MỤC TIÊU
- Thực hiện thí nghiệm thu được năng lượng ánh sáng; từ đó, nêu được ánh sáng là một dạng của năng lượng.
- Thực hiện thí nghiệm tạo ra được mô hình tia sáng bằng một chùm sáng hẹp song song.
- Vẽ được hình biểu diễn vùng tối do nguồn sáng rộng và vùng tối do nguồn sáng hẹp.
TÓM TẮT KIẾN THỨC
💡 Mở đầu
Làm thế nào để chứng tỏ ánh sáng là một dạng của năng lượng?
Để chứng tỏ ánh sáng là một dạng năng lượng ta chứng tỏ rằng năng lượng ánh sáng có thể chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác hoặc truyền năng lượng sang vật khác.
Ví dụ: Năng lượng ánh sáng có thể chuyển hóa thành nhiệt năng làm các vật nóng lên.
1. NĂNG LƯỢNG ÁNH SÁNG
Thu năng lượng ánh sáng
🔬 Thí nghiệm 1: Thu năng lượng ánh sáng
➲ Chuẩn bị: Tấm pin mặt trời (loại 5,5 V), đèn LED, nguồn sáng (bóng đèn loại 75 W hoặc 100 W) và các dây nối.
➲ Tiến hành thí nghiệm:
- Bước 1: Bố trí thí nghiệm như ở Hình 15.1. Ban đầu chưa bật công tắc nguồn sáng. Quan sát đèn LED.
- Bước 2: Bật công tắc nguồn sáng và chiếu ánh sáng vào tấm pin mặt trời. Quan sát đèn LED.
👨👩👧👦 Thảo luận
1. Mô tả và giải thích hiện tượng xảy ra với đèn LED khi:
- chưa bật nguồn sáng.
- bật nguồn sáng.
- Khi chưa bật nguồn sáng, đèn LED không sáng vì trong mạch không có dòng điện.
- Khi bật nguồn sáng, đèn LED sáng vì lúc này pin mặt trời nhận được ánh sáng từ nguồn sáng, pin mặt trời chuyển hóa năng lượng của ánh sáng thành điện năng và cung cấp dòng điện cho mạch.
👨👩👧👦 Thảo luận
2. Trong thí nghiệm 1, nếu thay đèn LED bằng một mô tơ nhỏ (loại 3 W hoặc 6 W) gắn cánh quạt thì có hiện tượng gì xảy ra?
Nếu thay đèn LED bằng mô tơ nhỏ gắn cánh quạt thì cánh quạt quay vì lúc này trong mạch có dòng điện.
📝 Củng cố
Trong hình dưới đây, năng lượng ánh sáng mặt trời đã chuyển hoá thành dạng năng lượng nào?Nêu ví dụ cho thấy năng lượng ánh sáng mặt trời còn có thể chuyển hoá thành các dạng năng lượng khác.
- Trong hình tạo lửa bằng kính lúp, năng lượng ánh sáng mặt trời (quang năng) đã chuyển hóa thành nhiệt năng đốt cháy tờ giấy.
- Ví dụ ánh sáng mặt trời còn chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác:
+ Nối tấm pin mặt trời với máy phát điện, và đặt tấm pin mặt trời ngoài trời. Ta thấy quang năng chuyển hóa thành điện năng.
✍️ Ghi nhớ
• Ánh sáng là một dạng của năng lượng.
• Năng lượng ánh sáng có thể thu được bằng nhiều cách khác nhau.
2. CHÙM SÁNG VÀ TIA SÁNG
2.1. Quan sát các chùm sáng
Sử dụng nguồn sáng (gồm hộp đèn tạo chùm sáng và khe hẹp) để tạo các chùm sáng và quan sát các chùm sáng đó (Hình 15.2).
👨👩👧👦 Thảo luận
3. Mô tả các chùm sáng trong Hình 15.2b. và 15.2c.
- Chùm sáng trong Hình 15.2b có đặc điểm: chùm sáng loe rộng ra ngoài.
- Chùm sáng trong Hình 15.2c có đặc điểm: chùm sáng song song.
2.2. Tạo chùm sáng hẹp song song
🔬 Thí nghiệm 2: Tạo một chùm sáng hẹp song song
➲ Chuẩn bị: Nguồn sáng, một tờ giấy khổ lớn để quan sát đường truyền của ánh sáng (Hình 15.3).
➲ Tiến hành thí nghiệm:
- Đặt tờ giấy lên mặt bàn.
- Chắn khe hẹp vào mặt trước của hộp tạo chùm sáng.
- Bật đèn và quan sát chùm sáng trên mặt giấy.
Chùm sáng hẹp song song đi sát mặt tờ giấy tạo ra một vết sáng trên tờ giấy được coi là tia sáng. Người ta quy ước biểu diễn tia sáng bằng một đường thẳng có mũi tên chỉ hướng truyền của ánh sáng (Hình 15.4).
👨👩👧👦 Thảo luận
4. Quan sát đường truyền của ánh sáng trong Hình 15.3 và mô tả chùm sáng trên mặt giấy.
Chùm sáng trên mặt giấy là chùm sáng hẹp có đường truyền thẳng.
✍️ Ghi nhớ
• Đường truyền của ánh sáng được biểu diễn bằng một đường thẳng có mũi tên chỉ hướng, gọi là tia sáng.
• Một chùm sáng hẹp song song có thể xem là một tia sáng.
📖 Mở rộng
Trong thực tế, chúng ta không thể nhìn thấy một tia sáng mà chỉ nhìn thấy chùm sáng Hình dưới đây biểu diễn ba loại chùm sáng thường gặp.
3. VÙNG TỐI VÀ VÙNG NỬA TỐI
3.1. Biểu diễn vùng tối tạo bởi nguồn sáng hẹp
- Dùng một đèn pin (loại bóng đèn nhỏ) để tạo ra một nguồn sáng hẹp. Trong khoảng giữa đèn pin và màn chắn đặt một quả bóng nhỏ làm vật cản sáng.
– Vùng không gian phía sau quả bóng không nhận được ánh sáng trực tiếp từ nguồn sáng nên là vùng tối và trên màn chắn xuất hiện bóng tối của vật cản (Hình 15.5a).
Để vẽ hình biểu diễn vùng tối phía sau vật cản sáng, ta thực hiện như sau:
- Từ điểm sáng S, lần lượt vẽ hai tia sáng tới:
+ Tia SA, đi qua mép A của vật cản, cắt màn chắn tại điểm M.
+ Tia SB, đi qua mép B của vật cản, cắt màn chắn tại điểm N.
- Trên Hình 15.5b, vùng phía sau vật cản biểu diễn vùng tối.
👨👩👧👦 Thảo luận
5. Mô tả vùng không gian phía sau vật cản trong Hình 15.5a. Bóng tối của quả bóng trên màn chắn có hình dạng thế nào?
- Vùng không gian phía sau vật cản không nhận được ánh sáng trực tiếp từ nguồn sáng nên ta thấy nó có màu đen (vùng tối).
- Bóng tối của quả bóng trên màn chắn có dạng mặt cắt dọc của quả bóng (hình tròn hoặc gần tròn tùy vào vị trí của đèn pin và quả bóng) và có kích thước to hơn quả bóng thực tế.
📝 Củng cố
Cho tia sáng 1 như trên hình, hãy vẽ các tia sáng khác để giải thích sự tạo thành bóng của chiếc hộp trên mặt đất.
Ta thực hiện vẽ như sau:
Từ điểm sáng S, lần lượt vẽ các tia sáng tới:
- Tia SB, đi qua mép B của chiếc hộp, cắt mặt đất tại điểm B’.
- Tia SC, đi qua mép C của chiếc hộp, cắt mặt đất tại điểm C’.
Hình dưới, vùng phía sau vật cản không nhận được ánh sáng trực tiếp từ nguồn sáng là vùng tối.
3.2. Biểu diễn vùng tối tạo bởi nguồn sáng rộng
Đối với nguồn sáng rộng, phía sau vật cản sáng có vùng hoàn toàn không nhận được ánh sáng (vùng tối) và có vùng chỉ nhận được một phần ánh sáng từ nguồn sáng truyền tới (vùng tối không hoàn toàn hay vùng nửa tối) như trên Hình 15.6a, b.
👨👩👧👦 Thảo luận
6. Quan sát các vùng được kí hiệu (a), (b) và (d) trên Hình 15.6b để chỉ ra đâu là vùng tối, đâu là vùng nửa tối.
Trên hình 15.6b có:
- Vùng tối là (b).
- Vùng nửa tối là (a) và (c).
♻️ Vận dụng
Đặt một đèn bàn chiếu sáng vào tường.
a) Đưa bàn tay của em chắn chùm ánh sáng. Điều gì sẽ xảy ra khi em thay đổi khoảng cách giữa bàn tay và tường?
b) Thực hiện trò chơi tạo bóng trên tường theo những gợi ý trong hình bên và giải thích vì sao có thể tạo bóng trên tường như thế.
a) Khi thay đổi khoảng cách giữa bàn tay và tường thì bóng trên tường cũng thay đổi độ lớn. Nếu khoảng cách giữa bàn tay và tường càng lớn (tức là bàn tay gần đèn hơn so với tường) thì bóng trên tường càng lớn và ngược lại.
b) Có thể tạo bóng trên tường như vậy vì khi đặt bàn tay phía sau nguồn sáng thì bàn tay là vật cản sáng, vùng phía sau vật cản sẽ là vùng tối và như vậy có thể tạo bóng trên tường theo hình của bàn tay.
✍️ Ghi nhớ
• Vùng tối là vùng nằm ở phía sau vật cản, hoàn toàn không nhận được ánh sáng từ nguồn sáng truyền tới.
• Vùng nửa tối là vùng nằm ở phía sau vật cản, nhận được một phần ánh sáng từ nguồn sáng truyền tới.
📖 Mở rộng
Hiện tượng nguyệt thực là hiện tượng khi Mặt Trăng đi vào vùng tối do Trái Đất tạo ra. Ở một số nơi trên Trái Đất, người ta không nhìn thấy Mặt Trăng, do nó bị Trái Đất che khuất.
BÀI TẬP
✍️ Bài tập
1. Nếu một số ví dụ cho thấy năng lượng ánh sáng được chuyển hoá thành:
a) điện năng;
b) nhiệt năng;
c) động năng.
a) Pin năng lượng mặt trời, điện năng lượng mặt trời.
b) Năng lượng mặt trời chiếu xuống nguồn nước làm nước nóng lên.
c) Năng lượng ánh sáng mặt trời chiếu xuống tấm pin năng lượng, quang năng chuyển hóa thành điện năng. Tấm pin được nối với mô tơ có gắn cánh quạt, cánh quạt quay, điện năng chuyển hóa thành động năng.
✍️ Bài tập
2. Hãy vẽ các tia sáng phát ra từ bóng đèn pin để biểu diễn bóng tối của quả bóng trên màn chắn trong hình bên.
Thực hiện vẽ các tia sáng như sau:
Từ nguồn sáng S (bóng đèn pin), lần lượt vẽ các tia sáng tới:
- Tia SA, đi qua mép A của quả bóng, cắt màn chắn tại điểm M.
- Tia SB, đi qua mép B của quả bóng, cắt màn chắn tại điểm N.
Vùng phía sau quả bóng không nhận được ánh sáng là vùng tối.
SÁCH HỌC SINH (bản in thử)
🔬 ➲ → ⟶ ↑ ↓ ⤑ ⟹ • ❖ ❈ ▲✍️ Ghi nhớ
👨👩👧👦 Thảo luận
🔬 Thực hành
📝 Củng cố
♻️ Vận dụng
📖 Mở rộng
