Phản xạ toàn phần SVIP

I. Sự truyền ánh sáng từ môi trường chiết suất lớn vào môi trường chiết suất nhỏ hơn

Đường truyền ánh sáng đi từ bản bán trụ thủy tinh ra không khí được mô tả ở hình dưới đây:

II. Hiện tượng phản xạ toàn phần

1. Định nghĩa

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

2. Góc tới hạn phản xạ toàn phần

Khi có tia khúc xạ, ta có: $n_1sin\,i=n_2sin\,r$.

• Suy ra: $sin\,r=\dfrac{n_1}{n_2}$.
• Nếu \(n_1>n_2\) thì: $sin\,r>sin\,i$, do đó \(r>i\). Tia khúc xạ lệch xa pháp tuyến hơn so với tia tới.

Khi tăng góc tới \(i\) thì góc khúc xạ \(r\) cũng tăng \(\left(r>i\right)\). Khi \(r\) bằng \(90^o\) thì \(i\) đạt giá trị \(i_{th}\) gọi là góc tới hạn phản xạ toàn phần. Khi đó ta có:

$n_1sin\,i_{th}=n_2sin\,90^o$

$sin\,i_{th}=\dfrac{n_2}{n_1}$

Lưu ý: Khi \(i\ge i_{th}\) thì không có tia khúc xạ, toàn bộ tia sáng bị phản xạ ở mặt phân cách. Đó là hiện tượng phản xạ toàn phần.

3. Điều kiện để có phản xạ toàn phần

• Ánh sáng truyền từ môi trường có chiết suất \(n_1\) tới môi trường có chiết suất \(n_2\) với \(n_1>n_2\).
• Góc tới lớn hơn hoặc bằng góc tới hạn: \(i\ge i_{th}\).

III. Một số ứng dụng của hiện tượng phản xạ toàn phần

1. Giải thích hiện tượng ảo ảnh

Bài toán: Khi đi trên đường nhựa vào ngày nắng nóng, ta có thể thấy ở phía xa trên mặt đường dường như có lớp nước phản xạ ánh sáng, nhưng khi đến gần thì chỉ thấy mặt đường khô ráo.

Giải thích: Lớp không khí càng ở gần mặt đường nhựa có nhiệt độ càng cao, vì nhận được nhiệt tỏa ra từ mặt đường nóng. Nhiệt độ càng cao thì chiết suất lớp không khí càng nhỏ. Do đó, càng lên cao, chiết suất của không khí càng tăng. Ta tưởng tượng chia không khí trên mặt đường nhựa thành nhiều lớp mỏng, chiết suất của các lớp này tăng dần khi càng lên cao.

2. Tìm hiểu hoạt động của cáp quang

Cáp quang là bó sợi quang. Mỗi sợi quang là một dây trong suốt có tính dẫn sáng nhờ phản xạ toàn phần.

Cấu tạo: Sợi quang có lõi làm bằng thủy tinh hoặc chất dẻo trong suốt có chiết suất \(n_1\), được bao quanh bằng một lớp vỏ có chiết suất \(n_2< n_1\).

Hoạt động: 

• Xét tia tới $SI$ đến điểm $I$ trên tiết diện MN của sợi quang. Tia này bị khúc xạ khi đi vào sợi quang.
• Tia khúc xạ tới mặt tiếp xúc giữa lõi và lớp vỏ tại \(I_1\) dưới góc tới \(i>i_{th}\) và bị phản xạ toàn phần. Hiện tượng phản xạ như vậy được lặp lại nhiều lần liên tiếp tại các điểm \(I_2,...\)

Ứng dụng: Trong công nghệ thông tin, sợi quang được dùng để truyền dữ liệu.

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

2. Điều kiện để có phản xạ toàn phần:

• Ánh sáng truyền từ môi trường có chiết suất \(n_1\) tới môi trường có chiết suất \(n_2\) với: \(n_1>n_2\).
• Góc tới lớn hơn hoặc bằng góc tới hạn: \(i\ge i_{th}\), với $sin\,i_{th}=\dfrac{n_2}{n_1}$.