Góc giới hạn toàn phần

Khái niệm: 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.

Khi có phản xạ toàn phần thì không còn tia khúc xạ.

Chú thích: 

$i_{gh}$: góc giới hạn của phản xạ toàn phần 

$n_1$: chiết suất của môi trường (1) chứa tia tới 

$n_2$: chiết suất của môi trường (2) chứa tia khúc xạ

Ứng dụng của hiện tượng phản xạ toàn phần:

- Hiện tượng phản xạ toàn phần được ứng dụng làm cáp quang dùng truyền thông tin và nội soi trong y học.

+ Cáp quang: Là bó sợi quang.

+ Sợi quang: Cấu tạo: Gồm 2 phần chính.

$·$ Phần lõi: Bằng thủy tinh hoặc chất dẻo trong suốt có chiết suất $n_1$.

$·$ Phần vỏ bao quanh có chiết suất $n_2 (n_2<n_1)$.

- Ưu điểm của cáp quang:

+ Truyền được dung lượng tín hiệu lớn, nhỏ, nhẹ dễ vận chuyển và dễ uốn.

+ Ít bị nhiễu bởi trường điện từ ngoài, bảo mật tốt.

Điều kiện có phản xạ toàn phần

a/Phát biểu: Để có phản xạ toàn phần thì phải thỏa mãn được hai điều kiện.

- Ánh sáng truyền từ một môi trường tới môi trường chiết quang kém hơn.

- Góc tới lớn hơn hoặc bằng góc giới hạn.

b/Điều kiện: $\left\{\begin{array}{l}{n}_1>n_2\\ i\ge i_{gh}\end{array}\right.$

Chú thích

$n_1$: chiết suất môi trường tới (1)

$n_2$: chiết suất của môi trường lúc sau (2)  ( ánh sáng được truyền ánh sáng từ môi trường truyền (1) )

$i$: góc tới

$i_{gh}$: góc giới hạn của phản xạ toàn phần

c/Ứng dụng: cáp quang dùng trong truyền thông tin liên lạc, ống nội soi dùng trong y tế, ...

Bước 1: Xác định góc $r\text{'}$ của ánh sáng có chiết suất n trong lăng kính

Bước 2 : Xác định góc giới hạn của ánh sáng chiết suất n 

$i_{gh}$với ánh sáng có chiết suất n $i_{gh}=arc\sin \left(\frac{1}{n}\right)$

$r\text{'}<i_{gh}$ : Ánh sáng n bị ló

$r\text{'}>i_{gh}$: Ánh sáng n bị ló ra ngoài

$r\text{'}=i_{gh}$: Tia ló đi theo mặt phân cách

Bước 3: So sánh chiết suất của các màu

$n_{tím}>...>n>...>n_{đỏ}$

$\Rightarrow {i_{gh}}_{tím}<...<i_{gh}<...<{i_{gh}}_{đỏ}$

Ánh sáng có chiết suất từ : $n_{tím}\to n$ sẽ bị phản xạ

Ánh sáng có chiết suất từ : $n\to n_{đỏ}$ sẽ bị ló

Chứng minh ta có : $n_{đỏ}<...<n_{tím}$ $\Rightarrow i_{g{h}_{đỏ}}>..>i_{g{h}_{tím}}$

Vậy ánh sáng sẽ bị phản xạ hết $i>i_{g{h}_{đỏ}}$

Ban đầu cho góc tới i và chiết suất của các ánh sáng đơn sắc :$n_1 ; n_2;n_3$

Xác định chiết suất của ánh sáng bị phản xạ với góc tới i

$$\begin{gathered} \sin \left(i_{gh}\right)=\sin \left(i\right)=\frac{1}{n} \\ \Rightarrow n=\frac{1}{\sin \left(i\right)} \end{gathered}$$

Khi có ánh sáng đơn sắc 

$$\begin{gathered} n_1>n \\ \Rightarrow i_{g{h}_1}<i_{gh} \end{gathered}$$

Khi đó ánh sáng $n_1$ bị phản xạ

Khi có ánh sáng đơn sắc 

$$\begin{gathered} n_2<n \\ \Rightarrow i_{g{h}_2}>i_{gh} \end{gathered}$$

Khi đó ánh sáng $n_2$ bị ló

Gỉa sử ánh sáng ở mặt phân cách có chiết suất n:

$i_{gh }=arc\sin \left(\frac{1}{n}\right)$

Ta lại có : $n_{đỏ}<n<n_{tím}$

$\Rightarrow i_{g{h}_{đỏ}}>i_{gh}>i_{g{h}_{tím}}$

Vậy ánh sáng có chiết suất từ n đến $n_{tím}$ bị phản xạ

ánh sáng có chiết suất từ $n_{đỏ}$ đến trước ánh sáng n  bị phản xạ