8. Những chữ viết tắt
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
Mô tả và giải thích được hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng.
Nắm được và giải thích được hiện tượng giao thoa ánh sáng, điều kiện để có hiện tượng giao thoa ánh sáng.
59
Vận dụng giải thích hiện tượng có liên quan trong đời sống hằng ngày. Vận dụng giải các bài tập.
II. Chuẩn bị 1. GV
Sơ đồ mô tả thí nghiệm nhiễu xạ ánh sáng, thí nghiệm giao thoa ánh sáng. Hình vẽ 36.1, 36.2, 36.3, 36.4.
2. HS
Ôn lại các kiến thức về hiện tượng giao thoa sóng cơ và hiện tượng nhiễu xạ sóng nước.
Chuẩn bị dụng cụ thí nghiệm nhiễu xạ ánh sáng gồm: mỗi tờ chuẩn bị một đèn pin nhỏ, một hộp giấy kín khoét một lỗ tròn nhỏ O, mặt đối diện khoét một lỗ P đối diện với lỗ O, và hai đến ba lỗ xung quanh lỗ P, các lỗ ở mặt này bịt kín khi nào quan sát thí nghiệm thì mở ra.
Trả lời câu hỏi trong phiếu học tập.
III. Thiết kế tiến trình xây dựng kiến thức
Khi nhìn ánh Mặt Trời phản xạ trên màng nước xà phòng hay trên ván dầu, ta thấy có các vân màu sặc sỡ. Tại sao như vậy?
Nhiễu xạ ánh sáng
- Thí nghiệm bố trí như hình 36.1 SGK. - Kết quả TN.
→ Ánh sáng từ S qua lỗ O, lệch khỏi phương truyền thẳng tới mắt ta. LỗOđã nhiểu xạ ánh sáng.
Các cơhội định hướng HĐNT của HS trong bài học:
* Cơ hội 1: HS quan sát thí nghiệm và rút ra kết luận về tính chất của ánh sáng?
* Cơ hội 2: SLTT giữa hìnhảnh quan sát được trong thí nghiệm ở hình 36.3 với hình ảnh giao thoa của sóng cơ?
* Cơ hội 3: HS quan sát hình 36.3,độ lệch pha của 2 nguồn S1và S2bằng bao nhiêu? * Cơ hội 4: Nếu ta thấy khe S1, S2bằng 2 lỗ nhỏ S1, S2thì sẽ quan sát thấy gì?
* Cơ hội 5: Khi ta chắn một trong hai khe S1 hoặc S2, quan sát trên màn E có hiện tượng gì?
Hoạt động HS Hoạt động GV
- Trả lời các câu hỏi của GV.
- Chú ý, lắng nghe.
+ Nêu hiện tượng tán sắc ánh sáng. Ánh sáng đơn sắc là gì?
+ Ánh sáng trắng là gì? Nêu sự phụ thuộc của chiết suất của một môi trường trong suốt vào màu sắc ánh sáng.
- GV đặt vấn đề vào bài như SGK.
Hoạt động 2: Tìm hiểu hiện tượng nhiễu xạ (10 phút)
Mô tả và giải thích được hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng.
Hoạt động HS Hoạt động GV
- Thảo luận nhóm: Hiện tượng sóng lệch khỏi phương truyền thẳng và đi vòng qua vật cản gọi là nhiễu xạ sóng. - Mỗi tổ thực hiện thí nghiệm lần lượt các thành viên quan sát, sau đó trả lời câu hỏi của GV.
- Quan sát thí nghiệm
- HS phát biểu và ghi nhớ về hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng.
-Tương tự nhau.
- Lắng nghe và ghi nhận.
- Hãy nhắc lại hiện tượng nhiễu xạ sóng?
- Cho HS làm thí nghiệm đã dặn trước (mỗi tổ tự chuẩn bị 1 dụng cụ để làm quen với việc tự chế tạo đồ dùng thí nghiệm), 1 HS dùng mắt quan sát tại các vị trí khác nhau trên các lỗ khoét ở mặt sau hộp giấy, rút ra nhận xét. - Chiếu cho HS quan sát hình 36.1, 36.2 và mô tả thí nghiệm ảo về nhiễu xạ ánh sáng, hình ảnh nhiễu xạ qua một lỗ tròn.
- Yêu cầu HS trả lời câu hỏi: Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng là gì?
- So sánh hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng và hiện tượng nhiễu xạ của sóng nước?
- Để giải thích hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng, Huy-ghen và Fre-nen đã khẳng định ánh sáng có tính chất sóng, lỗ nhỏ hoặc khe nhỏ được chiếu sáng có vai trò như một nguồn phát sóng ánh sáng.
Trong chân không, bước sóng của ánh sáng đơn sắc được tính theo công
- Theo dõi và phát hiện vấn đề cần nghiên cứu. thức f c , f là tần số ánh sáng.
Trong môi trường có chiết suất n, bước sóng của ánh sáng đơn sắc là ' . n nf c f c
- Ở trên ra đã đưa ra giả thuyết ánh sáng có tính chất sóng để giải thích hiện tượng nhiễu xạ. Vậy thực ánh sáng có tính chất sóng hay không thì ta tiến hành làm thí nghiệm để tạo sự giao thoa ánh sáng, vì giao thoa chính là hiện tượng đặc trưng của sóng.
Hoạt động 3: Tìm hiểu hiện tượng giao thoa ánh sáng (20 phút)
Hiểu và giải thích được hiện tượng nhiễu giao thoa ánh sáng, biết điều kiện để xảy ra hiện tượng giao thoa ánh sáng.
Hoạt động HS Hoạt động GV
- Nhắc lại về giao thoa sóng cơ.
- Quan sát và tìm hiểu cách bố trí thí nghiệm Y-âng, chức năng của từng dụng cụ thí nghiệm.
- Quan sát thí nghiệmvà so sánh. + Nhận xét: điều này chứng tỏ đã xảy ra hiên tượng giao thoa ánh sáng.
- Thấy được các vạch sáng màu đỏ và các vạch tối.
-Nêu định nghĩa.
- Các vạch sáng và các vạch tối. - Ánh sáng có tính chất sóng.
- Nhắc lại một vài đặc điểm của giao thoa sóng cơ. Sau đó chốt lại khái niệm giao thoa sóng.
- Bố trí TN hình 36.3 hay gọi là TN Y-âng (có thể chiếu cho HS quan sát TN ảo), nêu đầy đủ dụng cụ, chức năng cho HS quan sát sơ đồ.
- Tiến hành TN cho HS quan sát hiện tượng xảy ra và yêu cầu hS so sánh với hình ảnh giao thoa sóng cơ (Hình 16.2 trang 86 SGK Vật lý 12 NC), từ đó rút ra nhận xét.
- Quan sát hình ảnh phía sau M2 bằng kính lúp, em thấy được hiện tượng gì? - Hiện tượng giao thoa là gì?
- Cái gìđược gọi là vân giao thoa? - Ánh sáng có tính chất gì?
- Khe S1và khe S2
- Cùng tần số và có độ lệch pha không đổi.
-Nêu định nghĩa
- Hiện tượng giao thoa là một bằng chứng thực nghiệm quan trọng khẳng định ánh sáng có tính chất sóng.
- Hai chùm sáng giao nhau phải là hai chùm sáng kết hợp.
- HS suy nghĩ và trả lời.
thành nguồn phát sóng ánh sáng? - Phần ánh sáng chồng lên nhau như hình xuất phát từ đâu?
- Tần số và độ lệch pha của hai sóng ánh sáng phát ra từ S1 và S2 có đặc điểm gì?
- Thế nào là hai sóng kết hợp, vùng giao thoa?
- Nêu kết luận về hiện tượng giao thoa.
- Điều kiện xảy ra hiện tượng giao thoa.
- Trả lời các câu C1, C2,C3,C4.
Khi nhìn ánh sáng phản xạ trên các ván dầu, mỡ hoặc bong bóng xà phòng, các em thấy có những vân màu sặc sỡ hiện tượng này là hiện tượng giao thoa ánh sáng trên bản mỏng.
Hoạt động 4: Củng cố bài học và dặn dò (7 phút)
Hoạt động HS Hoạt động GV
-Đọc phiếu học tâp, suy nghĩ
- Trình bàyđáp án (có giải thích lý do chọn đáp án đó)
- Suy nghĩ lựa chon phương án trả lời - HS trả lời các câu hỏi
- Yêu cầu HS trả lời câu hỏi trong phiếu học tập củngcố bài.
- Gợi ý
- Đọc câu hỏi trong SGK và yêu cầu HS trả lời.
- Dặn dò
+ Ôn lại các kiến thức về giao thoa sóng nước và giao thoa ánh sáng.
+ Chuẩn bị bài học tiếp theo.
Phiếu học tập củng cố bài
Câu 1: Thế nào là hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng? Nêu ví dụ. Câu 2: Hai sóng cùng tần số được gọi là hai són g kết hợp nếu có A. cùng biên độvà cùng pha.
B.cùng biên độ và độ lệch pha không đổi theo thời gian. C.độ lệch pha không đổi theo thời gian.
D.độ lệch pha và hiệu biên độ không đổi theo thời gian.
Câu 3: Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, ánh sáng chiếu vào hai khe là ánh sáng hỗn hợp gồm 4 màu đơn sắc là đỏ, vàng, chàm, lam. Vân sáng đơn sắc gần vân trung tâm nhất là vân màu
A. đỏ. B. vàng. C. chàm. D. lam.
Câu 4: Điều kiện xảy ra hiện tượng giao thoa ánh sáng là hai chùm sáng giao nhau phải:
A. Cùng cường độ và cùng bước sóng
B. Cùng cường độ và có độ lệch pha không đổi C. Cùng cường độ và cùng tần số
D. Cùng tần số và có độ lệch pha không đổi
Câu 5: Hai nguồn sáng nào dưới đây là hai nguồn sáng kết hợp? A. Hai ngọn đèn đỏ
B. Hai ngôi sao C. Hai đèn LED lục
D. Haiảnh thật của cùng một ngọn đèn xanh qua hai thấu kính hội tụ khác nhau Câu 6: Chọn câu đúng:
Trong TN về hiện tượng giao thoa ánh sáng trắng của Y-âng, trên màn quan sát thu được hìnhảnh giao thoa gồm:
D. Chính giữa là vạch trắng, hai bên có những dãy màu cách đều nhau
Câu 7: Từ hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng và giao thoa ánh sán g, kết luận nào sau đây là đúng về chiết suất của môi trường?
A. Chiết suất của môi trường như nhau đối với mọi ánh sáng đơn sắc B. Chiết suất của môi trường đối với ánh sáng đỏ lớn hơn ánh sáng tím C. Chiết suất của môi trường đối với ánh sáng tím lớn hơn ánh sáng đỏ
D. Chiết suất của môi trường nhỏ đối với môi trường có nhiều ánh sáng truyền qua.
Đáp án: Câu 2 (C), Câu 3 (C), Câu 4 (D), Câu 5 (D), Câu 6 (A), Câu 7 (C).
V. Rút kinh nghiệm bổ sung
……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……… ……….
4.2.3. Bài 37. Khoảng vân. Bước sóng và màu sắc ánh sáng
Tiết: … theo phân phối chương trình
I. Mục tiêu 1. Kiến thức
Nêu được vân sáng, vân tối là kết quả của sự giao thoa ánh sáng. Nắm được điều kiện để có vân sáng, điều kiện để có vân tối.
Biết cách xác định vị trí vân sáng, vị trí vân tối và vận dụng công thức xác đinh vị trí vân tối, vân sáng đó.
66
Biết cách suy ra công thức xác định khoảng vân và vận dụng công thức xác định khoảng vân.
Biết được độ lớn của các ánh sáng đơn sắc nhìn thấy.
Biết được mối liên quan giữa bước sóng và màu sắc ánh sáng. Biết được mối liên hệ giữa chiết suất và bước sóng ánh sáng.
2. Kĩ năng
Rèn luyện kĩ năng logic mô hình toán học để tìm các công thức về vị trí vân sáng, vân tối, khoảng vân.
Rèn luyện kĩ năng giải thích hiện tượng vật lí.
II. Chuẩn bị 1. GV
Vẽ hình 37.1 SGK trên khổ giấy A0
2. HS
Ôn tập các kiến thức về giao thoa sóng cơ và giao thoa sóng ánh sáng. Trả lời các câu hỏi trong phiếu học tập.
III. Tiến trình xây dựng kiến thức bài học
Vị trí các vân giao thoa và khoảng vân:
D
Các cơ hội định hướng HĐNT của HS trong bài học:
* Cơ hội 1: Em hãy tìm công thức tính vị trí vân sáng, vân tối và khoảng vân?
* Cơ hội 2: Trong điều kiện giao thoa sóng cơ, muốn cho tại điểm A có vân giao thoa cực đại hoặc cực tiểu thì hiệu đường đi |d2 –d1| phải thõa mãnđiều kiện gì?
* Cơ hội 3: Em hãy thiết kế phương án thí nghiệm để đo bước sóng của một ánh sang đơn sắc?
* Cơ hội 5: Em có nhận xét gì về sự phụ thuộc của chiết suất của môi trường trong suốt vào bước sóng ánh sáng?
IV. Tiến trình dạy học
Hoạt động 1: Kiểm tra bài cũ (5 phút)
Hoạt động HS Hoạt động GV
- Lên bảng trả lời câu hỏi GV đặt ra. - Trả lời tại chỗ kiến thức đã học: Hìnhảnh quan sát được khi làm T N là một vùng ánh sáng hẹp có những vạch sáng tối xen kẽ liên tiếp nhau và song song với khe S. Khoảng cách gần như đều nhau.
- HS lên bảng ghi các biểu thức và nêu nhận xét: Các điểm dao động cực đại cùng bậc k đối xứng qua cực đại trung tâm. ) 2 1 ( 1 2 1 2 k d d k d d với k 0;1;2.
- Nêu các câu hỏi kiểm tra lại bài 36. - GV cho điểm
- Chuẩn bị kiến thức vào bài mới, GV yêu cầu HS: Nhắc lại hình ảnh quan sát được khi làm thí nghệm Y-âng và nêu nhận xét về sự sắp xếp, khoảng cách các vân giao thoa.
- GV nêu câu hỏi ôn tập kiến thức cũ về sóng cơ học để vận dụng cho bài mới.
Hoạt động 2: Xác định vị trí các vân giao thoa và khoảng vân (15 phút)
Biết được thế nào là vân sáng, vân tối, điều kiện để có vân sáng, vân tối, xác định được vị trí các vân giao thoa, định nghĩa được khoảng vân, thiết lập được công thức tính khoảng vân.
Hoạt động của HS Hoạt động của GV
- Nghe và tìm hiểu bài học
- Trong vùng sáng hẹp quan sát được các vân sáng và các vân tối xen kẽ nhau một cách đều đặn.
- Các điểm dao động cực đại cùng bậc k đối xứng qua cực đại trung tâm.
) 2 1 ( 1 2 1 2 k d d k d d với k 0;1;2.
- Khoảng cách giữa các vân giao thoa bằng nhau. - d2 d1 k - a D k xs - 2 ) 1 2 ( 1 2 d k d - a D k xs ) 2 1 ( -Cách đều nhau. -Nêu định nghĩa. - a D i
- Dùng hìnhảnh vân giao thoa mở đầu bài mới:
+ Ta vừa nhắc lại hìnhảnh vân GT trong bài trước. Vậy hìnhảnh này có đặc điểm gì về vị trí, khoảng cách, bước sóng, chiết suất có liên hệ với nhau như thế nào? - Yêu cầu HS nhắc lại biểu thức xác định vị trí những điểm dao động với Amax và Amin. Nhận xét về vị trí các điểm dao động cực đại, cực tiểu trong vùng GT. - Nêu và nhận xét khoảng cách giữa các vân giao thoa?
- Nêu điều kiện để có vân giao thoa với biên độ cực đại?
- Hướng dẫn HS tìm công thức xác định vị trí vân sáng?
- Nêu điều kiện để có vân giao thoa với biên độ cực tiểu?
- Hướng dẫn HS tìm công thức xác định vị trí vân tối.
- Xen kẽ giữa hai vân sáng cạnh nhau là vân tối, hãy cho biết các vân sáng cũng như các vân tối nằm cách nhau một khoảng như thế nào?
- Khoảng vân là gì?
- Tìm công thức xác định khoảng vân?
Hoạt động 3: Tìm hiểu cách đo bước sóng ánh sáng bằng phương pháp giao thoa.