Bài 27: Phản xạ toàn phần - Giải BT Vật Lí 11
Bài 4 (trang 172 SGK Vật Lý 11): Giải thích vì sao kim cương (hình 27.4 SGK) và pha lên sáng lóng lánh? Người ta tạo ra nhiều mặt kim cương hay các vật pha lê để làm gì?
Bài giải:* Kim cương và pha lê sáng lóng lánh vì nó có thể phản xạ toàn phần ánh sáng mặt trời chiếu vào nó.
* Người ta tạo ra nhiều mặt cho kim cương hay các vật bằng pha lê để làm cho chùm tia tới có nhiều khả năng phản xạ toàn phần dưới các góc tới khác nhau ứng với các mặt khác nhau, từ đó làm cho kim cương và pha lê lóng lánh hơn.
Bài 5 (trang 172): Một chùm tia sáng hẹp truyền từ môi trường (1) chiết suất n1 tới mặt phẳng phân cách với môi trường (2) chiết suất n2. Cho biết n1< n2 và i có giá trị thay đổi.
Trường hợp nào sau đây có hiện tượng phản xạ toàn phần?
A. Chùm tia sáng gần như sát mặt phẳng phân cách.
B. Góc tới i thỏa mãn điều kiện sini > n1/n2.
C. Góc tói i thỏa mãn điều kiệnsini < n1/n2.
D. Không trường hợp nào đã nêu.
Bài giải:Đáp án đúng là: D
Điều kiện có phản xạ toàn phần là n1 > n2
Bài 6 (trang 172): Một chùm tia sáng hẹp SI truyền trong mặt phẳng tiết diện vuông góc của khối trong suốt như hình 27.1. 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?
A. n ≥ √ 2
B. n < √ 2
C. 1 < n < √ 2
D. Không xác định được.
Bài giải:Đáp án đúng là: A
Giải thích:
Δ ABC vuông cân ⇒ ∠ B = ∠ C = 45o
SI ⊥ BC ⇒ Tia SI truyền thẳng vào môi trường trong suốt ABC mà không bị khúc xạ
⇒ Góc tới i ở mặt AC bằng:
i = ∠ B = ∠ C = 45o ⇒ sini = sin45o = 1/√ 2
Tia sáng phản xạ toàn phần ở mặt AC ⇒ i ≥ igh → sini ≥ sinigh = 1/n ⇒ n ≥ √ 2
Bài 7 (trang 173): Có ba môi trường trong suốt với cùng góc tới:
- Nếu tia sáng truyền từ (1) vào (2) thì góc khúc xạ là 30o.
- Nếu tia sáng truyền từ (1) vào (3) thì góc khúc xạ là 45o.
Góc giới hạn toàn phần ở mặt phân cách (2) và (3) có giá trị như thế nào (tính tròn số)?
A. 30o
B. 42o
C. 45o
D. không xác định được
Bài giải:Đáp án đúng là: C
Giải thích:
+ Khi truyền từ môi trường từ (1) vào môi trường (2)
n1.sini = n2sinr12 (∗)
∗ Khi truyền từ môi trường từ (1) vào môi trường (3)
n1.sini = n3.sinr13 (∗ ∗)
Trong đó: r12 = 30o; r13 = 45o
Từ (∗) và (∗ ∗) suy ra:
n2sinr12 = n3sinr13
→ Môi trường (2) chiết quang hơn môi trường (3).
+ Góc giới hạn phản xạ toàn phần ở mặt phân cách (2) và (3) được tính khi truyền tù môi trương (2) vào môi trường (3).
Bài 8 (trang 173): Một khối bán trụ trong suốt có chiết suất n = 1,41 ≈ √ 2. Một chùm tia sáng hẹp nằm trong mặt phẳng của tiết diện vuông góc, chiếu tới khối bám trụ như hình 27.11. Xác định đường đi của chùm tia với các giá trí sau đây của góc α.
A. α = 60o.
B. α = 45o.
C. α = 30o.
Bài giải:Vì tia sáng tới có đường kéo dài qua O nên tia tới SI vuông góc mặt phẳng trụ ⇒ góc i = 0 ⇒ tia sáng sẽ truyền thẳng vào khối trong suốt tới O.
Tại O: tia sáng SO tạo với pháp tuyến ON của mặt phân cách phẳng một góc tới i.
Ta có: i = 90o - α
Mặt khác, góc giới hạn khi ánh sáng truyền từ khối bán trụ ra không khí được tính bởi công thức:
a) α = 60o
→ i = 90o – α = 30o → i < igh
Áp dụng định luật khúc xạ:
→ r = 45o. Vậy tia khúc xạ hợp với pháp tuyến của mặt phẳng phân cách của khối bán trụ góc khúc xạ 45o như hình vẽ.
b) α = 45o
→ i = 90o – α = 45o → i = igh
→ r = 90o → Tia khúc xạ đi sát mặt phân cách của khối tròn như hình vẽ:
c) α = 30o
→ i = 90o – α = 60o → i > igh
→ Xảy ra phản xạ toàn phần, không có tia khúc xạ ra ngoài không khí. Đường đi của tia sáng được vẽ trên hình:
Bài 9 (trang 173): Một sợi quang hình trụ lõi có chiết suất n = 1,50. Phần vỏ bõ cõ chiết suất n2 = 1,41 ≈ √ 2. Chùm tia tời hội tự ở mặt trước của sợi với góc tới 2 α như hình 27.12. Xác định α để các tia sáng của các tia sáng của chùm truyền đi được trong ống.
Bài giải:
Điều kiện mọi tia sáng trong chùm đều truyền đi được trong ống là phải thỏa mãn điều kiện phản xạ toàn phần tại mặt phân cách của lõi trụ với vỏ bóc của nó.
Từ hình 27.12a, điều kiện phản xạ toàn phần tại J là:
Mặt khác:
Áp dụng định luật khúc xạ tại mặt trước của ống quang ta được: