Bài viết Công thức tính góc khúc xạ Vật Lí lớp 11 hay nhất gồm 4 phần: Định nghĩa, Công thức, Kiến thức mở rộng và Bài tập minh họa áp dụng công thức trong bài có lời giải chi tiết giúp học sinh dễ học, dễ nhớ Công thức tính góc khúc xạ. Show 1. Định nghĩa - 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. - Nguyên nhân của hiện tượng khúc xạ là sự thay đổi tốc độ truyền ánh sáng. Người ta thiết lập được hệ thức về chiết suất tuyệt đối n của một môi trường như sau:  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 tuyệt đối của một môi trường đặc trưng cho độ giảm tốc hay mức độ gãy khúc của tia sáng khi truyển từ môi trường vật chất này sang một môi trường vật chất khác. Ví dụ: hình ảnh chiếc bút chì bị gãy khúc tại mặt phân cách giữa không khí và nước. Góc tới là góc tạo bởi tia tới và pháp tuyến, kí hiệu là i. Góc khúc xạ là góc tạo bởi tia khúc xạ và pháp tuyến, kí hiệu là r. - 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 luôn không đổi. Trong đó: + góc i là góc tới + góc r là góc khúc xạ + n21 là chiết suất tỉ đối của môi trường 2 đối với môi trường 1; + n1 là chiết suất tuyệt đối của môi trường 1; + n2 là chiết suất tuyệt đối của môi trường 2. Hình vẽ mô tả hiện tượng khúc xạ ánh sáng truyền từ không khí vào nước: Trong hình có: SI là tia tới I là điểm tới IK là tia khúc xạ PQ là mặt phân các giữa hai môi trường NN’ là pháp tuyến Góc i là góc tới Góc r là góc khúc xạ 2. Công thức – đơn vị Từ công thức định luật khúc xạ ánh sáng, ta suy ra công thức tính góc khúc xạ: Trong đó: + góc i là góc tới + góc r là góc khúc xạ + n21 là chiết suất tỉ đối của môi trường 2 đối với môi trường 1; + n1 là chiết suất tuyệt đối của môi trường 1; + n2 là chiết suất tuyệt đối của môi trường 2. Đơn vị của góc là độ (0) hoặc radian. Chú ý: i và r phải có cùng đơn vị đo. Cách đổi từ độ sang radian (rad): 1800 = π rad; 10 = 3. Mở rộng + Nếu n21 > 1 thì r < i: Tia khúc xạ lệch gần pháp tuyến hơn. + Nếu n21 < 1 thì r > i: Tia khúc xạ lệch xa pháp tuyến hơn. Nếu môi trường tới là không khí có chiết suất bằng 1 và môi trường khúc xạ có chiết suất n thì sinr = Nếu môi trường tới có chiết suất n và môi trường khúc xạ là không khí có chiết suất bằng 1 thì: sinr = nsini. 4. Bài tập ví dụ Bài 1: Chiếu một tia sáng từ không khí có chiết suất bằng 1 vào nước với góc tới 300. Tính góc khúc xạ, biết chiết suất của nước là 1,33. Bài giải: Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng Đáp án : r = 220 Bài 2: Một tia sáng đi từ nước (có chiết suất n1 = 1,33) sang thủy tinh (có chiết suất n2 = 1,5) với góc tới 600. Tính góc khúc xạ. 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. 2. Định luật khúc xạ ánh sángTừ hình vẽ trên ta có: SI: tia tới; I: điểm tới N'IN: pháp tuyến với mặt phân cách tại I IR: tia khúc xạ i: góc tới; r: góc khúc xạ. Khi thay đổi góc tới i, thực nghiệm cho kết quả sau đây được gọi là định luật khúc xạ ánh sáng:
B. CHIẾT SUẤT CỦA MÔI TRƯỜNG1. Chiết suất tỉ đốiTỉ số không đổi \[\frac{{\sin i}}{{\sin r}}\] 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) \[\frac{{\sin i}}{{\sin r}} = {n_{21}}\]
2. Chiết suất tuyệt đốiChiết suất tuyệt đối (thường gọi tắt là chiết suất) của môi trường là chiết suất tỉ đối của môi trường đó đối với chân không. Như vậy chiết suất của chân không là 1. Chiết suất của không khí là 1,000293 nên thường được làm tròn là 1, nếu không cần độ chính xác cao. Mọi môi trường trong suốt đều có chiết suất tuyệt đối lớn hơn 1. Có thể thiết lập được hệ thức: \[{n_{21}} = \frac{{{n_2}}}{{{n_1}}}\]. Trong đó
Chiết suất tuyệt đối của một môi trường liên hệ với vận tốc: \[n = \frac{C}{v}\], trong đó C là vận tốc ánh sáng trong chân không, v là vận tốc ánh sáng trong môi trường. Chiết suất của không khí được tính gần đúng bằng 1, còn mọi môi trường trong suốt khác đều có chiết suất lớn hơn 1. Dạng đối xứng của định luật khúc xạ là \[{n_1}\sin i = {n_2}\sin r\]. C. TÍNH THUẬN NGHỊCH CỦA SỰ TRUYỀN ÁNH SÁNG.Nếu đảo chiều, cho ánh sáng truyền từ nước ra không khí theo tia RI thì nó khúc xạ vào không khí theo tia IS. Như vậy ánh sáng truyền đi theo đường nào thì cũng truyền ngược lại theo đường đó. Đây chính là tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng. Từ tính thuận nghịch, ta suy ra: \[{n_{12}} = \frac{1}{{{n_{21}}}}\]. Tính thuận nghịch này cũng biểu hiện ở sự truyền thẳng và sự phản xạ. II. Bài tập minh hoạ:Bài 1: Một bể chứa có thành cao 80cm và đáy phẳng dài 120cm. Biết độ cao mực nước trong bể là 60cm, chiết suất của nước là \[\frac{4}{3}\]. Ánh nắng chiếu theo phương nghiêng góc 30° so với phương ngang thì độ dài bóng của thành bể tạo được ở đáy bể là bao nhiêu? Giải Theo đề bài HI = 60cm. AM = 80 – 60 = 20cm Ta có: \[\sin i = n\sin r\] với i = 90 – 30 = 60° (hình vẽ) \[ \Rightarrow \sin r = \frac{{\sin i}}{n} = \frac{{\sin 60^\circ }}{{\frac{4}{3}}} = \frac{{3\sqrt 3 }}{8} \Rightarrow r = 40,5^\circ \] \[\tan \widehat {IAM} = \frac{{IM}}{{AM}} \Rightarrow IM = CH = AM.\tan \widehat {IAM} = 20.\tan 60^\circ = 20\sqrt 3 cm\] \[\tan \widehat {RIH} = \frac{{HR}}{{IH}} \Rightarrow HR = IH.\tan \widehat {RIH} = 60.\tan 40,5^\circ = 51,25cm\] Bóng của thành bể tạo thành dưới đáy bể là: CR = CH + HR = 85,9cm Bài 2: Một điểm sáng O nằm trong chất lỏng có chiết suất n, cách mặt chất lỏng một đoạn 12cm, phát ra chùm ánh sáng hẹp đến gặp mặt phân cách với không khí tại điểm B với góc tới rất nhỏ, tia ló truyền theo phương BE. Đặt mắt trên phương BE nhìn thấy ảnh ảo O’ của O dường như cách mặt chất lỏng một khoảng 10cm. chiết suất của chất lỏng đó là bao nhiêu? Bài 3: Một người nhìn một hòn sỏi nhỏ O nằm ở đáy một bể nước sâu 1,2m theo phương gần vuông góc với mặt nước. Biết chiết suất của nước là 4/3. Người này thấy ảnh O’ của O nằm cách mặt nước một khoảng bằng bao nhiêu? Bài 4: Một người nhìn một hòn sỏi nhỏ O nằm cách đáy một bể nước sau theo phương gần vuông góc với mặt nước. Người này thấy ảnh O’ của O nằm cách mặt nước một khoảng bằng 1,2m. Biết chiết suất của nước là 4/3. Độ sâu của nước trong bể là bao nhiêu? Bài 5: Một bản mặt song song có bề dày 10cm, chiết suất n = 1,5 được đặt trong không khí. Chiếu tới bản một tia sáng với góc tời bằng 45°. Khoảng cách giữa phương của tia tới và tia ló là bao nhiêu? Bài 6: Một bản mặt song song có bề dày 6cm, chiết suất n = 1,5 được đặt trong không khí. Ảnh S’ của S qua bản mặt song song cách S một đoạn là bao nhiêu? Bài 7: Chiếu ánh sáng từ không khí vào nước có chiết suất n = 4/3 . Nếu góc khúc xạ r là 30° thì góc tới i là bao nhiêu? Bài 8: Một tia sáng truyền từ môi trường A vào môi trường B dưới góc tới 9° thì góc khúc xạ là 8°. Khi góc tới là 60° thì góc khúc xạ là bao nhiêu? Bài 9: Tốc độ ánh sáng trong chân không là 3.108 m/s. Kim cương có chiết suất 2,42. Tốc độ truyền ánh sáng trong kim cương là bao nhiêu? Bài 10: Một tia sáng truyền từ môi trường A vào môi trường B dưới góc tới 9° thì góc khúc xạ là 8°. Tốc độ ánh sáng trong môi trường B là 2.105 km/s. Tốc độ ánh sáng trong môi trường A là bao nhiêu? Chiết suất không khí bao nhiêu?Chiết suất của không khí là 1. Chiết suất của chân không là bao nhiêu?Chiết suất không có đơn vị. Chiết suất của chân không là 1. Tốc độ ánh sáng truyền đi trong các môi trường bao giờ cũng nhỏ hơn vận tốc ánh sáng trong chân không (v < c), nên chiết suất tuyệt đối của mọi chất đều lớn hơn 1. Chiết suất n là gì?Chiết suất của một vật liệu là tỷ số giữa tốc độ ánh sáng trong chân không và tốc độ pha của bức xạ điện từ trong vật liệu. Nó thường được ký hiệu là n. Làm như thế nào được gọi là chiết xuất?Chiết xuất là một phương pháp nhằm lấy ra một phần từ nguyên liệu thô, thường bằng cách sử dụng một dung môi như ethanol hoặc nước. Chất chiết xuất có thể được bán dưới dạng ngâm trong rượu, cô đặc, tinh chất hoặc ở dạng bột. |
