Bài 40. Hiện tượng khúc xạ ánh sáng

CHƯƠNG III: QUANG HỌC
* Hiện tượng khúc xạ là gì?
* Thấu kính hội tụ là gì? Thấu kính phân kì là gì?
* Các bộ phận chính của mắt là những gì?
* Tật cận thị là gì? Khắc phục nó như thế nào?
* Kính lúp dùng để làm gì?
* Phân tích ánh sáng trắng thành các ánh sáng màu như thế nào? Trộn các ánh sáng màu với nhau sẽ được ánh sáng màu gì?
* Tại sao các vật có màu sắc khác nhau?
* Ánh sáng có những tác dụng gì, có những ứng dụng gì?
Bài 40: HIỆN TƯỢNG KHÚC XẠ ÁNH SÁNG
Đặt mắt nhìn dọc theo một chiếc đũa thẳng từ đầu trên (hình 40.1a), ta không nhìn thấy đầu dưới của đũa. Giữ nguyên vị trí đặt mắt, đổ nước vào bát (hình 40.1b), liệu có nhìn thấy đầu dưới của đũa hay không?
NỘI DUNG BÀI HỌC
I. Hiện tượng khúc xạ ánh sáng.
1. Quan sát.
2. Kết luận.
3. Một vài khái niệm.
4. Thí nghiệm về sự khúc xạ của tia sáng khi truyền từ không khí sang nước.
5. Kết luận.
II. Sự khúc xạ của tia sáng khi truyền từ nước sang không khí.
III. Vận dụng.
I. Hiện tượng khúc xạ ánh sáng:
1. Quan sát:
Quan sát hình 40.2 và nêu nhận xét về đường truyền của tia sáng:
a) Từ S đến I ( trong không khí ).
b) Từ I đến K ( trong nước ).
c) Từ S đến mặt phân cách rồi đến K.
Nhận xét về đường truyền của tia sáng:
a) Từ S đến I (trong không khí): truyền thẳng.
b) Từ I đến K (trong nước): truyền thẳng.
c) Từ S đến mặt phân cách rồi đến K: Gãy khúc.
2. Kết luận:
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.
3. Một vài khái niệm:

Trên hình 40.2 người ta gọi:
- I là điểm tới, SI là tia tới.
- IK là tia khúc xạ.
- Đường NN` vuông góc với mặt phân cách là pháp tuyến tại điểm tới.
- Góc SIN là góc tới, kí hiệu là i.
- Góc KIN` là góc khúc xạ, kí hiệu là r.
- Mặt phẳng chứa tia tới SI và pháp tuyến NN` là mặt phẳng tới.
4. Thí nghiệm:

Quan sát đường truyền của một tia sáng từ không khí sang nước .
Bố trí thí nghiệm như hình 40.2.
Nhúng thẳng đứng một phần của miếng gỗ phẳng vào trong nước. Chiếu tia sáng là là trên mặt miếng gỗ tới mặt phân cách PQ tại điểm tới I.
C1. Hãy cho biết tia khúc xạ có nằm trong mặt phẳng tới không?
Góc tới và góc khúc xạ, góc nào lớn hơn?
C2. 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.
TRẢ LỜI C1:
Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới. Góc khúc xạ nhỏ hơn góc tới.
C2. 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.
TRẢ LỜI C2:
Phương án thí nghiệm:
Thay đổi hướng của tia tới, quan sát tia khúc xạ, độ lớn góc tới, góc khúc xạ.
5. Kết luận:

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.
C3. Hãy thể hiện kết luận trên bằng hình vẽ.
TRẢ LỜI C3:

II. Sự khúc xạ của tia sáng khi truyền từ nước sang không khí:
1. Dự đoán:
C4. Kết luận trên có 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.
TRẢ LỜI C4:
Phương án thí nghiệm kiểm tra dự đoán:
Để đáy bình lệch ra khỏi mặt bàn, đặt nguồn sáng ở ngoài bình, chiếu một tia sáng qua đáy bình vào nước rồi sang không khí.
2. Thí nghiệm kiểm tra:
Có thể dùng phương pháp che khuất để vẽ đường truyền của tia sáng từ nước sang không khí như hình 40.3, trong đó A và B là vị trí cắm hai đinh ghim trên phần miếng gỗ nhúng trong nước. Tìm vị trí đặt mắt để nhìn thấy đinh ghim B che khuất đinh ghim A. Đưa đinh ghim C tới vị trí sao cho nó che khuất đồng thời cả A và B.
Hình 40.3
Đường truyền của tia sáng từ nước sang không khí:

C5. Chứng minh rằng: Đường nối các vị trí của ba đinh ghim A, B, C là đường truyền của tia sáng từ đinh ghim A tới mắt.
Mắt chỉ nhìn thấy đinh ghim 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 A phát ra đã bị B che khuất, không 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 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.
TRẢ LỜI C5:
C6. Nhận xét về đường truyền của tia sáng, chỉ ra điểm tới, tia tới, tia khúc xạ, pháp tuyến tại điểm tới. So sánh độ lớn góc khúc xạ và góc tới.
TRẢ LỜI C6:
Đường truyền của tia sáng từ nước sang không khí bị khúc xạ tại mặt phân cách giữa nước và không khí.
B là điểm tới, AB là tia tới, BC là tia khúc xạ, NN`là pháp tuyến tại điểm tới.
Góc khúc xạ lớn hơn góc tới.
3. Kết luận:
Khi tia sáng truyền được từ nước sang không khí thì:
- Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới.
- Góc khúc xạ lớn hơn góc tới.


III. Vận dụng:
C7. Phân biệt các hiện tượng khúc xạ và phản xạ ánh sáng.
C8. Giải thích hiện tượng nêu ra ở phần mở bài.

Hiện tượng phản xạ ánh sáng
Hiện tượng khúc xạ ánh sáng
TRẢ LỜI C7:
Phân biệt hiện tượng khúc xạ và phản xạ ánh sáng:
C8. Giải thích hiện tượng nêu ra ở phần mở bài.
Đặt mắt nhìn dọc theo một chiếc đũa thẳng từ đầu trên (hình 40.1a), ta không nhìn thấy đầu dưới của đũa. Giữ nguyên vị trí đặt mắt, đổ nước vào bát (hình 40.1b), liệu có nhìn thấy đầu dưới của đũa hay không?
TRẢ LỜI C8:
Giải thích:
Khi chưa có nước trong bát, ánh sáng truyền theo đường thẳng nên ta không nhìn thấy đầu dưới của đũa vì bị đầu trên che khuất (đầu dưới, đầu trên của đũa và mắt nằm trên cùng một đường thẳng).
Khi đổ nước vào bát, do có hiện tượng khúc xạ ánh sáng, ánh sáng phát ra từ đầu dưới của đũa khúc xạ trong nước (theo đường gấp khúc) truyền đến được mắt ta nên mắt có thể nhìn thấy đầu dưới của đũa.
BÀI TẬP 1:
Câu nào dưới đây liệt kê đầy đủ những đặc điểm của hiện tượng khúc xạ ánh sáng?
A. Tia sáng là đường thẳng.
B. Tia sáng truyền từ môi trường trong suốt này sang môi trường trong suốt khác.
C. Tia sáng bị gãy khúc tại mặt phân cách giữa hai môi trường.
D. Tia sáng bị gãy khúc tại mặt phân cách giữa hai môi trường khi truyền từ môi trường trong suốt này sang môi trường trong suốt khác.


BÀI TẬP 2:
Trường hợp nào dưới đây tia sáng truyền tới mắt là tia khúc xạ?
A. Khi ta ngắm một bông hoa trước mắt.
B. Khi ta soi gương.
C. Khi ta quan sát một con cá vàng đang bơi trong bể cá cảnh.
D. Khi ta xem chiếu bóng.
BÀI TẬP 3:
Khi tia sáng truyền từ không khí vào nước, gọi i và r là góc tới và góc khúc xạ. Kết luận nào sau đây luôn luôn đúng?
A. i > r.
B. i < r.
C. i = r.
D. i = 2r.
BÀI TẬP 4:
Một tia sáng đèn pin được rọi từ không khí vào một xô nước trong. Tại đâu sẽ xảy ra hiện tượng khúc xạ ánh sáng?
A. Trên đường truyền trong không khí.
B. Ta�i mặt phân cách giữa không khí và nước.
C. Trên đường truyền trong nước.
D. Tại đáy xô nước.
BÀI TẬP 5:
Từ hình vẽ, hãy cho biết phát biểu nào sao đây là không chính xác?
A. SI là tia tới, IK là tia khúc xạ, NN` là pháp tuyến.
B. SI là tia khúc xạ, IK là tia tới, NN` là pháp tuyến.
C. Góc SIN là góc tới.
D. Góc KIN` là góc khúc xạ.
GHI NHỚ:
* Hiện tượng tia sáng truyền từ môi truyền 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.
* Khi tia sáng truyền từ không khí sang nước, góc khúc xạ nhỏ hơn góc tới.
* Khi tia sáng truyền được từ nước sang không khí, góc khúc xạ lớn hơn góc tới.
HƯỚNG DẪN VỀ NHÀ:
* Học thuộc nội dung bài.
* Hoàn thành các câu C vào vở: từ C1 đến C8.
* Làm các bài tập trong sách bài tập.
* Chuẩn bị bài mới:
Bài 41: " QUAN HỆ GIỮA GÓC TỚI VÀ GÓC KHÚC XẠ ".