Trả lời nhanh
Pháp tuyến là đường thẳng vuông góc với mặt phẳng gương (mặt phản xạ) tại điểm tới. Nó đi qua điểm tới I và đóng vai trò đường chuẩn để đo góc tới và góc phản xạ. Vì vậy, nói “pháp tuyến là đường thẳng vuông góc với mặt gương tại điểm tới” là đúng.
Pháp tuyến là gì trong bài phản xạ ánh sáng?
Khi một tia sáng chiếu vào mặt gương phẳng, nó đập vào gương tại một điểm gọi là điểm tới (kí hiệu I). Tại điểm I, ta kẻ một đường thẳng vuông góc với mặt gương. Đường thẳng đó chính là pháp tuyến, thường kí hiệu là IN.
Chữ “pháp” trong “pháp tuyến” có nghĩa là “chuẩn”, còn “tuyến” là đường. Pháp tuyến hiểu đơn giản là “đường chuẩn” để so sánh các tia sáng.
Câu hỏi này thường xuất hiện dưới dạng điền khuyết: “Pháp tuyến là đường thẳng … với mặt gương tại điểm tới”. Từ cần điền là vuông góc.
Pháp tuyến giúp xác định những góc nào?
Trong hình trên có ba đường: tia tới SI, tia phản xạ IR và pháp tuyến IN. Hai góc cần nhớ là:
- Góc tới (i): góc giữa tia tới SI và pháp tuyến IN.
- Góc phản xạ (i’): góc giữa tia phản xạ IR và pháp tuyến IN.
Định luật phản xạ ánh sáng phát biểu: tia phản xạ nằm trong cùng mặt phẳng với tia tới và pháp tuyến; góc phản xạ bằng góc tới (i’ = i).
Nếu không có pháp tuyến thì ta không có mốc để đo hai góc này. Đó là lý do mọi bài vẽ tia phản xạ đều bắt đầu bằng việc dựng pháp tuyến.
Cách vẽ tia phản xạ bằng pháp tuyến
- Xác định điểm tới I trên mặt gương.
- Từ I, dựng đường thẳng vuông góc với mặt gương (dùng ê ke), vẽ nét đứt. Đó là pháp tuyến IN.
- Đo góc tới i giữa tia tới và pháp tuyến.
- Ở phía bên kia pháp tuyến, vẽ tia IR sao cho góc giữa IR và IN cũng bằng i.
- Đánh mũi tên trên tia tới và tia phản xạ để chỉ chiều truyền ánh sáng.
Mẹo nhớ: pháp tuyến luôn “đứng thẳng” trên gương, còn tia tới và tia phản xạ nằm đối xứng hai bên nó như hai cánh của chữ V.
Ví dụ có lời giải
Ví dụ 1. Một tia sáng chiếu tới gương phẳng, hợp với mặt gương một góc 30°. Tính góc tới, góc phản xạ và góc giữa tia tới với tia phản xạ.
- Pháp tuyến vuông góc với gương nên góc giữa pháp tuyến và mặt gương là 90°.
- Góc tới: i = 90° − 30° = 60°.
- Góc phản xạ: i’ = i = 60°.
- Góc giữa tia tới và tia phản xạ: 60° + 60° = 120°.
Ví dụ 2. Tia tới và tia phản xạ vuông góc với nhau. Tính góc tới.
Góc giữa hai tia bằng i + i’ = 2i = 90°, suy ra i = 45°.
Lỗi sai thường gặp
- Lấy góc giữa tia tới và mặt gương làm góc tới. Góc tới luôn tính từ pháp tuyến, không tính từ mặt gương. Đề cho “tia tới hợp với gương 30°” thì góc tới là 60°, không phải 30°.
- Vẽ pháp tuyến trùng hoặc song song với mặt gương. Pháp tuyến phải vuông góc với gương.
- Vẽ pháp tuyến bằng nét liền. Nên dùng nét đứt để phân biệt với tia sáng.
- Quên điều kiện “tại điểm tới”. Có vô số đường vuông góc với gương, nhưng pháp tuyến là đường đi qua điểm tới I.
Với gương cong thì pháp tuyến là gì?
Với mặt phản xạ cong (gương cầu), pháp tuyến tại điểm tới là đường thẳng vuông góc với mặt phẳng tiếp xúc với gương tại điểm đó. Với gương cầu, đó chính là đường thẳng nối điểm tới với tâm của mặt cầu. Định luật phản xạ vẫn đúng: i’ = i.
Pháp tuyến trong Toán học
Trong Toán, “pháp tuyến” cũng mang ý nghĩa “vuông góc”. Ví dụ, vectơ pháp tuyến của một đường thẳng hoặc mặt phẳng là vectơ khác vectơ không có giá vuông góc với đường thẳng hoặc mặt phẳng đó. Trong mặt phẳng Oxy, đường thẳng ax + by + c = 0 có một vectơ pháp tuyến là (a; b). Ý tưởng chung ở cả Lý và Toán: pháp tuyến luôn vuông góc với đối tượng đang xét.
Bài luyện tập
- Điền từ: “Pháp tuyến là đường thẳng … với mặt gương tại … “.
Đáp án: vuông góc; điểm tới. - Góc tới bằng 40°. Tính góc phản xạ và góc giữa tia tới với tia phản xạ.
Đáp án: góc phản xạ 40°; góc giữa hai tia 80°. - Tia tới hợp với mặt gương góc 25°. Tính góc tới và góc hợp bởi tia phản xạ với mặt gương.
Đáp án: góc tới 90° − 25° = 65°; góc phản xạ 65° nên tia phản xạ hợp với gương 90° − 65° = 25°.
Câu hỏi thường gặp
Pháp tuyến là gì?
Pháp tuyến là đường thẳng vuông góc với mặt phẳng gương (hoặc mặt phản xạ) tại điểm tới. Nó là đường chuẩn để xác định góc tới và góc phản xạ.
Góc tới được tính từ đâu?
Góc tới là góc giữa tia tới và pháp tuyến, không phải góc giữa tia tới và mặt gương. Nếu tia tới hợp với gương góc α thì góc tới bằng 90° − α.
Pháp tuyến có phải tia sáng không?
Không. Pháp tuyến chỉ là đường kẻ phụ, thường vẽ bằng nét đứt, dùng để đo góc. Ánh sáng không truyền theo pháp tuyến, trừ khi tia tới trùng với nó.
Khi tia tới trùng pháp tuyến thì tia phản xạ thế nào?
Khi đó góc tới bằng 0°, nên góc phản xạ cũng bằng 0°. Tia phản xạ đi ngược lại đúng theo tia tới.