Bùi Khánh Thu
Member
- Xu
- 25,443
Đi vào một vườn hoa chúng ta thấy rất nhiều màu sắc của hoa rực rỡ dưới ánh sáng Mặt Trời. Chìa khoá để mở "bí mật về màu sắc nằm ở đâu? Cùng tìm hiểu bài 24: Tán sắc ánh sáng nhé!
Lời giải:
Thí nghiệm của Niuton về sự tán sắc ánh sáng:
Hình 24.1
Chiếu một chùm ánh sáng trắng (ánh sáng Mặt Trời), song song qua khe hẹp F. Đặt một màn M song song với khe F. Giữa khe F và màn M, đặt một lăng kính (P), sao cho cạnh khúc xạ của (P) song song với F. Chùm tia sáng ló ra khỏi lăng kính không những bị lệch về phía đáy lăng kính, mà còn bị tách ra thành nhiều chùm sáng có màu sắc khác nhau. Trên màn M, ta thu được một dải màu biến thiên liên tục gồm 7 màu chính: đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím. Dải sáng màu này gọi là quang phổ của Mặt Trời.
Bài 2 (trang 125 SGK Vật Lý 12): Trình bày thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc của Niuton.
Lời giải:
- Trên màn M của thí nghiệm tán sắc ánh sáng, Niu-tơn rạch một khe hẹp F’ song song với khe F, để tách ra một chùm sáng hẹp, chỉ có màu vàng. Cho chùm sáng màu vàng qua lăng kính (P’) và hướng chùm tia ló trên màn M’, vệt sáng trên màn M’, vẫn bị lệch về phía đáy của lăng kính (P’) nhưng vẫn giữ nguyên màu vàng.
- Làm thí nghiệm với các màu khác, kết quả vẫn như thế. Tức là chùm sáng có một màu nào đó tách ra từ quang phổ của Mặt Trời, sau khi qua lăng kính P’ chỉ bị lệch mà không bị đổi màu. Niu-tơn gọi chùm sáng này là chùm sáng đơn sắc.
Vậy ánh sáng đơn sắc là ánh sáng có một màu nhất định và không bị tán sắc khi qua lăng kính.
Bài 3 (trang 125 SGK Vật Lý 12): Trong thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc của Niuton, 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 Niuton, 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.
- Lý do 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 Lý 12): Chọn câu đúng.
Thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc của Niuton 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 đấy.
Lời giải:
Thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc của Niuton nhằm chứng minh: Lăng kính không làm thay đổi màu sắc của ánh sáng qua nó.
Bài 5 (trang 125 SGK Vật Lý 12): Một lăng kính thủy tinh có góc chiết quang A = 5o, 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:
Các công thức lăng kính:
Khi góc tới i và góc chiết quang A là góc nhỏ thì ta có:
Góc lệch của tia đỏ sau khi qua lăng kính:
D1 = (nđ – 1)A = (1,643 – 1)5 = 3,215o
Độ lệch của tia tím sau khi qua lăng kính:
D2 = (nt – 1)A = (1,685 – 1)5 = 3.425o
Góc giữa tia tím và tia tia đỏ sau khi ló ra khỏi lăng kính:
ΔD = D2 - D1 = 3.425o - 3,215o = 0,21o = 12,6'
Bài 6 (trang 125 SGK Vật Lý 12): Một cái bể sâu 1,2m 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: tan i = 4/3 → i = 53,1o → sin i = 0,8
Áp dụng định luật khúc xạ tại I ta có: sin i = nđ. sin r2 = nt. sin r1
Xét tam giác vuông IHT, ta có: tan r1 = HT/IH ⇒ HT = h. tan r1
Xét tam giác vuông IHĐ, ta có: tan r2 = HĐ/IH ⇒ HĐ = h. tan r2
Độ dài quang phổ do tia sáng tạo ở đáy bể là :
ΔD = HĐ – HT = h.(tan r2 – tan r1) = 1,2.(tan 37,04o – tan 36,56o) = 0,01568m = 1,568cm
Tổng kết: Các bạn vừa tìm hiểu về sự tán sắc ánh sáng và ánh sáng đơn sắc cùng một số bài tập liên quan đến bài 24: Tác sắc ánh sáng
Bài 24: Tán sắc ánh sáng
Bài 1 (trang 125 SGK Vật Lý 12): Trình bày thí nghiệm của Niuton về sự tán sắc ánh sáng.
Lời giải:
Thí nghiệm của Niuton về sự tán sắc ánh sáng:
Hình 24.1
Chiếu một chùm ánh sáng trắng (ánh sáng Mặt Trời), song song qua khe hẹp F. Đặt một màn M song song với khe F. Giữa khe F và màn M, đặt một lăng kính (P), sao cho cạnh khúc xạ của (P) song song với F. Chùm tia sáng ló ra khỏi lăng kính không những bị lệch về phía đáy lăng kính, mà còn bị tách ra thành nhiều chùm sáng có màu sắc khác nhau. Trên màn M, ta thu được một dải màu biến thiên liên tục gồm 7 màu chính: đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím. Dải sáng màu này gọi là quang phổ của Mặt Trời.
Bài 2 (trang 125 SGK Vật Lý 12): Trình bày thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc của Niuton.
Lời giải:
- Trên màn M của thí nghiệm tán sắc ánh sáng, Niu-tơn rạch một khe hẹp F’ song song với khe F, để tách ra một chùm sáng hẹp, chỉ có màu vàng. Cho chùm sáng màu vàng qua lăng kính (P’) và hướng chùm tia ló trên màn M’, vệt sáng trên màn M’, vẫn bị lệch về phía đáy của lăng kính (P’) nhưng vẫn giữ nguyên màu vàng.
- Làm thí nghiệm với các màu khác, kết quả vẫn như thế. Tức là chùm sáng có một màu nào đó tách ra từ quang phổ của Mặt Trời, sau khi qua lăng kính P’ chỉ bị lệch mà không bị đổi màu. Niu-tơn gọi chùm sáng này là chùm sáng đơn sắc.
Vậy ánh sáng đơn sắc là ánh sáng có một màu nhất định và không bị tán sắc khi qua lăng kính.
Bài 3 (trang 125 SGK Vật Lý 12): Trong thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc của Niuton, 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 Niuton, 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.
- Lý do 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 Lý 12): Chọn câu đúng.
Thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc của Niuton 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 đấy.
Lời giải:
Thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc của Niuton nhằm chứng minh: Lăng kính không làm thay đổi màu sắc của ánh sáng qua nó.
Bài 5 (trang 125 SGK Vật Lý 12): Một lăng kính thủy tinh có góc chiết quang A = 5o, 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:
Các công thức lăng kính:
Khi góc tới i và góc chiết quang A là góc nhỏ thì ta có:
Góc lệch của tia đỏ sau khi qua lăng kính:
D1 = (nđ – 1)A = (1,643 – 1)5 = 3,215o
Độ lệch của tia tím sau khi qua lăng kính:
D2 = (nt – 1)A = (1,685 – 1)5 = 3.425o
Góc giữa tia tím và tia tia đỏ sau khi ló ra khỏi lăng kính:
ΔD = D2 - D1 = 3.425o - 3,215o = 0,21o = 12,6'
Bài 6 (trang 125 SGK Vật Lý 12): Một cái bể sâu 1,2m 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: tan i = 4/3 → i = 53,1o → sin i = 0,8
Áp dụng định luật khúc xạ tại I ta có: sin i = nđ. sin r2 = nt. sin r1
Xét tam giác vuông IHT, ta có: tan r1 = HT/IH ⇒ HT = h. tan r1
Xét tam giác vuông IHĐ, ta có: tan r2 = HĐ/IH ⇒ HĐ = h. tan r2
Độ dài quang phổ do tia sáng tạo ở đáy bể là :
ΔD = HĐ – HT = h.(tan r2 – tan r1) = 1,2.(tan 37,04o – tan 36,56o) = 0,01568m = 1,568cm
Tổng kết: Các bạn vừa tìm hiểu về sự tán sắc ánh sáng và ánh sáng đơn sắc cùng một số bài tập liên quan đến bài 24: Tác sắc ánh sáng
