Những vật ở phía sau lưng có thể là những vật tự phát sáng và cũng có thể là những vật nhận được ánh sáng từ các nguồn khác, nhưng ánh sáng này truyền trong không khí theo đường thẳng nê[r]
(1)SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐIỆN BIÊN TÀI LIỆU TỰ CHỌN NÂNG CAO VẬT LÍ Điện Biên Phủ, tháng 10 năm 2008 Lop7.net (2) SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐIỆN BIÊN Lê Thị Hạnh - Thái Đình Huyên Thái ình Huyên TÀI LIỆU TỰ CHỌN NÂNG CAO VẬT LÍ Điện Biên Phủ, tháng 10 năm 2008 Lop7.net (3) CHƯƠNG I: QUANG HỌC Lop7.net (4) CHỦ ĐỀ NHẬN BIẾT ÁNH SÁNG – SỰ TRUYỀN ÁNH SÁNG ỨNG DỤNG ĐỊNH LUẬT TRUYỀN THẲNG CỦA ÁNH SÁNG I Một số kiến thức Nhận biết ánh sáng – Nguồn sáng – Vật sáng - Ta nhận biết ánh sáng có ánh sáng truyền vào mắt ta - Ta nhìn thấy vật có ánh sáng truyền từ vật đó vào mắt ta - Nguồn sáng là vật tự nó phát ánh sáng Vật sáng gồm nguồn sáng và vật hắt lại ánh sáng chiếu vào nó Sự truyền ánh sáng - Định luật truyền thẳng ánh sáng: Trong môi trường suốt và đồng tính, ánh sáng truyền theo đường thẳng - Đường truyền tia sáng biểu diễn đường thẳng có hướng gọi là tia sáng (Hình vẽ 1.1) - Chùm sáng: Gồm nhiều tia sáng hợp thành Hình 1.1 Ba loại chùm sáng: + Chùm sáng song song ( Hình vẽ 1.2a) + Chùm sáng hội tụ ( Hình vẽ 1.2b) + Chùm sáng phân kì ( Hình vẽ 1.2c) Hình 1.2a Hình 1.2b Hình 1.2c Ứng dụng định luật truyền thẳng ánh sáng a) Bóng tối nằm phía sau vật cản không nhận ánh sáng từ nguồn sáng truyền tới b) Bóng nửa tối nằm phía sau vật cản, nhận ánh sáng từ phần nguồn sáng truyền tới Lop7.net (5) c) Nhật thực toàn phần (hay phần) quan sát chỗ có bóng tối (hay bóng nửa tối) mặt trăng trên mặt đất d) Nguyệt thực xảy mặt trăng bị trái đất che khuất không mặt trời chiếu sáng II Bài tập Ví dụ Bài tập 1: Trong trường hợp sau đây, trường hợp nào mắt ta nhận biết có ánh sáng? a) Ban ngày, mở mắt không thấy mặt trời b) Ban đêm, phòng kín, mở mắt và không bật đèn c) Ban đêm, phòng có nến cháy, mắt mở d) Ban ngày, trời nắng không mở mắt Hướng dẫn a) Các trường hợp mắt nhận biết ánh sáng: + Ban ngày, mở mắt không thấy mặt trời.Chú ý không nhìn thấy mặt trời không có nghĩa là không có ánh sáng + Ban đêm, phòng có nến cháy, mắt mở b) Các trường hợp mắt không nhận biết ánh sáng + Ban đêm, phòng kín, mở mắt và không bật đèn + Ban ngày, trời nắng không mở mắt Bài tập 2: Trong vật sau đây, vật nào xem là nguồn sáng và vật nào là vật chiếu sáng: Mặt trời, mặt trăng, bóng đèn điện sáng, bóng đèn điện tắt, lửa, sách, bông hoa, đom đóm Hướng dẫn a) Những vật xem là nguồn sáng : Mặt trời, bóng đèn điện sáng, lửa, đom đóm b) Những vật chiếu sáng: Mặt trăng, bóng đèn điện tắt, sách, bông hoa Lop7.net (6) Bài tập 3: Từ nhiều kỉ trước, có người quan niệm rằng: Sở dĩ mắt nhìn thấy vật vì mắt có thể phát loại tia đặc biệt là “tia nhìn”, tia này đến đâu, gặp vật nào thì ta có thể nhìn thấy