Giải bài tập Vật lí 9 Bài 40: Hiện tượng khúc xạ ánh sáng

Trả lời câu hỏi giữa bài

Bài C1 trang 109 SGK Vật lí 9: Hình 40.2. Hãy cho biết tia khúc xạ có nằm trong mặt phẳng tới không?

Góc tới và góc khúc xạ, góc nào lớn hơn?

Lời giải 

   - Trong thí nghiệm ở hình 40.2 sgk, tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới.

   - Góc tới lớn hơn góc khúc xạ.

Bài C2 trang 109 SGK Vật lí 9: Hãy đề xuất phương án thí nghiệm để kiểm tra xem những nhận xét trên có còn đúng khi thay đổi góc tới hay không?

Lời giải 

   - Muốn biết những điều trên còn đúng hay không khi ta thay đổi góc tới thì phải thay đổi hướng của tia tới, quan sát tia khúc xạ, độ lớn góc khúc xạ, độ lớn góc tới.

Bài C3 trang 109 SGK Vật lí 9: Hãy thể hiện kết luận trên bằng hình vẽ.

Lời giải 

   - SI là tia tới ứng với góc tới i

   - IK là tia khúc xạ ứng với góc khúc xạ r.

Bài C4 trang 109 SGK Vật lí 9: Kết luận trên còn đúng trong trường hợp tia sang truyền từ nước sang không khí hay không? Đề xuất một phương án thí nghiệm để kiểm tra dự đoán đó?

Lời giải 

   - Dự đoán: Vì ánh sáng có thể truyền ngược lại nên khi ánh sáng truyền từ nước sang không khí chưa chắc góc tới đã lớn hơn góc khúc xạ.

   - Thí nghiệm kiểm tra: Có thể làm theo cách sau để chiếu tia sáng từ nước sang không khí: Đặt nguồn sáng (đèn) ở đáy bình nước, hoặc đặt đáy bình lệch ra khỏi mặt bàn, đặt nguồn sáng ở ngoài bình, chiếu tia sáng qua đáy bình vào nước rồi sang không khí. Khi đó nhận xét về đường truyền của tia sáng, góc tới và góc khúc xạ.

Bài C5 trang 110 SGK Vật lí 9: Chứng minh rằng: Đường nối vị trí của ba ghim là đường truyền của tia sang từ đỉnh ghim A tới mắt.

Lời giải 

   - Mắt chỉ nhìn thấy A khi ánh sáng từ A phát ra truyền được vào mắt.

   - Khi mắt chỉ nhìn thấy B mà không nhìn thấy A có nghĩa là ánh sáng từ A phát ra đã bị B che khuất, không truyền đến được mắt.

   - Khi mắt chỉ nhìn thấy C mà không nhìn thấy A, B có nghĩa là ánh sáng từ A, B phát ra bị C che khuất không đến được mắt.

   - Khi bỏ qua B, C đi ta lại nhìn thấy A có nghĩa là ánh sáng từ A phát ra đã truyền qua nước và không khí đến được mắt ta.

 Vây đường nối các vị trí của ba đỉnh ghim A, B, C biểu diễn đường truyền của tia sáng từ đinh ghim A ở trong nước đến mặt phân cạch giữa nước và không khí, rồi tới mắt

Bài C6 trang 110 SGK Vật lí 9: Nhận xét đường truyền của tia sáng, chỉ ra điểm tới, tia tới, tia khúc xạ, vẽ pháp tuyến tại điểm tới. So sánh độ lớn của góc khúc xạ và góc tới.

Lời giải

Khi tia sáng truyền từ nước ra không khí:

   + Đường truyền của tia sáng từ nước sang không khí bị khúc xạ tại mặt phân cách giữa nước và không khí.

   + I là điểm tới, SI là tia tới, IS' là tia khúc xạ

   + NN' là pháp tuyến tại điểm tới I

   + Góc khúc xạ lớn hơn góc tới (r > i)

Bài C7 trang 110 SGK Vật lí 9: Phân biệt các hiện tượng khúc xạ và phản xạ ánh sáng

Lời giải 

   + Giống nhau: Cả hai hiện tượng tia sáng đều bị gãy khúc

   + Khác nhau:

Bài C8 trang 110 SGK Vật lí 9: Giải thích hiện tượng nêu ra ở phần mở bài.

Lời giải 

   + Khi chưa đổ nước vào bát, ta không nhìn thấy đầu dưới (A) của chiếc đũa.

   + Trong không khí, ánh sáng chỉ có thể đi theo đường thẳng từ A đến mắt. Nhưng những điểm trên chiếc đũa thẳng đã chắn mất đường truyền đó nên tia sáng này không đến được mắt.

   + Giữ nguyên vị trí đặt mắt và đũa. Đổ nước vào bát tới một vị trí nào đó, ta lại nhìn thấy A vì: Ánh sáng từ A (ở dưới nước) truyền đến mặt phân cách bị khúc xạ ra ngoài không khí truyền đến mắt

   => Ta nhìn thấy đầu dưới của đũa là điểm A

   + Hình vẽ trên cho thấy không có tia sáng đi theo đường thẳng nối A với mắt. Một tia sáng AI đến mặt nước, bị khúc xạ đi được tới mắt nên ta nhìn thấy A. Thực ra người quan sát không nhìn thấy được đầu đũa A mà nhìn thấy ảnh của đầu đũa qua hiện tượng khúc xạ ánh sáng.

Lý thuyết hiện tượng khúc xạ ánh sáng

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

   + $I$ - điểm tới, $SI$ - tia tới

   + $IK$ - tia khúc xạ

   + Đường $N{N}^{\prime }$ vuông góc với mặt phân cách là pháp tuyến tại điểm tới

   + $\widehat{SIK}$ - góc tới, kí hiệu là $i$

   + $\widehat{KI{N}^{\prime }}$ - góc khúc xạ, kí hiệu là $r$

   + Mặt phẳng chứa tia tới $SI$ và pháp tuyến $N{N}^{\prime }$ là mặt phẳng tới

2. Sự khúc xạ của tia sáng khi truyền từ nước sang không khí và ngược lại

   - Khi tia sáng truyền từ không khí sang nước:

     + Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới

     + Góc khúc xạ nhỏ hơn góc tới

   - Khi tia sáng truyền được từ nước sang không khí

     + Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới

     + Góc khúc xạ lớn hơn góc tới.

Sơ đồ tư duy về hiện tượng khúc xạ ánh sáng

STEM - Thấu kính thần kì khi nhìn qua cốc nước

1. Mục tiêu

   - Giải thích được nguyên tắc mũi tên đảo chiều

   - Thực hiện được thí nghiệm

2. Nguyên liệu

   - 1 cốc thủy tinh trong suốt

   - 1 chai nước sạch

   - 1 bản vẽ mũi tên có màu

3. Cách thực hiện

   Bước 1: Đặt bản vẽ sau cốc thủy tinh

   Bước 2: Rót nước từ từ vào cốc nước, quan sát hiện tượng

4. Hiện tượng và giải thích hiện tượng

a. Hiện tượng

   - Mũi tên bị đảo chiều khi đi qua cốc nước

b. Giải thích hiện tượng

   - Một tia sáng khi đi qua không khí, thủy tinh, nước, tiếp tục đi qua thủy tinh, và trở lại. Mỗi lần ánh sáng đi qua một môi trường này đến một môi trường khác, nó khúc xạ.

   - Sự thay đổi hướng truyền ánh sáng khi đi qua mặt phân cách giữa hai môi trường gọi gọi là khúc xạ ánh sáng

   - Cốc thủy tinh chứa nước hoạt động như một thấu kính. Vượt qua nó, các tia sáng hội tụ tại một điểm, sau đó phân kì

   - Điểm mà tại đó các tia sáng hội tụ gọi là tiêu điểm. Bên ngoài tiêu điểm, hình ảnh đảo chiều bởi các tia sáng đổi hướn