Tài liệu sóng ánh sáng phần lăng kính

Kiến thức trọng tâm môn Vật Lý 12 Biên soạn: Đinh Hoàng Minh Tân

Cuộc sống không có gì đáng để sợ mà chỉ có những thứ đáng để hiểu, hãy hiểu biết nhiều hơn để sợ hãi ít hơn ! - 1 -

Chuyªn ®Ò 1 : TÁN SẮC ÁNH SÁNG

A. Tãm t¾t lÝ thuyÕt 1. Thí nghiệm về sự tán sắc ánh sáng của Niu-Tơn (1672) - 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 sặc sỡ. Đó cũng đúng là bảy màu của cầu vồng. - Dải sáng màu này gọi là quang phổ của ánh sáng Mặt Trời. Ánh sáng Mặt Trời là ánh sáng trắng. Hiện tượng trên gọi là sự tán sắc ánh sáng. 2. Ánh sáng đơn sắc

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. 3. Giải thích hiện tượng tán sắc - 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:

do cam vang luc lam cham timn n n n n n n do cam vang luc lam cham timv v v v v v n Vậy, sự tán sắc ánh sáng là sự phân tách một chùm sáng phức tạp thành các chùm sáng đơn sắc. Chú ý:

- Chiết suất của một môi trường được tính theo: 2Bn A

(A và B là hằng số).

- Khi truyền qua các môi trường trong suốt khác nhau vận tốc của ánh sáng thay đổi, bước sóng của ánh sáng thay đổi còn tần số của ánh sáng thì không thay đổi nên màu sắc không đổi.

- Mỗi ánh sáng đơn sắc có màu sắc nhất định, ở trong các môi trường khác nhau thì bước sóng khác nhau, trong chân không bước sóng của chúng thuộc khoảng:

Màu Đỏ Cam Vàng Lục Lam Chàm Tím (m) 0,64 0,76 0,59 0,65 0,57 0,6 0,5 0,575 0,45 0,51 0,43 0,46 0,38 0,44

4. Ứng dụng của hiện tượng tán sắc - Hiện tượng tán sắc ánh sáng được dùng trong máy quang phổ để phân tích thành phần cấu tạo của chùm ánh sáng do các nguồn sáng phát ra. - Cầu vồng là kết quả của sự tán sắc ánh sáng Mặt Trời chiếu qua các giọt nước mưa. - Màu sắc sặc sỡ của viên kim cương là do hiện tượng tán sắc ánh sáng. - Hiện tượng tán sắc làm cho ảnh của một vật trong ánh sáng trắng qua thấu kính không rõ nét mà bị nhòe, lại bị viền màu sắc (gọi là hiện tượng sắc sai).

F’

Mặt Trời

Đỏ Cam Vàng Lục Lam Chàm Tím

G F

A

B C P

M

Thí nghiệm về sự tán sắc của Niu - Tơn

Welcome PC

New Stamp



B. Ph©n d¹ng vµ ph¬ng ph¸p gi¶i bµi tËp

Dạng 1 : TÁN SẮC QUA LĂNG KÍNH – PHẢN XẠ TOÀN PHẦN

Định luật khúc xạ: sinrsini = n21 = 2 1

1 2

n vn v

= hằng số

Điều kiện để xảy ra phản xạ toàn phần: - Ánh sáng đi từ môi trường n1 sang n2 (với n1 > n2)

- Và i igh (với sinigh = 2

1

nn

)

Lăng kính:

Đặc biệt khi im = i = i/ ; rm = r = r/ thì: D = Dmin

Điều kiện để có tia ló ra cạnh bên : - Đối với góc chiết quang A: A ≤ 2.igh. - Đối với góc tới i: i i0 với sini0 = n.sin(A – igh).

Bài toán: Tính bề rộng quang phổ quan sát được trên màn khi A nhỏ: . .t đ t đ radL l D D l n n A

(với l = OH : là khoảng cách từ lăng kính đến màn)

Bài 1: Một lăng kính thủy tinh có góc chiết quang A = 40, đặt trong không khí. Chiết suất của lăng kính đối với ánh sáng đỏ và tím lần lượt là 1,643 và 1,685. Sau lăng kính, người ta đặt màn quan sát song song với mặt phẳng phân giác của lăng kính và cách mặt phẳng phân giác này 1,5m. Chiếu một chùm tia sáng trắng vào mặt bên, gần góc chiết quang của lăng kính theo phương vuông góc với mặt phẳng phân giác của góc chiết quang. Tính độ rộng của quang phổ trên màn quan sát. Hướng dẫn:

