ANH VĂN TOÁN HÓA HỌC VẬT LÝ

LUYỆN THI THPT - QG Tán sắc ánh sáng

Tán sắc ánh sáng | L E A R N . Q U I P P E R . C O M 2

1

TÊN BÀI HỌC

Tán sắc ánh sáng

. TÁN SẮC ÁNH SÁNG AI/ Sự tán sắc ánh sáng

Tán sắc ánh sáng là sự phân tách một chùm sáng phức tạp thành các chùm sáng đơn sắc.

II/ Ánh sáng đơn sắc, ánh sáng trắng • Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng không bị tán sắc khi đi qua lăng kính. Mỗi ánh sáng

đơn sắc có một màu gọi là màu đơn sắc. Mỗi màu đơn sắc trong mỗi môi trường có một bước sóng xác định.

• Khi truyền qua các môi trường trong suốt khác nhau vận tốc của ánh sáng thay đổi,

bước sóng của ánh sáng thay đổi còn tần số của ánh sáng thì không đổi.

• Ánh sáng trắng là tập hợp của vô số ánh sáng đơn sắc khác nhau có màu biến thiên liên tục từ đỏ tới tím.

• Dải có màu như cầu vồng (có vô số màu nhưng được chia thanh 7 màu chính là đỏ,

cam, vàng, lục, lam, chàm, tím) gọi là quang phổ của ánh sáng trắng.

• Chiết suất của các chất trong suốt biến thiên theo màu sắc ánh sáng và tăng dần từ màu đỏ đến màu tím.

Mục tiêu bài học

Nội dung bài học

Tán sắc ánh sáng | L E A R N . Q U I P P E R . C O M 3

III/ Ứng dụng của sự tán sắc ánh sáng • Máy quang phổ phân tích một chùm sáng đa sắc, do các vật sáng phát ra, thành các

thành phần đơn sắc.

• Hiện tượng cầu vồng xảy ra do sự tán sắc ánh sáng, các tia sáng Mặt Trời đã bị khúc xạ và phản xạ trong các giọt nước trước khi tới mắt ta.

. ÁP DỤNG CÁC CÔNG THỨC CỦA LĂNG KÍNH ĐỂ GIẢI BÀI TẬP B• Nguyên nhân của hiện tượng tán sắc là do chiết suất của môi trường biến thiên theo

màu sắc ánh sáng, và tăng dần từ màu đỏ đến màu tím

( )< < < < < <cam vµng lôc lam chµm tÝm®án n n n n n n .

• Bước sóng ánh sáng trong chân không: λ = cf

, với = 8c 3.10 m / s .

• Bước sóng ánh sáng trong môi trường: λλ = = =v c'f n.f n

.

• Công thức tổng quát:

1 1sini n.sinr=

2 2sini n.sinr=

1 2A r r= +

1 2D i i A= + −

• Trường hợp i và A nhỏ ( )010≤ : 1 1i n.r= ; 2 2i n.r= ; ( )D A n 1= −

• Góc lệch cực tiểu:

• 1 2min min 1

1 2

Ar rD D 2.i A2

i i

⎧ = =⎪⇔ ⇒ = −⎨⎪ =⎩

.

• Công thức tính góc lệch cực tiểu: minD A Asin n.sin2 2+ = .

• Điều kiện để có phản xạ toàn phần: 1 2n n> và ghi i> với 2gh

1

nsinin

= .

• Đối với ánh sáng trắng: λ≥ ≥⎧⎪

⎨λ ≤ λ ≤ λ⎪⎩tÝm ®á

tÝm ®á

n n n

Tán sắc ánh sáng | L E A R N . Q U I P P E R . C O M 4

21

• Khi cần thiết, một số bài toán còn liên quan đến định luật phản xạ và định luật khúc xạ:

1 1 2 2

i i 'n sini n sini=⎡

⎢ =⎣

Ví dụ 1: Bước sóng của ánh sáng đỏ trong không khí là µ0,64 m . Tính bước sóng của

ánh sáng đó trong nước biết chiết suất của nước đối với ánh sáng đó là 43

.

Giải:

Ta có: v c 1 0,64' . 0,48 m4f n f n3

λλ = = = = = µ .

Ví dụ 2: Một ánh sáng đơn sắc có bước sóng của nó trong không khí là 0,6 mµ và trong

chất lỏng trong suốt là 0,4 mµ . Tính chiết suất của chất lỏng đối với ánh sáng đó.

Giải:

Ta có: 0,6 3' n 1,5n ' 0,4 2λ λλ = ⇒ = = = =

λ.

Ví dụ 3: Một chùm sáng hẹp, đơn sắc có bước sóng trong chân không là 0,6 mλ = µ . Xác

định chu kỳ, tần số của ánh sáng đó. Tính tốc độ và bước sóng của ánh sáng đó khi truyền trong thủy tinh có chiết suất n 1,5= . Giải:

Ta có: 8

146

c 3.10f 5.10 Hz0,6.10−= = =

λ.

1514

1 1T 2.10 sf 5.10

−= = = .

Tốc độ truyền trong thủy tinh: 8

8c 3.10v 2.10 m / sn 1,5

= = = .

Bước sóng của ánh sáng truyền trong thủy tinh: 0,6' 0,4 mn 1,5λλ = = = µ .

Ví dụ 4: Một lăng kính có góc chiết quang là 060 . Biết chiết suất của lăng kính đối với ánh sáng đó là 1,5. Chiếu tia sáng màu đỏ vào mặt bên của lăng kính với góc tới 060 . Tính góc lệch của tia ló so với tia tới. Giải:

Tán sắc ánh sáng | L E A R N . Q U I P P E R . C O M 5

Ta có: = ⇒ = = = ⇒ ≈0

011 1 1 1

sini sin60 3sini nsinr sinr r 35,26n 1,5 3

⇒ = − = − =0 0 02 1r A r 60 35,26 24,74 .

Ta lại có: = = ≈ ⇒ =0 02 2 2sini nsinr 1,5.sin24,74 0,63 i 39,05

Vậy góc lệch của tia tới so với tia ló: = + − = + − =0 0 0 01 2D i i A 60 39,05 60 39,05 .

Ví dụ 5: Góc chiết quang của một lăng kính bằng 06 . Chiếu một tia sáng trắng vào mặt bên của lăng kính theo phương vuông góc với mặt phẳng phân giác của góc chiết quang. Đặt một màn quan sát sau lăng kính, song song với mặt phân giác của góc chiết quang và cách mặt này 2 m. Chiết suất của lăng kính đối với tia đỏ là ®n =1,5 và đối với tia tím là

=tn 1,56 . Tính độ rộng của quang phổ liên tục trên màn quan sát.

Giải:

Vì góc chiết quang 0 0A 6 10= < nên xem như là góc nhỏ nên góc lệch của tia đỏ và tia tím khi đi qua lăng kính là

( ) ( )= − = − =0 0® ®D A n 1 6 1,5 1 3 .

( ) ( )0 0t tD A n 1 6 1,56 1 3,36= − = − = .

Độ rộng của quang phổ liên tục trên màn quan sát chính là đoạn ĐT trên hình vẽ. Theo hình vẽ, ta có: a = ĐT OT= − OĐ với t tOT d.tanD d.D= ≈ .

= ≈® ®O§ d.tanD d.D .

( ) ( ) π⇒ = − = − ≈ =0 0t ® 0a d D D 2 3,36 3 . 0,01256 m 12,56 mm

180.

Vậy độ rộng quang phổ liên tục trên màn quan sát là 12,56 mm.

Ví dụ 6: Lăng kính có tiết diện là tam giác cân ABC, góc chiết quang 0A 120= . Chiết suất

của lăng kính đối với mọi loại ánh sáng đều lớn hơn 2 . Chiếu tia sáng trắng tới mặt bên AB của lăng kính theo phương song song với BC sao cho toàn bộ chùm khúc xạ ở mặt AB truyền xuống BC. Tại BC chùm sáng sẽ

OĐ T

Tán sắc ánh sáng | L E A R N . Q U I P P E R . C O M 6

A. một phần chùm sáng phản xạ và một phần khúc xạ. B. phản xạ toàn phần lên AC rồi ló ra ngoài theo phương song song BC. C. ló ra ngoài theo phương song song AB. D. ló ra ngoài theo phương song song AC. Giải:

Ta có: =gh1sinin

, mà >n 2 ⇒ < ⇒ < 0gh gh

1sini i 452

.

Chiếu tia sáng tới mặt bên AB của lăng kính theo phương song song với BC nên = 0i 60 0

0sini sin60 3sini nsinr sinr r 37,76n n 2 2

= ⇒ = = < ⇒ < .

Do đó góc tới tại mặt BC là

+ = ⇒ = − < ⇒ > − =0 0 0 0r r ' A r A r ' 37,76 r ' 120 37,76 82,24

Ta có: ghr ' i> , do đó tia sáng phản xạ toàn phần ở mặt BC, tới gặp mặt AC và ló ra khỏi AC

theo phương song song với BC. Đáp án: B.