CHƯƠNG VI: KHÚC XẠ ÁNH SÁNG ppt

Với ánh sáng nhìn thấy thì tia sáng truyền đi trong môi trường trong suốt chậm hơn so với trong chân không nên chiết suất tuyệt đối bao giờ cũng lớn hơn một n > 1.. 1 2 12 1 n n Ngoài r

II GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÔĐUN

Đây là môđun thứ 8 trong số 7 môđun đề cập đến kiến thức và kỹ năng thiết kế bàidạy học cũng như tổ chức dạy học theo tinh thần đổi mới hiện nay Ở môđun này, giáoviên HV có điều kiện tìm hiểu và làm sâu sắc thêm những kiến thức vật lí liên quan đếnKhúc xạ ánh sáng theo tinh thần của Vật lí học phổ thông có trong chương Những kiếnthức này, phần lớn được khai thác từ Internet

Công việc rất quan trọng là học viên thiết kế các bài dạy học cụ thể trong chương,cùng nhau thảo luận, trao đổi để tìm được phương án thiết kế tối ưu nhất

Thời gian cho môđun này là 1 buổi (4 tiết)

III TÀI LIỆU VÀ THIẾT BỊ ĐỂ THỰC HIỆN MÔĐUN

Sách Vật lí 11, Sách giáo viên Vật lí 11, Tài liệu bồi dưỡng thay sách giáo khoa Vật

lí 11, Phụ lục 8

IV HOẠT ĐỘNG

Hoạt động 1: Phân tích kiến thức có trong chương

 Nhiệm vụ:

- GgV giới thiệu cấu trúc Phụ lục 8a

- HV làm việc theo nhóm bằng cách đọc tài liệu có trong phần phụ lục và thảo luận

 Thông tin cho hoạt động:

- Mỗi nhóm HV chọn một bài bất kỳ trong chương rồi cùng nhau thiết kế

 Thông tin cho hoạt động:

- GgV đánh giá tinh thần và thái độ làm việc của các nhóm cũng như sản phẩm màcác nhóm có được.

- Thông tin phản hồi của đánh giá môđun: Ý kiến thảo luận và các bản thiết kế bàidạy học

V NỘI DUNG

1 Chiết suất của môi trườn g

1.1 Chiết suất tuyệt đối

Chiết suất tuyệt đối của môi trường được định nghĩa bằng tỉ số của vận tốc ánh sángtrong chân không và vận tốc trong môi trường vật chất

v

c

n

Với vận tốc ánh sáng truyền trong chân không c = 3.108m/s

Chiết suất tuyệt đối của môi trường thường được gọi đơn giản là chiết suất của môitrường Với ánh sáng nhìn thấy thì tia sáng truyền đi trong môi trường trong suốt chậm hơn

so với trong chân không nên chiết suất tuyệt đối bao giờ cũng lớn hơn một (n > 1)

Ý nghĩa: chiết suất tuyệt đối của môi trường cho biết vận tốc truyền ánh sáng trong

môi trường đó nhỏ hơn vận tốc truyền ánh sáng trong chân không bao nhiêu lần Tuynhiên, tại một số điều kiện nhất định, (như gần hấp thụ cộng hưởng hay đối với tia X), thìchiết suất n có thể nhỏ hơn 1 Các nghiên cứu gần đây cho thấy có thể tồn tại chiết suất âm.Hiện tượng này rất hiếm gặp, mới thấy ở các vật liệu meta (metamaterials) đã mở ra chokhoa học kỹ thuật khả năng chế tạo các thấu kính hoàn hảo

http://ngsir.netfirms.com/englishhtm/ripple.htm

1.2 Chiết suất tỉ đối

Chiết suất của hai môi trường được định nghĩa bằng tỉ số của vận tốc ánh sáng trongmôi trường thứ hai và vận tốc ánh sáng trong môi trườ ng thứ nhất

1

2 12

1

n

n Ngoài ra theo định luật khúc xạ ánh sáng, chiết suất tỉ đối còn được tính bằng tỉ sốgiữa sin của góc tới và sin của góc khúc xạ

r

i n

sin

sin

21  biểu hiện mức độ gãy khúc của tiasáng khi chuyển từ một môi trường vật chất này sang một môi trường vật chất khác

1.3 Hệ thức liên hệ giữa chiết suất tỉ đối và chiết suất tuyệt đối

Chiết suất tuyệt đối của môi trường 1:

1 1

v c

n 

/

n

n n c

n

c v

1.4 Đặc điểm của chiết suất của môi trường

Chiết suất của môi trường phụ thuộc vào bước sóng hay tần số của ánh sáng Bảng sốliệu chiết suất của môi trường ứng với các bước sóng khác nhau

Môi trường n F (λ=486,1nm) n D (λ=589,3nm) n C (λ=656,3nm)

Nước

Thủy tinh crao

Thủy tinh flin

Kim cương

1,33711,5221,6822,435

1,33301,5171,6662,417

1,33111,5141,6582,410Như vậy chiết suất của môi trườ ng phụ thuộc vào bước sóng hay tần số của ánh sáng

Cụ thể là với bước sóng ngắn chiết suất của môi trường lớn hơn đối với ánh sáng có bướcsóng dài hơn Sự phụ thuộc chiết suất vào bước sóng của ánh sáng chứng tỏ ánh sáng cóbước sóng khác nhau sẽ có tốc độ khác nhau trong môi trường đang xét và bị khúc xạ dướinhững góc khác nhau khi đi qua mặt phân cách giữa hai môi trường Do vậy chùm sánggồm nhiều thành phần có bước sóng khác nhau thì do sự khúc xạ khác nhau tại mặt phâncách giữa hai môi trường sẽ bị tách thành các thành phần khác nhau (Hiện tượng tán sắcánh sáng) Ví dụ: khi chùm tia sáng trắng gồm nhiều ánh sáng đơn sắc có bước sóng khácnhau tương ứng với các màu khác nhau: đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím truyền qua lăngkính thủy tinh Thì chùm tia sáng trắng bị phân tích ra thành nhiều chùm tia màu, chùm tiatím bị khúc xạ nhiều nhất, chùm tia đỏ bị khúc xạ ít nhất

Bảng số liệu chiết suất của một số chất

Chất rắn (200) Chiết suất Chất rắn (200) Chiết suấtKim cương

Thủy tinh flin

Thủy tinh crao

Nước đá

2,421,603 ÷ 1,8651,464 ÷ 1,5321,309

Muối ăn

Hổ pháchPolistrienXaphia

1,5441,5461,5901,768

Chất lỏng (200) Chiết suất Chất lỏng (200) Chiết suất

Chiết suất của vật liệu là một trong những tính chất quan trọng nhất khi thiết kế các

hệ thống quang học sử dụng hiện tượng khúc xạ Ngoài ra chiết suất vật liệu còn đượcdùng để tính tiêu cự cho thấu kính hay độ phân giải của lăng kính Đo đạc chiết suất có thểgiúp suy ra nồng độ các dung dịch hay độ tinh khiết của hỗn hợp trong hóa học

2 Khái niệm môi trường quang học

2.1 Môi trường trong suốt

Môi trường trong suốt là môi trường không có tâm tán xạ, tức là không có các hạtchất vẩn và có hệ số hấp thụ ánh sáng rất nhỏ Tuy nhiên môi trường có thể trong suốt đốivới ánh sáng có bước sóng này nhưng lại không trong suốt với ánh sáng có bước sóngkhác Môi trường trong suốt có thể không có thể không có màu (trong suốt đối với toàn bộánh sáng nhìn thấy) hoặc có màu nhất định (trong suốt đối với một vùng ánh sáng nhấtđịnh) Ví dụ một số môi trường trong suốt: tấm kính trong suốt màu đỏ, màu lục, cốc nướctrong suốt không màu

2.2 Môi trường đồng tính và không đồng tính

Môi trường đồng tính là môi trường có chiết su ất không thay đổi

Môi trường không đồng tính là môi trường có chiết suất thay đổi chậm t ừ điểm nàyđến điểm khác Ánh sáng hay bức xạ điện từ di chuyển trong môi trường như vậy sẽ đitheo không đi theo đường thẳng mà là đi theo đường cong hoặc bị hội tụ hay phân kỳ

2.3 Môi trường đẳng hướng và không đẳng hướng

Môi trường đẳng hướng là môi trường mà chiết suất không phụ thuộc vào hướngphân cực và phương chiếu của ánh sáng

Môi trường không đẳng hướng là môi trường mà chiết suất phụ thuộc vào hướngphân cực và phương chiếu của ánh sáng

3 Định luật khúc xạ ánh sáng

3.1 Hiện tượng

Hiện tượng lệch phương của các tia sáng khi truyền xiên góc qua mặt phân cáchgiữa hai môi trường trong suốt khác nhau được gọi là hiện tượng khúc xạ ánh sáng

3.2 Nội dung định luật khúc xạ ánh sáng (laws of light

refraction)

Định luật khúc xạ ánh sáng được hai nhà khoa học

René Descartes (Đề-các) và Willebord Snell (Xnen) đồng

thời nghiên cứu và khám phá độc lập với nhau Trong đó

W.Snell (1580 – 1627) là người đầu tiên nghiên cứu đường đi

của một tia sáng ở mặt phân cách của hai môi trường và là

người phát hiện ra trước tiên định luật về sin các góc nhưng

dưới dạng các góc nhỏ Sau đó Descartes một cách độc lập đã

tìm lại các kết quả đó nhưng đầy đủ và khái quát hơn và công

bố vào năm 1637 Vì vậy định luật khúc xạ ánh sáng còn

được gọi là định luật Snell-Descartes Tuy nhiên ở khu vực

các nước nói tiếng Anh, định luật khúc xạ ánh sáng gọi là

định luật Snell Còn ở khu vực các nước nói tiếng Pháp thì

định luật khúc xạ ánh sáng gọi là định luật Descartes

Khi tia sáng SI tới mặt phân cách phẳng giữa hai môi trường trong suốt 1 và 2 tại I

+ Một phần tia sáng phản xạ trở lại môi trường 1 theo đường IS’

+ Một phần tia sáng thay đổi hướn g đi vào môi trường 2 theo đường IR

Cường độ sáng của hai tia này là khác nhau thay đổi theo góc tới nhưng sự phân

chia năng lượng của tia phản xạ và tia khúc xạ tuân theo định luật bảo toàn năng lượng.

Khi tia sáng đến mặt phân cách của hai môi trường trong suốt đồng tính và đẳnghướng mà bị khúc xạ vào môi trường thứ hai thì nó tuân theo định luật khúc xạ

Định luật khúc xạ ánh sáng (định luật Snell-Descartes)

- Tia tới và tia khúc xạ cùng nằm trong mặt phẳng tới (mặt phẳng chứa tia tới vàpháp tuyến với mặt phân cách vẽ từ điểm tới) và ở phía bên kia pháp tuyến so với tia tới

- Tỉ số giữa sin góc tới và sin góc khúc xạ là một đại lượng không đổi đối với haimôi trường quang học cho trước

sinr n sini n hay n

n n sinr

sini

2 1

v

v

n  là chiết suất tỉ đối của môi trường 2 (môi trường chứa tia tới) đối với môitrường 1 (môi trường chứa tia khúc xạ)

n1là chiết suất tuyệt đối của môi trường 1 (môi trường chứa tia tới)

n2là chiết suất tuyệt đôi của môi trường 2 (môi trường chứ a tia khúc xạ)

Khi n21>1 thì i > r: tia khúc xạ lại gần pháp tuyến

Khi n21<1 thì i < r: tia khúc xạ lệch xa pháp tuyến

Nguyên nhân của hiện tượng khúc xạ đó là sự thay đổi tốc độ truyền ánh sáng từ môi trường này sang môi trường khác Nói cách khác vận tốc ánh sáng trong môi trường

khác nhau thì khác nhau Bằng lí thuyết Huyghen, ta có thể giải thích khi đập vào mặt phâncách giữa hai môi trường vì vận tốc truyền khác nhau nên mặt đầu sóng sẽ bị đổi phương

do đó phương truyền của tia sáng bị gãy khúc tại mặt phân cách

Lưu ý về chiến lược dạy học

Ta có thể giới thiệu cho học sinh các viết công thức định luật khúc xạ dưới dạngđối xứng cho dễ nhớ n1sini  n2sinr Dạng này có ưu điểm hơn dạng trình bày củasách giáo khoa nhất là khi cần thiết phải lập mối liên hệ về góc trong các môi trường cóchiết suất biến thiên n1sini1  n2sini 2   nn sin in

http://www.upscale.utoronto.ca/PVB/Harrison/Flash/Optics/Refraction/Refraction.html

http://www.sciences.univ-nantes.fr/sites/genevieve_tulloue/optiqueGeo/dioptres/dioptre_plan.html

3.3 Sự truyền ánh sáng vào môi trường chiết quang hơn (n 1 < n 2 )

Khi n1 < n2 thì i > r: tia khúc xạ lại gần pháp tuyến và môi trường (2) chiết quanghơn môi trường (1)

Khi góc tới i tăng dần thì góc khúc xạ r cũng tăng dần nhưng luôn luôn nhỏ hơn i.Góc i có thể lấy các giá trị từ 00tới 900

Đối với tia S1I vuông góc với mặt phân cách: một phần của tia sáng bị phản xạ trởlại, phần còn lại đi qua mặt phân cách không đổi phương

Đối với tia S2I: một phần của tia sáng phản xạ trở lại theo đường IS2’, phần còn lại khúc

xạ theo đường IR2

Đối với tia S3I có góc tới đạt giá trị lớn nhất bằng 900: không còn có tia phản xạ,chỉ còn tia khúc xạ có góc khúc đạt một giá trị giá trị lớn nhất là rghgọi là góc khúc xạ giớihạn được tính như sau

Áp dụng định luật khú c xạ ánh sáng: n1sin900= n2sinrgh

Như vậy, trong trường hợp ánh sáng đi từ môi trường có chiết suất nhỏ hơn sang môi trường có chiết suất lớn hơn thì luôn luôn có tia khúc xạ trong môi trường thứ hai.

C:\Users\TUAN\Downloads\Video\bending-light_vi.jar

3.4 Sự truyền ánh sáng vào môi chiết quang kém hơn (n 1 > n 2 )

Khi ánh sáng truyền từ môi trường có chiết suất lớn sang môi trường có chiết suất nhỏ

hơn n1> n2thì i < r ( tia khúc xạ đi lệch xa pháp tuyến hơn).Ví dụ: ánh sáng truyền từ thủytinh ra không khí, nước sang không khí, từ thuỷ tinh sang không khí, từ thuỷ tinh sángnước, ….Khi góc tới tăng thì góc khúc xạ tăng Theo định luật bảo toàn năng lượng thìnăng lượng của tia tới được phân bố cho tia phản xạ và tia khúc xạ Nên khi góc tới càngtăng thì cường độ của tia phản xạ càng tăng và cường độ của tia sáng khúc xạ càng giảm.Khi góc khúc xạ đạt đến giá trị cực đại 900, tức là cường độ của tia sáng khúc xạ giảm đếnkhông thì góc tới đạt giá trị ighgọi là góc tới giới hạn thỏa mãn định luật khúc xạ

1

2 gh 0

2 gh 1

n

n sini sin90

n sini

Khi góc tới lớn hơn góc tới giới hạn igh, ánh sáng không đi vào môi trường thứ hai,toàn bộ ánh sáng sẽ bị phản xạ và cường độ của tia phản xạ bằng cường độ của tia tới Lúc

đó ta có hiện tượng phản xạ toàn phần xảy ra tại mặt phân cách giữa hai môi trường.

Để minh họa rõ hơn, ta xét tia sáng SI tới mặt phân cách giữa hai môi trường trongsuốt 1 và 2 tại I

+ Tia S1I có góc tới nhỏ thì tia khúc xạ IR1lệch xa pháp so với tia tới và rất sáng,còn tia phản xạ IS1’ rất mờ

+ Tia S2I có góc tới bằng góc giới hạn thì tia khúc xạ IR2 gần như sát mặt phâncách rất mờ, còn tia phản xạ IS2’ rất sáng

+ Tia S3I có góc tới lớn hơn góc giới hạn thì tia khúc xạ không còn, còn tia phản

xạ IS3’ rất sáng

3.5 Hiện tượng phản xạ toàn phần (total reflection)

Phản xạ toàn phần là hiện tượng trong đó toàn bộ tia sáng tới mặt phân cách haimôi trường trong suốt chỉ cho tia phản xạ, không cho tia khúc xạ

Điều kiện xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần

- Ánh sáng truyền từ môi trường có chiết suất lớn sang môi trường có chiết suấtnhỏ hơn n1> n2

- Góc tới phải lớn hơn hoặc bằng góc giới hạn i ≥ igh

Dấu “=” ở đây chỉ trường hợp giới hạn, hiện tượng phản xạ toàn phần bắt đầu xảy ra

Ứng dụng hiện tượng phản xạ toàn phần

Hiện tượng phản xạ toàn phần có rất nhiều ứng dụng trong thực tế

Lăng kính phản xạ toàn phần

Lăng kính phản xạ toàn phần là khối thủy tinh hình lăng trụ đứng, có tiết diện thẳng

là một tam giác vuông cân

Lăng kính phản xạ toàn phần trong ống nhòm

4 Cáp quang (optical fiber)

Cáp quang gồm nhiều bó sợi quang

ghép và hàn nối với nhau Từ những năm 60

của thế kỉ trước, người ta đã chế tạo được

những bó sợi gồm 100 sợi mỗi milimét

Hiện nay, con số này đã đạt đến mức 50.000

sợi cho 3mm đường kính cáp Cả bó sợi chỉ

bằng cái kim tiêm, trong đó có

những sợi đưa ánh sáng từ ngoài

vào và có những sợi thu và

+ Phần lõi trong suốt làm

bằng thuỷ tinh siêu sạch có

chiết suất lớn (n1)

+ Phần vỏ bọc cũng trong

suốt làm bằng thuỷ tinh chiết

suất n2< n1

Trong công nghệ sợi quang được phân thành hai loại: sợi đơn mốt và sợi đa mốt

Sợi đơn mốt (single mode; monomode) có phần lõi đường kính 10μm và phần vỏ

có đường kính 125μm Phần lõi hẹp có công dụng giảm được hiện tượng trải rộng xung

ánh sáng Hiện tượng này làm cho thời gian truyền qua sợi khác nhau, ảnh hưởng đến tínhiệu thu được ở đầu ra Do đó, trong loại sợi đơn mốt, các tia sáng gần như truyền songsong với trục của sợi Nhược điểm của loại s ợi đơn mốt là: chế tạo tốn kém, năng lượngnhỏ nên tín hiệu yếu Vì trong quá trình truyền, cường độ các xung ánh sáng bị hấp thụ docác tạp chất lẫn vào thuỷ tinh và sự phân bố bất thường của các nguyên tử ở mối nối

Sợi đa mốt (multimode) có phần lõi đường kính khoảng 50μm và phần vỏ có đường

kính 125μm Khi truyền trong loại này, xung ánh sáng bị trải rộng cho đường truyền khácnhau tùy góc tới ở đầu vào Sợi đa m ốt có ưu điểm là năng lượng truyền đi lớn (cường độxung ánh sáng ló giảm không đáng kể)

Sợi đơn mốt

Nhược điểm của loại sợi này là đường truyền ngắn và do có sự khúc xạ ánh sáng ởđầu vào tách riêng các ánh sáng màu trong ánh sáng trắng, mà chiết suất thay đổi theo màusắc nên đường truyền của mỗi ánh sáng màu khác nhau nên thời gian truyền qua cáp thayđổi tùy theo ánh sáng màu, vì vậy tín hiệu nhận được sẽ méo Trong kỹ thuật, bằng cáchdùng chất liệu có chiết suất giảm dần (graded index) thay cho chiết suất giảm nhảy bậc(step index), khắc phục được các nhược điểm trên của loại sợi đa mốt, làm cho đườngtruyền dài hơn và tín hiệu nhận được bớt méo

4.2 Đường truyền tia sáng trong sợi quang

Khi tia sáng truyền tới đến sợi quang thì tia sáng bị khúc xạ Tia khúc xạ tới mặtphân cách giữa lõi và lớp vỏ dưới góc tới lớn hơn góc tới giới hạn và bị phản xạ toàn phần.Hiện tượng phản xạ toàn phần như vậy được lặp lại nhiều lần làm cho tia sáng truyền điđược theo sợi quang mà cường độ tia sáng gi ảm đi không đáng kể

Điều kiện góc tới đầu vào để tia sáng truyền đi trong sợi quang

Để tia sáng truyền đi được trong ống thì i > igh Vậy iminchính là bằng igh

Áp dụng định luật khúc xạ cho tia sáng ứng với góc max:

sinmax = n1.sinrmax= n1.cosimin= n1.cosigh 2

gh

sinr  

mà

1

2 gh

n

n sini 

Nên

1

2 2 2 1 2

1

2 2 max

n

n

n n

n 1 sinr    

2

2 1

Vậy điều kiện để tia sáng truyền đi trong sợi quang là góc tới đầu vàoαphải có giá trị

2 2 1

4.3 Ứng dụng

Sợi quang học được dùng nhiều trong công nghệ thông tin, trong kỹ thuật nội soi…

Trong công nghệ thông tin, cáp quang dùng để truyền thông tin, truyền dữ liệu.

Một hệ truyền thông tin dùng cáp quang gồm ba bộ phận chính: Một máy phát biến đổi cáctín hiệu điện thành tín hiệu quang, một cáp quang có nhiệm vụ truyền tín hiệu này đi vàmột máy thu nhận các tín hiệu ra ở đầu thứ hai của cáp quang và biến chúng trở lại các tínhiệu điện Ưu điểm: dung lượng tín hiệu truyền đi lớn gấp hàng nghìn lần so với cáp kimloại cùng đường kính; nhỏ và nhẹ, dễ vận chuyển, dễ uốn nắn; ít bị nhiễu bởi trường điện

từ bên ngoài, bảo mật tốt; không có rủi ro cháy

Trong y học: cáp quang dùng

để nội soi (endoscopy) Loại cáp này

gồm các sợi quang rất nhỏ , mỗi sợi thu

ảnh của một phần bộ phận và các sợi

này phải có vị trí nhất định trong bó

sợi để tạo ảnh trung thực của bộ phận

cần quan sát Hiện nay, người ta có thể

chế tạo5.10 4 sợi cho 3mm đường kính

cáp Bác sĩ có thể quan sát một vết

loét dạ dày của bệnh nhân khi đưa hai

bó cáp quang vào trong họng bệnh

nhân Ánh sáng đưa vào đầu ngoài của

một bó, phản xạ toàn phần nhiều lần ở

trong bó sợi quang thứ nhất Một phần

ánh sáng phản xạ từ thành trong của dạ

dày đi ngược lại bó thứ hai theo kiểu

bó thứ nhất và được thu nhận để chuyển thành hình ảnh trên màn vô tuyến

5 Giải thích một số hiện tượng quang học

5.1 Ảo ảnh quang học (ảo tượng)

Theo định luật truyền thẳng ánh sáng, các tia sáng truyền đi theo đường thẳng trongmôi trường đồng tính Tuy nhiên không khí bao quanh chúng ta vốn không đồng tính (cóchiết suất biến đổi), nó bao gồm các lớp không khí có mật độ khác nhau Do đó trongkhông khí, ánh sáng thường thường không truyền theo đường thẳng mà theo đường cong.Khi ánh sáng truyền theo đường cong đến mắt, bộ óc con người tiếp nhận và cho rằng tiasáng đến đó truyền theo đường thẳng, điều này đã góp phần gây nên hiện tưởng ảo ảnhquang học Đó là các hiện tượng quang học xảy ra trong khí quyển do có sự khúc xạ vàphản xạ toàn phần của tia sáng trên mặt phân cách giữa lớp không khí lạnh (có chiết suấtlớn) và lớp không khí nóng (có chiết suất nhỏ)

Khi nhiệt độ càng cao thì mật độ không khí càng nhỏ Mặt khác, chiết suất của chấtkhí (n) lại phụ thuộc mật độ khí ( ) theo công thức Lorentz r 

2

với r là một sốkhông đổi đối với mỗi chất gọi là độ khúc xạ riêng của chất đó Công thức trên cho thấykhi mật độ không khí càng nhỏ thì chiết suất càng nhỏ, mật độ càng lớn sẽ có chiết suấtlớn Vì vậy khi nhiệt độ tăng thì chiết suất của khí giảm và ngược lại

Hiện tượng ảo ảnh quang học thường xảy ra ở hai trường hợp sau

Trường hợp chiết suất không khí càng lên cao càng tăng (ảo tượng xứ nóng)

Ví dụ 1: Khi người đi trên sa mạc nóng bỏng, họ thấy từ xa một vũng nước có in

hình bóng cây Nhưng khi đi lại gần, họ chỉ thấy cây mọc trên cát khô Ta có thể giải thíchnhư sau: Lớp không khí gần mặt cát trên sa mạc nhận nhiệt tỏa ra từ mặt cát nóng nên gồmnhiều lớp không khí nóng có chiết suất tăng dần theo độ cao, càng lên cao chiết suất càngtăng Với tia sáng từ đỉnh A của cây truyền qua lớp không khí trên cao có chiết suất n1xuống lớp không khí phía dưới có chiết suất n2, sẽ bị gãy khúc với góc khúc xạ lớn hơngóc tới (n1> n2) Tia sáng này bị gãy khúc liên tiếp đến khi gặp lớp khí mà tại đó góc tớilớn hơn góc giới hạn, thì tia sáng sẽ bị phản xạ toàn phần và và hắt lên Do bề dày lớpkhông khí mỏng nên đường gãy khúc tr ở thành đường cong đi xuống và rồi đi lên đến mắtngười quan sát B Như vậy, người quan sát đồng thời sẽ thấy đỉnh của cây do các tia sángtrực tiếp từ đỉnh của cây truyền tới mắt và nhìn thấy ảnh đối xứng với đỉnh của cây quamặt đất do các tia sáng phản xạ toàn phần Nên người quan sát nhìn thấy một vũng nước có

in hình bóng cây Tùy theo gradien của nhiệt độ theo chiều từ dưới lên trên là lớn hay nhỏ

mà khoảng cách AB (từ cây đến người quan sát) có thể từ vài chục mét đến vài trămkilômét

Đường đi của tia sáng qua các lớp không khí

Ảo ảnh trên sa mạc

Ví dụ 2: Vào những ngày nóng nực mùa hè, người đi đường thường nhìn thấy vũng

nước trên mặt đường nhựa ở xa phía trước, nhưng khi lại gần thì thấy mặt đường vẫn khôráo Vũng nước mà người đi đường nhìn thấy chỉ là ảnh phản chiếu của bầu trờ i trên conđường nhựa quá nóng Hiện tượng đó cũng được giải thích tương tự như hiện tượng trên

Trường hợp chiết suất không khí càng lên cao càng giảm (ảo tượng xứ lạnh)

Ví dụ: Ở xứ lạnh, về mùa đông, ban ngày, các lớp không khí ở tiếp giáp mặt biển, hay

tuyết trên mặt đất có nhiết độ thấp do đó có mật độ thấp và chiết suất lớn Những lớpkhông khí ở trên cao được sưởi ấm bởi mặt trời do đó có mật độ nhỏ, chiết suất nhỏ Nếu

có một tia sáng xuất phát ra từ một điểm A trên mặt đất đi lên dưới góc tới đủ lớn thì lênđến một lớp không khí trên cao nó xẽ bị phản xạ toàn phần và bẻ cong đi xuống vào mắtngười quan sát B (ngược lại với trường hợp trên ) Vì vậy có thể nhìn thấy một số vật nằm ởkhuất dưới đường chân trời lại được nhìn thấy trên bầu trời (như con tàu hoặc hòn đảo hiệntrên bầu trời) Do độ cong của các tia qua các lớp không khí có chiết suất thay đổi rất yếu

nên hiện tượng ảo ảnh này thường xảy ra ở vùng nước rộng Khoảng cách AB có thể lên

đến vài trăm kilômét

Ảo ảnh con tàu trên bầu trời

Ảo ảnh vũng nước trên đường nhựa

5.2 Vẻ đẹp rực rỡ của kim cương

Kim cương là một tinh thể đối xứng có cấu trúc lập phương và chứa những nguyên

tử cacbon bậc 4 Khối lượng riêng của kim cương là 3,52 g/cm³

Chiết suất của kim cương rất lớn n2,42 Khi kim cương ở trong không khí, gócgiới hạn của tia sáng tới bề mặt của viên kim cương thường có giá trị khá nhỏ (igh240).Nên khi tia sáng rọi tới một mặt, nó sẽ bị khúc xạ, đi vào trong viên kim cương và bị phản

xạ toàn phần nhiều lần giữa các mặt của viên kim cương trước khi ló ra ngoài, nên ta thấyánh sáng từ viên kim cương lóe ra rất sáng

Kim cương có khả năng tán sắc tốt, do có chiết suất biến đổi nhanh với bước sóngánh sáng Điều này giúp kim cương biến những tia sáng trắng thành những màu sắc lấplánh nhiều màu, tạo nên sức hấp dẫn riêng của kim cương khi là một món trang sức

Để tìm những vùng có kim cương, những nhà địa chất học sử dụng các dấu hiệu sau:những khoáng vật ở vùng đó thường chứa nhiều crôm hay titan, cũng rất thông dụng trongnhững mỏ đá quý có màu sáng Kim cương vừa mới khai thác lên, chưa có được hình dạng

và màu sắc đẹp, vì vậy người ta cắt gọt viên kim cương thành các khối có nhiều mặt Kĩthuật cắt kim cương vừa là một môn khoa học vừa là một nghệ t huật Ngoài ra ở chóp dướiviên kim cương phải nhọn, nếu không thì ánh sáng sẽ đi qua dễ dàng, trong thực tế thìngười ta thường làm với đường kính bằng 1 -2% đường kính mặt giữa

5.3 Cầu vồng

Ảo ảnh hòn đảo trên mặt biển

Bộ nữ trang kim cương