Giải SGK Vật lý 12
Bài 24: Tán sắc ánh sáng

TÁN SẮC ÁNH SÁNG

Bài học "Tán sắc ánh sáng" - Vật lí lớp 12 do ICAN.VN cung cấp là bài giảng lý thuyết quan trọng giúp học sinh hiểu rõ kiến thức chuẩn bị cho việc học trên lớp.

Ican

BÀI 24. TÁN SẮC ÁNH SÁNG

I. LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM

1. Thí nghiệm Niu-tơn về tán sắc ánh sáng

+ Dụng cụ: Nguồn sáng trắng; màn có khe F; màn M; lăng kính P.

+ Mô tả: Bố trí thí nghiệm như hình:

  • Chiếu chùm sáng trắng song song qua khe F đến lăng kính P rồi đến màn quan sát M.
  • Quan sát trên màn M ta thấy một dải sáng có màu cầu vồng bị lệch về phía đáy lăng kính.Tia màu đỏ lệch ít nhất, tia màu tím lệch nhiều nhất.

+ Kết luận:

  • Ánh sáng trắng sau khi qua lăng kính bị tách ra thành nhiều chùm sáng có màu khác nhau gọi là ánh sáng đơn sắc.
  • Hiện tượng tán sắc ánh sáng là hiện tượng lăng kính phân tích một chùm sáng trắng thành nhiều chùm sáng có màu sắc khác nhau.
  • Dải màu sau khi tán sắc gọi là quang phổ, quang phổ ánh sáng trắng gồm 7 màu chính: đỏ- cam- vàng- lục- lam- chàm- tím.

2. Thí nghiệm Niu-tơn về ánh sáng đơn sắc

+ Dụng cụ: Nguồn sáng trắng; màn có khe F và màn M có khe F’; 2 lăng kính P và P’, màn M’.

+ Mô tả:

  • Đặt xen giữa lăng kính P và màn M’ một màn có khe F’ và lăng kính P’.
  • Di chuyển khe F’ để chỉ cho một ánh sáng đơn sắc qua khe F’ và qua lăng kính P’, ví dụ màu vàng.
  • Trên màn M’ chỉ quan sát được một vệt sáng đơn sắc màu vàng.

+ Kết luận:

  • Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng không bị tán sắc khi đi qua lăng kính.
  • Màu ánh sáng đơn sắc gọi là màu đơn sắc.

3. Các kết luận quan trọng từ 2 thí nghiệm Niu-tơn về ánh sáng.

+ 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.

+ 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.

+ 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.

4. 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.

5. Ứng dụng hiện tượng 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 vồng, bong bóng xà phòng… xảy ra do tán sắc ánh sáng.

II. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP

Dạng 1. Tìm tần số và bước sóng của ánh sáng đơn sắc

+ Bước sóng ánh sáng trong chân không: \({{\lambda }_{0}}=\frac{c}{f}\)

Với c = 3.108 m/s là tốc độ ánh sáng trong chân không, f là tần số ánh sáng.

+ Tốc độ của ánh sáng trong môi trường có chiết suất n là: \(v=\frac{c}{n}\)

+ Bước sóng ánh sáng trong môi trường có chiết suất n là: \(\lambda =\frac{v}{f}=\frac{c}{nf}=\frac{{{\lambda }_{0}}}{n}\)

Chú ý:

  • Chiết suất của môi trường trong suốt với các ánh sáng khác nhau thì khác nhau và tăng dần từ đỏ đến tím:

nđỏ < ncam < nvàng < nlục < nchàm < ntím.

  • Chiết suất càng lớn thì tốc độ truyền ánh sáng càng nhỏ: vđỏ > vcam > vvàng > vlục > vlam > vchàm > vtím
  • Khi xảy ra hiện tượng tán sắc ánh sáng, tia đỏ lệch ít nhất (góc lệch nhỏ nhất, góc khúc xạ lớn nhất) và tia tím lệch nhiều nhất (góc lệch lớn nhất và góc khúc xạ nhỏ nhất).

Dạng 2. Bài toán tán sắc ánh sáng qua lăng kính

+ Vận dụng các công thức về khúc xạ ánh sáng: \(\left\{ \begin{align}   & \sin \,{{i}_{1}}=n.\sin \,{{r}_{1}} \\  & \sin \,{{i}_{2}}=n.\sin \,{{r}_{2}} \\  & A={{r}_{1}}+{{r}_{2}} \\  & D={{i}_{1}}+{{i}_{2}}-A \\ \end{align} \right.\)

III. GIẢI BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA

Câu C1 (trang 123 SGK Vật lí 12):

Nhắc lại kết luận về sự lệch của tia sáng khi truyền lăng kính?

Trả lời:

+ Tia sáng khi truyền qua lăng kính thì tia ló bị lệch về phía đáy của lăng kính so với tia tới.

+ Với cùng một góc tới i, chiết suất n của lăng kính càng nhỏ thì tia ló bị lệch ít, lăng kính có chiết suất lớn thì tia ló bị lệch nhiều.

 

Bài 1 (trang 125 SGK Vật Lí 12):

Trình bày thí nghiệm của Niu-tơn về sự tán sắc ánh sáng.

Lời giải:

+ Dụng cụ: Nguồn sáng trắng; màn có khe F; màn M; lăng kính P.

+ Mô tả: Bố trí thí nghiệm như hình:

  • Chiếu chùm sáng trắng song song qua khe F đến lăng kính P rồi đến màn quan sát M.
  • Quan sát trên màn M ta thấy một dải sáng có màu cầu vồng bị lệch về phía đáy lăng kính.Tia màu đỏ lệch ít nhất, tia màu tím lệch nhiều nhất.

+ Kết luận:

  • Ánh sáng trắng sau khi qua lăng kính bị tách ra thành nhiều chùm sáng có màu khác nhau gọi là ánh sáng đơn sắc.
  • Hiện tượng tán sắc ánh sáng là hiện tượng lăng kính phân tích một chùm sáng trắng thành nhiều chùm sáng có màu sắc khác nhau.
  • Dải màu sau khi tán sắc gọi là quang phổ, quang phổ ánh sáng trắng gồm 7 màu chính: đỏ- cam- vàng- lục- lam- chàm- tím.

Bài 2 (trang 125 SGK Vật Lí 12):

Trình bày thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc của Niu-tơn.

Lời giải:

+ Dụng cụ: Nguồn sáng trắng; màn có khe F và màn M có khe F’; 2 lăng kính P và P’, màn M’.

+ Mô tả:

  • Đặt xen giữa lăng kính P và màn M’ một màn có khe F’ và lăng kính P’.
  • Di chuyển khe F’ để chỉ cho một ánh sáng đơn sắc qua khe F’ và qua lăng kính P’, ví dụ màu vàng.
  • Trên màn M’ chỉ quan sát được một vệt sáng đơn sắc màu vàng.

+ Kết luận:

  • Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng không bị tán sắc khi đi qua lăng kính.
  • Màu ánh sáng đơn sắc gọi là màu đơn sắc.

Bài 3 (trang 125 SGK Vật Lí 12):

Trong thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc của Niu-tơn, nếu ta bỏ màn M đi rồi đưa hai lăng kính lại sát nhau, nhưng vẫn đặt ngược chiều nhau, thì ánh sáng có còn bị tán sắc hay không?

Lời giải:

+ Trong thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc của Niu-tơn, nếu ta bỏ màn M đi rồi đưa hai lăng kính lại sát nhau, nhưng vẫn đặt ngược chiều nhau thì ánh sáng không còn bị tán sắc, trên màn M’ ta thu được vệt sáng có màu trắng, nhưng viền đỏ ở cạch trên và viền tím ở cạnh dưới.

+ Giải thích: theo tính chất thuận nghịch của chiều truyền ánh sáng thì sau khi đi qua lăng kính P’, các chùm đơn sắc lại bị lệch ngược trở lại và chúng chồng chất lên nhau trên màn M’. Vì ánh sáng ban đầu chiếu vào lăng kính P là ánh sáng trắng nên không thể coi đó là thí nghiệm tổng hợp ánh sáng trắng được.

Bài 4 (trang 125 SGK Vật Lí 12):

Chọn câu đúng.

Thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc của Niu-tơn nhằm chứng minh

A. sự tồn tại của ánh sáng đơn sắc

B. lăng kính không làm thay đổi màu sắc của ánh sáng qua nó.

C. ánh sáng mặt trời không phải là ánh sáng đơn sắc.

D. ánh sáng có bất kì màu gì, khi qua lăng kính cũng bị lệch về phía đáy.

Lời giải: Chọn B.

Thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc của Niu-tơn nhằm chứng minh: Lăng kính không làm thay đổi màu sắc của ánh sáng qua nó.

Bài 5 (trang 125 SGK Vật Lí 12):

Một lăng kính thủy tinh có góc chiết quang A = 5°, được coi là nhỏ, có chiết suất đối với ánh sáng đỏ và ánh sáng tím lần lượt là nđ = 1,643 và nt = 1,685. Cho một chùm sáng trắng hẹp rọi vào một mặt bên của lăng kính, dưới góc tới i nhỏ. Tính góc giữa tia tím và tia đỏ sau khi ló ra khỏi lăng kính.

Lời giải:

Từ các công thức lăng kính: \(\left\{ \begin{align}   & \sin \,{{i}_{1}}=n.\sin \,{{r}_{1}} \\  & \sin \,{{i}_{2}}=n.\sin \,{{r}_{2}} \\  & A={{r}_{1}}+{{r}_{2}} \\  & D={{i}_{1}}+{{i}_{2}}-A \\ \end{align} \right.\)

Khi góc tới i và góc chiết quang A được coi là nhỏ, ta có: \(\left\{ \begin{align}   & \,{{i}_{1}}=n.{{r}_{1}} \\  & \,{{i}_{2}}=n.{{r}_{2}} \\  & A={{r}_{1}}+{{r}_{2}} \\ \end{align} \right.\Rightarrow D={{i}_{1}}+{{i}_{2}}-A=A\left( n-1 \right)\)

Góc lệch của tia đỏ khi ra khỏi lăng kính là: Dđ = (nđ – 1).A = (1,643 – 1).5° = 3,215°.

Góc lệch của tia tím khi ra khỏi lăng kính là: Dt = (nt – 1).A = (1,685 – 1).5° = 3,425°.

Góc giữa tia tím và tia tia đỏ sau khi ló ra khỏi lăng kính là: ΔD = Dt – Dđ = 3,425°–3,215° = 0,21°.

Bài 6 (trang 125 SGK Vật Lí 12):

Một cái bể sâu 1,2 m chứa đầy nước. Một tia sáng Mặt Trời rọi vào mặt nước bể, dưới góc tới i, có tani = 4/3. Tính độ dài của vết sáng tạo ở đáy bể. Cho biết: chiết suất của nước đối với ánh sáng đỏ và ánh sáng tím lần lượt là nđ = 1,328 và nt = 1,343.

Lời giải:

Tia sáng Mặt Trời vào nước bị tán sắc và khúc xạ. Tia đỏ lệch ít nhất, tia tím lệch nhiều nhất.

Ta có tani = 4/3 ⇒ i = 53,13° ⇒ sini = 0,8.

Áp dụng định luật khúc xạ ta có: \(\left\{ \begin{array}{l} \sin {r_đ} = \frac{{\sin i}}{{{n_đ}}} = \frac{{0,8}}{{1,328}}\\ \sin {r_t} = \frac{{\sin i}}{{{n_t}}} = \frac{{0,8}}{{1,343}} \end{array} \right. \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l} {r_đ} = 37,04^\circ \\ {r_t} = 36,56^\circ \end{array} \right.\)

Xét tam giác IHT có: HT = h.tanrt

Xét tam giác IHĐ có: HĐ = h.tanrđ

Độ dài của vết sáng tạo ở đáy bể là:

TĐ = HĐ – HT = h(tanrđ – tanrt) = 1,2.(tan37,04° – tan36,56°) = 0,0157 m » 1,6 cm.

Hy vọng bài học "Tán sắc ánh sáng" đã cung cấp cho các em những kiến thức cần thiết của chương trình Vật lí lớp 12.

Đánh giá (251)
ican
  • Một thương hiệu của 
    ICAN
  • ICAN
  • ICAN © 2023, All Rights Reserved.

  • Trụ sở Hồ Chí Minh: B0003 C/C Sarina, Khu đô thị Sala, Khu phố 3, Đường Hoàng Thế Thiện, Phường An Lợi Đông, TP. Thủ Đức

  • Văn phòng Hà Nội: Tòa nhà 25T2 Đường Hoàng Đạo Thúy, Phường Trung Hòa, Quận Cầu Giấy

  • Các thương hiệu cùng hệ thống:
  • https://hocmai.vn/https://hocmai.vn/