Chương “Khúc xạ ánh sáng” là chương đầu tiên của phần hai Quang hình học,bao gồm 2 bài được bố trí như sau:
Bài 26.Khúc xạ ánh sáng Bài 27.Phản xạ toàn phần
Chương “Khúc xạ áng sáng” là chương mở đầu của phần Quang hình học. Qua kiến thức của chương học sinh hiểu được rõ hơn về hiện tương Khúc xạ ánh sáng, áp dụng định luật Khúc xạ sáng để giải thích các hiện tượng trong đời sống thực tế và giải các bài tập liên quan.Khi nghiên cứu hiện tượng phản xạ toàn phần giúp cho học sinh liên hệ trong đời sống thực tế như hiện tượng lấp lánh của viên kim cương, hiện tượng cầu vồng sau mưa….
Kiến thức chương “Khúc xạ ánh sáng” luôn gắn liền với thực tế, cuộc sống, kĩ thuật, là cơ sở, nguyên tắc của một số thiết bị máy móc đơn giản( như hiện tượng cáp quang, phương pháp nội soi...)Vì vậy dạy học chương này góp phần giáo dục kĩ thuật tổng hợp và hướng nghiệp cho học sinh
Trong chương này cũng đề cập tới một số hiện tượng như: khúc xạ ánh sáng, phản xạ toàn phần… góp phần giải thích được một số hiện tượng vật lý trong đời sống, hình thành và phát triển tư duy cho học sinh.
2.2. Cấu trúc của chƣơng “ Khúc xạ ánh sáng”
Chương “Khúc xạ ánh sáng” được giảng dạy trong 4 tiết, có 2 tiết lý thuyết và 2 tiết bài tập,nội dung chính của chương này bao gồm các kiến thức cơ bản về: Hiện tượng khúc xạ ánh sáng, Định luật khúc xạ ánh sáng, chiết suất của môi trường, tính thuật nghịch trong sự truyền ánh sáng, hiện tượng phản xạ toàn phần, ứng dụng của hiện tượng phản xạ toàn phần. Chương “Khúc xạ ánh sáng” có rất nhiều thí nghiệm mà giáo viên phải tiến hành trước lớp, đa số những thứ nghiệm không quá phức tạp. Tuy nhiên khi thực hiện thí nghiệm, GV khó có thể cho toàn bộ học sinh quan sát được (một số học sinh ở cuối lớp có thể không nhìn thấy hiện
tượng khúc xạ ánh sáng,phản xạ toàn phần…) Vì vậy giáo viên có thể kết hợp cả thí nghiệm thực và trình chiếu video về thí nghiệm đó để cả lớp đều quan sát rõ ràng. Hoặc giáo viên có thể sử dụng một số hình ảnh động hoặc những đoạn phim thí nghiệm hoặc phần mềm dạy học để học sinh quan sát từ đó học sinh có thể ghi nhớ bài dễ dàng và nắm vững kiến thức hơn.
2.2.3 Mục tiêu cần đạt khi dạy chương “Khúc xạ ánh sáng” theo chuẩn kiến thức kĩ năng thức kĩ năng
* Kiến thức
- Mô tả được hiện tượng khúc xạ ánh sáng.
- Phát biểu được nội dung định luật khúc xạ ánh sáng và viết được biểu thức của định luật này.
- Định nghĩa và hiểu được ý nghĩa vật lý của chiết suất tuyệt đối và chiết suất tỉ đối.
- Hiểu được nguyên lý thuận nghịch trong sự truyền ánh sáng. + Môt tả được hiện tượng phản xạ toàn phần.
+ Nắm được khái niệm và điều kiện để xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần. + Biết tính góc igh.
+ Nắm được cấu tạo, quá trình truyền thông tin trong cáp quang, sợi quang học. + Nêu được ứng dụng của hiện tượng phản xạ toàn phần.
* Kĩ năng
- Vẽ được đường đi của tia sáng từ môi trường trong suốt này sang môi trường trong suốt khác.
- Vận dụng được hiện tượng khúc xạ ánh sáng để giải thích một số hiện tượng có liên quan.
- Vận dụng hệ thức của định luật khúc xạ ánh sáng để giải các bài tập trong SGK và các bài tập tương tự.
- Giải thích được các hiện tượng trong thực tế, vận dụng kiến thức về phản xạ toàn phần để giải một số bài tập định tính và định lượng có liên quan
* Thái độ
+ Rèn luyện tác phong làm việc tỉ mỉ, cẩn thận, trung thực... trong học tập. trong khoa học và trong công việc.
+ Hứng thú học tập, yêu thích bộ môn vật lý, tin tưởng vào các kiến thức khoa học được xây dựng trên cơ sở thực nghiệm.
2.3. Vận dụng quan điểm dạy học hiện đại thiết kế một số bài học chƣơng “Khúc xạ ánh sáng” vật lý 11 nhằm phát huy tính tích cực, tự lực của học sinh THPT Miền núi
Trên cơ sở lí luận và thực tiến của đề tài, chúng tôi đã lựa chọn và vận dụng soạn thảo tiến trình dạy học cho một số bài trong chương “Khúc xạ ánh sáng” cụ thể: Giáo án 1: Khúc xạ ánh sáng. Giáo án 2: Bài tập khúc xạ ánh sáng. Giáo án 3: Phản xạ toàn phần. Tiết 51: Khúc xạ ánh sáng I.Mục tiêu 1. Kiến thức
-Mô tả được hiện tượng khúc xạ ánh sáng.
-Phát biểu được nội dung định luật khúc xạ ánh sáng và viết được biểu thức của định luật này.
-Định nghĩa được chiết suất tuyệt đối và chiết suất tỉ đối. -Hiểu được nguyên lí thuận nghịch trong sự truyền ánh sáng.
-Biết cách vẽ đường đi của tia sáng từ môi trường trong suốt này sang môi trường trong suốt khác.
2. kĩ năng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
-Vận dụng được hiện tượng khúc xạ ánh sáng để giải thích một số hiện tượng có liên quan.
-Vận dụng hệ thức của định luật khúc xạ ánh sáng để giải các bài tập trong SGK và các bài tập tương tự.
3. Thái độ
+ Rèn luyện tác phong làm việc tỉ mỉ, cẩn thận, trung thực... trong học tập, trong khoa học và trong công việc.
+ Hứng thú học tập, yêu thích bộ môn vật lý, tin tưởng vào các kiến thức khoa học được xây dựng trên cơ sở thực nghiệm.
II. Chuẩn bị
1.Giáo viên
- Thí nghiệm phát hiện hiện tượng khúc xạ ánh sáng gồm một cốc nước, một chiếc đũa hoặc thước kẻ.
- Bộ dụng cụ thí nghiệm về khúc xạ ánh sáng gồm: thước tròn chia độ, nguồn sáng, khối nhựa bán trụ trong suốt.
- Vẽ sẵn bảng kết quả thí nghiệm ra khổ giấy lớn. - Dự kiến nội dung ghi bảng
Tiết 51: Khúc xạ ánh sáng I.Sự khúc xạ ánh sáng
1. Hiện tƣợng khúc xạ ánh sáng
a. Thí nghiệm
Nhận xét: Đường truyền của tia sáng bị gãy khúc tại mặt phân cách của hai môi trường trong suốt.
b. Định nghĩa (SGK)
2. Định luật khúc xạ ánh sáng
a. Thí nghiệm
+ SI: tia tới. I: điểm tới
+ NIN: pháp tuyến với mặt phân cách tại I
N S’ 1 2 S I N’ i R r i'
+ IR: tia khúc xạ
+ i: góc tới; r: góc khúc xạ b. Định luật (SGK)
-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 tỷ số giữa sin góc tói (sini)và sin góc khúc xạ (sinr) luôn không đổi: sini/sinr = hằng số.
II. Chiết suất của môi trƣờng 1. Chiết suất tỉ đối
Biểu thức:
+) n21: chiết suất tỉ đối của môi trường (2) đối với môi trường (1). +) n21> 1 => r < i: Môi trường (2) chiết quang hơn môi trường (1).
+) Nếu n21 < 1 => r > i :Môi trường (2) chiết quang kém môi trường (1).
2. Chiết suất tuyệt đối
Định nghĩa (SGK) n21 =n2/n1 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+n1 là chiết suất tuyệt đối của môi trường (1). +n2 là chiết suất tuyệt đối của môi trường (2).
+Biểu thức của định luật khúc xạ ánh sáng dạng đối xứng: n1sini=n2sinr
III. Tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng.
Ánh sáng truyền đi theo đường nào thì cũng truyền ngược lại theo đường đó:n12 =
21 1 n 21 sin s inr i n
IV: Bài tập ví dụ Tóm tắt r=600 IR vuông góc IS’ n=? 2. Học sinh
Ôn lại kiến thức đã được học ở lớp 7 và lớp 9 về: -Định luật truyền thẳng ánh sáng.
-Định luật phản xạ ánh sáng. -Định luật khúc xạ ánh sáng.
III. Tiến trình giảng dạy 1. Logic hình thành kiến thức
Một chiếc thước kẻ được cắm thẳng đứng trong cốc thủy tinh.Khi chưa đổ nước vào cốc thì chiếc thước kẻ giữ nguyên hình dạng. Còn khi đổ nước vào cốc
thì chiếc thước kẻ như bị gãy ở mặt nước.
Ánh sáng truyền theo đường thẳng vậy tại sao ta lại thấy hình ảnh chiếc thước kẻ bị gãy khúc tại mặt phân cách
giữa hai môi trường?
Tiến hành thí nghiệm chiếu tia sáng từ không khí vào mặt cong của khối bán trụ theo phương của bán kính và thay đổi góc tới.
giải Theo đầu bài i’+r=900
mà i=i’=> r+i=900
=>sini=cosr
Ápdụng định luật khúc xạ ánh sáng ta có:
+ Chiếu tia sáng theo phương pháp tuyến => tia sáng truyền thẳng.
+ Chiếu cho tia sáng lệch xa dần pháp tuyến từ không khí vào khối bán trụ thì tia sáng bị gãy khúc tại mặt phân cách giữa hai môi trường.
=> 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.
Liệu hiện tượng khúc xạ ánh sáng có được chứng minh bởi một biểu thức định lượng không?
Tiến hành thí nghiệm như trên xác định vị trí của tia khúc xạ, tia tới so với pháp tuyến tại điểm tới, đồng thời cho góc i tăng dần đo góc khúc xạ r.
-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 tỷ số giữa sin góc tới (sini)và sin góc khúc xạ (sinr) luôn không đổi: sini/sinr = hằng số.
Tỉ số giữa sini/sinr =hằng số. Vậy hằng số đó bằng bao nhiêu, có phụ thuộc vào yếu tố nào không?
2. Tiến trình dạy học cụ thể * Ý tƣởng sƣ phạm
Tiến trình dạy học được thức hiện theo trình tự SGK vật lí 11 đã biên soạn.
-Để đưa ra được định nghĩa về hiện tượng khúc xạ ánh sáng một cách chi tiết hơn định nghĩa mà học sinh đã biết ở THCS, GV tiến hành thí nghiệm chiếu tia sáng từ không khí vào khối bán trụ. Qua đó học sinh thấy:
+) sini/sinr=n21: chiết suất tỉ đối của môi trường (2) đối với môi trường (1). +) n21> 1 => r < i: Môi trường (2) chiết quang hơn môi trường (1). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+) Nếu n21 < 1 => r > i :Môi trường (2) chiết quang kém môi trường (1). + Mối quan hệ giữa chiết suất tỉ đối và chiết suất tuyệt đối : n21 =n2/n1 +Biểu thức của định luật khúc xạ ánh sáng dạng đối xứng: n1sini=n2sinr +Định luật khúc xạ ánh sáng dạng định luật bảo toàn: n1.sini1=n2.sini2=..=sinin
Nếu đổi vị trí nguồn và ảnh cho nhau thì đường truyền của tia sáng sẽ như thế nào?
Tiến hành thí nghiệm =>ánh sáng truyền đi theo đường nào thì cũng truyền ngược lại theo đường đó. Đây là tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng:
Giải thích ngữ nghĩa của từ chiết suất.Thông báo khái niệm chiết suất tỉ đối, chiết suất tuyệt đối.
+ Chiếu tia sáng theo phương pháp tuyến => tia sáng truyền thẳng.
+ Chiếu cho tia sáng lệch xa dần pháp tuyến từ không khí vào khối bán trụ thì tia sáng bị gãy khúc tại mặt phân cách giữa hai môi trường.
- Để hình thành định luật khúc xạ ánh sáng GV tiến hành thí nghiệm để học sinh nhận thấy:
+ Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới (tạo bởi tia tới và pháp tuyến) và ở bên kia pháp tuyến so với tia tới.Tia tới và tia khúc xạ nằm ở hai bên pháp tuyến tại điểm tới.
+ Đo được giá trị của góc khúc xạ r tương ứng với sự thay đổi của góc tới i và từ đó tìm ra mối quan hệ giữa chúng (đối với mỗi cặp môi trường tỉ số sini/sinr=hằng số).
- Để hình thành khái niệm chiết suất và chiết suất tỉ đối
- Ở phần chiết suất của môi trường GV giải thích cho HS hiểu ý nghĩa vật lý của khái niệm chiết suất, trình bày khái niệm chiết suất tỉ đối; chiết suất tuyệt đối. Từ đó phân tích các trường hợp n21 và đưa ra các định nghĩa môi trường chiết quang hơn và chiết quang kém và viết được công thức của định luật khúc xạ dưới dạng đối xứng và dạng bảo toàn.
- Để tìm hiểu tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng GV tiến hành thí nghiệm cho HS quan sát và đưa ra nhận xét về đường truyền của tia sáng nếu đổi vị trí nguồn và ảnh cho nhau thì đường truyền của tia sáng sẽ như thế nào. Từ đó HS nhận thấy=>ánh sáng truyền đi theo đường nào thì cũng truyền ngược lại theo đường đó. Đây là tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng.
* Tiến trình giờ học
Hoạt động 1: , đặt vấn đề (5’)
GV: Có một chiếc cốc thủy tinh và một chiếc thước kẻ, các em hãy chú ý quan sát và cho biết hình dạng của chiếc thước kẻ trong cốc khi cốc thủy tinh không có nước và khi cốc thủy tinh đã được đổ nước.
HS: Khi chưa đổ nước vào cốc thì chiếc thước kẻ giữ nguyên hình dạng. Còn khi đổ nước vào cốc thì chiếc thước kẻ như bị gãy ở mặt nước.
GV: Ánh sáng truyền theo đường thẳng vậy tại sao ta lại thấy hình ảnh chiếc thước kẻ bị gãy khúc tại mặt phân cách giữa hai môi trường? để trả lời cho câu hỏi này chúng ta cùng nghiên cứu:
Tiết 52:Khúc xạ ánh sáng
Hoạt động 2: Tìm hiểu hiện tượng khúc xạ ánh sáng
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh GV: Đầu tiên chúng ta cùng nhau tiến
hành thí nghiệm sau:
+ Dụng cụ gồm: Thước tròn chia độ; khối nhựa bán trụ trong suốt; nguồn sáng laze.
+Bây giờ ta chiếu chùm tia sáng qua I (I là
tâm của khối bán trụ) vào khối trụ theo phương pháp tuyến. Đường đi của tia sáng khi truyền từ không khí sang khối bán trụ như thế nào?
GV: Nếu cho tia sáng lệch dần so với pháp tuyến, thì đường đi của tia sáng như thế nào?
GV: Hiện tượng vừa quan sát được, người ta gọi là hiện tượng khúc xạ ánh sáng, trong chương trình lớp 9 các em đã được tìm hiểu sơ bộ.
I.Sự khúc xạ ánh sáng
1. Hiện tƣợng khúc xạ ánh sáng
HS:+Chiếu tia sáng theo phương pháp tuyến => tia sáng truyền thẳng. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
HS: Chiếu cho tia sáng lệch xa dần pháp tuyến từ không khí vào khối bán trụ thì tia sáng bị gãy khúc tại mặt phân cách giữa hai môi trường.
I S i N 1 2 R N’ r
Qua thí nghiệm kết hợp với kiến thức đã học ở lớp 9 một em hãy nêu định nghĩa hiện tượng khúc xạ ánh sáng?
HS: Có thể phát biểu theo cách chính xác hơn như sau: 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.
Hoạt động 3 : Khảo sát và xây dựng định luật khúc xạ ánh sáng
GV: Các em hãy xem chỉ dẫn hình 26.2 trong SGK và cho biết ở TN vừa làm, đâu là tia tới, điểm tới, pháp tuyến với mặt phân cách, tia khúc xạ, góc tới và góc khúc xạ?
GV: Như vậy chúng ta đã biết định nghĩa về hiện tượng khúc xạ ánh sáng. Vấn đề đặt ra là, hiện tượng khúc xạ ánh sáng. Tuân theo qui luật nào? Nói các khác, góc tới và góc khúc xạ quan hệ với nhau như thế nào?
GV: Bây giờ chúng ta hãy trở lại TN trên. Khi ta thay đổi góc tới i thì góc khúc xạ r thay đổi như thế nào? (GV tiến hành thí nghiệm)
GV: Đúng. Chúng tăng giảm theo qui luật cụ thể nào? Muốn biết điều đó ta phải làm gì? GV: Các em hãy quan sát và đọc giá trị của góc khúc xạ r khi i thay đổi.
2. Định luật khúc xạ ánh sáng.
HS: Nhìn vào hình vẽ SGK và TN để trả lời.
HS: Quan sát thí nghiệm và trả lời: khi i thay đổi thì r cũng thay đổi theo. Khi I tăng thì r tăng, khi i giảm thì r cũng giảm.
HS: Ta phải lần lượt đo góc i và góc r tương ứng khi thay đổi i.
HS: Theo dõi và đọc các giá trị của r.
N S’ 1 2 S I N ’ i R r i ’
Mời một học sinh lên cùng tiến hành thí nghiệm và một em lên ghi kết quả thí nghiệm (thay đổi i theo giá trị đã định trước trong bảng kết quả)
GV: Qua bảng số liệu trên các em có nhận xét gì?
GV: Vậy các em hãy vẽ đồ thị sự phụ thuộc