Học tốt Vật lí 11 bài 26: Khúc xạ ánh sáng

A/ Kiến thức cơ bản
I. Sự khúc xạ ánh sáng
1. Hiện tượng khúc xạ ánh sáng:
Là hiện tương lệch phương của các tia sáng khi truyền xiên góc qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt khác nhau.
2. Định luật khúc xạ ánh sáng:

- Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới và ở bên kia pháp tuyến so với tia tới.
- Với hai môi trường trong suốt nhất định, tỉ số giữa sin góc tới (sini) và sin góc khúc xạ (sinr) luôn không đổi.
= hằng số

II. Chiết suất của môi trường
1. Chiết suất tỉ đối:
Chiết suất tỉ đối của môi trường (2) chứa tia khúc xạ đối với môi trường (1) (chứa tia tới) được tính bằng công thức
n₂₁= 
Nếu n₂₁>1 thì r < i. Tia khúc xạ lệch lại gần pháp tuyến hơn. Ta bảo môi trường (2) chiết quang hơn môi trường (1).
Nếu n₂₁< 1 thì r > i. Tia khúc xạ bị lệch xa pháp tuyến hơn. Ta bảo môi trường (2) chiết quang kém hơn môi trường (1).
2. Chiết suất tuyệt đối:
Chiết suất tuyệt đối của một môi trường là chiết suất tỉ đối của môi trường đó đối với chân không. Chiết suất tuyệt đối thường được gọi tắt là chiết suất.
Mọi môi trường trong suốt đều có chiết suất tuyệt đối lớn hơn 1. 
3. Công thức liên hệ giữa chiết suất tỉ đối và chiết suất tuyệt đối của 2 môi trường trong suốt.
n₂₁= 
Với n₂₁ là chiết suất tỉ đối của môi trường (2) đối với môi trường (1)
n₂ là chiết suất tuyệt đối của môi trường (2)
n₁ là chiết suất tuyệt đối của môi trường (1)
Vậy công thức của định luật khúc xạ ánh sang có thể viết theo dạng đối xứng:
n₁sini = n₂sinr
4. Tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng:
“Nếu ánh sáng truyền đi theo đường nào thì cũng truyền ngược lại theo đường đó”.
Từ tính thuận nghịch, ta có: n₁₂ = 

B/ TRẢ LỜI CÂU HỎI C1, C2, C3 SGK VẬT LÝ 11 BÀI 26
C1. Viết công thức của định luật khúc xạ với các góc nhỏ (< 10^o)
Trả lời:
Công thức định luật khúc xạ:
= = n₂₁ => sini = n₂₁.sinr
Khi góc i và r nhỏ hơn 10^o, công thức được viết là:
i = n₂₁.r

C2. Áp dụng định luật khúc xạ cho trường hợp i = 0°. Kết luận.
Trả lời:
Khi i = 0^o thì theo công thức n₁sini = n₂sinr, ta có sinr = 0 => r = 0^o
Kết luận: Tia sáng truyền vuông góc với mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt thì truyền thẳng. 

C3. Hãy áp dụng công thức của định luật khúc xạ cho sự khúc xạ liên tiếp vào nhiều môi trường có chiết suất lần lượt là n₁, n₂,…,n_n và   có các mặt phân cách song song với nhau. Nhận xét.

Trả lời:
Cho tia sáng truyền vào nhiều mòi trường có chiết suất lần lượt n₁, n₂, n₃,…,n_n, có các mặt phân cách song song với nhau (hình 26.1)
Áp dụng công thức định luật khúc xạ:
n₁sini₁ = n₂sinr₁
n₂sini₂ = n₃sinr₂
Vì i₂ = i₁ nên:
=> n₂sinr₁ = n₃sinr₂
Tương tự:
n₃sinr₂ = n₄sinr₃
=> n₁sini₁ = n₂sinr₁ = n₃sinr₂ = n₄sinr₃

C/ TRẢ LỜI CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP SGK VẬT LÝ 11 BÀI 26 TRANG 166, 167
1. Thế nào là hiện tượng khúc xạ ánh sáng. Phát biểu định luật khúc xạ ánh sáng.
Trả lời:
Là hiện tương lệch phương của các tia sáng khi truyền xiên góc qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt khác nhau.

2. Chiết suất tỉ đối n₂₁ của môi trường (2) đối với môi trường (1) là gì?
Trả lời:
Chiết suất tỉ đối n₂₁ của môi trường (2) đối với môi trường (1) là tỉ số giữa sin góc tới (sini) và sin góc khúc xạ (sinr)
n₂₁ =

3. Chiết suất (tuyệt đối) n của một môi trường là gì? Viết công thức liên hệ giữa chiết suất tỉ đối và chiết suất tuyệt đối?
Trả lời:
Chiết suất tuyệt đối của một môi trường là chiết suất tỉ đối của môi trường đó đối với chân không.
Hệ thức liên hệ giữa chiết suất tỉ đối và chiết suất tuyệt đối.
n₂₁=

4. Thế nào là tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng?
Trả lời:
Tính thuận nghịch của chiều truyền ánh sáng là: ánh sáng truyền đi theo đường nào thì cũng truyền ngược lại theo đường đó.
Khi ánh sáng truyền từ môi trường (1) sang môi trường (2)
 = n₂₁                         (1)
Khi ánh sáng truyền từ môi trường (2) sang môi trường (1), thì theo tính thuận nghịch của chiều truyền ánh sáng, ánh sáng sẽ truyền ngược lại theo đường củ nên:
 = = n₁₂
(1) và (2) suy ra: n₂₁ =  
Chiết suất của không khí đối với nước là:
N_kk/nước=   = =

5. Một tia sáng truyền đến mặt thoáng của nước. Tia này có một tia phản xạ ở mặt thoáng và một tia khúc xạ. Người vẽ các tia sáng này quên ghi lại chiều truyền trong hình 26.7. Tia nào dưới đây là tia tới?

A. Tia S₁I
B. Tia S₂I
C. Tia S₃I
D. Tia S₁I,S₂I, S₃I đều có thể là tia tới.
Trả lời:

Đáp án: B.
Vì tia tới và tia khúc xạ phải nằm ở hai bên của pháp tuyến (hình 26.2)

6. Tia sáng truyền từ nước và khúc xạ ra không khí. Tia khúc xạ và tia phản xạ ở mặt nước vuông góc với nhau. Nước có chiết suất là 4/3. Góc tới của tia sáng là bao nhiêu (tình tròn số)?
A. 37^o
B. 42^o
C. 53^o
D. Một giá trị khác A, B, C.
Trả lời:
Đáp án: A.
Giải:
Xem hình 26.3

Theo đề bài: tia khúc xạ và tia phản xạ vuông góc với nhau nên:
i’+ r = 90^o=
mà i’= i
=> i+ r =
=> r = – i
Áp dụng định luật khúc xạ:
 =   = =
=> sini = sinr = .sin( ) = cosi
=> tgi =  => i = 37^o

7. Có ba môi trường trong suốt (1), (2), (3). Cùng góc tới i, một tia sáng khúc xạ như hình 26.8 khi truyền từ (1) vào (2) và từ (1) vào (3).

Vẫn với góc tới i, khi tia sáng truyền từ (2) vào (3) thì góc khúc xạ là bao nhiêu?
A. 22^o
B. 31^o
C. 38^o
D. Không tính được.
Trả lời:
Đáp án: D.
Giải:


8. Một cái thước được cắm thẳng đứng vào bình đựng nước có đáy phẳng ngang. Phần thước nhô khỏi mặt nước dài 4 cm. Chếch ở phía trên có một ngọn đèn. Bóng của thước trên mặt nước dài 4cm và ở đáy dài 8 cm. Tính chiều sâu của nước trong bình. Chiết suất của nước là .
Giải:


9. Một tia sáng được chiếu đến điểm giữa mặt trên một khối lập phương trong suốt, chiết suất n = 1,50 (hình 26.9). Tìm góc tới i lớn nhất để tia khúc xạ vào trong khôi còn gặp mặt đáy.
Giải:


10. Theo công thức của định luật khúc xạ ánh sáng, trường hợp nào không có hiện tượng khúc xạ?
Trả lời:
Theo công thức của định luật khúc xạ:  = n₂₁
Trường hợp I = 0 thì không có hiện tượng khúc xạ, tia sáng truyền thẳng.