Chuyên đề quang học

I- Cơ sở lý thuyết :
1- Hiện tượng ánh sáng khi gặp những vật có bề mặt nhẵn chúng bị hắt trở lại môi trường cũ gọi là hiện tượng phản xạ ánh sáng.
2- Hiện tượng phản xạ ánh sáng tuân theo định luật phản xạ ánh sáng.
- Tia phản xạ nằm trong mặt phẳng chứa tia tới và pháp tuyến của gương tại điểm tới.
- Góc phản xạ bằng góc tới (i’ = i)

3- Gương phẳng là những vật có bề mặt nhẵn phẳng phản xạ hầu hết ánh sáng khi chiếu vào đó.
* Tính chất ảnh của vật tạo bởi gương phẳng :
- Ảnh ảo không hứng được trên màn chắn
- Ảnh to bằng vật

- Khoảng cách từ một điểm trên vật đến gương phẳng bằng khoảng cách từ ảnh của điểm đó tới gương.
4- Cách vẽ ảnh của một điểm sáng qua gương
Cách 1 :  Dựa vào tính chất của ảnh.
Của một vật tạo bởi gương phẳng

Cách 2 :  Dựa vào định luật phản xạ ánh sáng.

5- Cách vẽ ảnh của một vật sáng qua gương phẳng.
- Muốn vẽ ảnh của một vật sáng qua gương phẳng ta phải vẽ ảnh của tất cả các điểm trên vật rồi nối lại.
- Trường hợp vật là một đoạn thẳng ta chỉ cần vẽ ảnh của hai điểm đầu và cuối rồi nối lại.

II. Một số dạng bài tập

1- Dạng 1 :  Tìm vị trí đặt gương để thoả mãn các điều kiện cho trước của tia tới và tia phản xạ. Từ bài tập cơ bản nhằm cũng có và khắc sâu nội dung định luật phản xạ ánh sáng sau :

Vẽ tia phản xạ (hoặc tia tới) xác định góc tới, góc phản xạ trong các trường hợp sau :

Bài tập 1 : Chiếu 1 tia sáng SI theo phương nằm ngang đến một gương phẳng để tia phản xạ chiếu xuống đáy giếng thì cần phải đặt gương phẳng hợp với phương nằm ngang một góc bằng bao nhiêu? Nêu cách vẽ và vẽ hình để xác định vị trí đặt gương?

* Cách giải :

+ Vẽ tia tới SI theo phương nằm

ngang, tia phản xạ IR theo phương thẳng

đứng và hướng đi xuống.

      Góc SIR  =  90⁰

      + Vẽ tia phân giác IN của góc SIR thì IN chính là pháp tuyến của gương tại điểm tới I => SIN  =  NIR  =  SIR  = 45⁰

      + Dựng đường thẳng GG’ đi qua I và vuông góc với pháp tuyến IN thì GG’ là đường thẳng biểu diễn mặt gương vì GIN  =  90⁰ mà SIN  =  45⁰  => GIS  = 45⁰. Hay ta phải đặt gương hợp với phương nằm ngang 1 góc 45⁰ thì tia tới gương theo phương nằm ngang sẽ cho tia phản xạ nằm theo phương thẳng đứng hướng xuống đáy giếng.

Bài 2 :  Một tia sáng mặt trời chiếu nghiêng 1 góc 35⁰ với mặt bàn nằm ngang. Cần đặt một gương phẳng như thế nào để đổi phương của tia sáng thành phương nằm ngang?

Bài 3 :  Đặt 2 gương phẳng nhỏ. Một điểm sáng S đặt trước 2 gương sao cho SA = SB = AB. Xác định góc hợp bởi 2 gương để cho một tia sáng đi từ S phản xạ lần lươt trên 2 gương ở A và B rồi :

a, Đi qua S

b, Phản xạ ngược lại theo đường cũ  

2. DẠNG 2: BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN BÓNG CỦA CÁC VẬT

Bài 5: Trên trần nhà có mắc một bóng đèn ống dài 1,2m. Cho phép em được sử dụng một cái thước thẳng dài 20cm, có chia độ dài đến mi-li-mét và một tấm bìa; có bút, giấy và máy tính cầm tay để thực hiện các phép tính. Em hãy trình bày phải làm cách nào để có thể xác định được chiều cao của trần nhà.

Đục một lổ nhỏ trên tấm bìa Đặt tấm bìa song song với sàn nằm ngang, và cách sàn một khoảng h

dùng thước để đo h 

Dùng thước để đo chiều dài l của vết sáng trên sàn

( phải điều chỉnh sao cho h < 20cm và l< 20cm mới đo được bằng thước đã cho)

DẠNG 3: VẼ ĐƯỜNG ĐI CỦA CÁC TIA SÁNG, ẢNH CỦA VẬT QUA GƯƠNG PHẲNG

Bài 8: Hai gương phẳng đặt song song với nhau sao cho các mặt phản xạ hướng vào nhau. Giữa hai gương đặt một ngọn nến.

a. Vẽ ảnh của ngọn nến được tạo thành bởi hệ gương.

b. Xác định khoảng cách giữa hai gương biết rằng khoảng cách giữa các ảnh của ngọn nến tạo thành bởi lần phản xạ thứ hai trên các gương là 40 cm.

DẠNG 4: XÁC ĐỊNH THỊ TRƯỜNG CỦA GƯƠNG 

Bài tập tham khảo:

Bài 1: Một hồ nước yên tĩnh có bề rộng 8 m. Trên bờ hồ có một cột trên cao 3,2 m có treo một bóng đèn ở đỉnh. Một người đứng ở bờ đối diện quan sát ảnh của bóng đèn, mắt người này cách mặt đất 1,6 m.
a) Vẽ chùm tia sáng từ bóng đèn phản xạ trên mặt nước tới mắt người quan sát.
b) Người ấy lùi xa hồ tới khoảng cách nào thì không còn thấy ảnh của bóng đèn?

Bài 2: Một gương phẳng hình tròn, tâm I bán kính 10 cm. Đặt mắt tại O trên trục Ix vuông góc với mặt phẳng gương và cách mặt gương một đoạn OI = 40 cm. Một điểm sáng S đặt cách mặt gương 120 cm, cách trục Ix một khoảng 50 cm.
a) Mắt có nhìn thấy ảnh S’ của S qua gương không? Tại sao?
b) Mắt phải chuyển dịch thế nào trên trục Ix để nhìn thấy ảnh S’ của S. Xác định khoảng cách từ vị trí ban đầu của mắt đến vị trí mà mắt bắt đầu nhìn thấy ảnh S’ của S qua gương?

DẠNG 5: TÍNH CÁC LOẠI GÓC:

BÀI 3:

BÀI TẬP THAM KHẢO

Bài 1: Chiếu 1 tia sáng SI tới một gương phẳng G. Nếu quay tia này xung quanh điểm S một góc a thì tia phản xạ quay một góc bằng bao nhiêu?

Bài 2: Hai gương phẳng G1 và G2 có các mặt phản xạ hợp với nhau một góc a = 600 chiếu 1 tia sáng SI tới G1 tia này phản xạ theo IJ và phản xạ trên G2 theo JR. Tính góc hợp bởi các tia SI và JR

Bài 3: Cho hai gương phẳng G₁, G₂ ghép sát cạnh với nhau để quay mặt phản xạ vào nhau và tạo với nhau một góc 90⁰. Một điểm sáng S nằm trong khoảng giữa hai gương , cách đều hai gương  một khoảng như nhau là 5cm.

a)       Hãy vẽ ảnh của S tạo bởi G₁, G₂ rồi tính khoảng cách giữa hai ảnh này

b)      Gọi hình chiếu của S trên G₁, G₂ lần lượt là M và N. Vẽ tia tới của G₁ ứng với tia phản xạ MN và tia phản xạ ở G₂ ứng với tia tới MN. Tính khoảng cách từ S đến các tia tới và tia phản xạ ở hai gương lúc này

Bài 4: (Trích đề thi hsg vật lý 8 thành phố Nb năm 2013-2014): Cho hai gương phẳng G₁, G₂ ghép sát cạnh với nhau để quay mặt phản xạ vào nhau và tạo với nhau một góc a=120⁰. Trong góc a có 1 điểm sáng S cách đều hai gương, khoảng cách từ S đến hai gương đều là 10cm.

a)       Hãy vẽ ảnh của S tạo bởi G₁, G₂ rồi tính khoảng cách giữa hai ảnh này

b)      Nêu cách vẽ một tia sáng phát ra từ một nguồn sáng X nào đó chiếu tới, phản xạ trên G₁, rồi truyền sang và phản xạ tiếp ở G_2,  sao cho điểm S cách đều tất cả các tia tới và tia phản xạ trong đường truyền nêu trên ?