Toptailieu.vn xin giới thiệu sơ lược Lý thuyết Phản xạ toàn phần 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:   

Phản xạ toàn phần (Lý thuyết + 15 bài tập có lời giải)

I. Lý thuyết Phản xạ toàn phần

1. Sự truyền ánh sáng vào môi trường chiết quang kém hơn (n₁ > n₂)

a) Thí nghiệm

Ta cho một chùm tia sáng hẹp truyền từ khối nhựa trong suốt hình bán trụ vào trong không khí.

Thay đổi độ nghiêng của chùm tia tới (thay đổi góc tới i) và quan sát chùm tia khúc xạ ra không khí. Khi góc tới i ≥ i_gh tia khúc xạ không còn, toàn bộ tia sáng bị phản xạ.

b) Góc giới hạn phản xạ toàn phần

- Khi ánh sáng truyền vào môi trường chiết quang kém hơn (n₁ > n₂) ⇒ r > I ⇒ Chùm tia khúc xạ lệch xa pháp tuyến hơn so với chùm tia tới.

- Khi góc i tăng thì góc r cũng tăng (với r > i ). Khi r_max = 90^o thì i = i_gh gọi là góc giới hạn phản xạ toàn phần, còn gọi là góc tới hạn.

Ta có:

- Với i > i_gh: Không có tia khúc xạ, toàn bộ tia sáng bị phản xạ ở mặt phân cách. Đó là hiện tượng phản xạ toàn phần.

2. Hiện tượng phản xạ toàn phần

a) Định nghĩa

Phản xạ toàn phần là hiện tượng phản xạ toàn bộ tia sáng tới, xảy ra ở mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt.

Khi có phản xạ toàn phần thì không có tia khúc xạ.

b) Điều kiện để có phản xạ toàn phần

- Ánh sáng truyền từ một môi trường tới môi trường chiết quang kém hơn: n₂ < n₁

- Góc tới lớn hơn hoặc bằng góc giới hạn: i ≥ i_gh

3. Ứng dụng của hiện tượng phản xạ toàn phần

a) Cấu tạo

- Cáp quang là bó sợi quang. Mỗi sợi quang là một dây trong suốt có tính dẫn sáng nhờ phản xạ toàn phần.

- Sợi quang gồm hai phần chính:

    + Phần lõi trong suốt bằng thủy tinh siêu sạch có chiết suất lớn (n1).

    + Phần vỏ bọc trong suốt, bẳng thủy tinh có chiết suất n2 nhỏ hơn phần lõi.

    Phản xạ toàn phần xảy ở mặt phân cách giữa lõi và vỏ làm cho ánh sáng truyền đi được theo sợi quang.

    + Ngoài cùng là một số lớp vỏ bọc bằng nhựa dẻo để tạo cho cáp độ bền và độ dai cơ học.

b) Công dụng

- Dung lượng tín hiệu lớn.

- Nhỏ và nhẹ, dễ vận chuyển, dễ uốn.

- Không bị nhiễu bởi các bức xạ điện từ bên ngoài, bảo mật tốt.

- Không có rủi ro cháy (vì không có dòng điện).

c) Ứng dụng của cáp quang

Trong công nghệ thông tin, cáp quang được dùng để truyền thông tin, dữ liệu dưới dạng tín hiệu ánh sáng.

∗ Ứng dụng hiện tượng phản xạ toàn phần

II. Bài tập Phản xạ toàn phần

Bài 1. Một sợi quang hình trụ, lõi có chiết suất nl = 1,5, phần võ bọc có chiết suất nv = √2 . Chùm tia tới hội tụ ở mặt trước của sợi với góc 2α như hình vẽ. Tìm điều kiện α để các tia sáng của chùm sáng truyền được trong ống

A. α < 30^o

B. α ≥ 30^o

C. α < 45^o

D. α ≥ 45^o

Đáp án: A Điều kiện mọi tia sáng trong chùm đều truyền đi được trong ống là phải thỏa mãn điều kiện phản xạ toàn phần tại mặt phân cách của lõi trụ với vỏ bóc của nó.Từ hình vẽ, điều kiện phản xạ toàn phần tại J là:

Mặt khác:Áp dụng định luật khúc xạ tại mặt trước của ống quang ta được:

Bài 2. Khi nói về hiện tượng phản xạ toàn phần. Phát biểu nào sau đây sai?

A. Khi có phản xạ toàn phần thì hầu như toàn bộ ánh sáng phản xạ trở lại môi trường chứa chùm ánh sáng tới.

B. Phản xạ toàn phần chỉ xảy ra khi ánh sáng đi từ môi trường chiết quang hơn sang môi trường kém chiết quang hơn.

C. Phản xạ toàn phần xảy ra khi góc tới lớn hơn góc giới hạn phản xạ toàn phần

D. Góc giới hạn của phản xạ toàn phần được xác định bằng tỉ số chiết suất giữa môi trường chiết quang kém với môi trường chiết quang hơn.

Đáp án: D Điều kiện xảy ra phản xạ toàn phần+ Ánh sáng truyền từ môi trường chiết quang hơn sang môi trường chiết quang kém.+ Góc tới i phải lớn hơn hoặc bằng góc giới hạn.Góc giới hạn phản xạ toàn phần thỏa mãn:

Bài 3. Chiếu một chùm tia sáng tới mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt. Khi xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần thì

A. cường độ ánh sáng của chùm khúc xạ gần bằng cường độ sáng của chùm tới

B. Cường độ ánh sáng của chùm tia phản xạ gần bằng cường độ sáng của chùm tới.

C. cường độ sáng của chùm tia phản xạ lớn hơn cường độ sáng của chùm tia tới

D. cường độ sáng của chùm tia tới, chùm tia phản xạ và chùm tia khúc xạ bằng nhau

Đáp án: BKhi xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần thì cường độ ánh sáng của chùm tia phản xạ gần bằng cường độ sáng của chùm tới.

Bài 4. Điều kiện cần để xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần nào sau đây là đúng?

A. Tia sáng tới đi từ môi trường có chiết suất nhỏ sang môi trường có chiết suất lớn hơn.

B. Tia sáng tới đi từ môi trường có chiết suất lớn hơn đến mặt phân cách với môi trường có chiết suất nhỏ hơn.

C. Tia sáng tới phải đi vuông góc với mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt

D. Tia sáng tới phải đi song song với mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt

Đáp án: B Điều kiện xảy ra phản xạ toàn phần+ Ánh sáng truyền từ môi trường chiết quang hơn sang môi trường chiết quang kém.+ Góc tới i phải lớn hơn hoặc bằng góc giới hạn.

Bài 5. Một tia sáng đi từ nước đến mặt phân cách với không khí. Biết chiết suất của nước là 4/3 , chiết suất của không khí là 1. Góc giới hạn của tia sáng phản xạ toàn phần khi đó là

A. 41^o48’

B. 48^o35’

C. 62^o44’

D. 38^o26’

Đáp án: B

Bài 6. Một bể chứa nước có độ sau là 60cm. Ở mặt nước, đặt một tấm gỗ có bán kính r. Một nguồn sáng S đặt dưới đáy bể và trên đường thẳng đi qua tâm của tấm gỗ. Biết chiết suất của nước là 4/3. Để tia sáng từ S không truyền ra ngoài không khí thì r có giá trị nhỏ nhất là

A. 63cm

B. 68cm

C. 55cm

D. 51cm

Đáp án: B Để tia sáng đi từ đáy bể không truyền ra ngoài không khí thì lúc này tia sáng đi đến rìa của tấm gỗ thì xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần. (hình vẽ)

Ta thấy góc tới i của tia sáng phát ra từ A đến mặt nước tăng dần khi vị trí tới di chuyển từ điểm I của mép miếng gỗ ra xa tâm O. Để không có bất kỳ tia khúc xạ nào lọt ra ngoài không khí thì tia tới AI phải có góc tới thỏa mãn điều kiện:

Bài 7. Một tia sáng hẹp truyền từ môi trường có chiết suất √3 đến mặt phân cách với môi trường khác có chiết suất n. Để tia sáng tới gặp mặt phân cách hai môi trường dưới góc i ≥ 60^o sẽ xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần thì chiết suất n phải thoả mãn điều kiện:

A. n ≤ 1,7

B. n > 1,7

C. n ≤ 1,5

D. n > 1,5

Đáp án: C Ta có:

Để góc tới i ≥ 60^o luôn có phản xạ toàn phần thì n ≤ 1,5.

Bài 8. Một khối thuỷ tinh hình bán cầu tâm O bán kính 20cm, chiết suất n = 1,414. Chiếu chùm tia sáng song song vào toàn bộ mặt phẳng của hình bán cầu theo phương vuông góc với mặt phẳng đóa) Góc giới hạn phản xạ toàn phần đối với tia sáng từ thuỷ tinh ra không khí là A. 45^oB. 50^oC. 60^oD. 55^ob) Bán kính đường đi của chùm tia sáng tới bán cầu mà cho chùm tia ló ra khỏi mặt cong của nó là

A. 5√3cm

B. 5√2cm

C. 5cm

D. 7,5cm.

a) Đáp án: A Ta có:

b) Đáp án: B

Bài 9. 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?

Đáp án: A

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 = igh = 450.

Bài 10. Một tia sáng đi từ một chất lỏng trong suốt có chiết suất n sang không khí, nếu α = 60o thì β = 30o như hình. Góc α lớn nhất mà tia sáng không thể ló sang môi trường không khí phía trên là?

A. 45^o44’.

B. 54^o44’.

C. 44^o54’.

D. 44^o45’

Đáp án: B

Bài 11. Một tia sáng đi từ thuỷ tinh đến mặt phân cách với nước. Biết chiết suất của thuỷ tinh là 1,5; chiết suất của nước là 4/3. Để có tia sáng đi vào nước thì góc tới (i) phải thoả mãn điều kiện nào dưới đây?

A. i ≥ 62^o44’

B. i < 62^o44’

C. i < 65^o48’

D. i < 48^o35’

Đáp án: B
Để có tia ló đi vào nước thì góc tới

Bài 12. Cho một khối thuỷ tinh hình hộp chữ nhật có tiết diện thẳng ABCD đặt trong không khí. Để mọi tia sáng tới mặt có cạnh AB đều phản xạ toàn phần ở mặt có cạnh BC thì chiết suất n của thuỷ tinh có giá trị nhỏ nhất là

A. 1,5

B. 2

C. √3

D. √2

Đáp án: D

Ta có:

Do đó:

Mà

Mặt khác:

Bài 14: Trong Y khoa có sử dụng thuật ngữ "nội soi", vậy người ta đã ứng dụng hiện tượng nào sau đây để chế tạo dụng cụ khi nội soi?

A. phản xạ toàn phần

B. khúc xạ ánh sáng

C. giao thoa ánh sáng

D. tán sắc ánh sáng

Bài 15: Cho triết suất của nước bằng 1,33, của benzen bằng 1,5, của thuỷ tinh flin là 1,8. Có thể xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần khi chiếu sáng từ môi trường nào sang môi trường nào?

A. Từ benzen vào nước

B. Từ nước vào thuỷ tinh flin

C. Từ benzen vào thuỷ tinh flin

D. Từ chân không vào thuỷ tinh flin