MỤC TIÊU
- Thực hiện thí nghiệm với lăng kính tạo được quang phổ của ánh sáng trắng qua lăng kính.
- Giải thích được một cách định tính sự tán sắc ánh sáng mặt trời qua lăng kính.
- Từ kết quả thí nghiệm truyền ánh sáng qua lăng kính, nêu được khái niệm về ánh sáng màu.
- Vẽ được sơ đồ đường truyền của tia sáng qua lăng kính.
- Nêu được màu sắc của một vật được nhìn thấy phụ thuộc vào màu sắc của ánh sáng bị vật đó hấp thụ và phản xạ.
- Vận dụng kiến thức về màu sắc ánh sáng, giải thích được một số hiện tượng đơn giản thường gặp trong thực tế.
TÓM TẮT KIẾN THỨC
Khởi động
Một người mặc một chiếc áo màu đỏ đứng trên sân khấu. Dưới ánh sáng của đèn sân khấu luôn thay đổi màu, có phải lúc nào khán giả cũng nhìn thấy áo người này màu đỏ không?
Khi đèn sân khấu thay đổi màu, không phải lúc nào khán giả cũng nhìn thấy áo người này màu đỏ.
1. Tán sắc ánh sáng qua lăng kính
Lăng kính là một khối trong suốt, đồng chất (thuỷ tinh, nhựa,...) thường có dạng lăng trụ tam giác (Hình 5.1a). Lăng kính là một bộ phận quan trọng trong một số thiết bị dùng để phân tích ánh sáng.
Các phần tử của lăng kính gồm: cạnh, đáy, hai mặt bên (Hình 5.1 b). Mặt phẳng ABC được gọi là tiết diện chính của lăng kính.
1.1. Thí nghiệm tìm hiểu quang phổ của ánh sáng trắng qua lăng kính
- Chuẩn bị: lăng kính, nguồn ánh sáng trắng (đèn sợi đốt, đèn huỳnh quang, ...) phát ra chùm sáng hẹp, màn chắn.
- Tiến hành thí nghiệm:
+ Bước 1: Bố trí thí nghiệm như Hình 5.2.
+ Bước 2: Bật đèn để chiếu chùm sáng trắng hẹp vào một mặt bên của lăng kính. Quan sát ánh sáng thu được trên màn chắn.
- Kết quả thí nghiệm:
+ Khi chiếu một chùm sáng trắng hẹp qua lăng kính, ta thu được trên màn chắn một dải màu như câu vồng, gọi là quang phổ của ánh sáng trắng. Dải sáng này có màu từ đỏ đến tím. Hiện tượng trên gọi là hiện tượng tán sắc ánh sáng gây ra bởi lăng kính. Vậy, ánh sáng trắng là hỗn hợp ánh sáng có nhiểu màu khác nhau.
+ Các chùm sáng có màu khác nhau khi ra khỏi lăng kính gọi là các ánh sáng màu. Người ta gọi chùm sáng có màu xác định là chùm sáng đơn sắc.
+ Để có được ánh sáng màu, người ta còn có thể dùng nguồn phát ánh sáng màu: đèn laser, đèn LED, đèn neon,...
Theo lí thuyết về ánh sáng, chiết suất của môi trường đối với các ánh sáng đơn sắc khác nhau là khác nhau. Chiết suất của thuỷ tinh dùng làm lăng kính tăng dần theo thứ tự từ ánh sáng màu đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm đến màu tím. Theo định luật khúc xạ ánh sáng, tia đỏ bị lệch ít nhất và tia tím bị lệch nhiều nhất. Vì vậy, sau khi qua lăng kính, các tia sáng có màu khác nhau bị tách ra tạo thành dải các màu sắp xếp liên tục. Đó là nguyên nhân của hiện tượng tán sắc ánh sáng khi truyến qua lăng kính.
Thảo luận
Câu hỏi 1: Tiến hành thí nghiệm (Hình 5.2) và cho biết chùm sáng đi vào lăng kính và đi ra khỏi lăng kính có điểm gì khác nhau?
Trước khi vào lăng kính, chùm sáng có màu trắng. Sau khi đi ra khỏi lăng kính, chùm sáng có màu cầu vồng.
Củng cố kiến thức
Hãy kể ra các màu chính trong quang phổ của ánh sáng trắng.
Các màu chính trong quang phổ của ánh sáng trắng: đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím.
1.2. Giải thích sự tán sắc của ánh sáng mặt trời qua lăng kính
Khi chiếu chùm ánh sáng mặt trời qua lăng kính, người ta thu được quang phổ gồm một dải màu như Hình 5.3.
Thảo luận
Câu hỏi 2:
a) Sự sắp xếp các màu trong quang phổ của Mặt Trời (Hình 5.3) và quang phổ của ánh sáng trắng qua lăng kính (Hình 5.2) có điểm gì giống nhau?
b) Vì sao ta có thể kết luận ánh sáng mặt trời là ánh sáng trắng?
a) Hai quang phổ đều có dải ánh sáng đơn sắc từ đỏ tới tím (màu cầu vồng).
b) Vì khi chiếu ánh sáng mặt trời qua lăng kính, ánh sáng mặt trời bị phân tích thành một dải màu đơn sắc như cầu vồng giống như ánh sáng trắng bị phân tích qua lăng kính.
Giải thích:
Ánh sáng mặt trời là hỗn hợp của nhiểu ánh sáng màu. Khi chiếu chùm ánh sáng mặt trời qua lăng kính, do chiết suất của lăng kính đối với các ánh sáng đơn sắc khác nhau là khác nhau nên lăng kính có tác dụng làm lệch các chùm sáng màu có sẵn trong chùm ánh sáng mặt trời theo các phương khác nhau. Kết quả ta thu được quang phổ của ánh sáng mặt trời là dải màu từ đỏ đến tím, trong đó chùm sáng màu đỏ bị lệch ít nhất còn chùm sáng màu tím bị lệch nhiếu nhất.
Ghi nhớ
- Ánh sáng trắng là hỗn hợp ánh sáng có nhiều màu khác nhau. Ánh sáng mặt trời là ánh sáng trắng.
- Khi chiếu một chùm sáng trắng hẹp qua lăng kính, ta sẽ thu được quang phố là dải màu từ đỏ đến tím.
+ Các chùm sáng có màu khác nhau này gọi là các ánh sáng màu.
+ Ánh sáng có một màu nhất định gọi là ánh sáng đơn sắc.
2. Đường đi của tia sáng qua lăng kính
Vẽ đường đi của tia sáng màu qua lăng kính
Hình 5.4 mô tả đường đi của chùm tia sáng hẹp màu đỏ qua lăng kính.
Để vẽ đường đi của tia sáng qua lăng kính, ta thực hiện các bước sau (Hình 5.5):
- Vẽ tia tới SI đến một mặt của lăng kính dưới góc tới i so với pháp tuyến N1N'1 tại I.
- Tại I, vẽ tia khúc xạ IJ lệch gẩn pháp tuyến với góc khúc xạ i '.
- Tia IJ tới mặt bên AC dưới góc tới j. Tại J, vẽ tia khúc xạ JR lệch xa pháp tuyến N2N'2 với góc khúc xạ j '.
- Tia JR còn được gọi là tia ló. Góc D giữa tia tới SI và tia ló JR gọi là góc lệch.
Vì chiết suất của môi trường ứng với mỗi tia sáng đơn sắc khác nhau là khác nhau nên góc lệch ứng với mỗi tia sáng cũng khác nhau. Bằng nhiều thí nghiệm khi chiếu các chùm sáng đơn sắc khác nhau qua lăng kính, ta thu được kết quả chùm sáng đi ra khỏi lăng kính luôn lệch về phía đáy của nó.
Thảo luận
Câu hỏi 3: Quan sát sơ đồ đường đi của tia sáng trong Hình 5.5 và giải thích vì sao:
a) Tia khúc xạ IJ lệch gần pháp tuyến N1N'1 hơn so với tia tới SI.
b) Tia khúc xạ JR lệch xa pháp tuyến N2N'2 hơn so với tia tới IJ.
a. Khi ánh sáng truyền từ không khí vào lăng kính, tia khúc xạ IJ lệch gần pháp tuyến hơn so với tia tới SI vì ánh sáng truyền từ môi trường kém chiết quang sang môi trường chiết quang hơn (n21 > 1).
b. Khi ánh sáng truyền từ lăng kính ra không khí, tia khúc xạ JR lệch xa pháp tuyến hơn so với tia tới IJ vì ánh sáng truyền từ môi trường chiết quang hơn sang môi trường kém chiết quang (n21 < 1).
Thảo luận
Câu 4: Nêu nhận xét về phương của tia ló JR sau khi đi qua lăng kính so với tia tới SI.
Phương của tia ló JR sau khi đi qua lăng kính bị lệch về phía đáy của lăng kính.
3. Màu sắc của vật
3.1. Màu sắc của vật dưới ánh sáng trắng
Chiếu ánh sáng trắng đến quả táo màu đỏ. Trên Hình 5.6, ánh sáng trắng được biểu diễn bằng mũi tên có màu từ đỏ đến tím. Quả táo phản xạ mạnh ánh sáng màu đỏ và hấp thụ hẩu hết các ánh sáng màu còn lại nên ta thấy quả táo này có màu đỏ.
Củng cố kiến thức
1. Một quả bóng có màu vàng dưới ánh sáng mặt trời. Đặt quả bóng này trong phòng tối, sau đó lần lượt chiếu ánh sáng đỏ, lục vào quả bóng thì ta sẽ thấy nó có màu gì?
2. Trả lời câu hỏi ở phần Mở đầu bài học.
1. Lần lượt chiếu ánh sáng đỏ, lục vào quả bóng thì ta sẽ thấy nó có màu đen.
2. Khi đèn sân khấu thay đổi màu, không phải lúc nào khán giả cũng nhìn thấy áo người này màu đỏ.
+ Ánh sáng đèn sân khấu là màu đỏ thì ta sẽ thấy áo người đó có màu đỏ vì áo người màu đỏ phản xạ mạnh ánh sáng màu đỏ.
+ Ánh sáng đèn sân khấu là trắng chiếu vào áo người màu đỏ thì ta sẽ thấy áo người đó có màu đỏ vì ánh sáng trắng là hỗn hợp ánh sáng có nhiều màu khác nhau bao gồm cả màu đỏ nên áo người sẽ hấp thụ hết các ánh sáng màu khác và cho ánh sáng màu đỏ phản xạ mạnh.
+ Ánh sáng đèn sân khấu là các ánh sáng màu khác (trừ trắng và đỏ) thì khi chiếu vào áo người màu đỏ ta sẽ thấy áo người đó có màu gần như đen vì áo người màu đỏ sẽ hấp thụ hết các ánh sáng màu khác.
3.2. Màu sắc của vật dưới ánh sáng màu
- Chiếu ánh sáng đỏ vào quả táo màu đỏ. Quả táo phản xạ mạnh ánh sáng màu đỏ nên ta thấy quả táo có màu đỏ (Hình 5.7a).
- Chiếu ánh sáng lục vào quả táo màu đỏ. Quả táo hấp thụ hầu hết ánh sáng màu lục nên ta thấy quả táo có màu gấn như đen (Hình 5.7b).
Vật màu trắng phản xạ hầu hết tất cả các ánh sáng màu. Vật màu đen hấp thụ hết tất cả các ánh sáng màu. Vì vậy vào mùa hè, nếu mặc quần áo màu trắng, ta cảm thấy mát mẻ hơn so với mặc quần áo màu đen.
Vận dụng kiến thức
Vì sao lá cây thường có màu lục dưới ánh sáng mặt trời?
Ánh sáng mặt trời là chùm ánh sáng trắng, khi chiếu ánh sáng mặt trời vào lá cây, thường thì lá cây sẽ hấp thụ hầu hết ánh sáng màu khác và phản xạ mạnh ánh sáng màu lục nên lá cây thường có màu lục dưới ánh sáng mặt trời.
3.3. Màu sắc của vật có ánh sáng truyến qua
Cho ánh sáng trắng đi qua một tấm lọc màu. Tấm lọc màu có thể là một tấm kính màu, một mảnh giấy bóng kính có màu, một tăm nhựa trong có màu,... Tấm lọc có màu nào thì hấp thụ ít ánh sáng có màu đó nhưng hấp thụ mạnh ánh sáng có màu khác (Hình 5.8).
Ghi nhớ
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 có màu nào thì phản xạ mạnh ánh sáng màu đó và hấp thụ các ánh sáng màu còn lại.
BÀI TẬP
Đang cập nhật
