Giải bài tập Vật lý 12 Bài 24: Tán sắc ánh sáng
CHƯƠNG V SÓNG ÁNH SÁNG §24. TÁN SẮC ÁNH SÁNG A. KIẾN THỨC Cơ BẢN Sự tắn sắc ánh sáng Niutơn đã thực hiện được thí nghiệm tán sắc ánh sáng, bằng cách cho chùm ánh sáng mặt trời đi qua lãng kính thủy tinh, chùm sáng sau khi qua lăng kính bị lệch về phía đáy, đồng thời bị trải ra thành một dãy màu sặc sỡ có bảy màu chính: đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím. Sự phân tách một chùm sáng phức tạp thành các chùm sáng đơn sắc gọi là sự tán sắc ánh sáng. Ánh sáng đơn sắc: Ánh sáng không bị tán sắc khi qua lăng kính gọi là ánh sáng đơn sắc. Ánh sáng trắng: Ánh sáng trắng (ánh sáng mặt trời, ánh sáng đèn điện dây tóc, đèn măng sông...) không phải là ánh sáng đơn sắc, mà là hỗn hợp của nhiều ánh sáng đơn sắc có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím. Chiết suất của thủy tinh biến thiên theo màu sắc của ánh sáng và tăng dần từ màu đỏ đến màu tím (nđô < ... < ntím). B. CÂU HỎI TRONG BÀI HỌC Sn Nhắc lại kết luận về sự lệch cửa tia súng khi truyền lăng kinh? Hướng dẫn giải 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. c. CÂU HỎI SAU BÀI HỌC Trình bày thi nghiệm của Niu-ton về sự tán sắc ánh sáng Trinh bày thi nghiệm với ánh sang dơn sắc của Niu-tơn. Trong thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc của Niu-tơn, nếu ta bồ màn M di rồi-đưa hai lăng kinh lại sát nhau, nhưng vẫn đặt ngược chiều nhau, thi ánh sáng có còn bị tán sắc hay không? Hướng dẫn trả lời Thí nghiệm của Niu-tơn về sự tán sắc ánh sáng: Xem hình vẽ 24.1.sách giáo khoa. Chiếu một chùm án’ 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 lãng 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 gồm 7 màu chính: đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím. Dải sáng màu này gọi là quang phổ của Mặt trời. Thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc của Niu-tơn: 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 lãng kính (P') và hướng chùm tia ló trên màn M', vệt sáng trên màn M', vẫn bị lệch về phía đáy của lãng kính (P') nhưng vẫn giữ nguyên màu vàng. 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. 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, vì lăng kính p đã phân tích chùm sáng thành quang phổ, còn lăng kính P' lại tổng hợp các chùm sáng ấy lại. Trên màn M' ta thu được vệt sáng có màu trắng, nhưng viền đỏ ở cạnh trên và viền tím ở cạnh dưới. D. BÀI TẬP Chọn cấu đúng. Thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc của Niu-tơn nhằm chứng minh sự tồn tại của ánh sáng đơn sắc. 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 ki màu gì, khi qua lăng kính cũng bị lệch về phía đáy. Một lăng kinh thủy tinh có góc chiết quang A = 5°, dược coi là nhỏ, có chiết suất đối với ánh sáng đỗ và ánh sáng tim lần lượt là Ud - 1,643 và nt = 1,685. Cho một chùm sáng trắng hẹp rọi vào một mặt bên của lăng kinli, dưới góc tái i nhò. Tính góc giữa tia tim và tia đỏ sau khi ló ra khỏi lăng kính. Một cái bễ sâu l,2m chứa đầy nước. Một tia sáng mặt trời rọi vào mặt nước bể, dưới góc tới i, CÓ tani = Ỷ • Tinh độ dài củ vết sáng tạo ờ dãy bể. Cho biết: chiết suất của nước dối với ánh sáng dỏ và ánh sáng tím lẩn Lieợt là na = 1,328 và nt = 1,343. Hướng dẫn giải Chọn đáp án B. Thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc của Niu-tơn nhằm chứng minh: Lãng kính không làm thay đổi màu sắc của ánh sáng qua nó. Các công thức lăng kính: sin ii = n sin rx; sin i2 = n sinr2 A = ri + r2; D= ii + i2 — A Khi góc tới i và góc chiết quang A là góc nhỏ thì ta có: ii= n rr; i2 = n r2 A= Tị + r2; D — 1] + i2 “ A = (n — 1)A Góc lệch của tia đỏ sau khi qua lăng kính: Di = (nd- 1)A = (1,643 - 1)5 = 3,215° Góc lệch của tia tím sau khi qua lăng kính Ọ2 = (nt - 1)A = (1,685 - 1) 5 = 3,425° Góc giữa tia tím và tia đỏ sau khi ló ra khỏi lăng kính: AD = D2 - Di = 3,425° - 3,215° = 0,21° = 12,6' 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 - i = 53' ,0 - Góc khúc xạ của tia đỏ: sinr, = n. sim n. sin 53 1,328 = 0,6024 =37,04° Xét tam giác IJH, ta có: tanr. = JH 1 IJ JH = u.tanri = 120.tan37,04° = 1,2 - 0,7547 = 0,90567 (m) - Góc khúc xạ của tia tím: sin i . sin i -7—— = nt => sin r2 = sin r2 nt sin 53° 1,343 = 0,59568 => r2 = 36,56° - Xét tam giác IJK ta có: tanr„ = —— 2 IJ JK = IJ.tanr2 = l,2.tan36,56° = 1,2.0,74162 = 0,88994 (m) Độ dài quang phổ do tia sáng tạo ở đáy bể là: AD = JH - JK = 0,90567 - 0,88994 = 0,01573 (m) = 1,573 (cm)