Tán sắc ánh sáng là gì? hiện tượng tán sắc ánh sáng và ứng dụng - Vật lý 12 bài 24

13:59:2731/10/2019

Trong thực tế chắc hẳn các em đã gặp qua hiện tượng tán sắc ánh sáng, ví dụ điển hình là bảy sắc cầu vồng mà chúng ta hay gặp sau cơn mưa rào nhẹ, đây là hiện tượng ánh sáng Mặt Trời bị tán sắc trong các hạt mưa sinh ra.

Vậy hiện tượng tán sắc ánh sáng là gì? giải thích hiện tượng tán sắc ánh sáng như thế nào? trong cuộc sống hiện tượng tán sắc có ứng dụng gì? chúng ta cùng tìm hiểu qua bài viết dưới đây.

I. Thí nghiệm về sự tán sắc ánh sáng của Niu-tơn (1672)

• Thực hiện thí nghiệm như hình:

thí nghiệm về sự tán sắc ánh sáng mặt trời

• Kết quả:

- Vệt sáng F’ trên màn M bị dịch xuống phía đáy lăng kính, đồng thời bị trải dài thành một dải màu sặc sỡ gồm bảy màu, từ trên xuống dưới là: đỏ, da cam, vàng, lục, lam, chàm, tím (bảy màu của cầu vồng).

- Dải màu quan sát được 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.

II. Thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc của Niu-tơn

• Niu-tơn rạch trên màn M ở thí nghiệm trên 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 trên quang phổ như hình sau:

hiện tượng tán sắc ánh sáng đơn sắc - Cho chùm sáng màu vàng thu được sau màn M khúc xạ qua một lăng kính P’ giống hệt lăng kính P và hứng chùm tia ló trên một màn M’, ông thấy vệt sáng trên màn M’, tuy vẫn bị dịch chuyển về phía đáy của P’, nhưng vẫn giữ nguyên màu vàng.

→ Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng có một màu nhất định và không bị tán sắc khi truyền qua lăng kính.

III. 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 các chất trong suốt biến thiên theo màu sắc của ánh sáng và tăng dần từ màu đỏ, đến màu tím.

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

IV. Ứng dụng của hiện tượng tán sắc

- Giải thích một số hiện tượng tự nhiên như: Cầu vồng bảy sắc, đó là do trước khi tới mắt ta các tia sáng Mặt Trời đã bị khúc xạ và phản xạ qua các giọt nước.

- Ứng dụng trong máy quang phổ lăng kính để phân tích một chùm sáng đa sắc do các vật phát ra thành các thành phần đơn sắc.

V. Bài tập về sự tán sắc ánh sáng

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

° Lời giải bài 1 trang 125 SGK Vật Lý 12:

¤ Thí nghiệm của Niu-tơn về sự tán sắc ánh sáng:

- Chiếu một chùm ánh sáng trắng (ánh sáng Mặt Trời), song song qua khe hẹp F.

- Đặt một màn M song song với khe F. Giữa khe F và màn M, đặt một lăng kính (P), sao cho cạnh khúc xạ của (P) song song với F.

- Chùm tia sáng ló ra khỏi lăng kính không những bị lệch về phía đáy lăng kính, mà còn bị tách ra thành nhiều chùm sáng có màu sắc khác nhau.

- Trên màn M, ta thu được một dải màu biến thiên liên tục gồm 7 màu chính: đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím. Dải sáng màu này gọi là quang phổ của Mặt Trời.

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

° Lời giải bài 2 trang 125 SGK Vật Lý 12:

¤ Thí nghiệm của Niu-tơn về sự tán sắc ánh sáng:

- Trên màn M của thí nghiệm tán sắc ánh sáng, Niu-tơn rạch một khe hẹp F’ song song với khe F, để tách ra một chùm sáng hẹp, chỉ có màu vàng.

- Cho chùm sáng màu vàng qua lăng kính (P’) giống hệt P và hướng chùm tia ló trên màn M’, vệt sáng trên màn M’ tuy vẫn bị lệch về phía đáy của lăng kính (P’) nhưng vẫn giữ nguyên màu vàng.

- Làm thí nghiệm với các màu khác, kết quả vẫn như thế. Tức là chùm sáng có một màu nào đó được tách ra từ quang phổ của Mặt Trời, sau khi qua lăng kính P’ chỉ bị lệch mà không bị đổi màu. Niu-tơn gọi chùm sáng này là chùm sáng đơn sắc.

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

* Bài 3 trang 125 SGK Vật Lý 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 còn bị tán sắc hay không?

° Lời giải bài 3 trang 125 SGK Vật Lý 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 không còn bị tán sắc rõ rệt mà nó chỉ thể hiện ở phần mép của chùm tia ló (viền đỏ ở cạnh trên và viền tím ở cạnh dưới).

* Bài 4 trang 125 SGK Vật Lý 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 phía đấy.

° Lời giải bài 4 trang 125 SGK Vật Lý 12:

¤ Chọn đáp án: B. lăng kính không làm thay đổi màu sắc của ánh sáng qua nó.

- 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 Lý 12: Một lăng kính thủy tinh có góc chiết quang A = 5^o, được coi là nhỏ, có chiết suất đối với ánh sáng đỏ và ánh sáng tím lần lượt là n_đ = 1,643 và n_t = 1,685. Cho một chùm 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.

° Lời giải bài 5 trang 125 SGK Vật Lý 12:

- Công thức tính lăng kính:

sini₁ = nsinr₁; sini₂ = nsinr₂ ; A = r₁ + r₂ ; D = i₁ + i₂ - A

- Khi góc tới i và góc chiết quang A nhỏ (sinr₁≈ r₁ ; sinr₂ ≈ r₂) thì ta có:

i₁ = nr₁; i₂ = nr₂ ; A = r₁ + r₂ ;

D = i₁ + i₂ - A = nr₁ + nr₂ - A = n(r₁ + r₂) - A = nA - A = (n-1)A

- Góc lệch của tia đỏ sau khi qua lăng kính:

D₁ = (n_đ – 1)A = (1,643 – 1)5 = 3,215⁰

- Góc lệch của tia tím sau khi qua lăng kính:

D₂ = (n_t – 1)A = (1,685 – 1)5 = 3,425⁰

- Góc giữa tia tím và tia tia đỏ sau khi ló ra khỏi lăng kính:

ΔD = D₂ - D₁ = 3,425⁰ - 3,215⁰ = 0,21⁰ = 12,6' (lưu ý 1⁰ = 60').

* Bài 6 trang 125 SGK Vật Lý 12: Một cái bể sâu 1,2m chứa đầy nước. Một tia sáng Mặt Trời rọi vào mặt nước bể, dưới góc tới i, có tani = 4/3. Tính độ dài của vết sáng tạo ở đáy bể. Cho biết: chiết suất của nước đối với ánh sáng đỏ và ánh sáng tím lần lượt là n_đ = 1,328 và n_t = 1,343.

hình minh họa bài 6 trang 125 sgk vật lý 12

° Lời giải bài 6 trang 125 SGK Vật Lý 12:

- Theo bài ra, tani = 4/3, từ công thức:

$small sin^{2}i=frac{tan^{2}i}{1+tan^{2}i} =frac{(frac{4}{3})^{2}}{1+left ( frac{4}{3} ight )^{2}}$ small Rightarrow sini=0,8

- Áp dụng định luật khúc xạ: $small sinr_{d}=frac{1}{n_{d}}sini$

Nên ta có:

$small sinr_{t}=frac{1}{n_{t}}sini=frac{1}{1,343}.0,8=0,5957$

$small sinr_{d}=frac{1}{n_{d}}sini=frac{1}{1,328}.0,8=0,6024$

- Mặt khác, ta có: cos²r_d + sin²r_d = 1 nên suy ra:

$small dpi{100} small cosr_{d}=sqrt{1-sin_{r_{d}}^{2}}$ $small dpi{100} small dpi{100} small =sqrt{1-(0,6024)^{2}}approx 0,7982$

$small Rightarrow tanr_{d}=frac{sinr_{d}}{cosr_{d}}=frac{0,6024}{0,7982}approx 0,7547$

- Tương tự, cos²r_t + sin²r_t = 1 nên suy ra:

$small cosr_{t}=sqrt{1-sin_{r_{t}}^{2}}$ $small dpi{100} small dpi{100} small =sqrt{1-(0,5957)^{2}}approx 0,8032$

$small Rightarrow tanr_{t}=frac{sinr_{t}}{cosr_{t}}=frac{0,5957}{0,8032}approx 0,7417$

- Vậy độ dài của vệt sáng ở đấy bể là:

ΔD = HĐ – HT = h.(tanr_d – tanr_t) = 1,2(0,7547- 0,7417) = 0,0156(m) = 1,56(cm).

- Kết luận: Độ dài của vết sáng tạo ở đáy bể là 1,56(cm).

Hy vọng với bài viết Tán sắc ánh sáng là gì? hiện tượng tán sắc ánh sáng và ứng dụng ở trên giúp ích cho các em. Mọi góp ý và thắc mắc các em vui lòng để lại bình luận dưới bài viết để HayHocHoi.Vn ghi nhận và hỗ trợ, chúc các em học tập tốt

¤ Xem thêm các bài viết khác tại:

» Muc lục SGK Hóa học 12 Lý thuyết và Bài tập

» Mục lục SGK Vật lý 12 Lý thuyết và Bài tập