Công thức tính góc khúc xạ lớp 11

Lý thuyết Vật lý lớp 11

Khúc xạ ánh sáng là gì? Hiện tượng khúc xạ ánh sáng như thế nào? Mời các bạn hãy cùng Download.vn theo dõi bài viết dưới đây nhé.

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. Hy vọng thông qua tài liệu này các bạn có thêm nhiều tư liệu tham khảo, trau dồi kiến thức để học tốt Vật lý lớp 11.

Khúc xạ ánh sáng lớp 11

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.

II. 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 không đổi:

Công thức:

Công thức tính góc khúc xạ lớp 11

Công thức của định luật khúc xạ ánh sáng viết dưới dạng đối xứng: 

III. Chiết suất của môi trường

a) Chiết suất tỉ đối

Tỉ số không đổi

Công thức tính góc khúc xạ lớp 11
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.

+ 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).

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

Công thức tính góc khúc xạ lớp 11
b) Chiết suất tuyệt đối

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

+ Chiết suất của chân không là 1.

+ Chiết suất của không khí gần bằng 1.

+ Các môi trường trong suốt khác đều có chiết suất tuyệt đối lớn hơn 1.

- Hệ thức giữa chiết suất tỉ đối và chiết suất tuyệt đối:

Trong đó:

n1 là chiết suất tuyệt đối của môi trường (2)

n2 là chiết suất tuyệt đối của môi trường (1)

Chú ý:

- Hệ thức giữa chiết suất tỉ đối và vận tốc truyền ánh sáng trong các môi trường:

- Chiết suất của một môi trường:

Công thức tính góc khúc xạ lớp 11

Trong đó:

c = 3.108 m/s là vận tốc ánh sáng trong chân không.

v là vận tốc ánh sáng trong môi trường có chiết suất n.

- Biểu thức khác của định luật khúc xạ ánh sáng:

n1sini = n2sinr

+ Trường hợp i và r nhỏ hơn 10o thì: sini ≈ i; sinr ≈ r

Ta có: n1i = n2r

+ Trường hợp i = 0o, r = 0o thì tia sáng đi vuông góc với mặt phân cách (không xảy ra hiện tượng khúc xạ).

III. Tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng

Ánh sáng truyền đi theo đường nào thì cũng truyền ngược lại theo đường đó:

Chú ý: Tính thuận nghịch cũng biểu hiện ở sự truyền thẳng và sự phản xạ.

IV. Bài tập khúc xạ ánh sáng

1. Tia sáng đi từ nước có chiết suất n1=

Công thức tính góc khúc xạ lớp 11
sang thủy tinh có chiết suất n2 = 1,5. Tính góc khúc xạ và góc lệch D tạo bởi tia khúc xạ và tia tới, biết góc tới i = 300.

2. Tia sáng truyền trong không khí tới gặp mặt thoáng của chất lỏng có chiết suất n =

Công thức tính góc khúc xạ lớp 11
. Ta được hai tia phản xạ và khúc xạ vuông góc với nhau. Tính góc tới.

3. Một cây cọc dài được cắm thẳng đứng xuống một bể nước chiết suất n = . Phần cọc nhô ra ngoài mặt nước là 30 cm, bóng của nó trên mặt nước dài 40 cm và dưới đáy bể nước dài 190 cm. Tính chiều sâu của lớp nước.

4. Một cái máng nước sâu 30 cm rộng 40 cm có hai thành bên thẳng đứng. Lúc máng cạn nước thì bóng râm của thành A kéo dài tới đúng chân thành B đối diện. Người ta đổ nước vào máng đến một độ cao h thì bóng của thành A ngắn bớt đi 7 cm so với trước. Biết chiết suất của nước là n = . Tính h.

5. Một người ngồi trên bờ hồ nhúng chân vào nước trong suốt. Biết chiết suất của nước là n = .

a) Khoảng cách thực từ bàn chân người đó đến mặt nước là 36 cm. Hỏi mắt người đó cảm thấy bàn chân cách mặt nước bao nhiêu?

b) Người này cao 1,68 m, nhìn thấy một hòn sỏi dưới đáy hồ dường như cách mặt nước 1,5 m. Hỏi nếu đứng dưới hồ thì người ấy có bị ngập đầu không?.

6. Tính vận tốc của ánh sáng trong thủy tinh. Biết thủy tinh có chiết suất n = 1,6 và vận tốc ánh sáng trong chân không là c = 3.108 m/s.

7. Tính vận tốc của ánh sáng truyền trong môi trường nước. Biết tia sáng truyền từ không khí với góc tới là i = 600thì góc khúc xạ trong nước là r = 400. Lấy vận tốc ánh sáng ngoài không khí c = 3.108 m/s.

8. Tính góc giới hạn phản xạ toàn phần khi ánh sáng truyền từ thủy tinh sang không khí, từ nước sang không khí và từ thủy tinh sang nước. Biết chiết suất của thủy tinh là 1,5; của nước là .

9. Thả nổi trên mặt nước một đĩa nhẹ, chắn sáng, hình tròn. Mắt người quan sát đặt trên mặt nước sẽ không thấy được vật sáng ở đáy chậu khi bán kính đĩa không nhỏ hơn 20 cm. Tính chiều sâu của lớp nước trong chậu. Biết rằng vật và tâm đĩa nằm trên đường thẳng đứng và chiết suất của nước là n =

10. Một tấm thủy tinh mỏng, trong suốt, chiết suất n1= 1,5; có tiết diện là hình chử nhật ABCD (AB rất lớn so với AD), mặt đáy AB tiếp xúc với một chất lỏng có chiết suất n2=

Công thức tính góc khúc xạ lớp 11
. Chiếu tia sáng SI nằm trong mặt phẵng ABCD tới mặt AD sao cho tia tới nằm phía trên pháp tuyến ở điểm tới và tia khúc xạ trong thủy tinh gặp đáy AB ở điểm K. Tính giá trị lớn nhất của góc tới i để có phản xạ toàn phần tại K.

11. Tia sáng truyền từ nước và khúc xạ ra không khí. Tia khúc xạ và tia phản xạ ở mặt nước vuông góc nhau. Nước có chiết suất là 4/3. Hãy tính tròn số giá trị của góc tới.

12. Dùng tia sáng truyền từ thủy tinh và khúc xạ ra không khí. Tia khúc xạ và tia phản xạ ở mặt thủy tinh tạo với nhau 1 góc 900, chiết suất của thủy tinh là 3/2. Hãy tính tròn số giá trị của góc tới.

13. Tia sáng đi từ không khí tới gặp mặt phân cách giữa không khí và môi trường trong suốt có chiết suất n dưới góc tới i = 450. Góc hợp bởi tia khúc xạ và phản xạ là 1050. Hãy tính chiết suất của n ?

14. Một tia sáng truyền từ một chất lỏng ra ngoài không khí dưới góc 350thì góc lệch giữa tia tới nối dài và tia khúc xạ là 250. Tính chiết suất của chất lỏng.

15. Chiếu một tia sáng từ không khí vào thủy tinh có chiết suất 1,5. Hãy xác định góc tới sao cho: góc khúc xạ bằng nửa góc tới.

16. Một cái thước được cắm thẳng đứng vào bình nước có đáy phẳng, ngang. Phần thước nhô khỏi mặt nước là 4cm. Chếch ở trên có một ngọn đèn. Bóng của thước trên mặt nước dài 4cm, và ở đáy dài 8cm. Tính chiều sâu của nước trong bình, biết chiết suất của nước là 4/3.

Tác giả Cô Hiền Trần 14:57 24/05/2022 1,435

Định luật khúc xạ ánh sáng là một kiến thức quan trọng của Vật lý lớp 11, tuy nhiên đây là phần kiến thức còn trừu tượng và khó hiểu khiến nhiều em học sinh gặp khó khăn. Hãy cùng VUIHOC khám phá đầy đủ lý thuyết của định luật này và luyện tập bằng một số dạng bài tập trắc nghiệm để thành thục hơn dạng bài này.

Chắc hẳn đây là khái niệm còn khá mới lạ với nhiều em học sinh vì đây là một kiến thức khá khó nhằn trong môn Vật lý. Vậy khúc xạ ánh sáng là gì? Khúc xạ ánh sáng là hiện tượng khi đi qua hai mặt phân cách hai môi trường truyền ánh sáng thì chùm tia sáng bị đổi phương đột ngột. Đây cũng có thể coi là sự thay đổi do vận tốc, tốc độ dẫn đến bẻ cong ánh sáng khi truyền từ các môi trường khác nhau. 

Mắt của chúng ta cũng phải dựa vào hiện tượng này để tập trung ánh sáng khi nhìn vào võng mạc.

Công thức tính góc khúc xạ lớp 11

1.2. Nguyên nhân gây ra khúc xạ ánh sáng

Khi ánh sáng chiếu vào môi trường khác nhau thì sẽ có vận tốc khác nhau, chứng tỏ môi trường là một tác nhân quan trọng ảnh hướng đến ánh sáng. Hiện tượng khúc xạ ánh sáng xảy ra do 2 nguyên nhân: 

– Tốc độ bị thay đổi: Khi ánh sáng bị khúc xạ (uốn cong) nhiều hơn nghĩa là nó đã bị chất khiến làm cho tăng tốc hoặc chậm hơn. 

– Góc của tia tới: Lượng khúc xạ ánh sáng cũng sẽ nhiều hơn khi đi vào góc lớn hơn. Nhưng khi ánh sáng đi vào môi trường có góc bằng 90° so với bề mặt pháp tuyến thì ánh sáng sẽ chậm lại và không thay hướng. 

Công thức tính góc khúc xạ lớp 11

2. Phát biểu định luật khúc xạ ánh sáng

Theo phát biểu của định luật Snell: Định luật ánh sáng xảy ra khi đi qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt có chiết suất khác nhau được ánh sáng đổi hướng, được tính theo công thức đặc trưng của hiện tượng khúc xạ. 

Công thức tính góc khúc xạ lớp 11

Định luật sẽ có dạng sau: 

Công thức tính góc khúc xạ lớp 11

Công thức tính góc khúc xạ lớp 11

Phụ thuộc vào bản chất của hai môi trường được gọi là chiết suất tỉ đối của môi trường chứa tia khúc xạ ở môi trường 2 đối với môi trường 1 tia tới mà $\frac{n_{2}}{n_{1}}$ giữ nguyên. 

Tỉ số nhỏ hơn 1: góc khúc xạ nhỏ hơn góc tới => Môi trường chiết quang 1 không bằng 2 (trong trường hợp này góc tới phải nhỏ hơn góc khúc xạ giới hạn, nếu lớn hơn thì sẽ là hiện tượng phản xạ toàn phần và không có tia khúc xạ).

Tỉ số nhỏ hơn 1: góc khúc xạ lớn hơn góc tới => Môi trường chiết quang 1 hơn môi trường chiết quang 2. 

Ví dụ 1: Từ không khí vào nước chiếu ánh sáng có chiết suất $n=\frac{4}{3}$. Góc tới i bằng bao nhiêu, nếu góc khúc xạ bằng 400

A. 200

B. 400

C. 600

D. 800

Lời giải: 

Sini = n.sinr => sin i = $\frac{4}{3}$.sin400 => i ≈ 58059'

Đáp án C

Ví dụ 2: Góc tới 120 thì góc khúc xạ là 80 do một tia sáng truyền từ môi trường A sang B. Tốc độ ánh sáng là 2,8.108 m/s trong môi trường B. Trong môi trường A, tốc độ ánh sáng là bao nhiêu? 

A. 1,18.105 km/s

B. 2,18.105 km/s

C. 3,18.105 km/s

D. 4,18.105 km/s 

Công thức tính góc khúc xạ lớp 11

Đáp án D

3. Chiết suất của môi trường

3.1. Chiết suất tuyệt đối

Đây là chiết suất tỉ đối trong môi trường đó đối với chân không

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

$n=\frac{c}{v}$

Gọi n là chiết suất môi trường, c là tốc độ ánh sáng truyền trong chân không và v là tốc độ ánh sáng truyền trong môi trường xét

3.2. Chiết suất tỉ đối

Công thức của chiết suất tỉ đối là $n_{21}\frac{v_{1}}{v_{2}}$

3.3. Mối quan hệ giữa chiết suất tỉ đối và vận tốc truyền ánh sáng

Ta có mối liên hệ sau: 

$\frac{n_{2}}{n_{1}}=\left | \frac{v_{1}}{v_{2}} \right |, n=\frac{c}{v}$, 

Gọi c là tốc độ ánh sáng truyền trong chân không, còn v là tốc độ trong môi trường xét. 

4. Ứng dụng hiện tượng khúc xạ ánh sáng

Đây sẽ là hiện tượng phục vụ cho các nhà khoa học sản xuất là các thấu kính phục vụ cho việc nghiên cứu và đời sống hằng ngày ví dụ như: 

  • Thấu kính: gồm có các loại kính sau 

  • Kính lúp: giúp mắt thường quan sát các vật nhỏ mà bình thường không thể nhìn thấy

  • Thấu kính hội tụ: Mỗi tia sáng đi ra rồi rời đi tạo thành các tia sáng song song và lan ra. 

Công thức tính góc khúc xạ lớp 11

Khúc xạ giúp ta có các loại kính như kính hiển vi, kính thiên văn để có thể quan sát cả tế bào hay vi khuẩn, những vật vô cùng nhỏ hay thậm chí cả hoặc quan sát được cả các hành tinh trong vũ trụ. 

5. Tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng

Ánh sáng truyền theo đường nào thì cũng đi ngược lại theo chính đường đó

Từ đó ta có công thức: 

$n_{12}=\frac{1}{n_{21}}$

6. Bài tập minh họa về khúc xạ ánh sáng

Câu 1: Đâu là phát biểu đúng 

A. Vùng không gian đằng trước gương sao cho đặt vật ở vùng không gian này là thị trường của gương, mắt có thể nhìn thấy ảnh của vật qua gương dù đặt ở đâu 

B. Kích thước vùng thị trường của chúng là như nhau nếu một gương cầu lồi và một gương phẳng cùng có kích thước đường rìa và cùng vị trí đặt mắt

C. Kích thước của gương và vị trí đặt mắt phụ thuộc vào kích thước của vùng thị trường 

D. Vị trí đặt mắt không phụ thuộc vào vị trí của kích thước mặt cầu

Câu 2: Một môi trường có chiết suất tuyệt đối là

A. Chiết suất tỉ đối của môi trường trong không khí

B. Cho biết một tia sáng đó sẽ bị khúc xạ nhiều hay ít

C. Cho biết vận tốc ánh sáng truyền trong môi trường đó nhỏ hơn trong chân không bao nhiêu lần

D. Là chiết suất tỉ đối của chân không 

Câu 3: Ở hai môi trường chiết suất tỉ đối là

A. Tỉ số góc tới và khúc xạ 

B. Tỉ số góc khúc xạ và góc tới

C. Lớn thì góc khúc xạ nhỏ

D. Khi truyền từ môi trường này vào môi trường kia cho biết tia sáng bị khúc xạ bao nhiêu

Câu 4: Tại mặt phân cách hai môi trường, khi tia sáng đi từ môi trường trong suốt này sang môi trường trong suốt khác

A. Phản xạ và khúc xạ có thể không xảy ra

B. Không có khúc xạ, có phản xạ 

C. Không có phản xạ mà có khúc xạ 

D. Có cả phản xạ và khúc xạ 

Câu 5: Ở bản mặt song song thì chiếu một tia sáng từ không khí

A. Có hoặc không có tia ló

B. Tia tới vuông góc tia ló

C. Bản mặt song song tia ló

D. Tia tới song song tia ló

Câu 6: Định luật khúc xạ ánh sáng suy ra

A. Trong cùng mặt phẳng tới, tia khúc xạ và tia tới đều 

B. So với pháp tuyến tại điểm tới, tia khúc xạ và tia tới đều nằm cùng một phía

C. Theo hàm số bậc nhất góc tới và góc khúc xạ liên hệ nhau

D. Góc khúc xạ lớn hơn góc tới

Câu 7: Ở tấm thủy tính, chiếu tia sáng từ không khí với góc tới là 600, tia khúc xạ vuông góc tia phản xạ. c= 3.108 m/s là vận tốc truyền tia sáng trong không khí. Vậy truyền ánh sáng trong tấm thủy tinh có vận tốc truyền ánh sáng là

A.3.108m/s

B. 6.108m/s

C.108m/s

D. Không thể tính được 

Câu 8: Từ nước chiếu xiên góc tia sáng đơn sắc ra không khí thì

A. Luôn có tia sáng ló ra 

B. Cường độ sáng tia tới bằng cường độ sáng của tia ló ra không khí 

C. Trong không khí có thể không có tia ló

D. Luôn luôn có tia khúc xạ và tia phản xạ tại mặt phân cách

Câu 9: Cáp quang làm từ

A. Kim loại

B. Pôlime

C. Thuỷ tinh

D. Hợp kim

Câu 10: Phản xạ toàn phần là ánh sáng phải đi từ môi trường nào có thể xảy ra phản xạ toàn phần là ánh sáng

