Công Thức Chiết Suất Tuyệt Đối Và Tỉ Đối Chi Tiết Có Ví Dụ

Trang chủ > Công Thức > Bài hiện tại.

I. GIỚI THIỆU VỀ CHIẾT SUẤT

1. Chiết suất là gì?

Định nghĩa: Chiết suất (ký hiệu $n$) là đại lượng vật lý đặc trưng cho khả năng làm khúc xạ ánh sáng của môi trường trong suốt.

Ký hiệu: $n$ hoặc $n_1, n_2, n_3…$ (không có đơn vị)

Ý nghĩa vật lý:

Chiết suất càng lớn:

  • Môi trường càng chiết quang (khả năng làm khúc xạ ánh sáng càng mạnh)
  • Ánh sáng truyền càng chậm trong môi trường đó
  • Tia khúc xạ bị gập càng nhiều về phía pháp tuyến

Chiết suất càng nhỏ:

  • Môi trường càng kém chiết quang
  • Ánh sáng truyền càng nhanh
  • Tia khúc xạ ít bị gập

Ví dụ minh họa:

  • Kim cương có $n = 2.42$ (rất chiết quang) → ánh sáng truyền rất chậm
  • Không khí có $n \approx 1$ (kém chiết quang) → ánh sáng truyền gần như trong chân không

2. Phân loại chiết suất

Có hai loại chiết suất cơ bản:

Loại chiết suất Ký hiệu Ý nghĩa Cách tính
Chiết suất tuyệt đối $n$ So sánh với chân không $n = \frac{c}{v}$
Chiết suất tỉ đối $n_{21}$ So sánh giữa 2 môi trường $n_{21} = \frac{n_2}{n_1}$

Phân biệt:

  • Chiết suất tuyệt đối luôn lấy chân không làm mốc chuẩn
  • Chiết suất tỉ đối so sánh giữa hai môi trường bất kỳ

II. CHIẾT SUẤT TUYỆT ĐỐI

1. Định nghĩa chiết suất tuyệt đối

Chiết suất tuyệt đối của một môi trường trong suốt là chiết suất tỉ đối của môi trường đó so với chân không.

Ký hiệu: $n$ (hoặc $n_1, n_2, n_3…$ khi có nhiều môi trường)

Đặc điểm:

  • Là đại lượng không thứ nguyên (không có đơn vị)
  • Đặc trưng cho tính chất quang học của môi trường
  • Phụ thuộc vào bản chất môi trường và bước sóng ánh sáng

2. Công thức tính chiết suất tuyệt đối

📌 Công thức 1: Từ vận tốc ánh sáng (QUAN TRỌNG NHẤT)

$$\boxed{n = \frac{c}{v}}$$

Trong đó:

  • $n$: chiết suất tuyệt đối của môi trường (không đơn vị)
  • $c$: vận tốc ánh sáng trong chân không, $c = 3 \times 10^8$ m/s
  • $v$: vận tốc ánh sáng trong môi trường (m/s)

Ý nghĩa: Chiết suất cho biết ánh sáng truyền trong môi trường chậm hơn trong chân không bao nhiêu lần.

Ví dụ 1: Tính chiết suất của nước

Ánh sáng truyền trong nước với vận tốc $v = 2.25 \times 10^8$ m/s. Tính chiết suất của nước.

Lời giải: $$n_{nước} = \frac{c}{v} = \frac{3 \times 10^8}{2.25 \times 10^8} = \frac{3}{2.25} = 1.33$$

Kết luận: Chiết suất của nước là $n = 1.33$, nghĩa là ánh sáng truyền trong nước chậm hơn trong chân không 1.33 lần.

📌 Công thức 2: Từ định luật Snell (khi ánh sáng từ chân không)

Khi tia sáng đi từ chân không (chiết suất = 1) vào môi trường có chiết suất $n$:

$$\boxed{n = \frac{\sin i}{\sin r}}$$

Trong đó:

  • $i$: góc tới (trong chân không)
  • $r$: góc khúc xạ (trong môi trường)

Lưu ý: Công thức này chỉ áp dụng khi môi trường đầu tiên là chân không (hoặc không khí với $n \approx 1$).

Ví dụ 2: Tia sáng từ không khí chiếu vào một môi trường với góc tới $60°$, góc khúc xạ $40°$. Tính chiết suất môi trường.

Lời giải: $$n = \frac{\sin i}{\sin r} = \frac{\sin 60°}{\sin 40°} = \frac{0.866}{0.643} \approx 1.35$$

3. Tính chất của chiết suất tuyệt đối

Tính chất 1: Chiết suất luôn lớn hơn hoặc bằng 1 $$\boxed{n \geq 1}$$

Giải thích: Vì vận tốc ánh sáng trong mọi môi trường vật chất đều nhỏ hơn hoặc bằng $c$, nên $\frac{c}{v} \geq 1$.

Tính chất 2: Chân không có chiết suất bằng 1 $$n_{chân\ không} = 1$$

Đây là giá trị chuẩn để so sánh.

Tính chất 3: Không khí có chiết suất xấp xỉ 1 $$n_{không\ khí} \approx 1 \quad (chính\ xác\ là\ 1.0003)$$

Trong các bài tập, thường coi $n_{không\ khí} = 1$ để đơn giản hóa.

Tính chất 4: Môi trường chiết quang hơn có chiết suất lớn hơn

  • Nếu $n_1 > n_2$: môi trường 1 chiết quang hơn môi trường 2
  • Ánh sáng truyền chậm hơn trong môi trường có chiết suất lớn

4. Bảng chiết suất một số môi trường thông dụng

Môi trường Chiết suất $n$ Ghi chú
Chân không 1.0000 Giá trị chuẩn
Không khí ≈ 1.0003 Thường coi bằng 1
Băng (nước đá) 1.31 Ở 0°C
Nước 1.33 Ở 20°C
Cồn (ethanol) 1.36
Dầu 1.46
Thủy tinh thường 1.50
Thạch anh 1.54
Flint glass 1.65 Thủy tinh nặng
Kim cương 2.42 Cao nhất

Nhận xét quan trọng:

  • Kim cương có chiết suất cao nhất trong các chất thông thường → ánh sáng bị khúc xạ mạnh → lấp lánh
  • Không khíchân không có chiết suất gần bằng nhau → thường coi như nhau trong bài tập
  • Chiết suất tăng dần: không khí < nước < thủy tinh < kim cương

5. Liên hệ giữa chiết suất và vận tốc

Từ công thức $n = \frac{c}{v}$, ta có:

$$v = \frac{c}{n}$$

Với hai môi trường khác nhau:

$$n_1 v_1 = n_2 v_2 = c$$

Suy ra:

$$\boxed{\frac{v_1}{v_2} = \frac{n_2}{n_1}}$$

Ý nghĩa: Tỉ số vận tốc ánh sáng trong hai môi trường nghịch đảo với tỉ số chiết suất.

Ví dụ 3: So sánh vận tốc ánh sáng trong nước và thủy tinh

Biết $n_{nước} = 1.33$, $n_{thủy\ tinh} = 1.5$. So sánh vận tốc ánh sáng trong hai môi trường này.

Lời giải:

Áp dụng công thức: $$\frac{v_{nước}}{v_{thủy\ tinh}} = \frac{n_{thủy\ tinh}}{n_{nước}} = \frac{1.5}{1.33} \approx 1.13$$

Kết luận: Ánh sáng truyền nhanh hơn trong nước khoảng 13% so với trong thủy tinh.

III. CHIẾT SUẤT TỈ ĐỐI

1. Định nghĩa chiết suất tỉ đối

Chiết suất tỉ đối của môi trường 2 đối với môi trường 1 là tỉ số giữa vận tốc ánh sáng trong môi trường 1 và vận tốc ánh sáng trong môi trường 2.

Ký hiệu: $n_{21}$

Đọc là: “chiết suất của môi trường 2 đối với môi trường 1” hoặc “n hai một”

Ý nghĩa: Cho biết khả năng làm khúc xạ ánh sáng của môi trường 2 so với môi trường 1.

2. Công thức chiết suất tỉ đối

📌 Công thức 1: Từ vận tốc ánh sáng

$$\boxed{n_{21} = \frac{v_1}{v_2}}$$

Trong đó:

  • $n_{21}$: chiết suất của môi trường 2 so với môi trường 1
  • $v_1$: vận tốc ánh sáng trong môi trường 1 (m/s)
  • $v_2$: vận tốc ánh sáng trong môi trường 2 (m/s)

Chú ý: Vận tốc môi trường 1 ở tử số, vận tốc môi trường 2 ở mẫu số.

📌 Công thức 2: Từ chiết suất tuyệt đối (QUAN TRỌNG VÀ HAY DÙNG NHẤT)

$$\boxed{n_{21} = \frac{n_2}{n_1}}$$

Trong đó:

  • $n_1$: chiết suất tuyệt đối của môi trường 1
  • $n_2$: chiết suất tuyệt đối của môi trường 2

Đây là công thức HAY SỬ DỤNG NHẤT trong bài tập!

Ví dụ 4: Tính chiết suất của thủy tinh so với nước

Biết $n_{nước} = 1.33$, $n_{thủy\ tinh} = 1.5$. Tính chiết suất của thủy tinh so với nước.

Lời giải: $$n_{thủy\ tinh/nước} = \frac{n_{thủy\ tinh}}{n_{nước}} = \frac{1.5}{1.33} \approx 1.13$$

Kết luận: Chiết suất của thủy tinh so với nước là 1.13.

📌 Công thức 3: Từ định luật Snell

$$\boxed{n_{21} = \frac{\sin i}{\sin r}}$$

Trong đó:

  • $i$: góc tới (trong môi trường 1)
  • $r$: góc khúc xạ (trong môi trường 2)

Lưu ý: Góc tới trong môi trường 1, góc khúc xạ trong môi trường 2.

3. Tính chất của chiết suất tỉ đối

Tính chất 1: Nghịch đảo

$$\boxed{n_{21} = \frac{1}{n_{12}}}$$

Hoặc: $$n_{21} \times n_{12} = 1$$

Ví dụ:

  • $n_{nước/không\ khí} = 1.33$
  • $n_{không\ khí/nước} = \frac{1}{1.33} = 0.75$

Tính chất 2: Dấu hiệu môi trường chiết quang

  • Nếu $n_{21} > 1$: Môi trường 2 chiết quang hơn môi trường 1 (vì $n_2 > n_1$)
  • Nếu $n_{21} = 1$: Hai môi trường có chiết suất bằng nhau ($n_2 = n_1$)
  • Nếu $n_{21} < 1$: Môi trường 2 kém chiết quang hơn môi trường 1 (vì $n_2 < n_1$)

Ví dụ phân tích:

  • $n_{nước/không\ khí} = \frac{1.33}{1} = 1.33 > 1$ → Nước chiết quang hơn không khí
  • $n_{không\ khí/nước} = \frac{1}{1.33} = 0.75 < 1$ → Không khí kém chiết quang hơn nước

Tính chất 3: Tính chất bắc cầu

$$n_{31} = n_{32} \times n_{21}$$

Hay: $$\frac{n_3}{n_1} = \frac{n_3}{n_2} \times \frac{n_2}{n_1}$$

Ứng dụng: Tính chiết suất giữa hai môi trường thông qua môi trường trung gian.

IV. ĐỊNH LUẬT SNELL – ĐỊNH LUẬT KHÚC XẠ ÁNH SÁNG

1. Định luật Snell-Descartes

Nội dung: Khi tia sáng truyền qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt, tích của chiết suất và sin góc với pháp tuyến luôn không đổi.

📌 Công thức định luật khúc xạ:

$$\boxed{n_1 \sin i = n_2 \sin r}$$

Hoặc viết dưới dạng tỉ số:

$$\boxed{\frac{\sin i}{\sin r} = \frac{n_2}{n_1} = n_{21}}$$

Trong đó:

  • $n_1$: chiết suất của môi trường chứa tia tới
  • $n_2$: chiết suất của môi trường chứa tia khúc xạ
  • $i$: góc tới (góc giữa tia tới và pháp tuyến)
  • $r$: góc khúc xạ (góc giữa tia khúc xạ và pháp tuyến)

Cách nhớ: “Tích $n$ và $\sin$ luôn bằng nhau hai bên mặt phân cách”

2. Các trường hợp đặc biệt của khúc xạ

Trường hợp 1: Ánh sáng đi từ môi trường kém chiết quang sang môi trường chiết quang hơn

Điều kiện: $n_1 < n_2$

Hiện tượng:

  • Từ định luật Snell: $\sin i > \sin r$ (vì $n_1 < n_2$)
  • Suy ra: $i > r$
  • Tia khúc xạ gần pháp tuyến hơn tia tới (tia bị gập lại)

Ví dụ: Ánh sáng từ không khí vào nước

  • $n_{không\ khí} = 1 < n_{nước} = 1.33$
  • Tia khúc xạ gần pháp tuyến hơn

Trường hợp 2: Ánh sáng đi từ môi trường chiết quang hơn sang môi trường kém chiết quang

Điều kiện: $n_1 > n_2$

Hiện tượng:

  • Từ định luật Snell: $\sin i < \sin r$ (vì $n_1 > n_2$)
  • Suy ra: $i < r$
  • Tia khúc xạ xa pháp tuyến hơn tia tới (tia bị bẻ ra)
  • Có thể xảy ra phản xạ toàn phần nếu góc tới đủ lớn

Ví dụ: Ánh sáng từ nước ra không khí

  • $n_{nước} = 1.33 > n_{không\ khí} = 1$
  • Tia khúc xạ xa pháp tuyến hơn

Trường hợp 3: Tia sáng vuông góc với mặt phân cách

Điều kiện: $i = 0°$

Hiện tượng:

  • Từ định luật Snell: $n_1 \sin 0° = n_2 \sin r$ → $\sin r = 0$ → $r = 0°$
  • Tia sáng truyền thẳng, không bị khúc xạ

3. Phản xạ toàn phần

Điều kiện xảy ra phản xạ toàn phần:

  1. Ánh sáng truyền từ môi trường chiết quang hơn sang môi trường chiết quang kém: $n_1 > n_2$
  2. Góc tới lớn hơn hoặc bằng góc giới hạn: $i \geq i_{gh}$

Công thức góc tới giới hạn:

$$\boxed{\sin i_{gh} = \frac{n_2}{n_1}}$$

Khi môi trường 2 là không khí ($n_2 \approx 1$):

$$\sin i_{gh} = \frac{1}{n_1}$$

Ví dụ 5: Tính góc giới hạn từ nước ra không khí

Ánh sáng truyền từ nước ($n_1 = 1.33$) ra không khí ($n_2 = 1$). Tính góc giới hạn.

Lời giải: $$\sin i_{gh} = \frac{n_2}{n_1} = \frac{1}{1.33} = 0.752$$ $$i_{gh} = \arcsin(0.752) \approx 48.6°$$

Kết luận: Khi góc tới $i \geq 48.6°$, xảy ra phản xạ toàn phần (không có tia khúc xạ).

V. BẢNG CÔNG THỨC TỔNG HỢP

A. Công thức chiết suất tuyệt đối

Tên công thức Biểu thức Ghi chú
Từ vận tốc $n = \frac{c}{v}$ $c = 3 \times 10^8$ m/s
Điều kiện $n \geq 1$ Luôn lớn hơn hoặc bằng 1
Chân không $n = 1$ Giá trị chuẩn
Không khí $n \approx 1$ Thường coi bằng 1

B. Công thức chiết suất tỉ đối

Tên công thức Biểu thức Ghi chú
Từ vận tốc $n_{21} = \frac{v_1}{v_2}$
Từ chiết suất tuyệt đối $n_{21} = \frac{n_2}{n_1}$ Hay dùng nhất
Tính nghịch đảo $n_{21} = \frac{1}{n_{12}}$
Từ góc $n_{21} = \frac{\sin i}{\sin r}$ Theo định luật Snell

C. Định luật Snell (Khúc xạ ánh sáng)

Tên công thức Biểu thức Ứng dụng
Định luật khúc xạ $n_1 \sin i = n_2 \sin r$ Tính góc khúc xạ
Dạng tỉ số $\frac{\sin i}{\sin r} = \frac{n_2}{n_1}$ Tính chiết suất tỉ đối
Góc giới hạn $\sin i_{gh} = \frac{n_2}{n_1}$ Phản xạ toàn phần
Góc giới hạn (không khí) $\sin i_{gh} = \frac{1}{n}$ Khi $n_2 = 1$

D. Liên hệ chiết suất và vận tốc

Công thức Biểu thức
Liên hệ cơ bản $n_1 v_1 = n_2 v_2 = c$
Tỉ số vận tốc $\frac{v_1}{v_2} = \frac{n_2}{n_1}$
Tính vận tốc $v = \frac{c}{n}$

