Bài 44: Khúc xạ ánh sáng - Giải BT Vật Lí 11 nâng cao

Bài 44: Khúc xạ ánh sáng

Câu c1 (trang 216 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Khi một tia sáng đi từ môi trường này sang môi trường khác, chiết suất tỉ đối của hai môi trường cho ta biết gì về đường đi của tia sáng đó?

Hướng dẫn giải:

Khi một tia sáng đi từ môi trường (1) này sang môi trường (2), chiết suất tỉ đối của hai môi trường n₂₁ cho ta biết:

+ Nếu n₂₁ > 1 thì đường đi của tia khúc xạ trong môi trường (2) đi gần pháp tuyến của mặt phân cách hơn tia tới.

+ Nếu n₂₁ < 1 thì đường đi của tia khúc xạ trong môi trường (2) đi xa pháp tuyến của mặt phân cách hơn tia tới

Câu c2 (trang 217 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Một người nhìn thấy con cá ở trong nước. Hỏi muốn đâm trúng con cá thì người đó phải phóng mũi lao vào chỗ nào, đúng vào chỗ người đó nhìn thấy con cá, hay ở phía trên, phía dưới chỗ đó? Giải thích?

Hướng dẫn giải:

Gọi O là vị trí của con cá trong nước.

Do hiện tượng khúc xạ và do chiết suất của nước lớn hơn chiết suất của không khí nên ảnh của con cá sẽ ở vị trí O’ như hình vẽ. Như vậy, người đó nhìn thấy con cá dường như gần mặt nước hơn. Để đâm trúng con cá thì người đó phải phóng mũi lao vào phía dưới vị trí mà người đó nhìn thấy con cá.

Câu 1 (trang 217 sgk Vật Lý 11 nâng cao):Hãy kể một trường hợp, trong đó tia sáng không bị khúc xạ khi đi qua mặt phân cách hai môi trường

Hướng dẫn giải:

Theo công thức của định luật khúc xạ: n₁ sin⁡i=n₂ sin⁡r

Trường hợp i=0^o=> r=0^o

Kết luận: tia sáng qua mặt phân cách của hai môi trường có theo phương vuông góc với mặt phân cách không bị khúc xạ.

Câu 2 (trang 217 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Cho hai môi trường 1 và 2, hãy viết hệ thức giữa các chiết suất tỉ đối n₂₁ và n₁₂.

Hướng dẫn giải:

Câu 3 (trang 217 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Xét một tia sáng đi từ môi trường này sang một môi trường khác. Chiết suất tỉ đối giữa hai môi trường cho ta biết điều gì về đường đi tia sáng qua mặt lưỡng chất?

Hướng dẫn giải:

Xem trả lời ở câu C1.

Bài 1 (trang 217 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Chọn câu đúng

Chiết suất tỉ đối giữa môi trường khúc xạ và 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

Hướng dẫn giải:

Chiết suất tỉ đối giữa môi trường khúc xạ và 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: n₂₁ = n₂/n₁

Đáp án đúng là: C

Bài 2 (trang 217 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Chọn câu đúng

Chiết suất tuyệt đối của một môi trường truyền sáng

A. luôn lớn hơn 1

B. bằng 1

C. luôn nhỏ hơn 1

D. luôn lớn hơn 0

Hướng dẫn giải:

Chiết suất tuyệt đối của một môi trường truyền sáng luôn lớn hơn 1

Đáp án đúng là: A

Bài 3 (trang 217 sgk Vật Lý 11 nâng cao): 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 là 45^o.

a) Chứng tỏ rằng tia sáng ló ra khỏi bản có phương song song với tia tới. Vẽ đường đi của tia sáng qua bản

b) Tính khoảng cách giữa giá của tia ló và tia tới

Hướng dẫn giải:

a) Góc tới i₁ = 45^o.