A. Với góc tới nhỏ hơn góc giới hạn có chiết suất lớn hơn sang môi trường có chiết suất nhỏ hơn 

B.  Với góc tới lớn hơn góc giới hạn có chiết suất nhỏ hơn sang môi trường có chiết suất lớn hơn

C. Với góc tới lớn hơn góc giới hạn có chiết suất lớn hơn sang môi trường có chiết suất nhỏ hơn 

D. Với góc tới nhỏ hơn góc giới hạn có chiết suất nhỏ hơn môi trường có chiết suất lớn hơn 

Câu 11: Ảo tưởng được giải thích bằng

A. Định luật khúc xạ ánh sáng

B. Định luật phản xạ ánh sáng

C. Chuyền ánh sáng cũng như sự thuận nghịch 

D. Hiện tượng phản xạ toàn phần

Câu 12: Đâu là nhận xét sai về hiện tượng phản xạ toàn phần

A. Giữa hai môi trường đều xảy ra ở mặt phân cách

B. Góc tới bằng góc phản xạ 

C. Cường độ sáng tia tới bằng cường độ sáng tia phản xạ bằng

D. Phản xạ toàn phần xảy ra ở điều kiện nhất định, phản xạ gương xảy ra dưới mọi góc tới 

Câu 13: Góc lệch cực tiểu của lăng kính có công thức là 

A. sin(Dmin + A) = nsin2(Dmin + A)A

B. sin = nsin2.2sin(Dmin + A)A

C.sin = nsin2.2(D + A)n.sinA

D.sinmin = sin2.2

Câu 14: Các nhận định về lăng kính là

A. Lăng kính có tiết diện thẳng là một hình tam giác, là một khối chất trong suốt hình lăng trụ đứng. 

B. Góc chiết quang luôn nhỏ hơn 90 độ là của lăng kính

C. Qua mặt phẳng phân giác của góc chiết quang, hai mặt bên của lăng kính luôn đối xứng nhau 

D. Ánh sáng truyền qua tất cả các lăng kính chỉ sử dụng hai mặt bên.

Câu 15: Góc lệch D = A(n - 1), có công thức được áp dụng khi: 

A. lăng kính phản xạ toàn phần

B. Ánh sáng tới lăng kính và góc tới nhỏ

C. Tất cả các trường hợp

D. Góc chiết quang và góc tới nhỏ.

Câu 16: Mặt bên của lăng kính chiếu một tia sáng thì:

A. Luôn luôn có tia ló

B. Phía đáy lăng kính có tia ló

C. Phía đỉnh lăng kính có tia ló

D. Phía đáy lăng kính so với tia tới có tia ló

Câu 17: Tia sáng có góc lệch qua lăng kính dạng nêm:

A. Góc chiết quang không phụ thuộc 

B. Chiết suất lăng kính không phụ thuộc

C. Góc tới của chùm sáng tới phụ thuộc 

D. Góc chiết quang phụ thuộc

Câu 18: Chiết suất $n = \frac{4}{3}$ khi chiếu ánh sáng từ không khí vào nước. Góc tới i (lấy tròn) nếu góc khúc xạ r = 300 là

A. 200

B. 360

C. 420

D. 450

Câu 19: Chiết suất n = 1,5, bề dày 6cm là của một mặt phẳng song song trong không khí. S là điểm sáng cách bản 20cm. Ảnh S’ là ảnh của S cách bản mặt song song một đoạn là

 A.10cm

B.14cm

C. 18cm

D. 22cm

Câu 20: Trong môi trường có chiết suất n, góc tới i là tani = n chiếu một tia sáng đơn sắc vào không khí.  Giữa tia phản xạ và khúc xa có mối quan hệ gì?

A. song song

B. tạo với nhau góc 60o

C. vuông góc

D. tạo với nhau góc 30o

Đáp án: 

1.B

2.C

3.D

4.D

5.B

6.C

7.B

8.A

9.A

10.C

11.A

12.D

13.C

14.A

15.B

16.D

17.B

18.C

19.C

20.C

Khúc xạ là một chương khá năng nặng và nhiều kiến thức cần phải nhớ trong trương trình vật lý lớp 11. Bài giảng sau đây thầy Nguyễn Huy Tiến sẽ hệ thống lại toàn bộ kiến thức của chương khúc xạ gồm: lý thuyết, công thức và các dạng bài tập thường gặp. Các em chú ý theo dõi bài giảng cùng thầy nhé! 

Trên đây toàn bộ kiến thức về định luật khúc xạ ánh sáng mà VUIHOC chia sẻ với các bạn học sinh. Hy vọng rằng, bài viết này sẽ giúp bạn nắm vững phần kiến thức này và thành thạo các dạng bài tập. Để đọc thêm nhiều kiến thức Vật lý thú vị khác, hãy truy cập Vuihoc.vn nhé!