Bài tập áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng và cách giải - Vật Lí lớp 11

Bài tập áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng và cách giải

Với Bài tập áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng và cách giải Vật Lí lớp 11 gồm đầy đủ phương pháp giải, ví dụ minh họa và bài tập trắc nghiệm có lời giải chi tiết sẽ giúp học sinh ôn tập, biết cách làm dạng bài tập định luật khúc xạ ánh sáng từ đó đạt điểm cao trong bài thi môn Vật Lí lớp 11.

I. Lí thuyết

1, Sự khúc xạ ánh sáng

- 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.

Ở hình trên 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

i là góc tới, r là góc khúc xạ

- 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 (sin i) và sin góc khúc xạ (sin r) luôn không đổi:

2, Chiết suất của môi trường

Chiết suất tỉ đối: Tỉ số không đổi trong hiện tượng khúc xạ được gọi là chiết suất tỉ đối n₁₂ của môi trường (2) chứa tia khúc xạ đối với môi trường (1) chứa tia tới:

+ Nếu n₁₂ > 1 thì r < i: Tia khúc xạ bị lệch lại gần pháp tuyến hơn. Ta nói môi trường (2) chiết quang hơn môi trường (1)

+ Nếu n₁₂ < 1 thì r > i: Tia khúc xạ bị lệch xa pháp tuyến hơn. Môi trường (2) chiết quang kém hơn môi trường (1)

Chiết suất tuyệt đối: (thường gọi tắt là chiết suất) của một môi trường là chiết suất tỉ đối của môi trường đó đối với chân không. Trong đó:

+ Chiết suất của chân không là 1.

+ Chiết suất của không khí gần bằng 1.

+ Các môi trường trong suốt khác đều có chiết suất tuyệt đối lớn hơn 1.

Hệ thức giữa chiết suất tỉ đối và chiết suất tuyệt đối:. Trong đó:

n₁ là chiết suất tuyệt đối của môi trường (1)

n₂ là chiết suất tuyệt đối của môi trường (2)

Như vậy, biểu thức khác của định luật khúc xạ ánh sáng: n₁sin i = n₂ sin r

3, Liên hệ giữa chiết suất tỉ đối và vận tốc truyền ánh sáng

Chiết suất của môi trường:

Hệ thức giữa chiết suất tỉ đối và vận tốc truyền ánh sáng trong các môi trường:

Trong đó:

c = 3.10⁸m/s là vận tốc ánh sáng trong chân không.

v là vận tốc ánh sáng trong môi trường có chiết suất n.

Trường hợp i và r nhỏ hơn 10⁰ thì: sini ≈ i; sin r ≈ r. Khi đó ta có: n₁.i = n₂.r

Trường hợp i = 0⁰; r = 0⁰ thì tia sáng đi vuông góc với mặt phân cách (không xảy ra hiện tượng khúc xạ).

4, Tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng.

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

Chú ý: Tính thuận nghịch cũng biểu hiện ở sự truyền thẳng và sự phản xạ.

II. Các dạng bài tập

Dạng 1: Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng

1. Phương pháp giải

- Áp dụng công thức định luật khúc xạ:

- Chiết suất của môi trường:

2. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Chiếu ánh sáng từ không khí vào nước có chiết suất . Nếu góc khúc xạ r là 40⁰ thì góc tới i là: (chọn đáp án gần đúng nhất).

A. 20⁰

B. 40⁰

C. 60⁰

D. 80⁰

Lời giải chi tiết

Áp dụng công thức định luật khúc xạ ánh sáng ta có:

Chọn đáp án C

Ví dụ 2: Một tia sáng truyền từ môi trường A vào môi trường B dưới góc tới 12⁰ thì góc khúc xạ là 8⁰. Tốc độ ánh sáng trong môi trường B là 2,8.10⁸ m/s. Tốc độ ánh sáng trong môi trường A là bao nhiêu? (chọn đáp án gần đúng nhất).

A. 1,18.10⁵ km/s

B. 2,18.10⁵ km/s

C. 3,18.10⁵ km/s

D. 4,18.10⁵ km/s

Lời giải chi tiết

Ta có:

Chọn đáp án D