Phương pháp giải bài toán về tán sắc ánh sáng môn Vật Lý 12 năm 2021-2022

W www hoc247 net F www facebook com/hoc247 net Y youtube com/c/hoc247tvc Trang | 1 Vững vàng nền tảng, Khai sáng tương lai PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN VỀ TÁN SẮC ÁNH SÁNG MÔN VẬT LÝ 12 NĂM 2021 2022 1 P[.]

Vững vàng tảng, Khai sáng tương lai PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TỐN VỀ TÁN SẮC ÁNH SÁNG MƠN VẬT LÝ 12 NĂM 2021-2022 PHƯƠNG PHÁP GIẢI Ta nhắc lại số kiến thức cần nhớ: - Định luật khúc xạ ánh sáng + Tia khúc xạ nằm mặt phẳng với tia tới bên pháp tuyến so với pháp tuyến + Đối với hai môi trường suốt định, tỉ số sin góc tới (sin i) với sin góc khúc xạ (sin r) luôn số Tức tia sáng truyền từ mơi trường có chiết suất n1 sang mơi trường có chiết xuất n2 ta có: n sin i  n 21   n1 sin i  n sin r sin r n1 - Cơng thức lăng kính: Chiếu tia sáng từ khơng khí (chiết suất xấp sỉ 1) vào mặt bên thứ lăng kính (có chiết suất n, có góc chiết quang A) với góc tới i1, góc khúc xạ ánh sáng qua mặt bên thứ r1, góc tới mặt bên thứ hai r2, góc khúc xạ ánh sáng qua mặt bên thứ hai i2 Khi ta có: + Cơng thức lăng kính: sin i1  n sin r1 sin i  n sin r2 A  n sin r2 D  i1  i  A + Trường hợp i A nhỏ, sử dụng sin i  i ta có: i1  nr1 i2  nr2 D   n  1 A + Góc lệch cực tiểu: D W: www.hoc247.net A  r1  r2    D  2i1  A  i1  i F: www.facebook.com/hoc247.net Y: youtube.com/c/hoc247tvc Trang | Vững vàng tảng, Khai sáng tương lai + Cơng thức tính góc lệch cực tiểu: sin D  A A  n sin 2 - Điều kiện để có phản xạ tồn phần: + Ánh sáng từ môi trường chiết quang sang môi trường chiết quang (n1 > n2) + Góc tới phải lớn góc giới hạn  i  igh  với sin i gh  - n2 n1 n tim  n   n Với ánh sáng trắng: ta có   tim     VÍ DỤ MINH HỌA Ví dụ 1: Gọi n d , n t n v chiết suất môi trường suốt ánh đơn sắc đỏ, tím vàng Sắp xếp sau A n d  n v  n t B n v  n d  n t C n d  n t  n v D n t  n d  n v Lời giải Ta có: d   v   t nên n d  n v  n t Đáp án: A Ví dụ 2: Bước sóng ánh sáng đỏ khơng khí 0, 64m Tính bước sóng ánh sáng nước biết chiết suất nước ánh sáng đỏ B 0, 48m A 0, 24m C 0, 36m D 0, 54m Lời giải Vì khơng khí có chiết xuất xấp xỉ nên coi bước sóng ánh sáng đơn sắc khơng khí bước sóng chân khơng Trong chân khơng, bước sóng ánh sáng đơn sắc  c v c   '  Trong mơi trường có chiết suất n, bước sóng ánh sáng đơn sắc  '   f f nf n Thay số, ta  '  0, 48m Đáp án B Ví dụ 3: Một lăng kính có góc chiết quang 60° Biết chiết suất lăng kính ánh sáng 1,5 Chiếu tia sáng màu đỏ vào mặt bên lăng kính với góc tới 60° Góc lệch tia ló tia tới là: B 40,0 A 60,0 C 38,8 D 42,1 Lời giải Sử dụng cơng thức lăng kính, ta có: sin r1  sin