BÀI 7: LĂNG KÍNH

1. NHẬN BIẾT (6 CÂU)

Câu 1: Lăng kính là gì? Nêu cấu tạo của lăng kính.

Trả lời:

Lăng kính là một khối trong suốt, đồng chất, được giới hạn bởi hai mặt phẳng không song song, thường có dạng lăng trụ hình tam giác.

Hai mặt phẳng giới hạn ở trên được gọi là các mặt bên của lăng kính, giao tuyến của hai mặt bên được gọi là cạnh của lăng kính. Mặt đối diện với cạnh là đáy của lăng kính.

Góc A hợp bởi hai mặt bên của lăng kính được gọi là góc chiết quang hay góc ở đỉnh của lăng kính. Một mặt phẳng bất kì vuông góc với các cạnh của lăng kính được gọi là mặt phẳng tiết diện chính.

Câu 2: Hãy mô tả cấu tạo của lăng kính trong phòng thí nghiệm bằng hình vẽ và chỉ ra góc chiết quang, mặt bên, cạnh và đáy của lăng kính.

Trả lời:

Câu 3: Hiện tượng tán sắc ánh sáng là gì? Lấy ví dụ.

Trả lời:

Khi chiếu một chùm ánh sáng trắng hẹp đi qua lăng kính, ta sẽ thu được dải màu từ đỏ đến tím. Dải màu này là quang phổ của ánh sáng trắng. Hiện tượng này gọi là hiện tượng tán sắc ánh sáng.

Ví dụ: cầu vồng

Câu 4: Ánh sáng đơn sắc là gì? Mô tả sự truyền ánh sáng đơn sắc qua lăng kính.

Trả lời:

Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng có một màu nhất định và không bị tán sắc khi đi qua lăng kính.

Một tia sáng đơn sắc SI đi từ phía đáy của lăng kính đến mặt bên AB cho tia khúc xạ IJ lệch về phía lăng kính và đáy tại mặt AC tia sang ló JR lại bị lệch thêm về phía đáy của lăng kính. ⇒ sau khi qua lăng kính, hướng của tia ló bị lệch về phía đáy của lăng kính so với hướng của tia tới

Câu 5: Màu sắc của một vật phụ thuộc vào những yếu tố nào? Vật màu đen có đặc điểm gì?

Trả lời:

Màu sắc của một vật được nhìn thấy phụ thuộc vào màu sắc của ánh sáng bị vật đó hấp thụ và phản xạ.

Vật màu đen hấp thụ tất cả các ánh sáng màu và không có ánh sáng phản xạ. Ta nhận ra vật có màu đen vì nó được đặt bên cạnh những vật có màu sắc khác.

Câu 6: Nêu cách tạo ra ánh sáng đơn sắc.

Trả lời:

Có thể tạo ra ánh sáng đơn sắc bằng cách chiếu ánh sáng trắng qua một tấm lọc màu (tấm lọc màu có thể là tấm kính màu hoặc mảnh giấy bóng có màu). Tấm lọc màu nào thì hấp thụ ít ánh sáng có màu đó nhưng hấp thụ mạnh ánh sáng có màu khác.

2. THÔNG HIỂU (4 CÂU)

Câu 1: Giải thích nguyên nhân khiến ánh sáng bị bẻ cong khi đi qua lăng kính.

Trả lời:

Ánh sáng bị bẻ cong khi đi qua lăng kính do hiện tượng khúc xạ. Khi ánh sáng đi từ môi trường không khí vào lăng kính (một vật liệu có mật độ quang học cao hơn), tốc độ của ánh sáng thay đổi, dẫn đến việc ánh sáng đổi hướng. Nguyên nhân dẫn đến việc bẻ cong này là do sự khác biệt về mật độ giữa không khí và lăng kính, khiến ánh sáng bị phân tán và tạo ra các màu sắc khác nhau.

Câu 2: Hãy mô tả cách mà lăng kính tạo ra màu sắc của cầu vồng.

Trả lời:

Lăng kính tạo ra màu sắc của cầu vồng thông qua quá trình tán sắc ánh sáng. Khi ánh sáng trắng từ Mặt Trời đi qua lăng kính, nó bị bẻ cong và phản xạ, làm cho ánh sáng bị phân tách thành các màu sắc khác nhau. Kết quả là ta thu được một dải màu liên tiếp, bao gồm bảy màu chính: đỏ, da cam, vàng, lục, lam, chàm và tím. Hiện tượng này xảy ra do các bước sóng ánh sáng khác nhau bị bẻ cong ở các góc khác nhau.

Câu 3: Vẽ sơ đồ đường đi của ánh sáng qua một lăng kính và chỉ rõ các góc như góc tới, góc khúc xạ.

Trả lời:

i₁ là góc tới, r₁ là góc khúc xạ

i₂ là góc tới, r₂ là góc khúc xạ

Câu 4: Lăng kính có góc ở đỉnh là 60°. Chùm tia song song qua lăng kính có độ lệch cực tiểu là D_min = 42°. Tìm chiết suất của lăng kính

Trả lời:

Điều kiện để góc lệch cực tiểu: D = D_min => i₁ = i₂ = i

D_min = 2i – A => i =

Khi đó: r₁ = r₂ = r =

3. VẬN DỤNG (3 CÂU)

Câu 1: Một lăng kính phân tích ánh sáng trắng thành các màu sắc khác nhau. Hãy giải thích hiện tượng này dựa trên tính chất của ánh sáng.

Trả lời:

Hiện tượng lăng kính phân tích ánh sáng trắng thành các màu sắc khác nhau được gọi là tán sắc ánh sáng. Đây là cách nó hoạt động:

+ Ánh sáng trắng: Ánh sáng trắng thực chất là sự kết hợp của nhiều ánh sáng màu khác nhau, bao gồm đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm và tím.

+ Lăng kính: Lăng kính là một khối trong suốt, thường có hình dạng tam giác. Khi ánh sáng trắng chiếu vào lăng kính, mỗi màu sắc trong ánh sáng trắng sẽ bị khúc xạ (bẻ cong) một lượng khác nhau do sự khác biệt về bước sóng của chúng.

+ Khúc xạ ánh sáng: Khi ánh sáng đi từ không khí vào lăng kính, nó sẽ bị chậm lại và bẻ cong. Mỗi màu sắc có một bước sóng khác nhau, do đó chúng bị bẻ cong với các góc khác nhau. Màu đỏ có bước sóng dài nhất nên bị bẻ cong ít nhất, trong khi màu tím có bước sóng ngắn nhất nên bị bẻ cong nhiều nhất

⇒ Khi ánh sáng trắng đi qua lăng kính, nó sẽ tách ra thành một dải màu liên tục từ đỏ đến tím, giống như cầu vồng. Đây là hiện tượng tán sắc ánh sáng.

Câu 2: Một tia sáng tới vuông góc với mặt AB của tiết diện thẳng của một lăng kính có chiết suất n = 1,41 và góc ở đỉnh A = 30°, B là góc vuông (Hình 7.3). Tính góc lệch của tia sáng qua lăng kính. Cho biết sin 30° = 0,5; sin 45°≈ 0,7.

Trả lời:

Tia tới SI ⊥ AB ⇒ i₁ = 0; r = 0; i₂ = A = 30°

Góc lệch của tia sáng qua lăng kính là: =15°.

Câu 3: Em có một tấm kính lọc A màu đỏ và một tấm kính lọc B màu lục.

a) Nếu nhìn một tờ giấy trắng qua cả hai tấm kính lọc đó thì em sẽ thấy tờ giấy đó màu gì? Giải thích.

b) Đặt tấm lọc A trước tấm kính lọc B hoặc đặt tấm kính lọc B trước tấm kính lọc A thì màu tờ giấy trong hai trường hợp có như nhau không? Giải thích.

Trả lời:

Ta biết: chiếu ánh sáng trắng qua tấm kính lọc màu nào thì sẽ nhìn thấy được ánh sáng có màu của tấm kính lọc đó.

a) Ta sẽ thấy màu đen. Vì ánh sáng trắng được hắt lên từ tờ giấy sau khi qua tấm kính lọc A màu đỏ thì chỉ có ánh sáng đỏ truyền qua được. Ánh sáng đó không đi qua được tấm kính lọc B màu lục, nên ta thấy màu đen.

b) Nếu cho ánh sáng đi qua tấm kính lọc B trước rồi mới qua tấm kính lọc A thì hiện tượng xảy ra như trên và ta vẫn thấy tờ giấy màu đen.

4. VẬN DỤNG CAO (2 CÂU)

Câu 1: Lăng kính thủy tinh có tiết diện thẳng là tam giác cân ABC đỉnh A, chiết suất n, đặt trong không khí. Một tia sáng đơn sắc được chiếu vuông góc tới mặt bên AB. Sau hai lần phản xạ toàn phần trên hai mặt AC và AB, ti sáng ló ra khỏi đáy BC theo phưong vuông góc với BC. Hãy tính giá trị của góc chiết quang A và chiết suất n.

Trả lời:

Từ hình vẽ: mà r = 2i

Ta có:

Điều kiện phản xạ toàn phần tại I:

Câu 2: Chậu chứa chất lỏng có chiết suất 1,5. Tia tới chiếu tới mặt thoáng vói góc tới 45° thì góc lệch khi ánh sáng khúc xạ vào chất lỏng là β. Tia tới cố định, nghiêng đáy chậu một góc a thi góc lệch giữa tia tới và tia ló đúng bằng β. Biết đáy chậu trong suốt và có bề dày không đáng kể, như hình vẽ. Tính giá trị góc α ?

Trả lời:

Để góc lệch không thay đổi thì tia khúc xạ phải thẳng góc với mặt đáy, suy ra:

Mà , n = 1,5