Giải bài tập Vật lý 11 Bài 26: Khúc xạ ánh sáng

PHAN HAI. QUANG HÌNH HỌC
Chương VI: KHÚC xẹ ÁNH SÁNG
§26. KHÚC XẠ ÁNH SÁNG
A/ KIEN THUC cơ BÂN
Sự khúc xạ ánh sáng
1. Hiện tượng khúc xạ ánh sáng:
Là hiện tượng lệch phương 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 và ở bên kia pháp tuyến so với tia tới.
Với hai môi trường trong
suốt nhất định, tỉ sô' giữa sin
góc tới (sini) và sin góc khúc
xạ (sinr) luôn không đổi
sini , .	
-7— = hăng sỗ sinr
II. Chiết suất của môi trường
1. Chiết suâ't tỉ đôi:
Chiết suâ't tỉ đối của môi trường (2) chứa tia khúc xạ đôi với môi trường (1) (chứa tia tới) được tính bằng công thức:
sini
n2i =
sinr
Nếu n21 > 1 thì r < i. Tia khúc xạ lệch lại gần pháp tuyến hơn. Ta bảo môi trường (2) chiết quang hơn môi trường (1).
Nếu n2i i. Tia khúc xạ bị lệch xa pháp tuyến hơn. Ta bảo môi trường (2) chiết quang kém hơn môi trường (1).
Chiết suât tuyệt đôi:
Chiết suất tuyệt đô'i của một môi trường là chiết suất tỉ đô'i của môi trường đó đô'i với chân không. Chiết suất tuyệt đô'i thường được gọi tắt là chiết suất.
Mọi môi trường trong suô't đều có chiết suất tuyệt đối lớn hơn 1.
Công thức liên hệ giữa chiết suất tỉ đôi và chiết suâ't tuyệt đô'i của 2
môi trường trong suốt.
ni
Với n2i là chiết suất tỉ đốì của môi trường (2) đô'i với môi trường (1) n2 là chiết suất tuyệt đô'i của môi trường (2) n] là chiết suất tuyệt đô’i của môi trường (1)
Vậy công thức của định luật khúc xạ ánh sáng có thể viết theo dạng
đối xứng: .	ii]SÌni = n2sinr
Tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng:
“Nếu ánh sáng truyền đi theo đường nào thì cũng truyền ngược lại theo đường đó”.
Từ tính thuận nghịch, ta có: ní2 = ——
n21
B/ CÂU HỎI TRONG BÀI HỌC
Cp Viết công thức của định luật khúc xạ với các góc nhỏ (< 10°)
C2. Áp dụng định luật khúc xạ cho trường hợp i = 0°. Kết luận.
C3. Hãy áp dụng công thức của định luật khúc xạ cho sự khúc xạ liên tiếp vào nhiều môi trường có chiết suât lần lượt là ni, n2,	11,1 và có các mặt phân cách song song với
nhau. Nhận xét.
sini _ n2 sinr n,
= n2i => sini = n2i.sinr
Hướng dẩn giải
Cp Công thức định luật khúc xạ:
KJhi góc i và r nhỏ hơn 10", công thức được viết là: i = n21.r c2. Khi i = 0° thì theo công thức n[Sini = n2sinr, ta có sinr = 0 => r = oũ
Kết luận: Tia sáng truyền vuông góc với mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt thì truyền thẳng.
c3. Cho tia sáng
truyền vào nhiều môi trường có chiết suất lần lươt
nt ■■
\il
□
nb n2, n3, ..., n„, có các mặt phân cách song song với
n2
ri = i2
nhau (hình 26.1)
n,3
\Ĩ3
r2 - 1.3
"ì
n3sinr2
Hình 26.1
Ap dụng công thức định luật khúc xạ
ntsinii = n2sinri n2sini2 = n3sinr2
Vì i2 = ri nên: => n2sinri = Tương tự:
n3sinr2 = n4sinr3
lìiSÌni] = n2sinri = n3sinr2 = n4sinr3
C/ CAU HÕI VA BAI tạp	sau bài học
Thế nào là hiện tượng khúc	xạ ánh sáng. Phát biểu định luật	khúc xạ ánh	sáng.
Chiết suất tỉ đối n2i của môi	trường (2) đối với mòi trường (1)	là gì?
Chiết suàt (tuyệt đô’i) n của	một môi trường là gì? Viết công	thức liên	hệ	giữa	chiết suât tỉ
đô'i và chiết suât tuyệt đô'i?
Theo cõng thức cúa định luật khúc xạ ánh sáng, trường hợp nào không có hiện tượng khúc xạ?
Thế nào là tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng?
Chứng tỏ:
ni2 =
1
Nước có chiết suất là n =	. Chiết suất của không khí đối với nước là bao nhiêu?
Một tia sáng truyền đến mặt thoáng của nước. Tia này cho một tia phán xạ ở mặt thoáng và một tia khúc xạ.
Người ta vẽ các tia sáng này quên ghi lại chiều truyền trong hình 26.7. Tia nào dưới đây là tia tới?
tia S]I.
tia S2I. c. tia S3I.
D. tia Sil; S2I; S3I đều có thế là tia tới.
Tia sáng truyền từ nước và khúc xạ ra không khí. Tia khúc xạ và tia phàn xạ ở mặt nước vuông
góc với nhau. Nước có chiết suất là n =	. Góc tói của tia sáng là bao nhiêu (tính tròn số)?
A. 37°	B. 42°.	c. 43°	D. Một giá trị khác A, B, c.
Có ba môi trường trong suốt ©, ®, ®. Với cùng góc tới i, một tia sáng khúc xạ như hình 26.8
khi truyền từ © vào © và từ © vào ©.
Vần với góc tới i, khi tia sáng truyền từ © vào ® thì góc khúc xạ là bao nhiêu (tính tròn số)?
37°
D. Không tính được.
31°. c. 38°
TỂ
Một cái thước được cám thẵng đứng vào bình nước đáy phăng, ngang. Phần thước nhô khỏi mặt nước cao 4cm. Chếch ở trên có một ngọn đèn. Bóng cúa thước trên mặt nước dài 4cm và ở đáy binh dài 8cm.
Tính chiều sâu của nước. Chiết suất của nước là — .
3
Một tia sáng được chiếu đến điểm giữa mặt trên một khôi lặp phương trong suốt, chiết, suất n = 1,50 (hình 26.9). Tìm góc tới i lớn nhất để tia khúc xạ vào trong khối còn gặp mặt đáy.
Hình 26.9
®" Hướng dẫn giải
Hiện tượng khúc xạ ánh sáng: xem SGK Định luật khúc xạ ánh sáng: xem SGK
Chiết suất tỉ đõì n21 của môi trường (2) đôi với môi trường (1) là tỉ số giữa
sin góc tới (sini) và sin góc khúc xạ (sinr)
si ni n2i =	.
sinr
Chiết suất tuyệt đối của một môi trường là chiết suất tỉ đối của môi trường đó đôi với chân không.
Hệ thức liên hệ giữa chiết suất tỉ đối và chiết suất tuyệt đốì. n,
n21
n,
sini
Theo công thức định luật khúc xạ: —— = n21
sinr
Trường hợp i = 0 thì không có hiện tượng khúc xạ, tia sáng truyền thẳng.
Tính thuận nghịch của chiều truyền ánh sáng là: ánh sáng truyền đi theo đường nào thì cũng truyền ngược lại theo đường đó.
Khi ánh sáng truyền từ môi trường (1) sang môi trường (2) sini
sinr
= n21
(1)
Khi ánh sáng truyền từ môi trường (2) sang môi trường (1), thì theo tính thuận nghịch của chiều truyền ánh sáng, ánh sáng sẽ truyền ngược lại theo đường cũ nên:
sinr n, sini n.,
- = n(2
(2)
(1) và (2) suy ra: n2i = ——
Chiết suất cùa không khí đỗi với nước là
^kk/nưức “
nkk = 1
6. B. Vì tia tới và tia khúc xạ phải nằm ở hai bên của pháp tuyến (hình 26.2)
n ...	4
A. Xem hình 26.3
Áp dụng định luật khúc xạ:	Hình 26.3
sini	n2 _ 1 _ 3
sinr	Iij 4	4
3
=> sini = — sinr = — ,sin(-r — i) = — cosi 4	4	2	4
=> tgi = ậ => i = 37°
4
D. Xem hình 26.4
Áp dụng công thức định luật khúc xạ
• 	 ^2 „• , A cO ^2 llọ
sini = — sin45 =	-. —
Iij	2 nj
sini = — sin30° = Ị.2l = ệ.ĨL => 5l . nj	2 nj 2 Iij n2
Khi chiếu ánh sáng từ môi trường (2) vào (3)
• Ho •	/77
sini = — sinr = V2 sinr n2
Bóng của thước trên mặt nước: HI = 4cm SH = HI = 4cm
=> i = 45°
Áp dụng định luật khúc xạ:
4
sini n2 _ 3 4 sinr nt 1 3
=> sinr = — sini = — Sin45
4
r = 32°
4 3V2 8
Bóng của thước ở đáy: KJ = 8cm => NJ = 4cm Xét tam giác: AINJ, ta có:
NJ
IN =
NJ
- 6,4cm
tgr tg32°
Vậy chiều sâu của nước trong bình là 6,4cm 10. Áp dụng định luật khúc xạ
sini - l,5sinr	(1)
Trong tam giác AIHJ
HJ	HJ
sinr -
SUIT =
IJ " 7lH2 + HJ2 HJ _	1
7a2 + HJ2 "
HJ2
Để tia sáng còn gặp mặt đáy thì: HJ <
+ 1
(1)
=> HJ2 
2
sim =
1,5
HJ2
HJ2
a- ,	1,5
a
9	+	1
HJ2
HJ2
sim
+ 1 > 3
- > 73
sini < ^7= = 0,866 73
i imax = 60°
tgr = g IN