Giải Khoa học tự nhiên 9 trang 39
Lời giải chi tiết SGK Lớp 9 · Môn Khoa Há»c Tá»± NhiĂªn · Trang 39–40
(Lưu ý nhỏ: số trang in trên ảnh là 37 và 38, mình giải đúng theo nội dung trong ảnh nhé.)
A. Câu hỏi quan sát Hình 7.6
Câu 1
Đề bài: Khi ánh sáng truyền từ không khí vào lăng kính, tại sao tia khúc xạ IJ lệch gần pháp tuyến hơn so với tia tới SI?
Cách giải
Trước hết cần nhớ: pháp tuyến là đường thẳng vuông góc với mặt phân cách tại điểm tia sáng đập vào.
- Ánh sáng đi từ không khí (môi trường có chiết suất nhỏ) vào lăng kính thuỷ tinh (môi trường có chiết suất lớn hơn).
- Khi ánh sáng đi từ môi trường chiết suất nhỏ sang môi trường chiết suất lớn thì góc khúc xạ nhỏ hơn góc tới.
- Góc khúc xạ nhỏ nghĩa là tia khúc xạ nằm sát pháp tuyến hơn.
Vì thuỷ tinh có chiết suất lớn hơn không khí nên tia khúc xạ IJ bị bẻ lại gần pháp tuyến hơn so với tia tới SI.
Câu 2
Đề bài: Khi ánh sáng truyền từ lăng kính ra không khí, tại sao tia khúc xạ JR lệch xa pháp tuyến hơn so với tia tới IJ?
Cách giải
Đây là trường hợp ngược lại với câu 1:
- Ánh sáng đi từ lăng kính (chiết suất lớn) ra không khí (chiết suất nhỏ).
- Khi ánh sáng đi từ môi trường chiết suất lớn sang môi trường chiết suất nhỏ thì góc khúc xạ lớn hơn góc tới.
- Góc khúc xạ lớn nghĩa là tia khúc xạ nằm xa pháp tuyến hơn.
Vì không khí có chiết suất nhỏ hơn thuỷ tinh nên tia khúc xạ JR bị bẻ ra xa pháp tuyến hơn so với tia tới IJ.
💡 Mẹo nhớ: "Vào dày thì sát, ra loãng thì xa" — vào môi trường dày (chiết suất lớn) tia lệch gần pháp tuyến, ra môi trường loãng thì lệch xa pháp tuyến.
Câu 3
Đề bài: Dựa vào sự truyền sáng qua lăng kính, hãy giải thích hiện tượng tán sắc ánh sáng. Biết chiết suất của lăng kính với các ánh sáng đơn sắc khác nhau là khác nhau, lớn nhất với tia tím, nhỏ nhất với tia đỏ.
Cách giải
Ta giải thích theo từng ý:
- Ánh sáng trắng (như ánh sáng Mặt Trời) là hỗn hợp của nhiều ánh sáng đơn sắc: đỏ, da cam, vàng, lục, lam, chàm, tím.
- Khi qua lăng kính, mỗi tia đều bị lệch về phía đáy lăng kính. Chiết suất càng lớn thì tia sáng bị lệch càng nhiều.
- Vì chiết suất với tia tím lớn nhất nên tia tím lệch nhiều nhất; chiết suất với tia đỏ nhỏ nhất nên tia đỏ lệch ít nhất.
- Do mỗi màu lệch một góc khác nhau nên chúng tách rời ra, tạo thành một dải màu cầu vồng.
Hiện tượng tách một chùm sáng trắng thành dải nhiều màu khi đi qua lăng kính gọi là tán sắc ánh sáng. Nguyên nhân là chiết suất của lăng kính khác nhau đối với mỗi ánh sáng đơn sắc.
B. Câu hỏi (hộp dấu hỏi)
Câu 1
Đề bài: Hình vẽ nào trong Hình 7.7 chỉ đúng đường đi của tia sáng qua lăng kính khi lăng kính đặt trong không khí?
Cách giải
Nguyên tắc đường truyền tia sáng qua lăng kính đặt trong không khí:
- Tia sáng khi đi qua lăng kính bị khúc xạ hai lần (tại mặt vào và mặt ra).
- Tia ló (tia đi ra) luôn lệch về phía đáy của lăng kính so với tia tới.
- Tia sáng phải đi xuyên qua hai mặt bên của lăng kính chứ không đi xuyên qua đáy.
Đối chiếu với 4 hình A, B, C, D, ta loại các hình có tia ló lệch về phía đỉnh hoặc đường đi không hợp lý.
Hình D vẽ đúng đường đi của tia sáng: tia sáng đi vào một mặt bên, khúc xạ rồi ló ra ở mặt bên kia và lệch về phía đáy lăng kính.
💡 Mẹo nhớ: Qua lăng kính, tia sáng luôn "ngả đầu về phía đáy".
Câu 2
Đề bài: Một lăng kính thuỷ tinh có chiết suất n = 1,41. Tiết diện chính là tam giác đều ABC. Chiếu một tia sáng nằm trong mặt phẳng tiết diện chính tới mặt bên AB với góc tới i₁ = 45°. Vẽ đường truyền của tia sáng qua lăng kính.
Vì tam giác ABC đều nên góc chiết quang (góc ở đỉnh giữa hai mặt bên) là A = 60°.
Cách 1 — Tính lần lượt từng góc
Bước 1: Tính góc khúc xạ r₁ tại mặt AB.
Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng (ánh sáng đi từ không khí vào thuỷ tinh):
sin(i₁) = n × sin(r₁)
sin(45°) = 1,41 × sin(r₁)
0,707 = 1,41 × sin(r₁)
sin(r₁) = 0,707 ÷ 1,41 ≈ 0,5
→ r₁ ≈ 30°
Bước 2: Tính góc tới r₂ tại mặt AC.
Trong lăng kính có công thức: r₁ + r₂ = A
r₂ = A − r₁ = 60° − 30° = 30°
Bước 3: Tính góc ló i₂ tại mặt AC (ánh sáng đi từ thuỷ tinh ra không khí):
n × sin(r₂) = sin(i₂)
1,41 × sin(30°) = sin(i₂)
1,41 × 0,5 = 0,705
sin(i₂) = 0,705
→ i₂ ≈ 45°
Bước 4: Tính góc lệch D giữa tia ló và tia tới:
D = i₁ + i₂ − A = 45° + 45° − 60° = 30°
Bước 5: Vẽ đường truyền.
- Vẽ tam giác đều ABC (đỉnh A ở trên).
- Tại điểm I trên mặt AB, vẽ tia tới SI hợp với pháp tuyến một góc 45°.
- Tia khúc xạ IJ trong lăng kính hợp với pháp tuyến tại I một góc 30°, đi tới mặt AC tại J.
- Tại J, tia ló JR đi ra không khí hợp với pháp tuyến một góc 45°, lệch về phía đáy BC.
Kết quả: r₁ ≈ 30°, r₂ = 30°, góc ló i₂ ≈ 45°, góc lệch D = 30°. Tia sáng đi qua lăng kính một cách đối xứng (góc tới bằng góc ló).
Cách 2 — Nhận xét đối xứng cho nhanh
Vì n = 1,41 ≈ √2, ta thử tính r₁:
sin(r₁) = sin(45°) ÷ √2 = (√2/2) ÷ √2 = 1/2 → r₁ = 30°
Khi đó r₂ = 60° − 30° = 30° = r₁. Hai góc khúc xạ bằng nhau nên đường đi của tia sáng đối xứng qua mặt phẳng phân giác của góc A. Do đối xứng nên i₂ = i₁ = 45° ngay lập tức, khỏi cần tính lại.
Đây chính là trường hợp góc lệch cực tiểu: D = 2i₁ − A = 2×45° − 60° = 30°.
C. Câu hỏi mục IV – Màu sắc của vật
Câu 1
Đề bài: Nhớ lại kiến thức đã học, khi nào mắt ta nhìn thấy một vật?
Cách giải
Mắt ta nhìn thấy một vật khi có ánh sáng từ vật đó truyền tới mắt ta. Ánh sáng này có thể do chính vật phát ra (vật tự phát sáng) hoặc do vật phản xạ ánh sáng chiếu vào nó.
Câu 2
Đề bài: Khi chúng ta thấy các vật màu xanh, đỏ, trắng thì có ánh sáng màu nào truyền từ vật tới mắt ta?
Cách giải
Ta thấy vật có màu nào là vì vật phản xạ ánh sáng màu đó tới mắt ta:
- Vật màu xanh → có ánh sáng màu xanh truyền tới mắt.
- Vật màu đỏ → có ánh sáng màu đỏ truyền tới mắt.
- Vật màu trắng → có ánh sáng trắng (gồm đủ các màu) truyền tới mắt.
Màu của vật chính là màu của ánh sáng mà vật phản xạ tới mắt ta.
Câu 3
Đề bài: Ban đêm, khi không có nguồn sáng, ta nhìn thấy các vật có màu gì?
Cách giải
Ban đêm không có nguồn sáng nghĩa là không có ánh sáng chiếu tới vật, nên cũng không có ánh sáng nào được vật phản xạ tới mắt ta.
Khi đó ta thấy mọi vật đều màu đen (tối, không phân biệt được màu sắc), vì không có ánh sáng từ vật truyền tới mắt.
D. Câu hỏi trang 38 (hộp dấu hỏi)
Câu 1
Đề bài: Em hãy biểu diễn các tia sáng đến mắt đối với vật ta quan sát thấy màu trắng (Hình 7.9).
Cách giải
Vật màu trắng có đặc điểm: phản xạ toàn bộ các ánh sáng màu (không hấp thụ màu nào đáng kể).
Cách biểu diễn:
- Vẽ một mũi tên ánh sáng trắng chiếu từ trên xuống mặt vật.
- Tại điểm ánh sáng đập vào mặt vật, vẽ một mũi tên ánh sáng trắng phản xạ đi lên tới mắt người quan sát.
Vì bề mặt màu trắng phản xạ lại toàn bộ ánh sáng trắng nên có ánh sáng trắng truyền tới mắt, do đó ta nhìn thấy vật màu trắng.
Câu 2
Đề bài: Quan sát bông hoa hướng dương (Hình 7.10), giải thích tại sao chúng ta nhìn thấy cánh hoa màu vàng, lá màu xanh và phần nhuỵ có màu nâu.
Cách giải
Dưới ánh sáng trắng (ánh sáng Mặt Trời), mỗi bộ phận của bông hoa phản xạ và hấp thụ ánh sáng khác nhau:
- Cánh hoa màu vàng: phản xạ ánh sáng màu vàng tới mắt, đồng thời hấp thụ các ánh sáng màu khác. Nên ta thấy cánh hoa màu vàng.
- Lá màu xanh (lục): phản xạ ánh sáng màu lục tới mắt, hấp thụ các màu còn lại. Nên ta thấy lá màu xanh.
- Nhuỵ màu nâu: phản xạ phần ánh sáng tạo nên màu nâu tới mắt và hấp thụ phần lớn các ánh sáng màu khác. Nên ta thấy nhuỵ màu nâu.
Mỗi bộ phận nhìn thấy có màu nào là do nó phản xạ ánh sáng màu đó tới mắt và hấp thụ các màu còn lại.
🎯 Ghi nhớ: - Qua lăng kính, tia sáng luôn lệch về phía đáy; chiết suất càng lớn lệch càng nhiều → sinh ra tán sắc (tím lệch nhiều nhất, đỏ lệch ít nhất). - Công thức lăng kính: r₁ + r₂ = A và góc lệch D = i₁ + i₂ − A. - Ta thấy vật có màu nào là do vật phản xạ ánh sáng màu đó tới mắt và hấp thụ các màu khác. Vật đen hấp thụ hết, không phản xạ; ban đêm không có ánh sáng nên mọi vật đều tối đen.