Tóm tắt lý thuyết và phương pháp giải bài tập về hiện tượng khúc xạ môn Vật Lý 11

1.1. Hiện tượng khúc xạ ánh sáng

Hiện tượng khúc xạ ánh sáng là hiện tượng khi ánh sáng truyền qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt, tia sáng bị bẻ gãy khúc (đổi hướng đột ngột) ở mặt phân cách.

1.2. Định luật khúc xạ ánh sáng

+ Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới và ở bên kia pháp tuyến so với tia tới. (Hình 33)

+ Đối với một cặp môi trường trong suốt nhất định thì tỉ số giữa sin của góc tới (sini) với sin của góc khúc xạ (sinr) luôn 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.

Biểu thức: \(\frac{{\sin i}}{{{\mathop{\rm s}\nolimits} {\rm{inr}}}} = {n_{21}}\)

+ Nếu n_21­  > 1 thì góc khúc xạ nhỏ hơn góc tới. Ta nói môi trường (2)

 chiết quang kém môi trường (1).

+ Nếu n_21­  < 1 thì góc khúc xạ lớn hơn góc tới. Ta nói môi trường (2) chiết quang hơn môi trường (1).

+ Nếu i = 0 thì r = 0: tia sáng chiếu vuông góc với mặt phân cách sẽ truyền thẳng.

+ Nếu chiếu tia tới theo hướng KI thì tia khúc xạ sẽ đi theo hướng IS (theo nguyên lí về tính thuận nghịch của chiều truyền ánh sáng).

Do đó, ta có \({n_{21}} = \frac{1}{{{n_{12}}}}\).

1.3. Chiết suất tuyệt đối

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

– Vì chiết suất của không khí xấp xỉ bằng 1, nên khi không cần độ chính xác cao, ta có thể coi chiết suất của một chất đối với không khí bằng chiết suất tuyệt đối của nó.

– Giữa chiết suất tỉ đối n₂₁ của môi trường 2 đối với môi trường 1 và các chiết suất tuyệt đối n₂ và n₁ của chúng có hệ thức: \({n_{21}} = \frac{{{n_2}}}{{{n_1}}}\)

– Ngoài ra, người ta đã chứng minh được rằng:

Chiết suất tuyệt đối của các môi trường trong suốt tỉ lệ nghịch với vận tốc truyền 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 ta có: n₁  = 1   và  v₁  =  c  = 3.10⁸ m/s

Kết quả là: \({n_2} = \frac{c}{{{v_2}}}\) hay \({v_2} = \frac{c}{{{n_2}}}\)

– Vì vận tốc truyền ánh sáng trong các môi trường đều nhỏ hơn vận tốc truyền ánh sáng trong chân không, nên chiết suất tuyệt đối của các môi trường luôn luôn lớn hơn 1.

Ý nghĩa của chiết suất tuyệt đối

Chiết suất tuyệt đối của môi trường trong suốt cho biết vận tốc truyền ánh sáng trong môi trường đó nhỏ hơn vận tốc truyền ánh sáng trong chân không bao nhiêu lần.

2. VÍ DỤ MINH HỌA

Ví dụ 1: Tia sáng đi từ nước có chiết suất \({{n}_{1}}=\frac{4}{3}\) sang thủy tinh có chiết suất \({{n}_{2}}=1,5\). Tính góc khúc xạ và góc lệch \(D\) tạo bởi tia khúc xạ và tia tới, biết góc tới \(i=30{}^\circ \)

A. \(r=26,4{}^\circ ;\,\,D=56,4{}^\circ \)              

B. \(r=26,4{}^\circ ;\,\,D=3,6{}^\circ \)

C. \(r=30{}^\circ ;\,\,D=0\)                     

D. \(r=15{}^\circ ;\,\,D=15{}^\circ \)

Lời giải

Ta có: \(\frac{\sin i}{\sin r}=\frac{{{n}_{2}}}{{{n}_{1}}}\Rightarrow \sin r=\frac{{{n}_{1}}}{{{n}_{2}}}\sin i=\sin 26,4{}^\circ \Rightarrow r=26,4{}^\circ ;\,\,D=i-r=3,6{}^\circ \)

Đáp án B

Ví dụ 2: Tia sáng truyền trong không khí tới gặp mặt thoáng của chất lỏng có chiết suất \(n=\sqrt{3}\). Ta được hai tia phản xạ và khúc xạ vuông góc với nhau. Tính góc tới.

