Bài giảng Vật lí Lớp 12 - Bài: Sự phân cực ánh sáng - Trương Tinh Hà

Sự phân cực của ánh sáng   (1) 
Th.S Trương Tinh Hà 
Khoa Vật Lý - Trường Đại Học Sư Phạm TP.HCM 
Website: tinhha.centea.org 
Email: [email protected] 
4/26/2022 
1 
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- Phân cực 
Nội dung nghiên cứu 
Sự phân cực là gì ? 
Mô hình nghiên cứu 
Sự phân cực : bản chất & nguyên nhân 
Tóm lược lịch sử phát hiện và nghiên cứu hiện tượng 
Ứng dụng 
Môi trường dị hướng - Tinh thể 
Môi trường dị hướng 
Tinh thể là gì ? - Tinh thể thạch anh và đá băng lan 
Hiện tượng lưỡng chiết 
Bề mặt sóng trong môi trường dị hướng 
Quang trục 
Công thức của một ellipsoid tròn xoay 
Hình ảnh của các bề mặt sóng 
Một vài ví dụ 
2 
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- Phân cực 
Tất cả các hiện tượng quang học đang được biết đến hiện nay bao gồm luôn cả tương tác với nguyên tử , phân tử và vật rắn 
Lý thuyết lượng tử của electron 
Điện động lực lượng tử 
Quang học sóng điện từ 
Trường ánh sáng và tương tác với vật chất 
Giao thoa , nhiễu xạ và tạo ảnh không tính đến sự phân cực 
Quang học sóng 
Truyền và tạo ảnh qua vật có kích thước >> λ 
Quang học tia 
3 
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- Phân cực 
Sự phân cực là gì ? 
Mô hình nghiên cứu : dựa trên lý thuyết sóng điện từ (electromagnetic wave theory)  ánh sáng là sóng điện từ . 
Sự phân cực (Polarization): hiện tượng vector dao động bị giới hạn phương dao động . 
Ánh sáng tự nhiên : Vector E dao động theo mọi phương 
Ánh sáng phân cực : Phương dao động của vector E không còn tính đối xứng xung quanh phương truyền nữa . 
4 
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- Phân cực 
Sự phân cực là gì ? 
Nguyên nhân : do ánh sáng ( sóng điện từ ) tương tác với môi trường vật chất . 
Có nhiều phương pháp làm phân cực ánh sáng : 
Phản xạ (Reflection) 
Khúc xạ (Refraction) 
Sự truyền qua (Transmission) 
Tán xạ (Scattering) 
5 
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- Phân cực 
Minh họa 
Sóng điện từ lan truyền theo phương Ox 
6 
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- Phân cực 
Minh họa 
7 
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- Phân cực 
Minh họa 
8 
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- Phân cực 
Tóm lược lịch sử (1) 
Hiện tượng phân cực đã bắt đầu được chú ý và nghiên cứu từ năm 1669, sau đó liên tục thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học . 
Các thủy thủ sau chuyến đi đến Iceland, khi quay về Copenhagen đã đem theo các tinh thể trong suốt và xinh đẹp , có những đặc tính lý thú : hình ảnh của một vật khi được nhìn qua những tinh thể này sẽ được nhân đôi . 
9 
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- Phân cực 
Tóm lược lịch sử (2) 
Năm 1669, nhà toán học , vật lý học người Đan Mạch Erasmus Bartholinus nghiên cứu hiện tượng trên , thực hiện các thí nghiệm và cho xuất bản một tập khảo cứu dày 60 trang mô tả đầy đủ về hiện tượng nhân đôi hình ảnh của một vật khi nhìn vật qua tinh thể 
 Tài liệu khoa học đầu tiên về vấn đề phân cực . 
10 
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- Phân cực 
Lịch sử nghiên cứu hiện tượng phân cực của ánh sáng 
Tóm lược lịch sử (3) 
Christiaan Huygens 
(1690) 
Sir Isaac Newton 
(1717) 
Thomas Young 
(1801) 
Etienne-Louis Malus 
(1809) 
11 
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- Phân cực 
Lịch sử nghiên cứu hiện tượng phân cực của ánh sáng 
Tóm lược lịch sử (4) 
Dominique Francois Jean Arago 
(1811) 
David Brewster 
(1812) 
Jean- Baptiste Biot 
(1812) 
12 
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- Phân cực 
Ứng dụng 
Hiện tượng phân cực hiện diện rộng khắp trong tự nhiên : cầu vồng , ánh sáng phản xạ trên mặt hồ , trên mặt đường ,... 
Được các sinh vật sử dụng : bạch tuộc , ong ,... 
Được con người sử dụng rộng rãi trong đời sống hàng ngày : kính mát , màn hình tinh thể lỏng , kính hiển vi phân cực ,... 
13 
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- Phân cực 
Tóm tắt 
Các phát hiện  về sự phân cực 
Nghiên cứu 
Ứng dụng 
Lý thuyết sóng điện từ 
Giải thích 
14 
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- Phân cực 
Môi trường dị hướng - Tinh thể 
Môi trường dị hướng : môi trường có tính chất thay đổi theo phương . VD: tính đàn hồi , biến dạng trượt , độ cứng , tính dẫn nhiệt , từ tính , quang tính ,... 
Vật chất tồn tại dưới các trạng thái rắn , lỏng , khí , plasma. 
Vật chất ở trạng thái rắn có thể thuộc : 
Trạng thái vô định hình : 
Trạng thái kết tinh ( tinh thể ): các phân tử , nguyên tử cấu tạo nên vật chất được sắp xếp theo những trật tự xác định , đồng nhất trong không gian . 
Phần lớn tinh thể có tính dị hướng . 
15 
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- Phân cực 
Vài cấu trúc tinh thể 
16 
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- Phân cực 
Tinh thể thạch anh 
Tinh thể thạch anh : Quartz 
Hợp chất : SiO 2 
17 
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- Phân cực 
Tinh thể đá băng lan 
Tinh thể đá băng lan : Iceland spar, calcite spath 
Hợp chất : CaCO 3 
18 
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- Phân cực 
Hiện tượng lưỡng chiết 
Hiện tượng lưỡng chiết : double refraction, birefringence. 
Nguyên nhân : do tương tác giữa sóng điện từ và môi trường dị hướng . Một tia sáng truyền qua tinh thể thì trở thành hai tia phân biệt . 
Kết quả : có hai ảnh của cùng một vật . 
19 
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- Phân cực 
Một số hình ảnh 
20 
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- Phân cực 
Hình ảnh ( tt ) 
21 
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- Phân cực 
Bề mặt sóng trong môi trường dị hướng 
Khi ánh sáng truyền trong môi trường dị hướng , chúng sẽ truyền với các vận tốc khác nhau theo các phương khác nhau . 
Quang trục : những phương đặc biệt trong tinh thể mà ánh sáng khi truyền theo phương này thì giống như khi truyền trong môi trường đẳng hướng . 
Tia thường có bề mặt sóng là hình cầu . 
Tia bất thường có bề mặt sóng là hình ellipsoid tròn xoay , trục đối xứng tròn xoay là trục quang học . 
22 
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- Phân cực 
Công thức của ellipsoid tròn xoay 
Hình cầu trong hệ toạ độ Oxyz có dạng : 
Ellipsoid tròn xoay trong hệ Oxyz có dạng : 
23 
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- Phân cực 
Hình ảnh của các bề mặt sóng 
Tia thường : sóng cầu 
Tia bất thường : ellipsoid tròn xoay 
24 
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- Phân cực 
Bề mặt sóng trong tinh thể dương 
Trong tinh thể dương : ( thạch anh ,...) 
	 n o < n e 	 
 nên v o > v e 
25 
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- Phân cực 
Bề mặt sóng trong tinh thể âm 
Trong tinh thể âm : ( đá băng lan ,...) 
	 n o > n e 	 
 nên v o < v e 
26 
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- Phân cực 
Một vài ví dụ 
Vẽ bề mặt sóng của tia thường và tia bất thường trong tinh thể đá băng lan . 
 o 
 e 
27 
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- Phân cực 
Một vài ví dụ 
Vẽ bề mặt sóng của tia thường và tia bất thường trong tinh thể đá băng lan . 
 o 
 e 
28 
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- Phân cực 
Củng cố 
	 Khi nhìn một vật qua tinh thể dị hướng , tuỳ theo góc độ ta sẽ thấy hai ảnh của vật . 	 Vậy ta có thể xoay tinh thể để chỉ nhìn thấy một ảnh của vật hay không ? 
29 
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- Phân cực 
Củng cố 
Khi ánh sáng phản xạ trên một bề mặt điện môi như thủy tinh , mặt nước , mặt đường , tuyết ,... Ánh sáng sẽ bị phân cực theo hướng .......(song song, vuông góc ) với bề mặt phản xạ ? 
Cặp kính mát nào phù hợp để nhìn thấy rõ các vật trong các ánh sáng phản xạ ấy ? ( Trục phân cực được biểu diễn bằng các đường sọc ) 
30 
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- Phân cực 
Tài liệu tham khảo 
Microsoft Encarta 2004 
www.physicsclassroom.com 
Tìm kiếm trên www.google.com.vn với từ khóa polarization , iceland spath , quartz , crystal , double refraction , birefringence ,... 
31 
Tài liệu hỗ trợ - Quang học HP2- Phân cực