Hệ thống kiến thức Vật lý 11 nâng cao - Chương 6: Khúc xạ ánh sáng

Trường THPT Nguyễn Đáng Lớp 11 Họ và Tên: HỆ THỐNG KIẾN THỨC VẬT LÝ 11 NÂNG CAO Chương 6 KHÚC XẠ ÁNH SÁNG –Y— I/. Khúc xạ ánh sáng Định nghĩa hiện tượng khúc xạ ánh sáng Khúc xạ là hiện tượng chùm tia sáng bị đổi phương đột ngột khi đi qua mặt phân cách hai môi trường truyền ánh sáng. + Hệ hai môi trường truyền sáng phân cách bằng mặt phẳng được gọi là lưỡng chất phẳng. mặt phân cách hai môi trường là mặt lưỡng chất. Định luật khúc xạ ánh sáng * Nội dung định luật: + Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới. + Tia tới và tia khúc xạ nằm ở hai bên pháp tuyến tại điểm tới. N’ n < 1 S R i r I Mặt phân cách N S R i r I Mặt phân cách N N’ n > 1 + Đối với hai môi trường trong suốt nhất định, tỉ số giữa sin của góc tới và sin của góc khúc xạ là một hằng số: Trong đó: SI : tia tới IR : tia khúc xạ I : điểm tới NN’ : pháp tuyến i : góc tới r : góc khúc xạ * Ghi chú: + Nếu n > 1 thì r < i ta nói môi trường khúc xạ chiết quang hơn môi trường tới. + Nếu n i ta nói môi trường khúc xạ chiết quang kém môi trường tới. + Trường hợp i = 0 thì r = 0 tia tới vuông góc với mặt phân cách thì truyền thẳng. + Biểu thức của định luật còn có thể viết dưới dạng: Chiết suất của môi trường a) Chiết suất tỉ đối Trong biểu thức của định luật khúc xạ ánh sáng thì n được gọi là chiết suất tỉ đối của môi trường 2 (môi trường khúc xạ) đối với môi trường 1 (môi trường tới). trong đó là tốc độ ánh sáng truyền trong môi trường 1 và là tốc độ ánh sáng truyền trong môi trường 2. b) Chiết suất tuyệt đối Chiết suất tuyệt đối n của một môi trường là chiết suất tỉ đối của môi trường đó đối với chân không. trong đó c là tốc độ ánh sáng trong chân không và v là tốc độ ánh sáng trong môi trường đó. * Nhận xét: + Chiết suất của chân không bằng 1. Chiết suất tuyệt đối của mọi chất đều lớn hơn 1. + Ta có và suy ra + Biểu thức của định luật khúc xạ ánh sáng còn được viết: Ảnh của một vật được tạo bởi sự khúc xạ ánh sáng qua mặt phân cách hai môi trường O O’ A B Xét điểm O nằm ở đáy một cốc nước. Đặt mắt ngoài không khí nhìn vào đáy cốc sao cho chùm ánh sáng từ O khúc xạ ra ngoài không khí và đi vào mắt, ta sẽ có cảm giác là đáy cốc như được nâng lên cao hơn so với bình thường. Tính thuận nghịch trong sự truyền ánh sáng Nếu ánh sáng truyền từ S tới R, giả sử theo đường truyền là SIJKR, thì khi truyền ngược lại theo tia RK, đường truyền là RKJIS. Đó là tính thuận nghịch trong sự truyền ánh sáng. (Hình 44.6) II/. Phản xạ toàn phần Hiện tượng phản xạ toàn phần * Xét tia sáng đi từ môi trường có chiết suất sang một môi trường có chiết suất nhỏ hơn, khi đó r > i. (Hình 45.1) + Cho i tăng dần thì r cũng tăng dần và luôn luôn lớn hơn i. + Khi thì và khi đó + Khi , toàn bộ ánh sáng sẽ bị phản xạ, không có tia khúc xạ vào môi trường thứ hai. Hiện tượng này được gọi là hiện tượng phản xạ toàn phần. Góc được gọi là góc giới hạn phản xạ toàn phần. * Kết luận: Khi ánh sáng đi từ môi trường có chiết suất lớn hơn sang môi trường có chiết suất nhỏ hơn và có góc tới i lớn hơn góc giới hạn , thì sẽ xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần, trong đó mọi tia sáng đều bị phản xạ, không có tia khúc xạ. * Điều kiện xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần: và . * Trong trường hợp ánh sáng đi từ môi trường có chiết suất nhỏ hơn sang môi trường có chiết suất lớn hơn, ta luôn có tia khúc xạ trong môi trường thứ hai. Ứng dụng của hiện tượng phản xạ toàn phần Hiện tượng phản xạ toàn phần được ứng dụng trong sợi quang. Sợi quang có lõi bằng thủy tinh hoặc chất dẽo trong suốt có chiết suất , được bao quanh bằng một lớp vỏ có chiết suất nhỏ hơn (Hình 45.4). Tia sáng SI khi đi vào sợi quang sẽ bị phản xạ toàn phần nhiều lần bên trong sợi quang, vì thế tia sáng được dẫn truyền bên trong sợi quang mà cường độ sáng bị giảm không đáng kể. Nhiều sợi quang ghép với nhau tạo thành bó sợi quang, nhiều bó ghép lại thành cáp quang. + Trong y học, bó sợi quang được ứng dụng trong phương pháp nội soi. + Trong công nghệ thông tin, cáp quang được dùng để truyền các dữ liệu. Cáp quang truyền được số lượng dữ liệu lớn gấp hàng nghìn lần cáp kim loại. Cáp quang rất ít bị nhiễu bởi trường điện từ ngoài.