IX – DỰ KIẾN BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN
2.2.2.Thiết kế các bài học chƣơng “Khúc xạ ánh sáng”
2.2.2.1. Bài “ Khúc xạ ánh sáng” A. Mục tiêu: a. Kiến thức: - Nắm đƣợc hiện tƣợng khúc xạ ánh sáng là gì? Nhận ra trƣờng hợp giới hạn i = 0 từ thí nghiệm. - Phát biểu đƣợc định luật khúc xạ ánh sáng.
- Trình bày đƣợc các khái niệm chiết suất tuyệt đối và chiết suất tỉ đối. Viết đƣợc hệ thức chiết suất tỉ đối và chiết suất tuyệt đối.
b. Kĩ năng:
- Viết và vận dụng đƣợc công thức của định luật khúc xạ ánh sáng.
- Rèn luyện kĩ năng logic toán học để xây dựng công thức định luật khúc xạ ánh sáng - Phát triển tƣ duy logic cho HS:
+ Biết vận dụng định luật khúc xạ để giải thích một số hiện tƣợng trong thực tế. + Biết vận dụng định luật khúc xạ ánh sáng để giải một số bài tập.
- Rèn luyện cho HS cách làm việc khoa học: Quan sát GV tiến hành thí nghiệm, thu thập số liệu và sử lí số liệu.
c. Về thái độ :
- Có hứng thú học tập vật lí, yêu thích tìm tòi khoa học.
- Tích cực tham gia làm thí nghiệm, thảo luận, và phát biểu ý kiến. - Rèn luyện tính cẩn thận, kiên trì, trung thực khi làm thí nghiệm.
B. Xác định công việc cần chuẩn bị nhằm hỗ trợ cho việc giảng dạy bài “ khúc xạ ánh sáng”.
a. Công việc của GV:
- Các thí nghiệm phát hiện hiện tƣợng khúc xạ ánh sáng : Cốc nƣớc, chiếc thìa… - Thí nghiệm về sự khúc xạ ánh sáng bao gồm: Chùm tia laze, vòng tròn chia độ, khối nhựa bán trụ, bảng từ.
b. Công việc của HS:
Ôn lại kiến thức đã học về sự phản xạ ánh sáng và khúc xạ ánh sáng đã đƣợc học ở THCS.
C. Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức hiện tƣợng “Khúc xạ ánh sáng”, “ Định luật khúc xạ ánh sáng”, “ Chiết suất của môi trƣờng”.
- Tia sáng truyền qua mặt phân cách gọi là tia khúc xạ. Góc tạo bởi tia khúc xạ và pháp tuyến gọi là góc khúc xạ.
- Mặt phẳng tới là mặt phẳng tạo bởi tia tới và pháp tuyến
- Tìm mặt phẳng chứa tia khúc xạ và quy luật biến đổi của góc khúc xạ Khảo sát đƣờng truyền của 1 tia sáng khi chiếu tới mặt phân cách giữa không khí và một bán cầu bằng nhựa
Ánh sáng truyền qua mặt phân cách theo phƣơng khác với phƣơng ánh sáng truyền tới và đƣợc gọi là hiện tƣợng khúc xạ ánh sáng
Sự lệch phƣơng của ánh sáng khi truyền qua mặt phân cách giữa hai môi trƣờng có tuân theo luật gì không? Giáo viên tiến hành thí nghiệm, dựa vào hiện tƣợng học sinh phát hiện ra hiện tƣợng khúc xạ ánh sáng
- Tiến hành thí nghiệm khảo sát hiện tƣợng khúc xạ ánh sáng
- Xác định góc tới và góc khúc xạ trên vòng tròn chia độ vào bảng số liệu 26.1.SGK
- Vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của r vào i và đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của sinr vào sini
- Lập tỉ số giữa
r i
sin sin
, kết hợp với dạng đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của sini vào sinh r, nêu nhận xét.
Khái quát những kết quả tìm đƣợc ngƣời ta xây dựng định luật khúc xạ ánh sáng + Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới và ở bên kia pháp tuyến so với tia tới + Với hai môi trƣờng trong suốt nhất định thì
r i (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
sin sin
= hằng số
Hằng số trên phụ thuộc vào bản chất hai môi trƣờng và đƣợc gọi là chiết suất tỉ đối của môi trƣờng khúc xạ đối với môi trƣờng tới (n21)
- Chiết suất tỉ đối của một môi trƣờng đối với chân không gọi là chiết suất tuyệt đối của môi trƣờng đó => nck = 1 ≈ nkk , chiết suất tuyệt đối của môi trƣờng bất kỳ luôn lớn hơn 1.
``
D. Xây dựng các tình huống có vấn đề và định hƣớng giải quyết vấn đề khi dạy bài “ Khúc xạ ánh sáng” theo hƣớng phát huy tính tích cực học tập.
a. Tình huống về hiện tượng khúc xạ ánh sáng
- Nhúng một chiếc thìa vào trong một cốc nƣớc - HS quan sát và nhận xét hình dạng của chiếc thìa
- Tình huống này HS dễ nhận ra sự thay đổi hình dạng chiếc thìa khi nó đƣợc nhúng vào cốc nƣớc, tuy nhiên để giải thích nó là điều không thể.
- Chiết suất tỉ đối : n21=
r i
sin sin
- Chiết suất tuyệt đối: Là chiết suất tỉ đối của môi trƣờng đó với chân không Hệ thức: n21=
1 2
n n
- Công thức định luật khúc xạ ánh sáng dƣới dạng đối xứng : n1sini = n2sinr + Khi n2> n1 thì i > r => Tia khúc xạ lệch gần pháp tuyến hơn
+ Khi n2< n1 thì i < r => Tia khúc xạ lệch ra xa pháp tuyến hơn
Nếu thay đổi chiều truyền ánh sáng trong các thí nghiệm vừa xét thì các kết quả trên còn đúng không?
- Tiến hành thí nghiệm đổi tia khúc xạ thành tia tới và ngƣợc lại - Quan sát và rút ra nhận xét
Tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng: Ánh sáng truyền đi theo đƣờng nào thì cũng truyền ngƣợc lại theo đƣờng đó.
=> n12 = 21 1
b. Tình huống cơ bản 1( định luật khúc xạ ánh sáng)
- Tiến hành thí nghiệm : chiếu ánh sáng từ không khí qua mặt phân cách của bán cầu nhựa.
- Yêu cầu HS quan sát và đƣa ra nhận xét về sự thay đổi phƣơng tia khúc xạ (góc khúc xạ) khi thay đổi phƣơng tia tới ( thay đổi góc tới).
c. Tình huống nảy sinh vấn đề 1:
- Sự thay đổi phƣơng tia khúc xạ (góc khúc xạ) dẫn tới sự thay đổi phƣơng tia tới ( thay đổi góc tới) vậy sự thay đổi này có tuân theo quy luật nào không?
- Tình huống này dẫn đến hành động suy đoán tìm câu trả lời.
d. Tình huống suy luận logic toán học ( vấn đề 1)
- Từ kết quả đo góc tới i và góc khúc xạ r có đƣợc, em hãy vẽ đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa ( r, i ) và ( sini , sin r ).
- Sự biểu diễn đó trên đồ thị là một đƣờng thẳng hay đƣờng cong? - Từ kết quả đo đƣợc và đồ thị rút ra hệ thức 26.1 ( SGK tr. 163 ) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
e. Bài toán vận dụng – kiểm chứng 1 ( định luật khúc xạ ánh sáng )
- Yêu cầu HS giải bài toán bằng cách sử dụng định luật khúc xạ ánh sáng. - Hãy vẽ tiếp đƣờng đi của một tia sáng tới từ không khí đến vuông góc với mặt phân cách giữa không khí và nhựa trong.
