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 sini=n2 sinr
Trường hợp i=0o=> r=0o
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 45o.
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 = 45o.
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 = 45o ⇒ 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 = sin45o/1,5 = 0,471 → r1 = 28,13o
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