Sách bài tập KHTN 9 Bài 4 (Chân trời sáng tạo): Khúc xạ ánh sáng

Giải SBT KHTN 9 Bài 4: Khúc xạ ánh sáng

Câu 4.1 trang 11 Sách bài tập KHTN 9: 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.

Lời giải:

Đáp án đúng là: A

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

Câu 4.2 trang 11 Sách bài tập KHTN 9: 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.

Lời giải:

Đáp án đúng là: D

A, B, C đều là các hiện tượng liên quan đến khúc xạ ánh sáng.

Câu 4.3 trang 11 Sách bài tập KHTN 9: 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.

Lời giải:

Đáp án đúng là: C

Do chiết suất của thuỷ tinh lớn hơn chiết suất của không khí nên tia sẽ đi theo tia IC.

Câu 4.4 trang 11 Sách bài tập KHTN 9: 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.

Lời giải:

Đáp án đúng là: C

Nguyên nhân gây ra sự khúc xạ tại mặt phân cách khi ánh sáng truyền từ không khí vào thuỷ tinh là vì chiết suất của hai môi trường trong suốt này khác nhau, hay tốc của ánh sáng khi đi qua mặt phân cách đã bị thay đổi.

Câu 4.5 trang 12 Sách bài tập KHTN 9: 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.

Lời giải:

Chiết suất của chất lỏng là:

$n=\frac{\sin i}{\sin r}=\frac{\sin {45}^0}{\sin {32}^0}=1,33$

Câu 4.6 trang 12 Sách bài tập KHTN 9: 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.

Lời giải:

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:

$r=i-{18}^0={50}^0-{18}^0={32}^0$

Chiết suất của chất rắn là:

$n=\frac{\sin i}{\sin r}=\frac{\sin {50}^0}{\sin {32}^0}\approx 1,45$

Câu 4.7 trang 12 Sách bài tập KHTN 9: 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.

Lời giải:

Sử dụng công thức: $\frac{\sin i}{\sin r}=n=\frac{n_2}{n_1}$ với n₁ = 1.

Ta tính được chiết suất của các môi trường chưa biết như sau:

Vậy môi trường C là kim cương.

Câu 4.8 trang 12 Sách bài tập KHTN 9: 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^o. Xác định góc lệch giữa tia khúc xạ trong chất lỏng này và tia tới.

Lời giải:

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

$v=\frac{c}{n}=\frac{{3.10}^8}{1,36}\approx 2,{2.10}^8(m/s)$

b) Ta có: $n=\frac{\sin i}{\sin r}=\frac{n_2}{n_1}=\frac{\sin {40}^0}{\sin r}=\frac{1,36}{1}\to r\approx 28,2^0$

Góc lệch giữa tia khúc xạ và tia tới : D = i – r = 40⁰ - 28,2⁰ = 11,8⁰

Câu 4.9 trang 12 Sách bài tập KHTN 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?

Lời giải:

a) Tốc độ lan truyền ánh sáng tăng lên do: $n_1>n_2\Rightarrow \frac{c}{v_1}>\frac{c}{v_2}\Rightarrow v_1<v_2.$

b) Tia khúc xạ lệch ra xa pháp tuyến hơn so với tia tới do: $n_1>n_2\Rightarrow \frac{\sin i}{\sin r}=\frac{n_2}{n_1}<1\Rightarrow i<r.$

Câu 4.10 trang 12 Sách bài tập KHTN 9: 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 từ từ nước vào gần đầy cốc. Quan sát chiều mũi tên qua cốc thủy tinh.

Thí nghiệm 2:

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

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

a) Mô tả hiện tượng quan sát được?

b) Giải thích hiện tượng quan sát được?

Lời giải:

a) Nhìn qua cốc thủy tinh ta thấy:

- Mũi tên bị đảo chiều so với trước khi rót nước vào cốc.

- Vị trí hai nửa hình tròn (trắng, đen) đổi chỗ 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.

Lý thuyết KHTN 9 Bài 4: Khúc xạ ánh sáng

1. Hiện tượng khúc xạ ánh sáng

Hiện tượng ánh sáng là hiện tượng khi truyền từ môi trường trong suốt này sang môi trường trong suốt khác, tia sáng có thể bị khúc xạ (bị lệch khỏi phương truyền ban đầu) tại mặt phân cách giữa hai môi trường.

2. Định luật khúc xạ ánh sáng

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

- Đối với hai môi trường trong suốt nhất định, tỉ số giữa sin góc tới (sin i) và sin góc khúc xạ (sin r) là một hằng số.

$\frac{\sin i}{\sin r}=$hằng số

3. Chiết suất của môi trường

- Chiết suất n của một môi trường trong suốt được xác định bằng tỉ số giữa tốc độ của ánh sáng trong chân không (hoặc không khí) với tốc độ ánh sáng trong môi trường đó.

$n=\frac{c}{v}$

Trong đó:

+ c = 300 000 km/s là tốc độ ánh sáng trong chân không.

+ v là tốc độ của ánh sáng trong môi trường.

+ n là chiết suất của một môi trường.

- Chiết suất n cho biết tốc độ ánh sáng truyền trong môi trường đó nhỏ hơn bao nhiêu lần so với tốc độ ánh sáng trong chân không.

Biểu thức: $n_{21}=\frac{n_2}{n_1}=\frac{v_1}{v_2}=\frac{\sin i}{\sin r}$

+ n₂₁: Chiết suất tỉ đối của môi trường 2 đối với môi trường 1

+ n₁ là chiết suất của môi trường 1

+ n₂ là chiết suất của môi trường 2