Định luật Khúc Xạ Ánh Sáng Lớp 11: Lý Thuyết Và Bài Tập

1. Hiện tượng khúc xạ ánh sáng

1.1. Khúc xạ ánh sáng là gì?

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.

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. 

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. 

Định luật sẽ có dạng sau: 

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 

Đáp án D

Tham khảo ngay bộ tài liệu ôn tập kiến thức và tổng hợp phương pháp giải mọi dạng bài tập trong đề thi Hóa THPT Quốc gia

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. 

• Lăng kính

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 

Đăng ký ngay để được các thầy cô ôn tập kiến thức và xây dựng lộ trình ôn tập từ mất gốc đến 9+ thi Hóa THPT Quốc gia

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 60^o

C. vuông góc

D. tạo với nhau góc 30^o

Đáp án: 

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!