Bài 26. Khúc xạ ánh sáng

Sự khúc xạ ánh sáng
1.Hiện tượng khúc xạ ánh sáng là gì?

* Thí nghiệm:
Chiếu một tia sáng (tia màu đỏ) từ môi trường không khí vào môi trường nước đựng trong một bình thuỷ tinh. Các bạn hãy quan sát thí nghiệm và cho nhận xét về hiện tượng xảy ra?
Trước khi trả lời câu hỏi: sự khúc xạ ánh sáng là gì?
Xin mời các bạn quan sát thí nghiệm sau:

Xnen(Willebrord Snell)
Giáo sư toán-vât lý tại
Đai học Lây-đen(leyden),
người đã khám phá ra
định luật khúc xạ a/s đồng
thời với Đề-các(Descartes)
Do hiện tượng khúc xạ
a/s, ta thấy thìa trong
cốc nước như bị gãy ở
mặt nước
+) Hiện tượng: Tia sáng bị gãy khúc khi đi qua mặt phân cách giữa hai môi trường.
Hiện tượng trên gọi là hiện tượng khúc xạ ánh sáng và tia sáng đi trong môi trường nước gọi là tia khúc xạ.
N
S
I
K
Câu hỏi: Vậy theo các bạn hiện tượng
khúc xạ ánh sáng là gì?

* Định nghĩa:
Hiện tượng khi ánh sáng truyền qua một mặt phân cách giữa hai môi trường trong suất, tia sáng bị gãy khúc(hay đổi hướng đột ngột) ở mặt phân cách gọi là hiện tượng khúc xạ ánh sáng.
2. Định luật khúc xạ ánh sáng:
a) Các thí nghiệm:
* Thí nghiệm 1: Trong thí nghiệm trên, ta đặt bảng gỗ vuông góc với mặt nước và cho tia tới SI quét là là mặt bảng.
Kết quả: Ta thấy tia khúc xạ IK cũng quét là là mặt bảng đó.
Trả lời: Tia khúc xạ và tia tới luôn nằm trong cùng một mặt phẳng vuông góc với mặt phân cách (gọi là mặt phẳng tới). Mặt phẳng tới là mặt phẳng chữa tia tới và pháp tuyến IN của mặt phân cách.
* Thí nghiệm 2: Cũng trong thí nghiệm trên, chúng ta thay đổi góc tới i. Các bạn hãy quan sát thí nghiệm và cho nhân xét về góc khúc xạ?
Sau đây xin mời các bạn quan sát tiếp thí nghiệm sau:

Kết quả: Góc khúc xạ cũng thay đổi.
Điều đó chứng tỏ rằng: góc tới và góc khúc xạ có liên hệ với nhau. Và tới năm 1621, Xnen (người Hà Lan) bằng thực nghiệm phát hiện ra là sin góc khúc xạ tỉ lệ với sin góc tới.
b) Định luật khúc xạ ánh sáng:
+) Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới và ở bên kia pháp tuyến so với tia tới.
+) Đối với một cặp môi trường trong suốt nhất định thì tỉ số giữa sin của góc tới ( sini ) với sin góc khúc xạ ( sinr ) luôn luôn là một số không đổi. Số không đổi này phụ thuộc vào bản chất của hai môi trường và được gọi là chiết suất tỉ đối của môi trường chứa tia khúc xạ ( môi trường 2 ) đối với môi trường chứa tia tới ( môi trường 1 ), kí hiệu là n21 :
sini/sinr = n21
+) Khi ánh sáng truyền từ không khí vào thuỷ tinh: sini/ sinr = n KK-TT = 3/2 => i > r.
+) Khi ánh sáng truyền từ thuỷ tinh ra không khí: sini/ sinr = nTT-KK = 2/3. => i < r.
* Nhận xét:
* Thí dụ:
+) Nếu n21 > 1 thì góc khúc xạ nhỏ hơn góc tới. Ta nói môi trường 2 chiết quang hơn môi trường 1.
+) Nếu n21 < 1 thì góc khúc xạ lớn hơn góc tới. Ta nói môi trường 2 chiết quang kém hơn môi trường 1.
+) Nếu i = 0 => r = 0. +) n21= 1/n12.
Từ định
Luật trên
Xin mời
Các em
xét một
thí dụ
sau
3) Chiết suất tuyệt đối:
Qua thí dụ trên chúng ta thấy: n21 = 3/2 = nthủy tinh Ta có: chiết suất của không khí gần bằng chiết suất của chân không , và bằng 1.
* Chiết suất tuyệt đối của một môi trường là chiết suất của nó đối với chân không.
Giữa chiết suất tỷ đối n21 của môi trường 2 đối với môi trường 1 và các chiết suất tuyệt đối n2 và n1 của chúng, ta có:
+) Dựa vào thuyết về bản chất sóng của ánh sáng mà Huyghen đề ra người ta đã chứng minh được rằng:
+) Nếu môi trường 1 là chân không thì ta có:
n1= 1 và v1= c = 3.108 m/s. suy ra:
n2 = c / v2 hay v2 = c / n2 (*)
+) Vì vận tốc truyền ánh sáng trong các môi trường đều nhỏ hơn vận tốc truyền ánh sáng trong chân không, nên chiết suất tuyết đối của các môi trường luôn lớn hơn 1.
Từ biểu thức (*) ta có nhận xét sau:
Chiết suất tuyệt đối của các môi trường trong suất tỷ lệ nghịch với vận tốc truyền của ánh sáng trong các môi trường đó: n2 / n1 = v2 / v1

Chiết suất tuyệt đối của môi trường trong suất cho biết vận tốc truyền ánh sáng trong môi trường đó nhỏ hơn vận tốc truyền ánh sáng trong chân không bao nhiêu lần.
*Nhận xét:
Bài 5 (sgk): Tóm tắt:
Mt1: nước n1=n=4/3, Mt2: không khí n2=1
* Tính r=? Khi i=300,450,600
Giải: *Theo định luật khúc xạ ánh sáng:
sini/sinr = n2/n1=1/n suy ra sini=nsinr (1)
a) i=300, n=4/3 suy ra sinr=4/3.sin300=4/3.1/2=0.666.Suy ra r=41050`
b) i=450, n=4/3 suy ra sinr=4/3.sin450=0.9428.Suy ra r=70030`
c) i=600, n=4/3 suy ra sinr=4/3.sin600=1,155>1.Suy ra r >900. Không có tia khúc xạ.
Vậy trong bài hôm nay chúng ta đã biết thế nào là hiện tượng khúc xạ ánh sáng và hiện tượng khúc xạ ánh sáng tuân theo những định luật nào. Để áp dụng cho các định luật đó về nhà các bạn làm các bài tập 4, 5, 6, trong SGK.
Bài 33:
sự khúc xạ ánh sáng
Người thực hiện: GV- Trịnh Xuân Bảo
Trường THPT Sơn Nam