Mở đầu (trang 28) Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 5: Ánh sáng mặt trời khi chiếu tới Trái Đất không có khả năng làm cháy lá khô. Nhưng nếu ta dùng kính lúp tập trung ánh sáng tại một điểm (hình 5.1) thì có thể làm cháy lá khô. Trong trường hợp này, ánh sáng truyền qua kính lúp như thế nào?
Trả lời:
Trong trường hợp trên, ánh sáng truyền qua kính lúp cho tia ló hội tụ tại một điểm, làm năng lượng ánh sáng được tập trung mạnh mẽ và gây tăng nhiệt độ tại điểm tập trung, có thể đủ để làm cháy lá khô.
I. Thấu kính
1. Các loại thấu kính
Câu hỏi 1 (trang 28) Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 5: Kể một số thấu kính được sử dụng trong đời sống mà em biết.
Trả lời:
Một số thấu kính phổ biến được sử dụng trong đời sống hàng ngày:
+ Kính cận
+ Kính lão
+ Kính lúp
+ Kính hiển vi
+ Ống kính máy ảnh
+ Kính áp tròng
+ Kính mát
+ Kính hồng ngoại
+ Kính chống tia UV
Hoạt động Thực hành (trang 29) Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 5: Chuẩn bị
Đèn laser để tạo chùm tia sáng song song, bằng thép, thấu kính rìa mỏng và thấu kính rìa dày.
Tiến hành thí nghiệm và thảo luận
- Dùng đèn chiếu chùm tia sáng song song tới thấu kính rìa mỏng. Sau đó, dịch chuyển đèn tới các vị trí khác nhau, quan sát chùm tia ló ra từ thấu kính.
- Dùng hình vẽ mô tả hiện tượng xảy ra.
- Thay thấu kính rìa mỏng bằng thấu kính rìa dày và lặp lại các bước thí nghiệm trên.
Trả lời:
- Dùng đèn chiếu chùm tia sáng song song tới thấu kính rìa mỏng. Sau đó, dịch chuyển đèn tới các vị trí khác nhau, ta đều thu được chùm tia ló hội tụ tại một điểm.
- Dùng đèn chiếu chùm tia sáng song song tới thấu kính rìa dày. Sau đó, dịch chuyển đèn tới các vị trí khác nhau, ta đều thu được chùm tia ló loe rộng ra trên đường truyền.
Câu hỏi 2 (trang 29) Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 5: Ngoài cách phân loại thấu kính thành thấu kính rìa dày, dựa vào thí nghiệm, em có thể phân loại thấu kính theo cách nào?
Trả lời:
- Phân loại thành kính hội tụ và kính phân kỳ.
Luyện tập 1 (trang 29) Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 5: Theo em, kính lúp ở hình 5.1 là loại thấu kính nào?
Lời giải:
- Kính lúp ở hình 5.1 là thấu kính hội tụ.
- Vì kính lúp là thấu kính hội tụ, nên khi ánh sáng đi qua nó sẽ hội tụ tại 1 điểm và chiếu sáng lên một diện tích nhỏ hơn, làm tăng cường năng lượng tại điểm tập trung và tạo ra nhiệt độ cao hơn, từ đó có thể làm cháy lá khô.
Vận dụng (trang 29) Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 5: Tìm hiểu kính của bạn bị cận thị đang đeo và cho biết đó là loại thấu kính nào.
Lời giải:
- Bạn bị cận thị đang đeo thấu kính phân kì.
3. Trục kính và quang tâm của thấu kính
Câu hỏi 3 (trang 30) Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 5: Nêu cách xác định quang tâm và trục chính của thấu kính trên hình vẽ?
Trả lời:
- Quang tâm O của thấu kính là điểm mà mọi tia sáng đi qua đều truyền thẳng, không bị bẻ cong.
- Trục chính là đường thẳng đi qua quang tâm O và vuông góc với mặt phẳng của thấu kính.
II. Sự khúc xạ của một số tia sáng qua thấu kính
Hoạt động Thực hành (trang 31) Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 5: Chuẩn bị
Tiến hành thí nghiệm và thảo luận
- Vẽ một đường thẳng nằm ngang lên bảng, đặt thấu kính sao cho trục chính của thấu kính trùng với đường thẳng đó.
- Bật đèn, lần lượt chiếu tia tới theo các phương khác nhau đi qua quang tâm O của thấu kính (hình 5.8), quan sát tia ló.
- Dịch chuyển đèn để chiếu tia tới song song với trục chính của thấu kính, dùng bút đánh dấu vị trí cắt nhau của tia ló và trục chính trên bảng thép.
- Dịch chuyển đèn lên hoặc xuống một chút sao cho tia tới vẫn song song với trục chính của thấu kính, quan sát tia ló.
- Thay thấu kính hội tụ bằng thấu kính phân kì và lặp lại các bước thí nghiệm trên. Dùng bút đánh dấu vị trí cắt nhau giữa đường kéo dài của tia ló với trục chính.
- Dùng hình vẽ mô tả hiện tượng xảy ra và rút ra nhận xét về đường truyền của tia tới đi qua quang tâm thấu kính và tia tới song song với trục chính của thấu kính.
Trả lời:
- Đường truyền của tia sáng tới đi qua thấu kính hội tụ:
+ Tia sáng đi qua quang tâm cho tia ló truyền thẳng.
+ Tia sáng song song với trục chính cho tia ló đi qua tiêu điểm F’.
+ Tia sáng đi qua tiêu điểm F cho tia ló song song với trục chính.
- Đường truyền của tia sáng tới đi qua thấu kính phân kì:
+ Tia sáng song song với trục chính cho tia ló có đường kéo dài đi qua tiêu điểm F’.
+ Tia sáng đi qua quang tâm O cho tia ló truyền thẳng.
+ Tia sáng có đường kéo dài đi qua tiêu điểm F cho tia ló song song với trục chính.
- Nhận xét về đường truyền của tia tới đi qua quang tâm thấu kính và tia tới song song với trục chính của thấu kính:
+ Tia tới quang tâm O của thấu kính truyền thẳng.
+ Tia tới song song với trục chính của thấu kính thì tia ló đi qua tiêu điểm của thấu kính.
Tìm hiểu thêm (trang 31) Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 5: Tìm hiểu tiêu cự của thấu kính có phụ thuộc vào màu sắc ánh sáng không? Vì sao?
Lời giải:
- Do chiết suất của thấu kính phụ thuộc vào màu sắc ánh sáng nên tiêu cự f của thấu kính phụ thuộc vào màu sắc ánh sáng chiếu tới nó.
Luyện tập 2 (trang 31) Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 5: Vẽ vào vở đường đi của hai tia tới thấu kính hội tụ tương ứng với hai tia ló ở hình 5.10
Lời giải:
Luyện tập 3 (trang 32) Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 5: Hình 5.11 biểu diễn tia tới thấu kính được đặt trong hộp kín và tia ló tương ứng. Xác định loại thấu kính ở trong hộp kín và tiêu điểm của thấu kính đó.
Lời giải:
- Loại thấu kính ở trong hộp kín: Phân kỳ.
- Tiêu điểm của thấu kính: Nằm cùng phía với tia tới và các thấu kính bằng 1 khoảng tiêu cự
Tìm hiểu thêm (trang 32) Khoa học tự nhiên 9 Cánh Diều Bài 5: Để tạo ra chùm sáng có phạm vi rộng và có cường độ sáng tương đối ổn định trên toàn bộ bề rộng của chùm sáng, người ta đã chế tạo ra thấu kính Fresnel (hình 5.12). Thấu kính này có một số ưu điểm: bề mặt thấu kính rộng nhưng lại mỏng làm thấu kính có khối lượng nhỏ đồng thời làm giảm phần ánh sáng bị thấu kính hấp thụ. Thấu kính này được chế tạo từ những phần mặt cầu trong suốt được mô tả ở hình 5.13a. Thấu kính này có cùng tiêu cự với thấu kinh ở hình 5.13b nhưng mỏng hơn rất nhiều.
Em hãy tìm hiểu và giải thích sự khúc xạ của các tia sáng qua thấu kính này.
Lời giải:
- Khi ánh sáng chạm vào một bề mặt phẳng của thấu kính, nó sẽ bị khúc xạ, tức là thay đổi hướng di chuyển. Trong trường hợp của thấu kính Fresnel, bề mặt thấu kính được chia thành nhiều phần nhỏ có hình dạng như các răng cưa. Mỗi phần nhỏ này gây ra một lực khúc xạ nhỏ, và khi tổng hợp lại, chúng tạo ra một hình ảnh tương tự như thấu kính truyền thống. Điều đặc biệt là bề mặt của thấu kính Fresnel được thiết kế để giảm bớt độ dày của thấu kính mà vẫn giữ được các tính chất khúc xạ cần thiết. Bằng cách này, thấu kính Fresnel có thể tập trung ánh sáng giống như thấu kính thông thường mà không cần có một thấu kính dày và nặng. Nhờ vào cấu trúc đặc biệt này, thấu kính Fresnel không chỉ giúp giảm trọng lượng và kích thước của thấu kính mà còn giúp giảm lượng ánh sáng bị hấp thụ. Điều này làm cho chùm sáng trở nên rộng hơn và có cường độ sáng tương đối ổn định trên toàn bộ bề rộng của chùm sáng.