http://lophocthem.com Phone: 01689.996.187 vuhoangbg@gmail.com CHUYÊN ĐỀ 6. KHÚC XẠ ÁNH SÁNG - PHẢN XẠ TOÀN PHẦN I. KIẾN THỨC KHÚC XẠ ÁNH SÁNG 1. Hiện tượng khúc xạ ánh sáng Hiện tượng khúc xạ ánh sáng là hiện tượng khi ánh sáng truyền qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt, tia sáng bị bẻ gãy khúc (đổi hướng đột ngột) ở mặt phân cách. 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) với sin của góc khúc xạ (sinr) luôn luôn là một số không đổi. Số không đổi này phụ thuộc vào bản chất của hai môi trường và được gọi là chiết suất tỉ đối của môi trường chứa tia khúc xạ (môi trường 2) đối với môi trường chứa tia tới (môi trường 1); kí hiệu là n21. Biểu thức: S N i I r N sin i = n21 sin r ( 1 ( 2 K / + Nếu n21 > 1 thì góc khúc xạ nhỏ hơn góc tới. Ta nói môi trường (2) chiết quang kém môi trường (1). + Nếu n21 < 1 thì góc khúc xạ lớn hơn góc tới. Ta nói môi trường (2) chiết quang hơn môi trường (1). + Nếu i = 0 thì r = 0: tia sáng chiếu vuông góc với mặt phân cách sẽ truyền thẳng. + Nếu chiếu tia tới theo hướng KI thì tia khúc xạ sẽ đi theo hướng IS (theo nguyên lí về tính thuận nghịch của chiều truyền ánh sáng). Do đó, ta có n21 = 1 . n12 3. Chiết suất tuyệt đối – Chiết suất tuyệt đối của một môi trường là chiết suất của nó đối với chân không. – 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 có hệ thức: n21 = n2 n1 – Ngoài ra, người ta đã chứng minh được rằng: Chiết suất tuyệt đối của các môi trường trong suốt tỉ lệ nghịch với vận tốc truyền ánh sáng trong các môi trường đó: n2 v1 = n1 v2 Nếu môi trường 1 là chân không thì ta có: n1 = 1 và v1 = c = 3.108 m/s Kết quả là: n2 = c v2 hay v2 = c n2 . http://lophocthem.com Phone: 01689.996.187 vuhoangbg@gmail.com – Vì vận tốc truyền ánh sáng trong các môi trường đều nhỏ hơn vận tốc truyền ánh sáng trong chân không, nên 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. PHẢN XẠ TOÀN PHẦN 1. Hiện tượng phản xạ toàn phần Hiện tượng phản xạ toàn phần là hiện tượng mà trong đó chỉ tồn tại tia phản xạ mà không có tia khúc xạ. + Phản xạ toàn phần là hiện tượng phản xạ toàn bộ ánh sáng tới, xảy ra ở mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt. 2. Điều kiện để có hiện tượng phản xạ toàn phần – Tia sáng truyền theo chiều từ môi trường có chiết suất lớn sang môi trường có chiết suất nhỏ hơn. – Góc tới lớn hơn hoặc bằng góc giới hạn phản xạ toàn phần (i gh). + Điều kiện để có phản xạ toàn phần: Ánh sáng phải truyền từ môi trường chiết quang hơn sang môi trường chiết quang kém (n2 < n1) và góc tới i ≥ igh. S n + Góc giới hạn phản xạ toàn phần: sinigh = 2 ; với n2 < n1. n1 K r H J 3. Phân biệt phản xạ toàn phần và phản xạ thông thường i i/ I Giống nhau R G – Cũng là hiện tượng phản xạ, (tia sáng bị hắt lại môi trường cũ). – Cũng tuân theo định luật phản xạ ánh sáng . Khác nhau – Hiện tượng phản xạ thông thường xảy ra khi tia sáng gặp một mặt phân cách hai môi trường và không cần thêm điều kiện gì. Trong khi đó, hiện tượng phản xạ toàn phần chỉ xảy ra khi thỏa mãn hai điều kiện trên. – Trong phản xạ toàn phần, cường độ chùm tia phản xạ bằng cường độ chùm tia tới. Còn trong phản xạ thông thường, cường độ chùm tia phản xạ yếu hơn chùm tia tới. 4. Lăng kính phản xạ toàn phần Lăng kính phản xạ toàn phần là một khối thủy tinh hình lăng trụ có tiết diện thẳng là một tam giác vuông cân Ứng dụng Lăng kính phản xạ toàn phần được dùng thay gương phẳng trong một số dụng cụ quang học (như ống nhòm, kính tiềm vọng …) Sợi cáp