Giáo viên chia lớp thành 4 nhĩm, mỗi nhĩm chọn 1 nhĩm trưởng và 1 thư kí. Sắp xếp bàn ghế sao cho các thành viên trong nhĩm cĩ thể ngồi đối mặt với nhau để thuận tiện cho việc trao đổi, thảo luận.
Sau khi các nhĩm đã ổn định, giáo viên chiếu tia Laze từ khơng khí vào thủy tinh rồi từ từ thay đổi gĩc tới cho học sinh quan sát.
Đa số học sinh đều nhận thấy: Tia sáng bị gãy khúc khi đi qua mặt phân cách giữa khơng khí và thủy tinh.
Giáo viên thơng báo: đây là hiện tượng khúc xạ ánh sáng. Giáo viên đặt câu hỏi: hiện tượng khúc xạ ánh sáng là gì?
Mỗi học sinh tự ghi định nghĩa hiện tượng khúc xạ ánh sáng theo ý kiến cá nhân vào vở thí nghiệm. Sau đĩ mỗi nhĩm trao đổi, thảo luận rồi đưa ra ý kiến chung nhất.
Kết quả như sau:
Giáo viên đặt câu hỏi: câu trả lời các nhĩm cĩ điểm chung gì?
Học sinh đều nhận xét: tia sáng bị gãy khúc, ánh sáng truyền từ mơi trường này sang mơi trường khác.
Vậy hai mơi trường này phải cĩ đặc điểm gì chúng ta mới thấy tia khúc xạ. Đa số các học sinh đều nhận xét: đều phải trong suốt.
Tiếp theo, giáo viên giới thiệu cho học sinh các đại lượng cĩ liên quan trong thí nghiệm.
Giáo viên làm nảy sinh vấn đề: Khi ta cĩ một tia tới bất kì, làm thế nào ta cĩ thể vẽ được tia khúc xạ tương ứng?
Học sinh trao đổi, thảo luận: Làm thế nào để vẽ? Muốn vẽ được dựa trên lý thuyết nào? Chưa đủ kiến thức? Muốn vẽ được cần biết tia khúc xạ và tia tới cĩ quan hệ gì?...
Nảy sinh vấn đề: Tia tới và tới khúc xạ cĩ liên hệ với nhau như thế nào?
Giáo viên phát phiếu học tập số 1: Hãy quan sát thí nghiệm sau và nêu mối liên hệ giữa gĩc tới và gĩc khúc xạ mà em quan sát được.
Giáo viên thực hiện lại thí nghiệm, từ từ thay đổi gĩc tới để học sinh tìm ra được mối liên hệ giữa tia tới và tia khúc xạ.
Học sinh ghi vào vở thí nghiệm mối quan hệ giữa tia tới và tia khúc xạ mà mình quan sát được, sau đĩ trao đổi với các thành viên của nhĩm, thống nhất ý kiến rồi đưa ra biểu tượng ban đầu chung của nhĩm.
Từ những biểu tượng ban đầu này, giáo viên yêu cầu học sinh nhận xét điểm giống nhau và khác nhau giữa các nhĩm.
Giáo viên hướng dẫn học sinh đề ra giả thuyết – dự đốn bằng cách làm lại thí nghiệm để loại bỏ biểu tượng ban đầu khơng phù hợp và đề ra giả thuyết phù hợp nhất.
Sau khi thảo luận, các nhĩm đều nhất trí, giả thuyết – dự đốn được đề xuất là: + Giả thuyết 1: Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới.
+ Giả thuyết 2: Tia tới và tia khúc xạ ở hai bên pháp tuyến. + Giả thuyết 3: Gĩc tới tỉ lệ thuận với gĩc khúc xạ.
Tiết 2.
Giáo viên phát phiếu học tập số 2: Em hãy đề xuất kiểm tra giả thuyết 1? Để thực hiện em cần những dụng cụ gì? Những dụng cụ này phải được sắp xếp ra sao? Thí nghiệm phải được tiến hành như thế nào?
Các nhĩm thảo luận, trao đổi đều cho rằng: đặt bản thủy tinh lên mặt phẳng bảng, chiếu tia sáng từ khơng khí vào thủy tinh, khi đĩ, tia tới và tia khúc xạ đều nằm trên mặt phẳng bảng nên cĩ thể kết luận giả thuyết 1 là đúng.
Giáo viên nhận xét: Điều đĩ chỉ chứng tỏ tia khúc xạ và tia phản xạ cĩ thể nằm cùng một mặt phẳng, liệu tia khúc xạ cĩ thể nằm trên mặt phẳng khác được khơng? Làm thế nào chứng tỏ tia khúc xạ luơn nằm trên mặt phẳng tới?
Giáo viên gợi ý: nếu bên phía tia khúc xạ cĩ một mặt phẳng khác mặt phẳng tới thì chỉ cần tia khúc xạ khơng nằm trên mặt phẳng này, ta cĩ thể khẳng định tia khúc xạ chỉ nằm trong mặt phẳng tới. Vậy làm thế nào ta cĩ thể làm được điều này?
Học sinh thảo luận cả lớp đưa ra phương án thí nghiệm: Đặt tờ giấy sau bản thủy tinh, gập tờ giấy ở phía tia khúc xạ lại (gập về phía sau), chiếu ánh sáng từ thủy tinh vào khơng khí, nếu tia khúc xạ khơng nằm trên tờ giấy thì chứng tỏ tia khúc xạ chỉ nằm trong mặt phẳng tới.
Giáo viên nhận xét và yêu cầu học sinh tiếp tục trả lời câu hỏi trong phiếu học tập số 2.
Học sinh thảo luận nhĩm đều đưa ra kết luận: các dụng cụ cần thiết là nguồn sáng (ở đây sử dụng tia laze), bản thủy tinh, tờ giấy. Các dụng cụ này được sắp xếp như sau: gấp đơi tờ giấy rồi đặt bản thủy tinh lên trên tờ giấy sao cho mép bản thủy tinh trùng với nếp gấp và phần cịn lại của tờ giấy hướng về phía sau. Chiếu tia sáng từ thủy tinh ra khơng khí. Nếu tia khúc xạ khơng nằm trên tờ giấy chứng tỏ tia khúc xạ luơn nằm trong mặt phẳng tới.
Giáo viên nhận xét rồi yêu cầu học sinh tiến hành thí nghiệm như đã đề xuất, yêu cầu mỗi thành viên của nhĩm đều tham gia tiến hành thí nghiệm và viết kết quả thí nghiệm theo ý kiến của mình vở thí nghiệm rồi trao đổi với nhĩm. Sau khi trao đổi thảo luận mỗi nhĩm viết báo cáo thí nghiệm rồi đưa ra kết luận của nhĩm.
Mỗi nhĩm cử đại diện báo cáo kết quả thí nghiệm của nhĩm và đưa ra kết luận của nhĩm. Các nhĩm đều thống nhất giả thuyết 1 là đúng: Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới.
Giáo viên phát phiếu học tập số 3 yêu cầu học sinh kiểm chứng giả thuyết 2: Tương tự, em hãy đề xuất kiểm tra giả thuyết 2?
Học sinh tự đề xuất phương án kiểm tra giả thuyết 2 và viết vào vở thí nghiệm rồi trao đổi với nhĩm.
Giáo viên yêu cầu mỗi nhĩm nêu phương án thí nghiệm kiểm tra giả thuyết 2, sau đĩ cả lớp thống nhất phương án chung. Đa số các nhĩm đều thống nhất phương án: chiếu tia sáng vào bản thủy tinh, thay đổi gĩc tới rồi quan sát vị trí tia tới và tia khúc xạ so với pháp tuyến.
Các nhĩm tiến hành thí nghiệm rồi rút ra kết luận. Cả lớp đều thống nhất: Tia tới và tia khúc xạ nằm ở hai bên pháp tuyến.
