Lý 11 Bài 26: Khúc xạ ánh sáng

a) 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.

b) Định luật khúc xạ ánh sáng

- Quy ước:

• SI là tia tới.
• I là điểm tới.
• N’IN là pháp tuyến với mặt phân cách tại I.
• IR là tia khúc xạ.
• IS’ là tia phản xạ.

- Nội dung định luật khúc xạ ánh sáng:

• Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới và ở bên kia pháp tuyến so với tia tới.

• Với 2 môi trường trong suốt nhất định, tỉ số giữa sin góc tới và sin góc khúc xạ là một hằng số. \(\frac{sini}{sinr}\) = hằng số.

a) Chiết suất tỉ đối

- Tỉ số không thay đổi, phụ thuộc vào bản chất của hai môi trường 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)  \(\frac{sini}{sinr}\)= \(n_{21}\) = hằng số.

- n₂₁ được gọi là chiết suất tỉ đối của môi trường 2 so với môi trường 1.

• Nếu n₂₁ > 1: Tia khúc xạ lệch lại gần pháp tuyến hơn, môi trường 2 chiết quang hơn môi trường 1.
• Nếu n₂₁ < 1: Tia khúc xạ lệch ra xa pháp tuyến hơn, môi trường 2 kém chiết quang hơn môi trường 1.

b) Chiết suất tuyệt đối

- Chiết suất tuyệt đối của một môi trường là chiết suất tỉ đối của môi trường đó đối với chân không.

• Chiết suất của chân không: n = 1
• Chiết suất của không khí: n = 1,000293

Như vậy: Chiết suất tỉ đối của hai môi trường là: \(\frac{{{n_2}}}{{{n_1}}} = {n_{21}}\)

Trong đó:

• n₂₁: chiết suất tỉ đối của môi trường 2 so với môi trường 1.
• n₁: chiết suất tuyệt đối của môi trường 1.
• n₂: chiết suất tuyệt đối của môi trường 2.

- Công thức của định luật khúc xạ: n₁sin i = n₂sin r

c) Lưu ý:

- Hệ thức giữa chiết suất tỉ đối và vận tốc truyền ánh sáng trong các môi trường: \(n=n_{21}=\frac{v_1}{v_2}\)

- Chiết suất của một môi trường: \(n=\frac{c}{v}\) (đều lớn hơn 1).

• \(c=3.10^8m/s\): vận tốc ánh sáng trong chân không.

• v: vận tốc ánh sáng trong môi trường có chiết suất n.

•  Ánh sáng truyền theo đường nào thì cũng truyền ngược lại theo đường đó.

• Từ tính thuận nghịch ta suy ra: \(n_{21}=\frac{1}{n_{12}}\)

Chú ý: Tính thuận nghịch cũng biểu hiện ở sự truyền thẳng và sự phản xạ.

• Vị trí thật của những vật ở trong nước thấp hơn vị trí mà mắt ta nhìn thấy.

• Nhìn xuống cốc nước, ta thấy ống hút như bị gãy khúc tại mặt nước và đáy cốc dường như cao lên.

Chiếu ánh sáng từ không khí vào nước có chiết suất n = 4/3 . Nếu góc khúc xạ r là 30^o thì góc tới i (lấy tròn) là bao nhiêu?

Hướng dẫn giải

Ta có:

\(\sin i = n\operatorname{s} {\text{inr}}\)

\( \Leftrightarrow \sin i = \frac{4}{3}\sin {30^o}\)

Vậy: góc tới i là 42^o

Tốc độ ánh sáng trong chân không là 3.10⁸ m/s. Kim cương có chiết suất 2,42. Tốc độ truyền ánh sáng trong kim cương là bao nhiêu?

Hướng dẫn giải

Ta có:

n = c/v

⇒ v = c/n

= 3.10⁸/2,42

= 124000 km/s

Vậy, Tốc độ truyền ánh sáng trong kim cương là 124000 km/s

Câu 1: Một người nhìn một hòn sỏi nhỏ O 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 O’ của O nằm cách mặt nước một khoảng bằng bao nhiêu?

Câu 2: Một người nhìn một hòn sỏi nhỏ O nằm cách đáy một bể nước sau theo phương gần vuông góc với mặt nước. Người này thấy ảnh O’ của O nằm cách mặt nước một khoảng bằng 1,2m. Biết chiết suất của nước là 4/3. Độ sâu của nước trong bể là bao nhiêu?

Câu 3: 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 bao nhiêu?

Câu 4: 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 bao nhiêu?

Câu 5: 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 bao nhiêu?

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 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 2 môi trường luôn lớn hơn đơn vị vì tốc độ ánh sáng trong chân không là tốc độ lớn nhất

Câu 2: Một bể chứa có thành cao 80cm và đáy 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 3: 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 4: 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

Qua bài giảng Khúc xạ ánh sáng này, các em cần hoàn thành 1 số mục tiêu mà bài đưa ra như :

• Phát biểu định luật khúc xạ ánh sáng.

• Trình bày và phân biệt các khái niệm: Chiết suất tỉ đối, chiết suất tuyệt đối, hệ thức giữa chiết suất tỉ đối và chiết suất tuyệt đối.

• Biết được hệ thức giữa chiết suất tỉ đối và vận tốc truyển ánh sáng trong các môi trường.

• Biết được công thức định luật khúc xạ ánh sáng dưới dạng đối xứng và nêu được nguyên lý thuận nghịch chiều truyền ánh sáng và cách vẽ đường đi của tia sáng từ môi trường này sang môi trường khác.