Bài 40. Hiện tượng khúc xạ, ánh sáng
I - HIỆN TƯỢNG KHÚC XẠ ÁNH SÁNG
l. Quan sát
a) Từ S tới I (trong không khí), ánh sáng truyền theo đường thẳng.
b) Từ I tới K (trong nước), ánh sáng truyền theo đường thẳng.
c) Từ S đến mặt phân cách, ánh sáng truyền thẳng, bị gãy khúc tại mặt phân cách, rồi lại truyền thẳng đến K.
2. Kết luận
Tia sáng truyền từ không khí sang nước (tức là truyền từ môi trường trong suốt này sang môi trường trong suốt khác) thì bị gãy khúc tại mặt phân cách giữa hai môi trường. Hiện tượng đó gọi là hiện tượng khúc xạ ánh sáng.
3. Một vài khái niệm
Trên hình 40.2 người ta gọi:
I là điểm tới, SI là tia tới.
IK là tia khúc xạ.
Đường N N ’ vuông góc với mặt phân cách là pháp tuyến tại điểm tới.
$\widehat {SIN}$ là góc tới, kí hiệu là i.
$\widehat {KIN}$ là góc khúc xạ, kí hiệu là r.
Mặt phẳng chứa tia tới SI và pháp tuyến NN’ là mặt phẳng tới.
4. Thí nghiệm
Bố trí thí nghiệm như hình 40.2
Nhúng thẳng đứng một phần của miếng gỗ phẳng vào trong nước. Chiếu tia sáng là là trên mặt miếng gỗ tới mặt phân cách PQ tại điểm tới I.
- Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới. Góc tới lớn hơn góc khúc xạ.
- Muốn biết những điều trên còn đúng hay không khi ta thay đổi góc tới thì phải thay đổi hướng của tia tới, quan sát tia khúc xạ, độ lớn góc khúc xạ, độ lớn góc tới.
5. Kết luận
Khi tia sáng truyền từ không khí sang nước thì:
Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới.
Góc khúc xạ nhỏ hơn góc tới.
II – SỰ KHÚC XẠ CỦA TIA SÁNG KHI TRUYỀN TỪ NƯỚC SANG KHÔNG KHÍ
l. Dự đoán
Vì ánh sáng có thể truyền ngược lại nên khi ánh sáng truyền từ nước sang không khí chưa chắc góc tới đã lớn hơn góc khúc xạ. Có thể làm theo cách sau để chiếu tia sáng từ nước sang không khí: Đặt nguồn sáng (đền) ở đáy bình nước, hoặc đặt đáy bình lệch ra khỏi mặt bàn, đặt nguồn sáng ở ngoài bình, chiếu tia sáng qua đáy bình vào nước rồi sang không khí.
2. Thí nghiệm kiểm tra
Có thể dùng phương pháp che khuất sau đây để vẽ đường truyền của tia sáng từ nước sang không khí.
Bố trí thí nghiệm như hình 40.3, trong đó A và B là vị trí cắm hai đinh ghim trên phần miếng gỗ nhúng trong nước.
- Mắt chỉ nhìn thấy A khi ánh sáng từ A phát ra truyền được vào mắt. Khi mắt chỉ nhìn thấy B mà không nhìn thấy A có nghĩa là ánh sáng từ A phát ra đã bị B che khuất, không truyền đến được mắt. Khi mắt chỉ nhìn thấy C mà không nhìn thấy A, B có nghĩa là ánh sáng từ A, B phát ra bị C che khuất không đến được mắt. Khi bỏ qua B, C đi ta lại nhìn thấy A có nghĩa là ánh sáng từ A phát ra đã truyền qua nước và không khí đến được mắt ta. Vậy đường nối các vị trí của ba đỉnh ghim A, B, C biểu diễn đường truyền của tia sáng từ đỉnh ghim A ở trong nước đến mặt phân cách giữa nước và không khí, rồi tới mắt.
- Đường truyền của tia sáng từ nước sang không khí bị khúc xạ tại mặt phân cách giữa nước và không khí. Trong trường hợp này, góc khúc xạ lớn hơn góc tới.
3. Kết luận
Khi tia sáng truyền được từ nước sang không khí thì:
- Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới.
- Góc khúc xạ lớn hơn góc tới.
III – VẬN DỤNG
Giải thích hiện tượng nêu ra ở phần mở bài.
Hướng dẫn
Khi chưa đổ nước vào bát, ta không nhìn thấy đầu dưới A của chiếc đũa. Trong không khí, ánh sáng chỉ có thể đi theo đường thẳng từ A đến mắt. Nhưng những điểm trên chiếc đũa thẳng đã chắn mất đường truyền đó nên tia sáng này không đến được mắt.
* Hiện tượng tia sáng truyền từ môi trường trong suốt này sang môi trường trong suốt khác bị gãy khúc tại mặt phân cách giữa hai môi trường, được gọi là hiện tượng khúc xạ ánh sáng.
* Khi tia sáng truyền từ không khí sang nước, góc khúc xạ nhỏ hơn góc tới.
* Khi tia sáng truyền được từ nước sang không khí, góc khúc xạ lớn hơn góc tới.
l. Quan sát
a) Từ S tới I (trong không khí), ánh sáng truyền theo đường thẳng.
b) Từ I tới K (trong nước), ánh sáng truyền theo đường thẳng.
c) Từ S đến mặt phân cách, ánh sáng truyền thẳng, bị gãy khúc tại mặt phân cách, rồi lại truyền thẳng đến K.
2. Kết luận
Tia sáng truyền từ không khí sang nước (tức là truyền từ môi trường trong suốt này sang môi trường trong suốt khác) thì bị gãy khúc tại mặt phân cách giữa hai môi trường. Hiện tượng đó gọi là hiện tượng khúc xạ ánh sáng.
3. Một vài khái niệm
Trên hình 40.2 người ta gọi:
I là điểm tới, SI là tia tới.
IK là tia khúc xạ.
Đường N N ’ vuông góc với mặt phân cách là pháp tuyến tại điểm tới.
$\widehat {SIN}$ là góc tới, kí hiệu là i.
$\widehat {KIN}$ là góc khúc xạ, kí hiệu là r.
Mặt phẳng chứa tia tới SI và pháp tuyến NN’ là mặt phẳng tới.
4. Thí nghiệm
Bố trí thí nghiệm như hình 40.2
Nhúng thẳng đứng một phần của miếng gỗ phẳng vào trong nước. Chiếu tia sáng là là trên mặt miếng gỗ tới mặt phân cách PQ tại điểm tới I.
- Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới. Góc tới lớn hơn góc khúc xạ.
- Muốn biết những điều trên còn đúng hay không khi ta thay đổi góc tới thì phải thay đổi hướng của tia tới, quan sát tia khúc xạ, độ lớn góc khúc xạ, độ lớn góc tới.
5. Kết luận
Khi tia sáng truyền từ không khí sang nước thì:
Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới.
Góc khúc xạ nhỏ hơn góc tới.
II – SỰ KHÚC XẠ CỦA TIA SÁNG KHI TRUYỀN TỪ NƯỚC SANG KHÔNG KHÍ
l. Dự đoán
Vì ánh sáng có thể truyền ngược lại nên khi ánh sáng truyền từ nước sang không khí chưa chắc góc tới đã lớn hơn góc khúc xạ. Có thể làm theo cách sau để chiếu tia sáng từ nước sang không khí: Đặt nguồn sáng (đền) ở đáy bình nước, hoặc đặt đáy bình lệch ra khỏi mặt bàn, đặt nguồn sáng ở ngoài bình, chiếu tia sáng qua đáy bình vào nước rồi sang không khí.
2. Thí nghiệm kiểm tra
Có thể dùng phương pháp che khuất sau đây để vẽ đường truyền của tia sáng từ nước sang không khí.
Bố trí thí nghiệm như hình 40.3, trong đó A và B là vị trí cắm hai đinh ghim trên phần miếng gỗ nhúng trong nước.
- Mắt chỉ nhìn thấy A khi ánh sáng từ A phát ra truyền được vào mắt. Khi mắt chỉ nhìn thấy B mà không nhìn thấy A có nghĩa là ánh sáng từ A phát ra đã bị B che khuất, không truyền đến được mắt. Khi mắt chỉ nhìn thấy C mà không nhìn thấy A, B có nghĩa là ánh sáng từ A, B phát ra bị C che khuất không đến được mắt. Khi bỏ qua B, C đi ta lại nhìn thấy A có nghĩa là ánh sáng từ A phát ra đã truyền qua nước và không khí đến được mắt ta. Vậy đường nối các vị trí của ba đỉnh ghim A, B, C biểu diễn đường truyền của tia sáng từ đỉnh ghim A ở trong nước đến mặt phân cách giữa nước và không khí, rồi tới mắt.
- Đường truyền của tia sáng từ nước sang không khí bị khúc xạ tại mặt phân cách giữa nước và không khí. Trong trường hợp này, góc khúc xạ lớn hơn góc tới.
3. Kết luận
Khi tia sáng truyền được từ nước sang không khí thì:
- Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới.
- Góc khúc xạ lớn hơn góc tới.
III – VẬN DỤNG
Giải thích hiện tượng nêu ra ở phần mở bài.
Hướng dẫn
Khi chưa đổ nước vào bát, ta không nhìn thấy đầu dưới A của chiếc đũa. Trong không khí, ánh sáng chỉ có thể đi theo đường thẳng từ A đến mắt. Nhưng những điểm trên chiếc đũa thẳng đã chắn mất đường truyền đó nên tia sáng này không đến được mắt.
* Hiện tượng tia sáng truyền từ môi trường trong suốt này sang môi trường trong suốt khác bị gãy khúc tại mặt phân cách giữa hai môi trường, được gọi là hiện tượng khúc xạ ánh sáng.
* Khi tia sáng truyền từ không khí sang nước, góc khúc xạ nhỏ hơn góc tới.
* Khi tia sáng truyền được từ nước sang không khí, góc khúc xạ lớn hơn góc tới.
