ican
Giải SGK Vật lý 11
Bài 28: Lăng kính

LĂNG KÍNH

Vật Lý 11 bài lăng kính vật lý 11: Lý thuyết trọng tâm, giải bài tập sách giáo khoa lăng kính vật lý 11: giúp học sinh nắm vững kiến thức ngắn gọn

Ican

BÀI 28. LĂNG KÍNH

I. LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM

1. Cấu tạo của lăng kính

· Lăng kính là một khối chất trong suốt đồng chất, thường có dạng lăng trụ tam giác.

· Các phần tử của lăng kính gồm: cạnh, đáy, hai mặt bên.

· Về phương diện hình học, một lăng kính được đặc trưng bởi:

+ Góc chiết quang A

+ Chiết suất n

2. Đường đi của tia sáng qua lăng kính

Ÿ Chiếu một tia sáng SI tới mặt bên có hướng từ đáy lên, đường đi của tia sáng qua lăng kính sau hai lần khúc xạ và không bị phản xạ toàn phần như hình vẽ.

A là góc chiết quang, là góc hợp bởi hai mặt bên.

i1 là góc tới

r1 là góc khúc xạ của tia sáng ở lần khúc xạ thứ nhất tại I.

Ÿ Theo định luật khúc xạ ta có: sini1 = n.sinr1, với n là chiết suất tỉ đối của lăng kính đối với môi trường chứa nó.

r2 = A− r1 là góc tới của tia sáng ở mặt bên thứ hai

i2 là góc ló, cũng là góc khúc xạ tại J

Ÿ Theo định luật khúc xạ ta có: sini2 = n.sinr2

Ÿ Tia sáng ló JR qua lăng kính bị lệch về phía đáy, góc lệch D của phương tia ló so với phương tia tới là: D = i1 + i1 – A

3. Các công thức lăng kính:

 

\(\left\{ \begin{align}   & \sin \,{{i}_{1}}=n.\sin \,{{r}_{1}} \\  & \sin \,{{i}_{2}}=n.\sin \,{{r}_{2}} \\  & A={{r}_{1}}+{{r}_{2}} \\  & D={{i}_{1}}+{{i}_{2}}-A \\ \end{align} \right.\)

4. Công dụng của lăng kính

Ÿ Lăng kính phản xạ toàn phần có tác dụng như gương phẳng nên dùng làm kính viễn vọng ở các tàu ngầm.

Ÿ Trong ống nhòm người ta dùng 2 lăng kính phản xạ toàn phần để làm đổi phương truyền của tia sáng.

II. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP

Xác định đường truyền của ánh sáng khi đi qua lăng kính.

Để xác định đường đi của tia sáng qua lăng kính, ta lần lượt áp dụng định luật khúc xạ tại các mặt bên của lăng kính. Nếu A là góc chiết quang của lăng kính, n là chiết suất tỉ đối của lăng kính đối với môi trường ngoài, thì đường đi của tia sáng có thể tóm tắt qua các công thức sau: \(\left\{ \begin{align}   & \sin {{i}_{1}}=n\sin {{r}_{1}} \\  & \sin {{i}_{2}}=n\sin {{r}_{2}} \\  & A={{r}_{1}}+{{r}_{2}} \\  & D={{i}_{1}}+{{i}_{2}}-A \\ \end{align} \right. \)

III. GIẢI BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA

Câu C1 (trang 177 SGK Vật Lí 11):

Tại sao ánh sáng truyền từ không khí vào lăng kính, luôn có sự khúc xạ và tia khúc xạ lệch gần tia pháp tuyến hơn so với tia tới.

Trả lời:

+ Chiết suất của các chất làm lăng kính bao giờ cũng lớn hơn chiết suất của không khí: n > 1 nên ánh sáng truyền từ không khí vào lăng kính là từ môi trường chiết quang kém sang môi trường chiết quang hơn do đó luôn có tia khúc xạ.

+ Mặt khác, khi ánh sáng khúc xạ ở mặt bên thứ nhất ta có \(\frac{\sin \,{{i}_{1}}}{\sin \,{{r}_{1}}}=n>1\Rightarrow {{i}_{1}}>{{r}_{1}}\) nên luôn có sự khúc xạ và tia khúc xạ lệch gần tia pháp tuyến hơn so với tia tới.

Câu C2 (trang 177 SGK Vật Lí 11):

Hãy thiết lập công thức lăng kính.

Trả lời:

Ÿ Chiếu một tia sáng SI tới mặt bên có hướng từ đáy lên, đường đi của tia sáng qua lăng kính sau hai lần khúc xạ và không bị phản xạ toàn phần như hình vẽ.

A là góc chiết quang, là góc hợp bởi hai mặt bên.

i1 là góc tới

r1 là góc khúc xạ của tia sáng ở lần khúc xạ thứ nhất tại I.

Ÿ Theo định luật khúc xạ ta có: sini1 = n.sinr1, với n là chiết suất tỉ đối của lăng kính đối với môi trường chứa nó.

r2 = A− r1 là góc tới của tia sáng ở mặt bên thứ hai

i2 là góc ló, cũng là góc khúc xạ tại J

Ÿ Theo định luật khúc xạ ta có: sini2 = n.sinr2

Ÿ Tia sáng ló JR qua lăng kính bị lệch về phía đáy, góc lệch D của phương tia ló so với phương tia tới là: D = i1 + i1 – A

Ÿ Vậy ta có các công thức lăng kính: \(\left\{ \begin{align}   & \sin {{i}_{1}}=n\sin {{r}_{1}} \\  & \sin {{i}_{2}}=n\sin {{r}_{2}} \\  & A={{r}_{1}}+{{r}_{2}} \\  & D={{i}_{1}}+{{i}_{2}}-A \\ \end{align} \right. \)

Câu C3 (trang 178 SGK Vật Lí 11):

Giải thích sự phản xạ toàn phần ở mặt phân cách bên lăng kính ở hình 28.7 SGK

Trả lời:

Lăng kính phản xạ toàn phần là lăng kính có tiết diện thẳng là tam giác vuông cân ABC vuông tại A. Như vậy \(\widehat{B}=\widehat{C}=45{}^\circ\)

+ Chùm tia sáng tới song song tới góc vuông với mặt bên AB, sẽ truyền thẳng vào lăng kính tới đáy BC dưới góc tới trên mặt đáy BC là i2 = 45°. Chất làm lăng kính có chiết suất n thỏa mãn điều kiện sao cho góc giới hạn igh < i2 = 45°. Tức là:

\(\sin {{i}_{\text{gh}}}=\frac{1}{\text{n}}<\sin {{45}^{{}^\circ }}\Rightarrow \frac{1}{\sqrt{2}}\Rightarrow \text{n}>\sqrt{2}\)

+ Khi đó sẽ thõa mãn điều kiện phản xạ toàn phần tại đáy BC. Ta thu được tia phản xạ với góc phản xạ i2’ = i2 = 45°. Như vậy tia này sẽ vuông góc với mặt bên AC nên sẽ truyền thẳng ra ngoài không khí mà không bị khúc xạ.

 

+ Chùm tia sáng tới song song tới vuông góc với mặt đáy BC, sẽ truyền thẳng vào lăng kính tới mặt bên AB dưới góc tới trên mặt bên AB là \({{i}_{2}}=45{}^\circ .\) Chất lăng kính có chiết suất n thỏa mãn điều kiện sao cho góc tới giới hạn igh < i2 = 45°.

Tức là: \(\sin {{i}_{\text{gh}}}=\frac{1}{\text{n}}<\sin {{45}^{{}^\circ }}\Rightarrow \frac{1}{\sqrt{2}}\Rightarrow \text{n}>\sqrt{2}\)

+ Khi đó sẽ thỏa mãn điều kiện phản xạ toàn phần tại mặt bên AB. Ta thu được tia phản xạ với góc phản xạ i2’ = i2 = 45°. Như vậy tia sáng này sẽ song song với mặt đáy BC nên sẽ truyền thẳng tới mặt bên AC dưới góc tới i3 = 45°. Như vậy tại mặt AC cũng thỏa mãn điều kiện phản xạ toàn phần. Ta thu được tia phản xạ với góc phản xạ i3’ = i3 = 45°. Như vậy tia này sẽ vuông góc với mặt bên BC nên sẽ truyền thẳng ra ngoài không khí mà không bị khúc xạ.

Bài 1 (trang 179 SGK Vật Lí 11):

Lăng kính là gì? Nêu cấu tạo và các đặc trưng quang học của lăng kính.

Lời giải:

· Lăng kính là một khối chất trong suốt đồng chất, thường có dạng lăng trụ tam giác.

· Các phần tử của lăng kính gồm: cạnh, đáy, hai mặt bên.

· Về phương diện hình học, một lăng kính được đặc trưng bởi:

+ Góc chiết quang A

+ Chiết suất n

Bài 2 (trang 179 SGK Vật Lí 11):

Trình bày tác dụng của lăng kính đối với sự truyền ánh sáng qua nó. Xét hai trường hợp:

– Ánh sáng đơn sắc.

– Ánh sáng trắng.

Lời giải:

• Trường hợp ánh sáng đơn sắc: sau khi qua lăng kính, hướng của tia ló bị lệch về phía đáy của lăng kính so với hướng của tia tới.

• Trường hợp ánh sáng trắng: khi truyền qua lăng kính sẽ bị tán sắc, đồng thời các tia ló bị lệch về đáy của lăng kính so với hướng của tia tới.

Bài 3 (trang 179 SGK Vật Lí 11):

Nêu công dụng của lăng kính.

Lời giải:

a) Máy quang phổ

+ Máy quang phổ là để là dụng cụ để phân tịch chùm tia sáng có nhiều thành phần những thành phần thành những phần đơn sắc khác nhau. Nó dùng để nhận biết các thành phần cấu tạo của một chùm sáng phức tạp do một nguồn sáng phát ra.

+ Nguyên tắc hoạt động: dựa trên hiện tượng tán sắc ánh sáng.

+ Bộ phận của máy làm nhiệm vụ tán sắc ánh sáng là: lăng kính.

b) Lăng kính phản xạ toàn phần

+ Lăng kính phản xạ toàn là lăng kính có tiết diện thẳng là một tam giác vuông cân. Lăng kính phản xạ toàn phần được dùng để tạo ảnh thuận chiều.

Bài 4 (trang 179 SGK Vật Lí 11):

Có ba trường hợp truyền tia sáng qua lăng kính như hình 28.8. Ở các trường hợp nào sau đây, lăng kính không làm tia ló lệch về phía đáy?

A. Trường hợp (1)

B. Các trường hợp (1) và (2)

C. Ba trường hợp (1), (2) và (3).

D. Không trường hợp nào.

Lời giải:

Ở cả ba trường hợp trên lăng kính đều làm tia ló lệch về phía đáy BC

Bài 5 (trang 179 SGK Vật Lí 11):

Cho tia sáng truyền tới lăng kính như hình 28.9:

Tia ló truyền đi đi sát mặt BC. Góc lệch tạo bởi lăng kính có giá trị nào sau đây?

A. 0°. B. 22,5°.

C. 45°. D. 90°.

Lời giải: Chọn C.

Tia tới vuông góc với mặt bên AB nên truyền thẳng (i1 = 0°, r1 = 0°), tới gặp mặt BC dưới góc tới \({{r}_{2}}=45{}^\circ . \)

Tia ló đi sát mặt BC nên góc khúc xạ là i2 = 90°. Góc chiết quang của lăng kính là \(A=\widehat{B}=45{}^\circ .\)

Ta có D = i1 + i2 – A = 0° + 90° – 45° = 45°.

Bài 6 (trang 179 SGK Vật Lí 11):

Tiếp theo bài tập 5

Chiết suất n của lăng kính có giá trị nào sau đây? (Tính với một chữ số thập phân).

A. 1,4. B. 1,5. C. 1,7. D. Khác A, B, C.

Lời giải: Chọn C.

Áp dụng công thức lăng kính ta có: \(\sin \,{{i}_{2}}=n.\sin \,{{r}_{2}}\Leftrightarrow \sin 90{}^\circ =n.\sin \,45{}^\circ \Rightarrow n=\sqrt{2}\approx 1,4.\)

Bài 7 (trang 179 SGK Vật Lí 11):

Lăng kính thủy tinh có tiết diện thẳng là tam giác cân ABC đỉnh A. Một tia đơn sắc được chiếu vuông góc tới mặt bên AB. Sau hai lần phận toàn phần trên hai mặt AC và AB, tia ló ra khỏi đáy BC theo phương vuông góc với BC.

a) Vẽ đường truyền của tia sáng và tính góc chiết quang A.

b) Tìm điều kiện mà chiết suất n của lăng kính thỏa mãn.

Lời giải:

a) Trong tam giác HIJ ta có:

\(\widehat{\text{HIJ}}+\widehat{\text{IJH}}=90{}^\circ \Leftrightarrow 2\text{A}+(90-\text{B})=90{}^\circ \Rightarrow 2\text{A}=\text{B}\)

Trong tam giác ABC ta có:

\(A+2B=180{}^\circ \Rightarrow A+2.2\text{A}=180{}^\circ \Rightarrow 5\text{A}=180{}^\circ \Rightarrow \text{A}=36{}^\circ\)

b) Để có hiện tượng phản xạ toàn phần thì

\(A>{{i}_{gh}}\Rightarrow \sin A>\sin {{i}_{gh}}\Rightarrow \sin 36{}^\circ >\frac{1}{n}\Rightarrow n>\frac{1}{\sin 36{}^\circ }\Rightarrow n>1,7.\)

Trên đây là gợi ý giải bài tập Vật Lý 11 bài lăng kính vật lý 11 do giáo viên Ican trực tiếp biên soạn theo chương trình mới nhất. Chúc các bạn học tập vui vẻ

Đánh giá (340)
ican
  • Một thương hiệu của 
    ICAN
  • ICAN
  • ICAN © 2023, All Rights Reserved.

  • Trụ sở Hồ Chí Minh: B0003 C/C Sarina, Khu đô thị Sala, Khu phố 3, Đường Hoàng Thế Thiện, Phường An Lợi Đông, TP. Thủ Đức

  • Văn phòng Hà Nội: Tòa nhà 25T2 Đường Hoàng Đạo Thúy, Phường Trung Hòa, Quận Cầu Giấy