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

Quan sát hình 40.2 và nêu nhận xét về đường truyền của tia sáng:

a) Từ S tới I (trong không khí)

b) Từ I tới K (trong nước).

c) Từ S đến mặt phân cách rồi tới K.

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên ta cần nắm các kí hiệu:

• I là điểm tới, SI là tia tới

• IK là tia khúc xạ

• Đường NN' vuông góc với mặt phẳng phân cách là pháp tuyến tại điểm tới 

• Góc SIN là góc tới ký hiệu là i

• Góc KIN' là góc khúc xạ ký hiệu là r

• Mặt phẳng chứa tia tới SI và pháp tuyến NN' là mặt phẳng tới

Hướng dẫn giải

a) Từ S tới I (trong không khí)

Từ S tới I (trong không khí), ánh sáng truyền theo đường thẳng.

b) Từ I đến K (trong nước)

Từ I tới K (trong nước), ánh sáng truyền theo đường thẳng.

c) Từ S đến mặt phân cách rồi tới K

Từ S đến mặt phân cách, ánh sáng truyền thẳng, bị gãy khúc tại mặt phân cách, rồi lại truyền thẳng đến K.

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?

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên ta cần quan sát hình ảnh thí nghiệm về hiện tượng khúc xạ ánh sáng.

Hướng dẫn giải

• Trong thí nghiệm ở hình 40.2 sgk, tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới.
• Góc tới lớn hơn góc khúc xạ.

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên ta cần tiến hành thí nghiệm.

Hướng dẫn 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.

Kết luận trên còn đúng trong trường hợp tia sáng truyền từ nước sang không khí hay không? Đề xuất một phương án thí nghiệm để kiểm tra dự đoán đó?

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên ta cần nắm khi tia sáng truyền từ nước sang không khí thì:

• Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới
• Góc khúc xạ lớn hơn góc tới.

Hướng dẫn giải

• 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.
• 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.

Chứng minh rằng: Đường nối vị trí của ba ghim là đường truyền của tia sáng từ đỉnh ghim A tới mắt.

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên ta cần tiến hành thí nghiệm.

Hướng dẫn 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.

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

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.

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên ta cần nắm khi tia sáng truyền từ nước sang không khí thì:

• Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới
• Góc khúc xạ lớn hơn góc tới.

Hướng dẫn giải

• Đường truyền của tia sáng từ nước sang không khí bị khúc xạ tại mặt phân cách giữa nước và không khí.
• Trong trường hợp này, góc khúc xạ lớn hơn góc tới.

Phân biệt các hiện tượng khúc xạ và phản xạ ánh sáng

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên ta cần nắm lý thuyết vật lý về hiện tượng khúc xạ và phản xạ ánh sáng.

Hướng dẫn giải

• Giống nhau: Các tia sáng đều bị gãy khi truyền qua các môi trường.
• Khác nhau:

Giải thích hiện tượng nêu ra ở phần mở bài.

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên ta cần nắm khi tia sáng truyền từ không khí sang nước thì:

• Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới

• Góc khúc xạ nhỏ hơn góc tới.

Hướng dẫn giải

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

Giải thích: 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.

• Khi đổ nước đến một vị trí nào đó vào bát, giữ nguyên vị trí đặt mắt và đũa, ta lại nhìn thấy 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.