Bài 27: Phản xạ toàn phần

Lý thuyết

Câu C1 trang 168 SGK Vật lý 11

Tại sao mặt cong của bán trụ, chùm tia hẹp truyền theo phương bán kính lại truyền thẳng?

Hướng dẫn giải

Ở mặt cong của bán trụ, chùm tia hẹp truyền theo phương bán kính là trùng với pháp tuyến của mặt cong tại điểm đó => có góc tới I = 0 => góc r = 0 => tia không bị khúc xạ => truyền thẳng.

Câu C2 trang 168 SGK Vật lý 11

Vận dụng tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng, hãy nêu ra các kết quả khi ánh sáng truyền vào môi trường chiết quang hơn.

Hướng dẫn giải

Theo tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng, khi ánh sáng truyền từ moi trường chiết quang kém ( có chiết suất n1 ) vào môi trường chiết quang hơn ( có chiết suất n2 ) ta có: n1 sini=n2 sinr

Vì n< n2 nên i > r, Mà imax = 90o => rmax < 90o

Kết quả:

* Luôn có tia khúc xạ => không có phản xạ toàn phần.

* Góc khúc xạ r luôn nhỏ hơn góc tới i

* Tia khúc xạ luôn sát pháp tuyến của mặt phân cách hơn so với tia tới.

Bài 1 (SGK trang 172)

Thế nào là phản xạ toàn phần? Nêu điều kiện để có phản xạ toàn phần?

Hướng dẫn giải

-Phản xạ toàn phần là hiện tượng phản xạ toàn bộ tia sáng tới, xảy ra mặt phân cách giữa 2 môi trường trong suốt

-Khi có phản xạ toàn phần thì không có tia khúc xạ.

-Ta gọi là toàn phần để phân biệt với phản xạ một phần luôn xảy ra đi kèm với sự khúc xạ.

 

Bài 2 (SGK trang 172)

So sánh phản xạ toàn phần với phản xạ thông thường?

Hướng dẫn giải

• Giống nhau:

- Tia phản xạ đều truyền ngược lại được môi trường đầu

- Đều tuân theo định luật phản xạ.

• Khác nhau:

Bài 3 (SGK trang 172)

Cáp quang là gì? Hãy cho biết cấu tạo của cáp quang. Nêu một vài ứng dụng.

Hướng dẫn giải

+ Cấu tạo

Cáp quang là bó sợi quang. Mỗi sợi quang là một dây trong suốt có tính dẫn sáng nhờ  phản xạ toàn phần. Sợi quang gồm hai phần chính:

- Phần lõi trong suốt bằng thủy tinh siêu sạch có chiết suất lớn (n1).

- Phần vỏ bọc cũng trong suốt, bẳng thủy tinh có chiết suất n2 nhỏ hơn phần lõi.

Phản xạ toàn phần xảy ở mặt phân cách giữa lõi và vỏ làm cho ánh sáng truyền đi được theo sợi quang.

Ngoài cùng là một số lớp vỏ bọc bằng nhựa dẻo để tạo cho cáp độ bền và độ dai cơ học.

+ Ứng dụng của cáp quang:

Trong công nghệ thông tin, cáp quang được dùng để truyền thông tin, dữ liệu dưới dạng tín hiệu ánh sáng.

Bài 4 (SGK trang 172)

Giải thích tại sao kim cương và pha lê sáng lóng lánh. Người ta tạo ra nhiều mặt cho viên kim cương hay các vật bằng pha lê để làm gì?

Hướng dẫn giải

* Kim cương và pha lê sáng lóng lánh vì nó có thể phản xạ toàn phần ánh sáng.

* 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, làm cho kim cướng và pha lê lóng lánh hơn.

Bài 5 (SGK 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 sất n2. Cho bết 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 sin i > \(\frac{n_{1}}{n_{2}}\)

C. Góc tới i thỏa mãn điều kiện sin i <\(\frac{n_{1}}{n_{2}}\)

D. Không trường hợp nào đã nêu.

Hướng dẫn giải

Đáp án D.

Do n1 < n2 nên không có trường hợp nào đã nêu có hiện tượng phản xạ toàn phần.

Bài 6 (SGK trang 172)

Một chùm tia sáng hẹp SI truyền trong mặt phẳng tiết diện vuông góc của một khối trong suốt như Hình 27.10. 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.

Hướng dẫn giải

Đáp án A.

∆ABC vuông cân tại A \( \Rightarrow \widehat B = \widehat C = {45^0}\)

\(SI \bot BC \Rightarrow \) Tia SI truyền thẳng vào môi trường trong suốt ABC mà không bị khúc xạ => góc tới i ở mặt AC bằng 450 \( \Rightarrow \sin i = \sin 45 = {1 \over {\sqrt 2 }}\)

Để tia sáng phản xạ toàn phần ở mặt AC thì: \(i \ge {i_{gh}} \Rightarrow \sin i \ge \sin {i_{gh}} \Leftrightarrow {1 \over {\sqrt 2 }} \ge {1 \over n} \Rightarrow n \ge \sqrt 2 \)

Bài 7 (SGK trang 173)

Có ba môi trường trong suốt. Với cùng một 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 phản xạ 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 tính được.

Hướng dẫn giải

+ Nếu tia sáng truyền từ (1) vào (2) thì góc khúc xạ là 30o

Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng, ta có: n1sini = n2sin30o              (1)

+ Nếu tia sáng truyền từ (1) vào (3) thì góc khúc xạ là 45o

Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng, ta có: n1sini = n3sin 45o             (2)

+ Từ (1) và (2) suy ra: \( \Rightarrow {n_2}\sin 30 = \displaystyle{n_3}\sin 45 \Rightarrow {{{n_3}} \over {{n_2}}} = {{\sin 30} \over {\sin 45}} = {{\sqrt 2 } \over 2}\)     

+ Góc giới hạn phản xạ toàn phần ở mặt phân cách (2) và (3): \(sin{i_{gh}} = \displaystyle{{{n_3}} \over {{n_2}}} = {{\sqrt 2 } \over 2} \Rightarrow {i_{gh}} = {45^0}\)

Bài 8 (SGK trang 173)

Một khối bán trụ trong suốt có chiết suất n = 1,41 ≈ √2. Một chùm tia sáng hẹp nằm trong một mặt phẳng của tiết diện vuông góc, chiếu tới khối bán trụ như Hình 27.11. Xác định đường đi của chùm tia sáng với các giá trị sau đây của góc α.

a) α = 60o;

b) α = 45o;

c) α = 30o;

Hướng dẫn giải

a) α = 600 => i = 90 – α = 300.

Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng ta có: \(n\sin i = {\mathop{\rm s}\nolimits} {\rm{inr}}\)

\(\Rightarrow {\mathop{\rm s}\nolimits} {\rm{inr}} = n\sin i = \sqrt 2 .\sin 30 = {{\sqrt 2 } \over 2} \Rightarrow r = {45^0}\)

 

b) α = 450 => i = 90 – α = 450.

Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng ta có: \(n\sin i = {\mathop{\rm s}\nolimits} {\rm{inr}}\)

\(\Rightarrow {\mathop{\rm s}\nolimits} {\rm{inr}} = n\sin i = \sqrt 2 .\sin 45 = \sqrt 2 .{1 \over {\sqrt 2 }} = 1\)

\(\Rightarrow r = {90^0}\)

c) α = 300 => i = 90 – 30 = 600.

Góc giới hạn phản xạ toàn phần: \(\sin {i_{gh}} = {1 \over {\sqrt 2 }}\)

\(\Rightarrow {i_{gh}} = {45^0}\)

Ta có: \(i = {60^0} > {i_{gh}} \Rightarrow \)  xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần.

Bài 9 (SGK trang 173)

Một sợi quang hình trụ, lõi có chiết suất n1 = 1,50. Phần vỏ bọc có chiết suất n2= 1,41≈ √2 . Chùm tia tới hội tụ ở mặt trước của sợi với góc 2α như Hình 27.12. Xác định α để các tia sáng của chùm truyền đi được trong ống.

Hướng dẫn giải

+ Điều kiện để các 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 phần lõi và phần vỏ bọc của nó.

+ Từ hình vẽ, ta có điều kiện phản xạ toàn phần tại I' là: \(i \ge {i_{gh}} \Rightarrow \sin i \ge \sin {i_{gh}} = {{{n_2}} \over {{n_1}}}\)

+ Lại có: \(\beta  = {90^0} - i \Rightarrow c{\rm{os}}\beta  = \sin i \ge {{{n_2}} \over {{n_1}}}\)

+ Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng tại I: 

\(\eqalign{
& \sin \alpha = {n_1}\sin \beta \cr&\;\;\;\;\;\;\;\;= {n_1}\sqrt {1 - c{\rm{o}}{{\rm{s}}^2}\beta } \le {n_1}\sqrt {1 - {{\left( {{{{n_2}} \over {{n_1}}}} \right)}^2}} \cr 
& \Rightarrow \sin \alpha \le 1,5\sqrt {1 - {{\left( {{{\sqrt 2 } \over {1,5}}} \right)}^2}}\cr& \Rightarrow \sin \alpha \le 0,5 \Rightarrow \alpha \le {30^0} \cr} \).

Loading...