I/ Tóm tắt lý thuyết Điều kiện để có phản xạ toàn phần Ánh sáng truyền từ môi trường chiết quang sang môi trường kém chiết quang (n1 > n2) Góc tới i ≥ igh với \[\sin i_{gh}=\dfrac{n_{2}}{n_{1}}\] II/ Bài tập phản xạ toàn phần Bài tập 1. Một tia sáng trong khối thủy tinh tới mặt phân cách giữa khối thủy tinh với không khí dưới góc tới i = 30o, tia phản xạ và tia khúc xạ vuông góc với nhau. a/ Tính chiết suất n của thủy tinh b/ Tìm điều kiện của góc tới i để không có tia ló ra không khí. Hướng dẫn giải: Bài tập 2. Một khối thủy tinh P có chiết suất n đặt trong không khí. Tiết diện thẳng là một tam giác cân ABC vuông tại B. Chiếu vuông góc tới mặt AB một chùm sáng song song SI thì tia sáng đi là là mặt AC. Xác định chiết suất n của khối chất P. Hướng dẫn giải: Bài tập 3. Có 3 môi trường trong suốt. Nếu tia sáng truyền từ môi trường 1 vào môi trường 2 dưới góc tới i thì góc khúc xạ là 30o. Nếu tia sáng truyền từ môi trường 1 vào môi trường 3 cũng dưới góc tới i thì góc khúc xạ là 45o. Tìm góc giới hạn phản xạ toàn phần ở mặt phân cách giữa môi trường 2 và 3. Hướng dẫn giải: Bài tập 4. Một tia sáng SI truyền từ bán trụ thủy tinh ra không khí như hình vẽ. Biết chiết suất của không khí n2 = 1, của thủy tinh n2 = √2, α = 60o a/ Tìm góc giới hạn phản xạ toàn phần b/ Tìm góc khúc xạ của tia sáng khi đi ra không khí. c/ Giữ nguyên góc tới đưa khối thủy tinh vào trong nước tính góc khúc xạ, biết chiết suất của nước là n3 = 4/3 d/ Tìm vận tốc truyền ánh sáng trong thủy tinh, biết vận tốc truyền ánh sáng trong chân không là c = 3.108m/s Hướng dẫn giải: Bài tập 5. Một khối bán trụ trong suốt bằng thủy tinh có chiết suất n = √2, nằm trong mặt phẳng của tiết diện vuông góc, chiếu tới khối bán trụ như hình vẽ. Hãy xác định đường đi của tia sáng với các giá trị góc α trong các trường hợp sau: a/ khi α = 60o b/ khi α = 45o c/ khi α = 30o Hướng dẫn giải: Bài tập 6. Một đĩa tròn mỏng, bằng gỗ, bán kính R = 5cm nổi trên mặt nước. Ở tâm đĩa có gắn một cây kim, thẳng đứng, chìm trong nước n = 4/3. Dù đặt mắt trên mặt thoáng ở đâu cũng không thấy cây kim. Hãy tính chiều dài tối đa của cây kim. Hướng dẫn giải: Bài tập 7. Một miếng gỗ hình tròn, bán kính R = 4cm. Ở tâm O, cắm thẳng góc một đinh OA. Thả miếng gỗ nổi trong một chậu nước có chiết suất n = 1,33. Đỉnh OA ở trong nước. a/ Cho OA = 6cm. Mắt trong không khí sẽ thấy đầu A cách mặt nước bao nhiêu. b/ Tìm chiều dài lớn nhất của OA để mắt không thấy đầu A của đinh c/ Thay nước bằng một chất lỏng có chiết suất n'. Khi giảm chiều dài OA của đinh tới 3,2 cm thì mắt không thấy được đầu A của đinh nữa. Tính n' Hướng dẫn giải: Bài tập 8. Một ống dẫn sáng hình trụ với lõi có chiết suất n1 = 1,5 và phần vỏ bọc ngoài có chiết suất n2 = √2. Chùm tia tới hội tụ tại mặt trước của ống tại điểm I với góc 2α. Xác định α nhỏ nhất để tia sáng trong chùm đều truyền được trong ống. Hướng dẫn giải: Bài tập 9. Một khối thủy tinh P có chiết suất n1 = 1,5. Biết tiết diện thẳng là một tam giác ABC vuông cân tại B. Chiếu vuông góc tới mặt AB một chùm sáng song song SI a/ Khối thủy tinh P ở trong không khí. Tính góc D hợp bởi tia ló và tia tới b/ Tính lại góc D nếu khối P ở trong nước có chiết suất n2 = 4/3 Hướng dẫn giải: Bài tập 10. Một khối thủy tinh P có chiết suất n1 = √2. Biết tiết diện thẳng là một tam giác ABC vuông cân tại B. Chiếu vuông góc tới mặt AB một chùm sáng song song SI. a/ Khối thủy tinh P ở trong không khí. Tính góc D hợp bởi tia ló và tia tới. b/ Tính lại góc D nếu khối P ở trong nước có chiết suất n2 = 4/3 Hướng dẫn giải: Bài tập 11. Một tia sáng trong thủy tinh đến mặt phân cách giữa thủy tinh với không khí tại điểm I với góc tới i = 30o thì tia phản xạ và khúc cạ vuông góc nhau. a/ Tính chiết suất của thủy tinh b/ Tính góc tới i để không có tia ló ra không khí tại I. Hướng dẫn giải: Bài tập 12. 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. 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. Hướng dẫn giải: Bài tập 13. Có ba môi trường trong suốt. Với cùng một góc tới i: nếu tia sáng truyền từ (1) vào (2) thì góc khúc xạ là 30o. Truyền từ (1) vào (3) thì góc khúc xạ là 45o. Tính góc giới hạn phản xạ toàn phần ở mặt phân cách (2) và (3) Hướng dẫn giải: Bài tập 14. Chiếu tia sáng đơn sắc từ không khí vào trong chất lỏng trong suốt với góc tới i = π/3 (rad) thì góc khúc xạ là r = π/6 (rad). a/ Coi tốc độ ánh sáng trong không khí là c = 3.108 m/s. Hãy tính tốc độ ánh sáng khi truyền trong chất lỏng. b/ Tìm góc giới hạn phản xạ toàn phần khi chiếu tia sáng trên theo chiều ngược lại. Hướng dẫn giải: Bài tập 15. Một tấm thủy tinh mỏng, trong suốt, chiết suất n1 = 1,5, có tiết diện là hình chữ nhật ABCD (AB rất lớn so với AD) mặt đáy AB tiếp xúc với một chất lỏng có chiết suất n2 = √2. Chiếu tia sáng SI nằm trong mặt phẳng ABCD tới mặt AD sao cho tia tới nằm phía trên pháp tuyến ở điểm tới và tia khúc xạ trong thủy tinh gặp đáy AB ở điểm K. Tính giá trị lớn nhất của góc tới i để có phản xạ toàn phần tại K. Hướng dẫn giải: Bài tập 16. Một lăng kính thủy tinh có tiết diện thẳng là tam giác ABC có góc A = 90o, góc C = 15o, chiết suất là n. Chiếu tia sáng đơn sắc tới mặt AB như hình bên, tia khúc xạ tới mặt BC bị phản xạ lại toàn phần, sau đó tới mặt AC rồi ló ra theo phương vuông góc với tia tới. Tìm các giá trị của n và α. Hướng dẫn giải: Bài tập 17. Người ta gắn hai lăng kính có tiết diện thẳng là các tam giác vuông cân như hình vẽ. Lăng kính ABC có chiết suất n1 = 2,3. Lăng kính BCD có chiết suất n2. Chiếu một chùm tia sáng hẹp, song song, đơn sắc vuông góc với mặt AB và khúc xạ ở mặt BD tại I. a/ Muốn chùm tia sáng ló ra khỏi mặt BD tại I' sau khi phản xạ toàn phần trên mặt CD thì chiết suất n2 phải thỏa mãn điều kiện nào? b/ Trong điều kiện cho n2= 3,1. Xác định góc lệch giưa tia tới và tia ló. Hướng dẫn giải: Bài tập 18. Một khối thủy tinh hình bán cầu tâm O bán kính R, chiết suất n = √2 đặt trong không khí, Chiếu một chùm tia sáng song song, rộng vào toàn bộ mặt phẳng của bán cầu và vuông góc với mặt phẳng đó. a/ Tìm igh phản xạ toàn phần của tia sáng từ thủy tinh ra không khí. b/ vẽ tiếp được đi của tia sáng (1) cách O đoạn R/2. Và tìm góc lệch của tia ló ra khỏi tấm thủy tinh so với tia tới. c/ Vẽ tiếp đường đi của tia sáng (2) cách O một đoạn R√3/2 d/ Xác định vùng trên mặt cầu tại đó tia sáng ló ra. e/ Tìm sự phụ thuộc của khoảng cách từ O tới giao điểm G (G là giao điểm của tia sáng không đi qua O ló ra khỏi mặt cầu với tia sáng qua O) với góc tới i của tia sáng trên mặt cầu. Hướng dẫn giải: Bài tập 19. Một khối vật liệu đặt trong môi trường có chiết suất no = 1,5. Khối vật liệu đó gồm N (với N < 10) lớp mỏng phẳng trong suốt có độ dày như nhau e = 20mm (hình 4). Chiết suất của các lớp có biểu thức nk = no - (k/20) với k= 1, 2, 3, .... N. Chiếu một tia sáng tới mặt trên của khối vật liệu dưới góc tới i = 60o a/ Với N =2. Chứng minh rằng tia sáng ló ra ở mặt dưới của khối vật liệu song song với tia tới. Tính khoảng cách giữa đường thẳng chứa tia ló và đường thẳng chứa tia tới. b/ Với N bằng bao nhiêu thì tia sáng không ló ra ở mặt dưới của khối vật liệu. Giả thiết khối vật liệu đủ dài. Hướng dẫn giải:
