Chương VI. KHÚC XẠ ÁNH SÁNG
Buổi 1: KHÚC XẠ ÁNH SÁNG VÀ PHẢN XẠ TOÀN PHẦN
A.TÓM TẮT LÝ 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.
Trong đó: SI là tia tới; IR là tia khúc xạ; NN’ là pháp tuyến tại điểm tới I; i là góc tới; r là góc khúc xạ.
2.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 luôn không đổi:

3.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):

-Nếu
thì
: Tia khúc xạ lệch lại gần pháp tuyến hơn. Ta nói môi trường 2 chiết quang hơn môi trường 1.
-Nếu
thì
: Tia khúc xạ lệch xa pháp tuyến hơn. Ta nói môi trường 2 chiết quang kém môi trường 1.
4.Chiết suất tuyệt đối.
-Chiết suất tuyệt đối của một môi trường là chiết suất tỉ đối của môi trường đó đối với chân không.
-Mối liên hệ giữa chiết suất tỉ đối và chiết suất tuyệt đối:
.
-Liên hệ giữa chiết suất và vận tốc truyền của ánh sáng trong các môi trường:
;
.
-Công thức của định luật khúc xạ có thể viết dưới dạng đối xứng:
.
5.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:

II.Sự truyền ánh sáng vào môi trường chiết quang kém hơn.
1.Thí nghiệm.
Góc tới
Chùm tia khúc xạ
Chùm tia phản xạ


nhỏ
Rất sáng
Rất mờ



Rất mờ
Rất sáng



Không còn
Rất sáng

2.Góc giới hạn phản xạ toàn phần.
+Vì
.
+Khi i tăng thì r cũng tăng (r > i). Khi r đạt giá trị cực đại 900 thì i đạt giá trị
gọi là góc giới hạn phản xạ toàn phần.
+Ta có:
.
+Với
thì không tìm thấy r, nghĩa là không có tia khúc xạ, toàn bộ tia sáng bị phản xạ ở mặt phân cách. Đó là hiện tượng phản xạ toàn phần.
II.Hiện tượng phản xạ toàn phần.
1.Định nghĩa.
Phản xạ toàn phần là hiện tượng phản xạ toàn bộ ánh sáng tới, xảy ra ở mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt.
2.Điều kiện để có phản xạ toàn phần.
+Ánh sáng truyền từ một môi trường tới một môi trường chiết quang kém hơn.
+
.
III.Cáp quang.
1.Cấu tạo.
Cáp quang là bó sợi quang. Mỗi sợi quang là một sợi 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 sach có chiết suất lớn (
).
+Phần vỏ bọc cũng trong suốt, bằng thủy tinh có chiết suất
.
+Ngoài cùng là một lớp vỏ bọc bằng nhựa dẻo để tạo cho cáp có độ bền và độ dai cơ học.
2.Công dụng.
Cáp quang được ứng dụng vào việc truyền thông tin với các ưu điểm:
+Dung lượng tín hiệu lớn.
+Không bị nhiễu bởi các bức xạ điện từ bên ngoài.
+Không có rủi ro cháy (vì không có dòng điện).
+Cáp quang còn được dùng để nội soi trong y học.
B.NHỮNG LƯU Ý KHI GIẢI TOÁN
1.Tính các đại lượng liên quan đến hiện tượng khúc xạ ánh sáng: góc, khoảng cách, chiết suất.
-Áp dụng công thức của định luật khúc xạ:

-Nếu góc tới
thì ta có:

-Kết hợp với các đặc điểm hình học: góc có cạnh tương ứng vuông góc, góc trong góc ngoài của tam giác, các hệ thức lượng trong tam giác, . . .
2. Tính toán liên quan đến hiện tượng phản xạ toàn phần: Điều kiện để sự phản xạ toàn phần xảy ra hoặc không xảy ra; các đại lượng hình học có