Ví dụ: Chương 4: Ôn tập cuối năm

Ôn tập cuối năm – Chương 4: Ánh sáng

Giới thiệu

Chương 4 của môn Khoa học tự nhiên lớp 7 giúp các em tìm hiểu về ánh sáng – một hiện tượng vô cùng quen thuộc trong cuộc sống. Từ việc giải thích vì sao ta nhìn thấy các vật, đến cách mà ánh sáng truyền đi, phản xạ và khúc xạ ra sao. Trong bài ôn tập cuối năm này, chúng ta sẽ cùng nhau hệ thống lại toàn bộ kiến thức trọng tâm của chương và đặc biệt là thực hành giải các dạng bài tập từ cơ bản đến nâng cao qua các ví dụ minh họa từng bước.

Lý thuyết trọng tâm

Trước khi đi vào ví dụ, các em cần nắm vững những kiến thức sau:

• Nguồn sáng và vật sáng: Nguồn sáng là vật tự phát ra ánh sáng (ví dụ: Mặt Trời, bóng đèn đang sáng). Vật sáng gồm nguồn sáng và vật hắt lại ánh sáng từ nguồn sáng chiếu vào nó.
• Định luật truyền thẳng của ánh sáng: Trong môi trường trong suốt và đồng tính, ánh sáng truyền theo đường thẳng.
• Phản xạ ánh sáng: Hiện tượng tia sáng bị hắt lại khi gặp bề mặt nhẵn bóng. Định luật phản xạ: Tia phản xạ nằm trong mặt phẳng chứa tia tới và pháp tuyến; góc phản xạ bằng góc tới.
• Ảnh của vật qua gương phẳng: Ảnh ảo (không hứng được trên màn chắn), có kích thước bằng vật, đối xứng với vật qua gương.
• Khúc xạ ánh sáng: Hiện tượng tia sáng bị gãy khúc khi truyền xiên góc qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt khác nhau.

Ví dụ minh họa từng bước

Ví dụ 1: Xác định vùng nhìn thấy của một điểm sáng qua gương phẳng

Đề bài: Một điểm sáng S được đặt trước một gương phẳng. Hãy vẽ đường đi của một tia sáng phát ra từ S chiếu tới gương tại điểm I sao cho tia phản xạ đi qua điểm M cho trước. Xác định vùng mà mắt đặt ở đó có thể nhìn thấy ảnh của S qua gương.

Lời giải từng bước:

1. Vẽ ảnh S': Dựng ảnh S' của điểm sáng S đối xứng với S qua gương phẳng (S' là điểm ở sau gương, cách gương bằng khoảng cách từ S đến gương).
2. Nối S' với M: Vẽ đường thẳng từ S' đến M, cắt mặt gương tại điểm I. Đó chính là điểm tới.
3. Nối S với I: Đường thẳng SI là tia tới.
4. Nối I với M: Đường thẳng IM là tia phản xạ đi qua M.
5. Xác định vùng nhìn thấy: Vẽ hai tia phản xạ ứng với hai mép gương (từ S' đến hai đầu gương). Vùng không gian trước gương nằm giữa hai tia phản xạ này chính là vùng có thể nhìn thấy ảnh S'.

Kết luận: Mắt chỉ nhìn thấy ảnh S' khi tia phản xạ từ các điểm tới trên gương đến mắt. Vùng nhìn thấy phụ thuộc vào kích thước gương và vị trí của S.

Ví dụ 2: Bài toán về hiện tượng khúc xạ ánh sáng

Đề bài: Một người nhìn một hòn sỏi ở đáy bể nước, người đó thấy hòn sỏi ở gần mặt nước hơn so với vị trí thực. Hãy giải thích tại sao? Vẽ đường truyền của một tia sáng từ hòn sỏi đến mắt người trong trường hợp này.

Lời giải từng bước:

