Vậy tán sắc là gì? Làm thế nào để giải thích sự phân tán của ánh sáng? Các ứng dụng thực tế của sự phân tán là gì? Hãy cùng chúng tôi tìm hiểu qua bài viết sau.
I. Thí nghiệm của Newton về sự tán sắc ánh sáng (1672)
• Thử nghiệm như hình:
• Kết quả:
-Vệt sáng f’ trên màn m dịch chuyển về phía đáy của lăng kính, đồng thời bị kéo dài thành một dải ruy băng có bảy màu lần lượt từ trên xuống dưới: đỏ, da cam, vàng, lục, lam, chàm, tím (màu của bảy sắc cầu vồng).
– Dải màu có thể nhìn thấy này được gọi là quang phổ ánh sáng ban ngày hoặc quang phổ mặt trời.
– Ánh sáng mặt trời là ánh sáng trắng.
– Hiện tượng trên gọi là hiện tượng tán sắc ánh sáng do lăng kính p gây ra.
Hai. Thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc Newton
• Newton cắt màn m trong thí nghiệm trên một khe hẹp f’ song song với f, và di chuyển màn m để đặt f’ vào đúng vị trí màu A – vàng v, ví dụ như quang phổ như hình sau.:
– Cho chùm sáng màu vàng thu được sau màn M khúc xạ qua một lăng kính P’ giống hệt lăng kính P và hứng chùm tia ló trên một màn M’, ông thấy vệt sáng trên màn M’, tuy vẫn bị dịch chuyển về phía đáy của P’, nhưng vẫn giữ nguyên màu vàng.
→ Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng có một màu nhất định và không bị tán sắc khi đi qua lăng kính.
Ba. Phiên dịch phân tán
– Ánh sáng trắng không phải là ánh sáng đơn sắc mà là hỗn hợp của các ánh sáng đơn sắc có màu khác nhau từ đỏ đến tím.
– Chiết suất của các chất trong suốt thay đổi theo màu sắc của ánh sáng, tăng dần từ đỏ sang tím.
– Hiện tượng tán sắc ánh sáng là sự tách chùm sáng phức tạp thành chùm sáng đơn sắc.
Bốn. Ứng dụng của phân tán
– Giải thích được một số hiện tượng tự nhiên như: cầu vồng bảy sắc, đó là do tia nắng mặt trời đã bị các giọt nước khúc xạ và phản xạ trước khi đến mắt ta.
– Ứng dụng trong máy quang phổ lăng kính, dùng để phân tích chùm sáng đa sắc do một vật phát ra thành chùm sáng đơn sắc.
V. Thực hành tán sắc ánh sáng
* Bài 1, trang 125, SGK Vật Lý 12: trình bày thí nghiệm của Newton về sự tán sắc ánh sáng.
°Bài 1 Trang 125 SGK Vật Lý 12:
¤ Thí nghiệm của Newton về sự tán sắc ánh sáng:
– Một chùm ánh sáng trắng song song (ánh sáng mặt trời) được phát qua một khe hẹp f.
– Đặt màn m song song với khe f. Một lăng kính (p) được đặt giữa khe f và màn m sao cho mặt khúc xạ của (p) song song với f.
– Chùm tia sáng ra khỏi lăng kính không những không bị lệch về phía đáy lăng kính mà còn bị tách thành nhiều chùm tia có màu khác nhau.
– Trên màn m ta thu được dải màu biến đổi liên tục gồm 7 màu chính: Đỏ, Cam, Vàng, Lục, Lam, Chàm, Tím. Dải ánh sáng này được gọi là quang phổ mặt trời.
*Bài 2 trang 125 SGK Vật Lý 12:Giới thiệu thí nghiệm của Newton với ánh sáng đơn sắc.
°Giải 2 Trang 125 SGK Vật Lý 12:
¤ Thí nghiệm của Newton về sự tán sắc ánh sáng:
– Trên màn m của thí nghiệm tán sắc ánh sáng, Newton cắt một khe hẹp f’ song song với khe f và tách ra một chùm sáng hẹp, chỉ có màu vàng.
– Cho chùm tia màu vàng đi qua cùng một lăng kính (p’) với p và hướng tới màn m’ thì vệt sáng trên màn m’ vẫn bị lệch về phía đáy của lăng kính (p’) nhưng vẫn giữ nguyên màu vàng.
