Giải SBT KHTN 9 KNTT Bài 6. Phản xạ toàn phần
9 câu hỏi
Khi ánh sáng truyền từ môi trường có chiết suất n, tới môi trường có chiết suất n2 thì điều kiện để xảy ra phản xạ toàn phần tại mặt phân cách giữa hai môi trường này là:
A. Chỉ cần n1 > n2.
B. Chỉ cần góc tới lớn hơn hoặc bằng góc tới hạn: i≥ith.
C. n1 > n2 và góc tới lớn hơn hoặc bằng góc tới hạn: i≥ith.
D. n1 > n2 và góc tới nhỏ hơn hoặc bằng góc tới hạn: i≥ ith.
Đáp án đúng là: C
Khi ánh sáng truyền từ môi trường có chiết suất n, tới môi trường có chiết suất n2 thì điều kiện để xảy ra phản xạ toàn phần tại mặt phân cách giữa hai môi trường này là n1 > n2 và góc tới lớn hơn hoặc bằng góc tới hạn: i≥ith.
Ghép nội dung ở cột bên trái với nội dung tương ứng ở cột bên phải để có một phát biểu đúng và đầy đủ.
1. Ánh sáng truyền từ môi trường có chiết suất n1 sang môi trường n2 (n1 > n2) và góc tới lớn hơn góc tới hạn (i > ith) là |
| a) luôn xảy ra không cần điều kiện về áp suất. |
2. Khi có tia khúc xạ truyền gần sát mặt phân cách hai môi trường thì có thể kết luận |
| b) điều kiện để có phản xạ toàn phản xạ toàn phần. |
3. Nếu có phản xạ toàn phần khi ánh sáng truyền từ môi trường (1) vào môi trường (2) thì có thể kết luận |
| c) cả hai hiện tượng đều tuân theo định luật phản xạ ánh sáng. |
4. Phản xạ toàn phần và phản xạ thông thường giống nhau ở tính chất là |
| d) không thể có phản xạ toàn phần khi đảo chiều truyền của ánh sáng. |
| e) góc tới có giá trị coi như bằng góc tới hạn. |
1 – b; 2 – e; 3 – d; 4 – c.
Tia sáng truyền từ không khí vào chất lỏng với góc tới i = 60° thì góc khúc xạ r = 30°. Khi chiếu tia sáng đó từ chất lỏng ra không khí, muốn có phản xạ toàn phần thì góc tới i phải thoả mãn điều kiện nào dưới đây? Cho biết sin 35,26°≈0,58.
A. i > 42°.
B. i < 42°.
C. i > 35,26°.
D. i > 28,5°.
Đáp án đúng là: C
Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng, ta có: n1sini = n2sinr
⇒n2n1=sinisinr=sin 60°sin 30°=3212=3
Góc tới hạn khi ánh sáng truyền từ chất lỏng ra không khí là:
sin ith=n1n2=13⇒ith≈35,26°
Vậy khi chiếu tia sáng đó từ chất lỏng ra không khí, muốn có phản xạ toàn phần thì góc tới i phải thoả mãn điều kiện i > 35,26°.
Có tia sáng truyền từ không khí vào ba môi trường (1), (2), (3) như Hình 6.1.
Phản xạ toàn phần có thể xảy ra khi ánh sáng truyền trong cặp môi trường nào sau đây?
A. Từ (2) tới (1).
B. Từ (1) tới (2).
C. Từ (3) tới (1).
D. Từ (3) tới (2).
Đáp án đúng là: B
Phản xạ toàn phần có thể xảy ra khi ánh sáng truyền trong cặptừ (1) tới (2).
Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng, ta có:
Môi trường (1): nsini = n1sinr1
Môi trường (2): nsini = n2sinr2
→ n1sinr1 = n2sinr2
Nhìn vào hình vẽ thấy r1 < r2 nên sinr1 < sinr2 do đó n1 > n2.
Phản xạ toàn phần đều xảy ra khi ánh sáng truyền trong môi trường (1) và (2) nên phản xạ toàn phần có thể xảy ra khi ánh sáng truyền trong cặptừ (1) tới (2).
Tương tự: Phản xạ toàn phần có thể xảy ra khi ánh sáng truyền trong cặptừ (2) tới (3) hoặc từ (1) tới (3).
Ba môi trường trong suốt là không khí và hai môi trường khác có các chiết suất tuyệt đối n1, n2 (với n2 > n1). Lần lượt cho ánh sáng truyền đến mặt phân cách của tất cả các cặp môi trường có thể tạo ra. Biểu thức nào sau đây không thể là sin của góc tới hạn ith đối với cặp môi trường tương ứng?
A. n2n1.
B. 1n1.
C. 1n2.
D. n1n2.
Đáp án đúng là: A
Trong bài toán này, chúng ta có 3 môi trường: không khí (giả sử chiết suất gần bằng 1), môi trường 1 (chiết suất n1) và môi trường 2 (chiết suất n2 với n2 > n1). Có 3 cặp môi trường có thể tạo ra:
- Không khí - môi trường 1: Ánh sáng truyền từ không khí (chiết suất nhỏ hơn) sang môi trường 1 (chiết suất lớn hơn). Trong trường hợp này, sẽ không có góc tới hạn. Bởi vì ánh sáng luôn bị khúc xạ khi truyền từ môi trường chiết suất nhỏ sang môi trường chiết suất lớn.
- Không khí - môi trường 2: Tương tự như trường hợp 1, sẽ không có góc tới hạn.
- Môi trường 1 - môi trường 2: Ánh sáng truyền từ môi trường 1 (chiết suất nhỏ hơn) sang môi trường 2 (chiết suất lớn hơn). Trong trường hợp này, sẽ có góc tới hạn.
Công thức tính góc tới hạn: sin ith=n2n1.
Vậy biểu thức n2n1 không thể là sin của góc tới hạn ith đối với cặp môi trường tương ứng.
Có ba môi trường trong suốt (1), (2) và (3). Với cùng một góc tới, nếu ánh sáng đi từ môi trường (1) vào môi trường (2) thì góc khúc xạ là 30°, nếu ánh sáng đi từ môi trường (1) vào môi trường (3) thì góc khúc xạ là 45°. Cho biết sin30° = 0,5; sin45° = 22.
a) Trong hai môi trường (2) và (3), tốc độ ánh sáng truyền trong môi trường nào lớn hơn?
b) Tính góc tới hạn phản xạ toàn phần giữa hai môi trường (2) và (3).
Đáp án đúng là: C
a) n1sini = n2sin300 = n3sin450
⇒n2n3=sin 45°sin 30°=2212=2>1.
Vì n2 > n3 và nên v3 > v2, tốc độ ánh sáng truyền trong môi trường (3) lớn hơn môi trường (2).
b) sin ith=sin 30°sin 45°=22⇒ith=45°.
Một khối thuỷ tinh có tiết diện thẳng như Hình 6.2 đặt trong không khí, ABCD là hình vuông, CDE là tam giác vuông cân. Trong mặt phẳng của tiết diện thẳng, chiếu một chùm tia sáng đơn sắc hẹp SI vuông góc với DE (IE < ID). Biết chiết suất của thuỷ tinh là n = 1,5. Vẽ đường đi của tia sáng trong khối thuỷ tinh. Phương của tia ló hợp với pháp tuyến của mặt mà tia sáng ló ra một góc bằng bao nhiêu độ?
Tia SI truyền thẳng tới mặt EC tại J.
Ta có: sin ith=1n=23⇒ith≈42°
Đường truyền của tia sáng được mô tả hình trên. Góc tới tại điểm J: iJ = 450 > ith nên có phản xạ toàn phần.
Tia phản xạ từ J sẽ lần lượt phản xạ toàn phần tại K, L, M trên DA, AB, BC rồi ló ra khỏi DE ở N theo phương vuông góc với DE. Do đó, MN//SI, tức là MN hợp với pháp tuyến của DE một góc là 00.
Lõi của một sợi quang hình trụ (Hình 6.3) có chiết suất n1 = 1,5 và phần bọc ngoài có chiết suất n2 = 1,41. Tia sáng truyền đi được trong sợi quang với góc tới a = 29°.
a) Tính các góc r và i.
b) Tính góc tới hạn phản xạ toàn phần giữa lớp vỏ và lõi.
a) Ta có: sinr=sin αn1=sin 29°1,5=0,481,5=0,32⇒r=18,66°⇒i=71,34°.
b) sin ith=n2n1=1,411,5⇒ith≈70,05°
Một cái đinh được cắm vuông góc vào tâm O của một tấm gỗ hình tròn có bán kính R = 0,05 m. Tấm gỗ được thả nổi trên mặt thoáng của một chậu nước (Hình 6.4). Đầu A của đinh ở trong nước. Cho chiết suất của nước là n=43.
a) Cho chiều dài OA của đinh ở trong nước là 8,7 cm. Hỏi đặt mắt ở trong không khí nhìn đầu đinh theo phương đi sát mép gỗ sẽ thấy đầu đinh ở cách mặt nước một khoảng bao nhiêu?
b) Cho chiều dài OA giảm dần. Xác định khoảng cách OA để mắt không còn nhìn thấy đầu A của đinh.
a)
Theo hình trên ta có:
tan α=OAR=8,75≈1,73⇒α≈60°⇒i=90°-α=30°sinr=nsini=43sin30°=43.0,5=23⇒r=41,8°
Vậy tanr = tan 41,8°≈0,89
Lại có: tanr=OBOA'⇒OA'=OBtan 41,8°=0,05tan 41,8°=0,050,89≈0,056m.
b)
Theo hình trên ta có, nếu cho chiều dài OA giảm dần thì góc tới i sẽ tăng dần. Khi i≥ith thì tia sáng sẽ phản xạ toàn phần, không có tia khúc xạ ló ra không khí. Khi đó, mắt không còn nhìn thấy đầu A của đinh nữa:
sin ith=1n=34⇒ith≈48,6°
Từ Hình 6.3G, ta xác định được:
OA=OBtanOAB=OBtan ith=OBtan 48,6°=51,13≈4,4cm.
