LÝ THUYẾT PHẦN TÁN SẮC ÁNH SÁNG

ÔN TẬP LÝ THUYẾT PHẦN TÁN SẮC ÁNH SÁNG

Lý thuyết

Định nghĩa : Tán sắc ánh sáng là sự phân tách một chùm ánh sáng phức tạp thành các chùm sáng đơn sắc khác nhau.

Nguyên nhân :

+ Ánh sáng trắng là hỗn hợp của nhiều ánh sáng đơn sắc,có màu từ đỏ đến tím.

+ Chiết suất của một môi trường trong suốt có giá trị khác nhau đối với ánh sáng đơn sắc có màu khác nhau.

+ Chiết suất có giá trị nhỏ nhất đối với ánh sáng đơn sắc màu đỏ và giá trị lớn nhất đối với ánh sáng đơn sắc màu tím.

• Tia tím bị lệch nhiều nhất,tia đỏ bị lệch ít nhất.

+ Lăng kính có góc chiết quang A và góc tới i nhỏ :

Góc lệch của tia sáng : D= (n-1)A

Góc giữa tia đỏ và tia tím : ΔD= D_t-D_d=(n_t-n_d)A

Bề rộng quang phổ liên tục của ánh sáng trắng nhận được qua lăng kính :

                        ĐT= (n_t-n_d)A.L

n : Chiết suất của môi trường đối với ánh sáng đơn sắc

L : khoảng cách từ mặt phẳng phân giác của góc chiết quang đến màn quan sát.

A: Góc chiết quang của lăng kính (A đo bằng đơn vị rad)

Ánh sáng đơn sắc :

-Là ánh sáng không bị tán sắc mà chỉ bị lệch khi qua lăng kính.

-Có một màu nhất định gọi là màu đơn sắc.

Ánh sáng trắng :

-Là hỗn hợp của vô số ánh sáng đơn sắc có màu biến thiên liên tục từ đỏ tới tím.

-Là một trường hợp của ánh sáng phức tạp,hay ánh sáng đa sắc.

-Ánh sáng mặt trời,ánh sáng hồ quang điện,ánh sáng điện dây tóc … là ánh sáng trắng.

Bước sóng và màu sắc ánh sáng :

+ Mỗi ánh sáng đơn sắc có một bước sóng ( hoặc tần số) trong mỗi môi trường hoàn toàn xác định.

+Mọi ánh sáng đơn sắc mà ta nhìn thấy có bước sóng trong chân không trong khoảng từ 0,38 µm đến 0,76 µm.

+Chiết suất môi trường trong suốt phụ thuộc vào tần số và bước sóng của ánh sáng.Chiết suất nhỏ ứng với bước sóng dài và ngược lại.

Tốc độ và bước sóng ánh sáng đơn sắc trong môi trường có chiết suất n :

$v=\frac{c}{n}$

$\lambda =cT=\frac{c}{f}$

T và f lần lượt là chu kì và tần số của ánh sáng.

VÍ DỤ

Ví dụ 1 : Chiếu một chum sáng đơn sắc hẹp tới mặt bên của một lăng kính thủy tinh đặt trong không khí.Khi đi qua lăng kính,chùm sáng này :

1. Không bi lệch khỏi phương truyền ban đầu.
2. Bị đổi màu.
3. Bị thay đổi tần số.
4. Không bị tán sắc.

Giải

Chùm sáng đơn sắc khi đi qua lăng kính không bị tán sắc,không bị thay đổi chu kì,không bị đổi màu ( vì màu ánh sáng được quyết định bởi tần số,mà tần số không đổi) nhưng bị lệch khỏi phương truyền ban đầu.

Chọn đáp án D.

Ví dụ 2 : Khi nói về ánh sáng đơn sắc,phát biểu nào sau đây đúng ?

1. Trong nước,các ánh sáng đơn sắc khác nhau truyền với tốc độ như nhau.
2. Ánh sáng đơn sắc không bị tán sắc khi truyền qua lăng kính.
3. Ánh sáng trắng là ánh sáng đơn sắc vì nó có màu trắng.
4. Tốc độ truyền của một ánh sáng đơn sắc trong thủy tinh và trong không khí là như nhau.

Giải

-Trong nước các ánh sáng đơn sắc khác nhau truyền với tốc độ khác nhau.

-Theo định nghĩa thì ánh sáng trắng là hỗn hợp của vô số ánh sáng dơn sắc có màu biên thiên liên tục từ đỏ tới tím.

-Tốc độ của ánh sáng trong thủy tinh và trong không khí là :

$v_{t}=\frac{c}{n_{t}}$

$v_{k}=\frac{c}{n_{k}}$​​​

Chọn đáp án B.

Ví dụ 3 : Một sóng âm và một sóng ánh sáng truyền từ không khí vào nước thì bước sóng :

1. Của sóng âm tăng còn bước sóng của sóng ánh sáng giảm.
2. Của sóng âm giảm còn bước sóng của sóng ánh sáng tăng.
3. Của sóng âm  và của sóng ánh sáng đều giảm.
4. Của sóng âm  và của sóng ánh sáng đều tăng.

Giải

Khi  sóng âm và sóng ánh sáng truyền từ không khí vào nước thì tần số f không thay đổi.

Đối với sóng âm :

$\lambda =\frac{v}{f}$

Tốc độ truyền âm nhanh nhất trong chất rắn rồi đến trong chất lỏng và chậm nhất trong chất khí.Do đó khi sóng âm truyền từ không khí vào nước thì tốc độ truyền âm tăng.

Khi tốc độ truyền âm tăng thì bước sóng của sóng âm tăng.

Đối với sóng ánh sáng :

Tốc độ truyền sóng ánh sáng trong nước : $v=\frac{c}{n}$ với n là chiết suất của nước.Vì n>1 nên c>v nên khi sóng ánh sáng truyền từ không khí vào nước thì tôc độ truyền sóng giảm.

$\lambda =\frac{v}{f}$

Khi tốc độ truyền sóng giảm thì bước sóng của sóng ánh sáng giảm.

Chọn đáp án A.

Ví dụ 4 : Tia sáng màu cam được chiếu tới song song với trục chính của thấu kính hội tụ theo chiều từ trái qua phải,sau khi khúc xạ qua thấu kính nó cắt trục chính tại điểm F.Người ta chiếu song song với trục chính của thấu kính này một chùm ánh sáng trắng,sau khi khúc xạ qua thấu kính thì :

1. Các tia màu lục và màu chàm của chùm ánh sáng trắng cắt trục chính tại các điểm nằm lần lượt ở bên phải và bên trái tại điểm F.
2. Các tia màu lục và màu chàm của chùm ánh sáng trắng cắt trục chính tại các điểm nằm lần lượt ở bên trái và bên phải tại điểm F.
3. Các tia màu lục và màu chàm của chùm ánh sáng trắng cắt trục chính tại các điểm nằm ở bên trái tại điểm F.
4. Các tia màu lục và màu chàm của chùm ánh sáng trắng cắt trục chính tại các điểm nằm  ở bên phải  tại điểm F.

Giải

Trong hiện tượng tán sắc ánh sáng tia tím bị lệch nhiều nhất tia đỏ bị lệch ít nhất. Vậy độ lệch của các tia khúc xạ theo thứ tự tăng dần là : Đỏ,cam,vàng,lục,lam,chàm,tím.Do đó,nếu tia khúc xạ màu cam cắt trục chính tại điểm F thì các tia màu lục và màu chàm của chùm ánh sáng trắng cắt trục chính tại các điểm nằm ở bên trái điểm F.

Chọn đáp án C.

Ví dụ 5 : Một lăng kính có góc chiết quang A=4^o đặt trong không khí.Chiết suất của lăng kính đối với ánh sáng đỏ và tím lần lượt là 1,643 và 1,685.Chiếu một chùm tia sáng song song,hẹp gồm hai bức xạ đỏ và tím vào mặt bên của lăng kính theo phương vuông góc với mặt này.Góc tạo bởi tia đỏ và tia tím sau khí ló ra khỏi mặt bên kia của lăng kính xấp xỉ bằng :

1. 0,336⁰.
2. 1,416⁰.
3. 13,312⁰.
4. 0,168⁰.

Giải

ΔD= D_t-D_d=(n_t-n_d)A=(1,685-1,843).4=0,168

Chọn đáp án D.

 

BÀI TẬP

Bài 1 : Chiếu từ nước ra không khí một chùm tia sáng song song rất hẹp )coi như một tia sáng) gồm 5 thành phần đơn sắc : tím,lam,lục,đỏ,vàng.Tia ló đơn sắc màu lục đi là là mặt nước (sát với mặt phân cách giữa hai môi trường).Không kể tia đơn sắc màu lục,các tia ló ra ngoài không khí là các tia dơn sắc màu :

1. Lam,tím.
2. Đỏ,vàng,lam.
3. Đỏ,vàng.
4. Tím,lam,đỏ.

Giải

Chọn đáp án C.

Bài 2 : Gọi n_d,n_t và n_v lần lượt là chiết suất của một môi trường trong suốt đối với các ánh sáng đơn sắc đỏ,tím và vàng.Sắp xếp nào sau đây là đúng?

1. n_dvt.
2. n_v>n_d >n_t.
3. n_d>n_t>n_v.
4. n_t>n_d>n_v.

Giải

Chiết suất của một môi trường trong suốt đối với ánh sáng đơn sắc đỏ có giá trị nhỏ nhất,đối với ánh sáng đơn sắc tím có giá trị lớn nhất.

Chọn A.

Bài 3 : Hiện tượng chùm ánh sáng trắng đi qua lăng kính bị phân tách thành chùm sáng dơn sắc là hiện tượng :

1. phản xạ toàn phần.
2. phản xạ ánh sáng.
3. Tán sắc ánh sáng.
4. Giao thoa ánh sáng.

Giải

 

Hiện tượng chùm ánh sáng trắng đi qua lăng kính bị phân tách thành chùm sáng dơn sắc là hiện tượng tán sắc ánh sáng.

Chọn đáp án C.

Bài 4 : Chọn đáp án đúng :

1. Chiếu một chùm sáng gồm các tia màu đỏ,lục,vàng,chàm và tím từ nước ra không khí thì thấy tia sáng màu chàm bị phản xạ toàn phần chứng tỏ tia sáng màu vàng cũng bị phản xạ toàn phần.
2. Khi chiếu ánh sáng trắng qua một bản thủy ttinh hai mặt song song theo phương vuông góc bề mặt bản thhif có thể xảy ra hiện tượng tán sắc ánh sáng.
3. Chiếu một chùm sáng trắng hẹp từ không khí vào nước theo phương xiên góc với mặt nước thì tia sáng lệch ít nhất có tốc độ lớn nhất so với các tia còn lại.
4. Một chùm tia sáng hẹp màu lục có bước sóng trong khoảng từ 500 nm đến 575 mm khi đi qua lăng kính không thể bị tán sắc.

Giải

Khi chiếu một chùm sáng trắng hẹp từ không khí vào nước theo phương xiên góc vvoiws mặt nước thì tia sáng lệch ít nhất là tia mà chiết suất n của nước đối với tia đó có giá trị nhỏ nhất.Mặt khác,tốc độ truyền sóng ánh sáng trong nước $v=\frac{c}{n}$ => tốc độ của tia sáng lệch ít nhất có giá trị lớn nhất so với các tia còn lại.

Chọn đáp án C.

Bài 5 : Một ánh sáng đơn sắc màu cam có tần số f được truyền từ chân không vào một chất lỏng có chiết suất là 1,5 đối với ánh sáng này.Trong chất lỏng trên,ánh sáng này có :

1. Màu tím và tần số f.
2. Màu cam và tần số 1,5f.
3. Màu cam và tần số f.
4. Màu tím và tần số 1,5f.

Giải

Màu sắc của ánh sáng được quyết định bởi tần số ánh sáng,mà tần số không thay đổi khi ánh sáng truyền từ môi trường này sang môi trường khác.Do đó,nếu trong chân không ánh sáng đơn sắc màu cam có tần số f thì trong chất lỏng này vẫn có màu cam và tần số f.

Chọn đáp án C.

Bài 6 : Phát biểu nào sau đây là đúng?

1. Ánh sáng trắng là hỗn hợp của vô số ánh sáng đơn sắc có màu biến thiên liên tục từ đỏ tới tím.
2. Tổng hợp các ánh sáng đơn sắc sẽ được ánh sáng trắng.
3. Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng bị tán sắc khi đi qua lăng kính.
4. Chỉ có ánh sáng trắng mới bị tán sắc khi truyền qua lăng kính.

Giải

Chọn đáp án A.

Bài 7 : Trong chân không,bước sóng ánh sáng lục bằng :

1. 546 mm.
2. 546 µm.
3. 546 pm.
4. 546 nm.

Giải

Chọn đáp án D.

Bài 8 : Trong các phát biểu sau đây,phát biểu nào là sai?

1. Hiện tượng chùm sáng trắng,khi đi qua một lăng kính,bị tách ra thành nhiều chùm sáng có màu sắc khác nhau là hiện tượng tán sắc ánh sáng.
2. Ánh sáng trắng là tổng hợp của nhiều ánh sáng dơn sắc có màu biến thiên liên tục từ đỏ tới tím.
3. Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng không bị tán sắc khi đi qua lăng kính.
4. Ánh sáng do mặt trời phát ra là ánh sáng đơn sắc vì nó có màu trắng.

Giải

Ánh sáng do mặt trời phát ra là ánh sáng trắng.

Chọn đáp án D.

Bài 9 : 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 các ánh sáng đơn sắc : Đỏ,lam,tím,vàng được chiếu tới thấu kính song song với trục chính của thấu kính.Điểm hội tụ của chùm sáng màu tính từ quang tâm O ra xa theo thứ tự là:

1. Đỏ,lam,vàng,tím.
2. Tím,vàng,lam,đỏ.
3. Đỏ,vàng,lam,tím.
4. Tím,lam,vàng,đỏ.

Giải

Trong hiện tượng tán sắc ánh sáng,tia tím bị lệch nhiều nhất,tia đỏ bị lệch ít nhất.Do đó,điểm hội tụ của chùm sáng màu tính từ quang tâm O ra xa : tím,lam,vàng,đỏ.

Chọn đáp án D.

Bài 10 : Chiếu một tia sáng trắng hẹp từ trong nước ra không khí.Ban đầu chiếu tia sáng theo phương song song với mặt nước,sau đó quay dần hướng tia sáng lên.Tia sáng ló ra khỏi mặt nước đầu tiên là :

1. Tia sáng trắng.
2. Tia sáng đỏ.
3. Tia sáng tím.
4. Tia sáng cam.

Giải

Trong hiện tượng tán sắc ánh sáng,tia tím bị lệch nhiều nhất,tia đỏ bị lệch ít nhất.Do đó,khi quay dần hướng tia sáng lên thì tia sáng ló ra khỏi mặt nước đầu tiên là tia sáng đỏ.

​​​​

Bài viết gợi ý: