. sáng tạo của GV trong việc làm và sử dụng đồ dùng DH
4.1. Đại cương về phần Quang học
4.1.1. Khái quát phần Quang học.
Quang học là một bộ phận của vật lý học, chuyên nghiên cứu về ánh sáng, một hiện tượng khách quan, tác động lên mắt gây nên một cảm giác nhìn thấy cho con người. Ngày nay, các thành tựu của vật lí học đã có sự thống nhất về bản chất của ánh sáng với sóng điện từ cho nên đối tượng nghiên cứu của quang học được xác định giới hạn khá rõ ràng đó là sự truyền sóng điện từ ngắn. Từ bức xạ X đến bức xạ hồng ngoại, mặc dù trong dải sóng này có một số bức xạ không gây cảm giác nhìn thấy.
Quá trình hình thành và phát triển ngày một hoàn thiện của phần quang học là một quá trình mà con người không ngừng tìm hiểu qui luật truyền của ánh sáng trong các môi trường, từ đó đi đến một số dự đoán về bản chất của ánh sáng được thể hiện qua các giả thuyết về ánh sáng. Từ giả thuyết này sẽ lý giải trở lại các hiện tượng về ánh sáng.
Newton là người đưa ra thuyết hạt về ánh sáng. Ông cho rằng, ánh sáng là những dòng hạt rất nhỏ do nguồn sáng phát ra và lan truyền trong môi trường đồng chất. Sự phản xạ, sự khúc xạ được thuyết hạt giải thích hoàn toàn bằng phương pháp cơ học. Thuyết sóng ánh sáng của Huygens đã coi ánh sáng với tư cách là sóng trong ete, giống như sóng âm trong không khí. Năm 1865, Maxwell đã chứng minh rằng ánh sáng là sóng điện từ.
Khi nghiên cứu sự bức xạ và hấp thụ năng lượng, Planck cho rằng các dao động tử nguyên tử phát ra từng năng lượng xác định, từng lượng tử, từ đó Planck đã xây dựng nên thuyết lượng tử về năng lượng. Dựa trên cơ sở này, Einstein đưa ra thuyết lượng tử về ánh sáng. Ông cho rằng, ánh sáng là dòng hạt riêng biệt gọi là photon. Mỗi photon đều mang một năng lượng xác định.
Quan niệm hạt photon của dòng ánh sáng hoàn toàn khác với quan niệm hạt của Newton. Với quan niệm này của Einstein thì các hạt photon ánh sáng tuân theo các định luật cơ học lượng tử và cũng từ quan niệm này đã cho chúng ta thấy rằng ánh sáng mang lưỡng tính sóng – hạt.
4.1.2. Sơ đồ cấu trúc nội dung của phần Quang học.
Phần Quang học trong chương trình lớp 12 nâng cao gồm có hai chương: Chương VI. Sóng ánh sáng và chương VII. Lượng tử ánh sáng.
Sơ đồ cấu trúc nội dung của chương VI. Sóng ánh sáng:
Nhiễu xạ ánh sáng, giao thoa ánh sáng Tán sắc ánh sáng
Khoảng vân. Bước sóng và màu sắc ánh sáng
Bài tập về giao thoa ánh sáng
Máy quang phổ. Các loại quang phổ
Tia hồng ngoại. Tia tử ngoại
Tia X. Thuyết điện từ ánh sáng thang sóng điện từ
Thực hành: Xác định bước sóng ánh sáng
Sơ đồ cấu trúc nội dung của chương VII. Lượng tử ánh sáng:
4.2. Thiết kế giáo án một số bài học trong phần Quang học.
Hiện tượng quang điện trong. Quang điện trở và pin quang điện - Hiện tượng quang điện trong. - Hiện tượng quang dẫn.
- Quang điện trở và pin quang điện.
Mẫu nguyên tử Bo - Tiền đề về trạng thái dừng.
- Tiền đề về sự bức xạ và hấp thụ năng lượng của nguyên tử
Quang phổ vạch của nguyên tử Hiđrô
Hấp thụ và phản xạ lọc lựa ánh sáng. Màu sắc các vật
- Định luật về sự hấp thụ ánh sáng. - Hấp thụ lọc lựa.
- Phản xạ lọc lựa và màu sắc các vật.
Sự phát quang. Sơ lược về Laze - Hiện tượng phát quang.
- Các dạng phát quang: lân quang và huỳnh quang.
- Định luật Xtốc về sự phát quang. - Sơ lược về Laze.
Hiện tượng quang điện ngoài. Các định luật quang điện.
Thuyết lượng tử ánh sáng.
