Bai 2 TLBG 1
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (349.92 KB, 7 trang )
Luy n thi Qu c gia PEN - C: Môn V t Lí ( Th y
ng Vi t Hùng)
Lí thuy t v tán s c ánh sáng (P2).
LÝ THUY T V TÁN S C ÁNH SÁNG ậ PH N 2
(TÀI LI U BÀI GI NG)
GIÁOăVIểN:ă NG VI T HÙNG
ây là tài li u tóm l c các ki n th c đi kèm theo bài gi ng “Lí thuy t v tán s c ánh sáng (ph n 2) “ thu c khóa h c
Luy n thi Qu c gia PEN - C : Môn V t lí(Th y
ng Vi t Hùng) t i website Hocmai.vn.
có th n m v ng ki n th c
ph n “Lí thuy t v tán s c ánh sáng (ph n 2)”, B n c n k t h p theo dõi bài gi ng v i tài li u này.
I. THÍ NGHI M V I ÁNH SÁNG TR NG
M t Tr i
1) Thí nghi m
Chi u ánh sáng M t Tr i qua m t l ng kính thu tinh P
th y v t sáng F’ trên màn M b d ch xu ng phía đáy l ng
kính đ ng th i b tr i dài thành m t d i màu bi n thiên,
d i màu trên đ c g i là quang ph .
M
’
A
F
2) Nh n xét
Chùm ánh sáng tr ng sau khi qua l ng kính thì b
phân tách thành các chùm sáng đ n s c đ ng th i b
l ch v phía đáy c a l ng kính. Hi n t ng trên g i là
s tán s c ánh sáng.
Góc l ch c a các chùm sáng có màu khác nhau thì
khác nhau. Góc l ch v i chùm sáng tìm l n nh t, và
chùm sáng đ l ch ít nh t.
D i màu thu đ c trên màn quan sát g m có 7 màu
chính: , da cam, vàng, l c, lam, chàm, tím.
II. THÍ NGHI M V IăÁNHăSÁNGă
F
P
B
G
Da
cam
Vàng
L c
C
Lam
NăS C
1) Thí nghi m
V n làm thí nghi m t ng t nh thí nghi m v i
ánh sáng ánh sáng tr ng trên, tuy nhiên chùm sáng
đ n s c sau khi qua l ng kính P tách l y m t ánh
sáng đ n s c (ví d nh ánh sáng vàng) và ti p t c
cho qua m t l ng kính ti p theo. Khi đó trên quan
sát nh n th y ch thu đ c m t đi m sáng vàng.
M t Tr i
M
M
’
Vàng
F
P
G
Tím
V
F
’
P
’
2) Nh n xét
Ánh sáng đ n s c qua l ng kính thì không b tán
s c ánh sáng mà ch b l ch v phía đáy c a l ng
kính
Ánh sáng đ n s c là ánh sáng ch có m t màu
nh t đ nh, có b c sóng nh t đ nh và không b tán
s c khi truy n qua l ng kính.
III. M T S
KHÁI NI MăC ăB N
1) Hi năt ng tán s c ánh sáng
Là hi n t ng l ng kính phân tách m t chùm ánh sáng ph c t p (ánh sáng tr ng) thành các chùm ánh sáng đ n s c.
2)ăÁnhăsángăđ năs c
Là ánh sáng ch b l ch v phía đáy c a l ng kính mà không b tán s c qua l ng kính.
M i ánh sáng đ n s c có m t màu duy nh t đ c g i là màu đ n s c, t ng ng c ng có m t giá tr t n s xác đ nh.
Hocmai.vn – Ngôi tr
ng chung c a h c trò Vi t
T ng đài t v n: 1900 58-58-12
- Trang | 1 -
Luy n thi Qu c gia PEN - C: Môn V t Lí ( Th y
ng Vi t Hùng)
Lí thuy t v tán s c ánh sáng (P2).
3) Ánh sáng tr ng
Là ánh sáng b l ng kính phân tách thành các chùm ánh sáng đ n s c đ ng th i chùm ánh sáng đ n s c b l ch v đáy
c a l ng kính, ho c có th coi ánh sáng tr ng là t p h p c a vô s các ánh sáng đ n s c có màu bi n thiên t đ t i
tím.
IV. GI I THÍCH HI NăT
NG TÁN S C ÁNH SÁNG
Nguyên nhân c a hi n t ng tán s c ánh sáng là do chi t su t c a l ng kính có giá tr khác nhau đ i v i ánh sáng
đ n s c khác nhau. Chi t su t v i ánh sáng tím l n nh t và v i ánh sáng đ là nh nh t. Ánh sáng tr ng không ph i là
ánh sáng đ n s c mà là h n h p c a vô s ánh sáng đ n s c khác nhau có màu bi n thiên liên t c t đ đ n tím. Do
chi t su t c a l ng kính có giá tr khác nhau đ i v i ánh sáng đ n s c khác nhau nên khi đi qua l ng kính các ánh sáng
đ n s c s b l ch v đáy l ng kính v i các góc l ch khác nhau. Do đó chúng không ch ng ch t lên nhau n a mà tách
ra thành m t d i g m nhi u màu liên t c.
V i ánh sáng đ , l ng kính có chi t su t nh nh t, vì v y tia đ có góc l ch nh nh t. V i ánh sáng tím, l ng kính có
chi t su t l n nh t, vì v y tia tím có góc l ch l n nh t.
Chú ý:
Trong ch ng trình l p 11 chúng ta đã bi t h th c gi a t c đ truy n ánh sáng trong m t môi tr ng v i chi t su t
c a môi tr
t môi tr
c 3.10 8
, v i v là t c đ truy n ánh sáng trong môi tr
v
v
v n
n
ng (1) sang môi tr ng (2) thì ta có 1 1
1 1.
2 n2
v2 n2
ng n
ng có chi t su t n. Khi ánh sáng truy n
Th t s p x p c a b c sóng và chi t su t l ng kính v i các ánh sáng đ n s c c b n:
đ > cam > vàng > l c > lam > chàm > tím và nđ < ncam < nvàng < nl c < nlam < nchàm < ntím
NG D NG C A HI NăT
V.
NG TÁN S C ÁNH SÁNG
ng d ng trong máy quang ph đ phân tích m t chùm ánh sáng đa s c thành các thành ph n đ n s c.
Các hi n t ng trong t nhiên nh c u vòng, bong bóng xà phòng… xay ra do tán s c ánh sáng.
VI. ÔN T P KI N TH CăL NG KÍNH
1) C u t o
L ng kính là m t kh i ch t trong su t đ c gi i h n b i hai m t ph ng không song song. Trong th c t , l ng kính là
kh i l ng tr có ti t di n chính là m t tam giác.
2)ă
ng truy n c a tia sáng
Xét tia sáng đ n s c truy n qua l ng kính trong m t ph ng ti t di n chính.
- Tia sáng khúc x hai m t
- Tia ló l ch v đáy so v i tia t i.
3) Công th căl ngăkính
sin i1 n.sin r1 ; 1
Tr
ng h p t ng quát:
A
sin i 2 n.sin r2 ; 2
A r1 r2 ; 3
i1
D i1 i 2 A ; 4
Tr
ng h p góc t i nh thì ta có các công th c x p x sinx x đ
i1 n.r1
D i1 i 2 A n 1 A
đánh giá g n đúng:
i 2 n.r2
Hocmai.vn – Ngôi tr
ng chung c a h c trò Vi t
I
D
r1
r2 J
i2
R
S
B
T ng đài t v n: 1900 58-58-12
C
- Trang | 2 -
Luy n thi Qu c gia PEN - C: Môn V t Lí ( Th y
ng Vi t Hùng)
Lí thuy t v tán s c ánh sáng (P2).
