QUANG HỌC SÓNG


Các định luật cơ bản



Định luật Descates



Định luật Malus

1


II

I. QUANG HÌNH HỌC – Các định luật cơ bản

 Các định luật cơ bản
 Quang hình học dựa trên khái niệm tia sáng
 Các định luật cơ bản
 Định luật về sự truyền thẳng của ánh sáng
 Nguyên lý tác dụng độc lập
 Hai định luật Decartes về sự phản xạ và khúc xạ

2


II

I. QUANG HÌNH HỌC – Các định luật cơ bản

 Các định luật cơ bản
 Định luật về sự truyền thẳng của ánh sáng
Trong môi trường trong suốt và đồng tính, ánh sáng truyền theo
đường thẳng
Không đúng với hiện tượng nhiễu xạ  Quang sóng

3


II

I. QUANG HÌNH HỌC – Các định luật cơ bản

 Các định luật cơ bản
 Định luật về tác dụng độc lập của tia sáng
Tác dụng của các chùm sáng khác nhau thì độc lập với nhau,
nghĩa là tác dụng của một chùm sáng này không phụ thuộc vào sự
có mặt của các chùm sáng khác
Không đúng với hiện tượng giao thoa  Quang sóng

4


II

I. QUANG HÌNH HỌC – Các định luật cơ bản


 Các định luật cơ bản
 Định luật Descartes
Khi tia sáng chiếu tới mặt phân cách giữa hai môi trường (trong suốt
và đồng tính)  bị tách thành 2 tia : phản xạ và khúc xạ
Định luật phản xạ : Tia phản xạ nằm
trong mặt phẳng tới và số đo của góc
phản xạ bằng góc tới

i = r
Định luật khúc xạ : Tia khúc xạ nằm
trong mặt phẳng tới và tỉ số giữa sin góc
tới và góc khúc xạ là một số không đổi

sin i
 n21
sin t

Tia tới

Tia phản xạ

S

R1

i r
O

t
R2

Tia khúc xạ 5


II

I. QUANG HÌNH HỌC – Các định luật cơ bản

 Các định luật cơ bản
 Định luật Descartes

Tia tới

S

sin i
n
 n21  2
sin t
n1
n21 > 1  i2 < i1 : môi trường 2 có chiết
quang hơn môi trường 1
n21 < 1  i2 > i1 : môi trường 2 có chiết
quang kém môi trường 1

Tia phản xạ

R1

i r
O


t
R2
Tia khúc xạ

Chiết suất tỉ đối : bằng tỉ số của vận tốc truyền ánh sáng trong hai môi
trường
Chiết suất tuyệt đối : bằng chiết suất tỉ đối của môi trường đó với
chân không

6


II

I. QUANG HÌNH HỌC – Định luật Descartes

 Khái niệm quang lộ
Quang lộ giữa hai điểm A, B là quãng đường ánh sáng truyền được
trong chân không trong khoảng thời gian t, với t là thời gian mà ánh
sáng đi được đoạn AB trong môi trường.
t = d/v
L : quang lộ giữa A, B : L = c.t

L = n.d

c = n.v
 Khi ánh sáng truyền qua các môi trường có bề dày di khác nhau
n


và chiết suất ni khác nhau : L = n1d1 + n2d2 + n3d3 + … =

n d
i

i

i=1

Chiết suất n

d
A

B

d2

d1

A

B

n3
ds

d3
n1


n2

B

A

L   n.ds
A

7


II

I. QUANG HÌNH HỌC – Định luật Descartes

 Nguyên lý Fermat
Giữa hai điểm A và B, ánh sáng sẽ truyền theo đường nào mà
quang lộ đạt cực trị (cực đại, cực tiểu hoặc không đổi)

8


II

I. QUANG HÌNH HỌC – Định luật Descartes

 Nguyên lý Fermat
Giữa hai điểm A và B, ánh sáng sẽ truyền theo đường nào mà quang lộ
đạt cực trị (cực đại, cực tiểu hoặc không đổi)

 Ứng dụng nguyên lý Fermat : Định luật phản xạ ánh sáng
Nguồn sáng

M

S

i r

R1

 Theo định luật phản xạ :
LSOM = SO + OM = SO + ON = SN = 2SO
 Giả sử as có thể truyền theo đường SIM
bất kì  LSIM = SI + IM = SI + IN
  SIN có SN < SI + IN

O

I

 LSOM < LSIM
Hay ánh sáng truyền theo đường mà quang lộ

N
Ảnh

cực tiểu
9



II

I. QUANG HÌNH HỌC – Định luật Descartes

 Nguyên lý Fermat
Giữa hai điểm A và B, ánh sáng sẽ truyền theo đường nào mà quang lộ
đạt cực trị (cực đại, cực tiểu hoặc không đổi)
 Ứng dụng nguyên lý Fermat : Định luật khúc xạ ánh sáng
Nguồn sáng

 Quang lộ : LSIN = n.SI + n.IN

S

2
2
 L

n
x

h
SIN
1
1  n2

n1

h1


dL
0
 Nguyên lý Fermat :
dx
x
S 'N' x
 n

n
0
1
2
2
2
2
2
x  h1
 S'N' x   h2

i
N’
x

S’

I
h2

n2


r
Ảnh

2

 S 'N' x   h22

N

Hay n1.sini = n2.sinr

 Định luật Descartes
10


II

I. QUANG HÌNH HỌC – Định lý Malus

 Mặt trực giao : là mặt vuông góc với các tia của một chùm sáng
Chùm sáng đồng quy : mặt cầu đồng tâm
Chùm sáng song song : mặt phẳng song song

 Định lý Malus : Quang lộ của các tia sáng giữa hai mặt trực giao của
một chùm sáng thì bằng nhau

11



II

I. QUANG HÌNH HỌC
A2

 Định lý Malus : Chứng minh

H2

M1
 Xét ánh sáng truyền qua mặt phân cách giữa hai
môi trường chiết suất n1 và n2

A1

 M và M là hai mặt trực giao

i

i

I1

Trong mt n1 : khoảng cách giữa hai mặt = A1 A2
Trong mt n2 : khoảng cách giữa hai mặt = B1B2

I2
t H1

M2


t B2

B1
 L1 : quang lộ theo A1I1B1 : L1 = n1.A1I1 + n2.I1H1 + n2.H1B1
L2 : quang lộ theo A2I2B2 : L2 = n1.A2H2 + n1.H2I2 + n2.I2B2
 Từ hình vẽ A1I1 = A2H2 , H1B1 = I2B2
 Định luật khúc xạ : n1sini = n2sinr  n1.H2I2 = n2.I1H1


L1 = L2 hay quang lộ giữa hai mặt trực giao bằng nhau
12


II

I. NGUYÊN LÝ HUYGENS

 Mặt sóng và tia sáng
 Tại một thời điểm bất kỳ : chiều truyền sóng vuông góc với mặt
sóng tại điểm đó
 Đường vuông góc với mặt sóng : tia sáng  chiều truyền ánh
sáng
 Trong môi trường trong suốt và đồng nhất : ánh sáng truyền
theo đường thẳng

Sóng phẳng

Mặt sóng


Sóng cầu

Mặt sóng

Tia sáng

Tia sáng

13


II

I. NGUYÊN LÝ HUYGENS

 Nguyên lý Huygens
 Mỗi điểm trên mặt sóng có thể xem là

Huygens
1629 - 1695

nguồn phát sóng thứ cấp với tần số và
và vận tốc truyền như sóng ban đầu về
phía trước
 Vị trí mới của mặt sóng được xác định
bởi mặt bao của các sóng thứ cấp
 Mặt sóng phát ra từ một nguồn sáng
nhỏ trong môi trường đồng nhất và đẳng
hướng có dạng mặt cầu đồng tâm với
nguồn sáng .

 Ở xa nguồn sáng, độ cong mặt sóng
có thể xem là đủ nhỏ để có thể xem là
mặt sóng phẳng

14


II

I. NGUYÊN LÝ HUYGENS

 Mặt sóng và tia sáng
Tia tới
Mặt sóng

Phản xạ



Khúc xạ



Mặt sóng
phản xạ



Mặt sóng
khúc xạ




15


II

II. ĐỊNH LUẬT PHẢN XẠ VÀ KHÚC XẠ

 Hiện tượng phản xạ
 Khi sóng truyền tới mặt phân cách giữa
hai môi trường : phản xạ hoặc khúc xạ
 Phản xạ : Theo nguyên lý Huygens
Xét các mặt sóng tới mặt sóng
phản xạ như hình vẽ
AD = BC = c.
 CAB = DBA hay i = r

D
i r

i r

A

C
c.
B
16



II

II. ĐỊNH LUẬT PHẢN XẠ VÀ KHÚC XẠ

 Hiện tượng Khúc xạ
 Khi sóng truyền tới mặt phân cách
giữa hai môi trường : phản xạ hoặc
khúc xạ

17


II

II. ĐỊNH LUẬT PHẢN XẠ VÀ KHÚC XẠ

cá
ch

 Hiện tượng Khúc xạ

giữa hai môi trường : phản xạ hoặc

hâ
n

 Khi sóng truyền tới mặt phân cách
Mặ

tp

r

n2

i

khúc xạ

t

 Theo nguyên lý Huygens
Xét các mặt sóng tới mặt sóng khúc xạ

Không khí n1

như hình vẽ

1
sin i 
AB
 
sin t  2
AB
c
c
sin i 
sin t
v1

v2

n1 sin i  n2 sin t
c
n1 
v1

c
n2 
v2

n1

i r

A v2.
n2

t

v1.

B
18


II

II. ĐỊNH LUẬT PHẢN XẠ VÀ KHÚC XẠ


 Hiện tượng Khúc xạ
 Chiết suất của bất kỳ chất nào cũng bằng tỉ số giữa vận tốc ánh
sáng trong chân không và vận tốc truyền sóng trong môi trường.
 Khi ánh sáng truyền từ môi trường này sang môi trường khác :
Tần số truyền không thay đổi còn bước sóng và vận tốc truyền
sóng thay đổi phụ thuộc vào môi trường

o c
= =n
 v
Chân không

MT chiết suất n

v

c
o



n

19


II

I. ĐỊNH LUẬT PHẢN XẠ VÀ KHÚC XẠ


 Hiện tượng Phản xạ toàn phần
 Trong trường hợp đặc biệt : tia khúc xạ đi song song với mặt
phân cách  góc khúc xạ t = 90o

n2
 Định luật Snell : sin i 
n1

ĐK sin  1

Khi góc tới i thoả mãn sin i 

n1  n2

n2
n1

Tia sáng phản xạ toàn bộ lại vào môi trường
Hiện tượng phản xạ toàn phần

20


II

I. ĐỊNH LUẬT PHẢN XẠ VÀ KHÚC XẠ

 Tóm tắt
 Ánh sáng truyền đến mặt phân cách giữa


Io

hai môi trường :

IT

Sóng phản xạ có pha thay đổi 180 (n1 < n2)
hoặc giữ nguyên (n2 < n1) so với sóng tới
Sóng khúc xạ có pha không thay đổi
 Hệ số phản xạ :

IR  n2  n1 
R 

Io  n2  n1 

2

IT
4n1n2

 Hệ số truyền qua : T 
Io  n1  n2 2
 Công thức thấu kính

 1
1
1 
  n  1  


f
R
R
 1
2 

IR
Không phụ thuộc
góc tới
 T+R=1

21


II

II. ĐỊNH LUẬT PHẢN XẠ VÀ KHÚC XẠ

 Tán sắc ánh sáng
 

v


và

n

c
v


Chiết suấn phụ thuộc vào tần số ánh sáng

 Thí nghiệm tán sắc ánh sáng :
chiếu chùm ánh sáng trắng qua lăng
kính chiết suất n : ánh sáng chiết
suất khác nhau khúc xạ khác nhau
 Ánh sáng đỏ lệch ít hơn ánh sáng tím : dải màu từ đỏ đến tím

22


GIAO THOA ÁNH SÁNG



Khái nhiệm cơ bản



Giao thoa hai khe



Giao thoa nhiều khe

23


II


I. GIAO THOA ÁNH SÁNG – Nhắc lại các khái niệm CB

 Quang lộ
Quang lộ giữa hai điểm A, B là quãng đường ánh sáng truyền được
trong chân không trong khoảng thời gian t, với t là thời gian mà ánh
sáng đi được đoạn AB trong môi trường.
t = d/v

L = n.d

L : quang lộ giữa A, B : L = c.t
c = n.v

B

n

L = n1d1 + n2d2 + n3d3 + … =

L = n.d

A

i

i

i=1


Chiết suất n

d

L   n.ds

n d

B
A

B

n3

d2

d1

A

ds

d3
n1

n2

A
24



II

I. GIAO THOA ÁNH SÁNG – Nhắc lại các khái niệm CB

 Nguyên lý chồng chất và tác dụng độc lập
 Khi hai ánh sáng gặp nhau thì từng sóng riêng biệt không bị các sóng khác
làm nhiễu loạn.
 Sau khi gặp nhau mỗi ánh sáng lại truyền đi như cũ, còn tại những điểm
gặp nhau sóng ánh sáng bằng tổng các dao động thành phần
Hai sóng độc lập u(1) và u(2) gây ra tại 1 điểm bất kỳ sóng tổng hợp U(1,2)

UP(1,2) = U1 + U2
 Nguyên lý Huyghens
 Mỗi điểm trên mặt sóng có thể xem là nguồn
phát sóng thứ cấp với tần số và và vận tốc
truyền như sóng ban đầu về phía trước
25