Lý thuyết: Khúc xạ ánh sáng
1. Sự khúc xạ ánh sáng
a) Hiện tượng khúc xạ ánh sáng
Khúc xạ ánh sáng là hiện tượng lệch phương (gãy) của các tia sáng khi truyền xiên góc qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt khác nhau.
Ta có: SI là tia tới.
I là điểm tới.
N’IN là pháp tuyến với mặt phân cách tại I.
IR là tia khúc xạ.
IS’ là tia phản xạ.
i là góc tới, r là góc khúc xạ.
b) Định luật khúc xạ ánh sáng
- Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới (tạo bởi tia tới và pháp tuyến) và ở phía bên kia pháp tuyến so với tia tới.
- Với hai môi trường trong suốt nhất định, tỉ số giữa sin góc tới (sini) và sin góc khúc xạ (sinr) luôn không đổi:
2. Chiết suất của môi trường
a) Chiết suất tỉ đối
Tỉ số không đổi
trong hiện tượng khúc xạ được gọi là chiết suất tỉ đối n21 của môi trường (2) chứa tia khúc xạ đối với môi trường (1) chứa tia tới.
+ n21 > 1 thì r < i: Tia khúc xạ bị lệch lại gần pháp tuyến hơn. Ta nói môi trường (2) chiết quang hơn môi trường (1).
+ n21 < 1 thì r > i: Tia khúc xạ bị lệch xa pháp tuyến hơn. Môi trường (2) chiết quang kém môi trường (1).
b) Chiết suất tuyệt đối
- Chiết suất tuyệt đối (thường gọi tắt là chiết suất) của một môi trường là chiết suất tỉ đối của môi trường đó đối với chân không.
+ Chiết suất của chân không là 1.
+ Chiết suất của không khí gần bằng 1.
+ Các môi trường trong suốt khác đều có chiết suất tuyệt đối lớn hơn 1.
- Hệ thức giữa chiết suất tỉ đối và chiết suất tuyệt đối:
Trong đó:
n1 là chiết suất tuyệt đối của môi trường (2)
n2 là chiết suất tuyệt đối của môi trường (1)
Chú ý:
- Hệ thức giữa chiết suất tỉ đối và vận tốc truyền ánh sáng trong các môi trường:
- Chiết suất của một môi trường:
Trong đó:
c = 3.108 m/s là vận tốc ánh sáng trong chân không.
v là vận tốc ánh sáng trong môi trường có chiết suất n.
- Biểu thức khác của định luật khúc xạ ánh sáng:
n1sini = n2sinr
+ Trường hợp i và r nhỏ hơn 10o thì: sini ≈ i; sinr ≈ r
Ta có: n1i = n2r
+ Trường hợp i = 0o, r = 0o thì tia sáng đi vuông góc với mặt phân cách (không xảy ra hiện tượng khúc xạ).
3. Tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng
Ánh sáng truyền đi theo đường nào thì cũng truyền ngược lại theo đường đó:
Chú ý: Tính thuận nghịch cũng biểu hiện ở sự truyền thẳng và sự phản xạ.
4. Liên hệ thực tế
Vị trí thật của những vật ở trong nước thấp hơn vị trí mà mắt ta nhìn thấy
Nhìn xuống cốc nước, ta thấy ống hút như bị gãy khúc tại mặt nước và đáy cốc dường như cao lên
Lý thuyết: Phản xạ toàn phần
1. Sự truyền ánh sáng vào môi trường chiết quang kém hơn (n1 > n2)
a) Thí nghiệm
Ta cho một chùm tia sáng hẹp truyền từ khối nhựa trong suốt hình bán trụ vào trong không khí.
Thay đổi độ nghiêng của chùm tia tới (thay đổi góc tới i) và quan sát chùm tia khúc xạ ra không khí. Khi góc tới i ≥ igh tia khúc xạ không còn, toàn bộ tia sáng bị phản xạ.
b) Góc giới hạn phản xạ toàn phần
- Khi ánh sáng truyền vào môi trường chiết quang kém hơn (n1 > n2) ⇒ r > I ⇒ Chùm tia khúc xạ lệch xa pháp tuyến hơn so với chùm tia tới.
- Khi góc i tăng thì góc r cũng tăng (với r > i ). Khi rmax = 90o thì i = igh gọi là góc giới hạn phản xạ toàn phần, còn gọi là góc tới hạn.
Ta có:
- Với i > igh: Không có tia khúc xạ, toàn bộ tia sáng bị phản xạ ở mặt phân cách. Đó là hiện tượng phản xạ toàn phần.
2. Hiện tượng phản xạ toàn phần
a) Định nghĩa
Phản xạ toàn phần là hiện tượng phản xạ toàn bộ tia sáng tới, xảy ra ở mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt.
Khi có phản xạ toàn phần thì không có tia khúc xạ.
b) Điều kiện để có phản xạ toàn phần
- Ánh sáng truyền từ một môi trường tới môi trường chiết quang kém hơn: n2 < n1
- Góc tới lớn hơn hoặc bằng góc giới hạn: i ≥ igh
3. Ứng dụng của hiện tượng phản xạ toàn phần
a) Cấu tạo
- Cáp quang là bó sợi quang. Mỗi sợi quang là một dây trong suốt có tính dẫn sáng nhờ phản xạ toàn phần.
- Sợi quang gồm hai phần chính:
+ Phần lõi trong suốt bằng thủy tinh siêu sạch có chiết suất lớn (n1).
+ Phần vỏ bọc trong suốt, bẳng thủy tinh có chiết suất n2 nhỏ hơn phần lõi.
Phản xạ toàn phần xảy ở mặt phân cách giữa lõi và vỏ làm cho ánh sáng truyền đi được theo sợi quang.
+ Ngoài cùng là một số lớp vỏ bọc bằng nhựa dẻo để tạo cho cáp độ bền và độ dai cơ học.
b) Công dụng
- Dung lượng tín hiệu lớn.
- Nhỏ và nhẹ, dễ vận chuyển, dễ uốn.
- Không bị nhiễu bởi các bức xạ điện từ bên ngoài, bảo mật tốt.
- Không có rủi ro cháy (vì không có dòng điện).
c) Ứng dụng của cáp quang
Trong công nghệ thông tin, cáp quang được dùng để truyền thông tin, dữ liệu dưới dạng tín hiệu ánh sáng.
∗ Ứng dụng hiện tượng phản xạ toàn phần
Được cập nhật: hôm kia lúc 21:53:29 | Lượt xem: 1453