VI. MẸO VÀ LƯU Ý

1. Mẹo nhớ công thức

Công thức cốt lõi phải nhớ:

Công thức 1: Chiết suất tuyệt đối $$n = \frac{c}{v}$$ Cách nhớ: “Chiết suất bằng vận tốc chân không chia vận tốc môi trường”

Công thức 2: Chiết suất tỉ đối $$n_{21} = \frac{n_2}{n_1}$$ Cách nhớ: “Chiết suất 2 trên 1 bằng n hai chia n một”

Công thức 3: Định luật Snell $$n_1 \sin i = n_2 \sin r$$ Cách nhớ: “Tích n sin bằng nhau hai bên”

Mối liên hệ quan trọng:

Chiết suất và vận tốc:

  • $n$ lớn → $v$ nhỏ (tỉ lệ nghịch)
  • Môi trường chiết quang hơn → ánh sáng truyền chậm hơn

Chiết suất và góc khúc xạ:

  • Từ môi trường kém chiết quang → chiết quang hơn: $i > r$ (tia gập lại)
  • Từ môi trường chiết quang hơn → kém chiết quang: $i < r$ (tia bẻ ra)

2. Các sai lầm thường gặp

SAI LẦM 1: Nhầm $n_{21}$ với $n_{12}$

Sai: $n_{21} = n_{12}$ ❌

Đúng: $$n_{21} = \frac{n_2}{n_1}, \quad n_{12} = \frac{n_1}{n_2}$$ $$n_{21} = \frac{1}{n_{12}}$$ ✓

Ví dụ:

  • $n_{nước/khí} = 1.33$
  • $n_{khí/nước} = 0.75$ (không phải 1.33!)

SAI LẦM 2: Quên chiết suất tuyệt đối luôn ≥ 1

Sai: Tính ra $n = 0.8$ ❌

Đúng: $n \geq 1$ luôn đúng với chiết suất tuyệt đối ✓

Chú ý: Chỉ chiết suất tỉ đối mới có thể < 1

SAI LẦM 3: Nhầm góc tới và góc khúc xạ

Sai: Áp dụng $n_1 \sin r = n_2 \sin i$ ❌

Đúng: $n_1 \sin i = n_2 \sin r$ ✓

Cách nhớ: Góc tới $i$ đi với môi trường 1, góc khúc xạ $r$ đi với môi trường 2

SAI LẦM 4: Quên điều kiện phản xạ toàn phần

Sai: Chỉ cần $i \geq i_{gh}$ là có phản xạ toàn phần ❌

Đúng: Cần cả hai điều kiện:

  1. $n_1 > n_2$ (từ chiết quang hơn sang kém hơn)
  2. $i \geq i_{gh}$ ✓

3. Cách giải bài tập nhanh (QUY TRÌNH 3 BƯỚC)

Bước 1: Xác định môi trường và chiết suất

  • Đọc kỹ đề, xác định môi trường 1 (chứa tia tới) và môi trường 2 (chứa tia khúc xạ)
  • Tra bảng hoặc đề cho chiết suất $n_1$, $n_2$

Bước 2: Chọn công thức phù hợp

  • Tính chiết suất: Dùng $n = \frac{c}{v}$ hoặc $n_{21} = \frac{n_2}{n_1}$
  • Tính góc khúc xạ: Dùng $n_1 \sin i = n_2 \sin r$
  • Tính góc giới hạn: Dùng $\sin i_{gh} = \frac{n_2}{n_1}$

Bước 3: Thay số và tính toán

  • Thay số vào công thức
  • Tính toán cẩn thận (chú ý dấu, đơn vị)
  • Kiểm tra kết quả có hợp lý không

VII. BÀI TẬP MẪU

Bài tập 1: Tính chiết suất tuyệt đối

Đề bài: Vận tốc ánh sáng trong một môi trường trong suốt là $2 \times 10^8$ m/s. Tính chiết suất tuyệt đối của môi trường đó.

Lời giải:

Áp dụng công thức chiết suất tuyệt đối: $$n = \frac{c}{v} = \frac{3 \times 10^8}{2 \times 10^8} = 1.5$$

Đáp số: $n = 1.5$ (có thể là thủy tinh)

Bài tập 2: Tính chiết suất tỉ đối

Đề bài: Tính chiết suất của nước so với không khí. Biết chiết suất tuyệt đối của nước là $n_{nước} = 1.33$ và của không khí là $n_{không\ khí} = 1$.

Lời giải:

Áp dụng công thức chiết suất tỉ đối: $$n_{nước/không\ khí} = \frac{n_{nước}}{n_{không\ khí}} = \frac{1.33}{1} = 1.33$$

Đáp số: $n_{21} = 1.33$

Ý nghĩa: Nước chiết quang hơn không khí 1.33 lần.

Bài tập 3: Áp dụng định luật Snell

Đề bài: Một tia sáng từ không khí chiếu vào mặt nước với góc tới $60°$. Tính góc khúc xạ. Biết chiết suất của nước là $n = 1.33$.

Lời giải:

Áp dụng định luật Snell: $$n_1 \sin i = n_2 \sin r$$

Với $n_1 = 1$ (không khí), $n_2 = 1.33$ (nước), $i = 60°$: $$1 \times \sin 60° = 1.33 \times \sin r$$ $$\sin r = \frac{\sin 60°}{1.33} = \frac{0.866}{1.33} = 0.651$$ $$r = \arcsin(0.651) \approx 40.6°$$

Đáp số: Góc khúc xạ $r \approx 40.6°$

Nhận xét: Vì $n_{nước} > n_{không\ khí}$, nên $r < i$ (tia khúc xạ gần pháp tuyến hơn) ✓

Bài tập 4: So sánh vận tốc ánh sáng

Đề bài: So sánh vận tốc ánh sáng trong nước và dầu. Biết $n_{nước} = 1.33$, $n_{dầu} = 1.46$.

Lời giải:

Áp dụng công thức liên hệ: $$\frac{v_{nước}}{v_{dầu}} = \frac{n_{dầu}}{n_{nước}} = \frac{1.46}{1.33} \approx 1.098$$

Kết luận: Ánh sáng truyền nhanh hơn trong nước khoảng 10% so với trong dầu.

Giải thích: Nước có chiết suất nhỏ hơn → ánh sáng truyền nhanh hơn.

Bài tập 5: Tính góc tới giới hạn

Đề bài: Tính góc tới giới hạn khi ánh sáng truyền từ thủy tinh ($n = 1.5$) ra không khí ($n = 1$).

Lời giải:

Áp dụng công thức góc giới hạn: $$\sin i_{gh} = \frac{n_2}{n_1} = \frac{n_{không\ khí}}{n_{thủy\ tinh}} = \frac{1}{1.5} = 0.667$$ $$i_{gh} = \arcsin(0.667) \approx 41.8°$$

Đáp số: Góc tới giới hạn $i_{gh} \approx 41.8°$

Ý nghĩa: Khi $i \geq 41.8°$, xảy ra phản xạ toàn phần.

Bài tập 6: Bài toán tổng hợp

Đề bài: Ánh sáng truyền từ môi trường A có chiết suất $n_A = 2$ sang môi trường B với góc tới $30°$ và góc khúc xạ $60°$. Tính chiết suất của môi trường B.

Lời giải:

Áp dụng định luật Snell: $$n_A \sin i = n_B \sin r$$ $$2 \times \sin 30° = n_B \times \sin 60°$$ $$2 \times 0.5 = n_B \times 0.866$$ $$1 = n_B \times 0.866$$ $$n_B = \frac{1}{0.866} \approx 1.15$$

Đáp số: Chiết suất của môi trường B là $n_B \approx 1.15$

Kiểm tra: $n_A = 2 > n_B = 1.15$ và $i = 30° < r = 60°$ → Hợp lý ✓

VIII. ỨNG DỤNG THỰC TẾ

1. Thấu kính và kính mắt

Nguyên lý: Sử dụng sự khúc xạ ánh sáng qua thấu kính (có chiết suất khác không khí) để hội tụ hoặc phân kỳ các tia sáng.

Ứng dụng:

  • Kính cận: Thấu kính phân kỳ, giúp người cận thị nhìn rõ vật xa
  • Kính viễn: Thấu kính hội tụ, giúp người viễn thị nhìn rõ vật gần
  • Kính lúp: Phóng đại ảnh vật nhỏ

2. Cáp quang trong viễn thông

Nguyên lý: Sử dụng phản xạ toàn phần để truyền tín hiệu ánh sáng đi xa mà không bị tổn hao.

