50 bài tập về Bài tập áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng (có đáp án 2023) - Vật lí 11
Với Bài tập áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng và cách giải môn Vật lý lớp 11 gồm phương pháp giải chi tiết, bài tập minh họa có lời giải và bài tập tự luyện sẽ giúp học sinh biết cách làm bài tập Bài tập áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng. Mời các bạn đón xem:
Bài tập áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng và cách giải - Vật lý lớp 11
I. Lí thuyết
1, Sự khúc xạ ánh sáng
- Hiện tượng khúc xạ ánh sáng: Khúc xạ ánh sáng là hiện tượng lệch phương (gãy) của các tia sáng khi truyền xiên góc qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt khác nhau.
Ở hình trên ta có:
SI là tia tới
I là điểm tới
N’IN là pháp tuyến với mặt phân cách tại I
IR là tia khúc xạ
i là góc tới, r là góc khúc xạ
- 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 (sin i) và sin góc khúc xạ (sin r) luôn không đổi: hằng số.
2, Chiết suất của môi trường
Chiết suất tỉ đối: Tỉ số không đổi trong hiện tượng khúc xạ được gọi là chiết suất tỉ đối của môi trường (2) chứa tia khúc xạ đối với môi trường (1) chứa tia tới:
+ Nếu thì r < i: Tia khúc xạ bị lệch lại gần pháp tuyến hơn. Ta nói môi trường (2) chiết quang hơn môi trường (1)
+ Nếu thì r > i: Tia khúc xạ bị lệch xa pháp tuyến hơn. Môi trường (2) chiết quang kém hơn môi trường (1)
Chiết suất tuyệt đối: (thường gọi tắt là chiết suất) của một môi trường là chiết suất tỉ đối của môi trường đó đối với chân không. Trong đó:
+ Chiết suất của chân không là 1.
+ Chiết suất của không khí gần bằng 1.
+ Các môi trường trong suốt khác đều có chiết suất tuyệt đối lớn hơn 1.
Hệ thức giữa chiết suất tỉ đối và chiết suất tuyệt đối: . Trong đó:
là chiết suất tuyệt đối của môi trường (1)
là chiết suất tuyệt đối của môi trường (2)
Như vậy, biểu thức khác của định luật khúc xạ ánh sáng:
3, Liên hệ giữa chiết suất tỉ đối và vận tốc truyền ánh sáng
Chiết suất của môi trường:
Hệ thức giữa chiết suất tỉ đối và vận tốc truyền ánh sáng trong các môi trường:
Trong đó:
là vận tốc ánh sáng trong chân không.
v là vận tốc ánh sáng trong môi trường có chiết suất n.
Trường hợp i và r nhỏ hơn thì: . Khi đó ta có:
Trường hợp thì tia sáng đi vuông góc với mặt phân cách (không xảy ra hiện tượng khúc xạ).
4, Tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng
Ánh sáng truyền đi theo đường nào thì cũng truyền ngược lại theo đường đó:
Chú ý: Tính thuận nghịch cũng biểu hiện ở sự truyền thẳng và sự phản xạ.
II. Các dạng bài tập
Dạng 1: Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng
1. Phương pháp giải
- Áp dụng công thức định luật khúc xạ: với
- Chiết suất của môi trường:
2. Ví dụ minh họa
Ví dụ 1: Chiếu ánh sáng từ không khí vào nước có chiết suất . Nếu góc khúc xạ r là thì góc tới i là: (Chọn đáp án gần đúng nhất).
A.
B.
C.
D.
Lời giải chi tiết
Áp dụng công thức định luật khúc xạ ánh sáng ta có:
Chọn đáp án C
Ví dụ 2: Một tia sáng truyền từ môi trường A vào môi trường B dưới góc tới thì góc khúc xạ là . Tốc độ ánh sáng trong môi trường B là . Tốc độ ánh sáng trong môi trường A là bao nhiêu? (Chọn đáp án gần đúng nhất).
A.
B.
C.
D.
Lời giải chi tiết
Ta có:
Chọn đáp án D
Dạng 2: Xác định ảnh của một vật qua lưỡng chất phẳng
1. Lí thuyết
Khái niệm: Lưỡng chất phẳng là hệ hai môi trường trong suốt phân cách nhau bởi một mặt phẳng.
Ảnh của vật tạo bởi lưỡng chất phẳng: Vật thật cho ảnh ảo, vật ảo cho ảnh thật.
Công thức lưỡng chất phẳng: (chỉ xét chùm tia hẹp từ vật tới gần vuông góc với mặt phân cách hai môi trường; như vật mới thỏa điều kiện tương điểm)
Đặt : Khoảng cách từ mặt phân cách đến vật, d’=S’H là khoảng cách từ mặt phân cách đến ảnh.
Ta có: Vậy:
Lại có: .
Vậy ta có công thức:
+ Nếu : ánh sáng đi từ môi trường chiết quang hơn sang môi trường chiết quang kém => d’ < d, ảnh S’ nằm dưới vật S.
+ Nếu : ánh sáng đi từ môi trường chiết quang kém sang môi trường chiết quang hơn => d’ > d, ảnh S’ nằm trên vật S.
Nếu chú ý đến cả tính chất của vật và ảnh: hay
2. Phương pháp giải
Để dựng ảnh của một vật qua mặt phân cách giữa hai môi trường bằng mặt khúc xạ cần phải dựng:
- Bước 1: Dựng hai chùm tia tới
+ Tia 1 truyền thẳng với góc tới i = 0
+ Tia 2 tia tới có góc tới
- Bước 2: Dựng tia khúc xạ bởi 2 tia nói trên rồi kéo dài 2 tia khúc xạ này cắt nhau tại một điểm thì đó là ảnh của vật.
- Vật thật đi qua lưỡng chất phẳng cho ta ảnh ảo (ta nói ảnh và vật luôn có bản chất trái ngược nhau).
- Sơ đồ tạo ảnh qua lưỡng chất phẳng:
Ta có công thức:
Áp dụng công thức lưỡng chất phẳng:
3. Ví dụ minh họa
Ví dụ 1: Một bể chứa có thành cao 70cm và đáy phẳng dài 100cm. Biết độ cao mực nước trong bể là 40cm, chiết suất của nước là . Ánh nắng chiếu vào theo phương nghiêng góc so với phương ngang thì độ dài bóng của thành bể tạo được ở đáy bể là bao nhiêu? (Chọn đáp án gần đúng nhất).
A. 66cm
B. 76cm
C. 86cm
D. 96cm
Lời giải chi tiết
Theo đề bài, HI=40cm, AM=70-40=30cm
Biểu diễn trên hình vẽ:
Theo định luật khúc xạ ánh sáng, ta có:
Sini=nsinr với
Ta có:
Lại có:
Bóng của thành bể tạo thành dưới đáy bể là: CR=CH+HR
Chọn đáp án C
Ví dụ 2: Mắt người và cá cùng cách mặt nước 75cm, cùng nằm trên một mặt phẳng vuông góc với mặt nước. Biết chiết suất của nước là . Cá thấy người cách mình bao nhiêu?
A. 100cm
B. 125cm
C. 150cm
D. 175cm
Lời giải chi tiết
Khi cá nhìn thấy người thì tia sáng từ người đến mắt cá:
+ Gọi M là mắt thật và M’ là ảnh của mắt nười mà cá nhìn thấy.
Từ hình vẽ, ta có:
Để nhìn rõ, thì góc r nhỏ, suy ra I nhỏ
=>
Theo định luật khúc xạ ánh sáng, ta có:
Vậy con cá sẽ nhìn thấy mắt người cách mắt nó đoạn: 75 + 100 = 175cm
Chọn đáp án D
Dạng 3: Khúc xạ qua bản mặt song song
1. Lí thuyết
Khái niệm: Bản (hai) mặt song song là lớp môi trường trong suốt giới hạn bởi hai mặt phẳng song song với nhau, chẳng hạn một tấm kính.
Đường đi của tia sáng: Tia sáng truyền qua bản mặt song song không đổi phương (tia ló ra khỏi bản mặt song song với tia tới).
Sự tạo ảnh với bản mặt song song: Xét chùm tia sáng tới hẹp gần vuông góc với mặt bản; n là chiết suất tỉ đối của chất làm bản đối với môi trường xung quanh bản.
- Vật thật cho ảnh ảo, vật ảo cho ảnh thật.
- Ảnh có độ lớn (độ cao) bằng vật.
Đường đi của tia sáng qua bản mặt song song được biểu diễn trong hình dưới đây:
Khoảng cách vật - ảnh (độ dịch chuyển của ảnh so với vật theo chiều truyền ánh sáng).
.
+ Nếu i rất nhỏ thì
Độ dời ngang của tia sáng (Khoảng cách giữa tia tới và tia ló) với e là độ dày của bản mặt song song.
Vậy: Một vật AB đứng trước một bản mặt song song, thì bản cho một ảnh khác bản chất vật, bằng vật, cùng chiều vật nhưng bị dịch chuyển theo chiều truyền tia sáng.
2. Phương pháp giải
- Vẽ ảnh tạo bởi hai bảm mặt song song
- Áp dụng công thức bản mặt song song để giải yêu cầu bài toán
3. Ví dụ minh họa
Ví dụ 1: Một bản mặt song song có bề dày 10cm, chiết suất n=1,2 được đặt trong không khí. Ảnh S’ của S qua bản mặt song song cách S một đoạn là: (Chọn đáp án gần đúng nhất).
A. 1cm
B. 1,5cm
C. 2cm
D. 2,5cm
Lời giải chi tiết
Ta thấy tia ló song song với tia tới , giao của đường kéo dài của tia cắt tia sáng SJ tại S’, S’ là ảnh của S qua bản mặt.
Tứ giác là hình bình hành suy ra
Xét hai tam giác vuông và , ta có:
(do góc ) suy ra
Vì ta xét góc tới rất nhỏ nên góc cũng rất nhỏ nên và
Theo định luật khúc xạ tại , ta có khoảng cách giữa vật và ảnh là:
Chọn đáp án B
Ví dụ 2: Một bản mặt song song có bề dày 16cm, chiết suất n=1,5 được đặt trong không khí. Chiếu tới bản một tia sáng với góc tới bằng . Khoảng cách giữa phương của tia tới và tia ló là bao nhiêu?
A. 1,47cm
B. 2,47cm
C. 3,47cm
D. 4,47cm
Lời giải chi tiết
Bề dày e=16cm; chiết suất n=1,5.
Áp dụng công thức định luật khúc xạ ánh sáng, ta có:
Từ hình vẽ, khoảng cách giữa giá của tia ló và tia tới bằng đường cao của tam giác vuông . Ta có:
Mà
Vậy khoảng cách giữa phương của tia ló và tia tới là khoảng 4,47cm
Chọn đáp án D
III. Bài tập vận dụng
Bài 1: Tốc độ ánh sáng trong chân không là . Một môi trường có chiết suất là 2,12. Tốc độ truyền ánh sáng trong môi trường đó là bao nhiêu? (Chọn đáp án gần đúng nhất).
A.
B.
C.
D.
Chọn đáp án C
Bài 2: Chiết suất tuyệt đối của một môi trường là chiết suất tỉ đối của môi trường đó so với:
A. Chân không
B. Dầu ăn
C. Không khí
D. Nước
Chọn đáp án A
Bài 3: Một điểm sáng O nằm trong chất lỏng có chiết suất n, cách mặt chất lỏng một đoạn 14cm, phát ra chùm ánh sáng hẹp đến gặp mặt phân cách với không khí tại điểm B với góc tới rất nhỏ, tia ló truyền theo phương BE. Đặt mắt trên phương BE nhìn thấy ảnh ảo O’ của O dường như cách mặt chất lỏng một khoảng 9cm. Chiết suất của chất lỏng đó là: (Chọn đáp án gần đúng nhất)
A. 0,56
B. 0,86
C. 1,26
D. 1,56
Chọn đáp án D
Bài 4: Một bản mặt song song có bề dày 17cm, chiết suất n=1,45 được đặt trong không khí. Chiếu tới bản một tia sáng với góc tới bằng . Khoảng cách giữa phương của tia tới và tia ló là bao nhiêu?
A. 2,1cm
B. 3,1cm
C. 4,1cm
D. 5,1cm
Chọn đáp án B
Bài 5: Một thợ lặn dưới nước nhìn thấy Mặt trời ở độ cao so với đường chân trời. Tính độ cao thực của Mặt trời (tạo một góc bao nhiêu độ với đường chân trời) biết chiết suất của nước là ? (Chọn đáp án gần đúng nhất).
A.
B.
C.
D.
Chọn đáp án C
Bài 6: Một người quan sát một hòn sỏi như điểm sáng A ở đáy bể nước có chiều sâu h, theo phương gần vuông góc với mặt nước. Người ấy thấy hình như hòn sỏi được nâng lên gần mặt nước, theo phương thẳng đứng đến A’. Biết khoảng cách từ A’ đến mặt nước là 90cm. Tính chiều sâu của bể nước, cho nước có chiết suất là ?
A. 80cm
B. 100cm
C. 120cm
D. 140cm
Chọn đáp án C
Bài 7: Cho hai bản mặt song song bằng thủy tinh có bề dày e = 3,2cm, chiết suất . Tính khoảng cách vật đến ảnh khi vật và bản đều đặt trong không khí?
A. 0,34cm
B. 0,44cm
C. 0,54cm
D. 0,64cm
Chọn đáp án D
Bài 8: Tính vận tốc của ánh sáng trong thủy tinh. Biết thủy tinh có chiết suất n = 1,8 và vận tốc ánh sáng trong chân không là ?
A.
B.
C.
D.
Chọn đáp án B
Bài 9: Một bản mặt song song có bề dày d = 12cm, chiết suất n = 1,2 đặt trong không khí. Chiếu tới bản một tia tới SI có góc tới . Tính khoảng cách giữa tia tới và tia ló? (Chọn đáp án gần đúng nhất)
A. 1,24cm
B. 2,24cm
C. 3,24cm
D. 4,24cm
Chọn đáp án A
Bài 10: Một bản mặt song song có bề dày d = 8cm, chiết suất n = 1,8 được đặt trong không khí. Vật là một điểm sáng S cách bàn 25cm. Xác định vị trí của ảnh (khoảng cách từ ảnh đến bản mặt song song)?
A. 20,4cm
B. 21,4cm
C. 22,4cm
D. 23,4cm
Chọn đáp án B
Xem thêm các dạng bài tập Vật lý lớp 11 có đáp án và lời giải chi tiết khác:
Xem thêm các chương trình khác:
- Giải sgk Hóa học 11 | Giải bài tập Hóa học 11 Học kì 1, Học kì 2 (Sách mới)
- Lý thuyết Hóa học 11(sách mới) | Kiến thức trọng tâm Hóa 11
- Giải sbt Hóa học 11 (sách mới) | Sách bài tập Hóa học 11
- Các dạng bài tập Hóa học lớp 11
- Giáo án Hóa học lớp 11 mới nhất
- Tóm tắt tác phẩm Ngữ văn 11 (Sách mới) | Kết nối tri thức, Cánh diều, Chân trời sáng tạo
- Soạn văn 11 (hay nhất) | Để học tốt Ngữ Văn 11 (sách mới)
- Soạn văn 11 (ngắn nhất) | Để học tốt Ngữ văn 11 (sách mới)
- Tác giả tác phẩm Ngữ văn 11 (Sách mới) | Kết nối tri thức, Cánh diều, Chân trời sáng tạo
- Văn mẫu 11 (Sách mới) | Kết nối tri thức, Cánh diều, Chân trời sáng tạo
- Giải sgk Toán 11 | Giải bài tập Toán 11 Học kì 1, Học kì 2 (sách mới)
- Các dạng bài tập Toán lớp 11
- Lý thuyết Toán lớp 11 (sách mới) | Kiến thức trọng tâm Toán 11
- Giáo án Toán lớp 11 mới nhất
- Bài tập Toán lớp 11 mới nhất
- Chuyên đề Toán lớp 11 mới nhất
- Giải sgk Tiếng Anh 11 (thí điểm)
- Giải sgk Tiếng Anh 11 | Giải bài tập Tiếng anh 11 Học kì 1, Học kì 2 (sách mới)
- Giải sbt Tiếng Anh 11 (sách mới) | Sách bài tập Tiếng Anh 11
- Giải sbt Tiếng Anh 11 (thí điểm)
- Giải sgk Lịch sử 11 | Giải bài tập Lịch sử 11 Học kì 1, Học kì 2 (sách mới)
- Lý thuyết Lịch Sử 11(sách mới) | Kiến thức trọng tâm Lịch Sử 11
- Giải Tập bản đồ Lịch sử 11
- Giải sgk Sinh học 11 | Giải bài tập Sinh học 11 Học kì 1, Học kì 2 (sách mới)
- Lý thuyết Sinh học 11 (sách mới) | Kiến thức trọng tâm Sinh 11
- Giải sgk Giáo dục công dân 11
- Lý thuyết Giáo dục công dân 11
- Lý thuyết Địa Lí 11 (sách mới) | Kiến thức trọng tâm Địa lí 11
- Giải Tập bản đồ Địa Lí 11
- Giải sgk Giáo dục quốc phòng - an ninh 11