Công thức định luật khúc xạ ánh sáng đầy đủ

Định luật khúc xạ ánh sáng là một trong những nguyên lý cơ bản của quang học, mô tả sự thay đổi hướng của ánh sáng khi đi từ môi trường này sang môi trường khác.

Hiện tượng khúc xạ ánh sáng là gì?

Khúc xạ thực chất là hiện tượng chùm tia sáng bị đổi phương đột ngột khi đi qua mặt phân cách giữa hai môi trường có chỉ số khúc xạ khác nhau. Ánh sáng thay đổi hướng di chuyển khi nó chuyển từ một môi trường có chỉ số khúc xạ này sang một môi trường có chỉ số khúc xạ khác. Điều này dẫn đến sự gập ánh sáng khi nó bước qua biên giới giữa hai môi trường, và tạo ra hiện tượng khúc xạ mà bạn đã mô tả. Hiện tượng này có nhiều ứng dụng quan trọng trong quang học và được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị quang học và công nghệ liên quan đến ánh sáng và quang học.

Một vài ví dụ về hiện tượng khúc xạ ánh sáng như sau:

- Khúc xạ trong gương phẳng: Khi ánh sáng đập vào một tấm gương phẳng, nó sẽ bị khúc xạ và phản chiếu lại. Gương phẳng là một ví dụ đơn giản về khúc xạ ánh sáng trong cuộc sống hàng ngày.

- Khúc xạ trong thấu kính: Khi ánh sáng đi qua một thấu kính lấy cận, nó sẽ bị khúc xạ và thay đổi hướng di chuyển để tạo ra một hình ảnh trên võng mạc của mắt, giúp mắt nhìn rõ hơn.

- Khúc xạ ánh sáng mặt trời trong nước: Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào bề mặt của nước (như hồ, biển), nó sẽ bị khúc xạ khi đi qua biên giới nước và không khí. Hiện tượng này tạo ra các hình ảnh phản chiếu trên mặt nước, như các đám mây giả tạo, màu cầu vồng, hoặc hình ảnh của mặt trời trên mặt nước.

- Khúc xạ ánh sáng qua prisma: Khi ánh sáng đi qua một prisma (một loại hình học quang học), nó sẽ bị khúc xạ và tách thành các màu sắc khác nhau, tạo ra một phổ màu. Đây là nguyên tắc cơ bản của việc tạo ra màu sắc trong hình ảnh và thiết bị quang học như kính lúp và các thiết bị quang phổ.

- Khúc xạ ánh sáng qua tinh thể: Tinh thể có khả năng khúc xạ ánh sáng theo các hướng khác nhau, tạo ra hiện tượng hiện tượng sáng và bóng trong các tinh thể quý như kim cương 

Những ví dụ này chỉ ra rằng hiện tượng khúc xạ ánh sáng là một phần quan trọng của quang học và có nhiều ứng dụng quan trọng trong cuộc sống và khoa học.

Hiện tượng khúc xạ ánh sáng chứng tỏ sự phản xạ và lắp lại ánh sáng trong các ứng dụng quang học như ống kính, gương, prism, và cũng là nguyên tắc cơ bản đằng sau tạo ra hình ảnh trong mắt con người khi ánh sáng đi qua các phần tử quang học trong mắt. Trong ống kính quang học, ánh sáng được khúc xạ khi đi qua mặt thấu kính, điều này giúp tạo ra hình ảnh. Chất lượng hình ảnh và đặc tính thu phóng của ống kính phụ thuộc vào cách ánh sáng bị khúc xạ và tương tác với các thấu kính khác nhau.  Gương là một thiết bị phản chiếu mà ánh sáng bị khúc xạ khi nó chiếu vào mặt phẳng của gương và sau đó được phản chiếu lại. Gương được sử dụng rộng rãi trong đời sống hàng ngày và trong các thiết bị quang học như gương trong phòng thí nghiệm và gương trong ô tô. Prism là một thiết bị quang học được sử dụng để phân tách ánh sáng thành các màu sắc khác nhau. Hiện tượng khúc xạ ánh sáng khi đi qua prism là nguyên tắc cơ bản đằng sau việc tạo ra phổ màu và sử dụng trong spectroscopy (phổ phân tích) và các thiết bị quang phổ khác.  Trong mắt con người, các phần tử quang học như giác mạc và thủy tinh thể cũng sử dụng nguyên tắc khúc xạ ánh sáng để lọc và lập lại ánh sáng. Điều này giúp mắt tập trung vào các hình ảnh và tạo ra hình ảnh sắc nét trên võng mạc. Bên cạnh đó thì còn ứng dụng trong quang học, trong thiết kế quang học, hiện tượng khúc xạ ánh sáng được sử dụng để tạo ra các thiết bị quang học phức tạp như máy chiếu, ống nhòm, và hệ thống giao tiếp quang học. Tóm lại hiện tượng khúc xạ ánh sáng đóng vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng quang học và là nguyên tắc cơ bản giúp chúng ta hiểu và sáng tạo trong việc tạo ra và sử dụng ánh sáng trong cuộc sống hàng ngày và trong nghiên cứu khoa học.

Công thức định luật khúc xạ ánh sáng 

- Định luật khúc xạ ánh sáng:

+ Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới (tạo bởi tia tới và pháp tuyến) và ở phía bên kia pháp tuyến so với tia tới.

+ Với hai môi trường trong suốt nhất định, tỉ số giữa sin góc tới (sini) và sin góc khúc xạ (sinr) luôn luôn không đổi.

Trong hình có:

+ SI là tia tới

+ I là điểm tới

+ IK là tia khúc xạ

+ PQ là mặt phân các giữa hai môi trường

+ NN’ là pháp tuyến

+ Góc i là góc tới

+ Góc r là góc khúc xạ

- Công thức của định luật khúc xạ

- Góc lệch giữa tia khúc xạ và tia tới:

D= | i- r|

- Chiết suất tỉ đổi:

n₂₁= n₂/ n₁ = Sin _i/Sin _r = v₁/ v₂ = 1/n₁₂

- Chiết suất tuyệt đối:

n= c / v >= 1

- Nếu tia khúc xạ vuông góc với tia phản xạ:

tan _i = n = n₂₁ = n₂/ n₁ = n_kx/ n_toi

Bài tập về khúc xạ ánh sáng lớp 11

Bài tập trắc nghiệm

Bài tập 1: Hiện tượng khúc xạ là hiện tượng …

a. ánh sáng bị giảm cường độ khi truyền qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt.

b. ánh sáng bị gãy khúc khi truyền xiên góc qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt.

c. ánh sáng bị thay đổi màu sắc khi truyền qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt.

d. ánh sáng bị hắt lại môi trường cũ khi truyền tới mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt.

Bài tập 2: Trong hiện tượng khúc xạ ánh sáng, góc khúc xạ … góc tới.

a. nhỏ hơn

b. lớn hơn

c. nhỏ hơn hoặc lớn hơn

d. lớn hơn hoặc bằng

Bài tập 3: Với một tia sáng đơn sắc, chiết suất tuyệt đối của nước là n₁, của thuỷ tinh là n₂. Chiết suất tỉ đối của nước đối với thuỷ tinh là …

a. n₁₂ = n₂/n₁.

b. n₂₁ = n₂ – n₁.

c. n₁₂ = n₁/n₂.

d. n₁₂ = n₁ – n₂.

Bài tập 4: Chọn ý sai

a. Chiết suất tuyệt đối của một môi trường luôn luôn nhỏ hơn 1.

b. Chiết suất tuyệt đối của chân không bằng 1.

c. Chiết suất tuyệt đối của một môi trường không nhỏ hơn 1.

d. Chiết suất là đại lượng không có đơn vị.

Bài tập 5: Một cái cọc cắm thẳng đứng trên sông, nửa bên trong nửa bên ngoài nước. Một cái cọc khác cùng chiều dài được cắm thẳng đứng trên bờ. Bóng của cọc cắm thẳng đứng dưới sông sẽ …

a. ngắn hơn bóng của cọc cắm trên bờ nếu Mặt Trời lên cao và dài hơn bóng của cọc cắm trên bờ nếu Mặt Trời xuống thấp.

b. dài hơn bóng của cọc cắm trên bờ.

c. bằng với bóng của cọc cắm trên bờ.

d. ngắn hơn bóng của cọc cắm trên bờ.

Đáp án bài tập trắc nghiệm khúc xạ ánh sáng lớp 11

Bài tập luyện tập

Câu 1: Chiết suất n= 1,5 bề dày 6cm là của một mặt phẳng song song không khí, S là điểm sáng cách bản 20cm. Ảnh S' là ảnh của S cách bản mặt song song một đoạn bao nhiêu

Câu 2: Góc tới 120 thì góc khúc xạ là 80 do một tia sáng truyền từ môi trường A sang B, tốc độ ánh sáng là 1,,8.108 m/s trong môi trường B. Trong môi trường A, tốc độ ánh sáng là bao nhiêu?

Câu 3:Tia sáng truyền trong không khí đến gặp mặt thoáng chất lỏng có n= √3. Tia phản xạ và khúc xạ vuông góc với nhau. Tính góc tới?

Câu 4: Chiếu một tia sáng từ không khí có chiết suất bằng 1 vào nước với góc tới 300. Tính góc khúc xạ, biết chiết suất của nước là 1,34.