Giải Pháp hữu Ích Sóng ánh sáng

Sáng kiến kinh nghiệm Các dạng toán cơ bản Sóng ánh Sáng A- ĐẶT VẤN ĐỀ I . Lí do chọn đề tài : Có thể nói phân dạng trong các chương của sách vật lý 12 đã được khá nhiều tác giả biên soạn vì nó thiết thực và giúp được nhiều cho học sinh để tham khảo dùng làm tài liệu ôn thi Tốt nghiệp và thi Cao đẳng, Đại học. Tuy nhiên chỉ bám sát Sách giáo khoa dẫn tới việc có nhiều dạng toán trong đề thi có mà Sách giáo khoa không có mà ta phải suy luận, việc phân dạng bài tập trong từng chương đòi hỏi người giáo viên phải có kiến thức tổng hợp xuyên suốt của chương đó và điều đó đã làm cụ thể hóa lượng kiến thức trong chương đó giúp học sinh tiếp cận nhanh và nhớ được lâu lượng kiến thức này. Đối với học sinh có học lực yếu, đặc biệt kiến thức căn bản về đổi đơn vị, biến đổi biểu thức còn hạn chế nên để làm một bài tập các em gặp rất nhiều khó khăn, qua thực tế dạy dỗ tôi nhận thấy, việc nhớ công thức để tính toán thì không khó đối với các em nhưng việc biến đổi biểu thức, tính toán đến kết quả cuối cùng thì rất khó đối với các em. Các kiến thức ở Sách giáo khoa rất căn bản, tuy nhiên do hạn chế về suy luận nên khi gặp những bài tập đòi hỏi phải có suy luận thì các em lúng túng không biết làm thế nào? Để giúp học sinh có thể nắm bắt được các dạng bài tập có trong Sách giáo khoa và đề thi Tốt nghiệp, Cao Đẳng, Đại học nên tôi đã chọn đề tài “ Các dạng toán cơ bản Sóng ánh sáng” để làm đề tài cho bài nghiên cứu của mình với mong muốn các em sẽ nắm vững hơn về các dạng bài tập của chương Sóng ánh sáng . Tuy đề tài chỉ nằm trong một phạm vi rất nhỏ trong tổng thể 8 Chương nhưng hy vọng giúp đỡ học sinh nắm vững dạng bài tập cơ bản xuất hiện trong các đề thi Tốt nghiệp, Cao đẳng, Đại học gần đây về “Sóng ánh sáng”. Tôi rất mong được sự nhận xét của quý lãnh đạo, đồng nghiệp để tôi hoàn thiện hơn Sáng kiến kinh nghiệm của mình. Tôi xin chân thành cảm ơn! Lâm hà, ngày 24 tháng 01 năm 2011 Tác giả Nguyễn Hữu Tuyên GV: Nguyễn Hữu Tuyên -Năm học 2010-2011- Trang 1 Sáng kiến kinh nghiệm Các dạng toán cơ bản Sóng ánh Sáng II. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: 1. Phân loại và hướng dẫn học sinh làm bài tập Vật lí 12 chương V Sóng ánh sáng 2. Phạm vi nghiên cứu: Học sinh lớp 12A5 Trường THCS&THPT Lê Quý Đôn – Lâm Hà III. Giả thuyết khoa học: Kết thúc chương V môn Vật lí lớp 12 để thực hiện việc dạy - học theo phương pháp đổi mới đạt hiệu quả cao thì đòi hỏi giáo viên phải nghiên cứu, tìm tòi để để đưa ra được những phương pháp giảng dạy có hiệu quả nhằm hướng dẫn học sinh biết phân loại, nắm vững phương pháp làm các bài tập liên quan đến Sóng ánh sáng xuất hiện trong các đề thi Tốt nghiệp, Cao đẳng, Đại học gần đây. IV. Phương pháp nghiên cứu : Trong quá trình nghiên cứu tôi đã sử dụng một số phương pháp sau : - Phương pháp điều tra giáo dục. - Phương pháp quan sát sư phạm. - Phương pháp thống kê, tổng hợp, so sánh. - Phương pháp mô tả. - Phương pháp vật lý. B. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU: I. Cơ sở lý luận của vấn đề nghiên cứu : Đối với môn vật lý ở trường phổ thông, bài tập vật lý đóng một vai trò hết sức quan trọng, việc hướng dẫn học sinh làm bài tập Vật lý là một hoạt động dạy học, một công việc khó khăn, ở đó bộc lộ rõ nhất trình độ của người giáo viên vật lý trong việc hướng dẫn hoạt động trí tuệ của học sinh, vì thế đòi hỏi người giáo viên và cả học sinh phải học tập và lao động không ngừng. Bài tập Vật lý sẽ giúp học sinh hiểu sâu hơn những qui luật vật lý, những hiện tượng vật lý. Thông qua các bài tập ở các dạng khác nhau tạo điều kiện cho học sinh vận dụng linh hoạt những kiến thức để tự lực giải quyết thành công những tình huống cụ thể khác nhau thì những kiến thức đó mới trở nên sâu sắc hoàn thiện và trở thành vốn riêng của học sinh. Trong quá trình giải quyết các vấn đề, tình huống cụ thể do bài tập đề ra học GV: Nguyễn Hữu Tuyên -Năm học 2010-2011- Trang 2 Sáng kiến kinh nghiệm Các dạng toán cơ bản Sóng ánh Sáng sinh phải vận dụng các thao tác tư duy như so sánh phân tích, tổng hợp khái quát hoá để giải quyết vấn đề, từ đó sẽ giúp giải quyết giúp phát triển tư duy và sáng tạo, óc tưởng tượng, tính độc lập trong suy nghĩ, suy luận Nên bài tập Vật lý gây hứng thú học tập cho học sinh. II. Thực trạng học sinh làm bài tập Vật lý ở trường THCS&THPT Lê Quý Đôn – Lâm Hà. 1. Đặc điểm tình hình nhà trường : - Trường THCS&THPT Lê Quý Đôn – Lâm Hà có cơ sở vật chất phục vụ cho việc giảng dạy tương đối tốt, phòng học khang trang, sạch đẹp tuy nhiên chưa có phòng thí nghiệm nên cũng là một hạn chế để học sinh có thể nắm bắt những hiện tượng Vật lí. - Trường THCS&THPT Lê Quý Đôn – Lâm Hà là trường loại hình Công lập tự chủ Tài chính, tuyển học sinh đầu vào có chất lượng rất thấp, đa phần là học sinh có học lực tương đối yếu, mất căn bản dẫn tới khi học các môn Khoa học thực nghiệm như môn Vật lí các em thường chán nản và học đối phó, các bài tập mang tính suy luận do vậy các em gặp rất nhiều khó khăn. - Đội ngũ giảng dạy môn Vật lí ở trường khá trẻ 4 giáo viên, thâm niên trong nghề chưa cao, nên việc học hỏi từ đồng nghiệp còn hạn chế, phải dạy kiêm nhiệm thêm Công nghệ nên thời gian đầu tư chuyên môn chưa nhiều. Tuy nhiên với sức trẻ toàn bộ giáo viên môn Vật lí trong trường không ngừng học hỏi, trau dồi chuyên môn đó là một thuận lợi lớn cho bộ môn Vật lí. 2. Thực trạng của việc hướng dẫn học sinh làm bài tập Vật lí chương V ở lớp. - Trong chương V : Ánh sáng là một khái niệm khá quen thuộc đối với học sinh, tuy nhiên tính chất của ánh sáng thì các em lại khá mơ hồ, song bằng việc cho các em quan sát những thí nghiệm mô phỏng trên máy tính (chưa có phòng bộ môn) thì các em dần dần đã hình dung được các tính chất Sóng của ánh sáng. - Về kỹ năng học sinh: Do có học lực yếu việc nắm vững được những khái niệm, công thức tính như khoảng vân, bước sóng……đã là khó đối với các em nên việc suy luận mở rộng để làm những bài tập trong các đề Tốt nghiệp, Cao đẳng, Đại học lại càng khó hơn. Trước thực trạng đó tôi nhận thấy phải hướng dẫn các GV: Nguyễn Hữu Tuyên -Năm học 2010-2011- Trang 3 Sáng kiến kinh nghiệm Các dạng toán cơ bản Sóng ánh Sáng em trước hết phải nắm vững hiện tượng sau đó là kiến thức căn bản trong sách giáo khoa cung cấp, sau đó từ từ đưa các dạng bài toán và ví dụ thực tế trong đề thi cho các em làm quen. - Trong