2.2.2.1. Mục tiêu bài học a. Mục tiêu kiến thức
- Nhận biết ánh sáng không phải lúc nào cũng truyền theo phƣơng thẳng.
- Nêu đƣợc hiện tƣợng nhiễu xạ ánh sáng là gì.
- Nêu đƣợc mỗi ánh sáng đơn sắc có một bƣớc sóng xác định trong chân không.
- Nắm đƣợc dụng cụ, bố trí, kết quả thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng.
- Nêu đƣợc điều kiện để xảy ra hiện tƣợng giao thoa ánh sáng.
- Nêu đƣợc hiện tƣợng giao thoa ánh sáng chứng tỏ ánh sáng có bản chất sóng.
- Nắm đƣợc các công thức về giao thoa ánh sáng: hiệu quang trình; khoảng vân i; vị trí vân sáng, vân tối trên màn.
- Nhớ đƣợc khoảng bƣớc sóng của ánh sáng khả kiến trong thang sóng điện từ. b. Mục tiêu kỉ năng :
- Giải thích đƣợc hiện tƣợng giao thoa và nhiễu xạ ánh sáng.
- Vận dụng các công thức của giao thoa ánh sáng để xác định các đại lƣợng cần tìm trong bài toán giao thoa.
- Xác định những bƣớc xạ có mặt tại một vị trí xác định trên trƣờng giao thoa.
- Ứng dụng trên thực tế để xác định bƣớc sóng của ánh sáng.
2.2.2.2. Chuẩn bị của giáo viên và học sinh a. Giáo viên
- Sơ đồ mô tả thí nghiệm giao thoa ánh sáng, thí nghiệm giao thoa ánh sáng
- Soạn bộ câu hỏi trắc nghiệm dẫn dắt, tái hiện, ôn tập… b. Học sinh
- Ôn tập lại kiến thức phần giao thoa sóng cơ.
- Tập trung theo nhóm, thảo luận có hiệu quả.
2.2.2.3. Thiết kế phƣơng án xây dựng kiến thức trong bài học
- Chọn phƣơng pháp nêu tình huống có vấn đề bằng cách : nêu ra các câu hỏi tình huống để kích thích học sinh suy nghĩ, tìm tòi, tìm cách giải thích và lĩnh hội kiến thức bài học. Bằng nhiều biện pháp, giáo viên gợi ý, giúp đỡ học sinh tập trả lời các vấn đề đặt ra một cách có logic. Thông qua quá trính học tập nhƣ vậy, học sinh hứng thú hơn và chủ động trong việc học. Ngoài ra, còn trang bị cho học sinh cách thức chiếm lĩnh tri thức.
- Để HS hiểu hiện tƣợng nhiễu xạ ánh sáng có thể dùng hai phƣơng án nhƣ sau :
+ Phương án 1 : Đầu tiên, mô tả cho học sinh xem thí nghiệm về nhiễu xạ. Nếu chiếu ánh sáng S qua lỗ tròn O thì vệt sáng sẽ in lên màn chắn có đƣờng kính D (đáy của hình nón) theo định luật truyền thẳng của ánh sáng. Nhƣng trên thực tế, vệt sáng in trên màn chắn lại có đƣờng kính D’ lớn hơn D. Mâu thuẫn với định luật truyền thẳng ánh sáng. Đến đây học sinh phải tự nhận diện vấn đề là ánh sáng không đƣợc truyền thẳng khi truyền qua lỗ tròn O. Sau đó, giáo viên chốt lại hiện tƣợng ánh sáng không đƣợc truyền thẳng khi gặp vật chắn gọi là hiện tƣợng nhiễu xạ ánh sáng. Hiện tƣợng này chỉ có thể giải thích nếu thừa nhận ánh sáng có tính chất sóng.
+ Phương án 2 : Làm thử nghiệm nhiễu xạ bằng cách: khi đứng trong phòng tối có ánh sáng truyền qua một lỗ rất nhỏ trên tƣờng, đặt mắt ở mọi vị trí (đứng ở mọi vị trí khác nhau) đều thấy ánh sáng truyền qua lỗ. Chứng tỏ các ánh sáng truyền tới mắt. Mâu thuẫn với định luật truyền thẳng ánh sáng.
- Giáo viên mô tả cách bố trí thí nghiệm Young và biễu diễn thí nghiệm để học sinh tự nhận biết kết quả thí nghiệm dƣới sự định hƣớng của giáo viên để học sinh tìm ra sự tƣơng tự giữa giao thoa ánh sáng và giao thoa sóng cơ. Từ đó khẳng định lại một lần nữa ánh sáng có tính chất sóng.
- Giáo viên biễu diễn một thí nghiệm không thành công trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng bằng cách đặt hai ngọn nến vào hai khe sáng S1, S2. Đặt vấn
đề mâu thuẫn để học sinh thảo luận nhóm và nêu ra điều kiện để xảy ra hiện tƣợng giao thoa ánh sáng.
- Sau đó dƣới sự gợi ý của giáo viên, học sinh tự chứng minh một cách logic các công thức giao thoa ánh sáng. Từ công thức tìm đƣợc hãy suy ra cách ứng dụng để đo bƣớc sóng.
- Giáo viên yêu cầu học sinh tự tìm hiểu về bƣớc sóng của các ánh sáng đơn sắc trong vùng ánh sáng khả kiến. Sau đó các nhóm trình bày cho cả lớp.
- Cuối cùng giáo viên chốt lại các kiến thức cần nắm trong bài học và nhận xét, đánh giá hiệu quả làm việc của các nhóm.
2.2.2.4. Tiến trình hoạt động dạy học cụ thể
Hoạt động của GV Hoạt động của HS (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hoạt động 1 : Tìm hiểu hiện tƣợng nhiễu xạ và giao thoa ánh sáng
GV đặt vấn đề vào bài giữa âm và ánh sáng có nhiều điểm tƣơng đồng: Chúng cùng truyền theo đƣờng thẳng, cũng tuân theo định luật phản xạ, khúc xạ…Âm lại có tính chất sóng, vậy liệu ánh sáng có tính chất đó không?
Hiện tƣợng nhiễu xạ
Câu 25.1: Các câu sau đây câu nào đúng, câu nào sai:
1. Trong một môi trường trong suốt, ánh sáng luôn được truyền theo đường thẳng ………… 2. Mắt chỉ cảm nhận được ánh sáng khi có ánh sáng truyền đến mắt ………
3. Đứng trong phòng tối hoàn toàn thì không có ánh sáng truyền đến mắt ta ……… 4. Đứng trong phóng tối, có một tia sáng lọt vào nhưng không truyền đến mắt mà mắt vẫn nhìn thấy tia sáng, chứng tỏ có ánh sáng truyền đến mắt ………….
5. Khẳng định của ý trên chứng tỏ ánh sáng không còn truyền thẳng nữa ………
HS nghe và suy nghĩ 1. Đúng 2. Đúng 3. Đúng 4. Đúng 5. Đúng
GV chốt lại hiện tƣợng khi ánh sáng đi gần mép vật chắn hoặc đi qua lỗ nhỏ bị đổi đƣờng truyền gọi là hiện tƣợng nhiễu xạ
Thông báo: hiện tƣợng nhiễu xạ chỉ giải thích đƣợc khi thừa nhận ánh sáng có tính chất sóng.
Hiện tƣợng giao thoa
Mô tả sơ đồ thí nghiệm và biểu diễn thí nghiệm Young, yêu cầu HS cho biết kết quả thí nghiệm quan sát
Từ kết quả quan sát, định hƣớng để HS nhận diện hiện tƣợng này tƣơng tự hiện tƣợng gì đã học ở phần sóng cơ
Từ kiến thức đã học về giao thoa sóng cơ, hãy điền vào chỗ trống trong các câu hỏi sau:
Câu 25.2:
1. Hai khe S1, S2 cùng được chiếu sáng bằng ánh sáng từ nguồn S nên S1, S2 là hai nguồn sóng có cùng………
2.Vì khoảng cách từ S đến S1 vàS2 không đổi nên hai nguồn sóng có ………không đổi
3.Điều kiện để xảy ra giao thoa sóng là …… 4. Những vạch sáng trên màn quan sát là kết quả của………
5. Những vạch tối trên màn quan sát là kết quả của………
Sau khi HS trả lời, GV xác nhận thông tin đúng.
Yêu cầu HS nhắc lại điều kiện để xảy ra giao thoa ánh sáng và giải thích hiện tƣợng quan sát trên màn giao thoa
HS nghe và ghi nhớ
HS quan sát và đƣa ra nhận xét: Trong thí nghiệm ta quan sát thấy những vạch sáng và vạch tối xen kẽ đều đặn.
Giao thoa sóng cơ
HS thảo luận và trả lời
1. Cùng tần số (bƣớc sóng) 2. Hiệu số pha không đổi theo thời gian
3. Cùng tần số và hiệu số pha không đổi
4. Hai nguồn sáng tăng cƣờng lẫn nhau
5. Hai nguồn sáng triệt tiêu nhau
Điều kiện: Hai sóng tới phải là (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
hai sóng kết hợp, cùng tần số và độ lệch pha không đổi
Giải thích: Vạch tối là kết quả
của sự triệt tiêu lẫn nhau và những vạch sáng là kết quả của sự tăng cƣờng lẫn nhau của hai nguồn sóng ánh sáng.
Hoạt động 2: Tìm hiểu bƣớc sóng – màu sắc ánh sáng và đo bƣớc sóng ánh sáng
Bƣớc sóng ánh sáng – màu sắc ánh sáng:
Yêu cầu HS đọc phần III SGK
Lƣu ý với HS rằng bƣớc sóng của mỗi ánh sáng đơn sắc là không đổi trong chân không, nhƣng nếu ánh sáng đó truyền trong môi trƣờng khác, vận tốc sẽ giảm nên bƣớc sóng cũng giảm theo. Do đó đại lƣợng không đổi của ánh sáng đơn sắc là tần số.
Đo bƣớc sóng ánh sáng:
Định hƣớng HS chứng minh logic công thức tính hiệu quang lộ, vị trí vân tối, vị trí vân sáng.
Hãy nêu định nghĩa về khoảng vân.
Yêu cầu HS từ công thức tính khoảng vân i, hãy nêu phƣơng án để đo bƣớc sóng bằng thí nghiệm giao thoa Young.
HS đọc sách và tự thảo luận nhóm, chứng minh và trình bày phần tìm hiểu của mình trƣớc lớp.
Trả lời: khoảng vân là khoảng cách giữa hai vân tối hoặc hai vân sáng liên tiếp.
Đo đƣợc i, D, a, rồi dùng công thức: i = λ.D
a để suy ra λ
Hoạt động 3: Củng cố, ôn tập, vận dụng
GV lựa chọn thời gian thích hợp chốt lại kiến thức cần nắm trong bài và trả lời câu hỏi TNKQ
HS trả lời câu hỏi
Câu 25.3: Điền từ thích hợp vào chỗ trống:
1. Tia sáng bị đổi phương đột ngột khi đi qua mép vật cản gọi là hiện tượng…………
2. Hiện tượng những vân sáng, vân tối xen kẽ nhau một cách đều đặc do chiếu một nguồn sáng qua khe hẹp gọi là hiện tượng………
3. Hiện tượng nhiễu xạ, giao thoa ánh sáng chứng tỏ………
4. Công thức xác định vị trí vân sáng………,vân tối……, khoảng vân………
5. Điều kiện để hiện tượng giao thoa xảy ra là: ………
6. Hai nguồn ánh sáng gọi là hai nguồn sóng kết hợp phải thỏa mãn điều kiện: ………
7. Đặc trưng của một ánh sáng đơn sắc là: ………… và ………
8. Khoảng vân giao thoa là ………
Câu 25.4: Trong các câu sau đây, câu nào sai, câu nào đúng:
1. Hiện tượng giao thoa ánh sáng là sự tổng hợp của hai nguồn sáng kết hợp trong miền chồng chập của chúng. ………
2. Hiện tượng giao thoa ánh sáng là một bằng chứng thực nghiệm quan trọng khẳng định ánh sáng có tính chất sóng.……… (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3. Trong miền giao thoa, những vạch tối ứng với những chỗ hai sóng tới không gặp nhau được. ………
4. Trong miền giao thoa, những vạch sáng ứng với những chỗ hai sóng tới gặp nhau, tăng cường lẫn nhau. ………
5. Khoảng vân là khoảng cách giữa hai vân sáng cùng bậc trên màn hứng. …………
6. Vân tối trên màn giao thoa là tập hợp các điểm có hiệu quang trình đến hai nguồn bằng một số nguyên lần bước sóng. ………
7. Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng đơn sắc bằng khe Young, tại vị trí các vân sáng trên màn, hai sóng truyền đến những vị trí này có cùng tần số, cùng biên độ, cùng pha. ………
8. Hiện tượng nhiễu xạ xảy ra khi ánh sáng bị đổi phương khi truyền qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt. ………
Câu 25.5: Kết quả của thí nghiệm Young chứng tỏ:
A. Ánh sáng có tính chất sóng. B. Ánh sáng có khả năng tán sắc.
C. Ánh sáng có khả năng đâm xuyên. D. Ánh sáng có tính chất hạt.
Câu 25.6: Trường hợp nào sau đây thể hiện rõ nhất tính chất sóng của ánh sáng
A. Khả năng đâm xuyên. B. Sự tán sắc ánh sáng.
C. Tác dụng nhiệt. D. Tác dụng phát quang.
Câu 25.7: Hiện tượng giao thoa ánh sáng chỉ quan sát được khi hai nguồn sáng là hai nguồn:
A. cùng màu sắc. B. cùng cường độ sáng. C. kết hợp. D.đơn sắc.
Câu 25.8: Hai nguồn sáng được gọi là hai nguồn sóng kết hợp khi hai nguồn này:
A. có cùng màu sắc. B. cùng xuất phát từ một nguồn.
Câu 25.9: Hai nguồn kết hợp là hai nguồn phát ra hai sóng phải:
A. Có cùng tần số, cùng biên độ và hiệu số pha thay đổi theo thời gian.
B. Cùng tần số và hiệu số pha của chúng không thay đổi.
C. Cùng biên độ, cùng đơn sắc và hiệu số pha không đổi theo thời gian.
D. cùng tần số, cùng đơn sắc và luôn trùng pha nhau.
Câu 25.10: Chọn câu sai:
A. Hiện tượng giao thoa ánh sáng là sự tổng hợp của hai sóng kết hợp trong miền chồng chập của chúng.
B. Hiện tượng giao thoa ánh sáng là một bằng chứng thực nghiệm khẳng định ánh sáng có tính chất sóng.
C. Trong miền giao thoa, vạch tối ứng với những chỗ hai sóng tới không gặp nhau.
D. Trong miền giao thoa, những vạch sáng ứng với những chỗ hai sóng tới gặp nhau và tăng cường lẫm nhau.
Câu 25.11: Hình ảnh quan sát trên màng xà phòng, ván dầu trên mặt nước ta thấy xuất hiện nhiều màu sặc sở là do:
A. Sự tán sắc ánh sáng. B. Sự phản xạ ánh sáng.
C. Sự khúc xạ ánh sáng. D. Sự giao thoa ánh sáng.
Câu 25.12: Phát biểu nào sau đây sai khi nói về khoảng vân giao thoa ánh sáng: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
A. là khoảng cách giữa hai vân sáng, hoặc hai vân tối liên tiếp.
B. hai vân tối bất kì cách nhau một khoảng bằng số nguyên lần khoảng vân i.
C. là khoảng cách ngắn nhất giữa vân tối và vân sáng liên tiếp nhau.
D. hai vân sáng bất kì cách nhau một khoảng bằng số nguyên lần khoảng vân i.
Câu 25.13: Trong các thí nghiệm sau, thí nghiệm nào có thể thực hiện việc đo bước sóng ánh sáng:
A. Thí nghiệm tán sắc ánh sáng của Newton.
B. Thí nghiệm giao thoa ánh sáng của khe Young.
C. Thí nghiệm tổng hợp ánh sáng trắng.
D. Thí nghiệm về ánh sáng đơn sắc khi chiếu qua lăng kính.
Câu 25.14: Công thức tính nào sau đây dùng để đo bước sóng ánh sáng khi làm thí nghiệm giao thoa ánh sáng bằng khe Young:
A. 𝑖 = λ.D
𝑎 B. 𝑖 = λ.a
𝐷 C. 𝑖 = a.D
λ D. 𝑖 = D
Câu 25.15: Trong thí nghiệm về giao thoa ánh sáng, vị trí vân tối được xác định bởi công thức: A. 𝑥𝑡 = 𝑘 +1 2 λ.D 𝑎 B. 𝑥𝑡 = 𝑘 + 1 λ.D 2𝑎 C. 𝑥𝑡 = 2𝑘 + 1 λ.D 𝑎 D.𝑥𝑡 = 𝑘λ.D 𝑎
Câu 25.16: Trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng, vị trí vân sáng được xác định bởi công thức:
A. 𝑥𝑠 = 2𝑘.λ.D𝑎 B. 𝑥𝑠 = 𝑘.λ C. 𝑥𝑠 = 𝑘λ.D𝑎 D. 𝑥𝑠 = 2𝑘 + 1 λ.D2𝑎
Câu 25.17: Khoảng cách từ vân sáng bậc 2 đến vân sáng bậc 5
A. 2i B. 3i C. 4i D. 5i
Câu 25.18: Khoảng cách từ vân tối bậc 3 đến vân sáng bậc 6
A. 2i B. 2,5i C. 3i D. 3,5i
Câu 25.19: Trong thí nghiệm đo bước sóng ánh sáng. Ta đo được bước sóng ánh sáng là λ=0.58μm. Ánh sáng dùng trong thí nghiệm là:
A. Ánh sáng đỏ. B. Ánh sáng màu tím.
C. Ánh sáng màu đen. D. Ánh sáng màu vàng.
Câu 25.20: Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng, ta đo được khoảng cách từ vân sáng thứ 4 đến vân sáng thứ 9 ở cùng một phía đối với vân sáng trung tâm là 1,5mm. Khoảng vân i là:
A. 0,375mm B. 0,25mm C. 0.3mm D. 0,16mm
Câu 25.21: Hai khe cách nhau 2mm được chiếu bằng ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ=0,76μm. Các vân giao thoa hứng trên màn cách hai khe 2m. Tại vị trí M cách vân trung tâm 2,66mm sẽ có:
A. vân sáng bậc 4 B. vân sáng bậc 3 C. vân tối bậc 4 D. vân tối bậc 3
Câu 25.22: Thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng trong không khí, dùng ánh sáng đơn sắc, khoảng vân đo được là 1,5mm.Vị trí vân sáng thứ 6 kể từ vân trung tâm là:
A. 7,5mm B. 9,75mm C. 9mm D. 0,25mm (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Câu 25.23: Thực hiện giao thoa ánh sáng bằng khe Young, 2 khe cách nhau 1,5mm, vân giao thoa được hứng trên màn cách hai khe là 1m. Sử dụng ánh sáng đơn sắc có bước sóng λ, khoảng vân đo được là 0,4mm. Bước sóng của ánh sáng đó là:
Câu 25.24: Thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng, hai khe cách nhau 2m, màn cách khe 2m. Khoảng cách giữa 10 vân liên tiếp là 4,5mm. Bước sóng ánh sáng đó là:
A. 4,5μm B. 0,5μm C.0,6μm D. 0,75μm
Câu 25.25: Thực hiện giao thoa bằng khe Young với hai ánh sáng đơn sắc có bước