Phản xạ toàn phần: Lý thuyết và bài tập Vật lý 11 bài 27

Hiện tượng 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.

Vậy điều kiện gì để có phản xạ toàn phần? Ứng dụng ra sao? Mời các bạn lớp 11 hãy cùng Download.vn theo dõi bài viết dưới đây để hiểu rõ hơn về Phản xạ toàn phần nhé.

I. 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:

Khi đó ta có: n₁sinigh = n₂sin 90⁰.

Suy ra: \(sin igh = \frac{n_{2}}{n_{1}}\)

-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.

Xem thêm: Khúc xạ ánh sáng

II. Hiện tượng phản xạ toàn phần

Hiện tượng 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.

Ta gọi là toàn phần để phân biệt với phản xạ một phần luôn xảy ra đi kèm với sự khúc xạ.

2. Điều kiện để có phản xạ toàn phần

a) Ánh sáng truyền từ một môi trường tới môi trường chiết quang kém hơn: n < n₁

b) Góc tới lớn hơn hoặc bằng góc giới hạn: i ≥ igh

III. Ứng dụng phản xạ toàn phần

1. Cấu tạo

Cáp quang là dây dẫn sáng ứng dụng phản xạ toàn phần để truyền tín hiệu trong thông tin và để nội soi trong Y học. Sợi quang gồm hai phần chính:

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

- Phần vỏ bọc cũng trong suốt, bằng 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.

2. Công dụng

Từ những năm 80 của thế kỉ XX, cáp quang đã được ứng dụng vào việc truyền thông tin. Cáp quang có nhiều ưu điểm so với cáp bằng đồng:

• 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).

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.

IV. Bài tập phản xạ toàn phần

Câu 1. Phát biểu nào sau đây là không đúng?

A. Khi có phản xạ toàn phần thì toàn bộ ánh sáng phản xạ trở lại môi trường ban đầu chứa chùm tia sáng tới.

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

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

Câu 2. Khi một chùm tia sáng phản xạ toàn phần tại mặt phân cách giữa hai môi trường thì

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

B. cường độ sáng của chùm phản xạ bằng cường độ sáng của chùm tới.

C. cường độ sáng của chùm khúc xạ bị triệt tiêu.

D. cả B và C đều đúng.

Câu 3. Phát biểu nào sau đây là không đúng?

A. Ta luôn có tia khúc xạ khi tia sáng đi từ môi trường có chiết suất nhỏ sang môi trường có chiết suất lớn hơn.

B. Ta luôn có tia khúc xạ khi tia sáng đi từ môi trường có chiết suất lớn sang môi trường có chiết suất nhỏ hơn.

C. Khi chùm tia sáng phản xạ toàn phần thì không có chùm tia khúc xạ.

D. Khi có sự phản xạ toàn phần, cường độ sáng của chùm phản xạ gần như bằng cường độ sáng của chùm sáng tới.

Câu 4. Khi ánh sáng đi từ nước (n = 4/3) sang không khí, góc giới hạn phản xạ toàn phần có giá trị là:

A. i_gh= 41⁰48’.

B. i_gh= 48⁰35’.

C. i_gh = 62⁰44’.

D. i_gh = 38⁰26’.

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

A. i ≥ 62⁰44’.

B. i < 62⁰44’.

C. i < 41⁰48’.

D. i < 48⁰35’.

Câu 6. Cho một tia sáng đi từ nước (n = 4/3) ra không khí. Sự phản xạ toàn phần xảy ra khi góc tới:

A. i < 49⁰.

B. i > 42⁰.

C. i > 49⁰.

D. i > 43⁰.

Câu 7. Một miếng gỗ hình tròn, bán kính 4 (cm). ở tâm O, cắm thẳng góc một đinh OA. Thả miếng gỗ nổi trong một chậu nước có chiết suất n = 1,33. Đinh OA ở trong nước, cho OA = 6 (cm). Mắt đặt trong không khí sẽ thấy đầu A cách mặt nước một khoảng lớn nhất là:

A. OA’ = 3,64 (cm).

B. OA’ = 4,39 (cm).

C. OA’ = 6,00 (cm).

D. OA’ = 8,74 (cm).

Câu 8. Một miếng gỗ hình tròn, bán kính 4 (cm). ở tâm O, cắm thẳng góc một đinh OA. Thả miếng gỗ nổi trong một chậu nước có chiết suất n = 1,33. Đinh OA ở trong nước, cho OA = 6 (cm). Mắt đặt trong không khí, chiều dài lớn nhất của OA để mắt không thấy đầu A là:

A. OA = 3,25 (cm).

B. OA = 3,53 (cm).

C. OA = 4,54 (cm).

D. OA = 5,37 (cm).

Câu 9. Một ngọn đèn nhỏ S đặt ở đáy một bể nước (n = 4/3), độ cao mực nước h = 60 (cm). Bán kính r bé nhất của tấm gỗ tròn nổi trên mặt nước sao cho không một tia sáng nào từ S lọt ra ngoài không khí là:

A. r = 49 (cm).

B. r = 53 (cm).

C. r = 55 (cm).

D. r = 51 (cm).

Câu 10. Chiếu một chùm tia sáng song song trong không khí tới mặt nước ( n = 4/3) với góc tới là 45⁰. Góc hợp bởi tia khúc xạ và tia tới là:

A. D = 70⁰32’.

B. D = 45⁰. C

. D = 25⁰32’. D.

D = 12⁰58’.

Câu 11. Một chậu nước chứa một lớp nước dày 24 (cm), chiết suất của nước là n = 4/3. Mắt đặt trong không khí, nhìn gần như vuông góc với mặt nước sẽ thấy đáy chậu dường như cách mặt nước một đoạn bằng

A. 6 (cm).

B. 8 (cm).

C. 18 (cm).

D. 23 (cm).

Câu 12. Một cái chậu đặt trên một mặt phẳng nằm ngang, chứa một lớp nước dày 20 (cm), chiết suất n = 4/3. Đáy chậu là một gương phẳng. Mắt M cách mặt nước 30 (cm), nhìn thẳng góc xuống đáy chậu. Khoảng cách từ ảnh của mắt tới mặt nước là:

A. 30 (cm).

B. 45 (cm).

C. 60 (cm).

D. 70 (cm).

Câu 13. Hiện tượng phản xạ toàn phần là hiện tượng

A. ánh sáng bị phản xạ toàn bộ trở lại khi khi chiếu tới mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt.

B. ánh sáng bị phản xạ toàn bộ trở lại khi gặp bề mặt nhẵn.

C. ánh sáng bị đổi hướng đột ngột khi truyền qua mặt phân cách giữa 2 môi trường trong suốt.

D. cường độ sáng bị giảm khi truyền qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt.

Câu 14. Hiện tượng phản xạ toàn phần xảy ra với hai điều kiện là:

A. Ánh sáng có chiều từ môi trường chiết quang hơn sang môi trường chiết quang kém và góc tới lớn hơn hoặc bằng góc giới hạn phản xạ toàn phần;

B. Ánh sáng có chiều từ môi trường chiết quang kém sang môi trường chiết quang hơn và góc tới lớn hơn hoặc bằng góc giới hạn phản xạ toàn phần;

C. Ánh sáng có chiều từ môi trường chiết quang kém sang môi trường chiết quang hơn và góc tới nhỏ hơn hoặc bằng góc giới hạn phản xạ toàn phần;

D. Ánh sáng có chiều từ môi trường chiết quang hơn sang môi trường chiết quang kém và góc tới nhỏ hơn góc giới hạn phản xạ toàn phần.

Câu 15. Trong các ứng dụng sau đây, ứng dụng của hiện tượng phản xạ toàn phần là

A. gương phẳng.

B. gương cầu.

C. thấu kính.

D. cáp dẫn sáng trong nội soi.

Câu 16. Cho chiết suất của nước bằng 4/3, của benzen bằng 1,5, của thủy tinh flin là 1,8. Không thể xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần khi chiếu ánh sáng từ

A. từ benzen vào nước.

B. từ nước vào thủy tinh flin.

C. từ benzen vào thủy tinh flin.

D. từ chân không vào thủy tinh flin.

Câu 17. 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. 20⁰.

B. 30⁰.

C. 40⁰.

D. 50⁰.

Câu 18. Một nguồn sáng điểm được dưới đáy một bể nước sâu 1 m. Biết chiết suất của nước là 1,33. Vùng có ánh sáng phát từ điểm sáng ló ra trên mặt nước là

A. hình vuông cạnh 1,133 m.

B. hình tròn bán kính 1,133 m.

C. hình vuông cạnh 1m.

D. hình tròn bán kính 1 m.