Giới thiệu về một số dạng bài tập khúc xạ ánh sáng vật lí lớp 11 chủ đề Khúc xạ ánh sáng Show
Phương pháp:Sử dụng các công thức:  II- DẠNG 2: BÀI TẬP VỀ LƯỠNG CHẤT PHẲNG1. Nguyên tắc dựng ảnhĐể dựng ảnh của một vật qua mặt phân cách giữa hai môi trường bằng mặt khúc xạ cần phải dựng: – Bước 1: Dựng 2 chùm tia tới + Tia 1 truyền thẳng với góc tới i = 0 + Tia 2 tia tới có góc tới \(i \ne 0\) – Bước 2: Dựng tia khúc xạ bởi 2 tia nói trên rồi kéo dài 2 tia khúc xạ này cắt nhau tại một điểm thì đó là ảnh của vật. 2. Nguyên tắc– Vật thật đi qua lưỡng chất phẳng cho ta ảnh ảo (ta nói ảnh và vật luôn có bản chất trái ngược nhau) – Sơ đồ tạo ảnh qua lưỡng chất phẳng: \({S_{{n_1}}}{\xrightarrow[H]{{LCP}}_{{n_2}}}S’\) Ta có công thức: \(\dfrac{{SH}}{{{n_1}}} = \dfrac{{S’H}}{{{n_2}}}\) DẠNG 3: Bài tập khúc xạ ánh sáng liên quan đến bản mặt song song1. Định nghĩaBản mặt song song là khối chất trong suốt, đồng chất có bề dày là e, chiết suất n > 1. 2. Đường đi của tia sáng qua bản mặt //– Tia tới và tia ló qua bản mặt song song luôn song song – Vật thật qua bản mặt song song luôn cho ảnh ảo (ảnh và vật khác bản chất) Độ dời ngang của tia sáng (khoảng cách giữa tia tới và tia ló)\[\delta = JH = e\dfrac{\sin(i-r)}{\cos r}\] Trong đó:
Độ dời ảnh qua bản mặt song song:\[SS’ = e(1-\dfrac{\tan r}{\tan i})\] nếu i rất nhỏ =>$SS’ = e(1 – \dfrac{r}{i}) = e(1 -\dfrac{1}{n})$ * Ví dụ: Tia sáng đi từ nước có chiết suất n1 = 4/3 sang thủy tinh có chiết suất n2 = 1,5. Tính góc khúc xạ biết góc tới i = 300. * Lời giải chi tiết: Ta có: \(\begin{array}{l} \frac{{\sin i}}{{\sin r}} = \frac{{{n_2}}}{{{n_1}}} \Rightarrow \sin r = \frac{{{n_1}}}{{{n_2}}}.\sin i = \frac{4}{{3.1,5}}.\sin {30^0} = \frac{4}{9}\\ \Rightarrow r = {26^0}23' \end{array}\) II- DẠNG 2: BÀI TẬP VỀ LƯỠNG CHẤT PHẲNG 1. Nguyên tắc dựng ảnh Để dựng ảnh của một vật qua mặt phân cách giữa hai môi trường bằng mặt khúc xạ cần phải dựng: - Bước 1: Dựng 2 chùm tia tới + Tia 1 truyền thẳng với góc tới i = 0 + Tia 2 tia tới có góc tới \(i \ne 0\) - Bước 2: Dựng tia khúc xạ bởi 2 tia nói trên rồi kéo dài 2 tia khúc xạ này cắt nhau tại một điểm thì đó là ảnh của vật. 2. Nguyên tắc - Vật thật đi qua lưỡng chất phẳng cho ta ảnh ảo (ta nói ảnh và vật luôn có bản chất trái ngược nhau) Bài tập 1: Tia sáng đi từ nước có chiết suất \(\frac{4}{3}\) sang thuỷ 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=30o. Phương pháp: Muốn giải được bài tập này chúng ta sẽ điểm lại 2 kiến thức áp dụng vào bài toán là định luật khúc xạ ánh sáng và công thức tính góc lệch D. Định luật khúc xạ ánh sáng: \(\frac{\sin i}{\sin r}=\frac{n_2}{n_1}\Leftrightarrow n_1.\sin i=n_2.\sin r\) Trong đó:
Khi ta đã nhớ được kiến thức trên thì bước vào giải bài toán thôi!!! Đáp án: Theo đề bài ta có được: \(n_1=\frac{4}{3};\: n_2=1,5;\: i=30^o\) Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng ta có: \(n_1.\sin i=n_2.\sin r\Leftrightarrow 1,5.\sin 30^o=\frac{4}{3}.\sin r\Rightarrow r\approx 26,4^{o}\) Góc lệch D tạo bởi tia khúc xạ và tia tới là: \(D=i-r=30^o-26,4^o=3,6^o\) Bài tập 2: Một tia sáng truyền từ môi trường A vào môi trường B dưới tới là 9o thì góc khúc xạ là 8o.