4) S bi n thiên c a góc l ch D theo góc t i
- Lí thuy t và th c nghi m ch ng t khi góc t i i thay đ i thì góc l ch D c ng thay đ i và có m t giá tr c c ti u Dmin
A
Dmin = 2i – A.
khi i1 = i2 = i, t đó r1 = r2 = r =
2
- đi u ki n ng v i Dmin đ ng truy n c a tia sáng đ i x ng qua m t ph ng phân giác c a góc A.
VII. M T S
VÍ D
I N HÌNH
Ví d 1: M tăl ngăkínhăcóăgócăchi t quang A = 600, chi t su t n 3 t
natri, nh n m t chùm tia sáng tr ngăvƠăđ
ti u.
a) Tính góc t i.
b) Tìm góc l ch v i ánh sáng màu vàng.
ngă ng v i ánh sáng màu vàng c a
căđi u ch nhăsaoăchoăđ l ch v i ánh sáng màu vàng
trên là c c
H ng d n gi i:
a) Do góc l ch ng v i ánh sáng vàng c c ti u nên i1 = i2 = i và r1 = r2 = r = A/2 = 300
3
i 600.
2
b) Khi đó góc l ch ng v i ánh sáng vàng là góc l ch c c ti u Dmin = 2i – A = 1200 – 600 = 600
Áp d ng công th c (1) ho c (2) v l ng kính ta có sin i n sin r 3 sin 300
Ví d 2: M tăl ng kính có ti t di n th ng là tam giác ABC, góc chi t quang A = 600. Chi t su t c aăl ngăkínhă
bi n thiên t
2 đ n 3 . Chi u m t chùm sáng tr ng h p trong ti t di n th ng t i m t bên AB, ta th yătiaăđ
có tia lóăđ i x ng v i tia t i qua m t phân giác c a góc chi t quang A. Góc t i i và góc khúc x r1 c a tia tím có
giá tr bao nhiêu ?
H ng d n gi i:
Do chi t su t c a l ng kính nh nh t v i ánh sáng đ và l n nh t v i ánh sáng tím nên ta có n do 2, n tím 3
Chùm sáng chi u vào l ng kính r i b phân tách thành các chùm sáng đ n s c, m i chùm có góc l ch D có giá tr khác
nhau, còn góc t i thì các tia sáng đ u nh nhau. Tia đ có tia ló đ i x ng v i tia t i qua m t phân giác c a góc chi t
quang A nên tia đ có góc l ch c c ti u, khi đó r1đ = r2đ = r = A/2 = 300
2
i 450
2
ng v i m i ánh sáng đ n s c thì l i khác nhau, v i ánh sáng tím
Áp d ng công th c l ng kính cho tia đ ta có sin i n do sin rdo 2 sin 300
Các tia sáng cùng góc t i i nh ng góc góc khúc x
ta đ
sin r1tím
c sin i n tím sin r1tím 3 sin r1tím
sin i sin 450
2
r1tím 240
3
3
2 3
Ví d 3: M tăl ngăkínhăcóăgócăchi t quang A = 450.ăTiaăsángăđ năs c t iăl ngăkínhăvƠălóăraăkh iăl ngăkínhăv i
góc ló b ng góc t i, góc l ch 150.
a) Góc khúc x l n th nh t r1 c a tia sáng trên b ng bao nhiêu?
b) Chi t su t c aăl ngăkínhăđ i v i tia sáng nói trên có giá tr bao nhiêu?
