Tài liệu là một số thí nghiệm đơn giản về phản xạ và khúc xạ ánh sáng mà học sinh có thể dễ dàng thực hiện được tại lớp, tại nhà.Tài liệu có hình ảnh mô tả đầy đủ các dụng cụ thí nghiệm cần thiết khi tiến hành các thí nghiệm, có hướng dẫn tiến hành thí nghiệm, có kết quả thí nghiệm và một số nhiệm vụ mà học sinh có thể thực hiện khi làm thí nghiệm một cách chi tiết.Tài liệu nằm trong Luận văn Thạc sĩ của Nguyễn Khánh Linh (tôi).
TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG NGOẠI KHĨA VẬT LÍ LỚP 11 “THÍ NGHIỆM VỀ PHẢN XẠ VÀ KHÚC XẠ ÁNH SÁNG” THEO HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CỦA HỌC SINH 2.2 Quy trình tổ chức hoạt động ngoại khóa vật lí lớp 11 “Thí nghiệm phản xạ khúc xạ ánh sáng" 2.2.1 Lựa chọn chủ đề ngoại khóa Căn vào chương trình dạy học, mục tiêu cần đạt dạy học kết mà chúng tơi điều tra tình hình dạy học phần kiến thức “Phản xạ khúc xạ ánh sáng” lớp 11 THPT, lựa chọn chủ đề hoạt động ngoại khóa cho học sinh là: Thí nghiệm phản xạ khúc xạ ánh sáng thông qua việc thiết kế, chế tạo dụng cụ thí nghiệm tiến hành thí nghiệm từ vật liệu đơn giản hay từ tượng thực tế đời sống nhằm bổ sung kiến thức cho dạy học nội khóa 2.2.2 Lập kế hoạch ngoại khóa 2.2.2.1 Mục tiêu hoạt động ngoại khóa a Mục tiêu kiến thức Giúp củng cố, khắc sâu kiến thức đồng thời khắc phục hạn chế HS về: - Hiện tượng khúc xạ ánh sáng, định luật khúc xạ ánh sáng, chiết suất môi trường - Hiện tượng phản xạ, phản xạ toàn phần, điều kiện có phản xạ tồn phần, ứng dụng tượng phản xạ tồn phần - Thấu kính, ảnh vật tạo thấu kính b Mục tiêu kĩ - Học sinh thiết kế phương án thí nghiệm - Tiến hành thí nghiệm với dụng cụ cho sẵn, dự đoán tượng xảy giải thích tượng c Mục tiêu phát triển tư Phát triển NLTN HS thông qua hoạt động: Đề xuất, xác định phương án TN; xác định dụng cụ, thiết bị TN; mô tả, thiết kế TN; xác định, thực quy trình TN; xử lí, phân tích kết TN;… d Mục tiêu thái độ - HS nhiệt tình, có trách nhiệm, hứng thú thực nhiệm vụ giao Tích cực, hăng hái đưa ý kiến thảo luận, trao đổi với bạn bè GV - HS rèn kĩ làm việc theo nhóm, tính đồn kết, kỉ luật, trách nhiệm q trình hồn thành nhiệm vụ giao 2.2.2.2 Nội dung hoạt động ngoại khóa a Chế tạo dụng cụ thí nghiệm Chúng tơi chế tạo dụng cụ TN “Phản xạ khúc xạ ánh sáng” Hình 2.1: Các chi tiết dụng cụ TN “Phản xạ khúc xạ ánh sáng” gồm chi tiết hình 2.1 Trong đó, chi tiết có cấu tạo sau: - (1) Chai thủy tinh suốt, 850 ml, cao 25 cm - (2) Cốc thủy tinh suốt, 400 ml, cao 14 cm - (3) Hộp xuyên thấu có cấu tạo gồm gương phẳng xếp nghiêng, song song với hộp, gương phía đối mặt với khe hở Sơ đồ 2.1: Cấu tạo hộp "xuyên thấu" đường truyền tia sáng hộp - (4) Ống thủy tinh thạch anh, ϕngoài = 18 mm, ϕtrong = 14 mm, dài 20 cm - (5) Các đồng xu, ϕ = 19 mm, dày 15 mm - (6) Sợi quang dây nhựa hình trụ, ϕ = mm - (7) Đèn laser ánh sáng đỏ, loại 1mW - (8) Ống nhựa dẻo suốt, ϕngoài = 10 mm, ϕtrong = mm, dài 60 cm - (9) Đèn led có bóng, ánh sáng trắng Với dụng cụ mà giới thiệu, cho phép tiến hành thí nghiệm: - TN 1: Đồng xu cốc nước - TN 2: Đổi chiều mũi tên - TN 3: Sự truyền ánh sáng sợi quang - TN 4: Chế tạo sợi quang - TN 5: Ống thủy tinh “vơ hình” dầu ăn - TN 6: Đèn nhấp nháy - TN 7: Hộp xuyên thấu - TN 8: Ảo ảnh chai Sau mô tả chi tiết TN tiến hành: Thí nghiệm 1: Đồng xu cốc nước - Mục đích thí nghiệm: Tìm chiều cao phần bị che cốc nước để không quan sát đồng xu cốc nước - Bố trí tiến hành thí nghiệm: Đồng xu đặt cốc thủy tinh đổ đầy nước, miệng cốc bị bịt kín Đồng xu cách mép cốc phía đối diện khoảng R = cm Quan sát đồng xu qua thành cốc Dùng miếng bìa che phần cốc - Kết thí nghiệm: Ban đầu, chưa che miếng bìa, ln quan sát thấy đồng xu cốc Sau dùng miếng bìa che phần cốc (tăng dần độ cao Hình 2.2: TN đồng xu cốc nước bị che cốc) thấy sau độ cao bị che đạt 4,3 cm bắt đầu khơng nhìn thấy đồng xu cốc - Giải thích kết thí nghiệm: Mắt quan sát thấy đồng xu có ánh sáng từ đồng xu truyền đến mắt Khi ánh sáng từ đồng xu truyền từ nước (có chiết suất ) khơng khí (có chiết suất ): + Nếu góc tới nhỏ góc giới hạn 48,59º () ánh sáng từ đồng xu khúc xạ khơng khí, truyền đến Sơ đồ 2.2: TN đồng xu cốc nước mắt Do mắt quan sát thấy đồng xu + Nếu góc tới lớn góc giới hạn ánh sáng từ đồng xu bị phản xạ tồn phần trở lại nước Do đặt mắt vị trí khơng quan sát thấy đồng xu + Nếu góc tới góc giới hạn, tia khúc xạ nằm mặt phân cách nước khơng khí Vậy với bố trí thí nghiệm tiến hành trên, dùng miếng bìa che phần cốc (khơng tính phần đế cốc) đến độ cao tối thiểu 4,54 cm khơng nhìn thấy đồng xu cốc Lưu ý: Để kết tính toán LT kết đo TN phù hợp cần chọn cốc có thành mỏng Thí nghiệm 2: Đổi chiều mũi tên - Mục đích thí nghiệm: Nghiên cứu ảnh hình vẽ mũi tên tạo cốc nước - Bố trí tiến hành thí nghiệm: Miếng bìa vẽ mũi tên (chiều từ trái sang phải) nằm ngang đặt sau cốc thủy tinh đổ đầy nước Đặt mắt quan sát mũi tên qua thành cốc phía đối diện Hình 2.3: TN đổi chiều mũi tên - Kết thí nghiệm: Nếu miếng bìa gần cốc khoảng định, chiều mũi tên giữ nguyên, hình ảnh quan sát lớn hình ảnh ban đầu Dịch chuyển cốc nước lại gần mắt, mũi tên bị đổi chiều so với chiều ban đầu (thành chiều từ phải sang trái) - Giải thích kết thí nghiệm: Khi đổ nước vào cốc thủy tinh, chiết suất nước xấp xỉ chiết suất thủy tinh Do cấu tạo tròn cốc (tương đương với mặt cong lồi úp vào nhau) nên cốc nước giống thấu kính hội tụ + Miếng bìa gần cốc nước thủy tinh (df): Ảnh mũi tên ảnh thật ngược chiều với vật Thí nghiệm 3: Sự truyền ánh sáng sợi quang - Mục đích thí nghiệm: Quan sát truyền ánh sáng sợi quang - Bố trí tiến hành thí nghiệm: Dùng đèn laser chiếu vào đầu sợi quang Quan sát truyền ánh sáng sợi quang - Kết thí nghiệm: Sau chiếu ánh sáng vào đầu sợi quang thấy sợi quang phát sáng Hình 2.4: Ánh sáng truyền sợi - Giải thích kết thí nghiệm: quang Sợi quang có tính dẫn sáng nhờ phản xạ tồn phần Sợi quang có cấu tạo gồm phần chính: Phần lõi (chiết suất ) phần vỏ bọc (chiết suất ) với < Khi chiếu ánh sáng vào đầu sợi quang, số tia sáng chiếu tới mặt phân cách lõi vỏ có góc tới lớn góc giới hạn Vì vậy, mặt phân cách lõi vỏ xảy tượng phản xạ toàn phần, làm cho ánh sáng truyền theo sợi quang Thí nghiệm 4: Chế tạo sợi quang - Mục đích thí nghiệm: Chế tạo sợi quang đơn giản - Bố trí tiến hành thí nghiệm: Sử dụng ống nhựa dẻo suốt (8) dán kín đầu băng dính dán cố định ống lên tường cho độ cao hai đầu ống Đổ nước pha xà phịng vào ống (để tạo mơi trường quan sát tia sáng) dùng đèn laser chiếu vào đầu ống - Kết thí nghiệm: Hình 2.5: Ánh sáng truyền sợi quang tự chế Sau chiếu sáng vào đầu ống thấy ống phát sáng - Giải thích kết thí nghiệm: Ống nhựa đổ nước vào có cấu tạo sợi quang với hai phần: Lõi nước vỏ lớp nhựa ống Khi đó, ánh sáng vào ống bị phản xạ toàn phần truyền đến hết ống Thí nghiệm 5: Ống thủy tinh “vơ Hình 2.6: Đường truyền tia sáng sợi quang tự chế hình” dầu ăn - Mục đích thí nghiệm: Minh họa truyền ánh sáng qua môi trường đồng tính khơng đồng tính - Bố trí tiến hành thí nghiệm: Lần lượt đổ nhẹ nước dầu ăn vào cốc thủy tinh Đặt vào cốc ống thủy tinh thạch anh Quan sát ống thủy tinh mơi trường - Kết thí nghiệm: Khơng nhìn thấy phần ống thủy tinh chìm dầu ăn, phần ống chìm nước nhìn thấy - Giải thích kết thí nghiệm: Dầu ăn có chiết suất = 1,45 thủy tinh thạch anh có chiết suất gần nên mắt Hình 2.7: TN kiểm chứng "Người vơ hình" khơng nhận rõ khúc xạ ánh sáng xảy mặt phân cách dầu ăn thủy tinh thạch anh Vì vậy, có cảm giác ống thủy tinh thạch anh tàng hình Cịn chiết suất thủy tinh thạch anh lớn nhiều chiết suất nước ( = 1,33) nên mắt nhận khúc xạ ánh sáng xảy mặt phân cách nước thủy tinh thạch anh dễ Do đó, ta nhìn thấy ống thủy tinh thạch anh Thí nghiệm 6: Đèn nhấp nháy - Mục đích: Nghiên cứu thay đổi cường độ sáng đèn qua môi trường khác - Bố trí tiến hành thí nghiệm: Đặt mắt quan sát ánh sáng phát từ đèn led (9) Dùng tay di chuyển cốc thủy tinh vng góc với đoạn thẳng nối mắt đèn Quan sát cường độ sáng đèn - Kết thí nghiệm: Di chuyền cốc dần đàn đến Sơ đồ 2.3: Bố trí TN đèn nhấp nháy Hình 2.8: Ảnh chụp việc quan sát cường độ sáng bóng đèn số vị trí liên tiếp bắt đầu che đèn led, ta thấy cường độ sáng phần bị che có thay đổi: Đèn sáng Sau đó, cốc di chuyển qus khỏi đèn thấy cường độ sáng đèn bình thường Giải thích kết thí nghiệm: Mắt nhìn thấy đèn có ánh sáng từ đèn chiếu đến mắt Ánh sáng qua thủy tinh (có chiết suất 1,5) bị khúc xạ, đổi hướng đồng thời cường độ độ sáng bị thay đổi đến mắt nên mắt nhìn thấy đèn nhấp nháy Thí nghiệm 7: Hộp “xun thấu” - Mục đích thí nghiệm: Tìm hiểu phản xạ ánh sáng gương phẳng - Bố trí tiến hành thí nghiệm: Đặt mắt quan sát đồng xu qua ống Hình 2.9: Hộp xun thấu khơng có bìa chắn (a) có bìa chắn (b) Đặt bìa vào hai ống tiếp tục quan sát - Kết thí nghiệm: Sau đặt bìa vào ống ta nhìn thấy đồng xu - Giải thích kết thí nghiệm: Mắt quan sát thấy đồng xu có ánh sáng từ đồng xu Hình 2.10: Kết nhìn vào hộp xuyên thấu khơng có bìa chắn (a) có bì chắn (b) truyền đến mắt Ở hai trường hợp, mắt nhìn vào ống hộp, ánh sáng từ đồng xu truyền vào hộp từ ống bị phản xạ qua hệ gương phẳng hộp đến mắt nên mắt ln nhìn thấy đồng xu Thí nghiệm 8: Ảo ảnh chai - Mục đích thí nghiệm: Nghiên cứu tượng ảo ảnh - Bố trí tiến hành thí nghiệm: Đổ 250 gram đường trắng vào chai thủy tinh Đổ đầy nước vào chai qua lỗ nhỏ, đặt chai nằm ngang Chú ý khơng khuấy để đường tự hịa tan 24 Dùng bút lơng tơ chấm Hình 2.11: TN mơ hình ảo ảnh trịn (đường kính d = 1cm) lên thành chai phía Đặt mắt quan sát chấm trịn từ phía đáy chai - Kết thí nghiệm: Thấy hai hình ảnh chấm trịn chai: Một chấm rõ, chấm mờ phía Hình 2.13: Kết TN mơ hình ảo ảnh Hình 2.12: Đường tia sáng từ chấm tròn chai - Giải thích thí nghiệm: Mật độ đường phía đáy chai nhiều phía bên nên chiết suất dung dịch nước đường phía lớn phía bên (1,49~1,33) Vì ánh sáng từ chấm trịn bị khúc xạ liên tiếp qua lớp dung dịch đến gặp lớp dung dịch mà góc tới lớn góc giới hạn, tia 10 sáng bị phản xạ toàn phần hắt xuống mắt Do đó, mắt quan sát chấm trịn vị trí khác b Soạn thảo nhiệm vụ ngoại khóa Nhiệm vụ 1: Đồng xu cốc nước Nội dung: Đồng xu đặt cốc thủy tinh hình trụ đổ đầy nước, miệng cốc bị bịt kín Dùng miếng bìa che phần cốc (tăng dần độ cao bị che cốc) Cần che phần cốc đến độ cao tối thiểu để mắt nhìn qua phần thành cốc khơng bị che mà khơng nhìn thấy đồng xu cốc? Hãy làm thí nghiệm để kiểm tra kết Từ rút kết luận điều kiện để có phản xạ tồn phần Mục tiêu: HS thực hành vi: Xác định mục đích TN, tiến hành TN, báo cáo kết quả, tự đánh giá cải tiến phép đo Nhiệm vụ 2: Một cá lại hóa hai cá Nội dung: Quan sát bể cá hình hộp thủy tinh suốt với mắt nhìn ngang từ bên cạnh bên bể Theo em, khí ta nhìn thấy cá vị trí bể? Hãy giải thích? Mục tiêu: HS thực hành vi: Đề xuất dự đoán, đề xuất giả thuyết, báo cáo kết Nhiệm vụ 3: Mũi tên đổi chiều Nội dung: Cho miếng bìa cốc thủy tinh suốt hình trụ, có bán kính đáy cm Miếng bìa vẽ hình mũi tên (chiều từ trái sang phải) nằm ngang đặt sau cốc thủy tinh Đổ đầy nước vào cốc đặt mắt quan sát mũi tên qua thành cốc phía đối diện a Dự đoán tượng xảy đưa cốc xa, lại gần; tiến hành thí nghiệm kiểm tra dự đốn giải thích tượng b Nếu coi cốc có chứa nước TKHT, em tính tiêu cự Biết nước có chiết suất ; thủy tinh có chiết suất ; khơng khí có chiết suất 11 Mục tiêu: HS thực hành vi: Xác định mục đích TN, đề xuất dự đốn, đề xuất giả thuyết, tiến hành TN, xử lí kết quả, phân tích kết quả, báo cáo kết quả, tự đánh giá cải tiến phép đo Nhiệm vụ 4: Sự truyền ánh sáng sợi quang Nội dung: Hiện nay, sợi quang ứng dụng nhiều lĩnh vực y học, viễn thơng khả dẫn sáng tốt a Nêu cấu tạo sợi quang, vẽ đường truyền ánh sáng sợi quang b Tiến hành TN ánh sáng truyền sợi quang với sợi quang giao Mục tiêu: HS thực hành vi NLTN: Xác định mục đích TN, tiến hành TN, báo cáo kết Nhiệm vụ 5: Chế tạo sợi quang Nội dung: Dựa vào cấu tạo sợi quang sử dụng số nguyên vật liệu đơn giản, có ống nhựa dẻo suốt, em thiết kế, chế tạo sợi quang đơn giản Mục tiêu: HS thực hành vi NLTN: Xác định mục đích TN, đề xuất phương án TN, thiết kế phương án TN, báo cáo kết Nhiệm vụ 6: Người vô hình bị mù Nội dung: Tác phẩm “The invisible man” nhà văn H.G.Wells kể nhà khoa học Griffin, nhà khoa học nghiên cứu xuất sắc phát công thức làm giảm chiết suất thể chiết suất mơi trường (khơng khí) biến thể trở nên vơ hình Trong câu truyện, Griffin nhìn thấy vật xung quanh người bình thường Tuy vậy, có ý kiến cho rằng: “Người vơ hình bị mù” a Lí giải ý kiến 12 b Thiết kế, tiến hành TN kiểm chứng lí giải Trong có sử dụng ống thủy tinh thạch anh Mục tiêu: HS thực hành vi NLTN: Xác định mục đích TN, đề xuất phương án TN, thiết kế phương án TN, báo cáo kết Nhiệm vụ 7: Ngôi nhấp nháy Nội dung: Buổi tối trời mấy, nhìn lên bầu trời (nhất đường chân trời), ta thường thấy nhấp nháy Khi trời nhiều gió, ngơi nhấp nháy nhanh Em lí giải sao? Cho dụng cụ: Đèn led, cốc thủy tinh Em thiết kế, tiến hành thí nghiệm kiểm tra lí giải Mục tiêu: HS thực hành vi NLTN: Đề xuất dự đoán, đề xuất giả thuyết, xác định mục đích TN, đề xuất phương án TN, thiết kế phương án TN, tiến hành TN, báo cáo kết Nhiệm vụ 8: Hộp “xuyên thấu” Nội dung: Ở hình bên hộp xuyên thấu giao cho em Em đặt mắt qua ống để quan sát vật xung quanh Sau đó, dùng miếng bìa đặt vào ống thực lại quan sát a Mô tả kết quan sát Hộp xuyên thấu b Giải thích nguyên tắc cấu tạo hộp xuyên thấu Mục tiêu: Đòi hỏi HS thực hành vi NLTN sau: Thực quy trình TN, thu thập thơng tin TN, báo cáo kết Nhiệm vụ 9: Chữ “AMBULANCE” xe cứu thương bị viết ngược Nội dung: Trên đầu xe cứu thương thường thấy dòng chữ “AMBULANCE” bị viết ngược Điều vơ tình hay cịn ý nghĩa 13 khác? Em tiến hành TN mô tả lại điều Mục tiêu: HS thực hành vi: Đề xuất dự đoán, đề xuất giả thuyết, báo cáo kết Nhiệm vụ 10: Hiện tượng ảo ảnh Nội dung: Lúc trưa nắng, mặt đường nhựa khơ ráo, nhìn từ xa Xe cứu thương ướt nước Vì lại vậy? Em thực TN sau để mô tả lại tượng Cho dụng cụ, nguyên liệu: chai suốt thể tích 850 ml, cao 25 cm có vẽ chấm trịn nhỏ phía miệng chai, 250g đường, nước sơ đồ hình bên a Nêu cách pha Sơ đồ TN ảo ảnh chai nước đường b Mô tả kết quan sát c Giải thích kết quan sát d Tiến hành TN kiểm nghiệm lời giải thích Mục tiêu: HS thực hành vi: Xác định mục đích TN, tiến hành TN 14 Bảng 2.1: Bảng ma trận hành vi NLTN thực Hành vi 1.1 Hành vi 1.2 Hành vi 1.3 Hành vi 1.4 Hành vi 2.1 Hành vi 2.2 Hành vi 2.3 Hành vi 2.4 Hành vi 3.1 Hành vi 3.2 Hành vi 3.3 Hành vi 3.4 Hành vi 4.1 Hành vi 4.2 Hành vi 4.3 Hành vi 4.4 Hành vi 4.5 NV x NV x x NV x x x NV x x x x x x x x x x x x x x x x x NV x x x x x x NV x x x x x x NV x x x x x x x x x x x x x NV NV x x x x x x x x x x 15 x x NV 10 x x x x 16 ... 2.2.2.2 Nội dung hoạt động ngoại khóa a Chế tạo dụng cụ thí nghiệm Chúng chế tạo dụng cụ TN ? ?Phản xạ khúc xạ ánh sáng” Hình 2.1: Các chi tiết dụng cụ TN ? ?Phản xạ khúc xạ ánh sáng” gồm chi tiết... Giải thích kết thí nghiệm: Ống nhựa đổ nước vào có cấu tạo sợi quang với hai phần: Lõi nước vỏ lớp nhựa ống Khi đó, ánh sáng vào ống bị phản xạ tồn phần truyền đến hết ống Thí nghiệm 5: Ống thủy... hành thí nghiệm: Dùng đèn laser chiếu vào đầu sợi quang Quan sát truyền ánh sáng sợi quang - Kết thí nghiệm: Sau chiếu ánh sáng vào đầu sợi quang thấy sợi quang phát sáng Hình 2.4: Ánh sáng truyền