I. HIỆN TƯỢNG PHẢN XẠ ÁNH SÁNG

1. Hiện tượng phản xạ là gì?

Định nghĩa: Khi chiếu một chùm tia sáng vào mặt phân cách giữa hai môi trường (ví dụ: không khí và gương), một phần ánh sáng bị hắt trở lại môi trường ban đầu. Hiện tượng này gọi là hiện tượng phản xạ ánh sáng.

Giải thích đơn giản:

• Tưởng tượng bạn ném một quả bóng vào tường, quả bóng sẽ bật trở lại
• Tương tự, ánh sáng khi gặp bề mặt nhẵn (như gương) sẽ “bật” trở lại theo một quy luật nhất định

2. Các khái niệm cơ bản

Sơ đồ minh họa:

Các yếu tố quan trọng:

Tia tới (SI): Là tia sáng chiếu từ nguồn sáng S đến bề mặt gương tại điểm I.

Điểm tới (I): Là điểm gặp nhau giữa tia sáng và bề mặt gương.

Tia phản xạ (IR): Là tia sáng bị hắt trở lại sau khi gặp gương, đi từ điểm I về phía mắt quan sát R.

Pháp tuyến (NN’): Là đường thẳng vuông góc với mặt gương tại điểm tới I. Đây là đường chuẩn để đo các góc.

Góc tới (i): Là góc tạo bởi tia tới SI và pháp tuyến NN’.

• Ký hiệu: $\widehat{SIN}$ hoặc $i$
• Lưu ý: Đo từ tia tới đến pháp tuyến, KHÔNG phải đến mặt gương

Góc phản xạ (i’): Là góc tạo bởi tia phản xạ IR và pháp tuyến NN’.

• Ký hiệu: $\widehat{N’IR}$ hoặc $i’$
• Đo từ pháp tuyến đến tia phản xạ

Mặt phẳng tới: Là mặt phẳng chứa cả tia tới SI và pháp tuyến NN’.

3. Quan sát thực tế

Ví dụ dễ hiểu trong cuộc sống:

Ví dụ 1 – Nhìn gương:

• Khi bạn đứng trước gương, ánh sáng từ khuôn mặt chiếu đến gương
• Ánh sáng phản xạ từ gương về mắt bạn
• Bạn nhìn thấy ảnh của mình trong gương

Ví dụ 2 – Mặt nước phẳng lặng:

• Ánh sáng mặt trời chiếu xuống hồ nước
• Phản xạ trên mặt nước tạo ánh sáng chói lóa
• Có thể thấy ảnh cây cối phản chiếu trên mặt nước

Ví dụ 3 – Chiếu sáng bằng gương:

• Dùng gương nhỏ hứng ánh sáng mặt trời
• Có thể chiếu ánh sáng vào chỗ tối
• Ánh sáng bị phản xạ theo hướng ta muốn

Ví dụ 4 – Biển báo giao thông:

• Ban đêm, đèn xe ô tô chiếu vào biển báo
• Ánh sáng phản xạ mạnh về phía tài xế
• Giúp nhìn rõ biển báo trong bóng tối

II. ĐỊNH LUẬT PHẢN XẠ ÁNH SÁNG

1. Phát biểu định luật

Định luật phản xạ ánh sáng được phát biểu gồm hai phần quan trọng:

📌 Định luật 1 – Tính chất hình học (Vị trí của các tia):

Tia phản xạ nằm trong mặt phẳng tới (mặt phẳng chứa tia tới và pháp tuyến) và ở bên kia pháp tuyến so với tia tới.

Giải thích:

• Ba yếu tố: tia tới, tia phản xạ, pháp tuyến cùng nằm trong một mặt phẳng
• Pháp tuyến nằm giữa, chia tia tới và tia phản xạ ra hai bên
• Tia tới và tia phản xạ nằm ở hai phía khác nhau của pháp tuyến

📌 Định luật 2 – Mối quan hệ góc (Độ lớn góc):

Góc phản xạ bằng góc tới.

