Vật lí 11 BÀI 26. KHÚC XẠ ÁNH SÁNG

[Elishuchi]

[TẶNG BẠN] TRỌN BỘ Bí kíp học tốt 08 môn
Chắc suất Đại học top - Giữ chỗ ngay!!

ĐĂNG BÀI NGAY để cùng trao đổi với các thành viên siêu nhiệt tình & dễ thương trên diễn đàn.

VẬT LÍ 11​

BÀI 26. KHÚC XẠ ÁNH SÁNG​

I. LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM​

1. Hiện tượng khúc xạ ánh sáng​

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.

2. Định luật khúc xạ ánh sáng​

• Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới và ở bên kia pháp tuyến so với tia tới.
• Đối với một cặp môi trường trong suốt nhất định thì tỉ số giữa sin của góc tới (sini) và sin của góc khúc xạ (sinr) luôn là một số không đổi:

[imath]\dfrac{\sin i}{\sin r}= hằng số =n_{21}=\dfrac{n_2}{n_1}⋅[/imath]
[imath]n_{21}[/imath] được gọi là chiết suất tỉ đối của môi trường chứa tia khúc xạ (môi trường [imath]2[/imath]) đối với môi trường chứa tia tới (môi trường [imath]1[/imath]), phụ thuộc vào bản chất của hai môi trường.
[imath]n_{21} > 1[/imath]: môi trường [imath](2)[/imath] chiết quang hơn môi trường [imath](1); r < i.[/imath]
[imath]n_{21} > 1[/imath]: môi trường [imath](2)[/imath] chiết quang kém hơn môi trường [imath](1); r > i.[/imath]
Khi [imath]i = 0^o \Rightarrow r = 0^o[/imath]: tia tới vuông góc với mặt phân cách sẽ truyền thẳng.

3. Chiết suất của môi trường​

+ Chiết suất tỉ đối của môi trường [imath](2)[/imath] chứa tia khúc xạ đối với môi trường [imath](1)[/imath] chứa tia tới được xác định theo công thức [imath]n_{21}=\dfrac{\sin i}{\sin r}[/imath]
[imath]n_{21} > 1[/imath]: môi trường [imath](2)[/imath] chiết quang hơn môi trường [imath](1); r < i.[/imath]
[imath]n_{21} > 1[/imath]: môi trường [imath](2)[/imath] chiết quang kém hơn môi trường [imath](1); r > i.[/imath]
Khi [imath]i = 0^o \Rightarrow r = 0^o[/imath]: tia tới vuông góc với mặt phân cách sẽ truyền thẳng.
[imath]+[/imath] Chiết suất tuyệt đối của một môi trường là chiết suất tỉ đối của môi trường đó đối với chân không.
[imath]+[/imath] Chiết suất tuyệt đối của các môi trường trong suốt tỉ lệ nghịch với vận tốc truyền ánh sáng trong các môi trường đó:
[imath]\dfrac{n_2}{n_1}=\dfrac{v_1}{v_2}[/imath]⋅
[imath]\Rightarrow[/imath] Nếu môi trường (1) là chân không thì [imath]n_1 = 1 và v_1 = c[/imath], khi đó: [imath]n_2=\dfrac{c}{v_2}[/imath] hay [imath]v=c_n⋅[/imath]
[imath]\Rightarrow[/imath] Chiết suất tuyệt đối của một môi trường trong suốt cho biết vận tốc truyền ánh sáng trong môi trường đó nhỏ hơn vận tốc truyền ánh sáng trong chân không bao nhiêu lần.

4. Tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng​

[imath]+[/imath] Nếu ánh sáng truyền đi theo đường nào thì cũng truyền ngược lại theo đường đó.
[imath]+[/imath] Từ tính thuận nghịch, ta có: [imath]n_{21}=\dfrac{1}{n_{12}}[/imath]

II. GIẢI CÂU HỎI SÁCH GIÁO KHOA​

Câu C1 :​

Viết công thức của định luật khúc xạ với các góc nhỏ [imath](< 10^o).[/imath]

Trả lời:
Định luật khúc xạ ánh sáng: [imath]\dfrac{\sin i}{\sin r}=\dfrac{n_2}{n_1}\Leftrightarrow n_1\sin i=n_2\sin r[/imath]
Nếu
[imath]\left\{\begin{matrix} i<10^o\Rightarrow \sin i≈i(rad)\\ r<10^o \Rightarrow \sin r≈r(rad)\end{matrix}\right.[/imath]
[imath]\Rightarrow n_1.i=n_2.r[/imath]

Câu C2 :​

Áp dụng định luật khúc xạ cho trường hợp [imath]i = 0^o[/imath]. Kết luận.

Trả lời:
Công thức của định luật khúc xạ:[imath]n_1\sin i=n_2\sin r[/imath]
Khi [imath]i=0^o\Rightarrow r=0^o[/imath]
Kết luận: Tia sáng qua mặt phân cách của hai môi trường có phương theo phương vuông góc với mặt phân cách không bị khúc xạ.

Câu C3 :​

Hãy áp dụng công thức của định luật khúc xạ cho sự khúc xạ liên tiếp vào nhiều môi trường có chiết xuất lần lượt là [imath]n_1, n_2,…, n_n[/imath] và có các mặt phân cách song song với nhau.

Trả lời:

Cho tia sáng truyền vào nhiều môi trường có chiết suất lần lượt là [imath]n_1, n_2,…, n_n[/imath], có các mặt phân cách song song với nhau như hình vẽ. Áp dụng công thức định luật khúc xạ: [imath]n_1\sin i_1 = n_2 \sin r_1[/imath] [imath]n_2 \sin r_2 = n_3 \sin r_2[/imath] Vì [imath]i_2 = r_1[/imath] nên [imath]n_1\sin i_1 = n_2 \sin r_2[/imath] Tương tự ta có: [imath]n_2\sin r_2=n_3\sin r_3[/imath] [imath]\Rightarrow n_1\sin i_1=n_2\sin r_2=n_3\sin r_3=n_4\sin r_4=....=n_n\sin r_n[/imath]

Chúc em học tốt!
Xem thêm tại HỆ THỐNG MỤC LỤC CÁC BÀI

​

 

[Elishuchi]

III. GIẢI BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA​

Bài 1 :​

Thế nào là hiện tượng khúc xạ ánh sáng? Phát biểu định luật khúc xạ ánh sáng.

Lời giải:
[imath]+[/imath] Hiện tượng khúc xạ ánh sáng: Khúc xạ ánh sáng là hiện tượng lệch phương (gãy) của tia sáng khi truyền xiên góc tới qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt khác nhau.

[imath]+[/imath] Định luật khúc xạ ánh sáng:

• Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới (tạo bởi tia tới và pháp tuyến) và ở bên kia pháp tuyến so với tia tới.
• Với hai môi trường trong suốt nhất định thì tỉ số giữa góc sin góc tới (sini) với sin góc khúc xạ (sin r) luôn không đổi: [imath]\dfrac{\sin i}{\sin r}=\dfrac{n_2}{n_1}\Leftrightarrow n_1\sin i=n_2\sin r[/imath]

Bài 2 :​

Chiết suất tỉ đối [imath]n_{21}[/imath] của môi trường [imath](2)[/imath] đối với môi trường [imath](1)[/imath] là gì?

Lời giải:
Chiết suất tỉ đối [imath]n_{21}[/imath] của môi trường [imath](2)[/imath] đối với môi trường [imath](1)[/imath] là tỉ số không đổi giữa sin góc tới [imath](\sin i)[/imath] với sin góc khúc xạ [imath](\sin r):n_{21}=\dfrac{\sin i}{\sin r}[/imath]

Bài 3 :​

Chiết suất (tuyệt đối) [imath]n[/imath] của một số môi trường là gì? Viết hệ thức liên hệ giữa chiết suất tỉ đối và chiết suất tuyệt đối.

Lời giải:
[imath]+[/imath] Chiết suất tuyệt đối của một môi trường là chiết suất tỉ đối của môi trường đó đối với chân không.
[imath]+[/imath] Hệ thức liên hệ giữa chiết suất tỉ đối và chiết suất tuyệt đối: [imath]n_{21}=\dfrac{n_2}{n_1}[/imath]

Bài 4 :​

Thế nào là tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng?
Chứng tỏ: [imath]n_{21}=\dfrac{1}{n_{12}}[/imath]⋅
Nước có chiết suất là [imath]\dfrac 4 3[/imath]. Chiết suất của không khí đối với nước là bao nhiêu?

Lời giải:
Tính thuận nghịch của sự 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 [imath](1)[/imath] sang môi trường [imath](2): \dfrac{\sin i}{\sin r}=n_{21}(1)[/imath]
Khi ánh sáng truyền từ môi trường [imath](2)[/imath] sang môi trường [imath](1)[/imath], thì theo tính thuận nghịch của chiều truyền ánh sáng, ánh sáng sẽ truyền ngược lại theo đường cũ nên [imath]\dfrac{\sin r}{\sin i}=n_{12}(2)[/imath]
Từ [imath](1)[/imath] và [imath](2)[/imath] ta có: [imath]n_{21}=\dfrac{1}{n_{12}}⋅[/imath]
Chiết suất của không khí đối với nước là: [imath]\dfrac{n_{kk}}{n_c}=\dfrac{1}{\dfrac 4 3 }=\dfrac 3 4[/imath]

Bài 5 :​

Một tia sáng truyền đến mặt thoáng của nước. Tia này có một tia phản xạ ở mặt thoáng và tia khúc xạ. Người vẽ các tia sáng này quên ghi lại chiều truyền trong hình [imath]26.7[/imath]. Tia nào dưới đây là tia tới? [imath]A[/imath]. Tia [imath]S_1I[/imath] [imath]B[/imath]. Tia [imath]S_2I[/imath] [imath]C[/imath]. Tia [imath]S_3I[/imath] [imath]D[/imath]. Tia [imath]S_1I, S_2I, S_3I[/imath] đều có thể là tia tới.

Lời giải: Chọn [imath]B.[/imath]
Theo định luật khúc xạ ánh sáng, tia tới và tia khúc xạ phải nằm ở hai bên của pháp tuyến nên tia [imath]S_2I[/imath] là tia tới; [imath]S_3I[/imath] là tia khúc xạ.

Bài 6 :​

Tia sáng truyền từ nước và khúc xạ ra không khí. Tia khúc xạ và tia phản xạ ở mặt nước vuông góc với nhau. Nước có chiết suất là 4/3. Góc tới của tia sáng là bao nhiêu (tình tròn số)?
[imath]A. 37^o.[/imath]
[imath]B. 42^o.[/imath]
[imath]C. 53^o.[/imath]
[imath]D.[/imath] Một giá trị khác [imath]A, B, C.[/imath]

Lời giải: Chọn [imath]A.[/imath]

Tia khúc xạ và tia phản xạ ở mặt nước vuông góc với nhau nên ta có: [imath]r=90^o−i[/imath] Từ định luật khúc xạ ánh sáng: [imath]n_1\sin ⁡i=n_2\sin ⁡r\Rightarrow \dfrac 4 3 \sin ⁡i=1.\sin⁡(90^o−i)[/imath] [imath]\Leftrightarrow \sin⁡ i=34\cos⁡ i\Rightarrow \tan ⁡i=34\Rightarrow i=37^o.[/imath]

Bài 7 :​

Có ba môi trường trong suốt [imath](1), (2), (3)[/imath]. Cùng góc tới [imath]i[/imath], một tia sáng khúc xạ như hình [imath]26.8[/imath] khi truyền từ [imath](1)[/imath] vào [imath](2)[/imath] và từ [imath](1)[/imath] vào [imath](3)[/imath]. Vẫn với góc tới [imath]i[/imath], khi tia sáng truyền từ [imath](2)[/imath] vào [imath](3)[/imath] thì góc khúc xạ là bao nhiêu? [imath]A. 22^o..[/imath] [imath]B. 31^o..[/imath] [imath]C. 38^o..[/imath] [imath]D[/imath]. Không tính được.

Lời giải: Chọn [imath]D.[/imath]
Áp dụng công thức định luật khúc xạ
[imath]\sin ⁡i=\dfrac{n_2}{n_1}\sin⁡ 45^o=\dfrac{\sqrt 2}{2}⋅\dfrac{n_2}{n_1}[/imath]
[imath]\sin ⁡i=\dfrac{n_3}{n_1}\sin⁡ 30^o=\dfrac{1}{\sqrt 2}⋅\dfrac{n_3}{n_1}=22⋅n2n1\Rightarrow \dfrac{n_3}{n_2}=2[/imath]
Khi chiếu ánh sáng từ môi trường [imath](2)[/imath] vào môi trường [imath](3)[/imath] ta có:
[imath]\sin ⁡i=\dfrac{n_3}{n_2}\sin r=2\sin r\Rightarrow[/imath] Không đủ dữ kiện để tính [imath]r.[/imath]

Bài 8 :​

Một cái thước được cắm thẳng đứng vào bình đựng nước có đáy phẳng ngang. Phần thước nhô khỏi mặt nước dài [imath]4 cm[/imath]. Chếch ở phía trên có một ngọn đèn. Bóng của thước trên mặt nước dài 4 cm và ở đáy dài 8 cm. Tính chiều sâu của nước trong bình. Chiết suất của nước là [imath]\dfrac 4 3[/imath]

Lời giải:

Từ hình vẽ ta có: [imath]\left\{\begin{matrix} BJ=CI=4cm\\ CI=AC.tan⁡i=4tan⁡i \end{matrix}\right.[/imath] [imath]\Rightarrow BJ=AC.\tan ⁡i\Leftrightarrow 4\tan⁡ i=4\Rightarrow i=45^o[/imath] Từ định luật khúc xạ ánh sáng: [imath]n1sin⁡i=n2sin⁡r[/imath] [imath]\Rightarrow r=arcsin⁡(\dfrac{n_1}{n_2}\sin ⁡i)=arcsin⁡(\dfrac{14}{3}\sin⁡ 45^o)=32^o[/imath] Mà:[imath]JD=IJ.\tan r=BC.\tan r[/imath] [imath]\Rightarrow[/imath] Chiều dài bóng của cây gậy in trên đáy hồ là: [imath]BD=BJ+JD=BJ+BC.\tan r.[/imath] [imath]\Leftrightarrow 8=4+BC.\tan⁡32^o\Rightarrow BC≈6,4cm.[/imath]

Bài 9 :​

Một tia sáng được chiếu đến điểm giữa của mặt trên một khối lập phương trong suốt, chiết suất [imath]n = 1,5[/imath] (hình [imath]26.9[/imath]). Tìm góc tới i lớn nhất để tia khúc xạ vào trong khối còn gặp mặt đáy của khối.

Lời giải:

Áp dụng công thức định luật khúc xạ [imath]\sin ⁡i=1,5\sin ⁡r(1)[/imath] Trong tam giác [imath]IHJ[/imath] ta có: [imath]\sin r=\dfrac{HJ}{IJ}=\dfrac{HJ}{\sqrt{IH^2+HJ^2}}[/imath] [imath]\sin r=\dfrac{HJ}{\sqrt{a^2+HJ^2}}=\dfrac{1}{\sqrt{\dfrac{a^2}{HJ^2}+1}}[/imath] Để tia sáng còn gặp mặt đáy thì [imath]HJ≤\dfrac{a\sqrt 2}{2}[/imath] [imath]\Rightarrow HJ^2≤\dfrac{a^2}{2}\Rightarrow \dfrac{a^2}{HJ^2}≥2\Rightarrow \sqrt{ \dfrac{a^2}{HJ^2}+1}≥3[/imath] Từ [imath](1) \Rightarrow \sin i=\dfrac{1,5}{\sqrt{\dfrac{a^2}{HJ^2}+1}}\Rightarrow \sqrt{\dfrac{a^2}{HJ^2}+1}=\dfrac{1,5}{\sin i}≥3[/imath] [imath]\Rightarrow \sin i≤\dfrac{1,5}{\sqrt 3}=0,866n\Rightarrow i≤60^o\Rightarrow i_{max}=60^o[/imath]

Chúc em học tốt!
Xem thêm tại HỆ THỐNG MỤC LỤC CÁC BÀI

 

[Elishuchi]

IV. GIẢI BÀI TẬP SBT​

Bài 26.1 : Chiếu một tia sáng từ không khí vào nước (chiết suất [imath]\dfrac 4 3[/imath]) dưới góc tới [imath]45^o[/imath]. Góc khúc xạ sẽ vào khoảng

[imath]A. 22^o[/imath]
[imath]B. 32^o[/imath]
[imath]C. 42^o[/imath]
[imath]D. 52^o[/imath]

Lời giải:Đáp án [imath]B[/imath]
Ta có:[imath]\dfrac{\sin i}{\sin r}=\dfrac{n_2}{n_1}[/imath]
[imath]\to r=32^o[/imath]

Bài 26.2 :

Trong một thí nghiệm về sự khúc xạ ánh sáng, một học sinh ghi lại trên tấm bìa ba đường truyền của các tia sáng xuất phát từ một tia đầu tiên (Hình [imath]26.1[/imath]). Chọn câu khẳng định đúng. [imath]A. IR_1[/imath] là tia tới; [imath]IR_2, IR_3[/imath] là các tia khúc xạ [imath]B. IR_2[/imath] là tia tới; [imath]IR_1[/imath] là tia khúc xạ; [imath]IR_3[/imath] là tia phản xạ [imath]C. IR_3[/imath] là tia tới; [imath]IR_1[/imath] là tia khúc xạ; [imath]IR_2[/imath] là tia phản xạ [imath]D[/imath]. Cả ba khẳng định [imath]A, B, C[/imath] đều sai

Lời giải:Đáp án [imath]C[/imath]
Tia tới và tia phản xạ nằm trong cùng một môi trường [imath]\Rightarrow IR_1[/imath] là tia khúc xạ.
Tia khúc xạ và tia tới nằm ở 2 môi trường khác nhau [imath]\Rightarrow IR_3[/imath] là tia tới
[imath]\Rightarrow IR_2[/imath] là tia phản xạ.

Bài 26.3 :

Gọi môi trường tô màu xám là môi trường [imath]1[/imath]; môi trường để trắng là môi trường [imath]2; n_1[/imath] là chiết suất của môi trường [imath]1; n_2[/imath] là chiết suất của môi trường [imath]2[/imath] (Hình [imath]26.1[/imath]). Chọn khẳng định đúng. [imath]A. n_1 > n_2[/imath] [imath]B. n_1 = n_2[/imath] [imath]C. n_1 < n_2[/imath] [imath]D.[/imath] Còn tùy thuộc vào chiều truyền ánh sáng

Lời giải:Đáp án [imath]A[/imath]
Từ bài bài [imath]26.2[/imath] ta có: [imath]IR_3[/imath] là tia tới; [imath]IR_2[/imath] là tia phản xạ; [imath]IR_1[/imath] là tia khúc xạ.
Dựa vào hình ta thấy thấy góc tới nhỏ hơn góc khúc xạ.
[imath]\Rightarrow \dfrac{n_1}{n_2}=\dfrac{\sin r}{\sin i}>1 \Rightarrow n_1>n_2[/imath]


Bài 26.4 : Nếu tia phản xạ và tia khúc xạ vuông góc với nhau và góc tới là 30° thì chiết suất tỉ đối n21 có giá trị (tính tròn với hai chữ số) ?

[imath]A, 0,58.[/imath]
[imath]B. 0,71.[/imath]
[imath]C. 1,7.[/imath]
[imath]D[/imath]. Một giá trị khác [imath]A, B, C.[/imath]

Lời giải:Đáp án [imath]A[/imath]
Ta có: Góc tới bằng góc phản xạ [imath](i = i’ = 30^o)[/imath]
[imath]\Rightarrow r = 90^o − i’ = 60^o[/imath]
[imath]\Rightarrow n_{21}=\dfrac{\sin i}{\sin r}=\dfrac{\sin 30^o}{\sin 60^o}=0,58[/imath]

Bài 26.5 : Tỉ số nào sau đây có giá trị bằng chiết suất tỉ đối [imath]n_{12}[/imath] của môi trường [imath](1)[/imath] đối với môi trường [imath](2)[/imath] (các kí hiệu có ý nghĩa như được dùng trong bài học) ?
[imath]A. \dfrac{\sin i}{\sin r}[/imath]
[imath]B. \dfrac{1}{n_{21}}[/imath]
[imath]C. \dfrac{n_2}{n_1}[/imath]
[imath]D[/imath]. Bất kì biểu thức nào trong số [imath]A, B, C[/imath]

Lời giải:Đáp án [imath]B[/imath]
Dựa vào phần câu hỏi đã giải trong SGK(đã trình bày bên trên bài đăng)

Chúc em học tốt!
Xem thêm tại HỆ THỐNG MỤC LỤC CÁC BÀI