Thế nào là phản xạ toàn phần nêu điều kiện phản xạ toàn phần?
|
Với giải Bài 1 trang 172 sgk Vật Lí lớp 11 được biên soạn lời giải chi tiết sẽ giúp học sinh biết cách làm bài tập môn Vật Lí 11. Mời các bạn đón xem: Show
I. Sự truyền ánh sáng vào môi trường chiết quang kém hơn (n1>n2) 1. Thí nghiệm Cho một chùm tia sáng hẹp truyền từ khối nhựa trong suốt hình bán trụ vào không khí với các dụng cụ bố trí theo sơ đồ hình vẽ sau:  Thay đổi độ nghiêng của chùm tia tới (thay đổi góc tới i) và quan sát chùm tia khúc xạ ra không khí. Kết quả:
2. Góc giới hạn phản xạ toàn phần - Khi chùm tia sáng khúc xạ ở mặt phân cách hai môi trường, ta có: n1sini = n2sinr. Suy ra: $\sin r = \frac{{{n_1}}}{{{n_2}}}\sin i$ Vì n1>n2 nên: sinr> sini. Do đó r>i. Chùm tia khúc xạ lệch xa pháp tuyến hơn so với chùm tia tới. - Khi góc i tăng thì góc r cũng tăng (với r>i) nên khi r đạt giá trị cực đại 900 thì i đạt giá trị igh gọi là góc giới hạn phản xạ toàn phần còn gọi là góc tới hạn. Suy ra: $\sin {i_{gh}} = \frac{{{n_2}}}{{{n_1}}}$ - Với i>igh, không có tia khúc xạ, toàn bộ tia sáng bị phản xạ ở mặt phân cách gọi là hiện tượng phản xạ toàn phần. II. Hiện tượng phản xạ toàn phần 1. Định nghĩa Phản xạ toàn phần là hiện tượng phản xạ toàn bộ tia sáng tới, xảy ra ở mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt. 2. Điều kiện để có phản xạ toàn phần Điều kiện để có phản xạ toàn phần: \[\left\{ \begin{gathered} {n_2} < {n_1} \hfill \\ i \geqslant {i_{gh}} \hfill \\\end{gathered} \right.(\sin {i_{gh}} = \frac{{{n_2}}}{{{n_1}}})\] III. Ứng dụng của hiện tượng phản xạ toàn phần: cáp quang 1. Cấu tạo 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 thuỷ tinh siêu sạch có chiết suất lớn (n1). - Phần vỏ bọc cũng trong suốt, bằng thuỷ 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. 2. Công dụng Cáp quang đã được ứng dụng vào việc truyền thông tin vì có nhiều ưu điểm: dung lượng tín hiệu lớn; nhỏ và nhẹ, dễ vận chuyển, dễ uốn; không bị nhiễu bởi các bức xạ điện từ bên ngoài, bảo mật tốt; không có rủi ro cháy (vì không có dòng điện). Cáp quang còn được dùng để nội soi trong Y học. Page 2SureLRN
Hiện tượng phản xạ toàn phần (còn được gọi là phản xạ nội toàn phần)(tiếng Anh: total internal reflection) là một hiện tượng quang học. Nó được phát biểu thành định luật sau: Cho hai môi trường 1 và 2 với độ chiết suất tương ứng là n 1 {\displaystyle n_{1}}Trong định luật trên, góc khúc xạ giới hạn (còn được gọi là góc khúc xạ tới hạn) được tính theo công thức: i g h = arcsin ( n 2 n 1 ) {\displaystyle i_{gh}=\arcsin \left({\frac {n_{2}}{n_{1}}}\right)}Giải thích hiện tượng dưới góc độ toán họcTheo định luật Snell, nếu tia sáng khúc xạ sang môi trường mới, thì mối liên hệ giữa góc tới và góc khúc xạ như sau: sin ( i ) sin ( r ) = n 2 n 1 {\displaystyle {\frac {\sin(i)}{\sin(r)}}={\frac {n_{2}}{n_{1}}}}suy ra: sin ( r ) = sin ( i ) ⋅ n 1 n 2 {\displaystyle \sin(r)=\sin(i)\cdot {\frac {n_{1}}{n_{2}}}}Nếu góc tới lớn hơn giá trị góc khúc xạ giới hạn: i g h = arcsin ( n 2 n 1 ) {\displaystyle i_{gh}=\arcsin \left({\frac {n_{2}}{n_{1}}}\right)} ,thì rõ ràng
sin
(
i
)
⋅
n
1
n
2
>
1
{\displaystyle \sin(i)\cdot {\frac {n_{1}}{n_{2}}}>1}
Như vậy ta có thể mô tả một cách tổng quát như sau:
Ví dụ: Khi tia sáng đi trong môi trường là kính acrylic (tiếng Anh: acrylic glass) (có hệ số chiết suất xấp xỉ 1,500) ra môi trường không khí (hệ số chiết suất xấp xỉ 1,000) thì góc giới hạn cho góc tới của nó bằng: i g h = arcsin ( 1 , 000 1 , 500 ) = 41 , 81 o {\displaystyle i_{gh}=\arcsin \left({\frac {1,000}{1,500}}\right)=41,81^{o}}Ứng dụng và ví dụ trong đời sốngLăng kính Porro
Lăng kính Porro (tiếng Anh: Porro prism) do nhà phát minh người Italia Ignazio Porro (25/11/1801 - 08/10/1875) sáng chế năm 1850, khi đang làm việc cho hãng Carl Zeiss (Đức), nhằm ứng dụng cải tiến và chế tạo ống nhòm thế hệ mới với nhiều tính năng vượt trội so với loại ống nhòm Galilean sử dụng thấu kính phân kì làm thị kính trước đó[cần dẫn nguồn] Đây là lăng kính được sử dụng phổ biến nhất cho việc lái ánh sáng và làm quay ảnh[1]. Lăng kính Porro có hình khối lăng trụ có mặt đáy là tam giác vuông cân. Lăng kính Porro thường được thiết kế và đặt ở những định hướng đặc biệt, sao cho mặt đến và mặt ra vừa vuông góc lại vừa song song với trục quang. Có 2 cách định hướng:
Người ta thường đem 2 lăng kính Porro ghép thành cặp ghép đôi trực giao, tạo thành hệ lăng kính Porro kép. Trong hệ này, lăng kính thứ hai được xoay
90
o
{\displaystyle 90^{o}}
Lăng kính Porro được ứng dụng trong ống nhòm, kính tiềm vọng, và các thiết bị quang học khác. Trong các thiết bị này, lăng kính Porro thường được chế tạo với góc bầu nhằm làm giảm khối lượng và kích thước[1].Một phiên bản của lăng kính Porro là lăng kính Porro-abbe. Tia sáng đi vào lăng kính này sẽ bị phản xạ toàn phần 4 lần tất cả. Sợi quang
Sợi quang (tiếng Anh: optical fiber). Sợi quang được cấu tạo bởi:
Để truyền từ đầu này tới đầu kia của sợi quang tia sáng phản xạ toàn phần liên tục ở mặt phân cách giữa lõi và vỏ bọc. Sợi quang được ứng dụng nhiều trong viễn thông, được dùng để chế tạo các cáp quang. Trong y học, nó được dùng trong các thiết bị nội soi. Các sợi quang còn được dùng để trang trí (như trên cây thông Noel), và trong nghệ thuật. Ảo ảnh
Nguyên nhân của các ảo ảnh (tiếng Anh: mirage) quan sát được trong tự nhiên thường do sự chênh lệch nhiệt độ giữa các lớp không khí gây nên hiệu ứng khúc xạ và phản xạ toàn phần. Có hai loại ảo ảnh như thế[2]:
Các hiện tượng khác
Nhờ hiện tượng phản xạ toàn phần, người thợ lặn có thể quan sát hình ảnh phản xạ của chú rùa biển này trên mặt phân cách giữa mặt biển và không khí. Chiết suất cao của kim cương, vào khoảng 2,417, lớn hơn so với 1,5 của các thủy tinh thông thường, cũng dễ làm xuất hiện sự phản xạ toàn phần trên mặt trong của kim cương tạo độ lấp lánh. (xem thêm bài kim cương) Xem thêm
Chú thích
|