Khi góc A, i 100 thì: D = (n – 1)A. Do đó: Dđ = (nđ - 1)A; Dt = (nt – 1)A. Góc tạo bởi tia đỏ và tia tím sau khi ló ra lăng kính là: D = Dt – Dđ = (nt – nđ)Arad. Vậy bề rộng quang phổ quan sát được trên màn là: . . t đ radL l D l n n A

Bài tập vận dụng: Cho một lăng kính có góc chiết quang nhỏ A=60 và có chiết suất n=1,62 đối với ánh sáng màu lục. Chiếu một chùm tia tới song song, hẹp, màu lục, vào cạnh của lăng kính, theo phương vuông góc với mặt phẳng phân giác của góc chiết quang A, sao cho một phần của chùm tia sáng không qua lăng kính và một phần qua lăng kính. Trên một màn ảnh E đặt song song với mặt phân giác của góc chiết quang và cách nó 1m ta thấy có hai vết sáng màu lục.

E A

A

i

i/

r r/

D

n

I

J

S

R sini = nsinr sini/= nsinr/

A = r + r/. D = i + i/ -A

i = nr i/ = r/

A = r + r/. D = A(n-1)

Khi góc A, i nhỏ:

Dmin = 2i – A r = r/ = A/2 sin min sin

2 2

A D An

®

T

O H

tDdD

Welcome PC

Stamp



1. Xác định khoảng cách giữa hai vết sáng đó. 2. Cho lăng kính dao động quanh cạnh của nó, về hai bên vị trí đã cho, với một biên độ rất nhỏ. Các vết sáng trên màn ảnh E sẽ di chuyển như thế nào? 3. Nếu chùm tia tới nói trên là chùm tia sáng trắng và chiết suất của lăng kính đối với ánh sáng màu tím là 1,68; đối với ánh sáng màu đỏ là 1,61. Tính độ rộng của quang phổ trên màn quan sát. Bµi 2: Mét l¨ng kÝnh cã gãc chiÕt quang 060A , lµm b»ng thuû tinh trong suèt mµ chiÕt suÊt phô thuéc vµo bíc sãng cña ¸nh s¸ng ®¬n s¾c trong ch©n kh«ng nh ®å thÞ trªn h×nh. 1) X¸c ®Þnh vËn tèc truyÒn trong thuû tinh ®ã cña çc ¸nh s¸ng ®¬n s¾c mµu tÝm 0, 4v m , mµu vµng 0,6v m vµ mµu ®á

0,75v m .

2) Mét chïm ¸nh s¸ng tr¾ng hÑp tíi mÆt bªn AB (gÇn A) díi gãc tíi i sao cho gãc lÖch tia lã vµ tia tíi øng víi ¸nh s¸ng mµu vµng lµ cùc tiÓu. TÝnh gãc hîp bëi hai tia giíi h¹n lã ra khái mÆt bªn AC.

Hướng dẫn 1) Dùa vµo ®å thÞ chiÕt suÊt cña thuû tinh ®èi víi çc ¸nh s¸ng ®¬n s¾c lÇn lît lµ:

Víi tia tÝm m,t 40 th× 71,nt 8

83.10 1,765.10 /1,7t

t

cv m sn

.

Víi tia vµng m,v 60 th× 6251,nv 8

83.10 1,846.10 /1,625v

v

cv m sn

.

Víi tia ®á m,t 750 th× 61,nt 8

83.10 1,875.10 /1,6d

d

cv m sn

.

2) Khi tia vµng cã gãc lÖch cùc tiÓu: 0

1 2

01 1 1

302

sin .sin 54,34

v v

v v

Ar r

i n r i

Tia tÝm:

ttt

tt

tt

rsin.nisinrrA

rsin.nisin

22

21

11

0

20

22

0001

02

01

01

1

5062453171

453155286060

5528713454

,i,sin.,rsin.nisin,,rr

,r,

,sinn

isinrsin

tttt

tt

tt

t

Tia ®á:

ddd

dd

dd

rsin.nisinrrA

rsin.nisin

22

21

11

0

20

22

0001

02

01

01

1

9451482961

482952306060

5230613454

,i,sin.,rsin.nisin,,rr

,r,

,sinn

isinrsin

dddd

dd

dd

d

Gãc hîp bëi hai tia giíi h¹n lã ra khái mÆt bªn AC lµ 00022 561094515062 ,,,ii dt .