- Thuyết lượng tử năng lượng của Plăng. - Thuyết lượng tử ánh sáng. Phôtôn
Lưỡng tính sóng – hạt của ánh sáng
4.2.1. Bài 35. TÁN SẮC ÁNH SÁNG
Tiết: … theo phân phối chương trình
I. Mục tiêu 1. Kiến thức:
- Mô tả và giải thích được hiện tượng tán sắc ánh sáng. - Nắm được khái niệm ánh sáng trắng và ánh sáng đơn sắc.
2. Kĩ năng:
- Vận dụng giải thích được các hiện tượng vật lí trong đời sống. - Vận dụng giải các bài tập về tán sắc ánh sáng.
- Giải thích màu sắc của các vật.
II. Chuẩn bị 1. Giáo viên :
-Bộ thí nghiệm tán sắc ánh sáng, thí nghiệm ánh sáng đơn sắc, ánh sáng trắng. - Phần mềm mô phỏng thí nghiệm tán sắc ánh sáng, thí nghiệm về ánh sáng đơn sắc. - Một số câu hỏi trắc nghiệm theo nội dung của bài.
- Phiếu học tập
Câu 1: Ánh sáng trắng là gì:
Câu 2: Giải thích sự tán sắc ánh sáng?
Câu 3: Hãy chọn câu đúng. Ánh sáng Mặt Trời rọi xuống mặt nước trong một bể bơi và tạo ở đáy bể một vệt sáng sẽ
A. có màu trắng dù chiếu xiên hay chiếu vuông góc. B. có nhiều màu dù chiếu xiên hay chiếu vuông góc.
C. có nhiều màu khi chiếu xiên và có màu trắng khi chiếu vuông góc. D. không có màu dù chiếu thế nào.
Câu 4: Hãy chọn câu đúng. Khi một chùm sáng đơn sắc truyền từ không khí vào trong thuỷ tinh thì
A. tần số tăng, bước sóng giảm. B. tần số giảm, bước sóng tăng.
C. tần số không đổi, bước sóng tăng D.tần số không đổi, bước sóng giảm.
B. chỉ với các lăng kính chất rắn hoặc chất lỏng.
C. ở mặt phân cách hai môi trường chiết quang khác nhau.
D. ở mặt phân cách một môi trường rắn hoặc lỏng, với chân không (hoặc không khí).
Câu 6: Chọn câu sai trong các câu sau:
A. Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng không bị tán sắc khi đi qua lăng kính. B. Mỗi ánh sáng đơn sắc khác nhau có màu sắc nhất định khác nhau.
C. Ánh sáng trắng là tập hợp của 7 ánh sáng đơn sắc: đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím.
D. Lăng kính có khả năng làm tán sắc ánh sáng.
Câu 7: Chọn phát biểu sai trong các phát biểu sau:
A. Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng không bị tán sắc khi qua lăng kính. B. Lăng kính có khả năng làm làm tán sắc ánh sáng trắng.
C. Ánh sáng trắng khi đi qua lăng kính sẽ bị tách thành chùm ánh sáng đơn sắc có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím.
D. Khi chiếu chùm ánh sáng đơn sắc vào lăng kính thì chùm ánh sáng sau lăng kính vẫn giữ nguyên màu và không bị lệch phương truyền.
Đáp án: Câu 3(C), Câu 4(D), Câu 5(C), Câu 6(C), Câu 7(D)
Dự kiến ghi bảng:
BÀI 35: TÁN SẮC ÁNH SÁNG 1.Thí nghiệm về tán sắc ánh sáng: a. Sơ đồ thí nghiệm:(H 35.1)
b. Kết quả thí nghiệm:
- Chùm sáng trắng Mặt Trời sau khi qua lăng kính đã bị phân tách thành các chùm sáng có màu khác nhau từ đỏ đến tím. Chùm sáng đỏ bị lệch ít nhất, chùm sáng tím bị lệch nhiều nhất. - Hiện tượng này được gọi là sự tán sắc ánh sáng.
- Dải màu từ đỏ đến tím gọi là quang
b.Tổng hợp các ánh sáng đơn sắc thành ánh sáng trắng: (TN H35.2)
c. Kết luận:
- Ánh sáng trắng là hỗn hợp của nhiều ánh sáng đơn sắc, có màu từ đỏ đến tím.
3.Giải thích hiện tượng tán sắc ánh sáng:
+ Ánh sáng trắng là hỗn hợp của nhiều ánh sáng đơn sắc, có màu từ đỏ đến tím.
+ Chiết suất của thuỷ tinh (của mọi môi trường trong suốt) có giá trị khác nhau đối với ánh sáng đơn sắc có màu khác nhau, nhỏ nhất đối với màu đỏ và lớn nhất đối với màu
phổ của ánh sáng Mặt Trời.
2. Ánh sáng trắng và ánh sáng đơn sắc:
a.Thí nghiệm của Niu-tơn về ánh sáng đơn sắc:
Kết quả thí nghiệm:
- Chùm sáng màu vàng không bị tán sắc.
- Góc lệch của các chùm tia có màu khác nhau khi truyền qua lăng kính là khác nhau.
Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng không bị tán sắc mà chỉ bị lệch khi đi qua lăng kính. tím. Sự tán sắc ánh sáng là sự phân tách một chùm ánh sáng phức tạp thành các chùm ánh sáng đơn sắc khác nhau. 4. Ứng dụng sự tán sắc ánhsáng: - Trong máy quang phổ
- Giải thích hiện tượng cầu vồng….
2. Học sinh :
- Ôn lại góc lệch tia sáng đơn sắc khi qua lăng kính (Vật lí 11) - Trả lời câu hỏi trong phiếu học tập
Các cơ hội HS có thể nhận được trong quá trình tiếp thu bài học:
Cơ hội 1: HS nhận thức được việc áp dụng PPTN, tiến hành các thí nghiệm để tổng hợp ánh sáng trắng?
Cơ hội 2: HS quan sát thí nghiệm H.35.2 và cho biết kết quả thí nghiệm? Thí nghiệm đã chứng tỏ điều gì?
Cơ hội 3: HS giải thích hiện tượng tán sắc ánh sáng, giải thích hiện tượng cầu vồng, hiện tượng giọt sương lấp lánh nhiều sắc khi có ánh sáng Mặt Trời chiếu vào?
Cơ hội 4: Trong thực tế em đã gặp hiện tượng tán sắc ánh sáng nào? SK1: Giọt sương khi ánh sáng Mặt Trời chiếu
vào.
SK4: Hiện tượng cầu vồng sau cơn mưa SK2: Quan sát bóng đèn sau 1 lọ nước
Ánh sáng bị tán sắc khi đi qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt.
Củng cố và hướng dẫn về nhà.
Giải thích hiện tượng tán sắc ánh sáng và ứng dụng của sự tán sắc ánh sáng.
- TN của Niu-tơn về ánh sáng đơn sắc.
- Tổng hợp ánh sáng đơn sắc thành ánh sáng trắng bằng bìa cứng
Giải thích hiện tượng tán sắc ánh sáng và ứng dụng của sự tán sắc ánh sáng
TN của Niu-tơn về ánh sáng đơn sắc.
- Tổng hợp ánh sáng đơn sắc thành ánh sáng trắng bằng bìa cứng.
HQ: Lăng kính đã nhuộm màu ánh sáng trắng thành ánh sáng màu
TNKT: Đặt sau LK P một LK P/ giống hệt LK P làm thành bản mặt song song.
TN (H.35.1): Sự tán sắc ánh sáng
Ánh sáng trắngLKchùm sáng biến thiên liên tục từ đỏ đến tím.
IV. Tiến trình dạy học
Hoạt động 1: ( phút)Chuẩn bị kiến thức
Hoạt động của HS Hoạt động của GV
- HS thảo luận nhóm ôn lại kiến thức cũ, tìm hiểu vấn đề bài mới và phát biểu.
+ Tia sáng đơn sắc qua lăng kính bị khúc xạ về phía đáy lăng kính.
+ Góc lệch D phụ thuộc chiết suất n, n càng lớn thì D càng lớn
- Nêu các câu hỏi về sự truyền tia sáng đơn sắc qua lăng kính và góc lệch của tia sáng.
Hoạt động 2: (2 phút) hảo sát thí nghiệm về tán s c ánh sáng
Hoạt động của HS Hoạt động của GV
- Tiếp nhận vấn đề.
- Nhìn thấy hình ảnh cầu vồng qua bể nước.
- Quan sát GV tiến hành thí nghiệm - Lúc đầu trên màn có vết sáng trắng. Sau khi đặt lăng kính P1 có dãy sáng liên tục nhiều màu từ đỏ đến tím.
- Chúng đều bị lệch về phía đáy lăng kính.
- Chùm ánh sáng sau khi qua lăng kính không những bị lệch về phía đáy mà còn bị tách ra thành các chùm sáng có màu cầu vồng.
Thí nghiệm 1: Về sự tán sắc ánh sáng
- Dùng hình ảnh cầu vồng để đặt vấn đề vào bài.
- Dùng màn hình trình chiếu hoặc tranh vẽ khổ lớn để giúp HS tìm hiểu mục đích TN. - Đặt mắt nhìn sát mặt bên một bể cá vàng hình hộp mà phía bên vuông góc có một ngọn đèn, nhìn thấy hình ảnh thế nào? - Tiến hành thí nghiệm H 35.1.
- So sánh 2 hình ảnh trên màn, trước và sau khi đặt lăng kính P1?
- Quan sát phương của chùm tia sáng đi trong lăng kính và chùm tia sáng ló ra lăng kính?
