8. Cấu trúc luận văn
2.7.2. Bài 27: Phản xạ toàn phần
I. Mục tiêu:
1. Về kiến thức:
- Nêu được phản xạ toàn phần là hiện tượng khi ánh sáng truyền từ môi trường trong suốt này sang môi trường trong suốt khác không xảy ra sự khúc xạ, toàn bộ ánh sáng bị phản xạ tại mặt phân cách.
- Trả lời được câu hỏi thế nào là hiện tượng phản xạ toàn phần. Tính được góc giới hạn phản xạ toàn phần và nêu được điều kiện để có phản xạ toàn phần.
- Trình bày được cấu tạo và tác dụng dẫn sáng của sợi quang, cáp quang.
2. Về kỹ năng:
- Sử dụng được các thiết bị, bố trí thiết bị thí nghiệm trong bài học.
- Vận dụng kiến thức về phản xạ toàn phần để giải thích một số hiện tượng trong đời sống và kỹ thuật.
- Giải được các bài tập đơn giản về phản xạ toàn phần.
3. Thái độ:
- Có ý thức vận dụng những hiểu biết vật lý vào đời sống, khoa học kỹ thuật.
II. Chuẩn bị: 1. Giáo viên:
Các bộ thí nghiệm quang hình học lớp 11 gồm: - Bản nhựa trong suốt hình bán nguyệt
- Đèn laser hoặc đèn thường có ống chuẩn trực để tạo tia sáng song song. - Bảng từ để gắn các thiết bị thí nghiệm đã nêu trên.
- 01 đèn trang trí sợi quang, 01 mẫu sợi quang.
2. Học sinh:
Ôn tập hiện tượng khúc xạ ánh sáng,định luật khúc xạ ánh sáng quan hệ giữa góc tới và góc khúc xạ trong cả hai trường hợp khi ánh sáng đi từ môi trường chiết quang hơn sang môi trường chiết quang kém và ngược lại.
III. Tiến trình dạy học
Hoạt động 1 (7phút): Chuẩn bị điều kiện xuất phát, tạo tình huống có vấn đề.
Trợ giúp của GV Hoạt động của HS
- Ổn định tổ chức kiểm tra bài cũ.
Đặt vấn đề: Cho bài toán sau:
Chiếu ánh sáng đơn sắc từ tấm nhựa trong suốt có n=1,5 ra không khí. Tính góc khúc xạ r và vẽ hình minh họa trong các trường hợp sau:
a. i = 00 b. i = 300 c. i = 450 - GV gọi đại diện các nhóm báo cáo kết quả tính toán lên bảng. Nhận xét.
-Nêu vấn đề:
Trường hợp câu c. i = 450 ánh sáng đã
- HS phát biểu theo yêu cầu GV - HS giải bài toán trên theo nhóm
- Đại diện nhóm trình bày lời giải. Trường hợp câu c. i = 450 HS gặp bế tắc với i = 450 thì sinr > 1 (vô lý) nên không tính được r. Do đó không vẽ được tia khúc xạ.
đi như thế nào trong trường hợp này. Đây phải chăng là một hiện tượng vật lý mới mà chúng ta chưa biết.
Hoạt động 2 (10 phút): Tìm hiểu hiện tượng phản xạ toàn phần
Trợ giúp của GV Hoạt động của HS
- Trở lại bài toán của chúng ta: Theo em tia sáng trong trường hợp này đã đi như thế nào khi tới mặt phân cách của hai môi trường.
- Ghi nhận các dự đoán.
- Làm thế nào để biết tia sáng đã đi như thế nào?
- GV giao bộ dụng cụ quang hình học lớp 11 cho HS thực hiện thí nghiệm.
- Yêu cầu HS nêu nhận xét về giả thuyết mà các em đã đề ra.
- Nhận xét và nêu kết luận.
-Vậy tia sáng trong trường hợp c) i = 450 nêu ở bài toán đã quay trở lại
- Thảo luận nhóm nêu dự đoán: + Dự đoán 1: tia sáng biến mất .
+ Dự đoán 2: tia sáng quay lại môi trường tới.
- Đề xuất phương án kiểm tra giả
thuyết: Thực hiện thí nghiệm kiểm tra bài toán với i = 450.
- Chiếu ánh sáng tới với góc tới bằng 450 từ tấm nhựa ra không khí quan sát đường đi tia khúc xạ.
- Nhận xét: tia khúc xạ quay trở lại môi trường tới .
môi trường tới. Hiện tượng các em thấy trong thí nghiệm là hiện tượng phản xạ toàn phần. Một hiện tượng vật lý có nhiều ứng dụng trong khoa học, kỹ thuật và đời sống. Vậy hiện tượng phản xạ toàn phần là gì?
- GV nêu định nghĩa hiện tượng phản xạ toàn phần.
- HS ghi nhận định nghĩa
* Phản xạ toàn phần là hiện tượng phản xạ toàn bộ tia sáng tới, xảy ra ở mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt.
Hoạt động 3 (18 phút): Tìm hiểu điều kiện xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần
Trợ giúp của GV Hoạt động của HS
Đặt vấn đề: Hiện tượng chúng ta thấy
trong thí nghiệm xảy ra khi nào?
- Đó có phải điều kiện để ta có được hiện tượng phản xạ toàn phần hay chưa? Tại sao?
- Ta thử chiếu với góc tới lớn hơn 450
xem hiện tượng gì xảy ra. - Làm thí nghiệm
- GV làm thí nghiệm điều chỉnh i đến một giá trị nào đó (theo bộ thí nghiệm
- Khi ta chiếu tia tới đến với góc tới
bằng 450.
- Đây chính là điều kiện xảy ra hiện
tượng phản xạ toàn phần vì đã thấy qua thí nghiệm.
- Quan sát nhận xét kết quả: Vẫn có hiện tượng phản xạ toàn phần
thì i ≈ 420) để tia khúc xạ rất mờ nằm trên mặt phân cách lúc đó r =900. Sau đó tăng i lên từ từ, yêu cầu HS trả lời câu hỏi. Điều kiện góc tới bằng bao nhiêu thì xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần ?
Dùng định luật khúc xạ ánh sáng
n1sini = n2sinr với n1 = 1,5, n2 = 1 và r = 900
Suy ra i ≈ 420 ta đặt là igh = 420
- Yêu cầu HS lập biểu thức tổng quát cho sinigh
-Nhận xét. Thông báo về khái niệm góc tới giới hạn igh
- Yêu cầu HS làm thí nghiệm với ánh sáng truyền từ môi trường không khí vào tấm nhựa và nêu nhận xét.
- Nêu điều kiện để có phản xạ toàn phần.
lớn hơn 420 .
- HS thảo luận nhóm lập biểu thức
2 1 sinigh n n = với n2 < n1. - Tiến hành thí nghiệm.
- Để có hiện tượng phản xạ toàn phần thì phải chiếu ánh sáng đi từ môi trường chiết quang hơn sang môi trường chiết quang kém.
* Điều kiện để có phản xạ toàn phần - Ánh sáng truyền từ một môi trường tới một môi trường chiết quang kém hơn: n2 < n1
- Góc tới lớn hơn hoặc bằng góc giới hạn: i ≥ igh.
Hoạt động 4 (5phút) :Tìm hiểu ứng dụng của hiện tượng phản xạ toàn phần: Cáp quang
Trợ giúp của GV Hoạt động của HS
- GV nêu cấu tạo của cáp quang. - Làm thí nghiệm
- Các em hãy quan sát và giải thích hiện tượng quan sát trên.
- Nhận xét.
- GV giới thiệu công dụng cáp quang (bó sợi quang)
- Mở đèn trang trí bằng sợi quang,
* Cấu tạo
Cáp quang là bó sợi quang. Mỗi sợi quang là một sợi dây trong suốt có tính dẫn sáng nhờ phản xạ toàn phần. Sợi quang gồm hai phần chính:
+ Phần lõi trong suốt bằng thủy tinh siêu sạch có chiết suất lớn (n1).
+ Phần vỏ bọc cũng trong suốt, bằng thủy tinh có chiết suất n2 < n1.
Ngoài cùng là một lớp vỏ bọc bằng nhựa dẻo để tạo cho cáp có độ bền và độ dai cơ học.
-Vận dụng những kiến thức về hiện tượng phản xạ toàn phần giải thích.
* Công dụng
Cáp quang được ứng dụng vào việc truyền thông tin với các ưu điểm:
trình chiếu (tranh ảnh) các thiết bị nội soi, ứng dụng cáp quang trong truyền tải tín hiệu mạng internet…
+ Dung lượng tín hiệu lớn.
+ Không bị nhiễu bởi các bức xạ điện từ bên ngoài.
+ Không có rủi ro cháy (vì không có dòng điện).
Cáp quang còn được dùng để nội soi trong y học.
Hoạt động 5 (5phút): Vận dụng củng cố
Trợ giúp của GV Hoạt động của HS
-Tóm tắt nội dung bài học.
- Hướng dẫn HS giải bài tập ví dụ trang 170 SGK.
-Yêu cầu giải thích một số hiện tượng liên quan đến hiện tượng phản xạ toàn phần gặp trong cuộc sống.
-Giao công việc về nhà giải bài tập 5,6,7,8,9 trang 172,173 SGK và SBT
- Ghi nhớ.
- Theo dõi, ghi nhận.
- Vận dụng kiến thức mới học trả lời.
- Ghi nhận.