Lý thuyết khúc xạ ánh sáng

KHÚC XẠ ÁNH SÁNG

I- KHÚC XẠ ÁNH SÁNG

1. Hiện tượng khúc xạ ánh sáng

Khúc xạ là hiện tượng chùm tia sáng bị đổi phương đột ngột khi đi qua mặt phân cách hai môi trường truyền ánh sáng.

2. Định luật khúc xạ ánh sáng

- Tia tới: Tia sáng đi đến mặt phân cách hai môi trường

- Tia khúc xạ: Tia sáng bị khúc xạ qua mặt phân cách

- Góc tới i: hợp bởi tia tới và pháp tuyến

- Góc khúc xạ r: hợp bởi tia khúc xạ và pháp tuyến

* Định luật khúc xạ ánh sáng

- Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới

- Tia tới và tia khúc xạ nằm ở hai bên pháp tuyến tại điểm tới

- Đối với hai môi trường trong suốt nhất định, tỉ số giữa sin của góc tới và sin của góc khúc xạ  là một hằng số

\(\frac{{\sin i}}{{{\mathop{\rm s}\nolimits} {\rm{inr}}}} = n\) 

+ Nếu n > 1: (môi trường khúc xạ  (mt 2) chiết quang hơn môi trường tới (mt1))

\(\sin i > {\mathop{\rm s}\nolimits} {\rm{inr}} \to i > r\): tia khúc xạ gần pháp tuyến hơn so với tia tới

+ Nếu n < 1: (môi trường khúc xạ  (mt 2) chiết quang kém môi trường tới (mt1))

\(\sin i < {\mathop{\rm s}\nolimits} {\rm{inr}} \to i < r\): tia khúc xạ xa pháp tuyến hơn so với tia tới

II- CHIẾT SUẤT

1. Chiết suất tỉ đối

Chiết suất tỉ đối giữa hai môi trường bất kỳ được xác định bằng biểu thức: \({n_{21}} = \frac{{{v_1}}}{{{v_2}}}\)

2. Chiết suất tuyệt đối

Chiết suất tuyệt đối của một môi trường là chiết suất tỉ đối của môi trường đó đối với chân không.

\(n = \frac{c}{v}\)

Trong đó:

     + n: chiết suất của môi trường

     + c: tốc độ ánh sáng trong chân không

     + v: tốc độ truyền ánh sáng trong môi trường xét

Vì tốc độ của ánh sáng truyền đi trong các môi trường bao giờ cũng nhỏ hơn tốc độ ánh sáng trong chân không (v < c) nên chiết suất tuyệt đối của mọi chất đều lớn hơn 1.

\({n_{21}} = \frac{{{n_2}}}{{{n_1}}}\)

Trong đó:

+ n21: chiết suất tỉ đối của môi trường 2 đối với môi trường 1

+ n1: chiết suất tuyệt đối của môi trường 1

+ n2: chiết suất tuyệt đối của môi trường 2

- Viết lại biểu thức định luật khúc xạ: \({n_1}\sin i = {n_2}\sin {\rm{r}}\)

III. TÍNH THUẬN NGHỊCH CỦA SỰ TRUYỀN ÁNH SÁNG.

Thí nghiệm cho thấy (Ở hình 26.1) nếu đảo chiều, cho ánh sáng truyền từ nước ra không khí theo tia RI thì nó khúc xạ vào không khí theo tia IS. Như vậy ánh sáng truyến đi theo đường nào thì cũng truyền ngược lại theo đường đó.

Đây chính là tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng.

Từ tính thuận nghịch, ta suy ra: n12 = \(\frac{1}{n_{21}}\)

Tính thuận nghịch này cũng biểu hiện ở sự truyền thẳng và sự phản xạ. 

IV- ỨNG DỤNG CỦA HIỆN TƯỢNG KHÚC XẠ ÁNH SÁNG

Giải thích hiện tượng nhìn thấy bầu trời đêm đầy sao lấp lánh: Vào những buổi đêm khi nhìn lên trời bạn thấy được các vì sao lấp lánh nguyên nhân của nó là do ánh sáng từ các ngôi sao bị khúc xạ (gãy khúc) nhiều lần khi truyền từ không khí truyền từ không gian xuyên qua bầu khí quyển của trái đất.

Sơ đồ tư duy về khúc xạ ánh sáng