Lăng kính - Sự phản xạ và khúc xạ ánh sáng

Đăng nhập / Đăng ký

Góp ý với Onthi.com

Gõ tiếng việt: On Off

Chú ý chú ý:

Ôn thi >> Lý thuyết >> Sự phản xạ và khúc xạ ánh sáng >> Lăng kính

1. Định nghĩa

Lăng kính là một khối chất trong suốt (thuỷ tinh, thạch anh, nước v.v…) hình lăng trụ đứng, có tiết diện thẳng là một hình tam giác.

Hai mặt của lăng kính để sử dụng được mài phẳng nhẵn và gọi là hai mặt bên (hai mặt ABB’A’ và ACC’A’ trên hình 5.23).

Mặt còn lại BCC’B’ gọi là mặt đáy của lăng kính. Mặt này có thể không dùng đến, nên có khi nó được mài nhám hoặc bôi đen.

Góc nhị diện A tạo bởi hai mặt bên gọi là góc chiết quang của lăng kính.

Giao tuyến AA’ của hai mặt bên gọi là cạnh của lăng kính.

Một mặt phẳng P vuông góc với cạnh sẽ cắt lăng kính theo một tiết diện thẳng (A1B1C1)

Ta chỉ xét những tia sáng khi đi qua lăng kính nằm trong một tiết diện thẳng nhất định.

Gọi n là chiết suất tỉ đối của chất làm lăng kính đối với môi trường trong đó đặt lăng kính. Ta thường gọi tắt n là chiết suất của lăng kính.

2. Đường đi của một tia sáng đơn sắc qua một lăng kính – Góc lệch

Thực ra, chiết suất của một lăng kính nhất định đối với những tia sáng có màu khác nhau thì khác nhau. ở đây, ta chỉ xét đường đi của một tia sáng đơn sắc (có một mầu nhất định) qua lăng kính. Đối với tia này, lăng kính có một chiết suất nhất định. Ta xét trường hợp n > 1 và tia tới từ phía đáy lăng kính đi lên.

Một đặc điểm rất quan trọng của sự truyền ánh sáng qua một lăng kính (có n > 1), là: sau khi qua lăng kính, hướng của tia ló bị lệch về phía đáy của lăng kính so với hướng của tia tới. Đó là vì: khi khú xạ tại điểm I, tia khúc xạ IJ đã bị lệch về phía đáy BC; tiếp đó, khi khúc xạ tại điểm J, tia ló JR lại bị lệch thêm về phía đáy BC.

Ta gọi góc lệch D giữa tia ló và tia tới là góc phải quay tia tới SI để nó trùng về phương và chiều với tia ló JR.

3. Các công thức về lăng kính

Ta có thể tính được góc lệch D của tia ló, nếu biết góc tới của tia sáng tới SI, góc chiết quang A và chiết suất n của lăng kính. Thực vậy, ta có thể chứng minh dễ dàng các công thức sau:

                              (5.11)

4. Góc lệch cực tiểu

Đối với một lăng kính nhất định, thì góc lệch D của tia ló chỉ còn phụ thuộc vào góc tới của tia tới. Khi cho góc tới biến thiên thì D cũng biến thiên, nhưng sẽ đi qua một giá trị cực tiểu .

Dựa vào các công thức về lăng kính, người ta chứng minh được là:

Khi góc lệch D có giá trị cực tiểu thì góc ló bằng góc tới: , lúc đó ta cũng có

Từ các công thức (5-11), với , ta suy ra công thức tính góc lệch cực tiểu :

                               (5-12)

Công thức (5-12) cho thấy chỉ phụ thuộc A và n. Nó là một đặc trưng quan trọng của lăng kính.

Nếu đo được và A, ta sẽ tính được n. Đó là cơ sở của phép đo chiết suất các chất rắn và chất lỏng bằng giác kế (máy đo góc).