Bạn đang xem bài viết Các Dạng Bài Tập Khúc Xạ Ánh Sáng Cơ Bản Nhất được cập nhật mới nhất tháng 12 năm 2023 trên website 2atlantic.edu.vn. Hy vọng những thông tin mà chúng tôi đã chia sẻ là hữu ích với bạn. Nếu nội dung hay, ý nghĩa bạn hãy chia sẻ với bạn bè của mình và luôn theo dõi, ủng hộ chúng tôi để cập nhật những thông tin mới nhất.
1. Các khái niệm nền về Khúc xạ ánh sáng
Khúc xạ ánh sáng được giải thích khi bức xạ điện từ ở dưới dạng ánh sáng, được truyền từ môi trường này sang môi trường khác hay một chất, sóng ánh sáng sẽ trải qua một hiện tượng đấy chính là khúc xạ, được biểu hiện bởi sự bẻ cong hoặc đổi thay hướng truyền sáng.
2. Các dạng bài tập khúc xạ ánh sang cơ bản
Dạng 1: Áp dụng các định luật khúc xạ ánh sáng Chiết suất của 1 môi trường chính là tỷ số giữa tốc độ ánh sáng trong chân không với tốc độ pha của bức xạ. Công thức chiết xuất: N = C / V Trong đó: – N là chiết suất của môi trường – C là tốc độ ánh sáng – V là tốc độ ánh sáng Chiết suất tỉ đối: Là tỷ lệ giữa hai môi trường khác nhau tại ánh sáng đang xét truyền qua. Công thức: N21 = N2/N1 = V1/V2
Dạng bài tập cơ bản về khúc xạ ánh sáng
Định luật của Khúc xạ ánh sáng: – Tia khúc xạ nằm ở trong mặt phẳng tới và phía bên kia của pháp tuyến so với tia tới. – Khi đi qua hai môi trường trong suốt, tỉ số của sin góc khúc xạ r và sin góc tới i không đổi sin i/sin r = N21 = N2/N1 Dạng 2: Lưỡng chất phẳng Lưỡng chất phẳng là 2 môi trường có chiết suất n1 và n2. Phương pháp xác định ảnh như sau: – Đặt d= SH: là khoảng cách đo được từ mặt phân cách cho đến vật. – Đặt d’=S’H: là khoảng cách từ mặt phân cách đến ảnh. d’/d = N2/N1 Dạng 3: Bán mặt song song Khái niệm: Là một lớp môi trường trong suốt được giới hạn bởi hai mặt phẳng song song. Tính chất cơ bản của bán mặt song song: – Tia ló luôn với tia tới và nó sẽ bị lệch ra khỏi phương ban đầu. – Độ lớn của ảnh và vật bằng nhau. Dạng 4. Phản xạ toàn phần Là một hiện tượng phản xạ toàn bộ tia sáng tới ở mặt phân cách của 2 môi trường trong suốt. Điều kiện để xảy ra phản xạ toàn phần đó là: – Góc tới i ≤ igh (igh = gọi là góc giới hạn toàn phần) – Tia sáng chiếu tới phải được truyền từ môi trường có chiết quang lớn hơn sang môi trường có chiết quang kém.
Nên thuê gia sư Lý để giúp các em làm bài tập khúc xạ ánh sáng nhanh hơn
3. Một số bài tập khúc xạ ánh sáng giúp các em cũng cố lại kiến thức đã học
Bài tập 1:Một tia sáng đi từ nước với chiết suất n1 = 4/3 sang môi trường thủy tinh chiết suất n2 = 1,5. Hãy tính góc khúc xạ và góc lệch D được tạo bởi tia tới và tia khúc xạ, biết góc tới i = 300.
Hướng dẫn giải bài tập 1
Bài tập 2:Tia sáng truyền trong không khí tới gặp mặt thoáng của một chất lỏng chiết suất n = căn bậc 2 của 3. Ta thu được hai tia khúc xạ và phản xạ vuông góc với nhau. Hãy tính góc tới.
Hướng dẫn giải bài tập 2
Bài tập 3:Một cây cọc dài được cắm thẳng đứng vào một bể nước có chiết suất n =4/3. Phần ở ngoài ngoài mặt nước là 30 cm, bóng của cọc trên mặt nước dài 40 cm và dưới đáy bể nước là 190 cm. Tính chiều sâu của lớp nước bao nhiêu.
Hướng dẫn giải bài tập 3
Bài tập 4: Một cái máng nước rộng 40 cm, độsâu 30 cm có 2 thành thẳng đứng. Lúc máng nướcđã cạnthì bóng râm của thành A kéo dài tới đúng với chân thành B đối diện. Người ta đổ thêm nước vào máng đến với độ cao h thì bóng của thành A chỉ còn 7 cm so với trước. Biết rằng chiết suất nước là4/3. Tính h.
Hướng dẫn giải bài tập 4
Để học tốt phần kiến thức khúc xạ ánh sáng các em cần phải nắm rõ những dạng bài tập, lý thuyết. Trung tâm Trí Tuệ 24H hi vọng những chia sẻ ở bài viết sẽ giúp các bạn học sinh nắm bắt toàn bộ những khái niệm và làm bài tập khúc xạ ánh sáng hiệu quả nhất.
Đội ngũ Gia Sư với Thành Tích Nổi Trội:
♦ Gia sư có lý lịch rõ ràng khi đến gặp gia đình ( Xuất trình thẻ SV , CMND , Bằng , Bảng Điểm… )
♦
Giáo viên dạy giỏi tại các trường khu vực Hà Nội và giáo viên đang theo học Thạc Sỹ tại ĐHSPHN
♦
Trên 26 điểm khối A, B và trên 24 điểm khối D, A1.
♦
Trải qua bài TEST chuyên môn và phương pháp giảng dạy của trung tâm.
♦
Lấy lại kiến thức bị hổng trong 10 buổi.
”Chính sách Ưu việt duy nhất Hà Nội”:
♦ Tìm gia sư Free!
♦ Học thử 3 Buổi Free.
♦ Đổi ngay gia sư nếu gia đình không hài lòng.
♦ Hoàn 100% học phí nếu không tiến bộ theo cam kết. ♦ Gia sư có hồ sơ rõ ràng: Thẻ SV, Thẻ GV, Bằng tốt nghiệp, CMND.
Trong quá trình học nếu có vấn đề gì chưa hài lòng, quý phụ huynh có thể thông báo ngay cho chúng tôi để trung tâm có thể đưa ra những điều chỉnh kịp thời nhằm nâng cao chất lượng phục vụ và đảm bảo quyền lợi cho gia đình.
HÃY ĐỂ CHÚNG TÔI SAN SẺ TRÁCH NHIỆM CÙNG QUÝ PHỤ HUYNH!
Gọi Ngay Cho Chúng Tôi Để Được Tư Vấn Tìm Gia Sư Tốt Nhất.
(Hotline) : 0979.48.48.17 hoặc 024.62.924.183 (24/24) .
Đăng Ký Tìm Gia Sư Tại Đây. (Trung tâm sẽ có phản hồi sớm nhất tới Quý phụ huynh trong vòng 1 giờ)
Lý Thuyết Khúc Xạ Ánh Sáng
1. Hiện tượng khúc xạ ánh sáng
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.
2. Định luật khúc xạ ánh sáng
Từ hình vẽ 26.1, ta gọi:
SI: tia tới; I: điểm tới;
N’IN: pháp tuyến với mặt phân cách tại I;
IR: tia khúc xạ;
i: góc tới; r: góc khúc xạ.
Khi thay đổi góc tới i, thực nghiệm cho kết quả sau đây được gọi là định luật khúc xạ ánh sáng.
– Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới (tạo bởi tia tới và tia pháp tuyến) và ở phía 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 (frac{sini}{sinr}) = hằng số. (26.1)
II. CHIẾT SUẤT CỦA MÔI TRƯỜNG 1. Chiết suất tỉ đối
Tỉ số không đổi (frac{sini}{sinr}) trong hiện tượng khúc xạ được gọi là chiết suất tỉ đối n 21 của môi trường (2), (chứa tia khúc xạ) đối với môi trường (1) (chứa tia tới)
2. Chiết suất tuyệt đối
Chiết suất tuyệt đối (thường gọi tắt là chiết suất) của môi trường là chiết suất tỉ đối của môi trường đó đối với chân không.
Như vậy chiết suất của chân không là 1.
Chiết suất của không khí là 1,000293 nên thường được làm tròn là 1, nếu không cần độ chính xác cao.
Mọi môi trường trong suốt đều có chiết suất tuyệt đối lớn hơn 1.
Có thể thiết lập được hệ thức: n 21 = (frac{n_{2}}{n_{1}}) (26.3)
trong đó n2 là chiết suất tuyệt đối của môi truường (2);
n1 là chiết suất tuyệt đối của môi truường (1).
Chiết suất tuyệt đối của một môi trường liên hệ với vận tốc: n = (frac{C}{v}), trong đó C là vận tốc ánh sáng trong chân không, v là vận tốc ánh sáng trong môi trường.
Chiết suất của không khí được tính gần đúng bằng 1, còn mọi môi trường trong suốt khác đều có chiết suất lớn hơn 1.
Dạng đối xứng của định luật khúc xạ là n1sin i = n2sin r.
III. TÍNH THUẬN NGHỊCH CỦA SỰ TRUYỀN ÁNH SÁNG.
Thí nghiệm cho thấy (Ở hình 26.1) nếu đảo chiều, cho ánh sáng truyền từ nước ra không khí theo tia RI thì nó khúc xạ vào không khí theo tia IS. Như vậy ánh sáng truyến đi theo đường nào thì cũng truyền ngược lại theo đường đó.
Đây chính là tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng.
Từ tính thuận nghịch, ta suy ra: n 12 = (frac{1}{n_{21}})
Tính thuận nghịch này cũng biểu hiện ở sự truyền thẳng và sự phản xạ.
Khái Niệm, Ứng Dụng & Hướng Dẫn Giải Bài Tập Khúc Xạ Ánh Sáng
1. Các khái niệm cơ bản về Khúc xạ ánh sáng
Hiện tượng Khúc xạ ánh sáng được giải thích là khi bức xạ điện từ ở dưới dạng ánh sáng khả kiến, được truyền từ một chất hoặc môi trường này sang môi trường khác ( chênh lệch Chiết xuất tỉ đối giữa 2 môi trường), sóng ánh sáng có thể sẽ trải qua một hiện tượng đó là khúc xạ, được biểu lộ bởi sự bẻ cong hoặc thay đổi hướng truyền sáng.
Có thể thấy khúc xạ ánh sáng mà một hiện tượng Vật lý đang và đã diễn ra khá phổ biến khắp mọi nơi ở trong cuộc sống. Chính vì vậy chúng ta cần tìm hiểu và giải thích nguyên nhân của nó để tư duy và vận dụng một cách có ích vào cuộc sống hàng ngày.
2. Ứng dụng của hiện tượng Khúc xạ ánh sángTrong thời kì đầu, khi mà trong ngành Thiên văn học mới cho ra đời loại Kính thiên văn dùng để quan sát các vật thể ở xa thì việc quan sát thường bị ảnh hưởng bới những hiện tượng khúc xạ ánh sáng khi mà ánh sáng tuyền từ không gian xuyên qua bầu khí quyển để vào trong trái đất. Nhờ phát hiện và giải thích được định luật khúc xạ mà các Nhà vật lý thiên văn đã có thể chỉnh sửa các loại ống kính giúp quán sát được rõ nét và sinh động hơn.
3. Hướng dẫn giải bài tập về Khúc xạ ánh sáng Dạng 1: Áp dụng định luật khúc xạ ánh sángĐịnh nghĩa chiết suất: Chiết suất của một môi trường là tỷ số giữa tốc độ ánh sáng trong chân không với tốc độ pha của bức xạ môi trường đang xét.
Công thức: N = C / V
Trong đó:
– C là tốc độ ánh sáng trong không khí
– V là tốc độ ánh sáng trong môi trường đang xét
– N là chiết suất của môi trường đang xét
Hệ quả: Chiết suất của không khí và chân không (nkk = nck = 1) là nhỏ nhất. Chiết suất của các môi trường khác đều lơn hơn 1.
Chiết suất tỉ đối: Là tỷ lệ chiết suất giữa hai môi trường khác nhau mà ánh sáng đang xét truyền qua.
Công thức: N21 = N2/ N1 = V1/ V2
– Khi đi qua hai môi trường trong suốt nhất định, tỉ số của sin góc tới i và sin góc khúc xạ r không đổi
sin i / sin r = N21= N2/ N1
Một số điểm cần phải lưu ý
– Nguồn sáng: là vật phát ra tia sáng bao gồm nguồn trực tiếp (mặt trời, đèn,…) và nguồn gián tiếp (nguồn nhận ánh sáng và phản lại ánh sáng vào mắt ta)
– Mắt ta nhìn thấy vật khi có ánh sáng từ vật trực tiếp đến măt hoặc khúc xạ ánh sáng đến mắt ta.
– Mắt nhìn vật và mắt nhìn ảnh
+ Nếu giữa mắt và vật chung một môi trường và có ánh sáng đi từ vật đến mắt, thì mắt nhìn vật.
+ Nếu giữa mắt và vật khác môi trường thì khi đó, ta nhìn thấy ảnh.
– Các dựng ảnh của vật: Để vẽ ảnh của điểm, ta phải vẽ hai tia; tia tới vuông góc với mặt phân cách thì truyền thẳng và một tia tới có góc bất kỳ giao của hai tia khúc xạ là ảnh của vật
– Khi hai tia cắt nhau trực tiếp thì ta nhận được ảnh thật, khi hai tia không giao nhau trực tiếp thì là ảnh ảo. Ảnh ảo được vẽ bằng nét gạch đứt.
– Góc lệch D: là góc tạo bởi phương của tia tới và tia khúc xạ.
Nếu mặc phân cách hai môi trường là hình câu, pháp tuyến được xác định là đường thẳng nối điểm tới với tâm cầu.
– Công thức gần đúng: với các góc rất nhỏ (<100) có thể lấy gần đúng:
tan i≈sin i≈i (i lấy theo radian)
Xác định ảnh của một vật qua lưỡng chất phẳng
Khái niệm về lưỡng chất phẳng: lưỡng chất phẳng là hai môi trường có chiết suất n1 và n2.
Phương pháp xác định ảnh qua lưỡng chất phẳng:
– Đặt d= SH: là khoảng cách đo từ mặt phân cách đến vật.
– Đặt d’=S’H: là khoảng cách đo từ mặt phân cách đến ảnh.
{∆SHI:tan i= HI.SH→sin i = HI.d ∆S’HI:tan r= HI.S’H→ sin r = HI.d Vậy: sin i / sin r = d’ / d
Ta có: chúng tôi i = chúng tôi r → sin i/ sin r = N2/ N1 Vậy: d’ / d = N2 / N1
– Khái niệm về bán mặt song song: là lớp môi trường trong suốt, giới hạn bởi hai mặt phẳng song song với nhau.
– Tính chất của bán mặt song song:
+ Tia ló ra môi trường luôn với tia tới và bị lệch ra khỏi phương ban đầu.
+ Độ lớn của vật và ảnh bằng nhau.
+ Độ dời ảnh: Gọi S’ là anh của S qua bán mặt, độ dời ảnh là: δ=SS’
Ta có: δ = SS’= II’ = IH – I’H = e – I’H
Mà: JH = I’H.tan i = chúng tôi r hay I’H.sin i = chúng tôi r
→ IHI’H = sin chúng tôi r = n ⟹I’H = IH.n = e.n
Vậy: δ = SS’ = e.(1-1n)
Chú ý: Khoảng dời ảnh δ không bị phụ thuốc với vị trí đặt vật. Ảnh luôn dời theo chiều của ánh sáng tới.
– Độ dời ngang của tia sáng
Khi tia sáng đi qua bán mặt song song thì không đổi phương, nhưng có dời ngang. Độ dời ngang của tia sáng là khoảng cách của tia tới và tia ló: d = IM
Xét: ΔIJM: d = IM = IJ.sin(i-r)
Ta có ΔIJN: cos r = INIJ⟶IJ=INcos r = chúng tôi r
Vậy: d = e.sin(i-r).cos r
– Định nghĩa của phản xạ toàn phần: phản xạ toàn phần là hiện tượng phản xạ toàn bộ tia sáng tới, xảy ra ở mặt phân cách của hai môi trường trong suốt.
– Điều kiện xảy ra phản xạ toàn phần:
+ Tia sáng chiếu tới phải truyền từ môi trường có chiết quang hơn, sang môi trường có chiếc quang kém
+ Góc tới i ≤ igh (igh là góc giới hạn toàn phần)
Trong đó: Sin igh = 1 /N
Để học tốt khúc xạ ánh sáng cần phải nắm rõ những dạng, những lý thuyết trên rồi áp dụng vào các bài tập. Gia Sư Việt hi vọng những chia sẻ vừa rồi sẽ giúp các em nắm bắt toàn bộ những khái niệm, ứng dụng và làm bài tập về Khúc xạ ánh sáng hiệu quả nhất.
♦ Làm sao để học tốt chuyên đề “Điên nặng” môn Vật lý lớp 12?
♦ Dao động cơ học là gì? Kinh nghiệm làm bài thi về Dao động cơ
Bài Tập Trắc Nghiệm Vật Lý Lớp 11 Định Luật Khúc Xạ Ánh Sáng
Bài tập trắc nghiệm Vật Lí lớp 11 Định luật khúc xạ ánh sáng
Câu 1. Khi nói về chiết suất của môi trường. Phát biểu nào sau đây là đúng?
A. chiết suất tỉ đối của môi trường chiết quang lớn hơn so với môi trường chiết quang nhỏ thì nhỏ hơn đơn vị
B. Môi trường chiết quang kém có chiết suất tuyệt đối nhỏ hơn 1
C. Chiết suất tỉ đối của môt trường 2 so với môi trường 1 bằng tỉ số chiết suất tuyệt đối n2 của môi trường 2 với chiết suất tuyệt đối n1 của môi trường 1
D. Chiết suất tỉ đối của 2 mô trường luôn lớn hơn đơn vị vì tốc độ ánh sáng trong chân không là tốc độ lớn nhất
Câu 2. Nước và thuỷ tinh có chiết suất lần lượt là n1 và n2. Chiết suất tỉ đối giữa thuỷ tinh và nước là
Câu 3. Khi chiếu ánh sáng từ không khí vào nước thì
A. góc khúc xạ luôn nhỏ hơn góc tới
B. góc khúc xạ luôn lớn hơn góc tới
C. góc khúc xạ luôn bằng góc tới
D. khi góc tới tăng thì góc khúc xạ giảm
Câu 4. Chiếu một tia sáng đơn sắc đi từ không khí vào môi trường có chiết suất n với góc tới i. Tia phản xạ vuông góc với tia khúc xạ. hệ thức nào sau đây là đúng?
A. sini=n B. sini=1/n C. tani=n D. tani=1/n
Câu 5. Chiếu một tia sáng đơn sắc đi từ không khí vào môi trường có chiết suất n với góc tời I có tani=n. Mối quan hệ giữa tia phản xạ và tia khúc xạ nào sau đây là đúng?
A. song song B. hợp với nhau góc 60 o
C. vuông góc D. hợp với nhau góc 30 o
Câu 6. Một bể chứa có thành cao 80cm và đấy phẳng dài 120cm. Biết độ cao mực nước trong bể là 60cm, chiết suất của nước là 4/3. Ánh nắng chiếu theo phương nghiêng góc 30 o so với phương ngang thì độ dài bóng của thành bể tạo được ở đáy bể là
A. 85,9cm B. 34,6cm C. 63,7cm D. 44,4cm
Câu 7. Một điểm sáng S nằm trong chất lỏng có chiết suất n, cách mặt chất lỏng một đoạn 12cm, phát ra chum ánh sáng hẹp đến gắp mặt phân cách với không khí tại điểm I với góc tới rất nhỏ, tia ló truyền theo phương IR. Đặt mắt trên phương IR nhìn thấy ảnh ảo S’của S dường như cách mặt chất lỏng một khoảng 10cm. chiết suất của chất lỏng đó là
A. 1,12 B. 1,2 C.1,33 D. 1,4
Câu 8. Một người nhìn một hòn sỏi nhỏ S nằm ở đáy một bể nước sâu 1,2m theo phương gần vuông góc với mặt nước. Biết chiết suất của nước là 4/3. Người này thấy ảnh S’ của S nằm cách mặt nước một khoảng bằng
A. 1,5m B. 80cm C.90cm D. 10dm
Câu 9. Một người nhìn một hòn sỏi nhỏ S nằm cách đáy một bể nước sau theo phương gần vuông góc với mặt nước. Người này thấy ảnh S’ của S nằm cách mặt nước một khoảng bằng 1,2m. Biết chiết suất của nước là 4/3. Độ sâu của nước trong bể là
A.90cm B.10dm C.16dm D. 1,8m
Câu 10. Một tấm thuỷ tinh có hai mặt giới hạn là hai mặt phẳng song song với nhau ( gọi là bản mặt song song), bề dày của nó là 10cm, chiết suất là 1,5 được đặt trong không khí. Chiếu tới một mặt của bản mặt song song một tia sáng có góc tới bằng 45 o, khi đó tia ló khỏi bản sẽ đi ra mặt còn lại. Phương của tia ló có đặc điểm nào sau đây?
A. Tia ló hợp với tia tới một góc 45 o
B. Tia ló vuông góc với tia tới
C. Tia ló song song với tia tới
D. Tia ló vuông góc với bản mặt song song
Câu 11. Một bản mặt song song có bề dày 10cm, chiết suất n=1,5 được đặt trong không khí. Chiếu tới bản một tia sáng với góc tời bằng 45 o. Khoảng cách giữa phương của tia tới và tia ló là
A. 6,16cm B. 4,15cm C. 3,25cm D. 3,29cm
Câu 12. Một bản mặt song song có bề dày 6cm, chiết suất n=1,5 được đặt trong không khí. Ảnh S’ của S qua bản mặt song song cách S một đoạn
A. 1cm B. 2cm C. 3cm D. 4cm
Câu 13. Một bản mặt song song có bề dày 6cm, chiết suất n=1,5 được đặt trong không khí.Điểm sáng S cách bản 20cm. Ảnh S’ của S qua bản mặt song song cách S một đoạn
A.10cm B.14cm C 1 8cm D.22cm
Hướng dẫn giải và đáp án
Câu 4: C
Sini=nsinr, mà sini=cosi ( do tia phản xạ vuông góc với tia khúc xạ)
Tương tự Câu 4
Câu 6: A
CH=CO+OH=85,9cm
Tương tự câu 7: h’=h/n=1,2.3/4=0,9m
Câu 9: C
Tương tự câu 7: h=h’.n=1,2.4/3=1,6m
Câu 10: C
Tương tự câu 12:
S’Q=SQ-SS’=20-2=18cm
Khúc Xạ Ánh Sáng Là Gì? Khái Niệm, Định Luật Và Bài Tập Áp Dụng
Số lượt đọc bài viết: 12.597
Khúc xạ ánh sáng được định nghĩa là hiện tượng lệch phương, hay còn gọi là phương gãy của các tia sáng khi truyền xiên góc qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt khác nhau.
Nội dung định luật khúc xạ ánh sáng là gì?Khi thay đổi góc tới i, thực nghiệm cho kết quả sau đây được gọi là định luật khúc xạ ánh sáng. Nội dung định luật khúc xạ ánh sáng là gì sẽ được định nghĩa như sau:
Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới (là mặt phẳng được tạo bởi tia tới và pháp tuyến) và ở phía bên kia pháp tuyến so với tia tới.
Với hai môi trường trong suốt nhất định, tỉ số giữa sin góc tới (sin i) và sin góc khúc xạ (sin r) sẽ luôn không đổi, theo công thức sau:
Sini/sinr = const
Chiết suất của môi trường trong khúc xạ ánh sáng
Chiết suất tuyệt đối của một môi trường được định nghĩa là chiết suất của nó đối với chân không.
Bởi vì chiết suất của không khí xấp xỉ bằng 1, nên khi không cần độ chính xác cao, ta có thể coi chiết suất của một chất đối với không khí bằng chiết suất tuyệt đối của nó.
Giữa chiết suất tỉ đối n21 của môi trường 2 đối với môi trường 1 và các chiết suất tuyệt đối n2 và n1 của chúng sẽ có hệ thức: n21 = n2n1
Vì vận tốc truyền ánh sáng trong các môi trường đều nhỏ hơn vận tốc truyền ánh sáng trong chân không, do vậy chiết suất tuyệt đối của các môi trường luôn luôn lớn hơn 1.
Ý nghĩa của chiết suất tuyệt đối: Chiết suất tuyệt đối của 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.
Tỉ số không đổi sini/ sinr có trong hiện tượng khúc xạ được gọi là chiết suất tỉ đối n21của môi trường (2) (môi trường có chứa tia khúc xạ) đối với môi trường (1) (môi trường có chứa tia tới). Công thức như sau: sini/ sinr = n21
Tính thuận nghịch của sự truyền ánh sángHình ảnh trên cho ta thấy, nếu đảo chiều và cho ánh sáng truyền từ nước ra không khí theo tia RI thì nó khúc xạ vào không khí theo tia IS. Như vậy ánh sáng truyến đi theo đường nào thì cũng truyền ngược lại theo đường đó. Đây được gọi là tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng.
Tính thuận nghịch này cũng biểu hiện ở sự truyền thẳng và sự phản xạ.
Please follow and like us:
Ánh Sáng Bị Phản Xạ Và Khúc Xạ Như Thế Nào?
Chúng tôi trích giới thiệu với các bạn một số bản dịch từ tác phẩm Những câu hỏi và bài tập vật lí phổ thông của hai tác giả người Nga L. Tarasov và A. Tarasova, sách xuất bản ở Nga năm 1968. Bản dịch lại từ bản tiếng Anh xuất bản năm 1973.
§31. Ánh sáng bị phản xạ và khúc xạ như thế nào?
GV: Hãy phát biểu định luật phản xạ và khúc xạ ánh sáng.
HS A: Định luật phản xạ là: góc tới bằng góc phản xạ. Định luật khúc xạ là: tỉ số của sin của góc tới và sin của góc khúc xạ bằng chiết suất của môi trường.
GV: Phát biểu của em chưa chính xác lắm. Trước tiên, em chưa nói tới thực tế là tia tới và tia phản xạ (hoặc khúc xạ) nằm trong cùng một mặt phẳng với pháp tuyến với đường ranh giới phản xạ (hoặc khúc xạ) dựng tại điểm tới. Nếu không nêu rõ điều này, thì chúng ta có thể giả sử sự phản xạ xảy ra như minh họa ở Hình 128. Thứ hai, phát biểu của em về định luật khúc xạ chỉ nêu trường hợp đặc biệt tia sáng tới từ không khí trên ranh giới của một môi trường nhất định. Giả sử trong trường hợp tổng quát, tia sáng đi từ một môi trường có chiết suất đến ranh giới của một môi trường có chiết suất . Chúng ta gọi góc tới là α 1 và góc khúc xạ là α 2. Trong trường hợp này, định luật khúc xạ có thể được viết dưới dạng
Công thức này đưa tới phát biểu của em, với không khí n1 = 1.
Xét bài toán sau đây. Một đồng tiền nằm trong nước ở độ sâu H. Chúng ta nhìn vào nó từ phía trên theo phương thẳng đứng. Hỏi chúng ta thấy đồng tiền ở độ sâu bao nhiêu?
HS A: Theo em biết thì ta sẽ thấy đồng tiền được nâng lên một chút. Em không nghĩ mình có thể đưa ra câu trả lời rõ ràng hơn.
GV: Chúng ta hãy vẽ hai tia sáng từ tâm của đồng tiền: OA và (Hình 129). Tia OA không bị khúc xạ (vì nó thẳng đứng) và tia thì bị khúc xạ. Giả sử hai tia phân kì này đi vào mắt. Mắt sẽ nhìn thấy một ảnh của đồng tiền tại giao điểm của hai tia phân kì OA và , tức là tại điểm . Rõ ràng từ sơ đồ là khoảng cách cần tìm h liên hệ với độ sâu H như sau:
(trong đó góc biểu diễn theo radian, chứ không theo độ). Sử dụng công thức (191), ta có thể viết lại phương trình (190) ở dạng
HS B: Nếu chúng ta nhìn vào đồng tiền, không nhìn thẳng đứng, mà nhìn xiên góc, thì chúng ta sẽ thấy gì?
GV: Trong trường hợp này, ta thấy đồng tiền không những được nâng lên, mà còn dịch ra xa (xem đường đứt nét trên Hình 129). Rõ ràng, các tính toán trong trường hợp này sẽ phức tạp hơn nhiều. Xét bài toán sau đây. Một người thợ lặn có chiều cao h đứng trên đáy của một cái hồ có độ sâu H. Tính khoảng cách tối thiểu từ chỗ người thợ lặn đứng đến những điểm thuộc đáy hồ mà anh ta có thể nhìn thấy phản xạ từ mặt nước.
HS A: Em biết cách giải những bài toán như vậy. Ta hãy gọi khoảng cách cần tìm là L. Đường đi của tia sáng từ điểm A đến mắt của người thợ lặn được vẽ trên Hình 130. Điểm A là điểm gần người thợ lặn nhất mà anh ta có thể nhìn thấy phản xạ từ mặt hồ. Do đó, chẳng hạn, một tia sáng từ điểm B ở gần hơn bị khúc xạ tại bề mặt và không quay lại phía người thợ lặn (xem đường đứt nét ở Hình 130). Góc α là góc tới hạn cho sự phản xạ toàn phần. Nó được tính từ công thức
GV: Hoàn toàn chính xác. Vậy người thợ lặn sẽ nhìn thấy loại ảnh gì ngay phía trên đầu?
HS A: Ngay trên đầu, anh ta sẽ thấy một vòng tròn sáng với bán kính
(xem hình 130). Bên ngoài giới hạn của vòng tròn này, anh ta sẽ thấy ảnh của các vật nằm trên đáy hồ.
HS B: Hiện tượng sẽ như thế nào nếu một phần đáy hồ nơi người thợ lặn đang đứng không bằng ngang, mà bị nghiêng?
GV: Trong trường hợp này, khoảng cách L rõ ràng sẽ phụ thuộc vào hướng mà người thợ lặn đang nhìn. Các em có thể dễ dàng thấy rằng khoảng cách này sẽ là tối thiểu khi người thợ lặn nhìn lên theo đáy nghiêng đó, và là tối đa khi người ấy nhìn theo hướng ngược lại. Kết quả thu được ở bài toán trước bây giờ chỉ có thể áp dụng khi người thợ lặn nhìn theo hướng mà độ sâu của hồ nước không thay đổi (song song với mặt hồ). Một bài toán với đáy hồ nghiêng sẽ được cho trong phần bài tập về nhà (xem Bài 74).
HS A: Liệu chúng ta có thể làm đổi hướng của chùm sáng bằng cách đưa một hệ gồm những bản mặt song song trong suốt vào đường đi của nó hay không?
GV: Em nghĩ như thế nào?
HS A: Trên nguyên tắc, em nghĩ là chúng ta có thể. Chúng ta biết rằng chùm sáng, khi bị khúc xạ, truyền đi theo một hướng khác bên trong một bản mặt song song.
HS B: Em không đồng ý. Sau khi ló khỏi bản mặt song song, chùm sáng sẽ vẫn song song với phương ban đầu của nó.
GV: Em hãy chứng minh cho kết luận này, sử dụng một hệ gồm vài bản mặt song song có chiết suất khác nhau.
HS B: Em sẽ dùng ba bản mặt song song có chiết suất lần lượt là và . Đường đi của tia sáng qua hệ được vẽ trên Hình 131. Đối với sự khúc xạ tia sáng tại mỗi ranh giới, ta có thể viết
Nhân tương ứng các vế trái với vế trái, và vế phải với vế phải của những phương trình này, ta được (sinα 0/sinα 4) = 1. Suy ra, α 0 = α 4, đó là cái chúng ta muốn chứng minh.
HS B: Những định luật này không thể áp dụng cho những khoảng cách vào cỡ bước sóng của ánh sáng hoặc ngắn hơn. Ở những khoảng cách nhỏ hơn, tính chất sóng của ánh sáng bắt đầu xuất hiện.
GV: Em nói đúng. Đây là cái mà các thí sinh thường hiểu không đủ tốt. Em có thể nói cho tôi biết bất kì hạn chế nào về khả năng áp dụng của các định luật quang hình học từ một phương diện khác – từ phương diện khoảng cách lớn – hay không?
HS B: Nếu khoảng cách dài hơn bước sóng ánh sáng, thì ánh sáng có thể được xem xét trong khuôn khổ của quang hình học. Ít nhất đó là cái chúng ta đã nói trước đây. Em nghĩ không có ràng buộc nào đối với việc sử dụng quang hình học trên những khoảng cách lớn.
GV: Em nhầm rồi. Hãy tưởng tượng hình ảnh sau đây: em gửi một chùm ánh sáng ra ngoài không gian, hoàn toàn bỏ qua khả năng tán xạ của nó. Giả sử trong một giây, em quay thiết bị phát ra chùm sáng một góc 60 o. Câu hỏi đặt ra là: trong chuyển động quay này, vận tốc của các điểm thuộc chùm sáng ở cách thiết bị hơn 300.000 km sẽ là bao nhiêu?
HS B: Em hiểu câu hỏi của thầy. Những điểm như thế phải chuyển động với vận tốc lớn hơn tốc độ ánh sáng. Tuy nhiên, theo thuyết tương đối, những vận tốc lớn hơn tốc độ ánh sáng là không thể nếu chúng là vận tốc của các đối tượng vật chất. Ở đây chúng ta đang xét một chùm sáng.
GV: Vậy một chùm sáng thì không phải là vật chất sao? Như em có thể thấy, quang hình học không tương thích với những khoảng cách hết sức lớn. Ở đây, chúng ta phải xét rằng một chùm sáng là một dòng gồm những hạt ánh sáng gọi là photon. Các photon phát ra từ thiết bị trước khi chúng ta quay nó “chẳng biết tí gì” về chuyển động quay sau đó và tiếp tục chuyển động của chúng theo hướng chúng đã được phát đi. Các photon mới được phát ra theo hướng mới. Như vậy, chúng ta không thấy bất kì sự quay nào của của tổng thể chùm ánh sáng.
HS B: Làm thế nào chúng ta có thể đánh giá định lượng giới hạn của khả năng áp dụng các định luật quang hình học từ phương diện những khoảng cách lớn?
GV: Những khoảng cách đó phải sao cho thời gian cần thiết để ánh sáng đi hết chúng phải nhỏ hơn nhiều so với bất kì thời gian đặc trưng nào trong bài toán đã cho (ví dụ, nhỏ hơn nhiều so với thời gian cần thiết để quay thiết bị phát ra chùm sáng). Trong trường hợp này, tổng thể chùm sáng không bị phá hỏng, nên chúng ta có thể an toàn sử dụng các định luật quang hình học.
Bài tập
73. Chúng ta đang nhìn thẳng đứng từ phía trên xuống một vật đặt dưới nước với một bản mặt song song bằng thủy tinh nằm phía trên nó. Bản mặt song song dày 5 cm; có một lớp nước 10 cm phía trên nó. Chiết suất của thủy tinh là 1,6. Chúng ta thấy ảnh của vật ở cách mặt nước bao xa?
74. Một người thợ lặn cao 1,8 m đứng trên đáy của một hồ nước, tại một chỗ sâu 5 m. Đáy hồ là một mặt phẳng nghiêng góc 15 o. Tính khoảng cách tối thiểu theo phương đáy hồ từ chỗ người thợ lặn đứng đến điểm trên đáy hồ mà anh ta nhìn thấy phản xạ từ mặt nước.
75. Chúng ta có một bản mặt song song thủy tinh dày 5 cm với chiết suất bằng 1,5. Góc tới (từ không khí) sẽ bằng bao nhiêu để cho tia phản xạ và tia khúc xạ bởi bản mặt vuông góc với nhau? Với góc tới này, hãy tính độ dời của tia sáng do nó đi qua bản mặt song song.
76. Chúng ta có một bản mặt song song thủy tinh bề dày d và chiết suất n. Góc tới của tia sáng từ không khí lên bản mặt bằng góc phản xạ toàn phần đối với thủy tinh làm bản mặt. Tính độ dời của tia sáng do nó đi qua bản mặt song song.
Vui lòng ghi rõ “Nguồn chúng tôi khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.
Thêm ý kiến của bạn
Cập nhật thông tin chi tiết về Các Dạng Bài Tập Khúc Xạ Ánh Sáng Cơ Bản Nhất trên website 2atlantic.edu.vn. Hy vọng nội dung bài viết sẽ đáp ứng được nhu cầu của bạn, chúng tôi sẽ thường xuyên cập nhật mới nội dung để bạn nhận được thông tin nhanh chóng và chính xác nhất. Chúc bạn một ngày tốt lành!