Công thức tính góc giới hạn phản xạ toàn phần hay nhất – Vật lí lớp 11

Công thức tính góc giới hạn phản xạ toàn phần hay nhất – Vật lí lớp 11

Công thức tính góc giới hạn phản xạ toàn phần hay nhất

Bài viết Công thức tính góc giới hạn phản xạ toàn phần Vật Lí lớp 11 hay nhất gồm 4 phần: Định nghĩa, Công thức, Kiến thức mở rộng và Bài tập minh họa
áp dụng công thức trong bài có lời giải chi tiết giúp học sinh dễ học, dễ nhớ Công thức tính góc giới hạn phản xạ toàn phần.

1. Định nghĩa

– 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.

– Khi có phản xạ toàn phần thì không còn 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.

 Công thức tính góc giới hạn phản xạ toàn phần hay nhất | Vật lí lớp 11

– Điều kiện để có 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 ≥ igh.

2. Công thức – đơn vị

Công thức tính góc giới hạn phản xạ toàn phần hay nhất | Vật lí lớp 11

Góc giới hạn được xác định bởi công thức

Công thức tính góc giới hạn phản xạ toàn phần hay nhất | Vật lí lớp 11  

3. Mở rộng

– Nếu ánh sáng truyền từ môi trường có chiết suất n sang môi trường không khí (chiết suất bằng 1) thì góc giới hạn được xác định bằng

Công thức tính góc giới hạn phản xạ toàn phần hay nhất | Vật lí lớp 11  

Khi đó có thể suy ra chiết suất n nếu biết giá trị góc giới hạn

 Công thức tính góc giới hạn phản xạ toàn phần hay nhất | Vật lí lớp 11 

– Ứng dụng của hiện tượng phản xạ toàn phần: cáp quang

Cáp quang là bó sợi quang. Mỗi sợi quang là một dây trong suốt có tính dẫn sáng nhờ phản xạ toàn phần. 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 ra 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.

Công thức tính góc giới hạn phản xạ toàn phần hay nhất | Vật lí lớp 11

Công thức tính góc giới hạn phản xạ toàn phần hay nhất | Vật lí lớp 11

4. Bài tập ví dụ

Bài 1: Một tia sáng đi từ một chất lỏng trong suốt có chiết suất n chưa biết sang không khí với góc tới như hình vẽ. Cho biết α = 60o, β = 30o.

Công thức tính góc giới hạn phản xạ toàn phần hay nhất | Vật lí lớp 11

a) Tính chiết suất n của chất lỏng.

b) Tính góc α lớn nhất để tia sáng không thể ló sang môi trường không khí phía trên.

Bài giải:

Ta có hình vẽ:

Công thức tính góc giới hạn phản xạ toàn phần hay nhất | Vật lí lớp 11

a) 

Vì α = 600 ⇒ i = 300;

Vì β = 300 ⇒ r = 600

Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng: 

 Công thức tính góc giới hạn phản xạ toàn phần hay nhất | Vật lí lớp 11 

b)

Để không có tia ló ra ngoài không khí thì tia tới mặt phân cách bị phản xạ toàn phần

Điều kiện để xảy ra phản xạ toàn phần

 là i ≥ igh

sin igh = Công thức tính góc giới hạn phản xạ toàn phần hay nhất | Vật lí lớp 11 

⇒ igh = 350 ⇒ inin = igh = 350.

Góc αmax = 90 – igh = 550

Đáp án: a) n = √3 ; b) αmax = 550

Bài 2: Một chậu miệng rộng có đáy nằm ngang chứa chất lỏng trong suốt đến độ cao h = 5,2 cm. Ở đáy chậu có một nguồn sáng nhỏ S. Một tấm nhựa mỏng hình tròn tâm O bán kính R = 4 cm ở trên mặt chất lỏng mà tâm O ở trên đường thẳng đứng qua S. Tính chiết suất n của chất lỏng, biết rằng phải đặt mắt sát mặt chất lỏng mới thấy được ảnh của S. 

Công thức tính góc giới hạn phản xạ toàn phần hay nhất | Vật lí lớp 11 

Bài giải:

Ta có hình vẽ:

Công thức tính góc giới hạn phản xạ toàn phần hay nhất | Vật lí lớp 11

Các tia sáng từ S đến mặt phân cách có thể khúc xạ ra không khí đã bị tấm bìa nhựa che khuất nên mắt đặt trong không khí không thấy tia sáng đến mắt và không nhìn thấy ảnh của S.

Cần đặt mắt sát mặt chất lỏng mới thấy được ảnh của S, chứng tỏ rằng các tia sáng tới mép của tấm bìa bị phản xạ toàn phần, tia ló ra đi là là mặt phân cách giữa hai môi trường, các tia tới mép tầm bìa ứng với trường hợp giới hạn phản xạ toàn phần.

Từ hình vẽ ta thấy: góc Công thức tính góc giới hạn phản xạ toàn phần hay nhất | Vật lí lớp 11 = igh ⇒ sin Công thức tính góc giới hạn phản xạ toàn phần hay nhất | Vật lí lớp 11 = sinigh

Công thức tính góc giới hạn phản xạ toàn phần hay nhất | Vật lí lớp 11 

Trong tam giác vuông SOI, ta có sin Công thức tính góc giới hạn phản xạ toàn phần hay nhất | Vật lí lớp 11 = Công thức tính góc giới hạn phản xạ toàn phần hay nhất | Vật lí lớp 11 

⇒ sin igh = Công thức tính góc giới hạn phản xạ toàn phần hay nhất | Vật lí lớp 11 = 0,61

⇒ n = 1,64.

Đáp án: n = 1,64

Xem thêm các Công thức Vật Lí lớp 11 quan trọng hay khác:

Giới thiệu kênh Youtube VietJack

Ngân hàng trắc nghiệm miễn phí ôn thi THPT Quốc Gia tại khoahoc.vietjack.com