Giải vật lí 12 bài 24: Tán sắc ánh sáng
CHỦ ĐỀ A. MÁY TÍNH VÀ EM
CHỦ ĐỀ B. MẠNG MÁY TÍNH VÀ INTERNET
CHỦ ĐỀ C. TỔ CHỨC LƯU TRỮ, TÌM KIẾM VÀ TRAO ĐỔI THÔNG TIN
CHỦ ĐỀ D. ĐẠO ĐỨC, PHÁP LUẬT VÀ VĂN HÓA TRONG MÔI TRƯỜNG SỐ
CHỦ ĐỀ E. ỨNG DỤNG TIN HỌC
CHỦ ĐỀ F. GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ VỚI SỰ TRỢ GIÚP CỦA MÁY TÍNH
CHỦ ĐỀ A. MÁY TÍNH VÀ EM
CHỦ ĐỀ B. MẠNG MÁY TÍNH VÀ INTERNET
CHỦ ĐỀ C. TỔ CHỨC LƯU TRỮ, TÌM KIẾM VÀ TRAO ĐỔI THÔNG TIN
CHỦ ĐỀ D. ĐẠO ĐỨC, PHÁP LUẬT VÀ VĂN HÓA TRONG MÔI TRƯỜNG SỐ
CHỦ ĐỀ E. ỨNG DỤNG TIN HỌC
CHỦ ĐỀ F. GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ VỚI SỰ TRỢ GIÚP CỦA MÁY TÍNH
[toc:ul]
I. TÓM TẮT LÝ THUYẾT
I. Thế nào là tán sắc ánh sáng
Tán sắc ánh sáng là hiện tượng phân tách một chùm ánh sáng phức tạp (ánh sáng trắng) thành các chùm ánh sáng đơn sắc.
Chú ý:
- Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng có một màu nhất định và không bị tán sắc khi truyền qua lăng kính.
- Ánh sáng đơn sắc khi truyền qua lăng kính tuy không bị tán sắc nhưng vẫn bị lệch về phía đáy lăng kính do hiện tượng khúc xạ ánh sáng khi truyền qua mặt phân cách giữa hai môi trường.
- Mỗi ánh sáng đơn sắc chỉ có một mày duy nhất, ứng với một tần số nhất định (một bước sóng nhất định).
- Công thức liên hệ giữa vận tốc truyền sóng, bước sóng ánh sáng và tần số sóng:
- $\lambda = \frac{v}{f}$.
- Khi sóng ánh sáng truyền từ môi trường này sang môi trường khác thì vận tốc và bước sóng thay đổi nhưng tần số sóng thì luôn không đổi.
- Mối liên hệ giữa bước sóng ánh sáng trong một môi trường với bước sóng ánh sáng trong chân không: $\lambda = \frac{ \lambda _{0}}{n}$, với n là chiết suất của môi trường.
- Từ hiện tượng tán sắc, ta có thể định nghĩa ánh sáng trắng như sau: 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.
II. Giải thích hiện tượng tán sắc ánh sáng
Nguyên nhân của hiện tượng tán sắc ánh sáng: Do sự phụ thuộc của chiết suất của chất làm lăng kính vào bước sóng ánh sáng, cụ thế như sau:
- Chiết suất của môi trường đối 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.
- Mà chiết suất của lăng kính khác nhau với các ánh sáng khác nhau. Do đó, khi đi qua lăng kính, ánh sáng đơn sắc khác nhau bị lệch với những góc khác nhau nên ánh sáng trắng bị phân tách thành dải màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím.
- Chiết suất của lăng kính với ánh sáng đỏ là nhỏ nhất nên tia đỏ có góc lệch nhỏ nhất. Chiết suất của lăng kính đối với ánh sáng tím là lớn nhất nên tia tím có góc lệch lớn nhất (Theo định luật khúc xạ).
Chú ý:
- Thứ tự sắp xếp của bước sóng: $\lambda _{đỏ} > \lambda _{cam} > ... > \lambda _{tím}$
- Thứ tự sắp xếp của chiết suất môi trường đối với từng ánh sáng đơn sắc: nđỏ < ncam < ... < ntím
II. GIẢI BÀI TẬP
Giải câu 1: Trình bày thí nghiệm của Newton về...
Trình bày thí nghiệm của Newton về sự tán sắc ánh sáng.
Bài giải:
Newton dùng gương G để phản chiếu ánh sáng trắng qua một khe hẹp nằm ngang F vào một buồng tối.
Đặt màn M song song với F và cách F khoảng 1 – 2 m. Quan sát thấy trên màn có vệt sáng F’ màu trắng giống khe F
Đặt giữa F và F’ một lăng kính P và cho cạnh khúc xạ của P song song với F. Quan sát thấy vệt sáng F’ bị lệch xuống phía đáy lăng kính và bị phân tách thành một chùm sáng có màu sắc sặc sỡ.
Giải câu 2: Trình bày thí nghiệm với ánh sáng...
Trình bày thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc của Niu-tơn.
Bài giải:
Làm thí nghiệm tương tự câu 1, nhưng thay ánh sáng mặt trời bằng một ánh sáng đơn sắc bằng cách rạch trên màn M 1 khe rất hẹp ở vị trí một màu nào đó.
Bạn đọc xem lại câu 1 tại đây.
Kết quả: Quan sát thấy tia sáng chỉ bị lệch về phía đáy lăng kính mà không bị phân tách thành dải màu.
Giải câu 3: Trong thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc...
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 bị tán sắc hay không?
Bài giải:
Nếu ta bỏ màn M đi rồi đưa hai lăng kính lại sát nhau, nhưng vẫn đặt ngược chiều nhau, thì ánh sáng vẫn bị tán sắc. Nhưng sau khi bị tán sắc, phần giữa của tia ló lại có các màu sắc biến thiên liên tục tại cùng một vị trí, do đó chúng lại tổng hợp lại và t quan sát thấy ánh sáng trắng. Ở hai bên mép của chùm tia ló là nơi quan sát rõ nhất hiện tượng tán sắc.
Giải câu 4: Thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc...
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 phái đấy.
Bài giải:
Chọn đáp án B.
Giải câu 5: Một lăng kính thủy tinh có góc chiết...
Một lăng kính thủy tinh có góc chiết quang A = 50, được coi là nhỏ, các chiết suất đối với ánh sáng đỏ và ánh sáng tím lần lượt là nđ = 1,643 và nt = 1,685. Cho một chùm ánh 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.
Bài giải:
Do góc chiết quang A = 50 rất nhỏ, nên ta áp dụng công thức lăng kính sau:
D = (n - 1).A
Với nđ = 1,643 thì Dđ = 0,643.5 = 3,125o
Với nt = 1,685 thì Dt = 0,685.5 = 3,425o
Vậy, góc lệch giữa tia đỏ và tia tím sau khi ló ra khỏi lăng kính là là: ∆D = Dt – Dđ = 0,21o = 12,6’
Giải câu 6:Một cái bể sâu 1,2 m chứa đầy nước...
Một cái bể sâu 1,2 m chứa đầy nước. Một tia sáng Mặt Trời rọi vào mặt nước bể, dưới góc tới i, $\tan i = \frac{4}{3}$. Tính độ dài của vệt 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.
Bài giải:
Vì $\tan i = \frac{4}{3}$ nên i = 530
Áp dụng định luật khúc xạ cho các tia đỏ và tia tím ta có:
Với tia đỏ: sin i = nđỏ.sin rđỏ $\Rightarrow $ sin 530 = 1,328.sin rđỏ $\Rightarrow $ rđỏ = 36,960.
Với tia tím: sin i = ntím.sin rtím $\Rightarrow $ sin 530 = 1,343.sin rtím $\Rightarrow $ rtím = 36,50.
Từ hình vẽ, ta có: Độ dài vệt sáng tạo ở đáy bể là:
TĐ = HĐ – HT = IH.(tan rđỏ - tan rtím) = 1,2.(tan 36,960 – tan 36,50) = 0,015 m = 1,5 cm