Chương : Tính chất sóng của ánh sáng

CHƯƠNG : TÍNH CHẤT SÓNG CỦA ÁNH SÁNG
A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT
I. Tán sắc ánh sáng.
* Sự tán sắc ánh sáng:Tán sắc ánh sáng là sự phân tách một chùm sáng phức tạp thành các chùm sáng đơn sắc. 
* Ánh sáng đơn sắc, ánh sáng trắng
 -Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng không bị tán sắc khi đi qua lăng kính. Mỗi ánh sáng đơn sắc có một màu gọi là màu đơn sắc.Mỗi màu đơn sắc trong mỗi môi trường có một bước sóng xác định.
 -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.
 -Ánh sáng trắng là tập hợp của vô số ánh sáng đơn sắc khác nhau có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím. 
 -Dải có màu như cầu vồng (có có vô số màu nhưng được chia thành 7 màu chính là đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím) gọi là quang phổ của ánh sáng trắng.
 -Chiết suất của các chất trong suốt biến thiên theo màu sắc ánh sáng và tăng dần từ màu đỏ đến màu tím. 
* Ứng dụng của sự tán sắc ánh sáng 
	-Máy quang phổ phân tích một chùm sáng đa sắc, do các vật sáng phát ra, thành các thành phần đơn sắc.
	-Hiện tượng cầu vồng xảy ra do sự tán sắc ánh sáng, các tia sáng Mặt Trời đã bị khúc xạ và phản xạ trong các giọt nước trước khi tới mắt ta.
Phương pháp giải:
Áp dụng các công thức của lăng kính :
+ Công thức tổng quát: sini1 = n sinr1
 sini2 = n sinr2
 A = r1 + r2 
 D = i1 + i2 – A 
 +Trường hợp i và A nhỏ: i1 = nr1 ; i2 = nr2; D = (n – 1)A
 +Góc lệch cực tiểu:
 Dmin 
 +Công thức tính góc lệch cực tiểu: 
Điều kiện để có phản xạ toàn phần: n1 > n2 i > igh với sinigh = 
Với ánh sáng trắng: 
II. Nhiễu xạ ánh sáng – Giao thoa ánh sáng.
a. Nhiểu xạ ánh sáng: Nhiễu xạ ánh sáng là hiện tượng truyền sai lệch với sự truyền thẳng của ánh sáng khi đi qua lỗ nhỏ hoặc gặp vật cản. Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng.
b. Hiện tượng giao thoa ánh sáng
	-Hai chùm sáng kết hợp là hai chùm phát ra ánh sáng có cùng tần số và cùng pha hoặc có độ lệch pha không đổi theo thời gian.
 -Khi hai chùm sáng kết hợp gặp nhau chúng sẽ giao thoa: 
 +Những chổ hai sóng gặp nhau mà cùng pha nhau, chúng tăng cường lẫn nhau tạo thành các vân sáng. 
 +Những chổ hai sóng gặp nhau mà ngược pha với nhau, chúng triệt tiêu nhau tạo thành các vân tối.
 -Nếu ánh sáng trắng giao thoa thì hệ thống vân của các ánh sáng đơn sắc khác nhau sẽ không trùng nhau: 
 +Ở chính giữa, vân sáng của các ánh sáng đơn sắc khác nhau nằm trùng nhau cho một vân sáng trắng gọi là vân trắng chính giữa ( vân trung tâm) . 
 +Ở hai bên vân trung tâm, các vân sáng khác của các sóng ánh sáng đơn sắc khác nhau không trùng với nhau nữa, chúng nằm kề sát bên nhau và cho những quang phổ có màu như ở màu cầu vồng.
 -Hiện tượng giao thoa ánh sáng là bằng chứng thực nghiệm khẵng định ánh sáng có tính chất sóng. 
S1
D
S2
d1
d2
I
O
x
M
a
c.Vị trí vân, khoảng vân trong giao thoa ánh sáng khe Young
 + Vị trí vân sáng: xs = k; với k Î Z.
 + Vị trí vân tối: xt = (2k + 1) ; với k Î Z.
 + Khoảng vân : i = . => Bước sóng: 
 + Giữa n vân sáng liên tiếp có (n – 1) khoảng vân.
x
e , n
 => Vị trí vân sáng: xs = ki 
 => Vị trí vân tối: xt = (2k + 1)i/2 
d. Thí nghiệm Young có bản mặt song song :
- Do có bản mỏng có bề dày là e, chiết suất n :
 + Quang lộ từ S1 đến M là : S1M = (d1 – e)+ n.e
 + Quang lộ từ S2 đến M là : S2M = d2
- Hiệu quang trình : = S2M – S1M = d2 – d1 – e = - e
- Vị trí vân sáng : xs = k+ 
- Vị trí vân tối : xt = (k + 0,5) + 
- Hệ vân dời một đoạn về phía có đặt bản mặt song song: = 
e. Bước sóng và màu sắc ánh sáng
+ Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng có một bước sóng xác định trong chân không. 
+ Mọi ánh sáng đơn sắc mà ta nhìn thấy (ánh sáng khả kiến) đều có bước sóng trong chân không (hoặc không khí) trong khoảng từ 0,38mm (ánh sáng tím) đến 0,76mm (ánh sáng đỏ).
