Buzz
1. Tiết diện của lăng kính phản xạ toàn phần
Lăng kính có hình dạng lăng trụ đứng với đáy là mặt phẳng đối diện cạnh lăng kính. Tiết diện của lăng kính là tam giác vuông cân, với hai mặt phẳng giới hạn là các mặt bên của lăng kính. Giao tuyến của hai mặt bên gọi là cạnh của lăng kính. Góc giữa hai mặt lăng kính được gọi là góc chiết quang hay góc đỉnh của lăng kính.
Lăng kính được chế tạo từ vật liệu có chỉ số khúc xạ cao, cho phép tia sáng bị phản xạ toàn phần khi đi qua lăng kính và chạm vào bề mặt với góc lớn đủ. Điều này nâng cao hiệu suất quang học của lăng kính trong việc tạo ảnh, đặc biệt khi ánh sáng chuyển từ môi trường khúc xạ thấp (như không khí) sang môi trường khúc xạ cao (như thủy tinh). Lăng kính phản xạ toàn phần rất quan trọng trong thiết bị quang học, giúp tạo ra ảnh sắc nét và rõ ràng trong các ống nhòm, máy ảnh và thiết bị quang học khác.
Lăng kính phản xạ toàn phần được dùng để chế tạo thiết bị đảo ảnh, thay đổi góc quan sát hoặc thực hiện thí nghiệm về phản xạ trong giáo dục, học tập và nghiên cứu vật lý. Nó được làm từ thủy tinh quang học chất lượng cao, đảm bảo tính chất phản xạ toàn phần, giúp thay đổi góc quan sát hoặc phản xạ chùm tia sáng, mang lại ứng dụng linh hoạt trong nhiều lĩnh vực.
2. Các ứng dụng của lăng kính phản xạ toàn phần
Lăng kính phản xạ toàn phần có nhiều ứng dụng quan trọng trong các thiết bị quang học. Dưới đây là một số ứng dụng nổi bật:
+ Ống nhòm và máy ảnh: Lăng kính phản xạ toàn phần được tích hợp trong hệ thống lăng kính của ống nhòm và máy ảnh để tạo ra hình ảnh rõ ràng với độ tương phản cao. Nó cũng giúp giảm mất mát ánh sáng và hiện tượng lóa, mang lại trải nghiệm quan sát và chụp ảnh chất lượng cao.
+ Kính hiển vi: Trong các kính hiển vi, lăng kính phản xạ toàn phần giúp nâng cao chất lượng hình ảnh và độ sáng, cho phép quan sát mẫu với độ chi tiết cao và chính xác hơn.
+ Ống kính đèn soi và thiết bị quang học y khoa: Trong lĩnh vực y khoa, lăng kính phản xạ toàn phần cải thiện chất lượng ánh sáng và giảm mất mát ánh sáng. Điều này nâng cao chất lượng hình ảnh trong các ống kính đèn soi và thiết bị quang học y khoa, hỗ trợ hiệu quả trong quan sát và chẩn đoán.
+ Máy quét và máy chiếu: Lăng kính phản xạ toàn phần được ứng dụng trong máy quét và máy chiếu để đảm bảo hình ảnh chất lượng cao và giảm thiểu mất mát ánh sáng trong quá trình truyền. Việc sử dụng lăng kính này giúp nâng cao hiệu suất quang học, đảm bảo hình ảnh sáng rõ và chi tiết.
+ Công nghiệp quang học: Trong các ứng dụng công nghiệp, lăng kính phản xạ toàn phần được sử dụng để tối ưu hóa hiệu suất quang học và tăng cường độ sáng của hình ảnh. Nó giúp đạt được chất lượng hình ảnh cao và đáp ứng yêu cầu chính xác trong các quy trình công nghiệp.
+ Thiết bị quang học khoa học và nghiên cứu: Trong nghiên cứu khoa học, lăng kính phản xạ toàn phần đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện chất lượng hình ảnh và giảm mất mát ánh sáng. Sự tích hợp này nâng cao hiệu suất quang học của thiết bị và đảm bảo thu thập và xử lý thông tin một cách chính xác và tin cậy.
Lăng kính phản xạ toàn phần không chỉ nâng cao chất lượng hình ảnh mà còn tối ưu hóa hiệu suất ánh sáng trong nhiều ứng dụng quang học khác nhau.
3. Các câu hỏi liên quan đến ứng dụng
Câu 1. Lăng kính phản xạ toàn phần là một khối thuỷ tinh có hình dạng lăng trụ đứng, với tiết diện mặt cắt ngang là
A. Tam giác đều
B. Tam giác vuông cân
C. Tam giác vuông
D. Tam giác cân
Đáp án chính xác là B
Câu 2. Khi một tia sáng đến mặt bên của lăng kính dưới một góc tới 1 i và khúc xạ vào trong lăng kính, rồi ló ra ở mặt bên đối diện. Nếu góc tới 1 i được tăng lên thì:
A. Góc lệch D sẽ tăng
B. Góc lệch D sẽ không thay đổi
C. Góc lệch D sẽ giảm
D. Góc lệch D có thể thay đổi theo hướng tăng hoặc giảm
Đáp án chính xác là D
Bài 3. Chọn câu trả lời không chính xác
A. Lăng kính là một vật liệu trong suốt, đồng nhất và đẳng hướng với hai mặt phẳng không song song.
B. Tia sáng đơn sắc khi đi qua lăng kính sẽ luôn bị lệch về phía đáy của lăng kính.
C. Khi tia sáng không đơn sắc đi qua lăng kính, chùm tia ló sẽ bị tán sắc
D. Góc lệch của tia sáng đơn sắc qua lăng kính được tính bằng công thức D = i + i' - A
Đáp án chính xác là B
Bài 4. Một tia sáng SI chiếu vuông góc vào màn E tại điểm I. Trên đường đi của tia sáng, người ta đặt đỉnh A của một lăng kính thủy tinh với góc chiết quang A = 5°, chiết suất n = 1,5 sao cho SI vuông góc với mặt phân giác của góc chiết quang I. Tia sáng ló đến màn E tại điểm J. Tính khoảng cách IJ, biết rằng màn E cách đỉnh A của lăng kính 1m.
A. 21,8 cm.
B. 4,36 cm.
C. 6,54 cm.
D. 1,09 cm.
Hướng dẫn giải:
+ Do góc chiết quang nhỏ nên D = (n - 1) × A
Bài 5. Một lăng kính thủy tinh có chiết suất n = 1,5 với tiết diện thẳng là tam giác vuông cân ABC, góc A = 90°. Tia sáng chiếu vào mặt bên lăng kính tại điểm I sao cho nó song song với đáy BC. Tia khúc xạ qua mặt bên đến đáy BC tại điểm K. Hãy vẽ đường đi của tia sáng bằng cách tính các góc i, r và xác định góc lệch D?
A. Tia KQ song song với SI.
B. Tia KQ vuông góc với SI.
C. Tia KQ tạo góc 30° với tia SI
D. Tia KQ tạo góc 60° với tia SI
Hướng dẫn giải:
+ Tại điểm I, ta có: sin i1 = n × sin r1 => sin r = 0,4714 => r1 = 28,12°
+ Tia khúc xạ gặp mặt BC tại điểm H với góc tới là H1 = B + r1 = 45° + 28,12° = 73,12°
+ Do H1 > i_gh, tia sáng phản xạ toàn phần tại H, tạo tia phản xạ HK với góc phản xạ H1 = H2 = 73,12°
+ Tia phản xạ từ H gặp mặt AC tại điểm K với góc tới K1 = H2 - C = 73,12° - 45° = 28,12° = r1
+ Vì K1 < i_gh, tia sáng khúc xạ tại K và ló ra khỏi lăng kính qua KQ với góc khúc xạ i2.
Do đó, tia ló ra khỏi lăng kính KQ sẽ song song với tia tới SI.
Bài 6: Một tia sáng chiếu vào mặt bên của lăng kính tam giác vuông với góc tới 45°. Để không có tia ló ra từ mặt bên kia, chiết suất tối thiểu của lăng kính cần đạt là:
Đáp án chính xác là B