quang. http://lophocthem.com Phone: 01689.996.187 vuhoangbg@gmail.com VÍ DỤ MINH HỌA VD1. Tia sáng đi từ nước có chiết suất n1 = 4 sang thủy tinh có chiết suất n2 = 1,5. Tính góc 3 khúc xạ và góc lệch D tạo bởi tia khúc xạ và tia tới, biết góc tới i = 300. HD. Ta có: sin i n2 = sin r n1 sinr = n1 sini = sin26,40 n2 r = 26,40; D = i – r = 3,60. VD2. Tia sáng truyền trong không khí tới gặp mặt thoáng của chất lỏng có chiết suất n = 3 . Ta được hai tia phản xạ và khúc xạ vuông góc với nhau. Tính góc tới. sin i π = n; vì i’ + r = i + r = sinr = sin(- i) = cosi sin r 2 sin i sin i π π = = tani = n = tan i= . sin r cos i 3 3 HD. Ta có: VD3. Một cây cọc dài được cắm thẳng đứng xuống một bể nước chiết suất n = 4 . Phần cọc nhô 3 ra ngoài mặt nước là 30 cm, bóng của nó trên mặt nước dài 40 cm và dưới đáy bể nước dài 190 cm. Tính chiều sâu của lớp nước. BI 40 sin i = tan530 i = 530; =n = AB 30 sin r HD CD − CH r = 370; tanr = = IH IH 190 − 40 CD − CH = = 200 (cm). IH = 0,75 tan r HD. Ta có: tani = sinr = sin i = 0,6 = sin370 n VD4. Một cái máng nước sâu 30 cm rộng 40 cm có hai thành bên thẳng đứng. Lúc máng cạn nước thì bóng râm của thành A kéo dài tới đúng chân thành B đối diện. Người ta đổ nước vào máng đến một độ cao h thì bóng của thành A ngắn bớt đi 7 cm so với trước. Biết chiết suất của 4 . Tính h. 3 CI ' CB 40 4 HD. Ta có: tani = = = = = tan530 AA AC 30 3 sin i sin i i = 530; = n sinr = = 0,6 = sin370 sin r n I'B I ' B − DB I ' B − 7 r = 370; tani = ; tanr = = h h h tan i I'B 16 I'B = I’B = 16 (cm); h = = 12 (cm). = tan r I ' B − 7 9 tan i nước là n = VD5.Một người ngồi trên bờ nhúng chân vào nước trong suốt. Biết chiết suất nước là n = 4 . 3 a) Khoảng cách thực từ bàn chân người đó đến mặt nước là 36 cm. Hỏi mắt người đó cảm thấy bàn chân cách mặt nước bao nhiêu? http://lophocthem.com Phone: 01689.996.187 vuhoangbg@gmail.com b) Người này cao 1,68 m, nhìn thấy một hòn sỏi dưới đáy hồ dường như cách mặt nước 1,5 m. Hỏi nếu đứng dưới hồ thì người ấy có bị ngập đầu không?. HD. d n1 = d ' n2 h n b) Ta có: = 1 h' n2 a) Ta có: d’ = h= n2 d = 27 cm. n1 n1 h’ = 2 m > 1,68 m nên nếu đứng dưới hồ thì người đó sẻ bị ngập đầu. n2 VD6. Tính vận tốc của ánh sáng trong thủy tinh. Biết thủy tinh có chiết suất n = 1,6 và vận tốc ánh sáng trong chân không là c = 3.108 m/s. Ta có: n = c v v= c = 1,875.108 m/s. n VD7. Tính vận tốc của ánh sáng truyền trong môi trường nước. Biết tia sáng truyền từ không khí với góc tới là i = 600 thì góc khúc xạ trong nước là r = 400. Lấy vận tốc ánh sáng ngoài không khí c = 3.108 m/s. HD. Ta có: v = c sin i và n = n sin r v= c. sin r = 2,227.108 m/s. sin i VD8. Tính góc giới hạn phản xạ toàn phần khi ánh sáng truyền từ thủy tinh sang không khí, từ nước sang không khí và từ thủy tinh sang nước. Biết chiết suất của thủy tinh là 1,5; của nước là 4 . 3 HD. Ta có sinigh = n2 = sin530 n1 igh = 530. VD9. Thả nổi trên mặt nước một đĩa nhẹ, chắn sáng, hình tròn. Mắt người quan sát đặt trên mặt nước sẽ không thấy được vật sáng ở đáy chậu khi bán kính đĩa không nhỏ hơn 20 cm. Tính chiều sâu của lớp nước trong chậu. Biết rằng vật và tâm đĩa nằm trên đường thẳng đứng và chiết 4 . 3 1 HD. Ta có: Sinigh = = n suất của nước là n = R R 2 + h2 h = R n 2 − 1 = 17,64 cm. VD10. Một tấm thủy tinh mỏng, trong suốt, chiết suất n1 = 1,5; có tiết diện là hình chử nhật ABCD (AB rất lớn so với AD), mặt đáy AB tiếp xúc với một chất lỏng có chiết suất n2 = 2 . Chiếu tia sáng SI nằm trong mặt phẵng ABCD tới mặt AD sao cho tia tới nằm phía trên pháp tuyến ở điểm tới và tia khúc xạ trong thủy tinh gặp đáy AB ở điểm K. Tính giá trị lớn nhất của góc tới i để có phản xạ toàn phần tại K. HD. Để có phản xạ toàn phần tại K thì sini1 ≥ sinigh = n2 = sin70,50 n1 http://lophocthem.com i1 ≥ 70,50 sini ≤ Phone: 01689.996.187 vuhoangbg@gmail.com r ≤ 900 – 70,50 = 19,50 1 cosr = sin390 n1 i ≤ 390. VD11. Một miếng gỗ mỏng, hình tròn bán kính 4 cm. Ở tâm O cắm thẳng góc một cái đinh OA. Thả miếng gỗ trong một chậu nước có chiết suất n = 4 cho đầu A quay xuống đáy chậu. 3 a) Cho OA = 6 cm. Mắt đặt trong không khí sẽ thấy đầu A cách mặt nước bao nhiêu ? b) Tìm chiều dài lớn nhất của OA để mắt không nhìn thấy đầu A của đinh. HD. a) Mắt đặt trong không khí sẽ thấy ảnh A’ của A. Ta có: tani = OI OI ; tanr = . OA OA ' Với i và r nhỏ thì tani ≈ sini; tanr ≈ sinr tan i OA ' sin i 1 = ≈ = t anr OA s inr n OA 6 = OA’ = = 4,5 (cm). n 1,33 b) Khi i ≥ igh thì không thấy đầu A của đinh. 1 1 = = sin48,60 igh = 48,60; n 1,33 OI OI 4 = tanigh = OA = = 3,5 (cm). OA tan igh tan 48, 60 sinigh = VD12. Một bể chứa nước có thành cao 80 (cm) và đáy phẳng dài 120 (cm) và độ cao mực nước trong bể là 60 (cm), chiết suất của nước là 4/3. Ánh nắng chiếu theo phương nghiêng góc 300 so với phương ngang. Độ dài bóng đen tạo thành trên đáy bể là: A. 11,5 (cm) B. 34,6 (cm) C. 51,6 (cm) D. 85,9 (cm) HD. - Độ dài phần bóng đen trên mặt nước là a = 34,6 (cm). - Độ dài phần bóng đen trên đáy bể là b = 34,6 + 60.tanr trong đó r được tính sin i = n suy ra b sin r = 85,9 (cm). VD13. Một miếng gỗ hình tròn, bán kính 4 (cm). Ở tâm O, cắm thẳng góc một đinh OA. Thả miếng gỗ nổi trong một chậu nước có chiết suất n = 1,33. Đinh OA ở trong nước, cho OA = 6 (cm). Mắt đặt trong không khí, chiều dài lớn nhất của 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). 01689.996.187 http://lophocthem.com vuhoangbg@gmail.com Phone: HD. Mắt đặt trong không khí, để mắt không thấy đầu A thì ánh sáng phát ra từ đầu A đi tới mặt nước và đi gần mép của miếng gỗ sẽ xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần. Khi đó r = igh với sin i gh = 1 n ta tính được OA = R/tanr = 3,53 (cm). VD14. Chiếu một chùm tia sáng song song trong không khí tới mặt nước ( n = 4/3) với góc tới là 450. Góc hợp bởi tia khúc xạ và tia tới là: A. D = 70032’. B. D = 450. C. D = 25032’. D. D = 12058’. sin i =n HD. Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng sin r với n = 4/3, i = 450, ta tính được r = 3202’ suy ra góc hợp bởi tia khúc xạ và tia tới là i – r = 12058’. II. ĐỀ TRẮC NGHIỆM TỔNG HỢP. Khúc xạ ánh sáng 6.1 Phát biểu nào sau đây là đúng? A. Chiết suất tỉ đối của môi trường chiết quang nhiều so với môi trường chiết quang ít thì nhỏ hơn 1. B. Môi trường chiết quang kém có chiết suất tuyệt đối nhỏ hơn 1. C. Chiết suất tỉ đối của môi 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 hai môi trường luôn lớn hơn đơn vị vì vận tốc ánh sáng trong chân không là vận tốc lớn nhất. Chọn: C Hướng dẫn: - Chiết suất tỉ đối có thể lớn hơn, nhỏ hơn hoặc bằng 1. Chiết suất tuyệt đối luôn lớn hơn đơn vị (1) - Chiết suất tỉ đối của môi trường chiết quang nhiều so với môi trường chiết quang ít thì lớn hơn đơn vị(1) 6.2 Với một tia sáng đơn sắc, chiết suất tuyệt đối của nước là n1, của thuỷ tinh là n2. Chiết suất tỉ đối khi tia sáng đó truyền từ nước sang thuỷ tinh là: A. n21 = n1/n2 của thuỷ tinh là n2. Chiết B. n21 = n2/n1 suất tỉ đối khi C. n21 = n2 -n1 tia sáng đó D. n12 = n1 -n2 