Tài liệu Bài giảng bài phản xạ toàn phần vật lý 11 (11)

Vật lý 11 - Bài 27 PHẢN XẠ TOÀN PHẦN KIỂM TRA BÀI CŨ 1. Thế nào là khúc xạ ánh sáng? Viết biểu thức của định luật khúc xạ ánh sáng ở dạng đối xứng? Nêu quan hệ giữa góc tới i và góc khúc xạ r và vẽ hình định tính trong các trường hợp: * Góc tới i=0 * n1 < n2 * n1> n2 2. Một tia sáng đi từ trong nước ra ngoài không khí, cho chiết suất của nước là 4/3, của không khí là 1. Hãy xác định góc khúc xạ trong các trường hợp sau: a/ Góc tới i1 =300 r1 = 41,80 b/ Góc tới i2= 450 r2 =70,530 c/ Góc tới i3 =600 Không xác định được góc r3 PHẢN XẠ TOÀN PHẦN I. Sự truyền ánh sáng vào môi trường chiết quang kém hơn (n1>n2) 1. Thí nghiệm * Mục đích: Khảo sát hiện tượng xảy ra khi tia sáng chiếu tới mặt phân cách của 2 môi trường trong suốt theo chiều từ môi trường chiết quang hơn sang môi trường kém chiết quang hơn. * Dụng cụ thí nghiệm : - Nguồn sáng: Đèn laze - Thước đo góc. - Khối bán trụ bằng thuỷ tinh. * Bố trí thí nghiệm: hình vẽ r i nhỏ i i' r>i Tia khúc xạ rất sáng Tia phản xạ rất mờ igh i' i = igh r i i' i tăng r tăng và > i Tia khúc xạ mờ đi Tia phản xạ sáng lên i i' Tia khúc xạ là là mặt Không còn tia khúc phân cách (rất mờ) i>igh xạ 0 Tia phản xạ r = 90 sáng như tia tới. Tia phản xạ rất sáng Minh hoạ quá trình thực hiện S igh i i n1 n2 I r i = igh 2. Góc giới hạn phản xạ toàn phần * Khi có hiện tượng khúc xạ ánh sáng ở mặt phân cách giữa 2 môi trường: n1sini = n2sinr Do n1>n2 r > i * Khi rmax= 90o , i = igh n sin igh= 2 (với n2< n1) n1 - TH đặc biệt khi môi trường 2 là chân không (hoặc không khí) 1 sin igh = n * Khi i > igh : Không còn tia khúc xạ (sinr > 1), toàn bộ tia sáng bị phản xạ ở mặt phân cách  Hiện tượng Phản xạ toàn phần i gh r II. Hiện tượng phản xạ toàn phần: 1. Định nghĩa: Từ xạ thítoàn nghiệm, hãy cho biếtphản thế nào là hiện tượng xạ ra Phản phầnem là hiện tượng xạ toàn bộ tia sángphản tới, xảy toàn phần ? cách giữa 2 môi trường trong suốt ở mặt phân 2. Điều kiện để có phản xạ toàn phần * Tia sáng chiếu tới mặt phân cách của 2 môi trường trong suốt theo chiều từ môi trường chiết quang hơn sang môi trường kém chiết quang hơn * Góc tới của tia sáng lớn hơn hoặc bằng góc giới hạn của phản xạ toàn phần a. sáng tới mặt phân cáchphần giữa trong nước các và không theo VíKhi dụ: tia Tính gócchiếu giới hạn phản xạ toàn trườngkhí hợp sau.chiều từ nước sang không khí, biết nnước=4/3 và nkhông khí=1. 0 giữa nước và không khí theo chiều a. Khi tia sáng chiếu tới mặt phân cách igh1 =48,59 từ nước sang không khí, biết nnước=4/3 và nkhông khí=1. Từ kết quả tính trong câu a, em hãy giải thích tại sao trong trường hợp c 0 ta không xác định được góc khúc của bài toán 1 ở phần kiểm tra bài cũ igh1 =48,59 xạ ? b. Khi tia sáng chiếu tới mặt phân cáchBÀI giữa thuỷ KIỂM TRA CŨ tinh và nước theo chiều từ1.thuỷ sang đi nước, biết nnước vàkhông nnước=4/3. thuỷ tinh Mộttinh tia sáng từ trong ra=1,5 ngoài khí, cho chiết suất của nước là 4/3, của không khí là 1. Hãy 0 xác định góc khúc xạ trong các trường hợp sau: gh2 i =62,73 0 tớib/ 0 0 khí theo c.a/Khi chiếu mặt phân giữa thuỷ tinhtới và ikhông Góctiatớisáng i1 =30 Góc tới icách c/ Góc 2 = 45 3 =60 chiều từ thuỷ tinh sang không khí, biết n tinh=1,5 và nkhông khí=1. Khi tia sáng chiếu tới mặt phân cách giữathuỷ nước và không khí theo chiều 0 mà i =600 > i nên tia 0 từ nước sang không khí thì: igh=48,59 3 gh gh3 sáng bị phản xạ toàn phần không tồn tại tia khúc xạ, do vậy không xác định được góc khúc xạ i =41,8 III. Ứng dụng hiện tượng phản xạ toàn phần: C¸p quang I1 Lớp vỏ n2 Lõi n1 I S I2 Ứng dụng hiện tượng phản xạ toàn phần Truyền tải được nhiều thông tin Chống nhiễu Nhá, nhĐ, dƠ uèn An toµn Giải thích hiện tượng “ảo tượng” * Là hiện tượng quang học xảy ra trong khí quyển do sự phản xạ toàn phần của tia sáng trên mặt phân cách giữa lớp không khí lạnh (có chiết suất lớn) và lớp không khí nóng (có chiết suất nhỏ). * Các ảo tượng thường gặp: Tia sáng bị khúc xạ khi đi qua các lớp không khí có chiết suất khác nhau Tia sáng truyền thẳng n1 n2 n3 n4 Người quan sát n5 Mặt đất Hình ảnh trên mặt đường vào những ngày nắng nóng Ảnh con tàu hiện lên bầu trời Thành phố ảo: lần đầu tiên ảo ảnh xuất hiện trên vùng biển Penglai - vốn tọa lạc trên mỏm cận đông bán đảo Sơn Đông, Trung Quốc ngày 20/12/2006 http://www.dantri.com.vn/chuyenla/2006/12/158747.vip Lăng kính phản xạ toàn phần KIẾN THỨC CƠ BẢN CẦN NHỚ 1. Hiện tượng phản xạ toàn phần Phản xạ toàn phần là hiện tượng khi tia sáng chiếu tới mặt phân cách của 2 môi trường trong suốt thì tia phản xạ sáng như tia tới. 2. Các điều kiện để có hiên tượng phản xạ toàn phần * Tia sáng chiếu tới mặt phân cách của 2 môi trường trong suốt theo chiều từ môi trường chiết quang hơn sang môi trường kém chiết quang hơn * Góc tới của tia sáng lớn hơn hoặc bằng góc giới hạn của phản xạ toàn phần 3. Góc giới hạn phản xạ toàn phần * Góc giới hạn (igh) của phản xạ toàn phần là góc tới để góc khúc xạ r=900, khi góc tới bằng góc giới hạn thì bắt đầu xẩy ra hiện tượng phản xạ toàn phần n2 * sin igh= (với n2< n1) n1 4. ứng dụng của hiện tượng phản xạ toàn phần. a. Sợi quang học. b. Một số ứng dụng khác CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 1. Trong các trường hợp sau, trường hợp nào có thể xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần ? a. Tia sáng chiếu tới mặt phân cách giữa nước và không khí theo chiều từ không khí vào nước. Cho nnước=4/3, nkhông khí =1. tới tới mặtmặt phânphân cách cách giữa nước không theo chiều b. Tia Tiasáng sángchiếu chiếu giữavànước vàkhí không khí từ nước chiều ra không Cho nkhông nước=4/3,khí. khí =1. theo từkhí. nước rankhông Cho nnước=4/3, nkhông khí =1. c. Tia sáng chiếu tới mặt phân cách giữa nước và thuỷ tinh theo chiều từ nước ra thuỷ tinh. Cho nnước=4/3, nthuỷ tinh =1,5. d. Tia sáng chiếu tới mặt phân cách giữa không khí và thuỷ tinh theo chiều từ không khí vào thuỷ tinh. Cho n không khí =1, nthuỷ tinh =1,5. 2. Đáy của bể kính có đặt một bóng đèn nhỏ đang sáng (coi như một điểm sáng). Cho chiết suất của nước là 4/3, của không khí là 1, độ sâu của nước trong bể là 30cm. Hỏi để toàn bộ tia sáng từ bóng đèn không thể ló ra khỏi mặt nước thì cần đặt nổi trên mặt nước một đĩa hình tròn có tâm nằm trên đường thẳng đứng đi qua bóng đèn và có bán kính nhỏ nhất là bao nhiêu cm ? . O R= ? . D