Microsoft word CHUYÃ−N ä’ổ 5 sá»° KHÃıC xẀ ÆNH SÆNG

Microsoft Word CHUYÃ−N Ēổ 5 Sá»° KHÃıC XẀ ÆNH SÆNG doc Phần 1 Chuyên đề 5 SỰ KHÚC XẠ ÁNH SÁNG A TÓM TẮT KIẾN THỨC I SỰ KHÚC XẠ ÁNH SÁNG 1 Định nghĩa Sự khúc xạ ánh sáng là hiện tượng tia sáng đ[.]

Phần Chuyên đề 5: SỰ KHÚC XẠ ÁNH SÁNG A TÓM TẮT KIẾN THỨC I SỰ KHÚC XẠ ÁNH SÁNG Định nghĩa: - Sự khúc xạ ánh sáng tượng tia sáng đổi phương truyền từ môi trường suốt sang môi trường suốt khác Định luật khúc xạ ánh sáng - Tia khúc xạ nằm mặt phẳng tới bên pháp tuyến so với tia tới - Đối với cặp môi trường suốt định: sin i n2   n21 sin r n1 (5.1) Hay n1 sin i  n2 sin r + n1 , n2 chiết suất tuyệt đối môi trường 2: n21 chiết suất tỉ đối môi trường môi trường + n2  n1  n21  1 : môi trường chiết quang môi trường + n2  n1  n21  1 : môi trường chiết quang môi trường + n c n v   (v vận tốc ánh sáng môi trường, c  3.108  m/s  vận tốc ánh sáng v n2 v1 chân không) II SỰ PHẢN XẠ TỒN PHẦN Định nghĩa Sự phản xạ tồn phần tượng toàn tia tới bị phản xạ trở lại môi trường cũ gặp mặt phân cách hai môi trường suốt Điều kiện để có phản xạ tồn phần - Mơi trường tới phải chiết quang môi trường khúc xạ  n1  n2  - Góc tới phải lớn góc giới hạn phản xạ tồn phần: i  igh , với: sin igh  n2  n2  n1  n1 (5.2) III LƯỠNG CHẤT PHẲNG Định nghĩa Lưỡng chất phẳng cặp môi trường suốt, đồng tính, ngăn cách mặt phẳng Ảnh vật qua lưỡng chất phẳng - Sự tạo ảnh vật qua lưỡng chất phẳng tuân theo định luật khúc xạ ánh sáng - Ảnh vật ln có chất khác nhau: vật thật - ảnh ảo; vật ảo - ảnh thật Công thức lưỡng chất phẳng Với chùm tia sáng hẹp: HS HS   n1 n2 (5.3) ( HS khoảng cách từ vật S đến mặt phẳng phân cách, HS  khoảng cách từ ảnh S  đến mặt phân cách; n1 chiết suất môi trường tới, n2 chiết suất môi trường khúc xạ) Hay d1 d   0 n1 n2  5.3 (với d  HS , d   HS  ; d  : vật thật; d  : vật ảo; d   : ảnh thật; d   : ảnh ảo) IV BẢN MẶT SONG SONG Định nghĩa Bản mặt song song môi trường suốt, đồng tính, giới hạn hai mặt song song đặt (hoặc hai) mơi trường có chiết suất khác Đặc điểm ảnh qua mặt song song - Sự tạo ảnh vật qua mặt song song tuân theo định luật khúc xạ ánh sáng - Ảnh vật ln có chất khác nhau: vật thật - ảnh ảo; vật ảo - ảnh thật - Ảnh bị dời theo chiều truyền ánh sáng so với vật  n  1 Công thức mặt song song  1 Khoảng cách vật - ảnh: SS   e 1    n (5.4) ( e bề dày, n chiết suất tỉ đối chất làm với môi trường đặt bản)  1 Hay d  d   e 1    n  5.4 (với d  HS , d   HS  ; d  : vật thật; d  : vật ảo; d   : ảnh thật; d   : ảnh ảo) V LĂNG KÍNH Định nghĩa Lăng kính khối chất suốt, đồng tính, hình lăng trụ đứng có tiết diện thẳng hình tam giác: - Hai mặt lăng kính dùng nên mài nhẵn gọi hai mặt bên  AB, AC  ; mặt đáy  BC  khơng dùng đến nên sần sùi bơi đen - Góc nhị diện A tạo hai mặt bên gọi góc chiết quang A - Chiết suất tỉ đối chất làm lăng kính mơi trường đặt lăng kính gọi chiết suất lăng kính Ta xét trường hợp n  Đường tia sáng qua lăng kính Trường hợp n  , tia tới từ đáy lăng kính lên tia ló lệch đáy nhiều tia tới Công thức lăng kính: Gọi D góc lệch tia ló tia tới sin i1  n.sin r1 sin i  n sin r  2 - Tổng quát:   A  r1  r2  D  i1  i2  A - Góc nhỏ: (5.5) i1  nr1 i  nr 2   A  r1  r2  D   n  1 A  Góc lệch cực tiểu - Điều kiện: i1  i2 hay r1  r2  A - Công thức: Dmin  2i  A hay sin (5.6) A  Dmin A  n.sin 2 (5.7) VI LƯỠNG CHẤT CẦU Định nghĩa: Lưỡng chất cầu cặp môi trường suốt, đồng tính, ngăn cách mặt cầu Ảnh vật qua lưỡng chất cầu - Ảnh điểm sáng qua lưỡng chất cầu điểm sáng - Ảnh đoạn thẳng trục chính, vng góc với trục qua lưỡng chất cầu đoạn thẳng đặt trục chính, vng góc với trục Cơng thức lưỡng chất cầu - Khi thỏa điều kiện tương điểm: n1 n2 n2  n1   d d R (5.8) ( d  OS : vị trí vật, d   OS  : vị trí ảnh; d  : vật thật; d  : vật ảo; d   : ảnh thật; d   : ảnh ảo; R bán kính mặt cầu) - Khi R   : n1 n2   : công thức lưỡng chất phẳng d d VII THẤU KÍNH Định nghĩa – Phân loại - Thấu kính khối chất suốt, đồng tính giới hạn hai mặt cầu (một hai mặt mặt phẳng) Mỗi thấu kính có: + trục  xy  , vơ số trục phụ  xy  , hai tiêu diện  I , II  + quang tâm O , hai tiêu điểm F  (ảnh) F (vật), vơ số tiêu điểm phụ F1 - Có hai loại thấu kính: thấu kính hội tụ (thấu kính rìa mỏng) thấu kính phân kì (thấu kính rìa dày) Đường tia sáng qua thấu kính - Ba tia đặc biệt: + Tia tới qua quang tâm O : tia ló truyền thẳng + Tia tới song song với trục chính: tia ló (hoặc đường kéo dài tia ló) qua tiêu điểm F  (ảnh) + Tia tới (hoặc đường kéo dài tia tới) qua tiêu điểm F (vật): tia ló song song với trục - Mỗi tia bất kì: Tia tới bất kì: tia ló (hoặc đường kéo dài tia ló) qua tiêu điểm  F1 tương ứng Cơng thức thấu kính a) Quy ước: Gọi d , d , f , D vị trí vật, vị trí ảnh, tiêu cự độ tụ thấu kính; R1 , R2 bán kính mặt cầu; k độ phóng đại ảnh; n chiết suất tỉ đối chất làm thấu kính mơi trường đặt thấu kính; L khoảng chách vật - ảnh, với quy ước: + Vật thật: d  ; vật ảo: d  ; ảnh thật : d   ; ảnh ảo: d   + Thấu kính hội tụ: f  0, D  ; thấu kính phân kì: f  0, D  + Mặt cầu lồi: R  , mặt cầu lõm: R  , mặt phẳng: R   b) Công thức  1 1   D    n  1    r  R1 R2   1 1    d d f  d f f  d k     d f d f   L  d  d  (5.9) B NHỮNG CHÚ Ý KHI GIẢI BÀI TẬP  Về kiến thức kĩ Từ hệ thức: n1v1  n2 v2 hay n2 v1  ta thấy: nguyên nhân khúc xạ ánh sáng thay đổi đột ngột n1 v2 vận tốc truyền ánh sáng từ mơi trường suốt sang mơi trường suốt khác Một điểm sáng cho ảnh điểm qua lưỡng chất phẳng lưỡng chất cầu thỏa mãn điều kiện tương điểm: + Với lưỡng chất phẳng chùm tia tới hẹp + Với lưỡng chất cầu góc mở 2 mặt cầu phải nhỏ; chùm tia tới chùm tia hẹp gần song song với trục Với lưỡng chất phẳng ánh sáng từ môi trường chiết quang sang mơi trường chiết quang ảnh nâng lên gần mặt phân cách hơn; ánh sáng từ môi trường chiết quang sang mội trường chiết quang ảnh nâng xa mặt phân cách Nếu vật có dạng mặt phẳng rộng, song song với mặt ảnh vật mặt cong độ nâng anh điểm khác vật khác phụ thuộc vào phương chùm tia sáng từ điểm vào mắt  Về phương pháp giải Với dạng tập khúc xạ ánh sáng Phương pháp giải là: - Áp dụng công thức định luật khúc xạ ánh sáng cho trường hợp cụ thể: + Trường hợp tổng quát: n1 sin i  n2 sin r + Trường hợp góc nhỏ: n1i  n2 r - Một số ý: + Trường hợp chiết suất môi trường biến thiên vận dụng định luật khúc xạ ánh sáng cần: * Chia môi trường thành nhiều lớp vô mỏng theo chiều biến thiên chiết suất * Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng định luật bảo tồn tích chiết suất sin góc tương ứng: n1 sin i1  const + Cần kết hợp cơng thức hình học, cơng thức lượng giác, tính chất góc để biến đổi, tính tốn Với dạng tập phản xạ toàn phần Phương pháp giải là: - Vận dụng kiến thức: + Điều kiện để có phản xạ tồn phần: n1  n2 ; i  igh + Công thức tính góc giới hạn phản xạ tồn phần: sin igh  n2 (1 môi trường tới; môi trường khúc n1 xạ) + Công thức định luật phản xạ: i  i - Một số ý: + Khi ánh sáng từ môi trường chiết quang sang môi trường chiết quang  n1  n2  : * Nếu i  igh : tia sáng bị khúc xạ mặt phân cách hai môi trường, áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng: n1 sin i  n2 sin r * Nếu i  igh : tia sáng bị phản xạ toàn phần mặt phân cách hai môi trường, áp dụng định luật phản xạ ánh sáng: i  i + Cần kết hợp cơng thức hình học, cơng thức lượng giác, tính chất góc để biến đổi, tính tốn Với dạng tập lưỡng chất phẳng Phương pháp giải là: - Sử dụng công thức: HS HS  d d  hay   n1 n2 n1 n2 (với d  HS , d   HS  ; d  : vật thật; d  : vật ảo; d   : ảnh thật; d   : ảnh ảo; n1 chiết suất môi trường tới, n2 chiết suất môi trường khúc xạ) - Một số ý: + Đặc điểm ảnh vật qua lưỡng chất phẳng: ảnh - vật ln khác tính chất; ảnh dời theo phương thẳng đứng so với vật đoạn SS   HS   HS + Cần kết hợp với cơng thức hình học, cơng thức lượng giác, tính chất góc để biến đối, tính tốn Với dạng tập mặt song song Phương pháp giải là: - Sử dụng công thức:  1 + Khoảng cách vật - ảnh: SS   e 1    n + Độ dời ngang tia sáng: d  e sin  i  r  cos r   cos i  e.sin i 1   n  sin i   (n chiết suất tỉ đối chất làm với môi trường đặt bản) - Một số ý: + Đặc điểm ảnh vật qua mặt song song: *Ảnh - vật ln khác chất *Ảnh có độ lớn vật *Ảnh dời theo chiều truyền ánh sáng so với vật đoạn SS   n  1 + Trường hợp đặt tiếp giáp với hai môi trường suốt khác ta coi hệ tương đương với hai trường hợp sau: * Hệ gồm hai lưỡng chất phẳng ghép liên tiếp nhau: (LCP: 1, 2); (LCP: 2, 3) * Hệ gồm song song ghép với lưỡng chất phẳng: Giữa lớp tiếp xúc có lớp mơi trường mỏng có chiết suất mơi trường cịn lại: (BMSS: 1, 2, ); (LCP: 1,3) BMSS (1, 2, ) ghép LCP (1,3) Với dạng tập lăng kính Phương pháp giải là: - Sử dụng công thức lăng kính cho trường hợp cụ thể: sin i1  n sin r1 ;sin i2  n sin r2  + Góc lớn (tổng quát):  A  r1  r2 D  i  i  A  Dmin  2i  A hay sin A  Dmin A A  n sin , điều kiện: i1  i2 hay r1  r2  2 i1  nr1 ; i2  nr2  + Góc nhỏ:  A  r1  r2 D  n 1 A    - Một số ý: + Các khả xảy mặt bên thứ hai: * Để có tượng phản xạ tồn phần: r2  igh : dùng định luật phản xạ ánh sáng * Để có tia ló khỏi lăng kính: r2  igh  A  2 i1  i0 với sin i0  n.sin  A    ; sin   * Để có góc lệch cực tiểu: i1  i2 hay r1  r2  n A + n chiết suất tỉ đối chất làm lăng kính mơi trường đặt lăng kính Với dạng tập lưỡng chất cầu Phương pháp giải là: - Sử dụng công thức lưỡng chất cầu: n1 n2 n2  n1   d d R ( d  OS : vị trí vật, d   OS  : vị trí ảnh; d  : vật thật; d  : vật ảo; d   : ảnh thật; d   : ảnh ảo; R bán kính mặt cầu) - Một số ý: + Để ảnh điểm sáng qua lưỡng chất cầu điểm sáng lưỡng chất cầu phải thỏa mãn điều kiện tương điểm (về góc mở, tia sáng qua lưỡng chất cầu) + Lưỡng chất phẳng trường hợp riêng lường chất cầu R   Với dạng tập thấu kính Phương pháp giải là: 7.1 Xác định loại thấu kính, đặc điểm thấu kính hình vẽ - Vẽ ảnh: Dùng hai ba tia đặc biệt biết, lưu ý nhiều trường hợp phải dùng đến tia - Xác định loại thấu kính + Dựa vào quan hệ tia tới tia ló: Tia ló gần trục tia tới: thấu kính hội tụ; tia ló xa trục tia tới: thấu kính phân kì + Dựa vào quan hệ vật ảnh: Vật thật cho ảnh thật: thấu kính hội tụ; vật thật cho ảnh ảo lớn vật: thấu kính hội tụ, vật thật cho ảnh ảo nhỏ vật: thấu kính phân kì - Xác định đặc điểm thấu kính: + Điểm vật, điểm ảnh quang tâm O thẳng hàng + Tia tới (qua vật) song song với trục chính, tia ló có phương (qua ảnh) qua tiêu điểm F  (ảnh) + Tia tới có phương (qua ảnh) qua tiêu điểm F (vật), tia ló có phương song song với trục + Tiêu điểm I (vật) tiêu điểm F  (ảnh) đối xứng qua quang tâm O 7.2 Giải toán thấu kính cơng thức - Sử dụng cơng thức: + Độ tụ: D  1 1    n  1    f  R1 R2  ( n chiết suất tỉ đối chất làm thấu kính mơi trường đặt thấu kính; R1 , R2 bán kính.các mặt cong) + Công thức Đề-các: 1   f d d + Số phóng đại: k   d f f  d   d f d f + Khoảng cách vật - ảnh: L  d  d  - Một số ý: + Khi thấu kính giữ cố định, dời vật  d  ảnh dời  d   theo chiều dời vật: * Trước dời vật: * Sau dời vật: 1 d f f  d1   ; k1     f d1 d1 d1 f  d1 f 1   ; f d1  d d1  d  k2   f   d1  d   d1  d  f   d1  d f   d1  d  f + Khi vật giữ cố định, dời thấu kính, để xác định chiều độ dời ảnh ta cần tính khoảng cách L vật - ảnh + Khi hai vật đặt hai bên thấu kính hai vật cho hai ảnh qua thấu kính Với ảnh ta dùng cơng thức thấu kính để xác định đặc điểm ảnh (vị trí, tính chất, độ lớn, độ phóng đại ) + Khi vật đặt hai thấu kính, vật cho hai ảnh qua hai thấu kính Với ảnh ta dùng công thức thấu kính để xác định đặc điểm ảnh C CÁC BÀI TẬP VẬN DỤNG SỰ KHÚC XẠ ÁNH SÁNG 5.1 Ba môi trường suốt (1), (2), (3) đặt tiếp giáp Với góc tới i  60 : - Nếu ánh sáng truyền từ (1) vào (2) góc khúc xạ 45 - Nếu ánh sáng truyền từ (1) vào (3) góc khúc xạ 30 Hỏi ánh sáng truyền từ (2) vào (3) góc khúc xạ bao nhiêu? Bài giải - Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng cho trường hợp, ta có: + Nếu ánh sáng truyền từ (1) vào (2) sin 60 n2  sin 45 n1 (1) + Nếu ánh sáng truyền từ (1) vào (3) sin 60 n3  sin 30 n1 (2) + Nếu ánh sáng truyền từ (2) vào (3) sin 60 n3  sin x n2 (3) sin 60 sin 60 sin 30 sin 45 - Từ (1), (2) (3) suy ra:     sin 60 sin 30 sin x sin 45 sin 60  sin x     x  38 2 2 Vậy: Nếu ánh sáng truyền từ (2) vào (3) góc khúc xạ 38 5.2 Một chậu hình hộp chữ nhật đựng chất lỏng Biết AB  a; AD  2a Mắt nhìn theo phương BD nhìn thấy trung điểm M BC Tính chiết suất chất lỏng Bài giải - Khi mắt nhìn theo phương BD thấy điểm M nghĩa tia sáng từ M qua D đến mắt, hay tia tới theo phương MD tia khúc xạ theo phương BD - Theo định luật khúc xạ ánh sáng, ta có: Với: sin i  sin i sin r  n sin r n sin i MC a   MD a 2 sin r  sin BDC  BC 2a   2 BD 4a  a n   1, 27 10 Vậy: Chiết suất chất lỏng 1,27 5.3 Một gậy dài 2m cắm thẳng đứng đáy hồ Gậy nhô lên khỏi mặt nước 0,5m Ánh sáng Mặt Trời chiếu xuống hồ theo phương hợp với pháp tuyến mặt nước góc 60 ...  d tan i  d1  d tan i  d1  sin i sin r (2) sin 45? ?? 4, 52   4, 5. tan 45? ??  2,1 4, 5. tan 45? ??  2,1  1 ,5 Vậy: Chiết suất n  1 ,5 5. 8 Quả cầu suốt bán kính R có chiết suất phụ thuộc khoảng... i  60; AB  0, 5m; BH   0,  1 ,5 m -Theo định luật khúc xạ ánh sáng: sin i n sin r sin i 3  sin r     tan r  0, 855 n - Tam giác IKC cho: KC  IK tan r  1 ,5. 0, 855  1, 28 m - Tam... arctan1 ,5  56 18 Và r3  90  56 18  3342 + Từ (2) suy ra: sin 45? ?? n2    1, 29  sin 3342 0 ,54 8 Vậy: Để tia ló vng góc với tia tới n2  1, 29 - Trường hợp tia ló hợp với tia tới góc 45? ??