Hướng dẫn: truyền từ Với một tia Chọn: B nước sang sáng đơn sắc, thuỷ tinh tức chiết suất là chiết suất tỉ tuyệt đối của đối của thuỷ nước là n1, tinh đối với 6 CHUYÊN ĐỀ 6. KHÚC XẠ ÁNH SÁNG - PHẢN XẠ TOÀN PHẦN 01689.996.187 nước n21 n2/n1 http://lophocthem.com vuhoangbg@gmail.com Phone: = 6.3 Chọn câu trả lời đúng. Trong hiện tượng khúc xạ ánh sáng: A. góc khúc xạ luôn bé hơn góc tới. B. góc khúc xạ luôn lớn hơn góc tới. C. góc khúc xạ tỉ lệ thuận với góc tới. D. khi góc tới tăng dần thì góc khúc xạ cũng tăng dần. Chọn: D Hướng dẫn: Áp dụng công thức định luật khúc xạ ánh sáng sin i n 2 ta thấy khi i tăng thì r = sin r n 1 cũng tăng. 6.4 Chiết suất tỉ đối giữa môi trường khúc xạ với môi trường tới A. luôn lớn hơn 1. B. luôn nhỏ hơn 1. C. bằng tỉ số giữa chiết suất tuyệt đối của môi trường khúc xạ và chiết suất tuyệt đối của môi trường tới. D. bằng hiệu số giữa chiết suất tuyệt đối của môi trường khúc xạ và chiết suất tuyệt đối của môi trường tới. Chọn: C Hướng dẫn: Chiết suất tỉ đối giữa môi trường khúc xạ với môi trường tới bằng tỉ số giữa chiết suất tuyệt đối của môi trường khúc xạ và chiết suất tuyệt đối của môi trường tới. 6.5 Chọn câu đúng nhất. Khi tia sáng đi từ môi trường trong suốt n1 tới mặt phân cách với môi trường trong suốt n2 (với n2 > n1), tia sáng không vuông góc với mặt phân cách thì A. tia sáng bị gãy khúc khi đi qua mặt phân cách giữa hai môi trường. B. tất cả các tia sáng đều bị khúc xạ và đi vào môi trường n2. C. tất cả các tia sáng đều phản xạ trở lại môi trường n1. D. một phần tia sáng bị khúc xạ, một phần bị phản xạ. Chọn: D Hướng dẫn: Khi tia sáng đi từ môi trường trong suốt n1 tới mặt phân cách với môi trường trong suốt n2 (với n2 > n1), tia sáng không vuông góc với mặt phân cách thì một phần tia sáng bị khúc xạ, một phần bị phản xạ. 6.6 Chiết suất tuyệt đối của một môi trường truyền ánh sáng A. luôn lớn hơn 1. B. luôn nhỏ hơn 1. Chọn: A C. luôn bằng 1. Hướng dẫn: Chiết suất tuyệt đối của một môi trường truyền ánh sáng luôn D. luôn lớn hơn 0. 7 CHUYÊN ĐỀ 6. KHÚC XẠ ÁNH SÁNG - PHẢN XẠ TOÀN PHẦN 01689.996.187 http://lophocthem.com vuhoangbg@gmail.com Phone: lớn hơn 1. 6.7 Chiếu một tia sáng đơn sắc đi từ không khí vào môi trường có chiết suất n, sao cho tia phản xạ vuông góc với tia khúc xạ. Khi đó góc tới i được tính theo công thức A. sini = n C. tani = n B. sini = 1/n D. tani = 1/n Chọn: C Hướng dẫn: - Áp dụng định luật phản xạ ánh sáng, tia phản xạ và tia khúc xạ vuông góc với nhau ta có r + i’ = 900 hay là r + i = 900. - Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng: sin i n 2 sin i n ↔ = = 2 ↔tani = n21 = n. sin r n 1 sin(90 0 − i) n1 6.8 Một bể chứa nước có thành cao 80 (cm) và đáy phẳng dài 120 (cm) và độ cao mực nước trong bể là 60 (cm), chiết suất của nước là 4/3. Ánh nắng chiếu theo phương nghiêng góc 300 so với phương ngang. Độ dài bóng đen tạo thành trên mặt nước là A. 11,5 (cm) C. 63,7 (cm) B. 34,6 (cm) D. 44,4 (cm) Chọn: B Hướng dẫn: Độ dài bóng đen tạo thành trên mặt nước là (80 – 60).tan300 = 34,6 (cm) 6.9 Một bể chứa nước có thành cao 80 (cm) và đáy phẳng dài 120 (cm) và độ cao mực nước trong bể là 60 (cm), chiết suất của nước là 4/3. Ánh nắng chiếu theo phương nghiêng góc 300 so với phương ngang. Độ dài bóng đen tạo thành trên đáy bể là: A. 11,5 (cm) C. 51,6 (cm) B. 34,6 (cm) D. 85,9 (cm) Chọn: D Hướng dẫn: - Độ dài phần bóng đen trên mặt nước là a = 34,6 (cm). - Độ dài phần bóng đen trên đáy bể là b = 34,6 + 60.tanr trong đó r được tính sin i = n suy sin r ra b = 85,9 (cm). 6.10 Một điểm sáng S nằm trong chất lỏng (chiết suất n), cách mặt chất lỏng một khoảng 12 (cm), phát ra chùm sáng hẹp đến gặp mặt phân cách 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 10 (cm). Chiết suất của chất lỏng đó là A. n = 1,12 B. n = 1,20 C. n = 1,33 D. n = 1,40 Chọn: B Hướng dẫn: Áp dụng công thức lưỡng chất phẳng khi ánh sáng đi từ môi trường n ra không CHUYÊN ĐỀ 6. KHÚC XẠ ÁNH SÁNG - PHẢN XẠ TOÀN PHẦN 8 01689.996.187 khí http://lophocthem.com vuhoangbg@gmail.com Phone: d' 1 12 = 1,2 = suy ra n = d n 10 6.11 Cho chiết suất của nước n = 4/3. Một người nhìn một hòn sỏi nhỏ S mằn ở đáy một bể nước sâu 1,2 (m) theo phương gần vuông góc với mặt nước, thấy ảnh S’ nằm cách mặt nước một khoảng bằng A. 1,5 (m) B. 80 (cm) C. 90 (cm) D. 1 (m) Chọn: C Hướng dẫn: Áp dụng công thức lưỡng chất phẳng khi ánh sáng đi từ môi trường n ra không khí d' 1 = suy ra d’ = 0,9 (m) d n 6.12 Một người nhìn hòn sỏi dưới đáy một bể nước thấy ảnh của nó dường như cách mặt nước một khoảng 1,2 (m), chiết suất của nước là n = 4/3. Độ sâu của bể là: A. h = 90 B. h = 10 C. h = 15 D. h = 1,8 (cm) (dm) (dm) (m) Chọn: C Hướng dẫn: Xem hướng dẫn và làm tương tự câu 6.11 6.13 Một người nhìn xuống đáy một chậu nước (n = 4/3). Chiều cao của lớp nước trong chậu là 20 (cm). Người đó thấy đáy chậu dường như cách mặt nước một khoảng bằng A. 10 (cm) B. 15 (cm) C. 20 (cm) D. 25 (cm) Chọn: B Hướng dẫn: Xem hướng dẫn và làm tương tự câu 6.11 6.14 Một bản mặt song song có bề dày 10 (cm), chiết suất n = 1,5 được đặt trong không khí. Chiếu tới bản một tia sáng SI có góc tới 450 khi đó tia ló khỏi bản sẽ A. hợp với tia B. vuông góc C. song song D. vuông góc với tia tới. với tia tới. với bản mặt tới một góc 0 song song 45 . . Chọn: C Hướng dẫn: Dùng định luật khúc xạ tại hai mặt của bản hai mặt song song. 6.15 Một bản mặt song song có bề dày 10 (cm), chiết suất n = 1,5 được đặt trong không khí. Chiếu tới bản một tia sáng SI có góc tới 450 . Khoảng cách giữa giá của tia tới và tia ló là: A. a = 6,16 (cm). C. a = 3,25 (cm). B. a = 4,15 (cm). D. a = 2,86 (cm). Chọn: A Hướng dẫn: Vận dụng định luật khúc xạ ánh sáng và kết hợp giải hình học phẳng. CHUYÊN ĐỀ 6. KHÚC XẠ ÁNH SÁNG - PHẢN XẠ TOÀN PHẦN 9 01689.996.187 http://lophocthem.com vuhoangbg@gmail.com Phone: 6.16 Một bản hai mặt song song có bề dày 6 (cm), chiết suất n = 1,5 được đặt trong không khí. Điểm sáng S cách bản 20 (cm). Ảnh S’ của S qua bản hai mặt song song cách S một khoảng A. 1 (cm). B. 2 (cm). C. 3 (cm). D. 4 (cm). Chọn: B Hướng dẫn: Áp dụng công thức ảnh của một điểm sáng qua bản hai mặt song song khi ánh 1 sáng truyền gần như vuông góc với bề mặt của hai bản SS’ = e 1 −   n 6.17 Một bản hai mặt song song có bề dày 6 (cm), chiết suất n = 1,5 được đặt trong không khí. Điểm sáng S cách bản 20 (cm). Ảnh S’ của S qua bản hai mặt song song cách bản hai mặt song song một khoảng A. 10 (cm). B. 14 (cm). C. 18 (cm). D. 22(cm). Chọn: C Hướng dẫn: Xem hướng dẫn câu 6.16 Phản xạ toàn phần 6.18 Phát biểu nào sau đây là không đúng? A. Khi có phản xạ toàn phần thì toàn bộ ánh sáng phản xạ trở lại môi trường ban đầu chứa chùm tia sáng tới. B. Phản xạ toàn phần chỉ xảy ra khi ánh sáng đi từ môi trường chiết quang sang môi trường kém chết quang hơn. C. Phản xạ toàn phần xảy ra khi góc tới lớn hơn góc giới hạn phản xạ toàn phần igh. D. Góc giới hạn phản xạ toàn phần được xác định bằng tỉ số giữa chiết suất của môi trường kém chiết quang với môi trường chiết quang hơn. Chọn: D Hướng dẫn: Góc giới hạn phản xạ toàn phần được xác định theo công thức sin i gh = 1 n 6.19 Khi một chùm tia sáng phản xạ toàn phần tại mặt phân cách giữa hai môi trường thì A. cường độ sáng của chùm khúc xạ bằng cường độ sáng của chùm tới. B. cường độ sáng của chùm phản xạ bằng cường độ sáng của chùm tới. C. cường độ sáng của chùm khúc xạ bị triệt tiêu. D. cả B và C đều đúng. Chọn: C CHUYÊN ĐỀ 6. KHÚC XẠ ÁNH SÁNG - PHẢN XẠ TOÀN PHẦN 10 01689.996.187 http://lophocthem.com vuhoangbg@gmail.com Phone: Hướng dẫn: Khi một chùm tia sáng phản xạ toàn phần tại mặt phân cách giữa hai môi trường thì cường độ sáng của chùm khúc xạ bị triệt tiêu. 6.20 Phát biểu nào sau đây là không đúng? A. Ta luôn có tia khúc xạ khi tia sáng đi từ môi trường có chiết suất nhỏ sang môi trường có chiết suất lớn hơn. B. Ta luôn có tia khúc xạ khi tia sáng đi từ môi trường có chiết suất lớn sang môi trường có chiết suất nhỏ hơn. C. Khi chùm tia sáng phản xạ toàn phần thì không có chùm tia khúc xạ. D. Khi có sự phản xạ toàn phần, cường độ sáng của chùm phản xạ gần như bằng cường độ sáng của chùm sáng tới. Chọn: B Hướng dẫn: Khi tia sáng đi từ môi trường có chiết suất lớn sang môi trường có chiết suất nhỏ hơn thì có khi có tia khúc xạ và có khi không có tia khúc xạ. 6.21 Khi ánh sáng đi từ nước (n = 4/3) sang không khí, góc giới hạn phản xạ toàn phần có giá trị là: A.igh= 41048’. B.igh= 48035’. C.igh= 62044’. D.igh= 38026’. Chọn: B Hướng dẫn: Góc giới hạn phản xạ toàn phần được xác định theo công thức sin i gh = 1 n 6.22 Tia sáng đi từ thuỷ tinh (n1 = 1,5) đến mặt phân cách với nước (n2 = 4/3). Điều kiện của góc tới i để không có tia khúc xạ trong nước là: A. i ≥ 62044’. B. i < 62044’. C. i < 41048’. D. i < 48035’. Chọn: A Hướng dẫn: - Góc giới hạn phản xạ toàn phần được xác định theo công thức sin i gh = n2 n1 - Điều kiện để có tia khúc xạ là i ≤ igh. 6.23 Cho một tia sáng đi từ nước (n = 4/3) ra không khí. Sự phản xạ toàn phần xảy ra khi góc tới: B. i > 420. C. i > 490. D. i > 430. A. i < 490. Chọn: C Hướng dẫn: - Góc giới hạn phản xạ toàn phần được xác định theo công thức sin i gh = CHUYÊN ĐỀ 6. KHÚC XẠ ÁNH SÁNG - PHẢN XẠ TOÀN PHẦN 1 n 11 01689.996.187 http://lophocthem.com vuhoangbg@gmail.com Phone: - Điều kiện để không có tia khúc xạ là i ≥ igh. 6.24 Một miếng gỗ hình tròn, bán kính 4 (cm). Ở tâm O, cắm thẳng góc một đinh OA. Thả miếng gỗ nổi trong một chậu nước có chiết suất n = 1,33. Đinh OA ở trong nước, cho OA = 6 (cm). Mắt đặt trong không khí sẽ thấy đầu A cách mặt nước một khoảng lớn nhất là: A. OA’ = 3,64 (cm). C. OA’ = 6,00 (cm). B. OA’ = 4,39 (cm). D. OA’ = 8,74 (cm). Chọn: A Hướng dẫn: Ảnh A’ của đầu A của đinh OA cách mặt nước một khoảng lớn nhất khi tia sáng đi từ đầu A tới mặt nước đi qua mép của miếng gỗ. Khi ánh sáng truyền từ nước ra không khí, gọi góc nằm trong nước là r, góc nằm ngoài không khí là i, ta tính được OA’max = R.tan(900- i), với sini = n.sinr, tanr = R/OA. Suy ra OA’max = 3,64 (cm). 