Sáng kiến kinh nghiệm SKKN môn lý phương pháp hướng dẫn học sinh giải bài tập phần vẽ đường truyền ánh sáng

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐỀ TÀI: "PHƯƠNG PHÁP HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TẬP PHẦN VẼ ĐƯỜNG TRUYỀN ÁNH SÁNG" y Phần I: MỞ ĐẦU Vật lý môn 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 môn - Có hứng thú học tập môn - 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 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 toán học có liên quan để thực tính toán 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 toán 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 lôgíc, 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 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 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 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 - 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 môi 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 - 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' vuông 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 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 vuông 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 môi trường suốt định tỉ số sin i = h » ng sè (i góc tới, r sin r góc khúc xạ) * Chiết suất tỉ đối: Đối với cặp môi trường định, tỉ số sin i = n 21 có giá trị xác định gọi sin r 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 môi trường chân không (n) Môi trường (1) có chiết suất n1 Môi trường (2) có chiết suất n2 Chiết suất tỉ đối môi trường (2) môi trường (1) : n 21 = n2 n1 y Chiết suất tỉ đối môi trường (2) môi trường (1) : n 12 = n1 n2 Như vậy: Môi trường có chiết suất lớn chiết quang Ngoài ra: Chiết suất môi trường suốt tỉ lệ nghịch với tốc độ ánh sáng môi trường v1 n c = hay v = v 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 môi trường truyền sáng (trong suốt), Góc giới hạn phản xạ toàn phần: igh sin i gh = n2 n1 Điều kiện để có phản xạ toàn phần: - Tia sáng truyền từ môi trường chiết quang đến mặt phân cách với môi 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 môi trường chiết quang đến mặt phân cách với môi trường chiết quang kém: - Tính góc giới hạn phản xạ toàn phần: igh sin i gh = n2 n1 y - 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 môi trường có chiết suất nhỏ đến mặt phân cách với môi trường có chiết suất lớn → Luôn có tia khúc xạ góc khúc xạ nhỏ góc tới * Tia sáng truyền từ môi trường có chiết suất lớn đến mặt phân cách với môi trường có chiết suất nhỏ hơn: - Tính góc giới hạn phản xạ toàn phần: igh sin i 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 môi trường suốt có trường hợp xảy Các để khẳng định đường tia sáng Để giúp học sinh giải khó khăn này, 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 TOÁN CƠ BẢN y Ví dụ 1: Cho lăng kính phản xạ toàn phần có tiết diện thẳng tam giác vuông cân ABC, có chiết suất n = , đặt không 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 môi 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 không 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 môi trường truyền sáng Sử dụng nhận xét đường tia sáng điểm tới y để khẳng định điểm tới ta cần vẽ tia (Thông 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 = 45 Tại I tia sáng truyền từ môi trường có chiết suất nhỏ đến mặt phân cách với môi trường có chiết suất lớn → Tại I có tia khúc xạ Sini n LK Sin 45 = → = → r1 = 30 (vẽ tia khúc xạ) Sinr1 n KK Sinr1 I gần B nên sau khúc xạ tia sáng đến mặt BC J với góc tới i = 75 (dùng hình học phẳng để tính i2) Tại J tia sáng truyền từ môi trường có chiết suất lớn đến mặt phân cách với môi trường có chiết suất nhỏ Sini gh = → i gh = 45 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 môi trường có chiết suất nhỏ I3 < igh → Tại K có tia khúc xạ Sini n KK Sin30 = → = → r3 = 45 (vẽ tia khúc xạ) Sinr3 n LK Sinr3 y 10 Cách 2: Tại I tồn tia sáng SIJ, theo nguyên lý thuận nghịch chiều truyền ánh sáng tồn tia sáng JIS, mà ta có i = i1 Như K có tia khúc xạ góc khúc xạ r3 = i = 45 (vẽ tia khúc xạ) Ta thấy tia tới vat tia ló hướng nên góc lệch tia sáng (nói cách khác: tia sáng không bị đổi phương qua lăng kính) Ví dụ 2: Cho khối thuỷ tinh suốt có dạng khối lập phương có chiết suất n đặt không 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, nên diện thẳng mặt phẳng tới Vì tia phản xạ nằm Và tia sáng từ không khí khối lập phương, ta nên vẽ hình 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 mặt phẳng tiết tia khúc xạ mặt phẳng 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 11 Tia sáng đến mặt khối lập phương I với góc tới i1 = 450 Sini n LK Sin 45 = → = → r1 = 30 (vẽ tia khúc xạ) Sinr1 n KK 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 toán 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 = = 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 12 (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 môi trường có chiết suất nhỏ I3 < igh → Tại K có tia khúc xạ Sini n KK Sin30 = → = → r3 = 45 (vẽ tia khúc xạ) Sinr3 n LK 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 i = i1 Như K có tia khúc xạ góc khúc xạ r3 = i = 45 (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 yêu cầu ta cần có điều kiện nào, điều kiện thể Cụ thể: để tia sáng phản xạ toàn 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 góc khúc xạ mặt r mặt đáy CD tia sáng ló Ngoài 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: Sini sin i = n → sin r1 = 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) cos r1 = − sin r1 = n − sin i → tan r = sin r1 = cos r1 n sin i n − sin i Gọi J giao tia khúc xạ I với đường thẳng BC y 13 a n − sin i BI Ta có BJ = = tan r1 sin i a n − sin i Để tia sáng đến mặt bên BC BJ < BC → < a → n < sin i sin i 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 môi trường có chiết suất nhỏ Ta có Sini gh = n → Để có phản xạ toàn phần: i2 > igh → sini2 > sinigh cos r1 > sin i gh → n − sin i n > → n > + sin 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: + sin i < n < sin i 1 Điều kiện để toán có kết quả: + sin i ≤ sin i → sin i ≥ → i ≥ 30 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 vuông 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 không khí có chiếu đến mặt I với IE tia sáng? y C B 14 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 vuông 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 môi trường có chiết suất lớn đến mặt phân cách với môi trường có chiết suất nhỏ sin i ghJ = 1 < = sin i 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 môi trường có đến mặt phân cách với môi trường có sin i ghK = toàn phần (vẽ I K D r3 i3 i2 J đến mặt AD A chiết suất lớn chiết suất nhỏ r2 M n 1,5 = = → i ghK = 60 3 i2 < ighK → K có tia khúc xạ C B y 15 Sini n = = → sin r2 = (vẽ tia khúc xạ) Sinr2 3 cos r2 = − sin 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 môi trường có chiết suất nhỏ sin i ghM = 1 = > = cos r2 = sin i n Như i3 < ighM nên J có tia khúc xạ Sini 1 sin i 3 = = → sin r3 = = → r3 = 60 (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 vô lý giá trị n nhận kết y 16 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 2  +  = 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: sin i n n = → = →n = sin r2 3 Với n = Tại K tia sáng truyền từ môi trường có chiết suất lớn đến mặt phân cách với môi trường có chiết suất nhỏ Sini ghK = 2 > = sin i → 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 môi trường có chiết suất nhỏ Sini ghM = 1 = → i ghM = 45 n i3 < ighM → Tại M có tia sáng ló Như với n = thoả mãn điều kiện đầu nên n = kết toán y 17 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 không khí có chiết suất Chiếu chùm sáng song song rộng vào toàn mặt phẳng bán cầu theo phương vuông góc với mặt phẳng a/ Tính góc giới hạn phản xạ toàn phần tia sáng từ thuỷ tinh không 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 không 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 đại lượng x khẳng định y không 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 toàn phần tia sáng từ thuỷ tinh không khí Đối với tia sáng truyền từ thuỷ tinh không khí trường hợp tia sáng truyền từ môi trường có chiết suất lớn đến mặt phân cách với môi trường có chiết suất nhỏ sin i gh = 1 = → i gh = 45 n I i r O y 18 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 sin i = → i = 30 Tại I tia sáng (1) truyền từ môi trường có chiết suất lớn đến mặt phân cách với môi trường có chiết suất nhỏ Có i < igh nên I có tia khúc xạ sin i sin 30 = → = → r = 45 (vẽ tia khúc xạ) sin r n sin r Góc lệch tia sáng: δ = r – i = 450 c/ Vẽ đường tia sáng (2) cách tia sáng qua tâm O khoảng R i1 Tại mặt phẳng bán cầu, tia sáng (2) có góc tới nên tia sáng (2) thẳng tới mặt phẳng bán cầu I1 với góc tới i1 Có sin i = I1 i1’ i2 i2’ O → i = 60 i3’ Tại I1 tia sáng (2) truyền từ môi trường có chiết suất lớn đến mặt phân cách với môi trường có chiết suất nhỏ I2 i3 I3 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 môi trường có chiết suất lớn đến mặt phân cách với môi 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 môi trường có chiết suất lớn đến mặt phân cách với môi trường có chiết suất nhỏ y 19 Mà i3 > igh → I2 tia sáng phản xạ toàn phần đến mặt phẳng bán cầu theo pgương vuông góc với mặt nên mặt phảng bán cầu tia sáng (2) thẳng d/ Xác định vùng mặt cầu có tia sáng ló ra? I1 Các tia sáng đến mặt phẳng bán cầu theo phương vuông góc với mặt nên I2 thẳng tới mặt cầu Tại mặt cầu tia O sáng truyền từ môi trường có chiết suất lớn đến mặt phân cách với môi trường có chiết suất nhỏ hơn, tia có góc tới I2 nhỏ igh có tia khúc xạ ló ngoài, tia sáng có góc tới lớn góc giói hạn mặt cầu phản xạ toàn phần, không ló Như vùng mặt cầu chỏm cầu nhận đường thẳng qua tâm O làm trục đối xứng có góc tâm 900 e/ Chứng minh rằng: cách từ O tới giao điểm sáng không qua tâm O với tia sáng qua tâm O vào góc tới i tia sáng cầu I i r G O khoảng G tia ló phụ thuộc mặt Tia sáng ló áp dụng định luật khúc xạ ánh sin i 1 = = → sin r = sin i sin r n cos r = − sin r = − sin i Xét ∆OIG có Góc IOG = i, góc OIG = 1800 – r nên sin(OIG) = sinr = sin i góc IGO = r – i → sin IGO = sin( r − i ) = sin r cos i − cos r sin i = sin i cos i − sin i − sin i ( OG OI R sin i cos i − sin i − sin i = → OG = sin ( OIG ) sin ( IGO) sin i ) y 20 sáng: ( R cos i − − sin i → OG = ) Như OG phụ thuộc vào góc tới i tia sáng mặt cầu Phần III: KẾT LUẬN 1/Kết thực đề tài: Trước thực trạng học sinh học THCS, việc học môn vật lý chưa coi trọng (coi môn phụ, đặc biệt từ bỏ thi tót nghiệp THCS) nên học sinh bước vào cấp THPT, tỷ lệ học sinh biết cách học tập môn vật lý thấp, Việc vận dụng kiến thức toán học vào học tập môn vật lý nói chung giải tập vật lý nói riêng gặp nhiều khó khăn, Kỹ thực thao tác tư đặc trưng học tập vật lý Tôi suy nghĩ giúp cho học sinh có kỹ học tập môn, phất triển tư vật lý, làm học sinh say mê với môn vật lý môn khoa học có giá trị cho thân học sinh sau tư duy, suy luận vấn đề sống cách khoa học, logíc, giúp người thực nhiệm vụ thân với say mê, có sáng tạo có lợi đạt suất, chất lượng cao Từng phần, chương suy nghĩ đưa nhứng giải pháp giúp học sinh thực nhiệm vụ học tập cách thuận lợi, tránh cho học sinh có cảm giác sợ môn vật lý Trên sở tạo cho học sinh say mê học tập học tập tốt môn vật lý Sau nhiều năm thực đề tài lớp học sinh, nhận thấy việc học tập môn Vật lý sôi học sinh có khả vận dụng kiến thức Vật lý nói chung việc giải toán vẽ đường truyền ánh sáng thục Tư vật lý học sinh nâng cao bước, việc kết hợp kiến thức toán học vào giải tập vật lý không khó khăn cho học sinh Các thao tác tư đặc trưng học tập môn vật lý nói chung học sinh tiến hành thuận lợi linh hoạt Vì kết học tập học sinh lớp 11 trường đạt cao: Thống kê kết triển khai đề tài qua năm học: Năm học: 2009– 2010 Nội dung thống kê Lớp chọn Lớp đại trà y 21 Tỷ lệ HS biết cách nhận xét đường tiếp 95% tia sáng tới mặt phân cách môi trường 90% v Tỷ lệ HS biết cách vẽ vẽ đường tia sáng trường hợp 90% chương 80% Tỷ lệ HS vận dụng cách giải vào toán 70% nâng cao 52% Tỷ lệ học sinh vận dụng cách giải 40% phát triển tư Vật lý 22% Năm học: 2010 – 2011 Nội dung thống kê Lớp chọn Lớp đại trà Tỷ lệ HS biết cách nhận xét đường tiếp 100% tia sáng tới mặt phân cách môi trường 100% Tỷ lệ HS biết cách vẽ vẽ đường tia sáng trường hợp 100% chương 87% Tỷ lệ HS vận dụng cách giải vào toán 78% nâng cao 62% Tỷ lệ học sinh vận dụng cách giải 50% phát triển tư Vật lý 24% Năm học: 2011 – 2012 Nội dung thống kê Lớp chọn Lớp đại trà Tỷ lệ HS biết cách nhận xét đường tiếp 100% tia sáng tới mặt phân cách môi trường 100% Tỷ lệ HS biết cách vẽ vẽ đường 100% 88% y 22 tia sáng trường hợp chương Tỷ lệ HS vận dụng cách giải vào toán 76% nâng cao 65% Tỷ lệ học sinh vận dụng cách giải 63% phát triển tư Vật lý 30% 2/ Lời bình: Qua năm vận dụng phương pháp hướng dẫn học sinh giải tập rèn luyện kỹ vẽ đường truyền ánh sáng chiều trên, nhận thấy với giáo viên có tâm huyết với giáo dục nói chung, với giáo viên Vật lý nói riêng cần phải tìm tòi, suy nghĩ nghiệp vụ sư phạm, sáng tạo nhiều công việc thân Việc đóng góp nhiều cho nghiệp giáo dục tỉnh nhà đất nước Muốn đạt cần phải có yêu nghề, tâm huyết với môn chọn Đặc biệt cần phải có lao động bền bỉ, say sưa để làm nảy sinh sáng tạo đáng kể cho thân có giá trị cho nghiệp giáo dục đào tạo hệ tương lai đát nước 3/ Hướng phát triển đề tài: + Đề tài tạo định hướng cho nhận biết trường hợp truyền ánh sáng đến mặt phân cách hai môi trường truyền sáng cung cấp cho người học thao tác việc suy nghĩ, tư công việc cụ thể để giải nhiệm vụ dạng toán Trong thời gian tới tiếp tục nghiên cứu để vận dụng cách hướng dẫn học sinh vào loại toán nâng cao, chuyên sâu, yêu cầu vận dụng kiến thức phức tạp + Trên suy nghĩ cá nhân vấn đề cụ thể, nhiều mang tính chủ quan tránh khỏi sai sót Rất mong đánh giá, góp ý đồng nghiệp y 23 [...]... học tập bộ môn Vật lý sôi nổi hơn và học sinh có khả năng vận dụng kiến thức Vật lý nói chung và việc giải các bài toán về vẽ đường truyền của ánh sáng khá thuần thục Tư duy vật lý của học sinh được nâng cao một bước, việc kết hợp kiến thức toán học vào giải bài tập vật lý không còn là khó khăn cho học sinh Các thao tác tư duy đặc trưng trong học tập bộ môn vật lý nói chung được học sinh tiến hành thuận... được sáng tạo có lợi và đạt được năng suất, chất lượng cao Từng phần, từng chương tôi luôn suy nghĩ và đưa ra nhứng giải pháp giúp học sinh thực hiện nhiệm vụ học tập một cách thuận lợi, tránh cho học sinh có cảm giác sợ bộ môn vật lý Trên cơ sở đó tạo cho học sinh sự say mê học tập và học tập tốt bộ môn vật lý Sau nhiều năm thực hiện đề tài này ở các lớp học sinh, tôi nhận thấy việc học tập bộ môn. .. tia sáng trên mặt cầu Phần III: KẾT LUẬN 1/Kết quả thực hiện đề tài: Trước một thực trạng trong học sinh khi học ở THCS, việc học bộ môn vật lý vẫn chưa được coi trọng (coi là môn phụ, đặc biệt là từ khi bỏ thi tót nghiệp THCS) nên học sinh khi bước vào cấp THPT, tỷ lệ học sinh biết cách học tập bộ môn vật lý rất thấp, Việc vận dụng kiến thức toán học vào học tập bộ môn vật lý nói chung và giải các bài. .. không đi qua tâm O ló ra ngoài với tia sáng đi qua tâm O phụ thuộc vào góc tới i của tia sáng trên mặt cầu Giải Đây cũng là bài toán vẽ tiếp đường truyền của tia sáng khi truyền tới mặt phân cách giữa hai môi trường truyền sáng Giáo viên cũng hướng dẫn học sinh giải bài này như các ví dụ trên Tuy nhiên cần củng cố thêm cho học sinh một vài kiến thức có liên quan - Pháp tuyến của mặt phân cách là mặt cầu... HS vận dụng cách giải trên vào các bài toán 76% nâng cao 65% Tỷ lệ học sinh vận dụng được cách giải trên trong 63% phát triển tư duy Vật lý 30% 2/ Lời bình: Qua những năm vận dụng phương pháp hướng dẫn học sinh giải bài tập và rèn luyện kỹ năng vẽ đường truyền của ánh sáng chiều như trên, tôi nhận thấy với mỗi giáo viên có tâm huyết với giáo dục nói chung, và với những giáo viên Vật lý nói riêng cần... bài tập vật lý nói riêng gặp rất nhiều khó khăn, Kỹ năng thực hiện các thao tác tư duy đặc trưng trong học tập vật lý rất kém Tôi đã suy nghĩ là làm sao giúp cho học sinh có kỹ năng học tập bộ môn, phất triển được tư duy vật lý, làm học sinh say mê với bộ môn vật lý là bộ môn khoa học rất có giá trị cho bản thân các học sinh sau này trong tư duy, suy luận các vấn đề của cuộc sống một cách khoa học, ... Chiếu một tia sáng đến tâm mặt trên của khối lập phương trên có góc tới là i1 có mặt phẳng tới song song với bên a/ Với i1 = 450 và n = 2 Hãy vẽ tiếp đường đi của tia sáng? b/ Với i1 đã cho Hãy tìm điều kiện của n để sau khi khúc xạ ở mặt trên, tia sáng phản xạ toàn phần ở mặt bên và ló ra ở mặt đáy? Giải Đường truyền của tia sáng sẽ gặp lập phương là mặt phân cách giữa trường truyền sáng Sử dụng nhận... của tia sáng trên tại từng điểm định tại các điểm tới ta cần vẽ tia S i1 I A B r1 Tia tới và pháp tuyến tại điểm tới tiết diện thẳng của lăng kính, nên diện thẳng là mặt phẳng tới Vì vậy hoặc tia phản xạ cũng nằm trong này Và tia sáng từ không khí khối lập phương, ta nên vẽ hình Trong quá trinhg giải bài tập dẫn cho học sinh cách sử dụng kiến phẳng một cách linh hoạt để xác tiếp theo của tia sáng thuộc... = nhiêu? a 6 Để tia sáng ló ra tại trung điểm của DC thì chiết suất n phải là bao 4 Giải a/ Với n = 1,5 Hãy vẽ tiếp đường đi của tia sáng Yêu cầu của đầu bài là vẽ tiếp đường đi của tia sáng SI Ta cần xét tại từng điểm tới, tại đó có tia khúc xạ hay tia phản xạ, rồi vận dụng quy tắc vẽ các tia tương ứng để thực hiện yêu cầu của bài Vận dụng kiến thức hình học để xác định tia sáng đến mặt phân cách... Một số kiến thức hình học có liên quan Lời giải cụ thể của bài như sau: a/ Tính góc giới hạn phản xạ toàn phần đối với một tia sáng từ thuỷ tinh ra không khí Đối với một tia sáng truyền từ thuỷ tinh ra không khí là trường hợp tia sáng truyền từ môi trường có chiết suất lớn đến mặt phân cách với môi trường có chiết suất nhỏ hơn sin i gh = 1 1 = → i gh = 45 0 n 2 I i r O y 18 b/ Vẽ đường đi của tia sáng