Giáo án và PPT KHTN 9 cánh diều bài 3: Khúc xạ ánh sáng và phản xa toàn phần

BÀI 3: KHÚC XẠ ÁNH SÁNG VÀ PHẢN XẠ TOÀN PHẦN

HOẠT ĐỘNG KHỞI ĐỘNG

GV yêu cầu HS thảo luận và trả lời:

Quan sát chiếc đũa được nhúng trong một hộp đựng nước ở hình 3.1, ta thấy chiếc đũa như bị gãy tại mặt phân cách giữa nước và không khí. Vì sao lại xảy ra hiện tượng như vậy?

HOẠT ĐỘNG HÌNH THÀNH KIẾN THỨC

Hoạt động 1: Hiện tượng khúc xạ ánh sáng

HS thảo luận trả lời câu hỏi: 

• Nêu định nghĩa hiện tượng khúc xạ ánh sáng? 
• Một số hiện tượng khúc xạ ánh sáng trong đời sống mà em thường gặp.

Sản phẩm dự kiến:

- 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.

- Các hiện tượng khúc xạ ánh sáng trong đời sống hàng ngày có thể gồm: 
+ Khi ánh sáng đi qua một lăng kính (ví dụ như kính cận, kính râm), ánh sáng sẽ bị khúc xạ và tạo ra hình ảnh vật thể được phóng to hoặc thu nhỏ tùy thuộc vào loại lăng kính và cách sắp xếp của nó.

+ Khi bạn nhìn xuống một bể nước, bạn có thể thấy các vật dưới nước bị lệch hướng so với vị trí thực sự của chúng. Đây là do ánh sáng đi qua biên giới giữa không khí và nước, dẫn đến hiện tượng khúc xạ.

2. ĐỊNH LUẬT KHÚC XẠ ÁNH SÁNG

Hoạt động 1: Chiết suất của môi trường

Gv yêu cầu HS trao đổi theo nhóm: 

• Trong bảng 3.1, tốc độ ánh sáng truyền trong môi trường nào là nhỏ nhất? Từ đó, cho biết chiết suất môi trường nào là lớn nhất.

• Tính chiết suất của môi trường không khí ở 0°C và 1 atm.

Sản phẩm dự kiến:

- Dựa vào số liệu bảng 3.1 ta thấy: Tốc độ ánh sáng truyền trong môi trường kim cương là nhỏ nhất.

Ta có: 

nên tốc độ truyền ánh sáng trong môi trường càng nhỏ thì chiết suất môi trường càng lớn.

 =>Chiết suất môi trường kim cương là lớn nhất.

• Chiết suất của môi trường không khí ở 0 °C và 1 atm là:

Hoạt động 2: Định luật khúc xạ ánh sáng

GV cho HS quan sát hình 3.5 và trả lời câu hỏi:

• Môi trường chứa tia tới.
• Môi trường chứa tia khúc xạ.
• Điểm tới và pháp tuyến của mặt phân cách tại điểm tới đó.

Sản phẩm dự kiến:

- Môi trường chứa tia tới là môi trường không khí.

+ Môi trường chứa tia khúc xạ là bản bán trụ bằng thủy tinh (môi trường thủy tinh).

+ Điểm tới là vị trí giao điểm giữa tia tới và mặt phẳng bán trụ thủy tinh.

+ Pháp tuyến của mặt phân cách tại điểm tới là đường thẳng vuông góc với mặt phẳng bán trụ thủy tinh và đi qua điểm tới.

Hoạt động 3: Hiện tượng phản xạ toàn phần

GV cho HS thảo luận trả lời câu hỏi: 

• Lắp đặt các dụng cụ như hình 3.5, chiếu tia sáng đi từ không khí vào bản bán trụ, tăng dần góc tới từ 0° đến 90°. Em hãy cho biết có xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần hay không.

• Khi ta quan sát một vật ở dưới đây bề nước (hình 3.8), ta có cảm giác vật và đây bể ở gần mặt nước hơn so với thực tế. Em hãy giải thích hiện tượng này.

Sản phẩm dự kiến:

- Lắp đặt các dụng cụ như hình 3.5, chiếu tia sáng đi từ không khí vào bản bán trụ, tăng dần góc tới từ 0° đến 90°, ta thấy luôn có tia khúc xạ ở môi trường thủy tinh. Như vậy, ở trường hợp này không xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần.

- Vì khi tia sáng đi từ không khí sang nước, tại mặt phân cách giữa hai môi trường xảy ra hiện tượng khúc xạ ánh sáng, chiết suất của nước lớn hơn chiết suất của không khí nên tia khúc xạ trong môi trường nước gần pháp tuyến hơn so với tia tới, do đó đường kéo dài của tia tới trong môi trường nước được nâng lên cao hơn, cắt với đường vuông góc với mặt phân cách và đi qua vị trí vật thật tại điểm gần mặt nước hơn.

=>Do vậy, khi ta quan sát một vật ở dưới đáy bể nước (hình 3.8), ta có cảm giác vật và đáy bể ở gần mặt nước hơn so với thực tế.

HOẠT ĐỘNG LUYỆN TẬP

Câu 1. Hiện tượng nào sau đây liên quan đến sự khúc xạ ánh sáng?

A. Tia sáng mặt trời bị hắt trở lại môi trường cũ khi gặp mặt nước.

B. Tia sáng mặt trời bị lệch khỏi phương truyền ban đầu khi đi từ không khí vào nước.

C. Ánh sáng mặt trời phản chiếu trên mặt nước.

D. Khi soi gương ta thấy ảnh bị ngược với vật.

Câu 2. Hiện tượng phản xạ toàn phần chỉ xảy ra khi nào?

A. Ánh sáng đi trong hai môi trường có chiết suất bằng nhau.

B. Ánh sáng đi từ môi trường có chiết suất nhỏ sang môi trường có chiết suất lớn hơn.

C. Ánh sáng đi trong hai môi trường có chiết suất rất lớn.

D. Ánh sáng đi từ môi trường có chiết suất lớn sang môi trường có chiết suất nhỏ hơn.

Câu 3. Cho biết tốc độ ánh sáng truyền trong không khí là 300 000 km/s; trong thủy tinh là 197 368 km/s. Chiết suất của thủy tinh là

A. 1,52.

B. 1,35.

C. 1,48.

D. 1,30.

HOẠT ĐỘNG VẬN DỤNG

Vận dụng kiến thức, GV yêu cầu HS trả lời câu hỏi:

Câu 1: Khi người thợ lặn ở dưới nước nhìn lên trên chỉ thấy có một vùng hình tròn sáng ở mặt nước, phía ngoài vùng đó bị tối đen mặc dù bên trên không có vật che sáng (hình 3.9). Em hãy giải thích hiện tượng này.

Câu 2: Em hãy cho biết đặc điểm về chiết suất của phần lõi sợi quang và lớp vỏ.