Dụng Cụ Quang Học Có Tắc Dụng Làm Tán Sắc ánh Sáng Là - Hỏi Đáp

Lăng kính có rất nhiều ứng dụng trong khoa học và kỹ thuật. Vậy lăng kính là gì? Cấu tạo, công dụng và các công thức của lăng kính như thế nào? Marathon Education sẽ giúp các em hiểu rõ hơn về nội dung này trong chương trình Vật lý lớp 11.

Nội dung chính Show

• Cấu tạo của lăng kính
• Tán sắc ánh sáng trắng
• Đường truyền của tia sáng qua lăng kính
• Các công thức tính lăng kính 
• Ứng dụng của lăng kính
• Học livestream trực tuyến Toán - Lý - Hóa - Văn - Anh - Sinh bứt phá điểm số 2022 – 2023 tại Marathon Education
• Các khóa học online tại Marathon Education
• 1.1. Thí nghiệm tán sắc ánh sáng của Newton
• 1.2. Thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc của Newton
• 2. Giải thích hiện tượng tán sắc ánh sáng
• 3. Ứng dụng của hiện tượng tán sắc ánh sáng
• 4. Các công thức tán sắc ánh sáng 
• 5. Các dạng bài tập tán sắc ánh sáng
• 6. Bài tập trắc nghiệm vận dụng
• Video liên quan

Cấu tạo của lăng kính

Cấu tạo của lăng kính (Nguồn: Internet)

Lăng kính là một dụng cụ quang học, sử dụng để khúc xạ, phản xạ và tán xạ ánh sáng sang các màu quang phổ (như màu sắc của cầu vồng). Nó là một khối trong suốt và đồng chất (làm từ thủy tinh, nhựa…), được giới hạn bởi hai mặt phẳng không song song. Lăng kính tam giác có tiết diện thẳng là một hình tam giác.

Cấu tạo của lăng kính:

• Hai mặt phẳng giới hạn không song song gọi là các mặt bên của lăng kính.
• Giao tuyến của hai mặt bên gọi là cạnh của lăng kính.
• Mặt đối diện của cạnh là đáy của lăng kính.
• Góc hợp bởi hai mặt lăng kính gọi là góc chiết quang hay góc ở đỉnh.

Về phương diện quang học, lăng kính có những yếu tố đặc trưng sau đây:

• Góc chiết quang A.
• Chiết suất n.

Tán sắc ánh sáng trắng

Chùm ánh sáng trắng (ánh sáng mặt trời) khi đi qua lăng kính sẽ bị phân tích thành nhiều chùm sáng đơn sắc khác nhau, do chiết suất của chất làm lăng kính đối với mỗi ánh sáng khác nhau là khác nhau. Đây chính là sự tán sắc ánh sáng.

Đường truyền của tia sáng qua lăng kính

Đường truyền của tia sáng qua lăng kính (Nguồn: Internet)

Gọi n là chiết suất tỉ đối của lăng kính với môi trường chứa nó:

n = \frac{n_{lăng kính}}{n_{môi trường}}

– Chiều lệch của tia sáng:

+ n > 1: Tia sáng lệch về phía đáy lăng kính.

+ n < 1: Tia sáng lệch về phía đỉnh lăng kính.

* Xét trường hợp n > 1: 

– Tia sáng ló JR bị lệch về phía đáy của lăng kính so với phương của tia sáng tới.

– Vẽ đường đi của tia sáng đơn sắc qua lăng kính:

+ Khi tia sáng vuông góc với mặt lăng kính sẽ đi thẳng.

+ Nếu r2 < igh: tia sáng khúc xạ ra ngoài, với góc ló i2 (sini2 = n.sinr2).

+ Nếu r2 = igh => i2 = 90: tia ló đi sát mặt bên thứ 2 của lăng kính.

+ Nếu r2 > igh: tia sáng sẽ phản xạ toàn phần tại mặt bên này (Giả sử tại J có góc i′ là góc khúc xạ và tính sin i′ > 1 => phản xạ toàn phần tại J)

>>> Xem thêm: Khúc Xạ Ánh Sáng Là Gì? Định Luật Và Công Thức Khúc Xạ Ánh Sáng

Các công thức tính lăng kính 

Công thức lăng kính tổng quát:

• Sini1 = n.sinr1
• Sini2 = n.sinr2
• r1 + r2 = A
• D = i1 + i2 – A
• Trong đó: A: là góc chiết quang, n: chiết suất, D: Góc lệch

Công thức lăng kính trong trường hợp góc chiết quang A < 10ovà góc tới i nhỏ:

• sini ≈ i; sinr ≈ r
• i1 = n.r1
• i2 = n.r2
• D = i1 + i2 – A = nr1 + nr2 – A = n.A – A = (n – 1)A

Đường đi của tia sáng đối xứng qua mặt phân giác của góc chiết quang thì tia sáng đi qua lăng kính sẽ có góc lệch cực tiểu. Từ đó ta có được công thức tính góc lệch cực tiểu:

\begin{aligned} &\footnotesize\bull i_1 = i_2 = i_m\\ &\footnotesize\bull r_1 = r_2 = \frac{A}{2}\\ &\footnotesize\bull D_m = 2i_m - A\\ &\footnotesize\bull sin\frac{D_m + A}{2} = n.sin\frac{A}{2}\\ &\footnotesize\bull D_{min} = 2i - A \end{aligned}

>>> Xem thêm: Quang Phổ Là Gì? Các Loại Quang Phổ Phổ Biến Hiện Nay

Ứng dụng của lăng kính

Ứng dụng của lăng kính (Nguồn: Internet)

Các ứng dụng của lăng kính trong khoa học và kỹ thuật:

• Máy quang phổ: Lăng kính là bộ phận chính của máy quang phổ. Máy quang phổ là dụng cụ để phân tích chùm tia sáng có nhiều thành phần những thành phần thành những phần đơn sắc khác nhau. Nó dùng để nhận biết các thành phần cấu tạo của một chùm sáng phức tạp do một nguồn sáng phát ra.
  • Nguyên tắc hoạt động: dựa trên hiện tượng tán sắc ánh sáng.
  • Bộ phận của máy làm nhiệm vụ tán sắc ánh sáng là: lăng kính.
• Lăng kính phản xạ toàn phần: Lăng kính phản xạ toàn phần là lăng kính thủy tinh có tiết diện thẳng là một tam giác vuông cân. Lăng kính phản xạ toàn phần được sử dụng để tạo ảnh thuận chiều (ống nhòm, máy ảnh,…).

  Quang Phổ Là Gì? Các Loại Quang Phổ Phổ Biến Hiện Nay

>>> Xem thêm: 5 phương pháp học tốt lý 11 giúp bứt phá điểm số

Học livestream trực tuyến Toán - Lý - Hóa - Văn - Anh - Sinh bứt phá điểm số 2022 – 2023 tại Marathon Education

Marathon Education là nền tảng học livestream trực tuyến Toán - Lý - Hóa - Văn - Anh - Sinh uy tín và chất lượng hàng đầu Việt Nam dành cho học sinh từ lớp 8 đến lớp 12. Với nội dung chương trình giảng dạy bám sát chương trình của Bộ Giáo dục và Đào tạo, Marathon Education sẽ giúp các em lấy lại căn bản, bứt phá điểm số và nâng cao thành tích học tập.

Tại Marathon, các em sẽ được giảng dạy bởi các thầy cô thuộc TOP 1% giáo viên dạy giỏi toàn quốc. Các thầy cô đều có học vị từ Thạc Sĩ trở lên với hơn 10 năm kinh nghiệm giảng dạy và có nhiều thành tích xuất sắc trong giáo dục. Bằng phương pháp dạy sáng tạo, gần gũi, các thầy cô sẽ giúp các em tiếp thu kiến thức một cách nhanh chóng và dễ dàng.

Marathon Education còn có đội ngũ cố vấn học tập chuyên môn luôn theo sát quá trình học tập của các em, hỗ trợ các em giải đáp mọi thắc mắc trong quá trình học tập và cá nhân hóa lộ trình học tập của mình.

Với ứng dụng tích hợp thông tin dữ liệu cùng nền tảng công nghệ, mỗi lớp học của Marathon Education luôn đảm bảo đường truyền ổn định chống giật/lag tối đa với chất lượng hình ảnh và âm thanh tốt nhất.

  Dao Động Điện Từ Và Sóng Điện Từ

Nhờ nền tảng học livestream trực tuyến mô phỏng lớp học offline, các em có thể tương tác trực tiếp với giáo viên dễ dàng như khi học tại trường.