Theo định luật khúc xạ:

+ Ở mặt trước của bản: sin⁡ i₁ = n. sinr₁

+ Ở mặt sau của bản: n. sin⁡ i₂ = sinr₂

Vì bản mặt song song nên pháp tuyến của mặt trước và mặt sau của bản song song nhau, từ hình vẽ ⇒ r₁ = i₂

⇒ r₂ = i₁ = 45^o ⇒ Tia ló I₂R song song với tia tới SI (đpcm)

b)

Bề dày e = 10 cm; chiết suất n = 1,5

Ta có: sin⁡ i₁ = n. sinr₁ → sinr₁ = sin⁡ i₁/n = sin45^o/1,5 = 0,471 → r₁ = 28,13^o

Từ hình vẽ, khoảng cách giữa giá của tia ló và tia tới bằng đường cao I₂H của tam giác vuông I₁I₂H

Vậy khoảng cách giữa giá của tia ló và tia tới là I₂H = 3,3cm

Bài 4 (trang 218 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Một bản mặt song song có bề dày 6 cm, chiết suất n = 1,5 được đặt trong không khí.

a) Vật là một điểm sáng S cách bản 20 cm. Xác định vị trí của ảnh.

b) Vật AB = 2cm đặt song song với bản. Xác định vị trí và độ lớn của ảnh.

Hướng dẫn giải:

a) e = 6 cm; n = 1,5

Sơ đồ tạo ảnh:

Ta thấy tia ló I₂R song song với tia tới SI₁, giao của đường kéo dài của tia I₂R cắt tia sáng SJ tại S’, S’ là ảnh của S qua bản mặt.

Tứ giác SS’MI₁ là hình bình hành → SS’ = I₁M

Xét 2 tam giác vuông MNI₂ và I₁NI₂ ta có:

NI₂ = I₁N. tanr₁ = MN. tani₁ (do góc NMI₂ = i₁)

Vì ta đang xét góc tới i₁ rất nhỏ nên r₁ cũng rất nhỏ → tani₁ ≈ sini₁ và tanr₁ ≈ sinr₁

(theo định luật khúc xạ tại I₁: sini₁ = n. sinr₁)

→ Khoảng cách giữa vật và ảnh là:

SS’ = I₁M = I₁N – MN = e – e/n = 6 – 6/1,5 = 2cm.

Vậy ảnh S’ cách bản mặt trên một đoạn S’I = 20 - 2 = 18cm.

b) Vật AB = 2cm đặt song song với bản mặt ⇒ ảnh A’B’ qua bản mặt là ảnh ảo và có kích thước bằng vật (hình vẽ).

Tương tự câu a) ⇒ A’B’ cách vật bản mặt trên 18cm và có kích thước 2 cm.

Bài 5 (trang 218 sgk Vật Lý 11 nâng cao): 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. Xác định khoảng cách từ ảnh của mắt tới mặt nước.

Vẽ đường đi của ánh sáng qua quang hệ trên.

Hướng dẫn giải:

Sơ đồ tạo ảnh:

Từ hình vẽ ta có:

* Đối với cặp lưỡng chất không khí - chất lỏng n:

Xét 2 tam giác vuông MII₁ và M’II₁ ta có:

II₁ = MI. tani₁ = M’I. tanr₁ (do góc IM’I₁ = r₁)

Vì ta đang xét góc tới i₁ rất nhỏ nên r₁ cũng rất nhỏ → tani₁ ≈ sini₁ và tanr₁ ≈ sinr₁

Đặt MI = d

(theo định luật khúc xạ tại I₁: sini₁ = n. sinr₁)

* Đối với gương phẳng:

M’J = JM’₂ = M’I + IJ = 40 + e = 40 + 20 = 60cm → M’₂I = 60 + 20 = 80cm

* Đối với cặp lưỡng chất lỏng n – không khí:

Tương tự ta tìm được II₂ = M’₂I. tani₃ = M’₃I. tanr₃ (do góc IM’₃I₂ = r₃)

(theo định luật khúc xạ tại I₂: n. sini₃ = sinr₃)

Vậy ảnh cuối cùng cách mặt nước 60 cm.

Bài tiếp: Bài 45: Phản xạ toàn phần - Giải BT Vật Lí 11 nâng cao