Đáp án:
Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng khi tia sáng truyền từ môi trường A vào môi trường B dưới góc tới là 9o thì góc khúc xạ là 8o, ta có: \(n_A\sin 9^o=n_B\sin 8^o\) (1) Khi tia sáng truyền với góc tới i = 60o thì: \(n_A\sin 60^o=n_B\sin r\) (2) Lấy (2) chia cho (1) vế theo vế ta được: \(\frac{\sin 60^o}{\sin 9^o}=\frac{\sin r}{\sin 8^o}\) \(\Rightarrow \sin r=\sin 8^o\frac{\sin 60^o}{\sin 9^o}=0,77\) \(\Rightarrow r=50,4^o\)
Dựa theo mối liên hệ trên ta được: \(\left\{\begin{matrix} n_A = \frac{c}{v_A} \; \\ n_B=\frac{c}{v_B} \end{matrix}\right.\) \(\Rightarrow \frac{n_B}{n_A}=\frac{v_A}{v_B}\Rightarrow v_A=\frac{n_B}{n_A}v_B=224805,6\: (km/s)\) Bài tập 3: Hãy xác định giá trị của góc tới trong trường hợp sau:
Đáp án:
(90o – r) + (90o – i) = 90o ⇒ r + i =90o ⇒ r = 90o – i Vận dụng định luật khúc xạ ánh sáng ta có: \(n_1\sin i =n_2\sin r\) \(\Leftrightarrow 1,5.\sin i =1.\sin (90^o-i)\Leftrightarrow 1,5.\sin i=1.\cos i\) \(\Rightarrow \tan i=\frac{1}{1,5}\Rightarrow i\approx 33,7^o\)
\(\frac{4}{3}.\sin i=1.\sin (90^o-i)=\cos i\) \(\Rightarrow \tan i=\frac{3}{4}\Rightarrow i\approx 37^o\) B. Bài tập tự luyệnBài tập 1: Một tia sáng đi từ không khí vào một khối chất có chiết suất \(n=\sqrt{2}\) với góc tới i = 45o. Coi tốc độ ánh sáng khi truyền trong không khí là c = 2.108 m/s.
Lời giải: Tại đây Bài tập 2: Tia sáng đi từ không khí tới gặp mặt phân cách giữa không khí và môi trường trong suốt có chiết suất n với góc tới i.
Lời giải: Bài tập 3: Một tia sáng được chiếu đến điểm chính giữa của mặt trên một khối lập phương trong suốt, chiết suất n = 1,5. Tìm góc tới lớn nhất để tia khúc xạ còn gặp đáy của khối lập phương. Lời giải: Tại đây A. Bài tập ví dụBài tập 1: Mắt người và cá cùng cách mặt nước là 40 cm, cùng nằm trên một mặt phẳng vuông góc với mặt nước. Biết chiết suất của nước là \(n=\frac{4}{3}\). Hỏi người thấy cá cách mình bao xa? Lời giải: Gọi A là cá thật và A’ là ảnh của cá Từ hình vẽ ta có: \(\left\{\begin{matrix}\tan i=\frac{HI}{HA}\approx \sin i\approx i \\ \tan r= \frac{HI}{HA’} \approx \sin r \approx r \end{matrix}\right.\) Theo định luật khúc xạ ánh sáng ta có: \(n. \sin i=1. \sin r \Rightarrow \frac{\sin i}{\sin r}=\frac{1}{n}\) \(\Leftrightarrow \frac{HA’}{HA}=\frac{1}{n}\Rightarrow HA’=\frac{HA}{n}=\frac{40}{\frac{4}{3}}=30(cm)\) Vậy người nhìn thấy cá cách mình đoạn dài 40 + 30 = 70 cm Bài trên là một ví dụ về lưỡng chất phẳng và chứng minh công thức tổng quát của dạng bài này. Vậy lưỡng chất phẳng là gì? Sau đây ta sẽ tìm hiểu thế nào là lưỡng chất phẳng. Lưỡng chất phẳng (LCP) là mặt phân cách giữa hai môi trường có chiết suất n1, n2. Công thức tổng quát cho trường hợp có LCP: \(\frac{d_{anh}}{d_{vat}}=\frac{n_{kx}}{n_{toi}}\) Bài tập 2: Trong một cái chậu có lớp nước dày 12 cm và một lớp benzen dày 9 cm nổi trên mặt nước. Một người nhìn vào chậu theo phương gần như thẳng đứng sẽthấy đáy chậu cách mặt thoáng bao nhiêu ? Vẽ đường đi của chùm tia sáng từmột điểm trên đáy chậu. Cho biết chiết suất của nước là n = 4/3 và của benzen là n’ = 1,5. Lời giải: Ở bài này ánh sáng sẽ truyền qua 3 môi trường rồi mới đến mắt người nhìn nên ta chia thành 2 giai đoạn sau: Giai đoạn 1: Ánh sáng truyền từ đáy chậu qua lớp nước và đến lớp benzen Áp dụng công thức tổng quát ta đã chứng minh ở bài trên ta có: \(\frac{d_{anh}}{d_{vat}}=\frac{n_{kx}}{n_{toi}}\Leftrightarrow \frac{d_1}{d_0}=\frac{1,5}{\frac{4}{3}}\Rightarrow d_1=12.\frac{1,5}{\frac{4}{3}}=13,5(cm)\) Giai đoạn 2: Ánh sáng truyền từ lớp benzen qua không khí và đến mặt thoáng Tương tự ta có: \(\frac{d_2}{d_1+9}=\frac{1}{1,5}\Rightarrow d_2=(13,5+9).\frac{1,5}{\frac{4}{3}}=15(cm)\) Vậy người đó nhìn thấy đáy chậu cách mặt thoáng 1 đoạn 15 cm. B. Bài tập tự luyệnBài tập 1: Một chậu chứa một lớp nước dày 30 cm, chiết suất của nước là 4/3.
Lời giải: Tại đây Bài tập 2: Một bể nước cao h chứa đầy nước, một người đặt mắt sát mặt nước nhìn xuống đáy bể theo phương gần vuông góc với đáy bể thấy đáy bể dường như cách mắt mình 120 cm. Xác định h, cho chiết suất của nước là \(\frac{4}{3}\). Lời giải: Tại đây Bài tập 3: Một người ngồi trên bờ hồ nhúng chân vào nước trong suốt. Biết chiết suất của nước là \(\frac{4}{3}\).
|
