HiÖn tîng ph¶n x¹ toµn phÇn cã øng dông quan träng nhÊt lµ sîi quang. - CÊu t¹o cña sîi quang[r]
(1)Bài 45:
Phản xạ toàn phần
I - Mơc tiªu:
1 VỊ kiÕn thøc
- Phân biệt đợc hai trờng hợp: góc khúc xạ giới hạn góc tới giới hạn - Nắm đợc tợng phản xạ toàn phần điều kiện để xảy tợng phản xạ toàn phần
- Biết đợc ứng dụng tợng phản xạ tồn phần: Sợi quang cáp quang
2 VỊ kĩ năng:
- Thit k cỏc phng ỏn thớ nghiệm để nghiên cứu tợng phản xạ toàn phần
- Vận dụng đợc kiến thức tợng phản xạ toàn phần để giải tập liờn quan
II - Chuẩn bị 1 Giáo viên:
- Dụng cụ đồ dùng ghi bảng - Giáo án “Phản xạ toàn phần”
2 Häc sinh:
Ôn lại kiến thức khúc xạ ánh sáng
III - Dự án ghi bảng
1 Hiện tợng phản xạ toàn phần: a) Góc khúc xạ giới hạn
- Xét tia sáng vào môi trờng có chiết suất n1 sang môi trờng khác
cã chiÕt st n2 Gi¶ sư: n2 > n1
- T¹i I:
1
n Sini
1 (1) Sin r n
=> i > r - NhËn xÐt:
(2)+ Khi i r nhng lu«n nhá h¬n i + Khi i = imax=900
=> r = rmax=igh
=> (1)
0
2
gh
gh
n n
Sin 90
0 Sin i (2)
Sin i n n
- Góc igh đợc định nghĩa theo (2) gọi góc khúc xạ giới hạn
- KÕt luËn: (SGK)
b) Sự phản xạ toàn phần:
- Xét tia sáng ®i tõ m«i trêng cã chiÕu suÊt n1 sang m«i trêng cã chiÕu
suÊt n2 nhá h¬n
- Biểu thức định luận khúc xạ ánh sáng:
2
n Sin i
1 r i
Sin r n
- NhËn xÐt:
+ Do n2 < n1 r > i
+ Khi i tăng dần r tăng dần nhng lớn i + Khi r = rmax = 900 i = imax=igh
gh
n
Sin i (3)
n
- Bè trÝ thÝ nghiÖm:
+ Dụng cụ: Bộ thí nghiệm nêu
- TiÕn trình: (GV nêu phơng án thí nghiệm phơng pháp thuyÕt tr×nh)
+ NhËn xÐt:
+ i < igh: phần tia sáng bị phản xạ, phần bị khúc xạ vào môi
tr-ờng (2)
+ i - igh: r = 900 Tia khóc x¹ trùng với tia phản xạ là mặt phân cách
giữa môi trờng
+ i > igh: Chỉ cần tia phản xạ tia khúc xạ => tợng phản xạ
toàn phần
(3)+ Tia sáng hớng tới mặt phân cách từ phía môi trờng có chiếu suất lớn
+ i igh
2 øng dơng cđa tợng phản xạ toàn phần:
(Yờu cu HS c SGK)
Hiện tợng phản xạ toàn phần có ứng dụng quan trọng sợi quang - Cấu tạo sợi quang
- Xét truyền ánh sáng sợi quang - ứng dụng: + Y học
+ C«ng nghƯ th«ng tin
IV Thiết kế hoạt động dạy học:
Hoạt động giáo viên Hoạt động học sinh * Hoạt động 1: Kiểm tra, chun b
điều kiện xuất phát
- Nêu định luật khúc xạ ánh sáng? - Cho tia sáng truyền từ mơi trờng có chiếu suất
2víi gãc tíi i = 30
sang mơi trờng khơng khí có chiết suất gần tính góc khúc xạ? GV bắt đầu đặt vấn :
- Nếu tăng góc tới 600 góc
khúc xạ bao nhiêu?
ĐVĐ: Tại tăng góc tới lên 600 ta góc khúc xạ?
liu cú hin tng xảy ra? Bài học hôm nghiên cu iu ú
+ áp dụng ĐL khúc xạ ¸nh s¸ng: n1 Sin i1 = n2 Sin r
2Sin 30
0 = Sin r
Sin r =
4 r = 0,75
+ Nếu tăng góc tới 600 ta cã:
n1 Sin i = n2 Sin r
0
3
Sin 60 1Sin r
3
Sin r
4
HS bÞ đa vào tình băn khoăn
* Hot ng 2: Tìm hiểu tợng phản xạ tồn phần:
(4)+ Xét tia sáng từ m«i trêng cã chiÕu suÊt n1 sang m«i trêng cã chiÕt
suÊt n2 (n1 < n2)
- Tia khúc xạ IR đợc xác định nh nào?
- Khi n2 > n1: m«i trêng (1) kÐm chiÕt
quang môi trờng (2) có nhận xét tia tới tia khúc xạ
+ Đa nhËn xÐt: Khi i th× r nhng i > r
- H·y cho biÕt kho¶ng biÕn thiªn cđa gãc tíi i?
+ i tăng từ 00 đến 900, mà r < i nên ta
tăng từ 00 đến r
max < 900 Khi đó, rmax
= igh đợc gọi góc khúc xạ giới hạn
- Tõ
0
gh
i 90
hãy tìm r i gh biểu thức xác nh i ?
ĐVĐ: Bây ta xét trờng hợp ánh sáng truyền từ môi trờng chiết quang sang m«i trêng chiÕt quang kÐm (n 1> n2)
b) Sự phản xạ toàn phần:
+ Xét tia sáng từ môi trờng có chiết suất n1 sang m«i trêng cã chiÕt suÊt n2
(n > n )
+ Tia IR tuân theo định luật khúc xạ ánh sáng 2 n Sin i (1) Sin r n
Sin i
n n
Sin r i r tia khúc xạ
ở gần pháp tuyến so với tia tới
+ ≤ i ≤ 900
i = 00: tia sáng vuông góc với mặt
phân cách
i = 900: tia sáng là mặt phân
c¸ch 2 gh 1 gh n Sin i + Theo (1):
Sin r n n Sin 90
Sin i n n
Sin i (2)
n
(5)- Tõ biĨu thøc (1) c¸c em có nhận xét quan hệ tia khúc xạ tia tới?
- Cho gúc ti biến thiên từ đến 900
th× tia khóc xạ nh nào?
- Vậy i > i0 có tia khúc xạ
na khơng? Để trả lời câu hỏi ta làm thí nghiệm sau:
+ Dùng miếng thuỷ tinh hình bán trụ D làm TN Tia sáng đợc chiếu từ mặt cong bán trụ lên điểm I, với cách chiếu nh tia sáng gặp mặt phân cách phía dới vng góc với mặt phân cáhc nên truyền thẳng miếng thuỷ tin hình bán trụ
+ Ban đầu cho tia tới đến điểm I với i = 300, sau tăng góc tới quan sỏt
xem có tợng xảy không? Yêu cầu HS nhận xét:
2
n Sin i
1 Sin r n
=> i < r tia tíi gÇn pháp tuyến tia khúc xạ
+ i tăng từ 00 900 thì r tăng từ
00 900 nhng i < r nªu
r = 900 th× i = i
(6)+ Hiện tợng (*) em vừa nhận xét đợc gọi tợng phản xạ toàn phần với i = i0 = igh gọi góc tới giới
h¹n,
- Tìm biểu thức xác định igh?
- Khi xảy tợng phản xạ toàn phần?
+ Dấu = hiểu theo trờng hợp giới hạn
+ Khi i = 300 (còn nhỏ) I xảy ra
hiện tợng khúc xạ ánh sáng, phần tia sáng bị phản xạ
+ Khi i = i0 r = 900 Tia sáng là
mặt phân cách
+ Khi i > i0: không cần tia khúc xạ
có tia phản xạ (*)
- Từ (1) với i igh0
r 90
2 gh
1
n
Sin i (3)
n
+ Có điều kiện:
ánh sáng truyền từ môi trờng tới môi trờng chiết quang i ≥ igh
* Hoạt động 3: Tìm hiểu ứng dụng tợng phản xạ toàn phần: Yêu cầu HS quan sát hình 45.5 nêu câu hỏi:
- Tại ánh sáng đợc dẫn qua sợi cáp quang chiếu khỏi sợi quang
(7)nh h×nh vÏ?
+ Sợi quang có lõi thuỷ tinh chất dẻo suốt có chiết suất n1, đợc bao quanh lớp vỏ có
chiÕt st n2
- Quan s¸t h×nh 45.4 cho biÕt chiÕt suÊt n1, n2 th× chiÕt suất lớn hơn?
- ỏnh sỏng c truyn nh vào sợi quang?
+ Những ứng dụng sợi quang: Các sợi quang đợc nối với tạo thành bó hay cịn gọi cáp quang.Trong y học dùng bó sợi quang phơng pháp nội soi
Trong công nghệ thông tin, cáp quang đợc dùng để truyền liệu
- Em nêu VD tợng khúc xạ ánh sáng mà em biết đời sống?
ra khái sỵi quang
+ n1 > n2
+ Tia sáng SI bị khúc xạ vào sợi quang, tia khúc xạ bị mặt tiếp xúc lõi lớp vỏ I, dới góc tới lớn góc tới giới hạn bị phản xạ toàn phần Hiện tợng phản xạ toàn phần nh lặp lại liên tiếp điểm I2, I3
- VD: Khi em ngồi xe máy ôtô, nhìn qua gơng chiếu hậu thấy ngời sau
* Hot ng 4: Củng cố học định hớng nhiệm vụ học tiếp theo: + Nêu câu hỏi củng cố kiến thức: - Điều kiện xảy tợng phản xạ toàn phần?
(8)đảo, nhng đến gần lại khơng có u cầu HS nêu ví dụ minh hoạ tợng phản xạ toàn phần?
- Làm tập 3,4 (SGK)
- Ôn lại kiến thức khúc xạ ánh sáng tợng phản xạ toàn phần