Giải Khoa học tự nhiên 9 trang 35

Tóm tắt lý thuyết

Trang 33 hoàn thiện nội dung Bài 6 (về phản xạ toàn phần và cáp quang), trang 34 mở đầu Bài 7 – Lăng kính.

Cáp quang (sợi quang):

• Cáp quang là bó nhiều sợi quang. Mỗi sợi quang là một dây trong suốt dẫn sáng nhờ hiện tượng phản xạ toàn phần.
• Cấu tạo gồm: lõi (thuỷ tinh hoặc chất dẻo trong suốt, chiết suất $n_1$) được bao quanh bởi lớp vỏ có chiết suất $n_2 < n_1$.
• Tia sáng đi vào lõi, gặp mặt tiếp xúc lõi – vỏ dưới góc tới lớn hơn góc tới hạn nên bị phản xạ toàn phần liên tiếp, "nhảy" dọc theo sợi quang mà không thoát ra ngoài.

Phần EM ĐÃ HỌC nhắc lại điều kiện phản xạ toàn phần:

• Ánh sáng truyền từ môi trường chiết suất $n_1$ sang môi trường chiết suất $n_2$ với $n_1 > n_2$.
• Góc tới lớn hơn hoặc bằng góc tới hạn: $i \ge i_{th}$, với $\sin i_{th} = \dfrac{n_2}{n_1}$.

Lăng kính (Bài 7, trang 34):

• Là khối trong suốt, đồng chất, giới hạn bởi hai mặt phẳng không song song, thường có dạng lăng trụ tam giác.
• Hai mặt giới hạn gọi là mặt bên; giao tuyến hai mặt bên là cạnh; mặt đối diện cạnh là đáy.
• Góc $A$ hợp bởi hai mặt bên gọi là góc chiết quang (góc ở đỉnh).
• Mặt phẳng vuông góc với các cạnh là mặt phẳng tiết diện chính.

---

Bài tập trang 33: Hoạt động tìm hiểu cáp quang

Trang 34 chỉ có phần lý thuyết cấu tạo lăng kính, chưa có câu hỏi, nên các câu cần giải nằm ở trang 33.

Câu 1: Giải thích sự truyền ánh sáng trong sợi quang

Lời giải:

Tia sáng đi từ ngoài tới điểm $I$ trên tiết diện sợi quang, bị khúc xạ khi đi vào lõi (môi trường chiết suất $n_1$). Sau đó tia khúc xạ đi tới mặt tiếp xúc giữa lõi và lớp vỏ tại $I_1$.

• Vì lõi có chiết suất lớn hơn vỏ ($n_1 > n_2$), ánh sáng truyền từ môi trường chiết quang hơn sang môi trường chiết quang kém hơn.
• Góc tới $i$ tại mặt phân cách lõi – vỏ lớn hơn góc tới hạn ($i > i_{th}$).

Hai điều kiện trên thoả mãn nên xảy ra phản xạ toàn phần: toàn bộ tia sáng bị phản xạ trở lại lõi, không thoát ra vỏ. Hiện tượng này lặp lại nhiều lần liên tiếp tại $I_2$, $I_3$,… khiến ánh sáng "đi zíc-zắc" dọc theo lõi và truyền đi rất xa với ít hao hụt.

Giải thích lý do: chính nhờ duy trì được điều kiện phản xạ toàn phần ở mỗi lần chạm thành lõi mà ánh sáng được "giam" trong lõi và dẫn truyền ổn định.

Câu 2: Một số ứng dụng của sợi quang trong y học và công nghệ thông tin

Lời giải:

Trong y học:

• Nội soi: đưa sợi quang vào trong cơ thể (dạ dày, ruột, phế quản…) để chiếu sáng và truyền hình ảnh ra ngoài, giúp bác sĩ quan sát, chẩn đoán mà không cần phẫu thuật lớn.
• Dẫn ánh sáng laser trong phẫu thuật, điều trị (ví dụ laser trị liệu, mổ nội soi).

Trong công nghệ thông tin:

• Truyền dữ liệu tốc độ cao: cáp quang là "xương sống" của mạng Internet, truyền hình ảnh, âm thanh, dữ liệu đi xa với tốc độ lớn và ít suy hao.
• Mạng viễn thông, truyền hình cáp, kết nối các trung tâm dữ liệu.

Lý do sợi quang được ưa dùng: tín hiệu ánh sáng truyền nhanh, dung lượng lớn, ít bị nhiễu điện từ và hao hụt thấp hơn nhiều so với dây dẫn điện thông thường.

---

Mở rộng: Câu hỏi đầu Bài 7

Đề: Ánh sáng từ đèn sợi đốt sau khi đi qua lăng kính tạo thành chùm sáng có màu từ đỏ đến tím. Lăng kính có tác dụng gì trong hiện tượng này?

Gợi ý trả lời (sẽ học kỹ trong bài):

Lăng kính có tác dụng phân tích (tán sắc) ánh sáng trắng thành dải nhiều màu từ đỏ đến tím. Ánh sáng trắng thực chất là tập hợp nhiều ánh sáng màu; mỗi màu bị lăng kính làm lệch một góc khác nhau (tím lệch nhiều nhất, đỏ lệch ít nhất) nên khi ló ra chúng tách thành dải màu liên tục gọi là quang phổ.

---

Cô đã giải xong toàn bộ câu hỏi có trên hai trang. Trang 34 mới dừng ở phần cấu tạo lăng kính nên chưa có bài tập, em theo dõi tiếp các trang sau để làm phần thí nghiệm và tán sắc nhé.