Toptailieu.vn xin giới thiệu sơ lược Lý thuyết Khúc xạ ánh sáng Vật Lí 11 chọn lọc, hay nhất giúp học sinh lớp 11 ôn luyện để nắm chắc kiến thức cơ bản và đạt kết quả cao trong các bài thi môn Vật Lí.

Mời các bạn đón xem:  

Khúc xạ ánh sáng (Lý thuyết + 30 bài tập có lời giải)

I. Lý thuyết Khúc xạ ánh sáng

1. Sự khúc xạ ánh sáng

a) Hiện tượng khúc xạ ánh sáng

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.

Ta có: SI là tia tới.

I là điểm tới.

N’IN là pháp tuyến với mặt phân cách tại I.

IR là tia khúc xạ.

IS’ là tia phản xạ.

i là góc tới, r là góc khúc xạ.

b) 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 không đổi:

2. Chiết suất của môi trường

a) Chiết suất tỉ đối

Tỉ số không đổi  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.

    + n₂₁ > 1 thì r < i: Tia khúc xạ bị lệch lại gần pháp tuyến hơn. Ta nói môi trường (2) chiết quang hơn môi trường (1).

    + n₂₁ < 1 thì r > i: Tia khúc xạ bị lệch xa pháp tuyến hơn. Môi trường (2) chiết quang kém môi trường (1).

b) Chiết suất tuyệt đối

- 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 của chân không là 1.

    + Chiết suất của không khí gần bằng 1.

    + Các môi trường trong suốt khác đều có chiết suất tuyệt đối lớn hơn 1.

- Hệ thức giữa chiết suất tỉ đối và chiết suất tuyệt đối:

Trong đó:

n₁ là chiết suất tuyệt đối của môi trường (2)

n₂ là chiết suất tuyệt đối của môi trường (1)

Chú ý:

- Hệ thức giữa chiết suất tỉ đối và vận tốc truyền ánh sáng trong các môi trường:

- Chiết suất của một môi trường:

Trong đó:

c = 3.10⁸ m/s là vận tốc ánh sáng trong chân không.

v là vận tốc ánh sáng trong môi trường có chiết suất n.

- Biểu thức khác của định luật khúc xạ ánh sáng:

n₁sini = n₂sinr

    + Trường hợp i và r nhỏ hơn 10^o thì: sini ≈ i; sinr ≈ r

Ta có: n₁i = n₂r

    + Trường hợp i = 0^o, r = 0^o thì tia sáng đi vuông góc với mặt phân cách (không xảy ra hiện tượng khúc xạ).

3. Tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng

Ánh sáng truyền đi theo đường nào thì cũng truyền ngược lại theo đường đó:

Chú ý: Tính thuận nghịch cũng biểu hiện ở sự truyền thẳng và sự phản xạ.

4. Liên hệ thực tế

Vị trí thật của những vật ở trong nước thấp hơn vị trí mà mắt ta nhìn thấy

Nhìn xuống cốc nước, ta thấy ống hút như bị gãy khúc tại mặt nước và đáy cốc dường như cao lên

II. Bài tập Khúc xạ ánh sáng

Bài 1: Chiếu ánh sáng từ không khí vào thủy tinh có chiết suất n = 1,5. Nếu góc tới i là 60^o thì góc khúc xạ r (lấy tròn) là

A. 30^o.

B. 35^o.

C. 40^o.

D. 45^o.

Lời giải:

Đáp án: B.

HD Giải: sini = n.sinr ⇔ sin60^o = 1,5sinr ⇔ r = 35^o.

Bài 2: Chiếu ánh sáng từ không khí vào nước có chiết suất n = 4/3. Nếu góc khúc xạ r là 30^o thì góc tới i (lấy tròn) là

A. 20^o.

B. 36^o.

C. 42^o.

D. 45^o.

Lời giải:

Đáp án: C.

HD Giải:

Bài 3: Một tia sáng truyền từ môi trường A vào môi trường B dưới góc tới 9^o thì góc khúc xạ là 8^o. Khi góc tới là 60^o thì góc khúc xạ là?

A. 47,3^o.

B. 56,4^o.

C. 50,4^o.

D. 58,7^o.

Lời giải:

Đáp án: C.

HD Giải:

Bài 4: 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

A. 242000 km/s.

B. 124000 km/s.

C. 72600 km/s.

D. 62700 km/s.

Lời giải:

Đáp án: B.

HD Giải:

Bài 5: Một tia sáng truyền từ môi trường A vào môi trường B dưới góc tới 9^o thì góc khúc xạ là 8^o. Tốc độ ánh sáng trong môi trường B là 2.10⁵ km/s. Tốc độ ánh sáng trong môi trường A là bao nhiêu?

A. 225000 km/s.

B. 230000 km/s.

C. 180000 km/s.

D. 250000 km/s.

Lời giải:

Đáp án: A.

HD Giải:

ad

Bài 6: Khi chiếu ánh sáng đơn sắc từ một không khí vào một khối chất trong suốt với góc tới 60^o thì góc khúc xạ là 30^o. Khi chiếu cùng ánh sáng đơn sắc đó từ khối chất đã cho ra không khí với góc tới 30^o thì góc khúc xạ

A. nhỏ hơn 30^o.

B. lớn hơn 60^o.

C. bằng 60^o.

D. không xác định được.

Lời giải:

Đáp án: C.

HD Giải: Theo tính thuận nghịch của ánh sáng: ánh sáng truyền đi theo đường nào thì cũng truyền ngược lại theo đường đó nên khi góc tới 30^o thì góc khúc xạ 60^o.

Bài 7: Chiếu một ánh sáng đơn sắc từ chân không vào một khối chất trong suốt với góc tới 45^o thì góc khúc xạ bằng 30^o. Chiết suất tuyệt đối của môi trường này là

A. √2

B. √3

C. 2

D. √3/√2

Lời giải:

Đáp án: A.

HD Giải: sin45^o = nsin30^o ⇔ n = √2.

Bài 8: Chiếu một tia sáng từ không khí vào một khối chất trong suốt có chiết suất n với góc tới 40^o thì góc khúc xạ trong khối chất này là 20^o55’. Giá trị n là

A. 1,3.

B. 1,7.

C. 1,5.

D. 1,8.

Lời giải:

Đáp án: D.

HD Giải: sin40^o = nsin20^o55' ⇔ n = 1,8.

Bài 9: Chiếu một tia sáng từ không khí vào một khối chất trong suốt có chiết suất 1,5 với góc tới 60^o thì tia khúc xạ trong khối chất bị lệch so với tia tới một góc là

A. 95,3^o.

B. 24,7^o.

C. 35,3^o.

D. 38,5^o.

Lời giải:

Đáp án: B.

HD Giải: sin60^o = 1,5.sinr ⇔ r = 35,3^o ⇒ Δφ = i - r = 60^o - 35,3^o = 24,7^o.

Bài 10: Một tia sáng truyền từ môi trường có chiết suất √6 đến gặp mặt phân cách với môi trường có chiết suất √2 dưới góc tới i. Khi qua mặt phân cách tia sáng bị lệch so với phương ban đầu góc bằng i. Giá trị i là

A. 30^o.

B. 45^o.

C. 20^o.

D. 15^o.

Lời giải:ad

Đáp án: A.

HD Giải: Vì n₁ > n₂ nên r > i nên r = i + i = 2i, √6.sini = √2.sin2i ⇔ i = 30^o.

Bài 11: Ba môi trường trong suốt (1), (2), (3) có thể đặt tiếp giáp nhau. Với cùng góc tới 60^o; nếu ánh sáng truyền từ (1) vào (2) thì góc khúc xạ là 45^o; nếu ánh sáng truyền từ (1) vào (3) thì góc khúc xạ là 30^o. Nếu ánh sáng truyền từ (2) vào (3) vẫn với góc tới 60^o thì góc khúc xạ là?

A. 38^o.

B. 34^o.

C. 43^o.

D. 28^o.

Lời giải:

Đáp án: A.

HD Giải:

Bài 12: Khi chiếu một tia sáng từ chân không vào một môi trường trong suốt thì thấy tia phản xạ vuông góc với tia tới, góc khúc xạ chỉ có thể nhận giá trị

A. 40^o.

B. 50^o.

C. 60^o.

D. 70^o.

Lời giải:

Đáp án: A.

HD Giải: Ta có i + i’ = 90^o, i = i’ = 45^o, sin45^o = nsinr ⇒ r < 45^o.

Bài 13: Tia sáng truyền trong không khí tới gặp mặt thoáng của một chất lỏng có chiết suất là √3. Hai tia phản xạ và khúc xạ vuông góc với nhau. Góc tới có giá trị là?

A. 60^o.

B. 30^o.

C. 45^o.

D. 50^o.

Lời giải:

Đáp án: A.

HD Giải: i + r = 90^o ⇒ sinr = cosi, sini = √3cosi ⇒ tani = √3 => i = 60^o.

Bài 14: Một quả cầu trong suốt có bán kính 14 cm, chiết suất n. Tia tới SA song song song và cách đường kính MN của quả cầu đoạn 7 cm cho tia khúc xạ AN như hình. Chiết suất của quả cầu là?

A. 1,3.

B. 1,93.

C. 1,54.

D. 1,43.

Lời giải:

Đáp án: B.

HD Giải:

Bài 15: Đặt một thước dài 70 cm theo phương thẳng đứng vuông góc với đáy bể nước nằm ngang rộng (một đầu của thước chạm đáy bể). Chiều cao của nước trong bể là 40cm và chiết suất là 4/3. Nếu các tia sáng mặt trời tới nước dưới góc tới i (sini = 0,8) thì bóng của thước dưới đáy bể là

A. 50 cm.

B. 60 cm.

C. 70 cm.

D. 80 cm.

Lời giải:

Đáp án: C.

HD Giải:

Bài 16: Một bể chứa nước rất rộng có thành cao 80 cm và đáy phẳng rất rộng và độ cao mực nước trong bể là 60 cm, chiết suất của nước là 4/3. Ánh nắng chiếu theo phương nghiêng góc 30^o so với mặt nước. Độ dài bóng thành bể tạo thành trên đáy bể là?

