Bài 26: KHÚC XẠ ÁNH SÁNG
I. Mục tiêu
1. Về kiến thức
- Phát biểu được định nghĩa: hiê ̣n tương khúc xạ ánh sáng, chiết suất tỉ đối, tuyệt đối.
- Phát biểu, viết đúng biểu thức định luật khúc xạ ánh sáng.
- Phát biểu được nguyên lý truyền thẳng ánh sáng, nguyên lý thuận nghịch về chiều truyền ánh sáng.
- Từ bỏ quan niệm sai về góc tới tỉ lệ thuận với góc khúc xạ.
2. Về kĩ năng:
- Phân tích để nắm được mục đích TN, lắp ráp, tiến hành TN.
- Đề xuất phương án TN, làm TN và hợp tác với bạn học và với GV. - Đề xuất giả thuyết và nêu phương án TN kiểm tra giả thuyết.
- Vâ ̣n du ̣ng kiến thức đã ho ̣c vào giải quyết các bài toán cu ̣ thể.
3. Về thái độ
- Tích cực, hứng thú học tập môn Vật lý - Khách quan, trung thực, có tinh thần họp tác.
- Có ý thức sẵn sàn trình bày, áp dụng kiến thức, kinh nghiệm của mình vào các hoạt động học tập trong lớp học
- Phát huy tính tích cực, tự lực, sáng tạo và có ý thức trách nhiệm của HS - HS tự tin
II. Ý tưởng sư phạm
Ở THCS các em HS đã được học về hiện tượng khúc xạ ánh sáng chủ yếu ở mức độ định tính và bản thân HS cũng đã có những quan niệm nhất định từ thực tế quan sát cuộc sống hàng ngày. Tuy nhiên qua điều tra chúng tôi nhận thấy do kiến thức đã học chưa đầy đủ và các quan niệm sẵn của HS đa số là quan niệm sai so với quan niệm khoa học. Cụ thể:
- Quan niệm cho rằng tia sáng sẽ truyền thẳng khi chiếu xiên góc từ môi trường này sang môi trường khác (40,4%).
- Quan niệm cho rằng khi chiếu vuông góc tia sáng vào mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt thì tia sáng bị phản xạ ngược trở lại tại điểm phân cách (52%).
- Quan niệm cho rằng trong hiện tượng khúc xạ ánh sáng: khi góc tới tăng thì góc khúc xạ cũng tăng, góc khúc xạ tăng tỉ lệ thuận với góc tới (69,4%).
III. Chuẩn bị 1. Giáo viên:
* Điều tra quan niệm riêng của HS (xem phụ lục 1b)
* Dựa trên việc phân tích phiếu điều tra xây dựng phương án DHKT. - Kiến thức thông báo: chiết suất tỉ đối, chiết suất tuyệt đối của môi trường. - Kiến thức kiến tạo: Hiện tượng khúc xạ ánh sáng, định luật khúc xạ ánh sáng * Thiết bị dạy học trực quan: TN1, TN2, TN3, TN4 (trang 36 )
* Các phiếu học tập (xem phụ lục 3a)
2. Học sinh:
Ôn lại nội dung liên quan đến khúc xạ ánh sáng đã học và thực hiện công việc được GV giao.
IV. Tiến trình dạy học
Ổn định lớp Đặt vấn đề
GV: Chiếu tia sáng xiên góc từ không khí vào bán trụ - gọi là tia tới, tia sáng truyền như thế nào?
HS: Tia sáng bị gãy khúc tại mặt phân cách hai môi trường.
GV: Cùng điểm tới, thay đổi phương chiếu tia sáng tới, quan sát tia sáng truyền như thế nào?
HS: Tia sáng bị gãy khúc, phương tia sáng bị gãy khúc cũng thay đổi theo GV: Tia sáng tới và tia sáng bị gãy khúc có mối quan hệ với nhau như thế nào? Có phụ thuộc vào môi trường truyền tia sáng không?
Hoạt động 1: Bộc lộ quan niệm sai. Quan sát TN khắc phục quan niệm sai về hiện tượng khúc xạ ánh sáng
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung đạt được
* Hiện tượng khúc xạ ánh sáng
Nếu các tia sáng truyền đến một bề mặt nhẵn bóng (như mặt nước khi yên lặng) thì nó sẽ tiếp tục truyền đi như thế nào?
Liệu có trường hợp ngược lại nghĩa là các tia sáng sẽ tiếp tục đi xuyên qua mặt phân cách giữa hai môi trường để vào trong nước không? Nếu có thì các tia sáng đó sẽ đi theo phương nào?
Với dụng cụ thí nghiệm đã chuẩn bị sẵn, GV yêu cầu học sinh các nhóm thực hiện kiểm tra kết luận trên.
Yêu cầu HS phát biểu lại định nghĩa hiện tượng khúc xạ ánh sáng.
Nêu vấn đề: Có khi nào ánh sáng không bị lệch phương khi truyền qua mặt phân cách giữa hai môi trường không?
Hoàn thành phiếu học tập 1 Các tia sáng sẽ bị hắt ngược lại, hiện tượng đó gọi là hiện tượng phản xạ ánh sáng.
Có và các tia sáng đó sẽ đi theo phương khác, hiện tượng đó gọi là gọi là hiện tượng khúc xạ ánh sáng đã được biết ở chương trình vật lý lớp 9.
Làm thí nghiệm kiểm chứng
Là hiện tượng ánh sáng bị đổi phương khi gặp mặt phân cách.
Làm thí nghiệm và rút ra kết luận:
Làm thí nghiệm kiểm chứng và định nghĩa lại đầy đủ, chính xác hiện tượng khúc xạ ánh sáng sau khi kiểm chứng xong trường hợp trên:
* Định luật khúc xạ ánh sáng Chúng ta đều biết hiện tượng phản xạ thì tuân theo định luật phản xạ, liệu hiện tượng khúc xạ có tuân theo định luật nào không? Định luật đó thế nào? Muốn biết chúng ta cùng trở lại với thí nghiệm về hiện tượng khúc xạ.
Yêu cầu học sinh nhận xét về tia khúc xạ.
Khẳng định kết luận của học sinh và có thể hướng dẫn học sinh kiểm chứng thêm kết luận đó bằng cách quan sát tia khúc xạ khi đổi phương tia tới.
Hiện tượng 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.
Biểu diễn sự truyền ánh sáng đó bằng hình vẽ, rồi gọi tên tia tới, góc tới (góc tạo bởi tia tới và pháp tuyến), tia khúc xạ, góc khúc xạ (góc tạo bởi tia khúc xạ và pháp tuyến), mặt phẳng tới (là mặt phẳng chứa tia tới và pháp tuyến). Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới.
Khi góc tới tăng thì góc khúc xạ cũng tăng và ngược lại, có thể là chúng tỉ lệ thuận với nhau.
1. Hiện tượng khúc xạ ánh sáng
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.
2. Định luật khúc xạ ánh sáng
a. Đường đi của tia sáng
1 2 S N S’ i i’ I r N’ R
Còn góc khúc xạ thì sao? Có quan hệ như thế nào với góc tới?
Phân biệt lại hai khái niệm tóan học: tỉ lệ thuận và đồng biến. Để tìm được mối liên hệ sử dụng số liệu thu được ở bảng 26.1 trang 163 sách giáo khoa để vẽ hai đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của r theo i và sự phụ thuộc của sinr theo sini. Học sinh thực hiện thao tác vẽ đồ thị này theo nhóm vào phiếu học tập. Rút ra nhận xét về hình dạng đồ thị để suy ra dạng hàm số biểu diễn cho đồ thị đó. Với những gì rút ra từ quan sát và suy luận ở trên hãy phát biểu nội dung định luật khúc xạ ánh sáng (bao gồm tia khúc xạ và góc khúc xạ).
Nhận xét phát biểu của học sinh, tuy nhiên để tìm hiểu thêm về hằng số tỉ lệ này chúng ta biến đổi mối liên hệ giữa sin góc khúc xạ và sin góc tới thành sini/sinr = n
Lần lượt cho góc tới tăng hai, ba lần; quan sát thấy góc khúc xạ cũng tăng nhưng không phải tăng hai, ba lần như góc tới. Vậy góc khúc xạ đồng biến với góc tới.
Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của sinr theo sini là đường thẳng đi qua góc tọa độ, vì vậy có thể biểu biễn mối liên hệ giữa chúng như sau: sinr = n sini (với n là hằng số) hay sinr tỉ lệ thuận với sini.
Hoàn thành phiếu học tập 2
Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới.
- Khi ánh sáng truyền qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt, thì sin góc khúc xạ tỉ lệ thuận với sin góc tới.
b. Nội dung đi ̣nh luật khúc xạ ánh sáng
- Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới và ở phía bên kia pháp tuyến so với tia tới.
- Với hai môi trường trong suốt nhất định, tỉ số giữa sin góc tới (sin i) và sin góc khúc xạ (sin r) luôn không đổi: r i sin sin = hằngsố
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung đạt được
Liệu hằng số n này phụ thuộc gì? Được xác định như thế nào? Có tên gọi là gì?
Hằng số này không thể phụ thuộc vào cách chiếu chùm ánh sáng tới vì theo bảng số liệu 26.1 trang 163 SGK thì khi thay đổi cách chiếu chùm sáng tới thì chùm tia khúc xạ cũng đổi phương của nó nhưng sini/sinr = hằng số Làm thế nào để kiểm chứng nhận xét thứ nhất ? Đồng ý với phương án thí nghiệm và cho các nhóm đồng lọat thực hiện việc kiểm chứng trên. Sau khi đã cùng đi đến kết luận chung có thể nói thêm: hằng số này gọi là chiết suất tỉ đối của hai môi trường (môi trường khúc xạ và môi trường tới), ký hiệu là n21, đồng thời định nghĩa thêm: chiết suất tỉ đối của một môi trường đối với chân không gọi là chiết suất tuyệt đối của môi trường trong suốt đó hay gọi tắt là chiết suất.
Hướng học sinh vào việc so
Có khả năng hằng số này phụ thuộc vào bản chất hai môi trường (tới và khúc xạ), nhưng cũng có khả năng phụ thuộc vào cách chiếu chùm ánh sáng tới.
Lần lượt thay đổi môi trường tới (hay môi trường khúc xạ), đo góc khúc xạ với cùng góc tới. Nếu sin góc khúc xạ trong các trường hợp là khác nhau thì có nghĩa tỉ số sini/sinr phụ thuộc vào hai môi trường
II. Chiết suất của môi trường
1. Chiết suất tỉ đối
Tỉ số sinsinri trong hiê ̣n tươ ̣ng khúc xa ̣ go ̣i là chiết suất tỉ đối n21 của môi trường (2) chứa tia khúc xa ̣ đối với môi trường (1) chứa tia tới.
21 sin sin n r i = - Nếu n21 > 1 thì r < i : Tia khúc xa ̣ bi ̣ lê ̣ch gần pháp tuyến hơn <=> môi trường (2) chiết quang hơn môi trường (1).
- Nếu n21 < 1 thì r > i : Tia khúc xa ̣ bi ̣ lê ̣ch xa pháp tuyến hơn <=> môi trường (2) chiết quang kém môi trường (1).
2. Chiết suất tuyệt đối
Chiết suất tuyệt đối (chiết suất) của một môi
sánh định nghĩa chiết suất tỉ đối giữa hai môi trường với chiết suất tuyệt đối của một môi trường trong suốt mà cho biết chiết suất của chân không, chiết suất của môi trường trong suốt có giá trị thế nào?
-Có thể lập hệ thức n21 = n2 / n1
n1, n2: lần lượt là chiết suất của môi trường 1 và môi trường 2
- Định luật khúc xạ có thể viết n1sini = n2sinr
Thấy được gì khi n1 > n2 và n2
> n1?
Có thể chứng minh khi i’ = r thì dễ dàng suy ra r’ = i. Các em dự đoán được điều gì từ kết quả trên? Tính chất đó gọi là gì? Tính chất đó đúng cho những trường hợp nào?
Yêu cầu phát biểu tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng?
Chiết suất của chân không là 1, của các môi trường khác lớn hơn 1 Áp dụng biểu thức của định luật khúc xạ. Khi n21 < 1 -> n1 > n2 -> i < r: tia khúc xạ lệch xa pháp tuyến hơn. Khi n21 > 1 -> n1 < n2 ->i > r: tia khúc xạ lệch lại gần
pháp tuyến hơn. Khi n21 < 1
-> n1 > n2: môi trường 1 chiết quang hơn môi trường 2.
Khi n21 >1 -> n1 < n2: môi trường 2 chiết quang hơn môi trường 1.
Nếu ban đầu ánh sáng truyền theo đường SIR, thì khi truyền ngược lại từ R, ánh sáng sẽ đi theo đường RIS. Điều này còn đúng cho cả trường hợp phản xạ ánh sáng và sự truyền thẳng của ánh sáng.
