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

• Môi trường chứa tia tới là môi trường không khí.

• Môi trường chứa tia khúc xạ là bản bán trụ bằng thủy tinh (môi trường thủy tinh).

• Điểm tới là vị trí giao điểm giữa tia tới và mặt phẳng bán trụ thủy tinh.

• Pháp tuyến của mặt phân cách tại điểm tới là đường thẳng vuông góc với mặt phẳng bán trụ thủy tinh và đi qua điểm tới.

- Chiết suất của môi trường không khí là: $n_1=\frac{c}{v_1}=\frac{{3.10}^8}{2,{997.10}^8}=1$

- Chiết suất của môi trường nước là: $n_2=\frac{c}{v_2}=\frac{{3.10}^8}{2,{249.10}^8}=1,33$

Theo định luật khúc xạ ánh sáng: $\frac{\sin i}{\sin r}=\frac{n_2}{n_1}\Rightarrow \sin r=\frac{n_1.\sin i}{n_2}=\frac{1.\sin {30}^0}{1,33}\approx 0,376\Rightarrow r\approx 22°.$

- Đường đi của tia sáng: Tia sáng chiếu vào bản bán trụ truyền thẳng, khi tới mặt phân cách giữa môi trường thủy tinh và môi trường không khí thì tia sáng bị khúc xạ.

- 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:

Giả sử, sử dụng thủy tinh crown.

Chiết suất của thủy tinh crown là $n_{tt}=\frac{c}{v_{tt}}=\frac{{3.10}^8}{1,{972.10}^8}\approx 1,52$

Góc giới hạn để bắt đầu không còn thấy tia khúc xạ:

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.

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. Vì:

+ Ta chỉ quan sát được vật khi có ánh sáng truyền vào mắt ta, khi không có ánh sáng từ vật truyền vào mắt ta thì sẽ thấy tối đen.

+ Tia sáng truyền theo chiều nào thì cũng truyền ngược lại theo chiều đó.

+ Khi tia sáng truyền từ môi trường trong suốt này sang môi trường trong suốt khác thì tại mặt phân cách giữa hai môi trường xảy ra hiện tượng khúc xạ ánh sáng.

Do vậy, chỉ nhìn được một vùng không gian có giới hạn bởi hai chùm tia sáng như hình ảnh minh họa phía trên.

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: Chiết suất n₂ phải nhỏ hơn chiết suất n₁. Là điều kiện cần để xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần.