Giải bài 1 2 3 4 5 6 7 8 9 trang 166 167 sgk Vật Lí 11

Nội Dung

Hướng dẫn giải Bài 26. Khúc xạ ánh sáng sgk Vật Lí 11. Nội dung bài Giải bài 1 2 3 4 5 6 7 8 9 trang 166 167 sgk Vật Lí 11 bao gồm đầy đủ phần lý thuyết, câu hỏi và bài tập, đi kèm công thức, định lí, chuyên đề có trong SGK để giúp các em học sinh học tốt môn vật lý 11, ôn thi tốt nghiệp THPT quốc gia.

LÍ THUYẾT

I – Sự khúc xạ ánh sáng

1. Hiện tượng khúc xạ ánh sáng

Khúc xạ ánh sáng là hiện tượng lệch phương (gãy) của các tia sáng khi truyền xiên góc qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt khác nhau.

2. Định luật khúc xạ ánh sáng

Từ hình vẽ, ta gọi: SI: tia tới; I: điểm tới; N’IN: pháp tuyến với mặt phân cách tại I; IR: tia khúc xạ; i: góc tới; r: góc khúc xạ.

Khi thay đổi góc tới i, thực nghiệm cho kết quả sau đây được gọi là định luật khúc xạ ánh sáng.

– Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới (tạo bởi tia tới và tia pháp tuyến) và ở phía bên kia pháp tuyến so với tia tới.

– Với hai môi trường trong suốt nhất định, tỉ số giữa sin góc tới (sini) và sin góc khúc xạ (sinr) luôn không đổi $\frac{sini}{sinr}$ = hằng số. (26.1)

II – Chiết suất của môi trường

1. Chiết suất tỉ đối

Tỉ số không đổi $\frac{sini}{sinr}$ trong hiện tượng khúc xạ được gọi là chiết suất tỉ đối n₂₁ của môi trường (2), (chứa tia khúc xạ) đối với môi trường (1) (chứa tia tới)

$\frac{sini}{sinr}$ = n₂₁(26.2)

– Nếu n₂₁ > 1 thì r < i: Tia khúc xạ bị lệch lại gần pháp tuyến hơn. Ta nói môi trường (2) chiết quang hơn môi trường (1)

– Nếu n₂₁ < 1 thì r > i: tia khúc xạ bị lệch xa pháp tuyến hơn. Môi trường (2) chiết quang kém hơn môi trường (1).

2. Chiết suất tuyệt đối

Chiết suất tuyệt đối (thường gọi tắt là chiết suất) của môi trường là chiết suất tỉ đối của môi trường đó đối với chân không.

Như vậy chiết suất của chân không là 1.

Chiết suất của không khí là 1,000293 nên thường được làm tròn là 1, nếu không cần độ chính xác cao.

Mọi môi trường trong suốt đều có chiết suất tuyệt đối lớn hơn 1.

Có thể thiết lập được hệ thức: n₂₁ = $\frac{n_{2}}{n_{1}}$ (26.3)

trong đó n₂ là chiết suất tuyệt đối của môi trường (2); n₁ là chiết suất tuyệt đối của môi trường (1).

Chiết suất tuyệt đối của một môi trường liên hệ với vận tốc: n = $\frac{C}{v}$, trong đó C là vận tốc ánh sáng trong chân không, v là vận tốc ánh sáng trong môi trường.

Chiết suất của không khí được tính gần đúng bằng 1, còn mọi môi trường trong suốt khác đều có chiết suất lớn hơn 1.

Dạng đối xứng của định luật khúc xạ là ${n_1}\sin i = {n_2}\sin r$.

III – Tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng

Thí nghiệm cho thấy (Ở hình 26.1) nếu đảo chiều, cho ánh sáng truyền từ nước ra không khí theo tia RI thì nó khúc xạ vào không khí theo tia IS. Như vậy ánh sáng truyến đi theo đường nào thì cũng truyền ngược lại theo đường đó.

Đây chính là tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng.

Từ tính thuận nghịch, ta suy ra: n₁₂ = $\frac{1}{n_{21}}$

Tính thuận nghịch này cũng biểu hiện ở sự truyền thẳng và sự phản xạ.

CÂU HỎI (C)

1. Trả lời câu hỏi C1 trang 164 Vật Lý 11

Viết công thức của định luật khúc xạ với các góc nhỏ (<10^o).

