Đang tải... (xem toàn văn)
SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐỀ TÀI "PHƯƠNG PHÁP HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TẬP PHẦN VẼ ĐƯỜNG TRUYỀN ÁNH SÁNG" y 0skkn Phần I MỞ ĐẦU Vật lý là một môn khoa học cơ bản của chương trình[.]
SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐỀ TÀI: "PHƯƠNG PHÁP HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TẬP PHẦN VẼ ĐƯỜNG TRUYỀN ÁNH SÁNG" y skkn Phần I: MỞ ĐẦU Vật lý mơn khoa học chương trình giáo dục phổ thông, hệ thống giáo dục phổ thông nước ta Học tập tốt môn vật lý giúp người nói chung học sinh nói riêng có kỹ tư sáng tạo, làm cho người linh hoạt hơn, động sống công việc Nhiệm vụ giảng dạy môn vật lý bậc trung học phổ thông thực mục tiêu giáo dục mà Bộ Giáo dục Đào tạo đề ra: Làm cho học sinh đạt dược yêu cầu sau: - Nắm vững kiến thức môn - Có kỹ để vận dụng kiến thức mơn - Có hứng thú học tập mơn - Có cách học tập rèn luyện kỹ hợp lý đạt hiệu cao học tập mơn vật lý - Hình thành học sinh kỹ tư đặc trưng môn Trong nội dung môn Vật lý lớp 11, phần Quang hình học có tác dụng tốt, giúp học sinh phát triển tư vật lý Trong phần thể rõ thao tác tư vật lý từ trực quan sinh động đến tư trừu tượng, từ tư trừu tượng đến thực tiễn khách quan, như: - Phân tích tượng huy động kiến thức có liên quan để đưa kết nội dung đề cập - Sử dụng kiến thức tốn học có liên quan để thực tính tốn đơn giản suy luận tiếp nội dung mà yêu cầu - Sử dụng kiến thức thực tế để suy luận, để biện luận kết toán (Xác nhận hay nêu điều kiện để tốn có kết quả) Việc học tập phần tập trung vào việc vận dụng kiến thức để giải tập vẽ đường truyền ánh sáng Vấn đề đặt là: Làm để học sinh có kỹ giải tập vẽ đường truyền ánh sáng cách lơgíc, chặt chẽ, đặc biệt làm để qua việc rèn luyện kỹ vẽ đường truyền ánh sáng nội dung cụ thể phát triển tư Vật lý, cung cấp cho học sinh cách tư cách học đặc trưng môn Vật lý cấp trung học phổ thông y skkn Trong năm giảng dạy môn Vật lý bậc trung học phổ thông, nhận thấy: phần kiến thức có yêu cầu cao vận dụng kiến thức học vào giải tập Vật lý Vì ỏ phần người giáo viên cần đưa phương án hướng dẫn học sinh vận dụng kiến thức cách tối ưu để học sinh nhanh chóng tiếp thu vận dụng dễ dàng vào giải tập cụ thể: Theo nhận thức cá nhân tôi, việc hướng dẫn học sinh giải tập cần phải thực số nội dung sau: - Phân loại tập phần theo hướng dạng - Hình thành cách thức tiến hành tư duy, huy động kiến thức thứ tự thao tác cần tiến hành - Hình thành cho học sinh cách trình bày giải đặc trưng phần kiến thức Sau tơi nêu suy nghĩ cá nhân việc hướng dẫn học sinh giải tập vẽ đường truyền ánh sáng (Phần Quang hình học – Vật lý lớp 11) mà tơi áp dụng năm qua để tham khảo, rút kinh nghiệm bổ xung ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU - Kiến thức: Phần Quang hình học - nhận xét truyền ánh sáng mặt phân cách hai môi trường suốt, phương pháp vận dụng kiến thức việc giải tập phần - Đối với học sinh trung bình, yếu: Yêu cầu nắm vững kiến thức bản, phương pháp giải giải tập đơn giản - Đối với học sinh khá, giỏi: Yêu cầu áp dụng phương pháp giải vào tập khó, có tính chất nâng cao, vận dụng kiến thức cách tổng hợp Phần II: NỘI DUNG A/ KIẾN THỨC CƠ BẢN: I/ Các khái niệm bản: 1/ Vật sáng: - Nguồn sáng vật tự phát ánh sáng Ví dụ: Mặt Trời Các loại đèn - Vật chiếu sáng vật nhận ánh sáng chiếu vào phát ánh sáng Ví dụ: Các vật mà mắt nhìn thấy có ánh sáng y skkn - Nguồn sáng vật chiếu sáng gọi chung vật sáng 2/ Môi trường truyền sáng (Môi trường suốt) môi trường cho hầu hết ánh sáng truyền qua 3/ Môi trường chắn sáng môi trường không cho ánh sáng truyền qua 4/ Tia sáng: đường truyền ánh sáng Ký hiệu: Vẽ đường truyền có mũi tên chiều sáng ánh sáng truyền ánh 5/ Chùm sáng: tập hợp nhiều tia sáng Có loại chùm sáng: - Chùm sáng phân kỳ: chùm sáng gồm phát từ điểm tia sáng xuất - Chùm sáng song song: chùm sáng gồm song song với tia sáng - Chùm sáng hội tụ: chùm sáng gồm đến đồng quy điểm tia sáng * Chú ý: Khi vẽ chùm sáng cần vẽ hai tia rìa II/ Các định luật truyền ánh sáng 1/ Định luật truyền thẳng ánh sáng: Trong mơi trường suốt đồng tính, ánh sáng truyền theo đường thẳng * Chú ý: Trong môi trường suốt đồng tính, tia sáng đường thẳng 2/ Nguyên lý thuận nghịch chiều truyền ánh sáng: Nếu AB đường truyền ánh sáng, AB cho ánh sáng truyền từ A đến B từ B đến A 3/ Phản xạ ánh sáng: a/ Hiện tượng phản xạ ánh sáng tượng tia sáng bị hắt trở lại môi trường cũ gặp bề mặt nhẵn bóng y skkn - Bề mặt nhẵn bóng làm ánh sáng bị hắt trở lại gọi mặt phản xạ b/ Các khái niệm: - Tia tới: Phần ánh sáng tới N - Điểm tới: Điểm tia tới gặp mặt phản R S xạ - Tia phản xạ: Phần ánh sáng phản xạ i - Pháp tuyến điểm tới: Đường thẳng mặt phản xạ điểm tới - Mặt phẳng tới: Mặt phẳng chứa tia tới điểm tới i' vng góc với pháp tuyến I - Góc tới: Góc hợp tia tới pháp tuyến điểm tới - Góc phản xạ: Góc hợp tia phản xạ pháp tuyến điểm tới c/ Định luật phản xạ ánh sáng: - Tia phản xạ nằm mặt phẳng tới, tia tới tia phản xạ hai bên pháp tuyến điểm tới - Góc phản xạ góc tới d/ Cách vẽ tia phản xạ: - Vẽ pháp tuyễn điểm tới xác định mặt phẳng tới - Xác định góc tới - Vẽ phía bên pháp tuyễn góc góc tới, ta tia phản xạ 4/ Khúc xạ ánh sáng: a/ Hiện tượng khúc xạ ánh sáng tượng tia sáng bị gãy khúc (đổi phương đột ngột) truyền qua mặt phân cách hai môi trường truyền sáng (hay suốt) b/ Các khái niệm: N N S S i i I I y r K skkn r K - Tia tới: Phần ánh sáng tới - Điểm tới: Điểm tia tới gặp mặt phân cách hai môi trường truyền sáng - Tia khúc xạ: Phần ánh sáng khúc xạ - Pháp tuyến điểm tới: Đường thẳng vng góc với mặt phân cách điểm tới - Mặt phẳng tới: Mặt phẳng chứa tia tới pháp tuyến điểm tới - Góc tới : Góc hợp tia tới pháp tuyến điểm tới - Góc khúc xạ: Góc hợp tia khúc xạ pháp tuyến điểm tới c/ Định luật khúc xạ ánh sáng: - Tia khúc xạ nằm mặt phẳng tới, tia tới tia khúc xạ hai bên pháp tuyến điểm tới - Đối với cặp mơi trường suốt định tỉ số sini h»ngsè (i góc tới, r sinr góc khúc xạ) * Chiết suất tỉ đối: Đối với cặp môi trường định, tỉ số sini n21 có giá trị xác định gọi sinr chiết suất tỷ đối môi trường (2) (chứa tia khúc xạ) môi trường (1) chứa tia tới n21 > i > r: Môi trường (2) chiết quang môi trường (1) hay môi trường (1) chiết quang môi trường (2) n21 < i < r: Môi trường (2) chiết quang môi trường (1) hay môi trường (1) chiết quang môi trường (2) * Chiết suất tuyệt đối: Chiết suất tuyệt đối môi trường chiết suất mơi trường chân khơng (n) Mơi trường (1) có chiết suất n1 Mơi trường (2) có chiết suất n2 Chiết suất tỉ đối môi trường (2) môi trường (1) : n21 n2 n1 y skkn Chiết suất tỉ đối môi trường (2) môi trường (1) : n12 n1 n2 Như vậy: Mơi trường có chiết suất lớn chiết quang Ngồi ra: Chiết suất môi trường suốt tỉ lệ nghịch với tốc độ ánh sáng mơi trường v1 n2 c hay v v2 n1 n (c: tốc độ ánh sáng chân không) d/ Cách vẽ tia khúc: - Vẽ pháp tuyến điểm tới xác định mặt phẳng tới - Xác định góc tới - Tính góc khúc xạ vẽ phía bên pháp tuyến góc góc khúc xạ, ta tia khúc xạ (Chú ý: Vẽ trường hợp góc tới lớn hay nhỏ hơn) 5/ Hiện tượng phản xạ toàn phần: Là tượng toàn tia sáng bị phản xạ truyền đến mặt phân cách hai mơi trường truyền sáng (trong suốt), Góc giới hạn phản xạ toàn phần: igh sini gh n2 n1 Điều kiện để có phản xạ tồn phần: - Tia sáng truyền từ môi trường chiết quang đến mặt phân cách với mơi trường chiết quang - Góc tới lớn góc giới hạn: i > igh 6/ Các trường hợp đường tia sáng truyền đến mặt phân cách hai môi trường suốt * Tia sáng truyền từ môi trường chiết quang đến mặt phân cách với môi trường chiết quang Luôn có tia khúc xạ góc khúc xạ nhỏ góc tới * Tia sáng truyền từ mơi trường chiết quang đến mặt phân cách với môi trường chiết quang kém: - Tính góc giới hạn phản xạ tồn phần: igh sini gh n2 n1 y skkn - Góc tới nhỏ góc giới hạn (i igh) Có tia khúc xạ góc khúc xạ lớn góc tới - Góc tới lớn (i > igh) Phản xạ toàn phần, toàn tia sáng bị phản xạ * Góc lệch tia sáng góc hợp hướng tia tới với hướng tia sáng cuối khỏi hệ thống quang học xét (Hoặc: * Tia sáng truyền từ mơi trường có chiết suất nhỏ đến mặt phân cách với mơi trường có chiết suất lớn Ln có tia khúc xạ góc khúc xạ nhỏ góc tới * Tia sáng truyền từ mơi trường có chiết suất lớn đến mặt phân cách với mơi trường có chiết suất nhỏ hơn: - Tính góc giới hạn phản xạ toàn phần: igh sini gh n2 n1 - Góc tới nhỏ góc giới hạn (i igh) Có tia khúc xạ góc khúc xạ lớn góc tới - Góc tới lớn (i > igh) Phản xạ toàn phần, toàn tia sáng bị phản xạ.) Một kỹ quan trọng mà học sinh cần nắm nhận biết truyền đến mặt phân cách hai mơi trường suốt có trường hợp xảy Các để khẳng định đường tia sáng Để giúp học sinh giải khó khăn này, tơi đưa nhận xét làm sở xác định đường tiếp tia sáng Sau làm tập cụ thể có liên quan để khắc sâu 7/ Một số kiến thức hình học phẳng có liên quan II/ Phương pháp giải tập Vật lý: bước Bước 1: Tóm tắt đầu bài, đổi đơn vị, vẽ hình (nếu có) Bước 2: Phân tích đầu tìm cách giải Bước 3: Thực giải Bước 4: Biện luận đáp số B/ THỰC HIỆN ÁP DỤNG TRONG CÁC BÀI TỐN CƠ BẢN y skkn Ví dụ 1: Cho lăng kính phản xạ tồn phần có tiết diện thẳng tam giác vng cân ABC, có chiết suất n , đặt khơng khí có chiết suất Một tia sáng đơn sắc SI nằm mặt phẳng tiết diện thẳng từ không khí truyền đến mặt bên AB I gần B theo phương song song với mặt huyền BC Hãy vẽ tiếp đường tia sáng tính góc lệch qua lăng kính Giải Nhiệm vụ toán vẽ tiếp đường truyền tia sáng cụ thể Trong mơi trường đồng tính tia sáng thẳng, tia sáng đổi phương gặp mặt vật mặt phân cách hai môi trường truyền sáng Trước hết ta cần phân tích xem phải vẽ cho thuận lợi Vì tia khúc xạ, tia phản xạ, tia tới nằm mặt phẳng tới, nên vẽ cần phân tích cho thể mặt phẳng tới mặt phẳng trang giấy thể tia sáng đường cần vẽ thuận lợi Tia tới pháp tuyến điểm tới nằm tiết diện thẳng lăng kính, nên mặt phẳng tiết diện thẳng mặt phẳng tới Vì tia khúc xạ tia phản xạ nằm mặt phẳng Và tia sáng từ khơng khí truyền đến lăng kính, ta nên vẽ sau: A i1 S B K I r1 i2 i2’ i3 J r3 C Đường truyền tia sáng gặp mặt lăng kính mặt phân cách hai mơi trường truyền sáng Sử dụng nhận xét đường tia sáng điểm tới để y skkn khẳng định điểm tới ta cần vẽ tia (Thơng thường có tia khúc xạ ta vẽ tia khúc xạ, phản xạ toàn phần ta vẽ tia phản xạ) Khi biết điểm tới ta cần vẽ tia dùng cách vẽ tia sáng lý thuyết nêu Để vẽ tia khúc xạ cần xác định môi trường 1, môi trường để sử dụng công thức định luật khúc xạ ánh sáng Một việc quan trọng cần xác định điểm tới, thuộc mặt phân cách nào, tính góc tới tiếp theo, việc cần sử dụng đến kiến thức hình học phẳng cách linh hoạt Lời giải cụ thể sau: Tia tới SI song song với mặt huyền BC nên tia sáng đến mặt AB I với góc tới i 450 Tại I tia sáng truyền từ mơi trường có chiết suất nhỏ đến mặt phân cách với mơi trường có chiết suất lớn Tại I có tia khúc xạ Sini1 nLK Sin450 r1 300 (vẽ tia khúc xạ) Sinr1 nKK Sinr1 I gần B nên sau khúc xạ tia sáng đến mặt BC J với góc tới i 750 (dùng hình học phẳng để tính i2) Tại J tia sáng truyền từ mơi trường có chiết suất lớn đến mặt phân cách với mơi trường có chiết suất nhỏ Sinigh i gh 450 i2 > igh Tại J tia sáng phản xạ toàn phần (vẽ tia phản xạ) Sau phản xạ J tia sáng đến mặt AC K với góc tới i3 = 300 (Để xét đường tiếp tia sáng K ta dùng hai cách sau) Cách 1: Tại K tia sáng truyền từ môi trường có chiết suất lớn đến mặt phân cách với mơi trường có chiết suất nhỏ I3 < igh Tại K có tia khúc xạ Sini3 nKK Sin300 r3 450 (vẽ tia khúc xạ) Sinr3 nLK Sinr3 y skkn Cách 2: Tại I tồn tia sáng SIJ, theo nguyên lý thuận nghịch chiều truyền ánh sáng tồn tia sáng JIS, mà ta có i3 = i1 Như K có tia khúc xạ góc khúc xạ r3 i 450 (vẽ tia khúc xạ) Ta thấy tia tới vat tia ló hướng nên góc lệch tia sáng (nói cách khác: tia sáng khơng bị đổi phương qua lăng kính) Ví dụ 2: Cho khối thuỷ tinh suốt có dạng khối lập phương có chiết suất n đặt khơng khí có chiết suất Chiếu tia sáng đến tâm mặt khối lập phương có góc tới i1 có mặt phẳng tới song song với bên a/ Với i1 = 450 n Hãy vẽ tiếp đường tia sáng? b/ Với i1 cho Hãy tìm điều kiện n để sau khúc xạ mặt trên, tia sáng phản xạ toàn phần mặt bên ló mặt đáy? Giải Đường truyền tia sáng gặp lập phương mặt phân cách trường truyền sáng Sử dụng nhận tia sáng điểm định điểm tới ta cần vẽ tia S i1 I A B r1 Tia tới pháp tuyến điểm tới tiết diện thẳng lăng kính, phẳng tiết diện thẳng mặt phẳng khúc xạ tia phản xạ nằm phẳng Và tia sáng từ không khí khối lập phương, ta nên vẽ Trong trinhg giải tập dẫn cho học sinh cách sử dụng kiến phẳng cách linh hoạt để xác tia sáng thuộc mặt nào, xác định tính góc tới tiếp sáng i2 J i2’ i3 D N r3 K C mặt khối hai môi xét đường tới để khẳng nằm nên mặt tới Vì tia mặt truyền đến sau: cần hướng thức hình học định điểm tới phân cách theo tia Lời giải cụ thể sau: a/ Với i1 = 450 n Hãy vẽ tiếp đường tia sáng y skkn 10 Tia sáng đến mặt khối lập phương I với góc tới i1 = 450 Sini1 nLK Sin450 r1 300 (vẽ tia khúc xạ) Sinr1 nKK Sinr1 (Để xác định sau khúc xạ vào khối lập phương tia sáng đến mặt bên hay mặt đáy sử dụng hai cách sau: Cách 1: So sánh góc khúc xạ r1 với góc NIC, Nếu r1 > NIC tia sáng đến mặt bên BC Nếu r1 < NIC tia sáng đến mặt đáy DC Nếu r1 = NIC tia sáng đến C, vị trí giao hai mặt phân cách ta có r1 > NIC tia sáng đến mặt bên BC Cách 2: Gọi giao tia khúc xạ I với đường thẳng BC, J Tính BJ so sánh với BC Nếu BJ < BC tia sáng đến mặt bên BC Nếu BJ > BC tia sáng đến mặt đáy DC Nếu BJ = BC tia sáng đến C, vị trí giao hai mặt phân cách Trong tốn tơi trình bày chi tiết cách 2) Gọi cạnh hình lập phương a Gọi J giao tia khúc xạ I với đường thẳng BC Ta có BJ a a a a 2tanr1 2tan30 BJ < BC nên sau khúc xạ tia sáng đến mặt BC J với góc tới i 600 (dùng hình học phẳng để tính i2) Tại J tia sáng truyền từ mơi trường có chiết suất lớn đến mặt phân cách với mơi trường có chiết suất nhỏ Sinigh i gh 450 i2 > igh Tại J tia sáng phản xạ toàn phần (vẽ tia phản xạ) Sau phản xạ J tia sáng đến mặt DC K với góc tới i3 = 300 y skkn 11 (Để xét đường tiếp tia sáng K ta dùng hai cách sau) Cách 1: Tại K tia sáng truyền từ mơi trường có chiết suất lớn đến mặt phân cách với mơi trường có chiết suất nhỏ I3 < igh Tại K có tia khúc xạ Sini3 nKK Sin300 r3 450 (vẽ tia khúc xạ) Sinr3 nLK Sinr3 Cách 2: Tại I tồn tia sáng SIJ, theo nguyên lý thuận nghịch chiều truyền ánh sáng tồn tia sáng JIS, mà ta có i3 = i1 Như K có tia khúc xạ góc khúc xạ r3 i 450 (vẽ tia khúc xạ) Ta thấy tia tới vat tia ló hướng nên góc lệch tia sáng 900 b/ Với i1 cho Hãy tìm điều kiện n để sau khúc xạ mặt trên, tia sáng phản xạ toàn phần mặt bên ló mặt đáy (đối với câu b cần hướng dẫn học sinh phân tích để đường truyền tia sáng u cầu ta cần có điều kiện nào, điều kiện thể Cụ thể: để tia sáng phản xạ tồn phần mặt bên tia sáng phải đến mặt bên BC mặt bên BC góc tới tia sáng phải lớn góc giới hạn Khi đến mặt đáy CD để tia sáng ló nên sử dụng nguyên lý tính thuận nghịch chiều truyến ánh sáng Khi tia sáng yêu cầu góc tới mặt đáy CD i ln góc