A. 11,5 cm.

B. 34,6 cm.

C. 51,6 cm.

D. 85,9 cm.

Lời giải:

Đáp án: D.

HD Giải:

Bài 17: Một cái cột cắm thẳng đứng chạm đáy một bể rộng đựng nước. Phần cột nhô lên mặt nước là 0,6 m, bóng phần cột nhô lên này hiện lên trên mặt nước là 0,8 m. Bóng của cột hiên ở lên đáy bể là 1,7 m. Chiết suất của nước là 4/3. Chiều sâu của bể nước là

A. 1,2 m.

B. 1,5 m.

C. 2,5 m.

D. 1,4 m.

Lời giải:

Đáp án: A.

HD Giải:

Bài 18: Một cái máng sâu 30 cm, rộng 40 cm có hai thành bên thẳng đứng. Lúc máng cạn nước thì bóng râm của thành A kéo đến thành đáy thành B đối diện. Người ta đổ nước vào máng lên đến độ cao h thì bóng của thành A giảm 7 cm so với trước. Chiết suất của nước là 4/3. Tính h.

A. 20 cm.

B. 12 cm.

C. 24 cm.

D. 26 cm.

Lời giải:

Đáp án: B.

HD Giải:

Bài 19: Một thợ lặn ở dưới nước nhìn thấy Mặt Trời ở độ cao 60^o so với đường chân trời. Tính độ cao thực của Mặt Trời so với đường chân trời. Biết chiết suất của nước là 4/3.

A. 42^o.

B. 48^o.

C. 24^o.

C. 84^o.

Lời giải:

Đáp án: B.

HD Giải:

Hướng của Mặt Trời mà người thợ lặn nhìn thấy là hướng của các tia sáng khúc xạ vào nước.

r = 90^o – 60^o = 30^o.

Bài 20: Cho tia sáng đi từ nước (có chiết suất n = 4/3) tới không khí, góc giới hạn phản xạ toàn phần có giá trị là

A. i_gh = 41^o48’.

B. i_gh = 48^o35’.

C. i_gh = 62^o44’.

D. i_gh = 38^o26’.

Lời giải:

Đáp án: B.

HD Giải:

Bài 21: Tia sáng đi từ thủy tinh (chiết suất n₁ = 1,5) đến mặt phân cách với nước (chiết suất n₂ = 4/3). Điều kiện của góc tới i để không có tia khúc xạ trong nước là?

A. i ≥ 62^o44'.

B. i ≤ 62^o44'.

C. i ≤ 41^o48'.

D. i ≥ 48^o35'.

Lời giải:

Đáp án: A.

HD Giải:

Bài 22: Nước có chiết suất 1,33. Chiếu ánh sáng từ nước ra ngoài không khí, góc có thể xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần là

A. 20^o.

B. 30^o.

C. 40^o.

D. 50^o.

Lời giải:

Đáp án: D.

HD Giải:

Góc xảy ra PXTP là i ≥ 48^o45'.

Tia khúc xạ là là mặt phân cách nên i = i_gh = 60^o.

HD Giải: sin45^o = nsin30^o

Bài 26: Một chậu miệng rộng có đáy nằm ngang chứa chất lỏng trong suốt đến độ cao h = 5,2 cm. Ở đáy chậu có một nguồn sáng nhỏ S. Một tấm nhựa mỏng hình tròn tâm O bán kính R = 4cm ở trên mặt chất lỏng mà tâm O ở trên đường thẳng qua S. Thấy rằng không có tia sáng nào của ngọn đèn ra ngoài không khí. Chiết suất n của chất lỏng là

Để không có tia sáng nào ra ngoài không khí thì các tia sáng từ nguồn S qua các mép tấm gỗ phải bị phản xạ toàn phần, với:

HD Giải:

Để không có tia sáng nào ra ngoài không khí thì các tia sáng từ nguồn S qua các mép tấm gỗ phải bị phản xạ toàn phần, với:

Bài 28: Một khối thủy tinh có chiết suất n đặt trong không khí. Tiết diện thẳng là một tam giác vuông cân tại B. Chiếu vuông góc tới mặt AB một chùm tia sáng song song SI thì chùm tia sáng sau đó đi là là mặt AC. Giá trị n là?
A. √2.

HD Giải: Để tia sáng đi sát mặt AC thì tia góc tới i tại mặt AC phải bằng góc giới hạn PXTP tại mặt AC. Ta thấy i = i_gh = 45^o.

Bài 29: Một tia sáng đi từ một chất lỏng trong suốt có chiết suất n sang không khí, nếu α = 60^o thì β = 30^o như hình. Góc α lớn nhất mà tia sáng không thể ló sang môi trường không khí phía trên là?

HD Giải:
Bài 30: Một sợi quang hình trụ, lõi có chiết suất n_l = 1,5, phần vỏ bọc có chiết suất n_v = √2. Chùm tia tới hội tụ ở mặt trước của sợi với góc 2α như hình. Tìm điều kiện α để các tia sáng của chùm sáng truyền được trong ống

A.HD Giải: