Khi quan sát một chiếc thìa bên trong cốc nước, ta sẽ sở hữu được cảm giác như chiếc thìa bị gãy. Nhưng thực tế, chiếc thìa vẫn nguyên vẹn. Đây là một ví dụ tiêu biểu về khúc xạ ánh sáng. Vậy hiện tượng kỳ lạ khúc xạ ánh sáng là gì? Nội dung bài viết sau của Marathon Education sẽ giảng giải hiện tượng kỳ lạ này, cũng như giúp các em nắm rõ hơn về định luật và công thức khúc xạ ánh sáng liên quan.

Bạn Đang Xem: Hiện Tượng Khúc Xạ Ánh Sáng Là Gì? Định Luật Và Công Thức Khúc Xạ Ánh Sáng

>>> Xem thêm:

• Lý Thuyết Vật Lý 12 Về Tán Sắc Ánh Sáng
• Vật Lý 12: Quang quẻ Phổ Là Gì Và Các Loại Quang quẻ Phổ

Hiện tượng lạ khúc xạ ánh sáng là gì?

Khúc xạ ánh sáng là hiện tượng kỳ lạ các tia sáng bị lệch phương (bị gãy) khi truyền xiên góc qua mặt phân cách của 2 môi trường tự nhiên trong suốt khác nhau.

Ví dụ về hiện tượng kỳ lạ khúc xạ ánh sáng: Ta đổ đầy nước vào một trong những chiếc ly thủy tinh sau đó đặt một chiếc ống hút nằm nghiêng ở trong cốc nước. Khi quan sát, ta sẽ thấy phần ánh sáng phản xạ từ thân bút không còn truyền thẳng mà đã biết thành gãy khúc tại mặt phân cách giữa 2 môi trường tự nhiên là nước và không khí.

Định luật khúc xạ ánh sáng

Định luật khúc xạ ánh sáng được diễn giải như sau:

• Tia khúc xạ luôn nằm trong mặt phẳng tới và ở phía bên kia pháp tuyến so với tia tới. Mặt phẳng tới là mặt phẳng tạo thành bởi tia tới và pháp tuyến.
• Với 2 môi trường tự nhiên trong suốt nhất định, tỉ số giữa sin i và sin r là một hằng số. Tỉ lệ giữa sin góc tới (sin i) và sin góc khúc xạ (sin r) luôn không đổi.

Tiếp sau đây là hình ảnh minh họa định luật khúc xạ ánh sáng.

Trong số đó:

• SI là tia tới.
• I là điều tới.
• N’IN là pháp tuyến với mặt phân cách tại I.
• IR là tia khúc xạ.
• i là góc tới.
• r là góc khúc xạ.

Chiết suất môi trường tự nhiên và công thức khúc xạ ánh sáng

Chiết suất tỉ đối

Trong định luật khúc xạ ánh sáng, tỉ số không đổi sini/sinr kí hiệu là n21 được gọi là chiết suất tỉ đối của môi trường tự nhiên 2 (môi trường tự nhiên chứa tia khúc xạ) so với môi trường tự nhiên 1 (môi trường tự nhiên chứa tia tới).

Từ đó:

• Nếu n21 < 1 thì r > i: Tia khúc xạ bị lệch xa trục pháp tuyến hơn, ta nói môi trường tự nhiên 2 chiết quang quẻ kém hơn môi trường tự nhiên 1.
• Nếu n21 > 1 thì r < i: Tia khúc xạ bị lệch gần pháp tuyến hơn, ta nói môi trường tự nhiên 2 chiết quang quẻ tốt hơn môi trường tự nhiên 1.

Tiếp sau đây là bảng chiết suất tỉ đối của một số môi trường tự nhiên mà các em nên ghi nhớ

Chiết suất tuyệt đối

Chiết suất tuyệt đối của một môi trường tự nhiên là chiết suất tỉ đối của môi trường tự nhiên đó so với môi trường tự nhiên chân không. Chiết suất của môi trường tự nhiên chân không bằng 1. Mọi môi trường tự nhiên trong suốt khác đều phải có chiết suất to hơn 1.

Ta có thể thiết lập được hệ thức:

Trong số đó:

• n2 là chiết suất tuyệt đối của môi trường tự nhiên 2.
• n1 là chiết suất tuyệt đối của môi trường tự nhiên 1.

Mối liên hệ giữa chiết suất tuyệt đối của một môi trường tự nhiên và véc tơ vận tốc tức thời:

Trong số đó:

• c là véc tơ vận tốc tức thời ánh sáng trong chân không (c = 3.108 m/s).
• v là véc tơ vận tốc tức thời ánh sáng trong môi trường tự nhiên đang xét.

Lưu ý:

• Chiết suất của chân không là 1 trong những.
• Chiết suất của không khí = 1,000293 và thường được làm tròn = 1.
• Các môi trường tự nhiên trong suốt khác đều phải có chiết suất tuyệt đối to hơn 1.
• Một vài hệ thức khác của định luật khúc xạ ánh sáng mà các em cần ghi nhớ:
  • Công thức khúc xạ ánh sáng: n1sini = n2sinr
  • Nếu i và r nhỏ hơn 10 độ thì sini ≈ i; sinr ≈ r → n1i = n2r .
  • Nếu i = 0, r = 0 thì không xẩy ra hiện tượng kỳ lạ khúc xạ.

Tính thuận nghịch của việc truyền ánh sáng

Sự truyền ánh sáng có tính thuận nghịch tức là ánh sáng truyền đi theo đường nào thì cũng truyền trái lại theo đường đó.

Từ tính chất này các em sẽ sở hữu được hệ thức:

Bài tập về khúc xạ ánh sáng lớp 11

Bài tập trắc nghiệm

Bài tập 1: Hiện tượng lạ khúc xạ là hiện tượng kỳ lạ …

a. ánh sáng bị giảm cường độ khi truyền qua mặt phân cách giữa hai môi trường tự nhiên trong suốt.

b. ánh sáng bị gãy khúc khi truyền xiên góc qua mặt phân cách giữa hai môi trường tự nhiên trong suốt.

c. ánh sáng bị thay đổi sắc tố khi truyền qua mặt phân cách giữa hai môi trường tự nhiên trong suốt.

d. ánh sáng bị hắt lại môi trường tự nhiên cũ khi truyền tới mặt phân cách giữa hai môi trường tự nhiên trong suốt.

Bài tập 2: Trong hiện tượng kỳ lạ khúc xạ ánh sáng, góc khúc xạ … góc tới.

a. nhỏ hơn

b. to hơn

c. nhỏ hơn hoặc to hơn

Xem Thêm : Gỗ lũa là gì? Gỗ lũa dùng để làm gì? Có tốt không?

d. to hơn hoặc bằng

Bài tập 3: Với một tia sáng đơn sắc, chiết suất tuyệt đối của nước là n1, của thuỷ tinh là n2. Chiết suất tỉ đối của nước so với thuỷ tinh là …

a. n12 = n2/n1.

b. n21 = n2 – n1.

c. n12 = n1/n2.

d. n12 = n1 – n2.

Bài tập 4: Chọn ý sai

a. Chiết suất tuyệt đối của một môi trường tự nhiên xoành xoạch nhỏ hơn 1.

b. Chiết suất tuyệt đối của chân không bằng 1.

c. Chiết suất tuyệt đối của một môi trường tự nhiên không nhỏ hơn 1.

d. Chiết suất là đại lượng không có đơn vị.

Bài tập 5: Một chiếc cọc cắm thẳng đứng trên sông, nửa bên trong nửa phía bên ngoài nước. Một chiếc cọc khác cùng chiều dài được cắm thẳng đứng trên bờ. Bóng của cọc cắm thẳng đứng dưới sông sẽ …

a. ngắn thêm bóng của cọc cắm trên bờ nếu Mặt Trời lên rất cao và dài hơn nữa bóng của cọc cắm trên bờ nếu Mặt Trời xuống thấp.

b. dài hơn nữa bóng của cọc cắm trên bờ.

c. bằng với bóng của cọc cắm trên bờ.

d. ngắn thêm bóng của cọc cắm trên bờ.

Đáp án bài tập trắc nghiệm khúc xạ ánh sáng lớp 11

Bài tập tự luận

Bài tập 1. Tia sáng đi từ nước có chiết suất 4/3 sang thủy tinh có chiết suất 1,5. Tính góc khúc xạ và góc lệch D tạo bởi tia khúc xạ và tia tới, biết góc tới i = 30o.

Lời giải:

Theo đề bài ta có: n1=4/3, n2=1,5, i=30o

Ứng dụng công thức: n1.sini = n2.sinr

<=> 4/3.sin30 = 1,5.sinr

<=>r ≈ 26,4o

=> D = i – r = 30o – 26,4o = 3,6o

Bài tập 2: Tia sáng truyền từ nước và khúc xạ ra không khí. Tia khúc xạ và tia phản xạ ở mặt nước vuông góc với nhau. Nước có chiết suất là 4/3. Góc tới của tia sáng là bao nhiêu (tính tròn số)?

Lời giải:

Theo đề bài ta có: n1=4/3, n2=1, i’ + r = i + r = 90o

Ứng dụng công thức: n1.sini = n2.sinr

Xem Thêm : Matcha latte là gì? Cách pha chế matcha latte ngon như ngoài tiệm

<=> 4/3.sini = sinr

<=> 4/3.sini = cosi (do tia khúc xạ và tia phản xạ vuông góc ở mặt nước)

<=> tani = 3/4

<=> i ≈ 37o

Bài tập 3: Một chiếc thước được cắm thẳng đứng vào trong bình đựng nước có đáy phẳng ngang. Phần thước nhô khỏi mặt nước dài 4 cm. Chếch ở phía trên có một ngọn đèn. Bóng của thước trên mặt nước dài 4cm và ở đáy dài 8 cm. Tính chiều sâu của nước trong bình. Chiết suất của nước là 4/3.

Hình minh họa:

Lời giải

Theo đề bài, ta có:

Phần thước nhô khỏi mặt nước: SA = 4cm

Bóng của thước trên mặt nước: AI = 4cm

Bóng của thước ở đáy: BC = 8cm.

Chiều sâu của nước trong bình: IH

Ta có: BC = BH + HC

<=> HC = BC – BH = BC – AI = 8 – 4 = 4cm.

Ta có: ∆IAS vuông tại A và có SA = AI

=> ∆IAS vuông cân tại A

=> góc AIS = i = 45o

Ứng dụng định luật khúc xạ ánh sáng, ta có:

sini = nsinr

<=> sin45o = 4/3sinr

<=> sinr = 3/4.sin45

<=> r = 30o

Xét ΔIHC vuông tại H, ta có:

tanr = HC/IH

<=> IH = HC/tan r ≈ 6,4cm

Tham khảo ngay các khoá học trực tuyến của Marathon Education

Trong nội dung bài viết trên, Team Marathon Education đã san sẻ tới những em những tri thức về hiện tượng kỳ lạ khúc xạ ánh sáng là gì, định luật và công thức khúc xạ ánh sáng một cách chi tiết cụ thể và đầy đủ. Mong rằng những san sẻ này sẽ giúp các em nắm vững tri thức này và nhớ bài lâu hơn.

Hãy liên hệ ngay với Marathon để được tư vấn nếu các em có nhu cầu học trực tuyến nâng cao tri thức nhé! Marathon Education chúc các em được điểm trên cao trong các bài kiểm tra và kỳ thi sắp tới!