Goi y tra loi cau hoi ly thuyet chuong 1 Quang hoc

<span class='text_page_counter'>(1)</span>Gợi ý các câu hỏi lý thuyết Chương 1: Mở đầu 1.1. Quang trình là gì? Ý nghĩa vật lý của quang trình. Trình bày nguyên lý Fermat và từ nguyên lý Fermat tìm lại định luật khúc xạ ánh sáng. •. Khái niệm quang trình: Quang trình là quãng đường mà ánh sáng sẽ đi được trong cùng một khoảng thời giang dτ nếu nó không truyền trong môi trường chiết quang, mà truyền trong môi trường chân không.. •. Ý nghĩa vật lý của quang trình:. - Trong quang hình học việc sử dụng khái niệm thời gian truyền của ánh sáng không thuận tiện bằng việc dùng khái niệm quang trình. - Là cơ sở để thiết lập nguyên lý Fermat. •. Trình bày nguyên lý Fermat và từ nguyên lý Fermat tìm lại định luật khúc xạ ánh sáng..  Trình bày nguyên lý Fermat: - Trong tất cả các con đường khả dĩ đi từ một điểm nọ tới điểm một điểm kia ánh sáng sẽ truyền theo c on. đường mà quang trình là cực trị (cực đại, cực tiểu, hoặc không đổi). - Thiết lập dạng toán học của nguyên lí Fermat: Quang trình của tia sáng trên đoạn AB = s trong môi trường đồng tính có chiết suất n là tích n.s:. L =[AB] = n.s. Dấu [] chỉ quang trình của đoạn AB. Nếu môi trường truyền ánh sáng không đồng tính, thì ta chia quang đường truyền của tia sáng thành những đoạn nhỏ để cho chiết suất của môi trường trong mỗi đoạn được coi là không đổi. Như vậy quang trình L được viết như sau: L = [AB] = [∆s1] + [∆s2] + …..+ [∆sk] = L = n1 ∆s1 + n2∆s2+ … + nk.∆sk = k. L = ∑ n i ∆si 0. Tiến tới giới hạn tổng này sẽ chuyển thành tích phân: B. L = [ AB ] = ∫ nds A. Gọi dt là thời gian để ánh sáng truyền được đoạn đường ds, ta có:. dt =. ds v. Trong đó, v là vận tốc ánh sáng trong môi trường chiết suất n. thời gian cần thiết để ánh sáng truyền từ điểm A tới điểm B là: B. ds B nds B [ds ] t = ∫ =∫ =∫ A v A c A v.

<span class='text_page_counter'>(2)</span> Theo nguyên lí thời gian cực tiểu của Fermat, thì biến phân của t phải tiến đến không. B. ds B [ds ] t =  ∫ = ∫ =0 A v A v Đây là biểu thức toán học của nguyên lí Fermat.  Từ nguyên lý Fermat tìm lại định luật khúc xạ ánh sáng. Chứng minh tia sáng truyền từ điểm A trong môi trường có chiết suất n1 đến điểm B trong môi trường có chiết suất n2 qua mặt phân giới phẳng Q giữa hai môi trường nếu tuân theo nguyên lý Fermat, phải thỏa mãn định luật khúc xạ ánh sáng: - Trước hết cần chứng minh là tia khúc xạ nằm trong mặt P A. phẳng tới. Vẽ mặt phẳng P qua A và B và vuông góc với mặt phẳng Q. Chứng minh mặt phẳng P là mặt phẳng tới.. I. Với điểm I’ bất kì nằm ngoài mặt phẳng P, gọi I là hình chiếu của I’ trên mặt phẳng P nên AI’ > AI; BI’ > BI.. I’. Q. Suy ra: AI + IB < AI’ + BI’. Vậy tia tới và tia khúc xạ phải. B. nằm trong mặt phẳng P là mặt phẳng tới. - Tìm trong mặt phẳng P, tia AIB phải truyền theo đường nào. Đặt AA’ = a1; BB’ = a2; A’I = x; A’B’ = b. Vậy thời gian để truyền ánh sáng từ điểm A đến B bằng:. a12 + x 2 a 22 + (b − x) 2 t= + v1 v2. A n1 i1. Trong đó v1 và v2 là vận tốc ánh sáng trong môi trường thứ nhất và thứ hai tương ứng. Trong tất cả các con đường từ A đến B, ánh sáng. B’ A’ Q. sẽ truyền theo con đường nào, mà theo đó dt = 0. Do đó:. 1 x 1 b−x dt = . 2 − . v1 a1 + x 2 v2 a22 + (b − x) 2 dt = Từ đó, ta có:. N. I i2. n2. B. sin i1 sin i2 − =0 v1 v2. sin i1 v1 n2 = = ⇒ n1. sin i1 = n2 sin i2 sin i2 v2 n1. 1.2. Phát biểu nguyên lý Huygens. Từ đó tìm lại định luật phản xạ và khúc xạ ánh sáng.. • Phát biểu nguyên lý Huygens: Mỗi điểm của môi trường có sóng đạt đến sẽ trở thành một tâm phát sóng thứ cấp. Mặt bao của tất cả các sóng thứ cấp tại một thời điểm xác định mặt cầu sóng lan truyền ở thời điểm đó. •. Từ đó tìm lại định luật phản xạ và khúc xạ ánh sáng..  Tìm lại định luật phản xạ ánh sáng: Giả sử có một đầu sóng phẳng, truyền trong môi trường 1 với vận tốc v1, tới đập trên mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt có chiết suất n1 và n2. Mặt đầu sóng này tương ứng với một chùm tia song.

<span class='text_page_counter'>(3)</span> song đập vào mặt phân cách với góc tới i1. Theo nguyên lý Huyghen, mỗi điểm của mặt phân cách mà mặt đầu sóng AB đạt đến sẽ trở thành nguồn phát sóng cầu mới. Trước tiên, mặt đầu sóng AB gặp mặt phân giới ở điểm A. Điểm A trở thành một nguồn phát sóng cầu nguyên tố theo phương ngược lại vào môi trường 1 với vận tốc v1. Khi mặt đầu sóng AB gặp mặt phân cách ở C, thì sóng bán cầu nguyên tố phát ra từ A đã có bán kính AD = BC, và tại thời điểm đang xét, điểm C bắt đầu phát sóng bán cầu nguyên tố có bán kính bằng không. Mặt đầu sóng trong trường hợp này sẽ vuông góc với mặt phẳng tới và có vết trên mặt phẳng hình vẽ và tiếp tuyến CD với sóng bán cầu AD. Mặt đầu sóng này tiếp xúc với tất cả các sóng bán cầu khác, phát ra từ những điểm nằm trong khoảng AC. Tia AD vuông góc với mặt đầu sóng phản xạ, là tia phản xạ. Tia này làm với pháp tuyến AN một góc i’.. N. Từ hình vẽ ta có: i1 i1 ’ D. i1 = góc BAC và i1’ = ACD n1. Hai tam giác vuông ABC và CDA bằng nhau. Do đó: i1 = i1’ (Định luật phản xạ đã được chứng minh).. A. B C. n2.  Tìm lại định luật khúc xạ ánh sáng:. Tương tự như trên, ta xét sóng bán cầu nguyên tố phát ra từ A, truyền vào trong môi trường 2 với vận tốc v2. Sau khoảng thời gian ∆t, mặt đầu sóng AB gặp mặt phân cách ở C và sóng nguyên tố phát ra từ A đã có bán kính AE. Ta có:. BC = v1. ∆t; AE = v2. ∆t. Đường thẳng CE tiếp xúc với sóng bán cầu nguyên tố AE là vết của mặt đầu sóng khúc xạ. Tia AE vuông góc với CE là tia khúc xạ. Tia này hợp với pháp tuyến AN một góc i2, i2 là góc khúc xạ.. B. Trong tam giác vuông ABC, ta có: sin(BAC) = sin i1 = BC/AC. (1). Trong tam giác vuông AEC, ta có: sin(ACE) = sin i2 = AE/AC. n1 n2. i1 A. C i2 E. (2) N. Vì hai góc ACE và i2 bằng nhau: Chia vế với vế của (1) và (2), ta được:. sin i1 BC v1∆t v1 = = = sin i2 AE v2 ∆t v2. (3). Vì tỉ số giữa các vận tốc ánh sáng đối với một cặp môi trường cho trước là hằng số nên công thức (3) biểu diễn định luật khúc xạ ánh sáng..

<span class='text_page_counter'>(4)</span>