Khi quan sát một chiếc thìa bên trong cốc nước, ta sẽ có cảm giác như chiếc thìa bị gãy. Nhưng thực tế, chiếc thìa vẫn nguyên vẹn. Đây là một ví dụ điển hình về khúc xạ ánh sáng. Vậy hiện tượng khúc xạ ánh sáng là gì? Bài viết sau của Marathon Education sẽ giải thích hiện tượng này, cũng như giúp các em hiểu rõ hơn về định luật và công thức khúc xạ ánh sáng liên quan.
>>> Xem thêm:
- Lý Thuyết Vật Lý 12 Về Tán Sắc Ánh Sáng
- Vật Lý 12: Quang Phổ Là Gì Và Các Loại Quang Phổ
Hiện tượng khúc xạ ánh sáng là gì?
Khúc xạ ánh sáng là hiện tượng các tia sáng bị lệch phương (bị gãy) khi truyền xiên góc qua mặt phân cách của 2 môi trường trong suốt khác nhau.
Ví dụ về hiện tượng khúc xạ ánh sáng: Ta đổ đầy nước vào một chiếc ly thủy tinh sau đó đặt một chiếc ống hút nằm nghiêng ở trong cốc nước. Khi quan sát, ta sẽ thấy phần ánh sáng phản xạ từ thân bút không còn truyền thẳng mà đã bị gãy khúc tại mặt phân cách giữa 2 môi trường là nước và không khí.
Định luật khúc xạ ánh sáng
Định luật khúc xạ ánh sáng được diễn giải như sau:
- Tia khúc xạ luôn nằm trong mặt phẳng tới và ở phía bên kia pháp tuyến so với tia tới. Mặt phẳng tới là mặt phẳng tạo thành bởi tia tới và pháp tuyến.
- Với 2 môi trường trong suốt nhất định, tỉ số giữa sin i và sin r là một hằng số. Tỉ lệ giữa sin góc tới (sin i) và sin góc khúc xạ (sin r) luôn không đổi.
Dưới đây là hình ảnh minh họa định luật khúc xạ ánh sáng.
Trong đó:
- SI là tia tới.
- I là điểm tới.
- N’IN là pháp tuyến với mặt phân cách tại I.
- IR là tia khúc xạ.
- i là góc tới.
- r là góc khúc xạ.
Chiết suất môi trường và công thức khúc xạ ánh sáng
Chiết suất tỉ đối
Trong định luật khúc xạ ánh sáng, tỉ số không đổi sini/sinr kí hiệu là n21 được gọi là chiết suất tỉ đối của môi trường 2 (môi trường chứa tia khúc xạ) đối với môi trường 1 (môi trường chứa tia tới).
Theo đó:
- Nếu n21 < 1 thì r > i: Tia khúc xạ bị lệch xa trục pháp tuyến hơn, ta nói môi trường 2 chiết quang kém hơn môi trường 1.
- Nếu n21 > 1 thì r < i: Tia khúc xạ bị lệch gần pháp tuyến hơn, ta nói môi trường 2 chiết quang tốt hơn môi trường 1.
Dưới đây là bảng chiết suất tỉ đối của một số môi trường mà các em nên ghi nhớ
Chiết suất tuyệt đối
Chiết suất tuyệt đối của một môi trường là chiết suất tỉ đối của môi trường đó đối với môi trường chân không. Chiết suất của môi trường chân không bằng 1. Mọi môi trường trong suốt khác đều có chiết suất lớn hơn 1.
Ta có thể thiết lập được hệ thức:
Trong đó:
- n2 là chiết suất tuyệt đối của môi trường 2.
- n1 là chiết suất tuyệt đối của môi trường 1.
Mối liên hệ giữa chiết suất tuyệt đối của một môi trường và vận tốc:
Trong đó:
- c là vận tốc ánh sáng trong chân không (c = 3.108 m/s).
- v là vận tốc ánh sáng trong môi trường đang xét.
Lưu ý:
- Chiết suất của chân không là 1.
- Chiết suất của không khí = 1,000293 và thường được làm tròn = 1.
- Các môi trường trong suốt khác đều có chiết suất tuyệt đối lớn hơn 1.
- Một vài hệ thức khác của định luật khúc xạ ánh sáng mà các em cần ghi nhớ:
- Công thức khúc xạ ánh sáng: n1sini = n2sinr
- Nếu i và r nhỏ hơn 10 độ thì sini ≈ i; sinr ≈ r → n1i = n2r .
- Nếu i = 0, r = 0 thì không xảy ra hiện tượng khúc xạ.
Tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng
Sự truyền ánh sáng có tính thuận nghịch nghĩa là ánh sáng truyền đi theo đường nào thì cũng truyền ngược lại theo đường đó.
Từ tính chất này các em sẽ có hệ thức:
Bài tập về khúc xạ ánh sáng lớp 11
Bài tập trắc nghiệm
Bài tập 1: Hiện tượng khúc xạ là hiện tượng …
a. ánh sáng bị giảm cường độ khi truyền qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt.
b. ánh sáng bị gãy khúc khi truyền xiên góc qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt.
c. ánh sáng bị thay đổi màu sắc khi truyền qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt.
d. ánh sáng bị hắt lại môi trường cũ khi truyền tới mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt.
Bài tập 2: Trong hiện tượng khúc xạ ánh sáng, góc khúc xạ … góc tới.
a. nhỏ hơn
b. lớn hơn
c. nhỏ hơn hoặc lớn hơn
d. lớn hơn hoặc bằng
Bài tập 3: Với một tia sáng đơn sắc, chiết suất tuyệt đối của nước là n1, của thuỷ tinh là n2. Chiết suất tỉ đối của nước đối với thuỷ tinh là …
a. n12 = n2/n1.
b. n21 = n2 – n1.
c. n12 = n1/n2.
d. n12 = n1 – n2.
Bài tập 4: Chọn ý sai
a. Chiết suất tuyệt đối của một môi trường luôn luôn nhỏ hơn 1.
b. Chiết suất tuyệt đối của chân không bằng 1.
c. Chiết suất tuyệt đối của một môi trường không nhỏ hơn 1.
d. Chiết suất là đại lượng không có đơn vị.
Bài tập 5: Một cái cọc cắm thẳng đứng trên sông, nửa bên trong nửa bên ngoài nước. Một cái cọc khác cùng chiều dài được cắm thẳng đứng trên bờ. Bóng của cọc cắm thẳng đứng dưới sông sẽ …
a. ngắn hơn bóng của cọc cắm trên bờ nếu Mặt Trời lên cao và dài hơn bóng của cọc cắm trên bờ nếu Mặt Trời xuống thấp.
b. dài hơn bóng của cọc cắm trên bờ.
c. bằng với bóng của cọc cắm trên bờ.
d. ngắn hơn bóng của cọc cắm trên bờ.
Đáp án bài tập trắc nghiệm khúc xạ ánh sáng lớp 11
Bài tập tự luận
Bài tập 1. Tia sáng đi từ nước có chiết suất 4/3 sang thủy tinh có chiết suất 1,5. Tính góc khúc xạ và góc lệch D tạo bởi tia khúc xạ và tia tới, biết góc tới i = 30o.
Lời giải:
Theo đề bài ta có: n1=4/3, n2=1,5, i=30o
Áp dụng công thức: n1.sini = n2.sinr
<=> 4/3.sin30 = 1,5.sinr
<=>r ≈ 26,4o
=> D = i – r = 30o – 26,4o = 3,6o
Bài tập 2: 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 4/3. Góc tới của tia sáng là bao nhiêu (tính tròn số)?
Lời giải:
Theo đề bài ta có: n1=4/3, n2=1, i’ + r = i + r = 90o
Áp dụng công thức: n1.sini = n2.sinr
<=> 4/3.sini = sinr
<=> 4/3.sini = cosi (do tia khúc xạ và tia phản xạ vuông góc ở mặt nước)
<=> tani = 3/4
<=> i ≈ 37o
Bài tập 3: Một cái thước được cắm thẳng đứng vào bình đựng nước có đáy phẳng ngang. Phần thước nhô khỏi mặt nước dài 4 cm. Chếch ở phía trên có một ngọn đèn. Bóng của thước trên mặt nước dài 4cm và ở đáy dài 8 cm. Tính chiều sâu của nước trong bình. Chiết suất của nước là 4/3.
