I. LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM

1. Ánh sáng là một dạng của năng lượng

Ánh sáng đóng vai trò không thể thiếu đối với sự sống trên Trái Đất. Qua thí nghiệm với pin quang điện, ta chứng minh được ánh sáng mang năng lượng:

• Khi chưa bật đèn: kim điện kế chỉ số 0 → pin quang điện không phát điện.
• Khi bật đèn: kim điện kế bị lệch → pin quang điện đã nhận năng lượng ánh sáng và chuyển hóa thành điện năng.

Ánh sáng là một dạng của năng lượng.

Sự chuyển hóa năng lượng ánh sáng:

Củng cố: Khi sử dụng bình nước nóng năng lượng mặt trời, năng lượng ánh sáng chuyển hóa thành dạng nào? → Nhiệt năng (làm nước nóng lên).

Pin mặt trời biến đổi năng lượng ánh sáng thành dạng nào? → Điện năng.

Phân biệt nguồn sáng và vật được chiếu sáng:

• Nguồn sáng: vật tự phát ra ánh sáng (ngọn nến đang cháy, đèn điện đang sáng, Mặt Trời).
• Vật được chiếu sáng (không phải nguồn sáng): vật chỉ nhận ánh sáng rồi phản xạ lại, bản thân không tự phát sáng. Ví dụ: Mặt Trăng — chỉ phản xạ ánh sáng từ Mặt Trời, không tự phát sáng.

2. Chùm sáng và tia sáng

a) Chùm sáng

Ánh sáng phát ra từ nguồn sáng và truyền trong không gian thành chùm sáng. Tùy vào nguồn sáng mà chùm sáng có hình dạng khác nhau. Có 3 loại chùm sáng thường gặp:

Quy ước vẽ chùm sáng: dùng hai đường thẳng giới hạn chùm sáng, có mũi tên chỉ chiều truyền.

b) Tia sáng

Ánh sáng truyền theo đường thẳng. Để biểu diễn đường truyền của ánh sáng, ta dùng tia sáng.

Tia sáng là đường thẳng có mũi tên chỉ chiều truyền của ánh sáng.

Ví dụ: đường thẳng có hướng SM biểu diễn tia sáng đi từ S đến M.

Cách vẽ tia sáng đúng: Một đường thẳng có một mũi tên chỉ chiều truyền. (Không vẽ hai mũi tên, không vẽ đường cong.)

c) Mô hình tia sáng

Trong thực tế, một chùm sáng song song rất hẹp được coi là mô hình của tia sáng.

Chùm sáng phát ra từ bút laser có thể coi là mô hình tia sáng vì nó rất hẹp và gần như song song.

Chùm sáng từ đèn pin thông thường không coi là mô hình tia sáng vì nó loe rộng (phân kì).

Củng cố: Để biểu diễn đường truyền của ánh sáng, người ta sử dụng gì? → Tia sáng (đường thẳng có mũi tên chỉ chiều truyền).

Chùm sáng _____ rất hẹp được coi là mô hình của tia sáng. → Song song.

3. Vùng tối

a) Vùng tối do nguồn sáng hẹp

Khi đặt một vật cản sáng trước nguồn sáng hẹp (ví dụ: đèn pin nhỏ chỉ có 1 bóng LED), phía sau vật cản xuất hiện vùng tối — vùng hoàn toàn không nhận được ánh sáng từ nguồn sáng.

Đặc điểm: bóng của vật trên màn chắn có ranh giới rõ rệt với vùng sáng.

b) Vùng tối do nguồn sáng rộng

Khi đặt vật cản sáng trước nguồn sáng rộng (ví dụ: đèn LED 20W), phía sau vật cản xuất hiện:

• Vùng tối: hoàn toàn không nhận được ánh sáng (nằm chính giữa, nhỏ hơn).
• Vùng tối không hoàn toàn: chỉ nhận được một phần ánh sáng từ nguồn sáng (bao quanh vùng tối).