Khi trở thành học viên tại Marathon Education, các em còn nhận được các sổ tay Toán – Lý – Hóa “siêu xịn” tổng hợp toàn bộ công thức và nội dung môn học được biên soạn chi tiết, kỹ lưỡng và chỉn chu giúp các em học tập và ghi nhớ kiến thức dễ dàng hơn.

Marathon Education cam kết đầu ra 8+ hoặc ít nhất tăng 3 điểm cho học viên. Nếu không đạt điểm số như cam kết, Marathon sẽ hoàn trả các em 100% học phí. Các em hãy nhanh tay đăng ký học livestream trực tuyến Toán – Lý – Hóa – Văn lớp 8 – lớp 12 năm học 2022 – 2023 tại Marathon Education ngay hôm nay để được hưởng mức học phí siêu ưu đãi lên đến 39% giảm từ 699K chỉ còn 399K.

Các khóa học online tại Marathon Education

Với những kiến thức mà team Marathon Education đã chia sẻ trong bài viết trên, hi vọng các em có thể nắm vững kiến thức về lăng kính và các công thức liên quan. Chúc các em học tập thành công!

Tác giả Cô Hiền Trần 08:33 26/05/2022 1,850

Trong chương trình vật lý THPT, có rất nhiều hiện tượng vật lý các em cần ghi nhớ. Bài viết này VUIHOC tổng hợp lý thuyết tán sắc ánh sáng và bài tập vận dụng chi tiết giúp các em ôn thi tốt phần này

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 để 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, đồng thời 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

Hiện tượng tán sắc ánh sáng được ứng dụng vào một số các hoạt động từ sinh hoạt thường ngày đến quá trình sản xuất.

• Kiến thức giải thích hiện tượng quang học trong khí quyển như hiện tượng xuất hiện cầu vồng sau mưa.

• Sản xuất ra được máy quang phổ lăng kính để phân tách những chùm sáng đa sắc.

4. Các công thức tán sắc ánh sáng 

- Lăng kính là một dụng cụ trong ѕuốt có tính chất quang học bao gồm 5 mặt phẳng trơn nghiêng ở góc. Lăng kính có công dụng giúp bẻ tia ѕáng đi 2 lần, làm cho tia tới có góc lệch ѕo ᴠới tia ló.

- Từ các kết luận rút ra từ các thí nghiệm, chúng ta có thể đưa ra các công thức thường gặp về hiện tượng tán sắc ánh sáng mà các em cần đặc biệt ghi nhớ để giải các bài tập môn Vật Lý phần này.

Tên	Công thức
Tổng quát	Sin i1 = n. Sin r1 Sin i2 = n. Sin r2 A = r1 + r2
Tính góc lệch	Góc lệch được định nghĩa là góc tạo bởi tia tới và tia ló. Có mặt phẳng khúc xạ: D = |i - r| Với lăng kính:  D = (i1 + i2) - (r1 + r2) D = i1 + i2 - A
Góc lệch cực tiểu	D min khi i1 = i2 = i và r1 = r2 = A/2 -> D nhỏ nhất = 2i - A
Các góc nhỏ	Các góc nhỏ: i1 = n.r1 i2 = n.r2 D = (n - 1).A Góc lệch tính là: D = (n - 1).A
Phản xạ toàn phần	Với điều kiện:  n1 > n2 i > i giới hạn với sin i giới hạn = n2/n1

5. Các dạng bài tập tán sắc ánh sáng

Ví dụ 1: Ánh sáng đỏ có bước sóng trong không khí là 0,64 m. Tính bước sóng của ánh sáng đỏ trong nước biết rằng chiết suất của nước đối với ánh sáng đỏ là 4/3.

Lời giải:

Ta có: '=vf=cnf=n= 0,644/3= 0,48 (m)

Ví dụ 2: Một chùm ánh sáng hẹp, đơn sắc có bước sóng trong chân không là = 0,60 m. Xác định chu kì, tần số của ánh sáng đỏ. Khi truyền trong thủy tinh có chiết suất n = 1,5 thì tốc độ và bước sóng của ánh sáng đỏ là bao nhiêu?

Lời giải:

$f =\frac{c}{\lambda }= 5.10^{14}Hz$

$T =\frac{1}{f}= 2.10^{15}s$

$v =\frac{c}{n}= 2.10^{8}m/s$

$\lambda =\frac{v}{f}=\frac{\lambda }{n}=0,4  \mu m$

Ví dụ 3: Tiến hành một thí nghiệm như sau: chiếu một chùm tia sáng trắng song song, hẹp và coi như đó là một tia sáng vào mặt bên ký hiệu là AB của lăng kính có A= 50o, dưới góc tới i1= 60o. Chùm tia ló đi ra khỏi mặt AC bao gồm những màu biến đổi dần liên tục từ đỏ sang tím. Biết chiết suất của vật chất làm nên lăng kính đối với tia màu đỏ và tia màu tím lần lượt là 1,54 và 1,58. Hãy tính góc hợp giữa tia màu đỏ và tia màu tím ló ra từ lăng kính đó.

Giải:

- Áp dụng công thức lăng kính:

+ Sin i1 = n . Sin r1

+ Sin i2 = n . Sin r2

+ r1 + r2 = A

+ D = i1 + i2 - A

- Đối với tia màu đỏ:

+ Sin i1 = nd . Sin r1d => Sin r1d = $\frac{sin 60o^{\circ}}{nd}$ => r1d = 34,22o

+ r1d + r2d = A => r2d = A - r1d = 15,78o

+ Sin i2d = n . Sin r2d => Sin r2d = nd . Sin r2d => i2d = 24,76o

+ D = i1 + i2d  - A = 60o + 24,76o - 50o = 34,76o

- Đối với tia màu tím:

+ Sin i1 = n . Sin r1t => Sin r1t = $\frac{sin 60o^{\circ}}{nt}$ => r1t = 33,24o

+ r1t + r2t = A => r2t = A - r1t = 16,76o

+ Sin i2t = n . Sin r2t => Sin r2t = nt . Sin r2t => i2t = 27,1o

+ D = i1 + i2t - A = 60o + 27,1o - 50o = 37,1o

=> Vậy góc hợp giữa 2 tia màu tím và tia màu tím sau khi ló ra khỏi lăng kính: Dt - Dd = 2,34o

Ví dụ 4: Một cái bể chứa đầy nước có độ sâu là 1,2m. Một tia sáng Mặt Trời chiếu lên mặt nước của bể với góc tới i và biết rằng tan i = 4/3. Tính độ dài của vệt sáng tạo ra ở phía đáy bể. Cho biết chiết suất của nước đối với ánh sáng tím và với ánh sáng đỏ lần lượt là 1,343 và 1,328.

Giải:

Ta có:

$Sin^{2} (i)=\frac{tan^{2}i}{1+tan^{2}i}=\frac{(4/3)^{2}}{1 + (4/3)^{2}}$ => sin(i)

Áp dụng định luật khúc xạ: sin(rd) = 1/nd.sin(i)

Nên ta có:

$Sin (r_{t}) = \frac{1}{n_{t}} sin(i) = \frac{1}{1,343} . 0,8 = 0,5957$

$Sin(rt)=\frac{1}{n_{d}}sin(i)=\frac{1}{1,328}.0,8=0,6024$

Mà ta lại có: sin2(rd) + cos2(rd) = 1

Suy ra:

$cos (r_{d}) = \sqrt{1-sin^{2}(r_{d})} = \sqrt{1-(0,6024)^{2}} \approx 0,7982$

→ $tan(r_{d}) = \frac{sinr_{d}}{cosr_{d}} =  \frac{0,6024}{0,7982} \approx 0,7547$

Tương tự ta có: 

sin2(rd) + cos2(rd) = 1, suy ra:

$cos (r_{t}) = \sqrt{1-sin^{2}(r_{t})} = \sqrt{1-(0,5957)^{2}} \approx 0,8032$

→ $tan(r_{t}) = \frac{sinr_{t}}{cosr_{t}} = \frac{0,5957}{0,8032} \approx 0,7417$

Như vậy độ dài của vệt sáng ở đáy bể là:

$\Delta$D = HĐ - HT = h . (tan(rd) - tan(rt)) = 1,2 . (0,7547 - 0,7417) = 0,0156 (m) = 1,56 (cm)

Ví dụ 5: Một lăng kính làm bằng thủy tinh có góc chiết quang là A = 5°, biết rằng chiết suất đối với ánh sáng màu đỏ là nđ = 1,643 và chiết suất đối với ánh sáng màu ánh sáng tím là nt = 1,685. Chiếu một chùm sáng trắng hẹp vào trên một mặt bên của lăng kính đó với góc tới i nhỏ. Tính giá trị góc giữa tia màu đỏ và tia màu tím sau khi ló ra ngoài lăng kính.

Lời giải:

Từ các công thức lăng kính:

- sin i1 = n . sin r1

- sin i2 = n . sin r2

- A = r1 + r2

- D = i1 + i2 - A 

Khi góc tới i và góc chiết quang A được coi là nhỏ, ta có:

- i1 = n . r1

- i2 = n . r2

- A = r1 + r2

=> D = i1 + i2 - A = A (n - 1)

Góc lệch của tia đỏ khi ra khỏi lăng kính là: Dđ = (nđ - 1) . A = (1,643 - 1) . 5o = 3,215o

Góc lệch của tia tím khi ra khỏi lăng kính là: Dt = (nt - 1) . A = (1,685 - 1) . 5o = 3,425o

Góc giữa tia tím và tia đỏ sau khi đi ra khỏi lăng kính là: D = Dt - Dđ = 3,425o - 3,215o = 0,21o

6. Bài tập trắc nghiệm vận dụng

Câu 1: Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về mỗi ánh sáng đơn sắc?

A. có duy nhất một màu xác định

B. đường truyền đều có đường truyền khi khúc xạ

C. đường truyền tia sáng không lệch khi truyền qua lăng kính

D. không xảy ra tán sắc khi đi qua lăng kính

Đáp án đúng: C

- Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng không xảy ra sự tán sắc khi đi qua lăng kính mà đường truyền chỉ bị lệch về phía đáy lăng kính.

- Tần số của mỗi ánh sáng đơn sắc đặc trưng nhất định. Khi một ánh sáng đơn sắc được truyền từ môi trường này đến môi trường khác (ví dụ như truyền ánh sáng từ không khí vào trong nước) thì vận tốc truyền, phương truyền, bước sóng cũng có thể bị thay đổi nhưng tần số, chu kì, màu sắc, năng lượng photon thì không đổi.

Câu 2: Một chùm chiếu sáng hẹp bao gồm hai bức xạ màu đỏ và màu tím tới lăng kính có hình tam giác đều thì nhận thấy tia màu tím có góc lệch cực tiểu. Biết chiết suất của lăng kính đó xét với tia đỏ là nđ = 1,414; còn chiết suất của lăng kính đó xét với tia tím là nt = 1,452. Vậy cần giảm góc tới của tia sáng một lượng bằng bao nhiêu để tia đỏ có góc lệch cực tiểu:

A. 0,23°  B. 1,56°

C. 2,35°  D. 16°

Đáp án đúng: B

- Khi chưa di chuyển lăng kính mà tia màu tím đã có góc lệch cực tiểu, vậy nên: r t1 = r t2 = A/2 = 30°

- Vì Sin i = nt . Sin rt => góc tới i = 46,55°

- Sau khi di chuyển lăng kính thì để tia màu đỏ có góc lệch cực tiểu khi: r đ1 = r đ2 = A/2 = 30°

- Vì Sin i’ = nđ . Sin rđ => khi đó góc tới là: i’ = 44,99°  

- Góc quay thỏa mãn điều kiện là: i - i’ = 1,56°

Câu 3: Chiếu một tia sáng trắng vuông góc lên mặt bên của một lăng kính có góc chiết quang là A = 5°. Chiết suất của lăng kính xét với ánh sáng có màu đỏ nđ = 1,64 và chiết suất của lăng kính xét với ánh sáng màu tím là nt = 1,68. Sau lăng kính đó, đặt một màn M // với mặt bên thứ nhất của lăng kính và cách nó một khoảng là L = 1,2 m (xem Hình vẽ dưới đây)

- Quang phổ có chiều dài thu được trên màn là:

A. 2,6 mm  B. 1,4 cm

C. 4,2 mm  D. 21,3 mm

Đáp án đúng: C

- Gọi O là giao điểm giữa tia tới và màn M.

- Do các góc lệch nhỏ nên:

• OĐ = L. A . (nđ -1)

• OT = L . A . (nt - 1)

- Vậy nên: ĐT = OT - OĐ = L. A . (nt - nđ)

                       = 1,2 . 5 . $\frac{3,14}{180}$ . (1,68 - 1,64) ≈ 4,2 . 10-3m = 4,2 mm

Câu 4: Đặt trong không khí một thấu kính mỏng làm từ thủy tinh có hai mặt cầu lồi. Chiếu một chùm tia sáng hẹp, // gần trục chính bao gồm tập hợp của các ánh sáng đơn sắc màu đỏ, màu lam, màu tím, màu vàng tới thấu kính theo phương // với trục chính của thấu kính. Thứ tự của các vị trí hội tụ những chùm tia sáng màu tính bắt đầu từ quang tâm O ra xa:

A. đỏ, tím, vàng, lam

B. tím, lam, vàng , đỏ

C. đỏ, vàng, tím, lam

D. tím, đỏ, lam, vàng

Đáp án đúng: B

- Đỏ, vàng, lam, tím theo thứ tự có chiết suất của môi trường đối với những màu này là tăng dần, vì vậy góc lệch cũng tăng dần.

- Tia sáng càng lệch nhiều thì càng hội tụ tại điểm gần với vị trí quang tâm O hơn.

- Vậy thứ tự các điểm hội tụ của những chùm tia sáng màu tính từ quang tâm O ra xa là Tím, lam, vàng, đỏ.

Câu 5: Một thấu kính mỏng bao gồm một mặt phẳng, một mặt lồi và có bán kính bằng 20 cm, làm bằng chất liệu có chiết suất xét với ánh sáng màu đỏ là 1,49; còn xét với ánh sáng màu tím là 1,51. Độ tụ của thấu kính đối với tia màu đỏ, tia màu tím có hiệu số là:

A. 1,5 dp    B. 0,1 dp

C. 0,4 dp          D. 0,05 dp

Đáp án đúng: B

- Thấu kính mỏng bao gồm một mặt phẳng là R1 = ∞, một mặt lồi có R2 = 20cm = 0,2m)

- Độ tụ của thấu kính là:

D = $\frac{1}{f}$ = $(\frac{ntk}{nmt} - 1)(\frac{1}{R1} + \frac{1}{R2}) = (n - 1). \frac{1}{R2}$

Vì đề bài cho là môi trường không khí bao quanh thấu kính nmt = 1

- Độ tụ của thấu kính đối với tia màu đỏ, tia màu tím có hiệu số là:

ΔD = $\frac{n_{đ} - n_{t}}{R}$ = 0,1 dp

Câu 6: Cho góc chiết quang của một lăng kính bằng 6°. Một tia sáng trắng được vào mặt bên của lăng kính theo phương ⊥ với mặt phẳng phân giác của góc chiết quang. Sau lăng kính đặt một màn quan sát song song với mặt phẳng phân giác của góc chiết quang của lăng kính và cách mặt này 2m. Chiết suất của lăng kính đối với tia màu đỏ là nđ = 1,5 và chiết suất của lăng kính đối với tia tím là nt = 1,58. Trên màn quan sát, tính giá trị độ rộng của quang phổ liên tục.

A. 16,8mm   B. 18,6mm

C. 18,3mm  D. 13,8mm

Lời giải

Ta có:

Dd = A . (nđ - 1) = $\frac{\pi}{60}$ (rad)

→ tan (Dt) = $\frac{x_{d}}{L}$ → xd = 0,10482 (m)

Tương tự:

Dt = A . (nt - 1) = 0,0607 (rad)

→ tan (Dt) = $\frac{x_{t}}{L}$ → xt = 0,10482 (m)

Ta quan sát được trên màn độ rộng của quang phổ liên tục là:

$\Delta$x = xt - xđ = 0,0168 (m) = 16,8 (mm)

Vậy đáp án đúng là A.

Câu 7: Một chùm tia sáng trắng hẹp được chiếu vào mặt bên của một lăng kính, theo phương ⊥ với mặt phẳng phân giác của góc chiết quang. Đặt phía sau lăng kính một màn quan sát sao cho màn đó // với mặt phân giác của lăng kính và khoảng cách đến mặt phân giác này dài 2m. Chiết suất của lăng kính đối với tia màu đỏ nđ = 1,5 và chiết suất của lăng kính đối với tia tím là nt = 1,54. Góc chiết quang của lăng kính có giá trị là 5°. Độ rộng của quang phổ liên tục trên quan sát được trên màn (khoảng cách từ mép tím đến mép đỏ) bằng bao nhiêu

A. 7,0 mm   B. 8,0 mm

C. 6,0 mm  D. 9,0 mm

Lời giải

Ta có:

Dd = A . (nđ - 1) 

→ tan (Dt) = xdL → xd = 0,08732 (m)

Tương tự:

Dt = A . (nt - 1) 

→ tan (Dt) =  $\frac{x_{t}}{L}$ → xt = 0,09432 (m)

Độ rộng của quang phổ liên tục trên màn quan sát được(khoảng cách từ mép ánh sáng tím đến ánh sáng mép đỏ)  là:

$\Delta$x = xt - xđ = 0,09432 - 0,08732 = 0,007 (m) = 7 mm

Vậy đáp án đúng là A.

Câu 8: Một chùm ánh sáng trắng hẹp được chiếu vào đỉnh của một lăng kính theo phương ⊥ so với mặt phẳng phân giác của góc chiết quang. Biết rằng góc chiết quang là 4°, chiết suất của lăng kính xét với ánh sáng màu đỏ là 1,468 và xét với ánh sáng màu tím là 1,868. Quang phổ thu được trên màn quan sát được đặt // với mặt phẳng phân giác và khoảng cách đến mặt phẳng phân giác đó là 2m có bề rộng là:

A. 8 cm                 B. 63,4 m

C. 6,7 cm              D. 56,3 mm

Đáp án đúng: D

- Ta có:

Dd = A . (nd - 1) = 1,872°

=> tan Dd = $\frac{x_{d}}{L}$ => xd = 0,065m

- Tương tự:

Dt = A . (nt - 1) = 3,472°

=> tan Dt = $\frac{x_{t}}{L}$ => xt = 0,1213m

=> Quang phổ thu được trên màn quan sát đặt // với mặt phẳng phân giác và cách mặt phẳng phân giác đó 2m có bề rộng là:

x = xt - xđ = 56,3mm

Câu 9: Chiếu một chùm tia sáng trắng hẹp vào mặt bên của lăng kính, theo phương vuông góc với mặt phẳng phân giác của góc chiết quang. Phía sau lăng kính đó, chuẩn bị một màn quan sát // với mặt phân giác của lăng kính và khoảng cách đến mặt phân giác này là 2m. Chiết suất của lăng kính đối với tia màu đỏ là nđ = 1,50 và chiết suất của lăng kính đối với tia màu tím là nt = 1,54. CHo biết góc chiết quang của lăng kính bằng 5°. Độ rộng của quang phổ liên tục ở trên màn quan sát (với khoảng cách từ mép tím đến mép đỏ) bằng bao nhiêu?

A. 7,4 mm   B. 7,2 mm

C. 6,8 mm   D. 7,0 mm

Lời giải:

Góc lệch của 2 tia ló là:

$\Delta$D = A . (nt - nđ) = 5o . (1,54 - 1,5) = 0,2o = $\frac{0,2\pi}{180}$ (rad)

Độ rộng của quang phổ liên tục ở trên màn quan sát (với khoảng cách từ mép tím đến mép đỏ) là:

$\Delta$x = $\Delta$D . L = $\frac{0,2\pi}{180}$ . 2 = 0,007 = 7 mm

Câu 10: Chiếu một chùm ánh sáng trắng hẹp coi như một tia sáng vào mặt bên của một lăng kính có góc chiết quang là A = 45°. Biết chiết suất của lăng kính xét với ánh sáng màu vàng là nv = 1,52 và xét với ánh sáng đỏ là nđ = 1,5. Biết rằng tia màu vàng có góc lệch cực tiểu. Vậy góc ló của tia màu đỏ gần đúng bằng bao nhiêu?

A. 35,49°          B. 34,49°

C. 33,24°          D. 30,49°

Đáp án đúng: B

- Do tia màu vàng có góc lệch cực tiểu nên:

r1v = r2v => r1v = $\frac{A}{2}$ = 22,5°

- Mà lại có: 

Sin i1v = nv . Sin r1v => i1v = 35,57° = i1d 

- Ta có: 

Sin i1d = nd . Sin r1d

=> r1d = 22,82° => r2d = A - r1d = 22,18°

=> Sin i2d = nd . Sin r2d => i2d = 34,49°

Thông qua bài viết trên, VUIHOC đã tổng hợp kiến thức chi tiết về tán sắc ánh sáng, đưa ra dạng bài và nhiều bài tập để ôn tập. Để tìm hiểu thêm về các hiện tượng vật lý khác, các em có thể truy cập vào Vuihoc.vn để đăng ký tài khoản hoặc liên hệ ngay trung tâm hỗ trợ để có thể tích lũy thêm thật nhiều kiến thức nhé!