Cấu tạo:

  • Lõi: Chiết suất cao ($n_1 \approx 1.5$)
  • Vỏ: Chiết suất thấp hơn ($n_2 \approx 1.48$)

Điều kiện: Ánh sáng phải truyền từ lõi ra vỏ với góc tới lớn hơn góc giới hạn → phản xạ toàn phần → không thoát ra ngoài.

Ưu điểm:

  • Truyền tốc độ cao
  • Không nhiễu điện từ
  • Băng thông lớn

3. Kim cương lấp lánh

Nguyên lý: Kim cương có chiết suất rất cao ($n = 2.42$) → góc giới hạn rất nhỏ ($i_{gh} \approx 24°$).

Hiện tượng:

  • Ánh sáng dễ bị phản xạ toàn phần nhiều lần bên trong kim cương
  • Ánh sáng phản xạ ra ngoài theo nhiều hướng → lấp lánh
  • Cắt mài kim cương đúng cách để tạo hiệu ứng lấp lánh tối đa

4. Ảo ảnh trên đường (hiện tượng Phantom)

Nguyên lý: Không khí nóng gần mặt đường có chiết suất nhỏ hơn không khí lạnh phía trên.

Hiện tượng:

  • Ánh sáng từ trời xuống bị khúc xạ nhiều lần
  • Khi góc tới đủ lớn → phản xạ toàn phần → tạo ảo ảnh như có nước trên đường

5. Hiện tượng khúc xạ trong đời sống

Cái que nhúng trong nước trông như bị gãy:

  • Do ánh sáng từ phần que trong nước bị khúc xạ khi ra không khí
  • Mắt thấy ảnh ảo của phần que trong nước → trông như bị gãy

Hồ nước trong nhìn nông hơn thực tế:

  • Ánh sáng từ đáy hồ khúc xạ khi ra khỏi nước
  • Mắt thấy ảnh ảo của đáy hồ cao hơn vị trí thật

Thấy mặt trời trước khi mọc và sau khi lặn:

  • Do khí quyển có chiết suất thay đổi theo độ cao
  • Ánh sáng mặt trời bị khúc xạ → ta thấy mặt trời sớm hơn và muộn hơn

IX. KẾT LUẬN

Tổng kết

Bài viết đã trình bày đầy đủ và chi tiết các công thức chiết suất ánh sáng trong chương trình Vật lý lớp 11:

Chiết suất tuyệt đối: $$n = \frac{c}{v}$$

Chiết suất tỉ đối: $$n_{21} = \frac{n_2}{n_1}$$

Định luật Snell (Định luật khúc xạ): $$n_1 \sin i = n_2 \sin r$$

Góc tới giới hạn (Phản xạ toàn phần): $$\sin i_{gh} = \frac{n_2}{n_1}$$

Nguyên lý cơ bản cần nắm vững

Nguyên lý 1: Chiết suất và vận tốc

  • Môi trường chiết quang hơn → chiết suất lớn hơn → vận tốc ánh sáng nhỏ hơn
  • $n$ lớn ⟷ $v$ nhỏ (tỉ lệ nghịch)

Nguyên lý 2: Chiết suất tuyệt đối

  • Luôn lớn hơn hoặc bằng 1: $n \geq 1$
  • Chân không: $n = 1$ (chuẩn)
  • Không khí: $n \approx 1$ (gần bằng 1)

Nguyên lý 3: Định luật Snell

  • Tích $n \sin$ luôn bằng nhau: $n_1 \sin i = n_2 \sin r$
  • Từ kém chiết quang → chiết quang hơn: $i > r$ (tia gập lại)
  • Từ chiết quang hơn → kém chiết quang: $i < r$ (tia bẻ ra)
Cô Trần Thị Bình

Cô Trần Thị Bình

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Tổ trưởng chuyên môn Tổ Lý – Hóa – Sinh tại Edus

Trình độ: Cử nhân Sư phạm Vật lý, Hoá Học, Bằng Thạc sĩ, Chức danh nghề nghiệp Giáo viên THPT – Hạng II, Tin học ứng dụng cơ bản, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 12+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Gia Định