Hình minh họa:
Lời giải
Theo đề bài, 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
Ta có: BC = BH + HC
<=> HC = BC – BH = BC – AI = 8 – 4 = 4cm.
Ta có: ∆IAS vuông tại A và có SA = AI
=> ∆IAS vuông cân tại A
=> góc AIS = i = 45o
Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng, ta có:
sini = nsinr
<=> sin45o = 4/3sinr
<=> sinr = 3/4.sin45
<=> r = 30o
Xét ΔIHC vuông tại H, ta có:
tanr = HC/IH
<=> IH = HC/tan r ≈ 6,4cm
Học livestream trực tuyến Toán – Lý – Hóa – Văn – Anh – Sinh bứt phá điểm số 2022 – 2023 tại Marathon Education
Marathon Education là nền tảng học livestream trực tuyến Toán – Lý – Hóa – Văn – Anh – Sinh uy tín và chất lượng hàng đầu Việt Nam dành cho học sinh từ lớp 8 đến lớp 12. Với nội dung chương trình giảng dạy bám sát chương trình của Bộ Giáo dục và Đào tạo, Marathon Education sẽ giúp các em lấy lại căn bản, bứt phá điểm số và nâng cao thành tích học tập.
Tại Marathon, các em sẽ được giảng dạy bởi các thầy cô thuộc TOP 1% giáo viên dạy giỏi toàn quốc. Các thầy cô đều có học vị từ Thạc Sĩ trở lên với hơn 10 năm kinh nghiệm giảng dạy và có nhiều thành tích xuất sắc trong giáo dục. Bằng phương pháp dạy sáng tạo, gần gũi, các thầy cô sẽ giúp các em tiếp thu kiến thức một cách nhanh chóng và dễ dàng.
Marathon Education còn có đội ngũ cố vấn học tập chuyên môn luôn theo sát quá trình học tập của các em, hỗ trợ các em giải đáp mọi thắc mắc trong quá trình học tập và cá nhân hóa lộ trình học tập của mình.
Với ứng dụng tích hợp thông tin dữ liệu cùng nền tảng công nghệ, mỗi lớp học của Marathon Education luôn đảm bảo đường truyền ổn định chống giật/lag tối đa với chất lượng hình ảnh và âm thanh tốt nhất.
Nhờ nền tảng học livestream trực tuyến mô phỏng lớp học offline, các em có thể tương tác trực tiếp với giáo viên dễ dàng như khi học tại trường.
Khi trở thành học viên tại Marathon Education, các em còn nhận được các sổ tay Toán – Lý – Hóa “siêu xịn” tổng hợp toàn bộ công thức và nội dung môn học được biên soạn chi tiết, kỹ lưỡng và chỉn chu giúp các em học tập và ghi nhớ kiến thức dễ dàng hơn.
Marathon Education cam kết đầu ra 8+ hoặc ít nhất tăng 3 điểm cho học viên. Nếu không đạt điểm số như cam kết, Marathon sẽ hoàn trả các em 100% học phí. Các em hãy nhanh tay đăng ký học livestream trực tuyến Toán – Lý – Hóa – Văn lớp 8 – lớp 12 năm học 2022 – 2023 tại Marathon Education ngay hôm nay để được hưởng mức học phí siêu ưu đãi lên đến 39% giảm từ 699K chỉ còn 399K.
Các khóa học online tại Marathon Education
Trong bài viết trên, Team Marathon Education đã chia sẻ đến các em những kiến thức về hiện tượng khúc xạ ánh sáng là gì, định luật và công thức khúc xạ ánh sáng một cách chi tiết và đầy đủ. Mong rằng những chia sẻ này sẽ giúp các em nắm vững kiến thức này và nhớ bài lâu hơn. Chúc các em học tập tốt và đạt điểm cao trong các bài kiểm tra sắp tới!