ánh sáng
- Từ câu hỏi của GV, HS đề xuất cách kiểm tra xem có phải lăng kính đã làm thay đổi màu sắc ánh sáng?
- Nêu một phương án thí nghiệm: dùng ánh sáng đơn sắc cho qua lăng kính. - Nhận xét: chùm ánh sáng đơn sắc bị lệch về phía đáy lăng kính và không đổi màu.
- Góc lệch khác nhau. HS rút ra kết luận về ánh sáng đơn sắc.
- HS phát hiện nghi vấn: ánh sáng trắng gồm nhiều thành phần đơn sắc từ đỏ đến tím. Và đề xuất cách KT nghi vấn trên.
- HS tìm hiểu bố trí thí nghiệm 3.
- Quan sát TN
- Ánh sáng có màu từ đỏ đến tím lần lượt đi vào mắt. Đĩa quay nhanh do hiện tượng lưu ảnh trên võng mạc nên có 7 ánh sáng từ đỏ đến tím chồng chập trên võng mạc.
- Mắt có cảm giác màu trắng cho thấy: tổng hợp ánh sáng có màu từ đỏ đến tím sẽ được ánh sáng trắng.
- Ánh sáng trắng là hỗn hợp của nhiều ánh sáng đơn sắc có màu từ đỏ đến tím.
gì?
- Có phải lăng kính đã làm thay đổi màu sắc ánh sáng?
Thí nghiệm 2: Với ánh sáng đơn sắc
- Tiến hành thí nghiệm 2.
- Nhận xét phương và màu của chùm tia sáng đi qua lăng kính ?
- Quan sát góc lệch của các chùm tia sáng có màu khác nhau ?
- Ánh sáng đơn sắc không bị tán sắc khi qua lăng kính, vậy tại sao ánh sáng trắng khi qua lăng kính lại bị phân tán thành các thành phần đơn sắc khác nhau?
TN 3: Tổng hợp ánh sáng trắng
- GV nêu một số phương án thí nghiệm tổng hợp ánh sáng trắng và đưa ra một phương án khả thi.
- Tiến hành TN theo hình 35.3.
- Cho đĩa quay với tốc độ tăng dần, có quan sát được hết 7 màu trên mặt đĩa không? Vì sao?
- Có phải là trong chùm ánh sáng trắng chỉ có bảy chùm màu đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím?
Hoạt động 3: ( phút)Giải thích hiện tượng tán s c ánh sáng
Hoạt động của HS Hoạt động của GV
- D = A( n-1)
- Các thành phần đơn sắc bị khúc xạ với những góc lệch khác nhau nên chiết suất của lăng kính với các ánh sáng đơn sắc khác nhau là khác nhau.
- Qua hiện tượng tán sắc, chúng ta thấy: Chiết suất của một môi trường trong suốt có quan hệ với màu sắc ánh sáng.
- Yêu cầu HS nhắc lại các công thức về lăng kính. Công thức nào thấy rõ góc lệch D của tia sáng truyền qua lăng kính phụ thuộc vào chiết suất n?
- Góc lệch của những lăng kính khác nhau cho thấy chiết suất của môi trường lăng kính như thế nào?
- Rút ra kết luận chung về sự tán sắc ánh sáng.
Hoạt động 4: ( phút)T m hi u ứng dụng của hiện tượng tán s c ánh sáng
Hoạt động của HS Hoạt động của GV
- HS quan sát, thảo luận và giải thích hiện tượng.
- Nêu một số ứng dụng về hiện tượng tán sắc ánh sáng.
- Trình chiếu cho HS quan sát hình ảnh cầu vồng và yêu cầu HS giải thích.
- Nêu thêm một ứng dụng quan trọng của hiện tượng tán sắc: chế tạo máy quang phổ.
Hoạt động 5: ( phút)Củng cố, hướng dẫn về nh
Hoạt động của HS Hoạt động của GV
- Trả lời các câu hỏi SGK - Tiếp nhận nhiệm vụ.
- Giao nhiệm vụ về nhà: làm các bài tập trong SGK và SBT có liên quan. - Yêu cầu HS chuẩn bị bài tiếp theo.
V. Rút kinh nghiệm-bổ sung
……….. .………. ………..
4.2.2. Bài 36: NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG. GIAO THOA ÁNH SÁNG
Tiết: … theo phân phối chương trình
I. Mục tiêu 1. Kiến thức:
- Nêu được hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng là gì. Nêu được mỗi ánh sáng đơn sắc có một bước sóng xác định trong chân không.
- Trình bày được thí nghiệm Y-âng về sự giao thoa ánh sáng và nêu được điều kiện để xảy ra hiện tượng giao thoa ánh sáng.
- Nêu được vân sáng, vân tối là kết quả của sự giao thoa ánh sáng.
- Nêu được hiện tượng giao thoa ánh sáng chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng.