TIỂU LUẬN: DẠY HỌC KIẾN THỨC “HIỆN TƯỢNG PHẢN XẠ TOÀN PHẦN-ĐIỀU KIỆN XUẤT HIỆN HIỆN TƯỢNG PHẢN XẠ TOÀN PHẦN” (LỚP 11) GVHD: PGS.TS Nguyễn Ngọc Hưng

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH PHỊNG SAU ĐẠI HỌC KHOA VẬT LÍ Tiểu luận SOẠN THẢO TIẾN TRÌNH HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC KIẾN THỨC “HIỆN TƢỢNG PHẢN XẠ TOÀN PHẦN-ĐIỀU KIỆN XUẤT HIỆN HIỆN TƢỢNG PHẢN XẠ TOÀN PHẦN” (LỚP 11) GVHD: PGS.TS Nguyễn Ngọc Hƣng HVTH: Hoàng Phƣớc Muội Lớp: Cao học-K25 Chuyên ngành: LLPPDH mơn vật lí TP HCM, 8/2015 I SƠ ĐỒ TIẾN TRÌNH XÂY DỰNG KIẾN THỨC Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức Tiến trình xây dựng kiến thức “Hiện tượng phản xạ toàn phần-Điều kiện xuất hiện tượng phản xạ tồn phần” (vật lí 11) theo đường thực nghiệm kiểu dạy học phát giải vấn đề Làm nảy sinh vấn đề cần giải Từ toán: Chiếu ánh sáng từ thủy tinh có chiết suất 1,5 khơng khí với góc tới 300 600 Tính góc khúc xạ tương ứng Học sinh giải: Theo định luật khúc xạ ánh sáng, ta có: n1sini = n2sinr Mơi trường tới thủy tinh có chiết suất n1 = 1,5 Môi trường khúc xạ khơng khí có chiết suất n2 = Thay n1, n2 góc tới vào biểu thức định luật khúc xạ ánh sáng, ta thu giá trị góc khúc xạ r i = 300 1,5*sin300 = sinr => r = 48035’ i = 600 1,5*sin600 = sinr => sinr =1,3 (vô lý, theo lượng giác 0 sinr  1) Trường hợp góc tới 600 khơng tính giá trị góc khúc xạ Phát biểu vấn đề cần giải Tại ta khơng tính góc khúc xạ góc tới 600? Giải vấn đề 3.1.1 Đề xuất giả thuyết Trong tốn trên, với góc tới 300 ta tính góc khúc xạ ta khơng tính góc khúc xạ góc tới 600 => Ta khơng tính góc khúc xạ góc tới lớn (i  600) 3.1.2 Kiểm tra tính đắn giả thuyết Giả thuyết kiểm chứng trực tiếp từ thí nghiệm Khơng có tia khúc xạ góc tới i  600 Thiết kế phương án thí nghiệm Ta cần: nguồn sáng, mơi trường thủy tinh có chiết suất n=1,5, bảng chia độ góc Học sinh chọn dụng cụ thí nghiệm sau: - Nguồn sáng: Đèn laze, đèn sợi đốt, nến - Môi trường thủy tinh n = 1,5: Khối bán trụ, khối trụ - Bảng chia độ góc: gắng trực tiếp lên mơi trường thủy tinh Bố trí thí nghiệm hình vẽ Tiến hành thí nghiệm Chiếu ánh sáng từ bán trụ khơng khí với góc tới 600, sau tăng dần góc tới, quan sát có tia khúc xạ mơi trường khơng khí khơng Kết quả: khơng có tia khúc xạ mơi trường khơng khí Chiếu ánh sáng từ bán trụ khơng khí với góc tới 600, sau giảm dần góc tới, quan sát có tia khúc xạ mơi trường khơng khí khơng Kết quả: giảm dần góc tới từ 600 tiếp tục khơng có tia khúc xạ, nhiên góc tới giảm đến giá trị định xuất tia khúc xạ mơi trường khơng khí Thí nghiệm phủ nhận giả thuyết => Phải đề xuất giả thuyết 3.2.1 Đề xuất giả thuyết Từ thí nghiệm 1, thấy khơng có tia khúc xạ góc tới đạt đến giá trị định Theo định luật khúc xạ ánh sáng n1sini = n2sinr, khơng nhìn thấy tia khúc xạ r  900 => Như vậy, khơng có tia khúc xạ góc tới lớn giá trị xác định, góc xác định biểu thức 3.2.2 Kiểm tra tính đắn giả thuyết Giả thuyết kiểm tra trực tiếp từ thí nghiệm tương tự thí nghiệm Kiểm tra tăng góc tới đến giá trị xác định tia khúc xạ bắt đầu biến Tiến hành thí nghiệm Chiếu ánh sáng từ bán trụ khơng khí với góc tới nhỏ , tăng dần góc tới Quan sát tia khúc xạ Kết quả: Có tia khúc xạ , tia khúc xạ nằm mặt phân cách, tia khúc xạ bị biến => Giả thuyết nghiệm Kết luận đƣợc rút - Hiện tượng tồn tia sáng với độ sáng khơng đổi bị phản xạ mặt phân cách hai môi trường suốt khác gọi tượng phản xạ toàn phần - Để làm xuất hiện tượng phản xạ tồn phần + Ánh sáng truyền từ môi trường tới môi trường chiết quang + Góc tới lớn góc giới hạn ( ) Diễn giải sơ đồ Khi giải tập khúc xạ ánh sáng, học sinh gặp tốn “Chiếu ánh sáng từ thủy tinh có chiết suất 1,5 khơng khí với góc tới 300 600 Tính góc khúc xạ tương ứng” Học sinh dễ dàng tính góc khúc xạ tương ứng với góc tới 300 với góc tới 600, học sinh khơng tìm góc khúc xạ Tại học sinh khơng tính góc khúc xạ góc tới 600? Học sinh học tượng khúc xạ ánh sáng định luật khúc xạ ánh sáng học sinh khơng thể giải thích khơng tính góc khúc xạ Học sinh đề xuất giả thuyết khơng tính góc khúc xạ Xét lại toán vừa giải, học sinh phát hai vấn đề sau: - Thứ nhất, với góc tới 300, học sinh dễ dàng tìm góc khúc xạ khơng tính góc khúc xạ góc tới 600 - Thứ hai, học sinh ý đường tia sáng, phát ánh sáng từ thủy tinh khơng khí, tức ánh sáng truyền từ môi trường chiết quang sang môi trường chiết quang Như vậy, ngun nhân khơng tính góc khúc xạ với góc tới 600 bao gồm: góc tới lớn => Học sinh đề xuất giả thuyết 1: Chúng ta khơng tính góc khúc xạ góc tới lớn (i  600) Giả thuyết mà học sinh đưa đoán, giả thuyết sai Vấn đề đặt cho học sinh là: để kiểm tra tính đắn giả thuyết 1? Nếu tinh ý, học sinh phát giải pháp đến từ tốn, học sinh kiểm tra trực tiếp giả thuyết cách xây dựng thí nghiệm từ tốn Vấn đề cần kiểm chứng giả thuyết là: có phải góc tới lớn 600 khơng có tia khúc xạ khơng Từ tốn, để tiến hành thí nghiệm học sinh cần nguồn sáng để tạo chùm sáng song song, khối vật liệu suốt làm từ thủy tinh với chiết suất 1,5 bảng chia độ góc (giác kế) để đo góc tới góc khúc xạ Học sinh khơng gặp khó khăn để chọn dụng cụ, học sinh tiếp xúc với dụng cụ thí nghiệm chứng minh định luật khúc xạ ánh sáng học trước Học sinh bố trí thí nghiệm hình vẽ Học sinh tiến hành thí nghiệm Học sinh chiếu ánh sáng từ thủy tinh khơng khí với góc tới 600 sau tăng dần giảm dần góc tới, quan sát tia khúc xạ Kết thí nghiệm 1, học sinh quan sát thấy  khơng có tia khúc xạ  khơng có tia khúc xạ  xuất tia khúc xạ Vì ánh sáng truyền từ thủy tinh khơng khí nên thỏa, nhiên học sinh khơng có tia khúc xạ Dẫn đến học sinh kết luận giả nhận thấy thuyết thiết xót, cần đề xuất giả thuyết Trong thí nghiệm 1, học sinh nhận thấy khơng có tia khúc xạ mà không Từ giả thuyết 1, học sinh cần thay điều kiện giá trị góc tới phải học sinh đề xuất giả thuyết Tuy nhiên, học sinh làm để xác định xác Nếu xác định , giả thuyết có giá trị Từ định luật khúc xạ ánh sáng, học sinh giả sử khúc xạ, thực phép biến đổi thu biểu thức Như tia xác định theo Học sinh đề xuất giả thuyết 2: khơng có tia khúc xạ góc tới lớn giá trị xác định, góc tới xác định biểu thức Để kiểm tra tính đắn giả thuyết 2, học sinh phải thiết kế thí nghiệm kiểm tra trực tiếp giả thuyết Giả thuyết cần kiểm tra đồng thời hai vấn đề Góc tới lớn giá trị tính theo biểu thức Học sinh tận dụng thí nghiệm để kiểm chứng giả thuyết Học sinh tính giá trị , tia khúc xạ bắt đầu biến Học sinh bố thí nghiệm trước Học sinh chiếu ánh sáng với góc tới , tăng dần góc tới quan sát tia khúc xạ Kết thí nghiệm cho thấy: Có tia khúc xạ mặt phân cách, , tia khúc xạ nằm tia khúc xạ bị biến => Kết thí nghiệm chứng minh giả thuyết Học sinh kết luận sau:  Hiện tượng toàn tia sáng với độ sáng không đổi bị phản xạ mặt phân cách hai môi trường suốt khác gọi tượng phản xạ toàn phần  Để làm xuất hiện tượng phản xạ toàn phần + Ánh sáng truyền từ mơi trường tới mơi trường chiết quang + Góc tới lớn góc giới hạn ( ) II MỤC TIÊU DẠY HỌC Nội dung kiến thức cần xây dựng Định nghĩa tượng phản xạ toàn phần  Hiện tượng toàn tia sáng với độ sáng không đổi bị phản xạ mặt phân cách hai môi trường suốt khác gọi tượng phản xạ toàn phần Điều kiện xuất hiện tượng phản xạ toàn phần + Ánh sáng truyền từ môi trường tới môi trường chiết quang + Góc tới lớn góc giới hạn ( Mục tiêu trình học )  Học sinh phát vấn đề “Từ tốn, khơng xác định góc khúc xạ ứng với góc tới ”  Học sinh tham gia đề xuất giả thuyết để giải vấn đề  Học sinh tham gia đề xuất thực thí nghiệm kiểm chứng giả thuyết  Học sinh giải vấn đề “tại khơng xác định góc khúc xạ ứng với góc tới ” Mục tiêu kết học  Học sinh định nghĩa tượng phản xạ toàn phần biết xuất hiện tượng phản xạ toàn phần  Học sinh vận dụng kiến thức vừa học vào giải thích tượng liên quan tự nhiên giải số tập phản xạ toàn phần  Học sinh có kĩ thiết kế, tiến hành xử lí kết thí nghiệm  Học sinh tích cực, hứng thú Đề kiểm tra kết học Câu 1: Hiện tượng phản xạ toàn phần xảy nào? Nếu chiếu ánh sáng từ khơng khí vào thủy tinh tượng phản xạ tồn phần có xảy khơng? Vì sao? Mục tiêu tập Kiểm tra mức độ biết hiểu học sinh kiến thức vừa học Câu trả lời mong đợi Hiện tượng phản xạ toàn phần xảy + Ánh sáng truyền từ môi trường tới môi trường chiết quang + Góc tới lớn góc giới hạn ( ) Nếu chiếu ánh sáng từ khơng khí vào thủy tinh khơng xuất hiện tượng phản xạ tồn phần Vì ánh sáng truyền từ môi trường chiết quang sang môi trường chiết quang Câu 2: Vào ngày nắng nóng, di chuyển đường thường thấy vũng nước loang lống phía trước, lại gần khơng thấy có vũng nước Vì có tượng lạ thế? Mục tiêu tập Kiểm tra mức độ vận dụng kiến thức vừa học học sinh vào thực tế Câu trả lời mong muốn Hiện tượng khơng có huyền bí Vào ngày nắng nóng, khơng khí xung quanh mặt đường bị nung nóng làm thay đổi chiết suất khơng khí Tuy nhiên khơng khí bị nung nóng khơng đều, gần mặt đường khơng khí bị nung nóng Vì thế, chiết suất lớp khơng khí gần mặt đường nhỏ lớp khơng khí phía Ánh sáng truyền từ mặt trời phản xạ toàn phần mặt phân cách hai lớp khơng khí truyền đến mắt Như vậy, vũng nước đường ảo ảnh Câu 3: Tia sáng truyền từ thủy tinh có chiết suất 1,5 vào nước có chiết suất 4/3 Hỏi góc tới nhỏ để có tia phản xạ mà khơng có tia khúc xạ? Mục tiêu tập Kiểm tra mức độ vận dụng kiến thức vừa học học sinh vào toán vật lí Câu trả lời mong muốn Chỉ có tia phản xạ mà khơng có tia khúc xạ => Hiện tượng phản xạ toàn phần Điều kiện xuất hiện tượng phản xạ tồn phần ⁄ ⁄ Góc tới nhỏ có tia phản xạ mà khơng có tia khúc xạ III CHUẨN BỊ CỦA GIÁO VIÊN VÀ HỌC SINH Giáo viên dụng cụ thí nghiệm cần thiết mắc theo sơ đồ Học sinh Ôn lại kiến thức định luật khúc xạ ánh sáng IV TIẾN TRÌNH DẠY HỌC CỤ THỂ HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH Hoạt động 1: Làm nảy sinh vấn đề phát biểu vấn đề cần giải - Yêu cầu lớp giải toán - Tiếp nhận đề toán sau: Chiếu ánh sáng từ thủy tinh có - Tiến hành giải chiết suất 1,5 khơng khí với Theo định luật khúc xạ ánh góc tới 300 600 Tính sáng, ta có: n1sini = n2sinr góc khúc xạ tương ứng Mơi trường tới thủy tinh có + Hướng dẫn: Áp dụng kiến chiết suất n1 = 1,5 Môi trường khúc thức định luật khúc xạ ánh sáng + Lưu ý: xạ không khí có chiết suất n2 = Thay n1, n2 góc tới vào biểu thức định luật khúc xạ ánh sáng, ta thu giá trị góc khúc xạ r i = 300 1,5*sin300 = sinr => r = 48035’ i = 600 1,5*sin600 = sinr => sinr =1,3 (vô lý, theo lượng giác 0 sinr  1) Trường hợp góc tới 600 khơng tính giá trị góc khúc xạ - Phát biểu vấn đề: Tại ta - Tiếp nhận vấn đề không tính góc khúc xạ góc tới 600? Hoạt động 2: Đề xuất giả thuyết giải vấn đề - Hỏi: Ngun nhân khơng tính - Suy đốn ngun nhân góc khúc xạ với góc tới 600? 10 GHI CHÚ + Thứ nhất, với góc tới 300, dễ dàng tìm góc khúc xạ khơng tính góc khúc xạ góc tới 600 +Thứ hai, ý đường tia sáng, phát ánh sáng từ thủy tinh khơng khí, tức ánh sáng truyền từ mơi trường chiết quang sang môi trường chiết quang - Yêu cầu: Hãy đề xuất giả thuyết để - Đề xuất giả thuyết 1: Chúng ta giải vấn đề khơng tính góc khúc xạ góc tới lớn (i  600) -Hỏi: Làm để kiểm tra tính - Trả lời: Sử dụng thí nghiệm kiểm đắn giả thuyết 1? tra - Hỏi: Thí nghiệm kiểm tra vấn đề - Trả lời: Có phải gì? góc tới lớn 600 khơng có tia khúc xạ khơng? -Hỏi: Thí nghiệm kiểm tra thiết - Trả lời: Từ tốn, xây kế nào? dựng phương án thí nghiệm gồm: Gợi ý: tận dụng đề toán nguồn sáng để tạo chùm sáng song song, khối vật liệu suốt làm từ thủy tinh với chiết suất 1,5 bảng chia độ góc (giác kế) để đo góc tới góc khúc xạ - Hƣớng dẫn học sinh chọn dụng - Theo dõi hướng dẫn cụ: Các em nhớ lại dụng cụ - Chọn dụng cụ thí nghiệm thí nghiệm sử dụng chứng + Khối bán trụ thủy tinh có minh định luật khúc xạ ánh sáng, từ 11 chọn dụng cụ thí nghiệm thích gắng bảng chia độ góc hợp + Đèn laze - Chia nhóm theo hướng dẫn - Chia lớp thành nhóm giáo viên - Phát dụng cụ thí nghiệm cho - Các nhóm thực nhiệm vụ nhóm + Tiếp nhận dụng cụ thí nghiệm - Yêu cầu học sinh tiến hành phương án thí nghiệm kiểm tra giả thuyết + Bố trí thí nghiệm hình vẽ + Tiến hành thí nghiệm Học sinh chiếu ánh sáng từ thủy tinh khơng khí với góc tới 600 sau tăng dần giảm dần góc tới, quan sát tia khúc xạ Kết thí nghiệm học sinh quan sát thấy  khơng có tia khúc xạ  khơng có tia khúc xạ  xuất tia khúc xạ - Hỏi: Từ kết thí nghiệm, chúng 12 ta rút điều gì? - Trả lời: Khi khơng có tia khúc xạ, nhiên khơng có tia khúc xạ => Giả thuyết cịn thiếu xót, cần bổ sung Hoạt động 3: Đề xuất giả thuyết kiểm tra tính đắn giả thuyết - Hỏi: Từ thí nghiệm 1, - Trả lời: Tia khúc xạ biến phát vấn đề gì? góc tới đạt giá trị định - Hỏi: Có cách tính giá trị - Trả lời: Từ định luật khúc xạ ánh góc xác định khơng? sáng giả sử khơng có tia khúc xạ, thực phép biến đổi thu Như xác định theo biểu thức - Yêu cầu: Hãy đề xuất giả thuyết giải vấn đề - Đề xuất giả thuyết 2: khơng có tia khúc xạ góc tới lớn giá trị xác định, góc tới xác định biểu thức - Hỏi: Giả thuyết cần kiểm tra vấn - Trả lời: Góc tới lớn giá trị đề gì? tính theo biểu thức Tức là, kiểm tra giá trị , tia khúc xạ bắt đầu biến - Hỏi: Hãy đề xuất phương án thí - Trả lời: Sử dụng thí nghiệm nghiệm kiểm tra -Yêu cầu: Các nhóm tiến hành thí 13 nghiệm, lấy kết rút kết luận - Tiến hành thí nghiệm theo nhóm + Kết thí nghiệm: tia khúc xạ bắt đầu biến - Kết luận: Giả thuyết đề xác nhận Hoạt động 4: Xây dựng kiến thức học - Hỏi: Tiến hành thí nghiệm kiểm - Trả lời: chứng, quan sát có Khi khác biệt biệt? tia khúc xạ tia phản xạ, tia phản xạ mờ tia tới Khi quan sát tia phản xạ, tia phản xạ sáng rõ tia tới - Hỏi: Nếu gọi tượng có tia - Trả lời: Hiện tượng toàn tia khúc xạ mà khơng có tia tới sáng với độ sáng khơng đổi bị phản tượng phản xạ tồn phần, định xạ mặt phân cách hai mơi nghĩa tượng phản xạ tồn phần trường suốt khác => Đó nội dung thứ gọi tượng phản xạ toàn phần học - Yêu cầu: Từ kết luận giả - Thực yêu cầu thuyết 2, phát biểu điều kiện Để làm xuất hiện tượng phản xạ xuất hiện tượng phản xạ toàn toàn phần phần + Ánh sáng truyền từ mơi trường tới môi trường chiết quang + Góc tới lớn góc giới hạn ( => Đó nội dung thứ hai học 14 ) Hoạt động 5: Củng cố, vận dụng dặn dò - Yêu cầu: Nhắc lại - Nhắc lại nội dung học tượng phản xạ toàn phần, điều kiện xảy tượng phản xạ toàn phần - Thực kiểm tra nhanh với đề - Tham gia hoàn thành kiểm tra điểm tra mục II.4 - Nhắc nhỏ học sinh hoàn thành - Ghi nhận tập SGK, ôn lại kiến thức vừa học V NỘI DUNG TRÌNH BÀY BẢNG HIỆN TƢỢNG PHẢN XẠ TOÀN PHẦN-ĐIỀU KIỆN XUẤT HIỆN HIỆN TƢỢNG PHẢN XẠ TOÀN PHẦN Giả thuyết a Xây dựng Xét toán Chiếu ánh sáng từ thủy tinh có chiết suất 1,5 khơng khí với góc tới 300 600 Tính góc khúc xạ tương ứng Giá trị góc khúc xạ tương ứng Đề xuất giả thuyết: Chúng ta không tính góc khúc xạ góc tới lớn (i  600) b Thí nghiệm kiểm chứng Dụng cụ thí nghiệm + Khối bán trụ thủy tinh có gắng bảng chia độ góc + Đèn laze Tiến hành thí nghiệm 15 Bố trí thí nghiệm hình vẽ => giả thuyết cần bổ sung đề có giả thuyết Kết quả: Giả thuyết a Xây dựng Thí nghiệm lập luận => khơng có tia khúc xạ góc tới lớn giá trị xác định, góc tới xác định biểu thức b Thí nghiệm kiểm chứng Sử dụng thí nghiệm Kết thí nghiệm: tia khúc xạ bắt đầu biến Kết luận: Giả thuyết xác nhận Nội dung học  Hiện tượng toàn tia sáng với độ sáng không đổi bị phản xạ mặt phân cách hai môi trường suốt khác gọi tượng phản xạ toàn phần  Điều kiện xuất hiện tượng phản xạ toàn phần + Ánh sáng truyền từ môi trường tới môi trường chiết quang + Góc tới lớn góc giới hạn ( ) 16