Bài tập khúc xạ ánh sáng có lời giải

1. Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng

i: góc tới

r: góc khúc xạ

n₁: chiết suất của môi trường chứa tia tới

n₂: chiết suất của môi trường chứa tia khúc xạ

Ví dụ 1

Viết công thức của định luật khúc xạ với các góc nhỏ (<10^o).

Trả lời:

Định luật khúc xạ ánh sáng:

Hay n₁.sin i = n₂.sin r

Nếu i,r < 10^o thì: sin i ≈ i; sin r ≈ r (khi đó i, r tính bằng đơn vị radian)

Công thức của định luật khúc xạ với các góc nhỏ (< 10^o) là: n₁.i = n₂.r (i, r tính bằng radian)

Ví dụ 2: Áp dụng định luật khúc xạ cho trường hợp i=0^o. Kết luận.

Trả lời:

Công thức của định luật khúc xạ: n₁ sin i = n₂ sin r

Trường hợp i = 0^o= >r =0

Kết luận: Tia sáng qua mặt phân cách của hai môi trường có phương theo phương vuông góc với mặt phân cách không bị khúc xạ.

2. Liên hệ giữa chiết suất và vận tốc ánh sáng

Trong đó:

v: vận tốc ánh sáng trong môi trường chiết suất n

c: vận tốc ánh sáng trong chân không

n: chiết suất của môi trường

Ví dụ 1: Chiết suất ( tuyệt đối) n của một số môi trường là gì? Viết hệ thức liên hệ giữa chiết suất tỉ đối và chiết suất tuyệt đối.

Lời giải:

Chiết suất tuyệt đối của một môi trường là tỉ số vận tốc ánh sáng c trong chân không so với vận tốc ánh sáng v trong môi trường đó.

Hệ thức liên hệ giữa chiết suất tỉ đối và chiết suất tuyệt đối

Ví dụ 2: Theo công thức của định luật khúc xạ ánh sáng, trường hợp nào không có hiện tượng khúc xạ?

Lời giải:

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

Trường hợp i = 0^o =>r = 0^o

* Tia sáng qua mặt phân cách của hai môi trường theo phương vuông góc với mặt phân cách không bị khúc xạ.

3. Khúc xạ qua bản mặt song song

- Bản mặt song song là một môi trường trong suất và đồng chất giới hạn bởi hai mặt phẳng song song.
- Tính chất:

+ Tia ló song song với tia ló

+ Vật thật cho ảnh ảo và vật ảo cho ảnh thật

+ Vật và ảnh song song nhau và cùng độ lớn

- Đường đi của tia sáng qua bản mặt song song như hình vẽ

Độ dời ngang của tia sáng (khoảng cách giữa tia tới và tia ló)

Trong đó:

e: độ dày của bản mặt song song

Độ dời ảnh qua bản mặt song song

4. Khúc xạ qua lưỡng chất cầu và qua khối cầu

+ Nếu mặt phân cách hai môi trường là hình cầu thì pháp tuyến là đường thẳng nối điểm tới và tâm cầu.
+ Áp dụng các công thức về khúc xạ giải bình thường.

5. Bài tập khúc xạ ánh sáng:

Bài tập 1: Tia sáng đi từ nước có chiết suất 4/3 sang thủy tinh có chiết suất 1,5. Tính góc khúc xạ và góc lệch D tạo bởi tia khúc xạ và tia tới, biết góc tới i = 30^o.

Lời giải

Bài tập 2: Tia sáng truyền trong không khí tới gặp mặt thoáng của chất lỏng có chiết suất . Ta được hai tia phản xạ và khúc xạ vuông góc với nhau. Tính góc tới.

Lời giải

Bài tập 3: Một cây cọc dài được cắm thẳng đứng xuống một bể nước chiết suất 4/3. Phần cọc nhô ra ngoài mặt nước là 30 cm, bóng của nó trên mặt nước dài 40 cm và dưới đáy bể nước dài 190 cm. Tính chiều sâu của lớp nước.

Lời giải

Bài tập 4: Khi một tia sáng đi từ môi trường này sang môi trường khác, chiết suất tỉ đối của hai môi trường cho ta biết gì về đường đi của tia sáng đó?

Lời giải:

Khi một tia sáng đi từ môi trường (1) này sang môi trường (2), chiết suất tỉ đối của hai môi trường n₂₁ cho ta biết:

+ Nếu n₂₁ > 1 thì đường đi của tia khúc xạ trong môi trường (2) đi gần pháp tuyến của mặt phân cách hơn tia tới.

+ Nếu n₂₁ < 1 thì đường đi của tia khúc xạ trong môi trường (2) đi xa pháp tuyến của mặt phân cách hơn tia tới