Tài liệu trình bày các hiện tượng và quy luật quang học cơ bản của ánh sáng, bao gồm phản xạ, khúc xạ, giao thoa và nhiễu xạ. Nó cũng đề cập đến ứng dụng quang học trong y học và tiêu chuẩn chiếu sáng trong môi trường làm việc. Các khái niệm như cường độ sáng, độ rọi ánh sáng và các phương pháp kiểm tra quang học cũng được nêu rõ.

2. MỤC TIÊU HỌC TẬP
 Mô tả được những hiện tượng quang học cơ bản
của ánh sáng.
Viết được biểu thức của các định luật: phản xạ,
khúc xạ, giao thoa, nhiễu xạ.
Trình bày được các đại lượng đặc trưng cơ bản
của chiếu sáng quang học và tiêu chuẩn chiếu
sáng.
Thái độ học tập nghiêm túc, tích cực, nhận thức
được vai trò của quang học trong y học.

3. 1. Các định luật cơ bản về đường đi của ánh sáng
1.1. Các định luật quang hình
Định luật về sự truyền thẳng ánh sáng
Định luật về tác dụng độc lập của các tia sáng
Giải thích hiện tượng: Nhật thực, Nguyệt thực.

4. Định luật Descartes thứ nhất (ĐL phản xạ ánh sáng)
Tia phản xạ nằm trong mặt phẳng tới và góc tới bằng góc
phản xạ: i1 = i1’
Định luật Descartes thứ hai (ĐL khúc xạ ánh sáng)
Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới, tỷ số giữa sin góc tới và
sin góc khúc xạ là một số không đổi:
1
21
2
sini
= const = n
sini

5. Trong y học, đặc biệt là nhãn khoa và luyện thị lực,
khúc xạ là một thử nghiệm lâm sàng để có thể xác định
tật khúc xạ của mắt và chăm sóc mắt chuyên nghiệp.

6. 1.2. Quang lộ. Nguyên lý Fermat
Quang lộ
Xét hai điểm A, B trong một môi trường đồng
nhất chiết suất n, cách nhau một đoạn d. Thời
gian ánh sáng đi từ A đến B:
d
t =
v (*)
A B
d

7. Quang lộ giữa hai điểm A, B là đoạn đường ánh
sáng truyền được trong chân không trong
khoảng thời gian t,
t là thời gian mà ánh sáng đi được đoạn đường
AB trong môi trường. L là quang lộ giữa hai điểm
A, B:
d
L= ct =c
v
L = nd

8. Nếu ánh sáng truyền qua nhiều môi trường có
chiết suất lần lượt là n1, n2, n3 ... với quãng
đường tương ứng lần lượt là d1, d2, d3 ... thì
quang lộ tổng cộng là:
L = n1d1 + n2d2 + ...+ nndn = nidi
n
i =1
Nếu ánh sáng đi trong môi trường có chiết suất
thay đổi liên tụcchia đoạn đường thành các
đoạn nhỏ ds (coi n không đổi trên mỗi đoạn ds):
B
A
L = nds


9. Nguyên lý Fermat
Giữa hai điểm A, B ánh sáng sẽ truyền theo con
đường nào mà quang lộ cực trị (cực đại, cực tiểu,
không đổi).
Theo biểu thức t=d/v: giữa hai điểm A, B ánh
sáng sẽ truyền theo con đường nào hoặc tốn ít
thời gian nhất, hoặc mất nhiều thời gian nhất
hoặc sẽ truyền theo những con đường mà thời
gian bằng nhau.

10. 2. Các hiện tượng quang học liên quan
đến ánh sáng
2.1.Giao thoa do các sóng kết hợp
Giao thoa sóng cơ học Giao thoa ánh sáng

12. Cấu tạo:
Nguồn sáng S đặt trước màn P có đục hai lỗ S1, S2.
Sau P đặt màn E không trong suốt S1, S2 là hai
nguồn thứ cấp.
Do S1, S2 từ một nguồn S tách ra => là hai nguồn
kết hợp => S1, S2 là các sóng kết hợp.

13. + Gương Fresnel

14. Cấu tạo: Gồm 2 gương phẳng G1, G2 đặt nghiêng
nhau một góc nhỏ  10-4 độ
Nguồn sáng S đặt trước 2 gương sẽ tạo ra hai
ảnh ảo S1, S2.
Chùm sáng xuất phát từ S phản xạ trên hai
gương đập lên màn. S1, S2 là hai nguồn kết hợp.
Màn Q chắn không cho tia sáng trực tiếp từ S
đến E.

15. b) Hiện tượng giao thoa.
+) Vị trí các cực đại, cực tiểu giao thoa.
Xét hai nguồn kết hợp S1, S2.
S1
S2
B
M
r2
r1

16. Phương trình dao động tại S1, S2:
x(S1) = a1cost
x(S2) = a2cost
Dao động tại M:
x1 = a1cos(t - 2L1/)
x2 = a2cos(t - 2L2/)
L1, L2 là quang lộ trên đoạn đường r1, r2

17. Biên độ dao động sáng tổng hợp tại M phụ
thuộc vào hiệu số pha:
Nếu  = 2k  (L1 - L2) = k thì biên độ dao động
sáng và cường độ sáng tại M đạt cực đại.
Nếu  = (2k+1)  (L1 - L2) = (2k+1)/2
thì biên độ dao động sáng và cường độ sáng tại M
đạt cực tiểu. k = 0, ±1, ±2, ±3, …
 
1 2
2π
Δφ = L - L
λ

19. Hình dạng và vị trí vân giao thoa
S1
S2
E
S1
S2

20. 2.2. Ứng dụng hiện tượng GTAS
a) Sự khử phản xạ các mặt kính
b) Kiểm tra các mặt kính phẳng hoặc lồi
c) Đo chiết suất của chất lỏng và chất khí
- Giao thoa kế Rayleigh
d) Đo chiều dài-Giao thoa kế Michelson
e) Giải thích màu sắc các vật

21. 2.3. Nhiễu xạ ánh sáng.
Nhiễu xạ qua một lỗ tròn nhỏ ở gần
a)Thí nghiệm: Nguồn
sáng O chiếu vào
bản P có khoét một
lỗ tròn. Màn E đặt //
sau P ta thu được
vệt sáng ab. Theo
định luật truyền
thẳng ánh sáng, khi
thu nhỏ lỗ tròn =>
vệt sáng ab cũng
thu nhỏ lại.
O
E
P
c
b
a

22. Thực nghiệm  thu nhỏ lỗ tròn tới một giá trị nào
đó  trên màn E xuất hiện nhiều vân tròn sáng tối
nằm xen kẽ nhau.
Tại C là sáng hay tối?
Tuỳ theo kích thước lỗ tròn và khoảng cách từ màn
quan sát đến lỗ tròn, C có thể sáng hoặc tối.
Kết luận:
Hiện tượng tia sáng bị lệch khỏi phương truyền
thẳng khi đi gần các chướng ngại vật được gọi là
hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng.

23. b
b+/2
b+4/2
∑0
∑1
∑2

O B
M4
M
R
∑4
b) Phương pháp đới cầu Fresnel.
Xét một nguồn điểm O và điểm được chiếu sáng
M. Mặt cầu S bao quanh O có bán kính R < OM.

24. Đặt MB = b. Lấy M làm tâm vẽ các mặt cầu 1, 2,
3 ... tâm M có các bán kính là: b+ /2; b+ 2/2;
b+ 3/2 ...
: bước sóng ánh sáng do nguồn S phát ra.
Các mặt cầu 0, 1, 2, 3 ...chia mặt cầu S thành
các đới gọi là đới cầu Fresnel

25. Các đới cầu có diện tích bằng nhau và bằng:
Bán kính rk của đới cầu thứ k bằng:
πRb
ΔS = λ
R + b
k
bRλ
r = k
R + b

26. Theo nguyên lý Huy ghen, mỗi đới cầu có thể coi là
một nguồn thứ cấp.
Gọi ak là biên độ dao động sáng do đới cầu thứ k
gây ra tại M.
Khi k tăng  các đới cầu càng xa điểm M và góc
nghiêng  càng tăng  ak giảm. Ta có:
a1 > a2 > a3 > a4 …

27. Tuy nhiên vì khoảng cách từ các đới cầu đến M
và góc nghiêng  tăng rất chậm nên ak giảm
chậm. Một cách gần đúng:
Khi k khá lớn thì ak = 0
k k-1 k+1
1
a = (a + a )
2

28.  hai dao động sáng do hai đới cầu liên tiếp
gây ra tại điểm M sẽ ngược pha (khử lẫn nhau).
Vì M khá xa mặt S  các dao động sáng do các
đới cầu gây ra tại M có thể coi là cùng phương.
Biên độ dao động sáng tổng hợp tại M:
a = a1 – a2 + a3 – a4 + …

29. c) Nhiễu xạ qua lỗ tròn gây bởi nguồn điểm ở gần
(nhiễu xạ cầu)
Xét sự truyền ánh sáng từ O  M qua lỗ tròn AB.
Mặt cầu S tâm O tựa vào lỗ AB. Dùng M làm tâm vẽ
những đới cầu Fresnel trên mặt S.

30. Nếu lỗ tròn chứa n đới cầuBiên độ dao động
sáng tổng hợp tại M là:
a = a1- a2 + a3- …  an
+ an nếu n lẻ
- an nếu n chẵn
3 3 5
1 1
2 4
n
n-1 n
n
a a a
a a
a = + ( - a + ) + ( - a + ) +...+
2 2 2 2 2
a
2
a a
- a -
2 2




 


Nếu n lẻ
Nếu n chẵn

31. Nếu n lớn => trong ngoặc đều bằng 0 do đó:
Dấu + khi n lẻ, - khi n chẵn; Khi k khá lớn thì ak = 0
1 n
a a
a = ±
2 2
KL: Khi không có màn P hoặc khi lỗ AB có kích
thước lớn thì (vì an  0) cường độ sáng tại M là:
Nếu lỗ AB chứa lẻ đới thì cường độ sáng tại M là:
2
2 1
0
a
I = a =
4
2
1 n
0
a a
I = + > I
2 2
 
 
 

32. Cường độ sáng tại M lớn hơn khi không có màn
chắn. Khi n =1 => I = a1
2 = 4I0
M là điểm sáng.
Cường độ sáng tại M gấp 4 lần cường độ sáng
khi không có màn chắn.
Nếu lỗ tròn chứa một số chẵn đới  cường độ
sáng tại M:
(Cường độ sáng tại M nhỏ hơn khi không có màn
chắn). Khi n = 2 (vì a1  a2) => I = 0 M là điểm tối.
2
1 n
0
a a
I = - < I
2 2
 
 
 

33. Tóm lại: Điểm M có thể sáng hơn có thể tối
hơn so với khi không có màn chắn tuỳ theo
giá trị của n (tuỳ kích thước của lỗ tròn và vị
trí của màn quan sát).

34. Ánh sáng phân cực
Ánh sáng có véctơ cường độ điện trường E
không phân bố đối xứng xung quanh phương
truyền gọi là ánh sáng phân cực.
Phân cực từng phần
Tia sáng
E
2. 4. Phân cực ánh sáng và ứng dụng
Tia sáng
E
Phân cực toàn phần

35. 

i1

S
Ánh sáng
tự nhiên
N
N’
O
Không khí (1)
Thủy tinh (2)
K
i2


 P
i'1
b. Phân cực do phản xạ, khúc xạ

36. Khi góc tới i1
thay đổi thì độ
phân cực của tia
phản xạ cũng thay
đổi.
Lúc góc tới
thoả mãn điều
kiện tgi = n21 thì
tia phản xạ trở
thành tia phân
cực toàn phần.
S
I
P
K
N’
N
i
900
i - Góc Brewster

37. Lúc góc tới thoả
mãn điều kiện tgi
= n21 thì tia khúc
xạ cũng phân cực
mạnh nhất.
S
I
P
K
N’
N
i
900
i - Góc Brewster

38. 2.5. Hiện tượng phân cực quay và ứng dụng
a) Lăng kính phân cực nicol. Định luật Malus
Lăng kính phân cực nicol

39. Tia sáng qua nicol:
+ Tia O phản xạ toàn phần vì nO = 1,659 >
nnhựa = 1,549
+ Tia e: đi qua lớp nhựa không bị phản xạ
toàn phần vì theo phương truyền đã cho ne =
1,515 < nnhựa = 1,549.
Sau nicol chỉ nhận được tia e là tia sáng phân
cực toàn phần có véc tơ E dao động trong mặt
phẳng chính của nicol.

40. N1 N2
I0
Ánh sáng
tự nhiên


N1 N2
I0
Ánh sáng
tự nhiên
I0cos
Định luật Malus

41. I1 = I0cos2
Định luật Malus:
Khi cho một chùm tia sáng tự nhiên rọi qua
hai kính phân cực nicol có tiết diện chính hợp
với nhau một góc  thì cường độ sáng nhận
được tỷ lệ với cos2.

42. b) Hiện tượng phân cực quay
Thí nghiệm: Ánh sáng tự nhiên đơn sắc đi qua hai
nicol vuông góc (hai nicol có mặt phẳng tiết diện
chính vuông góc với nhau).
1 2
Ánh sáng tự nhiên
đơn sắc
Mắt
A
P
Dung dịch
đường
Hiện tượng phân cực quay

43. Định luật Biot:
Đối với ánh sáng đơn sắc nhất định, góc quay
của mặt phẳng phân cực tỷ lệ với bề dày và nồng
độ của dung dịch mà ánh sáng truyền qua.
Với dung dịch các chất quang hoạt:
  Cd
Trong đó:
C là nồng độ dung dịch
d là bề dày khối dung dịch

44. 3. Cường độ sáng, độ rọi ánh sáng và tiêu chuẩn
chiếu sáng
3.1. Cường độ sáng
• Là năng lượng phát ra từ một nguồn sáng theo
một hướng nhất định.
• 1 candela là cường độ ánh sáng mà một nguồn
sáng phát ra 1 lumen thẳng hướng trong 1 góc
đặc. Nguồn ánh sáng 1 candela sẽ phát ra 1
lumen trên diện tích 1 m2 tại khoảng cách 1m kể
từ tâm nguồn sáng.
Đơn vị 1cd = 1 lm/sr
Steradian(sr): đơn vị góc khối

45. • Cường độ ánh sáng: I = Ф/ω
• Cường độ ánh sáng lux: là đơn vị dẫn xuất được
tính cho công suất ánh sáng chiếu trên diện tích
1m2
• Mặt Trời trung bình ngày có độ rọi trong khoảng
32.000 (32klx) tới 100.000 lux (100 klx)
• Thiết bị truyền hình: chiếu sáng với độ rọi
khoảng 1.000 lux (1 klx)
• Văn phòng chiếu sáng đầy đủ với độ rọi khoảng
1.000 lux (1 klx)
• 1 Lux = 1 Lumen/m2

46. Độ rọi ánh sáng

47. Bảng : Thông số độ rọi thường gặp

48. Tiêu chuẩn chiếu sáng
• Môi trường ánh sáng: có cảm giác dễ chịu,
đặc tính thị giác, có khả năng thực hiện
công việc thị giác, nhanh và chính xác
• Các thông số chính: sự phân bố độ chói, độ
rọi, sự chói lóa, hướng chiếu sáng, màu sắc
của ánh sáng và bề mặt chiếu sáng, sự
nhấp nháy, ánh sáng ban ngày, độ duy trì.

49. • Phân bố độ chói: giúp cho nhìn chính xác, độ
nhạy tương phản, hiệu quả của các chức năng
thị giác
• Cần tránh: độ chói quá cao sẽ gây chói lóa,
tương phản độ chói quá lớn sẽ gây mỏi mắt vì
mắt thường xuyên phải thích nghi lại, môi
trường có độ rọi và độ tương phản quá thấp sẽ
gây ức chế khi làm việc

50. • Độ rọi
Các giá trị hợp lý cho điều kiện làm việc thị giác
bình thường và tính tới các yếu tố sau: - các yêu
cầu đối với công việc thị giác - an toàn - các khía
cạnh tâm - sinh lý như tiện nghi thị giác và dễ
chịu - tiết kiệm - kinh nghiệm thực tế
Bảng : Giá trị độ rọi thường gặp

51. Hướng dẫn học
• Ghi nhớ các định luật quang hình và đường đi
của ánh sáng, giáo trình Vật lý đại cương, Lương
Duyên Bình T3, NXB GD.
• Các hiện tượng quang học liên quan đến ánh
sáng, giáo trình Vật lý đại cương, Lương Duyên
Bình T3, NXB GD.
• Cường độ sáng, độ dọi ánh sáng và tiêu chuẩn
chiếu sáng……

52. Câu hỏi ôn tập
1. Điều kiện giao thoa ánh sáng? Điều kiện để xảy ra
hiện tượng giao thoa bằng gương Fresnel?
2. Nhiễu xạ ánh sáng là gì? Trình bày được phương
pháp đới cầu Fresnel qua một lỗ tròn nhỏ ở gần?
3. Thế nào là ánh sáng phân cực, điều kiện để tia
phản xạ là ánh sáng phân cực toàn phần?
4. Vai trò của hiện tượng phân cực ánh sáng trong
thiết bị phân cực kế?
5. Nêu các thông số chính trong tiêu chuẩn chiếu
sáng?

53. Thank you

54. n21 > 1: i2 < i1 mt2 chiết quang hơn mt1
n21 < 1: i2 > i1 mt2 kém chiết quang hơn mt1
c
n =
v
1
21
2
v
n =
v
Chiết suất tuyệt đối:
Chiết suất tương đối:
Dạng đối xứng của định luật Đềcác:
<=> n1sin i1 = n2sini2
1 2
21
2 1
sini n
= n =
sini n

55. Quang học cơ bản cho ta biết rằng độ từ thẩm
và độ điện thẩm có liên quan trực tiếp đến
chiết suất
n = εμ
Hệ thức này cho thấy mối liên hệ giữa tính
chất điện và từ với tính chất quang của môi
trường.

56.  Những điểm cực đại giao thoa có hiệu
quang lộ bằng một số nguyên lần bước sóng.
(L1 – L2) = k
Những điểm cực tiểu giao thoa có hiệu quang lộ
bằng một số lẻ lần nửa bước sóng.
(L1 – L2) = (2k+1)/2

57. Hình dạng và vị trí vân giao thoa
Quỹ tích những điểm sáng nhất (cực đại giao
thoa) là họ hypecboloit tròn xoay, hai tiêu điểm:
S1, S2; trục là đường S1S2.
Quỹ tích những điểm tối nhất cũng là họ
hypexboloit xen kẽ với họ mặt cực đại.
Mặt sáng cực đại là mặt phẳng trung trực của
đoạn S1S2.

58. Đặt màn E // S1S2 , vuông góc với mặt phẳng hình
vẽ => thu được hệ các vân sáng, vân tối (giao
tuyến của hai họ mặt hypecboloit nói trên với
màn E), là các vân giao thoa. Vân sáng chính giữa
là đoạn thẳng, các vân khác là các đoạn hypecbol
(khi S1S2 rất bé => hypebol là các đoạn thẳng //
cách đều nhau).

59. Nếu thay hai nguồn điểm S1, S2 bằng hai nguồn
khe hẹp  mặt phẳng hình vẽ => vị trí các vân
giao thoa không đổi nhưng hình ảnh giao thoa rõ
nét hơn
Xét trường hợp ánh sáng truyền trong không khí.
Vị trí cực đại giao thoa:
(r1 – r2) = k
Vị trí cực tiểu giao thoa:
(r1 – r2) = (2k+1)/2

60. Xác định vị trí các vân giao thoa trên màn
(BÁI TOÁN LÝ THUYẾT)
S1
S2
B
M
r1
r2
H


D
y
C
ℓ

61. Gọi khoảng cách từ vân sáng giữa đến vân sáng
thứ k là y. D là khoảng cách từ 2 khe tới màn E, ℓ =
S1S2; Kẻ S2H  r1.
Vì r1, r2 << l nên coi S2H  BM, và S1H = r1 – r2.
Vì  << nên sin ~  ~ tg.
Từ hình vẽ: r1 – r2 = S1H = ℓ.tg = ℓy/D; (tg  = y/D)
Vị trí vân sáng: (r1 – r2) = k = ℓy/D => y = kD/ℓ
Vị trí vân tối: (r1 – r2) = (2k+1)/2 = ℓy/D
y = (2k + 1) D/2ℓ

62. => các vân sáng, vân tối nằm xen kẽ nhau.
Khoảng cách giữa hai vân sáng liên tiếp là
i = D/ℓ
i : bề rộng vân giao thoa
: bước sóng ánh sáng
Khoảng cách giữa hai vân tối liên tiếp cũng là i
Khoảng cách giữa vân sáng và vân tối cạnh nhau là
D/2ℓ