Giải SGK Khoa học tự nhiên 9 Bài 5 (Kết nối tri thức): Khúc xạ ánh sáng

Giải bài tập KHTN 9 Bài 5: Khúc xạ ánh sáng

Mở đầu trang 25 Bài 5 KHTN 9: Tại sao khi trong cốc không có nước thì ta không thể nhìn thấy đồng xu (hình a), còn nếu vẫn giữ nguyên vị trí đặt mắt và cốc nhưng rót nước vào cốc thì ta lại nhìn thấy đồng xu (hình b)?

Lời giải:

Ta nhìn thấy được đồng xu khi đổ nước vào vì lúc này đường truyền của tia sáng đã bị lệch hướng khiến chúng ta có thể nhìn thấy

I. Hiện tượng khúc xạ ánh sáng

Hoạt động trang 25 KHTN 9: Thí nghiệm 1: Tìm hiểu hiện tượng khúc xạ ánh sáng

Chuẩn bị:

– Một bảng thí nghiệm có gắn tấm nhựa in vòng tròn chia độ;

– Một bản bán trụ bằng thủy tinh;

– Đèn 12 V – 21 W có khe cài bản chắn sáng;

– Nguồn điện (biến áp nguồn).

Tiến hành:

– Bố trí thí nghiệm như Hình 5.1.

– Chiếu một chùm sáng tới SI (điểm tới I là tâm của bản bán trụ).

– Quan sát đường đi của chùm sáng.

Trả lời câu hỏi sau:

Chùm sáng truyền từ không khí vào thủy tinh bị gãy khúc (lệch khỏi phương truyền) tại đâu?

Lời giải:

Chùm sáng truyền từ không khí vào thủy tinh bị gãy khúc (lệch khỏi phương truyền) tại mặt phân cách giữa không khí và bản bán trụ bằng thủy tinh

Câu hỏi trang 26 KHTN 9: Một tia sáng truyền tới mặt nước tạo ra một tia phản xạ và một tia khúc xạ. Người vẽ đã quên và ghi lại chiều truyền của các tia sáng này trong Hình 5.3. Hãy vẽ vào vở và bổ sung chiều mũi tên của các tia sáng trong hình.

Lời giải:

II. Định luật khúc xạ ánh sáng

Hoạt động trang 26 KHTN 9: Thí nghiệm 2: Tìm hiểu mối liên hệ giữa góc khúc xạ và góc tới

Chuẩn bị:

Dụng cụ thí nghiệm như thí nghiệm 1

Tiến hành:

– Bố trí thí nghiệm như Hình 5.1.

– Chiếu tia sáng tới mặt phân cách tại điểm tới I (tâm của đường tròn chia độ) lần lượt với góc tới 0°, 20°, 40°, 60°, 80°.

– Đọc giá trị của góc khúc xạ tương ứng và hoàn thành vào vở theo mẫu tương tự bảng 5.1.

Bảng 5.1

Trả lời câu hỏi và thực hiện các yêu cầu sau:

1. Tia khúc xạ nằm ở phía nào của pháp tuyến so với tia tới?

2. So sánh độ lớn góc tới và góc khúc xạ.

3. Nhận xét tỉ số giữa sin góc tới I và sin góc khúc xạ r.

Lời giải:

Bảng 5.1

1. Tia khúc xạ nằm ở bên kia pháp tuyến so với tia tới.

2. Độ lớn góc tới lớn hơn độ lớn góc khúc xạ

3. Ta có: $\frac{\sin i}{\sin r}=const$(hằng số)

Hoạt động trang 27 KHTN 9: Thí nghiệm 3: Khảo sát phương của tia khúc xạ

Chuẩn bị:

– Bản bán trụ bằng thuỷ tinh trong suốt;

– Một tấm xốp mỏng có gắn bảng chia độ;

– Bốn chiếc đinh ghim giống nhau;

– Một tấm nhựa phẳng.

Tiền hành:

– Bố trí thí nghiệm như Hình 5.4.

– Cắm các đinh ghim tại O và A để xác định pháp tuyến OA.

– Cắm đinh ghim ở B để xác định tia tới là BO.

Lưu ý: Để các đinh ghim ở O, A, B sao cho mũ đinh có chiều cao bằng $\frac{1}{2}$bề dầy bản bán trụ thuỷ tinh. Khi đó mặt phẳng tới đi qua ba đầu đinh ghim ở O, A, B song song với tấm xốp.

– Đặt mắt để nhìn vào mặt phẳng của bản bán trụ sao cho đầu mũ đinh ghim ở O che khuất ảnh đầu mũ đinh ghim ở B.

– Cắm đinh ghim ở C trên đường truyền sáng từ O tới mắt sao cho đầu mũ đinh ghim ở C che khuất ảnh đầu đinh ghim ở B và O. Khi đó tia khúc xạ sẽ là tia OC.

– Bỏ bản bán trụ thuỷ tinh ra, dùng tấm nhựa phẳng để kiểm tra các tia BO, OA, OC có đồng phẳng hay không?

Trả lời câu hỏi sau:

Kết quả thí nghiệm cho thấy tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng nào?

Lời giải:

– Bỏ bản bán trụ thuỷ tinh ra, dùng tấm nhựa phẳng để kiểm tra các tia BO, OA, OC có đồng phẳng

– Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng chưa tới

Câu hỏi 1 trang 27 KHTN 9: Hình 5.5 mô tả hiện tượng khúc xạ khi tia sáng truyền từ môi trường nước ra không khí. Chỉ ra điểm tới, tia tới, tia khúc xạ, vẽ pháp tuyến tại điểm tới. So sánh độ lớn của góc khúc xạ và góc tới

Lời giải:

– Độ lớn của góc khúc xạ lớn hơn góc tới

Câu hỏi 2 trang 28 KHTN 9: Quan sát đường truyền của tia sáng trong Hình 5.6, vận dụng kiến thức đã học để trả lời câu hỏi ở phần mở bài

Lời giải:

Ban đầu, khi không có nước trong cốc, tia sáng truyền đi theo đường thẳng nên ánh sáng từ đồng xu đến mắt người bị thành cốc chắn

Khi đổ nước vào cốc thì theo hiện tượng khúc xạ ánh sáng, ánh sáng từ đồng xu truyền từ nước ra không khí sẽ bị gãy khúc và lúc này mắt người có thể thấy được đồng xu

III. Chiết suất của môi trường

Câu hỏi 1 trang 28 KHTN 9: Khi một tia sáng đi từ môi trường này sang môi trường khác, chiết suất tỉ đối của hai môi trường cho ta biết điều gì về đường đi của tia sáng đó

Lời giải:

Khi một tia sáng đi từ môi trường (1) này sang môi trường (2), chiết suất tỉ đối của hai môi trường n₂₁ cho ta biết:

+ Nếu n₂₁ > 1 thì đường đi của tia khúc xạ trong môi trường (2) đi gần pháp tuyến của mặt phân cách hơn tia tới.

+ Nếu n₂₁ < 1 thì đường đi của tia khúc xạ trong môi trường (2) đi xa pháp tuyến của mặt phân cách hơn tia tới

Câu hỏi 2 trang 28 KHTN 9: Tính chiết suất của nước. Biết tia sáng truyền từ không khí với góc tới là i = 60° thì góc khúc xạ trong nước là r = 40°

Lời giải:

Chiết suất của nước là $n=\frac{\sin i}{\sin r}=\frac{\sin {60}^{\circ }}{\sin {40}^{\circ }}=1,35$

Xem thêm các bài giải bài tập Khoa học tự nhiên 9 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:

Bài 4. Công và công suất

Bài 5. Khúc xạ ánh sáng

Bài 6. Phản xạ toàn phần

Bài 7. Lăng kính

Bài 8. Thấu kính

Bài 9. Thực hành đo tiêu cự của thấu kính hội tụ

Lý thuyết KHTN 9 Bài 5: Khúc xạ ánh sáng

I. Hiện tượng khúc xạ ánh sáng

Hiện tượng khúc xạ ánh sáng là hiện tượng tia sáng bị gãy khúc (bị lệch khỏi phương truyền ban đầu) tại mặt phân cách khi truyền từ môi trường trong suốt này sang môi trường trong suốt khác.

II. Định luật khúc xạ ánh sáng

– Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới và ở phía bên kia pháp tuyến so với tia tới.

– Với hai môi trường trong suốt nhất định, tỉ số giữa sin của góc tới (sin i) và sin của góc khúc xạ (sin r) luôn không đổi:

$\frac{\sin i}{\sin r}=$hằng số

III. Chiết suất của môi trường

1. Chiết suất tỉ đối

Tỉ số không đổi trong hiện tượng khúc xạ được gọi là chiết suất tỉ đối n₂₁ của môi trường 2 (môi trường chứa tia khúc xạ) đối với môi trường 1 (môi trường chứa tia tới).

$\frac{sini}{\sin r}=n_{21}=\frac{n_2}{n1}$

– Nếu n₂₁ > 1 thì r < i: Tia khúc xạ bị lệch lại gần pháp tuyến hơn.

– Nếu n₂₁ < 1 thì r > i: Tia khúc xạ bị lệch xa pháp tuyến hơn.

2. Chiết suất tuyệt đối

Chiết suất tuyệt đối (chiết suất) của một môi trường là chiết suất tỉ đối của môi trường đó đối với chân khổn.

Nguyên nhân của hiện tượng khúc xạ là sự thay đổi tốc độ truyền ánh sáng.

Công thức tính chiết suất tuyệt đối n của một môi trường: $n=\frac{c}{v}$

Trong đó:

+ c là tốc độ ánh sáng trong chân không (c = 3.10⁸ m/s).

+ v là tốc độ ánh sáng trong môi trường.

Lưu ý: $n_{kk}\approx n_{Ck}=1$