Bài 5: Tán sắc ánh sáng qua lăng kính. Màu sắc của vật

1. Tán sắc ánh sáng trắng qua lăng kính

- Lăng kính là một khối trong suốt, đồng chất (thuỷ tinh, nhựa, ...) thường có dạng lăng trụ tam giác. 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. Mặt phẳng được gọi là tiết diện chính của lăng kính.

a. Quang phổ của ánh sáng trắng qua lăng kính

- Khi chiếu một chùm sáng trắng hẹp qua lăng kính, ta thu được trên màn chắn một dải màu như cầu 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 nhiều 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 dẫn 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 truyền qua lăng kính.

b. 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 dưới đây.

- Ánh sáng mặt trời là hỗn hợp của nhiều 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 nhiều nhất.

- 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 phổ 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

Để vẽ đường đi của tia sáng qua lăng kính, ta thực hiện các bước sau:

- 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 gần 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.

3. Màu sắc của vật

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.

- 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.

- 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 tấm 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.