Bài giảng Vật lí Lớp 11 - Bài 27: Phản xạ toàn phần

KIỂM TRA BÀI CŨ 
	 Câu 1: Phát biểu định luật khúc xạ ánh sáng . Viết biểu thức định luật khúc xạ ánh sáng dưới dạng đối xứng . 
	 Câu 2 : Chiếu một tia sáng đi từ nước có chiết suất là n n = 4/3 tới mặt phân cách giữa nước và không khí , tính góc khúc xạ trong hai trường hợp : 
	a) Góc tới bằng 
	b) Góc tới bằng 
KIỂM TRA BÀI CŨ 
Bài giải : 
a) 
b) 	 
( Vô lý ) 
=> Không có tia khúc xạ 
Bài 27 
PHẢN XẠ TOÀN PHẦN 
1. Thí nghiệm : 
 Dụng cụ thí nghiệm : 
Chùm tia laze. 
Khối nhựa trong suốt hình bán trụ 
Thước tròn chia độ . 
 Bố trí thí nghiêm : như hình 27.1 
 sách giáo khoa trang 168. 
 Tiến hành thí nghiệm : 
10 
20 
30 
40 
50 
60 
70 
80 
90 
0 
90 
80 
70 
60 
50 
40 
30 
20 
10 
0 
10 
20 
30 
40 
50 
60 
70 
80 
80 
70 
60 
50 
40 
30 
20 
10 
- Chiếu chùm tia sáng song song hẹp ( coi như một tia sáng ) từ khối nhựa trong suốt hình bán trụ vào không khí 
10 
20 
30 
40 
50 
60 
70 
80 
90 
0 
90 
80 
70 
60 
50 
40 
30 
20 
10 
0 
10 
20 
30 
40 
50 
60 
70 
80 
80 
70 
60 
50 
40 
30 
20 
10 
r 
r 
Khi i nhỏ , nhận xét về độ sáng của tia khúc xạ và tia phản xạ 
10 
20 
30 
40 
50 
60 
70 
80 
90 
0 
90 
80 
70 
60 
50 
40 
30 
20 
10 
0 
10 
20 
30 
40 
50 
60 
70 
80 
80 
70 
60 
50 
40 
30 
20 
10 
i gh 
r 
r 
- Khi i tăng , nhận xét về độ sáng của tia khúc xạ so với tia phản xạ . 
 Kết quả thí nghiệm : 
Góc tới 
Chùm tia khúc xạ 
Chùm tia phản xạ 
Nhỏ 
Lệch xa pháp tuyến(so với tia tới ) 
Rất sáng 
Rất mờ 
Giá trị i gh 
Gần như sát mặt phân cách 
Rất mờ 
Rất sáng 
i > i gh 
Không còn 
Rất sáng 
10 
20 
30 
40 
50 
60 
70 
80 
90 
0 
90 
80 
70 
60 
50 
40 
30 
20 
10 
0 
10 
20 
30 
40 
50 
60 
70 
80 
80 
70 
60 
50 
40 
30 
20 
10 
i gh 
r 
2. Góc giới hạn phản xạ toàn phần : 
Khái niệm : góc giới hạn phản xạ toàn phần là góc tới cho góc khúc xạ đạt giá trị lớn nhất . 
2. Góc giới hạn phản xạ toàn phần : 
Sử dụng công thức dạng đối xứng của định luật khúc xạ so sánh độ lớn i và r . 
Áp dụng : n 1 .sini = n 2 .sinr suy ra sinr = 
 Vì n 1 > n 2 nên sinr > sini => r >i 
Khi r = 90 0 thì điều 
gì xảy ra ? 
- Khi i tăng thì r cũng tăng ( r > i), khi r = 90 0 thì i = i gh lúc đó tia phản xạ rất mờ tia khúc xạ rất sáng . 
Sử dụng định luật khúc 
 xạ tính sini gh ? 
Ta có n 1 .sini gh = n 2 .sin90 0 suy ra : 
(n 2 < n 1 ) 
Áp dụng : Chiếu tia sáng từ nước có chiết suất n = 4/3 ra không khí . Tìm góc giới hạn phản xạ toàn phần ? 
Ta có : 
Khi i > i gh thì sini > sini gh . Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng , ta có : 
Khi i > i gh , sử dụng định luật khúc xạ ánh sáng hãy tính sinr . 
 Điều này phản ánh thực tế không có tia khúc xạ , toàn bộ tia sáng bị phản xạ ở mặt phân cách . Đó là hiện tượng phản xạ toàn phần . 
II. Hiện tượng phản xạ toàn phần : 
Định nghĩa : 
 Phản xạ toàn phần là hiện tượng phản xạ toàn bộ tia sáng tới , xảy ra ở mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt . 
Nếu cho tia sáng đi từ không khí vào thủy tinh (n 1 < n 2 ) có xảy ra phản xạ toàn phần ? Vì sao ? 
Thí nghiệm minh họa khi chiếu tia sáng từ không khí vào thủy tinh 
Không , vì n 1 < n 2 
=> r < i. Khi i max = 90 0 thì r < 90 0 vẫn có tia khúc xạ . 
=> sinr < sini 
2. Điều kiện để có phản xạ toàn phần : 
Điều kiện để có 
phản xạ toàn 
phần là gi ? 
a/ Ánh sáng truyền từ một môi trường tới môi trường chiết quang kém hơn . 
 n 2 < n 1 
b/ Góc tới lớn hơn hoặc bằng góc giới hạn : 
 i ≥ i gh 
Phân biệt hiện tượng phản xạ toàn phần với 
 phản xạ thông thường ? 
So sánh 
Phản xạ toàn phần 
Phản xạ thông thường 
Giống nhau 
● Cùng là hiện tượng phản xạ : tia sáng đổi phương đột ngột và trở lại môi trường cũ . 
● Cả hai hiện tượng đều tuân theo định luật phản xạ ánh sáng . 
Khác nhau 
- Xảy ra khi có hai điều kiện : n 2 < n 1 
 i ≥ i gh 
- Nếu bỏ qua sự hấp thụ ánh sáng thì ở đây tia phản xạ sáng như tia tới 
Xảy ra dưới góc tới bất kỳ , không cần thêm điều kiện gì . 
 Bỏ qua sự hấp thụ ánh sáng , tia phản xạ dù sao cũng yếu hơn tia tới . 
III. Ứng dụng của hiện tượng 
phản xạ toàn phần : cáp quang 
Bó sợi quang học 
 Cấu tạo : 
- Cáp quang là bó sợi quang . Mỗi sợi quang là một dây trong suốt có tính dẫn sáng nhờ phản xạ toàn phần . 
2. Ứng dụng hiện tượng phản xạ toàn phần : Sợi quang học ( cáp quang )  
2. Ứng dụng hiện tượng phản xạ toàn phần : Sợi quang học ( cáp quang ) 
Cấu tạo của sợi quang thông thường 
Cấu trúc hình trụ , được tạo bởi vật liệu trong suốt . 
Lõi sợi có chiết suất n1. 
Vỏ sợi có chiết suất n2 < n1. 
Lớp phủ đệm có tác dụng bảo vệ sợi . 
Cấu tạo : 
2. Ứng dụng hiện tượng phản xạ toàn phần : Sợi quang học ( cáp quang ) 
I 
J 
k 
r 
Hiện tượng phản xạ toàn phần trong cáp quang 
Trong công nghệ thông tin 
2. Ứng dụng hiện tượng phản xạ toàn phần: Sợi quang học (cáp quang) 
Truyền thông tin bằng cáp quang dưới nước 
Sử dụng cáp quang trong chế tạo dụng cụ y tế 
Trong nội soi y học 
Trong nghệ thuật 
+ Dung lượng tín hiệu lớn . 
+ Nhỏ và nhẹ , dễ vận chuyển , dễ uốn . 
+ Không bị nhiễu bởi các bức xạ điện từ bên ngoài , 
bảo mật tốt . 
+ Không có rủi ro cháy ( vì không có dòng điện ). 
 Ư u điểm 
2. Ứng dụng hiện tượng phản xạ toàn phần: Sợi quang học (cáp quang) 
+ Nối cáp rất khó khăn, dây cáp dẫn càng thẳng càng tốt. 
+ Chi phí - Chi phí hàn nối và thiết bị đầu cuối cao hơn so với cáp đồng 
 Nhược điểm 
3. Một số ứng dụng khác của hiện tượng phản xạ toàn phần : 
 Về mặt vật lý , sở dĩ kim cương lại có nhiều màu lấp lánh vì kim cương có chiết suất lớn ( khoảng 2,4) lớn hơn so với chiết suất 1,5 của thủy tinh thông thường , ánh sáng ban ngày có thể phản xạ toàn phần với góc giới hạn phản xạ toàn phần nhỏ ( khoảng 24 0 5’) và có thể phản xạ toàn phần nhiều lần qua các mặt trong tinh thể kim cương rồi mới ló ra ngoài tạo độ lấp lánh . Lúc đó do hiện tượng tán sắc các màu của quang phổ ánh sáng trắng được phân tán , vì thế trông kim cương ta thấy có nhiều màu sắc . 
a. Kim cương sáng lóng lánh do phản xạ toàn phần : 
Hình 27.4 : kim cương sáng lóng lánh 
( kim cương tán xạ tốt với ánh sáng thường ) 
n 1 
n 2 
n 4 
n 5 
A 
A ’ 
n 3 
b. Hiện tượng ảo tượng : 
Hình 27.3: Ảo tượng 
- Công thức tính góc giới hạn : 
- Định nghĩa hiện tượng phản xạ toàn phần và điều kiện để có phản xạ toàn phần : 
n 2 < n 1 
i i gh 
Củng cố bài học 
Củng cố bài học 
1. Khi có tia khúc xạ truyền gần sát mặt phân cách hai môi trường trong suốt thì có thể kết luận 
2. Phản xạ toàn phần và phản xạ thông thường giống nhau ở đặc điểm sau : 
3. Nếu có phản xạ toàn phần khi ánh sáng truyền từ môi trường 1 vào môi trường 2 thì có thể kết luận 
4. Ánh sáng truyền từ một môi trường tới môi trường chiết quang kém hơn và góc tới lớn hơn góc giới hạn là 
A) Cả hai hiên tượng đều tuân theo định luật phản xạ ánh sáng . 
B) Không thể có phản xạ toàn phần khi đảo chiều truyền ánh sáng . 
C) Điều kiện để có phản xạ toàn phần . 
D) Góc tới có giá trị coi như bằng góc giới hạn igh . 
E) Luôn xảy ra không cần điều kiện về chiết suất . 
Câu 1: Ghép mỗi nội dung ở cột bên trái với nội dung tương ứng ở cột bên phải : 
Đáp án : 1 – D; 2 – A; 3 – B; 4 - C 
Chiết suất của nước là 4/3, benzen là 1,5, thủy tinh flin là 1,8. Chỉ có thể xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần khi chiếu ánh sáng từ : 
A. Nước vào thủy tinh flin 
B. Chân không vào thủy tinh 
C. Benzen vào nước 
D. Benzen vào thủy tinh flin 
Câu 2: 
Củng cố bài học 
Chọn cụm từ thích hợp điền vào các chỗ trống cho hợp nghĩa : 
 “ Hiện tượng phản xạ toàn phần xảy ra khi tại sáng truyền theo chiều từ môi trường .. sang môi trường  và góc tới phải  góc giới hạn phản xạ toàn phần ” 
A. Kém chiết quang , chiết quang hơn , lớn hơn . 
B. Kém chiết quang , chiết quang hơn , nhỏ hơn hoặc bằng . 
C. Chiết quang hơn , kém chiết quang , lớn hơn hoặc bằng . 
D. Chiết quang hơn , kém chiết quang , nhỏ hơn hoặc bằng . 
Câu 3 
Củng cố 
Chúc các em sức khỏe 
 và học tập tốt !