Tài liệu dạy học Vật lí Lớp 10 - Lý thuyết: Khúc xạ ánh sáng, phản xạ toàn phần

LÝ THUYẾT: KHÚC XẠ ÁNH SÁNG
A. Tóm tắt lý thuyết
1. Sự khúc xạ ánh sáng
a) Hiện tượng khúc xạ ánh sáng
Khúc xạ ánh sáng là hiện tượng lệch phương (gãy) của các tia sáng khi truyền xiên góc qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt khác nhau.
Ta có: SI là tia tới.
I là điểm tới.
N’IN là pháp tuyến với mặt phân cách tại I.
IR là tia khúc xạ.
IS’ là tia phản xạ.
i là góc tới, r là góc khúc xạ.
b) Định luật khúc xạ ánh sáng
- Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới (tạo bởi tia tới và pháp tuyến) và ở phía 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:
2. Chiết suất của môi trường
a) Chiết suất tỉ đối
Tỉ số không đổi  trong hiện tượng khúc xạ được gọi là chiết suất tỉ đối n21 của môi trường (2) chứa tia khúc xạ đối với môi trường (1) chứa tia tới.
    + n21 > 1 thì r < i: Tia khúc xạ bị lệch lại gần pháp tuyến hơn. Ta nói môi trường (2) chiết quang hơn môi trường...; I ⇒ Chùm tia khúc xạ lệch xa pháp tuyến hơn so với chùm tia tới.
- Khi góc i tăng thì góc r cũng tăng (với r > i ). Khi rmax = 90o thì i = igh gọi là góc giới hạn phản xạ toàn phần, còn gọi là góc tới hạn.
Ta có:
- Với i > igh: Không có tia khúc xạ, toàn bộ tia sáng bị phản xạ ở mặt phân cách. Đó là hiện tượng phản xạ toàn phần.
2. Hiện tượng phản xạ toàn phần
a) Định nghĩa
Phản xạ toàn phần là hiện tượng phản xạ toàn bộ tia sáng tới, xảy ra ở mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt.
Khi có phản xạ toàn phần thì không có tia khúc xạ.
b) Điều kiện để có phản xạ toàn phần
- Ánh sáng truyền từ một môi trường tới môi trường chiết quang kém hơn: n2 < n1
- Góc tới lớn hơn hoặc bằng góc giới hạn: i ≥ igh
3. Ứng dụng của hiện tượng phản xạ toàn phần
a) 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 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. 
b) Công dụng
- Dung lượng tín hiệu lớn.
- Nhỏ và nhẹ, dễ vận chuyển, dễ uốn.
- Không bị nhiễu bởi các bức xạ điện từ bên ngoài, bảo mật tốt.
- Không có rủi ro cháy (vì không có dòng điện).
c) 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.
∗ Ứng dụng hiện tượng phản xạ toàn phần
TRẮC NGHIỆM CƠ BẢN
Bài 1: Hiện tượng khúc xạ là hiện tượng
A. ánh sáng bị gãy khúc khi truyền xiên góc qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt.
B. ánh sáng bị giảm cường độ khi truyền qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt.
C. ánh sáng bị hắt lại môi trường cũ khi truyền tới mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt....án: B.
HD Giải: Theo định luật khúc xạ ta có n1sini = n2sinr.
Bài 7: Chiết suất tuyệt đối của môi trường trong suốt là n thì
A. n = 1.
B. n > 1.
C. n < 1.
D. n > 0.
Đáp án: B.
HD Giải: Chiết suất tuyệt đối của mọi môi trường đều lớn hơn 1.
Bài 8: Một tia sáng truyền từ môi trường này sang môi trường khác dọc theo pháp tuyến của mặt phân cách thì góc khúc xạ là
A. 0o.	B. 90o.	C. bằng igh. D. phụ thuộc vào chiết suất hai môi trường.
Đáp án: A.
HD Giải: n1sini = n2sinr, khi i = 0 thì r = 0.
Bài 9: Cho ánh sáng đơn sắc truyền từ môi trường (1) với vận tốc v1 sang môi trường (2) với vận tốc v2, biết v2 < v1 thì
A. i r.	D. n2sini = n1sinr.
Đáp án: B.
HD Giải:
Bài 10: Chọn câu không đúng. Khi hiện tượng khúc xạ ánh sáng từ không khí vào nước thì.
A. góc tới i lớn hơn góc khúc xạ r.	B. góc tới i bé hơn góc khúc xạ r.
C. góc tới i đồng biến góc khúc xạ r.	D. tỉ số sini với sinr là không đổi.
Đáp án: B.
HD Giải: n1sini = n2sinr, khi truyền từ không khí vào nước thì n1  r.
Bài 11: Khi hiện tượng khúc xạ ánh sáng từ môi trường trong suốt ra không khí thì
A. góc tới i lớn hơn góc khúc xạ r.	B. góc tới i bé hơn góc khúc xạ r.
C. góc tới i nghịch biến góc khúc xạ r.	D. tỉ số sini với sinr là thay đổi.
Đáp án: B.
HD Giải: n1sini = n2sinr, khi truyền từ môi trường trong suốt ra không khí thì n1 > n2 ⇒ i < r.
Bài 12: Với một tia sáng đơn sắc, chiết suất tuyệt đối của nước là n1, của thuỷ tinh là n2. Chiết suất tỉ đối của nước đối với thuỷ tinh là
A. n12 = n1/n2.	B. n12 = n2/n1.	C. n21 = n2 – n1.	D. n12 = n1 – n2.
Đáp án: A.
HD Giải: Chiết suất tỉ đối của nước đối với thuỷ tinh là n12 = n1/n2.
Bài 13: Chiết suất tuyệt đối của một môi trường là chiết suất tỉ đối của môi trường đó so với
A. chính nó.	B. chân không.	C. không khí.	D. nước.
Đáp án: B.
HD Giải: Chiết suất tuyệt đối của một môi trường là chiết suất tỉ đối của môi trường đó so với chân không.
Bài 14: Chiếu một tia sáng đơn sắc đi từ không khí vào môi trường có chiết