MỤC TIÊU
Thực hiện thí nghiệm để rút ra được điểu kiện xảy ra phản xạ toàn phần và xác định được góc tới hạn.TÓM TẮT KIẾN THỨC
Khởi động
Khi ánh sáng truyền từ không khí sang nước hoặc thuỷ tinh thì ta luôn thấy tia khúc xạ xuất hiện ở mặt phân cách giữa hai môi trường. Nếu ánh sáng truyền từ nước hoặc thuỷ tinh sang không khí thì có phải lúc nào ta cũng thấy tia khúc xạ?
1. Hiện tượng phản xạ toàn phần
Thí nghiệm tìm hiểu hiện tượng phản xạ toàn phần
1.1. Chuẩn bị: nguồn phát chùm sáng hẹp (hoặc nguồn sáng laser), bản bán trụ bằng thuỷ tinh, tấm nhựa có in vòng tròn chia độ.
1.2. Tiến hành thí nghiệm:
- Bước 1: Bố trí thí nghiệm như Hình 6.1.
- Bước 3: Tăng dần giá trị góc tới i cho đến khi tia khúc xạ đi sát mặt phẳng phân cách giữa bản bán trụ và không khí (Hình 6.2a). Ghi giá trị góc tới i lúc này.
- Bước 4: Tiếp tục tăng giá trị góc tới i. Quan sát đường đi của tia sáng (Hình 6.2b).
1.3. Kết quả thí nghiệm trên cho thấy:
- Khi tia sáng truyền từ thuỷ tinh sang không khí dưới góc tới xăp xỉ 42° thì ta thấy tia phản xạ rất sáng, tia khúc xạ răt mờ, nằm gần sát mặt phẳng phân cách.
- Nếu tiếp tục tăng góc tới thì ta không còn quan sát thấy tia khúc xạ mà chỉ còn thấy tia phản xạ, toàn bộ tia tới bị phản xạ tại mặt phẳng phân cách giữa bản bán trụ và không khí.
Hiện tượng này gọi là hiện tượng phản xạ toàn phần. Góc tới lúc bắt đầu không quan sát thấy tia khúc xạ được gọi là góc tới hạn (kí hiệu: i th).
Thảo luận
Câu hỏi 1: Tiến hành thí nghiệm và thực hiện các yêu cầu sau:
a) So sánh chiết suất của môi trường chứa tia tới và môi trường chứa tia khúc xạ.
b) Dưới góc tới i bằng bao nhiêu thì ta bắt đầu không quan sát thấy tia khúc xạ?
c) Nếu tiếp tục tăng góc tới i thì tia sáng truyền đi như thế nào?
a) Chiết suất của môi trường chứa tia tới lớn hơn môi trường chứa tia khúc xạ.
b) Góc tới i < i th với sin i th = n2/n1 thì ta bắt đầu không quan sát thấy tia khúc xạ.
c) Nếu tiếp tục tăng góc tới i thì xuất hiện hiện tượng phản xạ ánh sáng.
2. Điều kiện xảy ra phản xạ toàn phần
Xác định điều kiện xảy ra phản xạ toàn phần
- Thực hiện những thí nghiệm tương tự với hai môi trường trong suốt khác nhau có chiết suất lần lượt là n 1 và n 2, người ta thẩy rằng hiện tượng phản xạ toàn phẩn chỉ xảy ra tại mặt phân cách giữa hai môi trường khi hai điều kiện sau đây được thoả mãn:
+ Ánh sáng truyến từ môi trường có chiết suất n 1 lớn sang môi trường có chiết suất n 1 nhỏ hơn: n 1 > n 2.
+ Góc tới lớn hơn hoặc bằng góc tới hạn: i > i th.
- Trong đó i th được xác định bởi: sin i th = n 2 / n 1, với n 1 là chiết suất của môi trường chứa tia tới, n 2 là chiết suất của môi trường chứa tia khúc xạ.
Ghi nhớ
Điều kiện xảy ra phản xạ toàn phần:
- Ánh sáng truyền từ môi trường có chiết suất lớn sang môi trường có chiết suẩt nhỏ hơn: n 1 > n 2.
- Góc tới lớn hơn hoặc bằng góc tới hạn: i ≥ i th với sin i th = n 2 / n 1.
Thảo luận
Câu hỏi 2: Cho ba môi trường nước, thủy tinh, không khí. Cho biết trong trường hợp nào sau đây, dưới góc tới i thích hợp thì có thể xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần:
- Ánh sáng truyền từ nước sang không khí.
- Ánh sáng truyền từ không khí sang thủy tinh.
- Ánh sáng truyền từ thủy tinh sang nước.
Dưới góc tới i thích hợp thì có thể xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần trong trường hợp:
- Ánh sáng truyền từ nước sang không khí (n nước > n không khí).
- Ánh sáng truyền từ thủy tinh sang nước (n thuỷ tinh > n nước).
Củng cố kiến thức
Trả lời câu hỏi ở phần Mở đầu bài học.
Khi ánh sáng truyền từ không khí sang nước hoặc thuỷ tinh thì ta luôn thấy tia khúc xạ xuất hiện ở mặt phân cách giữa hai môi trường. Nếu ánh sáng truyền từ nước hoặc thuỷ tinh sang không khí thì có phải lúc nào ta cũng thấy tia khúc xạ?
Nếu ánh sáng truyền từ nước hoặc thủy tinh sang không khí thì không phải lúc nào ta cũng thấy tia khúc xạ.
+ Ta thấy tia khúc xạ khi xảy ra hiện tượng khúc xạ ánh sáng với góc tới i < i th.
+ Ta không thấy tia khúc xạ khi xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần với góc tới i > i th.
Củng cố kiến thức
Dựa vào các số liệu về chiết suất ở Bảng 4.2, hãy tính góc tới hạn nếu ánh sáng truyền từ nước sang không khí và thực hiện thí nghiệm để kiểm tra ứng với góc tới hạn đó có xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần hay không.
Góc tới hạn khi ánh sáng truyền từ nước sang không khí:
sin i th = n kk / n nước = 1 ,000293 / 1,333 = 0,75
Mở rộng
Cáp quang được dùng để truyền tín hiệu ánh sáng, ứng dụng trong thông tin liên lạc, y học,... Cáp quang gổm một bó sợi quang. Mỗi sợi quang có lõi làm bằng thuỷ tinh hoặc chất dẻo trong suốt được bao quanh bằng lớp vỏ có chiết suất nhỏ hơn phần lõi. Khi ánh sáng đi vào sợi quang thì xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phẩn, hiện tượng này được lặp lại nhiều lần liên tiếp trên thành sợi khiến ánh sáng dược dẫn truyền bên trong sợi quang.
Vận dụng kiến thức
Một lăng kính thủy tinh có tiết diện là tam giác vuông cân được đặt trong không khí. Cho biết góc tới hạn khi ánh sáng truyền từ thủy tinh sang không khí là 42°. Chiếu các tia sáng đến lăng kính như hình bên. Hãy tiếp tục vẽ đường đi của tia sáng.
BÀI TẬP
Đang cập nhật