– Đã thử các màu khác, kết quả tương tự. Tức là, chùm tia có màu nhất định được tách ra khỏi quang phổ mặt trời và sau khi đi qua lăng kính p’, chỉ xảy ra hiện tượng lệch hướng và màu sắc không thay đổi. Newton gọi chùm sáng này là chùm sáng đơn sắc.
– Vậy ánh sáng đơn sắc là ánh sáng có một màu nhất định và không bị tán sắc khi đi qua lăng kính.
* bài 3 trang 125 sgk Vật Lý 12:Trong thí nghiệm về ánh sáng đơn sắc của Newton, nếu ta dịch chuyển ra xa màn m và đưa hai lăng kính lại gần nhau nhưng vẫn ngược chiều nhau thì liệu tỏa sáng hay nó sẽ phân tán?
°3 trang 125 sgk Vật Lý 12 Lời giải:
– Trong thí nghiệm ánh sáng đơn sắc Newton, nếu ta bỏ màn m và đặt hai lăng kính lại gần nhau nhưng vẫn ngược chiều nhau thì ánh sáng bị tán xạ không còn đáng kể, chỉ hiện ở chùm tia ra rìa (màu đỏ phía trên). viền xung quanh các cạnh và viền màu tím xung quanh cạnh dưới).
* bài 4 trang 125 sgk vật lý 12:Chọn câu đúng. Thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc Newton chứng tỏ rằng:
A. Sự tồn tại của ánh sáng đơn sắc
Lăng kính không làm đổi màu ánh sáng truyền qua nó.
Ánh sáng mặt trời không đơn sắc.
Ánh sáng có màu nào thì bị lệch về hướng đó khi đi qua lăng kính.
°Giải bài 125 trang 4 SGK Vật Lý 12:
¤ Chọn câu trả lời: b. Lăng kính không làm đổi màu ánh sáng đi qua nó.
– Làm thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc Newton để chứng minh lăng kính không làm đổi màu ánh sáng truyền qua nó.
* Bài 5 trang 125 SGK Vật Lý 12: Một lăng kính thủy tinh có góc chiết quang a = 5o được coi là nhỏ, chiết suất của nó đối với ánh sáng đỏ và tím lần lượt là nd = 1,643 và nt = 1,685. Với góc tới i nhỏ, một chùm ánh sáng trắng hẹp được chiếu vào một mặt bên của lăng kính. Tính góc hợp bởi tia sáng tím và tia đỏ sau khi ra khỏi lăng kính.
°Giải bài 5 Trang 125 SGK Vật Lý 12:
– Công thức tính lăng kính:
sini1 = nsinr1; sini2 = nsinr2; a = r1 + r2; d = i1 + i2 – a
– Khi góc tới i và góc khúc xạ a nhỏ (sinr1≈ r1 ; sinr2 ≈ r2) thì ta có:
i1 = nr1; i2 = nr2; a = r1 + r2;
d = i1 + i2 – a = nr1 + nr2 – a = n(r1 + r2) – a = na – a = (n-1)a
– Góc lệch của tia đỏ sau khi đi qua lăng kính:
d1 = (nđ – 1)a = (1,643 – 1)5 = 3,2150
– Góc lệch của tia sáng tím sau khi đi qua lăng kính:
d2 = (nt – 1)a = (1,685 – 1)5 = 3,4250
– Góc giữa ánh sáng tím và ánh sáng đỏ sau khi ra khỏi lăng kính:
Δd = d2 – d1 = 3,4250 – 3,2150 = 0,210 = 12,6′ (Chú ý 10 = 60′).
* Bài 6 trang 125 SGK Vật Lý 12:Một bể sâu 1,2m chứa đầy nước. Một tia nắng chiếu vào mặt bể với góc tới i, tanium = 4/3. Tính độ dài quĩ đạo tạo ra ở đáy bể. Chứng tỏ chiết suất của nước đối với ánh sáng đỏ và ánh sáng tím lần lượt là n = 1,328 và nt = 1,343.
° SGK Vật Lý 12 Bài 6 Trang 125 Lời giải:
– Theo bài báo, tani = 4/3, từ công thức:
– Áp dụng định luật khúc xạ:
Vậy ta có:
– Mặt khác ta có: cos2rd + sin2rd = 1 nên ta có:
– Tương tự, cos2rt + sin2rt = 1 nên suy ra:
– Vậy độ dài của vệt sáng là:
Δd = hĐ – ht = h.(tanrd – tanrt) = 1,2(0,7547- 0,7417) = 0,0156(m) = 1,56(cm).
– Kết luận: Chiều dài vệt tạo ở đáy bể là 1,56(cm).