Bài 4. Khúc xạ ánh sáng trang 11, 12, 13

4.1

Kim cương có chiết suất xấp xỉ 2,42. Thông tin này có ý nghĩa gì?

A. Tốc độ ánh sáng trong kim cương nhỏ hơn tốc độ ánh sáng trong không khí 2,42 lần.

B. Tốc độ ánh sáng trong kim cương lớn hơn tốc độ ánh sáng trong không khí 2,42 lần.

C. Khi ánh sáng truyền từ không khí vào kim cương, tia sáng bị lệch 2,42° về phía pháp tuyến.

D. Khi ánh sáng truyền từ không khí vào kim cương, tia sáng bị lệch 2,42° ra xa pháp tuyến.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về chiết suất

Lời giải chi tiết:

Chiết suất xấp xỉ 2,42 nghĩa là: tốc độ ánh sáng trong kim cương nhỏ hơn tốc độ ánh sáng trong không khí 2,42 lần.

Đáp án: A

4.2

Hiện tượng nào sau đây không liên quan đến sự khúc xạ ánh sáng?

A. Chiếc bút chì đặt trong cốc nước trông như bị gãy khúc tại mặt nước.

B. Ảnh của cá dưới nước trông ở gần mặt nước hơn vị trí thực tế của cá.

C. Mặt Trời vừa lặn xuống dưới đường chân trời nhưng bầu trời vẫn chưa tối hẳn.

D. Tia nắng truyền xuyên qua khe hở nhỏ trên tường tạo nên vệt sáng trên sàn nhà.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về sự khúc xạ ánh sáng

Lời giải chi tiết:

Hiện tượng tia nắng truyền qua khe hở nhỏ tạo thành vệt sáng là do sự tán sắc ánh sáng và sự truyền thẳng của ánh sáng. Ánh sáng trắng khi đi qua khe hở sẽ bị phân tích thành các màu sắc khác nhau và truyền thẳng theo đường đi.

Đáp án: D

4.3

Một tia sáng đi từ điểm S trong không khí tới điểm I tại mặt phân cách thuỷ tinh – không khí như hình bên. Sau khi rời mặt phân cách này, tia sáng tiếp tục đi theo đường nào?

A. IA.

B. IB.

C. IC.

D. ID.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về sự khúc xạ ánh sáng

Lời giải chi tiết:

Khi truyền tia sáng từ nơi có chiết suất thấp sang chiết suất cao hơn thì tia sáng sẽ bị lệch về pháp tuyến.

Đáp án: C

4.4

Nguyên nhân gây ra sự khúc xạ tại mặt phân cách khi ánh sáng truyền từ không khí vào thuỷ tinh là vì

A. bản chất của ánh sáng thay đổi.

B. tần số của ánh sáng thay đổi.

C. tốc độ của ánh sáng thay đổi.

D. màu sắc của ánh sáng thay đổi.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về sự khúc xạ ánh sáng

Lời giải chi tiết:

Nguyên nhân gây ra sự khúc xạ tại mặt phân cách khi ánh sáng truyền từ không khí vào thuỷ tinh là vì tốc độ của ánh sáng thay đổi. Sự thay đổi tốc độ này khiến cho hướng truyền của tia sáng bị đổi.

Đáp án: C

4.5

Một tia sáng truyền từ không khí đến bề mặt phẳng yên tĩnh của một chất lỏng trong suốt dưới góc tới 45° thì góc khúc xạ của tia sáng trong chất lỏng là 32°. Xác định chiết suất của chất lỏng.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về sự khúc xạ ánh sáng

Lời giải chi tiết:

Chiết suất của chất lỏng là:$n=\frac{\sin i}{\sin r}=\frac{\sin {45}^o}{\sin {32}^o}\approx 1,33$

4.6

Một tia sáng truyền từ không khí đến bề mặt của một khối chất rắn trong suốt dưới góc tới 50° thì tia khúc xạ bị lệch 18° so với tia tới. Tính chiết suất của khối chất rắn.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về sự khúc xạ ánh sáng

Lời giải chi tiết:

Chiết suất của các chất thường lớn hơn chiết suất của không khí nên khi tia sáng truyền từ không khí vào khối chất rắn thì góc khúc xạ nhỏ hơn góc tới và lúc này có giá trị: $r=i-{18}^o={50}^o-{18}^o={32}^o$

Chiết suất của khối chất rắn là: $n=\frac{\sin i}{\sin r}=\frac{\sin {50}^o}{\sin {32}^o}\approx 1,45$

4.7

Góc tới và góc khúc xạ của tia sáng khi truyền từ không khí lần lượt vào các môi trường trong suốt A, B, C và D được ghi lại trong bảng dưới đây. Môi trường nào là kim cương? Biết chiết suất của kim cương xấp xỉ 2,42.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về sự khúc xạ ánh sáng

Lời giải chi tiết:

Sử dụng công thức $\frac{\sin i}{\sin r}=n=\frac{n_2}{n_1}$ ta tính được chiết suất của các môi trường chưa biết như sau:

Môi trường C là kim cương.

4.8

Một chất lỏng có chiết suất 1,36.

a) Xác định tốc độ lan truyền ánh sáng trong chất lỏng này.

b) Một tia sáng truyền từ không khí tới bề mặt phẳng lặng của chất lỏng này dưới góc tới 40°. Xác định góc lệch giữa tia khúc xạ trong chất lỏng này và tia tới.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về sự khúc xạ ánh sáng

Lời giải chi tiết:

a) Tốc độ lan truyền ánh sáng trong chất lỏng:

$n=\frac{c}{v}\Rightarrow v=\frac{c}{n}=\frac{{3.10}^8}{2,36}\approx 2,{2.10}^8\left(m/s\right)$

b) Góc khúc xạ trong chất lỏng:

$\frac{\sin i}{\sin r}=\frac{n_2}{n_1}\Rightarrow \frac{\sin {40}^o}{\sin r}=\frac{1,36}{1}\Rightarrow r\approx 28,2^o$

Góc lệch giữa tia khúc xạ và tia tới: $D=i-r={40}^{\circ }--28,2^{\circ }=11,8^{\circ }.$

4.9

Một tia sáng truyền từ môi trường có chiết suất n₁ = 1,54 sang môi trường có chiết suất n₂ = 1,31.

a) Điều gì xảy ra với tốc độ lan truyền ánh sáng (tăng, giảm hay không đổi)?

b) Tia khúc xạ bị lệch lại gần hay ra xa pháp tuyến hơn so với tia tới?

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về sự khúc xạ ánh sáng

Lời giải chi tiết:

a) Tốc độ lan truyền ánh sáng tăng lên, vì $n_1>n_2\to \frac{c}{v_1}>\frac{c}{v_2}\to v_2>v_1$

b) Tia khúc xạ lệch ra xa pháp tuyến hơn so với tia tới.

Do $n_1>n_2$ nên $\frac{\sin i}{\sin r}=\frac{n_2}{n_1}<1\to i<r$

4.10

Chuẩn bị: một cốc thuỷ tinh trong suốt, bình chứa nước lọc, một tấm bìa thứ nhất có vẽ một mũi tên hướng sang trái (hoặc sang phải), một tấm bìa thứ hai có vẽ một vòng tròn nhỏ (đường kính khoảng 3 cm) có một nửa tô màu đen.

Thí nghiệm 1:

– Đặt tờ giấy có vẽ mũi tên phía sau cốc thuỷ tinh, cách cốc khoảng 10 cm.

– Đổ nước từ từ vào gần đầy cốc. Quan sát chiều mũi tên qua cốc thuỷ tinh.

Thí nghiệm 2:

– Đặt tờ giấy có hai nửa hình tròn tô màu khác nhau phía sau cốc thuỷ tinh và cách cốc khoảng 10 cm.

– Đổ nước từ từ vào gần đầy cốc. Quan sát hai nửa hình tròn qua cốc thuỷ tinh.

a) Mô tả hiện tượng quan sát được.

b) Giải thích hiện tượng quan sát được.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về sự khúc xạ ánh sáng

Lời giải chi tiết:

a) Nhìn qua cốc thuỷ tinh, ta thấy:

– Mũi tên bị đảo chiều so với trước khi đổ nước vào cốc.

– Hai nửa hình tròn (trắng, đen) bị đảo vị trí cho nhau.

b) Ánh sáng từ hình vẽ trên tấm bìa truyền đến mắt ta bị khúc xạ nhiều lần: từ không khí đi vào thuỷ tinh, từ thuỷ tinh đi vào trong nước, rồi từ nước đi sang thuỷ tinh, từ thuỷ tinh ló ra không khí và truyền đến mắt ta. Kết quả của những lần khúc xạ này là ảnh quan sát được bị đảo chiều trái phải.