www thuvienhoclieu com KHÚC XẠ ÁNH SÁNG – PHẢN XẠ TOÀN PHẦN A TÓM TẮT LÝ THUYẾT 1 Khúc xạ ánh sáng + Khúc xạ ánh sáng là hiện tượng lệch phương của các tia sáng khi truyền xiên góc qua mặt phân cách g[.]
KHÚC XẠ ÁNH SÁNG – PHẢN XẠ TOÀN PHẦN A TÓM TẮT LÝ THUYẾT Khúc xạ ánh sáng + Khúc xạ ánh sáng tượng lệch phương tia sáng truyền xiên góc qua mặt phân cách hai môi trường suốt khác + Định luật khúc xạ ánh sáng: Tia khúc xạ nằm mặt phẵng tới (tạo tia tới pháp tuyến) phía bên pháp tuyến so với tia tới Với hai môi trường suốt định, tỉ số sin góc tới (sini) sin góc khúc xạ (sinr) sin i số: sin r = số sin i + Chiết suất tỉ đối: tỉ số không đổi sin r tượng khúc xạ gọi chiết suất tỉ đối n 21 sin i môi trường (chứa tia khúc xạ) môi trường (chứa tia tới):sin r = n21 + Chiết suất tuyệt đối (thường gọi tắt chiết suất) môi trường chiết suất tỉ đối mơi trường chân khơng n2 + Liên hệ chiết suất tỉ đối chiết suất tuyệt đối: n21 = n1 + Biểu thức định luật khúc xạ viết dạng khác: n 1sini = n2sinr; i r nhỏ (nhỏ 10 0) thì: n1i = n2r + Tính chất thuận nghịch truyền ánh sáng: ánh sáng truyền theo đường truyền ngược lại theo đường Theo tính chất thuận nghịch truyền ánh sáng ta có: n 12 = n21 Hiện tượng phản xạ toàn phần + Phản xạ toàn phần tượng phản xạ toàn ánh sáng tới, xảy mặt phân cách hai mơi trường suốt + Điều kiện để có phản xạ toàn phần: - Ánh sáng phải truyền từ môi trường sang môi trường chiết quang (n2 < n1) n2 - Góc tới lớn góc giới hạn: i ≥ igh; với sinigh = n1 + Cáp quang bó sợi quang Mỗi sợi quang dây suốt có tính dẫn sáng nhờ phản xạ tồn phần Sợi quang có lỏi làm thủy tinh siêu có chiết suất lớn (n 1) bao quanh lớp vỏ có chiết suất n2 nhỏ n1 Phản xạ toàn phần xảy mặt phân cách lỏi vỏ làm cho ánh sáng truyền theo sợi quang Ngoài lớp võ bọc nhựa dẻo để tạo cho cáp có độ bền độ dai học Cáp quang ứng dụng vào việc truyền thông tin với nhiều ưu điểm: dung lượng tín hiệu lớn; nhỏ nhẹ, dễ vận chuyển, dễ uốn; không bị nhiễu xạ điện từ bên ngồi; khơng có rủi ro cháy (vì khơng có dịng điện) Trong y học, người ta dùng cáp quang để nội soi B CÁC CÔNG THỨC n2 sin i + Định luật khúc xạ: sin r = n21 = n1 hay n1sini = n2sinr Trang n2 v1 c + Liên hệ chiết suất vận tốc ánh sáng: n21 = n1 = v ; n = v n2 + Góc giới hạn phản xạ tồn phần: sini = n1 ; với n < n gh C BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM I Khúc xạ ánh sáng Bài tập 1: Một bể chứa nước có thành cao 80 (cm) đáy phẳng dài 120 (cm) độ cao mực nước bể 60 (cm), chiết suất nước 4/3 Ánh nắng chiếu theo phương nghiêng góc 300 so với phương ngang Độ dài bóng đen tạo thành mặt nước ? A 11,5 (cm) B 34,6 (cm) C 63,7 (cm) D 44,4 (cm) Bài tập 2: Một bể chứa nước có thành cao 80 (cm) đáy phẳng dài 120 (cm) độ cao mực nước bể 60 (cm), chiết suất nước 4/3 Ánh nắng chiếu theo phương nghiêng góc 300 so với phương ngang Độ dài bóng đen tạo thành đáy bể là: A 11,5 (cm) B 34,6 (cm) C 51,6 (cm) D 85,9 (cm) Bài tập 3: Một điểm sáng S nằm chất lỏng (chiết suất n), cách mặt chất lỏng khoảng 12 (cm), phát chùm sáng hẹp đến gặp mặt phân cách điểm I với góc tới nhỏ, tia ló truyền theo phương IR Đặt mắt phương IR nhìn thấy ảnh ảo S’ S dường cách mặt chất lỏng khoảng 10 (cm) Chiết suất chất lỏng A n = 1,12 B n = 1,20 C n = 1,33 D n = 1,40 Bài tập 4: Cho chiết suất nước n = 4/3 Một người nhìn hịn sỏi nhỏ S mằn đáy bể nước sâu 1,2 (m) theo phương gần vuông góc với mặt nước, thấy ảnh S’ nằm cách mặt nước khoảng A 1,5 (m) B 80 (cm) C 90 (cm) D (m) Bài tập 5: Một người nhìn hịn sỏi đáy bể nước thấy ảnh dường cách mặt nước khoảng 1,2 (m), chiết suất nước n = 4/3 Độ sâu bể là: A h = 90 (cm) B h = 10 (dm) C h = 15 (dm) D h = 1,8 (m) Bài tập 6: Một người nhìn xuống đáy chậu nước (n = 4/3) Chiều cao lớp nước chậu 20 (cm) Người thấy đáy chậu dường cách mặt nước khoảng A 10 (cm) B 15 (cm) C 20 (cm) D 25 (cm) Bài tập 7: Một mặt song song có bề dày 10 (cm), chiết suất n = 1,5 đặt khơng khí Chiếu tới tia sáng SI có góc tới 450 tia ló khỏi A hợp với tia tới góc 450 B vng góc với tia tới C song song với tia tới D vng góc với mặt song song Bài tập 8: Một mặt song song có bề dày 10 (cm), chiết suất n = 1,5 đặt khơng khí Chiếu tới tia sáng SI có góc tới 450 Khoảng cách giá tia tới tia ló là: A a = 6,16 (cm) B a = 4,15 (cm) C a = 3,25 (cm) D a = 2,86 (cm) Bài tập 9: Một hai mặt song song có bề dày (cm), chiết suất n = 1,5 đặt khơng khí Điểm sáng S cách 20 (cm) Ảnh S’ S qua hai mặt song song cách S khoảng A (cm) B (cm) C (cm) D (cm) Bài tập 10: Một hai mặt song song có bề dày (cm), chiết suất n = 1,5 đặt khơng khí Điểm sáng S cách 20 (cm) Ảnh S’ S qua hai mặt song song cách hai mặt song song khoảng A 10 (cm) B 14 (cm) C 18 (cm) D 22(cm) Trang Phản xạ toàn phần Bài tập 1: 6.21 Khi ánh sáng từ nước (n = 4/3) sang khơng khí, góc giới hạn phản xạ tồn phần có giá trị là: A igh = 41048’ B igh = 48035’ C igh = 62044’ D igh = 38026’ Bài tập 2: Tia sáng từ thuỷ tinh (n = 1,5) đến mặt phân cách với nước (n = 4/3) Điều kiện góc tới i để khơng có tia khúc xạ nước là: A i ≥ 62044’ B i < 62044’ C i < 41048’ D i < 48035’ Bài tập 3: Cho tia sáng từ nước (n = 4/3) khơng khí Sự phản xạ tồn phần xảy góc tới: A i < 490 B i > 420 C i > 490 D i > 430 Bài tập 4: Một miếng gỗ hình trịn, bán kính (cm) Ở tâm O, cắm thẳng góc đinh Oa Thả miếng gỗ chậu nước có chiết suất n = 1,33 Đinh OA nước, cho OA = (cm) Mắt đặt khơng khí thấy đầu A cách mặt nước khoảng lớn là: A OA’ = 3,64 (cm) B OA’ = 4,39 (cm) C OA’ = 6,00 (cm) D OA’ = 8,74 (cm) Bài tập 5: Một miếng gỗ hình trịn, bán kính (cm) Ở tâm O, cắm thẳng góc đinh OA Thả miếng gỗ chậu nước có chiết suất n = 1,33 Đinh OA nước, cho OA = (cm) Mắt đặt khơng khí, chiều dài lớn OA để mắt không thấy đầu A là: A OA = 3,25 (cm) B OA = 3,53 (cm) C OA = 4,54 (cm) D OA = 5,37 (cm) Bài tập khúc xạ ánh sáng phản xạ toàn phần Bài tập 6: Một đèn nhỏ S đặt đáy bể nước (n = 4/3), độ cao mực nước h = 60 (cm) Bán kính r bé gỗ trịn mặt nước cho khơng tia sáng từ S lọt ngồi khơng khí là: A r = 49 (cm) B r = 53 (cm) C r = 55 (cm) D r = 51 (cm) Bài tập 7: Chiếu chùm tia sáng song song khơng khí tới mặt nước ( n = 4/3) với góc tới 450 Góc hợp tia khúc xạ tia tới là: A D = 70032’ B D = 450 C D = 25032’ D D = 12058’ Bài tập 8: Một chậu nước chứa lớp nước dày 24 (cm), chiết suất nước n = 4/3 Mắt đặt khơng khí, nhìn gần vng góc với mặt nước thấy đáy chậu dường cách mặt nước đoạn A (cm) B (cm) C 18 (cm) D 23 (cm) Bài tập 9: Một chậu đặt mặt phẳng nằm ngang, chứa lớp nước dày 20 (cm), chiết suất n = 4/3 Đáy chậu gương phẳng Mắt M cách mặt nước 30 (cm), nhìn thẳng góc xuống đáy chậu Khoảng cách từ ảnh mắt tới mặt nước là: A 30 (cm) B 45 (cm) C 60 (cm) D 70 (cm) HƯỚNG DẪN GIẢI VÀ TRẢ LỜI 44 Khúc xạ ánh sáng Chọn: C Hướng dẫn: - Áp dụng định luật phản xạ ánh sáng, tia phản xạ tia khúc xạ vng góc với ta có r + i’ = 900 r + i = 900 n2 sin i n2 sin i = = - Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng: sin r n1 ↔sin( 90 −i) n1 ↔tani = n21 = n Chọn: B Hướng dẫn: Độ dài bóng đen tạo thành mặt nước (80 – 60).tan300 = 34,6 (cm) Chọn: D Hướng dẫn: Trang - Độ dài phần bóng đen mặt nước a = 34,6 (cm) sin i =n - Độ dài phần bóng đen đáy bể b = 34,6 + 60.tanr r tính sin r suy b = 85,9 (cm) Chọn: B Hướng dẫn: Áp dụng công thức lưỡng chất phẳng ánh sáng từ môi trường n không khí d' 12 = d n suy n = 10 = 1,2 Chọn: C Hướng dẫn: Áp dụng công thức lưỡng chất phẳng ánh sáng từ mơi trường n khơng khí d' = d n suy d’ = 0,9 (m) Chọn: C Hướng dẫn: làm tương tự câu 6.11 Chọn: B Hướng dẫn: làm tương tự câu 6.11 Chọn: C Hướng dẫn: Dùng định luật khúc xạ hai mặt hai mặt song song Chọn: A Hướng dẫn: Vận dụng định luật khúc xạ ánh sáng kết hợp giải hình học phẳng 10 Chọn: B Hướng dẫn: Áp dụng công thức ảnh điểm sáng qua hai mặt song song ánh sáng 1− n truyền gần vng góc với bề mặt hai SS’ = e Phản xạ toàn phần Chọn: A Hướng dẫn: Ảnh A’ đầu A đinh OA cách mặt nước khoảng lớn tia sáng từ đầu A tới mặt nước qua mép miếng gỗ Khi ánh sáng truyền từ nước khơng khí, gọi góc nằm nước r, góc nằm ngồi khơng khí i, ta tính OA’ max = R.tan(900i), với sini = n.sinr, tanr = R/OA Suy OA’max = 3,64 (cm) Chọn: B Hướng dẫn: Mắt đặt khơng khí, để mắt khơng thấy đầu A ánh sáng phát từ đầu A tới mặt nước gần mép miếng gỗ xảy tượng phản xạ toàn phần sin i gh= n ta tính OA = R/tanr = 3,53 (cm) Khi r = igh với ( ) Bài tập khúc xạ ánh sáng phản xạ toàn phần Chọn: B Hướng dẫn: Xem hướn dẫn làm tương tự câu 6.25 sin i =n Chọn: D Hướng dẫn: Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng sin r với n = 4/3, i = 45 0, ta tính r = 3202’ suy góc hợp tia khúc xạ tia tới i – r = 12058’ Chọn: C Hướng dẫn: Xem Hướng dẫn câu 6.11 Chọn: B Hướng dẫn: Ánh sáng truyền từ mắt nằm khơng khí vào nước, bị gương phản xạ sau lạ truyền từ nước khơng khí Ta coi hệ quang học bao gồm: LCP (khơng khí – nước) + Gương phẳng + LCP (nước – khơng khí) Giải tốn qua hệ quang học ta kết Trang ... sau lạ truyền từ nước khơng khí Ta coi hệ quang học bao gồm: LCP (khơng khí – nước) + Gương phẳng + LCP (nước – khơng khí) Giải toán qua hệ quang học ta kết Trang ... ánh sáng: sin r n1 ↔sin( 90 −i) n1 ↔tani = n21 = n Chọn: B Hướng dẫn: Độ dài bóng đen tạo thành mặt nước (80 – 60).tan300 = 34,6 (cm) Chọn: D Hướng dẫn: Trang - Độ dài phần bóng đen mặt nước a... mặt song song khoảng A 10 (cm) B 14 (cm) C 18 (cm) D 22(cm) Trang Phản xạ toàn phần Bài tập 1: 6.21 Khi ánh sáng từ nước (n = 4/3) sang khơng khí, góc giới hạn phản xạ tồn phần có giá trị là: A