Bài 6. Phản xạ toàn phần trang 30, 31, 32 Khoa học tự nhiên 9 Kết nối tri thức: Xét sự truyền sáng từ bán trụ thủy tinh ra không khí, khi góc tới bằng 41°...

Câu hỏi:

Xét sự truyền sáng từ bán trụ thủy tinh ra không khí, khi góc tới bằng 41°, ta quan sát được đồng thời tia phản xạ và tia khúc xạ với góc khúc xạ với góc khúc xạ gần bằng 90° như hình bên. Theo em khi góc tới tiếp tục tăng lên tới giá trị 60° thì tia sáng sẽ truyền như thế nào?

Hướng dẫn giải :

Phán đoán bằng kiến thức, kinh nghiệm, trải nghiệm của cá nhân

Lời giải chi tiết :

Khi góc tới tiếp tục tăng lên tới giá trị 60° thì ta sẽ thấy tia khúc xạ nhạt dần và biến mất, tia phản xạ đậm dần

Câu hỏi:

Thí nghiệm về phản xạ toàn phần

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 6.1.

- Chiếu chùm sáng hẹp truyền từ bản bán trụ ra không khí, tăng dần góc tới I và quan sát chùm sáng phản xạ và chùm sáng khúc xạ ra không khí.

- Quan sát và ghi chép vào vở theo mẫu bảng 6.1 đặc điểm nhìn thấy của chùm sáng khúc xạ và phản xạ

Trả lời các câu hỏi sau:

1. Góc khúc xạ lớn hơn hay nhỏ hơn góc tới?

2. Khi nào sẽ xảy ra hiện tượng chỉ có tia phản xạ?

Hướng dẫn giải :

Quan sát thí nghiệm và trả lời câu hỏi

Lời giải chi tiết :

1. Góc khúc xạ lớn hơn góc tới

2. Khi chiếu góc tới bằng góc i_th thì xảy ra hiện tượng chỉ có tia phản xạ

Câu hỏi:

1. Tính góc tới hạn phản xạ toàn phần trong trường hợp tia sáng chiếu từ bản bán trụ thủy tinh (chiết suất n₁ = 1,5) ra không khí (chiết suất n₂ = 1).

2. Sử dụng dụng cụ thí nghiệm ở Hình 6.1 xác định giá trị i_th, so sánh kết quả với câu 1 và rút ra nhận xét

Hướng dẫn giải :

1. Áp dụng công thức tính i_th: \(\sin {i_{th}} = \frac{{{n_2}}}{{{n_1}}}\)

2. Làm lại thí nghiệm và quan sát góc tới hạn

Lời giải chi tiết :

1. Góc tới hạn phản xạ toàn phần trong trường hợp chiếu từ bản bán trụ thủy tinh (chiết suất n₁ = 1,5) ra không khí (chiết suất n₂ = 1) là:

\(\begin{array}{l}\sin {i_{th}} = \frac{{{n_2}}}{{{n_1}}} = \frac{1}{{1,5}} = \frac{2}{3}\\ \Rightarrow {i_{th}} = 41^\circ 48’\end{array}\)

2. Sau khi thực hiện thí nghiệm ta có: i_th ≈ 42° gần đúng với giá trị ở câu 1

Nhận xét: Khi góc tới lớn hơn hoặc bằng góc tới hạn thì toàn bộ tia sáng bị phản xạ ở mặt phân cách

Câu hỏi:

Chiếu một tia sáng từ nước tới mặt phân cách giữa nước và không khí. Biết chiết suất của nước và không khí lần lượt là \({n_1} = \frac{4}{3},{n_2} = 1\)

a) Tính góc khúc xạ trong trường hợp góc tới bằng 30°

b) Khi góc tới bằng 60° thì có tia khúc xạ không? Tại sao?

Hướng dẫn giải :

Áp dụng công thức tính góc khúc xạ

Lời giải chi tiết :

a) Góc khúc xạ là: \[\frac{{\sin i}}{{\sin r}} = \frac{{{n_2}}}{{{n_1}}} \Leftrightarrow \frac{{\sin 30^\circ }}{{\sin r}} = \frac{1}{{\frac{4}{3}}} \Rightarrow \sin r = \frac{2}{3} \Rightarrow r = 41^\circ 48’\]

b) Khi góc tới bằng 60° thì không còn tia khúc xạ vì đã xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần

Câu hỏi:

Giải thích vì sao chỉ quan sát được hiện tượng ảo ảnh ở khoảng cách rất xa, khi lại gần thì không thấy nữa.

Hướng dẫn giải :

Vận dụng kiến thức về hiện tượng phản xạ toàn phần

Lời giải chi tiết :

Nguyên nhân vật lý là trong điều kiện sa mạc hay đường nhựa nóng, không khí tại gần mặt đất có nhiệt độ cao hơn không khí trên cao, dẫn đến chiết suất không khí tăng theo độ cao. Trong điều kiện này, các tia sáng từ bầu trời xanh có thể được phản xạ toàn phần đến mắt người quan sát

Câu hỏi:

Thực hiện yêu cầu sau:

1. Giải thích sự truyền ánh sáng trong sợi quang

2. Nêu một số ứng dụng của sợi quang trong y học, công nghệ thông tin

Hướng dẫn giải :

Vận dụng kiến thức về phản xạ toàn phần

Lời giải chi tiết :

1. Ánh sáng trong cáp sợi quang truyền qua lõi và va đập liên tục vào lớp sơn phủ. Bởi vì lớp sơn phủ không hấp thu bất kì ánh sáng trong lõi nên sóng ánh sáng có thể truyền đi với cự li rất xa. Tuy nhiên ánh sáng cũng có thể bị giảm sút bởi sự không tinh khiến của thủy tinh. Sự suy giảm tín hiệu phụ thuộc vào độ tinh khiến của thủy tinh.

2. Ứng dụng:

- Trong y học: Đây là một lĩnh vực mà có ý nghĩa rất lớn đối với con người chúng ta ảnh hưởng trực tiếp đến cuộc sống của chúng ta hàng ngày và cáp quang được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực này mang đến những phương thức phẫu thuật hiệu quả không xâm nhập vào cơ thể người đó là phương pháo nội soi ánh sáng chói lóa của sợi quang được sử dụng để soi sáng vùng phẫu thuật bên trong cơ thể, giúp giảm kích thước của vết rạch, đây là bước ngoặt rất lớn trong công nghệ cáp quang đối với y tế. Tất cả các phiên bản của nội soi trông giống như một ông dài và mỏng, với một ống kính hoặc máy ảnh ở một đầu mà qua đó ánh sáng được phát ra từ các sợi bó quang quấn lại với nhau bên trong vỏ bọc.

- Trong công nhệ thông tin: Mạng cáp quang nối nhiều quốc gia trên thế giới liên kết người dùng với nhau. Mạng quang riêng của các công ty đường sắt, điện lực, bộ ngành …. Đường cáp quang trung kế ,đường cáp quang thả biển xuyên quốc gia. Đường cáp quang truyền số liệu, mạng LAN, mạng nội bộ. Mạng cáp quang truyền hình, internet kết nối nhỏ lẻ đến tận từng các hộ gia đình.