2.4.1.1 Mục tiêu bài học
a) Kiến thức
- Phát biểu được định luật khúc xạ ánh sáng và viết được biểu thức của định luật khúc xạ ánh sáng.
- Chỉ ra được môi trường chiết quang hơn hay kém chiết quang hơn.
- Ước lượng sự tương quan giữa góc tới và góc khúc xạ khi ánh sáng truyền qua mặt phân cách giữa hai môi trường truyền sáng.
- Sử dụng công thức định luật khúc xạ ánh sáng để tính góc khúc xạ trong các trường hợp cụ thể.
- Viết được công thức liên hệ chiết suất tuyệt đối của một môi trường và vận tốc ánh sáng trong môi trường đó.
- Vận dụng định luật khúc xạ ánh sáng để xác định đường truyền tia sáng qua lưỡng chất phẳng và ảnh của một vật qua lưỡng chất phẳng.
- Sử dụng công thức của định luật khúc xạ ánh sáng để chứng minh tính thuận nghịch trong sự khúc xạ ánh sáng.
b)Kỹ năng
- Đề xuất giả thuyết: tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới và về bên kia pháp tuyến so với tia tới.
- Làm thí nghiệm theo hướng dẫn của GV để kết luận về giả thuyết.
- Đề xuất được hai giả thuyết về khúc xạ: góc khúc xạ tỷ lệ với góc tới và sin góc khúc xạ tỷ lệ với sin góc tới.
- Đề xuất được phương án thí nghiệm, bố trí, tiến hành thí nghiệm để kiểm tra giả thuyết đã nêu ra.
- Từ kết quả thí nghiệm, phủ định giả thuyết 1 và khẳng định giả thuyết 2. - Tự lực phát biểu được định luật khúc xạ ánh sáng.
c) Tình cảm và thái độ
- Tích cực, chủ động, mạnh dạn xây dựng bài.
- Thái độ hợp tác với bạn, với GV khi làm việc nhóm.
- Khách quan, trung thực, tỉ mỉ, kiên nhẫn, hợp tác khi tiến hành thí nghiệm và xử lý các kết quả thí nghiệm.
2.4.1.2 Cấu trúc nội dung và sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức một số kiến thức theo các giai đoạn của PPTN kiến thức theo các giai đoạn của PPTN
a) Cấu trúc nội dung bài học
Bài học được chia làm 4 đơn vị kiến thức: - Định nghĩa hiện tượng khúc xạ ánh sáng - Định luật khúc xạ ánh sáng
- Chiết suất của môi trường.
- Tính thuận nghịch trong chiều truyền sáng.
Đơn vị kiến thức 1 được xây dựng theo con đường phỏng theo PPTN Đơn vị kiến thức 2 được xây dựng theo con đường phỏng theo PPTN Đơn vị kiến thức 3 được xây dựng theo đường thông báo
Đơn vị kiến thức 4 được xây dựng theo đường thông báo
b) Tiến trình xây dựng kiến thức các kiến thức theo các giai đoạn của PPTN
Đơn vị kiến thức 1: Định nghĩa hiện tượng khúc xạ ánh sáng
GĐ1: Khi ánh sáng truyền qua mặt phân cách giữa hai môi trường truyền sáng thì tia sáng sẽ đi như thế nào?
GĐ2: Tia sáng sẽ bị gãy khúc tại mặt phân cách giữa hai môi trường truyền sáng.
GĐ3: đề xuất phương án và làm thí nghiệm như hình.
Kết luận: Khúc xạ là hiện tượng chùm tia sáng bị đổi phương đột ngột khi đi qua mặt phân cách giữa hai môi trờng truyền ánh sáng.
Đơn vị kiến thức 2: Định luật khúc xạ ánh sáng
2.4.1.3 Xác định các phương tiện, đồ dùng dạy học cần thiết của GV a) Bộ thí nghiệm đề nghị (1 bộ) a) Bộ thí nghiệm đề nghị (1 bộ)
GĐ2: Đề xuất giả thuyết “tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới và về bên kia pháp tuyến so
với tia tới”.
GĐ1: Vị trí tia khúc xạ phụ thuộc vào vị trí tia tới theo quy luật nào?
GĐ3: Thí nghiệm kiểm chứng như hình
Kết luận “Tia khúc xạ nằm cùng mặt phẳng tới và về bên kia pháp tuyến so với tia tới”.
GĐ2: Đề xuất giả thuyết “Góc khúc xạ tỷ lệ với góc tới”. GĐ4: Thí nghiệm kiểm chứng như hình
Thông báo khái niệm góc tới và góc khúc xạ
Đề xuất dự đoán “Sin góc
khúc xạ tỷ lệ với sin góc tới”.
Kết luận: Sin góc khúc xạ tỷ lệ với sin góc tới
GĐ3: Hệ quả i r = hằng số Hệ quả sin sin i r= hằng số Định luật khúc xạ ánh sáng
* Dụng cụ: bán trụ D bằng chất rắn trong suốt, đèn chiếu sáng 6V-8W và các dây dẫn, khe chặn, nguồn 6V-3A, tờ giấy trắng A4.
* Mục đích thí nghiệm:
Đơn vị kiến thức 2: kiểm chứng tia khúc xạ và tia tới nằm trong cùng mặt phẳng.
* Các bước tiến hành:
- Đặt tờ giấy A4 dưới bán trụ, chiếu 1 tia sáng SI (điểm tới I là tâm của bán trụ) song song với mặt phẳng của bán trụ, đường đi của tia tới nằm trong mặt phẳng giấy có thể quan sát được.
- Để tờ giấy phẳng, ta có thể quan sát được tia khúc xạ. - Bẻ gập tờ giấy ra sau: không thấy tia khúc xạ.
- Bẻ gập tờ giấy ra trước: thấy những tia khúc xạ không tương ứng với tia tới.
b) Bộ thí nghiệm theo đề xuất của SGK (7 bộ)
* Dụng cụ: bán trụ D bằng chất rắn trong suốt, 1 thước tròn chia độ, đèn chiếu sáng 6V-8W và các dây dẫn, khe chặn, nguồn 6V-3A.
* Mục đích thí nghiệm:
Đơn vị kiến thức 1: tìm hiểu đường đi của tia sáng tại mặt phân cách giữa hai môi trường truyền sáng.
Đơn vị kiến thức 2: phát hiện và kiểm chứng mối quan hệ giữa góc tới i và góc khúc xạ r.
* Các bước tiến hành:
- Thí nghiệm như hình 44.2 SGK: chiếu 1 tia sáng SI (điểm tới I là tâm của bán trụ) song song với mặt phẳng của bán trụ, đường đi của tia sáng có thể quan sát được.
- Thực hiện nhiều lần với các góc tới i khác nhau và đo các góc khúc xạ r tương ứng.
- Lập tỷ số giữa i và r để kiểm chứng giả thuyết 1 → phủ định giả thuyết 1. Lập tỷ số giữa sini và sinr để kiểm chứng giả thuyết 2 →khẳng định giả thuyết 2.
Phiếu học tập 2.
Bài 44: KHÚC XẠ ÁNH SÁNG Nhóm :………..
Làm thí nghiệm, đọc các giá trị góc tới và góc khúc xạ và tính các giá trị trong bảng để hoàn thành bảng sau:
i i1 i2 i3 i4 r r1 r2 r3 r4 Tỷ số như đề xuất
Tỷ số trêncó thể xem là hằng số không? ……….
Phiếu học tập 1.
Bài 44: KHÚC XẠ ÁNH SÁNG Nhóm :………..
Khi ánh sáng truyền từ không khí qua thuỷ tinh, ánh sáng đi theo đường AIB. Hỏi khi chiếu ánh sáng từ thuỷ tinh qua nước theo đường BI thì ánh sáng có đi qua A không? Chứng minh điều đó.
A B I B I A ………... ……… ……… ………
2.4.1.4 Các câu hỏi cơ bản tương ứng với từng đơn vị kiến thức cần dạy a) Đơn vị kiến thức 1: định nghĩa hiện tượng khúc xạ ánh sáng a) Đơn vị kiến thức 1: định nghĩa hiện tượng khúc xạ ánh sáng
* Câu hỏi: khi tia sáng truyền qua mặt phân cách giữa 2 môi trường trong suốt đường truyền tia sáng sẽ như thế nào?
Trả lời: Tia sáng bị đổi phương đột ngột khi truyền qua mặt phân cách giữa hai môi trường truyền ánh sáng.
b) Đơn vị kiến thức 2: định luật khúc xạ ánh sáng
* Câu hỏi: khi tia sáng truyền qua mặt phân cách giữa 2 môi trường trong suốt thì tia khúc xạ được xác định như thế nào?
Trả lời:
- Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới và về phía bên kia pháp tuyến so với tia tới.
- Đối với hai môi trường trong suốt nhất định tỷ số giữa sin góc tới và sin góc khúc xạ là một số không đổi.
c) Đơn vị kiến thức 3: Chiết suất của môi trường
* Câu hỏi 1: Chiết suất tỷ đối của môi trường 2 và môi trường 1 được định nghĩa như thế nào?
Trả lời: Chiết suất tỷ đối giữa 2 môi trường là tỷ số giữa sin góc tới và sin góc khúc xạ giữa hai môi trường đó.
* Câu hỏi 2: Chiết suất tỷ đối của 2 môi trường có liên hệ gì với vận tốc ánh sáng trong môi trường đó?
Trả lời: 1 21 2 v n v =
* Câu hỏi 3: Nêu định nghĩa chiết suất tuyệt đối?
Trả lời: Chiết suất tuyệt đối của một môi trường là chiết suất tỷ đối của môi trường đó đối với chân không.
* Câu hỏi 4: Chiết suất tuyệt đối của 1 môi trường có liên hệ gì với vận tốc ánh sáng trong môi trường đó?
Trả lời: n c v
* Câu hỏi 5: Chiết suất tỷ đối giữa 2 môi trường có liên hệ gì với chiết suất tuyệt đối của 2 môi trường đó?
Trả lời: 2 21 1 n n n =
* Câu hỏi 6: Nêu cách xác định ảnh khúc xạ của một vật qua lưỡng chất phẳng?
Trả lời: Ảnh khúc xạ là giao điểm của 2 tia khúc xạ.
d) Đơn vị kiến thức 4: Tính thuận nghịch của chiều truyền ánh sáng
* Câu hỏi 1: Tia khúc xạ và tia tới có thể đổi chỗ cho nhau được không? Tại sao?
Trả lời: Tia khúc xạ và tia tới có thể đổi chỗ cho nhau. Vì nếu tia sáng truyền từ môi trường có chiết suất n1 với góc i1 đến mặt phân cách với môi trường có chiết suất n2 với góc khúc xạ r1. Khi đó, theo định luật khúc xạ ánh sáng, nếu chiếu ánh sáng từ môi trường có chiết suất n2 dưới góc tới i2 = r1 qua môi trường có chiết suất n1 thì góc khúc xạ r2 có giá trị bằng i1.
* Câu hỏi 2: Tia khúc xạ và tia tới có thể đổi chỗ cho nhau, điều này cho phép rút ra nhận xét thế nào về chiều truyền ánh sáng ?
Trả lời: Ánh sáng có thể truyền theo đường nào theo một chiều thì chắc chắn cũng có thể truyền theo chiều ngược lại theo đúng đường đó.
2.4.1.5 Thiết kế tiến trình dạy học cụ thể
a) Đơn vị kiến thức 1: Hiện tượng khúc xạ ánh sáng
Hoạt động 1: Nêu vấn đề và đề xuất giả thuyết về hiện tượng khúc xạ ánh sáng
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
- Trong không khí ánh sáng truyền thế nào?
- Khi chiếu ánh sáng từ không khí vào thuỷ tinh thì ánh sáng còn truyền theo đường thẳng nữa không ? Khi đó tia
- Ánh sáng truyền theo đường thẳng - Đưa ra câu trả lời dự đoán
+Không truyền theo đường thẳng.
sáng truyền như thế nào? cách.
Hoạt động 2: Làm thí nghiệm và kết luận về hiện tượng khúc xạ ánh sáng
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
- Làm thí nghiệm chiếu ánh sáng từ không khí vào thuỷ tinh. (chiếu xiên góc và vuông góc với mặt phân cách)
- Yêu cầu HS nhận xét về đường truyền tia sáng trong thí nghiệm trên.
- Kết luận: hiện tượng chùm tia sáng bị đổi phương đột ngột khi đi qua mặt phân cách 2 môi trường truyền ánh sáng gọi là hiện tượng khúc xạ.
- Quan sát thí nghiệm
- Tia sáng bị gãy khúc tại mặt phân cách khi truyền xiên góc qua mặt phân cách giữa hai môi trường.
- Tiếp thu và ghi nhận.
1. Định nghĩa hiện tượng khúc xạ ánh sáng:
Khúc xạ ánh sáng là hiện tượng chùm tia sáng bị đổi phương đột ngột khi đi qua mặt phân cách 2 môi trường truyền ánh sáng.
b) Đơn vị kiến thức 2: Định luật khúc xạ ánh sáng
Hoạt động 1: Phát hiện vấn đề
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
- Làm thí nghiệm chiếu ánh sáng từ không khí vào thuỷ tinh với các góc tới khác nhau.
- Hỏi: các em có nhận xét gì về vị trí tia khúc xạ khi ta thay đổi vị trí tia tới? - Hỏi: Muốn xác định đường truyền tia sáng qua mặt phân cách, ta phải biết được điều gì?
- Quan sát thí nghiệm
- Nhận xét vị trí tia khúc xạ thay đổi khi vị trí tia tới thay đổi.
- Vị trí tia khúc xạ phụ thuộc vào vị trí tia tới theo quy luật nào?
Hoạt động 2: Nêu giả thuyết “tia khúc xạ nằm trong cùng mặt phẳng với tia tới” và làm thí nghiệm để chứng minh giả thuyết và xác nhận mặt phẳng chứa tia tới và tia khúc xạ vuông góc với mặt phân cách tại điểm tới
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
- Tia khúc xạ và tia tới có cùng nằm trong một mặt phẳng không?
- Mặt phẳng này có thể là mặt phẳng nào?
- Hãy đề xuất phương án thí nghiệm để kiểm chứng dự đoán trên.
- GV phân tích những điểm hợp lí và chưa hợp lí ở các phương án do HS đề xuất và giới thiệu thí nghiệm để kiểm chứng giả thuyết.
- Làm thí nghiệm: chiếu tia sáng từ khối nhựa trong suốt ra không khí, đặt tờ giấy A4 để quan sát tia tới và tia khúc xạ (luôn quan sát thấy tia tới, gấp tờ giấy A4 tại mặt phân cách để HS quan sát tia khúc xạ)
- Các em có nhận xét gì sau khi quan sát thí nghiệm?
- Khẳng định lại: mặt phẳng chứa tia khúc xạ và tia tới vuông góc với mặt phân cách tại điểm tới. Gọi tên mặt phẳng này là mặt phẳng tới
- Thông báo: Đường thẳng vuông góc với mặt phân cách tại điểm tới gọi là
- Có.
- Là mặt phẳng vuông góc với mặt phân cách hai môi trường.
- HS đề xuất phương án thí nghiệm.
- Theo dõi thí nghiệm
- Tia khúc xạ và tia tới nằm trong cùng mặt phẳng, mặt phẳng này vuông góc với mặt phân cách.
pháp tuyến, mặt phẳng chứa tia tới và pháp tuyến cũng chứa tia khúc xạ là mặt phẳng tới.
Hoạt động 3: Nêu giả thuyết về “mối quan hệ giữa góc tới và góc khúc xạ”
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
- Để xác định vị trí tia khúc xạ và tia tới, ta có thể dựa vào góc nào?
- Vẽ hình tia tới bất kỳ và tia khúc xạ tương ứng, định nghĩa góc tới và góc khúc xạ.
- Để xác định vị trí tia khúc xạ, ta phải tìm hiểu góc khúc xạ phụ thuộc góc tới theo quy luật nào? Làm lại thí nghiệm như, tăng dần góc tới. Đề nghị HS quan sát sự thay đổi độ lớn góc khúc xạ và nhận xét.
- Hỏi: Góc khúc xạ có thể phụ thuộc góc tới theo quy luật nào?
- Chỉ ra: để xác định vị trí tia tới dùng góc hợp bởi tia tới và pháp tuyến; để xác định vị trí tia khúc xạ dùng góc hợp bởi tia khúc xạ và pháp tuyến.
- Tiếp thu và vẽ hình theo GV.
- Theo dõi sự thay đổi độ lớn góc khúc xạ theo góc tới. Sơ bộ đưa ra nhận xét + Khi góc tới tăng thì góc khúc xạ cũng tăng theo.
- Thảo luận và đưa ra phán đoán “ góc khúc xạ tỷ lệ thuận với góc tới”
Hoạt động 4:Làm thí nghiệm và kết luận mối quan hệ giữa góc khúc xạ và góc tới
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
- Hỏi: Để kiểm tra xem r có tỷ lệ thuận với ikhông ta làm như thế nào?
- Câu trả lời mong đợi:
+ Làm thí nghiệm, đo các cặp góc khúc xạ và góc tới tương ứng, sau đó dựa vào tính chất của 2 đại lượng tương quan tỷ lệ thuận, ta tìm tỷ số ri , nếu tỷ số này
- Phát dụng cụ thí nghiệm và phiếu học tập 1 cho HS theo nhóm.
- Gọi 2 nhóm đọc kết luận.
- Kết luận lại: góc khúc xạ r không tỷ lệ thuận với góc tới i.
- Góc khúc xạ r có thể phụ thuộc vào góc tới i theo quy luật gì?
- Giải thích và loại bỏ những dự án không hợp lý, hoàn chỉnh lại những giả thuyết hợp lý, nếu HS không đưa ra dự đoán sinr tỷ lệ với sini thì GV gợi ý để