Bài 26: Khúc xạ ánh sáng

2.1.1. Hiện tượng khúc xạ ánh sáng.

• Định nghĩa: Hiện tượng khúc xạ ánh sáng là hiện tượng lệch phương (gãy) của các tia sáng khi xiên góc qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt khác nhau.

• Giả sử môi trường 2 có chiết suất lớn hơn môi trường 1 thì : \(i> r\)

• Ta có: 

  • SI: tia tới, I: điểm tới

  • IS': tia phản xạ

  • IR: tia khúc xạ

  • NN': pháp tuyến của mặt phân cách

  • i: góc tới,  i': góc tới (i=i’)

  • r: góc khúc xạ

2.1.2. Định luật khúc xạ ánh sáng

• 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

2.2.1. Chiết suất tỉ đối

• Tỉ số không đổi: \(\frac{sini}{sinr}\)= \(n_{21}\) 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)

• \(n_{21}\) > 1: thì i > r (môi trường khúc xạ chiết quang hơn môi trường tới): tia khúc xạ gần pháp tuyến hơn tia tới.

• \(n_{21}\) < 1: thì i < r (môi trường khúc xạ chiết quang kém môi trường tới): tia khúc xạ xa pháp tuyến hơn tia tới.

2.2.2. Chiết suất tuyệt đối

• Chiết suất tuyệt đối (gọi tắt là chiết suất) của một môi trường là chiết suất tỉ đối của môi trường đó với chân không.

• Như vậy: 

  • Chiết suất của chân không bằng 1.

  • Chiết suất của không khí gần bằng 1.

  • Hệ thức giữa chiết suất tỉ đối và chiết suất tuyệt đối.

\(n_{21}=\frac{n_2}{n_1}\)

2.2.3. Nhận xét:

• \(n_{21}> 1\Rightarrow n_2> n_1\): môi trường (2) chiết quang hơn môi trường  (1), \(sin i> sin r\Rightarrow i> r\)

• \(n_{21}< 1\Rightarrow n_2< n_1\): môi trường (2) kém chiết quang hơn môi trường  (1), \(sin i< sin r\Rightarrow i< r\)

• 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.

• Định luật Khúc xạ ánh sáng có thể viết dưới dạng: \(n_1sini=n_2sinr\)

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

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

Bài 1:

Tia sáng đi từ nước có chiết suất 4/3 sang thủy tinh có chiết suất 1,5. Tính góc khúc xạ và góc lệch D tạo bởi tia khúc xạ và tia tới, biết góc tới \(i=30^o\).

Hướng dẫn giải: 

Theo đề bài:  \(n_1=\) = 4/3;  \(n_2=\) 1,5; \(i=30^o\)

Áp dụng Định luật khúc xạ ánh sáng: \(n_1sini=n_2sinr\)

⇒ \(r=26,4^o\)

⇒ Góc lệch D= i-r=\(3,6^o\)

Bài 2: 

Một cây cọc dài được cắm thẳng đứng xuống một bể nước chiết suất 4/3. Phần cọc nhô 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.

Hướng dẫn giải: 

Theo đề bài: \(n_1\) = 1; \(n_2\) = 4/3.

CD = 190cm; BI = CH = 40cm; AB = 30cm

Ta có:   \(tani=\frac{BI}{AB}=\frac{40}{30}=\frac{4}{3} \Rightarrow i=53^o\)

Áp dụng Định luật khúc xạ ánh sáng: \(n_1sini=n_2sinr\)

⇒ \(sinr=0,6\)

⇒ \(r=37^o\)

⇒ \(tanr=\frac{HD}{IH}=\frac{CD-CH}{IH}\)

⇒ IH=200cm

Vậy, chiều sâu của lớp nước là 200m

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.

Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Vật lý 11 Bài 26 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết. 

• Câu 1:

  Tính góc tới của tia sáng đi từ không khí tới mặt thủy tinh (chiết suất 1,5) sao cho góc khúc xạ bằng phân nữa góc tới.

   

  • A. \(82,8^o\)
  • B. \(63,6^o\)
  • C. \(41,8^o\)
  • D. \(12,8^o\)

• Câu 2:

  Tia sáng đi từ nước có chiết suất 4/3 sang thủy tinh có chiết suất 1,5. Tính góc khúc xạ và góc lệch D tạo bởi tia khúc xạ và tia tới, biết góc tới \(i=30^o\).

  • A. \(11^o\)
  • B. \(10^o\)
  • C. \(7,2^o\)
  • D. \(3,6^o\)

• Câu 3:

  Một cây cọc dài được cắm thẳng đứng xuống một bể nước chiết suất 4/3. Phần cọc nhô 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.

  • A. 100m
  • B. 200m
  • C. 300m
  • D. 350m

• Câu 4:

  Nêu biết chiết suất tuyệt đối của nước là \(n_1\) , chiết suất tuyệt đối của thuỷ tinh là \(n_2\) đối với một tia sáng đơn sắc thì chiết suất tương đối khi tia sáng đó truyền từ nước sang thuỷ tinh bằng bao nhiêu?

   

  • A. \(n_{21}=\frac{n_1}{n_2}\)
  • B. \(n_{21}=\frac{n_2}{n_1}\)
  • C. \(n_{21}={n_1}-{n_2}\)
  • D. \(n_{21}={n_1}+{n_2}\)

• Câu 5:

  Trong hiện tượng khúc xạ

  • A. Mọi tia sáng truyền qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt đều bị đổi hướng.   
  • B. Góc khúc xạ luôn nhỏ hơn góc tới.
  • C. Khi ánh sáng truyền từ môi trường chiết quang kém sang môi trường chiết quang hơn thì góc khúc xạ lớn hơn góc tới
  • D. Khi ánh sáng truyền từ môi trường chiết quang kém sang môi trường chiết quang hơn thì gúc khúc xạ nhỏ hơn góc tới

Câu 6- Câu 14: Xem thêm phần trắc nghiệm để làm thử Online 

Các em có thể xem thêm phần hướng dẫn Giải bài tập Vật lý 11 Bài 26 để giúp các em nắm vững bài học và các phương pháp giải bài tập.

Bài tập 4 trang 218 SGK Vật lý 11 nâng cao

Bài tập 5 trang 218 SGK Vật lý 11 nâng cao

Bài tập 26.1 trang 69 SBT Vật lý 11

Bài tập 26.2 trang 69 SBT Vật lý 11

Bài tập 26.3 trang 69 SBT Vật lý 11

Bài tập 26.4 trang 69 SBT Vật lý 11

Bài tập 26.5 trang 70 SBT Vật lý 11

Bài tập 26.6 trang 70 SBT Vật lý 11

Bài tập 26.7 trang 70 SBT Vật lý 11

Bài tập 26.8 trang 70 SBT Vật lý 11

Bài tập 26.9 trang 71 SBT Vật lý 11

Bài tập 26.10 trang 71 SBT Vật lý 11

Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, Cộng đồng Vật lý Chúng tôi sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!

Chúc các em học tập tốt và luôn đạt thành tích cao trong học tập!