- Kết quả của việc giải bài toán: i = 0 => r = 0 => tia sáng truyền thẳng.
- Vẫn chƣa đủ niềm tin vì chỉ trong môi trƣờng trong suốt và đồng tính thí ánh sáng mới truyền theo đƣờng thẳng.
- Tiến hành thí nghiệm để kiểm tra, kết quả thí nghiệm phù hợp với việc vận dụng định luật để giải bài toán, khẳng định tính chính xác của định luật khúc xạ ánh sáng.
g. Tình huống cơ bản 2 ( Chiết suất của môi trường )
- Từ biểu thức định luật khúc xạ ánh sáng
r i
sin sin
= hằng số, hãy cho biết hằng số này là gì? Phụ thuộc vào yếu tố nào? Đƣợc tính bằng cách nào?
- HS có thể dự đoán và đƣa ra phƣơng án thí nghiệm để kiểm tra dự đoán với tình huống này.
h. Tình huống kiểm chứng 2 - Để kiểm chứng r i sin sin = n21= 1 2 n n
, ta khảo sát bài toán: Xác định chiết suất của nhựa trong bằng cách cho ánh sáng truyền từ không khí vào nhựa trong dƣới góc tới 300, 450, 600.
- HS tiến hành thí nghiệm lấy số liệu đo.
E. Nội dung ghi bảng bài học “ Khúc xạ ánh sáng”
I. Sự khúc xạ ánh sáng.
1. Hiện tƣợng khúc xạ ánh sáng
Khúc xạ ánh ánh sáng là hiện tƣợng lệch phƣơng (gãy) của các tia sáng khi truyền xiên góc qua mặt phân cách giữa hai môi trƣờng trong suốt khác nhau.
2. Định luật khúc xạ ánh sáng
* Thí nghiệm:
- Mục đích.
- Dụng cụ
- Tiến hành thí nghiệm
+ SI : Tia tới; I : điểm tới ; + N‟IN : Pháp tuyến với mặt phân cách tại I ;
+ IR : Tia khúc xạ; + i : Góc tới ; r : góc khúc xạ
* Kết quả đo góc tới i và góc khúc xạ r. Bảng số liệu 26.1: i R sini Sinr 00 00 0 0 100 6,50 0,173 0,113 200 130 0,342 0,225 300 19,50 0,5 0,334 400 260 0,643 0,423 500 310 0,766 0,515 600 350 0,866 0,574 700 390 0,939 0,629 800 41,50 0,985 0,663
=> Nhận xét: - Khi tăng dần góc tới i thì góc khúc xạ r cũng tăng. - Tỉ số: r i sin sin ≈ không đổi * Định luật khúc xạ ánh sáng:
- 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.
- Với hai môi trƣờng trong suốt nhất định, tỉ số giữa sin góc tới (sini) và sin góc khúc xạ (sinr) luôn không đổi:
r i (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
sin sin
= hằng số
II. Chiết suất của môi trƣờng. 1. Chiết suất tỉ đối
Tỉ số
r i
sin sin
= hằng sốđƣợc gọi là chiết tỉ đối của môi trƣờng (2) chứa tia khúc xạ và môi trƣờng (1) chứa tia tới.
- Nếu n21> 1 thì r < i : Tia khúc xạ bị lệch gần pháp tuyến hơn. Ta nói môi trƣờng (2) chiết quang hơn môi trƣờng (1).
- Nếu n21< 1 thì r > i : Tia khúc xạ bị lệch xa pháp tuyến hơn. Ta nói môi trƣờng (2) chiết quang kém hơn môi trƣờng (1).
2. Chiết suất tuyệt đối
- Chiết suất tuyệt đối (thƣờng gọi tắt là chiết suất) của một môi trƣờng là chiết suất tỉ đối của môi trƣờng đó đối với chân không.
- Chiết suất nck = 1 ≈ nkk. - Hệ thức: n21 = 1 2 n n
- Công thức của định luật khúc xạ có thể viết dƣới dạng đối xứng : n1sini = n2sinr
III. Tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng.
- Ánh sáng truyền đi theo đƣờng nào thì cũng truyền ngƣợc lại theo đƣờng đó - Hình vẽ :
- Hệ thức : n12 = 21 1
n
F. Tổ chức hoạt động dạy học bài “ Khúc xạ ánh sáng”.
GV: Đặt vấn đề vào bài bằng thí nghiệm nhỏ: nhúng một cái thìa vào cốc thủy tinh chứa nƣớc
HS: Quan sát và nêu nguyên nhân dẫn đến hiện tƣợng đó. - Chiếc thìa nhƣ bị gãy ở mặt nƣớc.
- Nguyên nhân: Sự khúc xạ ánh sáng
GV: - Nêu một số hiện tƣợng ( hoặc có thể gợi ý để HS tự nêu) gần gũi với đời sống hàng ngày có liên quan đến hiện tƣợng khúc xạ ánh sáng nhƣ: khi nhìn một con suối nƣớc trong dƣới đáy có sỏi ta thấy dƣờng nhƣ mực nƣớc nông hơn ( những ngƣời ít có kinh nghiệm bị ƣớt quần áo khi lội qua) hay một cành cây cắm trên suối ta nhìn nhƣ nó bị gãy ở mặt nƣớc…
- Cho HS quan sát thí nghiệm tia sáng đi qua một khối nhựa trong suốt ( Cho HS dự đoán đƣờng truyền của tia sáng sau đó làm thí nghiệm).
S
I
R
HS: Quan sát thí nghiệm và nhận xét.
GV: Vậy hiện tƣợng khúc xạ ánh sáng là gì ?
H2 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
a. Hiện tƣợng khúc xạ ánh sáng
HS: Trình bày hiện tƣợng khúc xạ ánh sáng: là hiện tƣợng tia sáng khi đi từ môi trƣờng trong suốt này sang môi trƣờng trong suốt khác thì bị gãy khúc tại mặt phân cách giữa hai môi trƣờng.
GV: - Từ thí nghiệm, yêu cầu HS biểu diễn sự truyền ánh sáng bằng hình vẽ và xác định các khái niệm: tia tới, điểm tới, pháp tuyến, góc tới, tia phản xạ, góc phản xạ, tia khúc xạ, góc khúc xạ, mặt phẳng tới.
- Nêu vấn đề: Nhƣ vậy, ta mới chỉ tìm hiểu hiện tƣợng khúc xạ ánh sáng về mặt định tính. Sự thay đổi phƣơng tia tới (góc tới) dẫn tới sự thay đổi phƣơng tia khúc xạ ( thay đổi góc khúc xạ ) vậy sự thay đổi này có tuân theo quy luật nào không?
b. Định luật khúc xạ ánh sáng:
HS: Đề xuất phương án giải quyết vấn đề: Ta có thể tiến hành thí nghiệm để khảo sát.
GV: Ta có thể bố trí thí nghiệm nhƣ thế nào để tìm đƣợc mối quan hệ giữa i và r? Có thể sử dụng thí nghiệm trên đƣợc không?
HS: Có thể sử dụng thí nghiệm hình H2
GV: Cho HS tiến hành lại thí nghiệm H2 khảo sát hiện tƣợng khúc xạ ánh sáng (xét với cặp môi trƣờng trong suốt thủy tinh – không khí).
- Ta có thể xác định đƣợc các góc i và r không? Và cần phải làm nhƣ thế nào?
HS: Có thể đƣợc, dùng thƣớc đo độ ta đo đƣợc các góc i và r.
GV: Lƣu ý cho HS khi đó phải đặt tâm của thƣớc ở đâu?
HS: Phải đặt ở điểm tới I.
HS: Tia khúc xạ nằm trong cùng mặt phẳng chứa tia tới ( mặt phẳng tới) và ở bên kia pháp tuyến so với tia tới.
- Xác định góc tới và góc khúc xạ trên đƣờng tròn chia độ.
GV: Yêu cầu HS tăng dần góc tới i và đọc giá trị góc khúc xạ, ghi vào bảng số liệu.
HS: Đọc và ghi số liệu vào bảng.
GV: Căn cứ vào bảng số liệu yêu cầu HS phân tích mối quan hệ giữa i và r
HS: Từ số liệu thu đƣợc ta thấy: khi i tăng thì r tăng và ngƣợc lại.
GV: Sự thay đổi này có tuân theo quy luật nào không?
HS: Suy đoán giả thiết: khi i tăng r cũng tăng có thể chúng tỉ lệ thuận với nhau.
GV: Hãy vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của góc khúc xạ r vào góc tới i
Từ dạng đồ thị, hãy nêu mối quan hệ giữa r và i (có phải là mối quan hệ tỉ lệ thuận không?).
HS: Vì đƣờng biểu diễn không phải là đƣờng thẳng r không tỉ lệ thuận với i. (Bác bỏ giả thiết trên)
GV: Nếu bây giờ ta xét sự phụ thuộc của hàm số lƣợng giác của chúng thì có thể rút ra nhận xét gì? ta nên xét hàm lƣợng giác nào?
HS: - Xét hàm sin, vì hàm sin là hàm đồng biến trong khoảng (0 900). - Xác định giá trị của sini, sinr và ghi kết quả vào bảng,
Góc tới Góc khúc xạ 00 00 100 6,50 200 130 300 19,50 400 25,50 500 310 600 350 700 390 800 410 i O 100 200 300 400 500 200 400 600 8001000 r i O 100 200 300 400 500 200 400 600 8001000 r
Sini Sinr 0 0 0,174 0,113 0,342 0,225 0,500 0,334 0,643 0,431 0,766 0,515 0,866 0,574 0,940 0,629 0,985 0,656
GV: Hãy vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của sinr vào sini, nêu nhận xét.
HS: Đồ thị có dạng là đƣờng thẳng sinr tỉ lệ với sini (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
GV: Hãy vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của sinr vào sini, nêu nhận xét.
HS: - Đồ thị có dạng là đƣờng thẳng sinr tỉ lệ với sini.
GV: - Điều này cũng đúng khi ta lập tỉ số sin
sin
i
r ( HS tính nhanh các giá trị của sin
sin i r) -Ta có: n n r i r i r i sin sin ... sin sin sin sin 2 2 1 1 1,5 (= không đổi). Hay: sin sin i r = const.
- Trong thí nghiệm trên, môi trƣờng chứa tia tới là không khí, môi trƣờng chứa tia khúc xạ là nhựa trong suốt thì ta có sin
sin
i
r 1,5. Nếu ta thay không khí và nhựa bằng một cặp môi trƣờng trong suốt khác thì tỉ số sin
sin
i
r cũng không đổi và bằng một giá trị n nào đó.
- Khái quát những kết quả tìm đƣợc, ngƣời ta đã xây dựng một định luật gọi là định luật khúc xạ ánh sáng.
HS : Phát biểu nội dung định luật khúc xạ ánh sáng
O 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,2 0,4 0,6 8,0 1 sinr sini 0,6 0,7 O 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,2 0,4 0,6 8,0 1 sinr sini 0,6 0,7
C. Chiết suất của môi trường.
GV: Nêu vấn đề: Vậy hằng số n này phụ thuộc gì? Đƣợc xác định nhƣ thế nào? Có tên gọi là gì?
HS :Đề xuất các giả thiết :
+ Có khả năng hằng số này phụ thuộc vào bản chất hai môi trƣờng (tới và khúc xạ)