vật đó Tất nhiên ngày nay, người ta đã xác nhận quan niệm là sai lầm Em hãy lấy ví dụ minh hoạ để khẳng định sai lầm đó Hướng dẫn Sở dĩ ta nhìn thấy vật là ánh sáng từ vật đó chiếu vào mắt Theo quan niệm “tia nhìn” thì lẽ đêm tối, không có ánh sáng ta có thể nhìn thấy các vật,vì lúc đó tồn tia nhìn Tuy nhiên thực tế không cho thấy điều đó Khi bật điện ta có thể nhìn thấy vật, khái niệm “tia nhìn” là khái niệm sai lầm Bài tập 4: Khi mua thước thẳng gỗ, người ta thường đưa thước lên ngang tầm mắt để ngắm Làm có tác dụng gì? Nguyên tắc cách làm này đã dựa trên kiến thức vật lí nào mà em đã học? Hướng dẫn Việc nâng thước lên để ngắm mục đích là để kiểm tra xem thước có thẳng hay không Nguyên tắc cách làm này dựa trên định luật truyền thẳng ánh sáng Bài tập 5: Vì ta không thể nhìn các vật phía sau lưng ta không quay mặt lại? Hãy giải thích Hướng dẫn Ta có thể nhìn thấy vật có ánh sáng từ vật đó truyền vào mắt ta Những vật phía sau lưng có thể là vật tự phát sáng và có thể là vật nhận ánh sáng từ các nguồn khác, ánh sáng này truyền không khí theo đường thẳng nên không thể truyền tới mắt ta đó ta không thể nhìn thấy quay mặt lại, ánh sáng có thể truyền trực tiếp tới mắt ta làm cho mắt nhìn vật Bài tập 6: Ban đêm, phòng có đèn Giơ bàn tay chắn đèn và tường, quan sát thấy trên tường xuất vùng tối hình bàn tay, xung quanh có viền mờ Hãy giải6thích tượng đó? Lop7.net (7) Hướng dẫn Bàn tay chắn dền và tường đóng vai trò là vật chắn sáng, trên tường (đóng vai trò là màn) xuất bóng tối và bóng nửa tối Hình dạng bóng tối và bóng nửa tối giống bàn tay là các tia sáng truyền theo đường thẳng Bài tập 7: Khi có tượng nhật thực và tượng nguyệt thực, vị trí tương đối trái đất, mặt trời và mặt trăng nào? Hướng dẫn Khi có tượng nhật thực và tượng nguyệt thực: Trái đất, mặt trời và mặt trăng nằm trên cùng đường thẳng Trong tượng nhật thực: Mặt trăng nằm khoảng trái đất và mặt trời Trong tượng nguyệt thực: trái đất nằm khoảng mặt trăng và mặt trời Bài tập 8: Tại các lớp học, người ta lắp nhiều bóng đèn các vị trí khác mà không dùng bóng đèn lớn (độ sáng bóng đèn lớn có thể độ sáng nhiều bóng đèn nhỏ hợp lại)? Hãy giải thích Hướng dẫn Việc lắp đặt bóng đèn thắp sáng các lớp học phải thoả mãn các yêu cầu: Phải đủ độ sáng cần thiết, học sinh ngồi không bị chói nhìn lên bảng đen, tránh các bóng tối và bóng nửa tối trên trang giấy mà tay học sinh viết có thể tạo Trong ba yêu cầu trên, dùng bóng đèn lớn có thể thoả mãn yêu cầu thứ mà không thoả mãn hai yêu cầu còn lại, phải dùng nhiều bóng đèn lắp vị trí thích hợp để thoả mãn ba yêu cầu trên Bài tập áp dụng a) Bài tập trắc nghiệm Lop7.net (8) Bài tập 1: Trong trường hợp sau đây, trường hợp nào mắt ta nhận biết có ánh sáng? A Ban ngày, có mặt trời, nhắm mắt B Ban ngày, trời nắng, mở mắt C Ban đêm, phòng có nến cháy, nhắm mắt D Ban đêm, phòng kín, mở mắt và không bật đèn Bài tập 2: Vận tốc ánh sáng chân không chọn giá trị nào sau đây: A 250 000km/s B 300 000km/s C 350 000km/s D 375 000km/s Bài tập 3: Chiếu chùm sáng hẹp vuông góc vào mặt bìa cứng Hiện tượng nào sau đây xảy ra? A Ánh sáng truyền xuyên qua bìa B Ánh sáng không truyền qua bìa C Ánh sáng vòng qua bìa theo đường gấp khúc D Ánh sáng vòng qua bìa theo đường cong Bài tập 4: Giả sử nơi nào đó trên trái đất có tượng nhật thực toàn phần Kết luận nào sau đây là sai? A Thời điểm xảy tượng là ban ngày B Người đứng nơi đó không nhìn thấy mặt trời C Nơi đó nằm vùng bóng nửa tối mặt trăng D Nơi đó nằm vùng bóng tối mặt trăng Bài tập 5: Giả sử nơi nào đó trên trái đất có tượng nguyệt thực Kết luận nào sau đây là đúng.? A Thời điểm xảy là ban đêm B Người đứng nơi đó không nhìn thấy mặt trăng C Nơi đó nằm vùng bóng tối8của trái đất Lop7.net (9) D Các kết luận A, B,C đúng b) Bài tập tự luận Bài tập 1: Khi ánh sáng chiếu vào các vật, hầu hết ta thấy các vật đó sáng lên, với số vật ta không nhìn thấy chúng sáng lên mà lại có màu đen Hãy giải thích vì vậy? Bài tập 2: Ban đêm, nhìn lên bầu trời ta thấy nhiều vì lấp lánh Có phải tất chúng là nguồn sáng (vật tự phát ánh sáng) không? Tại sao? Bài tập 3: Mắt có thể nhìn rõ vật đặt phía sau kính mỏng, kính càng dày thì càng khó nhìn Khi kính dày đến mức nào đó thì mắt không thể nhìn vật đặt phía sau Hãy giải thích vì vậy? chú ý kính là vật suốt Bài tập 4: Trên mái nhà lợp tôn, có lỗ thủng nhỏ thì vào buổi trưa, ta thấy rõ chùm tia sáng hẹp xuyên qua lỗ tôn chiếu xuống nhà Nhờ đâu ta có thể thấy rõ vậy? Bài tập 5: Trong đêm tối, ta bật que diêm cháy sáng thì ta có thể nhìn thấy các vật gần đó Vậy có phải ánh sáng đã truyền cách tức thời không? Hãy tìm hiểu và giải thích? Bài tập 6: Khi ngồi trước bếp lửa, qua phần không khí bên trên lửa ta nhìn thấy vật phía sau, chúng có vẻ “lung linh” không rõ nét Giải thích vì lại vậy? Bài tập 7: Vào mùa hè, ôtô trên mặt đường nhựa, nhìn phía xa trên mặt đường ta có cảm giác mặt đường có nước Em hãy giải thích tượng trên? Lop7.net (10) Bài tập 8: Một học sinh cho rằng, xảy tượng nhật thực, thì tất người đứng trên trái đất có thể quan sát Theo em nói có đúng không, sao? CHỦ ĐỀ ĐỊNH LUẬT PHẢN XẠ ÁNH SÁNG ẢNH CỦA MỘT VẬT TẠO BỞI 10 Lop7.net GƯƠNG PHẲNG (11) I Một số kiến thức Gương phẳng - Gương phẳng là phần mặt phẳng, nhẵn bóng có thể soi ảnh các vật - Hình ảnh cuả vật soi gương gọi là ảnh vật tạo gương Sự phản xạ ánh sáng trên gương phẳng - Khi tia sáng truyền tới gương bị hắt lại theo hướng xác định Hiện tượng đó gọi là tượng phản xạ ánh sáng - Tia sáng truyền tới gương gọi là tia tới - Tia sáng bị gương hắt lại gọi là tia phản xạ Định luật phản xạ ánh sáng - Tia phản xạ nằm mặt phẳng chứa tia tới và đường pháp tuyến với gương điểm tới - Góc phản xạ góc tới (i’ = i) S N R I Hình 2.1 Ảnh mộtvật qua gương phẳng - Ảnh ảo tạo gương phẳng không hứng trên màn chắn và lớn vật - Khoảng cách từ điểm vật đến gương phẳng khoảng cách từ ảnh điểm đó đến gương - Các tia sáng từ điểm sáng S tới gương phẳng cho tia phản xạ có đường kéo dài qua ảnh ảo S’ II Bài tập Ví dụ N Bài tập 1: S Trên hình vẽ 2.2, SI là tia tới, IR là11tia phản xạ Lop7.net R i i’ (12) Biết hai tia SI và IR vuông góc với I Hãy cho biết góc tia tới và pháp tuyến điểm tới là bao nhiêu? Hình 2.2 Hướng dẫn Gọi i là góc tới, i’ là góc phản xạ Vì tia tới và tia phản xạ vuông góc với tức là i + i’ = 900 nên góc tới góc phản xạ và 450 Bài tập 2: Trên hình vẽ 2.3a,b là các tia tới và gương phẳng Hãy vẽ tiếp các tia phản xạ N a) I b) I Hình 2.3 Hướng dẫn Trong hình vẽ (2.4a), tia phản xạ bật ngược trở lại Trong hình (2.4b), vì góc N phản xạ góc tới nên tia phản M M’ xạ đối xứng với tia tới qua pháp tuyến điểm tới Cách vẽ sau: Chọn điểm M nằm trên tia tới, xác định a) điểm M’ đối xứng với M qua pháp I b) I Hình 2.4 tuyến IN vẽ tia IM’ chính là tia phản xạ Bài tập 3: Một tia sáng chiếu theo phương nằm ngang Một HS muốn “bẻ” tia sáng này chiếu thẳng đứng xuống Hãy tìm phương án đơn giản để thực việc đó Hướng dẫn Có thể thực cách dễ dàng nhờ gương phẳng Đặt gương phẳng hợp vớí phương12nằm ngang góc 450 Lop7.net (13) Khi đó tia sáng nằm ngang đóng vai trò là tia tới với góc tới 450, Tia này phản xạ trên gương phẳng cho tia phản xạ với góc phản xạ 450 ( Hình 2.5) đó tia tới và tia phản xạ vuông góc với nhau, tia phản xạ hướng thẳng đứng xuống Hình 2.5 Bài tập 4: Tia sáng SI đến gương phẳng điểm I cho tia phản xạ là tia IR hình 2.6 Gọi S’ là điểm đối xứng với S qua gương Em có nhận xét gì S vị trí điểm S’ và tia phản xạ IR N R I S’ Hướng dẫn Hình 2.6 Điểm S’ nằm trên đường kéo dài tia phản xạ IR Thật vậy, SI đối xứng với IR qua pháp tuyến IN và S đối xứng với S’ qua gương nên S’ nằm trên đường kéo dài tia phản xạ IR Bài tập 5: Một học sinh nhìn vào vũng nước trước mặt,thấy ảnh cột điện xa Hãy giải thích vì em học sinh lại thấy ảnh đó? Hướng dẫn Mặt nước phẳng lặng phản xạ ánh sáng N chiếu tới nó nên vũng nước đóng vai trò gương M phẳng Chùm tia sáng từ cột điện đến mặt nước bị phản xạ và truyền tới mắt học sinh làm cho học sinh quan sát ảnh qua vũng nước đây thực chất là quá trình tạo ảnh qua gương Hình 2.7 phẳng N Bài tập 6: M 13 Lop7.net M’ I Hình 2.8 (14) Trên hình vẽ 2.7 là gương phẳng và hai điểm M,N Hãy tìm cách vẽ tia tới và tia phản xạ nó cho tia ló Đi qua điểm M còn tia phản xạ qua điểm N Hướng dẫn Vì các tia sáng tới gương cho tia phản xạ có đường kéo dài qua ảnh nó nên ta có cách vẽ sau: a) Lấy điểm M’ đối xứng với M qua gương phẳng b) Nối M’ với N cắt gương I, đó I là điểm tới Tia MI chính là tia tới và tia IN là tia phản xạ cần vẽ Bài tập áp dụng a) Bài tập trắc nghiệm Bài tập 1: Trong các vật sau đây, vật nào xem là gương phẳng? A Mặt phẳng tờ giấy trắng B Mặt nước gợn sóng C Mặt phẳng kim loại nhẵn bóng D Mặt đất Bài tập 2: Phát biểu nào sau đây là đúng nói ảnh vật tạo gương phẳng? A Ảnh vật qua gương phẳng luôn lớn vật B Ảnh vật qua gương phẳng luôn có kích thước vật C Ảnh vật qua gương phẳng có thể nhỏ vật, tuỳ thuộc vào vị trí vật trước gương D Nếu đặt màn ảnh vị trí thích hợp, ta có thể hứng ảnh vật tạo gương phẳng Bài tập 3: Khi đứng trước gương soi, em giơ tay phải lên thì ảnh em gương lại giơ tay trái lên Tại lại vậy? Câu giải thích nào sau đây là phù hợp nhất? A Vì ảnh và vật đối xứng qua gương B Vì ảnh và vật có kích thước bằng14nhau Lop7.net (15) C Vì ảnh vật qua gương là ảnh ảo D Vì ảnh và vật không thể giống hình dạng và kích thước Bài tập 4: Chiếu chùm sáng song song vào gương phẳng Chùm sáng phản xạ là chùm nào sau đây? A Chùm sáng hội tụ B Chùm sáng phân kì C Chùm sáng song song D Có thể là chùm hội tụ, phân kì hay song song tuỳ vào cách đặt gương phẳng b) Bài tập tự luận Bài tập 1: Một học sinh khẳng định rằng, đặc điểm chùm tia phản xạ qua gương phẳng phụ thuộc vào chùm tia tới: Nếu chùm tia chiếu tới gương phẳng là chùm tia hội tụ phân kì thì chùm tia phản xạ là chùm tia hội tụ phân kì Theo em điều khẳng định trên có đúng không? Nếu đúng hãy dùng hình vẽ để minh hoạ Bài tập 2: Trong số phòng học có đèn chiếu sáng Khi bật đèn học sinh ngồi thường bị chói nhìn vào số vị trí định trên bảng Vì lại vậy? hãy suy nghĩ phương án để có thể khắc phục tượng này Bài tập 3: Tại chiếu chùm sáng hẹp lên tờ giấy thì không thấy có chùm tia phản xạ và ta lại có thể quan sát thấy rõ vệt sáng trên mặt giấy Hãy giải thích vì lại vậy? Bài tập 4: Trong các tiệm cắt tóc người ta thường bố trí hai cái gương: Một cái treo trước mặt người cắt tóc và các treo cao phía sau lưng ghế ngồi Hai gương này có tác dụng gì? Hãy giải thích Bài tập 5: Một người muốn mua cái gương để có thể soi toàn thể mình Theo em cần mua cái gương cao khoảng bao nhiêu? Đặt nào? 15 Lop7.net (16) CHỦ ĐỀ GƯƠNG CẦU LỒI – GƯƠNG CẦU LÕM I Một số kiến thức Gương cầu lồi: - Gương có mặt phản xạ là mặt ngoài phần mặt cầu gọi là gương cầu lồi 16 Lop7.net (17) - Ảnh vật tạo gương cầu lồi là ảnh ảo, không hứng trên màn chắn, luôn nhỏ vật -Vùng nhìn thấy gương cầu lồi rộng vùng nhìn thấy gương phẳng có cùng kích thước Gương cầu lõm: - Gương có mặt phản xạ là mặt phần mặt cầu gọi là gương cầu lõm - Ảnh vật tạo gương cầu lõm là ảnh ảo, không hứng trên màn chắn, luôn lớn vật - Gương cầu lõm có tác dụng biến đổi chùm tia tới song song thành chùm tia phản xạ hội tụ vào điểm và ngược lại, biến đổi chùm tia tới phân kì thích hợp thành chùm tia phản xạ song song * Mở rộng : + Đối với gương cầu nói chung, người ta đưa qui ước sau: - Đường thẳng nối tâm C gương với đỉnh O gương gọi là trục chính - Đường nối từ tâm C tới điểm tới gọi là pháp tuyến - Điểm F (trung điểm đoạn OC) gọi là tiêu điểm gương + Dựa vào kết thực nghiệm người ta rút kết luận sau tia tới và tia phản xạ: - Tia tới song song với trục chính cho tia phản xạ qua (hoặc có đường kéo dài qua) tiêu điểm F gương - Tia tới qua (hoặc có đường kéo dài qua) tiêu điểm F cho tia phản xạ song song với trục chính - Tia tới qua tâm C gương cho tia phản xạ bật ngược trở lại II Bài tập Ví dụ Bài tập 1: Một tia sáng đến gặp gương cầu bị phản xạ trở lại và tuân theo định luật phản xạ ánh sáng Trên hình 3.1 qui ước: O là tâm mặt cầu (gọi là tâm gương), SI1 và SI2 là các tia tới, Hãy17trình bày cách vẽ và vẽ các tia phản xạ? Lop7.net (18) I1 I2 S Hình 3.1 Hướng dẫn Cách vẽ : Từ tâm O kẻ đường thẳng OI1 và nối dài ta pháp tuyến I1N (tại điểm tới I1) Góc i1 hợp SI1 và pháp tuyến I1N gọi là góc tới Tia phản xạ I1R1 hợp với pháp tuyến I1N góc i’1 góc i Vì tia SI2 vuông góc với mặt gương nên tia phản xạ I2R2 bật ngược trở lại Tia phản xạ I1R1 và I2R2 biểu diễn trên R1 N I1 I2 S R2 Hình 3.2 Bài tập 2: Vận dụng kiến thức định luật phản xạ ánh sáng, tìm hiểu đặc điểm các tia phản xạ các tia sáng sau đây đến gặp gương cầu lồi và vẽ các tia phản xạ đó: - Tia tới (1) có đường kéo dài qua tâm C gương - Tia tới (2) đến đỉnh O gương - Tia tới (3) song song với trục chính gương 18 Lop7.net (19) Hướng dẫn (1) (2) C F (3) Hình 3.3 Gọi F là trung điểm đoạn OC - Tia tới (1) có đường kéo dài qua tâm C gương cho tia phản xạ bật ngược trở lại, đó tia phản xạ trùng với tia tới - Tia tới (2) đến đỉnh O gương cho tia phản xạ đối xứng với tia tới qua trục chính gương (tức góc phản xạ và góc tới nhau) - Tia tới (3) song song với trục chính gương cho tia phản xạ có đường kéo dài qua tiêu điểm F Trên hình 3.3 là đường các tia sáng Bài tập 3: Trên hình 3.4 là gương cầu lõm, C là tâm phần mặt cầu, SI là tia sáng tới gương Hãy dùng định luật phản xạ ánh sáng trình bày cách vẽ và vẽ tiếp tia phản xạ S I C Hình 3.4 Hướng dẫn Có thể coi phần nhỏ gương cầu điểm tới I gương phẳng Đường nối tâm C và điểm tới I là pháp tuyến điểm tới, góc SI và IC là góc tới Vẽ tia phản xạ IR hợp với pháp tuyến IC góc đúng góc tới 19 Lop7.net (20) S I C R Hình 3.5 Bài tập 4: Gương cầu lõm có tác dụng biến chùm tia tới song song thành chùm tia hội tụ (chùm tia phản xạ) Vậy nó có thể làm ngược lại: Biến chùm tia hội tụ thành chùm tia song song không? Hướng dẫn Gương cầu lõm có tác dụng biến chùm tia song song thành chùm tia hội tụ nó không thể biến chùm tia hội tụ thành chùm tia song song Để tạo chùm tia song song thì chùm tia tới phải là chùm tia phân kì thích hợp hình vẽ I1 C F I2 Hình 3.6 Bài tập áp dụng a) Bài tập trắc nghiệm Bài tập 1: Phát biểu nào sau đây là đúng nói phản xạ ánh sáng gặp gương cầu lồi? A Một chùm tia sáng song song đến gặp gương cầu lồi bị phản xạ, chùm tia sáng phản xạ là chùm song song B Một tia sáng đến gặp gương cầu lồi bị phản xạ không tuân theo định luật phản xạ ánh sáng vì định luật phản 20 Lop7.net (21)