Công thức: $$\boxed{i’ = i}$$

Giải thích:

• Nếu góc tới là 30° thì góc phản xạ cũng là 30°
• Nếu góc tới là 45° thì góc phản xạ cũng là 45°
• Hai góc này luôn bằng nhau trong mọi trường hợp

2. Công thức định luật phản xạ

Công thức duy nhất và quan trọng nhất:

$$\boxed{i’ = i}$$

hoặc viết đầy đủ:

$$\text{Góc phản xạ} = \text{Góc tới}$$

Trong đó:

• $i$: góc tới (đo bằng độ – °)
• $i’$: góc phản xạ (đo bằng độ – °)

⚠️ LƯU Ý CỰC KỲ QUAN TRỌNG:

❌ SAI: Đo góc từ tia sáng đến mặt gương ✅ ĐÚNG: Đo góc từ tia sáng đến pháp tuyến (đường vuông góc với gương)

Ví dụ minh họa:

• Nếu tia tới hợp với pháp tuyến một góc 30° → góc tới $i = 30°$
• Theo định luật phản xạ → góc phản xạ $i’ = 30°$
• Tia phản xạ cũng hợp với pháp tuyến một góc 30°

3. Vẽ hình minh họa định luật phản xạ

Các bước vẽ hình chuẩn:

Bước 1: Vẽ mặt gương

• Vẽ một đường thẳng ngang (hoặc nghiêng tùy bài)
• Đánh dấu điểm tới I trên gương

Bước 2: Vẽ tia tới

• Từ nguồn sáng S, vẽ tia sáng SI chiếu xuống gương tại điểm I
• Đánh dấu rõ hướng bằng mũi tên

Bước 3: Vẽ pháp tuyến

• Tại điểm I, vẽ đường thẳng NN’ vuông góc với mặt gương
• Dùng thước đo góc hoặc eke vẽ cho chính xác
• Pháp tuyến đi qua I và vuông góc 90° với gương

Bước 4: Đo góc tới

• Dùng thước đo góc đo góc SIN (góc giữa tia tới SI và pháp tuyến N)
• Ghi rõ giá trị: $i = …$

Bước 5: Vẽ tia phản xạ

• Từ điểm I, vẽ tia phản xạ IR về phía mắt quan sát
• Góc N’IR phải bằng góc SIN
• Tia phản xạ nằm ở phía bên kia pháp tuyến so với tia tới
• Đánh dấu hướng bằng mũi tên

Hình vẽ hoàn chỉnh mẫu:

      S (nguồn sáng)
       ╲
        ╲ Tia tới
         ╲ 30°
          ╲│
    N ─────┼───── N' (Pháp tuyến)
          ╱│
         ╱ 30°
        ╱ Tia phản xạ
       ╱
      R (mắt quan sát)
  ═════════════════════════ Gương phẳng

Chú thích hình vẽ:

• Góc $\widehat{SIN} = i = 30°$ (góc tới)
• Góc $\widehat{N’IR} = i’ = 30°$ (góc phản xạ)
• $i = i’ = 30°$ (tuân theo định luật phản xạ)

Kiểm tra hình vẽ đúng:

Pháp tuyến vuông góc với gương

Tia tới và tia phản xạ ở hai bên pháp tuyến

Góc tới = góc phản xạ

Có mũi tên chỉ hướng truyền sáng

4. Tính chất của phản xạ

a) Tính thuận nghịch:

Định nghĩa: Nếu tia sáng đi theo đường S → I → R, thì tia sáng ngược lại đi theo đường R → I → S cũng tuân theo định luật phản xạ.

Giải thích:

• Chiếu ánh sáng từ S đến gương → phản xạ đến R
• Nếu đặt nguồn sáng tại R → ánh sáng sẽ phản xạ về S
• Hai đường đi là hoàn toàn tương đương

Ứng dụng: Nguyên lý này quan trọng trong thiết kế hệ thống quang học như kính tiềm vọng, máy chiếu.

b) Áp dụng cho mọi bề mặt phản xạ:

Định luật phản xạ $i’ = i$ áp dụng cho:

Gương phẳng:

• Bề mặt phẳng nhẵn bóng
• Ví dụ: gương soi trong nhà

Gương cầu lồi:

• Bề mặt cong lồi ra ngoài
• Ví dụ: gương chiếu hậu xe máy

Gương cầu lõm:

• Bề mặt cong lõm vào trong
• Ví dụ: gương trang điểm phóng đại

Mặt nước phẳng lặng:

• Khi không có gợn sóng
• Ví dụ: hồ nước trong lặng

Lưu ý: Ở mỗi điểm trên bề mặt, pháp tuyến có thể khác nhau (đặc biệt với gương cầu), nhưng tại mỗi điểm đó định luật $i’ = i$ vẫn đúng.

III. PHÂN LOẠI PHẢN XẠ

1. Phản xạ gương (phản xạ định hướng)

Định nghĩa: Phản xạ gương là hiện tượng phản xạ xảy ra trên bề mặt nhẵn bóng, trong đó chùm tia sáng song song phản xạ thành chùm tia song song.

Đặc điểm:

Bề mặt: Nhẵn, bóng, phẳng hoặc cong đều

• Gương phẳng, gương cầu
• Mặt nước phẳng lặng
• Kim loại đánh bóng

Chùm tia:

• Chùm tia tới song song → Chùm tia phản xạ song song
• Giữ nguyên cấu trúc của chùm sáng
• Tạo ảnh rõ nét

Ví dụ thực tế:

Gương phẳng trong nhà:

• Nhìn thấy ảnh rõ nét của khuôn mặt
• Dùng để soi, chải tóc, trang điểm

Mặt nước hồ yên lặng:

• Phản chiếu ảnh cây cối, núi non rõ ràng
• Tạo cảnh đẹp như tranh

Bề mặt kim loại đánh bóng:

• Xe ô tô mới rửa sáng bóng
• Phản chiếu ánh sáng rõ ràng

Sơ đồ minh họa:

  ║ ║ ║ ║  (chùm tia tới song song)
  ↓ ↓ ↓ ↓
══════════════ (bề mặt nhẵn - gương)
  ↑ ↑ ↑ ↑
  ║ ║ ║ ║  (chùm tia phản xạ song song)

Kết quả: Tạo ảnh rõ nét, có thể nhìn thấy hình ảnh phản chiếu.

2. Phản xạ khuếch tán (phản xạ không định hướng)

Định nghĩa: Phản xạ khuếch tán là hiện tượng phản xạ xảy ra trên bề mặt nhám, gồ ghề, trong đó chùm tia sáng song song phản xạ thành chùm tia phân tán nhiều hướng.

Đặc điểm:

Bề mặt: Nhám, gồ ghề, không phẳng

• Mặt giấy
• Tường nhà
• Vải
• Mặt đường

Chùm tia:

• Chùm tia tới song song → Chùm tia phản xạ phân tán (nhiều hướng khác nhau)
• Không giữ nguyên cấu trúc
• Không tạo ảnh rõ nét

Ví dụ thực tế:

Mặt giấy trắng:

• Không nhìn thấy ảnh của mình trên giấy
• Nhưng nhìn thấy màu trắng của giấy

Tường nhà:

• Phản xạ ánh sáng ra mọi hướng
• Không tạo ảnh gương

Vải, quần áo:

• Nhìn thấy màu sắc, hoa văn
• Không phản chiếu ảnh rõ nét

Mặt đường:

• Ban ngày nhìn thấy màu đường
• Không nhìn thấy ảnh phản chiếu

Sơ đồ minh họa:

  ║ ║ ║ ║  (chùm tia tới song song)
  ↓ ↓ ↓ ↓
≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈ (bề mặt nhám, gồ ghề)
 ↗ ↑ ↖ ↗   (chùm tia phản xạ phân tán)

Giải thích: Do bề mặt gồ ghề, pháp tuyến tại mỗi điểm hướng khác nhau → tia phản xạ đi theo nhiều hướng khác nhau.

Lưu ý quan trọng:

• Mỗi tia sáng riêng lẻ vẫn tuân theo định luật phản xạ $i’ = i$
• Nhưng do pháp tuyến tại mỗi điểm khác nhau nên tổng thể chùm sáng bị phân tán

3. Ý nghĩa của phản xạ khuếch tán

Câu hỏi: Tại sao phản xạ khuếch tán lại quan trọng?

Trả lời: Nhờ phản xạ khuếch tán mà chúng ta nhìn thấy vật không tự phát sáng!

Giải thích chi tiết:

Cách ta nhìn thấy vật:

1. Ánh sáng từ nguồn (mặt trời, đèn) chiếu vào vật
2. Vật phản xạ khuếch tán ánh sáng về mọi phía
3. Mắt ta nhận ánh sáng phản xạ từ vật
4. Não bộ xử lý → ta “nhìn thấy” vật đó

Nếu không có phản xạ khuếch tán:

• Chỉ nhìn thấy nguồn sáng (mặt trời, đèn)
• Chỉ nhìn thấy ảnh trong gương
• Không nhìn thấy sách, bàn, ghế, người… (các vật không tự phát sáng)
• Thế giới sẽ tối đen, chỉ có ánh sáng từ nguồn

Ứng dụng thực tế:

• Đọc sách: ánh sáng phản xạ từ trang giấy vào mắt
• Nhìn người: ánh sáng phản xạ từ khuôn mặt vào mắt
• Xem TV, màn hình: ánh sáng từ màn hình phản xạ (hoặc phát ra) vào mắt

Kết luận: Phản xạ khuếch tán giúp ta nhìn thấy thế giới xung quanh!

IV. ẢNH CỦA VẬT QUA GƯƠNG PHẲNG

1. Đặc điểm ảnh tạo bởi gương phẳng

Dựa trên định luật phản xạ ánh sáng, ảnh của vật tạo bởi gương phẳng có các đặc điểm sau:

Đặc điểm 1: Ảnh ảo

Định nghĩa: Ảnh ảo là ảnh không hứng được trên màn chắn.

Giải thích:

• Các tia phản xạ không thực sự gặp nhau
• Chỉ có đường kéo dài của các tia phản xạ gặp nhau phía sau gương
• Không thể chiếu ảnh lên màn (khác với ảnh thật)

Đặc điểm 2: Đối xứng qua gương

Công thức: $$d_{ảnh} = d_{vật}$$

Trong đó $d$ là khoảng cách vuông góc từ vật (hoặc ảnh) đến gương.

Giải thích:

• Ảnh và vật nằm hai bên gương
• Khoảng cách từ ảnh đến gương = khoảng cách từ vật đến gương
• Đường nối vật – ảnh vuông góc với gương

Ví dụ:

• Người đứng cách gương 1m → ảnh cách gương 1m
• Người đứng cách gương 2m → ảnh cách gương 2m
• Khoảng cách người – ảnh = 1m + 1m = 2m (hoặc 2m + 2m = 4m)

Đặc điểm 3: Cùng kích thước

Ảnh có kích thước bằng đúng vật (không phóng đại, không thu nhỏ).

Ví dụ:

• Người cao 1.6m → ảnh cao 1.6m
• Vật dài 10cm → ảnh dài 10cm

Đặc điểm 4: Đảo ngược trái phải

Hiện tượng:

• Tay trái của bạn trong gương xuất hiện ở phía bên phải
• Chữ viết ngược khi nhìn trong gương
• Đồng hồ kim quay ngược chiều

Giải thích:

• Gương không đảo trên – dưới
• Gương chỉ đảo trái – phải (theo phương vuông góc với gương)

Ví dụ thực tế:

• Xe cứu thương viết chữ “AMBULANCE” ngược để tài xế nhìn gương thấy đúng
• Đọc sách trong gương rất khó vì chữ bị ngược

2. Cách dựng ảnh qua gương phẳng

Phương pháp 1: Dùng định luật phản xạ

Các bước thực hiện:

Bước 1: Vẽ tia tới từ điểm A của vật đến gương tại điểm I₁

Bước 2: Tại I₁, vẽ pháp tuyến vuông góc với gương

Bước 3: Vẽ tia phản xạ sao cho góc phản xạ = góc tới ($i’ = i$)

Bước 4: Lặp lại với tia thứ hai từ A đến gương tại I₂

Bước 5: Kéo dài các tia phản xạ về phía sau gương (vẽ đường nét đứt)

Bước 6: Giao điểm của các đường kéo dài là ảnh A’ của điểm A

Lặp lại: Làm tương tự cho các điểm khác của vật để dựng được ảnh hoàn chỉnh

Phương pháp 2: Dùng tính đối xứng (Nhanh hơn)

Các bước thực hiện:

Bước 1: Từ điểm A của vật, hạ đường vuông góc xuống gương, cắt gương tại H

Bước 2: Kéo dài đường AH về phía sau gương

Bước 3: Trên đường kéo dài, lấy điểm A’ sao cho HA’ = HA

Bước 4: Điểm A’ là ảnh của điểm A

Lặp lại: Làm tương tự cho tất cả các điểm của vật

Kết quả: Ảnh A’B’… đối xứng với vật AB… qua gương

Ví dụ minh họa:

Người cao 1.6m đứng cách gương phẳng 2m. Xác định vị trí và kích thước ảnh.

