PELAJARAN 2 – PEMBIASAN CAHAYA

(a) Maksud pembiasanPembiasan ialah fenomena perambatan cahaya daripada dua medium yang berbeza ketumpatan optiknya yangmenyebabkan perubahan arah atau laju cahaya atau halaju cahaya.

(b) Jenis-jenis pembiasanPembiasan mendekati normal berlaku apabila cahaya merambat dari medium yang kurang tumpat ke medium lebih tumpat.

Pembiasan menjauhi normal berlaku apabila cahaya merambat dari medium yang lebih tumpat ke medium kurang tumpat.

(c) Istilah-istilah pembiasanGaris normal : garis yang berserenjang dengan sempadan medium yang berbeza ketumpatan.

Sudut tuju : sudut di antara sinar tuju dengan garis normal

Sudut biasan : sudut di antara sinar biasan dengan garis normal.

(d) Hukum-hukum pembiasan

Hukum I:

Sinar tuju,garis normal dan sinar biasan berada pada satusatah yang sama.

Hukum II (Hukum Snell):

Nisbah sinus sudut tuju kepada sinus sudut biasan adalah pemalar atau sinus sudut tuju = pemalar sinus sudut biasan

atau sin i = pemalar sin r

di mana i = sudut tuju , r = sudut pantulan atau sinus sudut tuju sinus sudut biasan atau

(e) Indeks biasan (n)

Indeks biasan ialah nisbah sinus sudut tuju kepadasinus sudut biasan.

atau n = sin i di mana n = indeks biasan sin r i = sudut tuju r = sudut biasan* Sudut tuju dikira dari medium yang kurang tumpat ke medium lebih tumpat walaupun arah rambatan cahaya diterbalikkan. *Bahan yang mempunyai ketumpatan optik yang tinggi mempunyai indeks biasan yang tinggi.* Nilai indeks biasan 1Contoh 1

Tentukan indeks biasan bongkah X.

Penyelesaian:

Contoh 2

Jika indeks biasan kaca ialah 1.54,tentukan sudut

Penyelesaian

Contoh 3

Tentukan sudut biasan ketika cahaya keluar semula ke udara dan lakarkan sinar cahaya apabila keluar daripada prisma kaca.(Indeks biasan kaca = 1.5)

Penyelesaian

(f) Rumus-rumus lain bagi Indeks biasan (n)

n = halaju cahaya dalam udara @ vakum halaju cahaya dalam bahan

no = vu vo

n = dalam nyata dalam ketara

= H h

Contoh 4

Halaju cahaya dalam udara ialah 3 x 108 ms-1 dan halaju cahaya dalam kaca ialah 2 x 108 ms-1 . Tentukan indeks biasan kaca Penyelesaian

Contoh 5:Seekor ikan kelihatan berada sedalam 2.5 m oleh seorang pemerhati.Berapakah dalam sebenar ikan itu berada didalam air (Indeks biasan air = 1.33)Penyelesaian:

(g) Eksperimen untuk mencari hubungan antara sinus sudut tuju dengan sinus sudut biasan

Hipotesis:Bila sudut tuju bertambah sudut biasan bertambah

Pemboleh ubah dimanupulasi: sudut tujuPemboleh ubah respons: sudut biasanPemboleh ubah dimalarkan: ketebalan kaca,keamatan cahaya.Letakkan sebuah bongkah kaca di atas kertas putih dan lukis sisi bongkah kaca dan tanda sebagai ABCD.Alihkan bongkah kaca.Lukis garis normal MNTanda/ukur sudut tuju i dengan protraktor.Letakkan semula bongkah kaca di atas kertas putih dan hidupkan sinar cahaya.Lukis garis NPQ bagi sinar cahaya yang keluar daripada bongkah kaca.Alih semula bongkah kaca dan lukis garis MN.Ukur sudut biasan r.Ulangi eksperimen sebanyak 5 kali dengan sudut i yang berlainan.Plotkan graf sinus i lawan sinus r

(h) Eksperimen Untuk Menentukan Indeks Biasan Bongkah Kaca.

