Bai 2 TLBG 1

Khi ánh sáng truy n.

I THÍ NGHI M V I ÁNH SÁNG TR NG

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

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 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

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

’

M t Tr i

G

Tím

P

M

P

’

Vàng

F

’

F’

M t Tr i

Da cam Vàng

L c Lam

G

F

A

M

LÝ THUY T V TÁN S C ÁNH SÁNG ậ PH N 2

(TÀI LI U BÀI GI NG)

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

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

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 ng  n c 3.108

v v , v i v là t c đ truy n ánh sáng trong môi tr 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 < n cam < n vàng < n l c < n lam < n chàm < n tím

V NG D NG C A HI NăT 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

 Tr ng h p t ng quát:

 

 

 

 

sin i n.sin r ; 1 sin i n.sin r ; 2





 

  

 Tr ng h p góc t i nh thì ta có các công th c x p x sinx  x đ





 



I

J

r1 r2 A

D

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 khi i1 = i2 = i, t đó r1 = r2 = r = A

2  Dmin = 2i – A

- đi u ki n ng v i Dminđ 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 = 60 0

, chi t su t n 3 t ngă ng v i ánh sáng màu vàng c a natri, nh n m t chùm tia sáng tr ngăvƠăđ căđi u ch nhăsaoăchoăđ l ch v i ánh sáng màu vàng trên là c c

ti u

a) Tính góc t i

b) Tìm góc l ch v i ánh sáng màu vàng

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

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

Ví d 2: M tăl ng kính có ti t di n th ng là tam giác ABC, góc chi t quang A = 60 0

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 l óăđ 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 r 1 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 ndo  2, ntím 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

2

Các tia sáng cùng góc t i i nh ng góc góc khúc x ng v i m i ánh sáng đ n s c thì l i khác nhau, v i ánh sáng tím

Ví d 3: M tăl ngăkínhăcóăgócăchi t quang A = 45 0 ăTiaăsángăđ năs c t iăl ngăkínhăvƠălóăraăkh iăl ngăkínhăv i góc ló b ng góc t i, góc l ch 15 0

a) Góc khúc x l n th nh t r 1 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) 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 0

A

2

b) Ta có Dmin = 150 = 2i – A  i = 300

Áp d ng công th c l ng kính ta đ c sin i n sin r n sin i sin 300 1,3

sinr sin 22 30'

Ví d 4: M tăl ngăkínhăcóăgócăchi t quang 6 0

, 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

B c sóng c a ánh sáng đ trong không khí là 0,75 m

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

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 đ nh A = 300 , B là góc vuông Tính góc l ch c a tia sáng qua l ng kính ? ………

………

………

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 ? ………

………

………

………

………

………

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

………

………

………

Ví d 17: B c sóng c a ánh sáng đ trong không khí là 0,64 m Tính b c sóng c a ánh sáng đó trong n c bi t chi t su t c a n c đ i v i ánh sáng đ là 4

3

H ng d n gi i:

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:

Ta có f = c/ = 5.1014

Hz; T = 1/f = 2.10-15 s; v = c/n = 2.108 m/s; ' v 0,4

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

H ng d n gi i:

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:

1

sin i

n

  = sin35,30  r1 = 35,30  r2 = A – r1 = 24,70; sini2 = nsinr2 = 0,63 = sin38,00

 i2 = 38,80  D = i2 + i2 – A = 38,80

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:

V i tia đ : d min

d



2



 49,20  Ddmin = 2.49,20– A = 38,40

= 38024’

V i tia tím: Dt min A

sin

2

 = ntsinA

2 = sin50

0  Dt min A

2



 500  Dtmin = 2.500 – A = 400

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 ( 100

) 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’

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 tani  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:

d

sin i

sin r

n

 = 0,574 = sin350; sinrt =

t

sin i

n = 0,555 = sin33,7

0  r = rd– rt = 1,30

Ví d 25: Góc chi t quang c a l ng kính b ng 80

Chi u m t tia sáng tr ng vào m t bên c a l ng kính, theo ph ng vuông góc v i m t ph ng phân giác c a góc chi t quang t m t màn quan sát, sau l ng kính, song song v i m t

ph ng phân giác c a l ng kính và cách m t phân giác này m t đo n 1,5 m Chi t su t c a l ng kính đ i v i tia đ là nđ

= 1,50 và đ i v i tia tím là nt = 1,54 r ng c a quang ph liên t c trên màn quan sát b ng