Khái niệm, cấu tạo, công dụng và công thức của Lăng kính

Lăng kính có rất nhiều ứng dụng trong khoa học và kỹ thuật. Vậy lăng kính là gì? Cấu tạo, công dụng và các công thức của lăng kính như thế nào? Marathon Education sẽ giúp các em hiểu rõ hơn về nội dung này trong chương trình Vật lý lớp 11.

Cấu tạo của lăng kính

Lăng kính là một dụng cụ quang học, sử dụng để khúc xạ, phản xạ và tán xạ ánh sáng sang các màu quang phổ (như màu sắc của cầu vồng). Nó là một khối trong suốt và đồng chất (làm từ thủy tinh, nhựa…), được giới hạn bởi hai mặt phẳng không song song. Lăng kính tam giác có tiết diện thẳng là một hình tam giác.

Cấu tạo của lăng kính:

• Hai mặt phẳng giới hạn không song song gọi là các mặt bên của lăng kính.
• Giao tuyến của hai mặt bên gọi là cạnh của lăng kính.
• Mặt đối diện của cạnh là đáy của lăng kính.
• Góc hợp bởi hai mặt lăng kính gọi là góc chiết quang hay góc ở đỉnh.

Về phương diện quang học, lăng kính có những yếu tố đặc trưng sau đây:

• Góc chiết quang A.
• Chiết suất n.

Tán sắc ánh sáng trắng

Chùm ánh sáng trắng (ánh sáng mặt trời) 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. Đây chính là sự tán sắc ánh sáng.

Đường truyền của tia sáng qua lăng kính

Gọi n là chiết suất tỉ đối của lăng kính với môi trường chứa nó:

n = \frac{n_{lăng kính}}{n_{môi trường}}

– Chiều lệch của tia sáng:

+ n > 1: Tia sáng lệch về phía đáy lăng kính.

+ n < 1: Tia sáng lệch về phía đỉnh lăng kính.

* Xét trường hợp n > 1: 

– Tia sáng ló JR bị lệch về phía đáy của lăng kính so với phương của tia sáng tới.

– 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 = n.sinr₂).

+ Nếu r₂ = i_gh => 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 sin i′ > 1 => phản xạ toàn phần tại J)

>>> Xem thêm: Khúc Xạ Ánh Sáng Là Gì? Định Luật Và Công Thức Khúc Xạ Ánh Sáng

Các công thức tính lăng kính 

Công thức lăng kính tổng quát:

• Sini₁ = n.sinr₁
• Sini₂ = n.sinr₂
• r₁ + r₂ = A
• D = i₁ + i₂ – A
• Trong đó: A: là góc chiết quang, n: chiết suất, D: Góc lệch

Công thức lăng kính trong trường hợp góc chiết quang A < 10^o và góc tới i nhỏ:

• sini ≈ i; sinr ≈ r
• i₁ = n.r₁
• i₂ = n.r₂
• D = i₁ + i₂ – A = nr₁ + nr₂ – A = n.A – A = (n – 1)A

Đường đi của tia sáng đối xứng qua mặt phân giác của góc chiết quang thì tia sáng đi qua lăng kính sẽ có góc lệch cực tiểu. Từ đó ta có được công thức tính góc lệch cực tiểu:

\begin{aligned}
&\footnotesize\bull i_1 = i_2 = i_m\\
&\footnotesize\bull r_1 = r_2 = \frac{A}{2}\\
&\footnotesize\bull D_m = 2i_m - A\\
&\footnotesize\bull sin\frac{D_m + A}{2} = n.sin\frac{A}{2}\\
&\footnotesize\bull D_{min} = 2i - A
\end{aligned}

>>> Xem thêm: Quang Phổ Là Gì? Các Loại Quang Phổ Phổ Biến Hiện Nay

Ứng dụng của lăng kính

Các ứng dụng của lăng kính trong khoa học và kỹ thuật:

• Máy quang phổ: Lăng kính là bộ phận chính của máy quang phổ. Máy quang phổ là dụng cụ để phân tích chùm tia sáng có nhiều thành phần những thành phần thành những phần đơn sắc khác nhau. Nó dùng để nhận biết các thành phần cấu tạo của một chùm sáng phức tạp do một nguồn sáng phát ra.
  • Nguyên tắc hoạt động: dựa trên hiện tượng tán sắc ánh sáng.
  • Bộ phận của máy làm nhiệm vụ tán sắc ánh sáng là: lăng kính.
• 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,…).

>>> Xem thêm: 5 phương pháp học tốt lý 11 giúp bứt phá điểm số

Tham khảo ngay các khoá học online của Marathon Education

Với những kiến thức mà team Marathon Education đã chia sẻ trong bài viết trên, hi vọng các em có thể nắm vững kiến thức về lăng kính và các công thức liên quan. 

Hãy liên hệ ngay với Marathon để được tư vấn nếu các em có nhu cầu học online nâng cao kiến thức nhé! Marathon Education chúc các em được điểm cao trong các bài kiểm tra và kỳ thi sắp tới!