Lời giải:

Áp dụng tính chất ảnh qua gương phẳng:

• Chiều cao ảnh: Ảnh có kích thước bằng vật → Chiều cao ảnh = 1.6m
• Khoảng cách ảnh đến gương: Ảnh đối xứng với vật qua gương → Khoảng cách = 2m
• Khoảng cách người – ảnh: 2m + 2m = 4m

Kết luận:

• Ảnh cao 1.6m
• Ảnh cách gương 2m (phía sau gương)
• Khoảng cách từ người đến ảnh: 4m

3. Trường hợp gương nghiêng

Khi gương nghiêng một góc α so với phương ngang:

Nguyên tắc:

• Vẫn áp dụng định luật phản xạ $i’ = i$
• Pháp tuyến luôn vuông góc với mặt gương (dù gương nghiêng)
• Ảnh và vật vẫn đối xứng qua gương

Các bước vẽ:

1. Vẽ gương nghiêng
2. Tại điểm tới, vẽ pháp tuyến vuông góc với gương
3. Áp dụng $i’ = i$ để vẽ tia phản xạ
4. Dựng ảnh bằng tính đối xứng

Lưu ý: Góc nghiêng của gương ảnh hưởng đến vị trí ảnh, nhưng không ảnh hưởng đến kích thước ảnh (ảnh vẫn bằng vật).

V. ỨNG DỤNG CỦA ĐỊNH LUẬT PHẢN XẠ

1. Gương phẳng trong đời sống

a) Gương trong nhà

Soi mặt, chải tóc:

• Gương treo tường để chải đầu
• Gương nhỏ cầm tay
• Gương trang điểm có đèn

Trang trí, mở rộng không gian:

• Gương lớn làm phòng rộng hơn
• Gương ghép nhiều mảnh tạo hiệu ứng
• Gương ở cửa hàng, khách sạn

Gương toàn thân:

• Ở cửa hàng quần áo
• Phòng thay đồ
• Phòng tập thể dục

b) Gương chiếu hậu

Xe ô tô:

• Gương chiếu hậu giữa (trong xe)
• Gương chiếu hậu hai bên (ngoài xe)
• Giúp quan sát phía sau khi lái

Xe máy:

• Gương hai bên tay lái
• Quan sát xe phía sau
• Đảm bảo an toàn giao thông

Xe đạp, xe tải:

• Gương gắn tay lái
• Mở rộng tầm quan sát
• Tránh điểm mù

c) Gương trang trí

Trong kiến trúc:

• Tạo hiệu ứng không gian ảo
• Phản chiếu ánh sáng tự nhiên
• Làm đẹp công trình

Nghệ thuật:

• Tranh gương
• Điêu khắc phản chiếu
• Sân khấu, múa

2. Gương cầu

a) Gương cầu lồi (gương lồi)

Đặc điểm: Bề mặt cong lồi ra ngoài, cho ảnh nhỏ hơn vật nhưng góc nhìn rộng.

Ứng dụng:

Gương chiếu hậu xe máy:

• Tạo góc nhìn rộng
• Quan sát nhiều làn đường
• Nhìn xa hơn về phía sau

Gương an toàn ở ngã tư:

• Đặt ở góc đường hẹp
• Quan sát xe cộ từ xa
• Phòng tránh tai nạn

Camera góc rộng:

• Giám sát siêu thị, cửa hàng
• Nhìn toàn bộ phòng
• An ninh, chống trộm

b) Gương cầu lõm (gương lõm)

Đặc điểm: Bề mặt cong lõm vào trong, có thể hội tụ ánh sáng và phóng đại ảnh.

