Trang chủ > Lớp 11 > Giải BT Vật Lí 11 nâng cao > Bài 45: Phản xạ toàn phần - Giải BT Vật Lí 11 nâng cao

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

Bài 45: Phản xạ toàn phần

Câu c1 (trang 220 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Trong trường hợp nào phản xạ toàn phần, ta không thể quan sát thấy hiện tượng khúc xạ của một tia sáng tại mặt phân cách hai môi trường trong suốt?

Hướng dẫn giải:

Ta không thể quan sát thấy hiện tượng khúc xạ một tia sáng tại mặt phân cách hai môi trường trong suốt khi nhìn từ môi trường có chiết suất lớn vào một môi trường có chiết suất nhỏ. Thí dụ như quan sát một vật trên mặt nước khi đang lặn ở trong nước, nếu nhìn lên mặt nước ở một góc khá lớn thì sẽ không quan sát được các vật trên mặt nước.

Câu c2 (trang 220 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Hãy cho biết các điều kiên để xảy ra hiên tương phản xạ toàn phần.

Hướng dẫn giải:

• Điều kiện phản xạ toàn phần;

+ ánh sáng truyền từ môi trường chiết quan hơn sang môi trường chiết quang kém.

+ góc tới i phải lớn hơn hoặc bằng góc giới hạn.

• Góc giới hạn:

Nêu ánh sáng đi từ môi trường có chiết suất n ra không khí thì:

Câu 1 (trang 222 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Một đèn chiếu ở trong nước rọi một chùm sáng song song lên mặt thoáng của nước. Phía trên mặt thoáng là một màn E nằm ngang. Ta sẽ nhận được một vệt sáng trên màn E. Điều khẳng định này đúng hay sai?

Hướng dẫn giải:

Điều khẳng định trên là sai, vì: Nếu chùm tia song song này tới mặt thoáng dưới góc tới i> i_gh (trong đó sin i_gh =1/n; n= chiết suất của nước) thì khi đó xảy ra phản xạ toàn phần và tia sáng không qua được mặt thoáng ra ngoài không khí. vì vậy, trên màn E không thu được vệt sáng.

Câu 2 (trang 222 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Hãy kể một vài ứng dụng của hiện tượng phản xạ toàn phần

Hướng dẫn giải:

Ứng dụng của hiện tượng phản xạ toàn phần: làm lăng kính phản xạ toàn phần, làm sợi quang học, …

Bài 1 (trang 222 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Cho một tia sáng đi từ nước (n=4/3) ra không khí. sự phản xạ toàn phần xảy ra khi góc tới:

A. i< 49^o

B. i> 42^o

C. i> 49^o

D. i> 43^o

Hướng dẫn giải:

Sự phản xạ toàn phần xảy ra khi góc tới i> i_gh. Trong đó:

sin⁡i_gh=1/n=0,75 => i> i_gh≈49^o

Đáp án đúng là: C

Bài 2 (trang 222 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Câu nào dưới đây không đúng?

A. Ta luôn luôn có tia khúc xạ khi tia sáng đi từ môi trường có chiết suất nhỏ hơn sang môi trường có chiết suất lớn hơn.

B. Ta luôn luôn có tia khúc xạ khi tia sáng đi từ môi trường có chiết suất lớn hơn sang môi trường có chiết suất nhỏ hơn.

C. Khi chùm sáng phản xạ toàn phần thì không có chùm sáng khúc xạ.

D. Khi có sự phản xạ toàn phần, cường độ chùm sáng phản xạ bằng cường độ chùm sáng tới.

Hướng dẫn giải:

Đáp án đúng là: B

Giải thích:

Vì khi ánh sáng đi vào môi trường có chiết suất nhỏ hơn thì chỉ có tia khúc xạ nếu góc tới i < i_gh.

Bài 3 (trang 222 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Một khối thủy tinh P có chiết suất n = 1,5, tiết diện thẳng là một tam giác cân ABC vuông góc tại B. Chiếu vuông góc tới mặt AB một chùm sáng song song SI.

a) Khối thủy tinh P ở trong không khí. Tính góc D làm bởi tia ló và tia tới

b) Tính lại góc D nếu khối P ở trong nước có chiết suất n'=1,33

Hướng dẫn giải:

a) Khối thủy tinh P ở trong không khí

Tia tới SI ⊥ AB, góc tới i = 0 nên góc khúc xạ bằng 0, do đó tia SI truyền thẳng đến gặp mặt AC giữa thủy tinh và không khí, lúc này ta có trường hợp tia sáng đi từ thủy tinh ra không khí.

Góc giới hạn i_gh được tính theo công thức: sini_gh = n_kk/n = 1/1,5

→ i_gh = 41,81^o.

Tia SJ tới mặt AC với góc tới i = 45^o > i_gh nên có hiện tượng phản xạ toàn phần tại mặt AC. Tia phản xạ IK vuông góc với mặt BC nên cho tia khúc xạ đi thẳng.

Vậy góc D làm bởi tia ló và tia tới là 90^o.

b) Nếu khối P ở trong nước có chiết suất n’ = 1,33

Tia tới SI ⊥ AB, góc tới i₁ = 0 nên góc khúc xạ bằng r₁ = 0, do đó tia SI truyền thẳng đến gặp mặt AC giữa thủy tinh và không khí, lúc này ta có trường hợp tia sáng đi từ thủy tinh ra nước.

Góc giới hạn i_gh tại mặt AC được tính theo công thức: sini_gh = n’/n = 1,33/1,5

→ i_gh = 62,46^o.

Tia SJ tới mặt AC với góc tới i₂ = 45^o < i_gh nên cho tia khúc xạ ra mặt AC.

Áp dụng định luật khúc xạ tại mặt AC ta có:

n. sini₂ = n’. sinr₂

Góc D làm bởi tia ló và tia tới là: D = r₂ – i₂ = 7,89^o

Bài 4 (trang 222 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Một miếng gỗ mỏng hình tròn, bán kính 4cm. Người ta cắm thẳng góc một chiếc đinh qua tâm O của miếng gỗ nổi trong chậu nước. Thành chậu thẳng đứng và rìa miếng gỗ cách thành chậu 10cm. Nước có chiết suất n = 1,33.

a) Gọi chiều dài phần đinh nằm trong nước là OA = 6cm. Tìm chiều dài lớn nhất của OA sao cho dù để mắt ở đâu cũng không thấy đầu A của đinh.

b) Điều chỉnh để chiều dài của phần đinh trong nước bằng 4cm và thay nước bằng một chất lỏng có chiết suất n’ = 1,38. Hỏi mắt đặt tại một điểm trên đường thẳng đứng sát thành chậu và cách mặt nước 4cm thì có thấy đầu A của đinh không?

Hướng dẫn giải:

a) Điều kiện để mắt ở đâu cũng không thấy đầu A của đinh là: Tia sáng từ A phát ra truyền tới mặt nước thì không cho tia khúc xạ ra ngoài không khí.

Ta thấy góc tới i của tia sáng phát ra từ A đến mặt nước tăng dần khi vị trí tới di chuyển từ điểm I của mép miếng gỗ ra xa tâm O. Để không có bất kỳ tia khúc xạ nào lọt ra ngoài không khí thì tia tới AI phải có góc tới thỏa mãn điều kiện:

i ≥ i_gh ↔ sini ≥ sini_gh = 1/n

Ta có:

Vậy OA_max = 3,51cm

Thay nước bằng một chất lỏng có chiết suất n’= 1,38. Mắt đặt tại M sao cho MH = 4cm.

Ta có:

→ i = 45^o.

và sini_gh = 1/n’ → i_gh = 46,44^o

Do vậy i < i_gh nên tia tới AI cho tia khúc xạ ra ngoài không khí.

Áp dụng định luật khúc xạ tại I ta có: n’. sini = sinr

→ r = 77,37^o → MH = 2,24cm

Ta thấy điểm tới I càng ra xa mép của miếng gỗ thì góc tới i càng tăng nên tia khúc xạ IM càng gần mặt nước, đến một vị trí nào đó sẽ xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần. Do vậy muốn nhìn thấy được đầu A của đinh thì mắt phải đặt tại thành và cách mặt nước một đoạn lớn nhất là 2,24cm.

Mà ban đầu mắt đặt cách mặt nước 4 cm > 2,24 cm, nên mắt sẽ không nhìn thấy đầu A của đinh.

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