SGK Vật Lí 12 - Bài 24. Tán sắc ánh sáng
Tán sắc ánh sáng Đi vào một khu vườn hoa chúng ta thấy rất nhiều màu sắc của hoa rực rỡdưới ánh sáng MặtTrời. Chìa khoá để mờ “bí mật vể màu sắc” nằm ờ đâu ? - THÍ NGHIỆM VỀ Sự TÁN SẮC ÁNH SÁNG CỦA NIU-TƠN (1672) Trong thí nghiệm Hình 24.1, gương G dùng để phản chiếu ánh sáng Mặt Trời qua một khe hẹp F, nằm ngang, vào một buồng tối. Nhờ các hạt bụi nhỏ ta nhìn thấy vết của chùm sáng song song hẹp, qua F. Đặt một màn M song song với F và cách F chừng một hai mét để hứng chùm sáng, thì trên màn ta thấy một vệt sáng F’ màu trắng, giống như khe F. Đặt một lăng kính thuỷ tinh p giữa F và F’ cho cạnh khúc xạ của p song song với F, sao cho chùm sáng rọi xiên vào mặt AB, ta thấy vệt sáng F’ trên màn M bị dịch xuống phía đáy lăng kính, đồng thời bị trải dài thành một dải màu sặc sỡ. Quan sát kĩ dải màu, ta phân biệt được bảy màu, lần lượt từ trên xuống dưới (tức là từ đỉnh xuống đáy lăng kính) là : đỏ, da cam, vàng, lục, lam, chàm, tím. Đó cũng đúng là bảy màu của cầu vồng. Ranh giới giữa các màu không rõ rệt, tức là màu nọ chuyển dần sang màu kia một cách liên tục. Dải sáng màu này gọi là quang phổ của ánh sáng Mặt Trời, hay quang phổ của Mặt Trời. Ánh sáng Mặt Trời là ánh sáng trắng. m Nhắc lại kết luận về sự lệch của tia sáng khi truyền qua lăng kính. Hiện tượng trên gọi lă sự tán sắc ánh sáng (gây ra bởi lăng kính pỵ m - THÍ NGHIỆM VỚI ÁNH SÁNG ĐƠN SẮC CỦA NIU-TƠN Để kiểm nghiệm xem có phải thuỷ tinh đã làm thay đổi màu của ánh sáng hay không, Niu-tơn đã làm thí nghiệm sau đây. Ông rạch trên màn M ở thí nghiệm trẽn một khe hẹp F’ song song với F và xê dịch màn M để đặt F’ vào đúng chỗ một màu - màu vàng V, chẳng hạn - trên quang phổ (H.24.2). Như vậy, sau màn M ông được một chùm sáng hẹp, chỉ có màu vàng. Cho chùm sáng màu vàng đó khúc xạ qua một lãng kính P’ giống hệt lăng kính p và hứng chùm tia ló trên một màn ĂT, ông thấy vệt sáng trên màn AF, tuy vẫn bị dịch chuyển về phía đáy của P', nhưng vẫn giữ nguyên màu vàng. Vậy : Chùm sáng màu vàng, 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. Lần lượt đặt F’ tại chỗ các màu đỏ, da cam, lục,... trên quang phổ, để lần lượt tách riêng từng chùm sáng màu đỏ, da cam, lục,.,, rồi cho chúng qua'P', ông thấy rằng chúng cũng chỉ bị lệch, mà không bị đổi màu. Bảy chùm sáng có bảy màu cầu vồng, tách ra từ quang phổ của Mặt Trời, đều là các chùm sáng đơn sắc. Vậy, ánh sáng đơn sắc là ánh sáng có một màu nhất định và không bị tán sắc khi truyền qua lăng kính. Ill - GIẢI THÍCH HIỆN TƯỢNG TÁN SẮC 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 thuỷ tinh đối với các ánh sáng đơn sắc có màu khác nhau thì khác nhau. Chiết suất có giá trị nhỏ nhất đối với ánh sáng đỏ, và tăng dần khi chuyển sang màu da cam, màu vàng,... và có giá trị lớn nhất đối với ánh sáng tím. Đặc điểm này chung cho mọi chất trong suốt (rắn, lỏng, khí). Ngoài lăng kính thuỷ tinh, người ta còn tạo được nhiều dụng cụ làm tán sắc ánh sáng tốt hơn lãng kính. Vì góc lệch của một tia sáng khúc xạ qua lăng kính tăng theo chiết suất, nên các chùm tia sáng có màu khác nhau trong chùm sáng tới bị lăng kính làm lệch những góc khác nhau, thành thử khi ló ra khỏi lăng kính, chúng không trùng nhau nữa. Do đó, chùm sáng ló bị xoè rộng thành nhiều chùm đơn sắc. Vậy : Sự tán sắc ánh sáng là sự phân tách một chùm ánh sáng phức tạp thành các chùm sáng đơn sắc. - ÚNG DỤNG Hiện tượng tán sắc giúp ta giải thích được một số hiện tượng tự nhiên, ví dụ : cầu vồng bãy sắc (xem bài đọc thêm), và được ứng dụng trong máy quang phổ lăng kính. Sự tán sắc ánh sáng là sự phân tách một chùm ánh sáng phức tạp thành các chùm sáng đơn sắc. Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng có một màu nhất định và không bị tán sắc khi truyền qua lăng kính. ' Í Ánh sáng trắrig là hổn hợp của nhiều ánh sáng đơn sắc có màu biến thiêii liên tục từ đỏ đến tím. . Chiết suất của các chất trong suốt biến thiên theo màu sắc của ánh sáng và tăng dần từ màu đỏ, đến màu tím. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP Trình bày thí nghiệm của Niu-tơn về sự tán sắc ánh sáng. Trình bàỵ thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc của Niu-tơn. 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 đật ngược chiểu nhau, thì ánh sáng có còn bị tán sắc hay không ? ▼ Chọn câu đúng. Thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc của Niu-tơn nhằm chứng minh sự tổn 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 kì màu gì, khi qua lăng kính cũng bị lệch về phía đáy. Một lăng kính thuỷ tinh có góc chiết quang A = 5°, 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. Một cái bể sâu 1,2 m chứa đẩy nước. Một tia sáng Mặt Trời rọi vào mặt nước bể, dưới góc tới /', có tan/ = ị • Tính độ dài của vêt sáng tạo ở đáy bể. Cho biết chiết suất của nước đối với ánh sáng đỏ và ánh sáng tím lần lượt là nâ= 1,328 và nt = 1,343.