Lăng kính

Lý thuyết

Câu C1 trang 177 SGK Vật lý 11

Tại sao ánh sáng truyền từ không khí vào lăng kính, luôn có sự khúc xạ và tia khúc xạ lệch gần tia pháp tuyến hơn so với tia tới.

Hướng dẫn giải

* Vì chiết suất của các chất làm lăng kính bao giờ cũng lớn hơn chiết suất của không khí: n > 1.

Do ánh sáng truyền từ không khí vào lăng kính là từ môi trường chiết quang kém sang môi trường chiết quang hơn => luôn có tia khúc xạ.

* Mặt khác, theo công thức của định luật khúc xạ ta có:

\(\sin {i_1} = n\sin {r_1} > \sin {r_1}\)

i1 > r1 luôn có sự khúc xạ và tia khúc xạ lệch gần pháp tuyến hơn so với tia tới.

Câu C2 trang 177 SGK Vật lý 11

Hãy thiết lập công thức lăng kính.

Hướng dẫn giải

Từ hình 28.4, SGK

Theo định luật khúc xạ trên mặt bên AB và mặt bên AC ta có:

\(\begin{array}{l}{{\mathop{\rm sini}\nolimits} _1} = n\sin {r_1}\\\sin {i_2} = n\sin {r_2}\end{array}\)

Mặt khác:

A = góc N1 ( góc có cạnh tương ứng vuông góc)

góc N1 = r1 + r2 ( góc ngoài của tam giác IJN1)

= > A = r1 + r1

Tương tự:

D = góc ngoài của tam giác MIJ

D = (i1 - r1 ) + (i2 - r2 ) = i1 + i2 - (r1 + r2)

D = i1 + i2 - A

Câu C3 trang 178 SGK Vật lý 11

Giải thích sự phản xạ toàn phần ở mặt phân cách bên lăng kính ở hình 28.7.

Hướng dẫn giải

Lăng kính phản xạ toàn phần là lăng kính có tiết diện thẳng là tam giác vuông cân ABC vuông tại A.

Như vậy góc B = góc C = 45o.

* Trường hợp hình 28.7a: Chùm tia sáng tới song song tới góc vuông với mặt bên AB, sẽ truyền thẳng vào lăng kính tới đáy BC dưới góc tới trên mặt đáy BC là \(i_2 = 45^0\) . Chất làm lăng kính có chiết suất n thỏa mãn điều kiện sao cho góc giói hạn \(i_{gh}<i_2=45^0\) . Tức là:

\(\sin {i_{gh}} = \dfrac{1}{n} < \sin {45^0} = \dfrac{1}{{\sqrt 2 }} \Rightarrow n > \sqrt 2 \)

Khi đó sẽ thõa mãn điều kiện phản xạ toàn phần tại đáy BC.

Ta thu được tia phản xạ với góc phản xạ \(i_2'=i_2 = 45^0\). Như vậy tia này sẽ vuông góc với mặt bên AC nên sẽ truyền thẳng ra ngoài không khí mà không bị khúc xạ.

* Trường hợp hình 28.7b: Chùm tia sáng tới song song tới vuông góc với mặt đáy BC, sẽ truyền thẳng vào lăng kính tới mặt bên AB dưới góc tới trên mặt bên AB là i1 = 45o. Chất lăng kính có chiết suất n thỏa mãn điều kiện sao cho góc tới giới hạn igh < i1 = 45o. Tức là:

\(\sin {i_{gh}} = \dfrac{1}{n} < \sin {45^0} = \dfrac{1}{{\sqrt 2 }} \Rightarrow n > \sqrt 2 \)

Khi đó sẽ thỏa mãn điều kiện phản xạ toàn phần tại mặt bên AB. Ta thu được tia phản xạ với góc phản xạ i1' = i1 = 45o. Như vậy tia sáng này sẽ song song với mặt đáy BC nên sẽ truyền thẳng tới mặt bên AC dưới góc tới i2 = 45o. Như vậy tại mặt AC cũng thỏa mãn góc tới lớn hơn góc giới hạn => Phản xạ toàn phần tại AC.

=> Ta thu được tia phản xạ với góc phản xạ \(i_2'=i_2=45^0\). Như vậy tia này sẽ vuông góc với mặt bên BC nên sẽ truyền thẳng ra ngoài không khí mà không bị khúc xạ.

Bài 1 (SGK trang 179)

Lăng kính là gì? Nêu cấu tạo và các đặc trưng quang học của lăng kính.

Hướng dẫn giải

Lăng kính là một khối chất trong suốt (thủy tinh, nhựa ...) thường có dạng lăng trụ tam giác.

Khi sử dụng lăng kính, chùm tia sáng hẹp được chiếu truyền qua lăng kính trong một mặt phẳng vuông góc với cạnh của khối lăng trụ. Do đó, lăng kính được biểu diễn bằng tam giác tiết diện phẳng.

Các phần tử của lăng kính gồm: cạnh, đáy, hai mặt bên.

Về phương diện quang học, một lăng kính được đặc trưng bởi:

  • Góc chiết quang A;
  • Chiết suất n.
  •  

Bài 2 (SGK trang 179)

Trình bày tác dụng của lăng kính đối với sự truyền ánh sáng qua nó. Xét hai trường hợp:

- Ánh sáng đơn sắc;

- Ánh sáng trắng.

Hướng dẫn giải

Ánh sáng đơn sắc qua lăng kính sẽ bị khúc xạ.

Ánh sáng trắng gồm nhiều ánh sáng màu và lăng kính có tác dụng phân tích chùm sáng truyền qua nó thành nhiều chùm sáng màu khác nhau.

Bài 3 (SGK trang 179)

Nêu các công dụng của lăng kính.

Hướng dẫn giải

Lăng kính có nhiều công dụng trong khoa học kỹ thuật như:

1. Máy quang phổ.

2. Lăng kính phản xạ toàn phần.

Bài 4 (SGK trang 179)

Có ba trường hợp truyền tia sáng qua lăng kính như Hình 28.8

Ở (các) trường hợp nào sau đây, lăng kính không làm lệch tia ló về phía đáy?

A. Trường hợp 1.

B. Trường hợp 2 và 3.

C. Ba trường hợp 1, 2 và 3.

D. Không trường hợp nào.

Hướng dẫn giải

Ở các trường hợp trên, trường hợp nào lăng kính cũng làm tia ló lệch về phía đáy 

=> Chọn phương án D.

Bài 5, 6 (SGK trang 179)

Cho tia sáng truyền tới lăng kính như Hình 28.9

Bài 5: Tia ló truyền đi sát mặt BC. Góc lệch tạo bởi lăng kính có giá trị nào sau đây?

A. 0o

B. 22,5o

C. 45o.

D. 90o

Bài 6: Chiết suất n của lăng kính có giá trị nào sau đây? (Tính tròn tới một chữ số thập phân)

A. 1,4.

B. 1,5.

C. 1,7.

D. Khác A, B, C.

 

Hướng dẫn giải

ΔABC vuông cân \( =  > \widehat B = \widehat C = {45^o}\)

SI ⊥ AC => Tia SI truyền thẳng vào môi trường trong suốt ABC mà không bị khúc xạ

=> góc tới \(i\) ở mặt BC bằng: \(i = \widehat B = \widehat C = {45^o}\)

Tia ló truyền đi sát mặt BC => góc ló r = 900

Vậy góc lệch taọ bởi lăng kình có giá trị: D = 900 - 450 = 450

Đáp án: Chọn C

Bài 7 (SGK trang 179)

Lăng kính thủy tinh có tiết diện thẳng là tam giác cân ABC đỉnh A. Một tia sáng đơn sắc được chiếu vuông góc tới mặt bên AB. Sau hai lần phản xạ toàn phần trên hai mặt AC và AB, tia sáng ló ra khỏi đáy BC theo phương vuông góc với BC.

a) Vẽ đường truyền của tia sáng và tính góc chiết quang A.

b) Tìm điều kiện mà chiết suất n của lăng kính phải thỏa mãn.

Hướng dẫn giải

a) Vẽ đường truyền của tia sáng và tính góc chiết quang A.

+ Vẽ đường truyền của tia sáng ở hình 7

+ Tính góc chiết quang A.

Ta có: \(\widehat {{i_1}} = \widehat {{i_2}} = \widehat K = \widehat A\) (góc có cạnh tương ứng vuông góc)

=>Tam giác IJK cân tại J

Mặt khác\(\widehat {{J_1}} = \widehat B\) (góc có cạnh tương ứng vuông góc)

Áp dụng số đo góc ngoài của tam giác IJK :\(\widehat {{J_1}} = \widehat {{I_1}} + \widehat K =  > \widehat B = 2\widehat A\)

Xét tam giác ABC có \(5\widehat A = {180^0} =  > \widehat A = {36^0}\)

b) Tìm điều kiện mà chiết suất n phải thỏa mãn:\({i_1} \ge {i_{gh}}\)

Ta có \(i_{gh}=\widehat{A}={36^0}\)

Mặt khác: \(sin{i_{gh}} = {\rm{ }}{1 \over n} = sin{36^0} = 0,587785 =  > n = 1,7.\)

Loading...