i1  0,58  r1  35,5o  r2  A  r1  24, o n Mặt khác sin i  n sin r2  0, 63  sin 38, 0o  i  38,8o  D  i  i  A  38,8o Vậy góc lệch D  38,8o Đáp án C Ví dụ 4: Một lăng kính thủy tinh có góc chiết quang A  60 , có chiết suất tia đỏ 1,514; đối o với tia tím 1,532 Góc lệch cực tiểu hai tia là: W: www.hoc247.net F: www.facebook.com/hoc247.net Y: youtube.com/c/hoc247tvc Trang | Vững vàng tảng, Khai sáng tương lai A Dd  38, 4o D t  40o B Dd  49, 2o D t  50o C Dd  35, o D t  30o D Dd  38, 2o D t  60o Lời giải Đối với tia đỏ: sin D d  A A  n d sin  1,514.0,5  0, 757 2 Từ suy ra: Dd  2.49, 2o  60o  38, 4o Đối với tía tím: sin D t  A A  n t sin  1,532.0,5  0, 766 2 Từ suy ra: Dt  2.50o  60o  40o Đáp án A Ví dụ 5: Một lăng kính thủy tinh có góc chiết quang A  , đặt khơng khí Chiết suất lăng kính ánh sáng đỏ tím 1,643 1,685 Chiếu chùm tia sáng hẹp gồm hai xạ đỏ tím vào mặt bên lăng kính theo phương vng góc với mặt Góc tạo tia đỏ tia tím sau ló khỏi mặt bên lăng kính gần với A 10' C 10 o B 20' D 20 o Lời giải Vì góc chiết quang nhỏ 10° nên ta dùng cơng thức góc lệch D   n  1 A Ta có D d   n d  1 A D t   n t  1 A Góc tạo tia ló đỏ tia ló tím là: D  D t  D d   n t  n d  A  0,168o  10 o Đáp án A Ví dụ 6: Chiếu tia sáng đơn sắc màu vàng từ khơng khí (chiết suất coi ánh sáng) vào mặt phẳng phân cách khối chất rắn suốt với góc tới 60° thấy tia phản xạ trở lại khơng khí vng góc với tia khúc xạ vào khối chất rắn Chiết xuất chất rắn suốt ánh sáng màu vàng A B C D Lời giải Theo định luật khúc xạ ánh sáng dựa vào hình vẽ ta có: sin i  n sin r  o o r  90  i '  sin i  n sin  90  i   n cos i  tan i  n i  i '  Từ suy ra: n  tan i  tan 60o  Đáp án D Ví dụ 7: Chiếu tia sáng gồm hai thành phần đỏ tím từ khơng khí (chiết suất coi ánh sáng) vào mặt phẳng khối thủy tinh với góc tới 60° Biết chiết suất thủy tinh ánh sáng đỏ 1,51; ánh sáng tím 1,56 Góc lệch hai tia khúc xạ thủy tinh là: W: www.hoc247.net F: www.facebook.com/hoc247.net Y: youtube.com/c/hoc247tvc Trang | Vững vàng tảng, Khai sáng tương lai B 1, 60o A 1, 28o C 1,9o D 1,5o Lời giải Ta cần xác định: r  rd  rt Ta có: sin rd  sin i sin i  0,555  rt  33, 72o  0,574  rd  35o sin rt  nt nd Góc lệch hai tia khúc xạ r  rd  rt  1, 28o Đáp án A Ví dụ 8: Một lăng kính có góc chiết quang 6,0° (coi góc nhỏ) đặt khơng khí Chiếu chùm ánh sáng trắng song song, hẹp vào mặt bên lăng kính theo phương vng góc với mặt phẳng phân giác góc chiết quang, gần cạnh lăng kính Đặt ảnh E sau lăng kính, vng góc với phương chùm tia tới cách mặt phẳng phân giác góc chiết quang 1,2 m Chiết suất lăng kính ánh sáng đỏ n d  1, 642 ánh sáng tím n t  1, 685 Độ rộng từ màu đỏ đến màu tím quang phổ liên tục quan sát A 5,4 mm B 36,9 mm C 4,5 mm D 10,1 mm Lời giải Vì góc chiết quang nhỏ nên ta sử dụng cơng thức gần góc lệch lăng kính: D   n  1 A D d   n d  1 A  1, 642  1 6o  3,852o Ta có:  o o D t   n t  1 A  1, 685  1  4,11 Bề rộng quang phổ: L  d tan Dt  d tan Dd  d tan  tanDt  tan Dd   1200  tan 4,11o  tan 3,852o   5, 43mm Đáp án A Ví dụ 9: Lăng kính có tiết diện tam giác cân ABC, góc chiết quang A =120°, chiết suất lăng kính loại ánh sáng lớn Chiếu tia sáng trắng tới mặt bên AB lăng kính theo phương song song với BC cho toàn chùm khúc xạ mặt AB truyền xuống BC Tại BC chùm sáng sẽ: A Một phần phần chùm sáng phản xạ phần khúc xạ B Phản xạ toàn phần lên AC ló ngồi theo phương song song BC C Ló ngồi theo phương song song AB D Ló ngồi theo phương song song AC Lời giải W: www.hoc247.net F: www.facebook.com/hoc247.net Y: youtube.com/c/hoc247tvc Trang | Vững vàng tảng, Khai sáng tương lai Ta có: sin i gh  Xét tia sáng bất kì, mặt bên AB góc tới i  90o  30o  60o n Từ ta có sin r  sin i 3    r  37, 76o n 2n 2 Suy cos r  tức cos r   sin r Xét tam giác BHK có: 30o  BHK  HKB  180o  30o   r  90o    90o  i '  180o  i '  r  30o  3 3  cos r     Ta có: sin i'  sin  r  30   sin r   2 2n 2  2n  o   4n  3  4n   sin i gh  sin i gh n 4 2 3  2 3  sin i gh Từ suy i o  i gh tức tia sáng phản xạ toàn phần mặt BC tới gặp AC ló khỏi AC theo phương song song với BC Đáp án B Ví dụ 10: Chiếu chùm ánh sáng trắng song song hẹp (coi tia sáng) từ khơng khí vào bể nước với góc tới 30° Dưới đáy bể có gương phẳng đặt song song với mặt nước mặt phản xạ hướng lên Chùm tia ló khỏi mặt nước sau phản xạ gương A chùm sáng song song có màu cầu vồng, phương vng góc với tia tới B chùm sáng song song có màu cầu vồng, phương hợp với tia tới góc 60° C chùm sáng phân kì có màu cầu vồng, tia tím lệch nhiều nhất, tia đỏ lệch D chùm sáng phân kì có màu cầu vồng, tia tím lệch nhất, tia đỏ lệch nhiều Lời giải Do tia tới tia phản xạ gương phẳng nhau, dựa vào hình vẽ, ta dễ dàng nhận thấy: góc tới góc ló tia đơn sắc 30°, suy tia ló chùm song song, hợp với phương tới góc 60° Mặt khác chùm tia tới ánh sáng trắng truyền từ khơng khí vào nước có màu cầu vồng nên chùm tia ló có màu cầu vồng Đáp án B Ví dụ 11: Một lăng kính có góc chiết quang A=45° Chiếu chùm tia sáng hẹp đa sắc SI gồm ánh sáng đơn sắc: đỏ, vàng, lục, tím đến gặp mặt bên theo phương vng góc, biết chiết suất lăng kính ánh sáng màu lam A đỏ, vàng lục W: www.hoc247.net Tia ló khỏi mặt bên AC gồm ánh sáng đơn sắc: B đỏ, lục tím F: www.facebook.com/hoc247.net C đỏ, vàng, lục tím D đỏ, vàng tím Y: youtube.com/c/hoc247tvc Trang | Vững vàng tảng, Khai sáng tương lai Lời giải Khi chiếu tia sáng màu lam đến gặp mặt bên AB theo phương vng góc thì: i1  r1  0o sin i  n sin r2  sin i  2.sin 45o   i  90 o Ta có:  o A  r1  r2  45   r2  r2 Từ suy tia lam là mặt bên AC Do n tim  n lam  n luc  n vang  n nên tia tím bị phản xạ tồn phần mặt bên AC có ba tia đỏ, vàng, lục ló khỏi mặt bên AC Đáp án A Ví dụ 12: Từ khơng khí, chiếu chùm sáng hẹp (coi tia sáng) gồm hai xạ đơn sắc màu đỏ màu tím tới mặt nước với góc tới 53° xảy tượng phản xạ khúc xạ Biết tia khúc xạ màu đỏ vng góc với tia phản xạ, góc tia khúc xạ màu tím tia khúc xạ màu đỏ 0,5° Chiết suất nước tia sáng màu tím A 1,343 B 1,312 C 1.327 D 1,333 Lời giải Theo ra, ta có tia phản xạ hợp với phương ngang góc 37°, Mà tia khúc xạ màu đỏ vng góc với tia phản xạ, nên gọi góc hợp tia khúc xạ màu đỏ phương ngang α ta có: o o    37  90  rd  37o  o  rd    90 Theo định luật khúc xạ ánh sáng ta có: 1.sin i  n sin r nên i không đổi, chiết xuất n lớn góc khúc xạ r nhỏ Vì n d  n t nên rd  rt Do đó: rd  rt  0,5o  rt  37o  0,5o  36,5o Theo định luật khúc xạ ánh sáng ta có: sin 35o  n t sin 36,5o  n t  sin 35o  1,343 sin 36,5o Đáp án A LUYỆN TẬP Câu 1: Phát biểu phát biểu nói tượng tán sắc ánh sáng ánh sáng đơn sắc? A Hiện tượng tán sắc ánh sáng tượng qua lăng kính, chùm ánh sáng trắng bị lệch phía đáy mà cịn bị tách thành nhiều chùm sáng có màu sắc khác B Mỗi ánh sáng đơn sắc có màu định C Trong quang phổ ánh sáng trắng có vơ số ánh sáng đơn sắc khác D Cả A, B, C Câu 2: Phát biểu sau đúng? W: www.hoc247.net F: www.facebook.com/hoc247.net Y: youtube.com/c/hoc247tvc Trang | Vững vàng tảng, Khai sáng tương lai A Thí nghiệm Niutơn ánh sáng đơn sắc nhằm chứng minh tồn ánh sáng đơn sắc B Thí nghiệm Niutơn ánh sáng đơn sắc nhằm chứng minh lăng kính khơng làm biến đổi màu ánh sáng qua C Thí nghiệm Niutơn ánh sáng đơn sắc nhằm chứng minh ánh sáng Mặt Trời khơng phải ánh sáng đơn sắc D Thí nghiệm Niutơn ánh sáng đơn sắc nhằm chứng minh dù ánh sáng có màu qua lăng kính bị lệch phía đáy lăng kính Câu 3: Phát biểu sau không đúng? A Ánh sáng trắng tập hợp vơ số ánh sáng đơn sắc có màu biến đổi liên tục từ đỏ đến tím B Chiết suất chất làm lăng kính ánh sáng đơn sắc khác C Ánh sáng đơn sắc khơng bị tán sắc qua lăng kính D Khi chiếu chùm ánh sáng Mặt Trời qua cặp hai mơi trường suốt tia tím bị lệch phía mặt phân cách hai mơi trường nhiều tia đỏ Câu 4: Phát biểu sau đúng? A Một chùm ánh sáng Mặt Trời có dạng dải sáng mỏng, hẹp rọi xuống mặt nước bể nước tạo nên đáy bể vết sáng có màu trắng dù chiếu xiên hay chiếu vng góc B Một chùm ánh sáng Mặt Trời có dạng dải sáng mỏng, hẹp rọi xuống mặt nước bể nước tạo nên đáy bể vết sáng có