Bài tập về Sóng ánh sáng Vật lí lớp 12 - Năm học 2016-2017 - Đặng Minh Châu

Chương 5: SÓNG ÁNH SÁNG.	
	Thông thường trong phòng đang có một bóng đèn, nay thêm một bóng đèn nữa thì phải sáng hơn, tức là ánh sáng cộng ánh sáng thì sáng hơn. Nhưng thực tế có những trường hợp, ánh sáng cộng ánh sáng lại tối đi. 
	Ta thường nói cầu vồng có bảy màu, nhưng thực tế nó có nhiều màu, chuyển dần từ màu đỏ đến màu tím. Nhìn vào bong bóng xà phòng ta cũng thấy xuất hiện những màu sắc như ở cầu vồng. Những màu sắc ấy ở đâu ra?
DẠNG 1: TÁN SẮC ÁNH SÁNG .
	Trong những ngày hè, khi cơn mưa vừa tạnh, trên bầu trời đôi khi xuất hiện cầu vồng nhiều màu sắc, vắt ngang vòm trời. Đó là kết quả của sự tán sắc ánh sáng Mặt Trời.
1) THÍ NGHIỆM VỀ TÁN SĂC ÁNH SÁNG: 
	Chiếu một chùm ánh sáng Mặt Trời qua khe hẹp F vào trong một buồng tối. Quan sát hình ảnh thu được trên màn E trước và sau khi đặt lăng kính P1.
	Kết quả: Khi qua lăng kính, chùm ánh sáng Mặt Trời không những bị lệch về phía đáy lăng kính (do khúc xạ), mà còn trải dài trên màn E thành một dải sáng liên tục nhiều màu. Quan sát kĩ dải sáng này ta phân biệt được bảy màu chính, lần lượt từ trên xuống dưới là đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím, đúng như bảy màu của cầu vồng.
	Như vậy, hiện tượng tán sắc ánh sáng: là hiện tượng khi chiếu chùm ánh sáng trắng (ánh sáng mặt trời, ánh sáng hồ quang điện, ánh sáng đèn dây tóc) qua môi trường trong suốt (lăng kính, giọt nước) thì chùm sáng bị phân tách thành các chùm sáng có màu khác nhau, trải dài trên màn thành dải sáng liên tục gồm 7 màu chính: đỏ, da cam, vàng, lục, lam, chàm, tím. Vậy, hiện tượng tán sắc là sự phân tách một chùm sáng phức tạp thành các chùm sáng đơn sắc khác nhau. Dải màu từ đỏ đến tím được gọi là quang phổ của ánh sáng Mặt Trời, hay vắn tắt hơn là quang phổ của Mặt Trời.
	Nguyên nhân của hiện tượng tán sắc ánh sáng: 
- ánh sáng trắng là hỗn hợp của nhiều ánh sáng đơn sắc, có màu từ đỏ đến tím.
- chiết suất của thuỷ tinh (và của mọi môi trường trong suốt khác) có giá trị khác nhau đối với ánh sáng đơn sắc có màu khác nhau, giá trị nhỏ nhất đối với ánh sáng đỏ và giá trị lớn nhất đối với ánh sáng tím.
- mặt khác, ta đã biết góc lệch của một tia sáng đơn sắc khúc xạ qua lăng kính phụ thuộc vào chiết suất của lăng kính: chiết suất của lăng kính càng lớn thì góc lệch càng lớn. 
	Vì vậy, các chùm sáng đơn sắc có màu khác nhau trong chùm ánh sáng trắng, sau khi khúc xạ qua lăng kính, bị lệch các góc khác nhau, trở thành tách rời nhau. Kết quả là, chùm ánh sáng trắng ló ra khỏi lăng kính bị trải rộng ra nhiều chùm sáng đơn sắc, tạo thành quang phổ của ánh sáng trắng.
	Ứng dụng của sự tán sắc:
- được ứng dụng trong máy quang phổ để phân tích một chùm ánh sáng đa sắc, do các vật sáng phát ra thành các thành phần đơn sắc.
- nhiều hiện tượng quang học trong khí quyển, như cầu vồng chẳng hạn xảy ra do sự tán sắc của ánh sáng. Đó là vì trước khi tới mắt ta, các tia sáng Mặt Trời đã bị khúc xạ và phản xạ trong các giọt nước.
Chiết suất là gì ? 
Chiết suất tỉ đối bằng tỉ số giữa tốc độ v1 và v2 của ánh sáng khi đi trong môi trường 1 và trong môi trường 2: 
Chiết suất tuyệt đối của một môi trường là chiết suất tỉ đối của môi trường đó đối với chân không: ; è 	 
Do chiết suất thay đổi theo bước sóng của ánh sáng nên khi chùm sáng tổng hợp gồm nhiều tia sáng đơn sắc đến mặt phân cách của hai môi trường với cùng một góc tới, bị khúc xạ với những góc khúc xạ khác nhau, do đó có hiện tượng tán sắc ánh sáng.Trên cơ sở đó, các bài toán về hiện tượng tán sắc ánh sáng thực chất là các bài toán về các hiện tượng khúc xạ và phản xạ toàn phần ở mặt phân cách các môi trường trong suốt (đặc biệt là lăng kính). Vì vậy cần nắm vững các công thức sau:
 Phản xạ: i = i’
 Khúc xạ: n1sini1 = n2sini2
 Phản xạ toàn phần: (với sinigh = n2/n1) ( và n1 > n2). 
 Lăng kính: Đặt trong không khí: sini1 = nsinr1 ; 
 sini2 = nsinr2; 
 A = r1 + r2 ; 
 D = i1 + i2 - A
 Khi góc tới và góc chiết quang A nhỏ: 
 i1 = nr1 ; i2 = nr2; A = r1+r2; D = (n-1)A 
 Góc lệch cực tiểu Dm, lúc đó tia tới và tia ló đối xứng qua mặt phẳng phân giác của góc A
 i1 = i2 = im è r1 = r2 = A/2 ; Dm = 2im-A
3) Hiện tượng tán sắc ánh sáng: là hiện tượng khi chiếu chùm ánh sáng trắng(ánh sáng mặt trời, ánh sáng hồ quang điện, ánh sáng đèn dây tóc) qua môi trường trong suốt (lăng kính, giọt nước) thì chùm sáng bị phân tách thành các chùm sáng có màu khác nhau, trải dài trên màn thành dải sáng liên tục gồm 7 màu chính: đỏ, da cam, vàng, lục, lam, chàm, tím. Vậy, hiện tượng tán sắc là sự phân tách một chùm sáng phức tạp thành các chùm sáng đơn sắc khác nhau.
 Ánh sáng trắng: là tổng hợp của các chùm sáng đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím.
 Ánh sáng đơn sắc: là chùm sáng có
 1) màu xác định (tức bước sóng/ tần số xác định) 
 2) Không bị tán sắc khi qua lăng kính mà chỉ bị khúc xạ (bị lệch) về phía đáy lăng kính. 
4) Chú ý: ☺Màu đỏ bị lệch ít nhất, màu tím bị lệch nhiều nhất.
 ☺Vận tốc ánh sáng trong cùng môi trường: vđỏ > vdacam > vvàng >vlục>vlam>vchàm>vtím
 ☺Bước sóng: λđỏ > λdacam > λvàng >λlục>λlam>λchàm>λtím
 ☺Chiết suất của: nđỏ < ndacam <nvàng <nlục<nlam<nchàm<ntím
 ☺Tần số: fđỏ < fdacam <fvàng <flục<flam<fchàm<ftím
 ☺Bức xạ nhìn thấy là sóng điện từ nên là sóng ngang, làm đen phim ảnh..
 ☺Khi truyền từ môi trường trong suốt này sang môi trường trong suốt khác thì: tần số không thay đổi, bước sóng và vận tốc truyền sóng thay đổi.
 ☺Công thức liên hệ bước sóng và tần số: λ0 = c/f (với c = 3.108m/s) λ=v/f
 ☺Công thức liên hệ bước sóng trong môi trường bất kì(λ’) với bước sóng ở chân không(λ): λ’ = λ/n
 ☺ Công thức liên hệ giữa bước sóng, vận tốc, chiết suất của hai môi trường: 
 ☺ Khoảng vân giảm : in = i/n.
