Chương I. Tóm tắt lý thuyết phần quang hình học Chương II. Phân loại và phương pháp giải bài tập phần quang hình Chương III. Bài tập tự giải 2 B.
NỘI DUNG CHƢƠNG 1. Phản xạ ánh sáng 1. Hiện tƣợng và định luật phản xạ ánh sáng Khi cho một chùm tia sáng tới gặp mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt đồng tính (chẳng hạn giữa không khí nước và nước), thì người ta thấy có hiện tượng chùm sáng bị đổi hướng, trở lại môi trường cũ gọi là hiện tượng phản xạ ánh sáng. Tia phản xạ nằm trong mặt phẳng tới (mặt phẳng chứa tia tới và pháp tuyến với mặt phản xạ vẽ từ điểm tới) và góc phản xạ bằng góc tới: i‟ = -i.
Đường đi của tia sáng: N R S i i' I Hình 1: Sự phản xạ ánh sáng. Sự phản xạ ánh sáng qua gƣơng phẳng và gƣơng cầu 1. Định nghĩa Gương phẳng là một mặt phẳng nhẵn có khả năng phản xạ gần như hoàn toàn ánh sáng chiếu tới. 3 * Sự tạo ảnh qua gương phẳng: P S P‟ S Hình 2: Sự tạo ảnh qua gương phẳng.
Tính chất của ảnh qua gương: + Ảnh và vật luôn trái bản chất (vật thật cho ảnh ảo, vật ảo cho ảnh thật). + Ảnh và vật đối xứng nhau qua gương. + Ảnh và vật luôn có độ lớn bằng nhau nhưng không chồng khít lên nhau. Thị trường của gương phẳng: Gọi s, s‟ là vị trí của vật và ảnh; k là độ phóng đại của ảnh; L là khoảng cách từ vật đến ảnh, ta có: s + s‟ = 0 k= =1 L= = 2s Dấu “ - “ thể hiện sự trái bản chất của ảnh đối với vật.
Định nghĩa: Gương cầu là một phần của gương mặt cầu phản xạ ánh sáng, có 2 loại gương cầu: gương cầu lõm và gương cầu lồi. Gương cầu lồi ( gương mắt cá hay gương phân kỳ ) là gương có bề mặt là một phần của hình cầu và bề mặt cong phản xạ hướng về phía nguồn sáng 4 Trục phụ + θ O + O C c. Công thức gương cầu: f= Độ phóng đại: Vật- ảnh cùng chiều: k > 0 Vật- ảnh ngược chiều: k< 0 d' =>A‟B‟= |k|.AB = AB d Khoảng cách từ vật đến ảnh: L =|d‟ – d|. Tính chất ảnh: Vị trí, tính chất Gương cầu lõm(f > 0) Gương cầu lồi(f < 0) của vật vật thật d = ∞: ảnh thật, ngược chiều, tại Luôn cho ảnh ảo, tiêu điểm ảnh.
cùng chiều, d > 2f: ảnh thật, ngược chiều, nhỏ nhỏ hơn vật. d = 2f: ảnh thật, ngược chiều lớn hơn vật. f < d < 2f:ảnh thật, ngược chiều, lớn hơn vật. d <f: ảnh ảo, cùng chiều, lớn hơn vật.
d gần bằng 0: ảnh ảo, cùng chiều, bằng vật. Vật ảo Luôn cho ảnh thật, |d| > |2f|: ảnh ảo, cùng chiều, nhỏ hơn vật. ngược chiều, nhỏ hơn vật. |d| = |2f|: ảnh ảo, ngược chiều, lớn hơn vật.
|f| < |d| < |2f|: ảnh ảo, ngược chiều, lớn hơn vật. |d| < |f| ảnh thật, cùng chiều, lớn hơn vật.3 Hiện tƣợng phản xạ toàn phần 1.1 Định nghĩa Sự phản xạ toàn phần là hiện tượng toàn bộ tia tới bị phản xạ trở lại môi trường cũ khi gặp mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt.2 Điều kiện để xảy ra hiện tƣợng phản xạ toàn phần - Môi trường tới phải chiết quang hơn môi trường khúc xạ (n1 > n2). - Góc tới phải lớn hơn góc giới hạn phản xạ toàn phần: i igh, với: siniig= n12 (n2 <n1). Đường đi của tia sáng: S R ii g n n I Hình 3: Sự phản xạ toàn phần 1.3 Phân biệt phản xạ toàn phần và phản xạ thông thƣờng Giống nhau: - Cũng là hiện tượng phản xạ, (tia sáng bị hắt lại môi trường cũ) - Cũng tuân theo định luật phản xạ ánh sáng.
Khác nhau: Hiện tượng phản xạ thông thường xảy ra khi tia sáng gặp một mặt phân cách của hai môi trường và không cần thêm điều kiện gì. Khúc xạ ánh sáng: 1. Định nghĩa và điịnh luật sự khúc xạ ánh sáng: Khi cho một chùm tia sáng tới gặp mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt đồng tính (chẳng hạn giữa không khí nước và nước), thì người ta thấy có hiện tượng chùm sáng bị gãy khúc hay chùm tia sáng đổi phương khi truyền từ 7 môi trường trong suốt này sang môi trường trong suốt khác gọi là hiện tượng khúc xạ ánh sáng. N S i I r T Hinh 4: Khúc xạ ánh sáng Tia phản xạ nằm trong mặt phẳng tới và ở bên kia pháp tuyến so với tia tới, tỉ số giữa sin góc tới (sin i) và sin góc khúc xạ (sin r) luôn là một đại lượng không đổi với hai môi trường đã cho trước: = n21 1.
Chiết suất tỉ đối Nếu gọi v1 và v2 và vận tốc truyền sáng trong môi trường 1 và môi trường 2, thì thực nghiệm chứng tỏ rằng chiết suất tỉ đối n21 bằng: n12 = = 1. Chiết suất tuyệt đối: Chiết suất tuyệt đối của một môi trường (thường viết gọn là chiết suất) là chiết suất tỉ đối của môi trường đó đối với chân không và kí hiệu bằng chữ n. n= c: tốc độ ánh sáng trong không khí; v: tốc độ ánh sáng trong môi trường đang xét; n: Chiết suất của môi trường đó. Hệ quả: n không khí và chân không bằng 1 và là nhỏ nhất.
n của các môi trường khác đều lớn hơn 1. Sự khúc xạ ánh sáng qua một số dụng cụ quang học 1.Sự khúc xạ ánh sáng qua lăng kính a. Định nghĩa: Lăng kính là một khối chất trong suốt, đồng tính, hình lăng trụ đứng có thiết diện là hình tam giác, góc giữa các mặt phẳng của lăng kính là góc chiết quang của lăng kính A i 𝛿 i‟ I r r S T I ‟ B C Hình 5: Lăng kính b. Đặc điểm đường đi của tia sáng qua lăng kính nlangkinh Gọi n là chiết suất tỉ đối của lăng kính với môi trường chứa nó n = nmoitruong Chiều lệch của tia sáng: n > 1: Lệch về đáy lăng kính, trường hợp này thường diễn ra.
n < 1: Lệch về đỉnh lăng kính, trường hợp này ít gặp. Sự khúc xạ ánh sáng qua bản mặt song song a. Định nghĩa Bản mặt song song là một môi trường trong suốt, đồng tính, giới hạn bởi hai mặt song song đặt trong một (hoặc hai) môi trường có chiết suất khác nhau. Đặc điểm ảnh qua bản mặt song song Sự tạo ảnh qua bản mặt song song tuân theo định luật khúc xạ ánh sáng.Ảnh và vật luôn bằng nhau và có bản chất khác nhau: vật thật - ảnh ảo, vật ảo - ảnh 9 thật.Ảnh bị dời đi theo chiều truyền ánh sáng so với vật (n>1).Tia ló ra khỏi bản mặt JR luôn song song với tia tới SI.
Công thức về bản mặt song song R J r I i H I ‟ K S S’ n e Hình 6: Bản mặt song song Ta có: = ̅̅̅̅ IH – JH = e – JH. Mà JH = I‟ Htgi = THtgr hay I‟Hsini = IHsinr =n I‟H = Vậy: = ̅̅̅̅ = e( – ) Với e là bề dày và n là chiết suất của bản mặt. Chú ý: khoảng dời ảnh không phụ thuộc vào vị trí đặt vật. Ảnh luôn dời theo chiều ánh sang tới.
Sự khúc xạ ánh sáng qua các mặt cầu a. Định nghĩa mặt cầu khúc xạ Mặt cầu khúc xạ là mặt cầu ngăn cách bởi hai môi trường đồng tính trong suốt có chiết suất khác nhau. Trục phụ O Trục chính Hình 7: Mặt cầu khúc xạ (a) b. Công thức mặt cầu khúc xạ + M n‟ n i’ i P O C P’ Hình 8: Mặt cầu khúc xạ (b) Các công thức của mặt cầu khúc xạ:.
* Độ tụ, tiêu cự, tiêu điểm, độ phóng đại: Độ tụ của mặt cầu khúc xạ kí hiệu là: = 11 Trong đó: n‟ là chiết suất của môi trường chứa tia khúc xạ. n là chiết suất của môi trường chứa tia tới. Tiêu cự của mặt cầu khúc xạ: Khi s = ∞, thì s‟ = f „Ta có: s‟ = f „ = f „ : được gọi là tiêu cự thứ hai của mặt cầu khúc xạ. f: được gọi là tiêu cự thứ nhất của mặt cầu khúc xạ.
Từ trên ta rút ra hệ thức quan trọng:. Hoặc ta có thể suy ra:. Gọi y là chiều cao của vật, y‟ là chiều cao của ảnh:. Sự khúc xạ ánh sáng qua thấu kính mỏng a.
Định nghĩa Thấu kính là một khối trong suốt, đồng chất, giới hạn bởi hai mặt cầu khúc xạ có trục chính trùng nhau, trong đó có ít nhất một mặt có độ cong khác không. Mỗi thấu kính có: Mặt phẳng Mặt phẳng tiêu diện tiêu diện F O F/ O / F F • Điểm vật là giao của các tia sáng tới. Có hai loại : + Điểm vật tạo ra chùm sáng phân kì tới thấu kính là điểm vật thật (là giao của các tia sáng tới có thật) + Điểm vật tạo ra chùm sáng hội tụ tới thấu kính là điểm vật ảo (là giao của các tia sáng tới do kéo dài gặp nhau). 12 S S Vậtảo Vật thật F’ F O F O F’ • Điểm ảnh là giao của các tia ló Có hai loại : + Điểm ảnh của chùm tia ló hội tụ là điểm ảnh thật (là giao của các tia ló có thật) + Điểm ảnh của chùm tia ló phân kì là điểm ảnh ảo (là giao của các tia ló do kéo dài gặp nhau).
S O S O F F F’ F’ Ảnh ảo Ảnh thật 2 3 O F‟ x F y 1 Hình 9: Thấu kính hội tụ 2 x y F F 1 3 Hình 10: Thấu kính phân kỳ 13 c. Công thức thấu kính Vật thật: d > 0, vật ảo: d < 0; ảnh thật: d‟> 0, ảnh ảo: d < 0. Thấu kính hội tụ: f > 0, D > 0; thấu kính phân kì: f < 0, D < 0. Mặt cầu lồi: R > 0, mặt cầu lõm: R < 0, mặt phẳng: R =.
Mắt và các dụng cụ quang học 1.1 Chức năng của mắt Mắt giống như một thấu kính hội tụ. Nó có chức năng tạo ra ảnh thật, nhỏ hơn vật trên một lớp tế bào nhạy với ánh sáng, để từ đó tạo ra những tín hiệu thần kinh đưa lên não.2 Cấu tạo quang học của mắt Bộ phận chính của mắt là thủy tinh thể, tác dụng như thấu kính hội tụ gọi là thấu kính mắt, độ cong của hai mặt thủy tinh thể thay đổi được nhờ vận dụng các cơ vòng. Hình 11: Cấu tạo của mắt (1) Giác mạc: lớp màng cứng trong suốt.