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:

1 6,656 04/02/2023
Tải về


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.

Bài tập áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng và cách giải – Vật lý lớp 11 (ảnh 1)

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:  sinisinr=hằng số.

2, Chiết suất của môi trường

Chiết suất tỉ đối: Tỉ số không đổi sinisinr=trong hiện tượng khúc xạ được gọi là chiết suất tỉ đối n21 của môi trường (2) chứa tia khúc xạ đối với môi trường (1) chứa tia tới: sinisinr=n21 

+ Nếu n21>1 thì r < i: Tia khúc xạ bị lệch lại gần pháp tuyến hơn. Ta nói môi trường (2) chiết quang hơn môi trường (1)

Bài tập áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng và cách giải – Vật lý lớp 11 (ảnh 1)

+ Nếu n21<1 thì r > i: Tia khúc xạ bị lệch xa pháp tuyến hơn. Môi trường (2) chiết quang kém hơn môi trường (1)

Bài tập áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng và cách giải – Vật lý lớp 11 (ảnh 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: n21=n2n1. Trong đó:

n1 là chiết suất tuyệt đối của môi trường (1)

n2 là chiết suất tuyệt đối của môi trường (2)

Như vậy, biểu thức khác của định luật khúc xạ ánh sáng: n1sini=n2sinr 

3, Liên hệ giữa chiết suất tỉ đối và vận tốc truyền ánh sáng

Chiết suất của môi trường: n=cv 

Hệ thức giữa chiết suất tỉ đối và vận tốc truyền ánh sáng trong các môi trường: n=n21=v1v2 

Trong đó:

c=3.108m/s 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 10o thì: sinii;sinrr. Khi đó ta có: n1.i=n2.r 

Trường hợp i=0o,r=0o 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: n12=1n21 

Bài tập áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng và cách giải – Vật lý lớp 11 (ảnh 1)

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: sinisinr=n21 với n21=n2n1

- Chiết suất của môi trường: n=cv 

2. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Chiếu ánh sáng từ không khí vào nước có chiết suất n=43. Nếu góc khúc xạ r là 40o thì góc tới i là: (Chọn đáp án gần đúng nhất).

A. 20o                              

B. 40o                                 

C. 60o                                  

D. 80o 

Lời giải chi tiết

Áp dụng công thức định luật khúc xạ ánh sáng ta có:

sini=nsinrsini=43.sin40oi58o59' 

Chọn đáp án C

Ví dụ 2: Một tia sáng truyền từ môi trường A vào môi trường B dưới góc tới 12o thì góc khúc xạ là 8o. Tốc độ ánh sáng trong môi trường B là 2,8.108m/s. Tốc độ ánh sáng trong môi trường A là bao nhiêu? (Chọn đáp án gần đúng nhất).

A. 1,18.105km/s          

B. 2,18.105km/s                  

C. 3,18.105km/s            

D. 4,18.105km/s  

Lời giải chi tiết

Ta có:

n=cvnA.sin12o=nB.sin8osin12osin8o=nBnA=vAvB=vA2,8.108vA=4,18.105km/s 

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)

Bài tập áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng và cách giải – Vật lý lớp 11 (ảnh 1) 

Đặt d=SH: Khoảng cách từ mặt phân cách đến vật, d’=S’H là khoảng cách từ mặt phân cách đến ảnh.

Ta có: ΔSHI:tani=HISH=>sini=HIdΔS'HI:tanr=HIS'H=>sinr=HId'    Vậy: sinisinr=d'd 

Lại có: n1sini=n2sinr=>sinisinr=n2n1 .

Vậy ta có công thức: d'd=n2n1 

+ Nếu n1>n2 : ánh sáng đi từ môi trường chiết quang hơn sang môi trường chiết quang kém => d’ < d, ảnh S’ nằm dưới vật S.

+ Nếu n1<n2: 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: dd'=n1n2 hay d1n1+d2n2=0 

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 i0 

- 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.

Bài tập áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng và cách giải – Vật lý lớp 11 (ảnh 1)

- 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: Sn1LCP S'n2 

Ta có công thức: SHn1=S'Hn2 

Áp dụng công thức lưỡng chất phẳng: d'd=n2n1

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 43. Ánh nắng chiếu vào theo phương nghiêng góc 30o 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:

Bài tập áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng và cách giải – Vật lý lớp 11 (ảnh 1)

 

 

 

 

Theo định luật khúc xạ ánh sáng, ta có:

Sini=nsinr với i=90o30o=60o 

sinr=sinin=sin60o43=338r=40o30' 

Ta có:

tanIA^M=IMAMIM=CH=AM.tanIA^M=30.tan60o=303cm 

Lại có:

tanRI^H=HRIHHR=IH.tanRI^H=40.tan40o30'34cm 

Bóng của thành bể tạo thành dưới đáy bể là: CR=CH+HR86cm 

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 n=43. 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:

Bài tập áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng và cách giải – Vật lý lớp 11 (ảnh 1)

+ Gọi M là mắt thật và M’ là ảnh của mắt nười mà cá nhìn thấy.

Từ hình vẽ, ta có:

tani=HIHMtanr=HIHM' 

Để nhìn rõ, thì góc r nhỏ, suy ra I nhỏ

=> tanisiniitanrsinrr 

Theo định luật khúc xạ ánh sáng, ta có:

sini=nsinr=>sinisinr=n=>HM'HM=n=>HM'=HM.n=75.43=100cm 

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:

Bài tập áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng và cách giải – Vật lý lớp 11 (ảnh 1)

Khoảng cách vật - ảnh (độ dịch chuyển của ảnh so với vật theo chiều truyền ánh sáng).

SS'=e.1tanrtani.

+ Nếu i rất nhỏ thì SS'=e.1ri=e.11n 

Độ dời ngang của tia sáng (Khoảng cách giữa tia tới và tia ló)σ=JH=e.sin(ir)cosr  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

 Bài tập áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng và cách giải – Vật lý lớp 11 (ảnh 1)

Ta thấy tia ló I2R song song với tia tới SI1, giao của đường kéo dài của tia I2R cắt tia sáng SJ tại S’, S’ là ảnh của S qua bản mặt.

Tứ giác SS'MI1 là hình bình hành suy ra SS'=I1M 

Xét hai tam giác vuông MNI2 I1NI2, ta có:

NI2=I1N.tanr1=MN.tani1 (do góc NMI2=i1) suy ra MN=I1N.tanr1tani1 

Vì ta xét góc tới i1 rất nhỏ nên góc r1 cũng rất nhỏ nên tani1sini1 tanr1sinr1   MN=I1N.tanr1tani1e.sinr1sini1=e.1n 

Theo định luật khúc xạ tại I1, ta có khoảng cách giữa vật và ảnh là: SS'=I1M=I1NMN=een=10101,2=531,67cm 

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 40o. 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

Bài tập áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng và cách giải – Vật lý lớp 11 (ảnh 1)

 

 

 

 

 

 

Bề dày e=16cm; chiết suất n=1,5.

Áp dụng công thức định luật khúc xạ ánh sáng, ta có: sini1=n.sinr1 

sinr1=sini1n=sin40o1,5r1=25o22' 

Từ hình vẽ, khoảng cách giữa giá của tia ló và tia tới bằng đường cao I2H của tam giác vuông I1I2H. Ta có: I2H=I1I2.sinI2I^1H=I1I2.sini1r1

I1I2=I1Ncosr1=ecosr1

I2H=ecosr1sini1r1=16cos25o22'.sin(40o25o22')4,47cm  

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 3.108m/s. 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. 0,4.105km/s 

B. 0,9.105km/s 

C. 1,4.105km/s 

D. 1,9.105km/s 

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 30o. 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 70o 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 n=43? (Chọn đáp án gần đúng nhất).

A. 42o 

B. 52o 

C. 62o 

D. 72o 

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 n=43?

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 n1=1,25. 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 c=3.108m/s?

A. 1,53.108m/s 

B. 1,67.108m/s 

C. 1,9.108m/s 

D. 2,1.108m/s 

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 30o. 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:

Bài tập phản xạ toàn phần và cách giải

1 6,656 04/02/2023
Tải về


Xem thêm các chương trình khác: