BÀI 6: PHẢN XẠ TOÀN PHẦN

1. NHẬN BIẾT (4 CÂU)

Câu 1: Phản xạ toàn phần là gì? Lấy ví dụ về hiện tượng phản xạ toàn phần.

Trả lời:

Hiện tượng phản xạ toàn phần là hiện tượng phản xạ toàn bộ tia tới, xayra ở mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt.

Ví dụ:

- Ánh sáng Mặt Trời chiếu vào gương rồi phản xạ ánh sáng tới mắt của ta.

- Ánh sáng Mặt Trời chiếu đến Mặt Trăng, phản xạ xuống Trái Đất.

- Bóng đèn điện chiếu xuống mặt bàn, hắt ánh sáng lại vào mắt ta.

Câu 2: Nêu điều kiện xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần.

Trả lời:

Điều kiện để có hiện tượng phản xạ toàn phần

- Ánh sáng truyền từ môi trường có chiết suất n₁, tới môi trường có chiết suất n₂, với n₁ > n₂

- Góc tới lớn hơn hoặc bằng góc tới hạn; i > i_th

Câu 3: Nêu một số ứng dụng của hiện tượng phản xạ toàn phần.

Trả lời:

- Ứng dụng làm ống nhòm, kính thiên văn

- Ứng dụng làm gương trang điểm

- Ứng dụng làm Lăng kính Porro

- Ứng dụng làm sợi quang : tín hiệu quang truyền theo định luật phản xạ toàn phần trong lõi, sợi quang học được ứng dụng trong trang trí, trong viễn thông (cáp quang) và trong y học (kĩ thuật nội soi)

Câu 4: Góc tới hạn là gì? Nêu công thức tính góc tới hạn

Trả lời:

Khi tăng góc tới i thì góc khúc xạ r cũng tăng (r > i). Khi r bằng 90° thì i đạt gia trị ith gọi là góc tới hạn phản xạ toàn phần.

2. THÔNG HIỂU (4 CÂU)

Câu 1: Một chiếc đũa được nhúng trong hộp thuỷ tinh đựng nước. Đặt mắt phía góc hộp, ta thấy có hai đoạn đũa ở dưới nước như hình.

Vận dụng định luật khúc xạ ánh sáng, sử dụng hình vẽ để giải thích hiện tượng này.

Trả lời:

Từ góc hộp nước, khi đặt mắt quan sát thì mắt sẽ nhận được hai chùm sáng khúc xạ tại hai mặt của hộp, mỗi chùm khúc xạ sẽ có đường kéo dài tạo ra một ảnh của chiếc đũa, nên ta thấy hai ảnh của chiếc đũa.

Cụ thể, qua mặt 1 ta thấy ảnh S₁, qua mặt 2 ta thấy ảnh S₂.

Câu 2: Hãy mô tả và giải thích sự truyền ảnh trong sợi quang.

Trả lời:

Khi tia tới đi từ không khí sang lõi có chiết suất n₁ thì tia này sẽ bị khúc xạ. Tia khúc xạ tới mặt tiếp xúc giữa lõi và vỏ, chiết suất của lõi lớn hơn chiết suất của lớp vỏ, dưới góc tới i lớn hơn i_th thì xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần, tia phản xạ tiếp tục đi trong lõi. Hiện tượng phản xạ toàn phần được lặp lại nhiều lần tiên tiếp tại các điểm tiếp xúc giữa lõi và vỏ.

Câu 3: Biết chiết suất của thủy tinh là 1,5, của nước là 4/2. Góc giới hạn phản xạ toàn phần khi ánh sáng truyền từ thủy tinh sang nước là bao nhiêu?

Trả lời:

Câu 4: Chiếu một tia sáng đơn sắc từ trong nước tới mặt phân cách với không khí. Biết chiết suất của nước và của không khí đối với ánh sáng đơn sắc này lần lượt là 1,333 và 1. Góc tới giới hạn phản xạ toàn phần ở mặt phân cách giữa nước và không khí đối với ánh sáng đơn sắc này là

Trả lời:

3. VẬN DỤNG (4 CÂU)

Câu 1: Một chùm tia sáng hẹp SI truyền trong mặt phẳng tiêt diện vuông góc của một khối trong suốt, đặt trong không khí, tam giác ABC vuông tại A với AB = 1,2AC, như hình vẽ. Tia sáng phản xạ toàn phần ở mặt AC. Trong điều kiện đó, chiết suất n của khối trong suốt có giá trị như thế nào?

Trả lời:

+

+ Vì nên tia sáng truyền thẳng đện với góc tới I = 50,19⁰

+ Vì tại J phản xạ toàn phần nên:

Câu 2: Một cái định được cắm vuông góc vào tâm O một tâm gỗ hình tròn có bán kính R = 5cm. Tấm gỗ được thả nổi trên mặt thoáng của một chậu nước. Đầu A của đỉnh trong nước. Cho chiết suất của nước là n = 4/3. Để mắt không còn nhìn thấy đầu A của đỉnh thì khoảng cách OA lớn nhất là bao nhiêu?

Trả lời:

Câu 3: Có hai tia sáng song song nhau, truyền trong nước. Tia (1) gặp mặt thoáng của nước tại I. Tia (2) gặp một bản thuỷ tinh hai mặt song song, đặt sát mặt nước như hình vẽ. Nếu tia (1) phần xạ toàn phần, thì tia (2) đến K sẽ truyền như thế nào?

Trả lời:

→ Phản xạ toàn phần tại K

Câu 4: Một khối nhựa trong suốt hình lâp phương, chiết suất n như hình vẽ. Xác định điều kiện về n để mọi tia sáng từ không khí vào một mặt và truyền thẳng tới mặt kề đều phản xạ toàn phần ở mặt đáy.

Trả lời:

Để xảy ra phản xạ toàn phần tại I:

4. VẬN DỤNG CAO (3 CÂU)

Câu 1: Có ba môi trường trong suốt (1), (2) và (3). Với cùng một góc tới, nếu ánh sáng đi từ môi trường (1) vào môi trường (2) thì góc khúc xạ là 30°, nếu ánh sáng đi từ môi trường (1) vào môi trường (3) thì góc khúc xạ là 45°. Cho biết sin 30° = 0,5; sin 45° =

a) Trong hai môi trường (2) và (3), tốc độ ánh sáng truyền trong môi trường nào lớn hơn?

b) Tính góc tới hạn phản xạ toàn phần giữa hai môi trường (2) và (3).

Trả lời:

a) n₁sini = n₂sin30° = n₃sin45°

Vì n₂ > n₃ nên v₃ > v₂ tốc độ ánh sáng truyền trong môi trường (3) lớn hơn môi trường (2).

b)

Câu 2: Một khối thuỷ tinh có tiết diện thẳng như hình đặt trong không khí, ABCD là hình vuông, CDE là tam giác vuông cân. Trong mặt phẳng của tiết diện thẳng, chiếu một chùm tia sáng đơn sắc hẹp SI vuông góc với DE (IE < ID) Biết chiết suất của thuỷ tinh là n = 1,5. Vẽ đường đi của tia sáng trong khối thuỷ tinh. Phương của tia ló hợp với pháp tuyến của mặt mà tia sáng ló ra một góc bằng bao nhiêu độ?

Trả lời:

Tia SI truyền thẳng tới mặt EC tại J.

Ta có:

Đường truyền của tia sáng được mô tả trên Hình. Góc tới tại điểm J:

i_J = 45° > i_th nên có phản xạ toàn phần.

Tia phản xạ từ J sẽ lần lượt phản xạ toàn phần tại K, L, M trên DA, AB, BC rồi ló ra khỏi DE ở N theo phương vuông góc với DE. Do đó, MN//SI, tức là MN hợp với pháp tuyển của DE một góc là 0°.

Câu 3: Một cái đinh được cắm vuông góc vào tâm O của một tấm gỗ hình tròn có bán kính R = 0,05 m. Tấm gỗ được thả nổi trên mặt thoáng của một chậu nước. Đầu A của đinh ở trong nước. Cho chiết suất của nước là n =

a) Cho chiều dài OA của đinh ở trong nước là 8,7 cm. Hỏi đặt mắt ở trong không khí nhìn đầu đinh theo phương đi sát mép gỗ sẽ thấy đầu đinh ở cách mặt nước một khoảng bao nhiêu?

b) Cho chiều dài OA giảm dần. Xác định khoảng cách OA để mắt không còn nhìn thấy đầu A của đinh.

Trả lời:

a)

Theo hình, ta có:

Vậy

Lại có:

b)

Theo hình, nếu cho chiều dài OA giảm dần thì góc tới i sẽ tăng dần. Khi thì tia sáng sẽ phản xạ toàn phần, không có tia khúc xạ ló ra không khí. Khi đó, mắt không còn nhìn thấy đầu A của đinh nữa:

Từ hình, ta xác định được: