Giải bài tập SBT Vật Lí 11 Bài 27: Phản xạ toàn phần

Chiếu một tia sáng từ nước đến mặt phân cách giữa nước ( chiết suất 4/3) và không khí dưới góc tới 50^o

Góc khúc xạ sẽ vào khoảng

A. 60^o    B. 70^o

C. 80^o    D. Không có tia khúc xạ 

Phương pháp giải

Áp dụng công thức định luật khúc xạ ánh sáng: n₁sini=n₂sinr để tìm tia khúc xạ

Hướng dẫn giải

- Sử dụng định luật khúc xạ ánh sáng: n₁sini=n₂sinr

- Ta có: 

\(sinr = \frac{{{n_1}}}{{{n_2}}}sini = \frac{{\frac{4}{3}}}{1}.sin50 = 1,02 > 1\) (vô lí)

=> Không có tia khúc xạ.

- Chọn đáp án: D

Một học sinh phát biểu : phản xạ toàn phần là phản xạ ánh sáng khi không có khúc xạ. Trong ba trường hợp truyền ánh sáng sau đây (Hình 27.1), trường hợp nào có hiện tượng phản xạ toàn phần ?

A. Trường hợp (1).

B. Trường hợp (2).

C. Trường hợp (3).

D. Không trường hợp nào là phản xạ toàn phần. 

Phương pháp giải

Vận dụng lí thuyết về hiện tượng tượng phản xạ toàn phần để trả lời câu hỏi này

Hướng dẫn giải

- Trường hợp (1) không có hiện tượng phản xạ toàn phần vì hiện tượng phản xạ toàn phần phải xảy ra ở mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt.

- Trường hợp (2) không có hiện tượng phản xạ toàn phần vì có tia khúc xạ.

- Trường hợp (3) không có hiện tượng phản xạ toàn phần vì n₁=n₂

- Chọn đáp án: D

Phản xạ toàn phần có thể xảy ra khi ánh sáng truyền trong cặp môi trường nào sau đây ?

A. Từ (2) tới (1).

B. Từ (3) tới (1).

C. Từ (3) tới (2).

D. Từ (1) tới (2). 

Phương pháp giải

Từ hình ta thấy khi tia sáng đi từ môi trường 1 đến 2 thì có khả năng không còn tia khúc xạ

( xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần)

Hướng dẫn giải

- Phản xạ toàn phần có thể xảy ra khi ánh sáng truyền trong cặp môi trường từ (1) tới (2).

- Chọn đáp án: D

Tiếp theo câu 27.3. Phản xạ toàn phần không thể xảy ra khi ánh sáng truyền trong cặp môi trường nào sau đây ?

A. Từ (1) tới (2).     B. Từ (2) tới (3).

C. Từ (1) tới (3).    D. Từ (3) tới (1). 

Phương pháp giải

Từ hình ta thấy khi tia sáng đi từ môi trường 3 đến 1 thì luôn có tia khúc xạ

Hướng dẫn giải

- Phản xạ toàn phần không thể xảy ra khi ánh sáng truyền trong cặp môi trường từ (3) tới (1).

- Chọn đáp án: D

Một tia sáng truyền trong hai môi trường theo đường truyền như Hình 27.3.

Chỉ ra câu sai.

A. α là góc tới giới hạn.

B. Với i > α sẽ có phản xạ toàn phần.

C. Nếu ánh sáng truyền từ (2) tới (1) chỉ có phản xạ thông thường.

D. A, B, C đều sai. 

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi này cần nắm được nội dung lí thuyết về hiện tượng phản xạ toàn phần

Hướng dẫn giải

- Nhận thấy cả trường hợp A, B, C đều đúng => D sai.

- Chọn đáp án: D

Ba môi trường trong suốt là không khí và hai môi trường khác có các chiết suất tuyệt đối n₁ ; n₂ (với n₂ > n₁). Lần lượt cho ánh sáng truyền đến mặt phân cách của tất cả các cặp môi trường có thể tạo ra.

Biểu thức nào kể sau không thế là sin của góc tới giới hạn i_gh đối với cặp môi trường tương ứng?

A. 1/n₁             B. 1/n₂            

C. n₁/n₂            D. n₂/n₁ 

Phương pháp giải

Công thức: sini_gh=n₂/n₁ chỉ áp dụng được khi thỏa điều kiện \({n_2} \le {n_1}\)

Hướng dẫn giải

- Vì n₂>n₁ nên sini_gh ko thể được tính bằng biểu thức n₂/n₁

- Chọn đáp án: D

Có ba môi trường (1), (2) và (3). Với cùng một góc tới, nếu ánh sáng đi từ (1) vào (2) thì góc khúc xạ là 30°, nếu ánh sáng đi từ (1) vào (3) thì góc khúc xạ là 45°.

a) Hai môi trường (2) và (3) thì môi trường nào chiết quang hơn ?

b) Tính góc giới hạn phản xạ toàn phần giữa (2) và (3). 

Phương pháp giải

a) Áp dụng công thức:

\(\begin{array}{*{20}{c}} { \frac{{{n_2}}}{{{n_3}}} = \frac{{\sin {{45}^0}}}{{\sin {{30}^0}}}} \end{array}\) để xác định môi trường chiết quang hơn

b) Tính góc giới hạn theo công thức:

\(\begin{array}{l} \sin {i_{gh}} = \frac{{\sin {{30}^0}}}{{\sin {{45}^0}}} \end{array}\)

Hướng dẫn giải

a)  Xác định môi trường chiết quang hơn:

\(\begin{array}{*{20}{c}} {}&{{n_1}\sin i = {n_2}\sin {{30}^0} = {n_3}\sin {{45}^0}}\\ {}&{ \Rightarrow \frac{{{n_2}}}{{{n_3}}} = \frac{{\sin {{45}^0}}}{{\sin {{30}^0}}}} \end{array}\)$\mathrm{}$

 (2) chiết quang hơn (3)

b) Góc giới hạn phản xạ toàn phần là:

\(\begin{array}{l} \sin {i_{gh}} = \frac{{\sin {{30}^0}}}{{\sin {{45}^0}}} = \frac{1}{{\sqrt 2 }}\\ \Rightarrow {i_{gh}} = {45^0} \end{array}\)

Một khối bán trụ có chiết suất n = 1,41\(\approx \sqrt 2 \)$\mathrm{}$. Trong một mặt phẳng của tiết diện vuông góc, có hai tia song song tới gặp mặt phẳng của bán trụ với góc tới i = 45° ở A và O (Hình 27.4)

a) Tính góc lệch ứng với tia tới so sau khi ánh sáng khúc xạ ra không khí.

b) Xác định đường truyền của tia tới SA. 

Phương pháp giải

a) Tính góc lệch theo công thức: D = i – r

b) Vận dụng kiến thức về khúc xạ ánh sáng để xác định đường truyền của tia tới SA

Hướng dẫn giải

a) Tia SO có tia khúc xạ OJ truyền theo phương một bán kính (HÌnh 27.1G). Do đó tại J, góc tới bằng 0. Tia sáng truyền thẳng qua không khí.

Ta có D = i – r = 45⁰ – 30⁰ = 15⁰

b) Đối với tia tới SA, môi trường bán trụ có thể coi như có hai pháp tuyến vuông góc nhau.

Trong hai trường hợp ta luôn có: i = 45⁰, r = 30⁰

Do đó kết hợp các tính chất hình học, ta có hai đường đi của tia sáng như sau (Hình 27.2G):

+ SABCA’S’

+ SACR

(A, B, C, A’ chia nửa đường tròn thành ba phần bằng nhau).

Một khối thuỷ tinh có tiết diện thẳng như Hình 27.5, đặt trong không khí (ABCD là hình vuông ; CDE là tam giác vuông cân). Trong mặt phẳng của tiết diện thẳng, chiếu một chùm tia sáng đơn sắc hẹp SI vuông góc với DE (IE < ID).

Chiết suất của thuỷ tinh là n = 1,5. Vẽ đường đi của tia sáng trong khối thuỷ tinh. Phương của tia ló hợp với pháp tuyến của mặt mà tia sáng ló ra một góc bằng bao nhiêu ? 

Phương pháp giải

Hướng dẫn giải

- Tia SI truyền thẳng tới mặt EC tại J.

sini_gh = 1/n  = 2/3 ⇒ i_gh ≈ 42⁰

iJ > igh: phản xạ toàn phần

- Tia phản xạ từ J tới sẽ phản xạ toàn phần lần lượt tại DA, AB, BC, và ló ra khỏi DE ở N theo phương vuông góc (tức là song song với SI nhưng ngược chiều (Hình 27.3G).

⇒ Góc phải tìm là 0⁰. 

Một sợi quang hình trụ với lõi có chiết suất n₁ = 1,5 và phần bọc ngoài có chiết suất n₂ = 1,41. Chùm tia tới hội tụ tại mặt trước của sợi quang với góc 2α (Hình 27.6).

Xác định góc α để tất cả tia sáng trong chùm đều truyền đi được trong sợi quang. 

Phương pháp giải

Sử dụng nội dụng lí thuyết về hiện tượng phản xạ toàn phần để xác định góc α để tất cả tia sáng trong chùm đều truyền đi được trong sợi quang

Hướng dẫn giải

- Ta phải có: i > i_gh

sini > n2/n1 ⇒ cosr > n₂/n₁

- Nhưng:

\(\begin{array}{l} cosr = \sqrt {1 - {{\sin }^2}r} = \sqrt {1 - \frac{{{{\sin }^2}\alpha }}{{n_1^2}}} \\ 1 - \frac{{si{n^2}\alpha }}{{{n_1}^2}} > \frac{{{n_2}^2}}{{{n_1}^2}} \approx 0,5 = sin{30^0}\\ \Rightarrow 2\alpha < {60^0} \end{array}\)