đề thi về quang lý lớp 12

Tổ Vật Lý - Trường THPT Bình Phú Trang 1
Chương 5
SỰ PHẢN XẠ & KHÚC XẠ ÁNH SÁNG
SỰ PHẢN XẠ & KHÚC XẠ ÁNH SÁNGSỰ PHẢN XẠ & KHÚC XẠ ÁNH SÁNG
SỰ PHẢN XẠ & KHÚC XẠ ÁNH SÁNG




SỰ TRUYỀN ÁNH SÁNG – SỰ PHẢN XẠ
ÁNH SÁNG – GƯƠNG PHẲNG

I - SỰ TRUYỀN ÁNH SÁNG:


 Nguồn sáng - vật sáng:
• Nguồn sáng: là những vật tự phát ra ánh sáng.
• Vật sáng: bao gồm nguồn sáng và vật được chiếu sáng.


 Vật chắn sáng - vật trong suốt:
• Vật chắn sáng: là vật không cho ánh sáng truyền qua.
• Vật trong suốt: là vật cho ánh sáng truyền qua hầu như hoàn toàn.


 Đònh luật truyền thẳng của ánh sáng:
Trong một môi trường trong suốt và đồng tính, ánh sáng truyền theo
đường thẳng.


 Tia sáng - chùm sáng:

•Tia sáng : là đường truyền của ánh sáng.


 Chú ý: Trong một môi trường trong suốt và đồng tính thì tia sáng là
đường thẳng.
• Chùm sáng: là tập hợp vô số tia sáng tạo thành một chùm tia.
Có ba loại chùm tia:



 Nguyên lí thuận nghòch về chiều truyềøn ánh sáng:
Nếu AB là một đường truyền của ánh sáng thì
trên đường đó ánh sáng có thể truyền từ A đến B
hoặc từ B đến A.

Bài 1
Bài 1Bài 1
Bài 1




Trang

2
22
2


Tài liệu Vật Lý Khối 12 – Quang hình học

II- SỰ PHẢN XẠ CỦA ÁNH SÁNG:


 Hiện tượng phản xạ ánh sáng:
Hiện tượng tia sáng bò đổi hướng, truyền trở lại môi trường cũ khi gặp bề
mặt nhẵn gọi là hiện tượng phản xạ ánh sáng.


 Đònh luật phản xạ ánh sáng:
•Tia phản xạ nằm trong mặt phẳng tới và ở bên kia pháp tuyến so với tia
tới.
• Góc phản xạ bằng góc tới.(i’ = i)

III- GƯƠNG PHẲNG:


 Đònh nghóa: Gương phẳng là một phần mặt phẳng (nhẵn) phản xạ được
hầu như hoàn toàn ánh sáng chiếu tới nó.


 Những đặc điểm của ảnh tạo bởi gương phẳng :
a/ Cách vẽ ảnh một điểm sáng qua gương:
- Từ điểm sáng vẽ hai tia tới gương (giới hạn một chùm tia tới là chùm
tia phân kỳ)
- Vẽ hai tia phản xạ ứng với hai tia tới theo đònh luật phản xạ ánh sáng
(giới hạn chùm tia phản xạ cũng là chùm tia phân kỳ)

- Điểm đồng quy của chùm tia phản xạ là ảnh của điểm sáng.


 Chú ý: Ảnh một vật là tập hợp ảnh của các điểm trên vật đó.
b/ Đặc điểm ảnh của một vật qua gương:
-Ảnh đối xứng với vật qua mặt phẳng gương.
-Ảnh có kích thước bằng vật.
-Vật thật cho ảnh ảo,vật ảo cho ảnh thật.


Tổ Vật Lý - Trường THPT Bình Phú Trang 3

Câu hỏi:


 Phát biểu đònh luật truyền thẳng ánh sáng.Trình bày những ứng dụng của
đònh luật truyền thẳng ánh sáng trong đời sống.


 Nêu nguyên lý thuận nghòch của chiều truyền sáng.


 Trình bày hiện tượng phản xạ ánh sáng, đònh luật phản xạ ánh sáng.


 Nêu cách vẽ ảnh một điểm sáng qua gương, những đặc điểm ảnh của một
vật sáng qua gương.


 Thế nào là vật thật, vật ảo, ảnh thật, ảnh ảo?

Bài tập:


 Chiếu một chùm tia sáng rộng vào một gương phẳng G. Hãy vẽ chùm tia
phản xạ trong các hình vẽ sau:



 Hãy vẽ ảnh vật sáng AB qua gương phẳng:



 Cho hai điểm A và B trước một gương phẳng như hình vẽ.
a/ Bằng cách vẽ hãy xác đònh điểm I trên gương
sao cho tia tới AI sẽ cho tia phản xạ IB.Trình bày
cách vẽ.
b/ Gọi J là một điểm bất kỳ trên gương, với J
không trùng với I. Chứng minh rằng AI + IB < AJ + JB


 Chiếu một tia sáng SI tới một gương phẳng G. Tia phản xạ là IR. Giữ tia
tới SI cố đònh, quay gương G một góc α quanh một trục nằm trong mặt phẳng
gương và vuông góc với mặt phẳng tới. Tia phản xạ mới là I’R’. Tính góc tạo
bởi IR và I’R’.
Đáp số: 2α




Trang

4
44
4


Tài liệu Vật Lý Khối 12 – Quang hình học






GƯƠNG CẦU

I- CÁC ĐỊNH NGHĨA:


 Gương cầu: là một phần mặt cầu phản xạ được hầu như hoàn toàn ánh
sáng chiếu vào nó.


