Khúc xạ ánh sáng? Công thức, bài tập, phương pháp giải

Khúc xạ ánh sáng là một hiện tượng vật lý dễ gặp trong thực tế, các dạng bài tập liên quan đến hiện tượng này là phần kiến thức các em học sinh cần nắm được trong chương trình kiến thức lớp 9 và để chuẩn bị tốt cho kì thi vào lớp 10. Thấu hiểu điều đó đội ngũ THPT Lê Hồng Phong đồng hành cùng các em trong bài viết này với chi tiết về các công thức, dạng bài tập liên quan và cách giải cho các dạng bài liên quan đến hiện tượng khúc xạ. Cùng theo dõi bài viết ngay sau đây nhé!

I. Nhắc lại lý thuyết

Đầu tiên trước khi tiến hành làm bài tập, các em cần nắm rõ lý thuyết về hiện tượng khúc xạ.

1. Hiện tượng khúc xạ ánh sáng

Hiện tượng tia sáng truyền từ môi trường trong suốt này sang môi trường trong suốt khác bị gãy khúc tại mặt phân cách giữa hai môi trường được gọi là hiện tượng khúc xạ ánh sáng.

   Quy ước:

– SI là tia tới.

– IK là tia khúc xạ.

– I là điểm tới.

– NN’ vuông góc với mặt phân cách là pháp tuyến tại điểm tới.

– Góc SIN là góc tới, kí hiệu là i.

– Góc KIN’ là góc khúc xạ, kí hiệu là r.

– Mặt phẳng chứa tia tới SI và pháp tuyến NN’ là mặt phẳng tới.

2. Sự khúc xạ của tia sáng

– Khi tia sáng truyền từ không khí sang nước, góc khúc xạ nhỏ hơn góc tới.

– Khi tia sáng truyền từ nước sang không khí thì góc khúc xạ lớn hơn góc tới.

3. Quan hệ giữa góc tới và góc khúc xạ

– Khi tia sáng đi từ không khí sang các môi trường trong suốt rắn, lỏng khác nhau thì góc khúc xạ nhỏ hơn góc tới và ngược lại.

– Khi góc tới tăng (hoặc giảm) thì góc khúc xạ cũng tăng (giảm) theo.

– Khi góc tới bằng 0⁰ thì góc khúc xạ cũng bằng 0⁰, tia sáng không bị gãy khúc khi truyền thẳng qua hai môi trường.

Lưu ý: Khi chiếu tia sáng truyền từ một môi trường trong suốt (rắn hoặc lỏng) sang môi trường không khí với góc tới i > 48⁰30’ thì xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần (tia sáng không đi ra khỏi môi trường chất lỏng hoặc rắn trong suốt, nó không bị khúc xạ mà phản xạ toàn bộ ở mặt phân cách giữa nước và không khí)

II. Phương pháp giải bài tập khúc xạ

– Ở chủ để này, các bài tập phần lớn chỉ xoay quanh lý thuyết. Do đó, ta cần nắm vững và vận dụng các lý thuyết đã được học để làm bài tập.

Cách vẽ tia khúc xạ:

– Bước 1: Vẽ mặt phẳng phân cách giữa hai môi trường

– Bước 2: Vẽ tia sáng SI tới mặt phân cách, điểm I tại mặt phẳng tới

– Bước 3: Vẽ đường pháp tuyến NN’ qua điểm tới I

– Bước 4: Vẽ tia khúc xạ IR tương ứng với môi trường truyền qua

+ Trường hợp tia sáng truyền từ không khí vào nước: Góc khúc xạ nhỏ hơn góc tới nên tia khúc xạ được vẽ lệch với pháp tuyến ít hơn so với tia tới.

+ Trường hợp tia sáng truyền từ nước vào không khí: Góc khúc xạ lớn hơn góc tới nên tia khúc xạ được vẽ lệch với pháp tuyến nhiều hơn so với tia tới.

+ Trường hợp tia tới vuông góc với mặt phân cách giữa hai môi trường thì sẽ tiếp tục truyền thẳng (không bị gãy khúc).

III. Bài tập vận dụng

Bài 1: Cho 1 tia sáng truyền từ không khí vào nước như hình. Tia khúc xạ là tia số mấy?

(Đáp án: Tia số 1)

Bài 2: Cho biết M là vị trí đặt mắt để nhìn thấy hình ảnh viên sỏi nhỏ ở trong nước, A là vị trí thực của viên sỏi, B là vị trí ảnh của nó, PQ là mặt nước. Hãy vẽ đường truyền của tia sáng từ viên sỏi tới mắt.

Đáp án:

Bài 3: Hình dưới miêu tả một bạn học sinh nhìn một viên sỏi dưới đáy bình nước qua một ống thẳng.

a. Dựa vào hình thì học sinh đó có thể nhìn thấy viên sỏi không?

b. Kéo dài ống thẳng xuống tới đáy bình thì học sinh còn nhìn thấy viên sỏi không?

(Đáp án: a. Có; b. Không)

Bài 4: Một tia sáng khi truyền từ không khí vào nước thì:

A. Tia khúc xạ luôn trùng với pháp tuyến.

B. Góc khúc xạ lớn hơn góc tới.

C. Góc khúc xạ nhỏ hơn góc tới.

D. Tia khúc xạ vuông góc với tia tới.

(Đáp án: C)

Bài 5: Chọn phát biểu SAI:

A. Hiện tượng khúc xạ là hiện tượng tia sáng bị gãy khúc khi truyền qua mặt phân cách hai môi trường trong suốt khác nhau.

B. Tăng dần góc tới khi truyền tia sáng từ không khí vào nước thì góc phản xạ giảm dần.

C. Tia khúc xạ và tia tới ở hai môi trường khác nhau.

D. Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới và ở bên kia đường pháp tuyến so với tia tới.

(Đáp án: B)

Bài 6: Chiếu một tia laze từ ngoài không khí vào một chậu nước với góc tạo bởi tia laze với mặt nước là 50⁰. Hỏi góc khúc xạ có thể bằng bao nhiêu?

A. 0⁰

B. 30⁰

C. 40⁰

D. 50⁰

(Đáp án: B)

Bài 7: Trong hiện tượng khúc xạ ánh sáng, góc tới i được xác định bằng:

A. Tia tới và pháp tuyến tại điểm tới.

B. Tia tới và tia khúc xạ.

C. Tia tới và mặt phân cách.

D. Pháp tuyến tại điểm tới và tia khúc xạ.

(Đáp án: A)

Bài 8: Chiếu vuông góc một tia laze vào mặt (1) của một lăng kính có mặt cắt là một tam giác cân như hình. Khi tia laze ra khỏi lăng kính ở mặt (2) thì góc khúc xạ có thể bằng bao nhiêu?

A. 10⁰

B. 20⁰

C. 30⁰

D. 40⁰

(Đáp án: D)

Bài 9: Khi nói về hiện tượng khúc xạ ánh sáng, nhận định nào sau đây là đúng?

A. Góc khúc xạ bao giờ cũng nhỏ hơn góc tới.

B. Góc khúc xạ bao giờ cũng lớn hơn góc tới.

C. Góc khúc xạ bao giờ cũng bằng góc tới.

D. Tuỳ từng môi trường tới và môi trường khúc xạ mà góc tới hay góc khúc xạ sẽ lớn hơn.

(Đáp án: D)

Bài 10: Vị trí của một con cá dưới nước mà mắt quan sát được luôn cao hơn vị trí thực của chúng (như hình). Hỏi cần đâm mũi lao ở vị trí như thế nào thì sẽ trúng được cá?

Đáp án: Cần đâm xuống vị trí phía dưới của con cá mà mắt quan sát được để có thể đâm trúng được cá.