+ Những màu chính trong quang phổ ánh sáng trắng (đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím) ứng với từng vùng có bước sóng lân cận nhau. Bảng màu và bước sóng của ánh sáng trong chân không như sau:
Màu sắc
Bước sóng trong chân không (mm)
Bước sóng trong chân không (nm)
Đỏ
0,640 – 0,760
640 – 760
Cam
0,590 – 0,650
590 – 650
Vàng
0,570 – 0,600
570 – 600
Lục
0,500 – 0,575
500 – 575
Lam
0,450 – 0,510
450 – 510
Chàm
0,430 – 0,460
430 – 460
Tím
0,380 – 0,440
380 – 440
III. Quang phổ.
a. Máy quang phổ lăng kính
+ Máy quang phổ là dụng cụ phân tích chùm sáng nhiều thành phần thành những thành phần đơn sắc khác nhau. 
+ Máy dùng để nhận biết các thành phần cấu tạo của một chùm sáng phức tạp do một nguồn phát ra.
+ Máy quang phổ có ba bộ phận chính:
	- Ống chuẫn trực là bộ phận tạo ra chùm sáng song song.
	- Hệ tán sắc có tác dụng phân tích chùm tia song song thành nhiều chùm tia đơn sắc song song.
	- Buồng ảnh dùng để quan sát hay chụp ảnh quang phổ.
+ Nguyên tắc hoạt động của máy quang phổ lăng kính dựa trên hiện tượng tán sắc ánh sáng.
 b. Các loại quang phổ
Quang phổ liên tục
Quang phổ vạch phát xạ
Quang phổ vạch hấp thụ
Định nghĩa
Gồm một dãi màu có màu thay đổi một cách liên tục từ đỏ đến tím. .
Gồm các vạch màu riêng lẻ, ngăn cách nhau bởi những khoảng tối.
Gồm các vạch hay đám vạch tối trên nền quang phổ liên tục.
Nguồn phát
Do các chất rắn, chất lỏng hay chất khí có áp suất lớn khi bị nung nóng phát ra 
Do các chất khí hay hơi ở áp suất thấp khi bị kích thích bằng điện hay nhiệt phát ra.
-Các chất rắn, chất lỏng và chất khí đều cho được quang phổ hấp thụ. 
-Nhiệt độ của chúng phải thấp hơn nhiệt độ nguồn phát quang phổ liên tục
Đặc điểm
Không phụ thuộc thành phần cấu tạo nguồn sáng .
Chỉ phụ thuộc nhiệt độ của nguồn sáng.
Các nguyên tố khác nhau thì khác nhau về: số lượng vạch, vị trí các vạch và độ sáng độ sáng tỉ đối giữa các vạch.
-Mỗi nguyên tố hoá học có một quang phổ vạch đặc trưng của nguyên tố đó.
-Quang phổ hấp thụ của chất khí chỉ chứa các vạch hấp thụ.
-Còn quang phổ của chất lỏng và rắn lại chứa các “đám”, mỗi đám gồm nhiều vạch hấp thụ nối tiếp nhau một cách liên tục .
Ứng dụng
Dùng để xác định nhiệt độ của các vật 
Biết được thành phần cấu tạo của nguồn sáng.
Nhận biết được sự có mặt của nguyên tố trong các hỗn hợp hay hợp chất.
IV. Tia hồng ngoại – Tia tử ngoại -Tia X.
a. Phát hiện tia hồng ngoại và tử ngoại
	Ở ngoài quang phổ ánh sáng nhìn thấy, ở cả hai đầu đỏ và tím, còn có những bức xạ mà mắt không nhìn thấy, nhưng nhờ mối hàn của cặp nhiệt điện và bột huỳnh quang mà ta phát hiện được. Các bức xạ đó gọi là tia hồng ngoại và tia tử ngoại.
b.Dùng ống Cu-lít-giơ tạo ra tia X: 
Là ống thủy tinh chân không bên trong có hai điện cực:
 - Catot K bằng kim loại, hình chỏm cầu làm cho các electron từ FF’ hội tụ vào anot A
 - Anot A bằng kim loại có khối lượng nguyên tử lớn và điểm nóng chảy cao làm nguội bằng nước
 Dây FF’ được nung nóng bằng một dòng điện, các e bay từ FF’ đến đập vào A làm phát ra tia X
b.Các tia
Tiêu đề
Tia hồng ngoại
Tia tử ngoại
Tia X
Bản chất
Cùng là Sóng điện từ nhưng có bước sóng khác nhau
Bước sóng
7,6.10-7m ®10-3m.
3,8.10-7m ® 10-8m
 10-8m ®10-11m
Nguồn phát
Vật nhiệt độ cao hơn môi trường: Trên 00K đều phát tia hồng ngoại.Bóng đèn dây tóc, bếp ga, bếp than, điốt hồng ngoại...
Vật có nhiệt độ cao hơn 20000C: 
đèn huỳnh quang, đèn thuỷ ngân, màn hình tivi. 
-ông tia X
-ông Cu-lit-giơ
-phản ứng hạt nhân
Tính chất
Truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ, giao thoa, nhiễu xạ, tác dụng nhiệt, tác dụng lên kính ảnh (phim)
-Tác dụng nhiệt:Làm nóng vật
-Gây ra một số phản ứng hóa học. 
-Gây ra hiện tượng quang điện trong, ngoài.
-Làm phát quang của một số chất, làm ion hóa chất khí, có tác dụng sinh lí, hủy hoại tế bào, diệt khuẩn.
-Gây ra hiện tượng quang điện trong của chất bán dẫn 
-Biến điệu biên độ 
-Bị nước và thuỷ tinh hấp thụ
-Tầng ôzôn hấp thụ hầu hết các tia có l dưới 300nm và là “tấm áo giáp” bảo vệ người và sinh vật trên mặt đất khỏi tác dụng của các tia tử ngoại từ Mặt Trời.
-Có khả năng đâm xuyên mạnh.
-Tia X có bước sóng càng ngắn thì khả năng đâm xuyên càng lớn; đó là tia X cứng.
Ứng dụng
-Sưởi ấm, sấy khô,
-Làm bộ phận điều khiển từ xa...
-Chụp ảnh hồng ngoại 
-Trong quân sự: Tên lửa tìm mục tiêu; chụp ảnh quay phim HN; ống nhòm hồng ngoại để quan sát ban đêm...
-Tiệt trùng thực phẩm, dụng cụ y tế,
-Tìm vết nứt trên bề mặt sản phẩm, chữa bệnh còi xương.
-Chụp X quang; chiếu điện
-Chụp ảnh bên trong sản phẩm
-Chữa bệnh ung thư nông
c.Thang sóng điện từ.
+ Sóng vô tuyến, tia hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy, tia tử ngoại, tia Rơnghen, tia gamma là sóng điện từ. 
Các loại sóng điện từ đó được tạo ra bởi những cách rất khác nhau, nhưng về bản chất thì chúng cũng chỉ là một và giữa chúng không có một ranh giới nào rỏ rệt.
+Tuy vậy, vì có tần số và bước sóng khác nhau, nên các sóng điện từ có những tính chất rất khác nhau (có thể nhìn thấy hoặc không nhìn thấy, có khả năng đâm xuyên khác nhau, cách phát khác nhau). 
 Các tia có bước sóng càng ngắn (tia X, tia gamma) có tính chất đâm xuyên càng mạnh, dễ tác dụng lên kính ảnh,làm phát quang các chất và dễ ion hóa không khí. 
 Với các tia có bước sóng dài ta dễ quan sát hiện tượng giao thoa. 
:tăng
 f: giảm
e: giảm
Ánh sáng tím 
Ánh sáng đỏ 
Tia hồng ngoại
Tia tử ngoại
Tia X
Tia 
Sóng Radio
10-11
10-8
3,810-7
7,610-7
10-2
-Sắp xếp thang sóng điện từ theo thứ tự bước sóng tăng dần (hay tần số giảm dần): 
Soùng voâ tuyeán ñieän
Tia hoàng ngoaïi
AÙnh saùng nhìn thaáy
Tia töû ngoaïi
Tia X
Tia gamma
 -Sắp xếp thang sóng điện từ theo thứ tự bước sóng giảm dần (hay tần số tăng dần): B. CÁC DẠNG BÀI TẬP 
1. Sự tán sắc ánh sáng .
a. Kiến thức:
Tán sắc ánh sáng là hiện tượng một chùm ánh sáng phức tạp bị phân tích thành các chùm ánh sáng đơn sắc.
Nguyên nhân của hiện tượng tán sắc là do chiết suất của môi trường biến thiên theo màu sắc ánh sáng, và tăng dần từ màu đỏ đến màu tím :(nđỏ < ncam < nvàng < nlục < nlam < nchàm < ntím.) 
 =>Tia màu đỏ lệch ít nhất, tia màu tím lệch nhiều nhất. 
Bước sóng ánh sáng trong chân không: l = ; với c = 3.108 m/s.
Bước sóng ánh sáng trong môi trường: l’ = .
Khi truyền từ môi trường trong suốt này sang môi trường trong suốt khác vận tốc truyền của ánh sáng thay đổi, bước sóng của ánh sáng thay đổi nhưng tần số (chu kì, tần số góc) của ánh sáng không thay đổi.
Thường các bài toán liên quan đến các công thức của lăng kính:
+ Công thức chung: sini1 = nsinr1; sini2 = nsinr2; A = r1 + r2; D = i2 + i2 - A.
 Khi i1 = i2 (r1 = r2) thì D = Dmin với sin = n ( Đối xứng)
+ Khi góc chiết quang A và góc tới i1 đều nhỏ (≤ 100), ta có các công thức gần đúng: 
 i1 = nr1; i2 = nr2; A = r1 + r2; D = A(n – 1); Dmin = A(n – 1).
+ Khi cần thiết, một số bài toán còn liên quan đến định luật phản xạ:
 i = i’, định luật khúc xạ: n1sini1 = n2sini2.
b.Bài tập:
Bài 1. Bước sóng của ánh sáng đỏ trong không khí là 0,64 mm. Tính bước sóng của ánh sáng đó trong nước biết chiết suất của nước đối với ánh sáng đỏ là .
Giải Bài 1. Ta có: l’ = = 0,48 mm.
Bài 2. Một ánh sáng đơn sắc có bước sóng của nó trong không khí là 0,6 mm và trong chất lỏng trong suốt là 0,4 mm. Tính chiết suất của chất lỏng đối với ánh sáng đó.
Giải Bài 2. Ta có: l’ = ð n = = 1,5.
Bài 3. Một chùm ánh sáng hẹp, đơn sắc có bước sóng trong chân không là l = 0,60 mm. 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. 
Giải Bài 3. Ta có: f = = 5.1014 Hz; T = = 2.10-15 s; v = = 2.108 m/s; l’ = = = 0,4 mm.
Bài 4. Một lăng kính có góc chiết quang là 600. Biết chiết suất của lăng kính đối với ánh sáng đỏ là 1,5. Chiếu tia sáng màu đỏ vào mặt bên của lăng kính với góc tới 600. Tính góc lệch của tia ló so với tia tới.
Giải Bài 4. Ta có: sinr1 = = 0,58 = sin35,30 ð r1 = 35,30 ð r2 = A – r1 = 24,70; 
 sini2 = nsinr2 = 0,63 = sin38,00 ð i2 = 38,80 ð D = i2 + i2 – A = 38,80.
Bài 5. Một lăng kính thủy tinh có góc chiết quang A = 600, có chiết suất đối với tia đỏ là 1,514; đối với tia tím là 1,532. Tính góc lệch cực tiểu của hai tia này.
Giải Bài 5. Với tia đỏ: sin = ndsin= sin49,20 ð = 49,20 ðDdmin = 2.49,20 – A = 38,40 = 38024’. Với tia tím: sin = ntsin= sin500 ð = 500 ðDtmin = 2.500 – A = 400.
Bài 6. 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. Chiếu một chùm tia sáng hẹp gồm hai bức xạ đỏ và tím vào mặt bên của lăng kính theo phương vuông góc với mặt này. Tính góc tạo bởi tia đỏ và tia tím sau khi ló ra khỏi mặt bên kia của lăng kính.
Giải Bài 6. Với A và i1 nhỏ (£ 100) ta có: D = (n – 1)A. Do đó: Dd = (nd = 1)A; Dt = (nt – 1)A. 
 Góc tạo bởi tia ló đỏ và tia ló tím là: DD = Dt – Dd = (nt – nd)A = 0,1680 » 10’.
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.
Giải Bài 7. Ta có: sini = nsinr = nsin(900 – i’) = nsin(900 – i) = ncosi ð n = tani = .
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.
Giải Bài 8. Ta có: sinrd = = 0,574 = sin350; sinrt = = 0,555 = sin33,70 ð Dr = rd – rt = 1,30.
H
Đ
T
d
A
Dt
Dđ
Bài 9.(ĐH-2011): Một lăng kính có góc chiết quang A = 60 (coi là góc nhỏ) được đặt trong không khí. Chiếu một chùm ánh sáng trắng song song, hẹp vào mặt bên của lăng kính theo phương vuông góc với mặt phẳng phân giác của góc chiết quang, rất gần cạnh của lăng kính. Đặt một màn ảnh E sau lăng kính, vuông góc với phương của chùm tia tới và cách mặt phẳng phân giác của góc chiết quang 1,2 m. Chiết suất của lăng kính đối với ánh sáng đỏ là nđ = 1,642 và đối với ánh sáng tím là nt = 1,685. Độ rộng từ màu đỏ đến màu tím của quang phổ liên tục quan sát được trên màn là
	A. 5,4 mm.	B. 36,9 mm.	C. 4,5 mm.	D. 10,1 mm.
Giải: Sử dụng công thức gần đúng góc ló lệch của lăng kính: D = (n-1)A 
Ta có: Dt = (1,685-1)6; Dđ = (1,642-1)6 
Nhập máy tính lưu ý đơn vị của góc là độ (Máy Fx570ES chọn SHITF MODE 3)
Bề rộng quang phổ: l= d (tagDt - tagDđ ) = 1200(tan(0,685x6) -tan(0,642x6) )
 l= d (tagDt - tagDđ )= 5,429719457 (mm) = 5,4mm. Chọn A 
d = 2m
OĐ
T
Bài 10: Góc chiết quang của một lăng kính bằng 60. Chiếu một tia sáng trắng vào mặt bên của lăng kính theo phương vuông góc với mặt phẳng phân giác của góc chiết quang. Đặt một màn quan sát sau lăng kính, song song với mặt phân giác của góc chiết quang và cách mặt này 2m. Chiết suất của lăng kính đối với tia đỏ là nđ = 1,50 và đối với tia tím là nt= 1,56. Độ rộng của quang phổ liên tục trên màn quan sát bằng
A. 6,28mm. 	B. 12,60 mm. 	C. 9,30 mm. 	D. 15,42 mm.
Giải: Góc lệch của tia đỏ và tia tím qua LK
Dđ = (nđ – 1)A = 30
Dt = (nt – 1)A = 3,360
Độ rộng của quang phổ liên tục trên màn quan sát 
a = ĐT = OT – OĐ
 OT = dtanDđ=t » dDt
 OĐ = dtanDđ » dDđ
=> a = d(Dt - Dđ) = d.0,36. = 0,01256m => a = 12,56mn » 12,6 mm. Đáp án B
Bài 11:.Lăng kính có tiết diện là tam giác cân ABC, góc chiết quang A = 1200,
 chiết suất của lăng kính đối với mọi loại ánh sáng đều lớn hơn . 
