Giải Vật Lí 12 Bài 24: Tán sắc ánh sáng

69 lượt xem

Chúng tôi giới thiệu Giải bài tập Vật Lí lớp 12 Bài 24: Tán sắc ánh sáng chính xác, chi tiết nhất giúp học sinh dễ dàng làm bài tập Tán sắc ánh sáng lớp 12.

Bài giảng Vật lí 12 Bài 24: Tán sắc ánh sáng

Giải bài tập Vật Lí Lớp 12 Bài 24: Tán sắc ánh sáng

Trả lời câu hỏi giữa bài

Trả lời câu C1 trang 123 SGK Vật Lí 12: Nhắc lại kết luận về sự lệch của tia sáng khi truyền lăng kính?

Lời giải:

Tia sáng khi truyền qua lăng kính thì tia ló bị lệch về phía đáy của lăng kính so với tia tới.

Với cùng một góc tới i, chiết suất n của lăng kính càng nhỏ thì tia ló bị lệch ít, lăng kính có chiết suất lớn thì tia ló bị lệch nhiều.

Câu hỏi và bài tập (trang 125 SGK Vật Lí 12)

Bài 1 trang 125 SGK Vật Lí 12: Trình bày thí nghiệm của Niu- tơn về sự tán sắc ánh sáng.

Lời giải:

Giải Vật Lí 12 Bài 24: Tán sắc ánh sáng (ảnh 1)

- Trong thí nghiệm, gương G đùng để phản chiếu ánh sáng Mặt Trời qua một khe hẹp F, nằm ngang, vào một buồng tối. Nhờ các hạt bụi nhỏ ta nhìn thấy vết của chùm sáng song song hẹp, qua F. Đặt một màn M song song với F và cách F chừng một hai mét để hứng chùm sáng, thì trên màn ta thấy một vệt sáng F1 màu trắng, giống như khe F. Đặt một lăng kính thuỷ tinh P giữa F và F1 cho cạnh khúc xạ của P song song với F, sao cho chùm sáng rọi xiên vào mặt AB, ta thấy vệt sáng F1 trên màn bị dịch xuống phía đáy lăng kính, đồng thời bị trải dài thành một dải màu sặc sỡ.

- Quan sát kĩ dải màu, ta phân biệt được bảy màu , lần lượt từ trên xuống dưới (tức từ đỉnh xuống đáy lăng kính) là: đỏ, da cam, vàng, lục, lam, chàm, tím. Đó cũng là bảy màu của cầu vồng.

- Ranh giới giữa các màu không rõ rệt, tức là màu nọ chuyển dần sang màu kia một cách liên tục.

- Dải sáng màu này gọi là quang phổ của ánh sáng Mặt Trời, hay quang phổ của Mặt Trời. Ánh sáng Mặt Trời là ánh sáng trắng.

- Hiện tượng trên gọi là sự tán sắc ánh sáng (gây ra bởi lăng kính P).

Bài 2 trang 125 SGK Vật Lí 12: Trình bày thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc của Niu-tơn

Lời giải:

Giải Vật Lí 12 Bài 24: Tán sắc ánh sáng (ảnh 2)

- Rạch trên màn M một khe hẹp F’ song song với F và xê dịch màn M để đặt F’ vào đúng chỗ một màu (màu vàng V chẳng hạn). Như vậy, sau màn M thu được một chùm sáng hẹp, chỉ có màu vàng.

- Cho chùm sáng màu vàng đó khúc xạ qua một lăng kính P’ giống hệ lăng kính P và hứng chùm tia ló trên một màn M’. Kết quả là, vệt sáng trên màn M’ tuy vẫn bị dịch chuyển về phía đáy của P’, nhưng vẫn giữ nguyên màu vàng.

=> Chùm sáng vàng, tách ra từ quang phổ Mặt Trời, sau khi đi qua lăng kính P’ chỉ bị lệch mà không bị đổi màu.

- Làm thí nghiệm với các màu khác, kết quả là chúng cũng chỉ bị lệch mà không đổi màu.

Chùm sáng có tính chất như trên gọi là chùm sáng đơn sắc.

=> Vậy: ánh sáng đơn sắc là ánh sáng có một màu nhất định và không bị tán sắc khi truyền qua lăng kính.

Bài 3 trang 125 SGK Vật Lí 12: Trong thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc của Niu-tơn, nếu ta bỏ màn M đi rồi đưa hai lăng kính lại sát nhau, nhưng vẫn đặt ngược chiều nhau, thì ánh sáng có bị tán sắc hay không?

Lời giải:

Ánh sáng vẫn bị tán sắc nhưng sau khi bị tán sắc, phần giữa của tia ló lại có các màu sắc biến thiên liên tục tại cùng một vị trí, do đó chúng lại tổng hợp lại và t quan sát thấy ánh sáng trắng. Và sự tán sắc thể hiện rõ nhất ở hai bên mép của chùm tia ló.

Bài 4 trang 125 SGK Vật Lí 12: Chọn câu đúng

Thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc của Niu-tơn nhằm chứng minh

A. Sự tồn tại của ánh sáng đơn sắc.

B. Lăng kính không làm thay đổi màu sắc của ánh sáng qua nó.

C. Ánh sáng Mặt Trời không phải là ánh sáng đơn sắc.

D. Ánh sáng có bất kì màu gì, khi qua lăng kính cũng bị lệch về phái đấy.

Phương pháp giải:

Vận dụng thí nghiệm tán sắc ánh sáng của Niu-tơn và các kết luận rút ra từ thí nghiệm

Lời giải:

Đáp án B

Thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc của Niu-tơn nhằm chứng minh lăng kính không làm thay đổi màu sắc của ánh sáng qua nó.

Bài 5 trang 125 SGK Vật Lí 12: Một lăng kính thủy tinh có góc chiết quang A = 5o, được coi là nhỏ, có chiết suất đối với ánh sáng đỏ và ánh sáng tím lần lượt là nđ = 1,643 và nt = 1,685. Cho một chùm ánh sáng trắng hẹp rọi vào một mặt bên của lăng kính, dưới góc tới i nhỏ. Tính góc giữa tia tím và tia đỏ sau khi ló ra khỏi lăng kính.

Phương pháp giải:

Áp dụng công thức tính góc lệch đối với lăng kính có góc chiết quang nhỏ: $D = (n - 1) A$

Lời giải:

Có góc chiết quang là nhỏ nên góc lệch được tính theo công thức: $D = (n - 1) A$

Với nđ = 1,643 thì Dđ = 0,643.5 = 3,215o

Với nt = 1,685 thì Dt = 0,685.5 = 3,425o

Góc lệch giữa tia đỏ và tia tím là:

$∆ D = D_{t} - D_{đ} = 0, 21^{0} = 12, 6^{'}$

Bài 6 trang 125 SGK Vật Lí 12: Một cái bể sâu 1,2 m chứa đầy nước. Một tia sáng Mặt Trời rọi vào mặt nước bể, dưới góc tới i, tani = $\frac{4}{3}$ . Tính độ dài của vệt sáng tạo ở đáy bể. Cho biết chiết suất của nước đối với ánh sáng đỏ và ánh sáng tím lần lượt là nđ = 1,328 và nt = 1,343.

Phương pháp giải:

Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng truyền từ không khí vào nước sini =nsinr

Lời giải:

Áp dụng định luật khúc xạ: $s i n r_{d} = \frac{1}{n_{d}} \sin i$

Mặt khác: $s i n^{2} i = \frac{t a n^{2} i}{1 + t a n^{2} i} = \frac{{(\frac{4}{3})}^{2}}{1 + {(\frac{4}{3})}^{2}} \Rightarrow s i n i = 0, 8$

Do đó: $s i n r_{d} = \frac{0, 8}{1, 328} = 0, 6024$

và $s i n r_{t} = \frac{0, 8}{1, 343} = 0, 5956$

$c o s r_{d} = \sqrt{1 - s i n^{2} r_{d}} \approx 0, 7981$

$\Rightarrow t a n r_{d} = \frac{s i n r_{d}}{c o s r_{d}} = 0, 7547$

$c o s r_{t} = \sqrt{1 - s i n^{2} r_{t}} \approx 0, 8032$

$\Rightarrow t a n r_{t} = \frac{s i n r_{t}}{c o s r_{t}} = 0, 7416$

Độ dài TD của vệt sáng: TĐ = IH(tan rđ - tan rt ) = 120(0,7547- 0,7416)≈ 1,57 cm

Lý thuyết Bài 24: Tán sắc ánh sáng

1. Thí nghiệm về tán sắc ánh sáng

- Định luật khúc xạ ánh sáng:

$\begin{array}{l} s i n i = n s i n r \\ s i n i^{'} = n s i n r^{'} \\ A = r + r^{'} \\ D = i + i^{'} - (r + r^{'}) = i + i^{'} - A \end{array}$

Giải Vật Lí 12 Bài 24: Tán sắc ánh sáng (ảnh 3)

Trường hợp: Góc chiết quang A nhỏ

$\begin{array}{l} i = n r \\ i^{'} = n r^{'} \\ A = r + r^{'} \\ D = i + i^{'} - (r + r^{'}) = (n - 1) A \end{array}$

- Thí nghiệm:

Giải Vật Lí 12 Bài 24: Tán sắc ánh sáng (ảnh 4)

Kết luận:

Sự tán sắc ánh sáng là sự phân tách một chùm ánh sáng phức tạp thành các chùm sáng đơn sắc.

Ánh sáng đỏ bị lệch ít nhất, ánh sáng tím bị lệch nhiều nhất

Trường hợp khi chiếu đến lăng kính có góc chiết quang nhỏ:

Giải Vật Lí 12 Bài 24: Tán sắc ánh sáng (ảnh 5)

${tanD}_{d} = \frac{x_{d}}{L}, {tanD}_{t} = \frac{x_{t}}{L}$

∆x: Độ rộng phổ

Vì A≪ $\to {\begin{cases} D_{d} ≪ \\ D_{t} ≪ \end{cases} \to tanD \approx s i n D \approx D$

$\begin{array}{l} Δ x = x_{t} - x_{d} = (n_{t} - 1) A L - (n_{d} - 1) A L \\ = (n_{t} - n_{d}) L A \end{array}$

2. Ánh sáng trắng và ánh sáng đơn sắc

- Ánh sáng đơn sắc: là ánh sáng không bị tán sắc khi đi qua lăng kính

- Ánh sáng trắng: là hỗn hợp của ánh sáng đơn sắc có màu từ Đỏ đến Tím

3. Giải thích hiện tượng tán sắc ánh sáng

- Vì ánh sáng trắng là tập hợp của vô số ánh sáng đơn sắc

- Chiết suất của thủy tinh đối với các ánh sáng đơn sắc có màu khác nhau thì khác nhau

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

với:

+ n: Chiết suất tuyệt đối của một môi trường

+ c: Vận tốc ánh sáng trong chân không

+ v: Vận tốc ánh sáng trong môi trường

- Vận tốc truyền ánh sáng trong các môi trường của ánh sáng đơn sắc là khác nhau:

+ vđỏ > vcam > vvàng > vlục > vlam > vchàm > vtím

+ nđỏ < ncam < nvàng < nlục < nlam < nchàm < ntím

+ Dđỏ < Dcam < Dvàng < Dlục < Dlam < Dchàm <Dtím

*Chú ý:

+ Khi ánh sáng truyền từ môi trường này sang môi trường khác thì tần số không thay đổi, bước sóng và vận tốc ánh sáng thay đổi

+ Bước sóng trong môi trường có chiết suất n: $λ = \frac{λ_{c k}}{n}$

4. Ứng dụng của sự tán sắc ánh sáng

- Giải thích các hiện tượng trong tự nhiên

- Phân tích ánh sáng

Sơ đồ tư duy về tán sắc ánh sáng

Giải Vật Lí 12 Bài 24: Tán sắc ánh sáng (ảnh 6)

Giải SGK, SBT, Chuyên đề Vật Lý Lớp 12