Đề bài

Một ngọn đèn nhỏ \(S\) đặt ở đáy một bể nước \(\left( {n = \frac{4}{3}} \right)\), độ cao mực nước \(h = 60\,\,\left( {cm} \right)\). Bán kính \(r\) bé nhất của tấm gỗ tròn nổi trên mặt nước sao cho không một tia sáng nào từ \(S\) lọt ra ngoài không khí là:

  • A.

    \(r = 49\,\,\left( {cm} \right)\).

  • B.

    \(r = 53\,\,\left( {cm} \right)\).

  • C.

    \(r = 68\,\,\left( {cm} \right)\).

  • D.

    \(r = 51\,\,\left( {cm} \right)\).

Phương pháp giải

Để không có tia sáng ra ngoài không khí, tia sáng bị phản xạ toàn phần

Điều kiện góc tới để có phản xạ toàn phần: \(i \ge {i_{gh}}\) với \(\sin {i_{gh}} = \frac{{{n_2}}}{{{n_1}}}\)

Lời giải của GV Loigiaihay.com

Để không có tia sáng ra ngoài không khí, tia sáng bị phản xạ toàn phần tại mặt phân cách.

Để xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần, ta có:

\(\sin i \ge \sin {i_{gh}} \Rightarrow \sin i \ge \frac{1}{n}\)

Lại có: \(\sin i = \frac{r}{{\sqrt {{r^2} + {h^2}} }} = \frac{1}{{\sqrt {1 + \frac{{{h^2}}}{{{r^2}}}} }}\)

\(\begin{array}{l} \Rightarrow \frac{1}{{\sqrt {1 + \frac{{{h^2}}}{{{r^2}}}} }} \ge \frac{1}{n} \Rightarrow \sqrt {1 + \frac{{{h^2}}}{{{r^2}}}}  \le n \Rightarrow 1 + \frac{{{h^2}}}{{{r^2}}} \le {n^2} \Rightarrow \frac{{{h^2}}}{{{r^2}}} \le {n^2} - 1\\ \Rightarrow \frac{h}{r} \le \sqrt {{n^2} - 1}  \Rightarrow r \ge \frac{h}{{\sqrt {{n^2} - 1} }} \Rightarrow {r_{\min }} = \frac{h}{{\sqrt {{n^2} - 1} }} = \frac{{60}}{{\sqrt {{{\left( {\frac{4}{3}} \right)}^2} - 1} }} \approx 68\,\,\left( {cm} \right)\end{array}\)

Đáp án : C