Phản Xạ Toàn Phần
Hiện tượng phản xạ toàn phần, góc tới hạn, điều kiện & ứng dụng
Ở Bài 5 ta đã biết: khi ánh sáng truyền từ môi trường có chiết suất lớn ($n_1$) sang môi trường có chiết suất nhỏ hơn ($n_2 < n_1$), góc khúc xạ $r$ luôn lớn hơn góc tới $i$ — tia khúc xạ lệch xa pháp tuyến hơn tia tới.
Khi ta tăng dần góc tới $i$, góc khúc xạ $r$ cũng tăng theo. Một câu hỏi đặt ra: điều gì xảy ra khi góc khúc xạ đạt đến $90°$?
▸ Thí nghiệm với bản bán trụ thuỷ tinh
Chiếu chùm sáng hẹp từ bản bán trụ thuỷ tinh ra không khí, tăng dần góc tới và quan sát:
(có cả khúc xạ + phản xạ)
(khúc xạ là là mặt)
(không còn khúc xạ)
Kết quả thí nghiệm:
- Khi $i$ nhỏ: có cả tia khúc xạ (mờ dần khi $i$ tăng) và tia phản xạ (sáng dần khi $i$ tăng).
- Khi $i = i_{th}$ (gọi là góc tới hạn): tia khúc xạ đi là là trên mặt phân cách, tia phản xạ rất sáng.
- Khi $i > i_{th}$: không còn tia khúc xạ, chỉ còn tia phản xạ rất sáng — đây chính là hiện tượng phản xạ toàn phần.
▸ Góc tới hạn phản xạ toàn phần
Khi ánh sáng truyền từ môi trường có chiết suất $n_1$ sang môi trường có chiết suất $n_2$ (với $n_1 > n_2$), theo định luật khúc xạ:
Vì $n_1 > n_2$ nên $\sin r > \sin i$, tức $r > i$. Khi tăng góc tới, góc khúc xạ cũng tăng. Khi $r = 90°$ (tia khúc xạ đi là là trên mặt phân cách), góc tới đạt giá trị đặc biệt gọi là góc tới hạn $i_{th}$:
$n_1 \sin i_{th} = n_2 \sin 90° = n_2$
• $n_2$: chiết suất môi trường khúc xạ (môi trường chiết quang kém).
• Vì $n_2 < n_1$ nên $\sin i_{th} < 1$ (luôn tồn tại $i_{th}$).
Khi $i \geq i_{th}$: không còn tia khúc xạ → xảy ra phản xạ toàn phần.
▸ Điều kiện để có phản xạ toàn phần
Phản xạ toàn phần xảy ra khi đồng thời thoả mãn hai điều kiện:
$\boxed{n_1 > n_2}$
$\boxed{i \geq i_{th}}$
$\sin i_{th} = \dfrac{n_2}{n_1} = \dfrac{1}{\dfrac{4}{3}} = \dfrac{3}{4} = 0{,}75$
$\Rightarrow i_{th} \approx \mathbf{48°35'}$
Tia sáng từ một vật ở xa truyền xiên xuống, đi qua các lớp không khí có chiết suất giảm dần. Tại mỗi mặt phân cách, tia sáng bị khúc xạ với góc ngày càng lớn. Đến khi góc tới vượt quá góc tới hạn, tia sáng bị phản xạ toàn phần và hắt ngược lên trên đến mắt người quan sát.
Kết quả: ta nhìn thấy bóng mờ của vật phía trước thấp thoáng trên mặt đường, tạo cảm giác như có lớp nước phản chiếu ánh sáng.
• Phần lõi: thuỷ tinh hoặc chất dẻo trong suốt, chiết suất $n_1$.
• Vỏ: lớp trong suốt bao bọc lõi, chiết suất $n_2 < n_1$.
▸ Ứng dụng cụ thể của cáp quang
| Lĩnh vực | Ứng dụng |
|---|---|
| Y học | Nội soi — dùng sợi quang đưa ánh sáng vào bên trong cơ thể để quan sát, chẩn đoán và phẫu thuật mà không cần mổ lớn. |
| Công nghệ thông tin | Truyền tín hiệu internet, điện thoại, truyền hình qua mạng cáp quang với tốc độ cao và ổn định. |
Để xem lý thuyết đầy đủ kèm hình ảnh thí nghiệm, các bảng tổng hợp, sai lầm thường gặp và phương pháp giải chi tiết các dạng bài tập (gồm cả bài lăng kính, sợi quang, đĩa gỗ trên chậu nước...), hãy đọc bài viết bên dưới:
Hiện tượng phản xạ toàn phần, góc tới hạn, điều kiện, ứng dụng cáp quang, các dạng bài tập điển hình kèm ví dụ & lời giải chi tiết, sơ đồ tư duy và sai lầm thường gặp.
Sau khi đã nắm vững lý thuyết, các em hãy chuyển sang tab Bài Tập để luyện 22 câu bám sát chương trình SGK!
Cùng luyện bài Phản xạ toàn phần!
22 câu: 17 trắc nghiệm · 3 đúng/sai · 2 tự luận
Tuyệt vời!
Cô Trần Thị Thanh Thảo
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Khoa Học Tự Nhiên THCS
Trình độ: Cử nhân Sư phạm KHTN, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ Tin học, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 6+ năm kinh nghiệm tại Trường THCS Nguyễn Siêu