Trong hiện tượng khúc xạ ánh sáng, góc khúc xạ tỉ lệ thuận với góc tới.

1. Trong hiện tượng khúc xạ ánh sáng, góc khúc xạ tỉ lệ thuận với góc tới.

Câu hỏi: Khi xảy ra hiện tượng khúc xạ ánh sáng,

A. Góc khúc xạ luôn nhỏ hơn góc tới.

B. Góc khúc xạ luôn lớn hơn góc tới.

C. Góc khúc xạ có mối quan hệ tỉ lệ thuận với góc tới.

D. Khi góc tới tăng, góc khúc xạ cũng sẽ tăng tương ứng.

Đáp án chính xác: D

Phương pháp giải: Áp dụng lý thuyết khúc xạ ánh sáng.

- Công thức định luật khúc xạ ánh sáng: sin i / sin r = n₂₁ = n2 / n1

+ Sin i tỉ lệ thuận với sin r (sin góc tới tỉ lệ thuận với sin góc khúc xạ)

+ Khi n₂₁ > 1: góc khúc xạ nhỏ hơn góc tới;

+ Khi n₂₁ < 1: góc khúc xạ lớn hơn góc tới

+ Khi góc tới i tăng, góc khúc xạ r cũng sẽ tăng

Giải thích:

- A, B sai vì phụ thuộc vào n₂₁: Nếu n₂₁ > 1, góc khúc xạ nhỏ hơn góc tới; Nếu n₂₁ < 1, góc khúc xạ lớn hơn góc tới

C sai vì góc tới i và góc khúc xạ r không tỉ lệ thuận với nhau. Khi i tăng, r cũng tăng; còn sin i và sin r thì tỉ lệ thuận

D đúng vì khi góc tới i tăng, góc khúc xạ r cũng sẽ tăng

Đáp án đúng là: D

2. Một số bài tập liên quan đến hiện tượng khúc xạ ánh sáng

Câu 1: Khi bạn đặt một ống hút vào trong cốc nước, ống hút sẽ không còn thẳng mà bị nghiêng. Khi bạn rút ống hút ra khỏi cốc, hiện tượng này không còn xuất hiện. Hãy giải thích nguyên nhân?

Trả lời: Khi ống hút được đặt trong nước, ánh sáng bị khúc xạ khi đi qua nước, tạo ra ảo giác rằng ống hút bị gãy hoặc bị méo. Sóng ánh sáng truyền đến các mặt của ống hút bị lệch nhiều hơn so với sóng đến từ chính giữa ống, dẫn đến sự khác biệt giữa hình ảnh trong nước và hình ảnh thực tế.

Câu 2: Tại sao các vì sao vẫn tỏa sáng giữa bầu trời đêm? Giải thích hiện tượng này.

Trả lời:

Vào buổi tối trời quang đãng, khi nhìn lên bầu trời, bạn sẽ thấy nhiều vì sao sáng rực. Hiện tượng này xảy ra do ánh sáng từ các ngôi sao bị khúc xạ khi đi qua không gian và khí quyển trước khi đến mắt người xem, vì vậy chúng ta thấy các ngôi sao đang phát sáng.

Câu 3: Giải thích hiện tượng cầu vồng.

Trả lời: Cầu vồng hình thành khi ánh sáng Mặt Trời đi qua những giọt nước trong không khí, là một hiện tượng khúc xạ ánh sáng.

Ánh sáng Mặt Trời là sự kết hợp của nhiều màu sắc mà mắt chúng ta không thể phân biệt ngay lập tức. Khi ánh sáng đi qua lăng kính, tức là những giọt nước sau mưa, các tia sáng bị bẻ cong (khúc xạ) và tạo thành một dải màu sắc gọi là quang phổ. Các tia màu đỏ bị bẻ cong ít nhất, tiếp theo là màu cam, vàng, xanh lá, xanh lam, và cuối cùng là màu tím bị bẻ cong nhiều nhất, hình thành dải cầu vồng.

Câu 4: Tính góc khúc xạ và góc lệch D của tia sáng khi truyền từ nước có chiết suất 4/3 sang môi trường thủy tinh có chiết suất 1,5, với góc tới i = 30 độ.

Giải pháp:

Dữ liệu: n₁ = 4/3, n₂ = 1,5, góc tới i = 30 độ

Áp dụng công thức: n₁ × sin i = n₂ × sin r

<=> 4/3 × sin 30° = 1,5 × sin r

<=> sin r ≈ 0,443, nên r ≈ 26,4 độ

<=> Góc lệch D = i – r = 30 độ – 26,4 độ = 3,6 độ

Câu 5: Tia sáng từ nước khúc xạ vào không khí, với tia khúc xạ và tia phản xạ tại mặt nước tạo góc vuông. Nước có chiết suất 4/3. Tính góc tới của tia sáng (làm tròn)?

Giải đáp:

Dữ liệu: n₁ = 4/3, n₂ = 1, i’ + r = 90 độ

Áp dụng công thức: n₁ × sin i = n₂ × sin r

<=> 4/3 × sin i = sin r

<=> 4/3 × sin i = cos i (vì tia khúc xạ và tia phản xạ tạo góc vuông tại mặt nước)

<=> tan i = 3/4

<=> i ≈ 37 độ

Câu 6: Một thước kẻ cắm thẳng đứng vào bình nước có đáy phẳng ngang. Phần thước nổi trên mặt nước dài 4 cm. Ngọn đèn đặt chếch phía trên. Bóng của thước trên mặt nước dài 4 cm và dưới đáy dài 8 cm. Tính chiều sâu của nước trong bình với chiết suất của nước là 4/3.

Giải pháp

Chiều dài phần thước kẻ nổi trên mặt nước: SA = 4 cm

Chiều dài bóng của thước trên mặt nước: AI = 4 cm

Chiều dài bóng của thước dưới đáy: BC = 8 cm

Chiều sâu của nước trong bình: IH

Chúng ta có: BC = BH + HC

Vì vậy: HC = BC – BH = BC – AI = 8 – 4 = 4 cm

Xét tam giác ∆IAS vuông tại A và SA = AI

Do đó: ∆IAS là tam giác vuông cân tại A

Vì vậy, góc AIS = i = 45 độ

Theo định luật khúc xạ ánh sáng, ta có:

sini = nsinr

Suy ra: sin 45 độ = 4/3 × sinr

Do đó: sinr = (3/4) × sin 45 độ

Vậy góc khúc xạ r = 30 độ

Xem xét tam giác ΔIHC vuông tại H, ta có:

tanr = HC/IH

Suy ra: IH = HC / tan r ≈ 6,4 cm

3. Bài tập trắc nghiệm về hiện tượng khúc xạ ánh sáng

Câu 1. Hiện tượng khúc xạ ánh sáng xảy ra khi tia sáng đi qua mặt phân cách giữa hai môi trường khác nhau

A. Bị phản xạ trở lại môi trường ban đầu.

B. Bị hấp thụ hoàn toàn và không tiếp tục truyền vào môi trường trong suốt thứ hai.

C. Tiếp tục di chuyển thẳng vào môi trường trong suốt thứ hai.

D. Bị gãy khúc tại mặt phân cách giữa hai môi trường và xâm nhập vào môi trường trong suốt thứ hai.

Câu 2. Hãy chọn câu đúng nhất.

A. Khi ánh sáng từ nước chuyển sang không khí, tia tới và tia khúc xạ không nằm chung trong mặt phẳng tới. Góc tới nhỏ hơn góc khúc xạ.

B. Khi ánh sáng từ nước vào không khí, tia tới và tia khúc xạ nằm trong cùng một mặt phẳng tới. Góc tới nhỏ hơn góc khúc xạ.

C. Khi ánh sáng đi từ nước vào không khí, tia tới và tia khúc xạ nằm chung trong mặt phẳng tới. Góc tới bằng góc khúc xạ.

D. Khi ánh sáng di chuyển từ nước vào không khí, tia tới và tia khúc xạ nằm trong cùng một mặt phẳng tới. Góc tới bằng góc khúc xạ.

Câu 3. Chọn phát biểu không chính xác trong số các phát biểu dưới đây.

A. Khúc xạ ánh sáng là hiện tượng khi tia sáng thay đổi hướng khi đi qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt.

B. Tia khúc xạ và tia tới nằm trong các môi trường khác nhau.

C. Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới và nằm đối diện với tia tới qua mặt phẳng pháp tuyến.

D. Góc khúc xạ r và góc tới i có mối quan hệ tỉ lệ thuận.

Câu 4. Pháp tuyến là một đường thẳng.

A. tạo góc vuông với tia tới tại điểm tiếp xúc.

B. tạo góc vuông với mặt phân cách giữa hai môi trường tại điểm tiếp xúc.

C. tạo góc nhọn với mặt phân cách giữa hai môi trường tại điểm tiếp xúc.

D. song song với mặt phân cách giữa hai môi trường.

Câu 5. Sử dụng kẹp để gắp một viên bi từ đáy chậu khi không có nước và khi chậu đầy nước. Phát biểu nào dưới đây là chính xác?

A. Việc gắp vật trong chậu có nước khó khăn hơn vì ánh sáng từ viên bi bị khúc xạ, làm cho việc xác định vị trí của viên bi trở nên khó khăn.

B. Việc gắp vật trong chậu có nước khó khăn hơn do hiện tượng phản xạ ánh sáng.

C. Việc gắp vật trong chậu có nước khó khăn hơn vì nước làm giảm ma sát với viên bi.

D. Việc gắp vật trong chậu có nước khó khăn hơn do hiện tượng tán xạ ánh sáng.

 Câu 6. Một con cá vàng bơi trong bể cá có thành thủy tinh trong suốt. Khi người quan sát nhìn con cá qua thành bể, tia sáng từ con cá đến mắt người đó đã trải qua bao nhiêu lần khúc xạ?

A. Không có lần nào.

B. Một lần.

C. Hai lần.

D. Ba lần.

 Câu 7. Trong trường hợp nào dưới đây tia sáng đến mắt được coi là tia khúc xạ?

A. Khi ta nhìn một bông hoa gần mắt.

B. Khi ta nhìn vào gương.

C. Khi ta quan sát một con cá vàng bơi trong bể cá.

D. Khi ta xem phim chiếu bóng.

Câu 8. Trong hiện tượng khúc xạ ánh sáng, góc khúc xạ r là góc được tạo thành bởi

A. tia khúc xạ và pháp tuyến tại điểm tiếp xúc.

B. tia khúc xạ và tia tới.

C. tia khúc xạ và mặt phân cách.

D. tia khúc xạ và điểm tiếp xúc.

Câu 9. Đâu là câu liệt kê đầy đủ các đặc điểm của hiện tượng khúc xạ ánh sáng?

A. Tia sáng di chuyển theo đường thẳng.

B. Tia sáng chuyển từ môi trường trong suốt này sang môi trường trong suốt khác.

C. Tia sáng bị gãy khúc tại bề mặt phân cách giữa hai môi trường.

D. Tia sáng bị gãy khúc tại bề mặt phân cách giữa hai môi trường khi di chuyển từ môi trường trong suốt này sang môi trường trong suốt khác.

Câu 10. Hãy chọn câu đúng về hiện tượng khúc xạ ánh sáng.

A. Tia sáng bị gãy khúc ngay tại bề mặt phân cách giữa hai môi trường và quay trở lại môi trường ban đầu.

B. Tia sáng bị gãy khúc ngay tại bề mặt phân cách giữa hai môi trường và tiếp tục truyền vào môi trường thứ hai.

C. Tia khúc xạ nằm tại bề mặt phân cách của hai môi trường.

D. Khi góc tới i tăng, góc khúc xạ r sẽ giảm.