Hướng dẫn học sinh lớp 12 phương pháp giải nhanh bài tập tán sắc ánh sáng

PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ I LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trong giới biến động giây phát triển mạnh mẽ khoa học cơng nghệ vấn đề đào tạo người có tri thức, có đạo đức, có lực làm việc, lĩnh hội sử dụng công nghệ đại đặt trách nhiệm cho toàn ngành giáo dục xã hội Nghị TW khóa VIII rõ: "Đổi phương pháp giáo dục - đào tạo, khắc phục lối truyền thụ chiều, rèn luyện thành nếp tư sáng tạo người học, bước áp dụng phương pháp tiên tiến phương tiện đại vào trình dạy học, đảm bảo điều kiện thời gian tự học, tự nghiên cứu cho học sinh" Trước tình hình giáo dục nước ta phải đổi mạnh mẽ, sâu sắc toàn diện để tạo cho đất nước đội ngũ nhân lực có tri thức, có tay nghề vững vàng đủ khả hội nhập, theo kịp yêu cầu đất nước nói riêng giới nói chung Phát triển giáo dục, đào tạo động lực quan trọng thúc nghiệp công nghiệp hóa - đại hóa đất nước, điều kiện để phát huy nguồn lực người, yếu tố để phát triển xã hội Để đáp ứng đòi hỏi xã hội ngành giáo dục phải đổi chương trình giáo dục, đổi phương pháp giảng dạy đổi phương pháp kiểm tra đánh giá cho phù hợp Nhà trường phổ thông không trang bị cho học sinh kiến thức, kĩ mà phải trang bị cho học sinh lực sáng tạo, kiến thức ứng dụng sống hàng ngày Chính đòi hỏi người giáo viên phải giảng dạy nghiêm túc, ý nhiều đến khả phân tích, tổng hợp, giải vấn đề học sinh Học sinh phải có ý thức học tập thật sự, xây dựng động lực học đắn, nắm bắt giải vấn đề cách nhanh chóng Vật lý mơn học có hệ thống tập đa dạng phong phú Qúa trình giải tập có ý nghĩa quan trọng việc thực nhiệm vụ dạy học vật lý nhà trường phổ thông Thông qua việc giải tốt tập vật lý giúp học sinh có kỹ so sánh, phân tích, tổng hợp góp phần to lớn việc phát triển tư học sinh Đặc biệt giải tập vật lý giúp học sinh củng cố kiến thức có hệ thống vận dụng kiến thức học vào việc giải tình cụ thể làm cho môn trở nên lôi cuốn, hấp dẫn em Trong việc đổi phương pháp kiểm tra đánh giá kết học tập học sinh phương pháp trắc nghiệm khách quan phương án Bộ Giáo dục - Đào tạo chọn lựa áp dụng cho môn vật lý kỳ thi THPT quốc gia việc đề thi trắc nghiệm để kiểm tra trình học tập để rèn luyện cho học sinh tiếp cận phương pháp trắc nghiệm, cách làm tập trắc nghiệm việc cần thiết giáo viên Với mong muốn tìm phương pháp giải toán trắc nghiệm cách nhanh chóng hiệu quả, đồng thời có khả trực quan hóa tư học sinh lôi nhiều học sinh tham gia vào giải tập giúp số học sinh chưa u thích mơn vật lý cảm thấy đơn giản việc giải tập trắc nghiệm vật lý, chọn đề tài: " Hướng dẫn học sinh lớp 12 phương pháp giải nhanh tập tán sắc ánh sáng" II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU SKKN tập trung phân loại dạng tập cách có hệ thống, đề xuất phương pháp giải nhanh dạng toán nhằm giúp học sinh tiếp cận dễ dàng, logic, đáp ứng tốt yêu cầu thi trắc nghiệm THPT Quốc gia luyện thi học sinh giỏi III ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Các tập phần tán sắc ánh sáng chương trình vật lý lớp 12 Đối tượng sử dụng đề tài: Học sinh học lớp 12 chuẩn bị thi THPT quốc gia IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Khi tiến hành nghiên cức đề tài sử dụng phương pháp: - Phương pháp điều tra khảo sát học sinh khối 12 học vận dụng kiến thức phần tán sắc ánh sáng Trên có sở thơng kê sử lý số liệu kết học sinh - Xây dựng sở lý thuyết - Xây dựng dạng toán phương pháp giải - Đưa số công thức, ý kiến chưa ghi sách giáo khoa suy giải số tập điển hình - Áp dụng cho học sinh khối 12 học theo phương pháp đề tài đánh giá kết - Kiểm tra tiếp thu học sinh bằng đề ôn luyện - Đánh giá, đưa điều chỉnh, bổ sung cho phù hợp - Cuối phần có câu trắc nghiệm luyện tập PHẦN II: NỘI DUNG ĐỀ TÀI I.CƠ SỞ LÍ LUẬN Lý luận dạy học Vật lí Vật lý phổ thơng mơn khoa học thực nghiệm, có vai trò đặc biệt quan trọng việc hình thành phát triển tư duy, kỹ năng, kỹ xảo học sinh; mơn học có tính ứng dụng thực tế cao Chính q trình dạy học vật lý tập vật lý đóng vai trò đặc biệt quan trọng: Bài tập vật lý giúp học sinh củng cố mở rộng kiến thức, rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo vận dụng kiến thức vào thực tiễn Bài tập Vật lí với tư cách phương pháp dạy học, có ý nghĩa quan trọng việc thực nhiệm vụ dạy học Vật lí nhà trường phổ thơng Thơng qua việc giải tốt tập Vật lí học sinh có kỹ so sánh, phân tích, tổng hợp … góp phần to lớn việc phát triển tư học Cơ sở lí thuyết 2.1.Thí nghiệm tán sắc ánh sáng * Chiếu chùm sáng Mặt trời qua khe hẹp F vào buồng tối Mặt Trời E Đỏ Tím G F P * Kết quả: - Khi qua lăng kính, chùm sáng mặt trời khơng bị lệch phía đáy lăng kính, mà trải dài E thành dải sáng liên tục nhiều màu - Dải màu có màu chính: Đỏ, da cam, vàng, lục, lam, chàm, tím - Tia đỏ lệch nhất, tia tím lệch nhiều - Dải màu quan sát quang phổ ánh sáng Mặt trời Ánh sáng Mặt trời ánh sáng trắng - Sự tán sắc ánh sáng phân tách chùm sáng phức tạp thành chùm sáng đơn sắc 2.2 Một số khái niệm * Hiện tượng tán sắc ánh sáng: Là tượng lăng kính phân tách chùm sáng phức tạp thành chùm sáng đơn sắc * Ánh sáng đơn sắc: ánh sáng không bị tán sắc truyền qua lăng kính Mỗi ánh sáng đơn sắc có màu gọi màu đơn sắc, tương ứng có giá trị tần số xác định * Ánh sáng trắng: hỗn hợp nhiều ánh sáng đơn sắc, có màu từ đỏ đến tím 2.3 Nguyên nhân tượng tán sắc ánh sáng Nguyên nhân tượng tán sắc ánh sáng chiết suất lăng kính có giá trị khác ánh sắc đơn sắc khác Chiết suất ánh sáng tím lớn nhất, với ánh sánh đỏ nhỏ Ánh sáng trắng hỗn hợp nhiều ánh sáng đơn sắc, có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím qua lăng kính ánh sáng đơn sắc bị lệch đáy lăng kính với góc lệch khác nên chúng không chồng chất lên mà tách thành dải gồm nhiều màu liên tục Chú y: Trong chương trình lớp 11 chúng ta đã biết hệ thức giữa tốc độ truyền c v ánh sáng một môi trường với chiết suất của môi trường n   3.108 , với v v là tốc độ truyền ánh sáng môi trường có chiết suất n Khi ánh sáng truyền v1 n1 1 n1 từ môi trường (1) sang môi trường (2) thì ta có v  n �   n 2 2 - Thứ tự sắp xếp của bước sóng và chiết suất lăng kính với các ánh sáng đơn sắc bản :  đỏ �  da cam � vàng � lục � lam � chàm � tím nđỏ  nda cam  nvàng  nlục  nlam  nchàm  ntím 2.4 Ứng dụng tượng tán sắc ánh sáng - Ứng dụng máy quang phổ: Tách chùm sáng đa sắc thành thành phần đơn sắc - Giải thích số tượng xảy tự nhiên tượng cầu vồng bảy sắc 2.5 Các công thức liên quan: + Phản xạ ánh sáng: i i , + Công thức định luật khúc xạ ánh sáng: sin i n  sin i n sin r sin r n + Phản xạ toàn phần: sin gh  n (n1 n2 ) + Công thức lăng kính: sini1 = nsinr1; A= r1 + r2; + Độ tụ thấu kính: sini2 = n sỉn2 D=( i1 + i2)- A D 1 (n  1)(  ) f R1 R2 - n chiết suất tỉ đối vật liệu làm thấu kính mơi trường đặt thấu kính - R1 , R2 bán kính mặt cầu thấu kính II THỰC TRẠNG VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn xã hội, môn Vật lý môn học mà đa số học sinh ham mê học gắn liền với tượng thực tế phục vụ cho việc chọn ngành nghề sau học xong chương trình phổ thơng, làm tập vật lí em thường lúng túng việc định hướng giải Một số học sinh giỏi có hứng thú tìm tòi cách giải phương pháp đại số dài dễ sai xót nên không phù hợp với phương pháp kiểm tra đánh giá theo hình thức trắc nghiệm Hơn nội dung cấu trúc chương trình sách giáo khoa không dành thời lượng cho việc hướng dẫn học sinh giải tập hay luyện tập, dẫn đến học sinh khơng có điều kiện bổ sung, mở rộng nâng cao kiến thức rèn kỹ giải tập Vì việc phân dạng tập chương sách vật lý lớp 12 việc làm thiết thực giúp cho học sinh biết vận dụng kiến thức vật lý để giải tập, biết sử dụng thành thạo cơng cụ tốn học việc giải tập Cụ thể hướng dẫn học sinh giải tập phần tán sắc ánh sáng thấy kiến thức, tập đa dạng liên quan nhiều đến kiến thức vật lý lớp 11 nhiều học sinh cho rằng thi THPT quốc gia thi chương trình 12 nên kiến thức vật lý 11 không em trọng nắm vững dẫn đến việc giải tập phần tán sắc ánh sáng trở nên khó khăn Theo phân phối chương trình phần tiết tập, lớp khơng có tiết tự chọn Vì q trình giảng dạy mơn Vật lí trường THPT tơi cố gắng hệ thống lại kiến thức đặc biệt kiến thức vật lý lớp 11 có liên quan để từ hình thành cho học sinh phương pháp, kỹ giải tập tán sắc ánh sáng Vấn đề tính chất đề thi trắc nghiệm rộng dài với 50 câu hỏi trắc nghiệm trải dài hết chương trình lớp 12 nên việc hình thành cơng thức thu gọn kĩ giải tập trắc nghiệm cần thiết III GIẢI PHÁP Để khắc phục thực trạng trên, phân loại dạng tập đề xuất phương pháp giải nhanh sau: Loại 1: BÀI TOÁN VỀ NGUYÊN NHÂN CỦA HIỆN TƯỢNG TÁN SẮC ÁNH SÁNG Phương pháp giải - Định nghĩa: Sự tán sắc ánh sáng phân tách chùm sáng phức tạp thành chùm sáng đơn sắc - Hiện tượng tán sắc ánh sáng xảy chùm sáng phức tạp bị khúc xạ qua mặt phân cách hai mơi trường có chiết suất khác - Tia đỏ bị lệch ( góc lệch nhỏ nhất, góc khúc xạ lớn nhất) tia tím lệch nhiều ( góc lệch lớn nhất, góc khúc xạ nhỏ nhất) - Chiết suất môi trường suốt phụ thuộc vào màu sắc ánh sáng tăng dần từ màu đỏ đến màu tím: nđỏ  nda cam  nvàng  nlục  nlam  nchàm  ntím c c.T  - Chiết suất tuyệt đối môi trường suốt: n  v  v.T  (    bước sóng chân khơng mơi trường đó) , , - Chiết suất phụ thuộc vào bước sóng: n  A  B  ( A, B hằng số phụ thuộc môi trường  bước sóng chân khơng) *Chú y: Hiện tượng phản xạ toàn phần xảy cả hai điều kiện sau thỏa mãn: + Ánh sáng từ môi trường chiết suất sang môi trường có chiết suất nhỏ + Góc tới i lớn góc giới hạn igh sin i   Tia sáng là là mặt phân cách n sin i   Tia sáng khúc xạ ngoài n sin i  Tia sáng bị phản xạ toàn phần n 1 1 1       n đo ncam nvang nluc nlam ncham ntim Các tập ví dụ: Bài 1: Một xạ đơn sắc có tần số 4.10 14 Hz Biết chiết suất thủy tinh xạ 1,5 tốc độ ánh sáng chân không bằng 3.10 m/s Bước sóng thủy tinh là:  1 A 0,64 m B 0,50 m C 0,55 m D 0,75 m Giải c Ta có: v   n ,   v c 3.10   0,5.10  m 0,5m 14 f nf 1,5.4.10 Chọn đáp án B Bài 2: Bước sóng chân khơng ánh sáng đỏ 0,75m ánh sáng tím 0,4m Tính bước sóng ánh sáng đỏ ánh sáng tím thủy Biết chiết suất thủy tinh tia đỏ 1,5 tia tím 1,54  1 Giải c c.T   Ta có: n  v  v.T     n  , ,  đ 0,75  0,50 m nđ 1,5 ,  0,4 t  t  0,26 m nt 1,54 , đ  Vậy: Bài 3: Phát biểu sau sai? A.Trong chân không, ánh sáng đơn sắc có bước sóng xác định B.Trong chân không, ánh sáng đơn sắc khác truyền với tốc độ C.Trong chân khơng, bước sóng ánh sáng đỏ nhỏ bước sóng ánh sáng tím D.Trong ánh sáng trắng có vơ số ánh sáng đơn sắc  1 Giải Trong chân khơng bước sóng ánh sáng đỏ lớn bước sóng ánh sáng tím Phát biểu C sai Chọn đáp án C Bài 4: Một lăng kính thủy tinh có tiết diện thẳng tam giác ABC đặt khơng khí Một chùm tia sáng đơn sắc màu lam hẹp song song đến mặt AB theo phương vng góc cho tia ló là mặt AC Tính chiết suất chất làm lăng kính tia màu lam Thay chùm tia màu lam bằng chùm tia sáng trắng gồm màu đỏ, vàng, lục, lam, tím tia ló khỏi mặt AC gồm màu nào?  1 Giải: Vì tia màu lam hẹp song song đến mặt AB theo phương vng góc cho tia ló n là mặt AC nên sin i  Ta có i = A = 600  sin 60  n  nlam 1,15 lam 1 1 1 Nhận thấy n  n  n  n  n  sin i n  Chỉ có tia tím bị phản xạ toàn đo vang luc lam tim tim phần Vậy tia ló là: Đỏ, vàng, lục, lam Bài : Lăng kính có tiết diện tam giác cân ABC, góc chiết quang A = 1200, chiết suất lăng kính ánh sáng lớn Chiếu tia sáng trắng tới mặt bên AB lăng kính theo phương song song với BC cho toàn chùm khúc xạ mặt AB truyền xuống BC Tại BC chùm sáng : A Một phần chùm sáng phản xạ phần khúc xạ B Phản xạ tồn phần lên AC ló ngồi theo phương song song BC C Ló ngồi theo phương song song AB D Ló ngồi theo phương song song AC  1 Giải: 1 450 Ta có: sin igh  n � � igh � Xét tia sáng Tại mặt bên AB góc tới i  600 sin i 3  � � r� 37, 760 n 2n 2 igh � tia sáng phản xạ toàn phần mặt BC ló khỏi � góc tới mặt BC i2 � sinr  BC theo phương song song với BC Chọn B Bài tập vận dụng:  1 Bài 1: Chiếu chùm sáng hẹp đơn sắc song song màu lục theo phương vng góc với mặt bên lăng kính tia ló là mặt bên thứ hai lăng kính Nếu thay bằng chùm sáng bằng ba ánh sáng đơn sắc: Cam, chàm tím tia ló khỏi lăng kính mặt bên thứ hai: A Chỉ tia cam B Gồm tia chàm tím C Chỉ có tia tím D Gồm tia cam tím Bài 2: Bước sóng ánh sáng màu đỏ khơng khí 0,75 m Biết chiết suất nước ánh sáng đỏ 4/3 Bước sóng ánh sáng đỏ nước là: A 0,546m B 0,632m C 0,445m D 0,5625m Bài 3: Chiết suất môi trường suốt phụ thuộc bước sóng ánh sáng chân khơng theo cơng thức n 1,1  10  ,  tính bằng nm Nếu chiết suất tia đỏ 1,28 bước sóng tia là: A 745nm B 640nm C 750nm D 760nm Bài 4: Chiếu chùm sáng hẹp gồm hai xạ vàng lam từ nước khơng khí cho khơng có tượng phản xạ toàn phần Nhận định sau đúng: A Không xác định khác góc khúc xạ B Tia vàng xa pháp tuyến C Tia lam xa pháp tuyến D Cả hai tia có góc khúc xạ Bài 5: Một lăng kính thủy tinh có tiết diện thẳng tam giác ABC góc chiết quang 450 đặt khơng khí Một chùm tia sáng đơn sắc màu lục hẹp song song đến theo phương vng góc với cho chùm tia ló ngồi nằm sát với mặt bên AC Tính chiết suất lăng kính ánh sáng màu lục A 1,41 B 1,42 C 1,43 D 1,44 Loại 2: BÀI TOÁN VỀ TÁN SẮC ÁNH SÁNG Về loại tập đưa dạng tập thường gặp: Dạng 1: TÁN SẮC QUA LĂNG KÍNH Phương pháp giải: * Chiếu chùm sáng đơn sắc + Sử dụng cơng thức lăng kính: sini1 = nsinr1 ; sini2 = n sỉn2 A= r1 + r2 ; D=( i1 + i2)- A A S i1 B D I r1 J r2 I2 R + Góc lệch cực tiểu: i1 = i2  r1 = r2  sin Dm  A A n sin 2 * Chiếu chùm sáng trắng, tất màu có góc tới i1  i1 nr1  i nr  2 + Khi góc A,i nhỏ   r  r  A  D (n  1)  A  sin i1 nđ sin r1đ  sin i n sin r  2đ đ 2đ + Đối với tia đỏ:   A r1đ  r2 đ  Dđ (i  i đ )  A  sin i1 nt sin r1t  sin i n sin r  2t t 2t + Đối với tia tím:  A  r  r 1t 2t   Dt (i  i 2t )  A + Góc hợp tia ló đỏ tia ló tím   Dt  Dđ i2t  i2 đ Các tập ví dụ Bài 1: Chiếu chùm tia sáng trắng hẹp song song coi tia sáng vào mặt bên AB lăng kính có góc chiết quang 50 0, góc tới 60 Chùm tia ló khỏi mặt AC gồm nhiều màu sắc biến thiên liên tục từ đỏ đến tím Biết chiết suất chất làm lăng kính tia đỏ tia tím là: 1,54 1,58 Hãy xác định góc hợp tia đỏ tia tím ló khỏi lăng kính  1 Giải Áp dụng cơng thức lăng kính: sini1 = nsinr1; sini2 = n sỉn2 A= r1 + r2; D=( i1 + i2)- A + Đối với tia đỏ:  sin 60 sin i  n sin r  sin r   r1đ 34,22 đ 1đ 1đ  1,54   A r  r  r  A  r 50  34,22 15,78 1đ 2đ 2đ 1đ   sin i n sin r  sin i 1,54 sin 15,78  i 24,76 2đ đ 2đ 2đ 2đ  0  Dđ (i  i đ )  A (60  24,76 )  50 34,76 + Đối với tia tím:  sin 60  r1t 33,24  sin i1 nt sin r1t  sin r1t  1,58   A r  r  r  A  r 50  33,24 16,76 1t 2t 2t 1t   sin i n sin r  sin i 1,58 sin 16,76  i 27,10 2t t 2t 2t 2t  0 0  Dđ (i  i đ )  A (60  27,1 )  50 37,1 + Góc hợp tia ló đỏ tia ló tím   Dt  Dđ i2t  i2 đ 27,10  24,760 2,34 Bài 2: Một lăng