Giải SGK Khoa học tự nhiên 9 Cánh diều Bài 5: Sự khúc xạ ánh sáng qua thấu kính có đáp án
12 câu hỏi
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?
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.
Kể một số thấu kính được sử dụng trong đời sống mà em biết.
Một số thấu kính phổ biến được sử dụng trong đời sống hàng ngày: thấu kính hội tụ, thấu kính phân kì.
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.
- 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.
Ngoài cách phân loại thấu kính thành thấu kính rìa mỏng và thấu kính rìa dày, dựa vào thí nghiệm, em có thể phân loại thấu kính theo cách nào?
Ngoài cách phân loại thấu kính thành thấu kính rìa mỏng và thấu kính rìa dày, dựa vào thí nghiệm, em có thể phân loại thấu kính theo cách:
- Cách 1: Phân biệt qua hình dạng
+ Nếu phần rìa ngoài mỏng hơn phần chính giữa thì đó là thấu kính hội tụ
+ Nếu phần rìa ngoài dày hơn phần chính giữa thì đó là thấu kính phân kì.
- Cách 2: Hứng ảnh trên màn chắn
Cho một vật bất kì đặt trước thấu kính ở nhiều vị trí, nếu không hứng được ảnh trên màn chắn thì đó là thấu kính phân kì (vì thấu kính phân kì luôn tạo ảnh ảo).
Theo em, kính lúp ở hình 5.1 là loại thấu kính nào?
Kính lúp ở hình 5.1 là thấu kính hội tụ. Vì thấu kính hội tụ cho tia ló hội tụ tại 1 điểm.
Tìm hiểu kính của bạn bị cận thị đang đeo và cho biết đó là loại thấu kính nào.
Bạn bị cận thị đang đeo thấu kính phân kì.
Nêu cách xác định quang tâm và trục chính của thấu kính trên hình vẽ?
- Quang tâm O là điểm chính giữa của thấu kính.
- Đường thẳng đi qua O vuông góc với thấu kính được gọi là trục chính của thấu kính.
Chuẩn bị: Đèn laser, thấu kính hội tụ, thấu kính phân kì, bút, thước, bảng thép.
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.
- 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 tiêu cự của thấu kính có phụ thuộc vào màu sắc ánh sáng không. Vì sao?
Tiêu cự của thấu kính có phụ thuộc vào màu sắc ánh sáng vì tiêu cự của thấu kính phụ thuộc vào chiết suất mà các ánh sáng màu khác nhau có chiết suất khác nhau.
Vẽ vào vở hai tia tới thấu kính hội tụ tương ứng với hai tia ló ở hình 5.10.
Hình 5.11 biểu diễn tia tới một 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.
- Dựa vào hình biểu diễn ta thấy, tia ló có phương loe rộng trên đường truyền nên thấu kính là thấu kính phân kì.
- Ta kéo dài tia ló sao cho đường kéo dài cắt trục chính, cắt trục chính tại đâu thì đó là tiêu điểm F.
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 kính 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.
Thấu kính Fresnel là một loại thấu kính có bề mặt ghép lại từ các phần của mặt cầu, nhờ vào cấu trúc đặc biệt này, thấu kính Fresnel không chỉ giúp giảm trọng lượng và kích thước của thấu kính, giúp giảm lượng ánh sáng bị hấp thụ mà vẫn giữ được các tính chất khúc xạ cần thiết. Chùm sáng ló ra khỏi thấu kính trở nên rộng hơn, định hướng một cách hiệu quả và có cường độ sáng tương đối ổn định trên toàn bộ bề rộng của chùm sáng.
