Bài 26. Khúc xạ ánh sáng

Sự khúc xạ ánh sáng
Định luật khúc xạ ánh sáng
Sự tán sắc và cầu vồng

Lưỡng tính sóng hạt ánh sáng
Trong một vài trường hợp, ánh sáng thể hiện bản chất sóng (điện từ trường cổ điện – sự truyền ánh sáng)
Trong một vài trường hợp, ánh sáng thể hiện bản chất hạt (hiện tượng quang điện
Công thức Einstein:

Hằng số Plank
Quang học
Vận tốc ánh sáng
3.00 x 108 m/s trong chân không
Truyền chậm hơn trong chất lỏng và chất rắn (phù hợp với sự dự đoán về lý thuyết hạt)
Mô tả sự truyền ánh sáng: Nguyên lý Huygens
Bất kì điểm nào nhận được sóng ánh sáng truyền đến đều trở thành nguồn thứ cấp phát ánh sáng về trước nó
Thừa nhận sóng truyền trong môi trường theo đường thẳng
Sự phản xạ ánh sáng
Khi ánh sáng truyền đến mặt phân cách giữa hai môi trường, một phần ánh sáng phản xạ lại

Mặt nhẵn:


Mặt nhám:

Góc phản xạ = Góc tới
Sự khúc xạ ánh sáng
Vì vậy, một phần ánh sáng truyền đến mặt phân cách hai môi trường tiếp tục truyền qua môi trường thứ hai gọi là ánh sáng bị khúc xạ
Đường đi của ánh sáng qua mặt khúc xạ là thuận nghịch

Góc khúc xạ
Vận tốc v1

Vận tốc v2
Nếu vận tốc giảm: q2Nếu vận tốc tăng: q2>q1
Định luật khúc xạ
Khái niệm hệ số khúc xạ của môi trường (chiết suất)



Chú ý: n không có thứ nguyên và n>1
hệ số khúc xạ càng lớn, vận tốc ánh sáng trong môi trường càng nhỏ
Khi ánh sáng truyền từ môi trường này sang môi trường khác tần số của nó không thay đổi
C: vận tốc ánh sáng trong chân không
V: vận tốc ánh sáng trong môi trường
Định luật khúc xạ
Viết lại định luật khúc xạ với định nghĩa hệ số khúc xạ:
Định luật Snell
Ví dụ: Góc khúc xạ trong thủy tinh
Một tia sáng bước sóng 589 nm (tạo bởi đèn Natri) truyền từ không khí đến một mặt nhẵn với góc tới 30.0º như hình vẽ. Tìm góc khúc xạ
Ví dụ:
Giả thiết:

Hệ số khúc xạ:
Không khí: n1 = 1.00
Thủy tinh: n2 = 1.52
Bước sóng: l=589 nm


Tìm:

q2=?

Định luật Snell:

(1)

Thay dữ liệu từ bảng, tìm được góc khúc xạ:
(2)


Chú ý: Tia sáng bị lệch về phía pháp tuyến như dự đoán.
Q: Bước sóng của ánh sáng trong thủy tinh là bao nhiêu?

Sự tán sắc ánh sáng và lăng kính
Một đặc tính quan trọng của hệ số khúc xạ: giá trị của nó trong môi trường phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng (ngoại trừ trong chân không luôn bằng 1). Hiện tượng này gọi là tán sắc
Định luật Snell cho thấy ánh sáng có bước sóng khác nhau thì bị lệch khác nhau khi truyền qua một môi trường khúc xạ.
Lăng kính
Cầu vồng
Cầu vồng
Trong cầu vồng, các giọt nước mưa trong không khí giống như những lăng kính. Ánh sáng đi vào giọt nước tại A, phản xạ trở lại tại B và đi ra ở. Trong quá trình đó, ánh sáng mặt trời tách ra thành quang phổ giống như khi qua lăng kính tam giác.
Góc giữa tia sáng mặt trời tới và tia đi ra 42 độ đối với tia đỏ và 40 độ đối với tia tím.
Chênh lệch nhỏ giữa các tia sáng đi ra làm chúng ta thấy cầu vòng có dạng cung.
Phản xạ toàn phần
Ánh sáng truyền từ môi trường có hệ số khúc xạ lớn sang môi trường có hệ số khúc xạ nhỏ hơn.





Với góc thích hợp, qc, tia khúc xạ nằm song song với mặt ngăn cách:
phản xạ toàn phần
n2 < n1

n1
Áp dụng:
Sự long lanh của kim cương (qc nhỏ và các mặt khúc xạ được cắt gọt)



Cáp quang



Kính hiển vi, ống nhòm, kính viễn vọng…