Trả lời:

Biểu thức định luật khúc xạ ánh sáng: $\dfrac{{\sin i}}{{\sin r}} = {n_{21}} = \dfrac{{{n_2}}}{{{n_1}}}\\$

Hay ${n_1}\sin i = {n_2}\sin r$

Nếu $i,r < {10^0}$ thì $\sin i \approx i;\,\,\sin r \approx r$

Công thức của định luật khúc xạ với các góc nhỏ (<10^o) là: $n_1i=n_2r$

2. Trả lời câu hỏi C2 trang 164 Vật Lý 11

Áp dụng định luật khúc xạ cho trường hợp i = 0^o. Kết luận.

Trả lời:

Công thức của định luật khúc xạ: ${n_1}\sin i = {n_2}\sin r$

Trường hợp i = 0^o⇒ r = 0

Kết luận: Tia sáng qua mặt phân cách của hai môi trường có phương theo phương vuông góc với mặt phân cách không bị khúc xạ (hay nói cách khác: Tia sáng qua mặt phân cách giữa hai môi trường thep phương vuông góc với mặt phân cách thì truyền thẳng)

3. Trả lời câu hỏi C3 trang 164 Vật Lý 11

Hãy áp dụng công thức của định luật khúc xạ cho sự khúc xạ liên tiếp vào nhiều môi trường có chiết xuất lần lượt là: n₁, n₂,…,n_n và có các mặt phân cách song song với nhau.

Trả lời:

Từ hình 26.1, áp dụng định luật khúc xạ ta có:

$\begin{array}{l}{n_1}\sin {i_1} = {n_2}\sin {r_1}\,\,\,\,\,\,\,\,\,\left( 1 \right)\\{n_2}\sin {i_2} = {n_3}\sin {r_3}\,\,\,\,\,\,\,\,\,\left( 2 \right)\\………\\{n_n}\sin {i_n} = {n_{n – 1}}\sin {r_{n – 1}}\,\,\,\,\,\,\,\,\,\left( n \right)\end{array}$

Vì các mặt phân cách song song với nhau nên:

${r_1} = {i_2};\,\,{r_2} = {i_3};\,\,{i_3} = {r_4};…..;{r_{n – 1}} = {i_n}$

Từ (1); (2); (3)…suy ra:

${n_1}\sin {i_1} = {n_2}\sin {i_2} = {n_3}\sin {i_3} = {n_n}\sin {i_n}\,$

CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP

Dưới đây là phần Hướng dẫn Giải bài 1 2 3 4 5 6 7 8 9 trang 166 167 sgk Vật Lí 11 đầy đủ và ngắn gọn nhất. Nội dung chi tiết bài giải (câu trả lời) các câu hỏi và bài tập các bạn xem sau đây:

❓

1. Giải bài 1 trang 166 Vật Lý 11

Thế nào là hiện tượng khúc xạ ánh sáng? Phát biểu định luật khúc xạ ánh sáng?

Trả lời:

– Hiện tượng khúc xạ ánh sáng: Khúc xạ ánh sáng là hiện tượng lệch phương (gãy) của các tia sáng khi truyền xiên góc qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt khác nhau.

– Định luật khúc xạ ánh sáng:

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

+ Với hai môi trường trong suốt nhất định, tỉ số giữa sin góc tới (sini) và sin góc khúc xạ (sinr) luôn luôn không đổi:

$\frac{sini}{sinr}$ = hằng số

2. Giải bài 2 trang 166 Vật Lý 11

Chiết suất tỉ đối n₂₁ của môi trường (2) đối với môi trường (1) là gì ?

Trả lời:

Ta có: $\frac{sini}{sinr}$ = n₂₁

n₂₁gọi là chiết suất tỉ đối của môi trường (2) chứa tia khúc xạ đối với môi trường (1) chưa tia tới.

– Nếu n₂₁ > 1 , r < i ⇒ môi trường khúc xạ (2) chiết quang hơn môi trường tới (1).

– Nếu n₂₁ < 1 , r > i ⇒ môi trường khúc xạ (2) chiết quang kém môi trường tới (1).

Chiết suất tỉ đối n₂₁ của môi trường (2) đối với môi trường (1) được tính bằng tỉ số chiết suất tuyệt đối của môi trường (2) đối môi trường (1) hay tỉ số vận tốc ánh sáng truyền trong môi trường (1) đối với môi trường (2).

3. Giải bài 3 trang 166 Vật Lý 11

Chiết suất tuyệt đối n của một môi trường là gì ? Viết hệ thức liên hệ giữa chiết suất tỉ đối và chiết suất tuyệt đối.

Trả lời:

Chiết suất tuyệt đối của một môi trường là chiết suất tỉ đối của môi trường đó đối với chân không.

Mối liên hệ giữa chiết suất tỉ đối và chiết suất tuyệt đối:

${n_{21}} = {{{n_2}} \over {{n_1}}}$

4. Giải bài 4 trang 166 Vật Lý 11

Thế nào là tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng?

Chứng tỏ: n₁₂ = $\frac{1}{n_{21}}$

Nước có chiết suất là $\frac{4}{3}$. Chiết suất của không khí đối với nước là bao nhiêu?

Trả lời:

Công thức của định luật khúc xạ: ${n_1}\sin i = {n_2}\sin r$

→ Trường hợp i = 0^o⇒ r = 0

Tia sáng qua mặt phân cách của hai môi trường theo phương vuông góc với mặt phân cách không bị khúc xạ.

Ta có: n₁₂ = $\frac{sin r}{sin i}$ = $\frac{1}{\left ( \frac{sin i}{sin r} \right )}$ = $\frac{1}{n_{21}}$

Chiết suất của không khí đối với nước: n_kk-n = $\frac{3}{4}$ = 0,75

?

1. Giải bài 5 trang 166 Vật Lý 11

Một tia sáng truyền đến mặt thoáng của nước. Tia này cho một tia phản xạ ở mặt thoáng và một tia khúc xạ.

Người vẽ các tia sáng này quên ghi lại chiều truyền trong hình 26.7. Tia nào dưới đây là tia tới?

A. Tia S₁I.

B. Tia S₂I.

C. Tia S₃I.

D. S₁I; S₂I; S₃I đều có thể là tia tới.

Bài giải:

Ta có:

– Tia S₂I là tia tới.

– Tia IS₁ là tia phản xạ.

– Tia IS₃ là tia khúc xạ.

⇒ Đáp án: B.

2. Giải bài 6 trang 166 Vật Lý 11

Tia sáng truyền từ nước và khúc xạ ra không khí. Tia khúc xạ và tia phản xạ ở mặt nước vuông góc với nhau. Nước có chiết suất là $\frac{4}{3}$. Góc tới của tia sáng là bao nhiêu (tính tròn số)?

A. 37^o ; B. 42^o; C. 53^o

D. Một giá trị khác A, B, C.

Bài giải:

Ví dụ:

Ta có:

+ Tia tới SI, tia phản xạ IS’ và tia khúc xạ IR.

+ Góc tới, góc phản xạ và góc khúc xạ lần lượt là: $i = \widehat {SIN};i’ = \widehat {N{\rm{IS}}’};r = \widehat {N'{\rm{IR}}}$

+ Theo đề bài ta có, tia khúc xạ và tia phản xạ ở mặt nước vuông góc với nhau ⇒ $\widehat {S'{\rm{IR}}} = {90^0}$

Lại có:

$\begin{array}{l}i’ + \widehat {S’IR} + r = {180^0}\\ \Rightarrow i’ + r = {180^0} – {90^0} = {90^0}\end{array}$

+ Theo định luật phản xạ ánh sáng, ta có góc tới bằng góc phản xạ $i = i’$

Ta suy ra: $i + r = {90^0} \Rightarrow r = {90^0} – i$

+ Theo định luật khúc xạ ánh sáng, ta có:

$\begin{array}{l}{n_1}\sin i = {n_2}{\mathop{\rm s}\nolimits} {\rm{inr}} \Leftrightarrow \dfrac{4}{3}\sin i = 1.\sin \left( {{{90}^0} – i} \right)\\ \Leftrightarrow \dfrac{4}{3}\sin i = \cos i \Rightarrow \tan i = \dfrac{3}{4} \Rightarrow i \approx {37^0}\end{array}$

⇒ Đáp án: A.

3. Giải bài 7 trang 166 Vật Lý 11

Có ba môi trường trong suốt (1), (2), (3). Với cùng góc tới i, một tia sáng khúc xạ như hình 26.8 khi truyền từ (1) vào (2) và từ (1) vào (3).

Vẫn với góc tới i, khi tia sáng truyền từ (2) vào (3) thì góc khúc xạ là bao nhiêu (tính tròn số)?

A. 22^o.. B. 31^o. C. 38^o.

D. Không tính được, vì thiếu yếu tố.

Bài giải:

Khi tia sáng truyền từ môi trường (1) vào môi trường (2): n₁sini = n₂sin45 (1)

Khi tia sáng truyền từ môi trường (1) vào môi trường (3): n₁sini = n₃sin30 (2)

Từ (1) và (2) $ \Rightarrow {{{n_2}\sin 45} \over {{n_3}\sin 30}} = 1 \Rightarrow {{{n_2}} \over {{n_3}}} = {{\sin 30} \over {\sin 45}}$

Khi tia sáng truyền từ môi trường (2) vào môi trường (3) ta có:

${n_2}\sin i = {n_3}{\mathop{\rm s}\nolimits} {\rm{inr}} \Rightarrow {\mathop{\rm s}\nolimits} {\rm{inr}} = {{{n_2}} \over {{n_3}}}\sin i = {{\sin 30} \over {\sin 45}}.\sin i$

Góc tới i chưa biết ⇒ không tính được góc khúc xạ r khi tia sáng truyền từ (2) vào (3).

⇒ Đáp án: D.

4. Giải bài 8 trang 167 Vật Lý 11

Một cái thước được cắm thẳng đứng vào bình nước có đáy phẳng, ngang. Phần thước nhô khỏ mặt nước là 4 cm. Chếch ở trên có một ngọn đèn. Bóng của thước trên mặt nước dài 4 cm và ở đáy dài 8 cm.

Tính chiều sâu của nước trong bình. Chiết suất của nước là $\frac{4}{3}$.

Bài giải:

Ví dụ:

Ta có:

+ Phần thước nhô khỏi mặt nước: SA = 4cm

+ Bóng của thước trên mặt nước: AI = 4cm

+ Bóng của thước ở đáy: BC = 8cm.

+ Chiều sâu của nước trong bình: IH

BC = BH + HC ⇒ HC = BC – BH = BC – AI = 8 – 4 = 4cm.

∆SAI vuông tại A, có SA = AI

⇒ ∆SAI vuông cân tại A $ \Rightarrow \widehat {AIS} = {45^0} \Rightarrow i = {45^0}$

Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng ta có:

$\sin i = n\sin r \Leftrightarrow \sin 45 = \displaystyle{4 \over 3}{\mathop{\rm s}\nolimits} {\rm{inr}} \Rightarrow {\mathop{\rm s}\nolimits} {\rm{inr}} = {3 \over 4}\sin 45 $

$\Rightarrow r = {32^0}$

∆IHC vuông tại H có:

$\tan r = \displaystyle{{HC} \over {IH}} \Rightarrow IH = {{HC} \over {{\mathop{\rm t}\nolimits} {\rm{anr}}}} = {4 \over {\tan 32}} \approx 6,4cm$

5. Giải bài 9 trang 167 Vật Lý 11

Một tia sáng được chiếu đến điểm giữa của mặt trên một khối lập phương trong suốt, chiết suất n = 1,50 (Hình 29.6). Tính góc tới i lớn nhất để tia khúc xạ vào trong khối còn gặp mặt đáy của khối.

Bài giải:

Gọi độ dài cạnh hình lập phương là a.

Theo định luật khúc xạ ánh sáng, ta có: $1.\sin i = n{\mathop{\rm s}\nolimits} {\rm{inr}}$

Khi ${i_{max}}$ thì ${r_{max}}$

Ta có, ${r_{max}}$ khi tia khúc xạ đến một đỉnh ở đáy của khối lập phương.

Từ hình vẽ, ta có:

${\mathop{\rm s}\nolimits} {\rm{in}}{{\rm{r}}_{{\rm{max}}}} = \dfrac{{OA}}{{AI}} = \dfrac{{0,5{\rm{a}}\sqrt 2 }}{{\sqrt {{a^2} + {{(0,5{\rm{a}}\sqrt 2 )}^2}} }} = \dfrac{1}{{\sqrt 3 }}$

$ \to \sin {i_{{\rm{max}}}} = n{\mathop{\rm s}\nolimits} {\rm{in}}{{\rm{r}}_{{\rm{max}}}} = 1,5.\dfrac{1}{{\sqrt 3 }} \to {i_{{\rm{max}}}} = {60^0}$

Bài trước:

Giải bài 1 2 3 4 5 6 7 8 trang 157 sgk Vật Lí 11

Bài tiếp theo:

Giải bài 1 2 3 4 5 6 7 8 9 trang 172 173 sgk Vật Lí 11

Xem thêm:

Trên đây là phần Hướng dẫn Giải bài 1 2 3 4 5 6 7 8 9 trang 166 167 sgk Vật Lí 11 đầy đủ, ngắn gọn và dễ hiểu nhất. Chúc các bạn làm bài môn Vật lý 11 tốt nhất!

“Bài tập nào khó đã có giaibaisgk.com“