Bài tập phản xạ toàn phần và cách giải

---

---

Với Bài tập phản xạ toàn phần và cách giải môn Vật Lí lớp 11 sẽ giúp học sinh nắm vững lý thuyết, biết cách và phương pháp giải các dạng bài tập từ đó có kế hoạch ôn tập hiệu quả để đạt kết quả cao trong các bài thi môn Vật lí 11.

Bài tập phản xạ toàn phần và cách giải

1. Lí thuyết

- Hiện tượng phản xạ toàn phần: Phản xạ toàn phần là hiện tượng phản xạ toàn bộ tia sáng tới, xảy ra ở mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt.

Chú ý: Khi có phản xạ toàn phần thì không có tia khúc xạ. Ta gọi là toàn phần để phân biệt với phản xạ một phần luôn xảy ra đi kèm với sự khúc xạ.

- Điều kiện để có phản xạ toàn phần:

+ Ánh sáng truyền từ một môi trường tới môi trường chiết quang kém hơn: n₂ < n₁

+ Góc tới lớn hơn hoặc bằng góc giới hạn: i ≥ i_gh

- Góc giới hạn phản xạ toàn phần:

Khi góc i tăng thì góc r cũng tăng (với r > i). Do đó, khi r đạt giá trị cực đại thì i đạt giá trị gọi là i_gh góc giới hạn phản xạ toàn phần, còn gọi là góc tới hạn. Khi đó ta có: n₁ sin i_gh = n₂ sin 90⁰ suy ra:

- Ứng dụng của hiện tượng phản xạ toàn phần:

Trong công nghệ thông tin, cáp quang được dùng để truyền thông tin, dữ liệu dưới dạng tín hiệu ánh sáng. Cáp quang là bó sợi quang. Mỗi sợi quang là một dây trong suốt có tính dẫn sáng nhờ phản xạ toàn phần. Sợi quang gồm hai phần chính:

+ Phần lõi trong suốt bằng thủy tinh siêu sạch có chiết suất lớn.

+ Phần vỏ bọc cũng trong suốt, bằng thủy tinh có chiết suất nhỏ hơn phần lõi.

Ngoài cùng là một số lớp vỏ bọc bằng nhựa dẻo để tạo cho cáp độ bền và độ dai cơ học.

Phản xạ toàn phần xảy ra ở mặt phân cách giữa lõi và vỏ làm cho ánh sáng truyền đi được theo sợi quang. 

Công dụng: Cáp quang có nhiều ưu điểm so với cáp bằng đồng:

+ Dung lượng tín hiệu lớn

+ Nhỏ và nhẹ, dễ vận chuyển, dễ uốn.

+ Không bị nhiễu bởi các bức xạ điện từ bên ngoài, bảo mật tốt.

+ Không có rủi ro cháy ( vì không có dòng điện).

2. Phương pháp giải

Áp dụng các kiến thức và công thức ở phần lí thuyết để giải bài tập.

                           

3. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Một bể nước chứa có độ sâu là 80cm. Ở mặt nước, đặt một tấm gỗ có bán kính r. Một nguồn sáng S đặt dưới đáy bể và trên đường thẳng đi qua tâm của tấm gỗ. Biết chiết suất của nước là . Để tia sáng từ S không truyền ra ngoài không khí thì R có giá trị nhỏ nhất là: (chọn đáp án gần đúng nhất).

A.71cm                         

B.81cm                       

C.91cm                        

D.101cm

Lời giải chi tiết

Để tia sáng đi từ đáy bể không truyền ra ngoài không khí thì lúc này tia sáng đi đến rìa của tấm gỗ thì xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần.

Biểu diễn đường truyền tia sáng: 

Ta thấy góc tới i của tia sáng phát ra từ A đến mặt nước tăng dần khi vị trí tới di chuyển từ điểm I của mép miếng gỗ ra xa tâm O. Để không có bất kì tia khúc xạ nào lọt ra ngoài không khí thì tia tới AI phải có góc tới thỏa mãn điều kiện:

Chọn đáp án C

Ví dụ 2: Một tia sáng đi từ nước đến mặt cách với không khí. Biết chiết suất của nước là , chiết suất của không khí là 1. Góc giới hạn của tia sáng phản xạ toàn phần khi đó là bao nhiêu? (chọn đáp án gần đúng nhất).

A. 50⁰

B. 52⁰

C. 48⁰

D. 45⁰

Lời giải chi tiết

Áp dụng công thức phản xạ toàn phần:

Chọn đáp án C

4. Bài tập vận dụng

Bài 1: Điều kiện xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần là:

A. Ánh sáng có chiều từ môi trường có chiết quang hơn sang môi trường có chiết quang kém và góc tới nhỏ hơn góc giới hạn phản xạ toàn phần.

B. Ánh sáng có chiều từ môi trường chiết quang hơn sang môi trường chiết quang kém và góc tới lớn hơn hoặc bằng góc giới hạn phản xạ toàn phần.

C. Ánh sáng có chiều từ môi trường chiết quang kém sang môi trường chiết quang lớn hơn và góc tới lớn hơn hoặc bằng góc giới hạn phản xạ toàn phần.

D. Ánh sáng có chiều từ môi trường chiết quang kém sang môi trường chiết quang hơn và góc tới nhỏ hơn hoặc bằng góc giới hạn phản xạ toàn phần.

Chọn đáp án B

Bài 2: Có ba môi trường trong suốt. Nếu tia sáng truyền từ môi trường 1 vào môi trường 2 dưới góc tới i thì góc khúc xạ là 30⁰. Nếu tia sáng truyền từ môi trường 1 vào môi trường 3 cũng dưới góc tới i thì góc khúc xạ là 50⁰. Tìm góc giới hạn phản xạ toàn phần ở mặt phân cách giữa môi trường 2 và 3? (chọn đáp án gần đúng nhất).

A. 40⁰

B. 50⁰

C. 55⁰

D. 60⁰

Chọn đáp án A

Bài 3: Một đĩa mỏng bằng gỗ bán kính R = 10cm nổi trên mặt nước. Ở tâm đĩa có gắn một cây kim thẳng đứng, chìm trong nước . Dù đặt mắt trên mặt thoáng ở đâu cũng không thấy cây kim. Hãy tính chiều dài tối đa của cây kim?

A. 6,8cm

          B. 7,8cm

C. 8,8cm

D. 9,8cm

Chọn đáp án C

Bài 4: Tia sáng đơn sắc chiếu từ không khí vào chất lỏng trong suốt với góc tới bằng 45⁰ thì góc khúc xạ bằng 25⁰. Để xảy ra phản xạ toàn phần khi tia sáng chiếu từ chất lỏng ra không khí thì góc tới i có giá trị thỏa mãn:

A. i < 36⁰42^'

B. i > 36⁰42^'

C. i <  42⁰36^'

D. i > 42⁰36^'

Chọn đáp án B

Bài 5: Một tia sáng hẹp truyền từ môi trường có chiết suất √2 đến mặt phân cách với môi trường khác có chiết suất n. Để tia sáng tới gặp mặt phân cách hai môi trường dưới góc i ≥ 50⁰ sẽ xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần thì chiết suất n phải thỏa mãn điều kiện:

A. n ≥ 1,1

B. n ≤ 1,1

C. n ≥ 1,8

D. n ≤ 1,8

Chọn đáp án B

Bài 6: Một tấm thủy tinh mỏng, trong suốt, chiết suất n₁ = 1,5 có tiết diện là hình chữ nhật ABCD (AB rất lớn so với AD) mặt đáy AB tiếp xúc với một chất lỏng có chiết suất n₂ = 1,2. Chiếu tia sáng SI nằm trong mặt phẳng ABCD tới mặt AD sao cho tia tới nằm phía trên pháp tuyến ở điểm tới và tia khúc xạ trong thủy tinh gặp đáy AB ở điểm K. Tính giá trị lớn nhất của góc tới i để có phản xạ toàn phần tại K? (chọn đáp án gần đúng nhất).

A. 50⁰

B. 55⁰

C. 64⁰

D. 42⁰

Chọn đáp án C

Bài 7: Một tia sáng đi từ môi trường chất lỏng 1 đến mặt cách với môi trường chất lỏng 2. Biết chiết suất của môi trường 1 là  là 1,4, chiết suất của môi trường 2 là 1,2. Góc giới hạn của tia sáng phản xạ toàn phần khi đó là bao nhiêu? (chọn đáp án gần đúng nhất).

A. 50⁰

B. 55⁰

C. 60⁰

D. 45⁰

Chọn đáp án C

Bài 8: Chọn đáp án đúng trong các đáp án dưới đây?

Chiếu một chùm tia sáng tới mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt. Khi xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần thì

A. Cường độ ánh sáng của chùm tia phản xạ gần bằng cường độ sáng của chùm tới.

B. Cường độ ánh sáng của chùm khúc xạ gần bằng cường độ sáng của chùm tới

C. Cường độ sáng của chùm tia phản xạ lớn hơn cường độ sáng của chùm tia tới.

D. Cường độ sáng của chùm tia tới, chùm tia phản xạ và chùm tia khúc xạ bằng nhau.

Chọn đáp án A

Bài 9: Một bể chứa nước có độ sâu là 70cm. Ở mặt nước, đặt một tấm gỗ có bán kính r. Một nguồn sáng S đặt dưới đất bể và trên đường thẳng đi qua tâm của tấm gỗ. Biết chiết suất của nước là . Để tia sáng từ S không truyền ra ngoài không khí thì e có giá trị nhỏ nhất là: (chọn đáp án gần đúng nhất)

A. 60cm

B. 70cm

C. 80cm

D. 90cm

Chọn đáp án C

Bài 10: Điều kiện cần để xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần nào sau đây là đúng?

A. Tia sáng tới phải đi vuông góc với mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt

B. Tia sáng tới đi từ môi trường có chiết suất nhỏ sang môi trường có chiết suất lớn hơn.

C. Tia sáng tới phải đi song song với mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt.

D. Tia sáng tới đi từ môi trường có chiết suất lớn hơn đến mặt phân cách với môi trường có chiết suất nhỏ hơn.

Chọn đáp án D

5. Bài tập bổ sung

Câu 1: Nước có chiết suất 1,33. Chiếu ánh sáng từ nước ra ngoài không khí, góc có thể xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần là

A. 20⁰.

B. 30⁰.

C. 40⁰.

D. 50⁰.

Câu 2: Cho một tia sáng đi từ nước ($n=\frac{4}{3}$) ra không khí. Sự phản xạ toàn phần xảy ra khi góc tới:

A. i < 49⁰.

B. i > 42⁰.

C. i > 49⁰.

D. i > 43⁰.

Câu 3: Chiết suất của nước là $n=\frac{4}{3}$. Chiết suất của không khí là 1. Góc tới giới hạn để xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần bằng:

A. 0,75⁰ và tia tới truyền từ nước sang không khí.

B. 48⁰35’ và tia tới truyền từ nước sang không khí.

C. 48⁰35’ và tia tới truyền từ không khí vào nước.

D. 0,75⁰ và tia tới truyền từ không khí vào nước.

Câu 4: Tia sáng đi từ thuỷ tinh (n₁ = 1,5) đến mặt phân cách với nước ($n_2=\frac{4}{3}$). Điều kiện của góc tới i để không có tia khúc xạ trong nước là:

A. i ≥ 62⁰44’.

B. i < 62⁰44’.

C. i < 41⁰48’.

D. i < 48⁰35’.

Câu 5: Góc tới giới hạn phản xạ toàn phần của thuỷ tinh đối với nước là 60⁰. Chiết suất của nước là $n=\frac{4}{3}$. Chiết suất của thuỷ tinh là

A. n = 1,5

B. n = 1,54

C. n = 1,6

D. n = 1,62

Câu 6: Một tia sáng đơn sắc đi từ môi trường thuỷ tinh chiết suất $n=\sqrt{2}$ đến mặt phân cách với không khí, điều kiện góc tới i để có phản xạ toàn phần là :

A. i ≥ 45⁰.

B. i ≥ 40⁰.

C. i ≥ 35⁰.

D. i ≥ 30⁰.

Câu 7: Chiết suất của nước là $\frac{4}{3}$. Chiết suất của kim cương 2,42. Góc tới giới hạn phản xạ toàn phần của kim cương đối với nước là:

A. 0,55⁰.

B. 33⁰25’.

C. 20⁰.

D. 30⁰.

Câu 8: Tia sáng đi từ không khí vào chất lỏng trong suốt với góc tới i = 60⁰ thì góc khúc xạ r = 30⁰. Để xảy ra phản xạ toàn phần khi tia sáng từ chất lỏng ra không khí thì góc tới

A. i < 30⁰.

B. i < 28,5⁰.

C. i = 35,26⁰.

D. i = 35⁰.

Câu 9: 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. Khi α = 60⁰ thì β = 30⁰. Góc α lớn nhất bằng bao nhiêu để tia sáng không thể ló sáng môi trường không khí phía trên.

A. 54⁰44’

B. 54⁰73’

C. 35⁰26’

D. 35⁰15’

Câu 10: Nếu tia phản xạ và tia khúc xạ vuông góc với nhau, mặt khác góc tới bằng 60⁰ thì chiết suất tỉ đối giữa môi trường khúc xạ và môi trường tới là :

A. 0,58.

B. 0,71.

C. 1,73.

D. 1,33.

Câu 11: Một tia sáng hẹp truyền từ một môi trường có chiết suất $n_1=\sqrt{3}$ vào một môi trường khác có chiết suất n₂ chưa biết. Để tia sáng tới gặp mặt phân cách hai môi trường dưới góc tới i ≥ 60⁰ sẽ xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần thì n₂ phải?

A. $n_2\le \frac{\sqrt{3}}{2}$.

B. n₂ ≤ 1,5.

C. $n_2\ge \frac{\sqrt{3}}{2}$.

D. n₂ ≥ 1,5.

Câu 12: Một nguồn sáng điểm được dưới đáy một bể nước sâu 1 m. Biết chiết suất của nước là 1,33. Vùng có ánh sáng phát từ điểm sáng ló ra trên mặt nước là

A. hình vuông cạnh 1,14 m.

B. hình tròn bán kính 1,14 m.

C. hình vuông cạnh 1 m.

D. hình tròn bán kính 1 m.

6. Bài tập tự luyện

Bài 1: Cho hai môi trường: thuỷ tinh có chiết suất n=1,5; nước chiết suất n’=1,33. Tìm kết luận đúng về hiện tượng phản xạ toàn phần ở mặt phân cách giữa hai môi trường đó.

A. Phản xạ toàn phần xảy ra với mọi tia sáng từ thuỷ tinh đến mặt phân cách.

B. Phản xạ toàn phần xảy ra với tia sáng đi từ nước đến mặt phân cách với góc tới i lớn hơn i_gh với $\sin i_{gh}=\frac{n^{\text{'}}}{n}$.

C. Phản xạ toàn phần xảy ra với tia sáng đi từ thuỷ tinh đến mặt phân cách với góc tới i lớn hơn i_gh với $\sin i_{gh}=\frac{n^{\text{'}}}{n}$.

D. Góc giới hạn phản xạ toàn phần là i_gh với $\sin i_{gh}=\frac{n^{\text{'}}}{n}$.

Bài 2: Tia sáng đi từ thuỷ tinh (n₁ = 1,5) đến mặt phân cách với nước (n₂ = 4/3). Điều kiện của góc tới i để không có tia khúc xạ trong nước là:

A. i ≥ 62⁰44’.                

B. i < 62⁰44’.       

C. i < 41⁰48’.       

D. i < 48⁰35’.

Bài 3: Một miếng gỗ hình tròn, bán kính 4 (cm). ở tâm O, cắm thẳng góc một đinh OA. Thả miếng gỗ nổi trong một chậu nước có chiết suất n = 1,33. Đinh OA ở trong nước, cho OA = 6 (cm). Mắt đặt trong không khí sẽ thấy đầu A cách mặt nước một khoảng lớn nhất là:

A. OA’ = 3,64 (cm).       

B. OA’ = 4,39 (cm).       

C. OA’ = 6,00 (cm).       

D. OA’ = 8,74 (cm).

Bài 4: Một miếng gỗ hình tròn, bán kính 4 (cm). ở tâm O, cắm thẳng góc một đinh OA. Thả miếng gỗ nổi trong một chậu nước có chiết suất n = 1,33. Đinh OA ở trong nước, cho OA = 6 (cm). Mắt đặt trong không khí, chiều dài lớn nhất của OA để mắt không thấy đầu A là:

A. OA = 3,25 (cm).        

B. OA = 3,53 (cm).        

C. OA = 4,54 (cm).         

D. OA = 5,37 (cm).

Bài 5: Một ngọn đèn nhỏ S đặt ở đáy một bể nước (n = 4/3), độ cao mực nước h = 60 (cm). Bán kính r bé nhất của tấm gỗ tròn nổi trên mặt nước sao cho không một tia sáng nào từ S lọt ra ngoài không khí là:

A. r = 49 (cm).               

B. r = 53 (cm).                         

C. r = 55 (cm).               

D. r = 51 (cm).

Bài 6: Chiếu một chùm tia sáng song song trong không khí tới mặt nước (n = 4/3) với góc tới là 45⁰. Góc hợp bởi tia khúc xạ và tia tới là:

A. D = 70⁰32’.               

B. D = 45⁰.                    

C. D = 25⁰32’.               

D. D = 12⁰58’.

Bài 7: Một chậu nước chứa một lớp nước dày 24 (cm), chiết suất của nước là n = 4/3. Mắt đặt trong không khí, nhìn gần như vuông góc với mặt nước sẽ thấy đáy chậu dường như cách mặt nước một đoạn bằng

A. 6 (cm).            

B. 8 (cm).                      

C. 18 (cm).           

D. 23 (cm).

Bài 8: Một cái chậu đặt trên một mặt phẳng nằm ngang, chứa một lớp nước dày 20 (cm), chiết suất n = 4/3. Đáy chậu là một gương phẳng. Mắt M cách mặt nước 30 (cm), nhìn thẳng góc xuống đáy chậu. Khoảng cách từ ảnh của mắt tới mặt nước là:

A. 30 (cm).           

B. 45 (cm).                    

C. 60 (cm).           

D. 70 (cm).

Bài 9: Nước có chiết suất 1,33. Chiếu ánh sáng từ nước ra ngoài không khí, góc có thể xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần là
A. 20⁰.                 

B. 30⁰.                  

C. 40⁰.                  

D. 50⁰.
Bài 10: Tia sáng đi từ thuỷ tinh chiết suất 1,5 đến mặt phân cách với nước chiết suất $\frac{4}{3}$, điều kiện góc tới i để không có tia khúc xạ trong nước là:

A. i ≥ 62⁰44’.            

B. i ≥ 41⁰44’.          

C. i ≥ 48⁰44’.            

D. i ≥ 45⁰48’.

Xem thêm các dạng bài tập Vật Lí lớp 11 có trong đề thi THPT Quốc gia khác:

• Bài tập Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng
• Bài tập Xác định ảnh của một vật qua lưỡng chất phẳng
• Bài tập Khúc xạ qua bản mặt song song

---

---

---