Lý 11 Bài 27: Phản xạ toàn phần

Khi ánh sáng truyền vào môi trường chiết quang kém hơn, thì có một giá trị của góc tới mà tại đó không còn xuất hiện tia khúc xạ, chỉ quan sát thất tia phản xạ. Giá trị này được gọi là góc tới giới hạn.

a. Định nghĩa

Phản xạ toàn phần là hiện tượng phản xạ toàn bộ tia sáng tới, xảy ra ở mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt.

Lưu ý: Khi có phản xạ toàn phần thì không có tia khúc xạ.

b. Điều kiện có phản xạ toàn phần

- Ánh sáng truyền từ môi trường chiết quang sang môi trường kém chiết quang (n₁ > n₂)

- Góc tới \(i\geq i_{gh}\) với \(sini_{gh}=\frac{n_2}{n_1}\)

* Phân biệt phản xạ toàn phần và phản xạ thông thường

- Giống nhau 

• 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.

- Cáp quang là bó sợi quang. Mỗi sợi quang là một dây trong suốt có tính dẫn sáng nhờ  phản xạ toàn phần. Sợi quang gồm hai phần chính:

• Phần lõi trong suốt bằng thủy tinh siêu sạch có chiết suất lớn n₁.
• Phần vỏ bọc cũng trong suốt, bẳng thủy tinh có chiết suất n₂ nhỏ hơn phần lõi.
• Phản xạ toàn phần xảy ở mặt phân cách giữa lõi và vỏ làm cho ánh sáng truyền đi được theo sợi quang.
• Ngoài cùng là một số lớp vỏ bọc bằng nhựa dẻo để tạo cho cáp độ bền và độ dai cơ học.

-  Công dụng:

+ Từ những năm 80 của thế kỉ XX, cáp quang đã được ứng dụng vào việc truyền thông tin. Cáp quang có nhiều ưu điểm so với cáp bằng đồng:

• Dung lượng tín hiệu lớn.
• Nhỏ và nhẹ, dễ vận chuyển, dễ uốn.
• Không bị nhiễu bởi các bức xạ điện từ bên ngoài, bảo mật tốt.
• Không có rủi ro cháy (vì không có dòng điện).

- Ứng dụng của cáp quang:

• Trong công nghệ thông tin, cáp quang được dùng để truyền thông tin, dữ liệu dưới dạng tín hiệu ánh sáng.

Một tia sáng đi từ nước đến mặt phân cách với không khí. Biết chiết suất của nước là 4/3, chiết suất của không khí là 1. Góc giới hạn của tia sáng phản xạ toàn phần khi đó là bao nhiêu?

Hướng dẫn giải

Góc giới hạn của tia sáng phản xạ toàn phần là:

sini_gh = n₂/n₁ = 3/4

⇒ i_gh = 48,59^o = 48^o35^'

Một tia sáng đi từ thuỷ tinh đến mặt phân cách với nước. Biết chiết suất của thuỷ tinh là 1,5; chiết suất của nước là 4/3. Để có tia sáng đi vào nước thì góc tới (i) phải thoả mãn điều kiện nào?

Hướng dẫn giải

Ta có: sini_gh = n₂/n₁ = 4/(3.1,5)

⇒ i_gh = 62^o44'

Vậy, để có tia ló đi vào nước thì góc tới:

i < i_gh hay i < 62^o44^'

Câu 1: Một tia sáng đi từ một chất lỏng trong suốt có chiết suất n sang không khí, nếu α = 60^o thì β = 30^o như hình. Góc α lớn nhất mà tia sáng không thể ló sang môi trường không khí phía trên là bao nhiêu?

Câu 2: Một tia sáng đi từ nước đến mặt phân cách với không khí. Biết chiết suất của nước là 1,33, chiết suất của không khí là 1. Góc giới hạn của tia sáng phản xạ toàn phần khi đó là bao nhiêu?

Câu 3: Một tia sáng đi từ thuỷ tinh đến mặt phân cách với nước. Biết chiết suất của thuỷ tinh là 1,5; chiết suất của nước là 4/3. Để có tia sáng đi vào nước thì góc tới (i) phải thoả mãn điều kiện nào?

Câu 4: Cho một khối thuỷ tinh hình hộp chữ nhật có tiết diện thẳng ABCD đặt trong không khí. Để mọi tia sáng tới mặt có cạnh AB đều phản xạ toàn phần ở mặt có cạnh BC thì chiết suất n của thuỷ tinh có giá trị nhỏ nhất là bao nhiêu?

Câu 5: Một khối thủy tinh có chiết suất n đặt trong không khí. Tiết diện thẳng là một tam giác vuông cân tại B. Chiếu vuông góc tới mặt AB một chùm tia sáng song song SI thì chùm tia sáng sau đó đi là là mặt AC. Giá trị n là bao nhiêu?

Câu 1: Một tia sáng hẹp truyền từ môi trường có chiết suất \(\sqrt 3 \) đến mặt phân cách với môi trường khác có chiết suất n. Để tia sáng tới gặp mặt phân cách hai môi trường dưới góc i ≥ 60^o sẽ xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần thì chiết suất n phải thoả mãn điều kiện:

A. n ≤ 1,7

B. n > 1,7

C. n ≤ 1,5

D. n > 1,5

Câu 2: Một bể chứa nước có độ sau là 60cm. Ở mặt nước, đặt một tấm gỗ có bán kính r. Một nguồn sáng S đặt dưới đáy bể và trên đường thẳng đi qua tâm của tấm gỗ. Biết chiết suất của nước là 4/3. Để tia sáng từ S không truyền ra ngoài không khí thì r có giá trị nhỏ nhất là

A. 63cm

B. 68cm

C. 55cm

D. 51cm

Câu 3: Điều kiện cần để xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần nào sau đây là đúng?

A. Tia sáng tới đi từ môi trường có chiết suất nhỏ sang môi trường có chiết suất lớn hơn.

B. Tia sáng tới đi từ môi trường có chiết suất lớn hơn đến mặt phân cách với môi trường có chiết suất nhỏ hơn.

C. Tia sáng tới phải đi vuông góc với mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt

D. Tia sáng tới phải đi song song với mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt

Câu 4: Chiếu một chùm tia sáng tới mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt. Khi xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần thì

A. cường độ ánh sáng của chùm khúc xạ gần bằng cường độ sáng của chùm tới.

B. cường độ ánh sáng của chùm tia phản xạ gần bằng cường độ sáng của chùm tới.

C. cường độ sáng của chùm tia phản xạ lớn hơn cường độ sáng của chùm tia tới.

D. cường độ sáng của chùm tia phản xạ bé hơn cường độ sáng của chùm tia tới.

Câu 5: Khi nói về hiện tượng phản xạ toàn phần. Phát biểu nào sau đây sai?

A. Khi có phản xạ toàn phần thì hầu như toàn bộ ánh sáng phản xạ trở lại môi trường chứa chùm ánh sáng tới.

B. Phản xạ toàn phần chỉ xảy ra khi ánh sáng đi từ môi trường chiết quang hơn sang môi trường kém chiết quang hơn.

C. Phản xạ toàn phần xảy ra khi góc tới lớn hơn góc giới hạn phản xạ toàn phần

D. Góc giới hạn của phản xạ toàn phần được xác định bằng tỉ số chiết suất giữa môi trường chiết quang kém với môi trường chiết quang hơn.

Qua bài giảng Phản xạ toàn phần này, các em cần hoàn thành 1 số mục tiêu mà bài đưa ra như :

• Phát biểu được hiện tượng phản xạ toàn phần.

• Nêu được điều kiện để có hiện tượng phản xạ toàn phần.

• Nêu được một số ứng dụng của hiện tượng phản xạ toàn phần. Biết được vai trò của cáp quang trong đời sống, khoa học và kỹ thuật, có ý thức bảo vệ an toàn cho hệ thống cáp quang quốc gia, cũng như hệ thống cáp quang quốc tế đi qua Việt Nam.

• Giải các bài tập về hiện tượng phản xạ toàn phần​.