Khoa học tự nhiên 9 Kết nối tri thức Bài 5

Mở đầu (trang 25) Khoa học tự nhiên 9 Kết nối tri thức Bài 5: Tại sao khi trong cốc không có nước thì ta không thể nhìn thấy đồng xu (hình a), còn nếu vẫn giữ nguyên vị trí đặt mắt và cốc nhưng rót nước vào cốc thì ta lại nhìn thấy đồng xu (hình b)?

Trả lời:

- Khi đổ nước vào cốc, hiện tượng lệch hướng truyền của các tia sáng phát ra từ đồng xu đã xảy ra tại mặt phân cách giữa nước và không khí, giúp các tia sáng này truyền được tới mắt khiến chúng ta quan sát được đồng xu.

I. Hiện tượng khúc xạ ánh sáng

Hoạt động (trang 25) Khoa học tự nhiên 9 Kết nối tri thức Bài 5: Thí nghiệm 1: Tìm hiểu hiện tượng khúc xạ ánh sáng

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 5.1.

- Chiếu một chùm sáng tới SI (điểm tới I là tâm của bản bán trụ).

- Quan sát đường đi của chùm sáng.

Trả lời câu hỏi sau:

Chùm sáng truyền từ không khí vào thủy tinh bị gãy khúc (lệch khỏi phương truyền) tại đâu?

Trả lời:

- Vị trí mà chùm ánh sáng bị gãy khúc (lệch khỏi phương truyền) khi đi từ môi trường không khí vào thủy tinh chính là mặt phân cách giữa hai môi trường (không khí và thủy tinh).

Câu hỏi (trang 26) Khoa học tự nhiên 9 Kết nối tri thức Bài 5: Một tia sáng truyền tới mặt nước tạo ra một tia phản xạ và một tia khúc xạ (Hình 5.3) hãy vẽ vào vở và bổ sung chiều mũi tên của các tia sáng.

Trả lời:

Đường truyền của tia sáng được thể hiện ở hình dưới:

II. Định luật khúc xạ ánh sáng

Hoạt động 1 (trang 26) Khoa học tự nhiên 9 Kết nối tri thức Bài 5: Thí nghiệm 2: Tìm mối liên hệ giữa góc khúc xạ và góc tới

Chuẩn bị:

Dụng cụ nghiên cứu như thí nghiệm 1. 

Tiến hành:

- Bố trí thí nghiệm như Hình 5.1.

- Chiếu tia sáng đến mặt phân cách tại điểm tới I (tâm của đường tròn chia độ) lần lượt với góc 0^o, 20^o, 40^o, 60^o, 80^o.

- Đọc giá trị của góc khúc xạ tương ứng và hoàn thành vào vở theo mẫu tương tự Bảng 5.1.

Trả lời câu hỏi và thực hiện các yêu cầu sau:

1. Tia khúc xạ nằm ở phía nào của pháp tuyến so với tia tới?

2. So sánh độ lớn góc tới và góc khúc xạ.

3. Nhận xét tỉ số giữa sin góc tới i và sin góc khúc xạ r.

Trả lời:

1. Vị trí của tia khúc xạ nằm ở phía bên kia pháp tuyến so với vị trí của tia tới.

2. Độ lớn của góc tới luôn lớn hơn độ lớn của góc khúc xạ. 

3. Tỉ số giữa sin góc tới và sin góc khúc xạ duy trì là một hằng số không đổi (≈1,50).

Hoạt động 2 (trang 27) Khoa học tự nhiên 9 Kết nối tri thức Bài 5: Thí nghiệm 3: Khảo sát phương của tia khúc xạ

Chuẩn bị:

- Bản bán trụ bằng thuỷ tinh trong suốt;

- Một tấm xốp mỏng có gắn bảng chia độ;

- Bốn chiếc đinh ghim giống nhau;

- Một tấm nhựa phẳng.

Tiền hành:

- Bố trí thí nghiệm như Hình 5.4.

- Cắm các đinh ghim tại O và A để xác định pháp tuyến OA.

- Cắm đinh ghim ở B để xác định tia tới là BO.

Lưu ý: Để các đinh ghim ở O, A, B sao cho mũ đinh có chiều cao bằng 1221​ bề dầy bản bán trụ thuỷ tinh. Khi đó mặt phẳng tới đi qua ba đầu đinh ghim ở O, A, B song song với tấm xốp.

- Đặt mắt để nhìn vào mặt phẳng của bản bán trụ sao cho đầu mũ đinh ghim ở O che khuất ảnh đầu mũ đinh ghim ở B.

- Cắm đinh ghim ở C trên đường truyền sáng từ O tới mắt sao cho đầu mũ đinh ghim ở C che khuất ảnh đầu đinh ghim ở B và O. Khi đó tia khúc xạ sẽ là tia OC.

- Bỏ bản bán trụ thuỷ tinh ra, dùng tấm nhựa phẳng để kiểm tra các tia BO, OA, OC có đồng phẳng hay không?

Trả lời câu hỏi sau:

Kết quả thí nghiệm cho thấy tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng nào?

Trả lời:

- Bỏ bản bán trụ thuỷ tinh ra, dùng tấm nhựa phẳng để kiểm tra các tia BO, OA, OC có đồng phẳng

- Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng chưa tới.

Câu hỏi 1 (trang 27) Khoa học tự nhiên 9 Kết nối tri thức Bài 5: Hình 5.5 mô tả hiện tượng khúc xạ khi tia sáng truyền từ môi trường nước ra không khí. Chỉ ra điểm tới, tia tới, tia khúc xạ, vẽ pháp tuyến tại điểm tới. So sánh độ lớn của góc khúc xạ và góc tới.

Trả lời:

- Độ lớn của góc khúc xạ lớn hơn góc tới.

Câu hỏi 2 (trang 28) Khoa học tự nhiên 9 Kết nối tri thức Bài 5: Quan sát đường truyền của tia sáng trong hình 5.6, vận dụng kiến thức đã học để trả lời câu hỏi mở bài.

Trả lời:

- Khi cốc không có nước: Ánh sáng phản xạ từ đồng xu truyền thẳng qua không khí đến mắt chúng ta. Tuy nhiên, do thành cốc che khuất đường truyền thẳng này nên ánh sáng không tới được mắt, khiến ta không thấy đồng xu.

- Khi đổ nước vào cốc: Tia sáng xuất phát từ đồng xu truyền trong nước, khi đi qua mặt phân cách giữa nước và không khí thì bị gãy khúc xạ (lệch khỏi phương truyền ban đầu). Sự gãy khúc này có thể làm cho hình ảnh của đồng xu chệch đi so với vị trí ban đầu. Nhờ đó, mắt ta quan sát được đồng xu mà không cần thay đổi vị trí đứng.

III. Chiết suất của môi trường

Câu hỏi 1 (trang 28) Khoa học tự nhiên 9 Kết nối tri thức Bài 5: Khi một tia sáng đi từ môi trường này sang môi trường khác, chiết suất tỉ đối của hai môi trường cho ta biết điều gì về đường đi của tia sáng đó

Trả lời:

Khi một tia sáng đi từ môi trường (1) này sang môi trường (2), chiết suất tỉ đối của hai môi trường n₂₁ cho ta biết:

+ Nếu n₂₁ > 1 thì đường đi của tia khúc xạ trong môi trường (2) đi gần pháp tuyến của mặt phân cách hơn tia tới.

+ Nếu n₂₁ < 1 thì đường đi của tia khúc xạ trong môi trường (2) đi xa pháp tuyến của mặt phân cách hơn tia tới.

Câu hỏi 2 (trang 28) Khoa học tự nhiên 9 Kết nối tri thức Bài 5: Tính chiết suất của nước. Biết tia sáng truyền từ không khí với góc tới là i = 60° thì góc khúc xạ trong nước là r = 40°

Trả lời:

- Coi chiết suất của không khí $n_1 \approx 1$, áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng ta có chiết suất của nước là: