Giáo án vật lý - Tiết 41:hiện tượng phản xạ toàn phần

Tiết 41: HIỆN TƯỢNG PHẢN XẠ TOÀN PHẦN I. Mục đích yêu cầu: - Khái niệm về hiện tượng phản xạ toàn phần. - Điều kiện để có hiện tượng phản xạ toàn phần xảy ra. - Công thức tính góc giới hạn phản xạ toàn phần. - Một vài ứng dụng của hiện tượng phản xạ toàn phần. * Trọng tâm: Khái niệm về hiện tượng phản xạ toàn phần. Điều kiện để có hiện tượng phản xạ toàn phần xảy ra. Công thức tính góc giới hạn phản xạ toàn phần. Ưng dụng của hiện tượng phản xạ toàn phần (lăng kính phản xạ tòanphần) * Phương pháp: Pháp vấn, diễn giảng II. Chuẩn bị: - GV: Tranh vẽ hiện tượng phản xạ toàn phần; lăng kính phản xạ toàn phần - HS xem Sgk. III. Tiến hành lên lớp: A. Ổn định: B. Kiểm tra: 1. Phát biểu định luật khúc xạ ánh sáng? Xét cho các trường hợp đặc biệt? 2. Chiết suất: tỉ đối, tuyệt đối là gì? Nêu hệ thức giữa hai chiết suất đó? C. Bài mới. PHƯƠNG PHÁP NỘI DUNG I. Ở bài trước, ta đã biết môi trường nước có n1 = 1,33 và môi trường không khí có n2 = 1. Vậy hs nhận xét: n1? N2 Nếu chiếu một tia sáng từ nước (1) ra không khí (2) thì chiết suất tỉ đối n21 = ?        1 2 21 n nn rsin isin mà: n2 n21 ? 1 => 1 => i ? r => Nhận xét gì về giá trị của góc tới và góc khúc xạ? Xét thí nghiệm được mô tả như Sgk. I. Hiện tượng phản xạ toàn phần: Chiếu một chùm tia sáng đi từ môi trường nước (n1)sang môi trường không khí (n2). Với n1 > n2, vậy: rirsinisin1 n n n rsin isin 1 2 21  => Vậy góc tới luôn nhỏ hơn góc khúc xạ. - Ban đầu, khi i còn nhỏ thì tia khúc xạ rất sáng còn tia phản xạ mờ. Khi i tăng  r tăng thì tia khúc xạ mờ dần còn tia phản xạ sáng dần lên. - Vẫn tăng góc tới đến một giá trị igh (gọi là góc giới hạn phản xạ toàn phần) thì góc khúc xạ r = 900. Lúc này tia khúc xạ rất mờ và đi là là mặt nước và tia phản xạ thì rất sáng. - Nếu tăng i đến lúc i > igh thì tia khúc xạ biến mất và tia phản xạ sáng giống tia tới => hiện tượng trên gọi là hiện tượng phản xạ toàn phần. K H I RG i i r J Nếu ta tăng góc tới i  r có tăng không? (Ban đầu khi i còn nhỏ thì tia khúc xạ rất sáng còn tia phản xạ mờ. Khi i tăng  r tăng thì tia khúc xạ mờ dần còn tia phản xạ sáng dần lên) II. Từ nhận xét về thí nghiệm trên, hs có thể rút ra “Điều kiện để có phản xạ toàn phần”? - n1 > n2 - i = igh II. Điều kiện để có phản xạ toàn phần: 1. Tia sáng phải truyền theo chiều từ môi trường chiết quang hơn (có n1 lớn) sang môi trường chiết quang kém hơn (có n2 nhỏ hơn), tức là n1 > n2. 2. Góc tới của tia sáng trên mặt phân cách phải lớn hơn hoặc bằng góc giới hạn phản xạ toàn phần (igh), nghĩa là i = igh thì bắt đầu có hiện tượng phản xạ toàn phần. III. Gọi n1 là chiết suất của mt chứa tia tới. Gọi n2 là chiết suất của mt chứa tia khúc xạ. Theo điều kiện phản xạ toàn phần thì ( rsin isin ) III. Góc giới hạn phản xạ toàn phần: - Khi chưa có phản xạ toàn phần thì: 1 n n n rsin isin 1 2 21  vì n2 < n1 - Khi bắt đầu xảy ra phản xạ toàn phần, =? có giá trị như thế nào so với 1? - Khi xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần thì: i = ? r = ? =>   rsin isin = ? => sin igh = ? - Nếu tia sáng đi từ môi trường trong suốt bất kỳ có chiết suất n1 > 1 ra môi trường không khí hoặc chân không có chiết suất n2 = ? => sin igh = ? thì i = igh ; r = 900. Áp dụng định luật khúc xạ, ta có:  ` 2 210 gh n n n 90sin isin 1 2 gh n n isin  - Nếu tia sáng đi từ môi trường trong suốt nào đó (nước, thủy tinh…) ra không khí có n 1 thì: 1 gh n 1isin  IV. * Lăng kính khác cũng có hiện tượng phản xạ toàn phần của tia sáng đi trong lăng kính, nhưng không được gọi là lăng kính phản xạ toàn phần. Khi sử dụng: + Ở hình a) Trong lăng kính chỉ xảy ra một lần phản xạ toàn phần. + Ở hình b) Trong lăng kính xảy ra đến hai lần phản xạ tại J và tại K. * Giải thích hiện tượng ảo tượng: ở những xứ nóng, khi nhiệt độ lên cao, bề mặt không khí IV. Ứng dụng: 1. Lăng kính phản xạ toàn phần: lăng kính phản xạ toàn phần là một khối thủy tinh hình lăng trụ đứng, có tiết diện thẳng là một tam giác vuông cân. - Cách sử dụng: xem Sgk. (a) (b) S J R R S J K lõi vỏ sát mặt đất bị đun nóng mạnh  mật độ phân tử khí nhỏ  lớp không khí sẽ có chiết suất nhỏ hơn lớp không khí lạnh ở bên trên. * Cấu tạo và cách dẫn ánh sáng của sợi quang học. 2. Các ảo tượng: là hiện tượng quang học xảy ra trong khí quyển do có sự phản xạ toàn phần xảy ra ở mặt phân cách giữa lớp không khí lạnh (có n lớn) và lớp không khí nóng (có n nhỏ). 3. Sợi quang học: hay còn gọi là “ống dẫn ánh sáng” là những sợi bằng chất trong suốt, dễ uốn, có thành nhẵn, hình trụ. Khi một tia sáng đi vào bên trong sợi ở một đầu, tia sáng này bị phản xạ toàn phần nhiều lần liên tiếp ở bên trong sợi, rồi ló ra ở đầu bên kia. D. Củng cố: Nhắc lại: Nhắc lại hiện tượng phản xạ toàn phần – Điều kiện – Góc giới hạn phản xạ toàn phần. .E. Dặn dò: - Hướng dẫn trả lời các câu hỏi Sgk. - BTVN: 3 - 4 Sgk trang 129 và trong SBT. - Chuẩn bị tiết sau “Bài tập” Ngày soạn: 07/12/2005 Ngày dạy: 09/12/2005 Tiết 42: BÀI TẬP I. Mục đích yêu cầu: Vận dụng kiến thức các bài tập đã học để giải bài tập trong Sgk. Từ đó giúp hs nâng cao kiến thức lý thuyết, rèn luyện kỹ năng làm bài tập. * Trọng tâm: Bài tập Sự khúc xạ ánh sáng:, Sự phản xạ toàn phần: * Phương pháp: Pháp vấn, diễn giảng II. Chuẩn bị: - Hs làm bài tập ở nhà. III. Tiến hành lên lớp: A. Ổn định: B. Kiểm tra: Thông qua bài tập C. Bài mới. PHƯƠNG PHÁP NỘI DUNG 4. Cho n1 = 1 n2 = 2 IR vuông góc IK (i’ + r = 900) Tính: iˆ =? Sự khúc xạ ánh sáng: Bài 4 – Sgk trang 125: Theo đề bài thì: i’ + r = 900. Mà i + r = 900 (vì i = i’ theo định luật phản xạ) Theo định luật khúc xạ: (1) n 1 n n n rsin isin 2 1 2 Từ biểu thức: i + r = 900 => r = 900 – i S K R I n = 2 n = 1 i i' r r => sin r = sin (900 – i) = cos i Thay vào phương trình (1), ta có: ntgi icos isin  5. Cho: nước: n1 = n = 3 4 (mt(1)) không khí: n2 = 1 (mt(2)) Biết góc tới iˆ : a. 800 b. 450 c. 600 Tính: rˆ =? Bài 5 – Sgk trang 125: Theo định luật khúc xạ ánh sáng thì: (1) isin.nrsin n 1 n n rsin isin 1 2  a. i = 300, thay vào (1): sin r = 666,0 2 1. 3 430sin 3 4 0  => r = 41050’. b. i = 450 => sin r = 9428,0 2 2. 3 445sin 3 4 0  => r = 70030’ c. i = 600 => sin r = ,155,1 2 3. 3 460sin 3 4 0  vì sin r = 1,155 > 1 => r > 900 không có tia khúc xạ. 6. Cắm một cây cọc vào một bể rộng, với: phần cọc trồi lên trên mặt nước AB = 0,6m; bóng cọc trên mặt nước BI = 0,8m; dưới đáy, bóng cọ dài CE Bài 6- Sgk trang 125: Xem các tia sáng từ mặt trời chiếu tới cọc là chùm tia tới song song. Tia tới SI tới mặt hồ hợp với phương thẳng đứng 0,8m 0,6m S A B C D E 1,7m K I 1 = 1 n2 = 3 4 i i r Đáy cọc = 1,7m (như hình vẽ) Tính chiều sâu ID = ? của bể. một góc tới i. Ta có: AI2 = AB2 + BI2 = 0,36 + 0,64 = 1=> AI = 1m. và sin i = 8,0 1 8,0 AI BI  Mặt khác DE = CE – BI = 1,7 = 0,8 = 0,9 (m) Theo định luật khúc xạ, ta có: 3 4n n n rsin isin 2 1 2  => sin r = 6,08,0 n isin 3 4 2  + Ngoài ra: sin r = m5,1 6,0 9,0 rsin DEIE IE DE  + Vậy, chiều sâu của bể là ID, với ID2 = IE2 = DE2 => ID = 22 DEIE  => ID = 1,2 m 3. Một ngọn đèn nằm ở đáy bể nhỏ, sâu 20cm. Hỏi, phải thả một tấm gỗ mỏng có hình dạng kích thước nhỏ nhất là bao nhiêu? Để không có tia Sự phản xạ toàn phần: Bài 3 – Sgk trang 129 Ta thấy tia sáng đi từ môi trường chiết quang hơn (nước) sang môi trường kém chiết quang hơn. Theo định luật phản xạ toàn phần thì tia sáng chỉ Miếng n2 = 1 n1 = 3 4 h = 20cm R S I’ I igh = 1 R sáng nào lọt qua mặt nước. ló ra khỏi mặt nước khi i  igh và 4 3 3 4 1 n n isin 1 2 gh  => igh = 48030’ Vậy để không có tia sáng nào thoát khỏi mặt thoáng thì các tia sáng phải phản xạ toàn phần. Tia sáng vuông góc với mặt thoáng  tia sáng sẽ đi vào không khí  miếng gỗ phải đặt trên đường thẳng vuông góc với mặt thoáng. Vì ánh sáng phát ra tia hình nón nên tấm gỗ phải hình tròn để cắt ngang hình nón. Vì vậy, ta có: )cm(7,22 7 3.20thR h R 'II 'SIt gh0  i gi g gh 4. Cho tia SI // BC; i1 = 450 = ABC Hãy vẽ tiếp các tia còn lại? Bài 4 – Sgk trang 12 + Xét tại I1: có i1 = 450 => 0111 1 1 30r 2 1 22 2 n isin rsinn rsin isin  sin igh = 0gh 45i2 2 n 1  => i1 = igh + Xét tại I2 : tia sáng đi từ môi trường chiết quang hơn sang môi trường kém chiết quang: i2 = 900 – a. E. Dặn dò: + Xem lại bài §2. + Phân nhóm theo thứ tự tổ. + Chuẩn bị lý thuyết và mẫu báo cáo của thí nghiệm theo Sgk Mà: Ô = r1 + a = i => a = D – r1 = 450 – 300 = 150 => i2 = 900 – a = 900 – 150 = 750 > igh (xảy ra phản xạ toàn phần) + Xét tại I3 : i2 = i’2, mà i3 = Ê – I2 = Ê – a = 450 – 150 = 300. Vậy i3 = 300 < igh : không có hiện tượng phản xạ toàn phần. 0 3 0 3 3 3 45r 2 1.230sin.2rsin n 1 rsin isin  => I3R // BC => I3R // SI1