Khúc xạ ánh sáng vật lý 11

II - Khúc xạ ánh sáng 1 - Hiện tượng Khúc xạ ánh sáng là hiện tượng lệch phương của của các tia sáng khi truyền xiên góc qua mặt phân cách của hai môi trường trong suốt khác nhau.. Tro

Phần Hai : Quang Hình Học

Chương VI : Phản Xạ và Khúc Xạ Ánh Sáng

 Phần 1 : Lý thuyết chung Bài 1 : Phản xạ - Khúc Xạ Ánh Sáng

A – Tóm tắt lý thuyết

I - Phản xạ ánh sáng

1 - Định luật truyền thẳng ánh sáng

a Định luật

Trong một môi trường trong suốt và đồng tính ánh sáng truyền theo đường thẳng

b Nguyên lý về tính thuận nghịc của chiều truyền ánh sáng

Trên một đường truyền có thể cho ánh sáng truyền theo chiều này hay chiều kia

2 - Định luật phản xạ ánh sáng

a Hiện tượng : là hiện tượng khi ánh sáng đang truyền thẳng gặp bề mặt nhẵn thì đổi

hướng

b Định luật :

Tia sáng truyền tới bề mặt nhẵn được gọi là tia tới

Tia sáng sau khi gặp bề mặt nhẵn thì đổi hướng gọi là tia phản xạ

Khi đó định luật phản xạ được phát biểu như sau :

 Tia phản xạ nằm trong mặt phẳng tới và ở bên kia pháp

tuyến so với tia tới

 Góc phản xạ bằng góc tới : =

3 – Gương phẳng

 Gương phẳng là phần mặt phẳng (nhẵn ) phản xạ được hầu hết ánh sáng chiếu tới nó

 Đặc điểm :

•Vật thật ( trước gương ) cho ảnh ảo ( sau gương ) Vật ảo ( sau gương ) cho vật thật ( trước gương)

•Dù thật hay ảo , ảnh luôn luôn đối xứng với vật qua mặt gương và có kích thước bằng vật

II - Khúc xạ ánh sáng

1 - Hiện tượng

Khúc xạ ánh sáng là hiện tượng lệch phương của của các tia sáng khi

truyền xiên góc qua mặt phân cách của hai môi trường trong suốt khác

nhau

2 - Định luật

 Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới và ở bên kia pháp tuyến so

với tia tới

I

S

i 1

2

 Đối với một cặp môi trường trong suốt nhất định thì tỉ số giữa sin của góc tới (sini) với sin của góc khúc xạ (sin r) luôn là một hằng số Hằng số này phụ thuộc vào bản chất của hai môi trường và được gọi là chiết suất tỷ đối của môi trường khúc xạ ( môi trường 2 ) đối với môi trường tới ( môi trường 1)

Trong đó: - gọi là chiết suất tỉ đối của môi trường 2 đối với môi trường 1

- gọi là chiết suất tuyệt đối của môi trường 1

- gọi là chiết suất tuyệt đối của môi trường 2

( Chiết suất tuyệt đối - thường gọi là chiết suất - của môi trường là chiết suất tỉ đối của môi trường đó đối với chân không với chiết suất của chân không bằng 1 )

Từ định luật khúc xạ ta có :

- Nếu : > 1 ( r < i) thì môi trường 2 chiết quang hơn môi trường 1

- Nếu : < 1 ( r > i) thì môi trường 2 kém chiết quang hơn môi trường 1

3 – Nguyên nhân của hiện tượng phản xạ ánh sáng

Nguyên nhân chính của hiện tượng khúc xạ ánh sáng nói trên là do sự thay đổi tốc độ truyền ánh sáng giữa hai môi trường khác nhau Giả sử môi trường 1 có vận tốc truyền ánh sáng là và môi trường 2 có vận tốc truyền ánh sáng là thì khi đó ta có biểu thức lien hệ như sau :

Nếu môi trường 1 là chân không thì ta có :

B – Các dạng bài tập

Dạng 1 : Gương phẳng

I – Phương pháp

Để xác định ảnh của một vật qua gương phẳng ta cần chú ý :

 Vẽ các tia sáng trước gương là nét liền , sau gương là nét khuất

 Các tia sáng trước và sau gương có chiều dài bằng nhau

 Sử dụng định luật phản xạ để tìm ảnh của vật sau gương

II – Bài tập

Câu 1 : Biết là ảnh của S qua gương phẳng chứng minh đối xứng với S qua gương Câu 2 : Một người nhìn thấy ảnh của một đỉnh cột điện trong một vũng nước nhỏ , người

ấy đứng cách vũng nước một đoạn là 2m và cách chân cột điện 10m mắt người ấy cách chân một đoạn là 1.6m xác định chiều cao của cột điện

Câu 3 : Một người cao 1.7m mắt người ấy cách đỉnh đầu 10cm Để người ấy nhìn thấy

toàn bộ ảnh của mình trong gương phẳng thì cao tối thiểu của gương là bao nhiêu ? mép dưới của gương cách mặt đất bao nhiêu ?

Dạng 2 : Khúc xạ ánh sáng

I – Phương pháp

- Sử dụng định luật khúc xạ ánh sáng để vẽ hình và xác định đường đi của tia sáng từ đó tính toán các yêu cầu của bài dựa vào dữ kiện của bài toán

- Coi chiết suất của không khí bằng 1

II – Bài Tập

Câu 1 : Một tia sáng truyền từ không khí vào nước ( nước có chiết suất n = 4/3) Một phần

phản xạ và một phần khúc xạ Hỏi tia tới phải có giá trị bằng bao nhiêu để tia phản xạ và tia khúc xạ vuông góc với nhau

Câu 2 : Một cái bể hình chữ nhật , có đáy phẳng nằm ngang chứa đầy nước Một người

nhìn vào điểm giữa của mặt nước theo phương hợp với phương thẳng đứng một góc và nằm trong mặt phẳng vuông góc với mặt nước hai thành bể này cách nhau30 cm , người

ấy vừa vặn nhìn thấy một điểm nằm trên giao tuyến của thành bể và đáy bể Tính độ sâu của bể ? Biết nước có n = 4/3

Câu 3 : Một tia sáng truyền từ môi trường A vào môi trường B dưới góc tới là thì góc

khúc xạ là

a Tìm góc khúc xạ khi góc tới là

b Tính vận tốc truyền ánh sáng trong môi trường A biết vận tốc ánh sáng trong môi trường

B là 200000km/s

Câu 4 : Đặt một cái thước dài 70cm theo phương thẳng đứng vuông góc với đáy bể nước

nằm ngang (đầu thước chạm bể ) Chiều cao của lớp nước là 40cm và chiết suất của nước

là n = 4/3 nếu các tia sáng mặt trời chiếu tới mặt nước với góc tới i ( sin i = 0.8 ) thì bong của thước dưới đáy bể là bao nhiêu ?

Dạng 3 : Lưỡng chất phẳng và bản mặt song song

I – Phương pháp

1 - Lưỡng chất phẳng

a Ảnh của một vật qua lưỡng chất phẳng

Vật thật : Vật ảo :

b Vị trí của vật và ảnh

c Độ dời ảnh

2 - Bản mặt song song

a Hiện tượng : Bản mặt song song là hiện tượng ánh sáng truyền từ môi trường trong suốt

1 qua môi trường trong suốt 2 rồi cho tia ló đi ra lại môi trường trong suôt 1

b Tính chất : Tia ló ra môi trường một luôn luôn song song với tia tới và bị lệch ra khỏi

phương ban đầu

c Xác định ảnh qua bản mặt song song

- Độ dời ngang

Trong đó : d - độ dày của bản mặt song song

- Độ dời của ảnh

II – Bài tập

S'

S

R

i

r

1 2

H

S

S'

I i

r

1 2

i r

r' i' n

A

H

J

Câu 1 : Một người nhìn xuống đáy một dòng suối thấy hòn sỏi cách mặt nước 0.5m Hỏi

độ sâu của dòng nước thực sự là bao nhiêu nếu người đó nhìn hòn sỏi dưới góc so với pháp tuyến của mặt nước biết nước có n = 4/3

Câu 2 : Một người nhìn điểm sáng A qua bản thuỷ tinh phẳng Vật đặt cách mặt dưới bản

thuỷ tinh một khoảng l = 12 cm xác định vị trí của ảnh A’ so với bản thuỷ tinh biết bản thuỷ tinh có độ dày 4.5cm và chiết suất n = 1.5

Câu 3 : Đáy của cốc nước thuỷ tinh là một bản có hai mặt song song với nhau,chiết xuất là

1,5.Đặt cốc trên một tờ giấy nằm ngang rồi nhìn qua đáy cốc theo phương thẳng đứng ta thấy hàng giấy trên chữ như nằm trong thuỷ tinh cách mặt trong của đáy 6mm Đổ nước vào cốc rôi nhìn qua lớp nước theo phương thẳng đứng thì thấy dòng chữ tựa như nằm trong nước,cách mặt nước 10,2cm Tính độ dày của đáy cốc và chiều cao của cốc, chiết xuất của nước là

Câu 4: Một tia sáng gặp bản mặt song song với góc tới I = Bản mặt làm băng thuỷ tính

có chiết xuất n= ,độ dày e=5cm đạt trong không khí Tính độ dời ngàng của tia ló so với tia tới

Câu 5:Một bản mặt song song có bề dày d = 9cm,chiết suất n = 1,5.Tính độ dời của điểm

sáng trên khi nhìn nó qua bản mặt song song này theo phương vuông góc với hai mặt phẳng giới hạn trong trường hợp :

a)Bản mặt song song và điểm sáng nằm trong không khí

b)Bản mặt song song và điểm sáng đặt trong nước có chiết xuất n =

Bài 2 : Phản xạ toàn phần

A – Tóm tắt lý thuyết

1 - Định nghĩa :

Phản xạ toàn phần là hiện tượng phản xạ toàn bộ tia tia sáng tới , xảy ra ở mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt

2 - Điều kiện để có phản xạ toàn phần

 Tia sáng chiếu tới phải truyền từ môi trường chiết quang hơn sang môi trường chiết quang kém

Trong đó : sin với : : chiết suất của môi trường tới - : chiết suất của môi trường khúc xạ

Giả sử ban đầu chiếu một tia sáng từ môi trường 1 sang

trường hợp :

còn tia phản xạ IR rất mờ

mặt phân cách và rất mờ còn tia phản xạ IR rất sáng

 Khi : không còn tia khúc xạ toàn bộ tia tới bị phản xạ ngược lại ban đầu lúc này tia phản xạ sáng như tia tới

B – Bài tập

Câu 1 : Một ngọn đèn nhỏ S nằm dưới đáy của một bể nước nhỏ , sâu 20cm Hỏi phải thả

trên mặt nước một tấm gỗ mỏng có vị trí , hình dạng và kích thước nhỏ nhất là bao nhiêu

để không vừa vặn không có tia sáng nào của ngọn đèn lọt ra mặt thoáng của nước

Câu 2 : Một tia sáng đi từ không khí và bản mặt song song có chiết suất 1.5 với góc tới i

Tìm điều kiện của i đề không có tia sáng nào lọt ra khỏi bản mặt song song

 Phần 2 : Trắc nghiệm

Câu1:Nhận xét nào sau đây sai.

a)Tỉ số giữa gốc tới với góc khúc xạ luôn không thay đổi

b)Tia tới vuông góc với mặt phân cách sẽ không bị khúc xạ

c)Tia sáng đi từ trong không khí vào nước có góc khúc xạ nhỏ hơn góc tới

d)Tia tới và tia khúc xạ nằm trong cùng một mặt phẳng

Câu 2: Chọn câu đúng :

Chiết xuất tuyệt đối của một môi trường

a)Là chiết xuất tuyệt đối của môi trường đó đối với chân không

b)Tỉ lệ với vận t ốc truyền của ánh sáng trong các môi trường đó

r I

K

R S

c)Có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn 1 chứ không bằng 1

d)Không thay đổi đối với mọi ánh sáng

Câu 3: Chọn câu đúng : Chiếu một tia sáng vào không khí, khi

a) Góc tới i nhỏ,chỉ có tia khúc xạ mà không có tia phản xạ

b)Tăng góc tới i thì góc khúc xạ r tăng nhưng tăng chậm hơn i

c) Góc tới i= thì tia khúc xạ nằm trong ngay trên mặt phân cách và bắt đầu có tia phản xạ

d) góc tới i> thi tia phản xạ như tia tới

Câu 4:Hiện tượng phản xạ toàn phần

a) Luôn xảy ra trong ánh sáng truyền từ môi trường có chiết xuất lớn qua môi trường

có chiết xuất nhỏ

b) Là trường hợp đặt biệt nên không tuân theo định luật phản xạ ánh sáng

c) Có cường độ chùm tia phản xạ bằng cường độ chùm tia tới

d)Thường xảy ra khi ánh sáng gặp bề mặt nhẵn bóng

Câu 5:Hiện tượng phản xạ toàn phần được ứng dụng để.

a) Chế tạo lăng kính

b) Chế tạo sợi quang học

c) Chế tạo gương cầu trong kính thiên văn phản xạ

d) Cả 3 ứng dụng trên

Câu 6:Một chùm tia sáng từ không khí đi nghiêng vào mặt nước,khi góc tới tăng dần thì

góc khúc xạ:

a)Không đổi

b)Giảm dần

c)Tăng dần nhưng luôn nhỏ hơn góc tới

d)Tăng dần và có thể lớn hơn góc tới

Câu 7:Môt tia sáng chuyền từ môi trường chiết xuất lớn sang môi trường chiết xuất

nhỏ.Góc giới hạn phản xạ toàn phần là Độ lệch lớn nhất của tia tới và tia phản xạ là

b) - c) 2 d) 2π -

Câu 8:Một người nhìn xuống đáy một dòng suối thấy hòn sỏi cách mặt nước 80 cm.Như

vậy

a) Độ sâu dòng suối là h=80cm

b) Đọ sâu dòng suối là h>80cm

c) Độ sâu dòng suối là h<80cm

d) Độ sâu dòng suối là h=80cm khi người này nhìn theo phương vuông góc với dòng nước

Câu 9:Cho ba môi trường A,B và C có chiết xuất lần lượt là > > Điều gì sau đây sai

a) Hiện tượng toàn phần có thể sảy ra khi ánh sáng đi từ môi trường A sang môi trường B

b) Hiện tượng toàn phần có thể sảy ra khi ánh sáng đi từ môi trường C sang môi trường B

c) Hiện tượng toàn phần có thể sảy ra khi ánh sáng đi từ môi trường B sang môi trường C

d) Hiện tượng toàn phần có thể sảy ra khi ánh sáng đi từ môi trường A sang môi trường C

Câu 10:Chiếu tia sáng từ nước ra không khí với gói tới i > ( là một góc giới hạn khi ánh sáng từ nước ra không khí) Đặt bản thuỷ tinh gồm hai banvr song song có chiết xuất > ngay trên mặt nước.Như vậy

a)Tia sáng sẽ phản xạ toàn phần tại mặt phân cách nước -thuỷ tinh

b)Tia sáng sẽ phản xạ toàn phần tại mặt phân cách thuỷ tinh-không khí

c)Tia sáng sẽ khúc xạ ra ngoài không khí

d)Cả3 trường hợp trên đều sảy ra tuỳ theo chiết xuẩt của thuỷ tinh

Câu 11:Xét tia sáng đi xuyên vài bản thuỷ tinh gồm hai bản song song đặt trong không

khí.Ta có

a)Tia ló ra khỏi bản song song với tia tới

b)Tía ló ra khỏi bản trùng với tia tới

c)Tia ló và tia tới hợp với nhau góc

d)Tia ló và tia tới hợp với nhau goc

C âu 12:khi nhìn điểm sáng S qua bản hai mặt song song bằng thuỷ tinh đặt trong không

khí

a)Ta thấy ảnh trùng với S

b)Ta thấy đồng thời ảnh v à điểm sáng S

c)Ta thấy ảnh ở gần mắt hơn

d) Ta thấy ảnh ở xa mắt hơn

Câu 13:Chiếu một tia sáng với góc tới i= đi từ thuỷ tinh ra không khí.Cho biết thuỷ tinh là n Góc khúc xạ của tia sáng bằng

a) b) c) d) giá trị khác

Câu 14: Một tia sáng chiếu từ không khí vào mặt thuỷ tinh dưới góc tới thì khúc xạ trong thuỷ tinh một góc Chiết xuất của một tấm thuỷ tinh là

a)n=1,5 b)n= 1,6 c)n= 1,4 d)) n=1,414

phần khúc xạ vuông góc với nhau góc tới I phải có giá trị bằng

a) b) c) d)

Câu 16:Một tia sáng truyền từ môi trương A vào môi trường B dưới góc tới i= thì khúc

xạ r= Biết vận tốc ánh sáng trong môi trường B là 200000km/s,vận tốc ánh sáng trong môi trường A bằng

a)170.000km/s b)180.000km/s c) 250.000km/s d) 225.000km/s

.Chiết xuất của thuỷ tinh là

a)n= 1,5 b) n=1,54 c) n=1,6 d) n= 1,62

Câu 18:Tia sáng đi từ không khí vào chất lỏng trong suốt vơí góc tới i= thì góc phản

xạ r= Để xảy ra phản xạ toàn phần khi tia sáng từ chất lỏng ra không khí thì góc tới i a)i> b) i> c)i> d) i>

Câu 19: Điều nào sau đây sai khi nói về hiện tượng phản xạ thông thường và hiện tượng phản xạ toàn phần

a) Các tia sáng đổi phương đột ngột,trở lại môi trường củ

b) Chỉ có hiện tượng phản xạ thông thường tuân theo định luật phản xạ ánh sáng

c) Cường độ chựm tia phản xạ toàn phần bằng cường độ chựm tia tới

d) Cường độ chựm tia phản xạ thụng thường yếu hơn chựm tia tới

Cõu 20:Chọn cõu sai:

a) Trong mụi trường trong suốt và đồng tớnh ỏnh sỏng truyền theo đường thẳng b) Nếu AB là một đường truyền ỏnh sỏng thỡ đường đú cú thể cho ỏnh sỏng từ A đến B hoặc từ B đến A

c)Tia tới và tia phản xạ đối xứng nhau qua mặt phẳng nhẵn

d)Tia tới và tia phan xạ đối xứng nhau qua phỏp tuyến tại điểm tới

Cõu 21: Trong Y khoa cú sử dụng thuật ngữ “nội soi” vậy người ta đó ứng dụng hiện

tượng nào sau đõy để chế tạo dụng cụ khi nụi soi

a)Hiện tượng phản xạ toàn phần

b)Hiện tượng khỳc xạ ỏnh sỏng

c)Hiện tượng giao thoa ỏnh sỏng

d)Hiện tượng tỏn sắc ỏnh sỏng

Cõu 22:Một cõy cọc cú chiều cao 1,2m được cắm thẳng đứng dưới một đỏy bể nằm ngang

sao cho cọc ngập trong nước Cỏc tia sỏng mặt trời chiếu tới cọc theo phương hợp với

nú một gúc i,với sini=0,8.Chiều dài của bong cọc dưới đỏy bể là:

Cõu 23: Một tia sỏng đơn sắc i từ mụi trường chiết quang kộm sang mụi trường mụi trường

chiết quang hơn thỡ phỏt biểu nào dưới đõy sai:

a) Gúc khỳc xạ luụn luụn nhỏ hơn gúc tới

b) Khi truyền qua mặt phõn cỏch thỡ vận tốc của song ỏnh sỏng giảm

c) Nếu gúc tới bằng khụng thỡ tia sỏng sẽ truyền thẳng

d) Khi gúc khỳc xạ bằng thỡ bắt đầu cú hiện tượng phản xạ toàn phần

Cõu 24: Một người nhỡn theo phương vuụng gốc với mặt nước để quan sỏt một viờn sỏi

dưới đỏy hồ nước thỡ thấy viờn sỏi cỏch mặt nước 1,5cm.Cho biết chiờt xuất của nước bằng Độ sõu thật của đỏy hồ bằng:

Cõu 25: Phát biểu nào sau đây là đúng?

A Chiết suất tỉ đối của môi trờng chiết quang nhiều so với môi trờng chiết quang ít thì nhỏ hơn đơn vị

B Môi trờng chiết quang kém có chiết suất tuyệt đối nhỏ hơn đơn vị

C Chiết suất tỉ đối của môi trờng 2 so với môi trờng 1 bằng tỉ số chiết suất tuyệt đối n2 của môi trờng 2 với chiết suất tuyệt đối n1 của môi trờng 1