Tán sắc ánh sáng
Kiến thức cần nhớ
1. Thí nghiệm về sự tán sắc ánh sáng của Niu−tơn (1672)
+ 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 được 7 màu chính: đỏ, da cam, vàng, lục, làm, chàm, tím (tia đỏ lệch ít nhất và tia tím lệch nhiều nhất).
+ Ranh giới giữa các màu không rõ rệt.
− Dải màu quan sát được này là quang phổ của ánh sáng Mặt Trời hay quang phổ của Mặt Trời.
− Ánh sáng Mặt Trời là ánh sáng trắng
− Sự tán sắc ánh sáng là sự phân tách một chùm ánh sáng phức tạp thành các chùm sáng đơn sắc.
2. Thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc của Niu−tơn
− Cho các chùm sáng đơn sắc đi qua lăng kính → tia ló lệch về phía đáy nhưng không bị đổi màu.
Vậy: ánh sáng đơn sắc là ánh sáng không bị tán sắc khi truyền qua lăng kính.
3. Giải thích hiện tượng tán sắc
− Ánh sáng trắng 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 (môi trường trong suốt) biến thiên theo màu sắc của ánh sáng và tăng dần từ màu đỏ đến màu tím.
− 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 với những góc khác nhau, thành thử khi ló ra khỏi lăng kính chúng không còn trùng nhau nữa. Do đó, chùm ló bị xòe rộng thành nhiều chùm đơn sắc.
4. Ứng dụng
− Giải thích các hiện tượng như: cầu vồng bảy sắc, ứng dụng trong máy quang phổ lăng kính.
Các dạng bài tập về tán sắc ánh sáng
Dạng 1: Bài toán liên quan đến nguyên nhân của hiện tượng tán sắc
Chiết suất tuyệt đối của môi trường trong suốt: ( và λ’ là bước sóng trong chân không và trong môi trường đó).
Sự tán sắc ánh sáng là sự phân tách một chùm ánh sáng phức tạp thành các chùm sáng đơn sắc.
Nguyên nhân của hiện tượng tán sắc là đo chiết suất của môi trường trong suốt phụ thuộc màu sắc của ánh sáng và tăng dần từ màu đỏ đến màu tím: nđỏ < nda cam
Hiện tượng tán sắc chỉ xẩy ra khi chùm sáng phức tạp bị khúc xạ (chiếu xiên) qua mặt phân cách hai môi trường có chiết suất khác nhau.
Tia đỏ lệch ít nhất (góc lệch nhỏ nhất, góc khúc xạ lớn nhất) và tia tím lệch nhiều nhất (góc lệch lớn nhất, góc khúc xạ nhỏ nhất).
Chiết suất phụ thuộc vào bước sóng (a, b là các hằng số phụ thuộc môi trường và λ là bước sóng trong chân không).
Dạng 2: Bài toán liên quan đến tán sắc
1. Tán sắc qua lưỡng chất phẳng
2. Tán sắc qua bản mặt song song
3. Tán sắc qua thấu kính
4. Tán sắc qua giọt nước
Bài tập tự luyện có hướng dẫn
Bài 1: 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
Bài 2: 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°
- Khi tia tím có góc lệch cực tiểu thì:
Chọn đáp án C
Bài 3: 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
Bài 4: 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
Bài 5: 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
Bài 6: 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
Bài 7: 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
Bài 8: 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
Bài 9: 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
Bài 10: 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
Bài 11: Ánh sáng trắng
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
Bài 12: 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.
- 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
Bài 13: 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
Bài 14: 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
Bài 15: 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
Bài 16: Chiếu một chùm ánh sáng trắng vào mặt bên của một lăng kính có góc chiết quang 6° theo phương vuông góc mặt phân giác góc chiết quang. Trên màn quan sát E đặt song song và cách mặt phân giác của lăng kính một đoạn 1,5m ta thu được dải màu có bề rộng là 6 mm. Biết chiết suất của lăng kính đối với ánh sáng đỏ là 1,5015. Chiết suất của lăng kính đối với ánh sáng tím sẽ là:
A. 1,5004 B. 1,5397
C. 1,5543 D. 1,496
- Ta có:
- Ta lại có:
- Mà:
Chọn đáp án B
Bài 17: Một lăng kính thủy tinh có góc chiết quang A = 5°, được coi là nhỏ, có chiết suất đối với ánh sáng đỏ và tím lần lượt là nđ = 1,578 và nt = 1,618. Cho một chùm sáng trắng hẹp rọi vào mặt bên của lăng kính theo phương vuông góc với mặt phẳng phân giác của góc chiết quang. Góc tạo bởi tia đỏ và tia tím sau khi ló ra khỏi lăng kính là:
A. 0,3° B. 0,5°
C. 0,2° D. 0,12°
- Ta có:
Chọn đáp án C
Bài 18: Một lăng kính thủy tinh có góc chiết quang A = 5°, cho ánh sáng đỏ và tím truyền qua với tốc độ lần lượt là 1,826.108 m/s và 1,780108 m/s. Chiếu vào mặt bên của lăng kính một chùm sáng trắng hẹp (xem là một tia) theo phương vuông góc với mặt phẳng phân giác của góc chiết quang, điểm tới gần A. Góc lệch giữa tia ló đỏ và tia ló tím là:
- Ta có:
→ Góc lệch của 2 tia ló ra:
Chọn đáp án C
Bài 19: Chiếu một chùm tia sáng trắng hẹp vào mặt bên của lăng kính, theo phương vuông góc với mặt phẳng phân giác của góc chiết quang. Sau lăng kính, đặt một màn quan sát song song với mặt phân giác của lăng kính và cách mặt phân giác này một đoạn 2m. Chiết suất của lăng kính đối với tia đỏ nđ = 1,50 và đối với tia tím là nt = 1,54. Góc chiết quang của lăng kính bằng 5°. Độ rộng của quang phổ liên tục trên màn quan sát (khoảng cách từ mép tím đến mép đỏ) bằng:
A. 9,2 mm B. 8,0 mm
C. 6,25 mm D. 7,0 mm
- Góc lệch của 2 tia ló ra:
- Độ rộng của quang phổ liên tục:
Chọn đáp án D
Bài 20: Một lăng kính thủy tinh có góc chiết quang A = 6° đặt trong không khí. Chiết suất của lăng kính đối với ánh sáng đỏ và tím lần lượt là 1,64 và 1,68. Chiếu một chùm tia sáng song song, hẹp gồm hai bức xạ đỏ và tím nói trên vào mặt bên của lăng kính theo phương vuông góc với mặt này. Góc tạo bởi tia màu đỏ và tia màu tím sau khi ló ra khỏi mặt bên còn lại của lăng kính bằng:
A. 1,16° B. 0,36°
C. 0,24° D. 0,12°
- Góc lệch của 2 tia ló ra:
Chọn đáp án C
Bài 21: Chiếu vào mặt bên của lăng kính có góc chiết quang A = 45° một chùm ánh sáng trắng hẹp coi như một tia sáng. Biết chiết suất của lăng kính đối với ánh sáng vàng là nv = 1,52 và đối với ánh sáng đỏ là nđ = 1,5. Biết tia vàng có góc lệch cực tiểu. Góc ló của tia đỏ gần đúng bằng:
A. 35,49° B. 34,49°
C. 33,24° D. 30,49°
- Vì tia vàng có góc lệch cực tiểu nên:
- Mà:
- Ta lại có:
Chọn đáp án B
Bài 22: Một lăng kính có góc chiết quang A = 45°. Chiếu chùm tia sáng hẹp đa sắc SI gồm 4 ánh sáng đơn sắc: đỏ, vàng, lục và tím đến gặp mặt bên AB theo phương vuông góc. Biết chiết suất của lăng kính đối với ánh sáng màu lam là √2. Các tia ló ra khỏi mặt bên AC gồm các ánh sáng đơn sắc:
A. đỏ, vàng, lục và tím.
B. đỏ, vàng và tím.
C. đỏ, lục và tím.
D. đỏ, vàng và lục.
- Ta có:
⇒ các tia ló ra là đỏ, vàng, lục
Chọn đáp án D
Bài 23: Chiếu một chùm tia sáng trắng hẹp vào mặt bên của lăng kính, theo phương vuông góc với mặt phẳng phân giác của góc chiết quang. Sau lăng kính, đặt một màn quan sát song song với mặt phân giác của lăng kính và cách mặt phân giác này một đoạn 2m. Chiết suất của lăng kính đối với tia đỏ nđ = 1,5 và đối với tia tím là nt = 1,54. Góc chiết quang của lăng kính bằng 5°. Độ rộng của quang phổ liên tục trên màn quan sát (khoảng cách từ mép tím đến mép đỏ) bằng:
A. 7,0 mm B. 8,0 mm
C. 6,25 mm D. 9,2 mm
- Ta có:
- Tương tự:
→ Độ rộng của quang phổ liên tục trên màn quan sát bằng
Chọn đáp án A
Bài 24: Chiếu chùm ánh sáng trắng hẹp vào đỉnh của một lăng kính theo phương vuông góc với mặt phẳng phân giác của góc chiết quang. Biết góc chiết quang 4°, chiết suất của lăng kính đối với ánh sáng đỏ và tím lần lượt là 1,468 và 1,868. Bề rộng quang phổ thu được trên màn quan sát đặt song song với mặt phẳng phân giác và cách mặt phẳng phân giác 2m là:
A. 6 cm B. 6,4 m
C. 6,4 cm D. 56,3 mm
- Ta có:
- Tương tự:
→ Độ rộng của quang phổ liên tục trên màn quan sát bằng:
Chọn đáp án D
Bài 25: Một lăng kính có góc chiết quang (góc ở đỉnh) A = 8° đặt trong không khí. Đặt màn quan sát E song song với mặt phẳng phân giác của A và cách nó 1,5m. Chiếu đến lăng kính một chùm sáng trắng hẹp, song song theo phương vuông góc với mặt phân giác của A và gần A. Biết chiết suất của chất làm lăng kính đối với ánh sáng đỏ bằng 1,61 và với ánh sáng tím bằng 1,68. Xác định khoảng cách từ vệt đỏ đến vệt tím trên màn E?
A. 1,47 mm. B. 0,73 cm.
C. 0,73 mm. D. 1,47 cm.
- Ta có:
- Góc lệch của 2 tia đỏ và tím là:
→ Khoảng cách từ vệt đỏ đến tím là:
Chọn đáp án D
Xem thêm các dạng câu hỏi và bài tập liên quan khác
40 Bài tập Thế năng con lắc lò xo (2024) có đáp án
80 bài tập về phản ứng phân hạch. phản ứng nhiệt hạch (có đáp án)
80 bài tập về tính chất và cấu tạo hạt nhân (có đáp án)
80 bài tập về mạch điện xoay chiều có R, L, C mắc nối tiếp (có đáp án)
100 bài tập về mạch điện xoay chiều chỉ chứa một phần tử R, L hoặc C (có đáp án)
