Lý thuyết Lăng kính (mới 2023 + Bài Tập) - Vật lí 11

Lý thuyết Vật lí 11 Bài 28: Lăng kính

1. Cấu tạo của lăng kính

- Lăng kính là một khối chất trong suốt, đồng chất (thủy tinh, nhựa…), thường có dạng lăng trụ tam giác.

- Lăng kính được biểu diễn bằng tam giác tiết diện thẳng.

- Về phương diện quang học, một lăng kính được đặc trưng bởi:

+ Góc chiết quang A (góc hợp bởi hai mặt của lăng kính).

+ Chiết suất n.

2. Đường truyền 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 sáng đơn sắc khác nhau do chiết suất của chất làm lăng kính đối với mỗi ánh sáng khác nhau là khác nhau.

⇒ Đó là hiện tượng tán sắc ánh sáng bởi lăng kính.

b. Đường truyền của tia sáng (ánh đơn sắc) qua lăng kính

-  Tia ló ra khỏi lăng kính luôn lệch về đáy lăng kính so với tia tới.

- Góc tạo bởi tia ló và tia tới gọi là góc lệch D của tia sáng khi truyền qua lăng kính.

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

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

+ Nếu r₂ < i_gh : tia sáng khúc xạ ra ngoài, với góc ló i₂ (sini₂ = nsinr₂₎

+ Nếu r₂ = i_gh $\Rightarrow$ i₂ = 90⁰, tia ló đi sát mặt bên thứ 2 của lăng kính.

+ Nếu r₂ > 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 được sini’ >1 $\Rightarrow$ phản xạ toàn phần tại J).

3. Các công thức lăng kính

-  Công thức lăng kính đặt trong không khí:

sini₁ = nsinr₁  

 sini₂ = nsinr₂

A = r₁ + r₂

D = i₁ + i₂ – A

Trong đó:

+ A: góc chiết quang

+ D: góc lệch

- Trong trường hợp góc i₁ và góc chiết quang A nhỏ (< 10⁰) thì:

i₁ = nr₁ 

i₂ = nr₂

A = r₁ + r₂

D = (n - 1)A

4. Công dụng của lăng kính

a. Máy quang phổ

- Lăng kính là bộ phận chính của máy quang phổ.

- Máy quang phổ phân tích ánh sáng từ nguồn phát ra thành các thành phần đơn sắc, nhờ đó xác định được cấu tạo của nguồn sáng.

b. Lăng kính phản xạ toàn phần

- Lăng kính phản xạ toàn phần là lăng kính thủy tinh có tiết diện thẳng là một tam giác vuông cân.

- Lăng kính phản xạ toàn phần được sử dụng để tạo ảnh thuận chiều (ống nhòm, máy ảnh…)

 

Trắc nghiệm Vật Lí 11 Bài 28: Lăng kính

Câu 1. Có ba trường hợp truyền tia sáng qua lăng kính ở (các) trường hợp nào sau đây, lăng kính không làm lệch tia ló về phía đáy?

A. Trường hợp (1).                                               

B. Hai trường hợp (2) và (3).

C. Ba trường hợp (1), (2) và (3).                                     

D. Không có trường hợp nào.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: D

Giải thích: Quan sát hình ta thấy, cả 3 trường hợp đều không có tia ló lệch về phía đáy lăng kính.

Câu 2. Một lăng kính trong suốt có tiết diện thẳng là tam giác vuông như hình vẽ. Góc chiết quang của lăng kính có giá trị nào?

A. 30°.                 

B. 60°.

C. 90°.                 

D. 30° hoặc 60° hoặc 90° tuỳ đường truyền tia sáng.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: D

Giải thích: 

Góc chiết quang của lăng kính sẽ phụ thuộc vào đường truyền của tia sáng nên góc chiết quang có thể là 30° hoặc 60° hoặc 90° tuỳ đường truyền tia sáng.

Câu 3. Một tia sáng Mặt Trời truyền qua một lăng kính sẽ ló ra như thế nào?

A. Bị tách ra thành nhiều tia sáng có màu khác nhau.            

B. Vẫn là một tia sáng trắng.

C. Bị tách ra nhiều thành tia sáng trắng.                             

D. Là một tia sáng trắng có viền màu.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: A

Giải thích: Tia sáng mặt trời là chùm sáng trắng, khi đi qua lăng kính sẽ bị tán sắc thành nhiều màu sắc khác nhau (cụ thể là dải màu đỏ, da càm, vàng, lục, lam, chàm, tím biến thiên liên tục)

Câu 4. Chiếu một tia sáng tới một mặt bên của lăng kính thì

A. luôn luôn có tia sáng ló ra ở mặt bên thứ hai của lăng kính.

B. tia ló lệch về phía đáy của lăng kính so với tia tới.

C. tia ló lệch về phía đỉnh của lăng kính so với tia tới.

D. đường đi của tia sáng đối xứng qua mặt phân giác của góc ở đỉnh.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: B

Giải thích: Chiếu một tia sáng tới một mặt bên của lăng kính thì tia ló lệch về phía đáy của lăng kính so với tia tới.

Câu 5. Chiếu một tia sáng tới một mặt bên thứ nhất của lăng kính ở trong không khí. Sự phản xạ toàn phần xảy ra khi:

A. Góc tới mặt bên thứ nhất lớn hơn góc giới hạn phản xạ toàn phần

B. Góc tới mặt bên thứ nhất nhỏ hơn góc giới hạn phản xạ toàn phần

C. Sau khi đi vào lăng kính góc tới mặt bên thứ hai lớn hơn góc tới giới hạn phản xạ toàn phần.

D. chiết suất của lăng kính lớn hơn chiết suất bên ngoài

Hiển thị đáp án  

Đáp án: C

Giải thích:

A, B, D – sai vì ánh sáng từ không khí (n = 1) tới lăng kính (n >1) thì không bao giờ có hiện tượng phản xạ toàn phần.

C – đúng vì khi tới mặt bên thứ hai nếu góc tới lớn hơn góc tới giới hạn thì sẽ xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần, đồng thời đã thỏa mãn điều kiện ánh sáng đi từ môi trường chiết quang sang môi trường kém chiết quang hơn.

Câu 6. Chọn câu sai. Trong không khí, một chùm tia song song, đơn sắc, đi qua một lăng kính thuỷ tinh.

A. Chùm tia ló là chùm tia phân li.

B. Chùm tia ló là chùm tia song song.

C. Chùm tia ló bị lệch về phía đáy của lăng kính so với tia tới.

D. Góc lệch của chùm tia phụ thuộc vào góc tới lăng kính mặt thứ nhất của lăng kính.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: A

Giải thích: A – sai vì chùm sáng đơn sắc khi đi qua lăng kính sẽ không bị phân li mà chỉ bị lệch về phía đáy của lăng kính, các tia ló sẽ song song với nhau, góc lệch D sẽ phụ thuộc vào góc tới i.

Câu 7. Chọn câu sai. Góc lệch của tia sáng qua lăng kính

A. phụ thuộc góc ở đỉnh của lăng kính.                           

B. phụ thuộc chiết suất của lăng kính.

C. không phụ thuộc chiết suất của lăng kính.         

D. phụ thuộc góc tới của chùm sáng tới.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: C

Giải thích:

Góc lệch của tia sáng qua lăng kính $D=i+i\text{'}-A$

Nên góc lệch D phụ thuộc vào:

- góc ở đỉnh (góc A)

- góc i’ phụ thuộc vào chiết suất của lăng kính nên D cũng phụ thuộc vào chiết suất

- góc tới i

Câu 8. Đường đi của tia sáng qua lăng kính đặt trong không khí hình vẽ nào là không đúng.

A. Hình 1                      

B. Hình 2                       

C. Hình 3                       

D. Hình 4

Hiển thị đáp án  

Đáp án: B

Giải thích: Hình 2 vẽ sai tia ló khi đi qua lăng kính phải đi lệch về phía đáy.

Câu 9. Chọn câu sai. Khi xét đường đi của tia sáng qua lăng kính đặt trong không khí ta thấy:

A. góc ló phụ thuộc góc tới.

B. góc ló phụ thuộc chiết suất của lăng kính.

C. góc ló không phụ thuộc góc ở đỉnh của lăng kính.

D. góc lệch của tia sáng qua lăng kính phụ thuộc góc tới chiết suất và góc ở đỉnh của lăng kính.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: C

Giải thích:

- Góc ló phụ thuộc vào:

+ góc tới

+ chiết suất của lăng kính

- Góc lệch phụ thuộc vào góc tới, chiết suất, góc ở đỉnh.

Câu 10. Lăng kính có góc ở đỉnh là 60°, chiết suất 1,5 ở trong không khí. Chiếu góc tới một mặt bên của lăng kính một chùm sáng song song:

A. không có tia sáng ló ra khỏi mặt bên thứ hai.              

B. góc ló lớn hơn 30°.

C. góc ló nhỏ hơn 30°.                                         

D. góc ló nhỏ hơn 25°.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: A

Giải thích:

$\sin i_{gh}=\frac{n_{nho}}{n_{lon}}=\frac{1}{1,5}\Rightarrow i_{gh}=41,8^o$

Vì $i=A={60}^o>i_{gh}$ nên xảy ra phản xạ toàn phần tại I nên không có tia ló ra khỏi mặt bên thứ hai. 

Xem thêm các bài tổng hợp lý thuyết Vật lí lớp 11 đầy đủ, chi tiết khác:

Lý thuyết Bài 30: Giải bài toán về hệ thấu kính

Lý thuyết Bài 31: Mắt

Lý thuyết Bài 32: Kính lúp

Lý thuyết Bài 33: Kính hiển vi

Lý thuyết Bài 34: Kính thiên văn