Sự Khúc xạ và Phản Xạ Ánh Sáng

Loga.vn

- Hiểu khúc xạ và phản xạ.

- Vận dụng vào bài tập.

 

A. Lý thuyết

I. Sự truyền thẳng của ánh sáng.

1. Định luật truyền thẳng của ánh sáng: trong một môi trường trong suốt và đồng tính ánh sáng truyền theo đường thẳng.

 

2. Nguyên lý về tính thuận nghịch về chiều truyền ánh sáng: Trên một đường truyền có thể ánh sáng truyền theo chiều này hay chiều kia.

 

3. Định luật phản xạ ánh sáng:

a. Các khái niệm:

        * Góc tới i là góc hợp bởi tia tới và pháp tuyến vuông góc tại điểm tới.

        * Góc phản xạ i là góc hợp bởi tia phản xạ và tuyến vuông góc tại điểm tới.

        * Mặt phẳng tới là mặt phẳng chứa tia tới và pháp tuyến vuông góc tại điểm tới

b. Định luật:

* Tia phản xạ nằm trong mặt phẳng tới và ở bên kia pháp tuyến so với tia tới

* Góc phản xạ bằng góc tới i’=i.

 

III. Sự khúc xạ ánh sáng:

1. Định luật khúc xạ ánh sáng:

* Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới và ở bên kia pháp tuyến so với tia tới.

* Đối với một cặp môi trường trong suốt nhất định thì tỉ số giữa sin của góc tới (sini) và sin của góc khúc xạ (sinr) luôn là một số không đổi. Số không đổi này phụ thuộc vào bản chất của hai môi trường và 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), kí hiệu là n21:

$\frac{\sin i}{\sin r}={{n}_{21}}=\frac{{{n}_{2}}}{{{n}_{1}}}$    hay      ${{n}_{1}}\sin i={{n}_{2}}\sin r$

* n21>1: môi trường (2) chiết quang hơn môi trường (1).

* n21<1: môi trường (2) chiết quang kém môi trường (1).

* Khi i=0 Þ r=0 : tia tới thẳng góc với mặt phân cách sẽ truyền thẳng.

 

2. Chiết suất:

* Chiết suất tuyệt đối của một môi trường là chiết suất của nó đối với chân không.

* Chiết suất tuyệt đối của các môi trường trong suốt tỉ lệ nghịch với vận tốc truyền của ánh sáng trong các môi trường đó.

$\frac{{{n}_{2}}}{{{n}_{1}}}=\frac{{{v}_{1}}}{{{v}_{2}}}$

* Nếu môi trường (1) là chân không thì n1=1 và v1=c, khi đó: ${{n}_{2}}=\frac{c}{{{v}_{2}}}$ hay  $v=\frac{c}{n}$. Như vậy: Chiết suất tuyệt đối của một môi trường trong suốt cho biết vận tốc truyền của ánh sáng trong môi trường đó nhỏ hơn vận tốc truyền ánh sáng trong chân không bao nhiêu lần.

 

ICÂU  Hiện tượng phản xạ toàn phần:

* Điều kiện để có hiện tượng phản xạ toàn phần:

  • Ánh sáng đi từ môi trường chiết quang hơn sang môi trường chiết quang kém (n1>n)
  • Góc tới phải lớn hơn hoặc bằng góc tới giới hạn phản xạ toàn phần i³igh. Khi i=igh thì hiện tượng phản xạ toàn phần bắt đầu xảy ra.

* Góc giới hạn phản xạ toàn phần: $\sin {{i}_{gh}}=\frac{{{n}_{2}}}{{{n}_{1}}}$

 

B. Bài tập vận dụng

CÂU 21. Vật thật qua gương cầu lõm cho ảnh thật nhỏ hơn vật phải nằm trong khoảng nào trước gương? Tìm kết luận đúng.

        A. 0£d¥                        D. 2f£d£¥

D

CÂU 22. Tìm phát biểu sai về ảnh thật qua gương cầu.

A. Vật thật ở ngoài tiêu diện gương cầu lõm luôn cho ảnh thật.

B. Ảnh thật lớn hơn vật thật qua gương cầu lõm khi f

C. Qua gương cầu lõm ảnh thật và vật thật nằm trên cùng một mặt phẳng vuông góc với quang trục khi d=2f

D. Vật ảo qua gương cầu lồi sẽ cho ảnh thật

D

CÂU 23. Chọn phát biểu đúng.

Với gương cầu lõm, vật và ảnh cùng chiều với nhau khi vật…

A. ở trước gương.          

B. ở trong khoảng tiêu cự.         

C. là vật thật ở ngoài khoảng tiêu cự.    

D. ở trước gương một khoảng bằng hai lần tiêu cự.

B

CÂU 24. Một gương cầu lõm tiêu cự 20cm. Vật sáng AB đặt trước gương cho ảnh cùng chiều và cách vật 75cm. Tính khoảng cách từ vật đến gương.

        A. 40cm                      B. 15cm                           C. 30cm                          D. 45cm

B.

Hướng dẫn: Vì vật thật, cho ảnh ảo, nên d’ – d = – 75                 (1)

Mặt khác ta lại có: \[f=\frac{d.d'}{d+d'}=20\]                              (2)

Giải (1) và (2) ta được d = 15cm.

CÂU 25. Vật sáng AB đặt trước một gương cầu cho ảnh ảo bằng $\frac{1}{4}$ lần vật và cách vật 75cm. Tính tiêu cự của gương cầu.

        A. – 20cm                   B. + 30cm                       C. + 40cm                       D. – 30cm

A.

Hướng dẫn: Ta có: k=$\frac{1}{4}=-\frac{d'}{d}$ ® d = - 4d’                    (3)

Vì vật thật, cho ảnh ảo, nên d’ – d = – 75                                     (4)

Giải (3) và (4), ta có: d=60cm; d’ =  – 15cm. Từ đó tính được f = – 20cm. 

CÂU 26. Một gương cầu lõm có bán kính 40 cm. Một vật sáng đặt vuông góc với trục chính của gương và cách gương 30 cm,  ảnh của vật cho bởi gương là…

        A. ảnh thật, cách gương 60 cm.                         B. ảnh thật, cách gương 12 cm.

        C. ảnh ảo, cách gương 6 cm.                              D. ảnh ảo, cách gương 12 cm.

A.

Hướng dẫn: Ta có: $f=\frac{R}{2}$= 20cm; d = 30cm, áp dụng: $d'=\frac{df}{d-f}=\frac{20.30}{30-20}=60cm$>0: ảnh đã cho là ảnh thật cách gương 60cm.

CÂU 27. Một vật AB =1 cm đặt vuông góc với trục chính của một gương cầu có tiêu cự 12 cm, cho ảnh ảo A’B’ =2 cm. Vật và ảnh cách gương lần lượt:

        A. 6 cm, 12 cm           B. 18 cm, 36 cm              C. 12 cm, 6 cm                D. 36 cm, 18 cm

A.

Hướng dẫn: Ta có: k =$2=-\frac{d'}{d}$ ® d’ = - 2d                                    (5)

Mặt khác: $d=\frac{f(k-1)}{k}=6cm$, thế vào (5), tính được d’ = –12cm.

CÂU 28. Vật sáng AB đặt trước một gương cầu (AB vuông góc với trục chính, A thuộc trục chính) cho ảnh A’B’ cùng chiều, nhỏ hơn vật 5 lần và cách gương 10cm. Tiêu cự của gương là …

A. – 12,5cm                B. + 12,5cm                    C. + 2,5cm                      D. – 2,5cm

A.

Hướng dẫn: Từ giả thiết, ta có: k =$\frac{1}{5}$=0,2; d’ = –10cm

Ta có: $k=-\frac{d'}{d}=\frac{f-d'}{f}\Rightarrow f=\frac{d'}{1-k}=\frac{-10}{1-0,2}=-12,5cm$.

CÂU 29. Vật sáng đặt cách gương cầu lõm 10 cm. Dịch chuyển vật lại gần gương 4 cm thì ảnh dịch chuyển 4 cm. Xác định tiêu cự của gương.

        A. 3,75 cm                  B. 2,6 cm                         C. 4 cm                           D. 2,8 cm

A.

Hướng dẫn: Từ giả thiết: d =10cm ® d’ = d – 4 = 6cm.

$d_{1}^{'}=d'+4\Leftrightarrow \frac{6.f}{6-f}=\frac{10.f}{10-f}+4$, giải phương trình ta có: f = 3,75cm.

CÂU 30. Vật sáng AB=2cm đặt trước một gương cầu lõm có tiêu cự f=20cm (AB vuông góc với trục chính, A thuộc trục chính) cho ảnh thật A’B’=4cm. Điểm A cách đỉnh gương một đoạn:

A. 10cm                      B. 30cm                           C. 15cm                          D. 60cm

B

CÂU 31. Một gương cầu lồi có bán kính 20 cm. Một vật sáng đặt cách gương 10 cm. Hỏi phải dịch chuyển vật ra xa gương một đoạn là bao nhiêu để ảnh dịch chuyển 1cm?

        A. 5 cm                       B. 15 cm                          C. 3,3 cm                        D. 2,4 cm

A.

Hướng dẫn: Ta có: $d'=\frac{d.f}{d-f}=\frac{10.(-10)}{10+10}=-5$cm.

  $d_{1}^{'}=d'-1=-6cm$, nên ${{d}_{1}}=\frac{d_{1}^{'}.f}{d_{1}^{'}-f}=\frac{-6.(-10)}{-6+10}=15$cm.

Vậy khoảng dịch chuyển của vật: Dd = d1d =15 – 10 = 5cm.

CÂU 32. Đặt một vật phẳng nhỏ AB có dạng một đoạn thẳng ngắn vuông góc với trục chính của một gương cầu lồi, trước gương, cách gương 50cm. Gương có bán kính 1m. Xác định vị trí, tính chất và độ phóng đại của ảnh.

        A. Ảnh ở vô cực (vì vật đặt tại tiêu điểm F của gương).

        B. Ảnh ảo cách gương 25cm, k=0,5.

        C. Ảnh thật, cách gương 25cm, k= –0,5.

        D. Ảnh ảo cách gương 12,5cm, k=0,25.

C.

Hướng dẫn: $d'=\frac{d.f}{d-f}=\frac{50.(-50)}{50+50}=-25$cm; Độ phóng đại: $k=-\frac{d'}{d}=0,5$

CÂU 33. Đặt một vật AB vuông góc với trục chính của một gương cầu lõm, cách gương 20cm, ta thấy có một ảnh ảo lớn gấp 3 lần vật AB. Tính tiêu cự của gương.

        A. 20cm                      B. 30cm                           C. 40cm                          D. 60cm

B.

Hướng dẫn: Từ giả thiết: k=3; d = 20cm. Ta có: $f=\frac{dk}{k-1}=\frac{20.3}{3-1}=30cm$

CÂU 34. Đặt một vật phẳng nhỏ AB vuông góc với trục chính của một gương cầu lõm và cách gương 60cm. A nằm trên trục chính của gương. Gương có bán kính 80cm.

Tính chất, vị trí  và độ phóng đại ảnh của vật AB qua gương là

        A. ảnh thật, cách gương 120cm, k= – 2.            B. ảnh ảo, cách gương 80cm, k= 2 .

        C. ảnh thật, cách gương 40cm; k=2/3.               D. ảnh ảo, cách gương 90cm, k= – 1,5.

A.

Hướng dẫn: $d'=\frac{d.f}{d-f}=\frac{60.(40)}{60-40}=120cm$>0; Độ phóng đại: $k=-\frac{d'}{d}=-2$.

CÂU 35. Tìm phát biểu sai về chiết suất:

        A. Chiết suất tuyệt đối của một môi trường cho biết tỉ số giữa vận tốc ánh sáng truyền trong môi trường đó với vận tốc ánh sáng trong chân không.

        B. Chiết suất tuyệt đối của môi trường chân không bằng 1, các môi trường trong suốt khác thì lớn hơn 1.

        C. Chiết suất tỉ đối của môi trường 2 so với môi trường 1 (n21) bằng tỉ số vận tốc ánh sáng truyền trong môi trường 1 so với vận tốc ánh sáng truyền trong môi trường 2.

        D. Môi trường nào có chiết suất lớn hơn gọi là môi trường chiết quang hơn.

A

 

C. Bài tập tự luyện

CÂU 1. Chọn đáp án đúng.

Chiết suất tỉ đối giữa hai môi trường …

A. cho biết tia sáng khúc xạ nhiều hay ít khi đi từ môi trường này vào môi trường kia.

B. càng lớn khi góc tới của tia sáng càng lớn.

C. càng lớn khi góc khúc xạ càng nhỏ.

D. bằng tỉ số giữa góc khúc xạ và góc tới.

CÂU 2. Vận tốc truyền của ánh sáng trong chân không là 3.108m/s. Nước có chiết suất là n=$\frac{4}{3}$. Suy ra vận tốc truyền của ánh sáng trong nước là:

A. 2,5.108m/s.             B. 2,25.108m/s.                C. 1,33.108m/s.               D. 0,25.107m/s.

CÂU 3. Có tia sáng đi từ không khí vào ba môi trường (1), (2) và (3). Với cùng góc tới i, góc khúc xạ tương ứng là r1, r2, r3, biết r1< r2< r3. Phản xạ toàn phần không xảy ra khi ánh sáng truyền từ môi trường nào tới môi trường nào ?

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

CÂU 4. Gọi io là góc tới trong môi trường có chiết suất no, r là góc khúc xạ trong môi trường có chiết suất n. Biểu thức nào sau đây đúng khi nói về định luật khúc xạ ?

        A. n.sinio = no.sinr      B. \[\frac{\sin {{i}_{o}}}{\sin r}=n\]                    C. \[\frac{\sin r}{\sin {{i}_{o}}}={{n}_{o}}\]                                  D. \[\frac{\sin {{i}_{o}}}{\sin r}=\frac{n}{{{n}_{o}}}\]

CÂU 5. Một lăng kính có tiết diện thẳng là một tam giác vuông cân (A=90o), dìm trong nước (chiết suất n0=4/3). Hỏi chiết suất của lăng kính tối thiểu là bao nhiêu để cho 1 tia sáng truyền vuông góc với mặt bên AB, đến gặp mặt đáy có thể phản xạ toàn phần ở đó?

A. \[n=\frac{4}{3}\]                  B.  \[n=\frac{3}{2}\sqrt{2}\]                    C.  \[n=\frac{4}{3}\sqrt{2}\]                   D. \[n=\sqrt{2}\]

CÂU 6. Một lăng kính có góc chiết quang A. Chiếu 1 tia sáng tới lăng kính với góc tới nhỏ. Góc lệch của tia sáng qua lăng kính là D. Tính chiết suất của lăng kính.

A.\[n=\frac{D}{A}+1\]                     B. \[n=\frac{A}{D+A}\]                C. \[n=\frac{A}{D-A}\]                      D. \[n=\frac{D}{A}-1\]

CÂU 7. Một lăng kính có góc chiết quang A và chiết suất n, được đặt trong nước có chiết suất n’. Chiếu 1 tia sáng tới lăng kính với góc tới nhỏ. Tính góc lệch của tia sáng qua lăng kính.

A.\[D=A\left( \frac{n}{n'}-1 \right)\]        B. \[D=A\left( \frac{n}{n'}+1 \right)\]                    C. \[D=A\left( \frac{n'}{n}-1 \right)\]               D. \[D=A\left( \frac{n'}{n}+1 \right)\]

CÂU 8 Một lăng kính có góc chiết quang A. Chiếu 1 chùm tia sáng hẹp nằm trong tiết diện thẳng góc của lăng kính. Góc lệch cực tiểu của tia sáng sau khi qua lăng kính là Dmin. Tính chiết suất của lăng kính.

A.  \[n=\frac{\sin \frac{{{D}_{\min }}-A}{2}}{\sin \frac{A}{2}}\]     B.  \[n=\frac{\sin \frac{A}{2}}{\sin \frac{{{D}_{\min }}-A}{2}}\]                         C.  \[n=\frac{\sin \frac{A}{2}}{\sin \frac{{{D}_{\min }}+A}{2}}\]              D.  \[n=\frac{\sin \frac{{{D}_{\min }}+A}{2}}{\sin \frac{A}{2}}\]                                          

CÂU 9. Tìm phát biểu sai về hiện tượng khúc xạ:

        A. Môi trường chứa tia khúc xạ chiết quang kém môi trường chứa tia tới thì góc khúc xạ lớn hơn góc tới nếu góc tới nhỏ hơn góc giới hạn phản xạ toàn phần.

        B. Môi trường chứa tia khúc xạ chiết quang hơn môi trường chứa tia tới thì luôn có tia khúc xạ.

        C. Tia khúc xạ và tia tới nằm cùng phía so với pháp tuyến.

        D. Góc tới i và môi trường chứa tia tới có chiết suất n1 với góc khúc xạ r và môi trường chứa tia khúc xạ có chiết suất n2, khi có khúc xạ chúng luôn thoả mãn hệ thức: n1.sini = n2.sinr

CÂU 10. Chiếu một tia sáng từ không khí vào thủy tinh có chiết suất n=1,5 với góc tới 300. Tính góc khúc xạ.

        A. 19,5o                      B. 48,6o                           C. 58o                              D. 24,5o

 

Đáp án: 1.A    2.B    3.D    4.D    5.C    6.A   7.A    8.C   9.D    10.A

Chúc các bạn học tốt! Ng.M.N

Bài viết gợi ý: