Giải SGK Khoa học tự nhiên 9 Cánh diều Bài 3: Khúc xạ ánh sáng và phản xạ toàn phần có đáp án

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?

Nêu một số cách để quan sát đường đi tia sáng trong các môi trường trong suốt mà em biết.

Bản bán trụ bằng thủy tinh và đèn laser được gắn trên bảng thép (hình 3.2).

Tiến hành thí nghiệm và thảo luận

- Lắp đặt dụng cụ như hình 3.2.

- Bật đèn để chiếu tia sáng tới bản bán trụ. Dịch chuyển vị trí của đèn chiếu để chiếu tia sáng tới một số vị trí khác của bản bán trụ.

- Quan sát và mô tả bằng hình vẽ đường truyền của tia sáng khi đi từ không khí vào bản bán trụ. Rút ra nhận xét.

Mô tả và giải thích đường đi của tia sáng trong hình 3.3.

Nêu thêm một số hiện tượng khúc xạ ánh sáng trong đời sống.

Trong bảng 3.1, tốc độ ánh sáng truyền trong môi trường nào là nhỏ nhất? Từ đó, cho biết chiết suất môi trường nào là lớn nhất.

Tính chiết suất của môi trường không khí ở 0 °C và 1 atm?

Tính chiết suất của mỗi loại thuỷ tinh.

Chuẩn bị

Bản bán trụ bằng thủy tinh, đèn laser, bảng thép có gắn thước đo góc.

Tiến hành thí nghiệm và thảo luận

- Lắp đặt dụng cụ và bật đèn chiếu tia sáng tới bản bán trụ như hình 3.5.

- Điều chỉnh đèn chiếu để góc tới bằng 0⁰, xác định góc khúc xạ tương ứng, ghi lại kết quả theo mẫu bảng 3.2.

- Thay đổi góc tới i, xác định góc khúc xạ r và ghi lại số liệu theo mẫu bảng 3.2.

- Tính tỉ số ir và sin isin​ r.

- Từ số liệu thu được trong thí nghiệm, rút ra nhận xét về mối liên hệ giữa góc tới và góc khúc xạ.

- Nhận xét về tỉ số sin isin​ rvà so sánh tỉ số này với tỉ số chiết suất hai môi trường.

Với bản bán trụ đã cho, ta có kết quả số đo góc khúc xạ r như sau:

Ở hình 3.5, em hãy chỉ ra:

• Môi trường chứa tia tới.

• Môi trường chứa tia khúc xạ.

• Điểm tới và pháp tuyến của mặt phân cách tại điểm tới đó.

Chùm sáng từ Mặt Trời chiếu đến mặt nước với góc tới i = 30°, tính góc khúc xạ r. Vẽ hình mô tả hiện tượng xảy ra.

Chuẩn bị

Bản bán trụ bằng thủy tinh, đèn laser, bảng thép có gắn thước đo góc.

Tiến hành thí nghiệm và thảo luận

- Lắp đặt dụng cụ và điều chỉnh đèn để chiếu tia sáng tới mặt cong của bản bán trụ như hình 3.7. Quan sát đường đi của tia sáng.

- Tăng dần góc tới từ 0⁰ đến 90⁰, đồng thời quan sát và nhận xét về độ sáng của tia phản xạ, tia khúc xạ so với tia tới. Xác định góc tới khi bắt đầu không còn quan sát thấy tia khúc xạ.

Lắp đặt các dụng cụ như hình 3.5, chiếu tia sáng đi từ không khí vào bản bán trụ, tăng dần góc tới từ 0° đến 90°. Hãy cho biết có xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần hay không?

Tính góc tới hạn khi chiếu tia sáng đi từ nước ra không khí. Biết chiết suất của nước là n = 1,33. Với góc tới hạn tính được, em hãy thực hiện thí nghiệm kiểm tra điều kiện để xảy ra phản xạ toàn phần với hai môi trường nước và không khí.

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.

Khi người thợ lặn 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.

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?