Giải Vật Lý 11 Bài 26. Khúc xạ ánh sáng

  • Bài 26. Khúc xạ ánh sáng trang 1
  • Bài 26. Khúc xạ ánh sáng trang 2
  • Bài 26. Khúc xạ ánh sáng trang 3
  • Bài 26. Khúc xạ ánh sáng trang 4
  • Bài 26. Khúc xạ ánh sáng trang 5
  • Bài 26. Khúc xạ ánh sáng trang 6
Phần hai.	QUANG HỈNH HỌC
Chương VI.	KHÚC XẠ ÁNH SÁNG
§26. KHÚC XẠ ÁNH SÁNG
A. KIẾN THỨC CẦN NẮM VỮNG
Khúc xạ ánh sáng
Hỉện tượng khúc xạ ảnh sáng
Là một 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 khác xạ ánh sáng
Tia khúc xạ nằm trong mặt phảng tới và ở 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 smi = hằng số
sinr
II. Chiết suất của môi trường
Chiết suất tỉ đối
Chiết suất tỉ đôi của môi trường (2) chứa tia khúc xạ đôi với môi trường (1) (chứa tia tới) được tính bằng công thức: n2i = sim
sinr
Nếu n2i > 1 thì r < i. Tia khúc xạ lệch lại gần pháp tuyêh hơn. Ta bảo môi trường (2) chiết quang hơn môi trường (1)
Nếu n2X i. Tia khúc xạ bị lệch xa pháp tuyêh hơn. Ta bảo môi trường (2) chiết quang kém hơn môi trường (1).
Chiết suất tuyệt đối
Chiết suất tuyệt đốì của một môi trường là chiết suất tỉ đốì của môi trường đó đốì với chân không. Chiết suất tuyệt đôi thường được gọi tắt là chiết suất.
Mọi môi trường trong suốt đều có chiết suất tuyệt đốì lớn hơn 1.
Công thức liên hệ giữa chiết suất tỉ đôi và chiết suăt tuyệt dối của 2 môi trường trong suốt.
Với:	n2i là chiết suất của môi trường (2) đôì với môi trường (1)
n2 là chiết suất tuyệt đối của môi trường (2)
ni là chiết suất tuyệt đốì của môi trường (1)
Vậy công thức của định luật khúc xạ ánh sáng có thể viết theo dạng đôi xứng: niSÍni = 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: ni2 = —
n2i
B. CÂU HỎI VẬN DỤNG
Cl. Viết công thức của định luật khúc xạ với các góc nhỏ (< 10°)
Hướng dẫn
Ta có công thức: niSÍni = n2SÍnr
Với các góc nhỏ thì i * sini và r « sinr
Công thức trở thành: Hi.i = n2.r
C2. Áp dụng định luật khúc xạ cho trường hợp i = 0°. Kết luận.
Hướng dẫn
Vì ni và n2 khác 0, khi i = 0 thì sini = 0 => sinr = 0 và r = 0
Kết luận: Tia sáng truyền vuông góc với mặt phân cách giữa hai môi trường thì truyền thẳng, không bị gãy khúc (tức không bị khúc xạ).
C3. Hãy áp dụng công thức của định luật khúc xạ cho sự khúc xạ liên tiếp vào nhiều môi trường có chiết suất n1; n2,... nn và có các mặt phân cách song song với nhau. Nhận xét.
Hướng dẫn
Xét ánh sáng truyền lần lượt từ môi trường (1) sang (2), sang (3) ... mối cùng là n.
Với môi trường (1) và (2): niSÌnix = n2sini2
Với môi trường (2) và (3): n2sini2 = n3sini3
Với môi trường (n - 1) và (n): n(n-i)SÌni(n-i) = nnsinin
Cuối cùng ta được: nisinij = n2sini2 = n3sini3 = ...nnsinin.
Nhận xét: Có thể viết tổng quát: nsini = hằng sôi về hình thức, cách viết này giống với cách viết của các định luật bảo toàn.
c. CÂU HỎI - BÀI TẬP
Thế nào là hiện tượng khúc xạ ánh sáng? Phát biểu định luật khúc xạ ánh sáng.
Hướng dẫn
Hiện tượng 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), ở phía bên kia pháp tuyêh so với tia tới.
88	GBT VẬT LÝ 11 - CB
Với hai môi trường trong suổt nhát định, tỉ số’ giữa sin góc tới (sini) và sin góc khúc xạ (sinr) luôn không đổi: —— = hằng số.
sinr
Chiết suất tỉ đối n2i của môi trường (2) đối với môi trường (1) là gì?
Hướng dẫn
Khi ánh sáng truyền từ môi trường (1) dưới góc tới i sang môi trường
(2) dưới góc khúc xạ r. Đại lượng không đổi n2 = gọi là chiết suất tỉ sinr
đối của môi trường (2) đôi với môi trường (1).
Chiết suất tuyệt đối của môi trường là gì? Viết hệ thức liên hệ giữa chiết suất tỉ đôì và chiết suất tuyệt đối.
Hưởng dẫn
Chiết suất tuyệt đối của một môi trường là chiết suất tỉ đối của môi trường so với chân không; ni và n2 là chiết suất tuyệt đối của môi trường (1) và (2).
Ỵl
Hệ thức liên hệ : n21 = —.
"i
Theo công thức của định luật khúc xạ ánh sáng, trường hợp nào không có hiện tượng khúc xạ ?
Hướng dẫn
Theo công thức của định luật khúc xạ ánh sáng niSÌni = n2sinr.
Vì ni và n2 khác 0, khi i = 0 thì sini = 0 => sinr = 0 và r = 0
Vậy, tia sáng truyền vuông góc với mặt phân cách giữa hai môi trường thì truyền thẳng, không bị gãy khúc (tức không bị khúc xạ).
Thế nào là tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng?
Chứng tỏ ni2 = —ỉ—
n2i
Nước có chiết suất là Ỷ. Chiết suât của không khí đôi với nước là bao nhiêu?
Hưởng dẫn
Tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng: Khi ánh sáng truyền đi, nếu ánh sáng truyền theo đường nào thì cũng có thể truyền ngược lại theo đường đó.
Khi ánh sáng truyền từ môi trường (1) có chiết suất n! sang môi
, , . .	. v . .	. . sini, n,
trường (2) có chiết suẫt n2 thì: nisinii = n2sini2 => 7 . = — = n2i (1) sini2 n2
Khi ánh sáng truyền ngược từ môi trường (2) có chiết suất n2 sang môi
= n12 (2)
n2
,, X • •	• • siniọ
trường (1) cơ chiet suất ni thì: n2sini2 = niSinĨ! => .
sini1
Từ (1) và (2) suy ra ni2 = ——
n2i
* Nước có chiết suất là Ỷ, đây là chiết suất tuyệt đôi của nước.
Chiết suất tuyệt đối của không khí là 1 nên chiết suất tỉ của không khí đôi với nước là — = —.
4	4
Một tia sáng truyền đến mặt thoáng của nước. Tia này cho một tia phản xạ ở mặt thoáng và một tia khúc xạ.
Người ta vẽ các tia sáng này quên ghi lại chiều truyền trong hình 26.1. Tia nào dưới đây là tia tới?
Tia S1I.
Tia S2I.
c. Tia S3I.
D. Tia S1I; S2I; S3I đều có thể là tia tới.
Hướng dẫn
Chọn câu B. Chỉ có tia S2I mới là tia tới.
Tia sáng truyền từ nước ta không khí. Tia khúc xạ và tia phản xạ vuông góc với nhau. Nước có chiêt suất là -T. Góc tới của tia sáng là bao
3
nhiêu (tính tròn sổ):
B. 42°.
D. Một giá trị khác A, B, c.
Hướng dẫn
A. 37°.
Hình 26.2
c. 53°.
Chọn câu A.
Trên hình 26.2 là đường đi của tia sáng.
Theo định luật khúc xạ: nsini = sinr
Ta có i’ + r = 90° => sinr = cosi.
37°.
13
Từ đó suy được tani = — = -7 n 4
Có ba môi trường trong suốt (1), (2), (3). Với cùng góc tới i, một tia sáng khúc xạ như hình 26.3 khi truyền từ (1) và (2) và từ (1) vào (3). vẫn với góc tới i, khi tia sáng truyền từ (2) vào (3) thì góc khúc xạ là bao nhiêu (tính tròn số’).
A. 22°.
c. 38°.
B. 31°.
D. Không tính được.
Hướng dẫn
Chọn câu D.
ự2
Khi truyền từ (1) vào (2): njsini = n2=sin° = n2 2
Khi truyền từ (1) vào (3): nrsini = n3sin30° = 7?n3
2
(1)
(2)
Từ (1) và (2) => ^-n2=ịn3=>	= >/3
2	2 n2
Khi truyền từ (2) vào (3): n2sini = n3sinr => smi = sinr
Từ biểu thực này chưa thể tính được góc r.
9. Một cái thước được cắm thắng đứng vào bình
nước đáy phẳng, ngang. Phần thước nhô khỏi mặt nước cao 4cxn. Chếch ở phía trên có một ngọn đèn. Bóng của thước trên mặt nước dài 4cm và ở đáy bình dài 8cm. Tính chiều sâu của nước trong bình (nước có chiết suất ).
3
Hướng dẫn
Trên hình 26.4: AB là chiều dài thước, c là giao điểm giữa thước với mặt nước. Ta có: góc tới i = 45°.
Theo định luật khúc xạ ánh sáng:
3V2
8
sini = — sinr => sinr =
3
Chú ý:
. HK 4 3V2 sinr = —— = —— ———
IK IK 8
Phần trước ngập trong nước: CB = IH = VlK2 - KH2
16^2
3
16^2
3
- 42 = 0,4cm
10. Một tia sáng được chiếu đến điểm giữa của mặt trên một khôi lập phương trong suốt, chiết suất 1,50 (hình 26.5). Tìm góc tới i lớn nhất đế tia khúc xạ vào trong khối còn gặp mặt đáy của khối.
Hướng dẫn
Gọi a là cạnh của hình lập phương (hình 26.6).
Vì điểm tới I nằm chính giữa mặt trên của khôi lập phương nên góc khúc xạ lớn nhất để tia khúc xạ còn gặp mặt đáy ứng với trường hợp tia tới nằm trong mặt phẳng chéo của hình lập phương.
Ta có: sini = nsinr
aự2
Chú ý rằng tanr = _	=> r ~ 36°
Hỉnh 26.6	2.a
sini = l,5sin36° = 0,865 => i = 60°