 Phân loại: Gương cầu được chia làm hai loại:
• Gương cầu lõm: là gương cầu có mặt phản xạ là mặt cầu lõm, tâm
gương nằm trước gương.
•
••
• Gương cầu lồi: là gương cầu có mặt phản xạ là mặt cầu lồi, tâm gương
nằm sau gương.



 Các yếu tố của gương cầu:


Gương cầu lõm Gương cầu lồi

 Để đơn giãn trong việc vẽ hình, người ta ký hiệu gương cầu như sau:

Gương cầu lõm Gương cầu lồi


 Điều kiện tương điểm: (điều kiện có ảnh rõ nét)
• Góc mở ϕ của gương phải rất nhỏ.
• Góc tới của các tia sáng trên gương phải rất nhỏ, tức là tia tới gần như
song song với trục chính.
II-TIÊU ĐIỂM - TIÊU CỰ :


 Tiêu điểm chính F: Là điểm đồng qui trên trục chính của chùm tia phản
xạ ứng với chùm tia tới gương song song với trục chính.


 Vò trí tiêu điểm chính: là trung điểm của đoạn OC
Bài 2
Bài 2Bài 2
Bài 2



Tổ Vật Lý - Trường THPT Bình Phú Trang 5



 Chú ý:
• Gương cầu lõm có F là tiêu điểm thật, ở trước của gương.
• Gương cầu lồi có F là tiêu điểm ảo, ở sau gương.



 Tiêu diện: là mặt phẳng vuông góc với trục
chính, chứa tiêu điểm chính F.


 Tiêu điểm phụ F
1
: Là điểm đồng qui trên
trục phụ của chùm tia phản xạ ứng với chùm tia
tới gương song song với trục phụ đó.


 Vò trí tiêu điểm phụ: giao điểm trục phụ với
tiêu diện.


 Tiêu cự f: là khoảng cách đại số từ tâm O tới tiêu điểm chính F và có độ
lớn bằng nửa bán kính R của gương.

2
R
f =



 Quy ước dấu:
• Gương cầu lõm: f > 0 • Gương cầu lồi : f < 0
Chứng minh:
Ta có: Tam giác IFC cân tại F
⇒
⇒⇒
⇒ cosi =
FC
2
R
FC
2
IC
=

Theo điều kiện tương điểm thì i rất nhỏ
⇒ cosi ≈1 ⇒ f = OF =
2
R

III-ĐƯỜNG ĐI CỦA TIA SÁNG:


 Tia bất kỳ: Một tia sáng tới gặp gương cầu cho tia phản xạ đối xứng với
tia tới qua pháp tuyến của gương cầu là đường thẳng nối tâm gương với điểm
tới.

Trang

6
66
6


Tài liệu Vật Lý Khối 12 – Quang hình học







 Các tia đặc biệt:
• Tia tới (hoặc đường kéo dài của tia tới) đi qua tâm C cho tia phản xạ
truyền ngược lại với tia tới.

• Tia tới đỉnh O cho tia phản xạ đối xứng với tia tới qua trục chính.

• Tia tới song song trục chính cho tia phản xạ (hoặc đường kéo dài của tia
phản xạ) qua tiêu điểm chính F.

• Tia tới (hoặc đường kéo dài của tia tới) qua tiêu điểm chính F cho tia
phản xạ song song trục chính.

• Tia tới song song trục phụ cho tia phản xạ (hoặc đường kéo dài của tia
phản xạ) qua tiêu điểm phụ F

1
trên trục phụ đó.

Tổ Vật Lý - Trường THPT Bình Phú Trang 7
IV-VẼ ẢNH CỦA MỘT VẬT QUA GƯƠNG CẦU:


 Nguyên tắc chung:
•
••
• Vẽ ảnh một điểm sáng qua gương: Muốn vẽ ảnh một điểm sáng qua
gương cầu, từ điểm sáng ta vẽ hai tia tuỳ ý tới gương, vẽ hai tia phản xạ ứng với
hai tia tới đó. nh của điểm sáng chính là điểm đồng quy của hai tia phản xạ.
•
••
• Vẽ ảnh một vật sáng qua gương: nh của một vật sáng là tập hợp của
ảnh tất cả các điểm sáng trên vật.


 Vật là điểm sáng nằm ngoài trục chính :



 Vật là điểm sáng nằm trên trục chính:




 Vật là đoạn thẳng nhỏ đặt vuông góc trục chính:
Vẽ ảnh của điểm nằm ngoài trục chính rồi hạ vuông góc trục chính, ta sẽ

được ảnh của vật.

V- CÔNG THỨC GƯƠNG CẦU:


 Công thức đònh vò trí:
a/ Công thức:
'
d
1
d
1
f
1
+=

Trang

8
88
8


Tài liệu Vật Lý Khối 12 – Quang hình học




Với: Tiêu cự : f =
OF

; Vò trí vật: d =
OA
; Vò trí ảnh: d’=
'OA



 Quy ước:
• Vật thật d > 0 • Vật ảo d < 0.
• Ảnh thật d’> 0 • Ảnh ảo d’< 0
b/ Chứng minh công thức:
Ta có :
∆ OAB ∼ ∆ OA’B’ ⇒
OA
'OA
AB
'B'A
−=
∆ CAB ∼ ∆ CA’B’ ⇒
CA
'CA
AB
'B'A
=

⇒ -
OCOA
OC'OA
OA
'OA

−
−
=

⇒ - d’(d – 2f ) = d (d’ – 2f)
Chia hai vế cho 2f dd’
⇒
'
d
1
d
1
f
1
+=



 Độ phóng đại của ảnh (k):
d
'd
AB
'B'A
k −==



 Quy ước:
• k > 0 : Ảnh vật cùng chiều, khác tính chất.
• k < 0 : Ảnh vật ngược chiều, cùng tính chất.



 Chú ý: •
AB
'
B
'
A
k
=
là tỉ số giữa độ lớn ảnh và độ lớn vật.
• Công thức tính độ dài ảnh A’B’ = |k|.AB
VI- ỨNG DỤNG:


 Gương cầu lõm:
-Dùng trong lò mặt trời để tập trung ánh sáng tại tiêu điểm của gương.
-Dùng trong các đèn pha ôtô, đèn biển.
-Dùng trong kính thiên văn phản xạ để tạo ra ảnh thật tại tiêu điểm gương
của các thiên thể ở xa.

Tổ Vật Lý - Trường THPT Bình Phú Trang 9


 Gương cầu lồi:
•Thò trường gương cầu lồi: Mắt đặt tại điểm M trước gương cầu lồi cho
ảnh ảo M’.Mắt nhìn vào gương sẽ thấy
ảnh những vật nằm trong vùng không
gian ở trước gương, giới hạn bởi hình
nón có đỉnh M’, mặt bên tựa trên vành

gương. Vùng không gian trên gọi là thò
trường của gương.
• Gương cầu lồi có thò trường lớn
nên được dùng làm kính chiếu hậu của
ôtô, xe máy…

Câu hỏi:


 Trình bày cách vẽ ảnh một điểm sáng qua gương cầu. Vẽ hình.


 Nêu điều kiện ảnh rõ nét qua gương cầu.


 Viết các công thức của gương cầu, nêu tên các đại lượng và các quy ước
về dấu.


 Nêu các ứng dụng của gương cầu.


 Chứng minh các công thức f =
2
R
và
'
d
1
d

1
f
1
+=
.
Bài tập:



 Xét gương cầu lõm. Hãy điền vào đầy đủ vào bảng sau và vẽ hình minh
hoạ cho từng trường hợp (mỗi trường hợp vẽ hai hình: vật là điểm sáng trên
trục chính và vật là đoạn thẳng vuông góc với trục chính):

Vò trí vật
Vò trí
ảnh
nh thật
hay ảo
nh cùng hay
ngược chiều so
với vật
Độ lớn
ảnh so
với vật
Vật thật ở vô cực
Vật thật trong khoảng từ ∞ đến C
Vật thật ở tâm C
Vật thật trong khoảng từ C đến F
Vật thật ở tại F
Vật thật trong khoảng từ F tới O

Trang

10
1010
10


Tài liệu Vật Lý Khối 12 – Quang hình học






 Đối với gương cầu lồi, vật thật đặt ở vò trí nào trước gương sẽ cho ảnh ảo
nhỏ hơn vật? Vẽ hình minh hoạ (hai trường hợp: vật là điểm sáng trên trục
chính và vật là đoạn thẳng vuông góc với trục chính).


 Trong các trường hợp sau đây cho biết S’ là ảnh của một điểm sáng S qua
một gương cầu có trục chính là xy. Bằng phép vẽ hình và trình bày cách vẽ
để xác đònh O, F, C. Cho biết loại gương cầu, tại sao?

➃
➃➃
➃ Một vật AB cao 2 cm đặt thẳng góc với trục chính của một gương cầu, có
bán kính mặt cầu là 40 cm. Xác đònh vò trí, tính chất, độ phóng đại ảnh và
độ lớn của ảnh khi đặt vật cách gương 30 cm trong hai trường hợp:
a/ Gương cầu lồi.

b/ Gương cầu lõm.
Đáp số: a/ Gương cầu lõm: d’ = 60 cm; k= -2; A’B’ = 4cm
b/ Gương cầu lồi: d’ = -12 cm; k = 0,4 ; A’B’ = 0,8 cm
➄
➄➄
➄ Đặt một vật AB vuông góc với trục chính của gương cầu lõm, cách gương
20 cm. Ta thấy ảnh thật lớn gấp 3 lần AB. Tính tiêu cự của gương và vẽ hình
minh hoạ.
Đáp số: 15cm

SỰ KHÚC XẠ ÁNH SÁNG

I-HIỆN TƯNG KHÚC XẠ ÁNH SÁNG:


 Đònh nghóa: Hiện tượng khi ánh sáng truyền qua mặt phân cách giữa hai
môi trường trong suốt thì tia sáng bò gảy khúc (đổi hướng đột ngột) ở mặt
phân cách gọi là hiện tượng khúc xạ ánh sáng.

Bài 3
Bài 3Bài 3
Bài 3



Tổ Vật Lý - Trường THPT Bình Phú Trang 11



 Đònh luật khúc xạ ánh sáng:

• Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới và ở bên kia pháp tuyến so với tia tới.
• Đối với một cặp môi trường trong suốt nhất đònh thì tỷ số giữa sin góc
tới (sin i) với sin góc khúc xạ (sin r) luôn luôn là một số không đổi. Số không
đổi này phụ thuộc vào bản chất của hai môi trường và được gọïi là chiết suất
tỷ đối của môi trường chứa tia khúc xạ (môi trường 2) đối với môi trường
chứa tia tới (môi trường 1); kí hiệu là: n
21

21
n
r
sin
i
sin
=



 Chú ý:
• Nếu n
21
> 1 ⇒ i > r : Môi trường 2 chiết quang hơn môi trường 1.
• Nếu n
21
< 1 ⇒ i < r : Môi trường 2 chiết quang kém môi trường 1.
• Nếu i = 0 thì r = 0 : Tia tới vuông góc với mặt phân cách sẽ truyền
thẳng.
II-CHIẾT SUẤT TUYỆT ĐỐI:



 Đònh nghóa: Chiết suất tuyệt đối của một môi trường là chiết suất tỉ đối
của môi trường đó đối với chân không.


