31 bài tập tự luận về khúc xạ ánh sáng có đáp số - Nguyễn Văn Dân

Thầy Nguyễn Văn Dân – Long An – 0975733056 QUANG HÌNH Năm học 2014 - 2015 Người soạn: Thầy NGUYỄN VĂN DÂN -------------- Chủ đề 1: KHÚC XẠ ÁNH SÁNG – PHẢN XẠ TOÀN PHẦN 1. KHÚC XẠ ÁNH SÁNG  Định luật khúc xạ ánh sáng: 1 2n sini n sinr  Góc lệch: D = i – r  Chiết suất môi trường: c n v  c = 3.108 m/s: vận tốc ánh sáng; v: vận tốc ánh sáng trong môi trường (m/s) 2. HIỆN TƯỢNG PHẢN XẠ TOÀN PHẦN Khi ánh sáng đi từ môi trường có chiết suất n1 > n2 - Tìm igh: 2 1 sin gh gh n i i n   - So sánh góc tới i với góc giới hạn igh + i ≥ igh xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần. + i < igh xảy ra hiện tượng khúc xạ. 3. CÁC DỤNG CỤ KHÚC XẠ a. Về Lưỡng chất phẳng nên nhớ là: anh kx vat toi d n d n  dảnh : khoảng cách từ ảnh đến mặt nước; dvật : khoảng cách từ vật đến mặt nước. b. Về bản mặt song song: Độ dời ngang của tia sáng sin( ) cos i r d e r   Độ dịch chuyển vật ảnh ' (1 ) n e n    n: chiết suất của chất làm bản mặt // n’: chiết suất của môi trường chứa bản mặt // Bài 1. Cho chiết suất của thủy tinh là 2n  . Tính góc khúc xạ của tia sáng với góc tới 300 khi tia sáng truyền từ thủy tinh vào không khí. ÑS: 450 Bài 2. Một chậu thủy tinh nằm ngang chứa một lớp nước dày có chiết suất 4/3. Một tia sáng SI chiếu tới mặt nước với góc tới là 450. Tính góc lệch giữa tia khúc xạ và tia tới. ÑS: 130 Bài 3. Một khối bán trụ có chiết suất n = 1,41. Một chùm tia sáng hẹp tới mặt phân cách không khí - bán trụ với góc tới 450. Tính góc lệch giữa tia ló và tia khúc xạ. ÑS: 150 Thầy Nguyễn Văn Dân – Long An – 0975733056 Bài 4. Tia sáng đi từ thủy tinh có chiết suất 1 3 2n  sang nước có chiết suất 2 4 3n  . Tính: a. Góc khúc xạ nếu góc tới 300. b. Góc khúc xạ nếu góc tới 700. ÑS: a. 34014'; b. Không tính được r vì i = 700 > igh = 62044’. Bài 5. Chiếu tia sáng từ không khí vào khối thuỷ tinh chiết suất 1,52. Tính góc tới, biết góc khúc xạ là 250. ÑS: 400 Bài 6. Tia sáng đi từ thuỷ tinh n1 = 1,5 đến mặt phân cách với nước n2 = 4/3. Xác định góc tới i để không có tia khúc xạ trong nước. ÑS: 620 Bài 7. Một khối bán trụ có chiết suất n = 1,41 đặt trong không khí. Một chùm tia sáng hẹp tới mặt phân cách bán trụ - không khí với góc tới 600. Hiện tượng phản xạ toàn phần có xảy ra tại mặt phân cách? ÑS: 600 > 450 Bài 8. Góc giới hạn của thủy tinh đối với nước là 480, chiết suất của nước là 4/3. Tìm chiết suất của thủy tinh biết thủy tinh chiết quang hơn nước. ÑS: 1,79 Bài 9. Một tia sáng truyền từ không khí vào khối thủy tinh có chiết suất 2n  dưới góc tới 600. Một phần của ánh sáng bị phản xạ, một phần bị khúc xạ. Tính góc hợp bởi tia phản xạ và tia khúc xạ. ÑS: 82015’ Bài 10. Một tia sáng đi từ môi trường có chiết suất n đến mặt phân cách giữa môi trường đó với không khí với góc tới 33,70. Khi đó tia phản xạ và khúc xạ vuông góc nhau. Tính n. ÑS: 1,5 Bài 11. Một tia sáng đi từ một chất lỏng trong suốt có chiết suất n chưa biết sang không khí với góc tới như hình vẽ. Cho biết  = 60o,  = 30o. a) Tính chiết suất n của chất lỏng. b) Tính góc  lớn nhất để tia sáng không thể ló sang môi trường không khí phía trên. ĐS: a. n= 3 ; b. ax 54 44 ' o m  Bài 12. Khi tia sáng đi từ môi trường (1) sang môi trường (2) với góc tới bằng 70 thì góc khúc xạ bằng 50. Khi góc tới bằng 450 thì góc khúc xạ bằng bao nhiêu? Đs: 300 Bài 13: Một tia sáng đi từ không khí vào nước có chiết suất n = 4/3 dưới góc tới i = 300. a. Tính góc khúc xạ b. Tính góc lệch D tạo bởi tia khúc xạ và tia tới. ĐS: 220, 80 Bai 14. Moät tia saùng ñi töø nöôùc (n1 = 4/3) vaøo thuûy tinh (n2 = 1,5) vôùi goùc tôùi 35 0 . Tính goùc khuùc xaï. ÑS : 30,6 0 Bài 15: Một cây gậy cắm thẳng đứng xuống đáy hồ sâu 1,5m. Phần gậy nhô lên khỏi mặt nước là 0,5m. Ánh sáng mặt trời chiếu xuống hồ theo phương hợp với pháp tuyến mặt nước góc 600. Tính chiều dài bóng cây gậy trên mặt nước và dưới đáy hồ? ĐS: 0,85m và 2,11m Bài 16. Ñoái vôùi cuøng moät aùnh saùng ñôn saéc, chieát suaát tuyeát ñoái cuûa nöôùc laø 4/3, chieát suaát tæ ñoái cuûa thuûy tinh ñoái vôùi nöôùc laø 9/8. Cho bieát vaän toác aùnh saùng trong chaân khoâng c = 3.108 m/s. Haõy tính vaän toác cuøa aùnh saùng naøy trong thuûy tinh. ÑS: 200 000 km/s Thầy Nguyễn Văn Dân – Long An – 0975733056 Bài 17: Một cái máng nước sâu 30 cm, rộng 40 cm có hai thành bên thẳng đứng. Đúng lúc máng cạn nước thì bóng râm của thành A kéo đến thành B đối diện. Người ta đổ nước vào máng đến một độ cao h thì bóng của thành A giảm 7 cm so với trước. n = 4/3. Hãy tính h, vẽ tia sáng giới hạn của bóng râm của thành máng khi có nước?. ÑS: h = 12 cm. Bài 18: Ba môi trường trong suốt (1),(2),(3) có thể đặt tiếp giáp nhau.Với cùng góc tới i = 600;nếu ánh sáng truyền từ (1) vào (2) thì góc khúc xạ là 450;nếu ánh sáng truyền từ (1) vào (3) thì góc khúc xạ là 300.Hỏi nếu ánh sáng truyền từ (2) vào (3) vẫn với góc tới i thì góc khúc xạ là bao nhiêu? ĐS: r3=380 Bài 19: Một chậu miệng rộng có đáy nằm ngang chứa chất lỏng trong suốt đến độ cao h = 5,2 cm. Ở đáy chậu có một nguồn sáng nhỏ S. Một tấm nhựa mỏng hình tròn tâm O bán kính R = 4cm ở trên mặt chất lỏng mà tâm O ở trên đường thẳng đứng qua S. Tính chiết suất n của chất lỏng, biết rằng phải đặt mắt sát mặt chất lỏng mới thấy được ảnh của S ĐS: n= 1,64 Bài 20: Có ba môi trường trong suốt.Với cùng góc tới i: nếu tia sáng truyền từ (1) vào (2) thì góc khúc xạ là 300, truyền từ (1) vào (3) thù góc khúc xạ là 450. Hãy tính góc giới hạn phản xạ toàn phần ở mặt phân cách (2) và (3): ĐS:igh=450 Bài 21: Một ngọn đèn nhỏ S nằm dưới đáy của một bể nước nhỏ, sâu 20cm. Hỏi phải thả nổi trên mặt nước một tấm gỗ mỏng có vị,trí hình dạng và kích thước nhỏ nhất là bao nhiêu để vừa vặn không có tia sáng nào của ngọn đèn lọt qua mặt thoáng của nước? Chiết suất của nước là 4/3 ĐS:Tấm gỗ hình tròn,tâm nằm trên đường thẳng đứng qua S, bán kính R=22,7cm Bài 22: Một đĩa gỗ bán kính R = 5 cm nổi trên mặt nước. Tâm đĩa có cắm một cây kim thẳng đứng. Dù mắt đặt ở đâu trên mặt thoáng của nước cũng không nhìn thấy cây kim. Tính chiều dài tối đa của cây kim ĐS:4,4cm Bài 23: Nước trong chậu cao 40cm, chiết suất 4/3. Trên nước là lớp dầu cao 30 cm, chiết suất n =1,5. Mắt đặt trong không khí, cách mặt trên lớp dầu 50 cm thấy đáy chậu cách mình bao nhiêu? ĐS: 100cm Bài 24: Mắt người và cá cùng cách mặt nước 60cm, cùng nằm trên mặt phẳng vuông góc với mặt nước. Cho n = 4/3. Hỏi nguời thấy cá cách mình bao xa và cá thấy người cách nó bao xa?  ĐS:105cm và 140cm Bài 25: Moät ñoàng xu S naèm döôùi ñaùy cuûa moät chaäu nöôùc, caùch maët nöôùc 40 cm. Moät ngöôøi nhìn thaáy ñoàng xu ñoù töø ngoaøi khoâng khí, theo phöông thaúng ñöùng. Tính khoaûng caùch töø aûnh S’ cuûa ñoàng xu S tôùi maët nöôùc. Chieát suaát cuûa nöôùc laø n = 4/3.  ĐS:30cm Bài 26: Cho baûn hai maët song song baèng thuûy tinh coù beà daøy e = 3,5 cm, chieát suaát n1 = 1,4. Tính khoaûng caùch vaät - aûnh trong caùc tröôøng hôïp: a) Vaät AB vaø baûn ñeàu ñaët trong khoâng khí. b) Vaät AB vaø baûn ñaët trong moät chaát loûng coù chieát suaát n2 = 1,6. ĐS:1 cm ; 0,5cm Bài 27: Một tia sáng gặp bản mặt song song với góc tới i = 600. Bản mặt làm băng thuỷ tinh có chiết xuất n = 1,5, độ dày e = 5cm đạt trong không khí. Tính độ dời ngang của tia ló so với tia tới. ĐS: 0,5 cm Bài 28: Một bản mặt song song có bề dày d = 9 cm, chiết suất n = 1,5. Tính độ dời của điểm sáng trên khi nhìn nó qua bản mặt // này theo phương vuông góc với hai mặt phẳng giới hạn trong trường hợp a) bản mặt // và điểm sáng nằm trong không khí; b) bản mặt // và điểm sáng đặt trong nước có chiết xuất n = 4/3. ĐS: 3 cm; 1 cm. A B S ° n Thầy Nguyễn Văn Dân – Long An – 0975733056 Bài 29: Một tia sáng từ không khí tới gặp một tấm thủy tinh phẳng trong suốt với góc tới i mà sini = 0,8 cho tia phản xạ và khúc xạ vuông góc với nhau. a.Tính vận tốc ánh sáng trong tấm thủy tinh. b.Tính độ dời ngang của tia sáng ló so với phương tia tới. Biết bề dày của bản là e = 5 cm. ĐS: 225000 km/s và 1,73 cm Bài 30: Một khối thủy tinh P có chiết suất n = 1,5,tiết diện thẳng là một tam giác ABC vuông góc tại B. Chiếu vuông góc tới mặt AB một chùm sáng // SI. a. Khối thủy tinh P ở trong không khí.Tính góc D làm bởi tia tới và tia ló b. Tính lại góc D nếu khối P ở trong nước có chiết suất n = 4/3 ĐS: a. D = 900; b. D = 70 42’ Bài 31: Trong moät caùi chaäu coù lôùp nöôùc daøy 12 cm vaø moät lôùp benzen daøy 9 cm noåi treân maët nöôùc. Moät ngöôøi nhìn vaøo chaäu theo phöông gaàn nhö thaúng ñöùng seõ thaáy ñaùy chaäu caùch maët thoaùng bao nhieâu? Veõ ñöôøng ñi cuûa chuøm tia saùng töø moät ñieåm treân ñaùy chaäu. Cho bieát chieát suaát cuûa nöôùc laø n = 4/3 vaø benzen laø n’ = 1,5. Đs: 15cm. ========