kính có góc chiết quang 600, chiếu tia sáng đơn sắc màu cam tới mặt bên AB lăng kính với góc tới i cho tia ló khỏi mặt AC với góc lệch cực tiểu bằng 300 Nếu thay bằng ánh sáng đơn sắc khác có chiếu suất 1,3 góc lệch tia ló so với tia tới là:  1 A 34,650 B 21,240 C 23,240 D 43,450 Giải Khi góc lệch cực tiểu ta có: Dm  A 30  60 i1   45 2 Áp dụng công thức lăng kính  sin 45 sin i  n sin r  sin r   r1 32,95 1  1,3   A r  r  r  A  r 60  32,95 27,05 2   sin i n sin r  sin i 1,3 sin 27,76  i 36,24 2 2  0  D (i  i )  A (45  36,24 )  60 21,24  Chọn đáp án B Bài 3: Một lăng kính có tiết diện thẳng tam giác ABC, chiếu chùm tia sáng trắng hẹp vào mặt bên AB từ đáy lên Chiết suất lăng kính ánh sáng đỏ ánh sáng tím 1,696 Giả sử lúc đầu lăng kính vị trí mà góc lệch D tia tím cực tiểu, phải quay lăng kính góc bằng để tới phiên góc lệch tia đỏ cực tiểu? A 450 B 160 C 150 D 130 Giải: A  0  sin i1 nt sin 1,696 sin 30  i1 58  Góc quay = 580 - 450 = 130 Ta có:  , ,  sin i n sin A  sin 30  i 45 đ  Chọn đáp án D *Như nếu chùm sáng hẹp chiếu vào lăng kính có một màu nào đó cho góc lệch cực tiểu thì không có màu nào cho góc lệch cực tiểu Muốn màu khác cho góc lệch cực tiểu thì phải thay đổi góc tới i1 cách quay lăng kính 10 A   sin i1 n sin  i1    sin i , n , sin A  i ,  1  ,  Góc quay= i1  i1 Bài 4: Chiếu chùm tia sáng trắng hẹp song song coi tia sáng vào mặt bên AB ( gần A) lăng kính có góc chiết quang 300, theo phương vng góc Biết chiết suất chất làm lăng kính tia đỏ tia tím là: 1,532 1,5867 Sau lăng kính 1(m) đặt ảnh song song với mặt AB Khoảng cách hai vệt sáng đỏ tím là:  2 A 50mm B 1,2mm C 45mm D 44mm Giải: Ta có: n đ sin A sin iđ  sin iđ 1,532 sin 30  iđ 50  Dđ iđ  A 50  30 20 nt sin A sin it  sin it 1,5867 sin 30  it 52,5  Dt it  A 52,5  30 22,5 DT=IO(tanDt - tanDđ) = 1000.(tan22,50- tan200)= 50(mm) Chọn đáp án A *Như độ rộng quang phổ là khoảng cách giữa hai vệt sáng ngoài  n đ sin A sin iđ  n sin A sin i  Tia đỏ:   D i  A  Dđ iđ  A màn:   nt sin A sin it  Dt it  A Tia tím:   DT=IO.(tanDt - tanDđ) *Chú y nếu lăng kính có góc chiết quang bé và góc tới bé thì:  Dđ (nđ  1) A  Dt  Dđ (nt  n đ ) A  Dt (nt  1) A D= (n-1)A   Độ rộng quang phổ lúc này là: DT= IO(tanDt - tanDđ)  IO.(Dt -Dđ)=IO.(nt - nđ)A Bài 5: Chiếu chùm tia sáng trắng, song song hẹp vào mặt bên lăng kính thủy tinh có góc chiết quang 5,73 0, theo phương vng góc với mặt phẳng phân giác P góc chiết quang Sau lăng kính đặt ảnh song song với mặt phẳng P cách P 1,5 (m) Tính chiều dài quang phổ từ tia đỏ đến tia 11 tím Cho biết chiết suất lăng kinh tia đỏ 1,50 tia tím 1,54  2 A 8mm B 5mm C 6mm D.4mm Giải:  Dđ (nđ  1) A (1,50  1).5,730 2,865 Ta có:   Dt (nt  1) A (1,54  1).5,730 3,0942 DT=IO.(tanDt - tanDđ) = 1500.(tan3,09420 - tan2,8650)= 6mm Chọn đáp án C Dạng 2: TÁN SẮC QUA LƯỠNG CHẤT PHẲNG Phương pháp giải: -Chiếu chùm ánh sáng trắng hẹp song song từ khơng khí vào nước góc tới i  rđ  sin i nđ sin rđ nt sin rt    rt   DT  IO.(tan rđ  tan rt ) - Nếu đáy bể đặt gương phẳng chùm tán sắc phản xạ lên mặt nước có độ rộng D T 2 DT , ló ngồi với góc ló bằng góc i nên độ rộng chùm ló là: a  D T sin(90  i) , , , , Bài tập ví dụ: Bài 1: Chiếu tia sáng trắng hẹp từ khơng khí vào bể nước rộng góc tới 600 Chiều sâu bể nước 1(m) Tìm độ rộng chùm màu sắc chiếu lên đáy bể Biết chiết suất nước tia đỏ tia tím là: 1,33 1,34 A 1,0cm B 1,1cm C 1,3cm D.1,2cm  1 Giải:  rđ 40,630 sin 60  , 33 sin r  , 34 sin r  Ta có:  đ t  rt 40,26  DT 100.(tan rđ  tan rt ) 1,1(cm) 12 Bài 2: Chiếu tia sáng trắng song song hẹp tới mặt nước bể nước với góc tới i = 300 Biết chiết suất nước tia đỏ tia tím là: 1,329 1,343 Bể nước sâu 2m Bề rộng tối thiểu chùm tia tới để vệt sáng đáy bể có vạch sáng màu trắng  2 A 0,426cm B 1,816cm C 2,632cm D.0,851cm Giải: �tan rđ  0, 406 �tan rt  0, 401 Ta có: sin 30  1,329.sin rđ  1,343.sin rt � � DT  IO.