WebLab STEM

Vật lý · 4. Sóng và quang học

Khúc xạ ánh sáng và định luật Snell

Đo góc tới, góc khúc xạ và xác định chiết suất từ số liệu.

40 phútPhiên bản nội dung: 2.1
Bắt đầu lộ trình tương tácMở thí nghiệm mô phỏng

Câu hỏi dẫn đường

Có thể xác định vật liệu trong suốt chỉ từ đường đi của tia sáng hay không?

Phạm vi chương trình

GDPT 2018 và Cambridge: khúc xạ, chiết suất và phản xạ toàn phần.

Phạm vi và giới hạn mô hình

Môi trường trong suốt, đồng nhất; bỏ qua tán sắc trừ khi mô phỏng có chọn bước sóng.

Mục tiêu học tập

  • Áp dụng n₁sinθ₁ = n₂sinθ₂.
  • Đo góc so với pháp tuyến, không phải mặt phân cách.
  • Dùng đồ thị sinθ₁–sinθ₂ để xác định chiết suất.

Kiến thức cần biết trước

  • Hàm sin và đo góc
  • Tia tới, pháp tuyến, tia khúc xạ

Kiến thức trọng tâm

Định luật Snell

n₁sinθ₁ = n₂sinθ₂, các góc đều đo từ pháp tuyến.

Hướng lệch

Tia sáng lệch về phía pháp tuyến khi đi vào môi trường có chiết suất lớn hơn.

Phản xạ toàn phần

Chỉ xảy ra khi truyền từ chiết suất lớn sang nhỏ và góc tới vượt góc giới hạn.

Ví dụ mẫu có giải thích

Từ không khí vào kính n = 1,50 với góc tới 30°: sin r = sin30°/1,50 = 0,333 nên r ≈ 19,5°.

Ngộ nhận cần tránh

  • Góc tới và góc khúc xạ đều đo từ pháp tuyến, không đo từ mặt phân cách.
  • Phản xạ toàn phần chỉ có thể xảy ra khi ánh sáng đi từ chiết suất lớn sang nhỏ.

Quy trình thí nghiệm mô phỏng: Khúc xạ và thấu kính

  1. Chọn hai môi trường và ghi chiết suất của chúng.
  2. Thay góc tới từ 10° đến 60°, mỗi lần ghi góc khúc xạ.
  3. Tính sin của hai góc và kiểm tra tỉ số hoặc độ dốc đồ thị.

An toàn và lưu ý

  • Không nhìn trực tiếp vào laser trong thí nghiệm thật.
  • Mô hình tia không thể hiện đầy đủ cường độ và tán xạ.

Bằng chứng cần thu thập

  • Bảng i, r, sin i và sin r cho ít nhất năm góc tới.
  • Đồ thị sin i theo sin r cùng chiết suất suy ra từ hệ số góc.
Mở thí nghiệm mô phỏng

Kiểm tra đầu vào

1. Góc tới được đo giữa tia tới và đường nào?

  1. Pháp tuyến
  2. Mặt phân cách
  3. Trục ngang màn hình
Xem đáp án và giải thích

Đáp án đúng: Pháp tuyến

Mọi góc trong định luật Snell được đo từ pháp tuyến.

2. Ánh sáng từ không khí vào thủy tinh thường lệch theo hướng nào?

  1. Về phía pháp tuyến
  2. Ra xa pháp tuyến
  3. Luôn truyền thẳng
Xem đáp án và giải thích

Đáp án đúng: Về phía pháp tuyến

Thủy tinh có chiết suất lớn hơn không khí nên tia lệch về pháp tuyến.

3. Đại lượng nào không có đơn vị?

  1. Chiết suất
  2. Bước sóng
  3. Vận tốc ánh sáng
Xem đáp án và giải thích

Đáp án đúng: Chiết suất

Chiết suất là tỉ số hai vận tốc nên không có đơn vị.

Luyện tập vận dụng

1. Từ không khí n₁ = 1,00 vào kính n₂ = 1,50 với θ₁ = 30°. sinθ₂ bằng bao nhiêu?

  1. 0,333
  2. 0,750
  3. 1,000
Xem đáp án và giải thích

Đáp án đúng: 0,333

sinθ₂ = 1,00 × 0,5 / 1,50 ≈ 0,333.

2. Điều kiện cần để có phản xạ toàn phần là gì?

  1. Từ n lớn sang n nhỏ và θ tới > θ giới hạn
  2. Từ n nhỏ sang n lớn
  3. Mọi tia tới vuông góc
Xem đáp án và giải thích

Đáp án đúng: Từ n lớn sang n nhỏ và θ tới > θ giới hạn

Cả hướng truyền và góc tới đều phải thỏa điều kiện.

3. Đồ thị sinθ₁ theo sinθ₂ là đường thẳng qua gốc. Điều này cho biết gì?

  1. Hai đại lượng tỉ lệ thuận theo Snell
  2. Chiết suất thay đổi theo góc
  3. Góc phải bằng nhau
Xem đáp án và giải thích

Đáp án đúng: Hai đại lượng tỉ lệ thuận theo Snell

Với hai môi trường cố định, sinθ₁/sinθ₂ là hằng số.

Nguồn kiểm tra chuyên môn

  1. OpenStax Physics — giáo trình Vật lý trung học đã bình duyệt
  2. BIPM — Hệ đơn vị quốc tế SI, ấn bản 9

Nội dung được duy trì theo các nguồn trích dẫn bên dưới. Mô phỏng là mô hình học tập và không thay thế quy trình an toàn của phòng thí nghiệm thực.

Đơn vị xuất bản nội dung
WebLab STEM
Phụ trách kỹ thuật
Đức Tiến — Kỹ sư Điều khiển và Tự động hóa