nhiều màu dù chiếu xiên hay chiếu vng góc C Một chùm ánh sáng Mặt Trời có dạng dải sáng mỏng, hẹp rọi xuống mặt nước bể nước tạo nên đáy bể vết sáng có nhiều màu chiếu xiên có màu trắng chiếu vng góc D Một chùm ánh sáng Mặt Trời có dạng dải sáng mỏng, hẹp rọi xuống mặt nước bể nước tạo nên đáy bể vết sáng có nhiều màu chiếu vng góc có màu trắng chiếu xiên Câu 5: Phát biểu sau không đúng? Cho chùm ánh sáng sau: Trắng, đỏ, vàng, tím A Ánh sáng trắng bị tán sắc qua lăng kính B Chiếu ánh sáng trắng vào máy quang phổ thu quang phổ liên tục C Mỗi chùm ánh sáng có bước sóng xác định D Ánh sáng tím bị lệch phía đáy lăng kính nhiều nên chiết suất lăng kính lớn Câu 6: Ngun nhân gây tượng tán sắc ánh sáng Mặt Trời thí nghiệm Niutơn A góc chiết quang lăng kính thí nghiệm chưa đủ lớn B chiết suất lăng kính ánh sáng đơn sắc khác C bề mặt lăng kính thí nghiệm khơng nhẵn D chùm ánh sáng Mặt Trời bị nhiễu xạ qua lăng kính Câu 7: Ánh sáng trắng hợp bởi: A Bảy màu đơn sắc B Vô số màu đơn sắc C Các màu đơn sắc từ đỏ đến tím W: www.hoc247.net F: www.facebook.com/hoc247.net Y: youtube.com/c/hoc247tvc Trang | Vững vàng tảng, Khai sáng tương lai D Tất Câu 8: Một tia sáng qua lăng kính ló có màu khơng phải màu trắng là: A Ánh sáng bị tán sắc B Lăng kính khơng có khả tán sắc C Ánh sáng đơn sắc D Chiết suất lăng kính không đổi ánh sáng đơn sắc Câu 9: Chọn câu sai: A Ánh sáng đơn sắc ánh sáng khơng bị tán sắc qua lăng kính B Mỗi ánh sáng đơn sắc khác có màu sắc định khác C Ánh sáng trắng tập hợp màu đơn sắc: đỏ cam vàng lục lam chàm tím D Lăng kính có khả làm tán sắc ánh sáng Câu 10: Đặc trưng cho sóng ánh sáng đơn sắc là: A màu sắc B tần số sóng C vận tốc truyền sóng D chiết suất lăng kính đối ánh sáng Câu 11: Khi ánh sáng trắng bị tán sắc thì: A Màu đỏ lệch nhiều B Màu tím lệch nhiều C Màu tím lệch D Ánh sáng trắng tách thành màu Câu 12: Một lăng kính thủy tinh có tiết diện thẳng tam giác ABC Chiếu tia sáng trắng vào mặt bên AB lăng kính góc tới i Biết chiết suất lăng kính đối ánh sáng đỏ ánh sáng tím n d =1,643; n t = 1,685 Để có tán sắc tia sáng trắng qua lăng kính góc tới i phải thỏa mãn điều kiện A 32,96o  i  41, 27o B  i  15,52o C  i  32,96o D 42, 42o  i  90,00o Câu 13: Một tia sáng trắng chiếu tới mặt bên lăng kính thuỷ tỉnh tam giác Tia ló màu vàng qua lăng kính có góc lệch cực tiểu Biết chiết suất lăng kính ánh sáng vàng, ánh sáng tím n v =1,500; n t =1,52 Góc tạo tia ló màu vàng tia ló màu tím có giá trị xấp xỉ bằng: A 0,77° B 48,59° C 4,46° D 1,73° Câu 14: Chiếu tia sáng trắng nằm tiết diện thẳng lăng kính thủy tinh, vào lăng kính, theo phương vng góc với mặt bên lăng kính Góc chiết quang