Ứng dụng:

Đèn pha ô tô, đèn pin:

• Đặt bóng đèn tại tiêu điểm
• Phản xạ ánh sáng thành chùm song song
• Chiếu xa, tập trung

Gương trang điểm phóng đại:

• Nhìn rõ chi tiết khuôn mặt
• Trang điểm chính xác
• Soi lông mi, vẽ mày

Kính thiên văn phản xạ:

• Gương lõm lớn thu ánh sáng
• Quan sát thiên thể xa
• Kính Hubble, kính VLT

3. Công nghệ và khoa học

a) Kính tiềm vọng (tiềm vọng kính)

Cấu tạo:

• Hệ thống gương phẳng và lăng kính
• Đặt trong ống dài

Nguyên lý:

• Ánh sáng từ trên phản xạ nhiều lần
• Đi vòng trong ống xuống dưới
• Mắt quan sát ở vị trí thấp

Ứng dụng:

• Tàu ngầm quan sát mặt nước
• Hầm hào quan sát địch
• Quân sự, trinh sát

b) Máy chiếu

Nguyên lý:

• Ánh sáng từ màn hình LCD/DLP nhỏ
• Phản xạ qua hệ thống gương
• Kết hợp thấu kính phóng đại
• Chiếu lên màn lớn

Ứng dụng:

• Chiếu phim, thuyết trình
• Dạy học, hội nghị
• Rạp chiếu phim

c) Kính thiên văn phản xạ

Cấu tạo:

• Gương cầu lõm lớn (gương chính)
• Gương phẳng nhỏ (gương phụ)
• Thị kính phóng đại

Nguyên lý:

• Gương chính hội tụ ánh sáng thiên thể
• Gương phụ phản xạ đến thị kính
• Phóng đại ảnh thiên thể

Ứng dụng:

• Quan sát sao, hành tinh
• Nghiên cứu vũ trụ
• Thiên văn học

d) Laser

Nguyên lý:

• Buồng cộng hưởng có 2 gương phản xạ
• Ánh sáng phản xạ qua lại nhiều lần
• Khuếch đại thành chùm laser mạnh

Ứng dụng:

• Y tế: phẫu thuật mắt, cắt u
• Công nghiệp: cắt kim loại
• Viễn thông: truyền dữ liệu quang
• Đo đạc: máy thủy chuẩn laser

4. Y học

Gương soi họng (nha khoa):

• Gương tròn nhỏ có cán
• Soi bên trong miệng
• Kiểm tra răng, họng

Gương phản xạ trong nội soi:

• Hệ thống gương và ống dẫn sáng
• Quan sát bên trong cơ thể
• Chẩn đoán bệnh

Đèn chiếu sáng phẫu thuật:

• Gương parabol tập trung ánh sáng
• Chiếu sáng vùng mổ
• Không tạo bóng đổ

Máy đo đáy mắt:

• Sử dụng gương và thấu kính
• Quan sát võng mạc
• Chẩn đoán bệnh về mắt

5. Giao thông

Biển báo phản quang:

• Lớp phủ phản xạ đặc biệt
• Phản xạ mạnh ánh đèn xe
• Nhìn rõ ban đêm, thời tiết xấu

Vạch sơn phản quang trên đường:

• Sơn có hạt thủy tinh phản xạ
• Phản chiếu ánh đèn xe
• Phân làn đường ban đêm

Áo phản quang của công nhân:

• Vải có sợi phản xạ
• Phản chiếu ánh sáng mạnh
• Dễ nhìn thấy trong bóng tối
• Đảm bảo an toàn lao động

VI. BÀI TẬP VẬN DỤNG

Dạng 1: Vẽ hình và xác định góc

Đề bài: Chiếu một tia sáng vào gương phẳng với góc tới 30°. a) Vẽ hình biểu diễn đường đi của tia sáng b) Tính góc phản xạ

Lời giải:

Câu a) Vẽ hình:

      S
       ╲
        ╲ Tia tới
         ╲ 30°
          ╲│
    N ─────┼───── N' (Pháp tuyến)
          ╱│
         ╱ 30°
        ╱ Tia phản xạ
       ╱
      R
  ═══════════════════ Gương

Các bước vẽ:

1. Vẽ gương phẳng (đường ngang)
2. Vẽ tia tới SI với góc 30° so với pháp tuyến
3. Vẽ pháp tuyến NN’ vuông góc với gương
4. Vẽ tia phản xạ IR với góc 30° so với pháp tuyến (bên kia)

Câu b) Tính góc phản xạ:

Theo định luật phản xạ ánh sáng: $$i’ = i = 30°$$

Kết luận: Góc phản xạ là 30°.

Dạng 2: Tính góc giữa tia tới và tia phản xạ

Đề bài: Tia tới và tia phản xạ hợp với nhau một góc 80°. Tính góc tới và góc phản xạ.