H ng d n gi i:
A
a) Do góc t i và góc ló b ng nhau nên tr ng h p này góc l ch D đ t c c ti u Dmin, khi đó r r1 r2 22030'
2
0
0
b) Ta có Dmin = 15 = 2i – A i = 30
sini
sin30
Áp d ng công th c l ng kính ta đ c sini nsin r n
1,3.
sinr sin 22030'
Ví d 4: M tăl ngăkínhăcóăgócăchi t quang 60, chi t su tă1,6ăđ t trong không khí. Chi u m tătiaăsángăđ năs c
t i m t bên c aăl ngăkínhăv i góc t i r t nh . Tính góc l ch c aătiaăsángăquaăl ngăkínhă
H ng d n gi i:
Do góc t i i là góc nh nên áp d ng công th c D = (n – 1)A = 0,6.60 = 3,60
Ví d 5: B c sóng c a ánh sáng đ trong không khí là 0,75 m.
Hocmai.vn – Ngôi tr
ng chung c a h c trò Vi t
T ng đài t v n: 1900 58-58-12
- Trang | 3 -
Luy n thi Qu c gia PEN - C: Môn V t Lí ( Th y
ng Vi t Hùng)
Lí thuy t v tán s c ánh sáng (P2).
a) Tính b c sóng c a ánh sáng đ trong th y tinh có chi t su t là 1,414.
b) B c sóng c a ánh sáng trên trong m t môi tr ng là 0,6 m. Tính chi t su t c a môi tr
ng đó?
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
Ví d 6: M t l ng kính có góc chi t quang A = 50 có chi t su t v i ánh sáng đ và tím l n l t là 1,643 và 1,685.
M t chùm sáng m t tr i h p r i vuông góc v i m t phân giác c a l ng kính. M t màn đ t song song v i m t phân
giác l ng kính cách l ng kính m t kho ng L = 1 m.
a) Tính góc l ch c a tia đ và tím ló ra kh i l ng kính.
b) Tính b r ng quang ph thu đ c trên màn.
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
Ví d 7: M t l ng kính có ti t di n th ng là tam giác ABC, góc chi t quang A = 600. Chi t su t c a l ng kính n 2 .
Chi u m t tia sáng đ n s c trong ti t di n th ng t i m t bên AB. Hãy tính góc t i i và góc l ch D đ khi tia ló đ i
x ng v i tia t i qua m t phân giác c a góc chi t quang A.
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
ápăs : i = 450, D = 300
Ví d 8: Chi u tia sáng đ n s c t i m t bên c a m t l ng kính theo ph ng vuông góc v i m t bên, ti t di n l ng kính
là tam giác đ u. Tia ló kh i l ng kính trùng v i m t bên còn l i. Chi t su t c a l ng kính có giá tr là bao nhi u?
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
ápăs : n = 1,155.
Ví d 9: Cho m t l ng kính th y tinh có ti t di n là tam giác vuông cân đ t trong không khí, góc chi t quang đ i di n
v i m t huy n. Chi u m t tia sáng song song v i đáy thì góc khúc x r1 = 300. Chi t su t c a l ng kính có giá tr là ?
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
ápăs : n 2
Ví d 10: M t l ng kính có góc chi t quang A = 600. Góc l ch c c ti u là Dmin = 300. Chi t su t c a l ng kính là bao
nhiêu?
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
ápăs : n 2
Hocmai.vn – Ngôi tr
ng chung c a h c trò Vi t
T ng đài t v n: 1900 58-58-12
- Trang | 4 -
Luy n thi Qu c gia PEN - C: Môn V t Lí ( Th y
ng Vi t Hùng)
Lí thuy t v tán s c ánh sáng (P2).
Ví d 11: M t l ng kính có góc chi t quang A, chi t su t n = 1,5. M t chùm tia sáng h p đ n s c đ c chi u đ n m t
tr c c a l ng kính theo ph ng vuông góc v i m t này. Khi đó chùm tia ló là là m t sau c a l ng kính. Góc chi t
quang A c a l ng kính có giá tr là bao nhiêu ?
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
ápăs : A 420.
Ví d 12: M t tia sáng t i vuông góc v i m t AB c a m t l ng kính có chi t su t n 2 và góc
góc vuông. Tính góc l ch c a tia sáng qua l ng kính ?
