PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP KHÚC XẠ ÁNH SÁNG
I - DẠNG 1: XÁC ĐỊNH GÓC TỚI, GÓC KHÚC XẠ - ĐỊNH LUẬT KHÚC XẠ ÁNH SÁNG
Phương pháp:
Sử dụng các công thức:
* Ví dụ: Tia sáng đi từ nước có chiết suất n1 = 4/3 sang thủy tinh có chiết suất n2 = 1,5. Tính góc khúc xạ biết góc tới i = 300.
* Lời giải chi tiết:
Ta có:
\[\begin{array}{l}\frac{{\sin i}}{{\sin r}} = \frac{{{n_2}}}{{{n_1}}} \Rightarrow \sin r = \frac{{{n_1}}}{{{n_2}}}.\sin i = \frac{4}{{3.1,5}}.\sin {30^0} = \frac{4}{9}\\ \Rightarrow r = {26^0}23'
\end{array}\]
II- DẠNG 2: BÀI TẬP VỀ LƯỠNG CHẤT PHẲNG
1. Nguyên tắc dựng ảnh
Để dựng ảnh của một vật qua mặt phân cách giữa hai môi trường bằng mặt khúc xạ cần phải dựng:
- Bước 1: Dựng 2 chùm tia tới
+ Tia 1 truyền thẳng với góc tới i = 0
+ Tia 2 tia tới có góc tới \[i \ne 0\]
- Bước 2: Dựng tia khúc xạ bởi 2 tia nói trên rồi kéo dài 2 tia khúc xạ này cắt nhau tại một điểm thì đó là ảnh của vật.
2. Nguyên tắc
- Vật thật đi qua lưỡng chất phẳng cho ta ảnh ảo [ta nói ảnh và vật luôn có bản chất trái ngược nhau]
- Sơ đồ tạo ảnh qua lưỡng chất phẳng: \[{S_{{n_1}}}{\xrightarrow[H]{{LCP}}_{{n_2}}}S'\]
Ta có công thức: \[\frac{{SH}}{{{n_1}}} = \frac{{S'H}}{{{n_2}}}\]
III- DẠNG 3: BÀI TẬP VỀ BẢN MẶT SONG SONG
1. Định nghĩa
Bản mặt song song là khối chất trong suốt, đồng chất có bề dày là e, chiết suất n > 1.
2. Đường đi của tia sáng qua bản mặt //
- Tia tới và tia ló qua bản mặt song song luôn song song
- Vật thật qua bản mặt song song luôn cho ảnh ảo [ảnh và vật khác bản chất]
Bài viết hôm nay, HocThatGioi sẽ trình bày cho các bạn về cách làm bài các bài tập khúc xạ ánh sáng và bài tập phản xạ toàn phần có lời giải chi tiết để các cùng tham khảo nhé. Hãy theo dõi hết bài viết bên dưới để học hiệu quả. Nếu các bạn chưa xem bài viết lý thuyết thì có thể xem lại tại bài Lý thuyết khúc xạ ánh sáng và phản xạ toàn phần nhé!
Đối với bài tập khúc xạ ánh sáng thì các bạn cần phải học thuộc công thức. Sau đây là một vài các công thức mà các bạn cần nắm rõ:
Định luật khúc xạ
\frac{sin i}{sin r}= \frac{n_2}{n_1}
\Leftrightarrow n_1 sini= n_2sinr
Trong đó:
i: góc tới
r: góc khúc xạ
n_1: chiết suất của môi trường [1]
n_2: chiết suất của môi trường [2]
- Công thức liên hệ giữa chiết suất và vận tốc ánh sáng:
Công thức liên hệ
\left\{\begin{matrix} n=\frac{c}{v} & & \\ n_{21}=\frac{n_2}{n_1}& =\frac{v_2}{v_1} & \end{matrix}\right.
Trong đó: n: chiết của môi trường.
v_1, v_2: tốc độ của vật
n_1, n_2 : chiết suất của môi trường [1], [2]
Để nhớ được các công thức trên thì các bạn cần phải làm bài tập thật nhiều. Sau đây là một vài bài tập khúc xạ ánh sáng đã được HocThatGioi tổng hợp và có lời giải chi tiết.
Câu 1: Chiết suất của nước và thủy tinh đối với một ánh sáng đơn sắc có giá trị lần lượt là 1,333 và 1,532. Chiết suất tỉ đối của nước đối với thủy tinh ứng với ánh sáng đơn sắc này là ?
Hướng dẫn giải: Nước là môi trường [1] Thủy tinh là môi trường [2] Chiết suất tỉ đối của nước đối với thủy tinh sẽ được tính bởi công thức sau đây:
n_{12}=\frac{n_1}{n_2}=\frac{1,333}{1,532}=0,87
Vậy chiết suất tỉ đối của nước đối với thủy tin là 0,87.
Câu 2: Chiếu một tia sáng đơn sắc từ không khí tới mặt nước với góc tới 60^0, tia khúc xạ đi vào trong nước với góc khúc xạ là r. Biết chiết suất của không khí và của nước đối với ánh sáng đơn sắc này lần lượt là 1 và 1,333. Giá trị của r là ?
Hướng dẫn giải: Áp dụng công thức định luật khúc xạ ta có:
n_1.sini= n_2. sin r
\Leftrightarrow 1.sin60= 1,333.sinr
\rightarrow r= 40,52^0
Vậy góc khúc xạ r=40,52^0
Câu 3: Tính tốc độ của ánh sáng trong thủy tin. Biết thủy tin có chiết suất n=1,6 và tốc độ ánh sáng trong chân không c= 3.10^8 m/s
Hướng dẫn giải: Sử dụng công thức mối liên hệ giữa chiết suất và tốc độ ta có:
n=\frac{c}{v}
\rightarrow v=\frac{c}{n}=\frac{3.10^8}{1,6}=1,875.10^8 [m/s]
Vậy tốc độ của ánh sáng trong thủy tinh: 1,875.10^8 [m/s]
Câu 4: Một tia sáng truyền từ môi trường A vào môi trường B dưới góc 6^0 thì góc khúc xạ là 8^0. Tính tốc độ ánh sáng trong môi trường A. Biết tốc độ ánh sáng trong môi trường B là 2.10^5 [km/s].
Hướng dẫn giải: Áp dụng công thức liên hệ giữa chiết suất và tốc độ:
\frac{v_1}{v_2}=\frac{sini}{sinr}
\Rightarrow \frac{v_1}{2.10^5}=\frac{sin6}{sin8}
\rightarrow v_1= 1,5.10^5 [km/s]
Vậy tốc độ ánh sáng trong môi trường A là 1,5.10^5 [km/s]
Câu 5: Tính tốc độ của ánh sáng truyền tong môi trường nước. Biết tia sáng truyền từ không khí với gốc tới là i=60^0 thì góc khúc xạ trong nước là r= 40^0. Lấy tốc ánh sáng ngoài không khí c=3.10^8
Hướng dẫn giải: Sử dụng công thức mối liên hệ giữa chiết suất và tốc độ ta có:
\frac{v_1}{v_2}=\frac{sin i}{sin r}
\Rightarrow \frac{3.10^8}{v_2}=\frac{sin 60}{sin 40}
\rightarrow v_2= 2,23.10^8 [m/s]
Vậy tốc độ của ánh sáng truyền trong môi trường nước: v_2= 2,23.10^8 [m/s]
Để làm dạng toán này các bạn cần phải hiểu phản xạ toàn phần là gì? Điều kiện để xảy ra phản xạ toàn phần là như thế nào?
- Phản xạ toàn phần là hiện tượng phản xạ toàn bộ ánh sáng tới , xảy ra ở mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt.
- Điều kiên để xảy ra phản xạ toàn phần:
– Ánh sáng phải truyền từ môi trường có chiết quang cao sang môi trường có chiết quang thấp hơn [n_1 > n_2]
– Góc tới phải lớn hơn hoặc bằng góc giới hạn [i\geq i_{gh}]
- Góc giới hạn phản xạ toàn phần:
Góc giới hạn của phản xạ toàn phần
sin i_{gh}=\frac{n_2}{n_1}=\frac{n_{nhỏ}}{n_{lớn}}
Với n_1 > n_2
Sau đây là một vài ví dụ minh họa về bài tập phản xạ toàn phần có lời giải để các bạn cùng tham khảo nhé!
Câu 1: Chiếu một tia sáng đơn sắc từ trong nước tới mặt phân cách với không khí. Biết chiết suất của nước và của không khí đối với ánh sáng đơn sắc này lần lượt là 1,333 và 1. Góc giới hạn phản xạ toàn phần ở mặt phân cách giữa nước và không khí đối với ánh sáng đơn sắc này là bao nhiêu ?
Hướng dẫn giải:
sini_{gh}=\frac{n_{nho}}{n_{lon}}=\frac{1}{1,333}
\rightarrow i_{gh}= 48,61^0
Vậy góc giới hạn là: 48,61^0
Câu 2: Biết chiết suất của thủy tin là 1,5 và của nước là \frac{4}{3}. Góc giới hạn phản xạ toàn phần khi ánh sáng truyền từ thủy tinh sang nước là ?
Hướng dẫn giải: Áp dụng công thức tính góc giới hạn:
sini_{gh}=\frac{n_{nho}}{n_{lon}}=\frac{4/3}{1,5}
\Rightarrow i_{gh}= 62,7^0
Vậy góc giới hạn là 62,7^0
Câu 3: Tia sáng truyền từ môi trường có chiết suất n_1=1,5 sang môi trường có chiết suất n_2= 1,41. Xác định góc giới hạn để có thể xảy ra phản xạ toàn phần ?
Hướng dần giải:
Vì n_2 < n_1 nên xảy ra phản xạ toàn phần.
Góc giới hạn của phản xạ toàn là:
sini_{gh}=\frac{n_2}{n_1}=0,94
\rightarrow i_{gh}= 70,1^0
Vậy thỏa mãn hết điều kiện xảy ra phản xạ toàn phần.
Như vậy, bài viết bài tập khúc xạ và phản xạ toàn phần của HocThatGioi đến đây đã hết. Qua bài viết hi vọng sẽ giúp các bạn ôn lại các kiến thức trọng tâm. Đừng quên Like và Share để HocThatGioi ngày càng phát triển. Cảm ơn các bạn đã theo dõi hết bài và chúc các bạn học tốt!
Bài viết khác liên quan đến Khúc xạ ánh sáng