Luy n thi Qu c gia PEN - C: Môn V t Lí ( Th y ng Vi t Hùng) Lí thuy t v tán s c ánh sáng (P2) LÝ THUY T V TÁN S C ÁNH SÁNG ậ PH N (TÀI LI U BÀI GI NG) GIÁOăVIểN:ă NG VI T HÙNG ây tài li u tóm l c ki n th c kèm theo gi ng “Lí thuy t v tán s c ánh sáng (ph n 2) “ thu c khóa h c Luy n thi Qu c gia PEN - C : Môn V t lí(Th y ng Vi t Hùng) t i website Hocmai.vn có th n m v ng ki n th c ph n “Lí thuy t v tán s c ánh sáng (ph n 2)”, B n c n k t h p theo dõi gi ng v i tài li u I THÍ NGHI M V I ÁNH SÁNG TR NG M t Tr i 1) Thí nghi m Chi u ánh sáng M t Tr i qua m t l ng kính thu tinh P th y v t sáng F’ M b d ch xu ng phía đáy l ng kính đ ng th i b tr i dài thành m t d i màu bi n thiên, d i màu đ c g i quang ph M ’ A F 2) Nh n xét  Chùm ánh sáng tr ng sau qua l ng kính b phân tách thành chùm sáng đ n s c đ ng th i b l ch v phía đáy c a l ng kính Hi n t ng g i s tán s c ánh sáng  Góc l ch c a chùm sáng có màu khác khác Góc l ch v i chùm sáng tìm l n nh t, chùm sáng đ l ch nh t  D i màu thu đ c quan sát g m có màu chính: , da cam, vàng, l c, lam, chàm, tím II THÍ NGHI M V IăÁNHăSÁNGă F P B G Da cam Vàng L c C Lam NăS C 1) Thí nghi m V n làm thí nghi m t ng t nh thí nghi m v i ánh sáng ánh sáng tr ng trên, nhiên chùm sáng đ n s c sau qua l ng kính P tách l y m t ánh sáng đ n s c (ví d nh ánh sáng vàng) ti p t c cho qua m t l ng kính ti p theo Khi quan sát nh n th y ch thu đ c m t m sáng vàng M t Tr i M M ’ Vàng F P G Tím V F ’ P ’ 2) Nh n xét  Ánh sáng đ n s c qua l ng kính không b tán s c ánh sáng mà ch b l ch v phía đáy c a l ng kính  Ánh sáng đ n s c ánh sáng ch có m t màu nh t đ nh, có b c sóng nh t đ nh không b tán s c truy n qua l ng kính III M T S KHÁI NI MăC ăB N 1) Hi năt ng tán s c ánh sáng Là hi n t ng l ng kính phân tách m t chùm ánh sáng ph c t p (ánh sáng tr ng) thành chùm ánh sáng đ n s c 2)ăÁnhăsángăđ năs c  Là ánh sáng ch b l ch v phía đáy c a l ng kính mà không b tán s c qua l ng kính  M i ánh sáng đ n s c có m t màu nh t đ c g i màu đ n s c, t ng ng c ng có m t giá tr t n s xác đ nh Hocmai.vn – Ngôi tr ng chung c a h c trò Vi t T ng đài t v n: 1900 58-58-12 - Trang | - Luy n thi Qu c gia PEN - C: Môn V t Lí ( Th y ng Vi t Hùng) Lí thuy t v tán s c ánh sáng (P2) 3) Ánh sáng tr ng Là ánh sáng b l ng kính phân tách thành chùm ánh sáng đ n s c đ ng th i chùm ánh sáng đ n s c b l ch v đáy c a l ng kính, ho c có th coi ánh sáng tr ng t p h p c a vô s ánh sáng đ n s c có màu bi n thiên t đ t i tím IV GI I THÍCH HI NăT NG TÁN S C ÁNH SÁNG  Nguyên nhân c a hi n t ng tán s c ánh sáng chi t su t c a l ng kính có giá tr khác đ i v i ánh sáng đ n s c khác Chi t su t v i ánh sáng tím l n nh t v i ánh sáng đ nh nh t Ánh sáng tr ng không ph i ánh sáng đ n s c mà h n h p c a vô s ánh sáng đ n s c khác có màu bi n thiên liên t c t đ đ n tím Do chi t su t c a l ng kính có giá tr khác đ i v i ánh sáng đ n s c khác nên qua l ng kính ánh sáng đ n s c s b l ch v đáy l ng kính v i góc l ch khác Do chúng không ch ng ch t lên n a mà tách thành m t d i g m nhi u màu liên t c  V i ánh sáng đ , l ng kính có chi t su t nh nh t, v y tia đ có góc l ch nh nh t V i ánh sáng tím, l ng kính có chi t su t l n nh t, v y tia tím có góc l ch l n nh t Chú ý:  Trong ch ng trình l p 11 bi t h th c gi a t c đ truy n ánh sáng m t môi tr ng v i chi t su t c a môi tr t môi tr c 3.10 , v i v t c đ truy n ánh sáng môi tr  v v v n  n ng (1) sang môi tr ng (2) ta có     2 n2 v2 n2 ng n  ng có chi t su t n Khi ánh sáng truy n  Th t s p x p c a b c sóng chi t su t l ng kính v i ánh sáng đ n s c c b n: đ > cam > vàng > l c > lam > chàm > tím nđ < ncam < nvàng < nl c < nlam < nchàm < ntím NG D NG C A HI NăT V NG TÁN S C ÁNH SÁNG  ng d ng máy quang ph đ phân tích m t chùm ánh sáng đa s c thành thành ph n đ n s c  Các hi n t ng t nhiên nh c u vòng, bong bóng xà phòng… xay tán s c ánh sáng VI ÔN T P KI N TH CăL NG KÍNH 1) C u t o L ng kính m t kh i ch t su t đ c gi i h n b i hai m t ph ng không song song Trong th c t , l ng kính kh i l ng tr có ti t di n m t tam giác 2)ă ng truy n c a tia sáng Xét tia sáng đ n s c truy n qua l ng kính m t ph ng ti t di n - Tia sáng khúc x hai m t - Tia ló l ch v đáy so v i tia t i 3) Công th căl ngăkính sin i1  n.sin r1 ; 1  Tr ng h p t ng quát: A sin i  n.sin r2 ;   A  r1  r2 ;  3 i1 D  i1  i  A ;    Tr ng h p góc t i nh ta có công th c x p x sinx  x đ i1  n.r1   D  i1  i  A   n  1 A đánh giá g n đúng:  i  n.r2 Hocmai.vn – Ngôi tr ng chung c a h c trò Vi t I D r1 r2 J i2 R S B T ng đài t v n: 1900 58-58-12 C - Trang | - Luy n thi Qu c gia PEN - C: Môn V t Lí ( Th y ng Vi t Hùng) Lí thuy t v tán s c ánh sáng (P2) 4) S bi n thiên c a góc l ch D theo góc t i - Lí thuy t th c nghi m ch ng t góc t i i thay đ i góc l ch D c ng thay đ i có m t giá tr c c ti u Dmin A  Dmin = 2i – A i1 = i2 = i, t r1 = r2 = r = - u ki n ng v i Dmin đ ng truy n c a tia sáng đ i x ng qua m t ph ng phân giác c a góc A VII M T S VÍ D I N HÌNH Ví d 1: M tăl ngăkínhăcóăgócăchi t quang A = 600, chi t su t n  t natri, nh n m t chùm tia sáng tr ngăvƠăđ ti u a) Tính góc t i b) Tìm góc l ch v i ánh sáng màu vàng ngă ng v i ánh sáng màu vàng c a căđi u ch nhăsaoăchoăđ l ch v i ánh sáng màu vàng c c H ng d n gi i: a) Do góc l ch ng v i ánh sáng vàng c c ti u nên i1 = i2 = i r1 = r2 = r = A/2 = 300  i  600 b) Khi góc l ch ng v i ánh sáng vàng góc l ch c c ti u Dmin = 2i – A = 1200 – 600 = 600 Áp d ng công th c (1) ho c (2) v l ng kính ta có sin i  n sin r  sin 300  Ví d 2: M tăl ng kính có ti t di n th ng tam giác ABC, góc chi t quang A = 600 Chi t su t c aăl ngăkínhă bi n thiên t đ n Chi u m t chùm sáng tr ng h p ti t di n th ng t i m t bên AB, ta th yătiaăđ có tia lóăđ i x ng v i tia t i qua m t phân giác c a góc chi t quang A Góc t i i góc khúc x r1 c a tia tím có giá tr ? H ng d n gi i: Do chi t su t c a l ng kính nh nh t v i ánh sáng đ l n nh t v i ánh sáng tím nên ta có n  2, n tím  Chùm sáng chi u vào l ng kính r i b phân tách thành chùm sáng đ n s c, m i chùm có góc l ch D có giá tr khác nhau, góc t i tia sáng đ u nh Tia đ có tia ló đ i x ng v i tia t i qua m t phân giác c a góc chi t quang A nên tia đ có góc l ch c c ti u, r1đ = r2đ = r = A/2 = 300  i  450 ng v i m i ánh sáng đ n s c l i khác nhau, v i ánh sáng tím Áp d ng công th c l ng kính cho tia đ ta có sin i  n sin rdo  sin 300  Các tia sáng góc t i i nh ng góc góc khúc x ta đ  sin r1tím  c sin i  n tím sin r1tím  sin r1tím  sin i sin 450    r1tím  240 3 Ví d 3: M tăl ngăkínhăcóăgócăchi t quang A = 450.ăTiaăsángăđ năs c t iăl ngăkínhăvƠălóăraăkh iăl ngăkínhăv i góc ló b ng góc t i, góc l ch 150 a) Góc khúc x l n th nh t r1 c a tia sáng b ng bao nhiêu? b) Chi t su t c aăl ngăkínhăđ i v i tia sáng nói có giá tr bao nhiêu? H ng d n gi i: A a) Do góc t i góc ló b ng nên tr ng h p góc l ch D đ t c c ti u Dmin, r  r1  r2   22030' 0 b) Ta có Dmin = 15 = 2i – A  i = 30 sini sin30 Áp d ng công th c l ng kính ta đ c sini  nsin r  n    1,3 sinr sin 22030' Ví d 4: M tăl ngăkínhăcóăgócăchi t quang 60, chi t su tă1,6ăđ t không khí Chi u m tătiaăsángăđ năs c t i m t bên c aăl ngăkínhăv i góc t i r t nh Tính góc l ch c aătiaăsángăquaăl ngăkínhă H ng d n gi i: Do góc t i i góc nh nên áp d ng công th c D = (n – 1)A = 0,6.60 = 3,60 Ví d 5: B c sóng c a ánh sáng đ không khí 0,75 m Hocmai.vn – Ngôi tr ng chung c a h c trò Vi t T ng đài t v n: 1900 58-58-12 - Trang | - Luy n thi Qu c gia PEN - C: Môn V t Lí ( Th y ng Vi t Hùng) Lí thuy t v tán s c ánh sáng (P2) a) Tính b c sóng c a ánh sáng đ th y tinh có chi t su t 1,414 b) B c sóng c a ánh sáng m t môi tr ng 0,6 m Tính chi t su t c a môi tr ng đó? ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… Ví d 6: M t l ng kính có góc chi t quang A = 50 có chi t su t v i ánh sáng đ tím l n l t 1,643 1,685 M t chùm sáng m t tr i h p r i vuông góc v i m t phân giác c a l ng kính M t đ t song song v i m t phân giác l ng kính cách l ng kính m t kho ng L = m a) Tính góc l ch c a tia đ tím ló kh i l ng kính b) Tính b r ng quang ph thu đ c ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… Ví d 7: M t l ng kính có ti t di n th ng tam giác ABC, góc chi t quang A = 600 Chi t su t c a l ng kính n  Chi u m t tia sáng đ n s c ti t di n th ng t i m t bên AB Hãy tính góc t i i góc l ch D đ tia ló đ i x ng v i tia t i qua m t phân giác c a góc chi t quang A ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ápăs : i = 450, D = 300 Ví d 8: Chi u tia sáng đ n s c t i m t bên c a m t l ng kính theo ph ng vuông góc v i m t bên, ti t di n l ng kính tam giác đ u Tia ló kh i l ng kính trùng v i m t bên l i Chi t su t c a l ng kính có giá tr bao nhi u? ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ápăs : n = 1,155 Ví d 9: Cho m t l ng kính th y tinh có ti t di n tam giác vuông cân đ t không khí, góc chi t quang đ i di n v i m t huy n Chi u m t tia sáng song song v i đáy góc khúc x r1 = 300 Chi t su t c a l ng kính có giá tr ? ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ápăs : n  Ví d 10: M t l ng kính có góc chi t quang A = 600 Góc l ch c c ti u Dmin = 300 Chi t su t c a l ng kính bao nhiêu? ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ápăs : n  Hocmai.vn – Ngôi tr ng chung c a h c trò Vi t T ng đài t v n: 1900 58-58-12 - Trang | - Luy n thi Qu c gia PEN - C: Môn V t Lí ( Th y ng Vi t Hùng) Lí thuy t v tán s c ánh sáng (P2) Ví d 11: M t l ng kính có góc chi t quang A, chi t su t n = 1,5 M t chùm tia sáng h p đ n s c đ c chi u đ n m t tr c c a l ng kính theo ph ng vuông góc v i m t Khi chùm tia ló là m t sau c a l ng kính Góc chi t quang A c a l ng kính có giá tr ? ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ápăs : A  420 Ví d 12: M t tia sáng t i vuông góc v i m t AB c a m t l ng kính có chi t su t n  góc góc vuông Tính góc l ch c a tia sáng qua l ng kính ? đ nh A = 300, B ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ápăs : D = 150 Ví d 13: M t l ng kính có góc chi t quang A = 600 có chi t su t v i ánh sáng tr ng bi n thiên t đ n Chi u vào m t bên AB c a l ng kính m t chùm sáng tr ng h p cho tia tím có góc l ch c c ti u Góc t i m t bên AB ? ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ápăs : i = 600 Ví d 14: M t l ng kính có góc chi t quang A = 600 có chi t su t v i ánh sáng tr ng bi n thiên t đ n Chi u vào m t bên AB c a l ng kính m t chùm sáng tr ng h p Góc t i i t i m t bên AB ph i th a mãn u ki n đ tia chùm tia sáng ló kh i m t bên AC ? ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ápăs : i  21030’ Ví d 15: Cho l ng kính có góc chi t quang A đ t không khí Chiêu chùm tia SI h p g m ánh sáng đ n s c đ , vàng, l c tím theo ph ng vuông góc v i m t bên AB Bi t r ng tia l c sát m t bên AC, h i tia ló kh i l ng kính g m nh ng ánh sáng đ n s c ? Gi i thích ? ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… Hocmai.vn – Ngôi tr ng chung c a h c trò Vi t T ng đài t v n: 1900 58-58-12 - Trang | - Luy n thi Qu c gia PEN - C: Môn V t Lí ( Th y ng Vi t Hùng) Lí thuy t v tán s c ánh sáng (P2) Ví d 16: M t b sâu 1,5 m ch a đ y n c M t tia sáng m t tr i chi u vào b n c d i góc t i 600 Bi t chi t su t c a n c v i ánh sáng đ ánh sáng tìm l n l t 1,328 1,343 B r ng c a quang ph tia sáng t o d i đáy b C 24,7 mm D 22,52 mm A 19,66 mm B 14,64 mm ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… Ví d 17: B c sóng c a ánh sáng đ không khí 0,64 m Tính b chi t su t c a n c đ i v i ánh sáng đ H ng d n gi i: v c Ta có '     0,48 m f nf n c sóng c a ánh sáng n c bi t Ví d 18: M t chùm ánh sáng h p, đ n s c có b c sóng chân không  = 0,60 m Xác đ nh chu kì, t n s c a ánh sáng Tính t c đ b c sóng c a ánh sáng truy n th y tinh có chi t su t n = 1,5 H ng d n gi i: v   0,4 m f n Ví d 19: M t ánh sáng đ n s c có b c sóng c a không khí 0,6 m ch t l ng su t 0,4 m Tính chi t su t c a ch t l ng đ i v i ánh sáng Ta có f = c/ = 5.1014 Hz; T = 1/f = 2.10-15 s; v = c/n = 2.108 m/s; H Ta có ' n n ' ' ng d n gi i:  1,5 Ví d 20: M t l ng kính có góc chi t quang 600 Bi t chi t su t c a l ng kính đ i v i ánh sáng đ 1,5 Chi u tia sáng màu đ vào m t bên c a l ng kính v i góc t i 600 Tính góc l ch c a tia ló so v i tia t i H ng d n gi i: sin i1  0,58 = sin35,30  r1 = 35,30  r2 = A – r1 = 24,70; sini2 = nsinr2 = 0,63 = sin38,00 n  i2 = 38,80  D = i2 + i2 – A = 38,80 Ta có sin r1  Ví d 21: M t l ng kính th y tinh có góc chi t quang A = 600, có chi t su t đ i v i tia đ 1,514; đ i v i tia tím 1,532 Tính góc l ch c c ti u c a hai tia H ng d n gi i: A D D A A V i tia đ : sin d  n d sin = sin49,20  d  49,20  Ddmin = 2.49,20 – A = 38,40 = 38024’ 2 A D D A A = ntsin = sin500  t V i tia tím: sin t  500  Dtmin = 2.500 – A = 400 2 Ví d 22: M t l ng kính th y tinh có góc chi t quang A = 40, đ t không khí Chi t su t c a l ng kính đ i v i ánh sáng đ tím l n l t 1,643 1,685 Chi u m t chùm tia sáng song song, h p g m hai b c x đ tím vào m t bên c a l ng kính theo ph ng vuông góc v i m t Tính góc t o b i tia đ tia tím sau ló kh i m t bên c a l ng kính H ng d n gi i: V i A i1 nh ( 10 ) ta có: D = (n – 1)A Do đóμ Dd = (nd = 1)A; Dt = (nt – 1)A Góc t o b i tia ló đ tia ló tím D = Dt – Dd = (nt – nd)A = 0,1680  10’ Hocmai.vn – Ngôi tr ng chung c a h c trò Vi t T ng đài t v n: 1900 58-58-12 - Trang | - Luy n thi Qu c gia PEN - C: Môn V t Lí ( Th y ng Vi t Hùng) Lí thuy t v tán s c ánh sáng (P2) Ví d 23: Chi u m t tia sáng đ n s c màu vàng t không khí (chi t su t coi nh b ng đ i v i m i ánh sáng) vào m t ph ng phân cách c a m t kh i ch t r n su t v i góc t i 600 th y tia ph n x tr l i không khí vuông góc v i tia khúc x vào kh i ch t r n Tính chi t su t c a ch t r n su t đ i v i ánh sáng màu vàng H ng d n gi i: Ta có sini = nsinr = nsin(900 – i’) = nsin(λ00 – i) = ncosi  n  tan i  Ví d 24: Chi u m t tia sáng g m hai thành ph n đ tím t không khí (chi t su t coi nh b ng đ i v i m i ánh sáng) vào m t ph ng c a m t kh i th y tinh v i góc t i 600 Bi t chi t su t c a th y tinh đ i v i ánh sáng đ 1,51; đ i v i ánh sáng tím 1,56 Tính góc l ch c a hai tia khúc x th y tinh H ng d n gi i: sin i sin i Ta có: sin rd  = 0,574 = sin350; sinrt = = 0,555 = sin33,70  r = rd – rt = 1,30 nd nt Ví d 25: Góc chi t quang c a l ng kính b ng 80 Chi u m vuông góc v i m t ph ng phân giác c a góc chi t quang ph ng phân giác c a l ng kính cách m t phân giác m = 1,50 đ i v i tia tím nt = 1,54 r ng c a quang ph A 7,0 mm B 8,4 mm t tia sáng tr ng vào m t bên c a l ng kính, theo ph ng t m t quan sát, sau l ng kính, song song v i m t t đo n 1,5 m Chi t su t c a l ng kính đ i v i tia đ nđ liên t c quan sát b ng C 6,5 mm D 9,3 mm Hocmai.vn – Ngôi tr ng chung c a h c trò Vi t Giáo viên: ng Vi t Hùng Ngu n Hocmai.vn T ng đài t v n: 1900 58-58-12 : - Trang | -