Định luật khúc xạ ánh sáng

Chắc hẳn ai cũng đã hơn một lần gặp phải hiện tượng khúc xạ ánh sáng trong đời sống hàng ngày. Ví dụ, nếu bạn thả một cái ống vào một cốc nước trong suốt, bạn sẽ nhận thấy phần ống nằm trong nước dường như bị dịch chuyển sang một bên. Điều này được giải thích là do tại ranh giới của hai môi trường có sự thay đổi hướng của tia sáng, hay nói cách khác là sự khúc xạ ánh sáng.

Tương tự như vậy, nếu bạn hạ thước xuống nước theo một góc, nó sẽ có vẻ như bị khúc xạ và phần dưới nước của nó dâng lên cao hơn.

Rốt cuộc, hóa ra các tia sáng khi ở ranh giới giữa không khí và nước sẽ bị khúc xạ. Một tia sáng chiếu vào mặt nước theo một góc, rồi đi sâu vào trong nước theo một góc khác, nghiêng nhỏ hơn so với phương thẳng đứng.

Nếu bạn bắn một chùm tia phản xạ từ nước vào không khí, nó sẽ đi theo đường tương tự. Góc giữa đường vuông góc với mặt phân cách tại điểm tới và tia tới gọi là góc tới.

Góc khúc xạ là góc giữa đường vuông góc đó và tia khúc xạ. Sự khúc xạ ánh sáng ở ranh giới của hai môi trường được giải thích là do tốc độ truyền ánh sáng khác nhau trong các môi trường này. Khi ánh sáng bị khúc xạ, hai định luật sẽ luôn được thỏa mãn:

Thứ nhất, các tia, bất kể chúng là tia tới hay khúc xạ, cũng như đường vuông góc, tức là mặt phân cách giữa hai môi trường tại điểm đứt của tia, luôn nằm trong cùng một mặt phẳng;

Thứ hai, tỷ số giữa góc tới hình sin và góc khúc xạ hình sin là một giá trị không đổi đối với hai môi trường này.

Hai phát biểu này thể hiện định luật khúc xạ ánh sáng.

Sin của góc tới α liên hệ với sin của góc khúc xạ β, cũng như tốc độ truyền sóng trong môi trường thứ nhất - v1 bằng tốc độ truyền sóng trong môi trường thứ hai - v2, và bằng nhau tới giá trị n. N là giá trị không đổi không phụ thuộc vào góc tới. Giá trị n được gọi là chiết suất của môi trường thứ hai so với môi trường thứ nhất. Và nếu môi trường thứ nhất là chân không thì chiết suất của môi trường thứ hai được gọi là chiết suất tuyệt đối. Theo đó, nó bằng tỷ số giữa góc tới hình sin và góc khúc xạ hình sin khi một chùm ánh sáng truyền từ chân không vào một môi trường nhất định.

Chiết suất phụ thuộc vào đặc tính của ánh sáng, nhiệt độ của chất và mật độ của nó, nghĩa là vào đặc tính vật lý của môi trường.

Thông thường chúng ta phải xem xét sự chuyển tiếp của ánh sáng qua ranh giới không khí-rắn hoặc không khí-lỏng hơn là qua ranh giới môi trường xác định trong chân không.

Cũng cần lưu ý rằng chiết suất tương đối của hai chất bằng tỷ số chiết suất tuyệt đối.

Hãy làm quen với định luật này với sự trợ giúp của các thí nghiệm vật lý đơn giản có sẵn cho tất cả các bạn trong cuộc sống hàng ngày.

Kinh nghiệm 1.

Chúng ta hãy đặt đồng xu vào cốc sao cho nó biến mất sau mép cốc, và bây giờ chúng ta sẽ đổ nước vào cốc. Và đây là điều đáng ngạc nhiên: đồng xu xuất hiện từ phía sau mép cốc, như thể nó nổi lên hoặc đáy cốc đã nổi lên.

Hãy vẽ một đồng xu trong cốc nước và những tia nắng mặt trời phát ra từ nó. Tại mặt phân cách giữa không khí và nước, các tia này bị khúc xạ và thoát ra khỏi nước một góc lớn. Và chúng ta thấy đồng xu ở nơi các tia khúc xạ hội tụ. Do đó, hình ảnh nhìn thấy được của đồng xu cao hơn bản thân đồng xu.

Kinh nghiệm 2.

Hãy đặt một thùng chứa đầy nước có thành song song trên đường đi của các tia sáng song song. Khi đi từ không khí vào nước, cả bốn tia đều quay theo một góc nhất định, còn khi đi từ nước vào không khí, chúng quay cùng một góc nhưng ngược chiều nhau.

Chúng ta hãy tăng độ nghiêng của các tia và ở đầu ra chúng sẽ vẫn song song nhưng sẽ di chuyển sang một bên nhiều hơn. Do sự thay đổi này, các dòng của cuốn sách khi nhìn qua một tấm trong suốt sẽ có vẻ như bị cắt. Chúng tăng lên, giống như đồng xu tăng lên trong thí nghiệm đầu tiên.

Theo quy luật, chúng ta nhìn thấy tất cả các vật thể trong suốt chỉ do ánh sáng bị khúc xạ và phản xạ trên bề mặt của chúng. Nếu hiệu ứng như vậy không tồn tại thì tất cả những vật thể này sẽ hoàn toàn vô hình.

Kinh nghiệm 3.

Hãy hạ tấm mica xuống một chiếc bình có thành trong suốt. Cô ấy có thể nhìn thấy rõ ràng. Bây giờ chúng ta hãy đổ dầu hướng dương vào bình và chiếc đĩa gần như trở nên vô hình. Thực tế là các tia sáng ở ranh giới giữa dầu và tấm mica hầu như không bị khúc xạ nên tấm này trở thành một tấm vô hình.

Đường đi của tia sáng trong lăng trụ tam giác

Trong các dụng cụ quang học khác nhau, lăng kính tam giác thường được sử dụng, lăng kính này có thể được làm bằng vật liệu như thủy tinh hoặc các vật liệu trong suốt khác.

Khi đi qua lăng kính tam giác, tia sáng bị khúc xạ ở cả hai mặt. Góc φ giữa hai bề mặt khúc xạ của lăng kính được gọi là góc khúc xạ của lăng kính. Góc lệch Θ phụ thuộc vào chiết suất n của lăng kính và góc tới α.

Θ = α + β1 - φ, f= φ + α1

Tất cả các bạn đều biết bài đồng dao nhỏ nổi tiếng về việc ghi nhớ màu sắc của cầu vồng. Nhưng tại sao những màu sắc này luôn được sắp xếp theo thứ tự như vậy, làm thế nào chúng có được từ ánh sáng mặt trời trắng và tại sao không có màu nào khác trong cầu vồng ngoại trừ bảy màu này, thì không phải ai cũng biết. Sẽ dễ dàng hơn để giải thích điều này thông qua các thí nghiệm và quan sát.

Chúng ta có thể nhìn thấy những màu sắc cầu vồng tuyệt đẹp trên màng xà phòng, đặc biệt nếu những màng này rất mỏng. Chất lỏng xà phòng chảy xuống và các sọc màu di chuyển theo cùng một hướng.

Chúng ta hãy lấy một cái nắp trong suốt từ một hộp nhựa và bây giờ nghiêng nó để màn hình máy tính màu trắng phản chiếu từ nắp. Những vết cầu vồng sáng bất ngờ sẽ xuất hiện trên nắp. Và những màu sắc cầu vồng đẹp đẽ nào có thể nhìn thấy được khi ánh sáng phản chiếu từ đĩa CD, đặc biệt nếu bạn chiếu đèn pin vào đĩa và ném bức tranh cầu vồng này lên tường.

Nhà vật lý vĩ đại người Anh Isaac Newton là người đầu tiên cố gắng giải thích sự xuất hiện của màu sắc cầu vồng. Anh ta chiếu một chùm ánh sáng mặt trời hẹp vào căn phòng tối và đặt một lăng kính hình tam giác trên đường đi của nó. Ánh sáng phát ra từ lăng kính tạo thành một dải màu gọi là quang phổ. Màu lệch ít nhất trong quang phổ là màu đỏ và màu lệch nhiều nhất là màu tím. Tất cả các màu khác của cầu vồng nằm giữa hai màu này mà không có ranh giới đặc biệt rõ ràng.

Kinh nghiệm phòng thí nghiệm

Chúng ta sẽ chọn đèn pin LED sáng làm nguồn sáng trắng. Để tạo thành chùm ánh sáng hẹp, đặt một khe ngay sau đèn pin và khe thứ hai ngay phía trước lăng kính. Trên màn hình có thể nhìn thấy một sọc cầu vồng sáng, trong đó có thể nhìn thấy rõ màu đỏ, xanh lá cây và xanh lam. Chúng tạo thành cơ sở của quang phổ nhìn thấy được.

Chúng ta hãy đặt một thấu kính hình trụ trên đường đi của chùm tia màu và điều chỉnh nó cho phù hợp - chùm tia trên màn hình tập hợp thành một dải hẹp, tất cả các màu của quang phổ trộn lẫn và dải màu trở lại màu trắng.

Tại sao lăng kính lại biến ánh sáng trắng thành cầu vồng? Hóa ra thực tế là tất cả các màu sắc của cầu vồng đều đã được chứa trong ánh sáng trắng. Chiết suất của thủy tinh đối với các tia có màu khác nhau là khác nhau. Do đó, lăng kính làm lệch các tia này một cách khác nhau.

Mỗi màu riêng biệt của cầu vồng đều tinh khiết và không thể phân chia thành các màu khác. Newton đã chứng minh điều này bằng thực nghiệm bằng cách tách một chùm tia hẹp khỏi toàn bộ quang phổ và đặt một lăng kính thứ hai trên đường đi của nó, trong đó không xảy ra sự phân tách.

Bây giờ chúng ta biết lăng kính chia ánh sáng trắng thành các màu riêng lẻ như thế nào. Và trong cầu vồng, những giọt nước hoạt động giống như những lăng kính nhỏ.

Nhưng nếu bạn chiếu đèn pin vào đĩa CD thì sẽ có một nguyên lý hơi khác, không liên quan đến sự khúc xạ ánh sáng qua lăng kính. Những nguyên lý này sẽ được nghiên cứu sâu hơn trong các bài học vật lý về ánh sáng và bản chất sóng của ánh sáng.

các cơ quan không cần can thiệp phẫu thuật (nội soi), cũng như trong sản xuất để chiếu sáng những vùng không thể tiếp cận.

5. Nguyên lý hoạt động của các thiết bị quang học khác nhau dùng để định hướng các tia sáng theo hướng mong muốn đều dựa trên định luật khúc xạ. Ví dụ, xét đường đi của tia sáng trong một tấm phẳng song song và trong lăng kính.

1). Tấm phẳng song song- một tấm làm bằng chất trong suốt có hai cạnh phẳng song song. Hãy để tấm được làm bằng một chất có chiết quang mạnh hơn môi trường xung quanh. Giả sử rằng trong không khí ( n1 =1) có một cái ly

tấm (n 2 >1), độ dày của nó là d (Hình 6).

Để chùm tia rơi vào mặt trên của tấm này. Tại điểm A nó sẽ khúc xạ và truyền trong thủy tinh theo hướng AB. Tại điểm B chùm tia sẽ khúc xạ trở lại và thoát khỏi tấm kính vào không khí. Chúng ta hãy chứng minh rằng chùm tia rời khỏi tấm ở cùng một góc mà nó rơi vào nó. Đối với điểm A, định luật khúc xạ có dạng: sinα/sinγ=n 2 /n 1, và vì n 1 = 1 nên n 2 = sinα/sinγ. Vì

điểm B, định luật khúc xạ như sau: sinγ/sinα1 =n 1 /n 2 =1/n 2. So sánh

các công thức cho đẳng thức sinα=sinα1, và do đó α=α1, do đó, chùm tia.

sẽ thoát ra khỏi một tấm phẳng song song ở cùng một góc mà nó rơi vào nó. Tuy nhiên, chùm tia phát ra từ tấm bị dịch chuyển so với chùm tia tới một khoảng ℓ, điều này phụ thuộc vào độ dày của tấm,

chiết suất và góc tới của chùm tia tới bản đó.

Kết luận: một tấm phẳng song song không làm thay đổi hướng của các tia tới trên nó mà sẽ chỉ trộn lẫn chúng nếu chúng ta xét các tia khúc xạ.

2). lăng kính tam giác là một lăng kính làm bằng chất trong suốt, có tiết diện là hình tam giác. Giả sử lăng kính được làm bằng vật liệu chiết quang mạnh hơn môi trường xung quanh

(ví dụ, nó được làm bằng thủy tinh và có không khí xung quanh nó). Rồi tia sáng rơi trên mép của nó

sau khi khúc xạ, nó bị lệch về phía đáy lăng kính, vì nó truyền vào môi trường chiết quang hơn và do đó, góc tới φ1 của nó lớn hơn góc

khúc xạ φ2. Đường đi của tia sáng trong lăng kính được biểu diễn trên Hình 7.

Góc ρ ở đỉnh lăng kính, nằm giữa hai mặt tại đó tia khúc xạ, được gọi là góc khúc xạ của lăng kính; và bên

nằm đối diện với góc này là đáy của lăng kính. Góc δ giữa phương tiếp tục của tia tới tới lăng kính (AB) và tia (CD)

người bước ra từ nó được gọi là góc lệch chùm tia qua lăng kính- nó cho thấy lăng kính thay đổi hướng của các tia tới nó như thế nào. Nếu biết góc p và chiết suất của lăng kính n thì từ góc tới φ1 đã cho, người ta có thể tìm được góc khúc xạ trên mặt thứ hai

φ4. Trên thực tế, góc φ2 được xác định từ định luật khúc xạ sinφ1 / sinφ2 =n

(một lăng kính làm bằng vật liệu có chiết suất n được đặt trong không khí). TRONG

Các cạnh BCN ВN và CN được tạo bởi các đường thẳng vuông góc với các mặt của lăng kính sao cho góc CNE bằng góc p. Do đó φ2 +φ3 =р, từ đó φ3 =р -φ2

trở nên nổi tiếng. Góc φ4 được xác định theo định luật khúc xạ:

sinφ3 /sinφ4 =1/n.

Trong thực tế thường phải giải bài toán sau: biết hình học của lăng kính (góc p) và xác định các góc φ1 và φ4, tìm chỉ thị

khúc xạ lăng kính Áp dụng các định luật hình học, ta thu được: góc MSV=φ4 -φ3, góc MSV=φ1 -φ2;

góc δ nằm ngoài BMC và do đó,

bằng tổng các góc MVS và MSV: δ=(φ1 -φ2 )+(φ4 -φ3 )=φ1 +φ4 -р , trong đó nó được tính đến

đẳng thức φ3 +φ2 =р. Đó là lý do tại sao,

δ = φ1 + φ4 -р. Vì vậy, góc Góc tới của chùm tia càng lớn và góc khúc xạ của lăng kính càng nhỏ thì độ lệch của chùm tia so với lăng kính càng lớn.

Bằng cách sử dụng lý luận tương đối phức tạp, có thể chứng minh rằng với đường đi của chùm tia đối xứng

qua lăng kính (tia sáng trong lăng kính song song với đáy) δ nhận giá trị nhỏ nhất.

Giả sử góc khúc xạ (lăng kính mỏng) và góc tới của chùm tia tới lăng kính là nhỏ. Hãy viết định luật khúc xạ trên các mặt của lăng kính:

sinφ1 /sinφ2 =n, sinφ3 /sinφ4 =1/n. Xét rằng đối với các góc nhỏ sinφ≈ tanφ≈ φ,

ta có: φ1 =n φ2, φ4 =n φ3. Thay thế φ1 và φ3 vào công thức (8) cho δ ta thu được:

δ =(n – 1)р.

Chúng tôi nhấn mạnh rằng công thức tính δ này chỉ đúng cho một lăng kính mỏng và ở những góc tới của tia tới rất nhỏ.

Nguyên lý của hình ảnh quang học

Các nguyên tắc hình học để thu được hình ảnh quang học chỉ dựa trên định luật phản xạ và khúc xạ ánh sáng, hoàn toàn trừu tượng khỏi bản chất vật lý của nó. Trong trường hợp này, độ dài quang học của chùm ánh sáng phải được coi là dương khi nó truyền theo hướng truyền ánh sáng và âm trong trường hợp ngược lại.

Nếu một chùm tia sáng phát ra từ điểm S bất kỳ thì tại

do sự phản xạ và/hoặc khúc xạ hội tụ tại điểm S ΄, sau đó là S ΄

Một ảnh được gọi là ảnh thật nếu các tia sáng thực sự cắt nhau tại điểm S ΄. Nếu tại điểm S ΄ các tia tiếp tục vẽ theo hướng ngược lại với hướng truyền sóng, cắt nhau

sáng thì ảnh đó gọi là ảnh ảo. Với sự trợ giúp của các thiết bị quang học, hình ảnh ảo có thể được chuyển đổi thành hình ảnh thật. Ví dụ, trong mắt chúng ta, một hình ảnh ảo được chuyển thành hình ảnh thật, tạo ra võng mạc. Ví dụ: hãy xem xét việc thu được hình ảnh quang học bằng cách sử dụng 1)

gương phẳng; 2) gương cầu và 3) thấu kính.

1. Gương phẳng là một mặt phẳng nhẵn phản xạ tia sáng . Việc dựng ảnh trong gương phẳng có thể được minh họa bằng ví dụ sau. Hãy xây dựng cách nhìn thấy một nguồn sáng điểm trong gương S (Hình 8).

Nguyên tắc xây dựng hình ảnh như sau. Vì các tia khác nhau có thể được vẽ từ một nguồn điểm, nên chúng ta chọn hai trong số chúng - 1 và 2 và tìm điểm S ΄ nơi các tia này hội tụ. Rõ ràng là bản thân các tia phản xạ 1΄ và 2΄ phân kỳ, chỉ có sự tiếp tục của chúng là hội tụ (xem đường chấm trong Hình 8).

Hình ảnh thu được không phải từ bản thân các tia mà từ sự tiếp nối của chúng và là tưởng tượng. Dễ dàng chứng minh được bằng cách xây dựng hình học đơn giản rằng

ảnh nằm đối xứng với mặt gương.

Kết luận: Gương phẳng cho ảnh ảo của một vật

nằm phía sau gương và cách gương một khoảng bằng khoảng cách với vật. Nếu hai gương phẳng đặt hợp nhau một góc φ thì

thì có thể thu được một số hình ảnh của nguồn sáng.

2. Gương cầu là một bộ phận của bề mặt hình cầu,

phản chiếu ánh sáng một cách đặc biệt. Nếu phần bên trong của bề mặt được phản chiếu thì gương được gọi là lõm, còn nếu phần bên ngoài được gọi là lồi.

Hình 9 biểu diễn đường đi của các tia tới trong một chùm tia song song trên gương cầu lõm.

Đỉnh của đoạn hình cầu (điểm D) được gọi là cực của gương. Tâm của hình cầu (điểm O) nơi tạo thành gương được gọi là

quang tâm của gương.Đường thẳng đi qua tâm cong O của gương và cực D của nó gọi là trục quang chính của gương.

Áp dụng định luật phản xạ ánh sáng tại mỗi điểm tới của tia tới gương

khôi phục đường vuông góc với bề mặt của gương (đường vuông góc này là bán kính của gương - đường chấm trong Hình 9) và

nhận được đường đi của tia phản xạ. Các tia tới trên bề mặt gương cầu lõm song song với trục quang chính, sau khi phản xạ, tập trung tại một điểm F, gọi là lấy nét gương, và khoảng cách từ tiêu điểm của gương đến cực của nó là tiêu cự f. Vì bán kính của quả cầu hướng vuông góc với bề mặt của nó nên theo định luật phản xạ ánh sáng,

tiêu cự của gương cầu được xác định theo công thức

trong đó R là bán kính hình cầu (ОD).

Để xây dựng một hình ảnh, bạn cần chọn hai tia và tìm giao điểm của chúng. Trong trường hợp gương cầu lõm, những tia đó có thể là tia

phản xạ từ điểm D (nó đối xứng với điểm tới so với trục quang) và tia đi qua tiêu điểm và phản xạ bởi gương (nó đi song song với trục quang); một cặp khác: một tia song song với trục quang chính (khi phản xạ sẽ đi qua tiêu điểm) và một tia đi qua quang tâm của gương (sẽ bị phản xạ theo hướng ngược lại).

Ví dụ: hãy dựng ảnh của một vật (mũi tên AB) nếu nó nằm cách đỉnh gương D một khoảng lớn hơn bán kính của gương

(bán kính gương bằng khoảng cách OD=R). Hãy xem xét một bản vẽ được thực hiện theo quy tắc xây dựng hình ảnh được mô tả (Hình 10).

Tia 1 truyền từ điểm B đến điểm D và phản xạ theo đường thẳng

DE sao cho góc ADB bằng góc ADE. Tia 2 từ cùng điểm B truyền qua tiêu điểm tới gương và phản xạ dọc theo đường CB "||DA.

Ảnh là ảnh thật (được hình thành bởi các tia phản xạ chứ không phải sự tiếp tục của chúng, như trong gương phẳng), bị đảo ngược và thu nhỏ.

Từ các phép tính hình học đơn giản, có thể thu được mối quan hệ giữa các đặc điểm sau. Nếu a là khoảng cách từ vật đến gương, vẽ dọc theo trục quang chính (trong Hình 10 đây là AD), b –

khoảng cách từ gương đến ảnh (trong Hình 10 là DA "), toa/b =AB/A"B",

khi đó tiêu cự f của gương cầu được xác định theo công thức

Độ lớn của công suất quang được đo bằng diopters (dopters); 1 diop = 1m-1.

3. Thấu kính là một vật trong suốt được giới hạn bởi các bề mặt hình cầu, bán kính của ít nhất một trong các mặt đó không được vô hạn . Đường đi của tia sáng trong thấu kính phụ thuộc vào bán kính cong của thấu kính.

Đặc điểm chính của thấu kính là quang tâm, tiêu điểm,

các mặt phẳng tiêu cự. Cho thấu kính được giới hạn bởi hai mặt cầu có tâm cong là C 1 và C 2 và các đỉnh của mặt cầu đó

bề mặt O 1 và O 2.

Hình 11 thể hiện sơ đồ một thấu kính hai mặt lồi; Độ dày của thấu kính ở giữa lớn hơn ở các cạnh. Hình 12 biểu diễn một thấu kính hai mặt lõm (ở giữa mỏng hơn ở rìa).

Đối với một thấu kính mỏng, người ta coi O 1 O 2<<С 1 О 2 иО 1 О 2 <<С 2 О 2 , т.е.

thực tế là điểm O 1 và O 2. hợp nhất thành một điểm O, được gọi là

quang tâm của thấu kính. Đường thẳng đi qua quang tâm của thấu kính gọi là trục quang. Trục quang đi qua tâm cong của thấu kính gọi làtrục quang chính(C 1 C 2, trong Hình 11 và 12). Tia sáng đi qua quang tâm không

khúc xạ (không thay đổi hướng của họ). Các tia song song với trục quang chính của thấu kính hai mặt lồi, sau khi đi qua nó, cắt trục quang chính tại điểm F (Hình 13), gọi là tiêu điểm chính của thấu kính và khoảng cách từ điểm này đến thấu kính là f

có một tiêu cự chính. Xây dựng đường đi của riêng bạn gồm ít nhất hai tia tới trên thấu kính song song với trục quang chính

(thấu kính thủy tinh đặt trong không khí, hãy tính đến điều này khi dựng) để chứng minh rằng một thấu kính đặt trong không khí là hội tụ nếu là thấu kính hai mặt lồi và sẽ phân kỳ nếu thấu kính là hai mặt lõm.

24-05-2014, 15:06

Sự miêu tả

Tác dụng của kính đối với thị lực dựa trên định luật truyền ánh sáng. Khoa học về các định luật truyền ánh sáng và sự hình thành ảnh sử dụng thấu kính được gọi là quang học hình học hay tia sáng.

Nhà toán học vĩ đại người Pháp XVII V. Fermat đã xây dựng nguyên lý cơ bản của quang học hình học: ánh sáng luôn đi theo đường đi ngắn nhất giữa hai điểm trong thời gian. Từ nguyên lý này suy ra rằng trong một môi trường đồng nhất, ánh sáng truyền thẳng: đường đi của tia sáng từ một điểm 81 đến mức 82 là đoạn thẳng Từ cùng một nguyên tắc, hai định luật cơ bản của quang học hình học được rút ra - sự phản xạ và khúc xạ ánh sáng.

ĐỊNH LUẬT HÌNH HỌC QUANG HỌC

Nếu trên đường đi của ánh sáng, gặp một môi trường trong suốt khác, tách ra khỏi bề mặt nhẵn thứ nhất, thì tia sáng một phần bị phản xạ khỏi bề mặt này, một phần xuyên qua nó, làm thay đổi hướng của nó. Trong trường hợp đầu tiên họ nói về sự phản xạ ánh sáng, trong trường hợp thứ hai - về sự khúc xạ của nó.

Để giải thích các định luật phản xạ, khúc xạ ánh sáng, cần đưa ra khái niệm pháp tuyến - vuông góc với bề mặt phản xạ hoặc khúc xạ tại điểm tới của chùm tia. Góc giữa tia tới và pháp tuyến tại điểm tới được gọi là góc tới, và giữa pháp tuyến và tia phản xạ được gọi là góc phản xạ.

Định luật phản xạ ánh sáng phát biểu: tia tới và tia phản xạ nằm trong cùng một mặt phẳng với pháp tuyến tại điểm tới; Góc tới bằng góc phản xạ.

Trong hình. 1 cho thấy đường truyền tia giữa các điểm S 1 Và S 2 khi phản xạ từ bề mặt A 1 A 2. Hãy di chuyển điểm S 2 V. S 2 " nằm phía sau bề mặt phản chiếu. Rõ ràng là dòng S 1 S 2 " sẽ ngắn nhất nếu nó thẳng. Điều kiện này được thỏa mãn khi góc bạn 1 = bạn 1" và do đó bạn 1 = bạn 2, và cả khi thẳng hệ điều hành 1,TỪ Và hệ điều hành 2 nằm trong cùng một mặt phẳng.

Định luật khúc xạ ánh sáng phát biểu: tia tới và tia khúc xạ nằm trong cùng một mặt phẳng với pháp tuyến tại điểm tới; tỉ số giữa sin của góc tới và sin của góc khúc xạ đối với hai môi trường và đối với các tia có bước sóng nhất định là một giá trị không đổi.

Không cần trích dẫn các tính toán, có thể chỉ ra rằng đây là những điều kiện mang lại thời gian ngắn nhất để ánh sáng truyền đi giữa hai điểm nằm trong các môi trường khác nhau (Hình 2).

Định luật khúc xạ ánh sáng được biểu diễn bằng công thức sau:

Kích cỡ N 2,1 gọi là chiết suất tương đối của môi trường 2 liên quan đến môi trường 1 .

Chiết suất của một môi trường nhất định so với khoảng trống (môi trường không khí thực tế bằng với nó) được gọi là chiết suất tuyệt đối của môi trường n cho trước.

Chỉ số khúc xạ tương đối N 2,1 liên kết với các chỉ số tuyệt đối của đầu tiên ( N 1 ) và thứ hai ( N 2 ) quan hệ môi trường:

Chỉ số tuyệt đối được xác định bởi mật độ quang của môi trường: mật độ quang càng cao thì ánh sáng truyền trong môi trường này càng chậm.

Do đó, biểu thức thứ hai của định luật khúc xạ ánh sáng: sin của góc tới liên hệ với sin của góc khúc xạ vì tốc độ ánh sáng trong môi trường thứ nhất bằng tốc độ ánh sáng trong môi trường thứ hai:

Vì ánh sáng có tốc độ cực đại trong chân không (và trong không khí) nên chiết suất của mọi môi trường đều lớn hơn 1 . Vì vậy, đối với nước nó là 1,333 , đối với các loại kính quang học - từ 1,487 ĐẾN 1,806 , đối với thủy tinh hữu cơ (metyl methacrylat) - 1,490 , đối với kim cương- 2,417 . Ở mắt, môi trường quang học có chiết suất như sau: giác mạc - 1,376 , thủy dịch và thủy tinh thể - 1,336 , thấu kính - 1,386 .

TIA DU LỊCH QUA Lăng kính

Hãy xem xét một số trường hợp khúc xạ ánh sáng đặc biệt. Một trong những cách đơn giản nhất là sự truyền ánh sáng qua lăng kính. Nó là một cái nêm hẹp bằng thủy tinh hoặc vật liệu trong suốt khác lơ lửng trong không khí.

Trong hình. Hình 3 biểu diễn đường đi của tia sáng qua lăng kính. Nó làm chệch hướng các tia sáng về phía đế. Để rõ ràng, mặt cắt lăng kính được chọn có dạng tam giác vuông và chùm tia tới song song với đáy của nó. Trong trường hợp này, sự khúc xạ của chùm tia chỉ xảy ra ở phía sau, cạnh xiên của lăng kính. Góc w mà tia tới bị lệch được gọi là góc lệch của lăng kính. Nó thực tế không phụ thuộc vào hướng của chùm tia tới: nếu chùm tia tới không vuông góc với cạnh tới thì góc lệch bao gồm các góc khúc xạ trên cả hai mặt.

Góc lệch của lăng kính xấp xỉ bằng tích của góc ở đỉnh lăng kính và chiết suất của chất lăng kính trừ đi 1 :

Đạo hàm của công thức này theo Hình 2. 3. Vẽ một đường vuông góc với mặt thứ hai của lăng kính tại điểm tới của chùm tia trên đó (đường nét đứt). Nó tạo thành một góc với tia tới ? . Góc này bằng góc ? ở đỉnh lăng kính vì các cạnh của chúng vuông góc với nhau. Vì lăng kính mỏng và tất cả các góc đang xét đều nhỏ, nên các sin của chúng có thể được coi là gần bằng chính các góc đó, biểu thị bằng radian. Khi đó định luật khúc xạ ánh sáng suy ra:

Trong biểu thức này, n nằm ở mẫu số, vì ánh sáng truyền từ môi trường đậm đặc hơn sang môi trường nhẹ hơn.

Hãy hoán đổi tử số và mẫu số, đồng thời thay đổi góc ? ở một góc bằng nó ? :

Vì chiết suất của thủy tinh thường dùng làm kính đeo mắt gần bằng 1,5 , góc lệch của lăng kính xấp xỉ bằng một nửa góc ở đỉnh của chúng. Do đó, lăng kính có góc lệch lớn hơn 5°; chúng sẽ quá dày và nặng. Trong phép đo thị lực, hiệu ứng làm lệch hướng của lăng kính (tác dụng lăng trụ) thường không được đo bằng độ mà bằng diopter lăng trụ ( ? ) hoặc tính bằng centiradian (srad). Sự lệch tia của lăng kính với một lực 1 prdptr ( 1 srad) cách lăng kính 1 m là 1 cm. Điều này tương ứng với một góc có tiếp tuyến bằng 0,01 . Góc này bằng 34" (Hình 4).

Điều tương tự cũng áp dụng cho khiếm khuyết thị giác, bệnh lác, được điều chỉnh bằng lăng kính. Góc nheo mắt có thể được đo bằng độ và diop của lăng kính.

TIA DU LỊCH QUA ỐNG KÍNH

Sự truyền ánh sáng qua thấu kính có tầm quan trọng lớn nhất đối với phép đo thị lực. Thấu kính là một vật làm bằng vật liệu trong suốt, được giới hạn bởi hai bề mặt khúc xạ, trong đó ít nhất một bề mặt là bề mặt quay.

Hãy xem xét thấu kính đơn giản nhất—mỏng, bị giới hạn bởi một bề mặt hình cầu và một bề mặt phẳng. Một thấu kính như vậy được gọi là hình cầu. Đó là một đoạn được xẻ ra từ một quả cầu thủy tinh (Hình 5, a). Đường thẳng AO nối tâm quả cầu với tâm thấu kính được gọi là trục quang của nó. Trong mặt cắt ngang, một thấu kính như vậy có thể được biểu diễn dưới dạng một kim tự tháp được tạo thành từ các lăng kính nhỏ có góc tăng dần ở đỉnh (Hình 5, b).

Các tia đi vào thấu kính và song song với trục của nó sẽ bị khúc xạ, chúng càng ở xa trục. Có thể chứng minh rằng tất cả chúng sẽ cắt trục quang tại một điểm ( F" ). Điểm này được gọi là tiêu điểm của ống kính (chính xác hơn là tiêu điểm phía sau). Một thấu kính có bề mặt khúc xạ lõm có cùng một điểm, nhưng tiêu điểm của nó nằm ở cùng phía mà tia sáng đi tới. Khoảng cách từ tiêu điểm đến tâm thấu kính gọi là tiêu cự của thấu kính ( f" ). Nghịch đảo của tiêu cự đặc trưng cho công suất khúc xạ hoặc khúc xạ của thấu kính ( D):

Ở đâu D- độ khúc xạ của thấu kính, điốp; f" - tiêu cự, m;

Công suất khúc xạ của thấu kính được đo bằng diop. Đây là đơn vị cơ bản trong phép đo thị lực. Vì 1 diop ( D, diopters) tính công suất khúc xạ của thấu kính có tiêu cự 1 Do đó, một thấu kính có tiêu cự 0,5 m có độ khúc xạ 2,0 đi-ốp, 2 tôi - 0,5 diopter, v.v. Độ khúc xạ của thấu kính lồi có giá trị dương, trong khi thấu kính lõm có giá trị âm.

Không chỉ các tia song song với trục quang khi đi qua thấu kính hình cầu lồi mới hội tụ tại một điểm. Các tia phát ra từ một điểm bất kỳ ở bên trái thấu kính (không gần tiêu điểm hơn) sẽ hội tụ đến một điểm khác ở bên phải thấu kính. Nhờ đó, thấu kính hình cầu có đặc tính tạo ra ảnh của các vật thể (Hình 6).

Cũng giống như thấu kính phẳng-lồi và phẳng-lõm, thấu kính bị giới hạn bởi hai bề mặt hình cầu hoạt động - hai mặt lồi, hai mặt lõm và lồi-lõm. Trong quang học quang học, chủ yếu sử dụng thấu kính lồi-lõm hoặc khum. Hiệu ứng tổng thể của thấu kính phụ thuộc vào bề mặt nào có độ cong lớn hơn.

Hoạt động của thấu kính hình cầu được gọi là hình kỳ thị (từ tiếng Hy Lạp - điểm), vì chúng tạo thành hình ảnh của một điểm trong không gian dưới dạng một điểm.

Các loại thấu kính sau đây là hình trụ và hình xuyến. Một thấu kính hình trụ lồi có đặc tính thu chùm tia song song tới nó thành một đường thẳng song song với trục của hình trụ (Hình 7). Trực tiếp F 1 F 2 tiêu điểm giống như tiêu điểm của thấu kính cầu gọi là tiêu điểm.

Một bề mặt hình trụ, khi giao nhau bởi các mặt phẳng đi qua trục quang, sẽ tạo thành một đường tròn, hình elip và một đường thẳng trong các phần. Hai phần như vậy được gọi là chính: một phần đi qua trục của hình trụ, phần kia vuông góc với nó. Trong phần đầu tiên, một đường thẳng được hình thành, trong phần thứ hai - một hình tròn. Theo đó, trong một thấu kính hình trụ có hai phần chính, hay còn gọi là kinh tuyến, - trục và phần hoạt động. Các tia pháp tuyến tới trục của thấu kính không bị khúc xạ, nhưng tới phần tích cực thì tập trung tại tiêu điểm, tại điểm giao nhau của nó với trục quang.

Phức tạp hơn là thấu kính có bề mặt hình xuyến, được hình thành bằng cách quay một vòng tròn hoặc cung có bán kính r xung quanh trục. Bán kính quay R không bằng bán kính r(Hình 8).

Sự khúc xạ của tia qua thấu kính toric được biểu diễn trên hình 2. 9.

Một thấu kính hình xuyến bao gồm hai hình cầu: bán kính của một trong số chúng tương ứng với bán kính của vòng tròn quay, bán kính của hình thứ hai tương ứng với bán kính quay. Theo đó, ống kính có hai phần chính ( A 1 A 2 Và B 1 B 2). Một chùm tia song song tới nó biến thành một hình gọi là hình nón Sturm. Thay vì tiêu điểm, các tia được tập hợp thành hai đoạn thẳng nằm trong mặt phẳng của các phần chính. Chúng được gọi là đường tiêu điểm - phía trước ( F 1 F 1 ) và ngược lại ( F 2 F 2 ).

Đặc tính biến đổi một chùm tia hoặc tia song song đi từ một điểm thành hình nón Sturm được gọi là loạn thị (nghĩa đen là "điểm chết"), và thấu kính hình trụ và hình xuyến được gọi là thấu kính loạn thị. Thước đo loạn thị là sự chênh lệch độ khúc xạ ở hai phần chính (tính bằng diop). Độ lệch loạn thị càng lớn thì khoảng cách giữa các tiêu điểm trong hình nón Sturm càng lớn.

Bất kỳ thấu kính hình cầu nào cũng có đặc điểm là loạn thị nếu các tia chiếu tới nó một góc lớn so với trục quang. Hiện tượng này được gọi là loạn thị tần số xiên (hoặc tia xiên).

Trong phép đo thị lực, chúng ta phải xử lý một loại thấu kính khác - thấu kính tiêu cự. Thấu kính tiêu cự là một thấu kính như vậy, cả hai bề mặt hình cầu đều có cùng bán kính, nhưng một trong số chúng là lõm và mặt kia là lồi (Hình 10, a).

Một thấu kính như vậy không có tiêu điểm và do đó không thể tạo thành ảnh. Tuy nhiên, nằm trong đường đi của chùm sáng mang ảnh, nó sẽ tăng lên (nếu ánh sáng đi từ phải sang trái) hoặc giảm đi (nếu ánh sáng đi từ trái sang phải). Hành động này của thấu kính tiêu cự được gọi là eikonic (từ tiếng Hy Lạp - hình ảnh). Thông thường, các hệ thống thấu kính, chẳng hạn như kính thiên văn, được sử dụng cho mục đích này thay vì sử dụng các thấu kính đơn lẻ. Trong hình. 10, b, thể hiện sơ đồ của kính thiên văn đơn giản nhất, bao gồm một thấu kính âm và một thấu kính dương (hệ Galileo).

Hành động eikonic cũng vốn có ở các thấu kính hình cầu thông thường: thấu kính dương phóng đại và thấu kính âm làm giảm hình ảnh. Hiệu ứng này được đo bằng phần trăm và ở độ phóng đại cao - trong “chuột rút” ( X). Vì vậy, một chiếc kính lúp có thể phóng to hình ảnh 2 lần được gọi là gấp đôi ( 2x).

Do đó, thấu kính cung cấp bốn loại hoạt động quang học: lăng trụ, kỳ thị, loạn thị và eikonic. Tiếp theo chúng tôi sẽ chỉ ra cách chúng được sử dụng để sửa chữa các khiếm khuyết về thị lực.

Lưu ý rằng trong hầu hết các trường hợp, thấu kính được đặc trưng không chỉ bởi hoạt động mà chúng dự định: thấu kính hình cầu (kỳ thị) còn được đặc trưng bởi hoạt động eikonic, và ở ngoại vi của kính, ngoài ra còn có lăng trụ và loạn thị. Thấu kính loạn thị cũng được đặc trưng bởi hành động kỳ thị, lăng trụ và eikonic.

HỆ THỐNG QUANG HỌC PHỨC HỢP

Cho đến bây giờ chúng ta vẫn đang nói về những thấu kính lý tưởng, dường như không có độ dày (ngoại trừ những thấu kính tiêu cự). Trong phép đo thị lực, bạn phải xử lý các thấu kính có độ dày thực và thậm chí thường xuyên hơn với hệ thống thấu kính.

Mối quan tâm đặc biệt là các hệ tập trung, tức là các hệ bao gồm các thấu kính hình cầu có một trục quang chung. Để mô tả các hệ thống như vậy và tính toán hoạt động của chúng, hai phương pháp được sử dụng: sử dụng cái gọi là điểm và mặt phẳng chính; sử dụng khái niệm hội tụ tia và khúc xạ đỉnh.

Phương pháp đầu tiên do nhà toán học người Đức Gauss phát triển như sau. Có bốn điểm chính trên trục quang của hệ thống: hai điểm nút và hai điểm chính (Hình 11).

Điểm nút - trước và sau ( N Và N" ) - có tính chất sau: tia đi vào điểm trước ( S 1 N), đi ra song song với chính nó từ phía sau ( N'S 2 ). Chúng được sử dụng trong việc xây dựng các hình ảnh được hình thành bởi một hệ thống quang học.

Những điểm chính ( N Và N"). Các mặt phẳng vuông góc với trục quang vẽ qua chúng được gọi là các mặt phẳng chính - mặt trước và mặt sau. Một tia sáng đi vào một trong số chúng sẽ truyền tới tia sáng kia song song với trục chính. Nói cách khác, hình ảnh trên mặt phẳng chính phía sau lặp lại hình ảnh ở mặt trước. Tất cả khoảng cách trên trục quang được đo từ các mặt phẳng chính: đến vật thể - từ phía trước, đến hình ảnh - từ phía sau. Thông thường những mặt phẳng này nằm gần nhau đến mức chúng gần như có thể được thay thế bằng một mặt phẳng chính.

Ví dụ, trong hệ thống quang học của mắt người, mặt phẳng chính phía trước nằm ở 1,47 mm và phía sau - trong 1,75 mm tính từ đỉnh giác mạc. Khi tính toán, giả định rằng cả hai đều nằm ở vị trí xấp xỉ 1,6 mm kể từ thời điểm này.

Cách thứ hai để mô tả hệ thống quang học tập trung giả định rằng chùm tia tại mỗi điểm trên trục quang có một tính chất đặc biệt - sự hội tụ. Nó được xác định bằng nghịch đảo của khoảng cách đến điểm hội tụ của chùm tia này và được đo, giống như khúc xạ, bằng diop. Tác dụng của mỗi bề mặt khúc xạ lên đường đi của chùm tia là sự thay đổi độ hội tụ. Bề mặt lồi làm tăng độ hội tụ, bề mặt lõm làm giảm độ hội tụ. Độ hội tụ của chùm tia song song bằng không.

Phương pháp này đặc biệt thuận tiện cho việc tính tổng công suất khúc xạ của một hệ. Một hệ thống quang học phức tạp điển hình là một thấu kính dày (Hình 12), có hai bề mặt khúc xạ và một môi trường đồng nhất giữa chúng.

Sự thay đổi độ hội tụ của chùm tia song song tới thấu kính được xác định bởi suất khúc xạ của các bề mặt này, khoảng cách giữa chúng và chiết suất của vật liệu thấu kính.

Ta chấp nhận ký hiệu sau:

• L 0 - sự hội tụ của chùm tia song song tới thấu kính;
• L 1 - sự hội tụ của chùm tia sau khúc xạ trên bề mặt thứ nhất của thấu kính;
• L 2 - sự hội tụ của chùm tia khi chạm tới bề mặt thứ hai của thấu kính;
• L 3 - sự hội tụ của chùm tia sau khi khúc xạ trên bề mặt thứ hai, tức là khi rời khỏi thấu kính;
• D 1 - công suất khúc xạ của bề mặt thứ nhất;
• D 2 - công suất khúc xạ của bề mặt thứ hai;
• d- khoảng cách giữa các bề mặt thấu kính;
• N- Chiết suất của vật liệu thấu kính.

Đồng thời, các giá trị L Và Dđược đo bằng diopter, và d- b- tính bằng mét.

Sự hội tụ chùm tia ở lối vào thấu kính L 0 = 0 .

Sau khi khúc xạ ở mặt trước của Thấu kính, nó trở nên bằng nhau L 1 = D 1 . Khi chạm tới mặt sau, nó mang ý nghĩa:

và cuối cùng, khi thoát khỏi ống kính

Biểu thức này cho thấy sự thay đổi độ hội tụ của chùm tia khi nó đi qua thấu kính khi đo khoảng cách từ bề mặt phía trước của nó. Đây được gọi là khúc xạ đỉnh trước của thấu kính. Nếu chúng ta xem xét đường đi của tia từ mặt sau ra mặt trước thì ở mẫu số D 1 sẽ được thay thế bởi D 2 . Sự biểu lộ

đại diện cho giá trị khúc xạ đỉnh sau của thấu kính dày. Các giá trị công suất thấu kính trong bộ kính đeo thử nghiệm biểu thị khúc xạ đỉnh sau của chúng.

Tử số của biểu thức này là công thức xác định tổng công suất khúc xạ của một hệ gồm hai phần tử (bề mặt hoặc thấu kính mỏng):

Ở đâu D- tổng công suất khúc xạ của hệ thống;

D 1 Và D 2 - công suất khúc xạ của các phần tử hệ thống;

N- chiết suất của môi trường giữa các phần tử;

d- khoảng cách giữa các phần tử của hệ thống.

Video hướng dẫn 2: Quang học hình học: Định luật khúc xạ

Bài giảng: Định luật khúc xạ ánh sáng. Đường đi của tia trong lăng kính

Tại thời điểm một tia rơi vào một môi trường khác, nó không chỉ bị phản xạ mà còn đi xuyên qua môi trường đó. Tuy nhiên, do sự khác biệt về mật độ, nó thay đổi đường đi. Nghĩa là, chùm tia khi chạm vào ranh giới sẽ thay đổi quỹ đạo truyền của nó và di chuyển với độ dịch chuyển theo một góc nhất định. Khúc xạ sẽ xảy ra khi chùm tia chiếu vuông góc một góc nhất định. Nếu nó trùng với đường vuông góc thì không xảy ra hiện tượng khúc xạ và chùm tia xuyên qua môi trường ở cùng một góc.

Air-Media

Tình huống phổ biến nhất khi ánh sáng truyền từ môi trường này sang môi trường khác là sự chuyển đổi từ không khí.

Vì vậy, trong hình công ty cổ phần- tia tới trên giao diện, CO Và OD- vuông góc (quy tắc) với các phần của môi trường, hạ thấp so với điểm tới của chùm tia. OB- Tia khúc xạ bị truyền sang môi trường khác. Góc giữa pháp tuyến và tia tới gọi là góc tới (AOC). Góc tạo bởi tia khúc xạ và pháp tuyến gọi là góc khúc xạ (BOD).

Để tìm ra cường độ khúc xạ của một môi trường cụ thể, người ta đưa vào một PV, gọi là chiết suất. Giá trị này ở dạng bảng và đối với các chất cơ bản, giá trị này là giá trị không đổi có thể tìm thấy trong bảng. Thông thường, các bài toán sử dụng chiết suất của không khí, nước và thủy tinh.

Định luật khúc xạ trong môi trường không khí

1. Khi xét tia tới và tia khúc xạ, cũng như pháp tuyến của các tiết diện của môi trường, tất cả các đại lượng được liệt kê đều nằm trong cùng một mặt phẳng.

2. Tỉ số giữa sin của góc tới và sin của góc khúc xạ không đổi bằng chiết suất của môi trường.

Từ mối quan hệ này, rõ ràng là giá trị của chiết suất lớn hơn đơn vị, nghĩa là sin của góc tới luôn lớn hơn sin của góc khúc xạ. Nghĩa là, nếu chùm tia rời không khí vào môi trường đậm đặc hơn thì góc sẽ giảm.

Chiết suất cũng cho thấy tốc độ truyền ánh sáng thay đổi như thế nào trong một môi trường cụ thể so với tốc độ truyền trong chân không:

Từ đó chúng ta có thể có được mối quan hệ sau:

Khi xem xét không khí, chúng ta có thể bỏ qua một số điểm - chúng ta sẽ giả sử rằng chiết suất của môi trường này bằng 1, khi đó tốc độ truyền ánh sáng trong không khí sẽ bằng 3 * 10 8 m/s.

Khả năng đảo ngược tia

Các định luật này cũng áp dụng trong trường hợp hướng của tia xuất hiện theo hướng ngược lại, tức là từ môi trường vào không khí. Nghĩa là đường truyền ánh sáng không bị ảnh hưởng bởi hướng di chuyển của tia sáng.

Định luật khúc xạ cho môi trường tùy ý

Quang học hình học

Quang học hình học là một nhánh của quang học nghiên cứu các định luật truyền năng lượng ánh sáng trong môi trường trong suốt dựa trên khái niệm chùm sáng.

Tia sáng không phải là chùm ánh sáng mà là một đường chỉ hướng truyền ánh sáng.

Các luật cơ bản:

1. Định luật truyền ánh sáng thẳng.

Ánh sáng truyền theo đường thẳng trong môi trường đồng nhất. Tính thẳng của sự truyền ánh sáng giải thích sự hình thành bóng, tức là nơi mà năng lượng ánh sáng không xuyên qua. Các nguồn có kích thước nhỏ tạo ra bóng được xác định rõ ràng, trong khi các nguồn có kích thước lớn tạo ra bóng và vùng nửa tối, tùy thuộc vào kích thước của nguồn và khoảng cách giữa thân và nguồn.

2. Định luật phản xạ. Góc tới bằng góc phản xạ.

Tia tới, tia phản xạ và đường vuông góc với mặt phân cách giữa hai môi trường, tái tạo tại điểm tới của tia sáng, nằm trong cùng một mặt phẳng

b-góc tới c-góc phản xạ d-vuông góc hạ xuống điểm tới

3. Định luật khúc xạ.

Tại mặt phân cách giữa hai môi trường, ánh sáng thay đổi hướng truyền của nó. Một phần năng lượng ánh sáng quay trở lại môi trường thứ nhất, tức là ánh sáng bị phản xạ. Nếu môi trường thứ hai trong suốt thì một phần ánh sáng, trong những điều kiện nhất định, có thể đi qua ranh giới của môi trường, và theo quy luật, hướng truyền cũng thay đổi. Hiện tượng này được gọi là khúc xạ ánh sáng.

b-góc tới c-góc khúc xạ.

Tia tới, tia phản xạ và đường vuông góc với mặt phân cách giữa hai môi trường, tái hiện tại điểm tới của tia sáng, nằm trong cùng một mặt phẳng. tỉ số giữa sin của góc tới và sin của góc khúc xạ là một giá trị không đổi đối với hai môi trường đã cho.

Hằng số n được gọi là chiết suất tương đối hoặc chiết suất của môi trường thứ hai so với môi trường thứ nhất.

Đường đi của tia sáng trong lăng trụ tam giác

Dụng cụ quang học thường sử dụng lăng kính tam giác làm bằng thủy tinh hoặc các vật liệu trong suốt khác.

Đường đi của tia sáng trong lăng trụ tam giác

Tia sáng truyền qua lăng kính tam giác luôn hướng về đáy.

Góc gọi là góc khúc xạ của lăng kính. Góc lệch của chùm tia phụ thuộc vào chỉ số khúc xạ n của lăng kính và góc tới b. Lăng kính quang học có dạng tam giác vuông cân thường được sử dụng trong các dụng cụ quang học. . Việc sử dụng chúng dựa trên thực tế là góc phản xạ toàn phần giới hạn đối với thủy tinh là 0 = 45 0