Giải bài 24: Tán sắc ánh sáng

Bài viết gồm hai phần:

• Lý thuyết
• Hướng dẫn giải bài tập sách giáo khoa

A. Lý thuyết

I. Thế nào là tán sắc ánh sáng

Tán sắc ánh sáng là hiện tượng phân tách một chùm ánh sáng phức tạp (ánh sáng trắng) thành các chùm ánh sáng đơn sắc.

Chú ý:

• Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng có một màu nhất định và không bị tán sắc khi truyền qua lăng kính.
• Ánh sáng đơn sắc khi truyền qua lăng kính tuy không bị tán sắc nhưng vẫn bị lệch về phía đáy lăng kính do hiện tượng khúc xạ ánh sáng khi truyền qua mặt phân cách giữa hai môi trường.
• Mỗi ánh sáng đơn sắc chỉ có một mày duy nhất, ứng với một tần số nhất định (một bước sóng nhất định).
• Công thức liên hệ giữa vận tốc truyền sóng, bước sóng ánh sáng và tần số sóng:
• $\lambda  = \frac{v}{f}$.
• Khi sóng ánh sáng truyền từ môi trường này sang môi trường khác thì vận tốc và bước sóng thay đổi nhưng tần số sóng thì luôn không đổi.
• Mối liên hệ giữa bước sóng ánh sáng trong một môi trường với bước sóng ánh sáng trong chân không: $\lambda  = \frac{ \lambda _{0}}{n}$, với n là chiết suất của môi trường.
• Từ hiện tượng tán sắc, ta có thể định nghĩa ánh sáng trắng như sau: 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.

II. Giải thích hiện tượng tán sắc ánh sáng

Nguyên nhân của hiện tượng tán sắc ánh sáng: Do sự phụ thuộc của chiết suất của chất làm lăng kính vào bước sóng ánh sáng, cụ thế như sau:

• Chiết suất của môi trường đối 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.
• Mà chiết suất của lăng kính khác nhau với các ánh sáng khác nhau. Do đó, khi đi qua lăng kính, ánh sáng đơn sắc khác nhau bị lệch với những góc khác nhau nên ánh sáng trắng bị phân tách thành dải màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím.
• Chiết suất của lăng kính với ánh sáng đỏ là nhỏ nhất nên tia đỏ có góc lệch nhỏ nhất. Chiết suất của lăng kính đối với ánh sáng tím là lớn nhất nên tia tím có góc lệch lớn nhất (Theo định luật khúc xạ).

Chú ý:

1. Thứ tự sắp xếp của bước sóng: $\lambda _{đỏ} > \lambda _{cam} > … > \lambda _{tím}$
2. Thứ tự sắp xếp của chiết suất môi trường đối với từng ánh sáng đơn sắc: n_đỏ < n_cam < … < n_tím