Lăng kính - Tổng hợp đầy đủ lý thuyết quan trọng không nên bỏ qua

LĂNG KÍNH

Trong Bộ môn Vật lý lớp 11, các em học sinh sẽ cần học bài tập lăng kính. Sau đây, cunghocvui.com sẽ tổng hợp lý thuyết để giúp các em dễ dàng giải được bài tập/ 

1. Khái niệm 

- Lăng kính là một dụng cụ quang học, khối chất trong suốt (thủy tinh, nhựa...), sử dụng để khúc xạ, phản xạ và tán xạ ánh sáng sang các màu quang phổ, thường được làm theo dạng kim tự tháp đứng, có đáy hình tam giác. Nhiều người còn gọi là lăng kính tam giác.

- Một lăng kính được đặc trưng bởi:

+ Góc chiết quang A

+ Chiết suất n 

- Khi sử dụng lăng kính, chùm tia sáng hẹp được chiếu truyền qua lăng kính trong một mặt phẳng vuông góc với cạnh của khối lăng trụ. Do đó, lăng kính được biểu diễn bằng tam giác tiết diện phẳng. 

2. Đường đi của tia sáng qua lăng kính 

a) Tác dụng tán sắc ánh sáng trắng 

Chùm ánh sáng trắng khi đi qua lăng kính sẽ bị phân tích thành nhiều chùm ánh sáng đơn sắc khác nhau do chiết suất của chất nên đối với mỗi ánh sáng khác nhau là khác nhau. 

Đó là sự tán sắc ánh sáng. Trong bài viết, ta chỉ xét ánh sáng đơn sắc. 

b) Đường truyền của tia sáng qua lăng kính 

Gọi n là chiết suất tỉ đối với môi trường chứa nó: \(n = \frac{n_{lăng kính}}{n_{môi trường}}\).

- Chiều lệch của tia sáng: 

+ n > 1: Lệch về phía đáy lăng kính

+ n < 1: Lệch về phía đỉnh lăng kính (Trường hợp này ít gặp)

*Xét trường hợp n > 1:

- Tia sáng ló JR qua lăng kính bị lệch về phía đáy của lăng kính so với phương của tia sáng tới. 

- Vẽ đường đi của tia sáng đơn sắc qua lăng kính:

+ Khi tia sáng vuông góc với mặt lăng kính sẽ đi thẳng. 

+ Nếu \(r_2 < i_{gh}\): tia sáng khúc xạ ra ngoài, với góc ló \(i_2\) (sin\(i_2\) = nsin\(r_2\))

+ Nếu \(r_2 = i_{gh}\) => \(i_2 = 90^o\): tia ló đi sát mặt bên thứ 2 của lăng kính. 

+ Nếu \(r_ 2 > i_{gh}\): tia sáng sẽ phản xạ toàn phần tại mặt bên này (giả sử tại J có góc \(i'\) là góc khúc xạ và tính \(sini' > 1\) => phản xạ toàn phần tại J). 

3. Công thức lăng kính 

- Công thức:

\(sini_1 = nsinr_1\); \(sini_2 = nsinr_2\)

\(r_1 + r_2 = A\); \(D = i_1 1+ i_ 2 - A\)

Trong đó: 

+ A: Góc chiết quang 

+ D: Góc lệch 

- Nếu góc chiết quang \(A < 10^o\) và góc tới nhỏ, ta có: 

+ \(i_1 = nr_1\); \(i_2 = nr_2\)

+ \(r_ 1 + r_2 = A\)

+ \(D = A(n - 1)\)

- Công thức tính góc lệch cực tiểu: 

Khi tia sáng qua lăng kính có góc lệch cực tiểu thì đường đi của tia sáng đối xứng qua mặt phân giác của góc chiết quang.

Ta có:

+ \(i_2 = i_2 = i_m \) (góc tới ứng với độ lệch cực tiểu)

+ \(r_1 = r_2 = \frac{A}{2}\)

+ \(D_m = 2i_m - A\)

+ sin\(\frac{D_m + A}{2} = nsin\frac{A}{2}\)

- Điều kiện để có tia ló ra cạnh bên: 

+ Đối với góc chiết quang A: \(A \leq 2i_{gh}\)

+ Đối với góc tới i: \(i \geq i_o\) với sin\(i_o = nsin(A - i_{gh})\)

Tổng hợp công thức về lăng kính tại đây.

4. Ứng dụng 

- Máy quang phổ lăng kính: Lăng kính là bộ phận chính máy quang phổ và máy quang phổ giúp phân tích ánh sáng từ nguồn phát ra thành các thành phần đơn sắc, nhờ đó xác định được cấu tạo của nguồn sáng. 

- Lăng kính phản xạ toàn phần: Là lăng kính thủy tinh có tiết diện thẳng là một tam giác vuông cân, được sử dụng để tạo ảnh thuận chiều (ống nhòm,...)

Sau khi học xong lý thuyết, độc giả có thể tham khảo cách giải bài tập về lăng kính.