Chắc hẳn chúng ta đã nghe rất nhiều về các định luật truyền ánh sáng và định luật phản xạ ánh sáng nhất là trong sách giáo khoa môn Vật lý. Dưới đây, chúng ta cùng tìm hiểu về hai định luật truyền ánh sáng và định luật phản xạ ánh sáng cũng như là những ứng dụng của nó đối với cuộc sống hiện nay.
Mục lục bài viết
1. Định luật truyền ánh sáng:
Nhận xét về sự truyền ánh sáng, có thể thấy rằng trong không khí, đường truyền của ánh sáng là đường thẳng. Thế nên trong môi trường trong suốt và đồng tính, ánh sáng sẽ được truyền đi theo đường thẳng. Đây là định luật truyền thẳng ánh sáng rất hay được hỏi trong các kỳ thi.
Với con người chúng ta thì ánh sáng đóng vai trò rất quan trọng và để ghiên cứu về sự truyền thẳng của ánh sáng có rất nhiều ứng dụng trong đời sống và kỹ thuật. Bởi thế, người ta thường nhắc đến sự truyền ánh sáng như một khái niệm không thể thiếu được trong vật lý. Mọi người có thể áp dụng sự truyền thẳng của ánh sáng để chế tạo nên những chiếc thước ngắm. Và xác định được các điểm nằm trên một đường thẳng ở trong không gian.
Ngoài ra, khi các em học sinh cần đứng thẳng hàng. Bạn tổ trưởng hoặc lớp trưởng ở đầu hàng để kiểm tra bằng rất đơn giản. Chỉ cần bạn đứng đằng sau không nhìn thấy những bạn ở trên mình (trừ bạn ở ngay sát trên) là được.
Bên cạnh đó thì với định luật truyền thẳng của ánh sáng chúng ta có thể vận dụng những đặc điểm vốn của của sự truyền ánh sáng. Đây là cách để giải thích được những hiện tượng thú vị khác có bên trong tự nhiên. Đây là một trong những điểm rất hay của ứng dụng định luật truyền thẳng ánh sáng.
2. Bài tập ứng dụng về định luật truyền ánh sáng:
Dạng 1. Giải thích khi nào nhìn thấy được vật
Để giải thích tại sao khi mắt ta mở và vật là một nguồn sáng nhưng ta vẫn không nhìn thấy vật. Căn cứ vào ánh sáng truyền theo đường thẳng, ta kẻ một đường thẳng từ mắt đến vật đó. Nếu:
+ Đường thẳng đó gặp vật cản là vật chắn sáng thì ta không thể nhìn thấy vật.
+ Đường thẳng đó không gặp vật cản là vật chắn sáng thì ta nhìn thấy vật.
Dạng 2. Bài tập ánh sáng truyền đi trong các môi trường
+ Căn cứ vào định luật truyền thẳng của ánh sáng để giải thích:
+ Khi ánh sáng truyền đi trong một môi trường:
+ Nếu môi trường đó là trong suốt và đồng tính thì ánh sáng truyền đi theo đường thẳng.
+ Nếu môi trường đó là trong suốt và không đồng tính hoặc đồng tính nhưng không trong suốt thì ánh sáng không truyền đi theo đường thẳng.
+ Ánh sáng truyền đi trong hai môi trường: Nếu cả hai môi trường đều trong suốt và đồng tính thì ánh sáng truyền đi theo hai nửa đường thẳng bị gãy khúc tại mặt phân cách giữa hai môi trường đó.
Bài tập 1:
Ánh sáng từ dây tóc bóng đèn truyền trực tiếp đến mắt ta theo ống thẳng hay ống cong?
Trả lời:
Ánh sáng truyền tới mắt đi theo ống thẳng (một đường thẳng).
Bài tập 2:
Hãy bố trí thí nghiệm để kiểm tra xem khi không dùng ống thì ánh sáng có truyền đi theo đường thẳng không? Đặt 3 tấm bìa đục lỗ (hình 2.2) sao cho mắt nhìn thấy dây tóc đèn pin đang sáng qua cả 3 lỗ A, B, C.
Kiểm tra xem 3 lỗ A, B, C trên tấm bìa và bóng đèn có nằm trên một đường thẳng hay không?
Trả lời:
+ Đặt mắt sau 3 tấm bìa có đục lỗ để nhìn ánh sáng từ ngọn đèn. Nếu ba lỗ không thẳng hàng, mắt không nhìn thấy ánh sáng từ ngọn đèn truyền tới.
+ Ta luồn một sợi dây (hay một cây thước thẳng) qua 3 lỗ A, B, C.
+ Nếu 3 lỗ A, B, C và bóng đèn cùng nằm trên đường thẳng chứa sợi dây đó thì chúng thẳng hàng
+ Nếu 3 lỗ A, B, C và bóng đèn không cùng nằm trên đường thẳng chứa sợi dây đó thì chúng không thẳng hàng
+ Kết luận: Đường truyền của ánh sáng trong không khí là đường thẳng.
Bài tập 3:
Hãy quan sát và nêu đặc điểm của mỗi loại chùm sáng.
| a) Chùm sáng song song (hình 2.5a) gồm các tia sáng …….trên đường truyền của chúng. b) Chùm sáng hội tụ (hình 2.5b) gồm các tia sáng …….trên đường truyền của chúng. c) Chùm sáng phân kì (hình 2.5b) gồm các tia sáng …….trên đường truyền của chúng. | giao nhau không giao nhau loe rộng ra |
Trả lời:
a) Chùm sáng song song (hình 2.5a) gồm các tia sáng không giao nhau trên đường truyền của chúng.
b) Chùm sáng hội tụ (hình 2.5b) gồm các tia sáng giao nhau trên đường truyền của chúng
c) Chùm sáng phân kì (hình 2.5c) gồm các tia sáng loe rộng ra trên đường truyền của chúng.
3. Định luật phản xạ ánh sáng là gì?
Cũng là các định luật về ánh sáng, tuy nhiên định luật về sự phản xạ của ánh sáng được thực hiện thí nghiệm chiếu tia sáng của đèn pin lên mặt phẳng trên bàn, ta thu được một vệt sáng trên tường. Đây là một trong những ví dụ điển hình cho sự phản xạ ánh sáng. Vậy sự phản xạ ánh sáng được hiểu nôm na như sau: Khi ánh sáng chạm vào một bề mặt hoặc một ranh giới khác không hấp thụ năng lượng bức xạ và làm sóng ánh sáng bật khỏi bề mặt đó.
4. Nội dung định luật phản xạ ánh sáng:
Nội dung định luật phản xạ ánh sáng được phát biểu như sau:
+ Khi ánh sáng bị phản xạ, tia phản xạ nằm trong mặt phẳng chứa tia tới và pháp tuyến của gương ở điểm tới.
+ Góc phản xạ bằng góc tới
Trong đó:
+ SI được gọi là tia tới
+ IR được gọi là tia phản xạ
+ IN được gọi là pháp tuyến
+ SIN = i: được gọi là góc tới
+ NIR = i’: được gọi là góc phản xạ
Nội dung định luật phản xạ suy ra được tính chất rất quan trọng:
+ i = i’ hay SIN = NIR
5. Bài tập định luật phản xạ ánh sáng:
Trước khi giải bài tập định luật phản xạ ánh sáng, chúng ta cần phải nắm vững một số kiến thức quan trọng sau đây:
+ Pháp tuyến vuông góc với mặt phẳng phản xạ (thường là mặt phẳng gương), do đó góc tạo bởi pháp tuyến với mặt phẳng phản xạ bằng 90 độ.
+ Góc tới bằng góc phản xạ
+ Ứng dụng hình học phẳng vào giải bài tập
Câu 1: Nội dung nào sau đây không thuộc định luật phản xạ ánh sáng:
A. Góc phản xạ bằng góc tới
B. Tia phản xạ bằng tia tới
C. Góc hợp bởi tia tới và pháp tuyến bằng góc hợp bởi tia phản xạ và pháp tuyến
D. Tia phản xạ nằm trong mặt phẳng chứa tia tới và pháp tuyến của mặt phẳng gương.
Đáp án: B. Tia phản xạ bằng tia tới
Giải thích: Không có sự so sánh về độ dài giữa các tia với nhau, độ dài các tia là vô hạn.
Câu 2: Chiếu một tia sáng đến một gương phẳng ta thu được một tia phản xạ tạo với tia tới một góc 40 độ. Góc tới giá trị là bao nhiêu độ? Chọn đáp án chính xác nhất và nêu cách làm:
A. 20
B. 80
C. 40
D. 20
Đáp số: A. 20 độ
Góc tới = góc phản xạ. Do đó pháp tuyến là tia phân giác của góc tạo bởi tia phản xạ và tia tới.
= > Góc tới = góc phản xạ = 40/2 = 20 (độ)
Câu 3: Chiếu một tia tới SI lên một gương phẳng hoặc một mặt phẳng phản xạ, ta thu được một tia phản xạ IR tạo với tia tới SI một góc 60 độ. Tìm giá trị của góc tới i và góc phản xạ r. (lưu ý qui ước i là góc tới còn r là góc phản xạ)
A. i = r = 60 độ
B. i = r = 30 độ
C. i = 20 độ, r = 40 độ
D. i = r =120 độ
Đáp án: B: i = r =30 độ.
Lời giải:
Theo định luật phản xạ ánh sáng thì góc tới luôn bằng góc phản xạ tức i = r. Do đó ta loại trừ phương án C khi mà i # r.
Ta có i = r mà i + r = 60 độ —-> i = r = 30 độ, Chọn đáp án B.
Câu 3: Chiếu một tia sáng SI lên một mặt phẳng gương, tia phản xạ IR của SI thu được nằm trên mặt phẳng nào?
A. Mặt phẳng gương
B. Mặt phẳng tạo bởi tia tới và mặt gương
C. Mặt phẳng vuông góc với tia tới
D. Mặt phẳng tạo bởi tia tới và pháp tuyến của gương ở điểm tới
Đáp án: D. Mặt phẳng bởi tia tới và pháp tuyến gương
Lời giải: Theo định luật phản xạ ánh sáng thì tia phản xạ nằm trong mặt phẳng chứa tia tới và pháp tuyến của gương ở điểm tới. Do đó án án đúng của câu này là D.
Câu 4: Câu nào dưới đây là đúng về định luật phản xạ ánh sáng:
A. Tia tới vuông góc tia phản xạ
B. Tia tới bằng tia phản xạ
C. Góc tới bằng góc phản xạ
D. Góc cộng góc phản xạ bằng 180 độ
Đáp án: C. Góc tới bằng góc phản xạ
Theo định luật phản xạ ánh sáng thì góc tới bằng góc phản xạ
Câu 5: Cho tia tới SI hợp với mặt phẳng gương góc 30 độ. Hỏi tia phản xạ có số đo là bao nhiêu?
A. 30 độ
B. 50 độ
C. 60 độ
D. 80 độ
Lời giải:
Tia SI hợp với mặt phẳng gương góc 30 độ. Lại có pháp tuyến vuông góc với gương
=> SIN = 90 – 30 = 60 độ, suy ra góc tới có độ lớn là 60 độ
Áp dụng định luật phản xạ ánh sáng ta có: i = r = 60 độ. Chọn đáp án C. 60 độ
Định luật phản xạ ánh sáng ngày nay còn được ứng dụng và đóng vai trò nền tảng trong những kính hiển vi hiện đại. Ngoài việc phục vụ công trình nghiên cứu còn giúp cấu thành những công cụ có ý nghĩa vô cùng quan trọng trong y học.
