Giải Bài 7.9 trang 22 SBT Khoa học tự nhiên 9

Lời giải

Nhắc lại lăng kính ở câu 7.6: Đó là lăng kính có tiết diện là tam giác vuông cân, với hai góc ở đáy bằng $45^\circ$ và góc đỉnh $90^\circ$. Khi tia sáng tới vuông góc với một mặt bên (cạnh góc vuông), nó truyền thẳng vào trong lăng kính rồi tới mặt huyền với góc tới $i = 45^\circ$. Vì góc tới hạn của thủy tinh chỉ khoảng $i_{th} \approx 42^\circ$ nên $i = 45^\circ > i_{th}$, tại mặt huyền xảy ra phản xạ toàn phần, tia sáng bị đổi hướng $90^\circ$ rồi ló ra vuông góc với mặt bên còn lại.

a) Cách bố trí hai lăng kính để làm kính tiềm vọng

Đặt hai lăng kính phản xạ toàn phần giống nhau ở hai đầu một ống thẳng đứng:
- Lăng kính trên đặt ở đầu ống, mặt huyền nghiêng $45^\circ$, hướng về phía vật cần quan sát.
- Lăng kính dưới đặt ở đáy ống, mặt huyền nghiêng $45^\circ$ nhưng quay ngược lại (song song với mặt huyền của lăng kính trên), hướng về phía mắt người quan sát.

Hai mặt huyền song song với nhau; khoảng cách giữa hai lăng kính bằng chiều dài (chiều cao) của ống tiềm vọng.

b) Mô tả đường truyền của tia sáng (hình vẽ)

```
Tia sáng từ vật
─────────────►┐ (45°)
│╲ phản xạ toàn phần ở mặt huyền
│ ╲ (lăng kính trên)
│ ▼
│ │ (tia truyền thẳng đứng xuống
│ │ bên trong ống)
│ ▼
│ ╱ phản xạ toàn phần ở mặt huyền
│╱ (lăng kính dưới)
◄─────────────┘ (45°)
Tia ló tới mắt người quan sát
```

Đường đi của tia sáng gồm các bước:
1. Tia sáng từ vật truyền nằm ngang, tới vuông góc với mặt bên của lăng kính trên nên đi thẳng vào trong, rồi gặp mặt huyền với góc tới $45^\circ$.
2. Tại mặt huyền lăng kính trên xảy ra phản xạ toàn phần, tia sáng đổi hướng $90^\circ$, trở thành tia thẳng đứng đi xuống dọc theo ống, ló ra vuông góc với mặt bên dưới của lăng kính trên.
3. Tia thẳng đứng này tới vuông góc với mặt bên trên của lăng kính dưới, đi thẳng vào trong rồi gặp mặt huyền của lăng kính dưới cũng với góc tới $45^\circ$.
4. Tại mặt huyền lăng kính dưới lại xảy ra phản xạ toàn phần, tia sáng đổi hướng $90^\circ$ lần nữa, trở lại phương nằm ngang và ló ra tới mắt.

Kết quả: Tia ló tới mắt song song với tia tới từ vật nhưng bị dịch xuống dưới một đoạn bằng khoảng cách giữa hai lăng kính. Nhờ đó người quan sát ở dưới (ví dụ trong tàu ngầm, dưới chiến hào) vẫn nhìn được vật ở phía trên mặt nước (hoặc trên cao). Vì dùng phản xạ toàn phần nên ảnh sáng rõ, không bị hao hụt ánh sáng như khi dùng gương mạ bạc.

Đáp số