Bài giảng môn Vật lí Khối 11 - Bài 28: Lăng kính (Bản đẹp)

LĂNG KÍNH 
BÀI 47: 
I. CẤU TẠO CỦA LĂNG KÍNH 
Lăng kính là một khối chất trong suốt, đồng chất ( thuỷ tinh, nhựa), được giới hạn bởi hai mặt phẳng không song song. 
 1. Định nghĩa: 
B 
A 
Cạnh 
Đáy 
Tiết diện 
C 
C 
A 
B 
Cạnh 
Tiết diện thẳng 
Đáy 
2. Cấu tạo của lăng kính 
Lăng kính được giới hạn bởi hai mặt phẳng không song song và hai mặt được gọi là hai mặt bên của lăng kính. 
Giao tuyến của hai mặt bên là cạnh và mặt đối diên cạnh là đáy. 
n 
Lăng kính là khối lăng trụ có tiết diện chính là một tam giác . 
+ Lăng kính đặc trưng bởi : 
 Góc chiết quang A và chiết suất n 
1. Tác dụng tán sắc ánh sáng trắng : 
Ánh sáng trắng khi đi qua lăng kính được phân tích thành nhiều chùm sáng màu khác nhau. Đó là sự tán sắc ánh sáng . 
Ánh sáng trắng 
Sự tán sắc ánh sáng bởi lăng kính được Niu-Tơn khám phá ra vào năm 1669 
Lăng kính 
II. ĐƯỜNG TRUYỀN CỦA TIA SÁNG QUA LĂNG KÍNH 
A 
Xét một chùm tia sáng đơn sắc chiếu qua lăng kính có chiết suất n đặt trong không khí. 
R 
i 2 
J 
r 2 
r 1 
D 
S 
H 
B 
C 
A 
i 1 
I 
n=1 
n>1 
Tia sáng bị khúc xạ tại I, J khi đi qua các mặt bên và tia ló JR lệch về phía đáy lăng kính. 
Góc hợp bởi tia SI và tia ló JR gọi là góc lệch tia sáng của tia sáng khi qua lăng kính. 
2. Đường truyền của tia sáng qua lăng kính: 
 sin i 2 = nsin r 2 
Và: 
sin r 2 
sin i 2 
= 
1 
n 
 sin i 1 = nsin r 1 
sin i 1 
sin r 1 
Áp dụng định luật khúc xạ, ta có: 
 Thiết lập các công thức lăng kính : 
III. CÁC CÔNG THỨC CỦA LĂNG KÍNH 
i 2 
J 
r 2 
D 
r 1 
S 
H 
B 
C 
A 
I 
R 
= n 
(1 ) 
(2) 
i 1 
J 
I 
r 2 
D 
r 1 
R 
i 2 
S 
B 
C 
A 
H 
M 
Xét t am giác IHJ, ta có: 
 A = r 1 + r 2 (3) 
Xét tam giác IMJ, ta có: 
D =( i 1 – r 1 ) + (i 2 – r 2 ) 
 = (i 1 + i 2 ) – ( r 1 + r 2 ) 
 = i 1 + i 2 - A 
Suy ra: D = i 1 + i 2 –A (4) 
 Trường hợp i 1 nhỏ và góc A <10 0 ,ta có công thức gần đúng: 
 i 1 = nr 1 i 2 = nr 2 
 A = r 1 + r 2 D = i 1 + i 2 – A = A(n – 1) 
Vậy các công thức của lăng kính là: 
 A = r 1 + r 2 
D = i 1 + i 2 –A 
sin i 2 = nsin r 2 
sin i 1 = nsin r 1 
i 1 
IV. BIẾN THIÊN CỦA GÓC LỆCH THEO GÓC TỚI 
1.Thí nghiệm: 
S 
D 
D min 
E 
K 0 
A 
K 
A 
B 
C 
I 1 
I 2 
R 
S 
D min 
i 1 
r 2 
i 2 
r 1 
Khi góc tới thay đổi thì góc lệch cũng thay đổi và qua một giá trị cực tiểu( gọi là góc lệch cực tiểu). Kí hiệu là D m . 
Nhận xét : 
R 
 2. Tính chất: 
Khi có góc lệch cực tiểu, đường đi của tia sáng đối xứng qua mặt phân giác của góc chiết quang A. 
A 
B 
C 
I 1 
I 2 
R 
S 
D min 
i 1 
r 2 
i 2 
r 1 
Từ công thức của lăng kính, ta có: 
Khi thì i 2 = i 1 = i m 
Suy ra: 
và 
1. Thí nghiệm: 
C 
A 
S 
J 
45 o 
R 
B 
Chiếu chùm sáng song song tới vuông góc AB của lăng kính thủy tinh đặt trong không khí, tiết diện chính là tam giác vuông cân. 
E 
Đặt màn E đối diện cạnh AC, ta thấy vệt sáng xuất hiện trên màn. 
Kết luận: 
Tia sáng phản xạ toàn phần trên mặt BC và ló ra từ mặt AC. 
a.Thí nghiệm 1: 
V. LĂNG KÍNH PHẢN XẠ TOÀN PHẦN 
B 
C 
A 
b. Thí nghiệm 2: 
Chiếu chùm sáng song song tới vuông góc BC của lăng kính thủy tinh đặt trong không khí. 
E 
S 
Đặt màn ảnh E đối diện mặt BC ta thấy được vệt sáng trên màn. 
Kết luận: 
Tia sáng phản xạ toàn phần trên AB sau đó đến AC tiếp tục phản xạ toàn phần và ló ra từ mặt BC. 
2. Giải thích: 
C 
A 
J 
45 o 
R 
B 
S 
Thí nghiệm 1: 
Tại AB: góc tới nên tia sáng đi thẳng vào lăng kính. 
Tại J: góc tới là 
 Khi đó góc giới hạn là: 
Suy ra: 
nên 
tia sáng phản xạ toàn phần tại J 
tia phản xạ vuông góc AC nên đi thẳng ra ngoài không khí. 
2. Giải thích: 
B 
C 
A 
E 
S 
Thí nghiệm 2: 
Chùm tia tới song song với BC sẽ đi thẳng, đến AB thì góc tới lớn hơn góc giới hạn nên phản xạ toàn phần. 
Chùm tia phản xạ đến AC tiếp tục phản xạ toàn phần và tia sáng tới vuông góc BC đi thẳng ra ngoài không khí, ta thấy được vệt sáng trên màn. 
3. Ứng dụng : 
Lăng kính phản xạ toàn phần có tác dụng như một gương phẳng. 
Người ta dùng lăng kính phản xạ toàn phần trong các kính tiềm vọng ở các tàu ngầm để làm đổi phương của tia sáng và có thể quan sát các hoạt động xảy ra trên biển. 
Lăng kính toàn phần dùng đổi chiều của ảnh trong ống nhòm. 
1.BÀI TẬP 1: 
Tóm tắt 
Lăng kính thiết diện là tam giác đều ABC. 
Xác định đường truyền của tia sáng. 
Giải : 
Tại I luôn có tia khúc xạ nên ta có: 
Theo công thức lăng kính,ta có: 
Tại J có tia khúc xạ. Do tính thuận nghịch về chiều truyền tia sáng nên góc khúc xạ . 
V. BÀI TẬP CỦNG CỐ 
THE END 
Chân thành cảm ơn! 
 Chúc các bạn học tốt. 
Thành viên nhóm: 
Đỗ Viết Ơn 
Nguyễn Thành Nhân 
Ngô Văn Hiếu 
Trần Văn Diệu 
Lê Ngọc Hậu