1. Hiện tượng tán sắc ánh sáng là gì ?
- Hiện tượng tán sắc ánh sáng là hiện tượng một chùm sáng khi qua lăng kính bị phân tách thành các thành phần đơn sắc.
- Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng có một màu xác định và không bị tán sắc qua lăng kính (vẫn bị khúc xạ, lệch về đáy của lăng kính). Trong một môi trường trong suốt nhất định, mỗi ánh sáng đơn sắc có một bước sóng xác định.
- Ánh sáng đa sắc là ánh sáng có 2 thành phần đơn sắc trở lên.
- Ánh sáng trắng là ánh sáng đa sắc gồm vô số ánh sáng đơn sắc có bước sóng liên tục từ đỏ đến tím. Ánh sáng mặt trời, ánh sáng bóng đèn sợi đốt,... là ánh sáng trắng.
- Chú ý:
+) Quang phổ ánh sáng trắng (ví dụ là ánh sáng mặt trời) là một dải sáng có vô số màu biến đổi liên tục, được chia thành bảy vùng màu chính: đỏ, da cam, vàng, lục, lam, chàm, tím.
+) Ánh sáng truyền từ môi trường này sang môi trường kia thì tần số không đổi còn bước sóng và vận tốc thay đổi phụ thuộc vào môi trường.
2. Thí nghiệm về sự tán sắc ánh sáng của Newton
Newton đã thực hiện thí nghiệm như hình sau:
Sau khi thực hiện thí nghiệm, ông thu được các kết quả sau:
Vệt sáng F’ trên màn M bị dịch xuống phía đáy lăng kính, đồng thời trải dài thành một dải nhiều màu, từ trên xuống dưới lần lượt là: đỏ, cam. vàng, lục, lam, chàm, tím.
Đây được gọi là quang phổ của ánh sáng Mặt Trời.
Ánh sáng Mặt Trời là ánh sáng trắng.
Hiện tượng trên chính là tán sắc ánh sáng gây ra bởi lăng kính P.
3. Thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc của Newton
Trên màn M ở thí nghiệm vừa rồi, Newton rạch một khe hẹp F’ song song với F và xê dịch màn M để đặt F’ vào đúng chỗ một màu như hình sau:
Cho chùm sáng một màu thu được sau màn M khúc xạ qua một lăng kính P’ giống với lăng kính P và hứng chùm tia ló trên một màn M’, ông thấy vệt sáng trên màn M’, tuy vẫn dịch chuyển về phía đáy của P’, nhưng vẫn giữ nguyên màu.
Từ đây ta kết luận được rằng: Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng có một màu nhất định và không bị tán sắc khi truyền qua lăng kính.
4. Nguyên nhân và điều kiện tán sắc ánh sáng
- Có 2 nguyên nhân dẫn đến sự tán sắc ánh sáng:
+) Do ánh sáng trắng là tập hợp của vô số ánh sáng đơn sắc.
+) Chiết suất của một môi trường trong suốt đối với mỗi ASĐS khác nhau thì khác nhau. Từ công thức tính góc lệch: D = (n - 1)A
Và thực nghiệm rút ra:
+) Ánh sáng đỏ bị lệch ít nhất Þ ndnhỏ nhất
+) Ánh sáng tím bị lệch nhiều nhất => ntlớn nhất
Þ Chiết suất của môi trường đối với as tăng dần từ đỏ đến tím:nd<nc<nv<nlu<nla<nch<nt
Þ Bước sóng của ánh sáng giảm dần từ đỏ đến tím:λd>λc>λv>λlu>λla>λch>λt
- Để tán sắc một chùm sáng phức tạp cần có 2 điều kiện:
+) Có mặt phân cách giữa hai môi trường có chiết suất khác nhau.
+) Tia sáng phải đi qua mặt phân cách với góc tới nhỏ hơn 90 độ.
5. Các công thức của ánh sáng đơn sắc chiếu qua lăng kính :
Cho lănh kính có góc chiết quangAvà chiết suấtn. Chiếu ánh sáng đơn sắc qua lăng kính với góc tớii.
Tại I áp dụng ĐLKX :sin i = n.sin r(1). => r.
Áp dụng hình học :A = r + r’(2). => r’.
Tại J áp dụng ĐLKX:n.sin r’ = sin i’(3) => i’
Góc lệch tia tới và tia ló :D = i + i’ – A.(4)
6. Ứng dụng của hiện tượng tán sắc ánh sáng
Hiện tượng tán sắc ánh sáng giúp ta giải thích được một số hiện tượng tự nhiên như cầu vồng, được ứng dụng trong máy quang phổ lăng kính.
- Tải app VietJack. Xem lời giải nhanh hơn!
Câu 1: Ánh sáng trắng
Quảng cáo
A. không bị tán sắc khi truyền qua bản hai mặt song song
B. gồm vô số ánh sáng đơn sắc có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím
C. gồm hai loại ánh sáng đơn sắc có màu khác nhau
D. được truyền qua một lăng kính, tia đỏ luôn bị lệch nhiều hơn tia tím
- Ánh sáng trắng (0,38µm ≤ λ ≤ 0,76µm) là tập hợp của vô số ánh sáng đơn sắc có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím.
Chọn đáp án B
Câu 2: Tìm phát biểu sai về kết quả thì nghiệm tán sắc của Niu-tơn đối với ánh sáng trắng qua lăng kính.
A. Tia tím có phường truyền lệch nhiều nhất so với các tia khác
B. Tia đổ lệch phương truyền ít nhất so với các tia khác
C. Chùm tia lõ có màu biến thiên liên tục
D. Tia tím bị lệch về phía đáy, tia đỏ bị lệch về phía ngược lại.
Quảng cáo
- Kết quả thí nghiệm tán sắc của Niu-tơn đối với ánh sáng trắng qua lăng kính cho thấy chùm tia ló đều lệch về phía đáy lắng kính, tia đỏ lệch ít nhất, tia tím lệch nhiều nhất.
Chọn đáp án D
Câu 3: Hiện tượng tán sắc xảy ra là do:
A. chiết xuất của một môi trường đối với các ánh sáng đơn sắc khác nhau có giá trị khác nhau
B. các ánh sáng đơn sắc khác nhau thì có màu khác nhau
C. chùm sáng trắng gồm vô số các chùm sáng có màu khác nhau
D. chùm sáng bị khúc xạ khi truyền không vuông góc với mặt giới hạn
- Hiện tượng tán sắc xảy ra là do chiết xuất của một môi trường đối với các ánh sáng đơn sắc khác nhau có giá trị khác nhau.
Chọn đáp án A
Câu 4: Tìm phát biểu sai.
- Mỗi ánh sáng đơn sắc:
A. có một màu xác định
B. đều bị lệch đường truyền khi khúc xạ
C. không bị lệch đường truyền khi đi qua lăng kính
D. không bị tán sắc khi đi qua lăng kính
- Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng không bị tán sắc khi qua lăng kính mà chỉ bị lệch đường về phía đáy lăng kính.
- Mỗi ánh sáng đơn sắc có tần số đặc trưng xác định. Khi một ánh sáng đơn sắc truyền từ môi trường này sang môi trường khác (ví dụ truyền từ không khí vào nước) thì vận tốc truyền, phương truyền, bước sóng có thể thay đổi nhưng tần số, chu kì, màu sắc, năng lượng photon thì không đổi.
Chọn đáp án C
Câu 5: Tìm phát biểu sai về hiện tượng tán săc ánh sáng:
A. Chiết suất của lăng kính đối với các ánh sáng đơn sắc khác nhau có giá trị khác nhau.
B. Khi chiều chùm ánh sáng trăng qua lăng kính, tia tím lệch ít nhất, tia đổ lệch nhiều nhất.
C. Ánh sáng đơn sắc là ánhn sáng khôn gbị tán sắc khi qua lăng kính
D. Ánh sáng trắng là tập hợp của vô số ánh sáng đơn sắc có màu biến thiên lien tục từ đỏ đến tím.
- Khi chiều chùm ánh sáng trắng qua lăng kính, tia tím lệch nhiều nhất, tia đỏ lệch ít nhất.
Chọn đáp án B
Quảng cáo
Câu 6: Trong máy quang phổ lăng kính, lăng kính có tác dụng:
A. tăng cường độ chùm sáng
B. tán sắc ánh sáng
C. nhiễu xạ ánh sáng
D. giao thoa ánh sáng
- Trong máy quang phổ lăng kính, lăng kính có tác dụng tán sắc ánh sáng.
Chọn đáp án B
Câu 7: Chiều chùm sáng hẹp gồm hai bức xạ đổ và tím tới lăng kính tam giác đều thì tia tím có góc lệchn cực tiểu. Biết chiết suất của lăng kính đối với tia màu đỏ là nđ = 1,414 ; chiết suất của lăng kính đối với tia màu tím là nt = 1,452. Để tia đỏ có góc lệch cực tiểu, cần giảm góc tới của tia sáng một lượng bằng:
A. 0,21° B. 1,56°
C. 2,45° D. 15°
- Khi chưa quay lăng kính thì tia tím có góc lệch cực tiểu, do đó:
rt1 = rt2 = A/2 = 30°
- Vì sini = nt.sinrt nên góc tới i = 46,55°
- Sau khi quay lăng kính để tia đỏ có góc lệch cực tiểu thì khi đó:
rđ1 = rđ2 = A/2 = 30°
- Vì sini’ = nđ.sinrđ nên góc tới khi đó là: i’ = 44,99°
- Góc quay là: i – i’ = 1,56°
Chọn đáp án B
Câu 8: Chiếu một chùm sáng trắng hẹp đi từ không khí đến để gặp mặt tấm thủy tinh theo phương hợp với mặt này một góc 30°. Thủy tinh có chiết suất đối ánh sáng đỏ và ánh sáng tím lần lượt là nđ = 1,49 và nt = 1,53. Góc hợp bởi tia khúc xạ màu đỏ và tia khúc xạ màu tím gần nhất với giá trị nào dưới đây?
A. 2,5° B. 0,6°
C. 1,1° D. 1,3°
- Góc tới i = 60°.
- Áp dụng định luật khúc xạ, ta có rđ ≈ 35,54°; rt ≈ 34,47°
- Góc hợp bởi tia khúc xạ màu đỏ và tia khúc xạ màu tím: iđ - it ≈ 1,07°.
Chọn đáp án C
Câu 9: Một lăng kính có góc chiết quang A = 5°. Biết chiết suất của lăng kính đối với tia tím là 1,58 và góc tới i nhỏ. Góc lệch của tia tới khi qua lăng kính là:
A. 7,9° B. 0,79 rad
C. 2,9° D. 0,029 rad
- Góc lệch của tia tới khi qua lăng kính là:
D = (n – 1).A = (1,58 – 1).5 = 2,9°
Chọn đáp án C
Câu 10: Một lăng kính thủy tinh có góc chiết quang A = 60°. Chiếu tia sáng trắng SI vào mặt bên của lăng kính sao cho tia tới nằm phía dưới pháp tuyến tại I. Chiết suất của môi trường là lăng kính đối với ánh sáng là n = √3. Để cho tia tím có góc lệch cực tiểu thì góc tới phải bằng:
A. 60° B. 45°
C. 30° D. 55°
Câu 11: Một tia sáng trắng chiếu vuông góc với mặt bên của một lăng kính có góc chiết quang A = 5°. Chiết suất của lăng kính đối với các ánh sáng màu đỏ và tím lần lượt là nđ = 1,64 và nt = 1,68. Sau lăng kính đặt một màn ảnh M song song với mặt bên thứ nhất của lăng kính và cách nó L = 1,2 m (xem Hình vẽ)
- Chiều dài của quang phổ thu được trên màn là:
A. 2,4 mm B. 1,2 cm
C. 4,2 mm D. 21,1 mm
- Gọi O là giao điểm của tia tới và màn.
- Vì các góc lệch nhỏ nên:
- Suy ra:
Chọn đáp án C
Câu 12: Một thấu kính mỏng bằng thủy tinh có hai mặt cầu lồi đặt trong không khí. Một chùm tia sáng hẹp, song song gần trục chính gồm tập hợp các ánh sáng đơn sắc đỏ, lam, tím, vàng được chiếu tới thấu kính theo phương song song với trục chính của thấu kính. Điểm hội tụ của các chùm tia sáng màu tính từ quang tâm O ra xa theo tứ tự:
A. đỏ, vàng, lam, tím
B. tím, lam, vàng , đỏ
C. đỏ, lam, vàng, tím
D. tím, vàng, lam, đỏ
- Theo thư tự đỏ, vàng, làm, tím thì chiết suất của môi trường đối với các màu này là tăng dần, do đó góc lệc tăng dần.
- Tia nào lệch nhiều thì hội tụ tại điểm gần quang tâm O hơn.
- Điểm hội tụ của các chùm tia sáng màu tính từ quang tâm O ra xa theo tứ tự: Tím, lam, vàng, đỏ.
Chọn đáp án B
Câu 13: Một thấu kính hai mặt cầu lồi đều có bán kính R = 22,5 cm. Biết chiết suất của thấu kính đối với ánh sáng tím, đỏ lần lượt là 1,50 và 1,45. Khoảng cách từ tiêu điểm chính đối với tia đỏ đến tiêu điểm chính đối với tia tím là:
A. 1,25 cm B. 2,5 cm
C. 2,25 cm D. 1,125 cm
- Khoảng cách từ tiêu điểm chính đối với tia đỏ đến tiêu điểm chính đối với tia tím là:
Chọn đáp án B
Câu 14: Một thấu kính mỏng gồm một mặt phẳng, một mặt lồi, bán kính 20 cm, làm bằng chất có chiết suất đối với ánh sáng đỏ là 1,49, đối với ánh sáng tím là 1,51. Hiệu số độ tụ của thấu kính đối với tia đỏ, tia tím là:
A. 1 dp B. 0,1 dp
C. 0,2 dp D. 0,02 dp
- Thấu kính mỏng gồm một mặt phẳng (R1 = ∞), một mặt lồi (R2 = 20cm = 0,2m).
- Độ tụ của thấu kính:
(Ở đây môi trường bao quanh thấu kính là không khí nên nmt = 1)
- Hiệu số độ tụ của thấu kính đối với tia đỏ, tia tím là:
Chọn đáp án B
Câu 15: Góc chiết quang của lăng kính bằng 6°. 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 phẳng phân giác của góc chiết quang của lăng kính và cách mặt này 2m. Chiết suất của lăng kính đối với tia đỏ là nd = 1,5 và đối với tia tím là nt = 1,58. Độ rộng của quang phổ liên tục trên màn quan sát bằng:
A. 16,8mm B. 12,57mm
C. 18,30mm D. 15,42mm
- Ta có:
- Tương tự:
→ Độ rộng của quang phổ liên tục trên màn quan sát bằng:
Chọn đáp án A
Xem thêm Bài tập trắc nghiệm Vật Lí 12 ôn thi THPT Quốc gia có đáp án hay khác:
Giới thiệu kênh Youtube VietJack