Lý thuyết và bài tập Vật lí Lớp 11 - Chương 6: Khúc xạ ánh sáng

Nội dung text: Lý thuyết và bài tập Vật lí Lớp 11 - Chương 6: Khúc xạ ánh sáng

1. ─────────────────────────────────────────────────────────── PHẦN 2: QUANG HÌNH HỌC CHƯƠNG VI : KHÚC XẠ ÁNH SÁNG A – KIẾN THỨC CẦN NHỚ I - KHÚC XẠ ÁNH SÁNG 1 - Hiện tượng Khúc xạ ánh sáng là hiện tượng lệch phương của của các tia sáng khi truyền xiên góc qua mặt phân cách của hai môi trường trong suốt khác nhau . 2 - Định luật S ➢ Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới và ở bên kia pháp tuyến so với tia tới. i 1 ➢ Đối với một cặp môi trường trong suốt nhất định thì tỉ số giữa sin I của góc tới (sini) với sin của góc khúc xạ (sin r) luôn là một hằng 2 số . Hằng số này phụ thuộc vào bản chất của hai môi trường và r được gọi là chiết suất tỷ đối của môi trường khúc xạ ( môi trường 2 ) đối với môi trường tới ( môi trường 1). R Trong đó: - gọi là chiết suất tỉ đối của môi trường 2 đối với môi trường 1 - gọi là chiết suất tuyệt đối của môi trường 1 - gọi là chiết suất tuyệt đối của môi trường 2 ( Chiết suất tuyệt đối - thường gọi là chiết suất - của môi trường là chiết suất tỉ đối của môi trường đó đối với chân không với chiết suất của chân không bằng 1 ) Từ định luật khúc xạ ta có : - Nếu : > 1 ( r i) thì môi trường 2 kém chiết quang hơn môi trường 1 3 – Nguyên nhân của hiện tượng phản xạ ánh sáng Nguyên nhân chính của hiện tượng khúc xạ ánh sáng nói trên là do sự thay đổi tốc độ truyền ánh sáng giữa hai môi trường khác nhau . Giả sử môi trường 1 có vận tốc truyền ánh sáng là và môi trường 2 có vận tốc truyền ánh sáng là thì khi đó ta có biểu thức lien hệ như sau : Nếu môi trường 1 là chân không thì ta có : II : PHẢN XẠ TOÀN PHẦN 1 - Định nghĩa : Phản xạ toàn phần là hiện tượng phản xạ toàn bộ tia tia sáng tới , xảy ra ở mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt 1
2. ─────────────────────────────────────────────────────────── 2 - Điều kiện để có phản xạ toàn phần ➢ Tia sáng chiếu tới phải truyền từ môi trường chiết quang hơn sang môi trường chiết quang kém . ➢ Góc tới ( góc giới hạn toàn phần ) Trong đó : sin với : : chiết suất của môi trường tới - : chiết suất của môi trường khúc xạ . R Giả sử ban đầu chiếu một tia sáng từ môi trường 1 sang môi S trường 2 với khi đó sẽ xảy ra các trường hợp : i' i ➢ Khi góc tới Tia khúc xạ IK còn rất sáng còn n1 I n2 tia phản xạ IR rất mờ r ➢ Khi góc tới Tia khúc xạ IK nằm ngay trên mặt phân cách và rất mờ còn tia phản xạ IR rất sáng . ➢ Khi : không còn tia khúc xạ . toàn bộ tia tới K bị phản xạ ngược lại ban đầu . lúc này tia phản xạ sáng như tia tới. B – CÁC DẠNG BÀI TẬP Dạng 1 : Khúc xạ ánh sáng * Phương pháp - Sử dụng định luật khúc xạ ánh sáng để vẽ hình và xác định đường đi của tia sáng từ đó tính toán các yêu cầu của bài dựa vào dữ kiện của bài toán . - Coi chiết suất của không khí bằng 1 . * Bài Tập Bài 1 : Một tia sáng truyền từ không khí vào nước ( nước có chiết suất n = 4/3) . Một phần phản xạ và một phần khúc xạ . Hỏi tia tới phải có giá trị bằng bao nhiêu để tia phản xạ và tia khúc xạ vuông góc với nhau. Bài 2 : Một cái bể hình chữ nhật , có đáy phẳng nằm ngang chứa đầy nước . Một người nhìn vào điểm giữa của mặt nước theo phương hợp với phương thẳng đứng một góc và nằm trong mặt phẳng vuông góc với mặt nước . hai thành bể này cách nhau30 cm , người ấy vừa vặn nhìn thấy một điểm nằm trên giao tuyến của thành bể và đáy bể . Tính độ sâu của bể ? Biết nước có n = 4/3. Bài 3 : Một tia sáng truyền từ môi trường A vào môi trường B dưới góc tới là thì góc khúc xạ là . a. Tìm góc khúc xạ khi góc tới là b. Tính vận tốc truyền ánh sáng trong môi trường A biết vận tốc ánh sáng trong môi trường B là 200000km/s Bài 4 : Đặt một cái thước dài 70cm theo phương thẳng đứng vuông góc với đáy bể nước nằm ngang (đầu thước chạm bể ) Chiều cao của lớp nước là 40cm và chiết suất của nước là n = 4/3 . 2
3. ─────────────────────────────────────────────────────────── nếu các tia sáng mặt trời chiếu tới mặt nước với góc tới i ( sin i = 0.8 ) thì bong của thước dưới đáy bể là bao nhiêu ? Dạng 2 : Lưỡng chất phẳng và bản mặt song song * Phương pháp 1 - Lưỡng chất phẳng a. Ảnh của một vật qua lưỡng chất phẳng . Vật thật : Vật ảo : S' i 1 I H S 2 r i 1 I H S 2 r R S' b. Vị trí của vật và ảnh . c. Độ dời ảnh ➢ Nếu Ảnh dịch ra xa H. ➢ Nếu Ảnh dịch lại gần H 2 - Bản mặt song song . a. Hiện tượng : Bản mặt song song là hiện tượng ánh sáng truyền từ môi trường trong suốt 1 qua môi trường trong suốt 2 rồi cho tia ló đi ra lại môi trường trong suôt 1 . b. Tính chất : Tia ló ra môi trường một luôn luôn song song với tia tới và bị lệch ra khỏi phương A ban đầu . i c. Xác định ảnh qua bản mặt song song . A' I - Độ dời ngang r H d n r' Trong đó : d - độ dày của bản mặt song song . J - Độ dời của ảnh . i' 3
4. ─────────────────────────────────────────────────────────── * Bài tập Bài 1 : Một người nhìn xuống đáy một dòng suối thấy hòn sỏi cách mặt nước 0.5m . Hỏi độ sâu của dòng nước thực sự là bao nhiêu nếu người đó nhìn hòn sỏi dưới góc so với pháp tuyến của mặt nước . biết nước có n = 4/3 . Bài 2 : Một người nhìn điểm sáng A qua bản thuỷ tinh phẳng . Vật đặt cách mặt dưới bản thuỷ tinh một khoảng l = 12 cm. xác định vị trí của ảnh A’ so với bản thuỷ tinh . biết bản thuỷ tinh có độ dày 4.5cm và chiết suất n = 1.5. Bài 3 : Đáy của cốc nước thuỷ tinh là một bản có hai mặt song song với nhau,chiết xuất là 1,5. Đặt cốc trên một tờ giấy nằm ngang rồi nhìn qua đáy cốc theo phương thẳng đứng ta thấy hàng giấy trên chữ như nằm trong thuỷ tinh cách mặt trong của đáy 6mm. Đổ nước vào cốc rôi nhìn qua lớp nước theo phương thẳng đứng thì thấy dòng chữ tựa như nằm trong nước,cách mặt nước 10,2cm. Tính độ dày của đáy cốc và chiều cao của cốc, chiết xuất của nước là Bài 4: Một tia sáng gặp bản mặt song song với góc tới I = .Bản mặt làm băng thuỷ tính có chiết xuất n= , độ dày e=5cm đạt trong không khí .Tính độ dời ngàng của tia ló so với tia tới. Bài 5:Một bản mặt song song có bề dày d = 9cm,chiết suất n = 1,5.Tính độ dời của điểm sáng trên khi nhìn nó qua bản mặt song song này theo phương vuông góc với hai mặt phẳng giới hạn trong trường hợp : a)Bản mặt song song và điểm sáng nằm trong không khí b)Bản mặt song song và điểm sáng đặt trong nước có chiết xuất n = Dạng 3 : Phản xạ toàn phần Bài 1 : Một ngọn đèn nhỏ S nằm dưới đáy của một bể nước nhỏ , sâu 20cm . Hỏi phải thả trên mặt nước một tấm gỗ mỏng có vị trí , hình dạng và kích thước nhỏ nhất là bao nhiêu để không vừa vặn không có tia sáng nào của ngọn đèn lọt ra mặt thoáng của nước. Bài 2 : Một tia sáng đi từ không khí và bản mặt song song có chiết suất 1.5 với góc tới i . Tìm điều kiện của i đề không có tia sáng nào lọt ra khỏi bản mặt song song . C. PHẦN 2: TRẮC NGHIỆM KQ Câu 1: Nhận xét nào sau đây sai. a)Tỉ số giữa gốc tới với góc khúc xạ luôn không thay đổi b)Tia tới vuông góc với mặt phân cách sẽ không bị khúc xạ c)Tia sáng đi từ trong không khí vào nước có góc khúc xạ nhỏ hơn góc tới d)Tia tới và tia khúc xạ nằm trong cùng một mặt phẳng. Câu 2: Chọn câu đúng : Chiếu một tia sáng vào không khí, khi a) Góc tới i nhỏ,chỉ có tia khúc xạ mà không có tia phản xạ b)Tăng góc tới i thì góc khúc xạ r tăng nhưng tăng chậm hơn i c) Góc tới i= thì tia khúc xạ nằm trong ngay trên mặt phân cách và bắt đầu có tia phản xạ d) góc tới i> thi tia phản xạ như tia tới 4
5. ─────────────────────────────────────────────────────────── Câu 3: Hiện tượng phản xạ toàn phần a) Luôn xảy ra trong ánh sáng truyền từ môi trường có chiết xuất lớn qua môi trường có chiết xuất nhỏ b) Là trường hợp đặt biệt nên không tuân theo định luật phản xạ ánh sáng. c) Có cường độ chùm tia phản xạ bằng cường độ chùm tia tới d)Thường xảy ra khi ánh sáng gặp bề mặt nhẵn bóng Câu 4: Hiện tượng phản xạ toàn phần được ứng dụng để. a) Chế tạo lăng kính b) Chế tạo sợi quang học c) Chế tạo gương cầu trong kính thiên văn phản xạ d) Cả 3 ứng dụng trên Câu 5: Một chùm tia sáng từ không khí đi nghiêng vào mặt nước,khi góc tới tăng dần thì góc khúc xạ: a)Không đổi b)Giảm dần c)Tăng dần nhưng luôn nhỏ hơn góc tới d)Tăng dần và có thể lớn hơn góc tới. Câu 6: Môt tia sáng chuyền từ môi trường chiết xuất lớn sang môi trường chiết xuất nhỏ.Góc giới hạn phản xạ toàn phần là . Độ lệch lớn nhất của tia tới và tia phản xạ là b) - c) 2 d) 2π - . Câu 7: Một người nhìn xuống đáy một dòng suối thấy hòn sỏi cách mặt nước 80 cm.Như vậy. a) Độ sâu dòng suối là h=80cm b) Đọ sâu dòng suối là h>80cm c) Độ sâu dòng suối là h > . Điều gì sau đây sai a) Hiện tượng toàn phần có thể sảy ra khi ánh sáng đi từ môi trường A sang môi trường B b) Hiện tượng toàn phần có thể sảy ra khi ánh sáng đi từ môi trường C sang môi trường B c) Hiện tượng toàn phần có thể sảy ra khi ánh sáng đi từ môi trường B sang môi trường C d) Hiện tượng toàn phần có thể sảy ra khi ánh sáng đi từ môi trường A sang môi trường C Câu 9: Chiếu tia sáng từ nước ra không khí với gói tới i > ( là một góc giới hạn khi ánh sáng từ nước ra không khí). Đặt bản thuỷ tinh gồm hai banvr song song có chiết xuất > ngay trên mặt nước.Như vậy a)Tia sáng sẽ phản xạ toàn phần tại mặt phân cách nước -thuỷ tinh b)Tia sáng sẽ phản xạ toàn phần tại mặt phân cách thuỷ tinh-không khí c)Tia sáng sẽ khúc xạ ra ngoài không khí d)Cả3 trường hợp trên đều sảy ra tuỳ theo chiết xuẩt của thuỷ tinh 5
6. ─────────────────────────────────────────────────────────── Câu 10: Chän c©u ®óng nhÊt. Khi tia s¸ng ®i tõ m«i tr­êng trong suèt n1 tíi mÆt ph©n c¸ch víi m«i tr­êng trong suèt n2 (víi n2 > n1), tia s¸ng kh«ng vu«ng gãc víi mÆt ph©n c¸ch th× A. tia s¸ng bÞ g·y khóc khi ®i qua mÆt ph©n c¸ch gi÷a hai m«i tr­êng. B. tÊt c¶ c¸c tia s¸ng ®Òu bÞ khóc x¹ vµ ®i vµo m«i tr­êng n2. C. tÊt c¶ c¸c tia s¸ng ®Òu ph¶n x¹ trë l¹i m«i tr­êng n1. D. mét phÇn tia s¸ng bÞ khóc x¹, mét phÇn bÞ ph¶n x¹. Câu 11: Một bể chứa nước có thành cao 80 (cm) và đáy phẳng dài 120 (cm) và độ cao mực nước trong bể là 60 (cm), chiết suất của nước là 4/3. Ánh nắng chiếu theo phương nghiêng góc 30 0 so với phương ngang. Độ dài bóng đen tạo thành trên mặt nước là ? A. 11,5 (cm) B. 34,6 (cm) C. 63,7 (cm) D. 44,4 (cm) Câu 12: Một bể chứa nước có thành cao 80 (cm) và đáy phẳng dài 120 (cm) và độ cao mực nước trong bể là 60 (cm), chiết suất của nước là 4/3. Ánh nắng chiếu theo phương nghiêng góc 30 0 so với phương ngang. Độ dài bóng đen tạo thành trên đáy bể là: A. 11,5 (cm) B. 34,6 (cm) C. 51,6 (cm) D. 85,9 (cm) Câu 13: Một điểm sáng S nằm trong chất lỏng (chiết suất n), cách mặt chất lỏng một khoảng 12 (cm), phát ra chùm sáng hẹp đến gặp mặt phân cách tại điểm I với góc tới rất nhỏ, tia ló truyền theo phương IR. Đặt mắt trên phương IR nhìn thấy ảnh ảo S’ của S dường như cách mặt chất lỏng một khoảng 10 (cm). Chiết suất của chất lỏng đó là A. n = 1,12 B. n = 1,20 C. n = 1,33 D. n = 1,40 Câu 14: Cho chiết suất của nước n = 4/3. Một người nhìn một hòn sỏi nhỏ S mằn ở đáy một bể nước sâu 1,2 (m) theo phương gần vuông góc với mặt nước, thấy ảnh S’ nằm cách mặt nước một khoảng bằng A. 1,5 (m) B. 80 (cm) C. 90 (cm) D. 1 (m) Câu 15: Một người nhìn hòn sỏi dưới đáy một bể nước thấy ảnh của nó dường như cách mặt nước một khoảng 1,2 (m), chiết suất của nước là n = 4/3. Độ sâu của bể là: A. h = 90 (cm) B. h = 10 (dm) C. h = 15 (dm) D. h = 1,8 (m) Câu 16: Một người nhìn xuống đáy một chậu nước (n = 4/3). Chiều cao của lớp nước trong chậu là 20 (cm). Người đó thấy đáy chậu dường như cách mặt nước một khoảng bằng A. 10 (cm) B. 15 (cm) C. 20 (cm) D. 25 (cm) Câu 17: Một bản mặt song song có bề dày 10 (cm), chiết suất n = 1,5 được đặt trong không khí. Chiếu tới bản một tia sáng SI có góc tới 450 khi đó tia ló khỏi bản sẽ A. hợp với tia tới một góc 450. B. vuông góc với tia tới. C. song song với tia tới. D. vuông góc với bản mặt song song. Câu 18: Một bản mặt song song có bề dày 10 (cm), chiết suất n = 1,5 được đặt trong không khí. Chiếu tới bản một tia sáng SI có góc tới 450. Khoảng cách giữa giá của tia tới và tia ló là: A. a = 6,16 (cm). B. a = 4,15 (cm). C. a = 3,25 (cm). D. a = 2,86 (cm). Câu 19: Một bản hai mặt song song có bề dày 6 (cm), chiết suất n = 1,5 được đặt trong không khí. Điểm sáng S cách bản 20 (cm). Ảnh S’ của S qua bản hai mặt song song cách S một khoảng A. 1 (cm). B. 2 (cm). C. 3 (cm). D. 4 (cm). Câu 20: Một bản hai mặt song song có bề dày 6 (cm), chiết suất n = 1,5 được đặt trong không khí. Điểm sáng S cách bản 20 (cm). Ảnh S’ của S qua bản hai mặt song song cách bản hai mặt song song một khoảng A. 10 (cm). B. 14 (cm). C. 18 (cm). D. 22(cm). Câu 21: 6.21 Khi ánh sáng đi từ nước (n = 4/3) sang không khí, góc giới hạn phản xạ toàn phần có giá trị là: 0 0 0 0 A. igh = 41 48’. B. igh = 48 35’. C. igh = 62 44’. D. igh = 38 26’. 6
7. ─────────────────────────────────────────────────────────── Câu 22: Tia sáng đi từ thuỷ tinh (n1 = 1,5) đến mặt phân cách với nước (n2 = 4/3). Điều kiện của góc tới i để không có tia khúc xạ trong nước là: A. i ≥ 62044’. B. i 420. C. i > 490. D. i > 430. Câu 24: Một miếng gỗ hình tròn, bán kính 4 (cm). Ở tâm O, cắm thẳng góc một đinh Oa. Thả miếng gỗ nổi trong một chậu nước có chiết suất n = 1,33. Đinh OA ở trong nước, cho OA = 6 (cm). Mắt đặt trong không khí sẽ thấy đầu A cách mặt nước một khoảng lớn nhất là: A. OA’ = 3,64 (cm). B. OA’ = 4,39 (cm). C. OA’ = 6,00 (cm). D. OA’ = 8,74 (cm). Câu 25: Một miếng gỗ hình tròn, bán kính 4 (cm). Ở tâm O, cắm thẳng góc một đinh OA. Thả miếng gỗ nổi trong một chậu nước có chiết suất n = 1,33. Đinh OA ở trong nước, cho OA = 6 (cm). Mắt đặt trong không khí, chiều dài lớn nhất của OA để mắt không thấy đầu A là: A. OA = 3,25 (cm). B. OA = 3,53 (cm). C. OA = 4,54 (cm). D. OA = 5,37 (cm). Câu 26: Một ngọn đèn nhỏ S đặt ở đáy một bể nước (n = 4/3), độ cao mực nước h = 60 (cm). Bán kính r bé nhất của tấm gỗ tròn nổi trên mặt nước sao cho không một tia sáng nào từ S lọt ra ngoài không khí là: A. r = 49 (cm). B. r = 53 (cm). C. r = 55 (cm). D. r = 51 (cm). Câu 27: Chiếu một chùm tia sáng song song trong không khí tới mặt nước ( n = 4/3) với góc tới là 45 0. Góc hợp bởi tia khúc xạ và tia tới là: A. D = 70032’. B. D = 450. C. D = 25032’. D. D = 12058’. Câu 28: Một chậu nước chứa một lớp nước dày 24 (cm), chiết suất của nước là n = 4/3. Mắt đặt trong không khí, nhìn gần như vuông góc với mặt nước sẽ thấy đáy chậu dường như cách mặt nước một đoạn bằng A. 6 (cm). B. 8 (cm). C. 18 (cm). D. 23 (cm). Câu 29: Một cái chậu đặt trên một mặt phẳng nằm ngang, chứa một lớp nước dày 20 (cm), chiết suất n = 4/3. Đáy chậu là một gương phẳng. Mắt M cách mặt nước 30 (cm), nhìn thẳng góc xuống đáy chậu. Khoảng cách từ ảnh của mắt tới mặt nước là: A. 30 (cm). B. 45 (cm). C. 60 (cm). D. 70 (cm). Câu 30: Một tia sáng đơn sắc i từ môi trường chiết quang kém sang môi trường môi trường chiết quang hơn thì phát biểu nào dưới đây sai: a) Góc khúc xạ luôn luôn nhỏ hơn góc tới b) Khi truyền qua mặt phân cách thì vận tốc của song ánh sáng giảm c) Nếu góc tới bằng không thì tia sáng sẽ truyền thẳng d) Khi góc khúc xạ bằng thì bắt đầu có hiện tượng phản xạ toàn phần Câu 31: Ph¸t biÓu nµo sau ®©y lµ ®óng? A. ChiÕt suÊt tØ ®èi cña m«i tr­êng chiÕt quang nhiÒu so víi m«i tr­êng chiÕt quang Ýt th× nhá h¬n ®¬n vÞ. B. M«i tr­êng chiÕt quang kÐm cã chiÕt suÊt tuyÖt ®èi nhá h¬n ®¬n vÞ. C. ChiÕt suÊt tØ ®èi cña m«i tr­êng 2 so víi m«i tr­êng 1 b»ng tØ sè chiÕt suÊt tuyÖt ®èi n2 cña m«i tr­êng 2 víi chiÕt suÊt tuyÖt ®èi n1 cña m«i tr­êng 1. D. ChiÕt suÊt tØ ®èi cña hai m«i tr­êng lu«n lín h¬n ®¬n vÞ v× vËn tèc ¸nh s¸ng trong ch©n kh«ng lµ vËn tèc lín nhÊt. Câu 32: Víi mét tia s¸ng ®¬n s¾c, chiÕt suÊt tuyÖt ®èi cña n­íc lµ n 1, cña thuû tinh lµ n2. ChiÕt suÊt tØ ®èi khi tia s¸ng ®ã truyÒn tõ n­íc sang thuû tinh lµ: A. n21 = n1/n2 B. n21 = n2/n1 C. n21 = n2 – n1 D. n12 = n1 – n2 7
8. ─────────────────────────────────────────────────────────── Câu 33: Chän c©u tr¶ lêi ®óng. Trong hiÖn t­îng khóc x¹ ¸nh s¸ng: A. gãc khóc x¹ lu«n bÐ h¬n gãc tíi. B. gãc khóc x¹ lu«n lín h¬n gãc tíi. C. gãc khóc x¹ tØ lÖ thuËn víi gãc tíi. D. khi gãc tíi t¨ng dÇn th× gãc khóc x¹ còng t¨ng dÇn. Câu 34: ChiÕt suÊt tØ ®èi gi÷a m«i tr­êng khóc x¹ víi m«i tr­êng tíi A. lu«n lín h¬n 1. B. lu«n nhá h¬n 1. C. b»ng tØ sè gi÷a chiÕt suÊt tuyÖt ®èi cña m«i tr­êng khóc x¹ vµ chiÕt suÊt tuyÖt ®èi cña m«i tr­êng tíi. D. b»ng hiÖu sè gi÷a chiÕt suÊt tuyÖt ®èi cña m«i tr­êng khóc x¹ vµ chiÕt suÊt tuyÖt ®èi cña m«i tr­êng tíi. 8