Bài 6. Phản xạ toàn phần trang 16, 17, 18

6.1

Một học sinh làm thí nghiệm khảo sát hiện tượng phản xạ toàn phần bằng cách: chiếu một chùm sáng hẹp SI từ nguồn sáng S xuyên qua bản thuỷ tinh tới điểm I tại mặt phân cách giữa thuỷ tinh và không khí thì quan sát thấy tia khúc xạ và tia phản xạ tại I như hình dưới đây.

Điều gì xảy ra với tia phản xạ và tia khúc xạ nếu học sinh đó tăng dần góc tới i?

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về hiện tượng phản xạ toàn phần

Lời giải chi tiết:

Khi tăng dần góc tới i thì tia khúc xạ mờ dần và tia phản xạ sáng dần. Khi i tăng tới một giá trị i_th thì tia khúc xạ đi sát mặt phân cách và rất mở. Nếu tiếp tục tăng i vượt quá giá trị i_th thì toàn bộ tia tới bị phản xạ trở lại thuỷ tinh, không còn tia khúc xạ nữa.

6.2

Bảng bên cho biết chiết suất của một số môi trường trong suốt ở 20 °C. Hiện tượng phản xạ toàn phần có thể xảy ra trong trường hợp nào sau đây?

A. Ánh sáng đi từ không khí vào trong băng.

B. Ánh sáng đi từ trong băng sang nước.

C. Ánh sáng đi từ hổ phách sang băng.

D. Ánh sáng đi từ nước sang hổ phách.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về hiện tượng phản xạ toàn phần

Lời giải chi tiết:

Hiện tượng phản xạ toàn phần có thể xảy ra khi:

– Ánh sáng truyền từ môi trường chiết quang lớn sang môi trường chiết quang nhỏ

– Góc tới i phải lớn hơn hoặc bằng góc giới hạn i_th

Đáp án: C

6.3

Khi một tia sáng truyền từ trong băng đến mặt băng dưới góc tới đúng bằng góc giới hạn i_th thì góc khúc xạ bằng bao nhiêu?

A. 0°.

B. i_th

C. 90°.

D. 45°.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về hiện tượng khúc xạ ánh sáng

Lời giải chi tiết:

Khi góc tới bằng góc giới hạn: Tia khúc xạ sẽ chạy sát mặt phân cách giữa hai môi trường, tức là tạo với pháp tuyến một góc 90 độ.

Đáp án: C

6.4

Một tia sáng đi từ thuỷ tinh sang không khí dưới góc tới 40. Biết góc tới hạn phản xạ toàn phần giữa thuỷ tinh và không khí là 42°. Hình vẽ nào mô tả đúng hiện tượng xảy ra với tia sáng?

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về hiện tượng khúc xạ ánh sáng

Lời giải chi tiết:

Vì thủy tinh có chiết suất cao hơn không khí nên có cả tia khúc xạ và phản xạ, tia khúc xạ khi ra ngoài không khí sẽ hướng ra xa pháp tuyến hơn

Đáp án: A

6.5

Chiếu một tia sáng tới mặt phẳng phân cách giữa bản bán trụ làm bằng thuỷ tinh và không khí dưới góc tới đúng bằng góc tới hạn. Hình vẽ nào dưới đây mô tả đúng đường truyền của tia sáng và góc tới hạn phản xạ toàn phần i_th?

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về hiện tượng khúc xạ ánh sáng

Lời giải chi tiết:

Hình A mô tả đúng

Đáp án: A

6.6

Trình bày ý kiến của em về phát biểu sau: “Khi ánh sáng truyền từ không khí vào trong nước, hoặc ngược lại, nếu góc tới tăng thì góc khúc xạ tăng, góc tới giảm thì góc khúc xạ giảm.".

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về hiện tượng khúc xạ ánh sáng

Lời giải chi tiết:

Khi ánh sáng truyền từ không khí (môi trường có chiết suất nhỏ) vào trong nước (môi trường có chiết suất lớn hơn) thì hiện tượng khúc xạ ánh sáng luôn xảy ra: $n=\frac{\sin i}{\sin r}\Rightarrow$nếu góc tới tăng thì góc khúc xạ tăng, góc tới giảm thì góc khúc xạ giảm. Phát biểu này là đúng.

Ngược lại, khi ánh sáng truyền từ trong nước (môi trường có chiết suất lớn) ra không khí (môi trường có chiết suất nhỏ hơn) thì hiện tượng khúc xạ ánh sáng chỉ xảy ra nếu góc tới không vượt quá góc tới hạn. Phát biểu đó chỉ đúng nếu góc tới tăng không vượt quá góc tới hạn phản xạ toàn phần.

6.7

Hình dưới đây minh hoạ cấu tạo của sợi quang và sự dẫn truyền ánh sáng bên trong sợi quang.

a) Sự dẫn truyền ánh sáng trong sợi quang dựa vào hiện tượng nào?

b) Bộ phận nào của sợi quang (lõi hay vỏ) có chiết suất lớn hơn? Giải thích.

c) Sợi quang có những ứng dụng gì trong thực tế?

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về đường truyền của tia sáng hiện tượng khúc xạ ánh sáng

Lời giải chi tiết:

a) Sự dẫn truyền ánh sáng bên trong sợi quang hoạt động dựa vào hiện tượng phản xạ toàn phần.

b) Lõi sợi quang được làm bằng vật liệu có chiết suất lớn hơn chiết suất của lớp vỏ, vì hiện tượng phản xạ toàn phần chỉ xảy ra khi ánh sáng truyền từ một môi trường có chiết suất lớn sang môi trường có chiết suất nhỏ hơn.

c) Ứng dụng của sợi quang: truyền tín hiệu kĩ thuật số trong ngành viễn thông, nội soi trong y học, trong các đèn trang trí,...

6.8

Một học sinh làm thí nghiệm khảo sát hiện tượng phản xạ toàn phần bằng cách: lần lượt chiếu các tia sáng 1, 2 và 3 tới mặt phân cách giữa không khí và mặt cong của bản bán trụ làm bằng vật liệu X. Kết quả quan sát trong thí nghiệm được hiển thị trong hình dưới đây.

a) Giải thích hiện tượng xảy ra với tia sáng 3.

b) Môi trường nào (X hay không khí) có chiết suất lớn hơn?

c) Môi trường nào (X hay không khí) có tốc độ truyền ánh sáng lớn hơn?

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về hiện tượng phản xạ toàn phần

Lời giải chi tiết:

a) Tia sáng đi từ môi trường X đến mặt phân cách với không khí, tia sáng 3 có góc tới lớn hơn góc tới hạn nên bị phản xạ trở lại môi trường X. Tia sáng 3 bị phản xạ toàn phần.

b) Môi trường X có chiết suất lớn hơn không khí, vì tia sáng có thể bị phản xạ toàn phần khi truyền từ môi trường X sang không khí.

c) Môi trường X có tốc độ truyền ánh sáng nhỏ hơn tốc độ ánh sáng trong không khí.

6.9

Một lăng kính bằng nhựa có tiết diện là một tam giác vuông cân. Góc tới hạn giữa nhựa và không khí là 42. Chiếu một tia sáng tới SI vuông góc với mặt bên AB của lăng kính như hình bên. Hãy vẽ đường truyền của tia sáng qua lăng kính.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về đường truyền của tia sáng qua lăng kính.

Lời giải chi tiết:

Tia sáng tới vuông góc với mặt AB, tại I, góc tới bằng 0° nên tia sáng truyền thẳng, không bị khúc xạ.

Tia sáng tới mặt AC, tại J, góc tới bằng 45° lớn hơn góc tới hạn nên tia sáng bị phản xạ toàn phần.

Tia sáng đi tới mặt BC, tại K, vuông góc với mặt đáy nên tia sáng truyền thẳng ra tinh không khí.

6.10

Chiếu một tia sáng SI xiên góc từ trong môi trường X đến mặt phân cách với không khí thì tia khúc xạ IR đi sát với mặt phân cách như hình dưới đây. Khi đó, tia khúc xạ và tia tới hợp với nhau một góc 133°.

a) Xác định góc tới hạn giữa môi trường X và không khí.

b) Tính chiết suất của môi trường X.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về đường truyền của tia sáng

Lời giải chi tiết:

a) Góc giới hạn: $i_{th}={133}^o-{90}^o={43}^o$

b) Ta có:

$\begin{array}{c}\sin i_{th}=\frac{n_2}{n_1}\\ \Rightarrow \sin {30}^o=\frac{1}{n_X}\Rightarrow n_X\approx 1,47\end{array}$_.