quá trình giảng dạy môn Vật lí nếu giáo viên thường sử dụng phương pháp chia nhóm để học sinh thảo luận và tìm ra kết quả cho câu hỏi và giáo viên thường kết luận đúng, sai và không hướng dẫn gì thêm, việc giảng dạy Vật lý nhất là bài tập vật lí như thế sẽ không đạt được kết quả cao, vì trong lớp có các đối tượng học sinh khá, trung bình, yếu, kém nên khả năng tư duy của các em rất khác nhau, đối với học sinh yếu, kém hay trung bình không thể tư duy kịp và nhanh như học sinh khá, nên khi thảo luận các em chưa thể kịp hiểu ra vấn đề và nhất là khi thảo luận nhóm, giáo viên lại hạn chế thời gian hoặc thi xem nhóm nào đưa ra kết quả nhanh nhất thì thường các kết quả này là tư duy của các học sinh khá trong nhóm mà không có sự cộng tác của toàn bộ thành viên trong nhóm, vì thế nếu giáo viên không chú trọng đến việc hướng dẫn học sinh phương pháp giải bài tập Vật lí thì học sinh sẽ đoán mò không nắm vững được kiến thức trong chương. Do vậy tôi sẽ đưa ra các dạng bài tập và tự mỗi học sinh phải tự làm theo sự hướng dẫn. GV: Nguyễn Hữu Tuyên -Năm học 2010-2011- Trang 4 Sáng kiến kinh nghiệm Các dạng toán cơ bản Sóng ánh Sáng C- NHỮNG BIỆN PHÁP GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ SÓNG ÁNH SÁNG I. SỰ TÁN SẮC CỦA ÁNH SÁNG : 1. Áp dụng công thức về lăng kính 2. Góc lệch cực tiểu : D = D min Khi i 1 = i 2 = i và r 1 = r 2 = r = A 2 Ta có : D min = 2i –A; sini = nsin A 2 ; sin( D min + A ) = nsin A 2 3. Nguyên nhân của hiện tượng tán sắc : Do chiết suất của chất làm lăng kính đối với các ánh sáng đơn sắc khác nhau thì khác nhau. Cụ thể đối với một khối chất trong suốt thì: n đỏ <n cam <n vàng <n lục <n lam <n chàm <n tím D đỏ <D cam <D vàng <D lục <D lam <D chàm <D tím λ đỏ > λ cam > λ vàng > λ lục > λ lam > λ chàm > λ tím Ví dụ : Một lăng kính thủy tinh góc chiết quang A= 5 0 . Chiếu một chùm ánh sáng trắng vào mặt bên dưới góc tới rất nhỏ . Tính góc tạo bởi hai tia ló màu đỏ và màu tím qua lăng kính . Cho biết chiết suất của lăng kính ứng với ánh sáng màu đỏ là n đ = 1,5 ;với ánh sáng tím n t = 1,68. GV: Nguyễn Hữu Tuyên -Năm học 2010-2011- Trang 5 sini 1 = nsinr 1 sini 2 = nsinr 2 A = r 1 + r 2 D = i 1 + i 2 - A i 1 = nr 1 i 2 = nr 2 A = r 1 + r 2 D = ( n – 1 )A Góc nhỏ (i, A) Mặt Trời G F A B C P M F’ Đỏ Da cam Vng Lục Lam Chm Tím Sáng kiến kinh nghiệm Các dạng toán cơ bản Sóng ánh Sáng Giải : Khi góc tới i 1 rất nhỏ ta có : i 1 = nr 1 i 2 = nr 2 A = r 1 + r 2 D =i 1 +i 2 –A = (n-1)A Góc lệch đối với tia đỏ : D đ = (n đ -1) A Góc lệch đối với tia tím: D t = (n t -1) A Góc lệch giữa chùm tia ló màu đỏ và tia ló màu tím là: ( ) ∆ = − = − D D D n n A t t d d =( 1,68 -1,5).5 0 = 0,9 0 Vậy : ∆ = 0 D 0,9 II. GIAO THOA ÁNH SÁNG: LÝ THUYẾT CĂN BẢN 1. Hiệu đường đi (hiệu quang lộ): 2 1 ax d d D − = 2. Vị trí vân: a. Vị trí vân sáng: λ = D x k s a với = ± ± ±k 0; 1; 2; 3 . k=0:vân sáng trung tâm. k= ± 1 : vân sáng bậc một (đối xứng qua vân trung tâm) k= ± 2 : vân sáng bậc hai …………….……. b. Vị trí vân tối : λ = +    ÷   D x k' t a 1 2 với = ± ± ± k' 0; 1; 2; 3 k’= 0 ; k’= -1 Vân tối thứ nhất (đối xứng qua vân sáng trung tâm) k’ = 1; k’= -2 Vân tối bậc hai ……………………………… c.Khoảng vân: Khoảng cách giữa hai vân sáng (hoặc hai vân tối) liên tiếp λ = D i a GV: Nguyễn Hữu Tuyên -Năm học 2010-2011- Trang 6 A B O M F 1 F 2 H x D d 1 d 2 I a Sáng kiến kinh nghiệm Các dạng toán cơ bản Sóng ánh Sáng Hệ quả : x s = ki ; = + x (k ' ) t 1 i 2 Cách xác định vị trí vân sáng, vân tối, tính khoảng vân, bước sóng ánh sáng , tìm số vân, tính khoảng cách giữa các vân sáng (tôi)… CÁC DẠNG BÀI TẬP THƯỜNG GẶP Khi nghiên cứu tôi nhận thấy, việc giải bài tập liên quan đến giao thoa ánh sáng tôi thấy học sinh khá lúng trong việc đổi đơn vị đo độ dài, do vậy trước tiên tôi phải hướng dẫn học sinh cách đổi đơn vị đo độ dài một cách chi tiết nhất. Đơn vị đo: m mm m µ nm pm Đổi theo chiều mũi tên, cứ qua một dấu nhân thì ta phải nhân một lượng 10 mũ tương ứng Ví dụ: 3 2 2 10m mm= × 6 1,5 1,5 10m mm= × (từ m m µ → qua 2 lần nhân) 3 0,76 0,76 10m mm µ − = × Dạng 1 1. Khoảng vân, bước sóng ánh sáng : Áp dụng công thức tính khoảng vân : λ = D i a Khoảng cách giữa n vân sáng (tối) liên tiếp: ( 1)l n i= − suy ra 1 l i n = − Suy ra từ công thức tính khoảng vân: λ = ia D Trong đó: a là khoảng cách giữa hai khe sáng (mm). D là khoảng cách từ hai khe đến màn (m). λ là bước sóng của ánh sáng dùng trong thí nghiệm ( mµ ) GV: Nguyễn Hữu Tuyên -Năm học 2010-2011- Trang 7 X10 3 X10 3 X10 3 X10 3 X10 -3 X10 -3 X10 -3 X10 -3 Sáng kiến kinh nghiệm Các dạng toán cơ bản Sóng ánh Sáng Trong công thức chúng ta dễ nhận thấy trong thí nghiệm giao thoa Y-âng của ánh sáng đơn sắc thì khoảng vân i phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng làm thí nghiệm λ , khoảng cách từ hai khe tới màn D, khoảng cách của hai khe sáng a. Cụ thể: i ~ , D λ i ~ 1 a 2. Vị trí vân : a. Vân sáng : λ = = D x k ki s a = ± ± ±k 0; 1; 2; 3 . b. Vân tối : λ = + = +      ÷  ÷     D x k' k' t a 1 1 i 2 2 = ± ± ± k' 0; 1; 2; 3 Ví dụ 1: Trong thí nghiệm Iâng về giao thoa ánh sáng các khe S 1 ,S 2 được chiếu bởi ánh sáng có bước sóng λ = µ 0,54 m . Biết khoảng cách giữa hai khe là a=1,35 mm. Khoảng cách từ hai khe đến màn là D= 1m . a. Tính khoảng vân? b. Xác định vị trí vân sáng bậc 5 và vân tối thứ 5? Giải: Trong thí nghiệm I-âng về giao thoa ánh sáng đơn sắc, khoảng vân cỡ mm do vậy ta nên đổi λ , a, D về mm: 3 0,54 0,54 10m mm λ µ = = × , 3 1 10D m mm= = a. Từ công thức tính khoảng vân ta có: 3 3 0,54 10 10 0,4 1,35 D i mm a λ − × × = = = b. - Vị trí vân sáng bậc 5 ứng với k= ± 5: (5) 5 5 0,4 2 s x i mm= ± = ± × = ± - Vị trí vân tối thứ 5 ứng k’=4,k= -5: (5) 4,5 1,8 t x i mm= ± = ± Ví dụ 2: (Tốt Nghiệp 2009) Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, khoảng cách giữa hai khe là 1mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến màn quan sát là 2m, bước sóng GV: Nguyễn Hữu Tuyên -Năm học 2010-2011- Trang 8 Sáng kiến kinh nghiệm Các dạng toán cơ bản Sóng ánh Sáng của ánh sáng đơn sắc chiếu đến hai khe là 0,55 m µ . Hệ vân trên màn có khoảng vân là: A. 1,2 mm. B. 1,0 mm. C. 1,1 mm. D. 1,3mm Giải: Ta có 3 0,55 0,55 10m mm λ µ − = = = × , 3 2 2 10D m mm= = × , a= 1mm Vậy 3 3 0,55 10 2 10 1,1 1 D i mm a λ − × × × = = = Đáp án C Ví dụ 3 : (Tốt nghiệp năm 2009) Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, khi dùng ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,4 m µ thì khoảng vân đo được trên màn là 0,2mm. Nếu dùng ánh sáng đơn sắc có bước sóng 0,6 m µ mà vẫn giữ nguyên khoảng cách giữa hai khe và từ hai khe tới màn thì khoảng vân là : A. 0,4mm B. 0,2mm C. 0,6mm D.0,3mm Giải : Dễ nhận thấy từ công thức D i a λ = nếu a, D giữ nguyên thì khoảng vân tỉ lệ thận với bước sóng. Vậy bước sóng tăng từ 0,4 m µ lên 0,6 m µ tức là tăng lên 1,5 lần, tương ứng khoảng vân cũng tăng lên 1,5 lần : 1,5.0,2=0,3mm Đáp án D. Ví dụ 4 : Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng đơn sắc có bước sóng 600 nm, khoảng cách hai khe là a = 1,5 mm, khoảng cách D = 3 m. Khoảng cách giữa một vân sáng và một vân tối liên tiếp là: A. 0,6 mm B. 6mm C. 1,2 mm D. 0,12 mm Giải: 6 4 600 600.10 6.10nm mm mm λ − − = = = , 3 3 3.10D m mm= = Khoảng cách giữa hai vân sáng (vân tôi) liên tiếp là một khoảng vân vậy khoảng cách giữa một vân sáng, một vân tối liện tiếp là 2 i GV: Nguyễn Hữu Tuyên -Năm học 2010-2011- Trang 9 Sáng kiến kinh nghiệm Các dạng toán cơ bản Sóng ánh Sáng Nên ta có: 4 3 6.10 .3.10 0,6 2 2 2.1,5 i D mm a λ − = = = Đáp án: A Ví dụ 5 : (Đề dự phòng Tốt nghiệp 2010) Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, khoảng cách giữa hai khe là 1mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến màn quan sát là 2m, bước sóng của ánh sáng đơn sắc chiếu đến hai khe là 0,5 m µ . Khoảng cách từ vân sáng trung tâm đến vân sáng bậc 4 là : A. 2,8mm B. 4mm C. 3,6mm. D. 2mm Giải : Ta có 3 0,5 0,5 10m mm λ µ − = = = × , 3 2 2 10D m mm= = × , a= 1mm Vậy 3 3 0,5 10 2 10 1 1 D i mm a λ − × × × = = = Khoảng cách từ vân sáng trung tâm đế vân sáng bậc 4 là 4. 4.1 4i mm= = Đáp án B Dạng 2. Xác định tại vị trí x M là vân sáng hay vân tối? Thứ (vân tối), bậc (vân sáng)? Ta có : = M x k i Ví dụ 1: Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, khoảng cách giữa hai khe là 1mm, khoảng cách từ mặt phẳng chứa hai khe đến màn quan sát là 4m. Người ta đo được khoảng cách giữa 6 vân sáng liên tiếp cách nhau 10mm. Tính: a. Bước sóng ánh dùng trong thí nghiệm? b. Tại hai điểm M và N ở một bên vâng sáng trung tâm cách vân sáng trung tâm lần lượt là 8mm và 5mm là vân sáng hay vân tối? Giải: a. Ta có khoảng cách giữa 5 vân sáng liên tiếp 5 10l i mm= = vậy 2i mm = GV: Nguyễn Hữu Tuyên -Năm học 2010-2011- Trang 10 k : tại M có vân sáng bậc k k + 0,5 : Tại M có vân tối thứ (k+1) k: số nguyên [...]... rộng trường giao thoa: L = n + lẻ 2i Số vân sáng: Ns=2n+1 Số vân tối: - Nt=2n (nếu phần lẻ . dẫn. GV: Nguyễn Hữu Tuyên -Năm học 2010-2011- Trang 4 Sáng kiến kinh nghiệm Các dạng toán cơ bản Sóng ánh Sáng C- NHỮNG BIỆN PHÁP GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ SÓNG ÁNH SÁNG I. SỰ TÁN SẮC CỦA ÁNH SÁNG : 1. Áp. Nguyễn Hữu Tuyên -Năm học 2010-2011- Trang 2 Sáng kiến kinh nghiệm Các dạng toán cơ bản Sóng ánh Sáng sinh phải vận dụng các thao tác tư duy như so sánh phân tích, tổng hợp khái quát hoá để giải. 6 A B O M F 1 F 2 H x D d 1 d 2 I a Sáng kiến kinh nghiệm Các dạng toán cơ bản Sóng ánh Sáng Hệ quả : x s = ki ; = + x (k ' ) t 1 i 2 Cách xác định vị trí vân sáng, vân tối, tính khoảng vân, bước sóng ánh sáng , tìm