Bài 24: Tán Sắc Ánh Sáng

I. Hiện tượng tán sắc ánh sáng

1. Thí nghiệm Newton về tán sắc ánh sáng

Ánh sáng trắng từ khe hẹp chiếu đến một màn. Dùng một lăng kính chắn chùm tia đó. Trên màn nhận được quang phổ của ánh sáng trắng, là một dải màu từ đỏ đến tím. Tia đỏ bị lệch ít nhất, tia tím bị lệch nhiều nhất.

2. Định nghĩa

Hiện tượng tán sắc ánh sáng là sự phân tách một chùm sáng trắng (hay ánh sáng phức tạp) thành nhiều chùm sáng có màu sắc khác nhau.

Dải cầu vồng: đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím gọi là quang phổ của ánh sáng trắng.

3. Nguyên nhân và giải thích

a) Nguyên nhân

+ Ánh sáng trắng gồm vô số các ánh sáng đơn sắc khác nhau có màu từ đỏ đến tím.

+ Chiết suất của chất làm lăng kính đối với các ánh sáng đơn sắc khác nhau thì khác nhau. Chiết suất đối với ánh sáng đỏ thì nhỏ nhất và đối với ánh sáng tím thì lớn nhất.

b) Giải thích

• Các tia sáng có cùng góc tới.
• Góc lệch D của các tia sáng tăng theo chiết suất ( n_đỏ  <........< n_tím)

⇒ Tia tím có góc lệch nhiều nhất, tia đỏ có góc lệch ít nhất.

II. Thí nghiệm của Newton với ánh sáng đơn sắc

1. Thí nghiệm của Newton

Khi cho từng chùm sáng hẹp (trong dải màu cầu vồng) với màu sắc khác nhau qua lăng kính, Newton thấy rằng những chùm sáng này chỉ bị lệch mà không đổi màu. Newton gọi các chùm sáng này là chùm sáng đơn sắc.

2. Định nghĩa ánh sáng đơn sắc

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

3. Đặc điểm của ánh sáng đơn sắc

• Có một màu nhất định gọi là màu đơn sắc;
• Có một tần số xác định (hay bước sóng xác định trong mỗi môi trường).

III. Ánh sáng trắng

• Ánh sáng trắng là tập hợp (hay hỗn hợp) của vô số các ánh sáng đơn sắc khác nhau có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím.
• Ánh sáng trắng là một trường hợp của ánh sáng phức tạp, hay ánh sáng đa sắc.

IV. Ứng dụng của hiện tượng tán sắc

• Hiện tượng tán sắc ánh sáng được dùng trong máy quang phổ để phân tích một chùm sáng đa sắc, do các vật sáng phát ra, thành các thành phần đơn sắc.
• Giải thích hiện tượng cầu vồng.

V. Ôn tập kiến thức lớp 11

1. Chiết suất của môi trường

a) Đối với ánh sáng đơn sắc

Chiết suất của môi trường đối với ánh sáng đơn sắc bằng tỉ số tốc độ ánh sáng trong chân không với tốc độ của ánh sáng trong môi trường đó.

n =  

Chiết suất của môi trường chân không đối với tất cả ánh sáng đơn sắc đều bằng 1.

Gọi: 

là bước sóng của ánh sáng trong chân không  

là bước sóng của ánh sáng trong môi trường  

Do tần số f không đổi nên:

b) Đối với ánh sáng trắng

Chiết suất của môi trường đối với ánh sáng giảm theo chiều tăng bước sóng: Chiết suất của môi trường đối với ánh sáng đỏ là nhỏ nhất; đối với ánh sáng tím là lớn nhất.

→ n_đ < n_c < ……… < n_t.

Trong chân không, các ánh sáng đơn sắc có vận tốc bằng nhau và bằng c.

Trong một môi trường (khác chân không) thì v_đ > v_c > …. > v_t.

2. Định luật khúc xạ ánh sáng

a) Đối với ánh sáng đơn sắc

Xét một tia sáng đơn sắc, hẹp truyền từ môi trường (1) có chiết suất n₁ sang môi trường (2) có chiết suất n₂.

Định luật:

(i là góc tới, r là góc khúc xạ của tia sáng)

+ Nếu n₂ > n₁ (r < i): môi trường khúc xạ chiết quang hơn môi trường tới.

+ Nếu n₂ < n₁ (r > i): môi trường khúc xạ chiết quang kém môi trường tới.

