Bài tập Tán sắc ánh sáng: Giải bài tập 1, 2, 3, 4, 5, 6 trang 125 SGK Vật lý 12 bài 24

Bài viết này chúng ta sẽ vận dụng các kiến thức lý thuyết về tán sắc ánh sáng (ánh sáng trắng và ánh sáng đơn sắc) để giải các bài tập 1, 2, 3, 4, 5, 6 trang 125 SGK Vật lý 12.

• Lý thuyết Vật lí 12 Bài 24: Tán sắc ánh sáng

* Bài 1 trang 125 SGK Vật Lý 12: Trình bày thí nghiệm của Niu-tơn về sự tán sắc ánh sáng.

> Lời giải:

• Thí nghiệm của Niu-tơn về sự tán sắc ánh sáng:

- Chiếu một chùm ánh sáng trắng (ánh sáng Mặt Trời), song song qua khe hẹp F.

- Đặt một màn M song song với khe F. Giữa khe F và màn M, đặt một lăng kính (P), sao cho cạnh khúc xạ của (P) song song với F.

- Chùm tia sáng ló ra khỏi lăng kính không những bị lệch về phía đáy lăng kính, mà còn bị tách ra thành nhiều chùm sáng có màu sắc khác nhau.

- Trên màn M, ta thu được một dải màu biến thiên liên tục gồm 7 màu chính: đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím. Dải sáng màu này gọi là quang phổ của Mặt Trời.

* Bài 2 trang 125 SGK Vật Lý 12: Trình bày thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc của Niu-tơn.

> Lời giải:

• Thí nghiệm của Niu-tơn về sự tán sắc ánh sáng:

- Trên màn M của thí nghiệm tán sắc ánh sáng, Niu-tơn rạch một khe hẹp F’ song song với khe F, để tách ra một chùm sáng hẹp, chỉ có màu vàng.

- Cho chùm sáng màu vàng qua lăng kính (P’) giống hệt P và hướng chùm tia ló trên màn M’, vệt sáng trên màn M’ tuy vẫn bị lệch về phía đáy của lăng kính (P’) nhưng vẫn giữ nguyên màu vàng.

- Làm thí nghiệm với các màu khác, kết quả vẫn như thế. Tức là chùm sáng có một màu nào đó được tách ra từ quang phổ của Mặt Trời, sau khi qua lăng kính P’ chỉ bị lệch mà không bị đổi màu. Niu-tơn 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 qua lăng kính.

* Bài 3 trang 125 SGK Vật Lý 12: Trong thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc của Niu-tơn, nếu ta bỏ màn M đi rồi đưa hai lăng kính lại sát nhau, nhưng vẫn đặt ngược chiều nhau, thì ánh sáng có còn bị tán sắc hay không?

> Lời giải:

- Trong thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc của Niu-tơn, nếu ta bỏ màn M đi rồi đưa hai lăng kính lại sát nhau, nhưng vẫn đặt ngược chiều nhau thì ánh sáng không còn bị tán sắc rõ rệt mà nó chỉ thể hiện ở phần mép của chùm tia ló (viền đỏ ở cạnh trên và viền tím ở cạnh dưới).

* Bài 4 trang 125 SGK Vật Lý 12: Chọn câu đúng. Thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc của Niu-tơn nhằm chứng minh:

A. sự tồn tại của ánh sáng đơn sắc

B. lăng kính không làm thay đổi màu sắc của ánh sáng qua nó.

C. ánh sáng mặt trời không phải là ánh sáng đơn sắc.

D. ánh sáng có bất kì màu gì, khi qua lăng kính cũng bị lệch về phía đấy.

> Lời giải bài 4 trang 125 SGK Vật Lý 12:

• Chọn đáp án: B. lăng kính không làm thay đổi màu sắc của ánh sáng qua nó.

- Thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc của Niu-tơn nhằm chứng minh: Lăng kính không làm thay đổi màu sắc của ánh sáng qua nó.

* Bài 5 trang 125 SGK Vật Lý 12: Một lăng kính thủy tinh có góc chiết quang A = 5^o, được coi là nhỏ, có chiết suất đối với ánh sáng đỏ và ánh sáng tím lần lượt là n_đ = 1,643 và n_t = 1,685. Cho một chùm sáng trắng hẹp rọi vào một mặt bên của lăng kính, dưới góc tới i nhỏ. Tính góc giữa tia tím và tia đỏ sau khi ló ra khỏi lăng kính.

> Lời giải:

• Công thức tính lăng kính:

 sini₁ = nsinr₁; sini₂ = nsinr₂ ; A = r₁ + r₂ ; D = i₁ + i₂ - A

- Khi góc tới i và góc chiết quang 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 qua lăng kính:

 D₁ = (n_đ – 1)A = (1,643 – 1)5 = 3,215⁰

- Góc lệch của tia tím sau khi qua lăng kính:

 D₂ = (n_t – 1)A = (1,685 – 1)5 = 3,425⁰

- Góc giữa tia tím và tia tia đỏ sau khi ló ra khỏi lăng kính:

 ΔD = D₂ - D₁ = 3,425⁰ - 3,215⁰ = 0,21⁰ = 12,6' (lưu ý 1⁰ = 60').

* Bài 6 trang 125 SGK Vật Lý 12: Một cái bể sâu 1,2m chứa đầy nước. Một tia sáng Mặt Trời rọi vào mặt nước bể, dưới góc tới i, có tani = 4/3. Tính độ dài của vết sáng tạo ở đáy bể. Cho biết: chiết suất của nước đối với ánh sáng đỏ và ánh sáng tím lần lượt là n_đ = 1,328 và n_t = 1,343.

> Lời giải:

- Theo bài ra, tani = 4/3, từ công thức:

- Áp dụng định luật khúc xạ: 

Nên ta có:

- Mặt khác, ta có: cos²r_d + sin²r_d = 1 nên suy ra:

- Tương tự, cos²r_t + sin²r_t = 1 nên suy ra:

- Vậy độ dài của vệt sáng ở đấy bể là: 

 ΔD = HĐ – HT = h.(tanr_d – tanr_t)

 = 1,2(0,7547- 0,7417)

 = 0,0156(m) = 1,56(cm).

 - Kết luận: Độ dài của vết sáng tạo ở đáy bể là 1,56(cm).