Bài giảng môn Vật lí Khối 11 - Bài 27: Phản xạ toàn phần

PHẢN XẠ TOÀN PHẦN 
Bài 27 
Kiểm tra bài cũ 
2. Một tia sáng đi từ trong nước ra ngoài không khí , cho chiết suất của nước là 4/3, của không khí là 1. Hãy xác đ ịnh góc khúc xạ trong các trường hợp sau : 
a/ Góc tới i 1 =30 0 b/ Góc tới i 2 = 45 0 c/ Góc tới i 3 =60 0 
r 1 = 41,8 0 
r 2 =70,53 0 
Không xác đ ịnh đư ợc góc r 3 
1. Thế nào là khúc xạ á nh sáng ? Viết biểu thức của đ ịnh luật khúc xạ á nh sáng ở dạng đ ối xứng ? 
 Nêu quan hệ giữa góc tới i và góc khúc xạ r và vẽ hình đ ịnh tính trong các trường hợp : 
* Góc tới i=0 
* n 1 > n 2 
* n 1 < n 2 
phản xạ toàn phần 
I. Sự truyền á nh sáng vào môi trường chiết quang kém hơn (n 1 >n 2 ) 
1. Thí nghiệm 
 Khảo sát hiện tượng xảy ra khi tia sáng chiếu tới mặt phân cách của 2 môi trường trong suốt theo chiều từ môi trường chiết quang hơn sang môi trường kém chiết quang hơn . 
* Mục đ ích : 
* Dụng cụ thí nghiệm : 
- Nguồn sáng : Đ èn laze 
* Bố trí thí nghiệm : hình vẽ 
- Thước đo góc . 
- Khối bán trụ bằng thuỷ tinh . 
i gh 
i' 
r 
i 
i' 
i 
i' 
r 
i 
i' 
i nhỏ 
 r > i 
Tia khúc xạ rất sáng 
Tia ph ản xạ rất mờ 
i tăng 
r tăng và > i 
 Tia khúc xạ mờ đi 
 Tia phản xạ sáng lên 
i = i gh 
Tia khúc xạ là là mặt 
 phân cách ( rất mờ ) 
Tia phản xạ rất sáng 
r = 90 0 
Tia phản xạ 
sáng nh ư tia tới . 
i> i gh 
Không còn tia khúc xạ 
i gh 
r 
i 
I 
n 1 
n 2 
S 
i 
 i = i gh 
Minh hoạ qu á trình thực hiện 
i gh 
r 
i 
2. Góc giới hạn phản xạ toàn phần 
 * Khi có hiện tượng khúc xạ á nh sáng ở mặt phân cách giữa 2 môi trường : 	 n 1 sini = n 2 sinr 
	 Do n 1 >n 2  r > i	 
* Khi r max = 90 o , i = i gh 
 sin i gh = ( với n 2 < n 1 ) 
- TH đ ặc biệt khi môi trường 2 là chân không ( hoặc không khí ) 
 sin igh = 
n 1 
n 2 
1 
n 
* Khi i > i gh : Không còn tia khúc xạ ( sinr > 1), toàn bộ tia sáng bị phản xạ ở mặt phân cách 
  Hiện tượng Phản xạ toàn phần 
II. Hiện tượng phản xạ toàn phần : 
 1. Đ ịnh nghĩa : 
	 Từ thí nghiệm , em hãy cho biết thế nào là hiện tượng phản xạ toàn phần ? 
 Phản xạ toàn phần là hiện tượng phản xạ toàn bộ tia sáng tới , xảy ra ở mặt phân cách giữa 2 môi trường trong suốt 
 2. Đ iều kiện để có phản xạ toàn phần 
	 * Tia sáng chiếu tới mặt phân cách của 2 môi trường trong suốt theo chiều từ môi trường chiết quang hơn sang môi trường kém chiết quang hơn 
	 * Góc tới của tia sáng lớn hơn hoặc bằng góc giới hạn của phản xạ toàn phần 
Ví dụ : Tính góc giới hạn phản xạ toàn phần trong các trường hợp sau . 
b. Khi tia sáng chiếu tới mặt phân cách giữa thuỷ tinh và nước theo chiều từ thuỷ tinh sang nước , biết n thuỷ tinh =1,5 và n nước =4/3. 
c. Khi tia sáng chiếu tới mặt phân cách giữa thuỷ tinh và không khí theo chiều từ thuỷ tinh sang không khí , biết n thuỷ tinh =1,5 và n không khí =1. 
i gh2 =62,73 0 
i gh3 =41,8 0 
Từ kết qu ả tính trong câu a, em hãy giải thích tại sao trong trường hợp c của bài toán 1 ở phần kiểm tra bài cũ ta không xác đ ịnh đư ợc góc khúc xạ ? 
a. Khi tia sáng chiếu tới mặt phân cách giữa nước và không khí theo chiều từ nước sang không khí , biết n nước =4/3 và n không khí =1. 
i gh1 =48,59 0 
Kiểm tra bài cũ 
1. Một tia sáng đi từ trong nước ra ngoài không khí , cho chiết suất của nước là 4/3, của không khí là 1. Hãy xác đ ịnh góc khúc xạ trong các trường hợp sau : 
a/ Góc tới i 1 =30 0	 b/ Góc tới i 2 = 45 0	 c/ Góc tới i 3 =60 0 
Khi tia sáng chiếu tới mặt phân cách giữa nước và không khí theo chiều từ nước sang không khí th ì: i gh =48,59 0 mà i 3 =60 0 > i gh nên tia sáng bị phản xạ toàn phần không tồn tại tia khúc xạ, do vậy không xác đ ịnh đư ợc góc khúc xạ 
a. Khi tia sáng chiếu tới mặt phân cách giữa nước và không khí theo chiều từ nước sang không khí , biết n nước =4/3 và n không khí =1. 
i gh1 =48,59 0 
Lớp vỏ n 2 
L ừi n 1 
I 
I 1 
I 2 
S 
III. ệÙng duùng hieọn tửụùng phaỷn xaù toaứn phaàn : Cáp quang 
 ệÙng duùng hieọn tửụùng phaỷn xaù toaứn phaàn 
Truyeàn taỷi ủửụùc nhieàu thoõng tin 
Choỏng nhieóu 
Nh ỏ , nhẹ , dễ uốn 
An toàn 
Giải thích hiện tượng “ ả o tượng ” 
	 * Là hiện tượng quang học xảy ra trong khí quyển do sự phản xạ toàn phần của tia sáng trên mặt phân cách giữa lớp không khí lạnh ( có chiết suất lớn ) và lớp không khí nóng ( có chiết suất nhỏ ). 
* Các ảo tượng thường gặp : 
n 1 
n 3 
n 2 
n 4 
Tia sáng truyền thẳng 
Tia sáng bị khúc xạ khi đi qua các lớp không khí có chiết suất khác nhau 
Người quan sát 
Mặt đ ất 
n 5 
Ảnh con tàu hiện lờn bầu trời 
Hỡnh ảnh trờn mặt đường vào những ngày nắng núng 
Thành phố ảo : lần đầu tiờn ảo ảnh xuất hiện trờn vựng biển Penglai - vốn tọa lạc trờn mỏm cận đụng bỏn đảo Sơn Đụng , Trung Quốc ngày 20/12/2006 
L ăng kớnh phản xạ toàn phần 
Kiến thức cơ bản cần nhớ 
2. Các đ iều kiện để có hiên tượng phản xạ toàn phần 
1. Hiện tượng phản xạ toàn phần 
3. Góc giới hạn phản xạ toàn phần 
4. ứ ng dụng của hiện tượng phản xạ toàn phần . 
	 Phản xạ toàn phần là hiện tượng khi tia sáng chiếu tới mặt phân cách của 2 môi trường trong suốt th ì tia phản xạ sáng nh ư tia tới .	 	 	 
 * Góc tới của tia sáng lớn hơn hoặc bằng góc giới hạn của phản xạ toàn phần 
 * Tia sáng chiếu tới mặt phân cách của 2 môi trường trong suốt theo chiều từ môi trường chiết quang hơn sang môi trường kém chiết quang hơn 
 * Góc giới hạn ( i gh ) của phản xạ toàn phần là góc tới để góc khúc xạ r=90 0 , khi góc tới bằng góc giới hạn th ì bắt đ ầu xẩy ra hiện tượng phản xạ toàn phần 
b. Một số ứng dụng khác 
a. Sợi quang học . 
* sin i gh = ( với n 2 < n 1 ) 
n 2 
n 1 
Câu hỏi và bài tập 
 1. Trong các trường hợp sau , trường hợp nào có thể xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần ? 
a. Tia sáng chiếu tới mặt phân cách giữa nước và không khí theo chiều từ không khí vào nước . Cho n nước =4/3, n không khí =1. 
b. Tia sáng chiếu tới mặt phân cách giữa nước và không khí theo chiều từ nước ra không khí . Cho n nước =4/3, n không khí =1. 
c. Tia sáng chiếu tới mặt phân cách giữa nước và thuỷ tinh theo chiều từ nước ra thuỷ tinh . Cho n nước =4/3, n thuỷ tinh =1,5. 
d. Tia sáng chiếu tới mặt phân cách giữa không khí và thuỷ tinh theo chiều từ không khí vào thuỷ tinh . Cho n không khí =1, n thuỷ tinh =1,5. 
b. Tia sáng chiếu tới mặt phân cách giữa nước và không khí theo chiều từ nước ra không khí . Cho n nước =4/3, n không khí =1. 
2. Đáy của bể kính có đ ặt một bóng đ èn nhỏ đ ang sáng ( coi nh ư một đ iểm sáng ). Cho chiết suất của nước là 4/3, của không khí là 1, độ sâu của nước trong bể là 30cm. Hỏi để toàn bộ tia sáng từ bóng đ èn không thể ló ra khỏi mặt nước th ì cần đ ặt nổi trên mặt nước một đ ĩa hình tròn có tâm nằm trên đư ờng thẳng đ ứng đi qua bóng đ èn và có bán kính nhỏ nhất là bao nhiêu cm ? 
. 
. 
O 
D 
= ? 
R