n 21 = 2 1 1 2 n v n v = 21 sin i n sin r = sini gh = n 21 = 2 1 n n GV: Trần Thanh Khê - Vật lí 11 nâng cao - Niên học: 2008 - 2009 Nguy ễ n Th ị Thu Th ủ y CHƯƠNG VI: KHÚC XẠ ÁNH SÁNG 1) Định luật khúc xạ ánh sáng: Đối với một cặp môi trường trong suốt xác định thì tỉ số giữa sin của góc tới và sin của góc khúc xạ luôn là một hằng số. Biểu thức: n 21 phụ thuộc vào bản chất của hai môi trường, được gọi là chiết suất tỉ đối của môi trường chứa tia khúc xạ đối với môi trường chứa tia tới. VD: Ánh sáng truyền từ không khí sang thủy tinh, ta có n TT – không khí = 1,5. Ánh sáng truyền từ không khí sang nước, ta có n nước – không khí = 1,33 ≈ 4 3 . • Nếu n 21 > 1 : môi trường 2 chiết quang hơn môi trường 1. • Nếu n 21 < 1 : môi trường 2 chiết quang kém môi trường 1. 2) Ta có: n 1 , n 2 : lần lượt là chiết suất tuyệt đối của môi trường 1, môi trường 2. v 1 , v 2 : lần lượt là vận tốc truyền ánh sáng trong môi trường 1, môi trường 2. Ta có thể viết biểu thức của định luật khúc xạ ánh sáng dưới dạng: n 1 sini = n 2 sinr. 3) Chiết suất tuyệt đối của một môi trường trong suốt là chiết suất tỉ đối của môi trường đó đối với chân không. Ta có: c = 300000 km/s = 3.10 8 m/s là vận tốc truyền ánh sáng trong chân không. v là vận tốc truyền ánh sáng trong môi trường trong suốt đang xét. Do v < c nên ta luôn có n > 1. 4) Hiện tượng phản xạ toàn phần: a) Trường hợp ánh sáng truyền theo chiều từ môi trường chiết quang kém n 1 sang môi trường chiết quang hơn n 2 (với n 2 > n 1 ) thì mọi tia tới đều có tia khúc xạ với r < i (hay tia khúc xạ bị lệch về gần pháp tuyến). b) Trường hợp ánh sáng truyền theo chiều từ môi trường chiết quang hơn n 1 sang môi trường chiết quang kém n 2 (với n 2 < n- 1 ) thì những tia tới có góc tới i > i gh sẽ bị phản xạ toàn phần. Công thức tính góc giới hạn phản xạ toàn phần i gh : Khi i = i gh thì r = 90 0 (ta có thể nói hiện tượng phản xạ toàn phần bắt đầu xảy ra) ⇒ 5) Ảnh của một vật cho bởi lưỡng chất phẳng: Xét một người đặt mắt trong không khí nhìn điểm sáng S dưới một bể nước theo phương gần như vuông góc với mặt nước (i nhỏ, r nhỏ). • Mắt nhìn thấy ảnh ảo S’ của điểm S ở gần mặt thoáng hơn S (Hình). • Ta chứng minh được: SH S'H = n nước = 4 3 hay SH = 4 3 .S’H 6) Bản mặt song song: Tia ló JR song song với tia tới SI (Hình). • Độ dời tia: IK = esin(i r) cosr − . • Độ dời ảnh: SS’ = e(1 - 1 n ) khi nhìn qua bản mặt theo phương gần như vuông góc với bản mặt (i nhỏ, r nhỏ). e là bề dày của bản mặt. n là chiết suất tỉ đối của chất làm bản mặt đối với môi trường ngoài (môi trường trong đó đặt bản mặt) ∗∗∗∗∗∗∗ MỘT SỐ BÀI TẬP TỰ LUẬN HIỆN TƯỢNG KHÚC XẠ ÁNH SÁNG. HIỆN TƯỢNG PHẢN XẠ TOÀN PHẦN 1) Chiếu một tia sáng từ nước ra ngoài không khí. Cho chiết suất của nước là 4/3. Tính góc khúc xạ, biết góc tới bằng : a) 30 0 ; b) 45 0 ; c) 60 0 . ĐS : a) 41 0 50’ ; b) 70 0 30’ ; c) Không có tia khúc xạ. Trang 1 n = c v n = c v Mặt phân cách S S’ H i R i r MT1 n 1 MT2 n 2 (n 2 < n 1 ) S e I J R K S’ i i’ r r’ GV: Trần Thanh Khê - Vật lí 11 nâng cao - Niên học: 2008 - 2009 Nguy ễ n Th ị Thu Th ủ y 2) Một thợ lặn dưới nước nhìn thấy Mặt trời ở độ cao cách đường chân trời góc 60 0 . Tính độ cao thực của Mặt trời so với đường chân trời. Chiết suất của nước là n = 4/3. ĐS : 48 0 . 3) Một tia sáng đi từ thủy tinh (chiết suất n = 1,5) đến mặt giới hạn với một chất lỏng (chiết suất n’ = 1,3) phải có góc tới thỏa mãn điều kiện nào thì bị phản xạ toàn phần? ĐS : i ≥ 60 0 . 4) Tính vận tốc truyền ánh sáng trong một tấm thủy tinh, biết rằng một tia sáng chiếu từ không khí đến tấm thủy tinh đó với góc tới 60 0 thì cho tia khúc xạ vuông góc với tia phản xạ. ĐS : v = 3 .10 8 m/s. 5) Một người quan sát một hòn sỏi coi như một điểm sáng A ở dưới đáy một bể nước có chiều sâu h, theo phương vuông góc với mặt nước. Người ấy thấy hình như hòn sỏi được nâng lên gần mặt nước, theo phương thẳng đứng, đến điểm A’. a) Hãy chứng minh công thức sau đây về độ nâng AA’ của ảnh: AA’ = h(1- n 1 ) với n là chiết suất của nước. b) Biết khoảng cách từ A’ đến mặt nước là 60cm. Tính chiều sâu của bể nước. Cho n = 4/3. ĐS : a) … ; b) 80cm. 6) Một người nhìn một vật ở đáy chậu theo phương thẳng đứng. Đổ nước vào chậu, người ấy thấy vật gần mình thêm 5cm. Chiết suất của nước là n = 4/3. Tính chiều cao của lớp nước đã đổ vào chậu. ĐS : h = 20cm. 7) Một cái cọc được cắm thẳng đứng trong một bể rộng, đáy nằm ngang, chứa đầy nước. Phần cọc nhô trên mặt nước dài 0,6m. Bóng của cái cọc trên mặt nước dài 0,8m, ở dưới đáy bể dài 1,7m. Tính chiều sâu của bể nước. Chiết suất của nước là 4/3. ĐS : h = 1,2m. 8) Một cái máng nước sâu b = 30cm, rộng a = 40cm có hai thành bên thẳng đứng. Đúng lúc máng cạn nước thì bóng râm của thành A kéo dài tới đúng chân của thành B đối diện (Hình). Người ta đổ nước vào máng đến một độ cao h thì bóng của thành A ngắn bớt đi 7cm so với trước. Biết chiết suất của nước là n = 4/3. Hãy tính h. Vẽ tia sáng giới hạn bóng râm của thành máng khi có nước. ĐS : h = 12cm. 9) Một bản mặt song song bằng thủy tinh có bề dày e = 10cm, chiết suất n = 1,5 được đặt trong không khí. Chiếu tới bản một tia sáng SI có góc tới là i = 45 0 . Chứng tỏ rằng khi ló ra khỏi bản thủy tinh thì tia ló song song với tia tới đầu tiên. Vẽ đường đi của tia sáng qua bản. Tính khoảng cách giữa giá của tia ló và tia tới (độ dời tia). ĐS: Độ dời tia d ≈ 3,3cm. 10) Một bản mặt song song có bề dày e = 6cm và chiết suất n = 1,5. Tính độ dời của một điểm sáng A khi nhìn nó qua bản mặt song song này theo phương vuông góc với hai mặt giới hạn trong các trường hợp: a) Bản mặt và điểm sáng đặt trong không khí. b) Bản mặt và điểm sáng đặt trong nước có chiết suất n’ = 4/3. ĐS : a) 2cm ; b) 2/3 cm. 11) Một ngọn đèn nhỏ S nằm dưới đáy