Hiện tượng phản xạ toàn phần - Sự phản xạ và khúc xạ ánh sáng

Đăng nhập / Đăng ký

Góp ý với Onthi.com

Gõ tiếng việt: On Off

Chú ý chú ý:

Ôn thi >> Lý thuyết >> Sự phản xạ và khúc xạ ánh sáng >> Hiện tượng phản xạ toàn phần

1. Phản xạ toàn phần

Chiếu một chùm tia sáng song song hẹp (coi như một tia sáng SH) từ không khí vào nước theo phương vuông góc với mặt nước. Nước được chứa trong một bể nhỏ có thành bằng thuỷ tinh phẳng, thẳng đứng. Dưới đáy bể có một gương phẳng G mặt nghiêng. Độ nghiêng của gương G có thể thay đổi được (h.5.20). Tia SH đến gặp mặt gương G ở điểm I. Nó bị phản xạ trở lại gặp mặt nước ở J. Tại đó, một phần chùm tia sáng bị phản xạ (tia JR) và một phần khúc xạ ra ngoài không khí (tia JK).

Ta có thể quan sát được đường đi của các tia IJ, JR và JK bằng cách cho chúng đi là là mặt của một bảng gỗ nhỏ sơn trắng. Tăng dần độ nghiêng của gwong G: góc tới của tia tới IJ trên mặt phân cách cũng tăng dần. Kết qua, ta thấy như sau:

    + Khi góc tới còn nhỏ thì tia khúc xạ JK rất sáng còn tia phản xạ JR rất mờ.

    + Khi góc tới tăng lên thì góc khúc xạ cũng tăng nhưng luôn luôn lớn hơn . Đồng thời, ta thấy tia phản xạ sáng dần lên còn tia khúc xạ mờ dần đi.

    + Khi góc tới đạt tới một giá trị nào đó (mà ta gọi là góc giới hạn phản xạ toàn phần: ) thì góc khúc xạ

    Lúc đó tia khúc xạ đi là là mặt phân cách và rất mờ, còn tia phản xạ rất sáng.

    + Nếu tiếp tục tăng sao cho thì sẽ không còn tia khúc xạ nữa. Toàn bộ tia tới bị phản xạ. Do đó tia phản xạ sáng như tia tới. Đó là hiện tượng phản xạ toàn phần.

2. Các điều kiện để có hiện tượng phản xạ toàn phần

Trước hế, hiện tượng phản xạ toàn phần chỉ có thể xẩy ra trên mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt khi tia sáng truyền theo chiều từ môi trường chiết quang hơn (có chiết suất lớn hơn) sáng môi trường chiết quang kém (có chiết suất nhỏ hơn).

Chẳng hạn có thể xẩy ra hiện tượng phản xạ toàn phần khi tia sáng truyền theo chiều từ nước sáng không khí, từ thuỷ tinh sang không khí, từ thuỷ tinh sáng nước v.v…

Ngoài ra, góc tới của tia sáng trên mặt phân cách phải lớn hơn hoặc bằng góc giới hạn phản xạ toàn phần (igh). Khi thì hiện tượng phản xạ toàn phần bắt đầu xẩy ra.

3. Góc giới hạn phản xạ toàn phần

Khi chưa xẩy ra phản xạ toàn phần, ta có:

Khi bắt đầu có phản xạ toàn phần thì và .

                                  (5-9)

Nếu tia sáng đi theo chiều từ một môi trường trong suốt nào đó (nước, thuỷ tinh v.v…) ra không khí thì và

                                  (5-10)

4. Một vài ứng dụng của hiện tượng phản xạ toàn phần

a) Lăng kính phản xạ toàn phần: Lăng kính phản xạ toàn phần là một khối thuỷ tinh hình lăng trụ đứng, có tiết diện thẳng là một tam giác vuông cần ABC.

b) Các ảo tưởng:   Đó là hiện tượng quang học xẩy ra trong khí quyển do có sự phản xạ toàn phần của tia sáng trên mặt phân cách giữa lớp không khí lạnh (có chiết suất lớn) và lớp không khí nóng (có chiết suất nhỏ).

c) Sợi quang học:Hiện tượng phản xạ toàn phần được ứng dụng trong các sợi quang học. Sợi quang học là những sợi bằng chất trong suốt, dễ uấn, có thành nhẵn, hình trụ. Một tia sáng đi vào bên trong sợi ở một đầu sẽ bị phản xạ toàn phần nhiều lần liên tiếp ở thành trong của sợi, rồi ló ra khỏi sợi ở đầu bên kia. Như vậy, sợi quang học đóng vai trò như một “ống dẫn ánh sáng”. Sợi quang học có nhiều ứng dụng trong khoa học và kĩ thuật hiện đại, cũng như trong y học.