đ nh A = 300, B là
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
ápăs : D = 150.
Ví d 13: M t l ng kính có góc chi t quang A = 600 có chi t su t v i ánh sáng tr ng bi n thiên t 2 đ n 3. Chi u
vào m t bên AB c a l ng kính m t chùm sáng tr ng h p sao cho tia tím có góc l ch c c ti u. Góc t i m t bên AB là
bao nhiêu ?
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
ápăs : i = 600.
Ví d 14: M t l ng kính có góc chi t quang A = 600 có chi t su t v i ánh sáng tr ng bi n thiên t 2 đ n 3. Chi u
vào m t bên AB c a l ng kính m t chùm sáng tr ng h p. Góc t i i t i m t bên AB ph i th a mãn đi u ki n gì đ
không có tia nào trong chùm tia sáng ló ra kh i m t bên AC ?
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
ápăs : i 21030’
Ví d 15: Cho l ng kính có góc chi t quang A đ t trong không khí. Chiêu chùm tia SI h p g m 4 ánh sáng đ n s c
đ , vàng, l c và tím theo ph ng vuông góc v i m t bên AB. Bi t r ng tia l c đi sát m t bên AC, h i các tia ló ra kh i
l ng kính g m nh ng ánh sáng đ n s c nào ? Gi i thích ?
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
Hocmai.vn – Ngôi tr
ng chung c a h c trò Vi t
T ng đài t v n: 1900 58-58-12
- Trang | 5 -
Luy n thi Qu c gia PEN - C: Môn V t Lí ( Th y
ng Vi t Hùng)
Lí thuy t v tán s c ánh sáng (P2).
Ví d 16: M t cái b sâu 1,5 m ch a đ y n c. M t tia sáng m t tr i chi u vào b n c d i góc t i 600. Bi t chi t
su t c a n c v i ánh sáng đ và ánh sáng tìm l n l t là 1,328 và 1,343. B r ng c a quang ph do tia sáng t o ra
d i đáy b là
C. 24,7 mm
D. 22,52 mm
A. 19,66 mm
B. 14,64 mm
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………………………
Ví d 17: B
c sóng c a ánh sáng đ trong không khí là 0,64 m. Tính b
4
chi t su t c a n c đ i v i ánh sáng đ là .
3
H ng d n gi i:
v c
Ta có '
0,48 m.
f nf n
c sóng c a ánh sáng đó trong n
c bi t
Ví d 18: M t chùm ánh sáng h p, đ n s c có b c sóng trong chân không là = 0,60 m. Xác đ nh chu kì, t n s
c a ánh sáng đó. Tính t c đ và b c sóng c a ánh sáng đó khi truy n trong th y tinh có chi t su t n = 1,5.
H
ng d n gi i:
v
0,4 m.
f n
Ví d 19: M t ánh sáng đ n s c có b c sóng c a nó trong không khí là 0,6 m và trong ch t l ng trong su t là
0,4 m. Tính chi t su t c a ch t l ng đ i v i ánh sáng đó.
Ta có f = c/ = 5.1014 Hz; T = 1/f = 2.10-15 s; v = c/n = 2.108 m/s;
H
Ta có
'
n
n
'
'
ng d n gi i:
1,5.
Ví d 20: M t l ng kính có góc chi t quang là 600. Bi t chi t su t c a l ng kính đ i v i ánh sáng đ là 1,5. Chi u tia
sáng màu đ vào m t bên c a l ng kính v i góc t i 600. Tính góc l ch c a tia ló so v i tia t i.
H
ng d n gi i:
sin i1
0,58 = sin35,30 r1 = 35,30 r2 = A – r1 = 24,70; sini2 = nsinr2 = 0,63 = sin38,00
n
i2 = 38,80 D = i2 + i2 – A = 38,80.
Ta có sin r1
Ví d 21: M t l ng kính th y tinh có góc chi t quang A = 600, có chi t su t đ i v i tia đ là 1,514; đ i v i tia tím là
1,532. Tính góc l ch c c ti u c a hai tia này.
H ng d n gi i:
A
D
D
A
A
V i tia đ : sin d min
n d sin = sin49,20 d min
49,20 Ddmin = 2.49,20 – A = 38,40 = 38024’.
2
2
2
A
D
D
A
A
= ntsin = sin500 t min
V i tia tím: sin t min
500 Dtmin = 2.500 – A = 400.
2
2
2
Ví d 22: M t l ng kính th y tinh có góc chi t quang A = 40, đ t trong không khí. Chi t su t c a l ng kính đ i v i
ánh sáng đ và tím l n l t là 1,643 và 1,685. Chi u m t chùm tia sáng song song, h p g m hai b c x đ và tím vào
m t bên c a l ng kính theo ph ng vuông góc v i m t này. Tính góc t o b i tia đ và tia tím sau khi ló ra kh i m t
bên kia c a l ng kính.
H ng d n gi i:
V i A và i1 nh ( 10 ) ta có: D = (n – 1)A. Do đóμ Dd = (nd = 1)A; Dt = (nt – 1)A. Góc t o b i tia ló đ và tia ló tím là
D = Dt – Dd = (nt – nd)A = 0,1680 10’.
0
Hocmai.vn – Ngôi tr
ng chung c a h c trò Vi t
T ng đài t v n: 1900 58-58-12
- Trang | 6 -
Luy n thi Qu c gia PEN - C: Môn V t Lí ( Th y
ng Vi t Hùng)
Lí thuy t v tán s c ánh sáng (P2).
Ví d 23: Chi u m t tia sáng đ n s c màu vàng t không khí (chi t su t coi nh b ng 1 đ i v i m i ánh sáng) vào
m t ph ng phân cách c a m t kh i ch t r n trong su t v i góc t i 600 thì th y tia ph n x tr l i không khí vuông góc
v i tia khúc x đi vào kh i ch t r n. Tính chi t su t c a ch t r n trong su t đó đ i v i ánh sáng màu vàng.
H
ng d n gi i:
Ta có sini = nsinr = nsin(900 – i’) = nsin(λ00 – i) = ncosi n tan i 3 .
Ví d 24: Chi u m t tia sáng g m hai thành ph n đ và tím t không khí (chi t su t coi nh b ng 1 đ i v i m i ánh
sáng) vào m t ph ng c a m t kh i th y tinh v i góc t i 600. Bi t chi t su t c a th y tinh đ i v i ánh sáng đ là 1,51;
đ i v i ánh sáng tím là 1,56. Tính góc l ch c a hai tia khúc x trong th y tinh.
H ng d n gi i:
sin i
sin i
Ta có: sin rd
= 0,574 = sin350; sinrt =
= 0,555 = sin33,70 r = rd – rt = 1,30.
nd
nt
Ví d 25: Góc chi t quang c a l ng kính b ng 80. Chi u m
vuông góc v i m t ph ng phân giác c a góc chi t quang.
ph ng phân giác c a l ng kính và cách m t phân giác này m
= 1,50 và đ i v i tia tím là nt = 1,54.
r ng c a quang ph
A. 7,0 mm.
B. 8,4 mm.
t tia sáng tr ng vào m t bên c a l ng kính, theo ph ng
t m t màn quan sát, sau l ng kính, song song v i m t
t đo n 1,5 m. Chi t su t c a l ng kính đ i v i tia đ là nđ
liên t c trên màn quan sát b ng
C. 6,5 mm.
D. 9,3 mm.
.........................................................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................................................
.........................................................................................................................................................................................
Hocmai.vn – Ngôi tr
ng chung c a h c trò Vi t
Giáo viên:
ng Vi t Hùng
Ngu n
Hocmai.vn
T ng đài t v n: 1900 58-58-12
:
- Trang | 7 -
