Bài 26. Khúc xạ ánh sáng

Khúc xạ ánh sáng
Bài 26:
Chương VI:Khúc xạ ánh sáng
Willebrord Snell
1, Hiện tượng khúc xạ ánh sáng:
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
S
I
S’
R
N
N’
i
i’
r
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.
2, Định luật khúc xạ ánh sáng:
SI: tia tới, I: điểm tới,
N’IN: pháp tuyến với mặt phân cách tại I,
IR: tia khúc xạ,
i: góc tới, r: góc khúc xạ.
Dựa vào kiến thức lớp 9 và hình bên, theo em hiện tượng khúc xạ ánh sáng là gì?
Dựa vào kiến thức lớp 9 và hình bên, theo em SI, IR, N’IN, góc i, góc r là gì?
Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới (tạo bởi tia tới và pháp tuyến) ở phía bên kia pháp tuyến so với tia tới.
Với hai môi trường trong suốt nhất định, tỉ số sin góc tới (sini) và sin góc khúc xạ (sinr) luôn không đổi:
n21 = hằng số
Trong đó:
i: góc tới
r: góc khúc xạ
n1: chiết suất của môi trường 1
n2: chiết suất của môi trường 2
n1sini = n2sinr
Ví dụ 1: Một tia sáng đi từ không khí vào nước có chiết suất n = dưới góc

tới i = 30o
a, Tính góc khúc xạ.
b, Tính góc lệch D tạo bởi tịa khúc xạ và tia tới.


Tóm tắt:
(1) không khí: n = 1, i = 30o

(2) nước: n =

a, r = ?
b, D =?
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
30o
?
S
R
I
BG:
a, Theo định luật khúc xạ ánh sáng:




=>



=> r = 22o
b, Ta có:
D = i – r = 30o - 22o =8o
3, Chiết suất tỉ đối – chiết suất tuyệt đối:
1, Chiết suất tỉ đối:
Gọi:
v1 là vận tốc ánh sáng trong môi trường (1)
v2 là vận tốc ánh sáng trong môi trường (2)
n21 là chiết suất tỉ đối giữa môi trường (1) và môi trường (2)
2, Chiết suất tuyệt đối:
hay
Chiết suất tuyệt đối (thường được gọi tắt là chiết suất) của một môi trường là chiết suất tỉ đối của môi trường đó đối với chân không.
Ý nghĩa: Cho biết tốc độ ánh sáng trong môi trường đó tăng hay giảm so với tốc độ ánh sáng trong môi trường chân không.
Ví dụ 2: Cho biết chiết suất n = 1,5. Tính tốc độ truyền trong môi trường thủy tinh (C = 3.108).
BG:
Tốc độ truyền ánh sáng trong môi trường thủy tinh là:

=>
4, Nhắc lại phản xạ ánh sáng:
Nếu IF’ là tia phản xạ thì góc giữa tia phản xạ với pháp tuyến luôn bằng góc tới i.
Nếu tia phản xạ vuông góc với tia khúc xạ:
Tani = n21
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
S
F’
I
R
Lưu ý: Khi góc i = 0, r = 0 thì ánh sáng truyền thẳng.
- - - - - - - - - - - - - - -
Chứng minh công thức:tani = n21
Theo định luật khúc xạ ánh sáng:



Do tia phản xạ là: IF’ IK
=> r + i’ = 90o <=> r + i =90o
Sinr = cosi



tani = n21
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
S
F’
I
K
Ví dụ 3:Một cây gậy dài 2m cắm thẳng đứng ở đáy hồ. Gậy nhô lên khỏi mặt nước 0,5 m. Ánh sáng mặt trời chiếu xuống hồ với góc tới 60o. Tính chiều dài của bóng gậy in trên mặt hồ?
A
C
B
I
K
60o
Tóm tắt:
lgậy = 2m, lnhô = 0,5m
i = 60o, lbóng = ?
BG:
Bóng của cây gậy trên mặt nước là CI
Bóng của cây gậy dưới đáy bể là CK
* Xét ACI có:


Do = i =60o (SLT)
Xét HKI có:
HK = IHsinr = CBtanr
Theo định luật khúc xạ ánh sáng có:
n1sini = n2 sinr

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
r 40o 30’
HK = CBtanr = 1,5 tan 40o30’
HK 1,28m
Vậy bóng cây gậy dưới đáy hồ là
HK = BK + HK
2,15m
5, Ảnh của một vật:
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
- - - - - - - - - - - - - - -
A’
A
I
Ảnh là giao điểm của các tia khúc xạ hoặc là giao điểm của đường kéo dài của các tia khúc xạ.
Ảnh có được do các tia khúc xạ cắt nhau trực tiếp => ảnh thật (hứng ảnh trên màn ảnh).
Ảnh do các tia kéo dài của tia khúc xạ => ảnh ảo.
K
r
Khi nhìn gần thẳng đứng từ môi trường này sang môi trường khác:
Chú ý: Khi góc nhỏ hơn 10o
Ví dụ 4: Một người đứng trên bờ nhìn gần thẳng xuống đáy bể nước sâu 80cm chiết suất của nước là . Hỏi người này dường như nhìn thấy đáy bể cách mặt

nước một đoạn là bao nhiêu?
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
- - - - - - - - - - - - - - -
I
r
A’
A
K
BG:
Người này dường như nhìn thấy đáy bể cách mặt nước một đoạn là:

6, Đường đi của tia sáng qua bản mỏng:
S
i1
I
J
i2
K
r2
r1
Tia tới SI
Tia khúc xạ ra ngoài là JK
=> SI //JK
Tại I có: sini1 = nsinr1
Tại J có: sini2 = nsinr2
i2 = r1 (so le trong) => i1 = r2
=> SI // JK cùng hợp với pháp tuyến các cặp góc bằng nhau.
Ví dụ 5: Một bàn thủy tinh hai mặt song song, bề dày e = 10cm và chiết suất n = 1,5. Một nguồn sáng điểm S đặt cách bản 15cm.
a, Vẽ đường đi của một tia sáng xuất phát từ điểm S tới bản dưới góc 45o. Chứng minh tia ló ra khỏi bản song song với tia tới.
b, Xác định vị trí ảnh S’ của S qua bản thủy tinh.
BG:
a,
- - - - - - - - - - - - -
- - - - - - - - - - -
S
I
J
B
M
D
C
N
NCtani = NBtanr =>

CB = NB – NC =

Theo định luật khúc xạ ánh sáng:
Tại B có n1sini = n2sinr => sini = nsinr
Nếu góc I nhỏ: sini tani, sinr tanr



=>
Do SI // JK => SS’CB là hình bình hành
SS’ = BC
Xét tại NCJ vuông có: NJ = NCtani
Xét tại NBJ vuông có: NJ = Nbtanr
S’
Củng cố
Câu 1: Hiện tượng khúc xạ ánh sáng là hiện tượng tia sáng tới khi gặp mặt phân cách giữa hai môi trường và:
A. Bị hắt trở lại môi trường cũ.
B. Tiếp tục đi vào môi trường trong suốt thứ hai.
C. Tiếp tục đi thẳng vào môi trường thứ hai.
D. Bị gãy khúc tại mặt phân cách giữa hai môi trường và tiếp tục đi vào môi trường thứ 2.
Câu 2: Khi nói về hiện tượng khúc xạ ánh sáng, nhận định nào sau đây là đúng
A. Góc khúc xạ bao giờ cũng nhỏ hơn góc tới.
B. Góc khúc xạ bao giờ cũng lớn hơn góc tới.
C. Góc khúc xạ bao giờ cũng bằng góc tới.
D. Tùy từng môi trường tới và môi trường khúc xạ mà góc tới hay khúc xạ sẽ lớn hơn.
Câu 3: Chiết suất tuyện đối của nước và thủy tinh đối với một tia đơn sắc lần lượt là n1 và n2. Chiết suất tỉ đối khi ánh sáng truyền từ nước sang thủy tinh là:

B.

C. n21 = n2 – n D. n12 = n1 – n2
Câu 4: Tia sáng từ không khí vào thủy tinh với góc tới i =40o. Thủy tinh có chiết suất n = . Góc khúc xạ của tia sáng bằng:
A. 20o42’ B. 30o
C. 37o D. 28o