BÀI 6. PHẢN XẠ TOÀN PHẦN

Khởi động: Xét sự truyền sáng từ bản bán trụ thủy tinh ra không khí, khi góc tới bằng 41^o, ta quan sát được đồng thời tia phản xạ và tia khúc xạ gần bằng 90^o như hình bên. Theo em, khi góc tới tiếp tục tăng lên tới giá trị 60^o thì tia sáng sẽ truyền như thế nào? 

Giải rút gọn:

Khi đó, toàn bộ tia sáng bị phản xạ ở mặt phân cách.

I. SỰ TRUYỀN ÁNH SÁNG TỪ MÔI TRƯỜNG CHIẾT SUẤT LỚN VÀO MÔI TRƯỜNG CHIẾT SUẤT NHỎ HƠN

Hoạt động: Thí nghiệm về phản xạ toàn phần

Chuẩn bị:

• 

  Một bảng thí nghiệm có gắn tấm nhựa in vòng tròn chia độ;

• Một bản bán trị bằng thủy tinh;

• Đèn 12V – 21W có khe cài bản chắn sáng; 

• Nguồn điện (biến áp nguồn).

Tiến hành:

• Bố trí thí nghiệm như Hình 6.1.

• Chiếu chùm sáng hẹp truyền từ bản bán trụ ra không khí, tăng dần góc tới i và quan sát chùm sáng phản xạ và chùm sáng khúc xạ ra không khí.

• Quan sát và ghi chép đặc điểm nhìn thấy của chùm sáng khúc xạ và phản xạ vào vở theo mẫu Bảng 6.1.

Trả lời các câu hỏi sau:

1. Góc khúc xạ lớn hơn hay nhỏ hơn góc tới?

2. Khi nào sẽ xảy ra hiện tượng chỉ có tia phản xạ?

Giải rút gọn:

1. Góc khúc xạ lớn hơn góc tới.

2. Xảy ra khi góc tới vượt qua một góc tới giới hạn cụ thể.

II. HIỆN TƯỢNG PHẢN XẠ TOÀN PHẦN

Hoạt động 1: Tính góc tới hạn phản xạ toàn phần trong trường hợp tia sáng chiếu từ bản bán trụ thủy tinh (chiết suất n₁ = 1,5) ra không khí (chiết suất n₂ = 1).

Giải rút gọn:

Hoạt động 2: Sử dụng dụng cụ thí nghiệm ở Hình 6.1 xác định giá trị i_th, so sánh kết quả với câu 1 và rút ra nhận xét.

Giải rút gọn:

• Ta xác định được giá trị gần giống với kết quả câu 1.

• Nhận xét: Khi góc tới lớn hơn hoặc bằng góc tới hạn thì tia sáng sẽ bị phản xạ toàn phần tại mặt phân cách giữa hai môi trường.

Câu hỏi: Chiếu một tia sáng từ nước tới mặt phân cách giữa nước và không khí. Biết chiết suất của nước và không khí lần lượt là n₁ = , n₂ = 1.

a) Tính góc khúc xạ trong trường hợp góc tới bằng 30^o.

b) Tính góc tới bằng 60^o thì có tia khúc xạ không? Tại sao?

Giải rút gọn:

a) Góc khúc xạ trong trường hợp góc tới bằng 30^o là:

b) Góc tới hạn phản xạ toàn phần là:  

Khi góc tới bằng 60^o thì i > i_gh nên không còn tia khúc xạ, toàn bộ tia sáng bị phản xạ ở mặt phân cách.

III. MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA HIỆN TƯỢNG PHẢN XẠ TOÀN PHẦN

Câu hỏi: Giải thích vì sao chỉ quan sát được hiện tượng ảo ảnh ở khoảng cách rất xa, khi lại gần thì không thấy nữa.

Giải rút gọn:

Vì ở khoảng cách xa khi ánh sáng truyền tới sẽ bị khúc xạ với góc khúc xạ có xu hướng tăng dần đến khi đạt giá trị giới hạn, tia sáng sẽ không thể khúc xạ được nữa mà sẽ bị phản xạ trở lại phía trên nên ta nhìn thấy được ảnh ảo. Còn khi đến, ánh sáng góc khúc xạ của ánh sáng giảm xuống nên không thấy ảo ảnh.

Hoạt động: Thực hiện yêu cầu sau:

1. Giải thích sự truyền ánh sáng trong sợi quang.

2. Nêu một số ứng dựng của sợi quang trong y học, công nghệ thông tin.

Giải rút gọn:

1. Khi tia tới đi từ không khí sang lõi có chiết suất n₁ thì tia này sẽ bị khúc xạ. Tia khúc xạ tới mặt tiếp xúc giữa lõi và vỏ, dưới góc tới i > i_gh thì bị xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần. Hiện tượng phản xạ toàn phần được lặp lại nhiều lần tiên tiếp tại các điểm tiếp xúc giữa lõi và vỏ.

2. Ứng dụng:

Trong công nghệ thông tin sợi quang dùng để truyền dữ liệu.

Trong y học:

• Sử dụng trong các thiết bị chẩn đoán hình ảnh.

• Sử dụng sợi quang để dẫn ánh sáng laser đến vị trí cần điều trị.