Câu 1(2013):Trong chân không, ánh sáng có bước sóng lớn nhất trong số các ánh sáng đỏ, vàng, lam, tím là:
A. ánh sáng vàng B. ánh sáng tím C. ánh sáng lam 	D. ánh sáng đỏ
Câu 2(2016). Trong máy quang phổ lăng kính, lăng kính có tác dụng
	A. tăng cường độ chùm sáng.	
	B. giao thoa ánh sáng.
	C. tán sắn ánh sáng.	
	D. nhiễu xạ ánh sáng.
Câu 3(2016). Từ không khí, chiếu chùm sáng hẹp (coi như một tia sáng) gồm hai bức xạ đơn sắc màu đỏ và màu tím tới mặt nước với góc tới 53o thì xảy ra hiện tượng phản xạ và khúc xạ. Biết tia khúc xạ màu đỏ vuông góc với tia phản xạ, góc giữa tia khúc xạ màu tím và tia khúc xạ màu đỏ là 0,5o. Chiết suất của nước đối với tia sáng màu tím là	
	A. 1,343.	B. 1,312.	
	C. 1,327.	D. 1,333.
Câu 4(2016). Một bức xạ khi truyền trong chân không có bước sóng là 0,75µm, khi truyền trong thủy tinh có bước sóng là λ. Biết chiết suất của thủy tinh đồi với bức xạ này là 1,5. Giá trị của λ là
	A. 700nm.	B. 600nm.	
	C. 500nm.	D. 650nm.
..
..
..
..
Câu 5(2012): Chiếu xiên từ không khí vào nước một chùm sáng song song rất hẹp (coi như một tia sáng) gồm ba thành phần đơn sắc: đỏ, lam và tím. Gọi rđ, rℓ, rt lần lượt là góc khúc xạ ứng với tia màu đỏ, tia màu lam và tia màu tím. Hệ thức đúng là
A. rt < rđ < rℓ.	B. rt < rℓ < rđ.
C. rℓ = rt = rđ.	D. rđ < rℓ < rt.
..
..
..
..
..
..
..
Câu 6(2012): Một ánh sáng đơn sắc màu cam có tần số f được truyền từ chân không vào một chất lỏng có chiết suất là 1,5 đối với ánh sáng này. Trong chất lỏng trên, ánh sáng này có
A. màu cam và tần số 1,5f. B. màu tím và tần số 1,5f.
C. màu tím và tần số f.	 D. màu cam và tần số f.
..
..
..
..
Câu 7(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 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. 4,5 mm.	B. 36,9 mm.	
	C. 10,1 mm.	D. 5,4 mm.
..
..
..
..
..
..
Câu 8(2011): Chiếu từ nước ra không khí một chùm tia sáng song song rất hẹp (coi như một tia sáng) gồm 5 thành phần đơn sắc: tím, lam, đỏ, lục, vàng. Tia ló đơn sắc màu lục đi là là mặt nước (sát với mặt phân cách giữa hai môi trường). Không kể tia đơn sắc màu lục, các tia ló ra ngoài không khí là các tia đơn sắc màu:
	A. tím, lam, đỏ.	B. đỏ, vàng, lam.	
	C. đỏ, vàng.	D. lam, tím.
..
..
..
..
..
..
..
..
Câu 9(2009): Chiếu xiên một chùm sáng hẹp gồm hai ánh sáng đơn sắc vàng và lam từ không khí tới mặt nước thì
A.Chùm sáng bị phản xạ toàn phần.
B.So với phương tia tới, tia khúc xạ vàng bị lệch ít hơn tia khúc xạ lam.
C.Tia khúc xạ chỉ là ánh sáng vàng, còn tia sáng lam bị phản xạ toàn phần.
D.So với phương tia tới, tia khúc xạ lam bị lệch ít hơn tia khúc xạ vàng.
..
..
..
..
Câu10: Chiếu một chùm tia sáng trắng hẹp song song vào đỉnh của lăng kính có góc chiết quang nhỏ A = 80 theo phương vuông góc với mặt phẳng phân 
giác của góc chiết quang. Chiết suất của lăng kính đối với ánh sáng màu tím là 1,68; đối với ánh sáng màu đỏ là 1,61. Chiều rộng của quang phổ thu được trên màn ảnh đặt cách mặt phẳng phân giác của lăng kính 2m sẽ là
	A. L = 1,96cm.	B. L = 112cm.
 C. L = 0,18cm.	D. L = 1,85cm.
..
..
..
..
..
..
DẠNG 2: GIAO THOA ÁNH SÁNG
Hiệu quang lộ (quang trình): 
 Vị trí vân sáng: ( Chú ý: k = 0: VSTT; k = 1: VS bậc 1.)
 Vị trí vân tối: ( Chú ý: k = 0,k = -1: VT thứ 1.)
 Khoảng vân: (khoảng cách giữa hai VS(hoặc hai VT) liên tiếp)
Chú ý: Khoảng cách giữa n VS(VT) liên tiếp có (n -1) khoảng vân. VD: 6VS liên tiếp có 5i
 Khoảng cách giữa VS bậc 5 và VT thứ 8: = xt8 - xs5 =7.5i - 5i (Cùng bên so VSTT)
 = xt8 + xs5 =7.5i +- 5i (Khác bên so VSTT)
Tại vị trí M là vân sáng (bậc mấy) hay vân tối (thứ mấy):
 Lấy = a,b. Nếu b = 0 thì tại M là vân sáng bậc a.(=5,0 do b = 0: tại M vân sáng bậc a = 5)
 Nếu b = 5 thì tại M là vân tối thứ a + 1(=7,5 do b = 5: tại M vân tối thứ 7+1 = 8)
Tìm số vân sáng - số vân tối :
 a) Trên trường giao thoa L đối xứng qua VSTT: 
 Bước 1: Tính L/2i = a,b 
 Bước 2: Vậy số vân sáng là : NS = 2a +1 . 
 Số vân tối là: NT = 2a (Nếu b < 5)
 NT = 2a + 2 (Nếu b 5)
 Hoặc: Lấy L/2i = α. Nếu α là số lẻ thì α là số VS. Số VT = α +1.
 Nếu α là số chẵn thì α là số VT. Số VS = α +1.
 b) Giữa hai điểm M, N có toạ độ x1, x2 : VS: x1 < ki < x2 
 VT: x1 < (k + 0.5)i < x2 
 Có bao nhiêu giá trị k nguyên thì có bấy nhiêu vân. 
Chú ý: Nếu x1, x2 cùng phía với vân trung tâm thì x1, x2 cùng dấu. 
 Nếu x1, x2 khác phía với vân trung tâm thì x1, x2 khác dấu. 
Tìm khoảng cách ngắn nhất giữa các vân sáng cùng màu VSTT:
 Bước 1: Tính k1/k2 = λ2/λ1 = x/y (tối giản).
 Bước 2: Chọn k1 = x.
 Bước 3: Tính hoặc .
Chú ý: Với ba nguồn trở lên
 Bước 1: Tính 
 Bước 2: Chọn k1 = a.
 Bước 3: Tính bề rộng của khoảng vân trùng hoặc .
Tìm sô VS tại vị trí x trên màn trong giao thoa ánh sáng trắng:
 Bước 1: Do 
 Bước 2: Cho .
 Bước 3: Chọn k là số nguyên giới hạn bởi khoảng trên è số VS.
 Chú ý: Nếu tìm số VT tại vị trí x trên màn trong giao thoa ánh sáng trắng thì thao tác như trên nhưng thay 
 Tại vị trí VSTT là một VS màu trắng. Ở hai bên VSTT là hai hệ vân (tính từ trung tâm) là tím, chàm, lam, lục, vàng, cam, đỏ.
Câu 11(2016). Hiện tượng giao thao ánh sáng là bằng chứng thực nghiệm chứng tỏ ánh sáng
	A. là sóng siêu âm.	B. có tính chất sóng.	C. là sóng dọc.	D. có tính chất hạt.
Câu 12(2016). Trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng, khoảng cách giữa hai khe là 0,5mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe tới màn quan sát là 2m. Nguồn sáng phát ra vô số ánh sáng đơn sắc có bước sóng có bước sóng biến thiên liên tục từ 380nm đến 750nm. Trên màn, khoảng cách gần nhất từ vân sáng trung tâm đến vị trí mà ở đó có hai bức xạ cho vân sáng là
	A. 9,12mm.	B. 4,56mm.	
	C. 6,08mm.	D. 3,04mm.
Câu 13(2016). Trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng, nguồn S phát ra đồng thời ba bức xạ đơn sắc có bước sóng lần lượt là: 0,4µm; 0,5µm và 0,6µm. Trên màn, trong khoảng giữa hai vân sáng liên tiếp cùng màu với vân sáng trung tâm, số vị trí mà ở đó chỉ có một bức xạ cho vân sáng là
	A. 27.	B.34.	C. 14.	D. 20.
Câu 14(2016). Trong một thí nghiệm Young về giao thoa với ánh sáng đơn sắc, khoảng cách hai khe không đổi. Khi khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe tới màn quan sát là D thì khoảng vân trên màn là 1mm. Khi khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe tới màn quan sát lần lượt là (D - ΔD) và (D + ΔD) thì khoảng vân trên màn tương ứng là i và 2i. Khi khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe tới màn quan sát là (D + 3ΔD) thì khoảng vân trên màn là 
	A. 3mm. 	B. 3,5mm.
 	C. 2mm. 	D. 2,5mm.
Câu 15(2013): Trong thí nghiệm Y âng về giao thoa ánh sáng, nếu thay ánh sáng đơn sắc màu lam bằng ánh sáng đơn sắc màu vàng và giữ nguyên các điều kiện khác thì trên màn quan sát:
A. Khoảng vân tăng lên 
 B. Khoảng vân giảm xuống.
C. vị trị vân trung tâm thay đổi 
 D. Khoảng vân không thay đổi.
.......................................................................................................................................................................................................................................................
Câu 16(2013): Trong một thí nghiệm Y âng về giao thoa ánh sáng, bước sóng ánh sáng đơn sắc là 600nm, khoảng cách giữa hai khe hẹp là 1mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến màn là 2m. Khoảng vân quan sát được trên màn có giá trị bằng:
A. 1,5mm B. 0,3mm C.1,2mm D. 0,9mm
Câu 17(2013): Thực hiện thí nghiệm Y âng về giao thoa với ánh sáng có bước sóng . Khoảng cách giữa hai khe hẹp là 1mm. Trên màn quan sát, tại điểm M cách vân trung tâm 4,2mm có vân sáng bậc 5. Giữ cố định các điều kiện khác, di chuyển dần màn quan sát dọc theo đường thẳng vuông góc với mặt phẳng chứa hai khe ra xa cho đến khi vân giao thoa tại M chuyến thành vân tối lần thứ hai thí khoảng dịch màn là 0,6m. Bước sóngbằng:
 A. B. C. D. 
.................................................................................................
.................................................................................................
.................................................................................................
.................................................................................................
.................................................................................................
.................................................................................................
.................................................................................................
Câu 18(2011): Thực hiện thí nghiệm Y-âng về giao thoa với ánh sáng đơn sắc màu lam ta quan sát được hệ vân giao thoa trên màn. Nếu thay ánh sáng đơn sắc màu lam bằng ánh sáng đơn sắc màu vàng và các điều kiện khác của thí nghiệm được giữ nguyên thì
	A. khoảng vân tăng lên.	
	B. khoảng vân giảm xuống.
	C. vị trí vân trung tâm thay đổi.	
	D. khoảng vân không thay đổi.
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................................
Câu 19(2012): Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa với ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ, khoảng cách giữa hai khe hẹp là a, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe hẹp đến màn quan sát là 2 m. Trên màn quan sát, tại điểm M cách vân sáng trung tâm 6 mm, có vân sáng bậc 5. Khi thay đổi khoảng cách giữa hai khe hẹp một đoạn bằng 0,2 mm sao cho vị trí vân sáng trung tâm không thay đổi thì tại M có vân sáng bậc 6. Giá trị của λ bằng
A. 0,50 μm.	B. 0,60 μm.	
C. 0,45 μm.	D. 0,55 μm
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
Câu 20(2012): Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, nguồn sáng phát đồng thời hai ánh sáng đơn sắc λ1, λ2 có bước sóng lần lượt là 0,48 μm và 0,60 μm. Trên màn quan sát, trong khoảng giữa hai vân sáng gần nhau nhất và cùng màu với vân sáng trung tâm có
 A. 4 vân sáng λ1 và 5 vân sáng λ2.
 B. 5 vân sáng λ1 và 4 vân sáng λ2.
	 C. 3 vân sáng λ1 và 4 vân sáng λ2.	
	 D. 4 vân sáng λ1 và 3 vân sáng λ2.
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
Câu 21(2012): Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, nguồn sáng phát ra ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ1. Trên màn quan sát, trên đoạn thẳng MN dài 20 mm (MN vuông góc với hệ vân giao thoa) có 10 vân tối, M và N là vị trí của hai vân sáng. Thay ánh sáng trên bằng ánh sáng đơn sắc có bước sóng thì tại M là vị trí của một vân giao thoa, số vân sáng trên đoạn MN lúc này là
	A. 5.	B.6	
	C.7	D.8
...................................................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................................................
Câu 22(2011): Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, khe hẹp S phát ra đồng thời ba bức xạ đơn sắc có bước sóng là l1 = 0,42mm, l2 = 0,56mm và l3 = 0,63mm. Trên màn, trong khoảng giữa hai vân sáng liên tiếp có màu giống màu vân trung tâm, nếu hai vân sáng của hai bức xạ trùng nhau ta chỉ tính là một vân sáng thì số vân sáng quan sát được là
	A. 21.	B. 23.	
	C. 26.	D. 27.
.......................