Khoa học tự nhiên lớp 9 · KNTT · Chương 3

Lý thuyết KHTN 9 Bài 6: Phản xạ toàn phần

Chương 3: Ánh sáng · Kết nối tri thức với cuộc sống

Tóm tắt lý thuyết Khoa học tự nhiên 9 Bài 6: Phản xạ toàn phần theo chương trình SGK Kết nối tri thức với cuộc sống. Hệ thống hoá kiến thức trọng tâm, sơ đồ thí nghiệm minh hoạ, bảng so sánh và câu hỏi trắc nghiệm tự luận có lời giải chi tiết.

Lớp

6 7 8 9

Môn

Toán học Ngữ văn Tiếng Anh Khoa học tự nhiên Lịch sử & Địa lý Giáo dục công dân Tin học Công nghệ

I. Sự truyền ánh sáng từ môi trường chiết suất lớn vào môi trường chiết suất nhỏ hơn

Hình 1: Phản xạ toàn phần (KHTN 9 Kết nối tri thức Bài 6)

Khi ánh sáng truyền từ môi trường chiết suất lớn sang môi trường có chiết suất nhỏ hơn thì:

- Góc khúc xạ lớn hơn góc tới.

- Có thể xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần.

II. Hiện tượng phản xạ toàn phần

- Hiện tượng phản xạ toàn phần là hiện tượng phản xạ toàn bộ tia tới, xảy ra ở mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt.

- Điều kiện để xảy ra phản xạ toàn phần

+ Ánh sáng truyền từ môi trường có chiết suất n₁ tới môi trường có chiết suất n₂ với n₁ > n₂.

+ Góc tới lớn hơn hoặc bằng góc tới hạn ( $i \geq i_{t h}$ ) thì không có tia khúc xạ, toàn bộ tia sáng bị phản xạ ở mặt phân cách.

Góc tới hạn phản xạ toàn phần: $\sin i_{t h} = \frac{n_{2}}{n_{1}}$

1. Giải thích hiện tượng ảo ảnh

- Hiện tượng: Khi đi trên đường nhựa vào ngày nắng nóng, ta có thể thấy ở phía xa trên mặt đường dường như có lớp nước phản xạ ánh sáng, nhưng khi đến gần thì chỉ thấy mặt đường khô ráo.

- Giải thích: Do lớp không khí càng ở gần mặt đường nhựa có nhiệt độ càng cao, vì nhận được nhiệt tỏa ra từ mặt đường nóng. Nhiệt độ càng cao thì chiết suất lớp không khí càng nhỏ, càng lên cao, nhiệt độ giảm, chiết suất của không khí càng tăng. Tia sáng mặt trời chiếu xuống qua nhiều lớp không khí chiết suất khác nhau, xảy ra hiện tượng khúc xạ ánh sáng nhiều lần liên tiếp. Khi bề dày các lớp không khí vô vùng nhỏ thì đường gãy khúc trên trở thành một đường cong thoai thoải và hướng xuống dưới. Càng xuống gần mặt đất, do bị khúc xạ, độ lớn của góc tới sẽ tăng dần và đến một lúc nào đó sẽ vượt qua giá trị của góc tới hạn làm xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần, tia sáng bị phản xạ, hướng lên trên, đi đến mắt người quan sát, khiến cho họ như trông thấy bóng của vật hiện lên trên mặt đất.

2. Tìm hiểu hoạt động của cáp quang

Cáp quang là bó sợi quang. Mỗi sợi quang là một dây trong suốt có tính dẫn sáng nhờ phản xạ toàn phần.

Sợi quang có lõi làm bằng thủy tinh hoặc chất dẻo trong suốt có chiết suất n, được bao quanh bằng một lớp vỏ có chiết suất n₂ nhỏ hơn n₁.

Tia sáng truyền trong cáp quang nhờ hiện tượng phản xạ toàn phần.

Trong công nghệ thông tin, sợi quang được dùng để truyền dữ liệu.

Bảng tổng hợp & so sánh kiến thức trọng tâm

Tiêu chí so sánh	Hiện tượng Khúc xạ ánh sáng	Hiện tượng Phản xạ toàn phần
Bản chất hiện tượng	Tia sáng đi vào môi trường thứ hai và bị đổi hướng truyền	Toàn bộ tia sáng bị hắt ngược trở lại môi trường trong suốt ban đầu
Cường độ tia sáng	Cường độ tia khúc xạ nhỏ hơn chùm tia tới (do có phản xạ 1 phần)	Cường độ chùm phản xạ bằng gần $100\%$ cường độ chùm tia tới
Điều kiện môi trường	Xảy ra với mọi cặp môi trường trong suốt bất kì	Bắt buộc ánh sáng truyền từ môi trường chiết quang hơn sang kém hơn ( $n_1 > n_2$ )
Điều kiện về góc tới	Xảy ra với mọi góc tới xiên góc $i > 0$	Góc tới phải lớn hơn hoặc bằng góc giới hạn: $i \ge i_{gh}$ (với $\sin i_{gh} = n_2/n_1$ )
Ứng dụng kĩ thuật	Thấu kính, kính hiển vi, máy ảnh, mắt kính khúc xạ	Sợi cáp quang viễn thông internet, dây dẫn sáng nội soi y học, kim cương lấp lánh

Ghi nhớ trọng tâm "Em đã học"

📌 Các điểm then chốt cần ghi nhớ:

Kiến thức then chốt 1: Phản xạ toàn phần là hiện tượng phản xạ toàn bộ tia sáng tới trở lại môi trường ban đầu khi tia sáng truyền tới mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt.
Kiến thức then chốt 2: Hai điều kiện bắt buộc để xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần: 1. Tia sáng phải truyền từ môi trường chiết quang hơn sang môi trường chiết quang kém hơn ( $n_1 > n_2$ ); 2. Góc tới $i$ phải lớn hơn hoặc bằng góc tới giới hạn ( $i \ge i_{gh}$ ).
Kiến thức then chốt 3: Công thức xác định góc tới giới hạn phản xạ toàn phần: $\sin i_{gh} = \frac{n_2}{n_1}$ (với môi trường thứ hai là không khí thì $\sin i_{gh} = \frac{1}{n}$ ).
Kiến thức then chốt 4: Khi góc tới $i < i_{gh}$ , xảy ra đồng thời hiện tượng khúc xạ và phản xạ một phần; khi $i = i_{gh}$ , tia khúc xạ đi là là sát mặt phân cách ( $r = 90^\circ$ ); khi $i > i_{gh}$ , chỉ có hiện tượng phản xạ toàn phần.
Kiến thức then chốt 5: Ứng dụng quan trọng nhất của phản xạ toàn phần là sợi quang học dùng trong cáp quang internet truyền thông tin tốc độ cao và ống nội soi y học.

🌟 Em đã học (Ghi nhớ kiến thức trọng tâm)

Phản xạ toàn phần là hiện tượng phản xạ toàn bộ tia sáng tới trở lại môi trường ban đầu khi tia sáng truyền tới mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt.
Hai điều kiện bắt buộc để xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần: 1. Tia sáng phải truyền từ môi trường chiết quang hơn sang môi trường chiết quang kém hơn ( $n_1 > n_2$ ); 2. Góc tới $i$ phải lớn hơn hoặc bằng góc tới giới hạn ( $i \ge i_{gh}$ ).
Công thức xác định góc tới giới hạn phản xạ toàn phần: $\sin i_{gh} = \frac{n_2}{n_1}$ (với môi trường thứ hai là không khí thì $\sin i_{gh} = \frac{1}{n}$ ).
Khi góc tới $i < i_{gh}$ , xảy ra đồng thời hiện tượng khúc xạ và phản xạ một phần; khi $i = i_{gh}$ , tia khúc xạ đi là là sát mặt phân cách ( $r = 90^\circ$ ); khi $i > i_{gh}$ , chỉ có hiện tượng phản xạ toàn phần.
Ứng dụng quan trọng nhất của phản xạ toàn phần là sợi quang học dùng trong cáp quang internet truyền thông tin tốc độ cao và ống nội soi y học.

Câu hỏi ôn tập & củng cố bài học

Thế nào là hiện tượng phản xạ toàn phần và nêu hai điều kiện bắt buộc để xảy ra hiện tượng này?

Phản xạ toàn phần là hiện tượng toàn bộ chùm tia sáng tới bị phản xạ trở lại môi trường ban đầu tại mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt. Hai điều kiện bắt buộc: 1. Tia sáng phải truyền từ môi trường chiết quang hơn sang môi trường chiết quang kém hơn (

n_1 > n_2

); 2. Góc tới

i

phải lớn hơn hoặc bằng góc giới hạn phản xạ toàn phần (

i \ge i_{gh}

Công thức xác định góc giới hạn phản xạ toàn phần (

i_{gh}

) là gì?

Công thức:

\sin i_{gh} = \frac{n_2}{n_1}

. Nếu môi trường thứ hai là không khí (

n_2 = 1

) và môi trường thứ nhất có chiết suất

n

, thì công thức trở thành:

\sin i_{gh} = \frac{1}{n}

Cáp quang truyền tín hiệu internet hoạt động dựa trên ứng dụng quang học nào?

Cáp quang hoạt động dựa trên hiện tượng phản xạ toàn phần của ánh sáng. Sợi quang gồm phần lõi thủy tinh trong suốt có chiết suất lớn

n_1

được bọc bởi lớp vỏ thủy tinh có chiết suất nhỏ hơn

n_2

. Ánh sáng mang tín hiệu số đi vào lõi sợi quang với góc tới lớn sẽ liên tục bị phản xạ toàn phần tại mặt phân cách giữa lõi và vỏ, truyền đi hàng nghìn kilômét với tốc độ ánh sáng mà hầu như không bị suy hao năng lượng.

Biết chiết suất của nước là

n = 4/3

và không khí có

n=1

. Hãy tính góc giới hạn phản xạ toàn phần

i_{gh}

khi tia sáng truyền từ nước ra không khí?

Áp dụng công thức:

\sin i_{gh} = \frac{1}{n} = \frac{1}{4/3} = \frac{3}{4} = 0{,}75

. Tra bảng hoặc bấm máy tính:

i_{gh} = \arcsin(0{,}75) \approx 48{,}59^\circ

(khoảng

48^\circ 35'

). Do đó khi tia sáng từ trong nước tới mặt phân cách với góc tới

i \ge 48{,}6^\circ

thì sẽ xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần.

Đề luyện tập theo bài

Bài 6: Phản xạ toàn phần - Đề 1 (Nhận biết)28 câu hỏi · Nhận biết

Làm đề

Bài 6: Phản xạ toàn phần - Đề 2 (Thông hiểu)28 câu hỏi · Thông hiểu

Làm đề

Bài 6: Phản xạ toàn phần - Đề 3 (Vận dụng)28 câu hỏi · Vận dụng

Làm đề

Bài 6: Phản xạ toàn phần - Đề 4 (Tổng hợp)28 câu hỏi · Vận dụng cao

Làm đề

Bài 6: Phản xạ toàn phần - Đề 5 (Nâng cao)28 câu hỏi · Tổng hợp

Làm đề