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

Nội Dung

Hướng dẫn giải Bài 27. Phản xạ toàn phần sgk Vật Lí 11. Nội dung bài Giải bài 1 2 3 4 5 6 7 8 9 trang 172 173 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 truyền ánh sáng vào môi trường chiết quang kém hơn (n₁ > n₂)

1. Thí nghiệm

Ta cho một chùm tia sáng hẹp truyền từ khối nhựa trong suốt hình bán trụ vào trong không khí.

Thay đổi độ nghiêng của chùm tia tới (thay đổi góc tới i) và quan sát chùm tia khúc xạ ra không khí. Khi góc tới i ≥ i_gh tia khúc xạ không còn, toàn bộ tia sáng bị phản xạ.

2. Góc giới hạn phản xạ toàn phần

– Khi chùm tia sáng khúc xạ ở mặt phân cách hai môi trường, ta có:

${n_1}\sin i = {n_2}\sin r$ ⇒ $sinr = \dfrac{n_{1}}{n_{2}} sini$

Vì n₁> n₂ nên: sin r > sin i. Do đó r > i.

Chùm tia khúc xạ lệch xa pháp tuyến hơn so với chùm tia tới.

– Khi góc I tăng thì góc r cũng tăng (với r > i ). Do đó, khi r đạt giá trị cực đại 90^o thì i đạt giá trị i_gh gọi là góc giới hạn phản xạ toàn phần, còn gọi là góc tới hạn. Khi đó ta có: n₁sini_gh = n₂sin 90^o.

Suy ra: sin i_gh = $\frac{n_{2}}{n_{1}}$ (27.1)

– Với i > i_gh, nếu áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng, ta có:sinr = sin i > 1 (vô lý )

Điều này phản ánh thực tế là không có tia khúc xạ, toàn bộ tia sáng bị phản xạ ở mặt phân cách. Đó là hiện tượng phản xạ toàn phần.

II – Hiện tượng phản xạ toàn phần

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 tới môi trường chiết quang kém hơn: n₂ < n₁

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

III – Ứng dụng của hiện tượng phản xạ toàn phần : cáp quang

1. 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, bằng 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.

2. Công dụng

Từ những năm 80 của thế kỉ XX, cáp quang đã được ứng dụng vào việc truyền thông tin. Cáp quang có nhiều ưu điểm so với cáp bằng đồng:

– Dung lượng tín hiệu lớn.

– Nhỏ và nhẹ, dễ vận chuyển, dễ uốn.

– Không bị nhiễu bởi các bức xạ điện từ bên ngoài, bảo mật tốt.

– Không có rủi ro cháy (vì không có dòng điện).

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.

CÂU HỎI (C)

1. Trả lời câu hỏi C1 trang 168 Vật Lý 11

Tại sao mặt cong của bán trụ, chùm tia hẹp truyền theo phương bán kính lại truyền thẳng?

Trả lời:

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.

2. Trả lời câu hỏi C2 trang 168 Vật Lý 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.

Trả lời:

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 <n₂ nên i > r, Mà i_max= 90^o⇒ r_max < 90^o

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

Dưới đây là phần Hướng dẫn Giải bài 1 2 3 4 5 6 7 8 9 trang 172 173 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 172 Vật Lý 11

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

Trả lời:

– 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.

– Điều kiện để có phản xạ toàn phần:

+ 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 ≥ i_gh.

2. Giải bài 2 trang 172 Vật Lý 11

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

Trả lời:

– 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 > i_gh.	+ 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.

3. Giải bài 3 trang 172 Vật Lý 11

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

Trả lời:

♦ 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, bằng 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.

4. Giải bài 4 trang 172 Vật Lý 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?

Trả lời:

– 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.

?

1. Giải bài 5 trang 172 Vật Lý 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.

Bài giải:

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

⇒ Đáp án: D.

2. Giải bài 6 trang 172 Vật Lý 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.

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

A. $n \ge \sqrt 2 $.

B. $n < \sqrt 2 $.

C. $1 < n < \sqrt 2 $.

D. Không xác định được.

Bài giải:

Ta có:

∆ABC vuông cân tại A $ \Rightarrow \widehat B = \widehat C = {45^0}$

$SI \bot BC \Rightarrow $ Tia SI truyền thẳng vào môi trường trong suốt ABC mà không bị khúc xạ ⇒ góc tới i ở mặt AC bằng 45⁰

$ \Rightarrow \sin i = \sin 45 = {1 \over {\sqrt 2 }}$

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

$i \ge {i_{gh}} \Rightarrow \sin i \ge \sin {i_{gh}} \Leftrightarrow {1 \over {\sqrt 2 }} \ge {1 \over n} \Rightarrow n \ge \sqrt 2 $

⇒ Đáp án: A.

3. Giải bài 7 trang 173 Vật Lý 11

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

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

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

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

A. 30^o.; B. 42^o. ; C. 45^o.

D. Không tính được.

Bài giải:

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

Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng, ta có: n₁sini = n₂sin30^o (1)

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

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

– Từ (1) và (2) suy ra:

$ \Rightarrow {n_2}\sin 30 = \displaystyle{n_3}\sin 45 \Rightarrow {{{n_3}} \over {{n_2}}} = {{\sin 30} \over {\sin 45}} = {{\sqrt 2 } \over 2}$

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

$sin{i_{gh}} = \displaystyle{{{n_3}} \over {{n_2}}} = {{\sqrt 2 } \over 2} \Rightarrow {i_{gh}} = {45^0}$

⇒ Đáp án: C.

4. Giải bài 8 trang 173 Vật Lý 11

Một khối bán trụ trong suốt có chiết suất $n = 1,41 ≈ \sqrt 2$. 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 α.

a) α = 60^o; b) α = 45^o; c) α = 30^0.

Bài giải:

a) α = 60⁰ ⇒ i = 90 – α = 30⁰.

Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng ta có: $n\sin i = {\mathop{\rm s}\nolimits} {\rm{inr}}$

$\Rightarrow {\mathop{\rm s}\nolimits} {\rm{inr}} = n\sin i = \sqrt 2 .\sin 30 = {{\sqrt 2 } \over 2} \Rightarrow r = {45^0}$

b) α = 45⁰ ⇒ i = 90 – α = 45⁰.

Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng ta có: $n\sin i = {\mathop{\rm s}\nolimits} {\rm{inr}}$

$\Rightarrow {\mathop{\rm s}\nolimits} {\rm{inr}} = n\sin i = \sqrt 2 .\sin 45 = \sqrt 2 .{1 \over {\sqrt 2 }} = 1$

$\Rightarrow r = {90^0}$

c) α = 30⁰ ⇒ i = 90 – 30 = 60⁰.

Góc giới hạn phản xạ toàn phần: $\sin {i_{gh}} = {1 \over {\sqrt 2 }}$

$\Rightarrow {i_{gh}} = {45^0}$

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

5. Giải bài 9 trang 173 Vật Lý 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.

Bài 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.

Từ hình vẽ, ta có điều kiện phản xạ toàn phần tại I’ là: $i \ge {i_{gh}} \Rightarrow \sin i \ge \sin {i_{gh}} = {{{n_2}} \over {{n_1}}}$

Lại có: $\beta = {90^0} – i \Rightarrow c{\rm{os}}\beta = \sin i \ge {{{n_2}} \over {{n_1}}}$

Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng tại I:

$\eqalign{
& \sin \alpha = {n_1}\sin \beta \cr&\;\;\;\;\;\;\;\;= {n_1}\sqrt {1 – c{\rm{o}}{{\rm{s}}^2}\beta } \le {n_1}\sqrt {1 – {{\left( {{{{n_2}} \over {{n_1}}}} \right)}^2}} \cr
& \Rightarrow \sin \alpha \le 1,5\sqrt {1 – {{\left( {{{\sqrt 2 } \over {1,5}}} \right)}^2}}\cr& \Rightarrow \sin \alpha \le 0,5 \Rightarrow \alpha \le {30^0} \cr} $.

Bài trước:

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

Bài tiếp theo:

Giải bài 1 2 3 4 5 6 7 trang 179 sgk Vật Lí 11

Xem thêm:

Trên đây là phần Hướng dẫn Giải bài 1 2 3 4 5 6 7 8 9 trang 172 173 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“