Giải Vật Lí 11 Bài 27: Phản xạ toàn phần

48 lượt xem

Bài trước

Bài sau

Chúng tôi giới thiệu Giải bài tập Vật Lí lớp 11 Bài 27: Phản xạ toàn phần chính xác, chi tiết nhất giúp học sinh dễ dàng làm bài tập Phản xạ toàn phần lớp 11.

Giải bài tập Vật Lí lớp 11 Bài 27: Phản xạ toàn phần

Trả lời câu hỏi giữa bài

Trả lời câu C1 trang 168 SGK Vật lí 11: Tại sao mặt cong của bán trụ, chùm tia hẹp truyền theo phương bán kính lại truyền thẳng?
Lời giải:

Ở mặt cong của bán trụ, chùm tia hẹp truyền theo phương bán kính là trùng với pháp tuyến của mặt cong tại điểm đó => có góc tới I = 0 => góc r = 0 => tia không bị khúc xạ => truyền thẳng.

Trả lời câu C2 trang 168 SGK Vật lí 11: Vận dụng tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng, hãy nêu ra các kết quả khi ánh sáng truyền vào môi trường chiết quang hơn.

Lời giải:

Theo tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng, khi ánh sáng truyền từ môi trường chiết quang kém ( có chiết suất n1 ) vào môi trường chiết quang hơn ( có chiết suất n2 ) ta có: n1 sini=n2 sinr

Vì n1 r, Mà imax = 90o => rmax < 90o

Kết quả:

* Luôn có tia khúc xạ => không có phản xạ toàn phần.

* Góc khúc xạ r luôn nhỏ hơn góc tới i.

* Tia khúc xạ luôn sát pháp tuyến của mặt phân cách hơn so với tia tới.

Câu hỏi và bài tập (trang 172, 173 sgk Vật lí 11)

Bài 1 trang 172 SGK Vật lí 11: Thế nào là phản xạ toàn phần? Nêu điều kiện để có phản xạ toàn phần?

Lời giải:

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.

Khi có phản xạ toàn phần thì không có tia khúc xạ.

Ta gọi là toàn phần để phân biệt với phản xạ một phần luôn xảy ra đi kèm với sự khúc xạ.

2. Điều kiện để có phản xạ toàn phần.

a) Ánh sáng truyền từ một môi trường chiết quang tới môi trường chiết quang kém hơn: n2 < n1

b) Góc tới lớn hơn hoặc bằng góc giới hạn: i ≥ igh

Với $\sin i_{g h} = \frac{n_{2}}{n_{1}}$

Bài 2 trang 172 SGK Vật lí 11: So sánh phản xạ toàn phần với phản xạ thông thường ?

Lời giải:

• Giống nhau:

- Tia phản xạ đều truyền ngược lại được môi trường đầu

- Đều tuân theo định luật phản xạ.

• Khác nhau:

PHẢN XẠ TOÀN PHẦN

PHẢN XẠ THÔNG THƯỜNG

+ Cường độ của tia phản xạ toàn phần lớn bằng cường độ tia tới

+ Điều kiện xảy ra: Phản xạ toàn phần chỉ xảy ra khi

tia sáng đi từ môi trường chiết quang hơn sang môi

trường chiết quang kém và góc tới i > igh.

+ Cường độ của tia sáng phản xạ thông thường nhỏ hơn cường độ tia tới.

+ Tia phản xạ thông thường xảy ra khi gặp mặt phẳng nhẵn dưới mọi góc.

Bài 3 trang 172 SGK Vật lí 11: Cáp quang là gì? Hãy cho biết cấu tạo của cáp quang. Nêu một vài ứng dụng.

Lời giải:

+ Cấu tạo

Cáp quang là bó sợi quang. Mỗi sợi quang là một dây trong suốt có tính dẫn sáng nhờ phản xạ toàn phần. Sợi quang gồm hai phần chính:

- Phần lõi trong suốt bằng thủy tinh siêu sạch có chiết suất lớn (n1).

- Phần vỏ bọc cũng trong suốt, bẳng thủy tinh có chiết suất n2 nhỏ hơn phần lõi.

Phản xạ toàn phần xảy ở mặt phân cách giữa lõi và vỏ làm cho ánh sáng truyền đi được theo sợi quang.

Ngoài cùng là một số lớp vỏ bọc bằng nhựa dẻo để tạo cho cáp độ bền và độ dai cơ học.

+ Ứng dụng của cáp quang:

Trong công nghệ thông tin, cáp quang được dùng để truyền thông tin, dữ liệu dưới dạng tín hiệu ánh sáng.

Trong nội soi y học.

Bài 4 trang 172 SGK Vật lí 11: Giải thích tại sao kim cương và pha lê sáng lóng lánh. Người ta tạo ra nhiều mặt cho viên kim cương hay các vật bằng pha lê để làm gì?

Lời giải:

* Kim cương và pha lê sáng lóng lánh vì nó có thể phản xạ toàn phần ánh sáng.

* Người ta tạo ra nhiều mặt cho kim cương hay các vật bằng pha lê để làm cho chùm tia tới có nhiều khả năng phản xạ toàn phần dưới các góc tới khác nhau ứng với các mặt khác nhau, làm cho kim cương và pha lê lóng lánh hơn.

Bài 5 trang 172 SGK Vật lí 11: Một chùm tia sáng hẹp truyền từ môi trường (1) chiết suất n1 tới mặt phẳng phân cách với môi trường (2) chiết sất n2. Cho bết 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 sini > $\frac{n_{1}}{n_{2}}$

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

D. Không trường hợp nào đã nêu.

Phương pháp giải:

Điều kiện để có phản xạ toàn phần:

Giải Vật Lí 11 Bài 2: Khí hậu châu Á (ảnh 1)

Lời giải:

Đáp án D.

Do n1 < n2 nên không có trường hợp nào đã nêu có hiện tượng phản xạ toàn phần.

Bài 6 trang 172 SGK Vật lí 11: 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.

Giải Vật Lí 11 Bài 2: Khí hậu châu Á (ảnh 2)

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

Phương pháp giải:

+ Công thức định luật khúc xạ ánh sáng: n1sini = n2sinr

+ Điều kiện để có phản xạ toàn phần:

Giải Vật Lí 11 Bài 2: Khí hậu châu Á (ảnh 3)

Lời giải:

Đáp án A.

Giải Vật Lí 11 Bài 2: Khí hậu châu Á (ảnh 4)

∆ABC vuông cân tại A

$S I ⊥ B C \Rightarrow$ Tia SI truyền thẳng vào môi trường trong suốt ABC mà không bị khúc xạ => góc tới i ở mặt AC bằng 450

Để tia sáng phản xạ toàn phần ở mặt AC thì:

Bài 7 trang 173 SGK Vật lí 11: Có ba môi trường trong suốt. Với cùng góc tới:

- Nếu tia sáng truyền từ (1) vào (2) thì góc khúc xạ là 30o.

- Nếu tia sáng truyền từ (1) vào (3) thì góc khúc xạ là 45o.

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

A. 30o.

B. 42o.

C. 45o.

D. Không tính được.

Phương pháp giải:

+ Công thức của định luật khúc xạ ánh sáng: n1sini = n2sinr

+ Điều kiện để có phản xạ toàn phần:

Giải Vật Lí 11 Bài 2: Khí hậu châu Á (ảnh 8)

Lời giải:

+ Nếu tia sáng truyền từ (1) vào (2) thì góc khúc xạ là 30o

Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng, ta có: n1sini = n2sin30o (1)

+ Nếu tia sáng truyền từ (1) vào (3) thì góc khúc xạ là 45o

Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng, ta có: n1sini = n3sin 45o (2)

+ Từ (1) và (2) suy ra:

+ Góc giới hạn phản xạ toàn phần ở mặt phân cách (2) và (3):

Giải Vật Lí 11 Bài 2: Khí hậu châu Á (ảnh 10)

Bài 8 trang 173 SGK Vật lí 11: Một khối bán trụ trong suốt có chiết suất n = 1,41 ≈ √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 α.

Giải Vật Lí 11 Bài 2: Khí hậu châu Á (ảnh 11)

a) α = 60o; b) α = 45o; c) α = 300.

Phương pháp giải:

+ Công thức của định luật khúc xạ ánh sáng: n1sini = n2sinr

+ Điều kiện để có phản xạ toàn phần:

Giải Vật Lí 11 Bài 2: Khí hậu châu Á (ảnh 12)

Lời giải:

a) α = 600 => i = 90 – α = 300.

Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng ta có: nsini = sinr

Giải Vật Lí 11 Bài 2: Khí hậu châu Á (ảnh 13)

Giải Vật Lí 11 Bài 2: Khí hậu châu Á (ảnh 14)

b) α = 450 => i = 90 – α = 450.

Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng ta có: nsini = sinr

Giải Vật Lí 11 Bài 2: Khí hậu châu Á (ảnh 15)

Giải Vật Lí 11 Bài 2: Khí hậu châu Á (ảnh 16)

c) α = 300 => i = 90 – 30 = 600.

Góc giới hạn phản xạ toàn phần:

Giải Vật Lí 11 Bài 2: Khí hậu châu Á (ảnh 17)

Ta có: $i = 60^{0} > i_{g h} \Rightarrow$ xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần.

Bài 9 trang 173 SGK Vật lí 11: Một sợi quang hình trụ, lõi có chiết suất n1 = 1,50. Phần vỏ bọc có chiết suất n2 = 1,41≈ √2 . Chùm tia tới hội tụ ở mặt trước của sợi với góc 2α như Hình 27.12. Xác định α để các tia sáng của chùm truyền đi được trong ống.

Giải Vật Lí 11 Bài 2: Khí hậu châu Á (ảnh 18)

Phương pháp giải:

+ Công thức định luật khúc xạ ánh sáng: n1sini = n2sinr

+ Điều kiện để có phản xạ toàn phần:

Giải Vật Lí 11 Bài 2: Khí hậu châu Á (ảnh 19)

Lời giải:

+ Điều kiện để các tia sáng trong chùm đều truyền đi được trong ống là phải thỏa mãn điều kiện phản xạ toàn phần tại mặt phân cách của phần lõi và phần vỏ bọc của nó.

Giải Vật Lí 11 Bài 2: Khí hậu châu Á (ảnh 20)