với chùm sáng tìm lớn nhất, và chùm sáng đỏ lệch ít nhất.

  -  Dải màu thu được trên màn quan sát gồm có 7 màu chính: Đỏ, da cam, vàng, lục, lam, chàm, tím.

II. THÍ NGHIỆM VỚI ÁNH SÁNG ĐƠN SẮC

1) Thí nghiệm

Vẫn làm thí nghiệm tương tự như thí nghiệm với

ánh sáng ánh sáng trắng ở trên, tuy nhiên chùm sáng đơn sắc sau khi qua lăng kính P tách lấy một ánh sáng đơn sắc (ví dụ như ánh sáng vàng) và tiếp tục cho qua một lăng kính tiếp theo. Khi đó trên quan

sát nhận thấy chỉ thu được một điểm sáng vàng.

2) Nhận xét

  - Ánh sáng đơn sắc qua lăng kính thì không bị tán sắc ánh sáng mà chỉ bị lệch về phía đáy của lăng kính

  - Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng chỉ có một màu nhất định, có bước sóng nhất định và không bị tán sắc khi truyền qua lăng kính.

III. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN

1) Hiện tượng tán sắc ánh sáng

  Là hiện tượng lăng kính phân tách một chùm ánh sáng phức tạp (ánh sáng trắng) thành các chùm ánh sáng đơn sắc.

2) Ánh sáng đơn sắc

  - Là ánh sáng chỉ bị lệch về phía đáy của lăng kính mà không bị tán sắc qua lăng kính.

  - Mỗi ánh sáng đơn sắc có một màu duy nhất được gọi là màu đơn sắc, tương ứng cũng có một giá trị tần số xác định.

3) Ánh sáng trắng

  Là ánh sáng bị lăng kính phân tách thành các chùm ánh sáng đơn sắc đồng thời chùm ánh sáng đơn sắc bị lệch về đáy của lăng kính, hoặc có thể coi ánh sáng trắng là tập hợp của vô số các ánh sáng đơn sắc có màu biến thiên từ đỏ tới tím.

IV. GIẢI THÍCH HIỆN TƯỢNG TÁN SẮC ÁNH SÁNG

  - Nguyên nhân của hiện tượng tán sắc ánh sáng là do chiết suất của lăng kính có giá trị khác nhau đối với ánh sáng đơn sắc khác nhau. Chiết suất với ánh sáng tím lớn nhất và với ánh sáng đỏ là nhỏ nhất. Ánh sáng trắng không phải là ánh sáng đơn sắc mà là hỗn hợp của vô số ánh sáng đơn sắc khác nhau có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím. Do chiết suất của lăng kính có giá trị khác nhau đối với ánh sáng đơn sắc khác nhau nên khi đi qua lăng kính các ánh sáng

đơn sắc sẽ bị lệch về đáy lăng kính với các góc lệch khác nhau. Do đó chúng không chồng chất lên nhau nữa mà tách ra thành một dải gồm nhiều màu liên tục.

  - Với ánh sáng đỏ, lăng kính có chiết suất nhỏ nhất, vì vậy tia đỏ có góc lệch nhỏ nhất. Với ánh sáng tím, lăng kính có chiết suất lớn nhất, vì vậy tia tím có góc lệch lớn nhất.

* Chú ý:

  -  Trong chương trình lớp 11 chúng ta đã biết hệ thức giữa tốc độ truyền ánh sáng trong một môi trường với chiết suất của môi trường n = \frac{c}{v}=\frac{3.10^{8}}{v} với v là tốc độ truyền ánh sáng trong môi trường có chiết suất n. Khi ánh sáng truyền từ môi trường (1) sang môi trường (2) thì ta có \frac{v_{1}}{v_{2}}=\frac{n_{1}}{n_{2}}\rightarrow \frac{\lambda _{1}}{\lambda _{2}}=\frac{n_{1}}{n_{2}}

  -  Thứ tự sắp xếp của bước sóng và chiết suất lăng kính với các ánh sáng đơn sắc cơ bản:λ

λđỏ > λcam > λvàng > λlục > λlam > λchàm > λtímnđỏ < ncam < nvàng < nlục < nlam < nchàm < ntím

V. ỨNG DỤNG CỦA HIỆN TƢỢNG TÁN SẮC ÁNH SÁNG

  - Ứng dụng trong máy quang phổ để phân tích một chùm ánh sáng đa sắc thành các thành phần đơn sắc.

  - Các hiện tượng trong tự nhiên như cầu vòng, bong bóng xà phòng… xay ra do tán sắc ánh sáng.

VI. ÔN TẬP KIẾN THỨC LĂNG KÍNH

1) Cấu tạo

Lăng kính là một khối chất trong suốt được giới hạn bởi hai mặt phẳng không song song. Trong thực tế, lăng kính là khối lăng trụ có tiết diện chính là một tam giác.

2) Đường truyền của tia sáng

Xét tia sáng đơn sắc truyền qua lăng kính trong mặt phẳng tiết diện chính.

- Tia sáng khúc xạ ở hai mặt

- Tia ló lệch về đáy so với tia tới.

3) Công thức lăng kính

 

  -  Trường hợp góc tới nhỏ thì ta có các công thức xấp xỉ sinx ≈ x để

đánh giá gần đúng: \left\{\begin{matrix} i_{1}=nr_{1} & & \\ i_{2}=nr_{2} & & \end{matrix}\right.→ D = i1 + i2 - A ≈ (n-1)A

4) Sự biến thiên của góc lệch D theo góc tới

- Lí thuyết và thực nghiệm chứng tỏ khi góc tới i thay đổi thì góc lệch D cũng thay đổi và có một giá trị cực tiểu Dmin khi i1 = i2 = i, từ đó r1 = r2 = r = \frac{A}{2} 

=> Dmin = 2i – A.

- Ở điều kiện ứng với Dmin đường truyền của tia sáng đối xứng qua mặt phẳng phân giác của góc A.

VII. MỘT SỐ VÍ DỤ ĐIỂN HÌNH

Ví dụ 1: Một lăng kính có góc chiết quang A = 600, chiết suất n = \sqrt{3} tương ứng với ánh sáng màu vàng của natri, nhận một chùm tia sáng trắng và được điều chỉnh sao cho độ lệch với ánh sáng màu vàng ở trên là cực tiểu.

a) Tính góc tới.

b) Tìm góc lệch với ánh sáng màu vàng.

Hướng dẫn giải:

a) Do góc lệch ứng với ánh sáng vàng cực tiểu nên i1 = i2 = i và r1 = r2 = r = A/2 = 300

 Áp dụng công thức (1) hoặc (2) về lăng kính ta có sini = nsin r = \sqrt{3}sin300 =  \frac{\sqrt{3}}{2} =>  i = 600.

b) Khi đó góc lệch ứng với ánh sáng vàng là góc lệch cực tiểu Dmin = 2i – A = 1200 – 600 = 600

Ví dụ 2: Một lăng kính có tiết diện thẳng là tam giác ABC, góc chiết quang A = 600. Chiết suất của lăng kính biến thiên từ \sqrt{2} đến \sqrt{3}. Chiếu một chùm sáng trắng hẹp trong tiết diện thẳng tới mặt bên AB, ta thấy tia đỏ có tia ló đối xứng với tia tới qua mặt phân giác của góc chiết quang A. Góc tới i và góc khúc xạ r1 của tia tím có giá trị bao nhiêu ?

Hướng dẫn giải:

  Do chiết suất của lăng kính nhỏ nhất với ánh sáng đỏ và lớn nhất với ánh sáng tím nên ta có ndo =\sqrt{2} ,     ntím =\sqrt{3}

  Chùm sáng chiếu vào lăng kính rồi bị phân tách thành các chùm sáng đơn sắc, mỗi chùm có góc lệch D có giá trị khác nhau, còn góc tới thì các tia sáng đều như nhau. Tia đỏ có tia ló đối xứng với tia tới qua mặt phân giác của góc chiết quang A nên tia đỏ có góc lệch cực tiểu, khi đó r1đỏ = r2đỏ = r = A/2 = 300

  Áp dụng công thức lăng kính cho tia đỏ ta có sin i = ndosinrdo =\sqrt{2} sin300 = \frac{\sqrt{2}}{2} => i = 450

  Các tia sáng cùng góc tới i nhưng góc góc khúc xạ ứng với mỗi ánh sáng đơn sắc thì lại khác nhau, với  ánh sáng tím ta được

 sini = ntímsinrtím =\sqrt{3} sinrtím => sinrtím = \frac{sini}{\sqrt{3}} = \frac{sin45^{0}}{\sqrt{3}}=\frac{\sqrt{2}}{2\sqrt{3}} → rtím = 240

Ví dụ 3: Một lăng kính có góc chiết quang A = 450. Tia sáng đơn sắc tới lăng kính và ló ra khỏi lăng kính với góc ló bằng góc tới, góc lệch 150.

a) Góc khúc xạ lần thứ nhất r1 của tia sáng trên bằng bao nhiêu?

b) Chiết suất của lăng kính đối với tia sáng nói trên có giá trị bao nhiêu?

Hướng dẫn giải:

a) Do góc tới và góc ló bằng nhau nên trường hợp này góc lệch D đạt cực tiểu Dmin, khi đó r = r1 = r2 = \frac{A}{2} = 22030 '

b) Ta có Dmin = 150 = 2i – A  Þ i = 300

Áp dụng công thức lăng kính ta được sini = nsinr =>  n =  \frac{sini}{sinr}= 1,3

Ví dụ 4: Một lăng kính có góc chiết quang 60, chiết suất 1,6 đặt trong không khí. Chiếu một tia sáng đơn sắc tới mặt bên của lăng kính với góc tới rất nhỏ. Tính góc lệch của tia sáng qua lăng kính

Hướng dẫn giải:

Do góc tới i là góc nhỏ nên áp dụng công thức D = (n – 1)A = 0,6.60 = 3,60

Ví dụ 5: Bước sóng của ánh sáng đỏ trong không khí là 0,75 μm.

a) Tính bước sóng của ánh sáng đỏ trong thủy tinh có chiết suất là 1,414.

b) Bước sóng của ánh sáng trên trong một môi trường là 0,6 μm. Tính chiết suất của môi trường đó?

Ví dụ 6: Một lăng kính có góc chiết quang A = 50 có chiết suất với ánh sáng đỏ và tím lần lượt là 1,643 và 1,685. Một chùm sáng mặt trời hẹp rọi vuông góc với mặt phân giác của lăng kính. Một màn đặt song song với mặt phân giác lăng kính cách lăng kính một khoảng L = 1 m.

a) Tính góc lệch của tia đỏ và tím ló ra khỏi lăng kính.

b) Tính bề rộng quang phổ thu được trên màn.

Ví dụ 7: Một lăng kính có tiết diện thẳng là tam giác ABC, góc chiết quang A = 600. Chiết suất của lăng kính n = \sqrt{2}. Chiếu một tia sáng đơn sắc trong tiết diện thẳng tới mặt bên AB. Hãy tính góc tới i và góc lệch D để khi tia ló đối xứng với tia tới qua mặt phân giác của góc chiết quang A.

Đáp số : i = 450, D = 300

 Ví dụ 8: Chiếu tia sáng đơn sắc tới mặt bên của một lăng kính theo phương vuông góc với mặt bên, tiết diện lăng kính là tam giác đều. Tia ló khỏi lăng kính trùng với mặt bên còn lại. Chiết suất của lăng kính có giá trị là bao nhiểu?

Đáp số: n = 1,155.

Ví dụ 9: Cho một lăng kính thủy tinh có tiết diện là tam giác vuông cân đặt trong không khí, góc chiết quang đối diện với mặt huyền. Chiếu một tia sáng song song với đáy thì góc khúc xạ r1 = 300. Chiết suất của lăng kính có giá trị là ?

 Đáp số: n = \sqrt{2}

Ví dụ 10: Một lăng kính có góc chiết quang A = 600. Góc lệch cực tiểu là Dmin = 300. Chiết suất của lăng kính là bao nhiêu?

Đáp số: n = \sqrt{2}

TRẮC NGHIỆM LÝ THUYẾT VỀ TÁN SẮC ÁNH SÁNG – PHẦN 2

Câu 1: Chiếu một chùm tia sáng hẹp qua một lăng kính. Chùm tia sáng đó sẽ tách thành chùm tia sáng có màu khác nhau. Hiện tượng này gọi là

  A. giao thoa ánh sáng.                                                    B. tán sắc ánh sáng.   

  C. khúc xạ ánh sáng.                                                      D. nhiễu xạ ánh sáng.

Câu 2: Chọn câu sai trong các câu sau?

  A. Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng không bị tán sắc khi đi qua lăng kính

  B. Mỗi ánh sáng đơn sắc khác nhau có màu sắc nhất định khác nhau.

  C. Ánh sáng trắng là tập hợp của ánh sáng đơn sắc đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím.

  D. Lăng kính có khả năng làm tán sắc ánh sáng.

Câu 3: Chọn câu đúng trong các câu sau?

  A. Sóng ánh sáng có phương dao động theo dọc phương truyền ánh sáng.

  B. Ứng với mỗi ánh sáng đơn sắc, sóng ánh sáng có một chu kì nhất định.

  C. Vận tốc ánh sáng trong môi trường càng lớn nếu chiết suất của một trường đó lớn.

  D. Ứng với mỗi ánh sáng đơn sắc, bước sóng không phụ thuộc vào chiết suất của môi trương ánh sáng truyền qua.

Câu 4: Một tia sáng đi qua lăng kính ló ra chỉ một màu duy nhất không phải màu trắng thì đó là

  A. ánh sáng đơn sắc.                                                       B. ánh sáng đa sắc.

  C. ánh sáng bị tán sắc.                                                    D. lăng kính không có khả năng tán sắc.

Câu 5: Ánh sáng trắng qua lăng kính thủy tinh bị tán sắc, ánh sáng màu đỏ bị lệch ít hơn ánh sáng màu tím, đó là vì trong thuỷ tinh ánh sáng đỏ có

  A. có tần số khác ánh sáng tím.                                      B. vận tốc lớn hơn ánh sáng tím.

  C. tần số lớn hơn tần số của ánh sáng tím.                     D. chiết suất nhỏ hơn ánh sáng tím.

Câu 6: Một sóng ánh sáng đơn sắc được đặc trưng nhất là

  A. màu sắc.                                                                     B. tần số.

  C. vận tốc truyền.                                                           D. chiết suất lăng kính với ánh sáng đó.

Câu 7: Cho ánh sáng đơn sắc truyền từ môi trường trong suốt này sang môi trường trong suốt khác thì

  A. tần số thay đổi, vận tốc không đổi.                            B. tần số thay đổi, vận tốc thay đổi.

  C. tần số không đổi, vận tốc thay đổi.                            D. tần số không đổi, vận tốc không đổi.

Câu 9: Tìm phát biểu đúng về ánh sáng đơn sắc.

  A. Đối với các môi trường khác nhau, ánh sáng đơn sắc luôn có cùng bước sóng.

  B. Đối với ánh sáng đơn sắc, góc lệch của tia sáng đối với các lăng kính khác nhau đều có cùng giá trị.

  C. Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng không bị lệch đường truyền khi đi qua lăng kính.

  D. Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng không bị tách màu khi qua lăng kính.

Câu 10: Chọn câu phát biểu sai.

  A. Nguyên nhân của hiện tượng tán sắc ánh sáng là sự thay đổi chiết suất của môi trường đối với các ánh sáng có màu sắc khác nhau

  B. Dải màu cầu vồng là quang phổ của ánh sáng trắng

  C. Ánh sáng trắng là tập hợp gồm 7 ánh sáng đơn sắc: đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím

  D. Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng không bị tán sắc khi qua lăng kính 

Tất cả nội dung bài viết. Các em hãy xem thêm và tải file chi tiết dưới đây:

>>Học trực tuyến luyện thi THPTQG, Đại học 2018, mọi lúc, mọi nơi tất cả các môn. Các thầy cô giỏi nổi tiếng, dạy hay dễ hiểu

chuyên đề được quan tâm

Cập nhật thông tin mới nhất của kỳ thi tốt nghiệp THPT Quốc Gia 2016