8. Cấu trúc của luận văn
2.2.3.Đánh giá thông qua quan sát
2.2.3.1. Thiết kế giáo án bài “Khúc xạ ánh sáng”
Bài 26: KHÚC XẠ ÁNH SÁNG I- MỤC TIÊU
1. Về kiến thức
- Phát biểu đƣợc định nghĩa hiện tƣợng KXAS.
- Phát biểu đƣợc nội dung định luật KXAS và viết đƣợc hệ thức của định luật này.
- Nêu đƣợc chiết suất tuyệt đối, chiết suất tỉ đối là gì.
- Nêu đƣợc tính chất thuận nghịch của sự truyền ánh sáng và chỉ ra sự thể hiện tính chất này ở định luật KXAS.
2. Về kĩ năng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
- Kĩ năng thao tác tốt với đồ dùng thí nghiệm.
- Vẽ đƣợc đƣờng truyền của tia sáng qua hai môi trƣờng trong suốt.
3. Thái độ: Có tinh thần hợp tác xây dựng bài, nhiệt tình, tự giác, chú ý nghe
giảng và ghi chép.
II- CHUẨN BỊ 1. Giáo viên
- Các thí nghiệm phát hiện hiện tƣợng KXAS: Cốc thủy tinh, chiếc thìa, nƣớc,.. - Các thí nghiệm về sự KXAS: Các thiết bị của hộp quang học nhƣ vòng tròn chia độ, khối nhựa bán trụ và đèn chiếu laze,...
- Sƣu tầm tranh ảnh liên quan.
- Bài kiểm tra ĐG năng lực GQVĐ sử dụng kĩ thuật đánh giá thông qua sản phẩm, phiếu đánh giá sử dụng kĩ thuật quan sát đã xây dựng.
2. Học sinh: Ôn lại những kiến thức đã học về quang học đã học ở THCS, nghiên cứu trƣớc nội dung bài mới.
III- TIẾN TRÌNH DẠY HỌC
HOẠT ĐỘNG ĐÁNH GIÁ CỦA GV HOẠT ĐỘNG GQVĐ CỦA HS
VĐ 1: HIỆN TƢỢNG KHÚC XẠ ÁNH SÁNG
(Sử dụng kĩ thuật đánh giá bằng quan sát - đánh giá cá nhân)
GV đặt VĐ 1: Thí nghiệm phát hiện hiên tƣợng KXAS.
GV giới thiệu dụng cụ. Tiến hành:
* Bƣớc1(TH1): Đặt chiếc thìa theo phƣơng xiên góc vào trong cốc thủy tinh. * Bƣớc2(TH2): Đổ vào cốc đó khoảng 2/3 lƣợng nƣớc.
- Phân tích và hiểu đúng VĐ 1 (Đặt HS vào tình huống có VĐ): Yêu cầu HS quan
sát giá cầm của chiếc thìa trƣớc và sau khi đổ nƣớc?
HS quan sát thí nghiệm và nhận nhiệm vụ
- Hiện tƣợng quan sát đƣợc:
TH1: Giá cầm của chiếc thìa luôn luôn thẳng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Phát hiện giải pháp GQVĐ 1: Để tìm
nguyên nhân của hiện tƣợng trên, HS trả lời các câu hỏi sau:
+ Nhận xét về đƣờng truyền tia sáng?
+ Từ tính chất gãy khúc tại mặt phân cách làm cho em liên tƣởng đến hiện tƣợng gì của ánh sáng đã học cấp 2? + Yêu cầu HS A và B vẽ hình và rút ra kết luận?
TH2: Giá cầm của chiếc thìa bị gãy khúc thành 2 đoạn rời nhau tại mặt nƣớc.
(Xuất hiện mâu thuẫn tạo nhu cầu nhận thức ở HS)
+ Nhận xét: Đường truyền tia sáng đã bị gãy khúc tại mặt nước - mặt phân cách giữa 2 môi trường trong suốt khác nhau.
+ HS liên tƣởng đến 2 hiện tƣợng: phản xạ ánh sáng và khúc xạ ánh sáng
+ Phản xạ ánh sáng: Tia sáng gặp mặt phân cách giữa 2 môi trƣờng trong suốt bị hắt trở lại môi trƣờng cũ.
+ Khúc xạ ánh sáng: Tia sáng gặp mặt phân cách giữa hai môi trƣờng thì bị gãy khúc tại mặt phân cách và tiếp tục truyền vào môi trƣờng trong suốt thứ 2.
(1)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
+ Lập luận logic VĐ 1: Mô tả, giải thích
cụ thể hiện tƣợng đó (chỉ ra tia tới, tia khúc xạ trong TN này)?
- Đánh giá giải pháp cho VĐ 1: Cách GQVĐ trên em có gặp khó khăn gì không và đƣa ra cách giải thích khác (nếu có).
- Vận dụng vào tình huống mới, bối cảnh mới của VĐ 1.
+ GV đƣa ra thí nghiệm mở rộng:
TH3: Đặt chiếc thìa theo phƣơng vuông góc vào trong cốc nƣớc nhƣ trên. Quan sát giá cầm của chiếc thìa và nhận xét?
Kết luận: Nguyên nhân của hiên tƣợng trên là do KXAS.
- Mô tả (giải thích): Ở TN này ta nhìn thấy chiếc thìa trong mặt nƣớc là do có tia khúc xạ của chiếc thì đi vào mắt ta. Lúc này ta nhìn thấy ảnh khúc xạ của vật. Phần chiếc thìa trong nƣớc đóng vai trò là tia tới, phần chiếc thìa ngoài không khí đóng vai trò là tia khúc xạ. Khi ta truyền tia sáng xiên góc (đặt chiếc thìa theo phƣơng xiên góc) vào hai môi trƣờng khác nhau thì sẽ xảy ra hiện tƣợng KXAS.
Khái niệm: 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.
HS phát biểu ý kiến riêng của bản thân về VĐ 1: Lập luận đã logic và hợp lí và đầy đủ chƣa
+ HS quan sát thí nghiệm, nhận xét
TH3: Giá của chiếc thìa vẫn thẳng và không bị gãy khúc tại mặt nƣớc.
(1)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
Lƣu ý GV mở rộng VĐ đƣa ra khái niệm mang tính chiều sâu và chuẩn xác nhất:
KXAS là sự thay đổi véc tơ vận tốc truyền sáng (phương, hướng, độ lớn) khi đi qua mặt phân cách giữa 2 môi trường trong suốt.
* 1 và 2khác nhau về phƣơng và độ lớn, hƣớng không đổi: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
*1 và 2thay đổi về độ lớn, phƣơng và hƣớng không đổi:
Sau này TH3 vẫn gọi là hiện tƣợng khúc xạ nhƣng tia sáng không bị đổi phƣơng khi qua mặt phân cách giữa hai môi tƣờng.
Nhận xét: Đa số HS sẽ cho rằng đó không phải là hiên tƣợng KXAS vì không có sự lệch phƣơng (gãy khúc) của tia sáng khi truyền qua mặt phân cách giữa 2 môi trƣờng.
HS chú ý theo dõi tiếp nhận vấn đề mở rộng. (1) (2) 1 2 (1) (2) 1 2
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
+ GV yêu cầu HS tìm các ví dụ tƣơng tự,
giải thích?
+ HS suy nghĩ đƣa ra các ví dụ: hình ảnh sợi dây, cành hoa bị gãy khúc tại mặt phân cách giữa 2 môi trƣờng.
ĐỊNH LUẬT KHÚC XẠ ÁNH SÁNG VĐ 2: Xây dựng luận điểm thứ 1 của
định luật KXAS
(Sử dụng kĩ thuật đánh giá bằng quan sát - đánh giá cá nhân).
GV vẽ hình lên bảng:
Xét một tia sáng SI (tia tới) truyền từ môi trƣờng (1) vào môi trƣờng (2):
Ta dễ dàng vẽ đƣợc tia khúc xạ IR bị gãy khúc tại I.
- Phân tích và hiểu đúng VĐ 2 (Đặt HS vào tình huống có VĐ): Yêu cầu xác định hƣớng (phƣơng và chiều) của tia khúc xạ IR?
HS quan sát, ghi chép
- HS dễ dàng nhận thấy tia khúc xạ có chiều hƣớng xuống dƣới. Còn xác định phƣơng tức là xác định xem IR nằm trong mặt phẳng nào.
(Tạo nhu cầu nhận thức ở HS)
(1) (2) S I R Mặt phân cách
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
- Phát hiện giải pháp GQVĐ 2: Tia IR nằm trong mặt phẳng nào?
GV nhận xét: Trong trƣờng hợp này mặt phẳng chứa IR chính là mặt bảng, nhƣng trong trƣờng hợp tổng quát tia IR nằm tròn mặt phẳng chứa tia tới và pháp tuyến tại điểm tới I.
- Lập luận logic VĐ 2: Lập luận để rút
ra đƣợc nội dung luận điểm 1 định luận KXAS.
- HS đƣa ra các giải pháp:
+ HS A: Tia IR nằm cùng mặt phẳng chứa tia SI.
+ HS khác nhận xét: Tia IR dù nó đi thế nào chăng nữa (ra ngoài, vào trong bảng,...) thì luôn cắt SI tại I, trong toán học hai đƣờng thẳng cắt nhau tại 1 điểm luôn tạo ra một mặt phẳng câu trả lời HS A trở lên vô nghĩa.
+ HS B: Tia IR nằm trong mặt phẳng chính là mặt bảng và chứa cả tia tới. HS sẽ hình dung ra là phải vẽ pháp tuyến vuông góc với mặt phân cách giữa hai môi trƣờng.
- HS B: Tại điểm I dựng 1 đƣờng thẳng vuông góc với mặt phân cách, gọi là pháp tuyến NN’ SI (SIN) IR (SIN) và (SIN) ở đây là mặt bảng.
Hình 26.2. Ta gọi SI: Tia tới ; I: Điểm tới (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
N’IN: Pháp tuyến với mặt phân cách I; IR: Tia khúc xạ;
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
- Đánh giá giải pháp cho VĐ 2: Cách GQVĐ trên em có gặp khó khăn gì không và đƣa ra cách giải thích khác (nếu có).
VĐ 3: Xây dựng luận điểm 2 định luật KXAS.
(Sử dụng kĩ thuật đánh giá bằng quan sát - đánh giá theo nhóm nhỏ 3 - 5HS)
GV giới thiệu dụng cụ thí nghiệm gồm một vòng tròn chia độ, một khối nhựa bán trụ trong suốt, và một đèn chiếu laze.
- Vận dụng vào tình huống mới, bối cảnh mới của VĐ 2: Với bộ dụng cụ trên GV
yêu cầu HS tiến hành thí nghiệm kiểm chứng lại luận điểm 1 của định luật?
GV phân tích rõ nhiệm vụ của VĐ 3: Các nhóm đề xuất phƣơng án thí nghiệm khảo sát sự phụ thuộc góc tới i và góc khúc xạ r, từ đó tìm ra quy luật về sự phụ thuộc trên.
- Phân tích và hiểu đúng VĐ 3 (Đặt HS
vào tình huống có vấn đề): Từ hình 26.2 đã vẽ em có nhận xét gì về độ lớn góc khúc xạ so với góc tới?
Nhận xét: 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.
HS phát biểu ý kiến riêng của bản thân về VĐ 2.
HS quan sát
- HS suy nghĩ đề xuất phƣơng án kiểm chứng:
+ Chiếu tia sáng tới mặt phân cách, cắt pháp tuyến tại điểm tới. Nhận thấy tia khúc xạ ở bên kia pháp tuyến so với tia tới.
+ Dùng 1 tờ giấy trắng hứng tia khúc xạ. Nhận thấy ta chỉ đặt tờ giấy trùng với mặt phẳng chứa tia tới và pháp tuyến mới hứng đƣợc tia khúc xạ.
HS lắng nghe
- Các nhóm: Nhận thấy góc khúc xạ và góc tới không bằng nhau.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
- Phát hiện giải pháp GQVĐ 3:
+ Đề xuất phƣơng án thí nghiệm khảo sát
sự phụ thuộc góc tới i và góc khúc xạ r? GV nhận xét và chốt phƣớng án thí nghiệm. Gọi một số HS đại diện các nhóm lên tiến hành TN, thu thập kết quả vào bảng số liệu.
Từ bảng số liệu em có nhận xét gì về mối quan hệ giữa góc tới i và góc khúc xạ r khi tăng dần góc tới i? Kết luận?
Năm 1621, giáo sƣ Xnen đã làm thí nghiệm tổng quát với các góc i lớn và bé. Ông khẳng định góc tới và góc khúc xạ có mối quan hệ đồng biến (cùng tăng hoặc cùng giảm) chứ không tỉ lệ thuận nhƣng sini và sinr thì có mối quan hệ đặc biệt với nhau.
+ Chiếu tia sáng tới khối bán trụ với các góc tới khác nhau, đọc góc khúc xạ trên thƣớc đo độ, ghi lại kết quả, tìm mối liên hệ. Bảng số liệu:
* i nhỏ: i tăng thì r cũng tăng và dƣờng nhƣ tỷ lệ thuận.
* i lớn: i tăng r cũng tăng và không tỉ lệ thuận.
Kết luận: i và r có mối quan hệ đồng biến nhƣng không tỉ lệ. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
HS nhận ra phải đi tính sini và sinr từ đó sẽ tìm ra đƣợc quy luật i r sin i sin r 00 00 0 0 100 6,50 0,174 0,113 200 130 0,342 0,225 300 19,50 0,500 0,334 400 25,50 0,643 0,431 500 310 0,766 0,515 600 350 0,866 0,574 700 390 0,940 0,629 800 41,50 0,985 0,663
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
+ Xử lí số liệu để tìm ra biểu thức biểu diễn sự phụ thuộc của sinr vào sini? + GV yêu cầu:
Nhóm A: vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc góc r vào góc i.
Nhóm B: vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc sinr vào sini.
- Lập luận logic VĐ 3:
+ Từ hai đồ thị em có nhận xét gì?
+ Từ dự đoán sini và sinr tỉ lê thuận với nhau, các nhóm đề xuất phƣơng án vẽ đồ thị.
+ Các nhóm nhận nhiệm vụ
+ Nhóm A: Đồ thị là một đƣờng thẳng đi qua gốc tọa độ khi góc i nhỏ, nhƣng khi góc i lớn lại là một đƣờng cong.
i tăng thì r tăng và không tỉ lệ
+ Nhóm B: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của sinr vào sini có dạng một đƣờng thẳng đi qua gốc tọa độ
Trong toán học: đồ thị trên giống với đồ thị y = ax (a: hằng số)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
+ Phát biểu nội dung luận điểm 2 của định luật?
- Đánh giá giải pháp cho VĐ 3: Cách GQVĐ trên em có gặp khó khăn gì không và đƣa ra cách giải thích khác (nếu có). hay r i sin sin = hằng số
+Với hai môi trường trong suốt nhất định, tỉ số giữa sin góc tới (sini) và sin góc khúc xạ (sinr) luôn không đổi:
r i sin sin = hằng số (26.1)
HS phát biểu ý kiến riêng của bản thân về VĐ 3:
Biện luận về sai số của kết quả thí nghiệm và các nguyên nhân gây lên sai số, môi trƣờng, độ sáng của nguồn sáng, bề dày của tia sáng, chùm sáng, sai số khi đo, đọc giá trị.
CHIẾT SUẤT CỦA MÔI TRƢỜNG 1. Chiết suất tuyệt đối
Nếu gọi n1 là chiết suất tuyệt đối của môi trƣờng (1) và n2 là chiết suất tuyệt đối của môi trƣờng (2) Thì n1 = 1 c và n2 = 2 c
Với c là tốc độ ánh sáng trong chân không, 1là tốc độ ánh sáng trong môi trƣờng (1), 2là tốc độ ánh sáng trong môi trƣờng (2).
- Từ đó ta có khái niệm chiết suất tuyệt đối, yêu cầu HS phát biểu?
HS ghi nhận
- Chiết suất tuyệt đối (thường gọi tắt là chiết suất) của một môi trường là chiết suất tỉ đối của môi trường đó đối chân không.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
- Kết hợp với quan sát bảng 26.2 SGK em có nhận xét gì về độ lớn của chiết suất tuyệt đối của các môi tƣờng?
Lƣu ý: Vì << c nên chiết suất của môi trƣờng luôn 1.
2.Chiết suất tỉ đối (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Chiết suất tỉ đối là tỉ số chiết suất của môi trƣờng (2) đối với môi trƣờng (1) và đúng bằng tỉ số sini trên sinr:
r i sin sin = n21 (26.2) Với n21 = 1 2 n n (26.3)
- Yêu cầu HS viết công thức (26.2) dƣới dạng đối xứng?
- So sánh độ lớn của góc tới i và góc khúc xạ r trong 2 TH: n21 > 1 và n21 < 1, vẽ hình?
- Vận dụng vào tình huống mới, bối cảnh mới của VĐ 3: GV đƣa ra các câu
hỏi mở rộng.
+ Viết công thức của định luật KXAS với các góc nhỏ (<100)?
+ Chiết suất của môi trƣờng chân không là 1, của không khí xấp xỉ 1, các môi trƣờng khác có chiết suất luôn lớn hơn 1 (mang dấu +).
+ Chiết suất của hai môi trƣờng khác nhau có thể bằng nhau ví dụ thủy tinh và benzen đều là 1,5.
HS ghi nhận
- Biểu thức: n1 sini = n2 sinr (26.4)
+ Nếu n21>1 thì i > r, ta nói môi trƣờng 2 chiết quang hơn môi trƣờng 1.
+ Nếu n21<1 thì i < r, ta nói môi trƣờng 2 kém chiết quang hơn môi trƣờng 1.
+ Nếu i và i nhỏ hơn 100 thì: sini i (rad) và sinr r (rad) suy ra:
r i = 1 2 n n
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
+ Những trƣờng hợp nào tia sáng khi truyền qua mặt phân cách giữa hai môi trƣờng thì không đổi phƣơng?
+ TH1: Khi i = 00 thì r = 00 Tia sáng đi qua mặt phân cách và không bị đổi phƣơng. + TH2: Tia sáng truyền qua 2 môi trƣờng có chiết suất bằng nhau ví dụ benzen và thủy tinh.
VĐ 4: TÍNH THUẬN NGHỊCH CỦA SỰ TRUYỀN ÁNH SÁNG