Giải SGK Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 3: Khúc xạ ánh sáng và phản xạ toàn phần

Hoạt động Mở đầu (trang 19) Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 3: Quan sát chiếc đũa được nhúng trong một hộp đựng nước ở hình 3.1, ta thấy chiếc đũa như bị gãy tại mặt phân cách giữa nước và không khí. Vì sao lại xảy ra hiện tượng như vậy?

Trả lời:

- Xảy ra hiện tượng như trên là do sự khúc xạ ánh sáng. Tia sáng khi đi từ môi trường không khí sang môi trường nước bị gãy khúc (bị lệch khỏi phương truyền ban đầu) tại mặt phân cách giữa hai môi trường.

I. Hiện tượng khúc xạ ánh sáng

Câu hỏi 1 (trang 19) Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 3: Nêu một số cách để quan sát đường tia sáng trong các môi trường trong suốt mà em biết.

- Góc giới hạn $sini_{th}=\frac{n_{2}}{n_{1}}=\frac{1}{1,33}\approx 0,75\Rightarrow i_{th}=arcsin(0,75)\approx 48^{o}35'$

- Thực hiện thí nghiệm kiểm tra điều kiện để xảy ra phản xạ toàn phần với hai môi trường nước và không khí:

+ Truyền từ môi trường nước sang môi trường không khí

+ Góc tới bằng hoặc lớn hơn góc 48∘35′

Luyện tập 4 (trang 23) Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 3: Khi ta quan sát một vật ở dưới đáy bể nước (hình 3.8), ta có cảm giác vật và đáy bể ở gần mặt nước hơn so với thực tế. Em hãy giải thích hiện tượng này.

Lời giải:

- Vì khi tia sáng đi từ không khí sang nước, tại mặt phân cách giữa hai môi trường xảy ra hiện tượng khúc xạ ánh sáng, chiết suất của nước lớn hơn chiết suất của không khí nên tia khúc xạ trong môi trường nước gần pháp tuyến hơn so với tia tới, do đó đường kéo dài của tia tới trong môi trường nước được nâng lên cao hơn, cắt với đường vuông góc với mặt phân cách và đi qua vị trí vật thật tại điểm gần mặt nước hơn.

- Do vậy, khi ta quan sát một vật ở dưới đáy bể nước (hình 3.8), ta có cảm giác vật và đáy bể ở gần mặt nước hơn so với thực tế.

Vận dụng 1 (trang 23) Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 3: Khi người thợ lặn ở dưới nước nhìn lên trên chỉ thấy có một vùng hình tròn sáng ở mặt nước, phía ngoài vùng đó bị tối đen mặc dù bên trên không có vật che sáng (hình 3.9). Em hãy giải thích hiện tượng này.

Lời giải:

- Hiện tượng được mô tả trong câu hỏi thường xuất hiện ở các bể bơi hoặc các vùng nước lớn và được gọi là "halo solaris" hoặc "halo de lighting". Đây là hiện tượng mà khi người đang lặn dưới nước nhìn lên mặt nước, họ sẽ thấy một vùng tròn nhỏ với ánh sáng tăng cao, trong khi phía ngoài vùng đó là tối đen.

- Hiện tượng này xuất phát từ việc ánh sáng gương mắt của người lặn gây ra một điểm sáng trung tâm, và nhờ tác dụng từng bức xạ của ánh sáng trong suốt nước, mà ta có thể thấy được một halo sáng xung quanh điểm sáng đó. Nhờ vào tốc độ tăng nhanh chóng và tăng dần của tối đen khi cách xa điểm sáng, chúng ta không thể nhận thụ được đủ sự tăng cao của ánh sáng và chỉ thấy được một vùng tròn sáng và phía ngoài tối đen.

Vận dụng 2 (trang 23) Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 3: Sợi quang được ứng dụng trong nội soi, trang trí, truyền thông tin,... Sợi quang có thể cho ánh sáng đi từ đầu này đến đầu bên kia mà hầu như không giảm cường độ sáng. Tính chất này có được là do khi tia sáng truyền trong sợi quang nếu gặp lớp vỏ sẽ bị phản xạ toàn phần (hình 3.10). Nếu phần lõi sợi quang có chiết suất n₁, và lớp vỏ có chiết suất n₂ thì các chiết suất này phải có đặc điểm gì?

Lời giải:

- Phản xạ toàn phần xảy ở mặt phân cách giữa lõi và vỏ làm cho ánh sáng truyền đi được theo sợi quang. Vì vậy, phần vỏ bọc cũng trong suốt, bằng thủy tinh có chiết suất n2 nhỏ hơn phần lõi.