+ Nếu i = 0 thì r = 0: tia sáng chiếu vuông góc với mặt phân cách sẽ truyền thẳng.

b) Đối với ánh sáng trắng

Do chiết suất của môi trường đối với ánh sáng đỏ là nhỏ nhất, đối với ánh sáng tím là lớn nhất nên so với phương của tia tới, tia đỏ lệch ít nhất, tia tím lệch nhiều nhất.

* So sánh góc khúc xạ của các tia:

Chiếu ánh sáng từ không khí (coi như chiết suất bằng 1) vào nước (hoặc thủy tinh) thì góc khúc xạ của đỏ là lớn nhất, góc khúc xạ của tím là nhỏ nhất

r_đ > r_c > … > r_t

Chiếu ánh sáng từ nước (hoặc thủy tinh) ra không khí thì góc khúc xạ của đỏ là nhỏ nhất, góc khúc xạ của tím là lớn nhất.

r_t > r_ch > r_l > … > r_đ

3. Hiện tượng phản xạ toàn phần

a) Đối với ánh sáng đơn sắc

Định nghĩa: Là hiện tượng phản xạ toàn bộ tia sáng tới, xảy ra ở mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt.

* Chiếu một tia sáng đơn sắc từ môi trường có chiết suất n₁ vào môi trường có chiết suất n₂ nhỏ hơn. Do n₁ > n₂ nên r > i.

• Khi góc tới i nhỏ, tia khúc xạ IR rất sáng còn tia phản xạ IK mờ.
• Tăng i thì r tăng và r luôn lớn hơn i, đồng thời tia phản xạ sáng dần lên còn tia khúc xạ mờ dần đi.
• Khi i = i_gh thì r = 90^o, tia khúc xạ nằm ngay trên mặt phân cách và rất mờ, còn tia phản xạ rất sáng.
• Khi i > i_gh: không còn tia khúc xạ. Toàn bộ tia tới bị phản xạ vào nước, lúc này tia phản xạ sáng như tia tới. Đây là hiện tượng phản xạ toàn phần, i_gh gọi là góc giới hạn phản xạ toàn phần.

b) Điều kiện để có hiện tượng phản xạ toàn phần

Tia sáng tới phải truyền từ môi trường chiết quang hơn (chiết suất lớn hơn) sang môi trường chiết quang kém (chiết suất nhỏ hơn).

Góc tới i ≥ i_gh. 

* Góc i_gh được xác định bởi:

* Khi môi trường 2 là không khí (hoặc chân không) thì n₂ = 1   

⇒  

c) Đối với ánh sáng trắng

Tia tím phản xạ toàn phần đầu tiên, tia đỏ phản xạ toàn phần cuối cùng

(i_ghđỏ > i_ghtím)

Tia tím đi là là mặt phân cách thì tất cả các tia còn lại đều ló ra ngoài.

Tia đỏ đi là là mặt phân cách thì không có tia nào ló ra ngoài.

→ Tia lam đi là là mặt phân cách thì các tia đỏ, cam, vàng ló ra ngoài; các tia chàm, tím bị phản xạ toàn phần.

VI. Bài tập luyện tập Tán Sắc Ánh Sáng của Trường Nguyễn Khuyến

Câu 1: Hiện tượng cầu vồng xuất hiện sau cơn mưa được giải thích chủ yếu dựa vào hiện tượng

A. quang - phát quang.

B. nhiễu xạ ánh sáng. 

C. tán sắc ánh sáng.

D. giao thoa ánh sáng.

Câu 2: Ánh sáng đơn sắc là

A. ánh sáng giao thoa với nhau.

B. ánh sáng không bị tán sắc khi đi qua lăng kính.

C. ánh sáng luôn truyền theo đường thẳng.

D. ánh sáng tạo thành đổi màu từ đỏ sang tím.

Câu 3: Khi chiếu xiên một ánh sáng đơn sắc từ không khí vào nước thì

A. góc khúc xạ luôn lớn hơn góc tới.

B. góc khúc xạ luôn nhỏ hơn góc tới.

C. góc khúc xạ luôn bằng góc tới.

D. khi góc tới tăng thì góc khúc xạ giảm.

Câu 4: Chiếu một chùm 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

A. không bị lệch khỏi phương truyền ban đầu.

B. bị thay đổi tần số.

C. bị đổi màu.

D. không bị tán sắc.

Câu 5: Từ không khí người ta chiếu xiên tới mặt nước nằm ngang một chùm tia sáng hẹp song song gồm hai ánh sáng đơn sắc: màu vàng, màu chàm. Khi đó chùm tia khúc xạ

A. gồm hai chùm tia sáng hẹp là chùm màu vàng và chùm màu chàm, trong đó góc khúc xạ của chùm màu vàng nhỏ hơn góc khúc xạ của chùm màu chàm.

B. vẫn chỉ là một chùm tia sáng hẹp song song.

C. gồm hai chùm tia sáng hẹp là chùm màu vàng và chùm màu chàm, trong đó góc khúc xạ của chùm màu vàng lớn hơn góc khúc xạ của chùm màu chàm.

D. chỉ là chùm tia màu vàng còn chùm tia màu chàm bị phản xạ toàn phần.

Câu 6 : Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về ánh sáng đơn sắc?

A. Chiết suất của một môi trường trong suốt đối với ánh sáng đỏ lớn hơn chiết suất của môi trường đó đối với ánh sáng tím.

B. Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng không bị tán sắc khi đi qua lăng kính.

C. Trong cùng một môi trường truyền (khác chân không), vận tốc ánh sáng tím nhỏ hơn vận tốc ánh sáng đỏ.

D. Trong chân không, các ánh sáng đơn sắc khác nhau truyền đi với cùng vận tốc.

Câu 7 : Khi rọi một chùm hẹp ánh sáng Mặt trời xuống mặt nước trong một bể bơi thì thấy ở đáy bể một vệt sáng. Vệt sáng này

A. có màu trắng dù chiếu xiên hay chiếu vuông góc.

B. có nhiều màu dù chiếu xiên hay chiếu vuông góc.

C. có nhiều màu khi chiếu xiên và có màu trắng khi chiếu vuông góc.

D. chỉ có một màu dù chiếu xiên hay chiếu vuông góc.

Câu 8: Mỗi ánh sáng đơn sắc có

A. tần số trong chân không và trong thuỷ tinh giống nhau.

B. bước sóng trong chân không và trong thuỷ tinh giống nhau.

C. bước sóng tăng khi truyền từ chân không vào thuỷ tinh.

D. tần số tăng khi truyền từ chân không vào thuỷ tinh.

Câu 9: Gọi n_ch, n_la, n_lu, n_v lần lượt là chiết suất của thủy tinh đối với các tia chàm, lam, lục, vàng. Chọn thứ tự đúng.

A. n_ch > n_lu > n_la > n_v

B. n_ch < n_lu < n_la < n_v

C. n_ch > n_la > n_lu > n_v

D. n_ch < n_la < n_lu < n_v

Câu 10: Cho một chùm sáng trắng hẹp chiếu từ không khí tới mặt trên của một tấm thuỷ tinh trong suốt theo phương xiên. Hiện tượng không thể xảy ra là hiện tượng

A. khúc xạ.

B. tán sắc.

C. phản xạ.

D. phản xạ toàn phần.

Câu 11: Chiếu xiên góc lần lượt bốn tia sáng đơn sắc màu cam, màu lam, màu đỏ, màu chàm từ không khí vào nước với cùng một góc tới. So với phương của tia tới, tia khúc xạ bị lệch ít nhất là tia màu

A. cam.

B. đỏ.

C. chàm.

D. lam.

Câu 12: 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, đỏ, lục, 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 đơn sắc màu

A. tím, lam, đỏ.

B. đỏ, vàng, lam.

C. đỏ, vàng.

D. lam, tím.

Câu 13: Chiết suất của thủy tinh đối với một ánh sáng đơn sắc là 1,6852. Cho c = 3.10⁸ m/s. Tốc độ của ánh sáng này trong thủy tinh đó là

A. 1,59.10⁸ m/s

B. 1,87.10⁸ m/s           

C. 1,67.10⁸ m/s          

D.1,78.10⁸m/s

Câu 14: Một ánh sáng đơn sắc khi truyền từ thuỷ tinh vào nước thì tốc độ ánh sáng tăng 1,35 lần. Biết chiết suất của nước đối với ánh sáng này là . Khi ánh sáng này truyền từ thuỷ tinh ra không khí (coi như chiết suất bằng 1) thì bước sóng của nó

A. giảm 1,35 lần.

B. giảm 1,8 lần.

C. tăng 1,35 lần.

D. tăng 1,8 lần.

Câu 15: Chiếu một tia sáng gồm hai bức xạ màu da cam và màu chàm từ không khí (coi như chiết suất bằng 1) tới mặt chất lỏng với góc tới 30⁰. Biết chiết suất của chất lỏng đối với ánh sáng màu da cam và ánh sáng màu chàm lần lượt là 1,328 và 1,343. Góc tạo bởi tia khúc xạ màu da cam và tia khúc xạ màu chàm ở trong chất lỏng bằng

A. 15,35'.

B. 15'36".

C. 0,26".

D. 0,26'.

Giáo Viên: Bùi Trần Đức Anh Thái

Trường THCS-THPT Nguyễn Khuyến