Chiếu tia sáng trắng tới mặt bên AB của lăng kính theo phương song song với BC 
 i
 r 
 i’
 a ·
·C
·B
A·
sao cho toàn bộ chùm khúc xạ ở mặt AB truyền xuống BC. Tại BC chùm sáng sẽ:
A. Một phần phần chùm sáng phản xạ và một phần khúc xạ.
B. Phản xạ toàn phần lên AC rồi ló ra ngoài theo phương song song BC
C. Ló ra ngoài theo phương song song AB
D. Ló ra ngoài theo phương song song AC
Giải: sinigh = <;igh < 450
Xet một tia sáng bất kì ,Tại mặt bên A góc tới i = 600
 sinr = = r < 37,760rmax = 37,760 
=> góc tới tại mặt BC i’ > igh => tia sáng phản xạ toàn phần ở mặt BC tới gặp AC và ló ra khỏi AC theo phương song song với BC. Chọn B
i
T Đ
H
i
I2
I1
Bài 12: Chiếu một chùm tia sáng trắng song song có bề rộng 5cm từ không khí đén mặt khối thủy tinh nằm ngang dưới góc tới 600. Cho chiết suất của thủy tinh đối với tia tím và tia đỏ ần lượt là và thì tỉ số giữa bề rộng chùm khúc xạ tím và đỏ trong thủy tinh là:
A. 1,58. B. 0,91 C. 1,73. D. 1,10
Giải: Theo ĐL khúc xạ ta có sinr = sini/n
sinrt = ;rt = 300
sinrđ = rđ » 380
Gọi ht và hđ là bề rộng của chùm tia khúc xạ tím và đỏ trong thủy tinh.
Xét các tam giác vuông I1I2T và I1I2Đ; 
Góc I1I2T bằng rt; Góc I1I2Đ bằng rđ
 ht = I1I2 cosrt.
 hđ = I1I2 cosrđ.
=> . Chọn D
Bài 13. Chiếu một tia sáng đơn sắc, nằm trong tiết diện thẳng, tới mặt bên của một lăng kính có 
góc chiết quang A (như hình vẽ). Tia ló ra khỏi mặt bên với góc lệch D so với tia tới. 
Trong điều kiện nào góc lệch D đạt giá trị cực tiểu ? 
Dùng giác kế (máy đo góc) xác định được và .
Tính chiết suất n của lăng kính?
Giải: Ta có khi góc tới bằng góc ló.
Khi đó 
Cách 2: r1 +r2 =A mà r1+r2 = 600 Þ r1 = 300 . Mặt khác Dmin= i1 + i2 –A =2i1 – A Þ i1 = 	 
= 450. Biết i1 =450 và r1 = 300 ta có sini1 = n.sinr1 Þ n = 
Bài 14: Một lăng kính có tiết diện thẳng là một tam giác đều, chiết suất , đặt trong không khí (chiết suất n0 = 1). Chiếu một tia sáng đơn sắc nằm trong một tiết diện thẳng đến một mặt bên của lăng kính và hướng từ phía đáy lên với góc tới i.
Góc tới i bằng bao nhiêu thì góc lệch của tia sáng đi qua lăng kính có giá trị cực tiểu Dmin? tính D min.
Giữ nguyên vị trí tia sáng tới. Để tia sáng không ló ra được ở mặt bên thứ hai thì phải quay lăng kính quanh cạnh lăng kính theo chiều nào với góc nhỏ nhất bằng bao nhiêu? Cho sin21,470 = 0,366.
Giải: 
Góc lệch đạt cực tiểu khi góc tới bằng góc ló: 
Vậy . Và 
Ta có .
Để tia sáng không có ra sau lăng kính thì ít nhất là r2min = igh = 450
 Vậy 
Vậy phải quay lăng kính theo chiều sau cho góc i1 giảm từ 450 xuống 21,470. Trên hình vẽ cạnh AB quay tới A’B’ tức là pháp tuyến IN quay tới IN’ một góc : 
Bài 15: Cho một lăng kính thủy tinh có góc chiết quang A= 40 . Chiếu một chùm sáng trắng song song, hẹp theo phương vuông góc vớ mặt phân giác của góc chiết quang, tới cạnh của lăng kính sao cho một phần qua lăng kính. Một màn E đặt song song với mặt phẳng phân giác của góc A và cách nó 1 khoảng d = 1m.Biết chiết suất của lăng kính đối với ánh sáng đỏ là nd= 164, đối với ánh sáng tím là nt = 1.68.
Tinh góc làm bởi 2 tia màu đỏ và màu tím.
Tính độ rộng dải màu quan sát thấy trên màn E. 
Giải: 
Vẽ hình mô tả: 1 vạch sáng trắng, 1 dải màu tím đến đỏ
giải thích: phần không qua lăng kính truyền thẳng
không tán sắc. Phần qua lăng kính lệch về đáy, 
phân tích thành các màu từ đỏ đến tím do tán sắc. 
Độ lệch ít hơn chứng tỏ chiết xuất của lăng kính đối với tia tím lớn hơn tia đỏ
đối với tia đỏ: Dd=(nđ-1)A; đối với tia tím: Dt=(nt-1)A
Þ Góc hợp bởi tai đỏ và tia tím: a = Dt – D đ = =(nt-nđ)A = (1,68-1,64).=0,00279(rad).
Bề rộng dãi màu thu được trên màn E : Dx = d( tanDt – tanD đ) »d(Dt – D đ) =1.0,00279(m) =2,79(mm)
· ·
T Đ
b
h
i
rt
rđ
Bài 16: Chiếu một chùm ánh sáng trắng song song, hẹp tới mặt nước của một bể nước với góc tới i = 300. Biết chiết suất của nước với màu đỏ là lđ = 1,329 ; với màu tím là lt = 1,343. Bể nướcsâu 2m. Bề rộng tối thiểu của chùm tia tới để vệt sáng ở đáy bể có một vạch sáng màu trắng là
A. 0,426 cm. 	B. 1,816 cm. 	C. 2,632 cm. 	D. 0,851 cm.
Giải:
Gọi h là chiều sâu của nước trong bể a = TĐ là bề rộng của
vùng quang phổ trên đáy bể: TĐ = a = h (tanrđ – tanrt) 
 = n => sinr = sini/n = = 
tanr = == = 
tanrđ = = 0,406; tanrt = = 0,401
 a = h (tanrđ – tanrt) = 2(0,406 – 0,401) = 0,01m = 1cm
Để có vệt sáng trắng trên đáy bể thì tại vị trí vệt đỏ trên đáy phải có vệt sáng tím T’ trùng Đ . Vùng sáng tối thiểu trên mặt nước là a = TĐ = 1cm. 
Do đó bề rộng tối thiểu của chùm tia tới b = acos300 = = 0,866 cm. Chọn đáp án D
Bài 17: Một tia sáng trắng chiếu tới mặt bên của một lăng kính thuỷ tinh tam giác đều. Tia ló màu vàng qua lăng kính có góc lệch cực tiểu. Biết chiết suất của lăng kính đối với ánh sáng vàng, ánh sáng tím lần lượt là nv = 1,5 và nt = 1,52. Góc tạo bởi tia ló màu vàng và tia ló màu tím có giá trị xấp xỉ bằng: 
V
T
A. 0,770 B. 48,590  	C. 4,460 	D. 1,730.
Giải: Tia vàng có góc lệch cực tiểu nên r1 = 300 
Nên sini = nV sin 300 --à i = i’V = 48, 590
Sinrt = sini/nt = sin 48,590/1,52= 0,493
rt = 29,570 -à r’t = 600 – 29,570 = 30,430
sini’t = 1,52.sin30,430 = 0,77 i’t = 50,340
Góc tạo bởi tia ló màu vàng và tia ló màu tím 
có giá trị xấp xỉ bằng: 50,34-48,59 = 1,750 Chọn D
Bài 18: Một tia sáng trắng chiếu tới bản hai mặt song song với góc tới i = 600. Biết chiết suất của bản mặt đối với tia tím và tia đỏ lần lượt là 1,732 và 1,70. Bề dày của bản mặt e = 2 cm. Độ rộng của chùm tia khi ra khỏi bản mặt là:
A. 0,146 cm. 	B. 0,0146 m.	 C. 0,0146 cm. 	D. 0,292 cm.
T a Đ
 h
i
I
i
H
Giải: Gọi h bề rộng của chùm tia ló ; 
a = TĐ là khoảng cách giữa 2 điểm ló
của tia tím và tia đỏ
a = e (tanrđ – tanrt) (cm)
 = n => sinr = sini/n = = 
tanr = == = 
tanrt = = 0,5774; tanrđ = = 0,592
 a = e (tanrđ – tanrt) = 2(0,592 – 0,5774) = 0,0292 (cm) => h = asin(900 – i) = asin300 = a/2 = 0,0146 cm.Đáp án A
600
Bài 19: Chiếu một chùm ánh sáng trắng song song hẹp (coi như một tia sáng) từ không khí vào một bể nước với góc tới bằng 300. Dưới đáy bể có một gương phẳng đặt song song với mặt nước và mặt phản xạ hướng lên. Chùm tia ló ra khỏi mặt nước sau khi phản xạ tại gương là 
A. chùm sáng song song có màu cầu vồng, phương vuông góc với tia tới.
B. chùm sáng song song có màu cầu vồng, phương hợp với tia tới một góc 600.
C. chùm sáng phân kì có màu cầu vồng, tia tím lệch nhiều nhất, tia đỏ lệch ít nhất.
D. chùm sáng phân kì có màu cầu vồng, tia tím lệch ít nhất, tia đỏ lệch nhiều nhất. 
Giải: Do tính chất đối xứng của tia tới và tia phản xạ ở gương phẳng ta có
 góc tới và góc ló của các tia đơn sắc bằng nhau và đều bằng 300 nên chùm
tia ló là chùm song song, hợp với phương tới một góc 600. 
Mặt khác chùm tia khúc xạ của ánh sáng trắng truyền từ không khí vào nước
 có màu cầu vồng nên chùm tia ló có màu cầu vồng. đáp án B
Bài 20: Chiếu một chùm ánh sáng trắng song song, hẹp tới mặt nước của một 
b
h
i
rt
rđ
bể nước với góc tới i = 300. Biết chiết suất của nước với màu đỏ là lđ = 1,329 ; với màu tím là lt = 1,343. Bể nướcsâu 2m. Bề rộng tối thiểu của chùm tia tới để vệt sáng ở đáy bể có một vạch sáng màu trắng là
A. 0,426 cm. 	B. 1,816 cm. 	C. 2,632 cm. 	D. 0,851 cm.
Giải: Gọi h là chiều sâu của nước trong bể a = TĐ là bề rộng của
vùng quang phổ trên đáy bể: TĐ = a = h (tanrđ – tanrt) 
 = n => sinr = sini/n = = 
· ·
T Đ
tanr = == = 
tanrđ = = 0,406; tanrt = = 0,401
 a = h (tanrđ – tanrt) = 2(0,406 – 0,401) = 0,01m = 1cm
Để có vệt sáng trắng trên đáy bể thì tại vị trí vệt đỏ trên đáy phải trùng vệt tím (T’ trùng Đ) . Vùng sáng tối thiểu trên mặt nước là a = TĐ = 1cm. =>bề rộng tối thiểu của chùm tia tới b = acos300 = = 0,866 cm. 
c.Trắc nghiệm:
Câu 1. Chiếu một tia sáng trắng nằm trong một tiết diện thẳng của một lăng kính thủy tinh, vào lăng kính, theo phương vuông góc với mặt bên của lăng kính. Góc chiết quang của lăng kính bằng 300. Biết chiết suất của lăng kính đối với tia đỏ là 1,5 và đối với tia tím là 1,6. Tính góc làm bởi tia ló màu đỏ và tia ló màu tím 
A.4,540. 	B.12,230. 	C.2,340. 	D.9,160.
Giải: Sử dụng công thức:Sin i1=n.sinr1 ; Sini2=n.sinr2; A=r1+r2
Theo đề bài "phương vuông góc với mặt bên của lăng kính" nên r1=0
Bấm máy nhanh shift sin (nt.sin30)- shift sin (nd.sin30)=4,540
Câu 2. Một lăng kính thủy tinh có góc chiết quang A = 60, có chiết suất đối với tia đỏ là nđ = 1,54 và đối với tia tím là nt = 1,58. Cho một chùm tia sáng trắng hẹp, chiếu vuông góc với mặt phẳng phân giác của góc chiết quang, vào mặt bên của lăng kính . Tính góc giữa tia đỏ và tia tím khi ló ra khỏi lăng kính.
A.0,870. 	B.0,240. 	C.1,220. 	D.0,720.
Giải: Góc nhỏ nên áp dụng D=(n-1)A ; Bấm máy nhanh: .58x6 - .54x6 =0,24
Câu 3. Một thấu kính có hai mặt lồi cùng bán kính R = 30 cm được làm bằng thủy tinh. Chiết suất của thủy tinh đối với bức xạ màu đỏ là n1 = 1,5140 và đối với bức xạ màu tím là n2 = 1,5318. Tính khoảng cách giữa tiêu điểm của thấu kính đối với ánh sáng đỏ và tiêu điểm của thấu kính đối với ánh sáng tím.
A.3cm. 	B.1,5 cm. 	C.0,97 cm. 	D.0,56cm.
Giải: Áp dụng công thức: D=1/f=(n-1).(1/R1+1/R2)
Bấm máy: (.514÷15)-1 - (.5318÷15)-1=0,976... (Lưu ý do có 2 mặt lồi cùng bán kính, ta có thể nhẩm 2/30=1/15 nên bấm chia 15 cho nhanh và bớt sai sót)
Câu 4. Một chùm tia sáng trắng song song với trục chính của một thấu kính thủy tinh có hai mặt lồi giống nhau bán kính R = 10,5cm, có chiết suất đối với ánh sáng đỏ và tím là nđ = 1,5 và nt = 1,525 thì khoảng cách từ tiêu điểm màu đỏ và tiêu điểm màu tím là:
A. 0,5cm  	 B. 1cm  	C. 1,25cm   	D. 1,5cm
Giải: Bấm máy : (.5 x 2÷10.5)-1 - (.525 x 2÷10.5)-1 = 0.5
Câu 5: Một lăng kính thủy tinh có tiết diện thẳng là tam giác đều ABC. Chiếu một tia sáng trắng vào mặt bên AB của lăng kính dưới góc tới i. Biết chiết suất lăng kính đối ánh sáng đỏ và ánh sáng tím lần lượt nđ = 1,643, nt =1,685. Để có tán sắc của tia sáng trắng qua lăng kính thì góc tới i phải thỏa mãn điều kiện
A. 32,960 < i < 41,270	B. 0 < i < 15,520	C. 0 < i < 32,960	D. 42,420 < i < 900
Giải : Tính góc giới hạn của phản xạ toàn phần của tia đỏ và tím là
+ Đỏ : 
+ Tím: 
Để có tán sắc ánh sáng thì không xảy ra phản xạ toàn phần
+ Tia đỏ: r’ A-i=60-37,49=22,51
Gó tới là sin>>38,90(1)
+ Tia tím : r> 60- 36,4=23,6 ; sin>nt.sin23,6it>42,420 .vậy chọn đáp án D
Câu 6: Một lăng kính có góc chiết quang A = 450. Chiếu chùm tia sáng hẹp đa sắc SI gồm 4 ánh sáng đơn sắc: đỏ, vàng , lục và tím đến gặp mặt bên AB theo phương vuông góc,biết chiết suất của lăng kính đối với ánh sáng màu lam là .Tia ló ra khỏi mặt bên AC gồm các ánh sáng đơn sắc	
A. đỏ, vàng và lục . 	B. đỏ , lục và tím . 	C. đỏ, vàng, lục và tím . 	D. đỏ , vàng và tím .
Giải :
+ Khi chiếu tia màu lam đến gặp mặt bên AB theo phương vuông góc thì:
 Tia lam là là mặt bên AC.
+ Do nên tia tím bị phản xạ toàn phần tại mặt bên ACCó ba tia đỏ,vàng,lục ló ra khỏi mặt bên AC. chọn A
b. Vị trí các vân giao thoa
Tối thứ 1, k= -1
Tối thứ 3, k=2
Tối thứ 4, k=3
Tối thứ 5, k= 4
Tối thứ 2, k= -2
Tối thứ 2, k=1
Tối thứ 3, k= -3
Tối thứ 4, k= -4
i
iñ
i
iñ
Vân sáng TT, k= 0
Sáng bậc 1, k= -1, bậc 1
Sáng bậc 2, k=2, bậc 2
Sáng bậc 3, k=3, bậc 3
Sáng bậc 4, k=4, bậc 4
Sáng bậc 2, k= -2, bậc 2
Sáng bậc 1, k=1, bậc 1
Sáng bậc 3, k= -3, bậc 3
Sáng bậc 4, k= -4, bậc 4
Tối thứ 1, k= 0
Tối thứ 5, k= -5
2. Giao thoa khe Young với ánh sáng đơn sắc.
a. Các công thức:
- Hiệu quang trình : = S2M – S1M = n
 + Vị trí vân sáng: xs = k; với k Î Z.
 + Vị trí vân tối: xt = (2k + 1) ; với k Î Z.
 Hay xt = (k + 0,5) 
 + Khoảng vân : i = . 
 + Giữa n vân sáng(hoặc vân tối) liên tiếp
 có (n – 1) khoảng vân.
 + Bước sóng: 
b.Giao thoa trong môi trường chiết suất n :
 - Vị trí vân sáng : xs = k
 - Vị trí vân tối : xt = (k + 0,5) 
 - Khoảng vân : i = = 
Với , = : Bước sóng và khoảng vân khi tiến hành thí nghiệm giao thoa trong không khí (n=1).
S1
D
S2
d1
d2
I
O
x
M
a
c. Phương pháp giải:
+Để xác định vị trí vân sáng vân tối:
 Vị trí vân sáng: xs = k; với k Î Z.
 Vị trí vân tối: xt = (2k + 1) ; với k Î Z.
 Hay: xt = (k + 0,5) 
+ Để xác định xem tại điểm M trên vùng giao thoa có vân sáng (bậc mấy) hay vân tối ta lập tỉ số: 
 để kết luận:	
 -Tại M có vân sáng khi: = k, đó là vân sáng bậc k.
 -Tại M có vân tối khi: = (2k + 1).
d. Các dạng bài tập Giao thoa với ánh sáng đơn sắc:
Dạng 1: Vị trí vân sáng- vị trí vân tối- khoảng vân:
 a- Khoảng vân: là khoảng cách giữa 2 vân sáng liền kề : i = ( i phụ thuộc )
 khoảng vân của các ánh sáng đơn sắc khác nhau là khác nhau với cùng một thí nghiệm.
 b- Vị trí vân sáng bậc k: Tại đó ứng với d = d2 – d1 = k., đồng thời 2 sóng ánh sáng truyền tới cùng pha: 
 x = k. = k.i
	k = 0: ứng với vân sáng trung tâm (hay d = 0)
	k = 1: ứng với vân sáng bậc 1
	k = n: ứng với vân sáng bậc n.
c- Vị trí vân tối thứ k + 1: Tại đó ứng với d =(k + ).. Là vị trí hai sóng ánh sáng truyền tới ngược pha nhau.: 
 x= = . Hay vân tối thứ k: x = (k - 0,5).i.
Ví dụ: Vị trí vân sáng bậc 5 là: x = 5.i Vị trí vân tối thứ 4: x = 3,5.i (Số thứ vân – 0,5).
Dạng 2: Khoảng cách giữa các vân
Loại 1- Khoảng cách vân cùng bản chất liên tiếp: l = (số vân – 1).i
Ví dụ 1: khoảng cách giữa 7 vân sáng liên tiếp: l = (7 – 1).i = 6i
Loại 2- Giữa một vân sáng và một vân tối bất kỳ:
Giả sử xét khoảng cách vân sáng bậc k và vân tối thứ k’, vị trí: x = k.i; x=(k – 0,5).i
Nếu: + Hai vân cùng phía so với vân trung tâm:= 
+Hai vân khác phía so với vân trung tâm:
-Khoảng cách giữa vân sáng và vân tối liền kề là : 
 => vị trí vân tối các thứ liên tiếp được xác định: =k(với k lẻ: 1,3,5,7,.)
Ví dụ 2: Tìm khoảng cách giữa vân sáng bậc 5 và vân tối thứ 6
Giải: Ta có 
 + Nếu hai vân cùng phía so với vân trung tâm: 
 + Nếu hai vân khac phía so với vân trung tâm : 
Loại 3- Xác định vị trí điểm M trên trường giao thoa cách vân trung tâm một khoảng xM có vân sáng hay vân tối, bậc mấy ?
 + Lập tỉ số: ; Nếu n nguyên, hay n Z, thì tại M có vân sáng bậc k=n.
 Nếu n bán nguyên hay n=k+0,5 với k Z, thì tại M có vân tối thứ k +1
Ví dụ 3: Một khe hẹp F phát ánh sáng đơn sắc bước sóng chiếu sáng hai khe song song với F và cách nhau 1m. Vân giao thoa được quan sát trên một màn M song song với màn phẳng chứa và và cách nó 3m. Tại vị trí cách vân trung tâm 6,3m có 
A.Vân tối thứ 4 	B. Vân sáng bậc 4 	C. Vân tối thứ 3 	D. Vân sáng bậc 3
Giải: Ta cần xét tỉ số 
Khoảng vân i= =1,8mm, ta thấy là số bán nguyên nên tại vị trí cách vân trung tâm 6,3mm là một vân tối
 Mặt khác )i= 6,3 nên (k+)=3,5 nên k= 3. Vậy tại vị trí cách vân trung tâm 6,3m