Lời giải:

Phân tích:

• Gọi góc giữa tia tới và tia phản xạ là β
• Ta có: $β = i + i’$ (vì tia tới và phản xạ nằm hai bên pháp tuyến)

Áp dụng định luật phản xạ: $$i’ = i$$

Tính toán: $$β = i + i’ = i + i = 2i$$ $$80° = 2i$$ $$i = \frac{80°}{2} = 40°$$

Kết luận:

• Góc tới: $i = 40°$
• Góc phản xạ: $i’ = 40°$

Dạng 3: Xác định vị trí ảnh

Đề bài: Một vật AB cao 10cm đặt cách gương phẳng 30cm, vuông góc với gương. a) Xác định vị trí ảnh A’B’ b) Tính kích thước ảnh

Lời giải:

Câu a) Vị trí ảnh:

Theo tính chất ảnh qua gương phẳng:

• Ảnh đối xứng với vật qua gương
• Khoảng cách ảnh đến gương = khoảng cách vật đến gương

Vậy: Ảnh A’B’ nằm phía sau gương, cách gương 30cm

Câu b) Kích thước ảnh:

Ảnh qua gương phẳng có kích thước bằng vật: $$A’B’ = AB = 10 \text{ cm}$$

Kết luận:

• Ảnh cách gương 30cm (phía sau gương)
• Ảnh cao 10cm
• Khoảng cách từ vật đến ảnh: 30cm + 30cm = 60cm

Dạng 4: Quay gương

Đề bài: Giữ nguyên tia tới, quay gương một góc α quanh trục vuông góc với mặt phẳng tới. Hỏi tia phản xạ quay một góc bao nhiêu?

Lời giải:

Phân tích:

• Khi gương quay góc α
• Pháp tuyến cũng quay góc α (vì pháp tuyến vuông góc với gương)
• Tia tới không đổi

Xét góc tới mới:

• Góc tới ban đầu: $i_1$
• Pháp tuyến quay α → góc tới mới: $i_2 = i_1 + α$

Xét góc phản xạ:

• Theo định luật: $i’_2 = i_2 = i_1 + α$
• Góc phản xạ ban đầu: $i’_1 = i_1$
• Góc thay đổi của góc phản xạ: $i’_2 – i’_1 = (i_1 + α) – i_1 = α$

Nhưng vị trí tia phản xạ:

• Pháp tuyến quay α → tia phản xạ quay theo
• Lại cộng thêm α do góc phản xạ tăng
• Tổng cộng: 2α (cùng chiều quay gương)

Kết luận: Tia phản xạ quay góc 2α, ngược chiều với chiều quay của gương.

Dạng 5: Chiều cao gương tối thiểu

Đề bài: Một người cao 1.6m đứng trước gương phẳng thẳng đứng muốn nhìn thấy toàn thân trong gương. Tính chiều cao tối thiểu của gương và vị trí đặt gương.

Lời giải:

Nguyên lý:

• Ánh sáng từ đỉnh đầu phản xạ vào mắt
• Ánh sáng từ chân phản xạ vào mắt
• Sử dụng tính chất $i’ = i$

Phân tích hình học:

• Mắt cách đỉnh đầu: khoảng 10cm (giả sử)
• Chiều cao từ mắt đến chân: 1.6m – 0.1m = 1.5m

Tính toán:

Theo hình học và định luật phản xạ:

• Gương phải chiếu từ nửa khoảng cách mắt-đỉnh đầu đến nửa khoảng cách mắt-chân
• Chiều cao gương = $\frac{1}{2}$ (chiều cao đỉnh đầu – chân)

$$h_{gương} = \frac{h_{người}}{2} = \frac{1.6}{2} = 0.8 \text{ m}$$

Vị trí đặt:

• Mép trên gương: cách mắt lên trên $\frac{1}{2}$ khoảng cách mắt-đỉnh đầu
• Mép dưới gương: cách mắt xuống dưới $\frac{1}{2}$ khoảng cách mắt-chân

Kết luận:

• Chiều cao gương tối thiểu: 0.8m
• Mép trên cách đỉnh đầu: 5cm
• Mép dưới cách chân: khoảng 75cm

VII. MẸO VÀ LƯU Ý

1. Mẹo nhớ định luật

Công thức siêu đơn giản:

$$\boxed{i’ = i}$$

“Góc phản xạ bằng góc tới”