6.25 Một miếng gỗ hình tròn, bán kính 4 (cm). Ở tâm O, cắm thẳng góc một đinh OA. Thả miếng gỗ nổi trong một chậu nước có chiết suất n = 1,33. Đinh OA ở trong nước, cho OA = 6 (cm). Mắt đặt trong không khí, chiều dài lớn nhất của OA để mắt không thấy đầu A là: A. OA = 3,25 (cm). C. OA = 4,54 (cm). B. OA = 3,53 (cm). D. OA = 5,37 (cm). Chọn: B Hướng dẫn: Mắt đặt trong không khí, để mắt không thấy đầu A thì ánh sáng phát ra từ đầu A đi tới mặt nước và đi gần mép của miếng gỗ sẽ xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần. Khi đó r = igh với sin i gh = 1 ta tính được OA = R/tanr = 3,53 (cm). n 46. Bài tập về khúc xạ ánh sáng và phản xạ toàn phần 6.26 Một ngọn đèn nhỏ S đặt ở đáy một bể nước (n = 4/3), độ cao mực nước h = 60 (cm). Bán kính r bé nhất của tấm gỗ tròn nổi trên mặt nước sao cho không một tia sáng nào từ S lọt ra ngoài không khí là: A. r = 49 B. r = 53 C. r = 55 D. r = 51 (cm). (cm). (cm). (cm). Chọn: B Hướng dẫn: Xem hướn dẫn và làm tương tự câu 6.25 6.27 Chiếu một chùm tia sáng song song trong không khí tới mặt nước ( n = 4/3) với góc tới là 450. Góc hợp bởi tia khúc xạ và tia tới là: A. D = C. D = B. D = 450. D. D = 25032’. 70032’. 12058’. Chọn: D CHUYÊN ĐỀ 6. KHÚC XẠ ÁNH SÁNG - PHẢN XẠ TOÀN PHẦN 12 01689.996.187 http://lophocthem.com vuhoangbg@gmail.com Hướng dẫn: Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng Phone: sin i = n với n = 4/3, i = 450, ta tính được r sin r = 3202’ suy ra góc hợp bởi tia khúc xạ và tia tới là i – r = 12058’. 6.28 Một chậu nước chứa một lớp nước dày 24 (cm), chiết suất của nước là n = 4/3. Mắt đặt trong không khí, nhìn gần như vuông góc với mặt nước sẽ thấy đáy chậu dường như cách mặt nước một đoạn bằng A. 6 (cm). B. 8 (cm). C. 18 (cm). D. 23 (cm). Chọn: C Hướng dẫn: Xem hướng dẫn câu 6.11 6.29* Một cái chậu đặt trên một mặt phẳng nằm ngang, chứa một lớp nước dày 20 (cm), chiết suất n = 4/3. Đáy chậu là một gương phẳng. Mắt M cách mặt nước 30 (cm), nhìn thẳng góc xuống đáy chậu. Khoảng cách từ ảnh của mắt tới mặt nước là: A. 30 (cm). B. 45 (cm). C. 60 (cm). D. 70 (cm). Chọn: B Hướng dẫn: Ánh sáng truyền từ mắt nằm trong không khí vào nước, bị gương phản xạ sau đó lạ truyền từ nước ra không khí. Ta có thể coi hệ quang học trên bao gồm: LCP (không khí – nước) + Gương phẳng + LCP (nước – không khí). Giải bài toán qua hệ quang học này ta sẽ được kết quả. III. HƯỚNG DẪN GIẢI VÀ TRẢ LỜI Khúc xạ ánh sáng 6.1 Chọn: C Hướng dẫn: - Chiết suất tỉ đối có thể lớn hơn, nhỏ hơn hoặc bằng 1. Chiết suất tuyệt đối luôn lớn hơn đơn vị (1) - Chiết suất tỉ đối của môi trường chiết quang nhiều so với môi trường chiết quang ít thì lớn hơn đơn vị(1) 6.2 Chọn: B Hướng dẫn: Với một tia sáng đơn sắc, chiết suất tuyệt đối của nước là n1, của thuỷ tinh là n2. Chiết suất tỉ đối khi tia sáng đó truyền từ nước sang thuỷ tinh tức là chiết suất tỉ đối của thuỷ tinh đối với nước n21 = n2/n1 6.3 Chọn: D Hướng dẫn: Áp dụng công thức định luật khúc xạ ánh sáng sin i n 2 ta thấy khi i tăng thì r = sin r n 1 cũng tăng. CHUYÊN ĐỀ 6. KHÚC XẠ ÁNH SÁNG - PHẢN XẠ TOÀN PHẦN 13 01689.996.187 http://lophocthem.com vuhoangbg@gmail.com Phone: 6.4 Chọn: C Hướng dẫn: Chiết suất tỉ đối giữa môi trường khúc xạ với môi trường tới bằng tỉ số giữa chiết suất tuyệt đối của môi trường khúc xạ và chiết suất tuyệt đối của môi trường tới. 6.5 Chọn: D Hướng dẫn: Khi tia sáng đi từ môi trường trong suốt n1 tới mặt phân cách với môi trường trong suốt n2 (với n2 > n1), tia sáng không vuông góc với mặt phân cách thì một phần tia sáng bị khúc xạ, một phần bị phản xạ. 6.6 Chọn: A Hướng dẫn: Chiết suất tuyệt đối của một môi trường truyền ánh sáng luôn lớn hơn 1. 6.7 Chọn: C Hướng dẫn: - Áp dụng định luật phản xạ ánh sáng, tia phản xạ và tia khúc xạ vuông góc với nhau ta có r + i’ = 900 hay là r + i = 900. - Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng: sin i n 2 sin i n ↔ = = 2 ↔tani = n21 = n. 0 sin r n 1 sin(90 − i) n1 6.8 Chọn: B Hướng dẫn: Độ dài bóng đen tạo thành trên mặt nước là (80 – 60).tan300 = 34,6 (cm) 6.9 Chọn: D Hướng dẫn: - Độ dài phần bóng đen trên mặt nước là a = 34,6 (cm). - Độ dài phần bóng đen trên đáy bể là b = 34,6 + 60.tanr trong đó r được tính sin i = n suy sin r ra b = 85,9 (cm). 6.10 Chọn: B Hướng dẫn: Áp dụng công thức lưỡng chất phẳng khi ánh sáng đi từ môi trường n ra không khí d' 1 12 = 1,2 = suy ra n = d n 10 6.11 Chọn: C Hướng dẫn: Áp dụng công thức lưỡng chất phẳng khi ánh sáng đi từ môi trường n ra không khí d' 1 = suy ra d’ = 0,9 (m) d n 6.12 Chọn: C Hướng dẫn: Xem hướng dẫn và làm tương tự câu 6.11 6.13 Chọn: B Hướng dẫn: Xem hướng dẫn và làm tương tự câu 6.11 6.14 Chọn: C Hướng dẫn: Dùng định luật khúc xạ tại hai mặt của bản hai mặt song song. 6.15 Chọn: A CHUYÊN ĐỀ 6. KHÚC XẠ ÁNH SÁNG - PHẢN XẠ TOÀN PHẦN 14 01689.996.187 http://lophocthem.com vuhoangbg@gmail.com Phone: Hướng dẫn: Vận dụng định luật khúc xạ ánh sáng và kết hợp giải hình học phẳng. 6.16 Chọn: B Hướng dẫn: Áp dụng công thức ảnh của một điểm sáng qua bản hai mặt song song khi ánh 1 sáng truyền gần như vuông góc với bề mặt của hai bản SS’ = e 1 −   n 6.17 Chọn: C Hướng dẫn: Xem hướng dẫn câu 6.16 45. Phản xạ toàn phần 6.18 Chọn: D Hướng dẫn: Góc giới hạn phản xạ toàn phần được xác định theo công thức sin i gh = 1 n 6.19 Chọn: C Hướng dẫn: Khi một chùm tia sáng phản xạ toàn phần tại mặt phân cách giữa hai môi trường thì cường độ sáng của chùm khúc xạ bị triệt tiêu. 6.20 Chọn: B Hướng dẫn: Khi tia sáng đi từ môi trường có chiết suất lớn sang môi trường có chiết suất nhỏ hơn thì có khi có tia khúc xạ và có khi không có tia khúc xạ. 6.21 Chọn: B Hướng dẫn: Góc giới hạn phản xạ toàn phần được xác định theo công thức sin i gh = 1 n 6.22 Chọn: A Hướng dẫn: - Góc giới hạn phản xạ toàn phần được xác định theo công thức sin i gh = n2 n1 - Điều kiện để có tia khúc xạ là i ≤ igh. 6.23 Chọn: C Hướng dẫn: - Góc giới hạn phản xạ toàn phần được xác định theo công thức sin i gh = 1 n - Điều kiện để không có tia khúc xạ là i ≥ igh. 6.24 Chọn: A Hướng dẫn: Ảnh A’ của đầu A của đinh OA cách mặt nước một khoảng lớn nhất khi tia sáng đi từ đầu A tới mặt nước đi qua mép của miếng gỗ. Khi ánh sáng truyền từ nước ra không khí, gọi góc nằm trong nước là r, góc nằm ngoài không khí là i, ta tính được OA’max = R.tan(900- i), với sini = n.sinr, tanr = R/OA. Suy ra OA’max = 3,64 (cm). 6.25 Chọn: B CHUYÊN ĐỀ 6. KHÚC XẠ ÁNH SÁNG - PHẢN XẠ TOÀN PHẦN 15 01689.996.187 http://lophocthem.com vuhoangbg@gmail.com Phone: Hướng dẫn: Mắt đặt trong không khí, để mắt không thấy đầu A thì ánh sáng phát ra từ đầu A đi tới mặt nước và đi gần mép của miếng gỗ sẽ xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần. Khi đó r = igh với sin i gh = 1 ta tính được OA = R/tanr = 3,53 (cm). n 46. Bài tập về khúc xạ ánh sáng và phản xạ toàn phần 6.26 Chọn: B Hướng dẫn: Xem hướn dẫn và làm tương tự câu 6.25 6.27 Chọn: D Hướng dẫn: Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng sin i = n với n = 4/3, i = 450, ta tính được r sin r = 3202’ suy ra góc hợp bởi tia khúc xạ và tia tới là i – r = 12058’. 6.28 Chọn: C Hướng dẫn: Xem hướng dẫn câu 6.11 6.29 Chọn: B Hướng dẫn: Ánh sáng truyền từ mắt nằm trong không khí vào nước, bị gương phản xạ sau đó lạ truyền từ nước ra không khí. Ta có thể coi hệ quang học trên bao gồm: LCP (không khí – nước) + Gương phẳng + LCP (nước – không khí). Giải bài toán qua hệ quang học này ta sẽ được kết quả. CHUYÊN ĐỀ 6. KHÚC XẠ ÁNH SÁNG - PHẢN XẠ TOÀN PHẦN 16