Tán sắc ánh sáng - Tài liệu Vật lý 12

Khóa học Vật lí 12 – Thầy ĐặngViệt Hùng
Bài giảng Sóng ánh sáng
Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt
Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12
- Trang | 1 -
I. THÍ NGHIỆM VỚI ÁNH SÁNG TRẮNG
1) Thí nghiệm
Chiếu ánh sáng Mặt Trời qua một lăng kính thuỷ t i nh P
thấy vệt sáng F
’
trên màn M bị dịch xuống phía đáy lăng
kí n h đồng thời bị trải dài thành một dải màu biến thiên,
dải màu trên được gọi là quang phổ.
2) Nhận xét

Chùm ánh sáng trắng sau khi qua lăng kính thì bị
phân tách thành các chùm sáng đơn sắc đồng thời bị
lệch về phía đáy của lăng kính. Hiện tượng trên gọi là
sự tán sắc ánh sáng.

Góc lệch của các chùm sáng có màu khác nhau thì
khác nhau. Góc lệch với chùm sáng tìm lớn nhất, và
chùm sáng đỏ lệch ít nhất.

Dải màu thu được trên màn quan sát gồm có 7 màu
chính: Đỏ, da cam, vàng, lục, lam, chàm, tím.
II. THÍ NGHIỆ M VỚI ÁNH SÁNG ĐƠN SẮC
1) Thí nghiệm
Vẫn làm thí nghiệm t ương tự như thí nghiệm v ới
ánh sáng ánh sáng trắng ở trên, tuy nhiên chùm sáng
đơn sắc sau khi qua lăng kính P tách lấy m ột ánh

sáng đơn sắc (ví dụ như ánh sáng vàng) và tiếp tục
cho qua một lăng kính tiếp theo. Khi đó trên quan
sát nhận thấy c hỉ thu được một điểm s á n g v à n g .
2) Nhận xét

Ánh sáng đơn sắc qua lăng kính thì không bị tán
sắc ánh sáng mà chỉ bị lệch về phía đáy của lăng
kính

Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng chỉ có một màu
nhất định, có bước sóng nhất định và không bị tán
sắc khi truyền qua lăng kính.
III. MỘT SỐ KHÁI NIỆ M CƠ BẢN
1) Hiện tượng tán sắc ánh sáng
Là hiện tượng lăng kính phân tách một chùm ánh sáng phức tạp (ánh sáng trắng) thành các chùm ánh sáng đơn sắc.
2) Ánh sáng đơ n sắc
 Là ánh sáng chỉ bị lệch về phía đáy của lăng kính mà không bị tán sắc qua lăng kính.
 Mỗi ánh sáng đơn sắc có một màu duy nhất được gọi là màu đơn sắc, tương ứng cũng có một tần số xá c định .
3) Ánh sáng trắng
Là ánh sáng bị lăng kính phân tách thành các chùm ánh sáng đơn sắc đồng thời chùm ánh sáng đơn sắc bị lệch về đáy
của lăng kính, hoặc có thể coi ánh sáng trắng là tập h ợp của vô số các ánh sáng đơn sắc có màu biến thiên từ đỏ tới
tím.
IV. GIẢI THÍCH HIỆN TƯỢNG TÁN SẮC ÁNH SÁNG
 Nguyên nhân của hiện tượng tán sắc ánh sáng là do chiết suất của lăng kính có giá trị khác nhau đối với ánh sáng
đơn sắc khác nhau. Chiết suất với ánh sáng tím lớn nhất và với ánh sáng đỏ là nhỏ nhất. Ánh sáng trắng không phải là
ánh sáng đơn sắc mà là hỗn hợp của vô số ánh sáng đơn sắc khác nhau có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến t ím . D o
M
Mặt Trời
G
F

Đỏ
V
Tím
P
M
P
’
Vàng
F
’
F
’
Mặt Trời
Đỏ
Da
cam
Vàng
Lục
L a m
Chà
G
F
A
B C
P
M
TÁN SẮC ÁNH SÁNG
(TÀI LIỆU BÀI GIẢNG)
Giáo viên: ĐẶNG VIỆT HÙNG
Khóa học Vật lí 12 – Thầy ĐặngViệt Hùng

Bài giảng Sóng ánh sáng
Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt
Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12
- Trang | 2 -
chiết suất của lăng kính có giá trị khác nhau đối với ánh sáng đơn sắc khác nhau nên khi đi qua lăng kính các ánh sáng
đơn sắc sẽ bị lệch về đáy lăng kính với các góc lệch khác nhau. Do đó chúng không chồng chất lên nhau nữa mà tách
ra thành một dải gồm n h i ều màu liên tục.
 Với ánh sáng đỏ, lăng kính có chiết suất nhỏ nhất, vì vậy t i a đỏ có góc lệch nhỏ nhất. Với ánh sáng tím, lăn g kí n h c ó
chiết suất lớn nhất, vì vậy t ia t í m có gó c l ệch lớn nhất.

Chú ý:

Trong chươn g t rì nh l ớp 11 chúng ta đã biết hệ thức giữa tốc độ truyền ánh sáng trong một môi trường với chiết suất
của môi trường
= =
8
c 3.10
n
v v
, v
ớ
i v là t
ố
c
độ
truy
ề
n ánh sáng trong môi tr
ườ
ng có chi

ế
t su
ấ
t n. Khi ánh sáng truy
ề
n
t
ừ
môi tr
ườ
ng
(1)
sang môi tr
ườ
ng
(2)
thì ta có
= → =
1 1 1 1
2 1 2 1
v n n
.
v n n
λ
λ


Thứ tự sắp xếp của bướ c sóng và chiết suất lăng kính với các ánh sáng đơn sắc cơ bản:
λλλ
đỏ

>
λλλ
cam
>
λλλ
vàng
>
λλλ
lục
>
λλλ
l am
>
λλλ
chàm
>
λλλ
tí m
và n
đỏ
< n
cam
< n
vàng
< n
lục
< n
lam
< n
chàm

< n
tím

V. ỨNG DỤNG CỦA HIỆN TƯỢNG TÁN SẮC ÁNH SÁNG
 Ứng dụng trong máy quang phổ để phân tích một chùm ánh sáng đa sắc thành các thành phần đơn sắc.
 Các hiện tượng trong tự nhiên như cầu vòng, bong bóng xà phòng… xay ra do tán sắc ánh sáng.
VI. ÔN TẬ P KIẾN THỨC LĂNG KÍNH
1) Cấu tạo
Lăng kính là một khối chất trong suốt được giới hạn bởi hai mặt phẳng không song song. Trong thực tế, l ăng kính là
kh ối lăng trụ có tiết diện chính là một tam giác.
2) Đường truyền của tia sáng
Xét tia sáng đơn sắc truyền qua lăng kính trong mặt phẳng tiết diện chính.
- T i a s á n g k h ú c x ạ ở hai mặt
- T i a l ó l ệch về đáy so với tia tới.
3) Công thức lăng kính
 Trường hợp tổng quát:
(
)
( )
( )
( )
1 1
2 2
1 2
1 2
sini
n.sin r ; 1
sini n.sin r ; 2
A r r ; 3
D i i A ; 4

=
=
= +
= + −

Tr
ườ
ng h
ợ
p góc t
ớ
i nh
ỏ
thì ta có các công th
ứ
c x
ấ
p x
ỉ
sinx
≈
x
để

đ
ánh giá g
ầ
n
đ
úng:

( )
1 1
1 2
2 2
i n.r
D i i A n 1 A
i n.r
≈

→ = + − ≈ −

≈


4) Sự biến thiên của góc lệch D theo góc tới

- L í t h u y
ế
t và th
ự
c nghi
ệ
m c h
ứ
ng t
ỏ
khi góc t
ớ
i i thay
đổ

i thì góc l
ệ
ch D c
ũ
ng thay
đổ
i và có m
ộ
t giá tr
ị
c
ự
c ti
ể
u D
m in
khi i
1
= i
2
= i, t
ừ

đ
ó r
1
= r
2
= r =
A

2
⇒
D
m in
= 2 i – A.
-
Ở

đ
i
ề
u ki
ệ
n
ứ
ng v
ớ
i D
m in

đườ
ng truy
ề
n c
ủ
a tia sáng
đố
i x
ứ
ng qua m

ặ
t ph
ẳ
ng phân giác c
ủ
a góc A.
VII. MỘT SỐ VÍ DỤ ĐIỂN HÌNH
Ví dụ 1: Một lăng kính có góc chiết quang A = 60
0
, chiết suất
=
n 3
t
ươ
ng
ứ
ng v
ớ
i ánh sáng màu vàng c
ủ
a
natri, nh
ậ
n m
ộ
t chùm tia sáng tr
ắ
ng và
đượ
c

đ
i
ề
u ch
ỉ
nh sao cho
độ
l
ệ
ch v
ớ
i ánh sáng màu vàng
ở
trên là c
ự
c
ti
ể
u.
a) Tính góc t
ớ
i.
b) Tìm góc l
ệ
ch v
ớ
i ánh sáng màu vàng.
Hướng dẫn giải:
a) Do góc l
ệ

ch
ứ
ng v
ớ
i ánh sáng vàng c
ự
c ti
ể
u nên i
1
= i
2
= i và r
1
= r
2
= r = A/2 = 30
0
Áp d
ụ
ng công th
ứ
c (1) ho
ặ
c (2) v
ề
l
ă
ng kính ta có
0 0

3
sin i nsin r 3 sin 30 i
60 .
2
= = = ⇒ =
b)
Khi đó góc lệch ứng với ánh sáng vàng là góc lệch cực tiểu D
m in
= 2i – A = 120
0
– 60
0
= 60
0

S
R
I
J
i
1
i
2
r
1
r
2
A

B

C

D

Khóa học Vật lí 12 – Thầy ĐặngViệt Hùng
Bài giảng Sóng ánh sáng
Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt
Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12
- Trang | 3 -
Ví dụ 2: Một lăng kính có tiết diện thẳng là tam giác ABC, góc chiết quang A = 60
0
. Chiết suất của lăng kính
biến thiên từ
2
đến
3.
Chiế
u m
ộ
t chùm sáng tr
ắ
ng h
ẹ
p trong ti
ế
t di
ệ
n th
ẳ

ng t
ớ
i m
ặ
t bên AB, ta th
ấ
y tia
đỏ
có tia ló
đố
i x
ứ
ng v
ớ
i tia t
ớ
i qua m
ặ
t phân giác c
ủ
a góc chi
ế
t quang A. Góc t
ớ
i i và góc khúc x
ạ
r
1
c
ủ

a tia t ím có
giá tr
ị
bao nhiêu ?
Hướng dẫn giải:
Do chiết suất của lăng kính nhỏ nhất với ánh sáng đỏ và lớn nhất với ánh sáng tím nên ta có
do tím
n 2, n 3
= =

Chùm sáng chi
ế
u vào l
ă
ng kính r
ồ
i b
ị
phân tách thành các chùm sáng
đơ
n s
ắ
c, m
ỗ
i chùm có góc l
ệ
ch D có giá tr
ị
khác
nhau, còn góc t

ớ
i thì các tia sáng
đề
u nh
ư
nhau. Tia
đỏ
có tia ló
đố
i x
ứ
ng v
ớ
i tia t
ớ
i qua m
ặ
t phân giác c
ủ
a góc chi
ế
t
quang A nên tia
đỏ
có gó c l
ệ
ch c
ự
c ti
ể

u, khi
đ
ó r
1đỏ
= r
2 đỏ
= r = A/2 = 30
0

Áp d
ụ
ng công th
ứ
c l
ă
ng kính cho tia
đỏ
ta có
0 0
do do
2
sin i n sin r 2 sin 30 i
45
2
= = = ⇒ =
Các tia sáng cùng góc tới i nhưng góc góc khúc xạ ứng với mỗi ánh sáng đơn sắc thì lại khác nhau, với ánh sáng tím
ta được
0
0
tím 1tím 1tím 1tím 1tím

sini sin 45 2
sin i n sin r 3sin r sin r r 24
3 3 2 3
= = → = = = ⇒ =
Ví d
ụ
3: M
ộ
t l
ă
ng kính có góc chi
ế
t quang A = 45
0
. Tia sáng
đơ
n s
ắ
c t
ớ
i l
ă
n g k í nh v à l ó ra k h
ỏ
i l
ă
ng kính v
ớ
i
góc ló b

