8. Cấu trúc luận văn
2.7.1. Bài 26: Khúc xạ ánh sáng
I. Mục tiêu
1. Kiến thức (chuẩn kiến thức):
Trình bày được
- Hiện tượng khúc xạ ánh sáng. Nhận ra trường hợp giới hạn i = 00. - Định luật khúc xạ ánh sáng.
- Các khái niệm: chiết suất tuyệt đối, chiết suất tỉ đối, viết được hệ thức liên hệ giữa chiết suất tỉ đối và chiết suất tuyệt đối.
- Tính thuận nghịch trong sự truyền ánh sáng.
- Cách vẽ đường đi của tia sáng từ môi trường này sang môi trường khác.
2. Kĩ năng (chuẩn kỹ năng):
Vận dụng được định luật khúc xạ ánh sáng để giải các bài tập về khúc xạ ánh sáng.
3. Kiến thức kỹ năng (Theo định hướng nghiên cứu của đề tài)
Đề xuất được phương án thí nghiệm và tính toán để rút ra quy luật phụ thuộc của i và r, của sini và sinr
II. Chuẩn bị: 1. Giáo viên:
- Một cốc nước, cái thìa như hình 26.1 SGK.
- Một bản nhựa trong suốt hình bán nguyệt. - Bản mặt song song trong suốt.
- Một đèn bấm laze hay đèn thường có ống chuẩn trực để tạo nguồn sáng song song.
- Bảng gắn có chia độ và một thước kẻ màu đậm (để làm TN trực quan về khúc xạ).
2. Học sinh: Ôn lại định luật truyền thẳng ánh sáng, hiện tượng phản xạ và hiện
tượng khúc xạ ánh sáng ở chương trình THCS.
III. Tiến trình dạy học
Hoạt động 1: (5 phút): Tìm hiểu hiện tượng khúc xạ ánh sáng. Đặt vấn đề xuất
phát.
Trợ giúp của GV Hoạt động của HS
- Đặt vấn đề: Các em hãy quan sát thí nghiệm sau và cho biết hiện tượng
- Lắng nghe lời dẫn của GV. - HS quan sát thí nghiệm.
quan sát được là hiện tượng vật lý gì?
- Nêu thêm một số ví dụ về hiện tượng khúc xạ ánh sáng.
- Giới thiệu cho học sinh góc tới i, góc khúc xạ r, làm thí nghiệm để thấy được mặt định tính của định luật.
- Nêu kết quả quan sát.
Tia sáng trong thí nghiệm bị lệch phương (gãy khúc) tại mặt phân cách. Đây là hiện tượng khúc xạ ánh sáng.
* Khúc xạ ánh sáng là hiện tượng lệch phương (gãy) của các tia sáng khi truyền xiên góc qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt khác nhau.
- HS lắng nghe, ghi nhận.
- Quan sát.
Hoạt động 2: (20 phút): Tìm hiểu định luật khúc xạ ánh sáng.
Trợ giúp của GV Hoạt động của HS
*Đặt vấn đề :Ở lớp 9, ta đã biết khi
góc tới tăng, góc khúc xạ cũng tăng theo. Thế nhưng, có quy luật nào cho sự
Hoạt động theo nhóm:
- Đại diện nhóm: đứng tại chỗ nhắc lại hiện tượng khúc xạ ánh sáng.
phụ thuộc của góc tới và góc khúc xạ không?
*Giải quyết vấn đề:
- Làm thế nào để tìm ra quy luật phụ thuộc giữa chúng?
- Yêu cầu các nhóm thảo luận nêu giả thuyết.
- Bố trí thí nghiệm và giới thiệu dụng cụ thí nghiệm
- Yêu cầu HS tiến hành thí nghiệm với cặp môi trường trong suốt: bản nhựa trong suốt – không khí, chiếu ánh sáng từ không khí đến tấm nhựa, thay đổi góc tới để có một góc khúc xạ tương ứng.
- Lấy kết quả từ một số nhóm.
- GV làm thí nghiệm chiếu ánh sáng từ tấm nhựa trong suốt ra không khí, điều chỉnh các góc tương ứng với thí nghiệm trên để HS có điều kiện so sánh và rút
- Thảo luận nhóm. - Nêu giả thuyết:
Giả thuyết 1: chúng tăng tỉ lệ thuận với nhau.
Giải thuyết 2: chúng tăng không tỉ lệ thuận.
- Chúng ta làm thí nghiệm: thay đổi góc tới i đo góc khúc xạ r và kiểm tra kết quả rút ra quy luật phụ thuộc của chúng.
- HS làm thí nghiệm theo nhóm, ghi kết quả thí nghiệm vào bảng kẻ sẵn:
i r sin sin i r
Xử lí số liệu để nêu được mối quan hệ định lượng giữa i và r, sini và sinr giữa hai môi trường trong suốt nhất định.
ra kết luận.
- Gọi đại diện các nhóm đưa ra các kết luận.
- Đánh giá các nhận xét và kết luận của các nhóm.
- Hướng dẫn HS phát biểu nội dung định luật: như vậy chúng ta đã khảo sát xong sự phụ thuộc của r vào i và ngược lại, sinr và sini, những kết luận mà các em rút ra đó cũng chính là nội dung của định luật khúc xạ ánh sáng. Hãy phát biểu định luật.
- GV nhận xét, bổ sung và phát biểu đầy đủ định luật khúc xạ ánh sáng.
nhận xét.
- Đại diện nhóm 1: kết luận về hướng của tia khúc xạ.
- Đại diện nhóm 2: kết luận về liên hệ giữa i và r:
+ i thay đổi thì r thay đổi theo. + i tăng thì r tăng theo và ngược lại. Có một quy luật giữa r và i.
+ Nếu chiếu ánh sáng từ tấm nhựa sang không khí thì: khi góc tới nhỏ thì góc khúc xạ tỉ lệ thuận với góc tới nhưng khi góc tới có giá trị lớn thì không còn quy luật này nữa.
- Đại diện nhóm 3: kết luận về sini và
sinr: sin sin i r = hằng số - Các nhóm khác (cá nhân) nhận xét và bổ sung.
- Tự phát biểu định luật theo cách nghĩ cá nhân.
* Định luật khúc xạ ánh sáng:
+ Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới (tạo bởi tia tới và pháp tuyến) và ở phía bên kia pháp tuyến so với tia tới. + Với hai môi trường trong suốt nhất định, tỉ số giữa sin góc tới (sini) và sin góc khúc xạ (sinr) luôn luôn
không đổi:
sin sin
i
r = hằng số
Hoạt động 3: (10 phút): Tìm hiểu chiết suất môi trường .
Trợ giúp của GV Hoạt động của HS
Hướng dẫn HS tìm hiểu khái niệm chiết quang hơn, chiết quang kém. - GV làm thí nghiệm: Chiếu cùng góc tới, nhưng trong hai trường hợp:
- Trường hợp 1: chiếu ánh sáng từ không khí vào tấm nhựa trong suốt
- Trường hợp 2: chiếu ánh sáng từ tấm nhựa vào vào không khí
- Quan sát thí nghiệm, rút ra nhận xét theo yêu cầu của GV
Đối với cùng một góc tới thì góc khúc xạ có giá trị khác nhau khi chiếu vào các môi trường khác nhau.
+ Nếu chiếu ánh sáng từ không khí vào bản nhựa thì r < i
+ Nếu chiếu ánh sáng từ bản nhựa vào không khí thì r>i.
GV thực hiện nhiều lần bằng nhiều góc tới khác nhau (tránh trường hợp xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần) yêu cầu HS quan sát và nhận xét tia khúc xạ và góc khúc xạ trong các trường hợp trên. Cho biết sự phụ thuộc của chúng vào môi trường.
-Thông báo khái niệm chiết suất tỉ đối, chiết suất tuyệt đối. Hãy nhận xét sự phụ thuộc của i, r vào chiết suất môi trường.
Mối liên hệ giữa chiết suất tỉ đối và chiết suất tuyệt đối
Yêu cầu HS viết công thức của định luật khúc xạ dưới dạng đối xứng
* Tỷ số không đổi sin
sin
i
r trong hiện tượng khúc xạ gọi là chiết suất tỉ đối n21 của môi trường (2), (chứa tia khúc xạ) đối với môi trường (1) (chứa tia tới) 21 sin sini n r = - Nếu n21 > 1 thì r < i: Tia khúc xạ lệch gần pháp tuyến hơn. Ta nói môi trường (2) chiết quang hơn môi trường (1).
- Nếu n21 < 1 thì r > i: Tia khúc xạ lệch xa pháp tuyến hơn. Ta nói môi trường (2) chiết quang kém môi trường (1).
* Chiết suất tuyệt đối (thường gọi tắt là chiết suất) của một môi trường là chiết suất tỉ đối của môi trường đó đối với chân không.
Mối liên hệ giữa chiết suất tỉ đối và chiết suất tuyệt đối: 21 2
1
n n
n
= .
Công thức của định luật khúc xạ có thể viết dưới dạng đối xứng:
n1sini = n2sinr.
Trợ giúp của GV Hoạt động của HS Đặt vấn đề: Nếu ánh sáng truyền từ
điểm S tới điểm R theo một đường thì khi ta chiếu ánh sáng từ R thì nó có đi theo đường cũ để tới S hay không ? Hay nó sẽ đi theo đường khác và không tới S ?
- Làm thế nào để kiểm tra các giả thuyết ấy ?
- Làm thí nghiệm như ở hoạt động 2
- GV nhận xét và nêu kết luận về tính thuận nghịch của chiều truyền ánh sáng.
- Suy nghĩ trả lời, nêu các giả thuyết + Giả thuyết 1: Không truyền theo đường cũ, không tới S.
+ Giả thuyết 2: Vẫn đi theo đường cũ tới S.
+ Giả thuyết 3: Tới S nhưng đi theo đường khác.
- Ta làm thí nghiệm: chiếu ánh sáng từ S đến R, đánh dấu đường đi và sau đó ta chiếu ngược lại từ R ?
- Quan sát, nhận xét kết quả
Ánh sáng truyền từ S đến R theo đường nào thì cũng đi theo đường đó khi chiếu từ R. Tức là ánh sáng vẫn đi theo đường cũ khi ta đổi vị trí nguồn và ảnh
* Ánh sáng truyền đi theo đường nào thì cũng truyền ngược lại theo đường đó.
Từ tính thuận nghịch ta suy ra:
12 21 1 n n = Hoạt động 5: (5 phút): Vận dụng củng cố kiến thức
Trợ giúp của GV Hoạt động của HS
- Hướng dẫn HS bài tập ví dụ trang 165 SGK.
- Trả lời câu hỏi 1,2,3,4,5 SGK trang 166.
- Giải đáp thắc mắc của HS.
- Yêu cầu HS giải thích nguyên nhân của hiện tượng khúc xạ ánh sáng.
- Nhận xét, nêu ý nghĩa chiết suất một số môi trường theo bảng 26.2
- Giao bài tập về nhà: 6,7,8,9,10 trang 166,167 SGK và các bài tập trong SBT.
- Lắng nghe, nêu thắc mắc.
- Thảo luận nhóm, trả lời.
- Lắng nghe, ghi nhận.