Đặc điểm: bóng của vật trên màn chắn có ranh giới không rõ rệt với vùng sáng (bóng bị nhòe, mờ ở viền).

So sánh:

Giải thích: Trong trò chơi tạo bóng, khi dùng bóng đèn dây tóc (nguồn sáng hẹp) thì bóng rõ nét; khi dùng bóng đèn ống (nguồn sáng rộng) thì bóng không rõ nét vì xuất hiện vùng tối không hoàn toàn ở viền.

Củng cố: Vùng tối là gì? → Là vùng nằm sau vật cản, không nhận được ánh sáng từ nguồn sáng truyền tới. (Không phải vùng trước vật cản, không phải vùng nhận một phần ánh sáng.)

Trong các nguồn sáng sau, nguồn sáng hẹp là? → Ngọn nến đang cháy (nhỏ, tập trung). Mặt Trời, đèn huỳnh quang, Mặt Trăng đều là nguồn sáng rộng (hoặc không phải nguồn sáng như Mặt Trăng).

c) Hiện tượng nhật thực

Khi Mặt Trời, Mặt Trăng, Trái Đất thẳng hàng và Mặt Trăng nằm giữa, phía sau Mặt Trăng xuất hiện vùng tối và vùng tối không hoàn toàn trên Trái Đất:

• Đứng ở vùng tối → không nhìn thấy Mặt Trời → nhật thực toàn phần.
• Đứng ở vùng tối không hoàn toàn → nhìn thấy một phần Mặt Trời → nhật thực một phần.

Củng cố: Hiện tượng nhật thực xảy ra khi nào? → Khi Mặt Trời, Trái Đất, Mặt Trăng thẳng hàng, Mặt Trăng nằm giữa (giữa Mặt Trời và Trái Đất).

II. PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP

Dạng 1: Xác định sự chuyển hóa năng lượng ánh sáng

Phương pháp

Xác định đầu vào luôn là năng lượng ánh sáng (quang năng), sau đó xác định đầu ra — dạng năng lượng mà thiết bị tạo ra:

• Làm nóng → nhiệt năng
• Tạo ra dòng điện → điện năng
• Quang hợp ở cây xanh → hóa năng
• Làm quạt quay → cơ năng (thông qua điện năng)

Ví dụ 1

Nếu thay điện kế trong thí nghiệm Hình 15.1 bằng quạt máy nhỏ và bật đèn, sẽ xảy ra hiện tượng gì?

Lời giải:

Khi bật đèn, pin quang điện nhận năng lượng ánh sáng → chuyển hóa thành điện năng → dòng điện chạy qua quạt → quạt quay.

Chuỗi chuyển hóa: Năng lượng ánh sáng → Điện năng → Cơ năng (quạt quay).

Ví dụ 2

Chai nước để ngoài nắng, sau một thời gian thì nóng lên. Giải thích và cho biết năng lượng ánh sáng đã chuyển hóa thành dạng nào.

Lời giải:

Khi để ngoài nắng, chai nước nhận được năng lượng ánh sáng từ Mặt Trời. Năng lượng ánh sáng được hấp thụ và chuyển hóa thành nhiệt năng, làm nước nóng lên.

Ví dụ 3

Nêu 3 ứng dụng của năng lượng ánh sáng trong đời sống.

Lời giải:

• Phơi nông sản (lúa, ngô, cà phê…): năng lượng ánh sáng → nhiệt năng → làm khô nông sản.
• Pin mặt trời trên mái nhà: năng lượng ánh sáng → điện năng → thắp sáng, chạy thiết bị điện.
• Tắm nắng tạo vitamin D: năng lượng ánh sáng giúp cơ thể tổng hợp vitamin D, phòng chống còi xương.

Dạng 2: Giải thích hiện tượng tạo bóng (vùng tối)

Phương pháp

Bước 1: Xác định nguồn sáng là hẹp hay rộng.

Bước 2: Áp dụng kiến thức:

• Nguồn sáng hẹp → bóng rõ nét (chỉ có vùng tối, ranh giới sắc nét).
• Nguồn sáng rộng → bóng nhòe (có vùng tối + vùng tối không hoàn toàn, ranh giới không rõ).

Bước 3: Giải thích dựa trên nguyên lí: ánh sáng truyền theo đường thẳng, vật cản sáng chắn một phần hoặc toàn bộ ánh sáng.

Ví dụ 1

Đặt một đèn bàn chiếu sáng vào tường. Đưa bàn tay chắn chùm ánh sáng. Điều gì xảy ra khi thay đổi khoảng cách giữa bàn tay và tường?

Lời giải:

Khi thay đổi khoảng cách giữa bàn tay và tường, bóng trên tường thay đổi:

• Bàn tay gần đèn hơn (xa tường) → bóng trên tường lớn hơn.
• Bàn tay gần tường hơn (xa đèn) → bóng trên tường nhỏ hơn.

Vì ánh sáng truyền theo đường thẳng, khi bàn tay gần nguồn sáng, nó chắn được góc rộng hơn của chùm sáng, tạo bóng lớn hơn trên tường.

Ví dụ 2

Giải thích tại sao khi dùng bóng đèn dây tóc chơi trò tạo bóng thì bóng rõ nét, nhưng dùng bóng đèn ống thì bóng không rõ nét.

Lời giải:

• Bóng đèn dây tóc là nguồn sáng hẹp (dây tóc nhỏ, phát sáng tập trung) → phía sau vật cản chỉ có vùng tối, ranh giới rõ rệt → bóng rõ nét.
• Bóng đèn ống là nguồn sáng rộng (ống dài, phát sáng trên diện rộng) → phía sau vật cản có vùng tối và vùng tối không hoàn toàn → ranh giới không rõ ràng → bóng nhòe, không rõ nét.

Dạng 3: Giải thích hiện tượng nhật thực

Phương pháp

Nhật thực xảy ra khi: Mặt Trời – Mặt Trăng – Trái Đất thẳng hàng, Mặt Trăng nằm giữa.

• Mặt Trời đóng vai trò nguồn sáng rộng.
• Mặt Trăng đóng vai trò vật cản sáng.
• Trái Đất đóng vai trò màn chắn.

Từ đó suy ra:

• Nơi nằm trong vùng tối → nhật thực toàn phần (không nhìn thấy Mặt Trời).
• Nơi nằm trong vùng tối không hoàn toàn → nhật thực một phần (nhìn thấy một phần Mặt Trời).

Ví dụ

Giải thích hiện tượng nhật thực toàn phần và nhật thực một phần.

Lời giải:

Mặt Trời là nguồn sáng rộng, Mặt Trăng là vật cản sáng. Khi 3 thiên thể thẳng hàng với Mặt Trăng ở giữa:

• Phía sau Mặt Trăng có vùng tối (hoàn toàn không nhận ánh sáng Mặt Trời) → người đứng ở đây trên Trái Đất không nhìn thấy Mặt Trời → quan sát được nhật thực toàn phần.
• Xung quanh vùng tối có vùng tối không hoàn toàn (nhận một phần ánh sáng) → người đứng ở đây nhìn thấy một phần Mặt Trời → quan sát được nhật thực một phần.

Dạng 4: Ứng dụng tính chất truyền thẳng của ánh sáng

Phương pháp

Ánh sáng truyền theo đường thẳng trong môi trường trong suốt và đồng tính. Dựa vào tính chất này để giải các bài toán về gióng hàng, đo chiều cao bằng bóng nắng…

Bài toán đo chiều cao bằng bóng nắng:

Vì các tia sáng Mặt Trời song song nên tỉ lệ giữa chiều cao vật và chiều dài bóng là như nhau cho mọi vật ở cùng thời điểm:

$$\dfrac{\text{Chiều cao cọc}}{\text{Bóng cọc}} = \dfrac{\text{Chiều cao cột đèn}}{\text{Bóng cột đèn}}$$

Ví dụ 1

Làm thế nào đóng 3 cọc thẳng hàng mà không cần thước gióng?

Lời giải:

• Đóng cọc 1 và cọc 2 ở hai vị trí bất kì.
• Đặt cọc 3 phía sau cọc 1 và cọc 2.
• Di chuyển cọc 3 sao cho mắt nhìn từ phía cọc 3 chỉ thấy cọc 3 mà không thấy cọc 1 và cọc 2 (vì bị cọc 3 che khuất).
• Đóng cọc 3 tại vị trí đó.

Giải thích: Vì ánh sáng truyền theo đường thẳng, khi cọc 3 che khuất cọc 1 và cọc 2 thì 3 cọc nằm trên cùng một đường thẳng → thẳng hàng.

Ví dụ 2

Vào một ngày nắng, cọc cao 1,2 m để thẳng đứng có bóng dài 0,96 m. Cùng lúc đó, cột đèn có bóng dài 6 m. Tính chiều cao cột đèn.

Lời giải:

Vì tia sáng Mặt Trời song song nên tỉ lệ chiều cao và bóng bằng nhau:

$$\dfrac{\text{Chiều cao cọc}}{\text{Bóng cọc}} = \dfrac{\text{Chiều cao cột đèn}}{\text{Bóng cột đèn}}$$

$$\dfrac{1{,}2}{0{,}96} = \dfrac{h}{6}$$

$$h = \dfrac{1{,}2 \times 6}{0{,}96} = \dfrac{7{,}2}{0{,}96} = 7{,}5 \text{ m}$$

Vậy chiều cao cột đèn là 7,5 m.

III. SƠ ĐỒ TƯ DUY

NĂNG LƯỢNG ÁNH SÁNG – TIA SÁNG – VÙNG TỐI

1. Ánh sáng là dạng năng lượng

• Có thể chuyển hóa thành: điện năng, nhiệt năng, hóa năng, cơ năng
• Ứng dụng: pin mặt trời, bình nước nóng, quang hợp, phơi nông sản…

2. Nguồn sáng

• Vật tự phát ra ánh sáng: Mặt Trời, đèn đang sáng, nến đang cháy
• Mặt Trăng không phải nguồn sáng (chỉ phản xạ ánh sáng)

3. Chùm sáng (3 loại)

• 3.1. Song song: các tia sáng đi song song
• 3.2. Hội tụ: các tia sáng giao nhau tại một điểm
• 3.3. Phân kì: các tia sáng loe rộng ra

4. Tia sáng

• Đường thẳng có mũi tên chỉ chiều truyền ánh sáng
• Chùm sáng song song rất hẹp = mô hình tia sáng
• Bút laser → mô hình tia sáng; đèn pin → không phải

5. Vùng tối

• 5.1. Nguồn sáng hẹp → chỉ có vùng tối, bóng rõ nét
• 5.2. Nguồn sáng rộng → có vùng tối + vùng tối không hoàn toàn, bóng nhòe
• 5.3. Nhật thực: Mặt Trời – Mặt Trăng – Trái Đất thẳng hàng
  • Vùng tối → nhật thực toàn phần
  • Vùng tối không hoàn toàn → nhật thực một phần

6. Tính chất quan trọng

• Ánh sáng truyền theo đường thẳng
• Ứng dụng: gióng hàng, đo chiều cao bằng bóng nắng

IV. SAI LẦM THƯỜNG GẶP

Cô Trần Thị Thanh Thảo

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Khoa Học Tự Nhiên THCS

Trình độ: Cử nhân Sư phạm KHTN, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ Tin học, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 6+ năm kinh nghiệm tại Trường THCS Nguyễn Siêu