 Chú ý: Chiết suất tuyệt đối của chân không bằng 1 và chiết suất tuyệt đối
của không khí xấp xỉ 1, chiết suất tuyệt đối của các môi trường khác đều
lớn hơn 1.


 Liên hệ giữa chiết suất tuyệt đối và chiết suất tỉ đối của hai môi
trường trong suốt:

1
2
21
n
n
n =



 Chú ý:
21
12
1
n
n
=

Trang

12
1212
12


Tài liệu Vật Lý Khối 12 – Quang hình học






 Liên hệ giữa chiết suất các môi trường với vận tốc ánh sáng:
a/ Liên hệ giữa chiết suất các môi trường với vận tốc ánh sáng:
Chiết suất tuyệt đối của các môi trường trong suốt tỷ lệ nghòch với vận
tốc truyền ánh sáng trong các môi trường đó :
1
2
2
1
v
v
n
n
=

b/ Ý nghóa của chiết suất tuyệt đối của một môi trường trong suốt:
Chiết suất tuyệt đối của một môi trường trong suốt là đại lượng được
đo bằng tỉ số giữa vận tốc ánh sáng trong chân không (c) và vận tốc ánh

sáng trong môi trường đó (v)
v
c
n
=
Với c = 3.10
8
m/s
Vậy: Chiết suất tuyệt đối của một môi trường trong suốt cho biết vận tốc
truyền của ánh sáng trong môi trường đó nhỏ hơn vận tốc truyền sáng trong
chân không bao nhiêu lần.

Câu hỏi:


 Trình bày hiện tượng khúc xạ ánh sáng. Đònh luật khúc xạ ánh sáng: phát
biểu, công thức, vẽ hình.


 Chiết suất tỉ đối là gì? Đònh nghóa chiết suất tuyệt đối của một môi trường.
Nêu hệ thức liên hệ giữa chiết suất tỉ đối và chiết suất tuyệt đối


 Nêu hệ thức liên hệ giữa chiết suất tuyệt đối và vận tốc ánh sáng trong
môi trường.Từ đó, nêu ý nghóa chiết suất tuyệt đối của các môi trường


 Khi ánh sáng truyền từ môi trường trong suốt có chiết suất n
1
với góc tới i

sang môi trường trong suốt có chiết suất n
2
với góc khúc xạ r. Cho biết điều
kiện để r > i; r < i.


 Có một trường hợp tia sáng truyền thẳng qua mặt phân cách giữa hai môi
trường trong suốt có chiết suất khác nhau. Đúng hay sai? Giải thích.
Bài tập:


 nh sáng truyền từ thuỷ tinh có chiết suất là
2
ra không khí. Tính góc
khúc xạ r ứng với góc tới i lần lượt là 0
0
, 30
0
, 45
0
, 60
0

Đáp số: 0
0
; 45
0
; 90
0

Tổ Vật Lý - Trường THPT Bình Phú Trang 13


 Chiếu một chùm tia sáng hẹp từ không khí vào một bản thủy tinh với góc
tới i = 60
0
ta nhận được chùm tia phản xạ vuông góc chùm tia khúc xạ. Tính
chiết suất của thủy tinh.
Đáp số: 1,73


 Một chiếc bể hình hộp chữ nhật, có đáy nằm ngang, chứa đầy nước. Chiết
suất của nước là n = 4/3. Một người nhìn vào điểm giữa của mặt nước theo
phương hợp với phương thẳng đứng một góc 45
0
và nằm trong mặt phẳng
vuông góc với hai thành bể. Hai thành bể này cách nhau 30 cm. Người ấy
vừa vặn nhìn thấy một điểm nằm trên giao tuyến của thành bể và đáy bể.
Tính chiều sâu của bể nước.
Đáp số: 24 cm


 Một cái cọc được cắm thẳng đứng trong một bể rộng, đáy phẳng nằm
ngang, chứa đầy nước. Phần cọc nhô trên mặt nước dài 0,6 m. Bóng của cái
cọc trên mặt nước dài 0,8 m; ở dưới đáy bể dài 1,7 m. Tính chiều sâu của bể
nước. Chiết suất của nước là 4/3.
Đáp số: 1,2m


HIỆN TƯNG PHẢN XẠ TOÀN PHẦN

I- HIỆN TƯNG PHẢN XẠ TOÀN PHẦN:


 Thí nghiệm: Chiếu một chùm tia sáng song
song hẹp từ môi trường chiết quang hơn sang
môi trường chiết quang kém (ví dụ từ nước ra
không khí), ta thấy :
- Khi góc tới i nhỏ ta có một tia khúc xạ
với r > i và một tia phản mờ hơn hơn tia
khúc xạ.
- Ta tăng góc tới i thì góc khúc xạ r cũng
tăng theo ( với i < r) và tia khúc xạ mờ dần còn tia phản xạ sáng dần lên.
- Khi góc khúc xạ r = 90
0
thì tia khúc xạ nằm trên mặt phân cách hai môi
trường. Góc tới lúc này gọi là góc tới giới hạn (i = i
gh
< 90
0
).
Bài 4
Bài 4Bài 4
Bài 4




Trang

14
1414
14


Tài liệu Vật Lý Khối 12 – Quang hình học




Với:
1
2
90
n
n
sin
i
sin
o
gh
=

Do đó:
1
2
n
n
isin
gh

=

- Khi i > i
gh
thì không còn tia khúc xạ, toàn bộ ánh sáng bò phản xạ tại mặt
phân cách. Ta có hiện tượng phản xạ toàn phần
Vậy: Hiện tượng phản xạ toàn phần là hiện tượng ánh sáng truyền từ môi
trường có chiết suất lớn đến mặt giới hạn với môi trường có chiết suất nhỏ
hơn, tia sáng chỉ bò phản xạ mà không bò khúc xạ.


 Điều kiện để có hiện tượng phản xạ toàn phần:
• nh sáng truyền theo chiều từ môi trường chiết quang hơn sang môi
trường chiết quang kém.
• Góc tới lớn hơn hoặc bằng góc giới hạn (i ≥ i
gh
).
II- ỨNG DỤNG:


 Lăng kính phản xạ toàn phần:
•
••
• Mô tả : Lăng kính phản xạ toàn phần là một khối thủy tinh hình lăng
trụ có tiết diện thẳng là một tam giác tam vuông cân.
•
••
• Đường đi của tia sáng :

•

••
• Công dụng: Được dùng để thay gương phẳng trong các dụng cụ quang
học như ống nhòm, kính tiềm vọng … nhờ các ưu điểm là không cần mạ và có
tỉ lệ phần trăm ánh sáng phản xạ rất lớn.


 Các ảo tượng: Đó là hiện tượng quang học xãy ra trong khí quyển do có
sự phản xạ toàn phần của tia sáng trên mặt phân cách giữa lớp không khí
lạnh (có chiết suất lớn) và lớp không khí nóng (có chiết suất nhỏ).


 Sợi quang học: là những sợi bằng chất trong suốt, dễ uốn, có thành nhẵn,
hình trụ. nhờ hiện tượng phản xạ toàn phần, sợi quang học đóng vai trò “ống
dẫn ánh sáng” được ứng dụng nhiều trong kỹ thuật hiện đại và y học.

Tổ Vật Lý - Trường THPT Bình Phú Trang 15
Câu hỏi:


 Trình bày thí nghiệm phản xạ toàn phần. Nêu điều kiện để có hiện tượng
phản xạ toàn phần. Chứng minh công thức tính góc tới giới hạn.


 Nêu các ứng dụng của hiện tượng phản xạ toàn phần.
Bài tập:


 nh sáng truyền theo chiều từ thuỷ tinh có chiết suất là
2
ra không khí

với góc tới i = 60
0
. Hỏi có tia khúc xạ không? Tại sao?


 Một ngọn đèn nhỏ S nằm dưới đáy một bể nước nhỏ, sâu 30cm. Hỏi phải
thả nổi trên mặt nước một tấm gổ mỏng có vò trí, hình dạng và kích thước
nhỏ nhất là bao nhiêu để vừa vặn không có tia sáng nào của ngọn đèn lọt
qua mặt thoáng nước? Biết chiết suất của nước là 4/3.
Đáp số: hình tròn có r = 34,6 cm


 Cho một khối thuỷ tinh hình bán cầu, có chiết suất n = 1,414. Chiếu một
chùm tia sáng song song vào mặt phẳng của bán cầu theo phương vuông góc
với mặt phẳng đó. Xác đònh vùng trên mặt cầu mà tại đó có tia sáng ló ra.
Đáp số: bề mặt chõm cầu có góc mở 90
o
.


LĂNG KÍNH

I- ĐỊNH NGHĨA:
Lăng kính là một khối chất trong suốt có dạng hình lăng trụ đứng, có tiết
diện thẳng là một hình tam giác


Bài 5
Bài 5Bài 5
Bài 5

Trang

16
1616
16


Tài liệu Vật Lý Khối 12 – Quang hình học




II- ĐƯỜNG ĐI MỘT TIA SÁNG ĐƠN SẮC QUA LĂNG KÍNH:
Xét trường hợp n > 1. Chiếu
một tia sáng đơn sắc SI nằm trong
tiết diện thẳng của lăng kính vào
mặt bên lăng kính, tia sáng bò khúc
xạ hai lần và tia ló lệch về phía
đáy lăng kính so với hướng của tia
tới.
Góc tạo bởi tia tới và tia ló gọi
là góc lệch D.
III- CÔNG THỨC LĂNG KÍNH:
Với:
• i
1
: góc tới • i

2
: góc ló


 Ch ý: Nếu góc tới và góc chiết quang A nhỏ thì:
IV- GÓC LỆCH CỰC TIỂU:


 Thí nghiệm: Đặt một lăng kính trên một bàn xoay, sao cho trục quay
trùng với cạnh của lăng kính,và một màn ảnh E song song với cạnh của lăng
kính (hình vẽ). Chiếu một chùm tia đơn sắc song song, hẹp SA tới cạnh của
lăng kính, sao cho một phần chùm tia sáng không đi qua lăng kính cho một
vệt sáng H trên màn E, và phần chùm
tia sáng đi qua lăng kính cho vệt sáng
M. Khi quay bàn xoay, ta thấy H đứng
yên và M di chuyển lên tới M
0
rồi
dừng lại và sau đó đi xuống, chứng tỏ
góc lệch D có giá trò cực tiểu khi vệt
sáng M ở điểm M
o
.


 Công thức: Người ta chứng minh rằng :

•
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


•
••
•
i

1
= nr
1



;



•
••
•
i
2
= nr
2


;


•
••
•
D = A(n
-
1)

Tổ Vật Lý - Trường THPT Bình Phú Trang 17

Góc lệch D đạt giá trò cực tiểu D
min
khi tia tới và tia ló đối xứng với
nhau qua mặt phẳng phân giác của góc chiết quang A. Khi đó:
i = i’ và r = r’
⇒
2
A
sinn
2
AD
sin
min
=






+

Vậy nếu ta đo được A và D
min
ta sẽ tính được n. Đó là cơ sở đo chiết suất của
các chất rắn, chất lỏng bằng giác kế.
Câu hỏi:


 Vẽ đường đi của một tia sáng đơn sắc qua lăng kính. Viết các công thức.



 Khi nào góc lệch đạt giá trò cực tiểu? Công thức tính góc lệch cực tiểu.


 Cho biết cơ sở đo chiết suất của các chất rắn, chất lỏng bằng giác kế?
Bài tập:


 Một lăng kính bằng thuỷ tinh có chiết suất n đặt trong không khí
a/ Vẽ 1 tia sáng đơn sắc truyền qua lăng kính. Chứng minh các công thức:
•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
b/ Cho A = 60

o
, n =
2
và i = 45
o
. Tìm góc lệch D
Đáp số: 30
o



 Cho một lăng kính có góc chiết quang A = 60
o
và chiết suất n =
2
.
Chiếu một tia sáng đơn sắc, nằm trong tiết diện thẳng của lăng kính, vào mặt
bên của lăng kính với góc tới 45
o
.
a/ Tính góc ló và vẽ đường đi của tia sáng qua lăng kính.
b/ Tính góc lệch của tia sáng.
c/ Nếu tăng hoặc giảm góc tới một vài độ thì góc lệc thay đổi như thế
nào? Tại sao?
Đáp số: a/ 45
o
b/ 30
o
c/ tăng.



 Cho một lăng kính có chiết suất n = 3 và có tiết diện thẳng là một tam
giác đều. Chiếu một tia sáng, nằm trong tiết diện thẳng của lăng kính, vào
mặt bên của nó.
a/ Tính góc tới và góc lệch của tia sáng ứng với trường hợp góc lệch là cực tiểu.
b/ Vẽ tiếp đường đi của tia sáng trong trường hợp tia tới vuông góc với
mặt bên của lăng kính trong hai trường hợp: điểm tới gần đáy lăng kính và
điểm tới xa đáy lăng kính.
Trang

18
1818
18


Tài liệu Vật Lý Khối 12 – Quang hình học




Đáp số: 60
o
; 60
o



 Cho một lăng kính phản xạ toàn phần có chiết suất n =
2
. Chiếu một

tia sáng, nằm trong tiết diện thẳng ABC của lăng kính, theo phương song
song với cạnh huyền BC, đến gặp mặt AB của lăng kính tại một điểm I gần
đỉnh B. Hãy vẽ tiếp đường đi của tia sáng.


 Cho một lăng kính thuỷ tinh dạng nêm, góc chiết quang A được coi là góc
nhỏ và chiết suất là n. Chiếu một tia sáng vào mặt bên với góc tới rất nhỏ.
a/ Tìm biểu thức tính góc lệch của tia ló.
b/ Cho A = 6
o
, n = 1,6. Tìm góc lệch D.
Đáp số: a/ D = A(n-1) b/ 3
o
36’


THẤU KÍNH MỎNG

I-ĐỊNH NGHĨA – PHÂN LOẠI:


 Đònh nghóa: Thấu kính là một khối chất trong suốt được giới hạn bởi hai
mặt cong, thường là hai mặt cầu. một trong hai mặt có thể là mặt phẳng.

Với: • O
1
, O
2
: đỉnh hai chỏm cầu • R
1

, R
2
: bán kính hai mặt cầu


 Trục chính của thấu kính: là đường thẳng đi qua tâm hai chỏm cầu. Nếu
thấu kính gồm một mặt cầu và một mặt phẳng thì trục chính là đường thẳng
đi qua tâm của mặt cầu và vuông góc với mặt phẳng.


 Phân loại thấu kính:
Xét trường hợp chiết suất tỉ đối của thấu kính đối với môi trường ngoài là
n > 1thì người người ta chia thấu khính ra làm hai loại:
a/ Thấu kính hội tụ:
• Hình dạng: Rìa thấu kính mỏng hơn ở giữa
Bài 6
Bài 6Bài 6
Bài 6



Tổ Vật Lý - Trường THPT Bình Phú Trang 19
• Tác dụng: Tia ló qua thấu kính lệch gần trục chính hơn so với tia tới


b/ Thấu kính phân kỳ:

• Hình dạng: Rìa thấu kính dày hơn ở giữa
• Tác dụng: Tia ló qua thấu kính lệch xa trục chính hơn so với tia tới
II- THẤU KÍNH MỎNG:



 Đònh nghóa:Thấu kính mỏng là thấu kính có khoảng cách giữa hai đỉnh O
1

và O
2
rất nhỏ so với hai bán kính R
1
và R
2
của hai mặt cầu.


 Quang tâm O: Phần giữa của thấu kính coi như một bản trong suốt rất
mỏng, hai đỉnh O
1
và O
2
coi như trùng nhau tại một điểm O gọi là quang tâm
của thấu kính.


 Trục phụ của thấu kính: là đường thẳng qua quang tâm O và không
trùng với trục chính. Mỗi thấu kính có vô số trục phụ.



 Tiêu điểm chính:
a/ Đònh nghóa: Tiêu điểm chính của thấu kính là điểm đồng quy của chùm

tia ló trên trục chính ứng với chùm tia tới thấu kính song song với trục chính.
b/ Đặc điểm:
• Mỗi thấu kính có hai tiêu điểm chính đối xứng nhau qua quang tâm.
• Nếu xét chiều ánh sáng truyền tới thấu kính người ta chia tiêu điểm
chính thấu kính làm hai loại:
Trang

20
2020
20


Tài liệu Vật Lý Khối 12 – Quang hình học




* Tiêu điểm ảnh chính (F’): là điểm trên trục chính mà tia ló (hoặc
đường kéo dài của nó) sẽ đi qua đó, nếu tia tới song song với trục chính.
* Tiêu điểm vật chính (F): là điểm trên trục chính mà khi tia tới (hoặc
đường kéo dài của nó) đi qua đó sẽ cho tia ló song song với trục chính.


 Chú ý:
• Đối với thấu kính hội tụ tiêu điểm ảnh chính F’ là tiêu điểm thật.
• Đối với thấu kính phân kỳ tiêu điểm ảnh chính F’ là tiêu điểm ảo.



 Tiêu diện – tiêu điểm phụ:

a/ Tiêu diện: là mặt phẳng vuông góc với trục chính tại tiêu điểm chính.
Mỗi thấu kính có hai tiêu diện đối xứng nhau dua quang tâm.
b/ Tiêu điểm phụ: là giao điểm của trục phụ với tiêu diện. Trên mỗi trục
phục có hai tiêu điểm phụ: tiêu điểm ảnh phụ và tiêu điểm vật phụ .




 Tiêu cự và độ tụ:
a/ Tiêu cự (f): là khoảng cách từ quang tâm O đến tiêu điểm chính của
thấu kính.
f = OF = OF’
b/ Độ tụ (D): là đại lượng đo bằng nghòch đảo của tiêu cự
f
D
1
=

Với:
• D: độ tụ, đơn vò là điốp • f: tiêu cự, đơn vò là m
Tổ Vật Lý - Trường THPT Bình Phú Trang 21


 Quy ước:
• Thấu kính hội tụ: f > 0 ; D > 0 • Thấu kính phân kỳ: f < 0 ; D < 0


 Công thức tính độ tụ và tiêu cự của thấu kính mỏng theo bán kính:









+−==
21
11
1
1
RR
)n(
f
D

Với:
• n là chiết suất tỉ đối của chất làm thấu kính với mội trường xung quanh.
• Bán kính của hai mặt thấu kính. Quy ước: R > 0 nếu mặt cầu lồi; R < 0
nếu mặt cầu lõm; R =
∞
nếu mặt phẳng.


 Điều kiện tương điểm ( điều kiện ảnh rõ nét):
• Góc mở của các mặt cầu giới hạn của thấu kính phải rất nhỏ.
• Vật phải nằm gần trục chính.
III. CÁCH VẼ ẢNH MỘT VẬT QUA THẤU KÍNH:



 Đường đi của các tia sáng qua thấu kính:


 Các tia đặc biệt:
• Tia tới qua quang tâm O thì truyền thẳng
• Tia tới song song với trục chính cho tia ló (hoặc đường kéo dài của tia
ló) đi qua tiêu điểm ảnh chính F’.
• Tia tới (hoặc đường kéo dài của tia tới) đi qua tiêu điểm vật chính F cho
tia ló song song với trục chính.



 Các tia bất kỳ:
• Tia tới song song với trục phụ cho tia ló (hoặc đường kéo dài của tia ló)
đi qua tiêu điểm ảnh phụ F
1
’.
• Tia tới (hoặc đường kéo dài của tia tới) đi qua tiêu điểm vật phụ F
1
cho
tia ló song song với trục phụ.

Trang

22
2222
22


Tài liệu Vật Lý Khối 12 – Quang hình học



 nh một điểm sáng nằm ngoài trục chính:
Cách vẽ: Từ điểm sáng ta vẽ hai tia tới thấu kính, vẽ hai tia ló tương ứng.
Kéo dài hai tia ló gặp nhau tại 1 điểm, điểm đó là ảnh.



 nh một điểm sáng nằm trên trục chính:
Cách vẽ:Từ điểm sáng ta vẽ một tia tới bất kỳ, vẽ trục phụ song song với
tia tới, tia ló (hoặc đường kéo dài) qua tiêu điểm ảnh phụ cắt trục chính tại 1
điểm, điểm đó là ảnh



 nh một vật sáng:
a/ nh một vật sáng bất kỳ: là tập hợp các ảnh của các điểm trên vật.
b/ nh của một vật có dạng một đoạn thẳng vuông góc với trục chính:
Cách vẽ: Vẽ ảnh của điểm nằm ngoài trục chính rồi hạ vuông góc trục chính,
ta sẽ được ảnh của vật.
Tổ Vật Lý - Trường THPT Bình Phú Trang 23

III-CÔNG THỨC THẤU KÍNH:
a/ Công thức thấu kính:
'

d
1
d
1
f
1
+=

Với: Tiêu cự : f =
OF
; Vò trí vật: d =
OA
; Vò trí ảnh: d’=
'OA



 Quy ước:
• Vật thật d > 0
• Vật ảo d < 0.
• Ảnh thật d’> 0
• Ảnh ảo d’< 0
b/ Chứng minh công thức:
Ta có : ∆ OA’B’ ∼ ∆ OAB ⇒
OA
'OA
AB
'B'A
=
(1)

∆ A’B’F’ ∼ ∆ OIF’ ⇒
'
OF
'F'A
OI
'B'A
=

Mà OI = AB ; A’F’ = OA’ – OF’ ⇒
'
OF
'
OF
'
OA
AB
'
B
'
A
−
=
(2)
Từ (1) và (2): ⇒ 1
−=
−
=
'
OF
'

OA
'
OF
'
OF
'
OA
OA
'
OA

Chia hai vế cho OA’: ⇒
'
OA
1
OA
1
'
OF
1
+=

Mà:
• Thấu kính hội tu: f = OF’ > 0
• Vật thật: d = OA > 0
• Ảnh thật: d’ = OA’ > 0
Do đó:
'
d
1

d
1
f
1
+=


Trang

24
2424
24


Tài liệu Vật Lý Khối 12 – Quang hình học






 Độ phóng đại của ảnh (k):
d
'd
AB
'B'A
k −==




 Quy ước:
• k > 0 : Ảnh vật cùng chiều, khác tính chất.
• k < 0 : Ảnh vật ngược chiều, cùng tính chất.


 Chú ý: •
AB
'
B
'
A
k =
là tỉ số giữa độ lớn ảnh và độ lớn vật.
• Công thức tính độ dài ảnh: A’B’ = |k|.AB

Câu hỏi:


 Đònh nghóa và phân loại thấu kính. Nêu các điểm khác nhau về tiêu điểm
ảnh chính, tiêu cự và độ tụ của thấu kính hội tụ và thấu kính phân kỳ.


 Viết các công thức đã học về thấu kính. Nêu tên các đại lượng và quy ước dấu.


 Chứng minh công thức thấu kính

'
d
1

d
1
f
1
+=
cho trường hợp thấu kính
phân kỳ.


 Trình bày cách vẽ ảnh một điểm sáng qua thấu kính.
Bài tập:


 Xét thấu kính hội tụ. Hãy điền vào đầy đủ vào bảng sau và vẽ hình minh
hoạ cho từng trường hợp (mỗi trường hợp vẽ hai hình: vật là điểm sáng trên
trục chính và vật là đoạn thẳng vuông góc với trục chính):

Vò trí vật Vò trí
ảnh
nh thật
hay ảo
nh cùng hay
ngược chiều so
với vật
Độ lớn
ảnh so
với vật
Vậtt hật ở vô cực
Vật thật từ ∞ tới C
(với OC = 2f)

Vật thật ở tại C
Vật thật trong khoảng từ C tới F
Vật thật ở tại F
Vật thật trong khoảng từ F tới O

Tổ Vật Lý - Trường THPT Bình Phú Trang 25


 Đối với thấu kính hội tụ, vật thật đặt ở vò trí nào trước thấu kính sẽ cho
ảnh ảo nhỏ hơn vật? Vẽ hình minh hoạ (hai trường hợp: vật là điểm sáng
trên trục chính và vật là đoạn thẳng vuông góc với trục chính).


 Trong các trường hợp sau đây cho biết S’ là ảnh của một điểm sáng S qua
một thấu kính có trục chính là xy. Bằng phép vẽ hình và trình bày cách vẽ
để xác đònh O, F, F’. Cho biết loại thấu kính, tại sao?
a/ b/ c/



 Một thấu kính có hai mặt giống nhau, có độ tụ +4 điốp và có chiết suất
1,5. Tính tiêu cự của thấu kính và bán kính của hai mặt đó. Thấu kính đó là
thấu kính gì? Tại sao?
Đáp số: a/ f = R = 25cm ; TKHT


 Một thấu kính thuỷ tinh (n
1
= 1,5) đặt trong không khí có độ tụ +1 điốp.

Tính tiêu cự của thấu kính khi nhúng nó vào trong nước. Biết nước có chiết
suất n
2
= 4/3.
Đáp số: 4m


 Một vật sáng AB cao 2 cm đặt vuông góc với trục chính của một thấu
kính, điểm A của vật nằm trên trục chính và cách thấu kính một khoảng
60cm. Thấu kính có tiêu cự là 40cm. Xác đònh vò trí, độ phóng đại, tính chất,
độ cao ảnh và vẽ hình minh hoạ trong hai trường hợp:
a/ Thấu kính hội tụ.
b/ Thấu kính phân kỳ.
Đáp số: a/ 120 cm; -2 ; 4cm
b/ -24 cm; 0,8 ; 1,6cm.


 Đặt một thấu kính cách một trang sách 20cm, nhìn qua thấu kính ta thấy
ảnh của các dòng chữ cùng chiều và bằng một nửa các dòng chữ đó. Đó là
thấu kính loại gì? Tính tiêu cự của thấu kính. Vẽ hình.
Đáp số: TK phân kỳ ; -20 cm


 Đặt một vật sáng AB cách một thấu kính 12cm, ta thu được một ảnh cao
gấp 3 lần vật. Đó là thấu kính loại gì ? Tính tiêu cự của thấu kính. Vẽ hình
Đáp số: TKHT ; f
1
= 9cm; f
2
= 18 cm