Bài tập khúc xạ ánh sáng và cách giải

Với Bài tập khúc xạ ánh sáng và cách giải môn Vật Lí lớp 9 sẽ giúp học sinh nắm vững lý thuyết, biết cách và phương pháp giải các dạng bài tập từ đó có kế hoạch ôn tập hiệu quả để đạt kết quả cao trong các bài thi môn Vật Lí 9.

1. Tóm tắt lý thuyết

1.1. Hiện tượng khúc xạ ánh sáng

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.

>>>>>>> fd1a877d6be40035b29959935ec95b458d21df12

Trong đó:

SI : tia tới

IK : tia khúc xạ

I : điểm tới

PQ : mặt phân cách

NN^' : pháp tuyến tại điểm tới ;NN^' ⊥ PQ

Góc : góc tới, kí hiệu là i

Góc : góc khúc xạ, kí hiệu là r

Mặt phẳng chứa tia tới SI và pháp tuyến NN^' là mặt phẳng tới.

1.2. Sự khúc xạ của tia sáng khi truyền từ không khí sang nước

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.

1.3. Sự khúc xạ của tia sáng khi truyền từ nước sang không khí

Khi tia sáng truyền từ nước sang không khí thì:

- Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới.

- Góc khúc xạ lớn lớn góc tới.

Chú ý: Khi tia sáng truyền từ nước sang không khí, nếu góc tới lớn hơn 48⁰30^' thì tại mặt phân cách giữa hai môi trường sẽ xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần.

1.4 Quan hệ giữa góc tới và góc khúc xạ

- Khi tia sáng đi từ không khí sang các môi trường trong suốt rắn, lỏng khác nhau thì góc khúc xạ nhỏ hơn góc tới và ngược lại.

- Khi góc tới tăng (hoặc giảm) thì góc khúc xạ cũng tăng (giảm) theo.

- Khi góc tới bằng 0° thì góc khúc xạ cũng bằng 0°, tia sáng không bị gãy khúc khi truyền thẳng qua hai môi trường.

- Hiện tượng nâng và hạ ảnh do khúc xạ ánh sáng: Ảnh tạo bởi sự khúc xạ ánh sáng sẽ bị lệch khỏi vị trí thực tế.

+ Khi nhìn từ ngoài không khí vào nước thì ta sẽ thấy vật gần hơn so với vị trí thật của nó.

+ Khi nhìn từ nước ra không khí thì ta sẽ thấy vật xa hơn so với vị trí thật của nó.

2. Phương pháp giải

- Ở chủ để này, các bài tập phần lớn chỉ xoay quanh lý thuyết. Do đó, ta cần nắm vững và vận dụng các lý thuyết đã được học để làm bài tập.

Cách vẽ tia khúc xạ:

- Bước 1: Vẽ mặt phẳng phân cách giữa hai môi trường

- Bước 2: Vẽ tia sáng SI tới mặt phân cách, điểm I tại mặt phẳng tới

- Bước 3: Vẽ đường pháp tuyến NN’ qua điểm tới I

- Bước 4: Vẽ tia khúc xạ IR tương ứng với môi trường truyền qua

+ Trường hợp tia sáng truyền từ không khí vào nước: Góc khúc xạ nhỏ hơn góc tới nên tia khúc xạ được vẽ lệch với pháp tuyến ít hơn so với tia tới.

+ Trường hợp tia sáng truyền từ nước vào không khí: Góc khúc xạ lớn hơn góc tới nên tia khúc xạ được vẽ lệch với pháp tuyến nhiều hơn so với tia tới.

+ Trường hợp tia tới vuông góc với mặt phân cách giữa hai môi trường thì sẽ tiếp tục truyền thẳng (không bị gãy khúc).

3. Ví dụ

Ví dụ 1: Trong trường hợp nào dưới đây tia sáng truyền tới mắt là tia khúc xạ?

A. Khi ta soi gương.

B. Khi ta đang đọc chữ viết trên bảng.

C. Khi ta ngắm một con cá đang bơi trên một dòng suối.

D. Khi ta nhìn bó hoa đang cầm trên tay.

Lời giải:

Khúc xạ ánh sáng là hiện tượng ánh sáng bị gãy khúc tại mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt khác nhau. => Trong 4 đáp án, chỉ có C là thỏa mãn điều kiện có khúc xạ ánh sáng với môi trường trong suốt thứ nhất là nước, môi trường trong suốt thứ hai là không khí.

=> chọn C.

Ví dụ 2: Chiếu một tia laze (laser) từ không khí song song với bề mặt một khối thủy tinh dày, trong suốt. Hiện tượng xảy ra là gì?

Lời giải:

Khúc xạ ánh sáng là hiện tượng ánh sáng bị gãy khúc tại mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt khác nhau. Trong đề bài, tia laze chỉ truyền trong không khí (song song với mặt phân cách) => tia laze sẽ luôn truyền thẳng trong không khí và không xảy ra hiện tượng khúc xạ.

4. Bài tập tự luyện

Bài 1: Cho 1 tia sáng truyền từ không khí vào nước như hình. Tia khúc xạ là tia số mấy?

(Đáp án: Tia số 1)

Bài 2: Cho biết M là vị trí đặt mắt để nhìn thấy hình ảnh viên sỏi nhỏ ở trong nước, A là vị trí thực của viên sỏi, B là vị trí ảnh của nó, PQ là mặt nước. Hãy vẽ đường truyền của tia sáng từ viên sỏi tới mắt.

Đáp án:

Bài 3: Hình dưới miêu tả một bạn học sinh nhìn một viên sỏi dưới đáy bình nước qua một ống thẳng.

a. Dựa vào hình thì học sinh đó có thể nhìn thấy viên sỏi không?

b. Kéo dài ống thẳng xuống tới đáy bình thì học sinh còn nhìn thấy viên sỏi không?

(Đáp án: a. Có; b. Không)

Bài 4: Một tia sáng khi truyền từ không khí vào nước thì:

A. Tia khúc xạ luôn trùng với pháp tuyến.

B. Góc khúc xạ lớn hơn góc tới.

C. Góc khúc xạ nhỏ hơn góc tới.

D. Tia khúc xạ vuông góc với tia tới.

(Đáp án: C)

Bài 5: Chọn phát biểu SAI:

A. Hiện tượng khúc xạ là hiện tượng tia sáng bị gãy khúc khi truyền qua mặt phân cách hai môi trường trong suốt khác nhau.

B. Tăng dần góc tới khi truyền tia sáng từ không khí vào nước thì góc phản xạ giảm dần.

C. Tia khúc xạ và tia tới ở hai môi trường khác nhau.

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

(Đáp án: B)

Bài 6: Chiếu một tia laze từ ngoài không khí vào một chậu nước với góc tạo bởi tia laze với mặt nước là 50⁰. Hỏi góc khúc xạ có thể bằng bao nhiêu?

A. 0⁰

B. 30⁰

C. 40⁰

D. 50⁰

(Đáp án: B)

Bài 7: Trong hiện tượng khúc xạ ánh sáng, góc tới i được xác định bằng:

A. Tia tới và pháp tuyến tại điểm tới.

B. Tia tới và tia khúc xạ.

C. Tia tới và mặt phân cách.

D. Pháp tuyến tại điểm tới và tia khúc xạ.

(Đáp án: A)

Bài 8: Chiếu vuông góc một tia laze vào mặt (1) của một lăng kính có mặt cắt là một tam giác cân như hình. Khi tia laze ra khỏi lăng kính ở mặt (2) thì góc khúc xạ có thể bằng bao nhiêu?

A. 10⁰

B. 20⁰

C. 30⁰

D. 40⁰

(Đáp án: D)

Bài 9: Khi nói về hiện tượng khúc xạ ánh sáng, nhận định nào sau đây là đúng?

A. Góc khúc xạ bao giờ cũng nhỏ hơn góc tới.

B. Góc khúc xạ bao giờ cũng lớn hơn góc tới.

C. Góc khúc xạ bao giờ cũng bằng góc tới.

D. Tuỳ từng môi trường tới và môi trường khúc xạ mà góc tới hay góc khúc xạ sẽ lớn hơn.

(Đáp án: D)

Bài 10: Vị trí của một con cá dưới nước mà mắt quan sát được luôn cao hơn vị trí thực của chúng (như hình). Hỏi cần đâm mũi lao ở vị trí như thế nào thì sẽ trúng được cá?

Đáp án: Cần đâm xuống vị trí phía dưới của con cá mà mắt quan sát được để có thể đâm trúng được cá.

5. Bài tập tự luyện

Bài 1: Tia sáng đi từ nước có chiết suất $\frac{4}{3}$ sang thủy tinh có chiết suất 1,5. Tính góc khúc xạ và góc lệch D tạo bởi tia khúc xạ và tia tới? Biết góc tới i = 30⁰.

A. r = 26,4⁰; D = 3,6⁰.

B. r = 50,34⁰; D = 9,7⁰.

C. r = 34,23⁰; D = 4,23⁰.

D. r = 76,98⁰; D = 47⁰.

Bài 2: Dùng tia sáng truyền từ thủy tinh và khúc xạ ra không khí. Biết tia khúc xạ và tia phản xạ ở mặt thủy tinh tạo với nhau góc 90^o. Chiết suất của thủy tinh là 1,5. Hãy xác định giá trị của góc tới.

Bài 3: Tia sáng đi từ không khí tới gặp mặt phân cách giữa không khí và môi trường trong suốt có chiết suất n với góc tới i.

a) Khi góc tới i = 45⁰ thì thấy góc hợp bởi tia khúc xạ và tia phản xạ là 105⁰. Hãy tính chiết suất n của môi trường trong suốt nói trên.

b) Thay môi trường trên bằng một môi trường có chiết suất n = 1,5. Phải điều chỉnh góc tới đến giá trị nào thì góc tới gấp 2 lần góc khúc xạ.

Bài 4: Một cốc thủy tinh trong đáy phẳng, đựng nước trong, được đặt trên một tờ giấy có chữ O. Một người đặt mắt trên phương thẳng đứng, nhìn chữ O đó qua mặt nước trong cốc. Hỏi tia sáng truyền từ chữ O đến mắt đã chịu bao nhiêu lần khúc xạ? Giải thích?

Bài 5: Khi một ánh sáng đi từ không khí tới mặt phân cách giữa không khí và nước thì có thể xảy ra những hiện tượng gì?

A. Chỉ có thể xảy ra hiện tượng khúc xạ.

B. Chỉ có thể xảy ra hiện tượng phản xạ.

C. Có thể đồng thời xảy ra cả hiện tượng khúc xạ lẫn hiện tượng phản xạ.

D. Không thể đồng thời xảy ra cả hiện tượng khúc xạ lẫn hiện tượng phản xạ.

Bài 6: Giải thích vì sao khi dùng kẹp gắp một viên bi dưới đáy chậu lúc không có nước sẽ dễ hơn khi lúc chậu đầy nước?

Bài 7: Từ trên không khí nhìn xuống một hồ nước, ta thấy đáy hồ và cá trong hồ ở gần mặt nước hơn so với độ sâu thực của chúng.

a) Vẽ và nêu cách vẽ đường đi của tia sáng từ S đến mặt nước tại I và khúc xạ qua mặt nước đến mắt?

b) Vẽ pháp tuyến qua mặt nước tại I, chỉ ra góc tới, góc khúc xạ của tia sáng và cho biết góc nào lớn hơn?

Bài 8: Khi xảy ra hiện tượng khúc xạ ánh sáng. Khi nào tia tới và tia khúc xạ trùng nhau.

A. góc tới bằng 0⁰. 

B. góc tới bằng góc khúc xạ.

C. góc tới lớn hơn góc khúc xạ.

D. góc tới nhỏ hơn góc khúc xạ.

Bài 9: Chiếu một tia sáng tới SI đi từ môi trường (a) sang môi trường (b) và cho tia khúc xạ IR như hình dưới. Xác định môi trường (a) và (b) và lí giải.

Bài 10: Một cây cọc dài được cắm thẳng đứng xuống một bể nước chiết suất $\frac{4}{3}$. Phần cọc nhô ra ngoài mặt nước là 30 cm, bóng của nó trên mặt nước dài 40 cm và dưới đáy bể nước dài 190 cm. Tính chiều sâu của lớp nước?

A. 200 cm.

B. 250 cm.

C. 180 cm.

D. 160 cm.

Xem thêm các dạng bài tập Vật Lí lớp 9 có đáp án và lời giải chi tiết khác:

• Bài tập ảnh của một vật qua thấu kính hội tụ (TKHT)
• Bài tập ảnh của một vật qua thấu kính phân kì (TKPK)
• Bài tập về mắt cận
• Bài tập về mắt lão
• Bài tập về sự tạo ảnh trong máy ảnh
• Bài tập về kính lúp
• Bài tập ánh sáng trắng và ánh sáng màu

Xem thêm các loạt bài Để học tốt Vật Lí lớp 9 hay khác:

• Giải bài tập Vật lý 9
• Giải sách bài tập Vật Lí 9
• Giải VBT Vật Lí 9
• Đề thi Vật Lí 9

---