01 · Mục tiêu bài học
Nhận biết
Mô tả hiện tượng khúc xạ, chỉ đúng tia tới, tia khúc xạ, điểm tới, pháp tuyến, góc tới và góc khúc xạ.
Thông hiểu
Nêu chiết suất n = c/v; phát biểu định luật khúc xạ và giải thích sự thay đổi hướng truyền của ánh sáng.
Thực hành
Thực hiện hoặc quan sát thí nghiệm tia sáng truyền qua mặt phân cách; đo góc i, r và lập bảng tỉ số sin i/sin r.
Vận dụng
Tính toán đơn giản với định luật khúc xạ; giải thích đồng xu trong cốc nước, ống hút và đáy bể nhìn nông hơn.
02 · Kiến thức trọng tâm
I. Hiện tượng khúc xạ ánh sáng
Khi một tia sáng truyền xiên từ môi trường trong suốt này sang môi trường trong suốt khác, tia có thể bị lệch hướng tại mặt phân cách. Hiện tượng đó gọi là khúc xạ ánh sáng. Trường hợp tới vuông góc hoặc hai môi trường có chiết suất bằng nhau, tia truyền không đổi hướng.
Góc tới i là góc giữa tia tới và pháp tuyến; góc khúc xạ r là góc giữa tia khúc xạ và pháp tuyến.
II. Định luật khúc xạ ánh sáng
Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới và ở phía bên kia pháp tuyến so với tia tới. Với hai môi trường trong suốt xác định, khi có tia khúc xạ:
(5.3) sin i / sin r = n₂ / n₁ = n₂₁ (khi sin r ≠ 0)
III. Chiết suất tuyệt đối
Trong đó c≈3×10⁸ m/s là tốc độ ánh sáng trong chân không; v là tốc độ ánh sáng trong môi trường. Chiết suất n không có đơn vị. Giá trị dùng để luyện tập: không khí ≈1; nước ≈1,33; thủy tinh thông thường ≈1,50 (phụ thuộc loại vật liệu, bước sóng).
| Chiều truyền | Dự đoán | Điều kiện |
|---|---|---|
| n₂ > n₁ | r < i (gần pháp tuyến) | 0° < i < 90° |
| n₂ < n₁ | r > i (xa pháp tuyến) | Khi có tia khúc xạ |
| i = 0° | r = 0° | Tới vuông góc |
03 · Quan sát và khám phá
Mô phỏng 1 · Tia sáng qua mặt phân cách
Thay đổi môi trường, góc tới để quan sát tia khúc xạ. Hình là mô hình quang hình học (không mô phỏng cường độ và các thành phần phân cực).
Mô phỏng 2 · Đo tỉ số sin i/sin r
Giữ nguyên hai môi trường ở mô phỏng 1 và thay đổi góc tới. Ghi kết quả từ ba góc i khác nhau.
| i | r | sin i | sin r | sin i/sin r |
|---|
Mô phỏng 3 · Thí nghiệm đồng xu trong cốc
Chọn lượng nước để xem mô hình đường đi của tia sáng từ đồng xu đến mắt. Hình minh họa mang tính định tính, không theo tỉ lệ hình học tuyệt đối.
04 · Luyện tập và kiểm tra
12 ví dụ có lời giải
36 câu tự luyện · Nhận biết – Thông hiểu – Vận dụng
Chọn đáp án để nhận phản hồi; chưa tự động cộng vào bài kiểm tra cuối bài.
Đã làm đúng: 0/36
Kiểm tra cuối bài · 22 câu · 10 điểm
10 câu nhiều lựa chọn (2,5 điểm), 6 câu Đúng/Sai bốn ý (6,0 điểm), 6 câu trả lời ngắn (1,5 điểm). Chấm Đúng/Sai theo số ý đúng: 0 / 0,10 / 0,25 / 0,50 / 1,00 điểm.
05 · Sơ đồ tư duy
Khúc xạ
Ánh sáng đổi hướng tại mặt phân cách khi truyền xiên qua hai môi trường có chiết suất khác nhau.
Các yếu tố
Tia tới SI, tia khúc xạ IK, điểm tới I, pháp tuyến NN′, góc i và r.
Định luật
n₁sin i = n₂sin r
sin i/sin r = n₂/n₁
Chiết suất
n=c/v; không đơn vị; n tăng thì v giảm.
Hướng lệch
n₂ > n₁ ⇒ r < i; n₂ < n₁ ⇒ r > i khi có tia khúc xạ.
Ứng dụng
Đũa như gãy, đồng xu xuất hiện, đáy bể trông nông.
06 · Em có biết?
Tại sao ống hút trông như gãy?
Tia sáng từ phần ống hút dưới nước bị khúc xạ khi ra không khí, khiến mắt định vị ảnh của phần dưới lệch so với phần trên.
Vì sao đáy bể nhìn nông hơn?
Các tia từ đáy bể khúc xạ khi đi từ nước ra không khí; mắt kéo dài tia ló theo đường thẳng nên vị trí biểu kiến cao hơn.
Đồng xu “xuất hiện” như thế nào?
Khi thêm nước, một số tia từ đồng xu có thể khúc xạ đến mắt dù trước đó đã bị thành cốc che khỏi đường nhìn thẳng.
Ứng dụng khác
Hiểu khúc xạ giúp giải thích đường truyền ánh sáng qua các tấm kính, thấu kính và một số dụng cụ quang học.