Bài tập cơ bản về tán sắc ánh sáng môn Vật Lý 12 năm 2021-2022

1.1. THÍ NGHIỆM VỚI ÁNH SÁNG TRẮNG

a) Thí nghiệm

Chiếu ánh sáng Mặt Trời qua một lăng kính thuỷ tinh P thấy vệt sáng F’ trên màn M bị dịch xuống phía đáy lăng kính đồng thời bị trải dài thành một dải màu biến thiên, dải màu trên được gọi là quang phổ.

b) Nhận xét

- Chùm ánh sáng trắng sau khi qua lăng kính thì bị phân tách thành các chùm sáng đơn sắc đồng thời bị lệch về phía đáy của lăng kính. Hiện tượng trên gọi là sự tán sắc ánh sáng.        

- Góc lệch của các chùm sáng có màu khác nhau thì khác nhau. Góc lệch với chùm sáng tìm lớn nhất, và chùm sáng đỏ lệch ít nhất.

-  Dải màu thu được trên màn quan sát gồm có 7 màu chính: Đỏ, da cam, vàng, lục, lam, chàm, tím.

1.2. THÍ NGHIỆM VỚI ÁNH SÁNG ĐƠN SẮC

a) Thí nghiệm

Vẫn làm thí nghiệm tương tự như thí nghiệm với

ánh sáng ánh sáng trắng ở trên, tuy nhiên chùm sáng đơn sắc sau khi qua lăng kính P tách lấy một ánh sáng đơn sắc (ví dụ như ánh sáng vàng) và tiếp tục cho qua một lăng kính tiếp theo. Khi đó trên quan

sát nhận thấy chỉ thu được một điểm sáng vàng.

b) Nhận xét

- Ánh sáng đơn sắc qua lăng kính thì không bị tán sắc ánh sáng mà chỉ bị lệch về phía đáy của lăng kính

- Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng chỉ có một màu nhất định, có bước sóng nhất định và không bị tán sắc khi truyền qua lăng kính.

1.3. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN

a) Hiện tượng tán sắc ánh sáng

  Là hiện tượng lăng kính phân tách một chùm ánh sáng phức tạp (ánh sáng trắng) thành các chùm ánh sáng đơn sắc.

b) Ánh sáng đơn sắc

  - Là ánh sáng chỉ bị lệch về phía đáy của lăng kính mà không bị tán sắc qua lăng kính.

  - Mỗi ánh sáng đơn sắc có một màu duy nhất được gọi là màu đơn sắc, tương ứng cũng có một giá trị tần số xác định.

c) Ánh sáng trắng

  Là ánh sáng bị lăng kính phân tách thành các chùm ánh sáng đơn sắc đồng thời chùm ánh sáng đơn sắc bị lệch về đáy của lăng kính, hoặc có thể coi ánh sáng trắng là tập hợp của vô số các ánh sáng đơn sắc có màu biến thiên từ đỏ tới tím.

1.4. GIẢI THÍCH HIỆN TƯỢNG TÁN SẮC ÁNH SÁNG

  - Nguyên nhân của hiện tượng tán sắc ánh sáng là do chiết suất của lăng kính có giá trị khác nhau đối với ánh sáng đơn sắc khác nhau. Chiết suất với ánh sáng tím lớn nhất và với ánh sáng đỏ là nhỏ nhất. Ánh sáng trắng không phải là ánh sáng đơn sắc mà là hỗn hợp của vô số ánh sáng đơn sắc khác nhau có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím. Do chiết suất của lăng kính có giá trị khác nhau đối với ánh sáng đơn sắc khác nhau nên khi đi qua lăng kính các ánh sáng

đơn sắc sẽ bị lệch về đáy lăng kính với các góc lệch khác nhau. Do đó chúng không chồng chất lên nhau nữa mà tách ra thành một dải gồm nhiều màu liên tục.

  - Với ánh sáng đỏ, lăng kính có chiết suất nhỏ nhất, vì vậy tia đỏ có góc lệch nhỏ nhất. Với ánh sáng tím, lăng kính có chiết suất lớn nhất, vì vậy tia tím có góc lệch lớn nhất.

