Bài 27: Phản xạ toàn phần
Video bài giảng
1. Hiện tượng phản xạ toàn phần
Hiện tượng phản xạ toàn phần là hiện tượng phản xạ lại toàn bộ tia sáng tới mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt. Xảy ra khi ánh sáng truyền từ môi trường chiết quang sang môi trường kém chiết quang hơn.
2. Điều kiện để có hiện tượng phản xạ toàn phần
Áp dụng công thức định luật khúc xạ ánh sáng ta có:
-
\(n_1sini=n_2sinr\)
-
⇔ \(sini=\frac{n_2}{n_1}sinr\)
Vì \(n_1> n_2\) => r > \(i\)=> khi góc \(i\) tăng thì góc r cũng tăng, Do đó khi góc r đặt giá trị cực đại (\(r=90^o\Rightarrow sinr=1\) ) thì \(i\) đạt giá trị giới hạn \(i_{gh}\) :
\(sini_{gh}=\frac{n_2}{n_1}\)
\(i_{gh}\) gọi là góc khúc xạ giới hạn
-
Nếu \(i> i_{gh}\) thì hiện tượng phản xạ toàn phần xảy ra.
Kết luận: Điều kiện để có phản xạ toàn phần
-
Ánh sáng truyền từ môi trường chiết quang sang môi trường kém chiết quang (n1 > n2)
-
Góc tới \(i\geq i_{gh}\) với \(sini_{gh}=\frac{n_2}{n_1}\)
3. Phân biệt phản xạ toàn phần và phản xạ thông thường
3.1. Giống nhau
-
Cũng là hiện tượng phản xạ, (tia sáng bị hắt lại môi trường cũ).
-
Cũng tuân theo định luật phản xạ ánh sáng .
3.2. Khác nhau
-
Hiện tượng phản xạ thông thường xảy ra khi tia sáng gặp một mặt phân cách hai môi trường và không cần thêm điều kiện gì.
Trong khi đó, hiện tượng phản xạ toàn phần chỉ xảy ra khi thỏa mãn hai điều kiện trên.
-
Trong phản xạ toàn phần, cường độ chùm tia phản xạ bằng cường độ chùm tia tới.
Còn trong phản xạ thông thường, cường độ chùm tia phản xạ yếu hơn chùm tia tới.
4. Lăng kính phản xạ toàn phần
Lăng kính phản xạ toàn phần là một khối thủy tinh hình lăng trụ có tiết diện thẳng là một tam giác vuông cân
5. Ứng dụng
Dùng để truyền dẫn, điều khiển đường đi của tia sáng phục vụ các mục đích khác nhau của con người (cáp quang, lăng kính phản xạ toàn phần ....)
a) Sợi quang:
Cấu tạo: Gồm 2 phần chính
-
Phần lõi: bằng thủy tinh hoặc chất dẻo trong suốt có chiết suất n1
-
Phần vỏ bao quanh có chiết suất n2 (n2 < n1)
b) Cáp quang: Là bó sợi quang
Ứng dụng:
-
Trong y học cáp quang được dùng để quan sát các bộ phận bên trong cơ thể. Đó là phương pháp nội soi.
-
Trong công nghệ thông tin cáp quang được dùng để truyền dẫn các dữ liệu.
Ưu điểm:
-
Truyền được dung lượng tín hiệu lớn
-
Ít bị nhiễu bởi trường điện từ ngoài
Bài 1
Một khối thủy tinh P có chiết suất n = 1,5 tiết diện thẳng là 1 tam giác ABC vuông tại B. Chiếu vuông góc tới mặt AB 1 chùm sáng song song SI.
a. Khối thủy tinh đặt trong không khí. Hiện tượng phản xạ toàn phần có xảy ra không?
b. Khối thủy tinh đặt trong nước có n’=1,33. Tính góc lệch D?
Hướng dẫn giải:
a. Quan sát đường đi của tia sáng
.PNG)
-
Dựa vào ΔABC ta có:
r’ = 450
\(sini_{gh}=\frac{n_2}{n_1}=\frac{1}{1,5}=0,67\)
⇒ \(i_{gh}\) = \(41^o48'\)
Ta thấy: r’ > \(i_{gh}\)
\(n_1> n_2\)
⇒ Có xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần tia sáng truyền thẳng ra không khí tại mặt BC
b. Quan sát đường đi của tia sáng
.PNG)
Ta có:
\(sini_{gh}=\frac{n_2}{n_1}=\frac{1,33}{1,5}=0,887\)
⇒ \(i_{gh}\) = \(62^o27'\)
-
Ta thấy r’ < \(i_{gh}\) nên tại AC có tia khúc xạ.
-
Áp dụng công thức định luật khúc xạ ánh sáng ta có nsinr’ = n’sini’
⇒ \(i'= 52^o53'\)
Vậy, góc lệch D = i’ – r’ = 7053’ \(D=i'-r'=7^o53'\)
1. Hiện tượng phản xạ toàn phần
Hiện tượng phản xạ toàn phần là hiện tượng phản xạ lại toàn bộ tia sáng tới mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt. Xảy ra khi ánh sáng truyền từ môi trường chiết quang sang môi trường kém chiết quang hơn.
2. Điều kiện để có hiện tượng phản xạ toàn phần
Áp dụng công thức định luật khúc xạ ánh sáng ta có:
-
\(n_1sini=n_2sinr\)
-
⇔ \(sini=\frac{n_2}{n_1}sinr\)
Vì \(n_1> n_2\) => r > \(i\)=> khi góc \(i\) tăng thì góc r cũng tăng, Do đó khi góc r đặt giá trị cực đại (\(r=90^o\Rightarrow sinr=1\) ) thì \(i\) đạt giá trị giới hạn \(i_{gh}\) :
\(sini_{gh}=\frac{n_2}{n_1}\)
\(i_{gh}\) gọi là góc khúc xạ giới hạn
-
Nếu \(i> i_{gh}\) thì hiện tượng phản xạ toàn phần xảy ra.
Kết luận: Điều kiện để có phản xạ toàn phần
-
Ánh sáng truyền từ môi trường chiết quang sang môi trường kém chiết quang (n1 > n2)
-
Góc tới \(i\geq i_{gh}\) với \(sini_{gh}=\frac{n_2}{n_1}\)
3. Phân biệt phản xạ toàn phần và phản xạ thông thường
3.1. Giống nhau
-
Cũng là hiện tượng phản xạ, (tia sáng bị hắt lại môi trường cũ).
-
Cũng tuân theo định luật phản xạ ánh sáng .
3.2. Khác nhau
-
Hiện tượng phản xạ thông thường xảy ra khi tia sáng gặp một mặt phân cách hai môi trường và không cần thêm điều kiện gì.
Trong khi đó, hiện tượng phản xạ toàn phần chỉ xảy ra khi thỏa mãn hai điều kiện trên.
-
Trong phản xạ toàn phần, cường độ chùm tia phản xạ bằng cường độ chùm tia tới.
Còn trong phản xạ thông thường, cường độ chùm tia phản xạ yếu hơn chùm tia tới.
4. Lăng kính phản xạ toàn phần
Lăng kính phản xạ toàn phần là một khối thủy tinh hình lăng trụ có tiết diện thẳng là một tam giác vuông cân
5. Ứng dụng
Dùng để truyền dẫn, điều khiển đường đi của tia sáng phục vụ các mục đích khác nhau của con người (cáp quang, lăng kính phản xạ toàn phần ....)
a) Sợi quang:
Cấu tạo: Gồm 2 phần chính
-
Phần lõi: bằng thủy tinh hoặc chất dẻo trong suốt có chiết suất n1
-
Phần vỏ bao quanh có chiết suất n2 (n2 < n1)
b) Cáp quang: Là bó sợi quang
Ứng dụng:
-
Trong y học cáp quang được dùng để quan sát các bộ phận bên trong cơ thể. Đó là phương pháp nội soi.
-
Trong công nghệ thông tin cáp quang được dùng để truyền dẫn các dữ liệu.
Ưu điểm:
-
Truyền được dung lượng tín hiệu lớn
-
Ít bị nhiễu bởi trường điện từ ngoài
Bài 1
Một khối thủy tinh P có chiết suất n = 1,5 tiết diện thẳng là 1 tam giác ABC vuông tại B. Chiếu vuông góc tới mặt AB 1 chùm sáng song song SI.
a. Khối thủy tinh đặt trong không khí. Hiện tượng phản xạ toàn phần có xảy ra không?
b. Khối thủy tinh đặt trong nước có n’=1,33. Tính góc lệch D?
Hướng dẫn giải:
a. Quan sát đường đi của tia sáng
-
Dựa vào ΔABC ta có:
r’ = 450
\(sini_{gh}=\frac{n_2}{n_1}=\frac{1}{1,5}=0,67\)
⇒ \(i_{gh}\) = \(41^o48'\)
Ta thấy: r’ > \(i_{gh}\)
\(n_1> n_2\)
⇒ Có xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần tia sáng truyền thẳng ra không khí tại mặt BC
b. Quan sát đường đi của tia sáng
Ta có:
\(sini_{gh}=\frac{n_2}{n_1}=\frac{1,33}{1,5}=0,887\)
⇒ \(i_{gh}\) = \(62^o27'\)
-
Ta thấy r’ < \(i_{gh}\) nên tại AC có tia khúc xạ.
-
Áp dụng công thức định luật khúc xạ ánh sáng ta có nsinr’ = n’sini’
⇒ \(i'= 52^o53'\)
Vậy, góc lệch D = i’ – r’ = 7053’ \(D=i'-r'=7^o53'\)