Giải SBT Lí 11 Bài 27: Phản xạ toàn phần

Mục lục Giải SBT Lí 11 Bài 27: Phản xạ toàn phần

Bài 27.1 trang 71 SBT Lí 11: Chiếu một tia sáng từ nước đến mặt phân cách giữa nước (chiết suất $\frac{4}{3}$) và không khí dưới góc tới 50^o.

Góc khúc xạ sẽ vào khoảng

A. 60^o.                

B. 70^o.

C. 80^o.                

D. Không có tia khúc xạ.

Lời giải

Sử dụng định luật khúc xạ ánh sáng:

n₁sini = n₂sinr.

Ta có: $\sin r=\frac{n_1}{n_2}\sin i=\frac{\frac{4}{3}}{1}.\sin 50°=1,02>1$ (Vô lí)

=> Không có tia khúc xạ.

Đáp án D

Bài 27.2 trang 71 SBT Lí 11: Theo định nghĩa về phản xạ toàn phần, trong ba trường hợp truyền ánh sáng sau đây (Hình 27.1), trường hợp nào có hiện tượng phản xạ toàn phần ?

A. Trường hợp (1).

B. Trường hợp (2).

C. Trường hợp (3).

D. Không trường hợp nào là phản xạ toàn phần.

Lời giải

Trường hợp (1) không có hiện tượng phản xạ toàn phần vì hiện tượng phản xạ toàn phần phải xảy ra ở mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt.

Trường hợp (2) không có hiện tượng phản xạ toàn phần vì có tia khúc xạ.

Trường hợp (3) không có hiện tượng phản xạ toàn phần vì n₁ = n₂.

Đáp án D

Bài 27.3 trang 72 SBT Lí 11:

Phản xạ toàn phần có thể xảy ra khi ánh sáng truyền trong cặp môi trường nào sau đây ?

A. Từ (2) tới (1).

B. Từ (3) tới (1).

C. Từ (3) tới (2).

D. Từ (1) tới (2).

Lời giải

Điều kiện để xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần là ánh sáng truyền từ một môi trường sang môi trường có chiết quang kém hơn

Vì r₃ > r₂ > r₁ => n₃ < n₂ < n₁

Phản xạ toàn phần có thể xảy ra khi ánh sáng truyền trong cặp môi trường từ (1) tới (2).

Đáp án D

Bài 27.4 trang 72 SBT Lí 11: Tiếp theo câu 27.3. Phản xạ toàn phần không thể xảy ra khi ánh sáng truyền trong cặp môi trường nào sau đây ?

A. Từ (1) tới (2).    

B. Từ (2) tới (3).

C. Từ (1) tới (3).    

D. Từ (3) tới (1).

Lời giải

Từ phân tích của bài 27.3 ta có phản xạ toàn phần không thể xảy ra khi ánh sáng truyền trong cặp môi trường từ (3) tới (1).

Đáp án D

Bài 27.5 trang 72 SBT Lí 11: Một tia sáng truyền trong hai môi trường theo đường truyền như Hình 27.3.

Chỉ ra câu sai.

A. α là góc tới giới hạn.

B. Với i > α sẽ có phản xạ toàn phần.

C. Nếu ánh sáng truyền từ (2) tới (1) chỉ có phản xạ thông thường.

D. A, B, C đều sai.

Lời giải

Điều kiện phản xạ toàn phần:

Ánh sáng truyền từ một môi trường tới môi trường chiết quang kém hơn:

n₂ < n₁

Góc tới lớn hơn hoặc bằng góc giới hạn:

i ≥ i_gh

Từ hình vẽ ta có:

Ánh sáng truyền từ môi trường (1) đến (2) với góc khúc xạ bằng 90⁰

=> α là góc tới giới hạn => A, B, C đều đúng.

=> D sai

Đáp án D

Bài 27.6 trang 72 SBT Lí 11: Ba môi trường trong suốt là không khí và hai môi trường khác có các chiết suất tuyệt đối n₁ ; n₂ (với n₂ > n₁). Lần lượt cho ánh sáng truyền đến mặt phân cách của tất cả các cặp môi trường có thể tạo ra.

Biểu thức nào kể sau không thể là sin của góc tới giới hạn i_gh đối với cặp môi trường tương ứng?

A. $\frac{1}{n_1}$      

B. $\frac{1}{n_2}$    

C. $\frac{n_1}{n_2}$    

D. $\frac{n_2}{n_1}$

Lời giải

Vì $n_2>n_1$ nên $\sin i_{gh}=\frac{n_2}{n_1}>1$ (Vô lí)

Đáp án D

Bài 27.7 trang 73 SBT Lí 11: Có ba môi trường (1), (2) và (3). Với cùng một góc tới, nếu ánh sáng đi từ (1) vào (2) thì góc khúc xạ là 30°, nếu ánh sáng đi từ (1) vào (3) thì góc khúc xạ là 45°.

a. Hai môi trường (2) và (3) thì môi trường nào chiết quang hơn ?

b. Tính góc giới hạn phản xạ toàn phần giữa (2) và (3).

Lời giải

a. Ta có: n₁.sini = n₂.sin30^o = n₃.sin 45^o

  $\Rightarrow \frac{n_2}{n_3}=\frac{\sin 45°}{\sin 30°}>1$=> (2) chiết quang hơn (3)

b. Góc giới hạn phản xạ toàn phần giữa (2) và (3)

$\sin i_{gh}=\frac{\sin 30°}{\sin 45°}=\frac{1}{\sqrt{2}}$

$\Rightarrow i_{gh}=45°$

Đáp số: 45^o

Bài 27.8 trang 73 SBT Lí 11: Một khối bán trụ có chiết suất

n = 1,41 ≈ $\sqrt{2}$. Trong một mặt phẳng của tiết diện vuông góc, có hai tia song song tới gặp mặt phẳng của bán trụ với góc tới i = 45° ở O và ở rất gần điểm A (Hình 27.4).

a) Tính góc lệch ứng với tia tới SO sau khi ánh sáng khúc xạ ra không khí.

b) Xác định đường truyền của tia tới SA.

Lời giải

a) Tia SO có tia khúc xạ OJ truyền theo phương một bán kính (Hình 27.1G).

Do đó tại J, góc tới bằng 0. Tia sáng truyền thẳng qua không khí.

Ta có D = i – r = 45^o – 30^o = 15^o

b) Đối với tia tới SA, môi trường bán trụ có thể coi như có hai pháp tuyến vuông góc nhau.

Trong hai trường hợp ta luôn có: i = 45^o, r = 30^o

Do đó kết hợp các tính chất hình học, ta có hai đường đi của tia sáng như sau

(Hình 27.2G):

+ SABCA’S’

+ SACR

(A, B, C, A’ chia nửa đường tròn thành ba phần bằng nhau).

Đáp số: Góc lệch: D = 15^o

Bài 27.9 trang 73 SBT Lí 11: Một khối thuỷ tinh có tiết diện thẳng như Hình 27.5, đặt trong không khí (ABCD là hình vuông ; CDE là tam giác vuông cân). Trong mặt phẳng của tiết diện thẳng, chiếu một chùm tia sáng đơn sắc hẹp SI vuông góc với DE (IE < ID).

Chiết suất của thuỷ tinh là n = 1,5. Vẽ đường đi của tia sáng trong khối thuỷ tinh. Phương của tia ló hợp với pháp tuyến của mặt mà tia sáng ló ra một góc bằng bao nhiêu ?

Lời giải

Tia SI truyền thẳng tới mặt EC tại J.

 $\sin i_{gh}=\frac{1}{n}=\frac{2}{3}$=> i_gh ≈ 42⁰

i_J > i_gh: phản xạ toàn phần

Tia phản xạ từ J tới sẽ phản xạ toàn phần lần lượt tại DA, AB, BC, và ló ra khỏi DE ở N theo phương vuông góc (tức là song song với SI nhưng ngược chiều (Hình 27.3G). Góc phải tìm là 0⁰.

Đáp số: 0^o

Bài 27.10 trang 74 SBT Lí 11: Một sợi quang hình trụ với lõi có chiết suất n₁ = 1,5 và phần bọc ngoài có chiết suất n₂ = 1,41. Chùm tia tới hội tụ tại mặt trước của sợi quang với góc 2α (Hình 27.6).

Xác định góc α để tất cả tia sáng trong chùm đều truyền đi được trong sợi quang.

Lời giải

Ta phải có: i > igh

$\sin i>\frac{n_2}{n_1}\Rightarrow \cos r>\frac{n_2}{n_1}$

Mà:  $\cos r=\sqrt{1-{\sin }^{2}r}=\sqrt{1-\frac{{\sin }^2\alpha }{{n_1}^2}}$

Do đó:  $1-\frac{{\sin }^2\alpha }{{n_1}^2}>\frac{{n_2}^2}{{n_1}^2}$

$\sin \alpha <\sqrt{{n_1}^2-{n_2}^2}\approx 0,5=\sin 30°\Rightarrow 2\alpha <60°$