Bµi 3: ChiÕu mét chïm tia s¸ng tr¾ng hÑp song song coi nh mét tia s¸ng vµo mÆt bªn AB cña l¨ng kÝnh cã 050A , díi gãc tíi 0

1 60i . Chïm tia lã ra khái mÆt AC gåm nhiÒu mµu s¾c biÕn thiªn liªn tôc tõ

®á ®Õn tÝm. BiÕt chiÕt suÊt cña chÊt lµm l¨ng kÝnh ®èi víi tia ®á vµ tia tÝm lÇn lît lµ: 541,n d ; 581,n t .

H·y x¸c ®Þnh gãc hîp bëi gi÷a tia ®á vµ tia tÝm lã ra khái l¨ng kÝnh. Hướng dẫn:

§èi víi tia ®á:

000021

02222

01221

01

0

111

763450762460

7624

7815

223460

,,AiiD

,rsinnrsinrsinnisin,rArArr

,rn

sinrsinrsinnisin

d

dd

dd

dd

2dddd

dd

dd

d

i

§èi víi tia tÝm:

000021

02222

01221

01

0

111

1375012760

1277616

243360

,,AiiD,rsinnrsinrsinnisin

,rArArr

,rn

sinrsinrsinnisin

t

tt

tt

tt

2tttt

tt

tt

t

i

.

VËy gãc hîp bëi gi÷a hai tia ®á vµ tia tÝm sau khi lã ra khái l¨ng kÝnh: 0342,DD dt Bài tập vận dụng: Mét l¨ng kÝnh cã tiÕt diÖn th¼ng lµ tam gi¸c ABC cã gãc chiÕt quang 060A , chiÕt suÊt cña l¨ng kÝnh ®èi víi tia tÝm vµ tia ®á lÇn lît lµ 541,nt vµ 51,nd .

1) Mét chïm ¸nh s¸ng tr¾ng hÑp tíi mÆt bªn AB (gÇn A) díi gãc tíi 01 60i . TÝnh gãc hîp bëi hai tia

giíi h¹n lã ra khái mÆt bªn AC. 2) B©y giê thay ®æi gãc tíi cña chïm ¸nh s¸ng tr¾ng chiÕu vµo l¨ng kÝnh sao cho gãc lÖch øng víi tia mµu vµng (cã chiÕt suÊt 521,nv ) lµ cùc tiÓu. TÝnh gãc hîp bëi hai tia giíi h¹n lã ra khái mÆt bªn AC. Bµi 4: Mét l¨ng kÝnh thuû tinh cã tiÕt diÖn th¼ng lµ tam gi¸c ABC gãc 060A ®Æt trong kh«ng khÝ. 1) Mét chïm tia s¸ng ®¬n s¾c mµu lam hÑp song song ®Õn mÆt AB theo ph¬ng vu«ng gãc cho tia lã ®i lµ lµ trªn mÆt AC. TÝnh chiÕt suÊt cña chÊt lµm l¨ng kÝnh ®èi víi tia mµu lam. 2) Thay chïm tia mµu lôc b»ng chïm tia s¸ng tr¾ng gåm 5 mµu c¬ b¶n ®á, vµng, lôc, lam, tÝm th× çc tia lã ra khái mÆt AC gåm nh÷ng mµu nµo? Gi¶i thÝch. Hướng dẫn: 1) ¸p dông ®Þnh luËt khóc x¹ t¹i ®iÓm I:

3290160 00 lamlam nsin.sinn .

2) Ta cã: tÝmlamlôcvµngd nnnnn tllamlvd ghghghghgh iiiii

Mµ : tím

0luc do vàng luc

llam

45 i

i

gh

gh gh gh gh

gh

i i

i A i i i ii

nên çc tia s¸ng lã ra gåm: ®á, vµng, lôc, lam.



Bµi 5: Một lăng kính thủy tinh có tiết diện thẳng là một tam giác cân ABC đỉnh A. Một tia sáng rọi theo phương vuông góc với mặt bên AB của lăng kính. Sau hai lần phản xạ toàn phần trên hai mặt AC và AB thì ló ra khỏi đáy BC theo phương vuông góc với đáy BC. 1. Tính góc chiết quang A của lăng kính. 2. Tìm điều kiện mà chiết suất lăng kính này phải thỏa mãn. 3. Cho rằng chiết suất của lăng kính đối với tia sáng màu lục vừa đủ thỏa mãn điều kiện trên. Khi đó, nếu tia sáng tới là tia màu trắng thì tia sáng ló ra khỏi đáy BC theo phương vuông góc với đáy BC có còn là tia màu trắng nữa không? Giải thích? Hướng dẫn: 1) Tia tíi SI AB tíi AC díi gãc tíi Ai .