Tiếp theo, giáo viên nhắc lại giả thuyết 3 và phát phiếu học tập số 4: Em hãy đề xuất phương án để kiểm tra giả thuyết 3? Để thực hiện em cần những dụng cụ nào? Những dụng cụ này phải được sắp xếp như thế nào? Thí nghiệm được tiến hành ra sao? Cần quan sát những gì?
Mỗi học sinh tự trả lời vào vở thí nghiệm rồi trao đổi với nhĩm, rút ra kết luận của nhĩm.
Giáo viên yêu cầu mỗi nhĩm cử đại diện nêu câu trả lời của nhĩm. Mỗi nhĩm cử đại diện trả lời và dán báo cáo của nhĩm lên bảng.
Giáo viên nhận xét, tổng kết rồi yêu cầu các nhĩm tiến hành như đã đề xuất. Các nhĩm tiến hành thí nghiệm, mỗi cá nhân đều tham gia tiến hành thí nghiệm rồi ghi kết quả vào vở thí nghiệm, từ kết quả thí nghiệm đưa ra nhận xét của cá nhân. Mỗi nhĩm thảo luận rồi viết báo cáo thí nghiệm.
Giáo viên yêu cầu các nhĩm báo cáo kết quả thu được và rút ra kết luận của nhĩm. Các nhĩm cử đại diện báo cáo kết quả của nhĩm, kết quả như sau:
Giáo viên yêu cầu thành viên trong nhĩm bổ sung cho nhĩm rồi cho các nhĩm khác nhận xét, gĩp ý.
Qua kết quả thí nghiệm, các nhĩm đều nhận thấy giả thuyết 3 chưa đúng: gĩc tới khơng tỉ lệ thuận với gĩc khúc xạ.
Giáo viên tổng kết rồi đưa ra kết luận chung.
Sau đĩ, giáo viên yêu cầu các nhĩm đề xuất mối liên hệ giữa gĩc tới và gĩc khúc xạ.
Cả lớp thảo luận nhưng vẫn khơng tìm được câu trả lời.
Giáo viên hướng dẫn, gợi ý học sinh đề xuất giả thuyết: tỉ số
r i
sin sin
là hằng số. Giáo viên yêu cầu học sinh dựa vào số liệu đã thu được kiểm chứng giả thuyết.
Dựa vào số liệu đã thu thập từ thí nghiệm trên, các nhĩm kiểm tra giả thuyết mà giáo viên vừa gợi ý, rồi rút ra kết luận.
Giáo viên yêu cầu các nhĩm đưa ra kết luận của nhĩm. Đa số các nhĩm đều kết luận: tỉ số r i sin sin là hằng số.
Cuối cùng giáo viên tổng kết, hợp thức hĩa kiến thức và đưa ra kết luận về mối liên hệ giữa tia tới và tia khúc xạ.
+ Tia khúc xạ và tia tới nằm trong cùng một mặt phẳng, ở bên kia pháp tuyến so với tia tới.
+ Tỉ số giữa sin gĩc tới và sin gĩc khúc xạ là hằng số.
Giáo viên nhắc lại mối liên hệ giữa tia khúc xạ và tia tới đã tìm được ở tiết trước. Sau đĩ, giáo viên tiến hành thí nghiệm chiếu tia laze từ khơng khí vào nước, với cùng một gĩc tới, giáo viên yêu cầu học sinh so sánh gĩc khúc xạ thu được trong hai trường hợp: chiếu từ khơng khí vào nước và từ khơng khí vào thủy tinh (đã thực hiện ở tiết trước).
Cả lớp quan sát thí nghiệm và so sánh gĩc khúc xạ trong hai trường hợp thì thấy hai gĩc này khơng giống nhau. Từ đĩ nảy sinh vấn đề: Nếu ta thay đổi mơi trường khác
thì các giả thuyết trên cịn đúng nữa khơng? Hằng số n phụ thuộc vào yếu tố nào?
Và nĩ cĩ ý nghĩa gì?
Giáo viên yêu cầu học sinh nêu biểu tượng ban đầu.
Học sinh dự đốn biểu tượng ban đầu rồi ghi vào vở thí nghiệm, sau đĩ các nhĩm trao đổi, thảo luận đưa ra biểu tượng ban đầu của nhĩm.
Một số biểu tượng ban đầu là:
− Nếu ta thay đổi mơi trường thì các giả thuyết trên vẫn đúng, nhưng hằng số n khơng giống nhau nên hằng số n phụ thuộc vào mơi trường chứa tia khúc xạ.
− Nếu ta thay đổi mơi trường thì các giả thuyết 1, 2 vẫn đúng, nhưng tỉ số
r i
sin sin
khơng giống như trên nên tỉ số này khơng cịn là hằng số.
− Nếu ta thay đổi mơi trường thì giả thuyết 1 và 2 vẫn đúng như trên, riêng giả thuyết 3 thì tỉ số
r i
sin sin
vẫn là hằng số nhưng hằng số này khác hằng số ở trên, hằng số này phụ thuộc vào mơi trường.
Giáo viên gợi ý học sinh đề xuất giả thuyết – dự đốn phù hợp nhất bằng chiếu lại thí nghiệm.
Học sinh các nhĩm quan sát và đều nhận thấy giả thuyết 1 và 2 vẫn đúng, chỉ giả thuyết 3 là chưa khẳng định được.
Giáo viên đề nghị học sinh chọn biểu tượng cuối cùng làm giả thuyết 4 rồi yêu cầu học sinh đề xuất phương án kiểm chứng chúng.
Học sinh đều biết phương án kiểm tra giả thuyết 4 giống như phương án kiểm tra giả thuyết 3 nhưng đổi mơi trường, thay bản thủy tinh bằng nước rồi thực hiện các bước tương tự, thu thập và xử lí số liệu tương tự thí nghiệm trước.
Giáo viên yêu cầu học sinh tiến hành thí nghiệm kiểm chứng, rồi viết báo cáo. Các nhĩm tiến hành thí nghiệm, thu thập và xử lí số liệu rồi viết báo cáo kết quả thí nghiệm.
Giáo viên yêu cầu các nhĩm báo cáo kết quả thí nghiệm.
Các nhĩm cử đại diện báo cáo kết quả thí nghiệm rồi dán bản báo cáo của nhĩm lên bảng.
Khi các nhĩm báo cáo, giáo viên cho các thành viên của nhĩm nhận xét, bổ sung cho nhĩm rồi cho cả lớp cĩ ý kiến về báo cáo của các nhĩm. Cuối cùng, giáo viên nhận xét, tổng kết, hợp thức hĩa kiến thức rồi phát biểu hồn chỉnh định luật khúc xạ ánh sáng. Và hằng số n phụ thuộc vào mơi trường truyền sáng.
Giáo viên nhận xét: tỉ số
r i
sin sin
trong trường hợp chiếu tia sáng từ khơng khí vào thủy tinh lớn hơn chiếu từ khơng khí vào nước và cùng một gĩc tới, gĩc khúc xạ trong trường hợp chiếu vào thủy tinh nhỏ hơn chiếu vào nước. Vậy tỉ số này đặc trưng cho sự lệch ít hay nhiều của tia khúc xạ so với tia tới, nếu tỉ số này càng lớn thì độ lệch giữa tia tới và tia khúc xạ càng lớn và ngược lại.
Sau đĩ, giáo viên thơng báo tỉ số khơng đổi sini/sinr được gọi là chiết suất tỉ đối n21 của mơi trường (2) (chứa tia khúc xạ) đối với mơi trường (1) (chứa tia tới). Giáo viên yêu cầu học sinh nhận xét về độ lớn giữa gĩc tới với gĩc khúc xạ, độ lệch của tia tới so với tia khúc xạ đối với pháp tuyến trong các trường hợp n21 > 1 và n21 <1. Vẽ hình cho mỗi trường hợp.
Học sinh ghi nhận xét và vẽ hình mỗi trường hợp vào vở thí nghiệm rồi thảo luận với nhĩm.
Giáo viên yêu cầu các nhĩm báo cáo và nhận xét.
Giáo viên giao nhiệm vụ về nhà cho học sinh tìm hiểu sự thuận nghịch của chiều truyền ánh sáng.
Giáo viên phát phiếu đánh giá quá trình làm việc của các nhĩm cho học sinh tự đánh giá.
Giáo viên nhận xét, đánh giá tình hình học tập của các nhĩm.
Tiết 4.
Giáo viên yêu cầu học sinh phát biểu định luật khúc xạ ánh sáng. Sau đĩ, giáo viên phát phiếu học tập số 1:
Bài tốn: Tìm gĩc khúc xạ khi ta chiếu ánh sáng với gĩc tới lần lượt bằng 10°, 20°, 30°, 40°, 45°, 50°, 60°, 70° khi:
c. Ánh sáng đi từ khơng khí vào thủy tinh. d. Ánh sáng đi từ thủy tinh ra khơng khí. Biết chiết suất thủy tinh bằng 2.
Nhĩm trưởng phân cơng nhiệm vụ cho các thành viên giải bài tập rồi tổng kết lại. Giáo viên yêu cầu: nhĩm 1 giải câu a ứng với các gĩc tới bằng 10°, 20°, 30°, 40°; nhĩm 2 ứng với gĩc tới bằng 45°, 50°, 60°, 70°; nhĩm 3 giải câu b với các gĩc tới bằng 10°, 20°, 30°, 40°; nhĩm 4 ứng với gĩc tới bằng 45°, 50°, 60°, 70° vào giấy A3 rồi dán lên bảng. Sau đĩ, giáo viên cho học sinh nhận xét.
Đa số học sinh đều thấy khi ánh sáng truyền từ khơng khí ra thủy tinh thì ta luơn tìm được gĩc khúc xạ, nhưng ánh sáng truyền từ thủy tinh ra khơng khí thì cĩ những trường hợp khơng tìm được gĩc khúc xạ. Nảy sinh vấn đề: Cĩ những trường hợp khơng tính được gĩc khúc xạ, vậy các trường hợp đĩ cĩ tia khúc xạ khơng? Nếu khơng thì khi đĩ tia sáng sẽ như thế nào?
Giáo viên đặt câu hỏi: Trong trường hợp này cĩ tia khúc xạ khơng?
16/20 học sinh cho rằng khơng cĩ tia khúc xạ vì khơng tìm được gĩc khúc xạ. Giáo viên tiếp tục đặt câu hỏi: vậy theo em, tia sáng lúc này sẽ như thế nào? Học sinh ghi dự đốn của mình vào vở thí nghiệm rồi thảo luận với các thành viên của nhĩm, các nhĩm thảo luận rồi rút ra kết luận của nhĩm và ghi vào giấy.
Giáo viên yêu cầu các nhĩm dán báo cáo của nhĩm lên bảng rồi cả lớp thảo luận. Một số biểu tượng ban đầu là:
+ Khi tăng gĩc tới đến khi gĩc khúc xạ tới 90°, nếu tiếp tục tăng gĩc tới thì tia sáng sẽ truyền ngược lại phương của tia tới.
+ Khi tăng gĩc tới đến khi gĩc khúc xạ tới 90°, nếu tiếp tục tăng gĩc tới thì tia sáng sẽ tiếp tục chuyển động lên phía trên mặt phân cách.
+ Khi tăng gĩc tới đến khi gĩc khúc xạ tới 90, nếu tiếp tục tăng gĩc tới thì tia sáng sẽ phản xạ lại mơi trường tới.
Giáo viên gợi ý, hướng dẫn học sinh đề xuất giả thuyết – dự đốn. Đa số học sinh đều thống nhất chọn giả thuyết: Tia sáng sẽ phản xạ lại mơi trường tới theo định luật
phản xạ ánh sáng.
Giáo viên đặt câu hỏi: Để kiểm chứng giả thuyết trên chúng ta dựa trên cơ sở lý thuyết nào? Hãy nêu phương án để kiểm tra?
Học sinh các nhĩm thảo luận rồi đưa ra kết luận của nhĩm.