Giải bài 26 vật lí 11: Khúc xạ ánh sáng

Hướng dẫn giải bài tập, bài thực hành trong bài 26: Khúc xạ ánh sáng - sách giáo khoa vật lí 11. Tất cả các kiến thức lý thuyết và bài tập trong bài học này đều được giải đáp cẩn thận, chi tiết. Chúng ta tham khảo để học tốt vật lí 11 bài 26: Khúc xạ ánh sáng nhé.

[toc:ul]

I. TÓM TẮT LÝ THUYẾT

1. Khúc xạ ánh sáng

1.1. Hiện tượng khúc xạ ánh sáng

Hiện tượng 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.

1.2. Định luật khúc xạ ánh sáng

Quy ước:

SI: Tia tới
I: Điểm tới
N’IN: Pháp tuyến với mặt phân cách tại I
IR: Tia khúc xạ
i: Góc tới
r: Góc khúc xạ

Nội dung 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:

$\frac{\sin i}{\sin r} = const$

2. Chiết suất của môi trường

2.1. Chiết suất tỉ đối

Tỉ số không thay đổi, phụ thuộc vào bản chất của hai môi trường được gọi là chiết suất tỉ đối của môi trường chứa tia khúc xạ (môi trường 2) đối với môi trường chứa tia tới (môi trường 1)

$\frac{\sin i}{\sin r} = const = n_{21}$

n₂₁ được gọi là chiết suất tỉ đối của môi trường 2 so với môi trường 1.

Nếu n₂₁ > 1: Tia khúc xạ lệch lại gần pháp tuyến hơn, môi trường 2 chiết quang hơn môi trường 1.
Nếu n₂₁ < 1: Tia khúc xạ lệch ra xa pháp tuyến hơn, môi trường 2 kém chiết quang hơn môi trường 1.

2.2. 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 của chân không: n = 1
Chiết suất của không khí: n = 1,000293

Như vậy, chiết suất tỉ đối của hai môi trường là:

$\frac{n_{2}}{n_{1}} = n_{21}$

Trong đó:

n₂₁: chiết suất tỉ đối của môi trường 2 so với môi trường 1.

n₁: chiết suất tuyệt đối của môi trường 1

n₂: chiết suất tuyệt đối của môi trường 2

Công thức của định luật khúc xạ: n₁sin i = n₂sin r

3. Tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng

Ánh sáng truyền đi theo đường nào thì cũng truyền ngược lại theo đường đó

$n_{12} = \frac{1}{n_{21}}$

II. GIẢI BÀI TẬP

Giải câu 1: Thế nào là hiện tượng khúc xạ...

Thế nào là hiện tượng khúc xạ ánh sáng? Phát biểu định luật khúc xạ ánh sáng.

Bài làm:

Hiện tượng 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.

Nội dung 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:

$\frac{\sin i}{\sin r} = const$

Giải câu 2: Chiết suất tỉ đối n₂₁ của môi trường...

Chiết suất tỉ đối n₂₁ của môi trường (2) đối với môi trường (1) là gì?

Bài làm:

$\frac{\sin i}{\sin r} = const = n_{21}$

Giải câu 3: Chiết suất (tuyệt đối) n của một...

Chiết suất (tuyệt đối) n của một môi trường là gì?

Bài làm:

Chiết suất tuyệt đối của một môi trường là chiết suất tỉ đối của môi trường đó đối với chân không.

Giải câu 4: Thế nào là tính thuận nghịch của...

Thế nào là tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng?

Chứng tỏ: $n_{12} = \frac{1}{n_{21}}$

Nước có chiết suất $\frac{4}{3}$. Chiết suất của không khí đối với nước là bao nhiêu?

Bài làm:

Tính thuận nghịch của ánh sáng: Ánh sáng truyền đi theo đường nào thì cũng truyền ngược lại theo đường đó.

Ta có: $n_{21} = \frac{n_{2}}{n_{1}}$ và $n_{12} = \frac{n_{1}}{n_{2}}$. Từ đó suy ra điều phải chứng minh.

Không khí có chiết suất: n = 1 = chiết suất chân không

Do đó, chiết suất của không khí đối với nước là $\frac{3}{4}$

Giải câu 5: Một tia sáng truyền đến mặt thoáng...

Một tia sáng truyền đến mặt thoáng của nước. Tia này cho 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. S₁I; S₂I; S₃I đều có thể là tia tới.

Bài làm:

Chọn đáp án B.

Giải thích: Dựa vào định luật phản xạ và khúc xạ của tia sáng để chọn đáp án.

Giải câu 6: Tia sáng truyền từ nước và khúc xạ...

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 $\frac{4}{3}$. Góc tới của tia sáng là bao nhiêu (tính tròn số)

A. 37⁰

B. 42⁰

C. 53⁰

D. Một giá trị khác A, B, C

Bài làm:

Chọn đáp án A.

Giải thích:

Áp dụng định luật khúc xạ, coi chiết suất của không khí là n_kk = 1

Ta có: n_kk.sin i = n_n.sin r (1)

Trong đó: i là góc tới, r là góc khúc xạ, n_n là chiết suất của nước.

Áp dụng định luật phản xạ ánh sáng, góc phản xạ i’ = i

Mà tia phản xạ vuông góc với tia khúc xạ, nên i’ + r = 90⁰ hay i + r = 90⁰ thế vào phương trình (1), ta được:

1.sin i = $\frac{4}{3}$.sin (90⁰ – i) = $\frac{4}{3}$.cos i

Vậy giá trị của góc i = 37⁰

Giải câu 7: Có ba môi trường trong suốt (1), (2), (3)...

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

A. 22⁰

B. 31⁰

C. 38⁰

D. Không tính được, vì thiếu yếu tố.

Bài làm:

Chọn đáp án D.

Giải câu 8: Một cái thước được cắm thẳng đứng...

Một cái thước được cắm thẳng đứng vào bình nước có đáy phẳng ngang. Phần thước nhô khỏi mặt nước là 4 cm. Chếch ở trên có một ngọn đèn. Bóng của thước trên mặt nước dài 4 cm và ở đáy dài 8 cm

Tính chiều sâu của nước trong bình. Chiết suất của nước là $\frac{4}{3}$.

Bài làm:

Vì bóng thước ở trên mặt nước dài 4 cm và ở dưới đáy dài 8 cm nên góc tới i = 45⁰

Áp dụng định luật khúc xạ, góc khúc xạ là r = 32⁰

Từ hình vẽ, ta có tan r = $\frac{4}{h}$

Vậy chiều cao của mực nước là: h = $\frac{4}{tan r}$ = 6,4 cm

Giải câu 9: Một tia sáng được chiếu đến điểm giữa...

Một tia sáng được chiếu đến điểm giữa của mặt trên một khối lập phương trong suốt, chiết suất n = 1,5 (Hình 26.9). Tìm góc tới i lớn nhất để tia khúc xạ vào trong khối còn gặp mặt đáy của khối.