1. Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng
i: góc tới
r: góc khúc xạ
n1: chiết suất của môi trường chứa tia tới
n2: chiết suất của môi trường chứa tia khúc xạ
Ví dụ 1
Viết công thức củađịnh luật khúc xạ với các góc nhỏ [r =0
Kết luận: Tia sáng qua mặt phân cách của hai môi trường có phương theo phương vuông góc với mặt phân cách không bị khúc xạ.
2. Liên hệ giữa chiết suất và vận tốc ánh sáng
Trong đó:
v: vận tốc ánh sáng trong môi trường chiết suất n
c: vận tốc ánh sáng trong chân không
n: chiết suất của môi trường
Ví dụ 1:Chiết suất [ tuyệtđối] n của một số môi trường là gì? Viết hệ thức liên hệ giữa chiết suất tỉđối và chiết suất tuyệtđối.
Lời giải:
Chiết suất tuyệtđối của một môi trường là tỉ số vận tốcánh sáng c trong chân không so với vận tốcánh sáng v trong môi trườngđó.
Hệ thức liên hệ giữa chiết suất tỉđối và chiết suất tuyệtđối
Ví dụ 2: Theo công thức củađịnh luật khúc xạánh sáng, trường hợp nào không có hiện tượng khúc xạ?
Lời giải:
Công thức củađịnh luật khúc xạ: n1sin i = n2sin r
Trường hợp i = 0o =>r = 0o
* Tia sáng qua mặt phân cách của hai môi trường theo phương vuông góc với mặt phân cách không bị khúc xạ.
3. Khúc xạ qua bản mặt song song
- Bản mặt song song là một môi trường trong suất và đồng chất giới hạn bởi hai mặt phẳng song song.
- Tính chất:
+ Tia ló song song với tia ló
+Vật thật cho ảnh ảo và vật ảo cho ảnh thật
+Vật và ảnh song song nhau và cùng độ lớn
- Đường đi của tia sáng qua bản mặt song song như hình vẽ
Độ dời ngang của tia sáng [khoảng cách giữa tia tới và tia ló]
Trong đó:
e: độ dày của bản mặt song song
Độ dời ảnh qua bản mặt song song
4. Khúc xạ qua lưỡng chất cầu và qua khối cầu
+ Nếu mặt phân cách hai môi trường là hình cầu thì pháp tuyến là đường thẳng nối điểm tới và tâm cầu.
+ Áp dụng các công thức về khúc xạ giải bình thường.
5. Bài tập khúc xạ ánh sáng:
Bài tập 1: Tia sáng đi từ nước có chiết suất 4/3 sang thủy tinh có chiết suất 1,5. Tính góc khúc xạ và góc lệch D tạo bởi tia khúc xạ và tia tới, biết góc tới i = 30o.
Lời giải
Bài tập 2: Tia sáng truyền trong không khí tới gặp mặt thoáng của chất lỏng có chiết suất. Ta được hai tia phản xạ và khúc xạ vuông góc với nhau. Tính góc tới.
Lời giải
Bài tập 3: Một cây cọc dài được cắm thẳng đứng xuống một bể nước chiết suất 4/3. Phần cọc nhô ra ngoài mặt nước là 30 cm, bóng của nó trên mặt nước dài 40 cm và dưới đáy bể nước dài 190 cm. Tính chiều sâu của lớp nước.
Lời giải
Bài tập 4:Khi một tia sángđi từ môi trường này sang môi trường khác, chiết suất tỉđối của hai môi trường cho ta biết gì vềđườngđi của tia sángđó?
Lời giải:
Khi một tia sángđi từ môi trường [1] này sang môi trường [2], chiết suất tỉđối của hai môi trường n21cho ta biết:
+ Nếu n21> 1 thìđườngđi của tia khúc xạ trong môi trường [2]đi gần pháp tuyến của mặt phân cách hơn tia tới.
+ Nếu n21< 1 thìđườngđi của tia khúc xạ trong môi trường [2]đi xa pháp tuyến của mặt phân cách hơn tia tới
Mách nhỏ phụ huynh
"CHÍNH SÁCH ƯU VIỆT "
1. Học Thử 1-3 Buổi Free [ Không thu học phí nếu học sinh không tiến bộ]. 2. Tìm Gia sư Miễn phí! 3. Đổi ngay Gia sư nếu gia đình không hài lòng!
4. Gia sư Giỏi có hồ sơ lý lịch rõ ràng [Bằng TN, CMND, Thẻ GV, SV,...].
----o0o----
Xem thêm >>
Chi tiết >>
Với Các dạng bài tập Khúc xạ ánh sáng chọn lọc có đáp án chi tiết Vật Lí lớp 11 tổng hợp các dạng bài tập, 60 bài tập trắc nghiệm có lời giải chi tiết với đầy đủ phương pháp giải, ví dụ minh họa sẽ giúp học sinh ôn tập, biết cách làm dạng bài tập Khúc xạ ánh sáng từ đó đạt điểm cao trong bài thi môn Vật Lí lớp 11.
Lý thuyết Khúc xạ ánh sáng
1. Sự khúc xạ ánh sáng
a] Hiện tượng khúc xạ ánh sáng
Khúc xạ ánh sáng là hiện tượng lệch phương [gãy] của các tia sáng khi truyền xiên góc qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt khác nhau.
Ta có: SI là tia tới.
I là điểm tới.
N’IN là pháp tuyến với mặt phân cách tại I.
IR là tia khúc xạ.
IS’ là tia phản xạ.
i là góc tới, r là góc khúc xạ.
b] Định luật khúc xạ ánh sáng
- Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới [tạo bởi tia tới và pháp tuyến] và ở phía bên kia pháp tuyến so với tia tới.
- Với hai môi trường trong suốt nhất định, tỉ số giữa sin góc tới [sini] và sin góc khúc xạ [sinr] luôn không đổi:
2. Chiết suất của môi trường
a] Chiết suất tỉ đối
Tỉ số không đổi
+ n21 > 1 thì r < i: Tia khúc xạ bị lệch lại gần pháp tuyến hơn. Ta nói môi trường [2] chiết quang hơn môi trường [1].
+ n21 < 1 thì r > i: Tia khúc xạ bị lệch xa pháp tuyến hơn. Môi trường [2] chiết quang kém môi trường [1].
b] Chiết suất tuyệt đối
- Chiết suất tuyệt đối [thường gọi tắt là chiết suất] của một môi trường là chiết suất tỉ đối của môi trường đó đối với chân không.
+ Chiết suất của chân không là 1.
+ Chiết suất của không khí gần bằng 1.
+ Các môi trường trong suốt khác đều có chiết suất tuyệt đối lớn hơn 1.
- Hệ thức giữa chiết suất tỉ đối và chiết suất tuyệt đối:
Trong đó:
n1 là chiết suất tuyệt đối của môi trường [2]
n2 là chiết suất tuyệt đối của môi trường [1]
Chú ý:
- Hệ thức giữa chiết suất tỉ đối và vận tốc truyền ánh sáng trong các môi trường:
- Chiết suất của một môi trường:
Trong đó:
c = 3.108 m/s là vận tốc ánh sáng trong chân không.
v là vận tốc ánh sáng trong môi trường có chiết suất n.
- Biểu thức khác của định luật khúc xạ ánh sáng:
n1sini = n2sinr
+ Trường hợp i và r nhỏ hơn 10o thì: sini ≈ i; sinr ≈ r
Ta có: n1i = n2r
+ Trường hợp i = 0o, r = 0o thì tia sáng đi vuông góc với mặt phân cách [không xảy ra hiện tượng khúc xạ].
3. Tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng
Ánh sáng truyền đi theo đường nào thì cũng truyền ngược lại theo đường đó:
Chú ý: Tính thuận nghịch cũng biểu hiện ở sự truyền thẳng và sự phản xạ.
4. Liên hệ thực tế
Vị trí thật của những vật ở trong nước thấp hơn vị trí mà mắt ta nhìn thấy
Nhìn xuống cốc nước, ta thấy ống hút như bị gãy khúc tại mặt nước và đáy cốc dường như cao lên
Lý thuyết Phản xạ toàn phần
1. Sự truyền ánh sáng vào môi trường chiết quang kém hơn [n1 > n2]
a] Thí nghiệm
Ta cho một chùm tia sáng hẹp truyền từ khối nhựa trong suốt hình bán trụ vào trong không khí.
Thay đổi độ nghiêng của chùm tia tới [thay đổi góc tới i] và quan sát chùm tia khúc xạ ra không khí. Khi góc tới i ≥ igh tia khúc xạ không còn, toàn bộ tia sáng bị phản xạ.
b] Góc giới hạn phản xạ toàn phần
- Khi ánh sáng truyền vào môi trường chiết quang kém hơn [n1 > n2] ⇒ r > I ⇒ Chùm tia khúc xạ lệch xa pháp tuyến hơn so với chùm tia tới.
- Khi góc i tăng thì góc r cũng tăng [với r > i ]. Khi rmax = 90o thì i = igh gọi là góc giới hạn phản xạ toàn phần, còn gọi là góc tới hạn.
Ta có:
- Với i > igh: Không có tia khúc xạ, toàn bộ tia sáng bị phản xạ ở mặt phân cách. Đó là hiện tượng phản xạ toàn phần.
2. Hiện tượng phản xạ toàn phần
a] Định nghĩa
Phản xạ toàn phần là hiện tượng phản xạ toàn bộ tia sáng tới, xảy ra ở mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt.
Khi có phản xạ toàn phần thì không có tia khúc xạ.
b] Điều kiện để có phản xạ toàn phần
- Ánh sáng truyền từ một môi trường tới môi trường chiết quang kém hơn: n2 < n1
- Góc tới lớn hơn hoặc bằng góc giới hạn: i ≥ igh
3. Ứng dụng của hiện tượng phản xạ toàn phần
a] Cấu tạo
- Cáp quang là bó sợi quang. Mỗi sợi quang là một dây trong suốt có tính dẫn sáng nhờ phản xạ toàn phần.
- Sợi quang gồm hai phần chính:
+ Phần lõi trong suốt bằng thủy tinh siêu sạch có chiết suất lớn [n1].
+ Phần vỏ bọc trong suốt, bẳng thủy tinh có chiết suất n2 nhỏ hơn phần lõi.
Phản xạ toàn phần xảy ở mặt phân cách giữa lõi và vỏ làm cho ánh sáng truyền đi được theo sợi quang.
+ Ngoài cùng là một số lớp vỏ bọc bằng nhựa dẻo để tạo cho cáp độ bền và độ dai cơ học.
b] Công dụng
- Dung lượng tín hiệu lớn.
- Nhỏ và nhẹ, dễ vận chuyển, dễ uốn.
- Không bị nhiễu bởi các bức xạ điện từ bên ngoài, bảo mật tốt.
- Không có rủi ro cháy [vì không có dòng điện].
c] Ứng dụng của cáp quang
Trong công nghệ thông tin, cáp quang được dùng để truyền thông tin, dữ liệu dưới dạng tín hiệu ánh sáng.
∗ Ứng dụng hiện tượng phản xạ toàn phần
Lý thuyết Tổng hợp chương Khúc xạ ánh sáng
1. Khúc xạ ánh sáng
- Khúc xạ ánh sáng là hiện tượng lệch phương [gãy] của các tia sáng khi truyền xiên góc qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt khác nhau.
- Định luật khúc xạ ánh sáng
+ Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới [tạo bởi tia tới và pháp tuyến] và ở phía bên kia pháp tuyến so với tia tới.
+ Với hai môi trường trong suốt nhất định, tỉ số giữa sin góc tới [sini] và sin góc khúc xạ [sinr] luôn không đổi:
- Tỉ số
- Chiết suất tuyệt đối [thường gọi tắt là chiết suất] của một môi trường là chiết suất tỉ đối của môi trường đó đối với chân không.
- Hệ thức giữa chiết suất tỉ đối và chiết suất tuyệt đối:
Chú ý:
- Hệ thức giữa chiết suất tỉ đối và vận tốc truyền ánh sáng trong các môi trường:
- Chiết suất của một môi trường:
c = 3.108 m/s là vận tốc ánh sáng trong chân không.
- Biểu thức khác của định luật khúc xạ ánh sáng: n1sini = n2sinr
- Ánh sáng truyền đi theo đường nào thì cũng truyền ngược lại theo đường đó:
2. Phản xạ toàn phần
- Góc giới hạn phản xạ toàn phần
- Phản xạ toàn phần là hiện tượng phản xạ toàn bộ tia sáng tới, xảy ra ở mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt.
Khi có phản xạ toàn phần thì không có tia khúc xạ.
- Điều kiện để có phản xạ toàn phần
+ Ánh sáng truyền từ một môi trường tới môi trường chiết quang kém hơn: n2 < n1
+ Góc tới lớn hơn hoặc bằng góc giới hạn: i ≥ igh
- Ứng dụng: Cáp quang [sử dụng trong công nghệ thông tin, y học, nghệ thuật, làm đồ trang sức …]