Định luật khúc xạ ánh sáng là gì? Công thức và bài tập áp dụng

Câu trả lời chính xác nhất: Định luật khúc xạ ánh sáng được phát biểu như sau:

Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới (là mặt phẳng được 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) sẽ luôn không đổi, theo công thức sau:

Để hiểu rõ hơn về Định luật khúc xạ ánh sáng, mời các bạn đọc bài viết về Định luật khúc xạ ánh sáng là gì? Công thức và bài tập áp dụng do Toploigiai biên soạn sau đây.

1. Định luật khúc xạ ánh sáng là gì?

Khái niệm: 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.

Ví dụ: hình ảnh chiếc bút chì bị gãy khúc tại mặt phân cách giữa không khí và nước.

- Định luật khúc xạ ánh sáng:

Định luật khúc xạ ánh sáng được diễn giải như sau:

Tia khúc xạ luôn nằm trong mặt phẳng tới và ở phía bên kia pháp tuyến so với tia tới. Mặt phẳng tới là mặt phẳng tạo thành bởi tia tới và pháp tuyến.

Với 2 môi trường trong suốt nhất định, tỉ số giữa sin i và sin r là một hằng số. Tỉ lệ giữa sin góc tới (sin i) và sin góc khúc xạ (sin r) luôn không đổi.

Dưới đây là hình ảnh minh họa định luật khúc xạ ánh sáng:

Trong hình có:

+ SI là tia tới

+ I là điểm tới

+ IK là tia khúc xạ

+ PQ là mặt phân các giữa hai môi trường

+ NN’ là pháp tuyến

+ Góc i là góc tới

+ Góc r là góc khúc xạ

>>> Tham khảo: Công thức của định luật khúc xạ ánh sáng viết dưới dạng đối xứng

2. Công thức định luật khúc xạ ánh sáng

- Công thức của định luật khúc xạ: 

Trong đó:

+ góc i là góc tới

+ góc r là góc khúc xạ

+ n₂₁ là chiết suất tỉ đối của môi trường 2 đối với môi trường 1;

+ n₁ là chiết suất tuyệt đối của môi trường 1;

+ n₂ là chiết suất tuyệt đối của môi trường 2.

- Công thức của định luật khúc xạ có thể viết dưới dạng đối xứng: n₁sini = n₂sinr.

3. Mở rộng

- Nguyên nhân của hiện tượng khúc xạ là sự thay đổi tốc độ truyền ánh sáng. Người ta thiết lập được hệ thức về chiết suất tuyệt đối n của một môi trường như sau:

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. Chiết suất tuyệt đối của một môi trường đặc trưng cho độ giảm tốc hay mức độ gãy khúc của tia sáng (hay bức xạ điện từ nói chung) khi truyển từ môi trường vật chất này sang một môi trường vật chất khác.

Dưới đây là bảng chiết suất tỉ đối của một số môi trường mà các em nên ghi nhớ

Từ công thức định luật khúc xạ, ta có thể suy ra công thức tính sin i hoặc sin r

Hoặc:

+ Nếu n₂₁ > 1 thì r < i: Tia khúc xạ lệch gần pháp tuyến hơn.

+ Nếu n21 < 1 thì r > i: Tia khúc xạ lệch xa pháp tuyến hơn.

4. Tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng

Tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng (Nguồn: Internet)

Sự truyền ánh sáng có tính thuận nghịch nghĩa là ánh sáng truyền đi theo đường nào thì cũng truyền ngược lại theo đường đó.

Từ tính chất này các em sẽ có hệ thức:

>>> Tham khảo: Sơ đồ tư duy chương khúc xạ ánh sáng

5. Bài tập áp dụng

Bài tập 1: Hiện tượng khúc xạ là hiện tượng …

A. ánh sáng bị giảm cường độ khi truyền qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt.

B. ánh sáng bị gãy khúc khi truyền xiên góc qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt.

C. ánh sáng bị thay đổi màu sắc khi truyền qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt.

D. ánh sáng bị hắt lại môi trường cũ khi truyền tới mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt.

Đáp án: D

Bài tập 2: Với một tia sáng đơn sắc, chiết suất tuyệt đối của nước là n₁, của thuỷ tinh là n₂. Chiết suất tỉ đối của nước đối với thuỷ tinh là …

A. n₁₂ = n₂/n₁.

B. n₂₁ = n₂ - n₁.

C. n₁₂ = n₁/n₂.

D. n₁₂ = n₁ - n₂.

Đáp án: C

Bài tập 3: Chiếu một tia sáng từ không khí có chiết suất bằng 1 vào nước với góc tới 300. Tính góc khúc xạ, biết chiết suất của nước là 1,33.

Bài giải:

Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng

Đáp án : r = 220

Bài tập 4: Tia sáng truyền trong không khí đến gặp mặt thoáng chất lỏng có n=√3 . Tia phản xạ và khúc xạ vuông góc với nhau. Tính góc tới?

Bài giải:

Ta có hình vẽ:

Từ hình vẽ, ta có: i’ + r + 900 = 1800 => i’ + r = 90

Mà i = i’ => i + r = 900 => tức là cosr  = sini và  cosi = sinr.

Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng:

Đáp án: góc i = 600

--------------------------------

Như vậy, trên đây Toploigiai đã giải đáp Định luật khúc xạ ánh sáng là gì? Công thức và bài tập áp dụng, hi vọng các bạn đã có những kiến thức bổ ích qua bài viết này. Chúc các bạn học tập tốt.