Hiện tượng khúc xạ ánh sáng

Chương III. QUANG HỌC

Bài 40. HIỆN TƯỢNG KHÚC XẠ ÁNH SÁNG

A- KIẾN THỨC TRỌNG TÂM

1. Hiện tượng khúc xạ ánh sáng

Hiện tượng tia sáng truyền từ môi trường trong suốt này sang môi trường trong suốt khác bị gãy khúc tại mặt phân cách giữa hai môi trường, được gọi là hiện tượng khúc xạ ánh sáng.

a) Khi chiếu một tia sáng từ không khí đến mặt nước (Hình 40.1a) thì góc tới lớn hơn góc khúc xạ:

i > r;

b) Khi chiếu một tia sáng từ trong nước đến mặt nước (Hình 40.1b) thì góc tới nhỏ hơn góc khúc xạ: i < r;

2. Chú ý: Qua con mắt của chúng ta thì đáy hồ, ao, sông ngòi, suối, bể bơi, bể chứa nước... nông hơn gần 1/3 độ sâu thực của nó. Nếu tin vào độ sâu nhìn thấy đó có thể sẽ gặp nguy hiểm.

B - HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI TRONG SGK VÀ GIẢI BÀI TẬP TRONG SBT

C1. Khi tia sáng đi từ không khí sang nước thì:

- Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới.

- Góc khúc xạ nhỏ hơn góc tới (r < i).

C2. Có thể thay miếng gỗ trong thí nghiệm bằng một tấm nhựa có bản lề để có thể thay đổi được 1/2 mặt phẳng tới.

- Chiếu tia sáng là là trên mặt tấm nhựa đến mặt nước, tia khúc xạ nằm trên tấm nhựa ; góc khúc xạ nhỏ hơn góc tới.

- Thay đổi hướng của tia tới, góc tới tăng (hoặc giảm), góc khúc xạ cũng tăng hoặc giảm nhưng góc khúc xạ vẫn nhỏ hơn góc tới.

- Thay đổi hướng của 1/2 mặt phẳng tới (tấm nhựa) có chứa tia khúc xạ, khi đó tia khúc xạ không nằm trong 1/2 tấm nhựa đó nữa.

C3. Biểu diễn kết luận trong C1 (giống hình 40.1a):

- Tia khúc xạ KI nằm trong mặt phẳng tới.

- Góc KIN' < góc SIN (r < i).

C4. Kết luận trên vẫn đúng khi tia sáng truyền từ nước sang không khí. Phương án thí nghiệm kiểm tra:

Phương án 1: Đặt nguồn sáng dưới đáy bình nước, chiếu tia sáng từ trong nước sang không khí.

Phương án 2 : Đặt đáy bình nước lệch ra khỏi bàn, đặt nguồn sáng sát vào đáy bình, chiếu một tia sáng qua đáy bình, vào nước rồi sang không khí.

Tiến hành các bước thí nghiệm như khi chiếu tia sáng từ không khí sang nước.

C5. Đường nối các vị trí của ba đinh ghim A, B, C chính là đường truyền của tia sáng từ đinh ghim A tới mắt vì:

Mắt chỉ nhìn thấy A khi ánh sáng từ A phát ra truyền được đến mắt. Khi mắt chỉ nhìn thấy B mà không thấy A có nghĩa là ánh sáng từ B phát ra đã bị B che khuất, không đến được mắt. Khi mắt chỉ nhìn thấy C mà không thấy A, B có nghĩa là ánh sáng từ A, B phát ra đã bị C che khuất không đến được mắt. Khi bỏ B, C đi thì ta lại nhìn thấy A có nghĩa là ánh sáng từ A phát ra đã truyền qua nước và không khí đến được mắt. Vậy đường nối vị trí của ba đinh ghim A, B, C biểu diễn đường truyền của tia sáng từ A ở trong nước tới mặt phân cách giữa nước và không khí rồi đến mắt.

C6. Nhận xét : Khi tia sáng truyền từ nước sang không khí, nó bị gãy khúc ngay tại mặt phân cách giữa hai môi trường (Hình 40.2).

- B: là điểm tới ; AB biểu diễn tia tới ; BC biểu diễn tia khúc xạ ; BN là pháp tuyến ;

- Góc ABN là góc tới ; góc N'BC là góc khúc xạ;

- Góc khúc xạ lớn hơn góc tới.

C7. Phân biệt hiện tượng khúc xạ và phản xạ ánh sáng :

C8. Khi đặt mắt nhìn dọc theo một chiếc đũa thẳng từ đầu trên (Hình 40.1a SGK), ta không nhìn thấy đầu dưới của chiếc đũa vì tất cả các điểm trên chiếc đũa nằm trên cùng một đường thẳng. Ánh sáng từ đầu dưới của chiếc đũa bị các điểm phía trên che khuất không đến được mắt nên ta không nhìn thấy. Giữ nguyên vị trí đặt mắt, đổ nước vào bát (Hình 40.1b SGK) ta sẽ nhìn thấy đầu dưới chiếc đũa vì: Khi đổ nước vào bát đến một vị trí nào đó, ánh sáng từ đầu dưới chiếc đũa truyền từ nước sang không khí bị gãy khúc (hiện tượng khúc xạ) vì vậy nó đến được mắt ta. Hình 40.3 cho thấy không có tia sáng nào đi thẳng từ A đến mắt mà nó đi từ A → I → M.

40-41.1. Cách vẽ ở hình 40 – 41.1D biểu diễn đúng hiện tượng khúc xạ của tia sáng khi đi từ không khí vào nước vì khi tia sáng đi từ không khí vào nước sẽ bị gãy khúc tại mặt phân cách giữa hai môi trường, khi đó góc khúc xạ nhỏ hơn góc tới.

40-41.2. a - 5; b - 3; c - 1; d - 2; e - 4.

40-41.3. Hình 40.4.

a) Nếu dùng một que thẳng, dài xuyên qua ống thì đầu que không thể chạm vào viên sỏi được vì viên sỏi không nằm trên đường thẳng của que.

b) Nối vị trí viên sỏi S với điểm I (I là điểm tới), ta có SI là tia tới. Nối I với M, ta có IM là tia khúc xạ đến mắt.

Vậy đường truyền tia sáng từ viên sỏi đến mắt là S → I → M.

40-41.4. D.

40-41.5. C.

40-41.6. B.

40-41.7. C.

40-41.8. C.

C- BÀI TẬP BỔ SUNG

40a. Hình 40.5 cho biết đường đi của ba tia sáng truyền từ nước ra không khí. Hãy cho biết các tia tới 1, 2, 3 ứng với các tia khúc xạ nào? Vì sao?

40b. Hình 40.6 mô tả đường đi của một tia sáng truyền từ nước ra không khí. Trường hợp nào dưới đây mô tả đúng quan hệ giữa góc tới và góc khúc xạ trong trường hợp này?

40c. Đặt một ống rỗng, thẳng, nhỏ, xiên góc vào một chiếc cốc thuỷ tinh như hình 40.7. Khi chưa đổ nước vào cốc, nếu nhìn dọc theo lòng ống, ta nhìn thấy điểm A ở đáy cốc. Giữ nguyên vị trí đặt mắt và ống, đổ nước vào đầy cốc, ta còn nhìn thấy điểm A nữa không ? Hãy dự đoán và giải thích hiện tượng xảy ra.

HƯỚNG DẪN GIẢI

40a. - Tia tới 1 ứng với tia khúc xạ 6 vì tia đi trùng với pháp tuyến sẽ truyền thẳng, góc i = r = 0°

- Tia tới 2 ứng với tia khúc xạ 5 vì khi truyền từ nước ra không khí, góc i < r.

- Tia tới 3 ứng với tia khúc xạ 4.

40b. Trường hợp C mô tả đúng quan hệ giữa góc tới và góc khúc xạ khi tia sáng đi từ nước ra không khí.

40c. Khi chưa đổ nước vào cốc, tia sáng từ A phát ra sẽ truyền thẳng dọc theo ống đến mắt nên ta nhìn thấy A.

Khi đổ đầy nước vào cốc, nước sẽ tràn vào trong ống. Khi đó vẫn có tia từ A phát ra, nó truyền dọc theo thành ống ở trong nước tới mặt phân cách giữa nước và không khí thì bị khúc xạ rồi đi ra không khí ở trong ống theo hướng khác, đập vào thành ống nên không đến được mắt. Vì vậy nhìn dọc theo ống, ta không thể nhìn thấy điểm A.