Trong chủ đề trình vật lý THPT, có rất nhiều hiện tượng vật lý các bạn thí sinh cần ghi nhớ. bài tập số viết này vui hoc tổng hợp lý thuyết tán sắc ánh sáng và bài tập số tập vận dụng chi tiết giúp các thí sinh cái nhìn thi tốt phần này
1. Lý thuyết tán sắc ánh sáng dựa trên thí nghiệm của Newton
Trong phần lý thuyết tán sắc ánh sáng có 2 thí nghiệm tán sắc ánh sáng quan trọng là thí nghiệm tán sắc ánh sáng và thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc của Newton
1.1. Thí nghiệm tán sắc ánh sáng của Newton
+ Dụng cụ, phương tiện làm thí nghiệm bao gồm một nguồn sáng trắng, tấm màn có khe hở F, màn M và một lăng kính P.
+ Mô tả: Thí nghiệm được bố trí như hình dưới đây:
Chiếu một chùm sáng trắng // qua khe hở F đến lăng kính P rồi sau đó đến màn M Nhằm quan sát.
Khi quan sát thì thấy trên màn M có một dải sáng có màu của cầu vồng bị lệch sang phía đáy của lăng kính. Khi quan sát kỹ thì thấy tia lệch ít nhất có màu đỏ, tia lệch nhiều nhất có màu tím.
+ Kết luận đưa ra:
Từ một nguồn ánh sáng, ánh sáng trắng được chiếu ra sau khi qua lăng kính sẽ bị tách nhau ra tạo thành nhiều chùm sáng có màu sắc khác nhau. Từng màu sắc đó được gọi là ánh sáng đơn sắc.
Như vậy, hiện tượng tán sắc ánh sáng là hiện tượng lăng kính phân tích (tách) một chùm sáng trắng thành những chùm sáng mang màu sắc khác nhau.
Dải màu sau khi được tán sắc thì gọi là quang phổ, quang phổ của ánh sáng trắng bao gồm 7 màu sắc chính: đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm và tím.
1.2. Thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc của Newton
+ Dụng cụ, phương tiện làm thí nghiệm bao gồm một nguồn ánh sáng trắng, màn có khe hở F và màn M cũng có khe hở F’, cùng 2 lăng kính ký hiệu là P và P’, cuối cùng là màn M’.
Mô tả: Thí nghiệm được bố trí như hình bên trên:
Đặt vào vị trí giữa lăng kính P với màn M’ một màn M có khe hở F’ và lăng kính P’: Màn F -> lăng kính P -> màn M -> lăng kính P’ -> Màn M’
Di chuyển khe hở F’ sao cho chỉ có một ánh sáng đơn sắc qua được khe hở F’ và đi qua lăng kính P’, ví dụ: màu cam.
Trên màn quan sát M’ sẽ chỉ có thể quan sát được một vệt sáng đơn sắc duy nhất màu cam.
+ Kết luận:
Ánh sáng đơn sắc là một loại ánh sáng có một màu duy nhất và không xảy ra hiện tượng tán sắc sau khi đi qua lăng kính.
Màu của ánh sáng đơn sắc khi quan sát được gọi là màu đơn sắc.
* Kết luận chung cho cả 2 TN trên:
+ Hiện tượng tán sắc ánh sáng là hiện tượng lăng kính phân tích (tách) một chùm ánh sáng ban đầu phức tạp (ánh sáng trắng) thành những chùm ánh sáng đơn sắc khác nhau.
+ Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng chỉ bị lệch vị trí sang phía đáy của lăng kính mà không bị tán sắc khi đi qua lăng kính. Mỗi màu của ánh sáng đơn sắc được gọi là màu đơn sắc (chỉ nó mới có màu đó), mỗi ánh sáng đơn sắc cũng có một giá trị tần số tương ứng xác định.
+ Ánh sáng trắng là ánh sáng bị lăng kính phân tích (tách) thành những chùm ánh sáng đơn sắc, Cùng với đó những chùm ánh sáng đơn sắc ấy bị lệch sang phía đáy của lăng kính, hoặc có thể coi ánh sáng trắng như một tập hợp chứa vô số các ánh sáng đơn sắc có màu thay đổi dần từ đỏ sang tím.
2. Giải thích hiện tượng tán sắc ánh sáng
– Có 2 nguyên nhân tán sắc ánh sáng:
+) Do ánh sáng trắng là một tập hợp chứa vô số các ánh sáng đơn sắc.
+) Chiết suất của lăng kính mang các giá trị khác nhau đối với tùy từng loại ánh sáng đơn sắc. Chiết suất của một môi trường trong suốt đối với mỗi loại ánh sáng đơn sắc khác nhau là khác nhau.
Vì chiết suất của lăng kính khác nhau về giá trị đối với từng loại ánh sáng đơn sắc nên khi các ánh sáng đơn sắc đi qua lăng kính sẽ bị lệch về phía đáy lăng kính với những góc lệch khác nhau. Do vậy chúng không bị chồng chất lên nhau mà tách nhau ra thành một dải màu biến thiên liên tục.
Và thực nghiệm rút ra rằng:
+) Với ánh sáng màu đỏ, lăng kính có chiết suất nhỏ nhất ⇒ tia có màu đỏ sẽ có góc lệch nhỏ nhất.
+) Với ánh sáng màu tím, lăng kính sẽ có chiết suất lớn nhất ⇒ tia có tím sẽ có góc lệch lớn nhất.
+) Chiết suất của môi trường đối với từng loại ánh sáng tăng dần từ đỏ sang tím cụ thể là nd < nc < nv < nlu < nla < nch < nt
+) Bước sóng của ánh sáng lại biến thiên giảm dần từ đỏ sang tím cụ thể là λd > λc > λv > λlu > λla > λch > λt
– Để xảy ra tán sắc một chùm sáng phức tạp ban đầu thì cần có 2 điều kiện đó là:
+) Giữa 2 môi trường là mặt phân cắt có chiết suất khác nhau.
+) Tia sáng ban đầu phải đi qua mặt phân cách đó với điều kiện là góc tới nhỏ hơn 90 độ.
3. Ứng dụng của hiện tượng tán sắc ánh sáng