Bài 5: Sự khúc xạ ánh sáng qua thấu kính
Mở đầu trang 28 KHTN 9: Ánh sáng mặt trời khi chiếu tới Trái Đất không có khả
năng làm cháy lá khô. Nhưng nếu ta dùng kính lúp tập trung ánh sáng tại một điểm
(hình 5.1) thì có thể làm cháy lá khô. Trong trường hợp này, ánh sáng truyền qua kính lúp như thế nào?
Hình 5.1. Dùng kính lúp tập trung ánh sáng Lời giải:
Khi ánh sáng mặt trời chiếu trực tiếp lên Trái Đất, nó lan tỏa trên một diện tích rộng,
làm ấm dần không khí và môi trường xung quanh. Điều này không đủ để tạo ra nhiệt
độ cần thiết để cháy lá khô, vì nó được phân tán trên một diện tích lớn.
Tuy nhiên, khi bạn sử dụng kính lúp để tập trung ánh sáng vào một điểm nhỏ, đối
với lá khô, ánh sáng được tập trung mạnh mẽ tại điểm đó. Điều này gây ra tăng
nhiệt độ tại điểm tập trung, có thể đủ để làm cháy lá khô.
Vì kính lúp là thấu kính hội tụ, nên khi ánh sáng đi qua nó sẽ hội tụ tại 1 điểm và
chiếu sáng lên một diện tích nhỏ hơn, làm tăng cường năng lượng tại điểm tập trung
và tạo ra nhiệt độ cao hơn.
Câu hỏi 1 trang 28 KHTN 9: Kể một số thấu kính được sử dụng trong đời sống mà em biết. Lời giải:
Một số thấu kính phổ biến được sử dụng trong đời sống hàng ngày: + Kính cận + Kính lão + Kính lúp + Kính hiển vi + Ống kính máy ảnh + Kính áp tròng + Kính mát + Kính hồng ngoại + Kính chống tia UV
Thí nghiệm trang 29 KHTN 9: Ngoài cách phân loại thấu kính thành thấu kính rìa
mỏng và thấu kính rìa dày, dựa vào thí nghiệm, em có thể phân loại thấu kính theo cách nào? Lời giải:
Dùng thấu kính hứng ánh sáng Mặt Trời hoặc ánh sáng ngọn đèn đặt ở xa lên màn
hứng. Nếu chùm sáng đó hội tụ trên màn thì đó là TKHT. Nếu chùm tia sáng song
song sau khi đi qua thấu kính sẽ bị phân tán ra thì đó là TKPK.
Câu hỏi 2 trang 29 KHTN 9: - Dùng hình vẽ mô tả hiện tượng xảy ra.
- Thay thấu kính rìa dày bằng thấu kính rìa mỏng và lặp lại các bước thí nghiệm trên. Lời giải: Thấu kính rìa dày Thấu kính rìa mỏng
Luyện tập 1 trang 29 KHTN 9: Theo em, kính lúp ở hình 5.1 là loại thấu kính nào? Lời giải:
Kính lúp ở hình 5.1 là thấu kính hội tụ.
Vì kính lúp là thấu kính hội tụ, nên khi ánh sáng đi qua nó sẽ hội tụ tại 1 điểm và
chiếu sáng lên một diện tích nhỏ hơn, làm tăng cường năng lượng tại điểm tập trung
và tạo ra nhiệt độ cao hơn, từ đó có thể làm cháy lá khô.
Vận dụng trang 29 KHTN 9: Tìm hiểu kính của bạn bị cận đang đeo và cho biết đó là loại thấu kính nào. Lời giải:
Bạn bị cận đang đeo thấu kính phân kì.
Câu hỏi 3 trang 30 KHTN 9: Nêu cách xác định quang tâm và trục chính của thấu kính trên hình vẽ? Lời giải:
Quang tâm O là điểm chính giữa của thấu kính.
Đường thẳng đi qua O vuông góc với thấu kính được gọi là trục chính của thấu kính.
Thí nghiệm trang 31 KHTN 9: Dùng hình vẽ mô tả hiện tượng xảy ra và rút ra nhận
xét về đường truyền của tia tới quang tâm thấu kính và tia song song với trục chính của thấu kính. Lời giải:
- Tia tới quang tâm O của thấu kính truyền thẳng.
- Tia tới song song với trục chính của thấu kính thì tia ló đi qua tiêu điểm của thấu kính.
Tìm hiểu thêm trang 31 KHTN 9: Tìm hiểu tiêu cự của thấu kính có phụ thuộc vào
màu sắc ánh sáng không? Vì sao? Lời giải:
Do chiết suất của thấu kính phụ thuộc vào màu sắc ánh sáng nên tiêu cự f của thấu
kính phụ thuộc vào màu sắc ánh sáng chiếu tới nó.
Luyện tập 2 trang 31 KHTN 9: Vẽ vào vở của em đường đi của hai tia tới thấu kính
hội tụ tương ứng với hai tia ló ở hình 5.10.
Hình 5.10. Hai tia ló qua thấu kính Lời giải:
Luyện tập 3 trang 32 KHTN 9: Hình 5.11 biểu diễn tia tới một thấu kính được đặt
trong hộp kín và tia ló tương ứng. Xác định loại thấu kính ở trong hộp kín và tiêu
điểm của thấu kính đó.
Hình 5.11. Một tia tới và tia ló tương ứng qua thấu kính Lời giải:
Nhận thấy, tia ló tách ra xa nhau khi đi qua thấu kính nên đây là thấu kính phân kì.
Tìm hiểu thêm trang 32 KHTN 9: Để tạo ra chùm sáng có phạm vi rộng và có
cường độ sáng tương đối ổn định trên toàn bộ bề rộng của chùm sáng, người ta đã
chế tạo ra thấu kính Fresnel (hình 5.12). Thấu kính này có một số ưu điểm: bề mặt
thấu kính rộng nhưng lại mỏng làm thấu kính có khối lượng nhỏ đồng thời làm giảm
phần ánh sáng bị thấu kính hấp thụ. Thấu kính này được chế tạo từ những phần
mặt cầu trong suốt được mô tả ở hình 5.13a. Thấu kính này có cùng tiêu cự với thấu
kính ở hình 5.13b nhưng mỏng hơn rất nhiều.
Em hãy tìm hiểu và giải thích sự khúc xạ của các tia sáng qua thấu kính này.
Hình 5.12. Thấu kính Fresnel Lời giải:
Khi ánh sáng chạm vào một bề mặt phẳng của thấu kính, nó sẽ bị khúc xạ, tức là
thay đổi hướng di chuyển. Trong trường hợp của thấu kính Fresnel, bề mặt thấu
kính được chia thành nhiều phần nhỏ có hình dạng như các răng cưa. Mỗi phần nhỏ
này gây ra một lực khúc xạ nhỏ, và khi tổng hợp lại, chúng tạo ra một hình ảnh
tương tự như thấu kính truyền thống.
Điều đặc biệt là bề mặt của thấu kính Fresnel được thiết kế để giảm bớt độ dày của
thấu kính mà vẫn giữ được các tính chất khúc xạ cần thiết. Bằng cách này, thấu kính
Fresnel có thể tập trung ánh sáng giống như thấu kính thông thường mà không cần
có một thấu kính dày và nặng.
Nhờ vào cấu trúc đặc biệt này, thấu kính Fresnel không chỉ giúp giảm trọng lượng và
kích thước của thấu kính mà còn giúp giảm lượng ánh sáng bị hấp thụ. Điều này
làm cho chùm sáng trở nên rộng hơn và có cường độ sáng tương đối ổn định trên
toàn bộ bề rộng của chùm sáng.