1. Hiện tượng: Đây là hiện tượng khúc xạ ánh sáng. Ánh sáng truyền từ môi trường nước (môi trường trong suốt) sang môi trường không khí.
2. Phân tích đường truyền:
   • Từ hòn sỏi ở đáy bể, một tia sáng truyền lên mặt nước.
   • Tại điểm tới trên mặt phân cách nước – không khí, tia sáng bị gãy khúc: truyền từ nước (chiết suất lớn hơn) sang không khí (chiết suất nhỏ hơn).
   • Theo định luật khúc xạ: góc khúc xạ lớn hơn góc tới (do truyền từ môi trường chiết quang hơn sang kém hơn).
   • Tia khúc xạ đi vào mắt người.
3. Giải thích ảnh ảo: Mắt người có thói quen nhìn theo đường thẳng. Do đó, mắt kéo dài tia khúc xạ (tia đi trong không khí) về phía sau, gặp phần kéo dài của tia tới (trong nước) tại một điểm cao hơn vị trí thực của hòn sỏi. Chính vì vậy, người quan sát thấy hòn sỏi ở vị trí ảo, gần mặt nước hơn.
4. Vẽ hình minh họa: Vẽ một đường thẳng nằm ngang tượng trưng mặt nước. Bên dưới nước, vẽ hòn sỏi (vật thật). Từ hòn sỏi, vẽ một tia sáng xiên góc lên mặt nước (tia tới). Tại mặt nước, vẽ pháp tuyến. Vẽ tia khúc xạ trong không khí lệch xa pháp tuyến hơn (góc khúc xạ > góc tới). Kéo dài tia khúc xạ về phía ngược lại, cắt đường thẳng đứng tại vị trí ảnh của hòn sỏi (cao hơn vật thật).

Kết luận: Người nhìn thấy hòn sỏi ở vị trí cao hơn thực tế là do hiện tượng khúc xạ ánh sáng, tạo ra ảnh ảo. Đây cũng là lý do khi ta nhìn bể bơi, nước có vẻ nông hơn.

Ví dụ 3: Tính chất ảnh của vật qua gương phẳng

Đề bài: Một cây bút chì dài 10 cm đặt thẳng đứng trước một gương phẳng, cách gương 20 cm. Hãy xác định độ lớn, khoảng cách của ảnh đến gương và tính chất của nó.

Lời giải từng bước:

1. Xác định ảnh: Ảnh của vật qua gương phẳng là ảnh ảo (không hứng được trên màn chắn).
2. Độ lớn của ảnh: Ảnh có độ lớn bằng vật. Vậy ảnh của cây bút chì dài 10 cm.
3. Khoảng cách từ ảnh đến gương: Khoảng cách từ ảnh đến gương bằng khoảng cách từ vật đến gương. Vật cách gương 20 cm nên ảnh cũng cách gương 20 cm.
4. Chiều của ảnh: Ảnh và vật đối xứng nhau qua gương. Nếu vật đặt thẳng đứng, ảnh cũng thẳng đứng, ngược chiều so với vật? Ở đây, cần nhấn mạnh: Ảnh và vật có tính đối xứng, như vậy chúng cùng chiều (cùng hướng thẳng đứng) và trái – phải bị đảo ngược. Trong trường hợp này, ảnh cũng thẳng đứng như vật.

Kết luận: Ảnh của cây bút chì là ảnh ảo, cao 10 cm, cách gương 20 cm, có kích thước bằng vật và đối xứng với vật qua gương.

Ghi nhớ

• Đường truyền ánh sáng được biểu diễn bằng các tia sáng (đường thẳng có mũi tên chỉ hướng).
• Khi giải bài tập phản xạ, luôn vẽ ảnh S' đối xứng với S qua gương, sau đó dùng S' để tìm tia phản xạ.
• Trong hiện tượng khúc xạ, khi ánh sáng truyền từ môi trường chiết quang hơn sang kém hơn (ví dụ: nước ra không khí), góc khúc xạ lớn hơn góc tới, và ngược lại.
• Ảnh qua gương phẳng là ảnh ảo, cùng kích thước với vật, đối xứng qua gương.
• Mắt chỉ nhìn thấy một điểm sáng khi có tia sáng từ điểm đó (hoặc từ ảnh của nó) truyền vào mắt.

Bài tập gợi ý

1. Cho một điểm sáng S và một điểm A trước gương phẳng. Hãy vẽ một tia sáng từ S phản xạ trên gương rồi đi qua A. Nêu cách dựng.
2. Một cây nến cao 5 cm đặt cách gương phẳng 30 cm. Hỏi ảnh của cây nến cao bao nhiêu? Nếu đưa nến ra xa gương thêm 10 cm, ảnh của nó di chuyển thế nào?
3. Giải thích hiện tượng: Khi đặt một chiếc đũa trong cốc nước (không chạm đáy), ta thấy chiếc đũa bị gãy khúc tại mặt nước. Vẽ hình minh họa đường truyền của tia sáng từ phần đũa dưới nước đến mắt.
4. Một tia sáng chiếu từ không khí vào mặt nước với góc tới 45°. Biết góc khúc xạ trong nước nhỏ hơn góc tới. Hãy giải thích và vẽ phác họa đường truyền.