Áp dông ®Þnh luËt ph¶n x¹ cho J, K.

0

0

180 22 22 2

3672

AB AB ASJK A JKL SJK A

B C B C

AB C

§Ó x¶y ra ph¶n x¹ toµn phÇn t¹i J th× Â ghi .

§Ó x¶y ra ph¶n x¹ toµn phÇn t¹i K th× 2Â ghi

§Ó x¶y ra ph¶n x¹ toµn phÇn t¹i J, K th× chØ cÇn 711360 ,nn

sinisinAsiniA ghgh

2) Ta cã: cam luc chàm ído vang lam t mn n n n n n n

Çc tia lôc, lam, chµm, tÝm, tho¶ m·n chiÕt suÊt 1,7 nên 4 mµu: lôc, lam, chµm, tÝm lã ra khái BC. Bài tập vận dụng: Mét l¨ng kÝnh thuû tinh cã tiÕt diÖn th¼ng lµ tam gi¸c ABC gãc chiÕt

quang 045A ®Æt trong kh«ng khÝ. 1) Mét chïm tia s¸ng ®¬n s¾c mµu lôc hÑp song song ®Õn AB theo ph¬ng vu«ng gãc víi nã cho

chïm tia lã ra ngoµi n»m s¸t víi mÆt bªn AC. TÝnh chiÕt suÊt cña l¨ng kÝnh ®èi víi ¸nh s¸ng mµu lôc vµ gãc lÖch cña chïm lã so víi chïm tia tíi.

2) Khi chiÕu chïm tia tíi lµ chïm ¸nh s¸ng hÑp gåm bèn ¸nh s¸ng ®¬n s¾c: ®á, vµng, lôc vµ tÝm th× tia lã ra khái AC gåm nh÷ng mµu nµo? Gi¶i thÝch.

Bµi 6: Mét m¸y quang phæ cã l¨ng kÝnh thuû tinh gãc chiÕt quang 060A . ChiÕu ®ång thêi çc bøc x¹ mµu ®á, mµu lôc, mµu tÝm cã bíc sãng lÇn lît lµ 321 , vµo m¸y quang phæ. ThÊu kÝnh chuÈn trùc vµ

thÊu kÝnh buång ¶nh ®Òu cã tiªu cù cmf 40 . BiÕt chiÕt suÊt cña chÊt lµm l¨ng kÝnh ®èi víi çc bøc x¹

®¬n s¾c 321 , lÇn lît lµ: 617,1;608,1 21 nn ; 635,13 n . L¨ng kÝnh ®îc ®Æt sao cho bøc x¹ 2 cho gãc lÖch cùc tiÓu. 1) TÝnh gãc tíi cña chïm s¸ng tíi l¨ng kÝnh vµ gãc lÖch qua l¨ng kÝnh øng víi 2 2) TÝnh gãc lÖch qua l¨ng kÝnh øng víi hai bøc x¹ cßn l¹i. 3) X¸c ®Þnh kho¶ng çch gi÷a hai v¹ch trªn mÆt ph¼ng tiªu diÖn cña thÊu kÝnh buång ¶nh t¬ng øng víi hai bøc x¹ ®¬n s¾c 31 vµ .

B

A

C

S I



Hướng dẫn:

1) Khi bøc x¹ cho minD th× 0

1 2

01 2 1 1

302

sin .sin 53,95

l l

l

Ar r

i n r i

0 0 0min 12. 2.53,95 60 47,9D i A

2) Sö dông c«ng thøc l¨ng kÝnh cho çc tia s¸ng ®¬n s¾c cßn l¹i 0 049,68 ; 47,02t dD D

3) Gãc hîp bëi hai tia tÝm vµ ®á ®Õn thÊu kÝnh buång ¶nh lµ : 02,64 0,046t dD D hay rad

Kho¶ng çch gi÷a hai v¹ch trªn mÆt ph¼ng tiªu diÖn cña thÊu kÝnh: . 40.0,046 1,84l f cm .

Bài 7: Cho một lăng kính tiết diện thẳng là một tam giác đều ABC, đáy BC ở dưới và góc chiết quang là A. Chiết suất thủy tính làm lăng kính phụ thuộc bước sóng của ánh sáng theo công thức:

2bn a

với 14 2

1,267,555.10

( )

ab m

m

Chiếu một tia sáng trắng vào mặt bên AB của lăng kính sao cho tia tới nằm dưới pháp tuyến ở điểm tới I. a) Xác định góc tới của tia sáng trên mặt AB sao cho tia tím có góc lệch cực tiểu. Tính góc lệch này. b) Muốn cho tia đỏ có góc lệch cực tiểu thì phải quay lăng kính quanh cạnh AC một góc bao nhiêu? Theo chiều nào? c) Góc tới của tia sáng trên mặt AB phải thỏa mãn điều kiện nào thì không có tia nào trong chùm sáng trắng ló ra khỏi mặt AC? Hướng dẫn:

a) nt = 3 ; Khi bøc x¹ t cho minD th× 0

01 1

302

sin .sin 60t

Ar

i n r i

0min 12. 60D i A

b) nđ = 2 ; Khi bøc x¹ d cho minD th× 02 45i

Vì i2 < i1 nên phải quay lăng kính quanh cạnh AC ngược chiều kim đồng hồ (giảm i) góc 150 c) Ở mặt AB: Với cùng góc tới i1, vì nt > nđ nên r1đ > r1t . Do đó ở mặt AC: Với cùng góc tới r2 thì r2t > r2đ

Để không có tia sáng nào ló ra khỏi mặt AC thì:

0

22 0 0

2 2 1 12

2

1sin( ) 13 sin 45 45 15( ) 1 2sin

2

tt gh tim

d d d dd gh do

d

rr ir r A r r

r i r

0 0 011 1

sinsin sin15 sin15 21 30 '2

dd d

ir i

Bài tập vận dụng: Mét m¸y quang phæ cã l¨ng kÝnh thuû tinh gãc chiÕt quang 060A . ChiÕu ®ång thêi çc bøc x¹ 21 , vµo m¸y quang phæ. BiÕt chiÕt suÊt cña l¨ng kÝnh ®èi víi çc bøc x¹ 21 , lÇn lît

lµ: 41411 ,n vµ 73212 ,n . L¨ng kÝnh ®îc ®Æt sao cho bøc x¹ 2 cho gãc lÖch cùc tiÓu.

1) TÝnh gãc tíi cña chïm s¸ng tíi l¨ng kÝnh vµ gãc lÖch qua l¨ng kÝnh øng víi 2 .

2) Muèn cho gãc lÖch øng víi 1 ®¹t cùc tiÓu th× ph¶i quay l¨ng kÝnh mét gãc bao nhiªu? Theo chiÒu nµo.

i

C B

A

S I



Dạng 2: TÁN SẮC QUA THẤU KÍNH – BẢN SONG SONG – LƯỠNG CHẤT PHẲNG

Thấu kính: 1 2

1 1 1( 1)( )TK

MT

nf n R R

+ R1, R2 là bán kính các mặt cong của thấu kính (Qui ước: R > 0 cho mặt cong lồi; R < 0 cho mặt cong lõm; R cho mặt phẳng) + nTK và nMT là chiết suất của chất làm thấu kính và chiết suất của môi trường đặt thấu kính.

Bài toán: Tính khoảng cách của tiêu điểm tia đỏ và tia tím:

1 2

11 1t đ

t đ

f f fn n

R R

Bản mặt song song:

Sử dụng định luật khúc xạ tại I

sinsin

sinsin

dd

tt

irn

irn

Sử dụng định luật khúc xạ tại T và Đ, ta có: it = iđ = i Tia ló luôn luôn song song tia tới, các chùm tia màu sắc song song và tách rời nhau. Nếu chiết suất của chất làm ra bản lớn hơn chiết suất môi trường đặt bản thì ảnh qua bản dời theo

chiều truyền ánh sáng một đoạn:

neS 11

Lưỡng chất phẳng: Sử dụng định luật khúc xạ tại mặt phân cách cho các tia:

ttdd rsinn...rsinnisin

Bµi 1: Mét thÊu kÝnh máng hai mÆt låi cïng b¸n kÝnh cmRR 1021 , chiÕt suÊt cña chÊt lµm thÊu kÝnh

®èi víi tia ®á vµ tia tÝm lÇn lît lµ 691611 ,n;,n td . ChiÕu mét chïm ¸nh s¸ng tr¾ng song song víi trôc chÝnh. 1) Tính độ dài đoạn sáng nằm dọc theo trục chính của thấu kính và ở phía bên kia thấu kính. 2) §Æt mét mµn ¶nh vu«ng gãc trôc chÝnh vµ ®i qua tiªu ®iÓm cña tia ®á. TÝnh ®é réng cña vÖt s¸ng trªn mµn. BiÕt thÊu kÝnh cã r×a lµ ®êng trßn cã ®êng kÝnh cmd 25 .

Hướng dẫn:

1) Ta có:

1 2

11 1t đ

t đ

f f fn n

R R

= 0,951 cm

2) Çc tia tÝm gÆp mµn t¹i C vµ D vµ vÖt s¸ng t¹o nªn trªn mµn cã t©m mµu ®á, mÐp mµu tÝm. §é réng cña vÖt s¸ng trªn mµn, ®îc

x¸c ®Þnh tõ: 0,951 3,281' 7,246t

CD f CD cmAB F

(Với AB = d)



Bài tập vận dụng: Mét thÊu kÝnh máng hai mÆt låi cïng b¸n kÝnh cmRR 2021 chiÕt suÊt cña

chÊt lµm thÊu kÝnh ®èi víi tia ®á vµ tia tÝm lÇn lît lµ 71,1;63,1 td nn . ChiÕu mét chïm ¸nh s¸ng tr¾ng song song víi trôc chÝnh.

1) Tính độ dài đoạn sáng nằm dọc theo trục chính của thấu kính và ở phía bên kia thấu kính. 2) §Æt mét mµn ¶nh vu«ng gãc trôc chÝnh vµ ®i qua tiªu ®iÓm cña tia ®á tÝnh ®é réng cña vÖt s¸ng

trªn mµn. BiÕt thÊu kÝnh cã r×a lµ ®êng trßn cã ®êng kÝnh cmd 25 . 3) Để cho tiêu điểm ứng với các tia màu tím trùng với tiêu điểm ứng với các tia màu đỏ, người ta

ghép sát với thấu kính hội tụ nói trên một thấu kính phân kì có hai mặt giống nhau và cũng có bán kính 10cm. Nhưng thấu kính này làm bằng một loại thủy tinh khác. Tìm hệ thức giữa chiết suất của thấu kính phân kì đối với ánh sáng tím và chiết suất của nó với ánh sáng đỏ. Bài 2: Chiếu một chùm sáng trắng song song, hẹp coi như một tia sáng vào một bể nước dưới góc tới 600. Chiều sâu của bể nước là 1m. Dưới đáy bể có một gương phẳng, đặt song song với mặt nước. Chiết suất của nước đối với ánh sáng tím là 1,34 và đối với ánh sáng đỏ là 1,33. Tính độ rộng chùm ló ra khỏi mặt nước. Hướng dẫn: Đối với tia đỏ: 00 634060 ,rrsinnsin ddd

Đối với tia tím: 00 264060 ,rrsinnsin ttt

Độ rộng chùm tia ló in trên mặt nước: mmtgr.htgr.hII td 222221 .

Độ rộng chùm ló ra khỏi mặt nước: mmsinIIa 116090 00

21

Bài tập vận dụng: Một bể nước sâu 1,2m. Một chùm sáng mặt trời rọi

vào mặt nước dưới góc i sao cho sini = 45

. Chiết suất của nước là n =43

,

và đối với ánh sáng đỏ ( = 700nm) và ánh sáng tím ( = 400nm) lần lượt là: nđ = 1,331 và nt = 1,343. Giả sử chùm sáng mặt trời là vô cùng hẹp. Hãy tính độ dài của dải quang phổ ở dưới đáy bể.

Bài 3: ChiÕu mét tia s¸ng tr¾ng tõ kh«ng khÝ vµo mét b¶n thuû tinh cã cme 5 díi gãc tíi 080i .

BiÕt chiÕt suÊt cña thñy tinh ®èi víi tia ®á vµ tia tÝm lÇn lît lµ 51114721 ,n;,n td . TÝnh kho¶ng çch gi÷a hai tia lã ®á vµ tÝm. Hướng dẫn: Áp dông ®Þnh luËt khóc x¹ t¹i I:

00

0

41,99sin80 sin sin

40,67d

d d t tt

rn r n r

r

TÝnh: td tgrtgreOTOT §§ 2,04 mm

Kho¶ng çch gi÷a hai tia ®á vµ tÝm lã ra khái tÊm thñy tinh: mm,sinTisinTH 3501090 00 §§§ .



C. Bµi tËp ¸p dông Bài 1: Bước sóng của ánh sáng đỏ trong không khí là 0,75 m a) Tính bước sóng của ánh sáng đỏ trong thủy tinh có chiết suất là 1,414 b) Bước sóng của ánh sáng trên trong một môi trường là 0,6 m . Tính chiết suất của môi trường đó. Bài 2: Một lăng kính có góc chiết quang 5oA có chiết suất với ánh sáng đỏ và tím lần lượt là 1,643 và 1,685. Một chùm sáng mặt trời hẹp rọi vuông góc với mặt phân giác của lăng kính. Một màn đặt song song với mặt phân giác lăng kính cách lăng kính một khoảng l = 1m. a) Tính góc lệch của tia đỏ và tím ló ra khỏi lăng kính. b) Tính bề rộng quang phổ thu được trên màn Bài 3: Một lăng kính thuỷ tinh có tiết diện thẳng là tam giác đều ABC đáy BC, góc chiết quang A. Chiết suất của thuỷ tinh đối với ánh sáng đỏ, vàng, tím lần lượt: nđ = 1,51 ; nv = 1,52 ; nt = 1,53. Chiếu chùm tia sáng trắng hẹp đến mặt AB của lăng kính sao cho tia tới nằm dưới pháp tuyến ở điểm tới I a) Xác định góc tới của tia sáng để tia vàng có góc lệch cực tiểu. b) Trong điều kiện trên, tính góc tạo bởi tia đỏ và tia tím trong chùm ánh sáng ló. Bài 4: Một lăng kính có góc chiết quang 60oA có chiết suất với ánh sáng đỏ và tím lần lượt là 1,414 và 1,732. Chiếu vào mặt bên của lăng kính một chùm sáng trắng hẹp sao cho tia đỏ có góc lệch cực tiểu. a) Tính góc tới của tia sáng và góc lệch của tia ló màu đỏ. b) Quay lăng kính quanh cạnh A một góc bằng bao nhiêu để tia tím có góc lệch cực tiểu c) Góc tới của tia sáng phải thỏa mãn điều kiện nào để không có tia nào ló ra khỏi lăng kính. Bài 5: Một thấu kính có một mặt phẳng và một mặt lồi đặt trong không khí, bán kính mặt lồi là 80 cm. Thấu kính làm bằng thủy tinh có chiết suất đối với tia đỏ là 1,51 và đối với tia tím là 1,54. Tính khoảng cách giữa các tiêu điểm chính của thấu kính đối với tia đỏ và tia tím. Bài 6: Một cái bể sâu 1m chứa đầy nước. Cho một chùm tia sáng mặt trời hẹp rọi vào mặt nước dưới góc tới 30o . Biết chiết suất của nước với ánh sáng đỏ và tím là 1,304 và 1,346. Bề rộng quang phổ quan sát được ở đáy bể bằng bao nhiêu? Bài 7: Chiếu một tia sáng đơn sắc màu vàng từ không khí (chiết suất coi như bằng 1 đối với mọi ánh sáng) vào mặt phẵng phân cách của một khối chất rắn trong suốt với góc tới 600 thì thấy tia phản xạ trở lại không khí vuông góc với tia khúc xạ đi vào khối chất rắn. Tính chiết suất của chất rắn trong suốt đó đối với ánh sáng màu vàng. Bài 8: Chiếu một tia sáng gồm hai thành phần đỏ và tím từ không khí (chiết suất coi như bằng 1 đối với mọi ánh sáng) vào mặt phẵng của một khối thủy tinh với góc tới 600. Biết chiết suất của thủy tinh đối với ánh sáng đỏ là 1,51; đối với ánh sáng tím là 1,56. Tính góc lệch của hai tia khúc xạ trong thủy tinh. Bài 9: Một lăng kính thuỷ tinh có tiết diện thẳng là tam giác đều ABC đáy BC, góc chiết quang A. Chiết suất của thuỷ tinh đối với ánh sáng đỏ, vàng, tím lần lượt: nđ = 1,51 ; nv = 1,52 ; nt = 1,53. Chiếu chùm tia sáng trắng hẹp đến mặt AB của lăng kính sao cho tia tới nằm dưới pháp tuyến ở điểm tới I a) Xác định góc tới của tia sáng để tia vàng có góc lệch cực tiểu. b) Trong điều kiện trên, tính góc tạo bởi tia đỏ và tia tím trong chùm ánh sáng ló. Bài 10: Một lăng kính có góc ở đỉnh là 600 nhận một chùm tia sáng song song màu đỏ dưới độ lệch cực tiểu. Chiết suất của lăng kính đối với ánh sáng đỏ là 1,54. a) Tính độ lệch cực tiểu và góc tới i b) Cũng dưới góc tới đó ta chiếu đến một chùm sáng song song màu trắng và khi ló ra khỏi lăng kính thì tia tím có góc ló là 51031’. Chùm tia sáng ló được hứng trên một thấu kính hội tụ tiêu cự f=50cm sao cho trục chính song song với tia đỏ. Vẽ đường đi của tia đỏ và tia tím qua lăng kính và thấu kính. Tính bề rộng quang phổ tại mặt phẳng tiêu của thấu kính.

i

C B

A

S I



D. Bµi tËp tr¾c nghiÖm Câu 1: Một ánh sáng đơn sắc có bước sóng của nó trong không khí là 0,7 .m và trong chất lỏng trong suốt là 0,56 .m Chiết suất của chất lỏng đối với ánh sáng đó là:

A. 1,25 B. 1,5 C. 2 D. 3 Câu 2: Bước sóng của ánh sáng đỏ trong không khí là 0,75 .m Bước sóng của nó trong nước là bao nhiêu? Biết chiết suất của nước đối với ánh sáng đỏ là 4/3.

A. 0,632 .m B. 0,546 .m C. 0,445 .m D. 0,562 .m

Câu 3: Một bức xạ đơn sắc có tần số f = 4,4.1014HZ thì khi truyền trong không khí sẽ có bước sóng là:

A. = 0,6818m. B. = 0,6818µm. C. = 13,2µm D. = 0,6818. 10-7m

Câu 4: Chiết suất của môi trường là 1,65 khi ánh sáng chiếu vào có bước sóng 0,5m. Vận tốc truyền và tần số của sóng ánh sáng đó là: A. v = 1,82.108m/s. f = 3,64.1014Hz. B. v = 1,82.106m/s. f = 3,64.1012Hz. C. v = 1,28.108m/s. f = 3,46.1014Hz. D. v = 1,28.106m/s. f = 3,46.1012Hz. Câu 5: Một bức xạ đơn sắc có tần số f = 4,4.1014HZ khi truyền trong nước có bước sóng 0,5µm 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 6: Ánh sáng đỏ có bước sóng trong chân không là 0,6563m, chiết suất của nước đối với ánh sáng đỏ là 1,3311. Trong nước ánh sáng đỏ có bước sóng:

A. 0,4226m B. 0,4931m C. 0,4415m D. 0,4549m Câu 7: Một thấu kính hội tụ có hai mặt lồi có bán kính giống nhau 20cm. Chiết suất của ánh sáng đỏ và tím đối với thấu kính là: nđ =1,5, nt = 1,54. Khi đó khoảng cách từ tiêu điểm đối với tia đỏ và tia tím là: A. 19,8cm B. 0,148cm. C. 1,49cm. D. 1,49m. Câu 8: Một thấu kính hội tụ gồm 2 mặt cầu lồi giống nhau bán kính R = 30cm. Chiết suất của thấu kính đối vơi ánh sáng đỏ là 1,5 và đối với ánh sáng tím là 1,54. Khoảng cách giữa tiêu điểm đối với tia đỏ và tiêu điểm đối với tia tím của thấu kính là: A. 30cm. B. 2,22cm. C. 27,78cm. D. 22,2cm. Câu 9: Một thấu kính mỏng hội tụ gồm 2 mặt cầu giống nhau, bán kính R, có chiết suất đối với tia đỏ nà nđ = 1,60 đối với tia tím là nt = 1,69. Ghép sát vào thấu kính trên 1 thấu kính phân kỳ, 2 mặt cầu giống nhau, bán kính R. Tiêu điểm của hệ thấy kính đối với tia đỏ và đối với tia tím trùng nhau. Thấu kinh phân kỳ có chiếu suất đối với tia đỏ (n’đ) và tia tím (n’t) liên hệ với nhau bởi: A. n’t = 2n’đ + 1 B. n’t = n’d + 0,01 C. n’t = 1,5n’đ D. n’t = n’đ + 0,09 Câu 10: Một lăng kính thuỷ tinh có A = 450. Chiếu chùm tia sáng hẹp đa sắc SI gồm tập hợp 4 tia đỏ, vàng, lục tím đến gặp mặt bên AB theo phương vuông góc, thì có những tia nào ló ra khỏi mặt AC? (Biết chiết suất của thuỷ tinh đối với ánh sáng màu vàng là 2 ) A. Đỏ B. Đỏ, vàng C. Đỏ, vàng, lục D. Đỏ, vàng, lục, tím Câu 11: Một lăng kính có góc chiết quang là 600 Chiết suất của lăng kính đối với ánh sáng đỏ là 1,5. Khi chiếu tia tới lăng kính với góc tới 600 thì góc lệch của tia đỏ qua lăng kính là:

Education

Tài liệu sóng ánh sáng phần lăng kính