Ôn tập kiến thức môn Vật lí 11 - Chủ đề: Quang hình

 CHỦ ĐỀ : QUANG HÌNH
Buổi 1(tiết 1,2,3): ÔN TẬP KHÚC XẠ-PHẢN XẠ TOÀN PHẦN
A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT
1. Khúc xạ ánh sáng
+ Định luật khúc xạ ánh sáng: 
 Tia khúc xạ nằm trong mặt phẵng tới và ở phía bên kia pháp tuyến so với tia tới.
 Với hai môi trường trong suốt nhất định, tỉ số giữa sin góc tới (sini) và sin góc khúc 
xạ (sinr) luôn không đổi: sin i = hằng số.
 sin r
+ Chiết suất:
 sin i
 - Chiết suất tỉ đối: n21 = 
 sin r
 - Chiết suất tuyệt đối: là chiết suất tỉ đối đối với chân không.
 n2
 - Liên hệ giữa chiết suất tỉ đối và chiết suất tuyệt đối: n21 = .
 n1
+ Công thức của định luật khúc xạ ánh sáng viết dưới dạng đối xứng: n1sini = n2sinr.
2. Phản xạ toàn phần
+ Phản xạ toàn phần là hiện tượng phản xạ toàn bộ ánh sáng tới, xảy ra ở mặt phân cách 
giữa hai môi trường trong suốt.
 n n
 2 1 n2
+ Điều kiện để có phản xạ toàn phần: (sinigh = ).
 i i
 gh n1
+ Cáp quang là dây dẫn sáng ứng dụng phản xạ toàn phần để truyền tính hiệu trong 
thông tin và để nội soi trong y học.
B. CÁC DẠNG BÀI TẬP TỰ LUẬN
1. Khúc xạ ánh sáng.
* Các công thức:
 sin i n2
+ Định luật khúc xạ: = n21 = hay n1sini = n2sinr.
 sin r n1
 n2 v1 c
+ Liên hệ giữa chiết suất và vận tốc ánh sáng: n21 = = ; n = .
 n1 v2 v
* Phương pháp giải:
 Để tìm các đại lượng có liên quan đến hiện tượng khúc xạ ánh sáng ta viết biểu thức 
liên quan đến các đại lượng đã biết và đại lượng cần tìm rồi suy ra và tính đại lượng cần 
tìm. Trong một số trường hợp cần phải vẽ hình và dựa vào hình vẽ để tính một số đại 
lượng.
* Bài tập:
 4
1. Tia sáng đi từ nước có chiết suất n 1 = sang thủy tinh có chiết suất n 2 = 1,5. Tính 
 3
góc khúc xạ và góc lệch D tạo bởi tia khúc xạ và tia tới, biết góc tới i = 300.
 1 * Bài tập:
1. Tính góc giới hạn phản xạ toàn phần khi ánh sáng truyền từ thủy tinh sang không khí, 
từ nước sang không khí và từ thủy tinh sang nước. Biết chiết suất của thủy tinh là 1,5; 
 4
của nước là .
 3
2. Thả nổi trên mặt nước một đĩa nhẹ, chắn sáng, hình tròn. Mắt người quan sát đặt trên 
mặt nước sẽ không thấy được vật sáng ở đáy chậu khi bán kính đĩa không nhỏ hơn 20 
cm. Tính chiều sâu của lớp nước trong chậu. Biết rằng vật và tâm đĩa nằm trên đường 
 4
thẳng đứng và chiết suất của nước là n = . 
 3
* Hướng dẫn giải:
 n2 0 0
Hướng dẫn 1. Ta có sinigh = = sin53  igh = 53 . 
 n1
 1 R
Hướng dẫn 2. Ta có: Sinigh = = 
 n R2 h2
  h = Rn2 1 = 17,64 cm.
C. BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM
Câu 1 : Chiết suất tỉ đối giữa môi trường khúc xạ đối với môi trường tới :
A. luôn lớn hơn 1. B. luôn nhỏ hơn 1. 
C. luôn bằng 1. D. có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn 1.
Câu 2 : Khi chiếu tia sáng từ không khí đến mặt nước thì :
A. Chỉ có hiện tượng khúc xạ B. Chỉ có hiện tượng phản xạ.
C. đồng thời có hiện tượng phản xạ và khúc xạ.
D. không có hiện tượng phản xạ và khúc xạ.
Câu 3 : Với tia sáng đơn sắc, chiết suất của nước là n1, của thuỷ tinh là n2. Chiết suất tỉ 
đối giữa hai môi trường khi tia sang đó truyền từ nước sang thuỷ tinh là :
 n1 n2
A. n21 = n2 – n1 B. n21 = n1 – n2. C. n21 = D. n21 = 
 n2 n1
Câu 4 : Cho hai môi trường trong suốt đồng tính, chiết suất lần lượt n1, n2. Chiết suất tỉ 
đối của môi trường hai đối với môi trường một là :
 c c v2 v1
A. n21 = . B. n21 = . C. n21 = . D. n21 = 
 v2 v1 v1 v2
Câu 5 : Tốc độ ánh sáng trong chân không là 3.108m/s, chiết suất của kim cương là 2,42. 
tốc độ ánh sáng trong kim cương là : 
 A. 242 000km/s. B. 726 000km/s. C. 124 000km/s. D. 522 000km/s.
Câu 6 : Một tia sáng truyền từ không khí tới bề mặt một môi trường trong suốt sao cho 
tia phản xạ và tia khúc xạ vuông góc nhau. Khi đó góc tới và góc khúc xạ liên hệ với 
nhau qua hệ thức :
 A. i = r + 900. B. i + r = 900. C. i + r = 1800. D. i = 1800 + r.
Câu 7 : Một tia sáng truyền từ không khí tới bề mặt môi trường trong suốt chiết suất n = 
 3 sao cho tia phản xạ và tia khúc xạ vuông góc nhau. Khi đó góc tới i có giá trị là :
 3 Trong thực tế lăng kính có dạng khối lăng trụ, tiết diện chính là một tam giác, góc A làm bởi 
hai mặt lăng kính gọi là góc chiết quang hay góc đỉnh.
b. Đường đi của một tia sáng đơn sắc qua lăng kính
- Điều kiện khảo sát:
+ Tia đơn sắc nằm trong một tiết diện thẳng của lăng kính.
+ Chiết suất n của lăng kính đối với tia này lớn hơn 1.
+ Tia tới từ phía đáy của lăng kính đi lên.
- Đường đi của tia sáng
Tia sáng truyền theo hướng SI đến mặt bên AB. Tại I tia sáng bị khúc xạ và truyền theo hướng 
IJ.
Vì n > 1 nên i > r. Tia khúc xạ IJ bị lệch về phía BC. Tiếp đó, tia IJ tới mặt bên AC tại J. Tại đó 
tia sáng bị khúc xạ và truyền ra ngoài theo hướng JR. Vì n > 1 nên i’ > r’. Tia ló JR lại bị lệch 
thêm về phía đáy.
Góc D tạo bởi tia tới SI và tia ló JR được gọi là góc lệch của tia sáng khi đi qua lăng kính.
c. Các công thức lăng kính
 sin i nsin r
 sin i ' nsin r '
 r r ' A
 D i i ' A
d. Biến thiên của góc lệch theo góc tới
Thí nghiệm chứng minh rằng:
Khi tia sáng đến lăng kính có góc tới thay đổi thì góc lệch cũng thay đổi và qua một giá trị cực 
tiểu, ký hiệu là Dm gọi là góc lệch cực tiểu. Khi tia sáng có góc lệch cực tiểu, đường đi của tia 
sáng đối xứng qua mặt phân giác của góc ở đỉnh A.
 1
 r r ' A
Khi góc lệch đạt cực tiểu: 2
 Dm 2im A
 D A A
Công thức tính góc lệch cực tiểu: sin m nsin
 2 2
*Chú ý: 
 nlangkinh
 -n là chiết suất tỉ đối của lăng kính với môi trường chứa nó, n 
 nmoitruong
 -Do chiết suất của chất làm lăng kính là khác nhau với các ánh sáng khác nhau nên phần này chúng 
ta chỉ xét các tia đơn sắc tức là có một màu xác định.
 -Nếu đề bài không nói lăng kính đặt trong môi trường nào thì ta hiểu lăng kính đặt trong không khí.
 -Hầu hết các lăng kính đều có n>1.
2. Thấu kính mỏng 
+ Mọi tia sáng qua quang tâm của thấu kính đều truyền thẳng.
+ Tia song song với trục chính của thấu kính sẽ cho tia ló truyền qua (hay có đường kéo 
dài của tia ló qua) tiêu điểm ảnh trên trục đó.
 5 Từ hình vẽ ta thấy r’ = 600 >  nên xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần trên AC, tia sáng bị phản xạ 
xuống mặt BC.
Trên mặt BC tia sáng chiếu tới dưới góc i’ = 900 nên truyền thẳng ra ngoài.
Góc lệch D giữa tia tới và tia los: D = 600.
Bài tập 2. Lăng kính có góc đỉnh là 600. Chùm sáng song song qua lăng kính có góc lệch cực tiểu là 
 0
Dm = 42 . Tìm góc tới và chiết suất của lăng kính.
 Hướng dẫn
Ta có:
 0 0 0
Khi D = Dm thì i = i’ = im suy ra: im = (Dm + A)/2 = (42 + 60 )/2 = 51
Ta lại có r = r’ = A/2 nên ta có: sin(Dm + A)/2 = nsinA/2
 D A
 sin m
Suy ra n 2 1,55
 A
 sin
 2
Bài tập 3. Lăng kính thủy tinh có tiết diện thẳng là tam giác cân ABC đỉnh A. Một tia sáng đơn sắc 
được chiếu vuông góc với mặt bên AB. Sau hai lần phản xạ toàn phần trên hai mặt AC và AB, tia sáng 
ló ra khỏi đáy BC theo phương vuông góc với BC.
a) Vẽ đường truyền của tia sáng và tính góc chiết quang A.
b) Tìm điều kiện mà chiết suất n của lăng kính phải thỏa mãn.
 Hướng dẫn
a) HS tự vẽ.
b) Tia tới mặt AB truyền thẳng đến mặt AC dưới góc tới i1 = A, phản xạ toàn phần với góc phản xạ là 
i2 = A.
Tại J, góc tới bằng góc phản xạ j1 = j2 = 2A.
 1800 A
Chú ý rằng: góc B 2A A=360 .
 2
 1 0
Để có phản xạ toàn phần tại I thì i > igh suy ra: sini sini sin36 0,58. Điều kiện: n > 1,72.
 gh n
2. Thấu kính.
* Kiến thức liên quan:
+ Các công thức: 
 1 1 1 A' B' d' f
 D = = ; k = = - = .
 f d d' AB d f d
+ Qui ước dấu: 
 Thấu kính hội tụ: D > 0; f > 0. Phân kì: D < 0; f < 0.
 Vật thật: d > 0. Vật ảo: d 0. Ảnh ảo: d’ < 0.
 k > 0: ảnh và vật cùng chiều; k < 0: ảnh và vật ngược chiều.
 7 f
Ta có: k = - d' = = - 2 
 d f d
 2d 1
 f = = 10 cm = 0,1 m  D = = 10 dp. 
 3 f
Hướng dẫn 2. Ảnh cùng chiều với vật nên là ảnh ảo. Vật thật cho ảnh ảo nhỏ hơn vật 
nên đó là thấu kính phân kì.
 f
Ta có: k = - d' = = 1
 d f d 2
 1
 f = - d = - 40 cm = 0,4 m; D = = - 2,5 dp.
 f
Hướng dẫn 3. Ảnh ngược chiều với vật nên là ảnh thật. Vật thật cho ảnh thật nên đó là 
thấu kính hội tụ. 
 f 1
 k = - d' = = - 1  f = d = 10 cm = 0,1 m; D = = 10 dp. 
 d f d 2 3 f
Hướng dẫn 4. Ảnh cùng chiều với vật nên là ảnh ảo. Vật thật cho ảnh ảo lớn hơn vật 
nên đó là thấu kính hội tụ.
 f
Ta có: k = - d' = = 2,5
 d f d
 1,5f = 2,5d 
 1
 f = 25 cm = 0,25 m; D = = 4 dp. 
 f
Hướng dẫn 5. Trường hợp ảnh thật (d’ > 0): d + d’ = 60  d’ = 
60 – d.
 1 1 1 1 1 60
Khi đó: = = =  d 2 – 60d + 900 = 0 
 f d d' d 60 d 60d d 2
 d = 30 (cm); d’ = 60 – 30 = 30 (cm).
Trường hợp ảnh ảo (d’ < 0): |d’| - d = - d’ - d = 60  d’ = - 60 - d.
 1 1 1 1 1 60
Khi đó: = = =  d 2 + 60d – 900 = 0
 f d d' d 60 d 60d d 2
 d = 12,43 cm hoặc d = 72,43 cm (loại vì để có ảnh ảo thì d < f) 
 d’= - 60 - d = - 72,43 cm.
Hướng dẫn 6. Sơ đồ tạo ảnh: 
 d1 f1
 a) Ta có: d1’ = = 120 cm; 
 d1 f1
 d2 f2 180
d2 = O1O2 – d1’ = l – d1’ = - 90 cm; d2’ = = - cm; 
 d2 f2 7
 180
 ' ' ' ' 120.( )
 A2 B2 A1B1 A2 B2 d1 d2 d1d2 7 4
k = . = . = = = .
 AB AB A1B1 d1 d 2 d1d2 60.( 90) 7
 9