lăng kính 30° Biết chiết suất lăng kính tia đỏ 1,5 tia tím 1,6 Tính góc tạo tia ló màu đỏ tia ló màu tím A 4,54° W: www.hoc247.net B 12,23° F: www.facebook.com/hoc247.net C 2,34° D 9,16° Y: youtube.com/c/hoc247tvc Trang | Vững vàng tảng, Khai sáng tương lai Câu 15: Một lăng kính thủy tinh có góc chiết quang A =6°, có chiết suất tia đỏ n d =1,540 tia tím n t =1,580 Cho chùm tia sáng trắng hẹp, chiếu vng góc với mặt phẳng phân giác góc chiết quang, vào mặt bên lăng kính Tính góc tia đỏ tia tím ló khỏi lăng kính A 0,87° B 0,24° C 1,22° D 0,72° Đáp án W: www.hoc247.net D A D 4.C C 6.B 7.B C C 10 D 11 B 12 D 13.D 14.A 15 B F: www.facebook.com/hoc247.net Y: youtube.com/c/hoc247tvc Trang | Vững vàng tảng, Khai sáng tương lai Vững vàng tảng, Khai sáng tương lai Website HOC247 cung cấp môi trường học trực tuyến sinh động, nhiều tiện ích thơng minh, nội dung giảng biên soạn công phu giảng dạy giáo viên nhiều năm kinh nghiệm, giỏi kiến thức chuyên môn lẫn kỹ sư phạm đến từ trường Đại học trường chuyên danh tiếng I.Luyện Thi Online Học lúc, nơi, thiết bi – Tiết kiệm 90% - Luyên thi ĐH, THPT QG: Đội ngũ GV Giỏi, Kinh nghiệm từ Trường ĐH THPT danh tiếng xây dựng khóa luyện thi THPTQG mơn: Tốn, Ngữ Văn, Tiếng Anh, Vật Lý, Hóa Học Sinh Học Luyện thi vào lớp 10 chun Tốn: Ơn thi HSG lớp luyện thi vào lớp 10 chuyên Toán trường PTNK, Chuyên HCM (LHP-TĐN-NTH-GĐ), Chuyên Phan Bội Châu Nghệ An trường Chuyên khác TS.Trần Nam Dũng, TS Phạm Sỹ Nam, TS Trịnh Thanh Đèo Thầy Nguyễn Đức Tấn II.Khoá Học Nâng Cao HSG Học Toán Online Chuyên Gia Toán Nâng Cao THCS: Cung cấp chương trình Tốn Nâng Cao, Tốn Chun dành cho em HS THCS lớp 6, 7, 8, yêu thích mơn Tốn phát triển tư duy, nâng cao thành tích học tập trường đạt điểm tốt kỳ thi HSG Bồi dưỡng HSG Toán: Bồi dưỡng phân mơn Đại Số, Số Học, Giải Tích, Hình Học Tổ Hợp dành cho học sinh khối lớp 10, 11, 12 Đội ngũ Giảng Viên giàu kinh nghiệm: TS Lê Bá Khánh Trình, TS Trần Nam Dũng, TS Phạm Sỹ Nam, TS Lưu Bá Thắng, Thầy Lê Phúc Lữ, Thầy Võ Quốc Bá Cẩn đôi HLV đạt thành tích cao HSG Quốc Gia III.Kênh học tập miễn phí HOC247 NET cộng đồng học tập miễn phí HOC247 TV kênh Video giảng miễn phí HOC247 NET: Website hoc miễn phí học theo chương trình SGK từ lớp đến lớp 12 tất môn học với nội dung giảng chi tiết, sửa tập SGK, luyện tập trắc nghiệm mễn phí, kho tư liệu tham khảo phong phú cộng đồng hỏi đáp sôi động HOC247 TV: Kênh Youtube cung cấp Video giảng, chuyên đề, ôn tập, sửa tập, sửa đề thi miễn phí từ lớp đến lớp 12 tất mơn Tốn- Lý - Hố, Sinh- Sử - Địa, Ngữ Văn, Tin Học Tiếng Anh W: www.hoc247.net F: www.facebook.com/hoc247.net Y: youtube.com/c/hoc247tvc Trang | 10