Hiện tượng tán sắc ánh sáng là gì?

1. Hiện tượng tán sắc ánh sáng là gì ?

- Hiện tượng tán sắc ánh sáng là hiện tượng một chùm sáng khi qua lăng kính bị phân tách thành các thành phần đơn sắc.

- Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng có một màu xác định và không bị tán sắc qua lăng kính (vẫn bị khúc xạ, lệch về đáy của lăng kính). Trong một môi trường trong suốt nhất định, mỗi ánh sáng đơn sắc có một bước sóng xác định.

- Ánh sáng đa sắc là ánh sáng có 2 thành phần đơn sắc trở lên.

- Ánh sáng trắng là ánh sáng đa sắc gồm vô số ánh sáng đơn sắc có bước sóng liên tục từ đỏ đến tím. Ánh sáng mặt trời, ánh sáng bóng đèn sợi đốt,... là ánh sáng trắng.

- Chú ý:

+) Quang phổ ánh sáng trắng (ví dụ là ánh sáng mặt trời) là một dải sáng có vô số màu biến đổi liên tục, được chia thành bảy vùng màu chính: đỏ, da cam, vàng, lục, lam, chàm, tím.

+) Ánh sáng truyền từ môi trường này sang môi trường kia thì tần số không đổi còn bước sóng và vận tốc thay đổi phụ thuộc vào môi trường.

2. Thí nghiệm về sự tán sắc ánh sáng của Newton

Newton đã thực hiện thí nghiệm như hình sau:

Sau khi thực hiện thí nghiệm, ông thu được các kết quả sau:

Vệt sáng F’ trên màn M bị dịch xuống phía đáy lăng kính, đồng thời trải dài thành một dải nhiều màu, từ trên xuống dưới lần lượt là: đỏ, cam. vàng, lục, lam, chàm, tím.

Đây được gọi là quang phổ của ánh sáng Mặt Trời.

Ánh sáng Mặt Trời là ánh sáng trắng.

Hiện tượng trên chính là tán sắc ánh sáng gây ra bởi lăng kính P.

3. Thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc của Newton

Trên màn M ở thí nghiệm vừa rồi, Newton rạch một khe hẹp F’ song song với F và xê dịch màn M để đặt F’ vào đúng chỗ một màu như hình sau:

Cho chùm sáng một màu thu được sau màn M khúc xạ qua một lăng kính P’ giống với lăng kính P và hứng chùm tia ló trên một màn M’, ông thấy vệt sáng trên màn M’, tuy vẫn dịch chuyển về phía đáy của P’, nhưng vẫn giữ nguyên màu.

Từ đây ta kết luận được rằng: Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng có một màu nhất định và không bị tán sắc khi truyền qua lăng kính.

4. Nguyên nhân và điều kiện tán sắc ánh sáng

- Có 2 nguyên nhân dẫn đến sự tán sắc ánh sáng:

+) Do ánh sáng trắng là tập hợp của vô số ánh sáng đơn sắc.

+) Chiết suất của một môi trường trong suốt đối với mỗi ASĐS khác nhau thì khác nhau. Từ công thức tính góc lệch: D = (n - 1)A

Và thực nghiệm rút ra:

+) Ánh sáng đỏ bị lệch ít nhất Þ nd nhỏ nhất

+) Ánh sáng tím bị lệch nhiều nhất => nt lớn nhất

Þ Chiết suất của môi trường đối với as tăng dần từ đỏ đến tím: nd<nc<nv<nlu<nla<nch<nt

Þ Bước sóng của ánh sáng giảm dần từ đỏ đến tím: λd>λc>λv>λlu>λla>λch>λt

- Để tán sắc một chùm sáng phức tạp cần có 2 điều kiện:

+) Có mặt phân cách giữa hai môi trường có chiết suất khác nhau.

+) Tia sáng phải đi qua mặt phân cách với góc tới nhỏ hơn 90 độ.

5.  Các công thức của ánh sáng đơn sắc chiếu qua lăng kính :

Cho lănh kính có góc chiết quang A và chiết suất n. Chiếu ánh sáng đơn sắc qua lăng kính với góc tới i.

Tại I áp dụng ĐLKX : sin i = n.sin r (1). => r.

Áp dụng hình học : A = r + r’ (2). => r’.

Tại J áp dụng ĐLKX : n.sin r’ = sin i’ (3) => i’

Góc lệch tia tới và tia ló : D = i  + i’ – A. (4)

6. Ứng dụng của hiện tượng tán sắc ánh sáng

Hiện tượng tán sắc ánh sáng giúp ta giải thích được một số hiện tượng tự nhiên như cầu vồng, được ứng dụng trong máy quang phổ lăng kính.