(tan rđ  tan rt )  2(0, 406  0, 401)  0, 01m  1cm Để có vệt sáng trắng đáy bể vị trí vệt đỏ đáy phải trùng với vệt tím Vùng sáng tối thiểu mặt nước 1cm bề rộng tối thiểu chùm tia tới là: b  DI cos 300   0,851cm Chọn đáp án D Bài 3: Chiếu tia sáng trắng song song hẹp tới mặt nước bể nước với góc tới i = 300 Dưới đáy bể có gương phẳng đặt song song với mặt nước phản xạ hướng lên Chùm tia ló khỏi mặt nước sau phản xạ gương là: A.Chùm sáng song song có màu cầu vồng, phương vng góc với tia tới B Chùm sáng song song có màu cầu vồng, phương hợp với tia tới góc 600 C Chùm sáng phân kỳ có màu cầu vồng, tia tím bị lệch nhiều nhất, tia đỏ bị lệch D Chùm sáng phân kỳ có màu cầu vồng, tia tím bị lệch nhất, tia đỏ bị lệch nhiều  1 Giải : Do tính chất đối xứng tia tới tia phản xạ gương phẳng ta có góc tới góc ló tia đơn sắc bằng bằng 30 nên chùm tia ló chùm song song hợp với phương tới góc 600 Mặt khác chùm tia khúc xạ ánh sáng trắng truyền từ khơng khí vào nước có màu cầu vồng nên chùm tia ló có màu cầu vồng Chọn đáp án B Dạng 3: TÁN SẮC QUA BẢN MẶT SONG SONG Phương pháp giải:  rđ  sin i nđ sin rđ nt sin rt    rt   DT  IO.(tan rđ  tan rt )  DH  DT sin(90  i)  DT cos i Bài tập ví dụ: Bài 1: Chiếu tia sáng trắng hẹp từ khơng khí vào thủy 13 tinh có bề dày 5cm góc tới 800 Biết chiết suất thủy tinh tia đỏ tia tím là: 1,472 1,511 Tính khoảng cách hai tia ló đỏ tím  1 A 0,32mm Giải: B 0,33m C 0,34mm D.0,35mm  rđ 41,99 Ta có: sin 80 1,472 sin rđ 1,511 sin rt    rt 40,67 a=DT cos800 = (e tan rđ  e tan rt ) cos 80 0,35mm Chọn đáp án D Bài 2: Một tia sáng trắng chiếu tới mặt song song với góc tới i  600 Biết chiết suất thủy tinh tia đỏ tia tím là: 1,7 1,732 Bề dày mặt 2m Bề rộng chùm tia khỏi là:  1 A 0,146cm B 0,0146m C 0,0146cm D.0,292cm Giải: �tan rđ  0,592 �tan rt  0,5774 Ta có: sin 60  1,7.sin rđ  1, 732.sin rt � � a=DT Cos600 = (e tan rđ  e tan rt ) cos 600 �0, 0146cm Dạng 4: TÁN SẮC QUA THẤU KÍNH Phương pháp giải: 1  Dđ  ( nđ  1)(  )  fđ R1 R2 1 D  ( n  1)(  )   f R1 R2  D  (n  1)(  ) t  t ft R1 R2 fđ n 1  t  Fđ Ft  f đ  f t f t nđ  R   f đ  2(n  1)  đ Nếu R1 = R2 = R  f  R  t 2(nt  1) Bài tập ví dụ: Bài 1: Một thấu kính thủy tinh hai mặt lồi giống nhau, bán kính R = 20cm Chiết suất thấu kính ánh sáng đỏ nđ = 1,5 ánh sáng tím nt = 14 1,54 Khoảng cách hai tiêu điểm thấu kính ánh sáng đỏ ánh sáng tím là:  1 A 1,6cm B 2,45cm C 1,25cm D 1,48cm Giải: R R 1 Ta có: f  2(n  1)  Fđ Ft  f đ  f t  ( (n  1)  (n  1) ) đ t Fđ Ft  20 1 (  ) 1,48(cm) 1,5  1,54  Chọn đáp án D Bài 2: Một thấu kính mỏng hai mặt lồi bán kính 10cm, chiết suất chất làm thấu kính tia đỏ tia tím là: nđ = 1,61; nt = 1,69 Chiếu chùm ánh sáng trắng song song với trục Đặt ảnh vng góc trục qua tiêu điểm tia đỏ Biết thấu kính có rìa đường tròn có đường kính 25cm Đường kính vệt sáng là:  3 A 1,3cm B 3,3cm C 3,5cm D 1,6cm Giải: CD F F đ t Ta có: AB  OF  t f đ  ft n 1 1,69   t  1 1 ft nđ  1,61   CD 3,3cm Chọn đáp án B *Chú y: Thông thường thấu kính có đường rìa là đường tròn nên nếu đặt màn chắn vuông góc với trục chính và sau thấu kính hội tụ thì màn chắn thu mợt vệt sáng hình tròn Màu sắc và đường kính của vệt sáng này phụ thuộc vào vị trí đặt màn VD: nếu đặt màn tiêu điểm đỏ thì vệt sáng có tâm màu đỏ rìa màu tím và đường kính CD tính sau: f  ft n 1 CD Fđ Ft   đ  t 1 AB OFt ft nđ  Các tập vận dụng  1 Bài 1: Chiếu chùm tia sáng trắng hẹp song song coi tia sáng vào mặt bên AB lăng kính có góc chiết quang 60 0, góc tới 450 Chùm tia ló 15 khỏi mặt AC gồm nhiều màu sắc biến thiên liên tục từ đỏ đến tím Biết chiết suất chất làm lăng kính tia đỏ tia tím 1,459 a) Góc hợp tia đỏ ló khỏi lăng kính so với tia tới là: A 300 B 240 C 150 D 160 b) Góc hợp tia tim ló khỏi lăng kính so với tia tới là: A 300 B 240 C 33,70 D 590 c) Góc hợp tia đỏ tia tím ló khỏi lăng kính A 3,30 B 2,40 C 2,30 D 3,70 Bài 2: Một lăng kính có góc chiết quang 0, có chiết suất ánh sáng đỏ 1,643 ánh sáng tím 1,685 Chiếu chùm sáng trắng hẹp song song tới mặt bên lăng kính theo phương gần vng góc cho chùm ló mặt bên Góc hợp tia ló màu đỏ màu tím là: A 0,240 B 3,240 C 0,210 D 6,240 Bài 3: Một lăng kính có tiết diện thẳng tam giác ABC, chiếu chùm tia sáng trắng hẹp vào mặt bên AB từ đáy lên Chiết suất lăng kính ánh sáng đỏ ánh sáng tím giả sử lúc đầu lăng kính vị trí mà góc lệch D tia tím cực tiểu, phải quay lăng kính góc bằng để tới phiên góc lệch tia đỏ cực tiểu? A 450 B 600 C 150 D 300 Bài 4: Một lăng kính có góc chiết quang 200, chiết suất với tia tím 1,7 với tia đỏ 1,6 Một chùm sáng trắng hẹp vào mặt bên AB ( gần A) theo phương vuông góc Sau lăng kính 1(m) đặt ảnh song song với mặt AB khoảng cách hai vệt sáng đỏ tím là: A 1,4mm B 1,2mm C 45mm D 44mm Bài 5: Chiếu chùm ánh sáng trắng hẹp song song từ khơng khí vào bể nước góc tới 600 chiều sâu bể nước 1(m) Dưới đáy bể đặt gương phẳng song song với mặt nước Biết chiết suất nước tia tím tia đỏ 1,34 1,33 Bề rộng dãi quang phổ mặt nước là: A 1,3cm B 1,1cm C 2,2cm D 1,6cm Bài 6: Chiếu tia sáng trắng từ khơng khí vào thủy tinh có bề dày 10cm góc tới 600 Biết chiết suất thủy tinh tia đỏ tia tím 1,547; 1,562 Khoảng cách hai tia ló đỏ tím là: A 0,83cm B 0,35cm C 0,99cm D 0,047cm Bài 7: Cho thấu kính hai mặt lồi bán kính 25cm Biết chiết suất thấu kính tia đỏ tia tím 1,50; 1,54 Khoảng cách tiêu điểm tia đỏ tiêu điểm tia tím là: A 1,85cm B 1,72cm C 1,67cm D 1,58cm Bài 8: Một lăng kinh thủy tinh tiết diện tam giác ABC Chiếu tia sáng trắng vào mặt bên AB lăng kính góc tới i Chiết suất lăng kính ánh sáng đỏ 1,643 ánh sáng tím 1,685 Để có tán sắc tia sáng trắng qua lăng kính góc tới i phải thỏa mãn điều kiện: i� 41, 270 i� 15,520 i� 32,960 i� 900 A 32,960 � B 00 � C 0� D 42, 420 � 16 Bài : Chiếu từ nước khơng khí chùm sáng song song hẹp ( coi tia sáng) gồm thành phần đơn sắc : Tím, cam, đỏ , lục , chàm Tia ló đơn sắc màu lục là mặt nước( sát với mặt phân cách hai môi trường) Khơng kể tia đơn sắc màu lục, tia ló ngồi khơng khí tia đơn sắc màu: A tím, cam, đỏ B Đỏ, cam, chàm C Đỏ, cam D Chàm, tím IV HIỆU QUẢ ÁP DỤNG Đối với học sinh Số liệu thống kê qua điều tra thực nghiệm sư phạm: Bảng số liệu thể kết điều tra thống kê số học sinh có kĩ giải tốn trắc nghiệm có liên quan đến tượng tán sắc ánh sáng (Học sịnh giải 25 câu tắc nghiệm thời gian 45 phút, số học sinh đạt kết 20/25 câu trở lên) Lớp Năm học 2016-2017 Lớp thực nghiệm sư phạm 12 A3 Lớp đối chứng 12 A4 18/42 30/48 Tỉ lệ (%) 62,5% 42,86% * Ghi chú: x / y số học sinh có kĩ vận dụng (đúng 4/5 câu trở lên) / sĩ số học sinh lớp Như vậy, kết cho thấy áp dụng phương pháp giải nhanh tập tán sắc ánh sáng thấy chất lượng học sinh nâng lên rõ rệt Đối với thân tổ chuyên môn - Qua SKKN, thân tơi thu kiến thức bổ ích, thấy vai trò tự học, tự bồi dưỡng thường xuyên nhằm nâng cao chuyên môn, nghiệp vụ yêu cầu, trách nhiệm người thầy Đặc biệt hiểu sâu tượng tán sắc ánh sáng, qua có nhìn tổng thể, lựa chọn hướng tiếp cận để truyền đạt tốt đến HS… - Đồng nghiệp tổ chun mơn góp ý xây dựng, chia sẻ tài liệu góp phần nâng cao chất lượng dạy học nhà trường Đối với phong trào học tập HS Các em nắm phương pháp giải loại tập tán sắc ánh sáng Đặc biệt em lựa chọn cách giải nhanh đưa kết xác Các em học khá, giỏi giải nhanh, xác; em học trung bình trở xuống áp dụng phương pháp làm nhiên với tốn khó chậm hay sai xót 17 PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I KẾT LUẬN Qua trình giảng dạy, hướng dẫn học sinh lớp 12 giải tập phần tán sắc ánh sáng rút vài kinh nghiệm nhỏ: + Học sinh phải nắm bắt kiến thức có hệ thống, hiểu chất tượng vật lý + Học sinh phải nắm vững cách nhận biết loại tập phương pháp giải loại + Đặc biệt hình thức thi trắc nghiệm đòi hỏi em phải định nhanh xác cần phải lựa chọn cách giải nhanh, hiệu II KIẾN NGHỊ Đề tài nhằm giúp học sinh lớp 12 có phương pháp giải tập phần tán sắc ánh sáng cách rõ ràng nhanh gọn phù hợp với hình thức thi trắc nghiệm Trong q trình thực đề tài tơi cố gắng thể nội dung đề tài cách hệ thống, xác rõ ràng khơng tránh khỏi thiếu xót Rất mong bạn đọc đồng nghiệp góp ý XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Thanh Hoá, ngày 15 tháng năm 2017 Tôi xin cam đoan SKKN viết, khơng chép nội dung người khác! Người thực Nguyễn Thị Đào 18 TÀI LIỆU THAM KHẢO  1 Bí ôn luyện thi đại học theo chủ đề môn vật lý- Chu Văn Biên  2 Hướng dẫn học chuẩn bị cho kì thi Quốc gia mơn Vật lý - Nguyễn Kim Nghĩa- Nhà xuất Đại học quốc gia Hà Nội  3 Bồi dưỡng học sinh giỏi vật lý 12- Nguyễn Phú Đồng 19 SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG LÊ LỢI SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM HƯỚNG DẪN HỌC SINH LỚP 12 PHƯƠNG PHÁP GIẢI NHANH BÀI TẬP TÁN SẮC ÁNH SÁNG Người thực hiện: Nguyễn Thị Đào Chức vụ: Giáo viên SKKN thuộc lĩnh vực: Vật lý 20 THANH HOÁ NĂM 2017 Mục lục Trang Phần I ĐẶT VẤN ĐỀ I LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU III ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phần II NỘI DUNG I CƠ SỞ LÍ LUẬN Lí luận dạy học vật lí Cơ sở lí thuyết II THỰC TRẠNG III GIẢI PHÁP Loại 1: Bài toán nguyên nhân tượng tán sắc ánh sáng 5 Loại 2: Bài toán tán sắc ánh sáng: Dạng 1: Tán sắc qua lăng kính Dạng 2: Tán sắc qua lưỡng chất phẳng 12 Dạng 3: Tán sắc qua mặt song song 13 Dạng 4: Tán sắc qua thấu kính 14 Phần III KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I KẾT LUẬN 18 II KIẾN NGHỊ 18 21 DANH MỤC CÁC ĐỀ TÀI SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐÃ ĐƯỢC HỘI ĐỒNG ĐÁNH GIÁ XẾP LOẠI CẤP PHÒNG GD&ĐT, CẤP SỞ GD&ĐT VÀ CÁC CẤP CAO HƠN XẾP LOẠI TỪ C TRỞ LÊN Họ tên tác giả: Nguyễn Thị Đào Chức vụ đơn vị cơng tác: Giáo viên- Tổ Vật lí- Công nghệ - Trường THPT Lê Lợi- Thọ Xuân TT Tên đề tài SKKN Hướng dẫn học sinh lớp 12 pp giải nhanh toán lắc đơn chịu tác dụng thêm lực lạ Cấp đánh Kết giá xếp đánh giá loại xếp loại (Phòng, (A, B, Sở, Tỉnh ) C) Tỉnh C Năm học đánh giá xếp loại Số 871 QĐ/ QĐSGD&ĐT ngày 18 tháng 12 năm 2012 Sở giáo dục đào tạo Thanh Hóa 22 Hướng dẫn học sinh lớp 11 pp giải tập thấu kính biết khoảng cách vật ảnh Tỉnh C Số 743 QĐ/ QĐSGD ngày tháng 11 năm 2013 Sở giáo dục đào tạo Thanh Hóa Hướng dẫn học sinh lớp 11 pp giải tốn hệ thấu kính ghép đồng trục Tỉnh C Số 753 QĐ/ QĐSGD & ĐT ngày tháng 11 năm 2014 Sở giáo dục đào tạo Thanh Hóa 23 ...giúp số học sinh chưa u thích mơn vật lý cảm thấy đơn giản việc giải tập trắc nghiệm vật lý, chọn đề tài: " Hướng dẫn học sinh lớp 12 phương pháp giải nhanh tập tán sắc ánh sáng" II MỤC... giúp cho học sinh biết vận dụng kiến thức vật lý để giải tập, biết sử dụng thành thạo cơng cụ tốn học việc giải tập Cụ thể hướng dẫn học sinh giải tập phần tán sắc ánh sáng thấy kiến thức, tập đa... trào học tập HS Các em nắm phương pháp giải loại tập tán sắc ánh sáng Đặc biệt em lựa chọn cách giải nhanh đưa kết xác Các em học khá, giỏi giải nhanh, xác; em học trung bình trở xuống áp dụng phương