Luyện thi Vật lí Lớp 11 - Chương 7: Mắt. Các dụng cụ quang học - Bài 1: Lăng kính - Chu Văn Biên

Nội dung text: Luyện thi Vật lí Lớp 11 - Chương 7: Mắt. Các dụng cụ quang học - Bài 1: Lăng kính - Chu Văn Biên

1. CHƯƠNG VII. MẮT. CÁC DỤNG CỤ QUANG HỌC BÀI 1. LĂNG KÍNH TÓM TẮT LÝ THUYẾT + Một lăng kính được đặc trăng bởi góc chiết quang A và chiết suất n. + Tia ló ra khỏi lăng kính luôn lệch về phía đáy lăng kính so với tia tới. + Lăng kính là bộ phận chính của máy quang phổ. sin i1 nsin r1 + Áp dụng định luật khúc xạ: sin i2 nsin r2 TRẮC NGHIỆM ĐỊNH TÍNH Câu 1. Có ba trường hợp truyền tia sáng qua lăng kính ở (các) trường hợp nào sau đây, lăng kính không làm lệch tia ló về phía đáy? A. Trường hợp (1). B. Hai trường hợp (2) và (3). C. Ba trường hợp (1), (2) và (3). D. Không có trường hợp nào. Câu 2. Một lăng kính trong suốt có tiết diện thẳng là tam giác vuông như hình vẽ. Góc chiết quang của lăng kính có giá trị nào? A. 30°. B. 60°. C. 90°. D. 30° hoặc 60° hoặc 90° tuỳ đường truyền tia sáng. Câu 3. Một tia sáng Mặt Trời truyền qua một lăng kính sẽ ló ra như thế nào? A. Bị tách ra thành nhiều tia sáng có màu khác nhau. B. vẫn là một tia sáng trắng. C. Bị tách ra thành nhiều tia sáng trắng. D. Là một tia sáng trắng có viền màu. Câu 4. Chiếu một tia sáng tới một mặt bên của lăng kính thì A. luôn luôn có tia sáng ló ra ở mặt bên thứ hai của lăng kính. B. tia ló lệch về phía đáy của lăng kính so với tia tới. C. tia ló lệch về phía đỉnh của lăng kính so với tia tới. D. đường đi của tia sáng đối xứng qua mặt phân giác của góc ở đỉnh. Câu 5. Chiếu một tia sáng tới một mặt bên thứ nhất của một lăng kính ở trong không khí. Sự phản xạ toàn phần xảy ra khi A. góc tới mặt bên thứ nhất lớn hơn góc giới hạn phản xạ toàn phần. B. góc tới mặt bên thứ nhất nhỏ hơn góc giới hạn phản xạ toàn phần. C. sau khi đi vào lăng kính góc tới mặt bên thứ hai lớn hơn góc giới hạn phản xạ toàn phần.
2. D. chiết suất của lăng kính lớn hơn chiết suất bên ngoài. Câu 6. Chọn câu sai. Trong không khí, một chùm tia song song, đơn sắc, đi qua một lăng kính thuỷ tinh. A. Chùm tia ló là chùm tia phân kì. B. Chùm tia ló là chùm tia song song. C. Chùm tia ló bị lệch về phía đáy của lăng kính so với tia tới. D. Góc lệch của chùm tia tuỳ thuộc vào góc tới lăng mặt thứ nhất của lăng kính. Câu 7. Chọn câu sai. Góc lệch của tia sáng qua lăng kính A. phụ thuộc góc ở đỉnh của lăng kính. B. phụ thuộc chiết suất của lăng kính. C. không phụ thuộc chiết suất của lăng kính. D. phụ thuộc góc tới của chùm sáng tới. Câu 8. Đường đi của tia sáng qua lăng kính đặt trong không khí hình vẽ nào là không đúng. A. Hình l.B. Hình 2.C. Hình 3.D. Hình 4 Câu 9. Chọn câu sai. Khi xét đường đi của tia sáng qua lăng kính đặt trong không khí, ta thấy A. góc ló phụ thuộc góc tới. B. góc ló phụ thuộc chiết suất của lăng kính. C. góc ló không phụ thuộc góc ở đỉnh của lăng kính. D. góc lệch của tia sáng qua lăng kính phụ thuộc góc tới chiết suất và góc ở đỉnh của lăng kính. ĐÁP ÁN TRẮC NGHIỆM ĐỊNH TÍNH 1D 2D 3A 4B 5C 6A 7C 8B 9C TRẮC NGHIỆM ĐỊNH LƯỢNG sin i n2 Đinh luât khúc xa: n21 n1 sin i n2 sin r. sin r n1 n n 2 1 n2 + Điều kiện để có phản xạ toàn phần: sin igh . i i gh n1 Câu 1. Lăng kính có góc ở đỉnh là 60°, chiết suất 1,5, ở trong không khí. Chiếu vuông góc tới một mặt bên của lăng kính một chùm sáng song song. A. Không có tia sáng ló ra khỏi mặt bên thứ hai. B. Góc ló lớn hơn 30°. C. Góc ló nhỏ hơn 30°.
3. D. Góc ló nhỏ hơn 25°. Hướng dẫn nnho 1 * Tính: sin igh igh 41,8 nlon 1,5 * Vì i A 60 igh nên xảy ra phản xạ toàn phần tại I. => Chọn A. Câu 2. Cho tia sáng tmyền tới lăng kính, có tiết diện thẳng là tam giác vuông cân như hình vẽ. Tia ló truyền đi sát mặt BC. Góc lệch tạo bởi lăng kính có giá trị nào sau đây? A. 0°.B. 22,5°. C. 45°.D. 90°. Hướng dẫn * Tia ló lệch so với tia tới một góc 45° => Chọn C. Câu 3. Cho tia sáng truyền từ không khí tới lăng kính, có tiết diện thẳng là tam giác vuông cân như hình vẽ. Tia ló truyền đi sát mặt BC. Chiết suất n của lăng kính có giá trị gần giá trị nào nhất sau đây? A. 1,4.B. 1,5. C. 1,7.D. 1,8. Hướng dẫn nnho 1 * Từ: sin igh sin 45 n 1,414 => Chọn A. nlon n Câu 4. Lăng kính có chiết suất n và góc chiết quang A = 30°. Một chùm tia sáng hẹp, đơn sắc được chiếu vuông góc đến mặt trước của lăng kính. Nếu chùm tia ló sát mặt sau của lăng kính thì n gần giá trị nào nhất sau đây? A. 1,4.B. 1,5.C. 1,7.D. 1,8. Hướng dẫn
4. nnho 1 * Từ: sin igh sin 30 n 2=> Chọn D. nlon n Câu 5. Cho một lăng kính có chiết suất n đặt trong không khí, tiết diện thẳng là một tam giác đều ABC. Trong mặt phẳng ABC, chiếu tới AB một chùm sáng hẹp, song song với góc tới i, sao nsin A igh ,sin igh 1/ n . Tia ló ra khỏi lăng kính với góc ló gần giá trị nào nhất sau đây? A. 30°.B. 75°.C. 45°.D. 85°. Hướng dẫn sini1 nsin A igh sin i nsin r  r A i 1 1 1 gh r1 A igh * Từ: r1 r2 A  r2 igh sin r sin i 1/ n nsin r2 sini2 i 90 2 gh 2 => Chọn D. Câu 6. Một lăng kính có tiết diện vuông góc là một tam giác đều ABC đặt trong không khí. Một chùm tia sáng đơn sắc hẹp SI được chiếu tới mặt AB trong mặt phẳng của tiết diện vuông góc và theo phương vuông góc với đường cao AH của ABC. Chùm tia ló khỏi mặt AC theo phương sát với mặt này. Chiết suất của lăng kính gần giá trị nào nhất sau đây? A. 1,4.B. 1,5.C. 1,7.D. 1,8. Hướng dẫn i 30 0,5 sin i nsin r 1  r =arcsin 1 1 1 n * Từ: 1 nsin r sin 90 r arcsin 2 2 n r1 r2 60 n 1,5275 => Chọn B. Câu 7. Một lăng kính có tiết diện vuông góc là một tam giác đều ABC đặt trong không khí. Một chùm tia sáng đơn sắc hẹp SI được chiếu tới mặt AB trong mặt phẳng của tiết diện vuông góc với góc tới 30°. Chùm tia ló khỏi mặt AC với góc ló 65°. Chiết suất của lăng kính gần giá trị nào nhất sau đây? A. 1,4.B. 1,5.C. 1,7.D. 1,8. Hướng dẫn sin i1 r1 =arcsin n r r 60 * Từ: 1 2  n 1,4257 => Chọn A. sin i i1 30;i2 65 r =arcsin 2 2 n
5. Câu 8. Cho một lăng kính có chiết suất 1,5 đặt trong không khí, tiết diện thẳng là một tam giác đều ABC. Trong mặt phẳng ABC, chiếu tới trung điểm của AB một chùm sáng hẹp, song song với góc tới 30°. Tia ló ra khỏi lăng kính lệch so với tia tới một góc gần giá trị nào nhất sau đây? A. 30°.B. 22,5°.C. 45°.D. 90°. Hướng dẫn Cách 1: Không dùng công thức lăng kính. sin i nsin r i1 30 r 19,47 r1 r2 60 r =40,53 1 1 n 1,5 1 2 * Từ: nsin r sin i i2 40,53 i 77,1 2 2 n 1,5 2 * Tia IJ quay theo chiều kim đồng hồ so với tia tới một góc D1 30 19,47 10,53 và tia ló quay theo chiều kim đồng hồ với IJ là D2 77,1 40,53 36,57. Vì vậy, tia ló lệch so với tia tới là 36,57° + 10,53° = 47,1° => Chọn C. Cách 2: Dùng công thức lăng kính. i1 30 r1 r2 60 sin i1 nsin r1  r1 19,47  r2 =40,53 n 1,5 i2 40,53 sin i2 nsin r2 n 1,5  i2 77,1 => Chọn C. D i i A 30 77,1 60 47,1 1 2 Câu 9. Cho một lăng kính có chiết suất 1,5 đặt trong không khí, tiết diện thẳng là một tam giác đều ABC. Trong mặt phẳng ABC, chiếu tới trung điểm của AB một chùm sáng hẹp, song song với góc tới 15°. Tia ló ra khỏi lăng kính lệch so với tia tới một góc gần giá trị nào nhất sau đây? A. 30°.B. 22,5°.C. 45°.D. 90°. Hướng dẫn n 1,5 sin igh 1/ n  igh 41,81 i1 15 sin i1 nsin r1 n 1,5 r1 9,936 A 60 * Từ: r1 r2 A  r2 =50,064 igh C 60 r2 r3 C  r3 =9,936 r1 nsin r sin i i 15 3 3 3 *Tia IJ quay theo chiều kim đồng hồ so với SI một góc là D1 15 9,936 5,064; tia JK quay theo chiều kim đồng hồ so với IJ là D2 180 2.50,064 79,872 ; tia KR quay theo chiều kim đồng hồ so với JK là D3 15 9,936 5,064 . Vì vậy, tia ló lệch so với tia tới là D1 D2 D3 90 => Chọn D. Câu 10. Cho một lăng kính có chiết suất 1,5 đặt trong không khí, tiết diện thẳng là một tam giác ABC, có góc A = 75° và góc B = 60°. Trong mặt phẳng ABC, chiếu tới trung điểm của AB một chùm sáng hẹp, song song với góc tới 30°. Tia ló ra khỏi lăng kính lệch so với tia tới một góc gần giá trị nào nhất sau đây? A. 30°.B. 75°.C. 45°.D. 90°.
6. Hướng dẫn n 1,5 sin igh 1/ n  igh 41,81 i1 30 sin i1 nsin r1 n 1,5 r1 19,47 A 75 * Từ: r1 r2 A  r2 =55,53 igh C 45 r2 r3 C  r3 =10,53 nsin r sin i i 15,91 3 3 3 * Tia IJ quay theo chiều kim đồng so với SI một góc là D1 30 19,47 10,53 ; tia JK quay theo chiều kim đồng so với IJ một góc là D2 180 2.55,53 68,94 ; KR quay theo ngược chiều kim đồng so với JK một góc là D3 15,91 10,53 5,38 . Vì vậy, tia ló lệch so với tia tới là D1 D2 D3 74,09 => Chọn B. Câu 11. Lăng kính thủy tinh có tiết diện thẳng là tam giác cân ABC đỉnh A, chiết suất n, đặt trong không khí. Một tia sáng đơn sắc được chiếu vuông góc tới mặt bên AB. Sau hai lần phản xạ toàn phần trên hai mặt AC và AB, tia sáng ló ra khỏi đáy BC theo phương vuông góc với BC. Giá trị của góc chiết quang A và chiết suất n (có thể) lần lượt là A. A = 36° và n = 1,7.B. A = 36° và n = 1,5.C. A = 35° và n = 1,7.D. A = 35° và n = 1,5 Hướng dẫn i A r 2i A 2B 180 * Từ hình vẽ:  B 2A  A 36 r B nnho * Điều kiện phản xạ toàn phần tại I: sin A sin i sin igh nlon 1 sin 36 n 1,7 => Chọn A. n Câu 12. Chậu chứa chất lỏng có chiết suất 1,5. Tia tới chiếu tới mặt thoáng với góc tới 45° thì góc lệch khi ánh sáng khúc xạ vào chất lỏng là  . Tia tới cố định, nghiêng đáy chậu một góc thì góc lệch giữa tia tới và tia ló đúng bằng  . Biết đáy chậu trong suốt và có bề dày không đáng kể, như hình vẽ. Giá trị góc gần giá trị nào nhất sau đây? A. 29°.B. 25°.C. 45°.D. 80°. Hướng dẫn * Để góc lệch không thay đổi thì tia khúc xạ phải thẳng góc với mặt đáy, suy ra:
7. sin 45 nsin r r n 1,5 sin 45 1,5sin r 28,1255 => Chọn A. BÀI TOÁN TƯƠNG TỰ VÀ BIẾN TƯỚNG Câu 1. Chiếu ánh sáng từ không khí vào thủy tinh có chiết suất n = 1,5. Nếu góc tới i là 60° thì góc khúc xạ r gần giá trị nào nhất sau đây? A. 30°.B. 35°.C. 40°.D. 45°. Câu 2. Biết chiết suất của thủy tinh là 1,5. Góc giới hạn phản xạ toàn phần khi ánh sáng truyền từ thủy tinh sang không khí. A. 48,6°.B. 72,5°.C. 62,7°.D. 41,8°. Câu 3. Một chậu thuỷ tinh nằm ngang chứa một lớp nước dày có chiết suất 4/3. Bỏ qua bề dày của đáy chậu. Một tia sáng SI chiếu tới mặt nước với góc tới là 45°. Góc lệch giữa tia khúc xạ và tia tới là  . Giữ phương tia tới không đổi. Nghiêng đáy chậu một góc đối với mặt ngang thì góc lệch bởi tia sáng ló ra khỏi đáy chậu với tia tới SI cũng là  . Giá trị góc gần giá trị nào nhất sau đây? A. 29°.B. 25°.C. 45°.D. 32°. Câu 4. Cho tia sáng truyền tới lăng kính, có tiết diện thẳng là tam giác vuông góc B = 55° như hình vẽ. Tia ló truyền đi sát mặt BC. Góc lệch tạo bởi lăng kính có giá trị nào sau đây? A. 0°.B. 35°. C. 45°.D. 90°. Câu 5. Cho tia sáng truyền từ không khí tới lăng kính, có tiết diện thẳng là tam giác vuông có góc B = 55° như hình vẽ. Tia ló truyền đi sát mặt BC. Chiết suất n của lăng kính có giá trị gần giá trị nào nhất sau đây? A. 1,4.B. 1,5. C. 1,2.D. 1,8. Câu 6. Lăng kính có chiết suất n và góc chiết quang A = 35°. Một chùm tia sáng hẹp, đơn sắc được chiếu vuông góc đến mặt trước của lăng kính. Nếu chùm tia ló sát mặt sau của lăng kính thì n gần giá trị nào nhất sau đây? A. 1,4.B. 1,5.C. 1,7.D. 1,8. Câu 7. Một lăng kính có tiết diện vuông góc là một tam giác đều ABC. Một chùm tia sáng đơn sắc hẹp SI được chiếu tới mặt AB trong mặt phẳng của tiết diện vuông góc và theo phương vuông góc với đường cao AH của ABC. Chùm tia ló khỏi mặt AC theo phương sát với mặt này. Chiết suất của lăng kính gần giá trị nào nhất sau đây? A. 1,4.B. 1,5.C. 1,7.D. 1,8.
8. Câu 8. Cho một lăng kính có chiết suất 1,5 đặt trong không khí, tiết diện thẳng là một tam giác đều ABC. Trong mặt phẳng ABC, chiếu tới trung điểm của AB một chùm sáng hẹp, song song với góc tới 35°. Tia ló ra khỏi lăng kính lệch so với tia tới một góc gần giá trị nào nhất sau đây? A. 30°.B. 22,5°.C. 45°.D. 41°. Câu 9. Cho một lăng kính có chiết suất 1,5 đặt trong không khí, tiết diện thẳng là một tam giác đều ABC. Trong mặt phẳng ABC, chiếu tới trung điểm của AB một chùm sáng hẹp, song song với góc tới 17°. Tia ló ra khỏi lăng kính lệch so với tia tới một góc gần giá trị nào nhất sau đây? A. 95°.B. 22,5°.C. 45°.D. 90°. Câu 10. Cho một lăng kính có chiết suất 1,5 đặt trong không khí, tiết diện thẳng là một tam giác ABC, có góc A = 75° và góc B = 60°. Trong mặt phẳng ABC, chiếu tới trung điểm của AB một chùm sáng hẹp, song song với góc tới 32°. Tia ló ra khỏi lăng kính lệch so với tia tới một góc gần giá trị nào nhất sau đây? A. 30°.B. 75°.C. 78°.D. 90°. ĐÁP ÁN BÀI TOÁN TƯƠNG TỰ VÀ BIẾN TƯỚNG 1B 2D 3D 4B 5C 6C 7A 8D 9A 10C