khúc xạ mặt r mặt đáy CD tia sáng ló ngồi Ngồi ý cách so sánh góc: trực tiếp qua hàm nó) Tia sáng đến mặt AB I với góc tới i1 Tại I có tia khúc xạ nên: Sini1 sini n sinr1 Sinr1 n (Cần phân tích chọn cách xác định điều kiện để tia sáng đến mặt bên BC, sau phân tích để sở dụng điều kiện ta cần tính gì) cosr1 1 sin r1 n2 sin2 i tanr sinr1 cosr1 n sini n2 sin2 i Gọi J giao tia khúc xạ I với đường thẳng BC y skkn 12 a n2 sin2 i BI Ta có BJ tanr1 2sini a n2 sin2 i Để tia sáng đến mặt bên BC BJ < BC a n 5sini 2sini Tia sáng đến mặt BC J với góc tới i2 có i2 + r1 = 900 Tại J tia sáng truyền từ môi trường có chiết suất lớn đến mặt phân cách với mơi trường có chiết suất nhỏ Ta có Sinigh n Để có phản xạ tồn phần: i2 > igh sini2 > sinigh cosr1 sini gh n2 sin2 i n n 1 sin2 i n Sau phản xạ toàn phần mặt bên tia sáng BC đến mặt đáy DC K với góc tới i = r1 Tại I tồn tia sáng SIJ, theo nguyên lý thuận nghịch chiều truyền ánh sáng tồn tia sáng JIS, mà ta có i3 = i1 Như K có tia khúc xạ góc khúc xạ r3 i Như để sau khúc xạ mặt tia sáng phản xạ toàn phần mặt bên ló mặt đáy thì: 1 sin2 i n 5sini 1 Điều kiện để tốn có kết quả: 1 sin2 i 5sini sini i 300 S Ví dụ 3: Cho hai khối chất rắn hình vẽ Khối ADE lăng thẳng tam giác vuông cân AD = AE suất Khối ABCD hình a có chiết suất n, hệ thống đặt chiết suất Một tia sáng đơn sắc DE theo phương vng góc với mặt < ID E I A D a/ Với n = 1,5 Hãy vẽ tiếp đường suốt ghép kính có tiết diện = a, có chiết lập phương cạnh khơng khí có chiếu đến mặt I với IE tia sáng? y skkn C B 13 b/ Cho IE nhiêu? a Để tia sáng ló trung điểm DC chiết suất n phải bao Giải a/ Với n = 1,5 Hãy vẽ tiếp đường tia sáng Yêu cầu đầu vẽ tiếp đường tia sáng SI Ta cần xét điểm tới, có tia khúc xạ hay tia phản xạ, vận dụng quy tắc vẽ tia tương ứng để thực yêu cầu Vận dụng kiến thức hình học để xác định tia sáng đến mặt phân cách tính góc tới mặt phẳng mà tia sáng đến Lưu ý học sinh cách so sánh góc tới với góc giới hạn Lời giải cụ thể sau: Tia sáng SI đến mặt DE theo phương vng góc với mặt nên tia sáng thẳng Ta có IE < ID nên tia sáng đến mặt AE J với góc tới i1 = 450 Tại J tia sáng truyền từ mơi trường có chiết suất lớn đến mặt phân cách với mơi trường có chiết suất nhỏ sini ghJ 1 sini S E Như i1 > igh Tại J tia sáng phản xạ tia phản xạ) i1 Nên i1’ = i1 = 450 i1’ Ta thấy tia phản xạ // DE nên tia sáng K với góc tới i2 = 450 Tại K tia sáng truyền từ mơi trường có đến mặt phân cách với mơi trường có sini ghK tồn phần (vẽ I K D i3 r3 i2 J đến mặt AD A chiết suất lớn chiết suất nhỏ r2 M n 1,5 i ghK 600 3 i2 < ighK K có tia khúc xạ C B y skkn 14 Sini2 n sinr2 (vẽ tia khúc xạ) Sinr2 3 cosr2 1 sin2 r2 r2 > 450 Tia sáng đến mặt DC M với góc tới i3 có i3 + r2 = 900 Tại M tia sáng truyền từ môi trường có chiết suất lớn đến mặt phân cách với mơi trường có chiết suất nhỏ sini ghM 1 cosr2 sini n Như i3 < ighM nên J có tia khúc xạ Sini3 1 3sini 3 sinr3 r3 600 (vẽ tia khúc xạ) Sinr3 n 1,5 2 b/ Cho IE nhiêu? a Để tia sáng ló trung điểm DC chiết suất n phải bao Yêu cầu đầu tìm điều kiện chiết suất n để tia sáng ló trung điểm DC Trước hết xét vị trí điểm I trường hợp Ta có: DE a a a Như ta có IE < ID nên khối ADE tia sáng câu a đến mặt AD K Hướng dẫn học sinh xác định để tia sáng ló trung điểm M DC cần điều kiện nào, điều kiện thể Dễ thấy để tia sáng ló trung điểm M DC K tia sáng phải khúc xạ, đến mặt DC M M tia sáng phải khúc xạ Cần hướng dẫn học sinh tìm cách để thực điều kiện Tìm điều kiện để có khúc xạ chiết suất môi trường chưa biết việc phức tạp, nên hướng dẫn học sinh cho điều đó, tìm giá trị n thử lại phù hợp giá trị n nhận kết bài, dẫn đến trường hợp vơ lý giá trị n nhận kết y skkn 15 Ta có DE AD a a a nên IE < ID Như tia sáng theo đường SIJK đến mặt AD với góc tới i2 =450 Giả sử chiết suất n thoả mãn để tia sáng ló trung điểm M DC Khi K có tia khúc xạ JE IE a a JK // DE DK JE a 2 a a a KM DK DM 2 Sinr2 DK r2 = 600 KM Tại K có khúc xạ ánh sáng áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng ta có: sini n n n sinr2 3 Với n Tại K tia sáng truyền từ mơi trường có chiết suất lớn đến mặt phân cách với mơi trường có chiết suất nhỏ SinighK 2 sini i i ghK Tại K có tia khúc xạ r2 > i2 = 450 Như tia sáng đến mặt DC M với góc tới i3 với i3 + r2 = 900 i3 = 300 Tại M tia sáng truyền từ môi trường có chiết suất lớn đến mặt phân cách với mơi trường có chiết suất nhỏ SinighM 1 i ghM 450 n i3 < ighM Tại M có tia sáng ló Như với n thoả mãn điều kiện đầu nên n kết tốn y skkn 16 Ví dụ 4: (Đề thi Đại học Quốc gia Hà Nội năm 1996) Cho khối thuỷ tinh hình bán cầu suốt có tâm O, bán kính R, có chiết suất n đặt khơng khí có chiết suất Chiếu chùm sáng song song rộng vào toàn mặt phẳng bán cầu theo phương vng góc với mặt phẳng a/ Tính góc giới hạn phản xạ toàn phần tia sáng từ thuỷ tinh khơng khí? b/ Vẽ đường tia sáng (1) cách tia sáng qua tâm O khoảng R tính góc lệch tia khỏi khối thuỷ tinh c/ Vẽ đường tia sáng (2) cách tia sáng qua tâm O khoảng R d/ Xác định vùng mặt cầu có tia sáng ló ra? e/ Chứng minh rằng: khoảng cách từ O tới giao điểm G tia sáng khơng qua tâm O ló với tia sáng qua tâm O phụ thuộc vào góc tới i tia sáng mặt cầu Giải Đây toán vẽ tiếp đường truyền tia sáng truyền tới mặt phân cách hai môi trường truyền sáng Giáo viên hướng dẫn học sinh giải ví dụ Tuy nhiên cần củng cố thêm cho học sinh vài kiến thức có liên quan - Pháp tuyến mặt phân cách mặt cầu điểm trùng với bán kính điểm - Các cách chứng minh đại lượng phụ thuộc vào đại lượng khác ta sử dụng cách tìm biểu thức đại lượng y theo đại lượng x, biểu thức có đại lượng x khẳng định y phụ thuộc vào x, biểu thức khơng có đại lượng x khẳng định y khơng phụ thuộc vào x, - Một số kiến thức hình học có liên quan Lời giải cụ thể sau: a/ Tính góc giới hạn phản xạ tồn phần tia sáng từ thuỷ tinh không khí Đối với tia sáng truyền từ thuỷ tinh khơng khí trường hợp tia sáng truyền từ mơi trường có chiết suất lớn đến mặt phân cách với mơi trường có chiết suất nhỏ sini gh 1 i gh 450 n I i r O y skkn 17 b/ Vẽ đường tia sáng (1) cách tia sáng qua tâm O khoảng R tính góc lệch tia khỏi khối thuỷ tinh Tại mặt phẳng bán cầu tia sáng (1) có góc tới nên thẳng tới mặt cầu I với góc tới i sini i 300 Tại I tia sáng (1) truyền từ mơi trường có chiết suất lớn đến mặt phân cách với mơi trường có chiết suất nhỏ Có i < igh nên I có tia khúc xạ sini sin300 r 450 (vẽ tia khúc xạ) sinr n sinr Góc lệch tia sáng: = r – i = 450 c/ Vẽ đường tia sáng (2) cách tia tâm O khoảng sáng qua R i1 Tại mặt phẳng bán cầu, tia sáng (2) có nên tia sáng (2) thẳng tới mặt phẳng I1 i1’ i2 với góc tới i1 Có sini i 600 i2’ O i3’ Tại I1 tia sáng (2) truyền từ môi trường lớn đến mặt phân cách với môi trường nhỏ i3 I3 I2 góc tới bán cầu I1 có chiết suất có chiết suất Mà i1 > igh I1 tia sáng phản xạ toàn phần đến mặt cầu I với góc tới i2 = 600 I2 giao đường thẳng qua O với mặt cầu Tại I2 tia sáng (2) truyền từ mơi trường có chiết suất lớn đến mặt phân cách với mơi trường có chiết suất nhỏ Mà i2 > igh I2 tia sáng phản xạ toàn phần đến mặt cầu I3 với góc tới i3 = 600 Tại I3 tia sáng (2) truyền từ mơi trường có chiết suất lớn đến mặt phân cách với mơi trường có chiết suất nhỏ Mà i3 > igh I2 tia sáng phản xạ toàn phần đến mặt phẳng bán cầu theo pgương vng góc với mặt nên mặt phảng bán cầu tia sáng (2) thẳng y skkn 18 d/ Xác định vùng mặt cầu có tia sáng ló ra? I1 Các tia sáng đến mặt phẳng bán cầu theo phương vng góc với mặt nên thẳng tới mặt cầu Tại mặt cầu tia sáng truyền từ mơi trường có I2 chiết suất lớn đến mặt phân cách với môi trường O có chiết suất nhỏ hơn, tia có góc tới nhỏ igh có tia khúc xạ ló ngồi, I2 tia sáng có góc tới lớn góc giói hạn mặt cầu phản xạ tồn phần, khơng ló ngồi Như vùng mặt cầu chỏm cầu nhận đường thẳng qua tâm O làm trục đối xứng có góc tâm 900 e/ Chứng minh rằng: O tới giao điểm G tia qua tâm O ló ngồi với tâm O phụ thuộc vào góc sáng mặt cầu I i khoảng cách từ sáng không tia sáng qua tới i tia r G O Tia sáng ló ngồi áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng: sini 1 sinr sini sinr n cosr 1 sin2 r 1 2sin2 i Xét OIG có Góc IOG = i, góc OIG = 1800 – r nên sin(OIG) = sinr = sini góc IGO = r – i sinIGO sin r i sinr cosi cosr sini sini cosi sini 1 2sin2 i OG OI R sini cosi sini 1 2sin2 i OG sin OIG sin IGO sini R cosi 1 2sin2 i OG Như OG phụ thuộc vào góc tới i tia sáng mặt cầu y skkn 19 ... tốn có kết quả) Việc học tập phần tập trung vào việc vận dụng kiến thức để giải tập vẽ đường truyền ánh sáng Vấn đề đặt là: Làm để học sinh có kỹ giải tập vẽ đường truyền ánh sáng cách lơgíc,... Hình thành cho học sinh cách trình bày giải đặc trưng phần kiến thức Sau tơi nêu suy nghĩ cá nhân việc hướng dẫn học sinh giải tập vẽ đường truyền ánh sáng (Phần Quang hình học – Vật lý lớp 11) mà... hứng thú học tập mơn - Có cách học tập rèn luyện kỹ hợp lý đạt hiệu cao học tập môn vật lý - Hình thành học sinh kỹ tư đặc trưng môn Trong nội dung mơn Vật lý lớp 11, phần Quang hình học có tác