HỌC247 xin giới thiệu đến các em Phương pháp giải bài toán về tán sắc ánh sáng môn Vật Lý 12 năm 2021-2022. Tài liệu được biên soạn nhằm giúp các em tự luyện tập với các câu hỏi lý thuyết đa dạng, ôn tập lại các kiến thức cần nắm một cách hiệu quả, chuẩn bị thật tốt cho các kỳ thi sắp tới. Mời các em cùng tham khảo.
1. PHƯƠNG PHÁP GIẢI
Ta nhắc lại một số kiến thức cần nhớ:
- Định luật khúc xạ ánh sáng.
+ Tia khúc xạ nằm trong cùng mặt phẳng với tia tới và ở bên kia pháp tuyến so với pháp tuyến.
+ Đối với hai môi trường trong suốt nhất định, tỉ số giữa sin góc tới (sin i) với sin góc khúc xạ (sin r) luôn luôn là một hằng số. Tức là nếu tia sáng truyền từ môi trường có chiết suất n1 sang môi trường có chiết xuất n2 thì ta có:
\(\frac{\sin \,i}{\sin \,r}={{n}_{21}}=\frac{{{n}_{2}}}{{{n}_{1}}}\Rightarrow {{n}_{1}}\sin \,i={{n}_{2}}\sin r\)
- Công thức lăng kính:
Chiếu tia sáng từ không khí (chiết suất xấp sỉ 1) vào mặt bên thứ nhất của lăng kính (có chiết suất n, có góc chiết quang A) với góc tới i1, góc khúc xạ khi ánh sáng qua mặt bên thứ nhất là r1, góc tới mặt bên thứ hai là r2, và góc khúc xạ khi ánh sáng qua mặt bên thứ hai là i2. Khi đó ta có:
.jpg?enablejsapi=1)
+ Công thức lăng kính: \(\sin \,{{i}_{1}}=n\sin \,{{r}_{1}}\)
\(\sin \,{{i}_{2}}=n\sin \,{{r}_{2}}\)
\(A=n\sin \,{{r}_{2}}\)
\(D={{i}_{1}}+{{i}_{2}}-A\)
+ Trường hợp i và A nhỏ, sử dụng \(\sin \,i=i\) ta có: \({{i}_{1}}=n{{r}_{1}}\)
\({{i}_{2}}=n{{r}_{2}}\)
\(D=\left( n-1 \right)A\)
+ Góc lệch cực tiểu: \({{D}_{\min }}\Leftrightarrow \left\{ \begin{align} & {{r}_{1}}={{r}_{2}}=\frac{A}{2} \\ & {{i}_{1}}={{i}_{2}} \\ \end{align} \right.\Rightarrow {{D}_{\min }}=2{{i}_{1}}-A\)
+ Công thức tính góc lệch cực tiểu: \(\sin \frac{{{D}_{\min }}+A}{2}=n\sin \frac{A}{2}\)
- Điều kiện để có phản xạ toàn phần:
+ Ánh sáng từ môi trường chiết quang hơn sang môi trường chiết quang kém (n1 > n2)
+ Góc tới phải lớn hơn hoặc bằng góc giới hạn \(\left( i>{{i}_{gh}} \right)\) với \(\sin \,{{i}_{gh}}=\frac{{{n}_{2}}}{{{n}_{1}}}\)
- Với ánh sáng trắng: ta có \(\left\{ \begin{align} & {{n}_{tim}}\ge {{n}_{\lambda }}\ge {{n}_{do}} \\ & {{\lambda }_{tim}}\le \lambda \le {{\lambda }_{do}} \\ \end{align} \right.\)
2. VÍ DỤ MINH HỌA
Ví dụ 1: Gọi \({{n}_{d}},\,{{n}_{t}}\) và \({{n}_{v}}\) lần lượt là chiết suất của một môi trường trong suốt đối với các ánh áng đơn sắc đỏ, tím và vàng. Sắp xếp nào sau đây đúng
A. \({{n}_{d}}<{{n}_{v}}<{{n}_{_{t}}}\)
B. \({{n}_{v}}>{{n}_{d}}>{{n}_{_{t}}}\)
C. \({{n}_{d}}>{{n}_{t}}>{{n}_{v}}\)
D. \({{n}_{t}}>{{n}_{d}}>{{n}_{v}}\)
Lời giải
Ta có: \({{\lambda }_{d}}>{{\lambda }_{v}}>{{\lambda }_{t}}\) nên \({{n}_{d}}<{{n}_{v}}<{{n}_{_{t}}}\)
Đáp án: A
Ví dụ 2: Bước sóng của ánh sáng đỏ trong không khí là \(0,64\mu m\). Tính bước sóng của ánh sáng đó trong nước biết chiết suất của nước đối với ánh sáng đỏ là \(\frac{4}{3}\)
A. \(0,24\mu m\)
B. \(0,48\mu m\)
C. \(0,36\mu m\)
D. \(0,54\mu m\)
Lời giải
Vì không khí có chiết xuất xấp xỉ bằng 1 nên có thể coi bước sóng của một ánh sáng đơn sắc trong không khí bằng bước sóng của nó trong chân không. Trong chân không, bước sóng của ánh sáng đơn sắc là \(\lambda =\frac{c}{f}\). Trong môi trường có chiết suất n, bước sóng của ánh sáng đơn sắc là \(\lambda '=\frac{v}{f}=\frac{c}{nf}\Rightarrow \lambda '=\frac{\lambda }{n}\)
Thay số, ta được \(\lambda '=0,48\mu m\)
Đáp án B
Ví dụ 3: Một lăng kính có góc chiết quang là 60°. Biết chiết suất của lăng kính đối với ánh sáng đó là 1,5. Chiếu tia sáng màu đỏ vào mặt bên của lăng kính với góc tới 60°. Góc lệch của tia ló và tia tới là:
A. \(60,{{0}^{o}}\)
B. \(40,{{0}^{o}}\)
C. \(38,{{8}^{o}}\)
D. \(42,{{1}^{o}}\)
Lời giải
Sử dụng công thức lăng kính, ta có:
\(\sin \,{{r}_{1}}=\frac{\sin \,{{i}_{1}}}{n}=0,58\Rightarrow {{r}_{1}}=35,{{5}^{o}}\Rightarrow {{r}_{2}}=A-{{r}_{1}}=24,{{7}^{o}}\)
Mặt khác \(\sin \,{{i}_{2}}=n\sin \,{{r}_{2}}=0,63=\sin 38,{{0}^{o}}\Rightarrow {{i}_{2}}=38,{{8}^{o}}\Rightarrow D={{i}_{2}}+{{i}_{2}}-A=38,{{8}^{o}}\)
Vậy góc lệch \(D=38,{{8}^{o}}\)
Đáp án C
Ví dụ 4: Một lăng kính thủy tinh có góc chiết quang \(A={{60}^{o}}\), có chiết suất đối với tia đỏ là 1,514; đối với tia tím là 1,532. Góc lệch cực tiểu của hai tia này là:
A. \({{D}_{d\min }}=38,{{4}^{o}}\) và \({{D}_{t\min }}={{40}^{o}}\)
B. \({{D}_{d\min }}=49,{{2}^{o}}\) và \({{D}_{t\min }}={{50}^{o}}\)
C. \({{D}_{d\min }}=35,{{7}^{o}}\) và \({{D}_{t\min }}={{30}^{o}}\)
D. \({{D}_{d\min }}=38,{{2}^{o}}\) và \({{D}_{t\min }}={{60}^{o}}\)
Lời giải
Đối với tia đỏ: \(\sin \frac{{{D}_{d\min }}+A}{2}={{n}_{d}}\sin \frac{A}{2}=1,514.0,5=0,757\)
Từ đó suy ra: \({{D}_{d\min }}=2.49,{{2}^{o}}-{{60}^{o}}=38,{{4}^{o}}\)
Đối với tía tím: \(\sin \frac{{{D}_{t\min }}+A}{2}={{n}_{t}}\sin \frac{A}{2}=1,532.0,5=0,766\)
Từ đó suy ra: \({{D}_{t\min }}={{2.50}^{o}}-{{60}^{o}}={{40}^{o}}\)
Đáp án A
Ví dụ 5: Một lăng kính thủy tinh có góc chiết quang \(A=4\), đặt trong không khí. Chiết suất của lăng kính đối với ánh sáng đỏ và tím lần lượt là 1,643 và 1,685. Chiếu một chùm tia sáng hẹp gồm hai bức xạ đỏ và tím vào mặt bên của lăng kính theo phương vuông góc với mặt này. Góc tạo bởi tia đỏ và tia tím sau khi ló ra khỏi mặt bên kia của lăng kính gần nhất với
.jpg)
A. \(10'\)
B. \(20'\)
C. \({{10}^{o}}\)
D. \({{20}^{o}}\)
Lời giải
Vì góc chiết quang nhỏ hơn 10° nên ta có thể dùng công thức góc lệch \(D=\left( n-1 \right)A\)
Ta có \({{D}_{d}}=\left( {{n}_{d}}-1 \right)A\) và \({{D}_{t}}=\left( {{n}_{t}}-1 \right)A\)
Góc tạo bởi tia ló đỏ và tia ló tím là:
\(\Delta D={{D}_{t}}-{{D}_{d}}=\left( {{n}_{t}}-{{n}_{d}} \right)A=0,{{168}^{o}}\approx {{10}^{o}}\)
---(Nội dung đầy đủ chi tiết phần Ví dụ minh họa của tài liệu vui lòng xem tại Online hoặc Đăng nhập để tải về máy)---
3. LUYỆN TẬP
Câu 1: Phát biểu nào trong các phát biểu dưới đây là đúng khi nói về hiện tượng tán sắc ánh sáng và ánh sáng đơn sắc?
A. Hiện tượng tán sắc ánh sáng là hiện tượng khi qua lăng kính, chùm ánh sáng trắng không những là bị lệch về phía đáy mà còn bị tách ra thành nhiều chùm sáng có màu sắc khác nhau.
B. Mỗi ánh sáng đơn sắc có một màu nhất định.
C. Trong quang phổ của ánh sáng trắng có vô số các ánh sáng đơn sắc khác nhau.
D. Cả A, B, C đều đúng.
Câu 2: Phát biểu nào sau đây là đúng?
A. Thí nghiệm của Niutơn về ánh sáng đơn sắc nhằm chứng minh sự tồn tại của ánh sáng đơn sắc.
B. Thí nghiệm của Niutơn về ánh sáng đơn sắc nhằm chứng minh lăng kính không làm biến đổi màu của ánh sáng qua nó.
C. Thí nghiệm của Niutơn về ánh sáng đơn sắc nhằm chứng minh ánh sáng Mặt Trời không phải là ánh sáng đơn sắc.
D. Thí nghiệm của Niutơn về ánh sáng đơn sắc nhằm chứng minh dù ánh sáng có màu gì thì khi đi qua lăng kính đều bị lệch về phía đáy của lăng kính.
Câu 3: Phát biểu nào sau đây là không đúng?
A. Ánh sáng trắng là tập hợp của vô số các ánh sáng đơn sắc có màu biến đổi liên tục từ đỏ đến tím.
B. Chiết suất của chất làm lăng kính đối với các ánh sáng đơn sắc là khác nhau.
C. Ánh sáng đơn sắc không bị tán sắc khi đi qua lăng kính.
D. Khi chiếu một chùm ánh sáng Mặt Trời đi qua một cặp hai môi trường trong suốt thì tia tím bị lệch về phía mặt phân cách hai môi trường nhiều hơn tia đỏ.
Câu 4: Phát biểu nào sau đây là đúng?
A. Một chùm ánh sáng Mặt Trời có dạng một dải sáng mỏng, hẹp rọi xuống mặt nước trong một bể nước tạo nên ở đáy bể một vết sáng có màu trắng dù chiếu xiên hay chiếu vuông góc.
B. Một chùm ánh sáng Mặt Trời có dạng một dải sáng mỏng, hẹp rọi xuống mặt nước trong một bể nước tạo nên ở đáy bể một vết sáng có nhiều màu dù chiếu xiên hay chiếu vuông góc.
C. Một chùm ánh sáng Mặt Trời có dạng một dải sáng mỏng, hẹp rọi xuống mặt nước trong một bể nước tạo nên ở đáy bể một vết sáng có nhiều màu khi chiếu xiên và có màu trắng khi chiếu vuông góc
D. Một chùm ánh sáng Mặt Trời có dạng một dải sáng mỏng, hẹp rọi xuống mặt nước trong một bể nước tạo nên ở đáy bể một vết sáng có nhiều màu khi chiếu vuông góc và có màu trắng khi chiếu xiên.
Câu 5: Phát biểu nào sau đây là không đúng? Cho các chùm ánh sáng sau: Trắng, đỏ, vàng, tím.
A. Ánh sáng trắng bị tán sắc khi đi qua lăng kính.
B. Chiếu ánh sáng trắng vào máy quang phổ sẽ thu được quang phổ liên tục.
C. Mỗi chùm ánh sáng trên đều có một bước sóng xác định
D. Ánh sáng tím bị lệch về phía đáy lăng kính nhiều nhất nên chiết suất của lăng kính đối với nó lớn nhất
Câu 6: Nguyên nhân gây ra hiện tượng tán sắc ánh sáng Mặt Trời trong thí nghiệm của Niutơn là
A. góc chiết quang của lăng kính trong thí nghiệm chưa đủ lớn.
B. chiết suất của lăng kính đối với các ánh sáng đơn sắc là khác nhau.
C. bề mặt của lăng kính trong thí nghiệm không nhẵn.
D. chùm ánh sáng Mặt Trời đã bị nhiễu xạ khi đi qua lăng kính.
Câu 7: Ánh sáng trắng hợp bởi:
A. Bảy màu đơn sắc.
B. Vô số màu đơn sắc.
C. Các màu đơn sắc từ đỏ đến tím.
D. Tất cả đều đúng.
Câu 8: Một tia sáng khi qua lăng kính ló ra chỉ có một màu duy nhất không phải màu trắng đó là:
A. Ánh sáng đã bị tán sắc.
B. Lăng kính không có khả năng tán sắc.
C. Ánh sáng đơn sắc.
D. Chiết suất của lăng kính không đổi đối với các ánh sáng đơn sắc.
Câu 9: Chọn câu sai:
A. Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng không bị tán sắc qua lăng kính.
B. Mỗi ánh sáng đơn sắc khác nhau thì có màu sắc nhất định khác nhau.
C. Ánh sáng trắng là tập hợp bởi 7 màu đơn sắc: đỏ cam vàng lục lam chàm tím.
D. Lăng kính có khả năng làm tán sắc ánh sáng.
Câu 10: Đặc trưng cho sóng ánh sáng đơn sắc là:
A. màu sắc.
B. tần số sóng.
C. vận tốc truyền sóng.
D. chiết suất lăng kính đối ánh sáng đó.
Câu 11: Khi ánh sáng trắng bị tán sắc thì:
A. Màu đỏ lệch nhiều nhất.
B. Màu tím lệch nhiều nhất.
C. Màu tím lệch ít nhất.
D. Ánh sáng trắng tách ra thành 7 màu.
Câu 12: Một lăng kính thủy tinh có tiết diện thẳng là tam giác đều ABC. Chiếu một tia sáng trắng vào mặt bên AB của lăng kính dưới góc tới i. Biết chiết suất lăng kính đối ánh sáng đỏ và ánh sáng tím lần lượt \({{n}_{d}}\)=1,643; \({{n}_{t}}\) = 1,685. Để có tán sắc của tia sáng trắng qua lăng kính thì góc tới i phải thỏa mãn điều kiện
A. \(32,{{96}^{o}}
B. \(0
C. \(0
D. \(42,{{42}^{o}}
Câu 13: Một tia sáng trắng chiếu tới mặt bên của một lăng kính thuỷ tỉnh tam giác đều. Tia ló màu vàng qua lăng kính có góc lệch cực tiểu. Biết chiết suất của lăng kính đối với ánh sáng vàng, ánh sáng tím lần lượt là \({{n}_{v}}\)=1,500; \({{n}_{t}}\)=1,52. Góc tạo bởi tia ló màu vàng và tia ló màu tím có giá trị xấp xỉ bằng:
A. 0,77°
B. 48,59°
C. 4,46°
D. 1,73°
Câu 14: Chiếu một tia sáng trắng nằm trong một tiết diện thẳng của một lăng kính thủy tinh, vào lăng kính, theo phương vuông góc với mặt bên của lăng kính. Góc chiết quang của lăng kính bằng 30°. Biết chiết suất của lăng kính đối với tia đỏ là 1,5 và đối với tia tím là 1,6. Tính góc tạo bởi tia ló màu đỏ và tia ló màu tím
A. 4,54°
B. 12,23°
C. 2,34°
D. 9,16°
Câu 15: Một lăng kính thủy tinh có góc chiết quang A =6°, có chiết suất đối với tia đỏ là \({{n}_{d}}\)=1,540 và đối với tia tím là \({{n}_{t}}\)=1,580. Cho một chùm tia sáng trắng hẹp, chiếu vuông góc với mặt phẳng phân giác của góc chiết quang, vào mặt bên của lăng kính. Tính góc giữa tia đỏ và tia tím khi ló ra khỏi lăng kính.
A. 0,87°
B. 0,24°
C. 1,22°
D. 0,72°
ĐÁP ÁN PHẦN LUYỆN TẬP
|
1. D |
2. A |
3. D |
4.C |
5. C |
|
6.B |
7.B |
8. C |
9. C |
10. D |
|
11. B |
12. D |
13.D |
14.A |
15. B |
Trên đây là một phần nội dung tài liệu Phương pháp giải bài toán về tán sắc ánh sáng môn Vật Lý 12 năm 2021-2022. Để xem thêm nhiều tài liệu tham khảo hữu ích khác các em chọn chức năng xem online hoặc đăng nhập vào trang hoc247.net để tải tài liệu về máy tính.
Hy vọng tài liệu này sẽ giúp các em học sinh ôn tập tốt và đạt thành tích cao trong học tập.
