TTO - Người đầu tiên thiết lập được công thức toán học về định luật khúc xạ là Kepler. Trong cuốn Khúc xạ học, Kepler cho rằng tỷ số của góc tới [tức là góc lập bởi tia và pháp tuyến] và góc khúc xạ là không đổi. Nhưng định luật này chỉ đúng đối với các góc nhỏ.
Phải đợi đến thế kỷ XVI, nhà khoa học người Hà Lan Willibrord Snel [1580-1626] mới phát hiện ra định luật đúng về khúc xạ: tỷ số của sin góc tới và sin góc khúc xạ là không đổi, dù góc tới có là thế nào chăng nữa . Định luật khúc xạ được phát hiện sau khoảng một nghìn năm nghiên cứu này là một trong những định luật đầu tiên của vật lý học được phát biểu một cách định lượng.
Nhưng nếu Snel biết miêu tả hành trạng của ánh sáng khúc xạ bằng một công thức toán học, thì ông lại không thể giải thích được nó. Descartes cố gắng tìm ra nguồn gốc của định luật của Snel bằng cách mượn ý tưởng của Alhazen: chính sự thay đổi vận tốc của tia sáng khi đi từ môi trường này sang môi trường khác là nguyên nhân của hiện tượng khúc xạ. Nhưng sơ đồ của ông là ngược với sơ đồ của Alhazen: thay vì phần ánh sáng song song với mặt phân cách giữa hai môi trường chậm lại so với thành phần vận tốc thẳng đứng không thay đổi, Descartes lại cho rằng thành phần vận tốc thẳng đứng tăng lên so với thành phần song song không thay đổi. Ông cho rằng tỷ số sin của góc tới và sin của góc khúc xạ là không đổi và bằng tỷ số của vận tốc ánh sáng trong nước và vận tốc ánh sáng trong không khí. Nhưng, bởi vì góc tới lớn hơn góc khúc xạ, nên theo Descartes, ánh sáng đi trong nước nhanh hơn đi trong không khí. Vận tốc của ánh sáng tăng khi chuyển từ một môi trường kém chiết quang sang một môi trường chiết quang hơn: một kết quả chí ít cũng là hoàn toàn phi trực giác !
Sau này bằng cách mượn lại các quan điểm của Alhazen và Descartes, nhà bác học người Anh Isaac Newton [1642-1727] đã dùng những suy luận theo thủy động lực học để đưa ra một sự biện minh sai lầm: các kênh hẹp hơn trong môi trường đặc hơn sẽ buộc ánh sáng phải đi nhanh hơn, giống như nước chảy nhanh hơn khi chúng ta bóp nhỏ đường kính của ống ở chỗ nước phun ra. Nhưng lương tri của chúng ta chống lại sự biện minh đó: nó mách bảo chúng ta rằng một môi trường càng đặc [tức chiết quang hơn] sẽ cản trở càng mạnh sự truyền của ánh sáng, và ánh sáng càng bị chậm hơn, chứ không phải ngược lại!
TRỊNH XUÂN THUẬN
1. Môi trường khúc xạ chiết quang hơn môi trường tới thì
A. góc khúc xạ lớn hơn góc tới
B. góc khúc xạ nhỏ hơn góc tới
C. tia phản xạ lệch xa pháp tuyến hơn
D. tia tới lệch gần pháp tuyến hơn
Giải thích:
Khi ánh sáng truyền từ môi trường chiếc quan kém sang môi trường chiếc quang hơn thì góc khúc xạ luôn luôn nhỏ hơn góc tới.
2. Khi ánh sáng truyền từ môi trường chiết quang hơn sang môi trường chiết quang kém thì :
A. Luôn luôn cho tia khúc xạ với góc khúc xạ r>i
B. Luôn luôn cho tia khúc xạ với góc khúc xạ righ
D. Chỉ cho tia khúc xạ khi góc tới i< igh
Trong hiện tượng khúc xạ:
A. Khi ánh sáng truyền từ môi trường chiết quang kém sang môi trường chiết quang hơn thì góc khúc xạ nhỏ hơn góc tới.
B. Góc khúc xạ luôn nhỏ hơn góc tới.
C. Mọi tia sáng truyền qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt đều bị đổi hướng.
D. Khi ánh sáng truyền từ môi trường chiết quang kém sang môi trường chiết quang hơn thì góc khúc xạ lớn hơn góc tới.
A.LÍ THUYẾT
I.Sự khúc xạ ánh sáng
1.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.
2.Định luật khúc xạ ánh sáng
+ Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới
+ Tia khúc xạ và tia tới nằm ở hai bên pháp tuyến tại điểm tới
+ Đối với hai môi trường trong suốt nhất định thì tỉ số giữa sin của góc tới và sin góc khúc xạ là một hằng số
= n n1.sini1 = n2.sini2
Trong đó: i là góc tới, r là góc khúc xạ
n là chiết suất tỉ đối của môi trường chứa tia khúc xạ với môi trường
II.Chiết suất của môi trường
1.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
+ Nếu n21 > 1 thì r < I : Tia khúc xạ lệch lại gần pháp tuyến hơn. Ta nói môi trường 2 chiết quang hơn môi trường 1.
+ Nếu n21 < 1 thì r > I : Tia khúc xạ lệch xa pháp tuyến hơn. Ta nói môi trường 2 chiết quang kém hơn môi trường 1.
2.Chiết suất tuyệt đối
Chiết suất tuyệt đối của môi trường là chiết suất tỉ đối của môi trường đó với môi trường chân không
– Công thức: n =
Trong đó: n là chiết suất tuyệt đối của môi trường
c là vận tốc ánh sáng trong môi trường chân không [m/s]
v là vận tốc ánh sáng trong môi trường đang xét [m/s]
-Mối liên hệ giữa chiết suất tỉ đối và chiết suất tuyệt đối: n21 = .
-Liên hệ giữa chiết suất và vận tốc truyền của ánh sáng trong các môi trường:
= ; n = .
III.Tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng
Ánh sáng truyền đi theo đường nào thì cũng truyền ngược lại theo đường đó.
Từ tính thuận nghịch ta suy ra:
n12 =
B.BÀI TẬP
DẠNG 1: VẬN DỤNG ĐỊNH LUẬT KHÚC XẠ ÁNH SÁNG
Phương pháp
– Các công thức:
+ Định luật khúc xạ:
+ Liên hệ giữa chiết suất và vận tốc ánh sáng: n21 =
DẠNG 2: LƯỠNG CHẤT PHẲNG
Phương pháp
Bài toán: Xác định ảnh của một vật qua lưỡng chất phẳng
|
Lưỡng chất phẳng là mặt phân cách giữa hai môi trường có chiết suất Đặt :khoảng cách từ mặt phân cách đến vật :khoảng cách từ mặt phân cách đến ảnh. Ta có: =>tgitgr=S'HSH=d'd |
|
Vận dụng gần đúng cho => và tgitgr≃sinisinr
Ta có:
Vậy ta có công thức: hay [1]
+ Nếu :ánh sáng đi từ môi trường chiết quang hơn sang môi trường chiết quang kém: [1] =>, ảnh nằm dưới vật S.
+ Nếu :ánh sáng đi từ môi trường chiết quang kém sang môi trường chiết quang hơn : [1] =>, ảnh nằm trên vật S.