Ôn tập kiến thức môn Vật lí 12 - Chuyên đề 5: Sóng ánh sáng - Trường THPT Na Hang

 Đơn vị biên soạn: Trường THPT Na Hang + Thượng Lâm
 Đơn vị thẩm định: Trường THPT Đầm Hồng + THPT Lâm Bình
 Chuyên đề 5: SÓNG ÁNH SÁNG (Lớp 12)
 Buổi 1: Tiết 1,2,3
 1. HIỆN TƯỢNG TÁN SẮC ÁNH SÁNG (3 tiết)
A.Kiến thức cơ bản
 I. Hiện tượng tán sắc ánh sáng
- Là hiện tượng lăng kính phân tách một chùm ánh sáng phức tạp (ánh sáng trắng) thành các chùm 
ánh sáng đơn sắc.
- Nguyên nhân của hiện tượng tán sắc ánh sáng là do chiết suất của lăng kính có giá trị khác nhau 
đối với ánh sáng đơn sắc khác nhau. Ánh sáng tím lệch nhiều nhât.
- Ứng dụng: Trong máy quang phổ, Giải thích về nhiều hiện tượng quang học trong khí quyển như 
cầu vồng
* Ánh sáng đơn sắc
 - Là ánh sáng chỉ bị lệch về phía đáy của lăng kính mà không bị tán sắc qua lăng kính.
 - Mỗi ánh sáng đơn sắc có một màu duy nhất được gọi là màu đơn sắc, tương ứng cũng có một giá 
trị tần số xác định.
* 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.
* Chú ý
 c
+ Bước sóng ánh sáng trong chân không:  = ; với c = 3.108 m/s.
 f
 v c 
+ Bước sóng ánh sáng trong môi trường: ’ = .
 f nf n
+ 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.
+ Trong một số trường hợp, ta cần giải các bài toán liên quan đến các công thức của lăng kính:
sini1 = nsinr1; sini2 = nsinr2; A = r1 + r2; D = i2 + i2 - A.
 Dmin A A
 Khi i1 = i2 (r1 = r2) thì D = Dmin với sin = nsin .
 2 2
 0
+ Trường hợp góc chiết quang A và góc tới i1 đều nhỏ (≤ 10 ), ta có các công thức gần đúng: 
 i1 = nr1; i2 = nr2; A = r1 + r2; D = Dmin = A(n – 1).
Bài toán xác định góc ℓệch của tia đỏ so với tia tím khi ℓó ra khỏi ℓăng kính (với A nhỏ):
 D = (nt - nd)A
+ Trong một số trường hợp khác, ta cần giải một số bài toán liên quan đến định luật phản xạ:
 i = i’, định luật khúc xạ: n1sini1 = n2sini2.
Công thức tính góc giới hạn phản xạ toàn phần khi ánh sáng truyền từ môi trường chiết quang hơn 
 n2
sang môi trường chiết quang kém (n1 > n2): sinigh = .
 n1
B. Bài tập luyện tập
Ví dụ 1. Một lăng kính thủy tinh có góc chiết quang A = 4 0, 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 song 
song, hẹp gồm hai bức xạ đỏ và tím vào mặt bên của lăng kính theo phương vuông góc với mặt này. 
Góc tạo bởi tia đỏ và tia tím sau khi ló ra khỏi mặt bên kia của lăng kính xấp xỉ bằng:
 A. 1,4160. B. 0,3360. C. 0,1680. D. 13,3120.
 0
HD. D = Dt - Dd = A(nt – 1) – A(nđ – 1) = A(nt – nđ) = 0,168 . Đáp án C.
Ví dụ 2. Chiếu một tia sáng trắng hẹp từ nước ra không khí với góc tới bằng i. Biết chiết suất của 
 1 A. màu tím, bước sóng 440nm. B. màu đỏ, bước sóng 440nm.
 C. màu tím, bước sóng 660nm. D. màu đỏ, bước sóng 660nm.
Câu 10: Một bức xạ đơn sắc có tần số f = 4.10 14 Hz. Bước sóng của nó trong thuỷ tinh ℓà bao 
nhiêu? Biết chiết suất của thuỷ tinh đối với bức xạ trên ℓà 1,5.
 A. 0,64μm. B. 0,50μm. C. 0,55μm. D. 0,75μm.
Câu 11: Khi ánh sáng truyền từ nước ra không khí thì:
 A. vận tốc và bước sóng ánh sáng giảm. B. vận tốc và tần số ánh sáng tăng.
 C. vận tốc và bước sóng ánh sáng tăng. D. bước sóng và tần số ánh sáng không đổi.
Câu 12: Khi một chùm sáng đơn sắc truyền từ không khí vào thủy tinh thì:
 A. tần số giảm, bước sóng giảm. B. tần số tăng, bước sóng giảm.
 C. tần số không đổi, bước sóng giảm. D. tần số không đổi, bước sóng tăng.
*Mức độ (3-4).
Câu 13: Chiết suất tỉ đối của kim cương đối với nước là 1,8; chiết suất tuyệt đối của nước đối với 
 4
ánh sáng màu lục là ; bước sóng của ánh sáng màu lục trong chân không là 0,5700 m. Bước 
 3
sóng của ánh sáng màu lục trong kim cương là 
 A. 0,2375 m. B. 0,3167 m. C. 0,4275 m.D. 0,7600 m.
Câu 14: Trong chân không, ánh sáng nhìn thấy có bước sóng từ 0,38 µm đến 0,76 µm. Tần số của 
ánh sáng nhìn thấy có giá trị
 A. từ 3,95.1014 Hz đến 7,89.1014 Hz.B. từ 3,95.10 14 Hz đến 8,50.1014 Hz.
 C. từ 4,20.1014 Hz đến 7,89.1014 Hz.D. từ 4,20.10 14 Hz đến 6,50.1014 Hz.
Câu 15: Chiếu một chùm tia sáng trắng hẹp tới mặt bên của lăng kính có góc chiết quang A = 60°. 
Biết chiết suất của lăng kính đối với ánh sáng tím là 1,54. Góc lệch cực tiểu của tia màu tím bằng
 A. 51,30. B. 40,710. C. 30,430. D. 49,460.
Câu 16: Một bể nước sâu 1,2m. Một chùm ánh sáng mặt trời chiếu vào mặt nước dưới góc tới i sao 
cho sini = 0,8. Chiết suất của nước đối với ánh sáng đỏ là 1,331 và đối với ánh sáng tím là 1,343. 
Bề rộng của dải quang phổ dưới đáy bể là
 A. 2,5cm. B. 1,25cm. C. 2cm. D. 1,5cm.
Câu 17: Chiếu tia sáng trắng xuống mặt nước hợp với mặt nước góc 60 0. Xác định góc lệch của tia 
đỏ và tia tím, cho nđ = 1,54; nt = 1,58.
 A. 290. B. 0,290. C. 0030’. D. 0049’.
Câu 18: Chiếu ánh sáng trắng đi qua lăng kính có góc chiết quang 30 0 thì thấy ánh sáng tím có góc 
lệch cực tiểu. Hãy tìm góc lệch của tia đỏ biết nd = 1,54; nt = 1,58.
 A. 16058’. B. 16,50. C. 150 6’. D. 15,60.
 3 a) Vị trí vân sáng: d2 - d1 = = k. xs = k 
 Trong đó:
 k ℓà vân sáng bậc k (k = 0, ± 1, ± 2, ± 3.);  ℓà bước sóng ánh sáng (m)
 D ℓà khoảng cách từ mặt phẳng S1S2 đến màn M
 a ℓà khoảng cách giữa hai khe S1S2
b) Vị trí vân tối: d2-d1=(k + )= xt = (k+ ) . Trong đó (k = 0, ± 1, ± 2, ± 3 ).
 - Nếu k > 0: thì k ℓà vân tối thứ (k + 1) 
Vd: k = 5 vân tối thứ (5 + 1) = 6
 - Nếu k < 0 thì k ℓà vân tối thứ (-k) 
Vd: k = -5 ℓà vân tối thứ 5
 - Đối với vân tối không có khái niệm bậc của vân tối.
c) Khoảng vân i ℓà khoảng cách giữa hai vân sáng hoặc hai vân tối ℓiên tiếp: i = -> xs = k.i; xt = 
(k + 1/2)i
2. Ví dụ:
Ví dụ 1: Thực hiện thí nghiệm Yâng với ánh sáng đơn sắc có bước sóng  = 0,6 μm. Biết khoảng 
cách từ mặt phẳng S1S2 tới màn ℓà D = 2m, khoảng cách giữa hai khe hẹp S1S2 ℓà 3mm. 
Khoảng vân giao thoa thu được trên màn là
 A. 0,6 mm. B. 0,9 mm. C. 1mm. D. 1,2 mm.
Hướng dẫn: Ta có i = . Thay số, i = 0,9 mm 
Ví dụ 2: Thực hiện thí nghiệm Yâng với ánh sáng có bước sóng  = 0,6μm, Biết khoảng cách từ 
mặt phẳng S1S2 tới màn ℓà D = 2m, khoảng cách giữa hai khe hẹp S1S2 ℓà 3mm. Ví trí vân sáng thứ 
3 kể từ vân sáng trung tâm là
 A. ± 2,7 mm. B. ± 0,9 mm. C. 1,8 mm. D. ± 3,6 mm.
Hướng dẫn: Sử dụng kết quả trên. Vân sáng thứ 3 thì k = 3 x = 2,7 mm [Đáp án A]
Ví dụ 3: Thực hiện giao thoa Yâng với ánh sáng có bước sóng ℓà  thì trên màn thu được khoảng 
vân có độ ℓớn ℓà i, khoảng cách từ vân sáng thứ 2 đến vân sáng thứ 5 cùng phía vân trung tâm là
 A. 4i. B. 3i. C. 2i. D. 3,5i.
Hướng dẫn: Vị trí vân sáng thứ 2: x2 = 2i Vị trí vân sáng thứ 5: x5 = 5i
 Khoảng cách từ vân sáng 2 tới vân sáng 5 ℓà x = x5 - x2 = 5i - 2i = 3i [Đáp án B]
Ví dụ 4: Thực hiện giao thoa Yâng với ánh sáng có bước sóng ℓà  thì trên màn thu được khoảng 
vân có độ ℓớn ℓà i. Khoảng cách từ vân sáng thứ 2 đến vân sáng thứ 5 khác phía vân trung tâm là
 A. 4i. B. 3i. C. 5i. D. 7i.
Hướng dẫn: Giả sử vân sáng thứ hai ℓà vân sáng bên dương x2 = 2.i
Như vậy vân sáng 5 ℓà vân sáng bên âm; x5 = - 5i Khoảng cách giữa chúng ℓà: x = 2i - (-5i) = 
7i. [Đáp án D]
II. Dạng 2: Xác định tính chất vân tại điểm M biết trước tọa độ xM
1. Phương pháp
 x
Cách giải: Lập tỉ số M
 i
 x x
 Nếu M = k Z thì M là vân sáng bậc k. Nếu M = k + 0,5, (k Z) thì M là vân tối.
 i i
2. Ví dụ
Ví dụ 1: Trong thí nghiệm I-âng về giao thoa ánh sáng, hai khe cách nhau a = 0,8 (mm) và cách 
màn là D = 1,2 (m). Chiếu ánh sáng đơn sắc bước sóng λ = 0,75 (μm) vào 2 khe.
a) Tính khoảng vân i.
b) Điểm M cách vân trung tâm 2,8125 (mm) là vân sáng hay vân tối ? Bậc của vân tại M ?
 giải:
 D
a) Ta có khoảng vân i = = 1,125.10-3 (m) = 1,125 (mm). 
 a
 5 tối là 10.
TH2: Trường giao thoa không đối xứng
 Dạng toán này thường là tìm số vân sáng hay vân tối có trên đoạn P, Q với P, Q là hai điểm cho 
trước và đã biết tọa độ của chúng.
 Các giải ngắn ngọn hơn cả có lẽ là tính khoảng vân i, vẽ hình để tìm. Trong trường hợp khác ta có 
thể giải các bất phương trình x P ≤ xM ≤ xQ, với M là điểm xác định tọa độ của vân sáng hay vân tối 
cần tìm. Từ đó số các giá trị k thỏa mãn chính là số vân cần tìm.
Ví dụ 2: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng I-âng, khoảng cách hai khe S 1S2 là 1 mm, khoảng 
cách từ S1S2 đếm màn là 1m, bước sóng ánh sáng là 0,5 (μm). Xét hai điểm M và N (ở cùng phía 
với O) có tọa độ lần lượt là xM = 2 (mm) và xN = 6,25 (mm).
a) Tại M là vân sáng hay vân tối, bậc của vân tương ứng là bao nhiêu?
b) Giữa M và N có bao nhiêu vân sáng và vân tối?
 Lời giải:
a) Từ giả thiết ta tính được khoảng vân i = 0,5 (mm).
 x 2
 M 4
 i 0,5
 Do → M là vân sáng bậc 4, còn N là vân tối bậc 13.
 x 6,25
 N 12,5 12 0,5
 i 0,5
b) Độ dài trường giao thoa là L = |xN – xM | = 4,25 (mm).
 Do M là vân sáng bậc 4, N là vân tối 13 nên hai đầu trái tính chất nhau nên số vân sáng bằng số 
 L 4,25 
vân tối. Ta có 8,5 8 => Vậy trên đoạn MN có 8 vân sáng, không kể vân sáng tại 
 2i 0,5 
M.
Ví dụ 3: Trong một thí nghiệm về Giao thoa ánh sáng bằng khe I âng với ánh sáng đơn sắc λ = 0,7 
μm, khoảng cách giữa 2 khe S 1,S2 là a = 0,35 mm, khoảng cách từ 2 khe đến màn quan sát là D = 
1m, bề rộng của vùng có giao thoa là 13,5 mm. Số vân sáng, vân tối quan sát được trên màn là
 A. 7 vân sáng, 6 vân tối. B. 6 vân sáng, 7 vân tối.
 C. 6 vân sáng, 6 vân tối. D. 7 vân sáng, 7 vân tối.
 Lời giải:
 D 0,7.10 6.1
 Khoảng vân i = = 2.10-3 m= 2mm. 
 a 0,35.10 3
 L 
 Số vân sáng: Ns = 2 1 = 2[2,375] + 1 = 7
 2i 
 Phần thập phân của là 0,375 < 0,5 nên số vạch tối là N t=Ns-1=6 → Số vạch tối là 6, số vạch 
sáng là 7.
Ví dụ 4: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng dùng hai khe Young, hai khe được chiếu bằng ánh 
sáng có bước sóng λ = 0,5 μm, biết S1S2 = a = 0,5 mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến 
màn quan sát là D = 1m. Bề rộng vùng giao thoa quan sát được trên màn là L = 13 mm. Số vân sáng 
và tối quan sát được trên màn là
 A. 10 vân sáng; 12 vân tối. B. 11 vân sáng; 12 vân tối.
 C. 13 vân sáng; 12 vân tối. D. 13 vân sáng; 14 vân tối.
 Hướng dẫn:
 i = = 10-3 m = 1mm; Số vân trên một nửa trường giao thoa: = = 6,5.
 số vân sáng quan sát được trên màn là: Ns = 2.6+1 = 13 vân sáng.
 số vân tối quan sát được trên màn là: Nt = 2.(6+1) = 14 vân tối.
Ví dụ 5: Trong thí nghiệm của Young về giao thoa ánh sáng, hai khe S 1 và S2 được chiếu bằng ánh 
sáng đơn sắc có bước sóng λ. Khoảng cách giữa hai khe là 0,8 mm, khoảng cách từ hai khe đến màn 
là 2 m. Người ta đo được khoảng cách giữa 6 vân sáng liên tiếp trên màn là 6 mm. Xác định bước 
sóng của ánh sáng dùng trong thí nghiệm và cho biết tại 2 điểm M và N trên màn, khác phía nhau so 
với vân sáng trung tâm và cách vân sáng trung tâm lần lượt là 3 mm và 13,2 mm là vân sáng hay 
vân tối? Nếu là vân sáng thì đó là vân sáng bậc mấy? Trong đoạn từ M đến N có bao nhiêu vân 
 7