Ánh sáng truyền đi theo đường nào thì cũng truyền ngược lại theo đường đó.
trường là chiết suất tỉ đối của môi trường đó đối với chân không. 1 2 21 n n n = Trong đó:
• n1: chiết suất (tuyệt đối)
của môi trường (1).
• n2: chiết suất (tuyệt đối)
của môi trường (2).
• nKK ≈nCK =1
=> Vậy công thức của định luật khúc xạ có thể viết:
n1.sini = n2.sinr
III. Tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng
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. 21 12 1 n n =
Chú ý: Chiết suất tuyê ̣t đối của mô ̣t môi trường:
v c n=
ánh sáng trong chân không.
v: vâ ̣n tốc ánh sáng trong môi trường.
Hoat động 3: Vận dụng định luật khúc xạ ánh sáng
Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung đạt được
Nêu yêu cầu: chiếu tia sáng từ nước ra không khí, với
góc tới là 300 .Tính góc khúc xạ Tóm tắt bài toán, vận dụng định luật khúc xạ để giải bài toán Bài giải đúng 3 2 1 30 sin 3 4 sin sin sin sin sin 0 2 1 2 1 = = ⇒ = ⇒ = r n i n r r n i n 0 42 ≈ ⇒r V. Củng cố , giao nhiệm vụ về nhà Hoàn thành phiếu học tập số 3
Phân biệt hiện tượng phản xạ và khúc xạ ánh sáng (định nghĩa, định luật) Làm các bài tập SGK
Nêu vấn đề cho bài học tiếp theo: chiếu tia sáng từ nước ra không khí, với các
góc tới là, 450, 600. Tính góc khúc xạ tương ứng
Bài 33: KÍNH HIỂN VI I. Mục tiêu
1. Về kiến thức
- Nêu được công dụng và cấu tạo của kính hiểm vi. Nêu được các đặc điểm của vật kính và thị kính của kính hiểm vi.
- Trình bày được sự tạo ảnh qua kính hiểm vi.
- Nêu được các đặc điểm của việc điều chỉnh kính hiểm vi.
- Viết được công thức số bội giác của hiểm vi ngắm chừng ở vô cực. - Từ bỏ quan niệm sai về tác dụng của kính hiển vi.
2. Về kĩ năng
- Thu nhận, truyền đạt, xử lý thông tin và đề xuất phương án TN, làm TN và hợp tác với bạn học và với GV.
- Đề xuất giả thuyết và có thể kiểm tra giả thuyết.
- Vẽ được đường truyền của chùm tia sáng từ một điểm của vật qua kính hiển vi. - Vận dụng các công thức để giải các bài tập.
3. Về thái độ
- Có ý thức sẵn sàn trình bày, áp dụng kiến thức, kinh nghiệm vào các hoạt động học tập trong lớp học.
- Tính tích cực, tự lực, sáng tạo và có ý thức trách nhiệm của HS. - HS tự tin.
II. Ý tưởng sư phạm
Ở THCS các em HS chưa được học về kính hiển vi nhưng đã được học về thấu kính chủ yếu ở mức độ định tính và bản thân HS cũng đã có những quan niệm nhất định từ thực tế quan sát cuộc sống hàng ngày. Tuy nhiên qua điều tra chúng tôi nhận thấy do kiến thức đã học chưa đầy đủ và các quan niệm sẵn của HS đa số là quan niệm sai so với quan niệm khoa học.
- Kiến thức định tính về thấu kính trước khi học bài kính hiển vi đạt trên 50% qua kết quả điều tra và đa số các em biết được kính hiển vi dùng để quan sát các vật rất nhỏ.
- Tuy nhiên khi được hỏi về cấu tạo kính hiển vi thì các em không trả lời được. - Nhiều HS có quan niệm sai về kính hiển vi: các em cho rằng kính hiển vi làm cho vật lớn lên để dể quan sát (75,1%).
Để tổ chức dạy học kiến tạo kiến thức trên, GV tổ chức cho HS thảo luận dựa vào kiến thức đã có trước khi học để tìm ra mô hình kính hiển vi, có thể lắp được một kính hiển vi đơn giản, so sánh với kính hiển vi thật để từ đó HS sẽ khắc sâu kiến thức và