Chỉ cần nhớ 3 chữ: BẰNG NHAU

Nhớ 3 yếu tố cùng mặt phẳng:

Tia tới – Tia phản xạ – Pháp tuyến

Ba yếu tố này luôn nằm trong cùng một mặt phẳng (gọi là mặt phẳng tới)

Hai bên pháp tuyến:

    Tia tới ╲  │  ╱ Tia phản xạ
              ╲│╱
        ───────┼─────── Pháp tuyến

Tia tới và tia phản xạ nằm khác phía so với pháp tuyến

2. Các sai lầm thường gặp

❌ SAI LẦM 1: Đo góc sai

Sai: Đo góc từ tia sáng đến mặt gương

Đúng: Đo góc từ tia sáng đến pháp tuyến (đường vuông góc với gương)

Ví dụ:

• Tia sáng hợp với mặt gương 30°
• ❌ Không phải góc tới = 30°
• ✅ Góc tới = 90° – 30° = 60°

❌ SAI LẦM 2: Vẽ pháp tuyến sai

Sai: Vẽ pháp tuyến song song hoặc nghiêng bất kỳ với gương

Đúng: Pháp tuyến phải vuông góc 90° với mặt gương tại điểm tới

Cách vẽ: Dùng thước eke hoặc compa để vẽ đường vuông góc chính xác

❌ SAI LẦM 3: Nhầm ảnh thật và ảnh ảo

Gương phẳng chỉ cho ảnh ảo:

• ✅ Ảnh ảo: không hứng được trên màn
• ❌ Không phải ảnh thật

Cách phân biệt:

• Ảnh ảo: các tia phản xạ kéo dài mới gặp nhau
• Ảnh thật: các tia phản xạ thực sự gặp nhau

❌ SAI LẦM 4: Quên tính đối xứng

Nhớ: Ảnh và vật luôn đối xứng qua gương

Các đặc điểm đối xứng:

• Khoảng cách: $d_{ảnh} = d_{vật}$
• Kích thước: $h_{ảnh} = h_{vật}$
• Vị trí: ảnh ở phía sau gương

3. Kiểm tra nhanh

Sau khi vẽ xong hoặc tính toán xong, kiểm tra:

Góc tới = Góc phản xạ ($i’ = i$)

Tia tới, tia phản xạ, pháp tuyến cùng mặt phẳng

Pháp tuyến vuông góc với gương (90°)

Tia tới và phản xạ ở hai bên pháp tuyến

Ảnh đối xứng với vật qua gương

Kích thước ảnh bằng kích thước vật

VIII. KẾT LUẬN

Định luật phản xạ ánh sáng là một trong những định luật cơ bản và quan trọng nhất của quang học:

Định luật gồm 2 phần:

1. Tia phản xạ nằm trong mặt phẳng tới và ở bên kia pháp tuyến so với tia tới
2. Góc phản xạ bằng góc tới

Công thức duy nhất: $$\boxed{i’ = i}$$

Phân loại phản xạ:

• Phản xạ gương (định hướng): bề mặt nhẵn → ảnh rõ
• Phản xạ khuếch tán: bề mặt nhám → không tạo ảnh

Ứng dụng rộng rãi:

• Đời sống: gương soi, gương chiếu hậu, trang trí
• Công nghệ: kính thiên văn, laser, máy chiếu
• Y tế: gương nha khoa, nội soi, đèn phẫu thuật
• Giao thông: biển báo phản quang, áo phản quang

Lời khuyên học tập

📌 Nhớ kỹ: Góc luôn đo từ tia sáng đến pháp tuyến, không phải đến mặt gương

📌 Vẽ hình chuẩn xác: Sử dụng thước kẻ, thước đo góc, compa để vẽ chính xác

📌 Phân biệt rõ: Phản xạ gương (nhẵn → ảnh rõ) và phản xạ khuếch tán (nhám → không ảnh rõ)

📌 Luyện tập vẽ hình: Thành thạo dựng ảnh qua gương phẳng bằng cả hai phương pháp

📌 Quan sát thực tế: Chú ý các hiện tượng phản xạ trong đời sống hàng ngày

📌 Làm bài tập đa dạng: Từ cơ bản đến nâng cao để nắm vững kiến thức

📌 Hiểu bản chất: Tại sao phản xạ khuếch tán giúp ta nhìn thấy vật