Vat li 12

Dạng 1. TÁN SẮC ÁNH SÁNG

I. 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 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.
II. 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
, 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:

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





III. Ứng dụng của 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 vòng, bong bóng xà phòng… xảy ra do tán sắc ánh sáng.
IV. Ôn tập kiến thức về 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 tổng quát:





- Trường hợp góc tới nhỏ thì ta có các công thức xấp xỉ sinx ≈
để đánh giá gần đúng:

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
từ đó

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




BÀI TẬP VÍ DỤ
Ví dụ 1: Một lăng kính có góc chiết quang A = 600, chiết suất
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.
A. 300 B. 450 C. 600 D. 750
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
b. Tìm góc lệch với ánh sáng màu vàng.
A. 300 B. 450 C. 600 D. 900
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................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
đến
. 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