Bài 26: Khúc xạ ánh sáng
Video bài giảng
1. Sự khúc xạ ánh sáng
1.1. Hiện tượng khúc xạ ánh sáng.
Định nghĩa: Hiện tượng khúc xạ ánh sáng là hiện tượng lệch phương (gãy) của các tia sáng khi xiên góc qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt khác nhau.
.PNG)
-
Giả sử môi trường 2 có chiết suất lớn hơn môi trường 1 thì : \(i> r\)
-
Ta có:
-
SI: tia tới, I: điểm tới
-
IS': tia phản xạ
-
IR: tia khúc xạ
-
NN': pháp tuyến của mặt phân cách
-
i: góc tới, i': góc tới (i=i’)
-
r: góc khúc xạ
-
1.2. Định luật khúc xạ ánh sáng
Định luật khúc xạ ánh sáng
-
Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới và ở bên kia pháp tuyến so với tia tới.
-
Với 2 môi trường trong suốt nhất định, tỉ số giữa sin góc tới và sin góc khúc xạ là một hằng số.
\(\frac{sini}{sinr}\) = hằng số
2. Chiết suất của môi trường
2.1. Chiết suất tỉ đối
-
Tỉ số không đổi: \(\frac{sini}{sinr}\)= \(n_{21}\) trong hiện tượng khúc xạ được gọi là chiết suất tỉ đối \(n_{21}\) của môi trường (2) chứa tia khúc xạ đối với môi trường (1) (chứa tia tới)
-
\(n_{21}\) > 1: thì i > r (môi trường khúc xạ chiết quang hơn môi trường tới): tia khúc xạ gần pháp tuyến hơn tia tới.
-
\(n_{21}\) < 1: thì i < r (môi trường khúc xạ chiết quang kém môi trường tới): tia khúc xạ xa pháp tuyến hơn tia tới.
2.2. Chiết suất tuyệt đối
-
Chiết suất tuyệt đối (gọi tắt là chiết suất) của một môi trường là chiết suất tỉ đối của môi trường đó với chân không.
Như vậy:
-
Chiết suất của chân không bằng 1.
-
Chiết suất của không khí gần bằng 1.
-
Hệ thức giữa chiết suất tỉ đối và chiết suất tuyệt đối.
\(n_{21}=\frac{n_2}{n_1}\)
2.3. Nhận xét:
-
\(n_{21}> 1\Rightarrow n_2> n_1\): môi trường (2) chiết quang hơn môi trường (1)
\(sin i> sin r\Rightarrow i> r\)
.PNG)
-
\(n_{21}< 1\Rightarrow n_2< n_1\): môi trường (2) kém chiết quang hơn môi trường (1)
\(sin i< sin r\Rightarrow i< r\)
-
Hệ thức giữa chiết suất tỉ đối và vận tốc truyền ánh sáng trong các môi trường.
\(n=n_{21}=\frac{v_1}{v_2}\)
-
Chiết suất của một môi trường: \(n=\frac{c}{v}\) (đều lớn hơn 1).
-
\(c=3.10^8m/s\) vận tốc ánh sáng trong chân không.
-
v: vận tốc ánh sáng trong môi trường có chiết suất n.
-
-
Định luật Khúc xạ ánh sáng có thể viết dưới dạng:
\(n_1sini=n_2sinr\)
3. Tính thuận nghịch trong sự truyền ánh sáng.
-
Ánh sáng truyền theo đường nào thì cũng truyền ngược lại theo đường đó.
.PNG)
-
Từ tính thuận nghịch ta suy ra:
\(n_{21}=\frac{1}{n_{12}}\)
Bài 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 \(i=30^o\).
Hướng dẫn giải:
Theo đề bài: \(n_1=\) = 4/3; \(n_2=\) 1,5; \(i=30^o\)
Áp dụng Định luật khúc xạ ánh sáng:
\(n_1sini=n_2sinr\)
⇒ \(r=26,4^o\)
⇒ Góc lệch D= i-r=\(3,6^o\)
Bài 2:
Một cây cọc dài được cắm thẳng đứng xuống một bể nước chiết suất 4/3. 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.
Hướng dẫn giải:
Theo đề bài: \(n_1\) = 1; \(n_2\) = 4/3.
CD = 190cm; BI = CH = 40cm; AB = 30cm
.PNG)
Ta có:
\(\begin{array}{l}
tani = \frac{{BI}}{{AB}} = \frac{{40}}{{30}} = \frac{4}{3}\\
\Rightarrow i = {53^o}
\end{array}\)
Áp dụng Định luật khúc xạ ánh sáng:
\(n_1sini=n_2sinr\)
⇒ \(sinr=0,6\)
⇒ \(r=37^o\)
⇒ \(tanr=\frac{HD}{IH}=\frac{CD-CH}{IH}\)
⇒ IH=200cm
Vậy, chiều sâu của lớp nước là 200m
1. Sự khúc xạ ánh sáng
1.1. Hiện tượng khúc xạ ánh sáng.
Định nghĩa: Hiện tượng khúc xạ ánh sáng là hiện tượng lệch phương (gãy) của các tia sáng khi xiên góc qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt khác nhau.
-
Giả sử môi trường 2 có chiết suất lớn hơn môi trường 1 thì : \(i> r\)
-
Ta có:
-
SI: tia tới, I: điểm tới
-
IS': tia phản xạ
-
IR: tia khúc xạ
-
NN': pháp tuyến của mặt phân cách
-
i: góc tới, i': góc tới (i=i’)
-
r: góc khúc xạ
-
1.2. Định luật khúc xạ ánh sáng
Định luật khúc xạ ánh sáng
-
Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới và ở bên kia pháp tuyến so với tia tới.
-
Với 2 môi trường trong suốt nhất định, tỉ số giữa sin góc tới và sin góc khúc xạ là một hằng số.
\(\frac{sini}{sinr}\) = hằng số
2. Chiết suất của môi trường
2.1. Chiết suất tỉ đối
-
Tỉ số không đổi: \(\frac{sini}{sinr}\)= \(n_{21}\) trong hiện tượng khúc xạ được gọi là chiết suất tỉ đối \(n_{21}\) của môi trường (2) chứa tia khúc xạ đối với môi trường (1) (chứa tia tới)
-
\(n_{21}\) > 1: thì i > r (môi trường khúc xạ chiết quang hơn môi trường tới): tia khúc xạ gần pháp tuyến hơn tia tới.
-
\(n_{21}\) < 1: thì i < r (môi trường khúc xạ chiết quang kém môi trường tới): tia khúc xạ xa pháp tuyến hơn tia tới.
2.2. Chiết suất tuyệt đối
-
Chiết suất tuyệt đối (gọi tắt là chiết suất) của một môi trường là chiết suất tỉ đối của môi trường đó với chân không.
Như vậy:
-
Chiết suất của chân không bằng 1.
-
Chiết suất của không khí gần bằng 1.
-
Hệ thức giữa chiết suất tỉ đối và chiết suất tuyệt đối.
\(n_{21}=\frac{n_2}{n_1}\)
2.3. Nhận xét:
-
\(n_{21}> 1\Rightarrow n_2> n_1\): môi trường (2) chiết quang hơn môi trường (1)
\(sin i> sin r\Rightarrow i> r\)
-
\(n_{21}< 1\Rightarrow n_2< n_1\): môi trường (2) kém chiết quang hơn môi trường (1)
\(sin i< sin r\Rightarrow i< r\)
-
Hệ thức giữa chiết suất tỉ đối và vận tốc truyền ánh sáng trong các môi trường.
\(n=n_{21}=\frac{v_1}{v_2}\)
-
Chiết suất của một môi trường: \(n=\frac{c}{v}\) (đều lớn hơn 1).
-
\(c=3.10^8m/s\) vận tốc ánh sáng trong chân không.
-
v: vận tốc ánh sáng trong môi trường có chiết suất n.
-
-
Định luật Khúc xạ ánh sáng có thể viết dưới dạng:
\(n_1sini=n_2sinr\)
3. Tính thuận nghịch trong sự truyền ánh sáng.
-
Ánh sáng truyền theo đường nào thì cũng truyền ngược lại theo đường đó.
-
Từ tính thuận nghịch ta suy ra:
\(n_{21}=\frac{1}{n_{12}}\)
Bài 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 \(i=30^o\).
Hướng dẫn giải:
Theo đề bài: \(n_1=\) = 4/3; \(n_2=\) 1,5; \(i=30^o\)
Áp dụng Định luật khúc xạ ánh sáng:
\(n_1sini=n_2sinr\)
⇒ \(r=26,4^o\)
⇒ Góc lệch D= i-r=\(3,6^o\)
Bài 2:
Một cây cọc dài được cắm thẳng đứng xuống một bể nước chiết suất 4/3. 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.
Hướng dẫn giải:
Theo đề bài: \(n_1\) = 1; \(n_2\) = 4/3.
CD = 190cm; BI = CH = 40cm; AB = 30cm
Ta có:
\(\begin{array}{l}
tani = \frac{{BI}}{{AB}} = \frac{{40}}{{30}} = \frac{4}{3}\\
\Rightarrow i = {53^o}
\end{array}\)
Áp dụng Định luật khúc xạ ánh sáng:
\(n_1sini=n_2sinr\)
⇒ \(sinr=0,6\)
⇒ \(r=37^o\)
⇒ \(tanr=\frac{HD}{IH}=\frac{CD-CH}{IH}\)
⇒ IH=200cm
Vậy, chiều sâu của lớp nước là 200m