Giải Câu hỏi trang 33 SGK Khoa học tự nhiên 9

Lời giải

Giải thích hiện tượng ảo ảnh (ảo tượng) trên đường nhựa/sa mạc nóng:

Vào ngày nắng gắt, mặt đường (hoặc cát) bị nung nóng nên lớp không khí sát mặt đất nóng hơn và loãng hơn (chiết suất nhỏ hơn) các lớp không khí phía trên. Càng lên cao, không khí càng mát và càng đặc nên chiết suất tăng dần. Như vậy ánh sáng từ bầu trời đi xuống phải truyền qua các lớp không khí có chiết suất giảm dần về phía mặt đất.

Khi đi từ lớp chiết suất lớn sang lớp chiết suất nhỏ, tia sáng bị khúc xạ, lệch dần ra xa pháp tuyến (càng gần mặt đất càng bị bẻ cong lên). Nếu góc tới tại mặt phân cách giữa các lớp không khí lớn hơn góc tới hạn thì xảy ra phản xạ toàn phần: tia sáng không đi xuống đất nữa mà cong trở lên đi vào mắt người quan sát. Mắt ta nhìn theo phương tia sáng tới mắt nên thấy một ảnh của bầu trời (hoặc vật ở xa) nằm ngay dưới mặt đường, trông loang loáng như một vũng nước — đó chính là ảo ảnh.

Vì sao chỉ thấy ở khoảng cách rất xa, lại gần thì mất:

Điều kiện để có phản xạ toàn phần là góc tới $i$ tại mặt phân cách các lớp không khí phải lớn hơn góc tới hạn $i_{th}$ (với $\sin i_{th}=\dfrac{n_2}{n_1}$). Vì chiết suất các lớp không khí chênh nhau rất ít nên góc tới hạn $i_{th}$ rất gần $90^{\circ}$, nghĩa là tia sáng phải gần như là là song song với mặt đất mới phản xạ toàn phần được.

- Khi vật (hay vùng mặt đường) ở rất xa, tia sáng đi tới mắt gần như nằm ngang, góc tới trên các lớp không khí rất lớn ($i>i_{th}$) nên xảy ra phản xạ toàn phần → ta thấy ảo ảnh.
- Khi ta tiến lại gần, phương nhìn xuống vùng đó dốc hơn, tia sáng đập vào các lớp không khí theo phương xiên nhiều hơn nên góc tới nhỏ đi ($i<i_{th}$). Lúc này không còn phản xạ toàn phần, ánh sáng chỉ khúc xạ truyền thẳng xuống đất → ảo ảnh biến mất, ta chỉ còn thấy mặt đường khô bình thường.

Tóm lại, ảo ảnh gắn liền với điều kiện phản xạ toàn phần ở các lớp không khí, mà điều kiện này chỉ thỏa mãn khi nhìn gần như là là mặt đất, tức là khi quan sát ở khoảng cách rất xa.

Đáp số