ằ
ng góc t
ớ
i, góc l
ệ
ch 15
0
.
a) Góc khúc x
ạ
l
ầ
n th
ứ
nh
ấ
t r
1
c
ủ
a ti a sá ng trê n b
ằ
n g b a o n hiê u ?
b) Chi
ế
t su
ấ
t c
ủ
a l

ă
ng kính
đố
i v
ớ
i tia sáng nói trên có giá tr
ị
bao nhiêu?
Hướng dẫn giải:
a) Do góc t
ớ
i và góc ló b
ằ
ng nhau nên tr
ườ
ng h
ợ
p này góc l
ệ
ch D
đạ
t c
ự
c ti
ể
u D
m in
, khi
đ
ó

0
1 2
A
r r r
22 30'
2
= = = =

b) Ta có D
m in
= 1 5
0
= 2i – A
→
i = 30
0
Áp d
ụ
ng công th
ứ
c l
ă
ng kính ta
đượ
c
0
sini sin30
sin i nsin r n 1 , 3 .
sinr sin 22 30'
= ⇒ = = =

Ví d
ụ
4: M
ộ
t l
ă
ng kính có góc chi
ế
t quang 6
0
, chi
ế
t su
ấ
t 1,6
đặ
t trong không khí. Chi
ế
u m
ộ
t tia sáng
đơ
n s
ắ
c
t
ớ
i m
ặ
t bên c

ủ
a l
ă
n g k í n h v
ớ
i góc t
ớ
i r
ấ
t nh
ỏ
. Tí n h g ó c l
ệ
ch c
ủ
a ti a sá ng qua l
ă
ng kính
Hướng dẫn giải:
Do góc t
ớ
i i là góc nh
ỏ
nên áp d
ụ
ng công th
ứ
c D = (n – 1)A = 0,6.6
0
= 3,6

0

VIII. BÀI T
Ậ
P LUY
Ệ
N T
Ậ
P
Bài 1. B
ướ
c sóng c
ủ
a ánh sáng
đỏ
trong không khí là 0,75
µ
m.
a) Tính b
ướ
c sóng c
ủ
a ánh sáng
đỏ
trong th
ủ
y t inh có chi
ế
t su
ấ

t là 1,414.
b) B
ướ
c sóng c
ủ
a ánh sáng trên trong m
ộ
t môi tr
ườ
ng là 0,6
µ
m. T ính c h i
ế
t su
ấ
t c
ủ
a môi tr
ườ
ng
đ
ó?
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
Bài 2. M
ộ
t l
ă

ng kính có góc chi
ế
t quang A = 5
0
có chi
ế
t su
ấ
t v
ớ
i ánh sáng
đỏ
và tím l
ầ
n l
ượ
t là 1,643 và 1,685. M
ộ
t
chùm sáng m
ặ
t tr
ờ
i h
ẹ
p r
ọ
i vuông góc v
ớ
i m

ặ
t phân giác c
ủ
a l
ă
ng kính. M
ộ
t màn
đặ
t song song v
ớ
i m
ặ
t phân giác
l
ă
ng kính cách l
ă
ng kính m
ộ
t kho
ả
ng L = 1 m.
a) Tính góc l
ệ
ch c
ủ
a tia
đỏ
và tím ló ra kh

ỏ
i l
ă
ng kính.
b) Tính b
ề
r
ộ
ng quang ph
ổ
thu
đượ
c trên màn.
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
Bài 3. M
ộ
t l
ă
ng kính có ti
ế
t di
ệ
n th
ẳ
ng là tam giác ABC, góc chi
ế
t quang A = 60

0
. Ch i
ế
t su
ấ
t c
ủ
a l
ă
ng kính
n 2
= .
Chiếu một tia sáng đơn sắc trong tiết diện thẳng tới mặt bên AB. Hãy tính góc tới i và góc lệch D để khi tia ló đối
xứng với tia tới qua mặt phân giác của góc chiết quang A.
…………………………………………………………………………………………………………………………
Khóa học Vật lí 12 – Thầy ĐặngViệt Hùng
Bài giảng Sóng ánh sáng
Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt
Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12
- Trang | 4 -
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
Đáp số : i = 45
0
, D = 30
0
Bài 4. Chiếu tia sáng đơn sắc tới mặt bên của một lăng kính theo phương vuông góc với mặt bên, tiết diện lăn g kí n h l à
tam giác đều. Tia ló khỏi lăng kính trùng với mặt bên còn lại. Chiết suất của lăng kính có giá trị là bao nhiểu?
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………
Đáp số: n = 1,155.
Bài 5. Cho một lăng kính thủy t i nh có ti ết diện là tam giác vuông cân đặt trong không khí, góc chiết quang đối diện
với mặt huyền. Chiếu một tia sáng song song với đáy thì góc khúc xạ r
1
= 30
0
. Chiết suất của lăng kính có giá trị là ?
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
Đáp số:
n 2
=
Bài 6. Một lăng kính có góc chiết quang A = 60
0
. Góc lệch cực tiểu là D
m in
= 3 0
0
. Chiết suất của lăng kính là bao
nhiêu?
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
Đáp số:
n 2
=
Bài 7. Một lăng kính có góc chiết quang A, chiết suất n = 1,5. Một chùm tia sáng hẹp đơn sắc được chiếu đến mặt
trước của lăng kính theo phương vuông góc với mặt này. Khi đó chùm tia ló là là mặt sau của lăng kính. Góc chiế t

quang A của lăng kính có giá trị là bao nhiêu ?
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
Đáp số: A ≈ 4 2
0
.
Bài 8. Một tia sáng tới vuông góc với mặt AB của một lăng kính có chiết suất
n 2
= và góc ở đỉnh A = 30
0
, B là góc
vuông. Tính góc lệch của tia sáng qua lăng kính ?
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
Đáp số: D = 15
0
.
Bài 9. Một lăng kính có góc chiết quang A = 60
0
có chiết suất với ánh sáng trắng biến thiên từ
2
đến
3.
Chiế
u vào
m
ặ

t bên AB c
ủ
a l
ă
ng kính m
ộ
t chùm sáng tr
ắ
ng h
ẹ
p sao cho tia tím có góc l
ệ
ch c
ự
c ti
ể
u. Góc t
ớ
i m
ặ
t bên AB là bao
nhiêu ?
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
Đáp số:
i = 60
0
.
Khóa học Vật lí 12 – Thầy ĐặngViệt Hùng

Bài giảng Sóng ánh sáng
Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt
Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12
- Trang | 5 -
Bài 10. Một lăng kính có góc chiết quang A = 60
0
có chiết suất với ánh sáng trắng biến thiên từ
2
đến
3.
Chiế
u
và o m
ặ
t bên AB c
ủ
a l
ă
ng kính m
ộ
t chùm sáng tr
ắ
ng h
ẹ
p. Góc t
ớ
i i t
ớ
i m
ặ

t bên AB ph
ả
i th
ỏ
a mãn
đ
i
ề
u ki
ệ
n gì
để
kh ông có ti a nà o t rong ch ùm ti a sá ng ló r a k h
ỏ
i m
ặ
t bên AC ?
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
Đáp số:
i
≤
21
0
30’
Bài 11.

Cho l
ă
ng kính có góc chi
ế
t quang A
đặ
t trong không khí. Chiêu chùm tia SI h
ẹ
p g
ồ
m 4 á n h s á n g
đơ
n s
ắ
c
đỏ
,
và ng, l
ụ
c và tím theo ph
ươ
ng vuông góc v
ớ
i m
ặ
t bên AB. Bi
ế
t r
ằ
ng tia l

ụ
c
đ
i sát m
ặ
t bên AC, h
ỏ
i các tia ló ra kh
ỏ
i
l
ă
ng kính g
ồ
m n h
ữ
ng ánh sáng
đơ
n s
ắ
c nào ? Gi
ả
i thích ?
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
Giáo viên : Đặng Việt Hùng
Nguồn
:
Hocmai.vn