Letakkan sebuah bongkah kaca di atas kertas putih dan lukissisi bongkah kaca dan tanda sebagai ABCD.Alihkan bongkah kaca.Lukis garis normal MNTanda/ukur sudut tuju i dengan protraktor.Letakkan semula bongkah kaca di atas kertas putih dan hidupkan sinar cahaya.Lukis garis NPQ bagi sinar cahaya yang keluar daripada bongkah kaca.Alih semula bongkah kaca dan lukis garis MN.Ukur sudut biasan r.Tentukan nilai sin i dan sin r.Kira nilai indeks biasan dengan rumus n = sin i sin r

1 Pembiasan cahaya berlaku apabila cahaya merambat dalam dua medium optik yang berlainan ketumpatannya.Ini disebabkan perubahan dalam

A Amplitud cahaya B Keamatan cahayaC Halaju cahaya D Kekuatan cahaya

2 Suatu sinar cahaya merambat dari medium A ke medium B.Jika ketumpatan optik medium A lebih besar daripadaketumpatan optik medium B,gambarajah yang manakah berikut adalah benar bagi alur cahaya tersebut?

3

Rajah menunjukkan satu alur cahaya yang bergerak dari cecair A ke cecair B.( Indeks biasan cecair B > Indeks biasan cecair A).Gambarajah manakah berikut adalah benar mengenai alur cahaya tersebut?

4

TUTORIAL 1

Rajah menunjukkan suatu sinar cahaya merambat dari udara ke plastik.Manakah antara berikut memberikan indeks biasan plastik?

A Sin S B Sin P Sin Q Sin R

C Sin Q D Sin R Sin R Sin S

5

Rajah menunjukkan suatu sinar cahaya yang merambat dari udara ke bahan X.Berapakah indeks biasan bahan X?

A 0.85 B 1.24C 1.31 D 1.41E 1.58

6

Satu sinar cahaya merambat dari minyak ke udara.Jika indeks biasan minyak ialah 1.4,tentukan nilai sudut K?A 44.4o B 45.6o

C 54.5o D 55.4o

E 58.9o

7 Satu sinar cahaya merambat dari udara ke kaca.Indeks

biasan kaca tersebut adalah

A 1.38 B 1.45

C 1.51 D 1.62E 1.74

8 Berapakah halaju cahaya merambat menerusi suatu bahan plastik yang mempunyai indeks biasan 1.2?(Halaju cahaya dalam udara = 3 x 108 ms-1 )

A 1.0 x 108 ms-1 B 1.5 x 108 ms-1 C 2.0 x 108 ms-1 D 2.5 x 108 ms-1 E 3.0 x 108 ms-1

9 Jika indeks biasan air ialah 1.33,cari dalam ketara bagi bagi suatu objek yang berada sedalam 12 m di dasar sebuah tasik.

A 6 m B 9 mC 12 m D 16 mE 18 m

10 Sekeping duit syiling dimasukkan ke dalam sebuah bekas yang kosong.Apabila sejenis cecair lutsinar dimasukan ke dalam bikar ,dalam ketara didapati kurang sebanyak 40% daripada dalam nyata.Indeks biasan cecair itu ialah

A 0.4 B 0.6C 1.2 D 1.7E 2.5

11

Rajah menunjukkan sinar yang memasukki dua jenis cecair M dan yang mempunyai indeks biasan 1.0 dan 2.0 masing-masing.Nilai sudut X ialah

A 10o 33' B 14o 29' C 15o 25' D 18o 53' E 21o46'

12 Suatu sinar cahaya memasukki sekeping plastik lutsinar yang tebalnya 50 m dan mempunyai indeks biasan 1.2.Berapa lamakah masa yang diambil oleh cahaya untuk merambat dalam plastik tersebut jika halaju cahaya di udara ialah 3 x 108 ms-1.

A 2. 5 x 10-8 s C 2 x 10-8 sC 1.5 x 10-7 s D 2 x 10-7 sE 2.5 x 10-7 s

13 Fenomena-fenomena yang yang berikut bukan disebabkan oleh pembiasan cahaya ?

A Cahaya matahari yang sampai ke bumi adalah melengkung

B Ikan kelihatan cetek daripada kedalaman sebenarnya

C Kayu lurus kelihatan bengkok apabila berada di dalam air

D Air laut kelihatan biru

14

Rajah menunjukkan lintasan sinar cahaya merambat dari medium R menuju medium S.Pernyataan yang manakah berikut adalah benar?

A Ketumpatan optik medium R lebih tinggi daripada medium S

B Laju cahaya dalam medium R lebih tinggi daripada dalam medium S

C Indeks biasan medium R lebih tinggi daripada indeks biasan medium S

15 Diantara yang berikut yang manakah merupakan indeks biasan?

A Sudut tuju Sudut bias

B ketumpatan udara ketumpatan bahan

C Laju cahaya dalam udara Laju cahaya dalam bahan

16 Rajah menunjukkan satu eksperimen yang dilakukan untuk mengkaji hubungan antara sudut tuju,i dengan sudut pembiasan,r apabila cahaya merambat dari udara ke kaca.Nilai-nilai sudut,i dan sudut,r adalahseperti jadual berikut;

Sudut i Sudut r Sinus i Sinus r30o 19o

40o 25o

50o 30o

60o 35o

70o 38o

(a) Lengkapkan jadual di atas.

(b) Plotkan graf sinus i lawan sinus r

(c) Nyatakan hubungan di antara sinus i dengan sinus r

...........................................................................................

(d) Nyatakan Hukum yang mengaitkan hubungan antara sinus i dan sinus r ini.

...........................................................................................(e) Tentukan kecerunan graf.

(f) Jika bongkah kaca digantikan dengan intan,apakah yang terjadi kepada graf dan berikan sebabnya.

...........................................................................................

........................................................................................... (g) Jika halaju cahaya dalam udara ialah 3 x 108 ms-1

,berapakah halaju cahaya dalam kaca.

17 Rajah di atas menunjukkan dua sinar cahaya masing-masing AB dan CD yang menimpa ke atas satu bongkah kaca.

(a) Tentukan nilai indeks biasan kaca.

(b) Kirakan nilai x

(c) Kirakan nilai y

18

Sebuah kolam kecil dengan air yang jernih ,mempunyai kedalaman H. Seketul logam berada di dasar logam itu dan didapati imej logam kelihatan sedalam h.

(a) Nyatakan sifat cahaya yang menyebabkan kejadian di atas.

...........................................................................................(b) Terangkan bagaimana fenomena di atas berlaku.

...........................................................................................(c) Nyatakan hubungan antara H dan h

...........................................................................................

(d) Jika H = 4.5 m dan indeks biasan air ialah 1.33,tentukan nilai h

(e) Jika kolam itu mengandungi air yang mempunyai indeks biasan 1.40

(i) apakah terjadi kepada nilai h

.................................................................................................... (ii) Tentukan nilai h yang baru.

(f) Sebatang tiub kaca dengan sekeping kaca rata di

dasarnya ditolak masuk ke permukaan kolam tersebut.(H = 4.5 m dan indeks biasan air = 1.33)Jika tiub ditolak masuk sedalam 0.5 m di bawah permukaan air,berapa dekatkah dasar kolam kelihatan sekarang?

19 (a) Apakah yang dimaksudkan dengan pembiasan cahaya

(b) Nyatakan takrif Indeks biasan.Huraikan satu eksperimen untuk menentukan indeks biasan bagi satu bongkah kaca.

(c) Dengan menggunakan gambarah sinar huraikan fenomena- fenomena berikut:(i) Ikan yang berada dalam air kelihatan lebih

cetek daripada kedalaman sebenarnya.

(ii) Cahaya matahari yang sampai ke bumi adalah berbentuk melengkung.