A. \(\frac{\pi }{6}\)     

B. \(\frac{\pi }{3}\)          

C. \(\frac{\pi }{2}\)          

D. 0

Lời giải

Ta có: \(\frac{\sin i}{\sin r}=n;\) vì \({i}'+r=i+r=\frac{\pi }{2}\Rightarrow \sin r=\sin \left( \frac{\pi }{2}-i \right)=\cos i\)

\(\Rightarrow \frac{\sin i}{\sin r}=\frac{\sin i}{\cos i}=\tan i=n=\tan \frac{\pi }{3}\Rightarrow i=\frac{\pi }{3}\)

Đáp án B

Ví dụ 3: Một cây cọc dài được cắm thẳng đứng xuống một bể nước chiết suất \(n=\frac{4}{3}\). 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.

A. 100 cm                    

B. 300 cm                         

C. 50 cm                           

D. 200 cm

Lời giải

Ta có: \(\tan i=\frac{BI}{AB}=\frac{40}{3}=\tan 53{}^\circ \Rightarrow i=53{}^\circ ;\)

\(\frac{\sin i}{\sin r}=n\Rightarrow \sin r=\frac{\sin i}{n}=0,6=\sin 37{}^\circ \Rightarrow r=37{}^\circ \)

\(\tan r=\frac{HD}{IH}=\frac{CD-CH}{IH}\Rightarrow IH=\frac{CD-CH}{\tan r}=\frac{190-40}{0,75}=200\left( cm \right)\)

Đáp án D

Ví dụ 4: Một cái máng nước sâu 30 cm rộng 40 cm có hai thành bên thẳng đứng. Lúc máng cạn nước thì bóng râm của thành A kéo dài tới đúng chân thành B đối diện. Người ta đổ nước vào máng đến một độ cao \(h\) thì bóng của thành A ngắn bớt đi 7 cm so với trước. Biết chiết suất của nước là \(n=\frac{4}{3}\). Tính \(h\).

A. 24 cm                      

B. 12 cm                           

C. 36 cm                           

D. 6 cm

Lời giải

Ta có: \(\tan i=\frac{C{I}'}{AA}=\frac{CB}{AC}=\frac{40}{30}=\frac{4}{3}=\tan 53{}^\circ \Rightarrow i=53{}^\circ ;\)

\(\frac{\sin i}{\sin r}=n\Rightarrow \sin r=\frac{\sin i}{n}=0,6=\sin 37{}^\circ \Rightarrow r=37{}^\circ \)

\(\tan i=\frac{{I}'B}{h};\,\,\tan r=\frac{{I}'B-DB}{h}=\frac{{I}'B-7}{h}\)

\(\Rightarrow \frac{\tan i}{\tan r}=\frac{{I}'B}{{I}'B-7}=\frac{16}{9}\Rightarrow {I}'B=16\left( cm \right);\,\,h=\frac{{I}'B}{\tan i}=12\left( cm \right)\)

Đáp án B

Ví dụ 5: Một người ngồi trên bờ hồ nhúng chân vào nước trong suốt. Biết chiết suất của nước là \(n=\frac{4}{3}\).

a) Khoảng cách thực từ bàn chân người đó đến mặt nước là 36 cm. Hỏi mắt người đó cảm thấy bàn chân cách mặt nước bao nhiêu?

A. 27 cm                      

B. 36 cm                           

C. 48 cm                           

D. 54 cm

b) Người nào cao 1,68 m, nhìn thấy một hòn sỏi dưới đáy hồ dường như cách mặt nước 1,5 m. Hỏi nếu đứng dưới hồ thì người ấy có bị ngập đầu không?

A. 1,68 m                     

B. 1,5 m                            

C. 2 m                               

D. 2,5 m

Lời giải

a) Ta có: \(\frac{d}{{{d}'}}=\frac{{{n}_{1}}}{{{n}_{2}}}\Rightarrow {d}'=\frac{{{n}_{2}}}{{{n}_{1}}}d=27cm\)

Đáp án A

b) Ta có: \(\frac{h}{{{h}'}}=\frac{{{n}_{1}}}{{{n}_{2}}}\Rightarrow h=\frac{{{n}_{1}}}{{{n}_{2}}}{h}'=2m>1,68m\) nên nếu đứng dưới hồ thì người đó sẽ bị ngập đầu.

Đáp án C

Ví dụ 6: Tính vận tốc của ánh sáng trong thủy tinh. Biết thủy tinh có chiết suất \(n=1,6\) và vận tốc ánh sáng trong chân không là \(c={{3.10}^{8}}m/s\)

A. \({{3.10}^{8}}m/s\)            

B. \(1,{{875.10}^{8}}m/s\) 

C. \(1,{{5.10}^{8}}m/s\)             

D. \(1,{{6.10}^{8}}m/s\)

Lời giải

Ta có: \(n=\frac{c}{v}\Rightarrow v=\frac{c}{n}=1,{{875.10}^{8}}m/s\)

Đáp án B

Ví dụ 7: Tính vận tốc của ánh sáng truyền trong môi trường nước. Biết tia sáng truyền từ không khí với góc tới là \(i=60{}^\circ \) thì góc khúc xạ trong nước là \(r=40{}^\circ \). Lấy vận tốc ánh sáng ngoài không khí \(c={{3.10}^{8}}m/s\).

A. \({{3.10}^{8}}m/s\)                                         

B. \(2,{{227.10}^{8}}m/s\) 

C. \(1,{{875.10}^{8}}m/s\)        

D. \(1,{{6.10}^{8}}m/s\)

Lời giải

Ta có: \(v=\frac{c}{n}\) và \(n=\frac{\sin i}{\sin r}\Rightarrow v=\frac{c.\sin r}{\sin i}=2,{{227.10}^{8}}m/s\)

Đáp án B

Câu 1 Phát biểu nào sau đây là đúng?

A. Chiết suất tỉ đối của môi trường chiết quang nhiều so với môi trường chiết quang ít thì nhỏ hơn 1.

B. Môi trường chiết quang kém có chiết suất tuyệt đối nhỏ hơn 1.

C. Chiết suất tỉ đối của môi trường 2 so với môi trường 1 bằng tỉ số chiết suất tuyệt đối n₂ của môi trường 2 với chiết suất tuyệt đối n₁ của môi trường 1.

D. Chiết suất tỉ đối của hai môi trường luôn lớn hơn đơn vị vì vận tốc ánh sáng trong chân không là vận tốc lớn nhất.

Câu 2 Với một tia sáng đơn sắc, chiết suất tuyệt đối của nước là n₁, của thuỷ tinh là n₂. Chiết suất tỉ đối khi tia sáng đó truyền từ nước sang thuỷ tinh là:

A. n₂₁ = n₁/n₂

B. n₂₁ = n₂/n₁

C. n₂₁ = n₂ – n₁

D. n₁₂ = n₁ – n₂

Câu 3 Chọn câu trả lời đúng.

Trong hiện tượng khúc xạ ánh sáng:

A. góc khúc xạ luôn bé hơn góc tới.

B. góc khúc xạ luôn lớn hơn góc tới.

C. góc khúc xạ tỉ lệ thuận với góc tới.

D. khi góc tới tăng dần thì góc khúc xạ cũng tăng dần.

Câu 4 Chiết suất tỉ đối giữa môi trường khúc xạ với môi trường tới

A. luôn lớn hơn 1.                    

B. luôn nhỏ hơn 1.

C. bằng tỉ số giữa chiết suất tuyệt đối của môi trường khúc xạ và chiết suất tuyệt đối của môi trường tới.

D. bằng hiệu số giữa chiết suất tuyệt đối của môi trường khúc xạ và chiết suất tuyệt đối của môi trường tới.

Câu 5 Chọn câu đúng nhất.

Khi tia sáng đi từ môi trường trong suốt n₁ tới mặt phân cách với môi trường trong suốt n₂ (với n₂ > n₁), tia sáng không vuông góc với mặt phân cách thì

A. tia sáng bị gãy khúc khi đi qua mặt phân cách giữa hai môi trường.

B. tất cả các tia sáng đều bị khúc xạ và đi vào môi trường n₂.

C. tất cả các tia sáng đều phản xạ trở lại môi trường n₁.

D. một phần tia sáng bị khúc xạ, một phần bị phản xạ.

Câu 6 Chiết suất tuyệt đối của một môi trường truyền ánh sáng

A. luôn lớn hơn 1.

B. luôn nhỏ hơn 1.

C. luôn bằng 1.

D. luôn lớn hơn 0.

Câu 7 Chiếu một tia sáng đơn sắc đi từ không khí vào môi trường có chiết suất n, sao cho tia phản xạ vuông góc với tia khúc xạ. Khi đó góc tới i được tính theo công thức

A. sini = n

B. sini = 1/n

C. tani = n

D. tani = 1/n

Câu 8 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 30⁰ 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 9 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 30⁰ 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 10 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

---Để xem đầy đủ nội dung từ câu 11 đến câu 17, vui lòng đăng nhập vào trang hoc247.net để xem online hoặc tải về máy tính---

ĐÁP ÁN

1C	2B	3D	4C	5D	6A	7C	8B	9D	10B
11B	12C	13B	14C	15A	16B	17C

 

Trên đây là trích dẫn một phần nội dung tài liệu Tóm tắt lý thuyết và phương pháp giải bài tập về hiện tượng khúc xạ môn Vật Lý 11 năm 2021-2022. Để xem thêm nhiều tài liệu tham khảo hữu ích khác các em chọn chức năng xem online hoặc đăng nhập vào trang hoc247.net để tải tài liệu về máy tính.

Hy vọng tài liệu này sẽ giúp các em học sinh ôn tập tốt và đạt thành tích cao trong học tập.