Giáo Dục

Giải vật lí 11 bài 27: Phản xạ toàn phần

Hướng dẫn giải bài tập, bài thực hành trong bài 27: Phản xạ toàn phần – sách giáo khoa vật lí 11. Tất cả các kiến thức lý thuyết và bài tập trong bài học này đều được giải đáp cẩn thận, chi tiết. Chúng ta tham khảo để học tốt vật lí 11 bài 27: Phản xạ toàn phần nhé.

Câu trả lời:

I. TÓM TẮT LÝ THUYẾT

1. Sự truyền ánh sáng vào môi trường chiết quang kém hơn

Khi ánh sáng truyền vào môi trường chiết quang kém hơn, thì có một giá trị của góc tới mà tại đó không còn xuất hiện tia khúc xạ, chỉ quan sát thất tia phản xạ. Giá trị này được gọi là góc tới giới hạn và được xác định bởi công thức:

Bạn đang xem: Giải vật lí 11 bài 27: Phản xạ toàn phần

$sin i_{gh} = frac{n_{2}}{n_{1}}$

2. Hiện tượng phản xạ toàn phần

2.1. Định nghĩa

Phản xạ toàn phần là hiện tượng phản xạ toàn bộ tia sáng tới, xảy ra ở mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt.

2.2. Điều kiện

  • Ánh sáng truyền từ một môi trường tới môi trường chiết quang kém hơn

n2< n1

  • Góc tới lớn hơn hoặc bằng góc giới hạn:

$i geq i_{gh}$

2.3. Ứng dụng: Cáp quang

Cáp quang là các bó sợi quang

Cấu tạo sợi quang: 2 phần

  1. Phần lõi: làm bằng thủy tinh, chiết suất lớn (n1)
  2. Phần vỏ bọc: làm bằng thủy tinh có chiết suất nhỏ hơn (n2)

Hiện tượng phản xạ toàn phàn xảy ra ở mặt phân cách giữa hai lõi.

Ứng dụng: Truyền thông tin

II. GIẢI BÀI TẬP

Giải câu 1: Thế nào là phản xạ toàn phần…

Thế nào là phản xạ toàn phần? Nêu điều kiện để có phản xạ toàn phần.

Bài giải:

Phản xạ toàn phần là hiện tượng phản xạ toàn bộ tia sáng tới, xảy ra ở mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt.

Điều kiện:

  • Ánh sáng truyền từ một môi trường tới môi trường chiết quang kém hơn

n2 < n1

  • Góc tới lớn hơn hoặc bằng góc giới hạn:

$i geq i_{gh}$

Giải câu 2: So sánh phản xạ toàn phần với phản…

So sánh phản xạ toàn phần với phản xạ thông thường.

Bài giải:

Giống nhau: Cùng là hiện tượng phản xạ.

Khác nhau:

  • Phản xạ toàn phần:

Toàn bộ tia sáng phản xạ lại môi trường tới, không có tia khúc xạ, cường độ sáng của tia phản xạ gần bằng với cường độ sáng của tia tới.

Chỉ xảy ra khi đủ 2 điều kiện đã nêu trong câu 1.

  • Phản xạ thông thường:

Tia tới được phân ra làm hai phần: tia phản xạ và tia khúc xạ.

Giải câu 3: Cáp quang là gì? Hãy cho biết cấu…

Cáp quang là gì? Hãy cho biết cấu tạo của cáp quang. Nêu một vài ứng dụng.

Bài giải:

Cáp quang là các bó sợi quang

Cấu tạo sợi quang: 2 phần

  • Phần lõi: làm bằng thủy tinh, chiết suất lớn (n1)
  • Phần vỏ bọc: làm bằng thủy tinh có chiết suất nhỏ hơn (n2)

Hiện tượng phản xạ toàn phàn xảy ra ở mặt phân cách giữa hai lõi.

Ứng dụng: Truyền thông tin, nội soi, …

Giải câu 4: Giải thích tại sao kim cương (Hình 27.4)…

Giải thích tại sao kim cương (Hình 27.4) và pha lê sáng nóng lánh. Người ta tạo ra nhiều mặt cho viên kim cương hay các vật bằng pha lê để làm gì?

Bài giải:

Kim cương hoặc pha lê sáng lóng lánh vì khi ánh sáng chiếu vào chúng sẽ xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần liên tiếp bên trong vật. Lúc này, các tia sáng đi theo nhiều góc đến mắt người quan sát làm cho ta thấy chúng sáng lấp lánh.

Người ta tạo ra nhiều mặt cho viên kim cương hoặc những vật được làm từ pha lê là để hiện tượng phản xạ toàn phần xảy ra nhiều, các viên kim cương trông càng đẹp.

Giải câu 5: Một chùm tia sáng hẹp truyền từ…

Một chùm tia sáng hẹp truyền từ môi trường (1) chiết suất n1 tới mặt phẳng phân cách với môi trường (2) chiết suất n­2. Cho biết n1 < n2 và i có giá trị thay đổi. Trường hợp nào sau đây có hiện tượng phản xạ toàn phần?

A. Chùm tia sáng gần như sát mặt phẳng phân cách.

B. Góc tới i thỏa mãn điều kiện sin i > $frac{n_{1}}{n_{2}}$

C. Góc tới i thỏa mãn điều kiện sin i < $frac{n_{1}}{n_{2}}$

D. Không trường hợp nào đã nêu.

Bài giải:

Chọn đáp án D.

Giải thích: Vì n1 < n2 không xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần với bất kì giá trị nào của góc tới.

Giải câu 6: Một chùm tia sáng hẹp SI truyền trong…

Một chùm tia sáng hẹp SI truyền trong mặt phẳng tiết diện vuông góc của một khối trong suốt như Hình 27.10. Tia sáng phản xạ toàn phần ở mặt AC.

Trong điều kiện đó, chiết suất n của khối trong suốt có giá trị như thế nào?

A. n $geq sqrt{2}$

B. n < $sqrt{2}$

C. 1 < n < $sqrt{2}$

D. Không xác định được.

Bài giải:

Chọn đáp án A.

Giải thích:

Nhận xét: Tam giá ABC là tam giác vuông cân tại A

Tia sáng truyền thẳng khi qua mặt phân cách BC, khi tới mặt phân cách AC, góc tới của tia sáng là: i = 450

Tia sáng phản xạ toàn phần ở mặt AC, nên giá trị góc tới để xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần là i $geq $ 450.

Ta có sin igh = $frac{1}{n}$

Vậy n $geq sqrt{2}$

Giải câu 7: Có ba môi trường trong suốt….

Có ba môi trường trong suốt. Với cùng góc tới:

Nếu tia sáng truyền từ (1) vào (2) thì góc khúc xạ là 300.

Nếu tia sáng truyền từ (1) vào (3) thì góc khúc xạ là 450.

Góc giới hạn phản xạ toàn phần ở mặt phân cách (2) và (3) có giá trị như nào (tính tròn số)?

A. 300

B. 420

C. 450

D. Không xác định được.

Bài giải:

Chọn đáp án C.

Giải thích:

Khi truyền từ (1) vào (2), ta có: n1.sin i = n2.sin r2 = n2.sin 30 (*)

Khi truyền từ (1) vào (3), ta có: n1.sin i = n3.sin r3 = n3.sin 45 (**)

Từ (*) và (**), ta có: n2.sin 30 = n3.sin 45

Ta thấy n3 < n­2, vậy hiện tượng phản xạ toàn phần xảy ở ở mặt phân cách giữa hai môi trường (2) và (3) khi ánh sáng truyền từ (2) vào (3).

Góc giới hạn phải thỏa mãn: sin igh = $frac{n_{3}}{n_{2}} = frac{sin 30}{sin 45} = frac{1}{sqrt{2}}$

Vậy góc giới hạn là igh = 450

Giải câu 8: Một khối bán trụ trong suốt có chiết…

Một khối bán trụ trong suốt có chiết suất n = 1,41 $approx sqrt{2}$. Một chùm tia sáng hẹp nằm trong một mặt phẳng của tiết diện vuông góc, chiếu tới khối bán trụ như Hình 27.11. Xác định đường đi của chùm tia sáng với các giá trị sau đây của góc $alpha $

a) $alpha $ = 600

b) $alpha $ = 450

c) $alpha $ = 300

Bài giải:

Góc giới hạn để xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần khi truyền từ trong bán trụ ra ngoài không khí là: sin igh = $frac{1}{sqrt{2}}$

Vậy igh = 450

a) $alpha $ = 600

Góc tới là i = 900 – 600 = 300 < igh (không xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần)

Hiện tượng xảy ra: Phản xạ một phần, khúc xạ.

Đường đi của tia sáng được biểu diễn trong hình vẽ:

b) $alpha $ = 450

Góc tới là i = 450 = igh xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần.

c) $alpha $ = 300

Góc tới là i = 600 > igh­, xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần.

Hình vẽ chung cho 2 phần b và c:

Giải câu 9: Một sợi quang hình trụ, lõi có chiết…

Một sợi quang hình trụ, lõi có chiết suất n1 = 1,5. Phần vỏ bọc có chiết suất n = 1,41 $approx sqrt{2}$. Chùm tia tới hội tụ ở mặt trước của sợi với góc 2 $alpha $ như Hình 27.12. Xác định $alpha $ để các tia sáng của chùm truyền đi được trong ống.

Bài giải:

Các tia sáng truyền đi được trong ống khi trong ống xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần.

Đường truyền của tia sáng được trình bày trong hình vẽ.

Áp dụng định luật khúc xạ ta có: sin i1 = n1.sin r = n1.cos(900 – r) = n1.cos i2

Trong đó i1 = $alpha $, i2 = 900 – r

$Rightarrow  $ cos i2 = $frac{sin i_{1}}{n_{1}}$ (1)

Để cáp quang có thể truyền thông tin thì tại mặt phân cách giữa lõi và vỏ phải xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần, hay

$i geq  i_{gh}$

Ta có: sin igh = $frac{n_{2}}{n_{1}}$

Góc tới i1 lớn nhất để còn xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần khi i2 = igh

Vậy: sin i2 = $frac{n_{2}}{n_{1}}$ (2).

Từ (1) và (2), ta có 1 = $(frac{sin i_{1 max}}{n_{1}})^{2} + (frac{n_{2}}{n_{1}})^{2} = frac{sin ^{2}i_{1 max} + n_{2}^{2}}{n_{1}^{2}}$

Hay sin i1 max = $sqrt{n_{1}^{2} – n_{2}^{1}} = sqrt{1,5^{2} – sqrt{2}^{2}} = frac{1}{2}$

$Rightarrow $ i1 max = 300

Vậy, $alpha  leq i_{1 max}$

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Back to top button