Khóa học Vật lí 12 – Thầy ĐặngViệt Hùng Bài giảng Sóng ánh sáng Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 1 - I. THÍ NGHIỆM VỚI ÁNH SÁNG TRẮNG 1) Thí nghiệm Chiếu ánh sáng Mặt Trời qua một lăng kính thuỷ t i nh P thấy vệt sáng F ’ trên màn M bị dịch xuống phía đáy lăng kí n h đồng thời bị trải dài thành một dải màu biến thiên, dải màu trên được gọi là quang phổ. 2) Nhận xét  Chùm ánh sáng trắng sau khi qua lăng kính thì bị phân tách thành các chùm sáng đơn sắc đồng thời bị lệch về phía đáy của lăng kính. Hiện tượng trên gọi là sự tán sắc ánh sáng.  Góc lệch của các chùm sáng có màu khác nhau thì khác nhau. Góc lệch với chùm sáng tìm lớn nhất, và chùm sáng đỏ lệch ít nhất.  Dải màu thu được trên màn quan sát gồm có 7 màu chính: Đỏ, da cam, vàng, lục, lam, chàm, tím. II. THÍ NGHIỆ M VỚI ÁNH SÁNG ĐƠN SẮC 1) Thí nghiệm Vẫn làm thí nghiệm t ương tự như thí nghiệm v ới ánh sáng ánh sáng trắng ở trên, tuy nhiên chùm sáng đơn sắc sau khi qua lăng kính P tách lấy m ột ánh sáng đơn sắc (ví dụ như ánh sáng vàng) và tiếp tục cho qua một lăng kính tiếp theo. Khi đó trên quan sát nhận thấy c hỉ thu được một điểm s á n g v à n g . 2) Nhận xét  Ánh sáng đơn sắc qua lăng kính thì không bị tán sắc ánh sáng mà chỉ bị lệch về phía đáy của lăng kính  Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng chỉ có một màu nhất định, có bước sóng nhất định và không bị tán sắc khi truyền qua lăng kính. III. MỘT SỐ KHÁI NIỆ M CƠ BẢN 1) Hiện tượng tán sắc ánh sáng Là hiện tượng lăng kính phân tách một chùm ánh sáng phức tạp (ánh sáng trắng) thành các chùm ánh sáng đơn sắc. 2) Ánh sáng đơ n sắc  Là ánh sáng chỉ bị lệch về phía đáy của lăng kính mà không bị tán sắc qua lăng kính.  Mỗi ánh sáng đơn sắc có một màu duy nhất được gọi là màu đơn sắc, tương ứng cũng có một tần số xá c định . 3) Ánh sáng trắng Là ánh sáng bị lăng kính phân tách thành các chùm ánh sáng đơn sắc đồng thời chùm ánh sáng đơn sắc bị lệch về đáy của lăng kính, hoặc có thể coi ánh sáng trắng là tập h ợp của vô số các ánh sáng đơn sắc có màu biến thiên từ đỏ tới tím. IV. GIẢI THÍCH HIỆN TƯỢNG TÁN SẮC ÁNH SÁNG  Nguyên nhân của hiện tượng tán sắc ánh sáng là do chiết suất của lăng kính có giá trị khác nhau đối với ánh sáng đơn sắc khác nhau. Chiết suất với ánh sáng tím lớn nhất và với ánh sáng đỏ là nhỏ nhất. Ánh sáng trắng không phải là ánh sáng đơn sắc mà là hỗn hợp của vô số ánh sáng đơn sắc khác nhau có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến t ím . D o M Mặt Trời G F Đỏ V Tím P M P ’ Vàng F ’ F ’ Mặt Trời Đỏ Da cam Vàng Lục L a m Chà G F A B C P M TÁN SẮC ÁNH SÁNG (TÀI LIỆU BÀI GIẢNG) Giáo viên: ĐẶNG VIỆT HÙNG Khóa học Vật lí 12 – Thầy ĐặngViệt Hùng Bài giảng Sóng ánh sáng Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 2 - chiết suất của lăng kính có giá trị khác nhau đối với ánh sáng đơn sắc khác nhau nên khi đi qua lăng kính các ánh sáng đơn sắc sẽ bị lệch về đáy lăng kính với các góc lệch khác nhau. Do đó chúng không chồng chất lên nhau nữa mà tách ra thành một dải gồm n h i ều màu liên tục.  Với ánh sáng đỏ, lăng kính có chiết suất nhỏ nhất, vì vậy t i a đỏ có góc lệch nhỏ nhất. Với ánh sáng tím, lăn g kí n h c ó chiết suất lớn nhất, vì vậy t ia t í m có gó c l ệch lớn nhất.  Chú ý:  Trong chươn g t rì nh l ớp 11 chúng ta đã biết hệ thức giữa tốc độ truyền ánh sáng trong một môi trường với chiết suất của môi trường = = 8 c 3.10 n v v , v ớ i v là t ố c độ truy ề n ánh sáng trong môi tr ườ ng có chi ế t su ấ t n. Khi ánh sáng truy ề n t ừ môi tr ườ ng (1) sang môi tr ườ ng (2) thì ta có = → = 1 1 1 1 2 1 2 1 v n n . v n n λ λ  Thứ tự sắp xếp của bướ c sóng và chiết suất lăng kính với các ánh sáng đơn sắc cơ bản: λλλ đỏ > λλλ cam > λλλ vàng > λλλ lục > λλλ l am > λλλ chàm > λλλ tí m và n đỏ < n cam < n vàng < n lục < n lam < n chàm < n tím V. ỨNG DỤNG CỦA HIỆN TƯỢNG TÁN SẮC ÁNH SÁNG  Ứng dụng trong máy quang phổ để phân tích một chùm ánh sáng đa sắc thành các thành phần đơn sắc.  Các hiện tượng trong tự nhiên như cầu vòng, bong bóng xà phòng… xay ra do tán sắc ánh sáng. VI. ÔN TẬ P KIẾN THỨC LĂNG KÍNH 1) Cấu tạo Lăng kính là một khối chất trong suốt được giới hạn bởi hai mặt phẳng không song song. Trong thực tế, l ăng kính là kh ối lăng trụ có tiết diện chính là một tam giác. 2) Đường truyền của tia sáng Xét tia sáng đơn sắc truyền qua lăng kính trong mặt phẳng tiết diện chính. - T i a s á n g k h ú c x ạ ở hai mặt - T i a l ó l ệch về đáy so với tia tới. 3) Công thức lăng kính  Trường hợp tổng quát: ( ) ( ) ( ) ( ) 1 1 2 2 1 2 1 2 sini n.sin r ; 1 sini n.sin r ; 2 A r r ; 3 D i i A ; 4 = = = + = + −  Tr ườ ng h ợ p góc t ớ i nh ỏ thì ta có các công th ứ c x ấ p x ỉ sinx ≈ x để đ ánh giá g ầ n đ úng: ( ) 1 1 1 2 2 2 i n.r D i i A n 1 A i n.r ≈  → = + − ≈ −  ≈  4) Sự biến thiên của góc lệch D theo góc tới - L í t h u y ế t và th ự c nghi ệ m c h ứ ng t ỏ khi góc t ớ i i thay đổ i thì góc l ệ ch D c ũ ng thay đổ i và có m ộ t giá tr ị c ự c ti ể u D m in khi i 1 = i 2 = i, t ừ đ ó r 1 = r 2 = r = A 2 ⇒ D m in = 2 i – A. - Ở đ i ề u ki ệ n ứ ng v ớ i D m in đườ ng truy ề n c ủ a tia sáng đố i x ứ ng qua m ặ t ph ẳ ng phân giác c ủ a góc A. VII. MỘT SỐ VÍ DỤ ĐIỂN HÌNH Ví dụ 1: Một lăng kính có góc chiết quang A = 60 0 , chiết suất = n 3 t ươ ng ứ ng v ớ i ánh sáng màu vàng c ủ a natri, nh ậ n m ộ t chùm tia sáng tr ắ ng và đượ c đ i ề u ch ỉ nh sao cho độ l ệ ch v ớ i ánh sáng màu vàng ở trên là c ự c ti ể u. a) Tính góc t ớ i. b) Tìm góc l ệ ch v ớ i ánh sáng màu vàng. Hướng dẫn giải: a) Do góc l ệ ch ứ ng v ớ i ánh sáng vàng c ự c ti ể u nên i 1 = i 2 = i và r 1 = r 2 = r = A/2 = 30 0 Áp d ụ ng công th ứ c (1) ho ặ c (2) v ề l ă ng kính ta có 0 0 3 sin i nsin r 3 sin 30 i 60 . 2 = = = ⇒ = b) Khi đó góc lệch ứng với ánh sáng vàng là góc lệch cực tiểu D m in = 2i – A = 120 0 – 60 0 = 60 0 S R I J i 1 i 2 r 1 r 2 A B C D Khóa học Vật lí 12 – Thầy ĐặngViệt Hùng Bài giảng Sóng ánh sáng Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 3 - Ví dụ 2: Một lăng kính có tiết diện thẳng là tam giác ABC, góc chiết quang A = 60 0 . Chiết suất của lăng kính biến thiên từ 2 đến 3. Chiế u m ộ t chùm sáng tr ắ ng h ẹ p trong ti ế t di ệ n th ẳ ng t ớ i m ặ t bên AB, ta th ấ y tia đỏ có tia ló đố i x ứ ng v ớ i tia t ớ i qua m ặ t phân giác c ủ a góc chi ế t quang A. Góc t ớ i i và góc khúc x ạ r 1 c ủ a tia t ím có giá tr ị bao nhiêu ? Hướng dẫn giải: Do chiết suất của lăng kính nhỏ nhất với ánh sáng đỏ và lớn nhất với ánh sáng tím nên ta có do tím n 2, n 3 = = Chùm sáng chi ế u vào l ă ng kính r ồ i b ị phân tách thành các chùm sáng đơ n s ắ c, m ỗ i chùm có góc l ệ ch D có giá tr ị khác nhau, còn góc t ớ i thì các tia sáng đề u nh ư nhau. Tia đỏ có tia ló đố i x ứ ng v ớ i tia t ớ i qua m ặ t phân giác c ủ a góc chi ế t quang A nên tia đỏ có gó c l ệ ch c ự c ti ể u, khi đ ó r 1đỏ = r 2 đỏ = r = A/2 = 30 0 Áp d ụ ng công th ứ c l ă ng kính cho tia đỏ ta có 0 0 do do 2 sin i n sin r 2 sin 30 i 45 2 = = = ⇒ = Các tia sáng cùng góc tới i nhưng góc góc khúc xạ ứng với mỗi ánh sáng đơn sắc thì lại khác nhau, với ánh sáng tím ta được 0 0 tím 1tím 1tím 1tím 1tím sini sin 45 2 sin i n sin r 3sin r sin r r 24 3 3 2 3 = = → = = = ⇒ = Ví d ụ 3: M ộ t l ă ng kính có góc chi ế t quang A = 45 0 . Tia sáng đơ n s ắ c t ớ i l ă n g k í nh v à l ó ra k h ỏ i l ă ng kính v ớ i góc ló b ằ ng góc t ớ i, góc l ệ ch 15 0 . a) Góc khúc x ạ l ầ n th ứ nh ấ t r 1 c ủ a ti a sá ng trê n b ằ n g b a o n hiê u ? b) Chi ế t su ấ t c ủ a l ă ng kính đố i v ớ i tia sáng nói trên có giá tr ị bao nhiêu? Hướng dẫn giải: a) Do góc t ớ i và góc ló b ằ ng nhau nên tr ườ ng h ợ p này góc l ệ ch D đạ t c ự c ti ể u D m in , khi đ ó 0 1 2 A r r r 22 30' 2 = = = = b) Ta có D m in = 1 5 0 = 2i – A → i = 30 0 Áp d ụ ng công th ứ c l ă ng kính ta đượ c 0 sini sin30 sin i nsin r n 1 , 3 . sinr sin 22 30' = ⇒ = = = Ví d ụ 4: M ộ t l ă ng kính có góc chi ế t quang 6 0 , chi ế t su ấ t 1,6 đặ t trong không khí. Chi ế u m ộ t tia sáng đơ n s ắ c t ớ i m ặ t bên c ủ a l ă n g k í n h v ớ i góc t ớ i r ấ t nh ỏ . Tí n h g ó c l ệ ch c ủ a ti a sá ng qua l ă ng kính Hướng dẫn giải: Do góc t ớ i i là góc nh ỏ nên áp d ụ ng công th ứ c D = (n – 1)A = 0,6.6 0 = 3,6 0 VIII. BÀI T Ậ P LUY Ệ N T Ậ P Bài 1. B ướ c sóng c ủ a ánh sáng đỏ trong không khí là 0,75 µ m. a) Tính b ướ c sóng c ủ a ánh sáng đỏ trong th ủ y t inh có chi ế t su ấ t là 1,414. b) B ướ c sóng c ủ a ánh sáng trên trong m ộ t môi tr ườ ng là 0,6 µ m. T ính c h i ế t su ấ t c ủ a môi tr ườ ng đ ó? ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… Bài 2. M ộ t l ă ng kính có góc chi ế t quang A = 5 0 có chi ế t su ấ t v ớ i ánh sáng đỏ và tím l ầ n l ượ t là 1,643 và 1,685. M ộ t chùm sáng m ặ t tr ờ i h ẹ p r ọ i vuông góc v ớ i m ặ t phân giác c ủ a l ă ng kính. M ộ t màn đặ t song song v ớ i m ặ t phân giác l ă ng kính cách l ă ng kính m ộ t kho ả ng L = 1 m. a) Tính góc l ệ ch c ủ a tia đỏ và tím ló ra kh ỏ i l ă ng kính. b) Tính b ề r ộ ng quang ph ổ thu đượ c trên màn. ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… Bài 3. M ộ t l ă ng kính có ti ế t di ệ n th ẳ ng là tam giác ABC, góc chi ế t quang A = 60 0 . Ch i ế t su ấ t c ủ a l ă ng kính n 2 = . Chiếu một tia sáng đơn sắc trong tiết diện thẳng tới mặt bên AB. Hãy tính góc tới i và góc lệch D để khi tia ló đối xứng với tia tới qua mặt phân giác của góc chiết quang A. ………………………………………………………………………………………………………………………… Khóa học Vật lí 12 – Thầy ĐặngViệt Hùng Bài giảng Sóng ánh sáng Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 4 - ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… Đáp số : i = 45 0 , D = 30 0 Bài 4. Chiếu tia sáng đơn sắc tới mặt bên của một lăng kính theo phương vuông góc với mặt bên, tiết diện lăn g kí n h l à tam giác đều. Tia ló khỏi lăng kính trùng với mặt bên còn lại. Chiết suất của lăng kính có giá trị là bao nhiểu? ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… Đáp số: n = 1,155. Bài 5. Cho một lăng kính thủy t i nh có ti ết diện là tam giác vuông cân đặt trong không khí, góc chiết quang đối diện với mặt huyền. Chiếu một tia sáng song song với đáy thì góc khúc xạ r 1 = 30 0 . Chiết suất của lăng kính có giá trị là ? ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… Đáp số: n 2 = Bài 6. Một lăng kính có góc chiết quang A = 60 0 . Góc lệch cực tiểu là D m in = 3 0 0 . Chiết suất của lăng kính là bao nhiêu? ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… Đáp số: n 2 = Bài 7. Một lăng kính có góc chiết quang A, chiết suất n = 1,5. Một chùm tia sáng hẹp đơn sắc được chiếu đến mặt trước của lăng kính theo phương vuông góc với mặt này. Khi đó chùm tia ló là là mặt sau của lăng kính. Góc chiế t quang A của lăng kính có giá trị là bao nhiêu ? ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… Đáp số: A ≈ 4 2 0 . Bài 8. Một tia sáng tới vuông góc với mặt AB của một lăng kính có chiết suất n 2 = và góc ở đỉnh A = 30 0 , B là góc vuông. Tính góc lệch của tia sáng qua lăng kính ? ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… Đáp số: D = 15 0 . Bài 9. Một lăng kính có góc chiết quang A = 60 0 có chiết suất với ánh sáng trắng biến thiên từ 2 đến 3. Chiế u vào m ặ t bên AB c ủ a l ă ng kính m ộ t chùm sáng tr ắ ng h ẹ p sao cho tia tím có góc l ệ ch c ự c ti ể u. Góc t ớ i m ặ t bên AB là bao nhiêu ? ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… Đáp số: i = 60 0 . Khóa học Vật lí 12 – Thầy ĐặngViệt Hùng Bài giảng Sóng ánh sáng Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 5 - Bài 10. Một lăng kính có góc chiết quang A = 60 0 có chiết suất với ánh sáng trắng biến thiên từ 2 đến 3. Chiế u và o m ặ t bên AB c ủ a l ă ng kính m ộ t chùm sáng tr ắ ng h ẹ p. Góc t ớ i i t ớ i m ặ t bên AB ph ả i th ỏ a mãn đ i ề u ki ệ n gì để kh ông có ti a nà o t rong ch ùm ti a sá ng ló r a k h ỏ i m ặ t bên AC ? ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… Đáp số: i ≤ 21 0 30’ Bài 11. Cho l ă ng kính có góc chi ế t quang A đặ t trong không khí. Chiêu chùm tia SI h ẹ p g ồ m 4 á n h s á n g đơ n s ắ c đỏ , và ng, l ụ c và tím theo ph ươ ng vuông góc v ớ i m ặ t bên AB. Bi ế t r ằ ng tia l ụ c đ i sát m ặ t bên AC, h ỏ i các tia ló ra kh ỏ i l ă ng kính g ồ m n h ữ ng ánh sáng đơ n s ắ c nào ? Gi ả i thích ? ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… Giáo viên : Đặng Việt Hùng Nguồn : Hocmai.vn . 1) Hiện tượng tán sắc ánh sáng Là hiện tượng lăng kính phân tách một chùm ánh sáng phức tạp (ánh sáng trắng) thành các chùm ánh sáng đơn sắc. 2) Ánh sáng đơ n sắc  Là ánh sáng chỉ bị lệch. HIỆN TƯỢNG TÁN SẮC ÁNH SÁNG  Nguyên nhân của hiện tượng tán sắc ánh sáng là do chiết suất của lăng kính có giá trị khác nhau đối với ánh sáng đơn sắc khác nhau. Chiết suất với ánh sáng tím lớn. kính thì không bị tán sắc ánh sáng mà chỉ bị lệch về phía đáy của lăng kính  Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng chỉ có một màu nhất định, có bước sóng nhất định và không bị tán sắc khi truyền qua