của một bể nước nhỏ, sâu 20cm. Hỏi phải thả nổi trên mặt nước một tấm gỗ mỏng có vị trí, hình dạng và kích thước nhỏ nhất là bao nhiêu để vừa vặn không có tia sáng nào của ngọn đèn lọt qua mặt thoáng của nước. Chiết suất của nước là 4/3. ĐS : Tấm gỗ hình tròn, tâm nằm trên đường thẳng đứng qua S, bán kính R ≈ 22,7cm. 12) Một miếng gỗ hình tròn, bán kính 4cm. Ở tâm O, cắm thẳng góc một đinh OA. Thả miếng gỗ nổi trong một chậu nước có chiết suất n = 1,33 = 4/3. Đinh OA ở trong nước. a) Cho OA = 6cm. Mắt ở trong không khí sẽ thấy đầu A cách mặt nước bao nhiêu? b) Tìm chiều dài lớn nhất của OA để mắt không thấy đầu A của đinh. c) Thay nước bằng một chất lỏng có chiết suất n’. Khi giảm chiều dài OA của đinh tới 3,2cm thì mắt không thấy được đầu A của đinh nữa. Tính n’. ĐS: a) 4,5cm ; b) 3,5cm ; c) n’ = 1,28. Trang 2 A B CD GV: Trn Thanh Khờ - Vt lớ 11 nõng cao - Niờn hc: 2008 - 2009 Nguy n Th Thu Th y CC CU TRC NGHIM KHUC XAẽ ANH SANG. PHN X TON PHN. 1) Chn cõu ỳng. Chit sut t i gia mụi trng khỳc x v mụi trng ti A. luụn ln hn 1. B. luụn nh hn 1. C. bng t s gia chit sut tuyt i ca mụi trng khỳc x v chit sut tuyt i ca mụi trng ti. D. bng hiu s gia chit sut tuyt i ca mụi trng khỳc x v chit sut tuyt i ca mụi trng ti. 2) Chit sut t i gia mụi trng khỳc x v mụi trng ti A. luụn luụn ln hn 1. B. luụn luụn nh hn 1. C. tu thuc vn tc ca ỏnh sỏng trong hai mụi trng. D. tu thuc gúc ti ca tia sỏng. 3) Chit sut t i gia hai mụi trng A. cho bit tia sỏng khỳc x nhiu hay ớt khi i t mụi trng ny vo mụi trng kia. B. cng ln khi gúc ti ca tia sỏng cng ln. C. cng ln thỡ gúc khỳc x cng nh. D. bng t s gia gúc khỳc x v gúc ti. 4) Chn cõu ỳng. Chit sut tuyt i ca mt mụi trng truyn sỏng A. luụn ln hn 1. B. luụn nh hn 1. C. bng 1. D. luụn ln hn 0. 5) Hóy ch ra cõu sai. A. Chit sut tuyt i ca mi mụi trng trong sut u ln hn 1. B. Chit sut tuyt i ca chõn khụng c quy c l 1. C. Chit sut tuyt i cho bit vn tc truyn ỏnh sỏng trong mụi trng nh hn vn tc truyn ỏnh sỏng trong chõn khụng bao nhiờu ln. D. Chit sut t i gia hai mụi trng luụn ln hn 1. 6) Tc ỏnh sỏng trong chõn khụng l c = 3.10 8 m/s. Kim cng cú chit sut n = 2,42. Tc truyn ỏnh sỏng trong kim cng (tớnh trũn) l: A. 242000 km/s. B. 124000 km/s. C. 72600 km/s. D. 173000 km/s. 7) Chiu mt tia sỏng t nc, cú chit sut n = 3 4 , ti mt phõn cỏch vi khụng khớ vi gúc ti i = 6 0 . Khi ú A. tia sỏng truyn vo khụng khớ vi gúc khỳc x l r = 4,5 0 . B. tia sỏng truyn vo khụng khớ vi gúc khỳc x l r = 6 0 . C. tia sỏng truyn vo khụng khớ vi gúc khỳc x l r = 8 0 . D. khụng cú tia khỳc x truyn trong khụng khớ. 8) Mt tia sỏng truyn trong khụng khớ ti mt thoỏng ca mt cht lng. Tia phn x v tia khỳc x vuụng gúc vi nhau. Trong cỏc iu kin ú, gia gúc ti i v gúc khỳc x r cú h thc liờn h no? A. i = r + 90 0 . B. i + r = 90 0 . C. i = 180 0 r. D. r = 180 0 2i. 9) Tia sỏng truyn t nc v khỳc x ra khụng khớ. Tia khỳc x v tia phn x mt nc vuụng gúc vi nhau. Nc cú chit sut l 4 3 . Gúc ti ca tia sỏng (tớnh trũn s) l A. 37 0 . B. 42 0 . C. 53 0 . D. 49 0 . 10) Mt ca mt ngi t trong khụng khớ nhỡn xung ỏy mt chu cú cha mt cht lng trong sut cú chit sut n. Chiu cao lp cht lng l 20 cm. Mt thy ỏy chu dng nh cỏch mt thoỏng ca cht lng l h thỡ ta cú: A. h > 20 cm. B. h < 20 cm. C. h = 20 cm. D. khụng th kt lun c vỡ cha bit chit sut n ca cht lng l bao nhiờu. 11) Ba mụi trng trong sut (1), (2), (3) cú th t tip giỏp nhau. Vi cựng gúc ti i = 60 0 , nu ỏnh sỏng truyn t (1) vo (2) thỡ gúc khỳc x l 45 0 , nu ỏnh sỏng truyn t (1) vo (3) thỡ gúc khỳc x l 30 0 . Hi nu ỏnh sỏng truyn t (2) vo (3) vn vi gúc ti i = 60 0 thỡ gúc khỳc x cú giỏ tr (tớnh trũn) l: A. 38 0 . B. 42 0 . C. 48 0 . D. 53 0 . HD: (3) chit quang hn (2). Tớnh c n 32 = 2 sinr = 3 2 2 0,612 r 38 0 . 12) Cú hai mụi trng trong sut 1 v 2 ; t v 1 v v 2 l vn tc truyn ỏnh sỏng trong cỏc mụi trng ú, n 1 v n 2 l chit sut ca cỏc mụi trng ú. Mụi trng 2 chit quang hn mụi trng 1 nu cú iu kin no k sau: A. n 2 > n 1 . B. v 2 > v 1 . C. n 12 > 1. D. Bt kỡ iu kin no nờu A, B, C. Trang 3 GV: Trần Thanh Khê - Vật lí 11 nâng cao - Niên học: 2008 - 2009 Nguy ễ n Th ị Thu Th ủ y 13) Có hai môi trường trong suốt 1 và 2. Đặt n : chiết suất của môi trường ; v : vận tốc truyền ánh sáng. Môi trường 2 chiết quang hơn môi trường 1 nếu có điều kiện nào kể sau : A. n 2 < n 1 . B. v 2 < v 1 . C. n 12 > 1. D. Bất kì điều kiện nào nêu ở A, B, C. 14) Hiện tượng khúc xạ ánh sáng luôn luôn xảy ra khi tia sáng A. truyền tới mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt có chiết suất bằng nhau. B. truyền từ môi trường trong suốt có chiết suất n 1 tới mặt phân cách với môi trường trong suốt khác có chiết suất n 2 > n l với góc tới khác 0. C. truyền từ môi trường trong suốt có chiết suất n l tới mặt phân cách với môi trường trong suốt khác có chiết suất n 2 < n l với góc tới khác 0 . D. truyền từ môi trường trong suốt có chiết suất n l tới mặt phân cách với môi trường trong suốt khác có chiết suất n 2 < n l và với góc tới i thoả mãn sini > 1 2 n n . 15) Khi ánh sáng truyền từ môi trường chiết suất n 1 sang môi trường chiết suất n 2 với n 2 > n 1 , thì A. chỉ xảy ra hiện tượng phản xạ. B. chỉ xảy ra hiện tượng khúc xạ. C. xảy ra đồng thời phản xạ và khúc xạ. D. hoặc xảy ra phản xạ hoặc xảy ra khúc xạ. 16) Chọn câu sai. Khi một tia sáng đi từ môi trường có chiết suất n 1 sang môi trường có chiết suất n 2 với n 2 > n 1 , thì A. luôn luôn có tia khúc xạ đi vào môi trường thứ hai. B. góc khúc xạ r lớn hơn góc tới i. C. góc khúc xạ r nhỏ hơn góc tới i. D. nếu góc tới i bằng 0, tia sáng không bị khúc xạ. 17) Chọn câu sai. Trong hiện tượng khúc xạ ánh sáng. A. khi góc tới i tăng thì góc khúc xạ r cũng tăng. B. hiệu số i - r cho biết góc lệch của tia sáng khi đi qua mặt phân cách giữa hai môi trường. C. nếu góc tới i bằng 0 thì tia sáng không bị lệch khi đi qua mặt phân cách giữa hai môi trường. D. góc khúc xạ r tỉ 1ệ thuận với góc tới i. 18) Chọn câu sai. Cho một chùm tia sáng song song tới mặt phân cách giữa hai môi trường. A. Chùm tia bị gãy khúc khi đi qua mặt phân cách. B. Góc khúc xạ r có thể lớn hơn hay nhỏ hơn góc tới i. C. Chiết suất n 2 của môi trường khúc xạ càng lớn thì chùm tia bị gãy khúc càng nhiều. D. Góc lệch của chùm tia khi đi qua mặt phân cách càng lớn khi chiết suất n l và n 2 của hai môi trường tới và khúc xạ càng khác nhau. ……………… 19) Khi ánh sáng truyền từ môi trường chiết suất n 1 sang môi trường chiết suất n 2 , điều kiện đầy đủ để xảy ra phản xạ toàn phần là A. n 1 > n 2 . B. góc tới lớn hơn góc khúc xạ. C. n 1 < n 2 và góc tới lớn hơn góc giới hạn. D. n 1 > n 2 và góc tới lớn hơn góc giới hạn. 20) Có tia sáng truyền từ không khí vào ba môi trường (1), (2), (3) như hình. Phản xạ toàn phần có thể xảy ra khi ánh sáng truyền từ môi trường nào tới môi trường nào ? Trang 4 GV: Trần Thanh Khê - Vật lí 11 nâng cao - Niên học: 2008 - 2009 Nguy ễ n Th ị Thu Th ủ y A. Từ (l) tới (2). B. Từ (l) tới (3).C. Từ (2) tới (3). D. A, B, C đều đúng. 21) Cho một tia sáng đi từ nước (n = 4 3 ) ra không khí. Sự phản xạ toàn phần xảy ra khi góc tới (tính tròn): A. i < 48 0 . B. i > 42 0 . C. i > 49 0 . D. i > 37 0 . 22) Câu nào dưới đây không đúng? A. Ta luôn luôn có tia khúc xạ khi tia sáng đi từ môi trường có chiết suất nhỏ hơn sang môi trường có chiết suất lớn hơn. B. Ta luôn luôn có tia khúc xạ khi tia sáng đi từ môi trường có chiết suất lớn hơn sang môi trường có chiết suất nhỏ hơn. C. Khi chùm sáng phản xạ toàn phần thì không có chùm sáng khúc xạ. D. Khi có sự phản xạ toàn phần, cường độ chùm sáng phản xạ gần như bằng cường độ chùm sáng tới. 23) Chọn câu sai. Khi một tia sáng đi từ môi trường có chiết suất n 1 tới mặt phân cách với một môi trường có chiết suất n 2 với n 2 < n 1 thì A. có tia khúc xạ đối với mọi phương của tia tới. B. tỉ số giữa sini và sinr là không đổi khi cho góc tới thay đổi. B. góc khúc xạ r lớn hơn góc tới i. D. góc khúc xạ thay đổi từ 0 tới 90 0 khi góc tới i biến thiên. 24) Ba môi trường trong suốt là không khí và hai môi trường khác có các chiết suất tuyệt đối n 1 , n 2 (với n 2 > n 1 ). Lần lượt cho ánh sáng truyền đến mặt phân cách của tất cả các cặp môi trường có thể tạo ra. Biểu thức nào kể sau không thể là sin của góc giới hạn i gh đối với cặp môi trường tương ứng? A. 1 1 n . B. 2 1 n . C. 1 2 n n . D. 2 1 n n . Trang 5 . . . được: SH S'H = n nước = 4 3 hay SH = 4 3 .S’H 6) Bản mặt song song: Tia ló JR song song với tia tới SI (Hình). • Độ dời tia: IK = esin(i r) cosr −. 3,3cm. 10) Một bản mặt song song có bề dày e = 6cm và chiết suất n = 1,5. Tính độ dời của một điểm sáng A khi nhìn nó qua bản mặt song song này theo phương