Giải bài tập SGK vật lý lớp 11. Bài 28. Lăng kính

1. Lăng kính là gì? Mô tả câu tạo nên các đặc trưng quang học của lăng kính.

Hướng dẫn

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

Lăng kính có hai mặt bên mài nhẵn bóng để cho ánh sáng truyền qua, mặt đáy thường được làm nhám hoặc bôi đen (cũng có khi người ta cũng mài nhẵn mặt này). Giao tuyến của hai mặt bên gọi là cạnh của lãng kính, góc nhị diện của hai mặt bên gọi là góc chiết quang của lăng kính. Về phương diện quang học, một lăng kính được đặc trưng bởi góc chiết quang A và chiết suất n của chất làm lăng kính (đối với môi trường ngoài). 

2. Trình bày tác dụng của lăng kính đối với sự truyền ánh sáng qua nó. Xét hai trường hợp:

a) Ánh sáng đơn sắc.

b) Ánh sáng trắng.

Hướng dẫn

a) Chiếu đến mặt bên của lăng kính một chùm tia sáng hẹp đơn sắc thì lăng kính có tác dụng làm lệch đường truyền của tia sáng. Khi có tia ló ra khỏi lăng kính thì tia ló bao giờ cũng lệch về đáy lăng kính so với tia tới.

b) Khi ánh sáng trắng (ánh sáng mặt trời) khi đi qua lăng kính thì không những chùm ánh sáng bị lệch mà còn bị phân tích thành nhiều màu khác nhau. Đó là sự tán sắc ánh sáng qua lăng kính.

3. Nêu các công dụng của lăng kính.

Hướng dẫn

– Lăng kính, có nhiều công dụng:

– Lăng kính là bộ phận chính của máy quang phổ. Máy này phân tích ánh sáng trắng hay ánh sáng hỗn hợp tạp thành các thành phần đơn sắc để xác định cấu tạo của nguồn sáng.

– Lăng kính phản xạ toàn phần được sử dụng trong ống nhòm để tạo ra ảnh thuận chiều hoặc dùng để thay gương phảng trong một số trường hợp.

4. Có ba trường hợp truyền tia sáng qua lăng kính như hình 28.3.

Ở trường hợp nào sau đây, lăng kính không làm lệch tia ló về phía đây? A. Trường hợp (1).

B. Các trường hợp (2) và (3).

C. Ba trường hợp (1), (2) và (3).

D. Không trường hợp nào.

Hướng dẫn

Chọn câu D.

5. Cho tia sáng truyền tới lăng kính như hình 28.4. Tia ló truyền đi sát mặt BC. Góc lệch tạo bởi lăng kính có giá trị nào sau đây:

A. 0°

B. 22,5°

C. 45°

D. 90°.

Hướng dẫn

Chọn câu c. Vì tia tới vuông góc với mặt AB nên truyền thẳng đến mặt BC dưới góc tới 45°. Vì tia ló nằm dọc theo mặt BC nên góc lệch D = 45°. 

6. Tiếp theo đề câu 5. Chiết suất n của lăng kính có giá trị nào sau đây? (tính tròn với một chữ sô thập phân).

A. 1,4.

B. 1,5.

C. 1,7.

D. Khác A, B,

Lời giải:

ΔABC vuông cân ⇒ ∠B = ∠C = 45o

SI ⊥ AC ⇒ Tia SI truyền thẳng vào môi trường trong suốt ABC mà không bị khúc xạ ⇒ góc tới I ở mặt

BC bằng: i = ∠B = ∠C = 45o

Tia ló truyền đi sát mặt BC ⇒ góc ló r = 90o ⇒ nsini=sinr

nsin45o=sin90o ⇒ n = √2=1,4

Đáp án: A

Bài 7 (trang 179 SGK Vật Lý 11): Lăng kính thủy tinh có tiết diện thẳng là tam giác cân ABC đỉnh A. Một tia đơn sắc được chiếu vuông góc tới mặt bên AB. Sau hai lần phận toàn phần trên hai mặt AC và AB, tia ló ra khỏi đáy BC theo phương vuông góc với BC.

a) Vẽ đường truyền của tia sáng và tính góc chiết quang A.

b) Tìm điều kiện mà chiết suất n của lăng kính thỏa mãn.

Lời giải:

a) Vẽ hình 28.5.

Ta có: SI ⊥ AB ⇒ i1 = 0; r1 = 0 ⇒ r2 = A

Mặt khác từ hình 28.5: i – 2r1 = 2A (góc so le trong)

Ii' = i ( Định luật phản xạ)

Vì JK ⊥ BC ⇒ B = i' = i = 2A

Theo tính chất góc trong của tam giác cân ABC ta có:

A + B + C = 180o

Mà B = C = 2A

⇒ 5A = 180o ⇒ A = 36o

b) Điều kiện chiết suất n phải thỏa mãn là:

Phản xạ toàn phần tại I: r1> igh     (1)

Phản xạ toàn phần tại J: i > igh     (2)

Vì i=2r1 nên từ (1) và (2) suy ra:

Đáp số: a) A=36o;b) n>1,7