* Chú ý:

  - Khi ánh sang truyền từ mt(1) sang mt(2) thì tần số(f) không đổi còn v và \(\lambda \) thay đổi.

  -  Trong chương trình lớp 11 chúng ta đã biết hệ thức giữa tốc độ truyền ánh sáng trong một môi trường với chiết suất của môi trường n = c/v = \(\frac{{{3.10}^{8}}}{v}\) với v là tốc độ truyền ánh sáng trong môi trường có chiết suất n. Khi ánh sáng truyền từ môi trường (1) sang môi trường (2) thì ta có \(\frac{{{v}_{1}}}{{{v}_{2}}}=\frac{{{n}_{1}}}{{{n}_{2}}}\) → \(\frac{{{\lambda }_{1}}}{{{\lambda }_{2}}}=\frac{{{n}_{1}}}{{{n}_{2}}}\)

  -  Thứ tự sắp xếp của bước sóng và chiết suất lăng kính với các ánh sáng đơn sắc cơ bản: \(n\sim \frac{1}{\lambda }\)

λ_đỏ > λ_cam > λ_vàng > λ_lục > λ_lam > λ_chàm > λ_tím và n_đỏ < n_cam < n_vàng < n_lục < n_lam < n_chàm < n_tím

  - Nên tia tím bị lệch nhiều nhất còn tia đỏ bị lệch ít nhất

- Khi chiếu as trắng vào lăng kính theo phương vuông góc với đường phân giác của góc chiết quang:

- Ta có: \(DT=OM({{n}_{t}}-{{n}_{\text{d}}})A\)

1.5. ỨNG DỤNG CỦA HIỆN TƯỢNG TÁN SẮC ÁNH SÁNG

- Ứng dụng trong máy quang phổ để phân tích một chùm ánh sáng đa sắc thành các thành phần đơn sắc.

- Các hiện tượng trong tự nhiên như cầu vòng, bong bóng xà phòng… xay ra do tán sắc ánh sáng.

1.6. ÔN TẬP KIẾN THỨC LĂNG KÍNH

a) Cấu tạo

Lăng kính là một khối chất trong suốt được giới hạn bởi hai mặt phẳng không song song. Trong thực tế, lăng kính là khối lăng trụ có tiết diện chính là một tam giác.

b) Đường truyền của tia sáng

Xét tia sáng đơn sắc truyền qua lăng kính trong mặt phẳng tiết diện chính.

- Tia sáng khúc xạ ở hai mặt

- Tia ló lệch về đáy so với tia tới.

c) Công thức lăng kính

  - Trường hợp tổng quát: \(\left\langle \begin{align} & \sin {{i}_{1}}=n\sin {{r}_{1}}\ (1) \\ & \sin {{i}_{2}}=n\sin {{r}_{2}}\ (2) \\ & A={{r}_{1}}+{{r}_{2}}\ (3) \\ & D={{i}_{1}}+{{i}_{2}}-A\ (4) \\ \end{align} \right.\)

  -  Trường hợp góc tới nhỏ thì ta có các công thức xấp xỉ sinx ≈ x để

đánh giá gần đúng: \(\left\{ \begin{align} & {{i}_{1}}=n{{r}_{1}} \\ & {{i}_{2}}=n{{r}_{2}} \\ \end{align} \right.\)→ D = i₁ + i₂ - A ≈ (n-1)A

4) Sự biến thiên của góc lệch D theo góc tới

- Lí thuyết và thực nghiệm chứng tỏ khi góc tới i thay đổi thì góc lệch D cũng thay đổi và có một giá trị cực tiểu D_min khi i₁ = i₂ = i, từ đó r₁ = r₂ = r = A/2 → D_min = 2i – A.

- Ở điều kiện ứng với D_min đường truyền của tia sáng đối xứng qua mặt phẳng phân giác của góc A.

Ví dụ 1: Một lăng kính có góc chiết quang A = 60⁰, chiết suất n = \(\sqrt[]{3}\) tương ứng với ánh sáng màu vàng của natri, nhận một chùm tia sáng trắng và được điều chỉnh sao cho độ lệch với ánh sáng màu vàng ở trên là cực tiểu.

a) Tính góc tới.                                             

 b) Tìm góc lệch với ánh sáng màu vàng.

Hướng dẫn giải:

a) Do góc lệch ứng với ánh sáng vàng cực tiểu nên i₁ = i₂ = i và r₁ = r₂ = r = A/2 = 30⁰

 Áp dụng công thức (1) hoặc (2) về lăng kính ta có sini = nsin r = \(\sqrt[]{3}\) sin30⁰ = \(\sqrt[]{3}\) : 2  →  i = 60⁰.

b) Khi đó góc lệch ứng với ánh sáng vàng là góc lệch cực tiểu D_min = 2i – A = 120⁰ – 60⁰ = 60⁰

Ví dụ 2: Một lăng kính có tiết diện thẳng là tam giác ABC, góc chiết quang A = 60⁰. Chiết suất của lăng kính biến thiên từ \(\sqrt 2 \) đến \(\sqrt 3 \) . Chiếu một chùm sáng trắng hẹp trong tiết diện thẳng tới mặt bên AB, ta thấy tia đỏ có tia ló đối xứng với tia tới qua mặt phân giác của góc chiết quang A. Góc tới i và góc khúc xạ r₁ của tia tím có giá trị bao nhiêu ?

Hướng dẫn giải:

Do chiết suất của lăng kính nhỏ nhất với ánh sáng đỏ và lớn nhất với ánh sáng tím nên ta có n_do =  \(\sqrt 2 \)  ,   n_tím =  \(\sqrt 3 \) 

Chùm sáng chiếu vào lăng kính rồi bị phân tách thành các chùm sáng đơn sắc, mỗi chùm có góc lệch D có giá trị khác nhau, còn góc tới thì các tia sáng đều như nhau. Tia đỏ có tia ló đối xứng với tia tới qua mặt phân giác của góc chiết quang A nên tia đỏ có góc lệch cực tiểu, khi đó r_1đỏ = r_2đỏ = r = A/2 = 30⁰

Áp dụng công thức lăng kính cho tia đỏ ta có sin i = n_dosinr_do =  \(\sqrt 2 \) sin30⁰ =  \(\sqrt 2 \) : 2  → i = 45⁰

Các tia sáng cùng góc tới i nhưng góc góc khúc xạ ứng với mỗi ánh sáng đơn sắc thì lại khác nhau, với ánh sáng tím ta được sini = n_tímsinr_tím =  \(\sqrt 3 \) sinr_tím → sinr_tím = \(\frac{\sin {{45}^{0}}}{\sqrt{3}}=\frac{\sqrt{2}}{2\sqrt{3}}\) → r_tím = 24⁰

Ví dụ 3: Một lăng kính có góc chiết quang A = 45⁰. Tia sáng đơn sắc tới lăng kính và ló ra khỏi lăng kính với góc ló bằng góc tới, góc lệch 15⁰.

a) Góc khúc xạ lần thứ nhất r₁ của tia sáng trên bằng bao nhiêu?

b) Chiết suất của lăng kính đối với tia sáng nói trên có giá trị bao nhiêu?

Hướng dẫn giải:

a) Do góc tới và góc ló bằng nhau nên trường hợp này góc lệch D đạt cực tiểu D_min, khi đó r = r₁ = r₂  = A/2 = 22⁰30 '

b) Ta có D_min = 15⁰ = 2i – A  → i = 30^{0 .}Áp dụng công thức lăng kính ta được sini = nsinr →  n = 1,3

Ví dụ 4: Một lăng kính có góc chiết quang 6⁰, chiết suất 1,6 đặt trong không khí. Chiếu một tia sáng đơn sắc tới mặt bên của lăng kính với góc tới rất nhỏ. Tính góc lệch của tia sáng qua lăng kính

Hướng dẫn giải:

Do góc tới i là góc nhỏ nên áp dụng công thức D = (n – 1)A = 0,6.6⁰ = 3,6⁰

Ví dụ 5: Một chùm ánh sáng hẹp, đơn sắc có bước sóng trong chân không là λ = 0,60 μm. Xác định chu kì, tần số của ánh sáng đó. Tính tốc độ và bước sóng của ánh sáng đó khi truyền trong thủy tinh có chiết suất n = 1,5.

Hướng dẫn giải:

Ta có f = c/λ = 5.10¹⁴ Hz; T = 1/f = 2.10^-15 s; v = c/n = 2.10⁸ m/s; λ' = v/f = \(\frac{\lambda }{n}\) = 0,4 μm.

Câu 1: Chiếu một chùm tia sáng hẹp qua một lăng kính. Chùm tia sáng đó sẽ tách thành chùm tia sáng có màu khác nhau. Hiện tượng này gọi là

  A. giao thoa ánh sáng.        

  B. tán sắc ánh sáng.         

  C. khúc xạ ánh sáng.        

  D. nhiễu xạ ánh sáng.

Câu 2: Chọn câu sai trong các câu sau?

  A. Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng không bị tán sắc khi đi qua lăng kính

  B. Mỗi ánh sáng đơn sắc khác nhau có màu sắc nhất định khác nhau.

  C. Ánh sáng trắng là tập hợp của ánh sáng đơn sắc đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím.

  D. Lăng kính có khả năng làm tán sắc ánh sáng.

Câu 3: Chọn câu đúng trong các câu sau?

  A. Sóng ánh sáng có phương dao động theo dọc phương truyền ánh sáng.

  B. Ứng với mỗi ánh sáng đơn sắc, sóng ánh sáng có một chu kì nhất định.

  C. Vận tốc ánh sáng trong môi trường càng lớn nếu chiết suất của một trường đó lớn.

  D. Ứng với mỗi ánh sáng đơn sắc, bước sóng không phụ thuộc vào chiết suất của môi trương ánh sáng truyền qua.

Câu 4: Một tia sáng đi qua lăng kính ló ra chỉ một màu duy nhất không phải màu trắng thì đó là

  A. ánh sáng đơn sắc.                                                      B. ánh sáng đa sắc.

  C. ánh sáng bị tán sắc.                                                   D. lăng kính không có khả năng tán sắc.

Câu 5: Ánh sáng trắng qua lăng kính thủy tinh bị tán sắc, ánh sáng màu đỏ bị lệch ít hơn ánh sáng màu tím, đó là vì trong thuỷ tinh ánh sáng đỏ có

  A. có tần số khác ánh sáng tím.                                     B. vận tốc lớn hơn ánh sáng tím.

  C. tần số lớn hơn tần số của ánh sáng tím.                    D. chiết suất nhỏ hơn ánh sáng tím.

Câu 6: Một sóng ánh sáng đơn sắc được đặc trưng nhất là

  A. màu sắc.                                                                     B. tần số.

  C. vận tốc truyền.                                                           D. chiết suất lăng kính với ánh sáng đó.

Câu 7: Cho ánh sáng đơn sắc truyền từ môi trường trong suốt này sang môi trường trong suốt khác thì

  A. tần số thay đổi, vận tốc không đổi.                           B. tần số thay đổi, vận tốc thay đổi.

  C. tần số không đổi, vận tốc thay đổi.                           D. tần số không đổi, vận tốc không đổi.

Câu 9: Tìm phát biểu đúng về ánh sáng đơn sắc.

  A. Đối với các môi trường khác nhau, ánh sáng đơn sắc luôn có cùng bước sóng.

  B. Đối với ánh sáng đơn sắc, góc lệch của tia sáng đối với các lăng kính khác nhau đều có cùng giá trị.

  C. Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng không bị lệch đường truyền khi đi qua lăng kính.

  D. Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng không bị tách màu khi qua lăng kính.

Câu 10: Chọn câu phát biểu sai.

  A. Nguyên nhân của hiện tượng tán sắc ánh sáng là sự thay đổi chiết suất của môi trường đối với các ánh sáng có màu sắc khác nhau

  B. Dải màu cầu vồng là quang phổ của ánh sáng trắng

  C. Ánh sáng trắng là tập hợp gồm 7 ánh sáng đơn sắc: đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím

  D. Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng không bị tán sắc khi qua lăng kính

Câu 11: Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về ánh sáng đơn sắc?

  A. Mỗi ánh sáng đơn sắc có một màu xác định gọi là màu đơn sắc.

  B. Mỗi ánh sáng đơn sắc có một bước sóng xác định.

  C. Vận tốc truyền của một ánh sáng đơn sắc trong các môi trường trong suốt khác nhau là như nhau.

  D. ánh sáng đơn sắc không bị tán sắc khi truyền qua lăng kính.

Câu 12: Chọn câu sai.

  A. Ánh sáng trắng là tập hợp gồm 7 ánh sáng đơn sắc: đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím.

  B. Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng không bị tán sắc khi qua lăng kính.

  C. Vận tốc của sóng ánh sáng tuỳ thuộc môi trường trong suốt mà ánh sáng truyền qua.

  D. Dãy cầu vồng là quang phổ của ánh sáng trắng.

Câu 13: Chọn câu trả lời sai.

  A. Nguyên nhân tán sắc là do chiết suất của một môi trường trong suốt đối với các ánh sáng đơn sắc có màu sắc khác nhau là khác nhau.

  B. Trong hiện tượng tán sắc ánh sáng của ánh sáng trắng, tia đỏ có góc lệch nhỏ nhất.

  C. Trong hiện tượng tán sắc ánh sáng của ánh sáng trắng, tia tím có góc lệch nhỏ nhất.

  D. Ánh sáng đơn sắc không bị tán sắc khi qua lăng kính.

Câu 14: Phát biểu nào sau đây là không đúng?

  A. Chiết suất của chất làm lăng kính đối với các ánh sáng đơn sắc là khác nhau.

  B. Ánh sáng đơn sắc không bị tán sắc khi đi qua lăng kính.

  C. Khi chiếu một chùm ánh sáng mặt trời đi qua một cặp hai môi trường trong suốt thì tia tím bị lệch về phía mặt phân cách hai môi trường nhiều hơn tia đỏ.

  D. Ánh sáng trắng là tập hợp của vô số các ánh sáng đơn sắc có màu biến đổi liên tục từ đỏ đến tím.

Câu 16: Một ánh sáng đơn sắc tần số f truyền trong chân không thì nó có bước sóng bằng

  A. λ = C. f                           B. λ = c/f                            C. λ = f/c                           D. λ = 2cf

Câu 17: Một ánh sáng đơn sắc tần số f truyền trong một môi trường với vân tốc v thì nó có bước sóng bằng

  A. λ = v.f                              B. λ = v/f                           C. λ = f/v                           D. λ = 2vf

Câu 18: Một ánh sáng đơn sắc truyền trong một môi trường với vận tốc v thì chiết suất tuyệt đối của môi trường với ánh sáng đó là

  A. n = c/v                             B. n = c.v                           C. n = v/c                           D. n = 2c/v

Câu 19: Một ánh sáng đơn sắc truyền từ chân không có bước sóng λ₀ vào một môi trường có chiết suất tuyệt đối n (đối với ánh sáng đó) thì bước sóng λ của ánh sáng đơn sắc đó trong môi trường này là

  A. λ = cλ₀                             B. λ = nλ₀                           C. λ = λ₀/n                         D. λ = λ₀

Câu 20: Một bức xạ đơn sắc có tần số f khi truyền trong môi trường có bước sóng λ thì chiết suất của môi trường đối với bức xạ trên là

  A. n = λf                               B. n = cλf                           C. n = c/(λf)                       D. n = cλ/f

Câu 21: Ánh sáng lam có bước sóng trong chân không và trong nước lần lượt là 0,4861 μm và 0,3635 μm. Chiết suất tuyệt đối của nước đối với ánh sáng lam là

  A. 1,3335.                            B. 1,3725.                          C. 1,3301.                          D. 1,3373.

Câu 22: Ánh sáng đỏ có bước sóng trong chân không là 0,6563 μm, chiết suất của nước đối với ánh sáng đỏ là 1,3311. Trong nước ánh sáng đỏ có bước sóng

  A. λ = 0,4226 μm.                B. λ = 0,4931 μm.              C. λ = 0,4415 μm.             D. λ = 0,4549 μm.

Câu 23: Ánh sáng vàng có bước sóng trong chân không là 0,5893 μm. Tần số của ánh sáng vàng là

  A. 5,05.10¹⁴ Hz.                   B. 5,16.10¹⁴ Hz.                 C. 6,01.10¹⁴ Hz.                D. 5,09.10¹⁴ Hz.

Câu 24: Một bức xạ đơn sắc có tần số f = 4,4.10¹⁴ Hz khi truyền trong nước có bước sóng 0,5 µm thì chiết suất của nước đối với bức xạ trên là:

  A. n = 0,733.                        B. n = 1,32.                        C. n = 1,43.                       D. n = 1,36.

Câu 25: Vận tốc của một ánh sáng đơn sắc truyền từ chân không vào một môi trường có chiết suất tuyệt đối n (đối với ánh sáng đó) sẽ

  A. tăng lên n lần               B. giảm n lần.          C. không đổi.   D. tăng hay giảm tuỳ theo màu sắc ánh sáng.

Câu 26: Cho các ánh sáng đơn sắc:

1) Ánh sáng trắng 2) Ánh sáng đỏ 3) Ánh sáng vàng 4) Ánh sáng tím.

Trật tự sắp xếp giá trị bước sóng của ánh sáng đơn sắc theo thứ tự tăng dần là

  A. 1, 2, 3.                             B. 4, 3, 2.                           C. 1, 2, 4.                           D. 1, 3, 4.

Câu 27: Cho 4 tia có bước sóng như sau qua cùng một lăng kính, tia nào lệch nhiều nhất so với phương truyền ban đầu:

  A. λ = 0,40 μm.                    B. λ = 0,50 μm.                  C. λ = 0,45 μm.                 D. λ = 0,60 μm.

Câu 28: Trong các yếu tố sau đây:

1) Bản chất môi trường 2) Màu sắc ánh sáng 3) Cường độ sáng

Những yếu tố nào ảnh hưởng đến tốc độ truyền của ánh sáng đơn sắc:

  A. 1, 2.                                 B. 2, 3.                               C. 1, 3.                               D. 1, 2, 3.

Câu 29: Một lăng kính có góc chiết quang A = 8⁰. Tính góc lệch của tia tím biết chiết suất của lăng kính đối với tia tím là 1,68 và góc tới i nhỏ.

  A. 5,44⁰.                               B. 4,54⁰.                             C. 5,45⁰                             D. 4,45⁰.

Câu 30: Tính góc lệch của tia đỏ qua lăng kính trên biết chiết suất cảu lăng kính có góc chiết quang A = 8⁰ đối với tia đỏ là n = 1,61 và góc tới i nhỏ.

  A. 4,48⁰                                B. 4,88⁰                              C. 4 ,84⁰                            D. 8,84⁰

---Để xem đầy đủ nội dung từ câu 31 đến câu 90, vui lòng đăng nhập vào trang hoc247.net để xem online hoặc tải về máy tính---

ĐÁP ÁN

01. B	02. C	03. B	04. A	05. D	06. B	07. C	08.	09. D	10. C
11. C	12. A	13. C	14. C	15.	16. B	17. B	18. A	19. C	20. C
21. D	22. B	23. D	24. D	25. B	26. B	27. A	28. A	29. A	30. B
31. A	32. C	33. A	34. C	35. C	36. B	37. B	38. A	39. B	40. D
41. D	42. A	43. B	44. B	45. A	46. A	47. A	48. A	49. A	50. D
51. B	52. D	53. D	54. B	55. B	56. B	57. A	58. D	59. B	60. B
61. A	62. A	63. A	64. D	65. B	66. D	67. A	68. B	69. D	70. D
71. C	72. A	73. B	74. A	75. C	76. A	77. C	78. C	79. C	80. D
81. C	82. C	83. D	84. B	85. D	86. A	87. D	88. C	89. A	90. B

 

Trên đây là toàn bộ nội dung tài liệu Bài tập cơ bản về tán sắc ánh sáng môn Vật Lý 12 năm 2021-2022. Để xem thêm nhiều tài liệu tham khảo hữu ích khác các em chọn chức năng xem online hoặc đăng nhập vào trang hoc247.net để tải tài liệu về máy tính.

Hy vọng tài liệu này sẽ giúp các em học sinh ôn tập tốt và đạt thành tích cao trong học tập.