Bài 9 trang 173 SGK Vật lí 11

Đề bài

Một sợi quang hình trụ, lõi có chiết suất n₁ = 1,50. Phần vỏ bọc có chiết suất n₂ = 1,41≈ √2 . Chùm tia tới hội tụ ở mặt trước của sợi với góc 2α như Hình 27.12. Xác định α để các tia sáng của chùm truyền đi được trong ống.

Hướng dẫn giải

+ Công thức định luật khúc xạ ánh sáng: n₁sini = n₂sinr

+ Điều kiện để có phản xạ toàn phần: 

\(\left\{ \matrix{
{n_2} < {n_1} \hfill \cr 
i \ge {i_{gh}} \hfill \cr} \right.;\left( {\sin {i_{gh}} = {{{n_2}} \over {{n_1}}}} \right)\)

Lời giải chi tiết

+ Điều kiện để các tia sáng trong chùm đều truyền đi được trong ống là phải thỏa mãn điều kiện phản xạ toàn phần tại mặt phân cách của phần lõi và phần vỏ bọc của nó.

+ Từ hình vẽ, ta có điều kiện phản xạ toàn phần tại I' là: \(i \ge {i_{gh}} \Rightarrow \sin i \ge \sin {i_{gh}} = {{{n_2}} \over {{n_1}}}\)

+ Lại có: \(\beta  = {90^0} - i \Rightarrow c{\rm{os}}\beta  = \sin i \ge {{{n_2}} \over {{n_1}}}\)

+ Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng tại I: 

\(\eqalign{
& \sin \alpha = {n_1}\sin \beta \cr&\;\;\;\;\;\;\;\;= {n_1}\sqrt {1 - c{\rm{o}}{{\rm{s}}^2}\beta } \le {n_1}\sqrt {1 - {{\left( {{{{n_2}} \over {{n_1}}}} \right)}^2}} \cr
& \Rightarrow \sin \alpha \le 1,5\sqrt {1 - {{\left( {{{\sqrt 2 } \over {1,5}}} \right)}^2}}\cr& \Rightarrow \sin \alpha \le 0,5 \Rightarrow \alpha \le {30^0} \cr} \).