Bài soạn 1: BÀI TẬP VỀ LĂNG KÍNH I. MỤC TIÊU
1. Về kiến thức:
- Nắm được cách vẽ đường đi của tia sáng qua một lăng kính.
- Nắm được tính chất của lăng kính làm lệch tia sáng khi truyền qua nó. - Viết được các công thức lăng kính.
- Hệ thống kiến thức và phương pháp
2. Về kĩ năng:
- Có kĩ năng phân tích và vẽ đường đi của tia sáng qua lăng kính.
- Vận dụng các công thức lăng kính để giải các bài toán đơn giản về lăng kính.
3. Về thái độ:
- Tích cực tham gia giải bài tập dưới sự hướng dẫn của giáo viên. - Chủ động vận dụng kiến thức đã học vào thực tiễn.
II. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên:
- Lựa chọn bài tập và lập kế hoạch lên lớp: bài soạn - Phân tích phương pháp giải các bài toán cụ thể. - Đồ dùng dạy học: máy vi tính, máy chiếu. - Phiếu học tập
2. Học sinh:
- Ôn tập các kiến thức liên quan đến hiện tượng khúc xạ ánh sáng, phản xạ toàn phần, điều kiện để xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần.
- Ôn tập các kiến thức lí thuyết về lăng kính, các công thức lăng kính.
III. PHÂN TÍCH CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC BÀI TẬP CỤ THỂ
Bài toán 1(bài 1.5): Cho một lăng kính có góc chiết quang A = 300 và chiết suất
2 =
n , lăng kính đặt trong không khí. Chiếu một tia sáng đơn sắc, nằm trong tiết diện thẳng của lăng kính vào mặt bên của lăng kính dưới góc tới bằng 450. Tính góc ló và góc lệch giữa tia tới và tia ló
- Cái đã cho: A=300, i1 =450, n= 2
- Cái cần tìm: Góc ló i2 và góc lệch D.
B. Định hướng tư duy cho học sinh
- GV nhắc các em vận dụng các công thức lăng kính để giải quyết bài toán.
- Vì đây là bài toán rất cơ bản, các phép tính cũng đơn giản nên HS dễ dàng vận dụng là có thể làm được.
- Để giải quyết được bài toán, các em cần xác định được các góc r1 và r2
C.Lập kế hoạch giải
- Công thức: sini1 =nsinr1, biết i1, n tìm được r1. - Công thức: A=r1 +r2, tìm được r2
- Công thức: sini2 =nsinr2, biết r2, n tìm được i2
- Công thức D=i1+i2 −A, ta tìm được D
* Sơ đồ lôgic giải toán
Bài toán 2(Bài 1.7): Khảo sát đường đi của tia sáng trong hai trường hợp sau:
a. Lăng kính thủy tinh đặt trong không khí có góc ở đỉnh A = 750, góc C = 600, chiết suất n = 1,5. Tia tới đến mặt bên AB của lăng kính với góc tới bằng 300.
b. Lăng kính có góc ở đỉnh là A = 500, chiết suất n= 2, đặt trong nước có chiết suất n’=4/3, góc tới bằng 450.
A. Phân tích đầu bài
- Cái đã cho: Lăng kính có: A = 750, C = 600, n = 1,5, i1 =30 Cho biết A=300, i1 =450, - Vấn đáp, đàm thoại - Hoạt động cá nhân Góc ló i2 và góc lệch D Viết các công thức lăng kính - -
- Cái cần tìm: Vẽ đường truyền của tia sáng
B. Định hướng tư duy cho học sinh
- Để vẽ được đường truyền của tia sáng, ta phải xác định xem có hiện tượng gì xảy ra ở các mặt của lăng kính. Ở mặt bên thứ nhất chỉ có hiện tượng khúc xạ ánh sáng . Còn ở mặt bên thứ hai thì có thể có hiện tượng phản xạ toàn phần hoặc khúc xạ ánh sáng. Muốn vậy các em phải tính toán được góc igh của lăng kính và so sánh với góc r2.
- Sau đó các em vận dụng các công thức lăng kính để tính được r2, đồng thời áp tìm góc giới hạn phản xạ toàn phần.
- Với loại bài tập này đa số HS thường lúng túng không biết nên vẽ như thế nào, thường vẽ tùy tiện mà không giải thích được tại sao nên rất cần sự định hướng của giáo viên.
C.Lập kế hoạch giải
a.
- Viết công thức định luật khúc xạ ánh sáng ở mặt bên AB: sini1 =nsinr1, tìm được
r1=19,50
- Từ A = r1 + r2 , tìm được r2 =55,50
- Tìm góc giới hạn phản xạ toàn phần ở mặt bên AC: sin gh =1 ⇒igh ≈420
n
i . Tại mặt
AC xảy ra phản xạ toàn phần.Tia phản xạ đến gặp mặt đáy BC.
- Dựa vào hình vẽ tính góc tới ở mặt BC: i3 và so sánh với góc igh để khảo sát hiện tượng xảy ra tại mặt BC.
b. Hoàn toàn tương tự
* Sơ đồ lôgic giải toán
45 Cho biết:- A = 750; C = 600; n = 1,5; i1 = 300. - A = 500; ; n’=4/3; i1 = 450 - Vấn đáp – đàm thoại - Hoạt động cá nhân
Khảo sát đường đi của tia sáng trong hai trường hợp trên
- Khảo sát có hiện tượng phản xạ toàn phần hay hiện tượng khúc xạ xảy ra ở từng mặt của lăng kính
- Tính giá trị cụ thể để vẽ được đường
- Tại mặt AB chỉ có hiện tượng khúc xạ xảy ra.
- Tại mặt AC có hiện tượng phản xạ toàn phần.
Bài toán 3(bài 1.8): Lăng kính thủy tinh có tiết diện thẳng là tam giác cân ABC đỉnh A. Một tia sáng đơn sắc được chiếu vuông góc tới mặt bên AB. Sau hai lần phản xạ toàn phần trên hai mặt AB và AC, tia sáng ló khỏi đáy BC theo phương vuông góc với BC.
a. Tính các góc A, B,C của lăng kính.
b. Tìm điều kiện mà chiết suất n của lăng kính phải thỏa mãn.
A. Phân tích đầu bài
- Cái đã cho: Lăng kính là tam giác cân; tia tới vuông góc AB, tia ló vuông góc với BC
- Cái cần tìm:a. Tính các góc A, B,C của lăng kính. b. Tìm điều kiện của chiết suất n.
B. Định hướng tư duy cho học sinh
- Tia sáng truyền vuông góc tới mặt bên AB sẽ truyền thẳng, từ đó sẽ vẽ được đường đi của tia sáng.( hình vẽ)
- Từ hình vẽ xác định các góc tới i1, góc r1; góc r2
và mối quan hệ giữa chúng.
- Từ định lí hình học chúng ta xác định được giá trị của góc A.
B A C A ’ J K
- Vận dụng điều kiện để có phản xạ toàn phần ta xác định được điều kiện của chiết suất n thỏa mãn điều kiện bài toán.
C.Lập kế hoạch giải
- Từ hình xác định được B = 2A.
- Vận dụng định lí tổng ba góc trong một tam giác là 1800, ta tìm được A = 360
- Sử dụng điều kiện phản xạ toàn phần r2 > igh ta tìm được chiết suất n
* Sơ đồ lôgic giải toán
IV: TIẾN TRÌNH DẠY –HỌC
1. Hoạt động 1( 5 phút) : Kiểm tra bài cũ. 2.
Câu 1:
? GV: Hãy ghép nội dung ở cột bên trái với nội dung tương ứng ở cột bên phải.
1. Góc lệch của tia sáng tạo bởi a. A Cho biết:
- Lăng kính là tam giác cân. Tia tới vuông góc AB
- Tia sáng phản xạ toàn phần trên hai mặt AB và AC. Tia ló vuông góc vớiBC
- Nêu vấn đề
- Vấn đáp – đàm thoại - Hoạt động cá nhân - Hoạt động nhóm.
- Tính các góc A, B,C của lăng kính. - Tìm điều kiện của chiết suất n.
- Vẽ hình thỏa mãn điều kiện đề bài - Kết hợp hình vẽ và một số định lí hình học
- Dùng điều kiện để có phản xạ toàn phần tại AB và AC để tìm điều kiện của n
- A= 360; B = C = 720
lăng kính trong trường hợp tổng b. (n-1)A quát có biểu thức: c. nr 2. Góc tới mặt bên thứ hai của lăng d. i1+i2 – A kính được xác định bởi biểu thức e. A - r có dạng:
3. Trong mọi trường hợp, tổng các góc r1 và r2 bên trong lăng kính có giá trị không đổi là:
4. Trong trường hợp góc nhỏ thì góc tới ở mặt thức nhất và góc ló ở mặt thứ hai có thể tính theo biểu thức có dạng:
• HS: 1 –d; 2-e; 3 - a; 4 - c.
Câu 2:
? GV: Tại sao khi ánh sáng truyền từ không khí vào lăng kính, luôn có sự khúc xạ và tia khúc xạ lệch gần pháp tuyến hơn so với tia tới? Vẽ hình minh họa.
• HS:
+ Ánh sáng truyền từ không khí vào lăng kính luôn có sự khúc xạ vì ánh sáng truyền từ môi trường vào môi trường chiết quang hơn.
+ Tia khúc xạ gần pháp tuyến hơn so với tia tới vì góc khúc xạ nhỏ hơn góc tới. + Vẽ hình minh họa
Câu 3:
?GV: Từ hình vẽ trên hãy viết các công thức lăng kính trong trường hợp tổng quát • sin i1 = n.sin r1 A= r1 + r2 sin i2 = n.sin r2 D=i1+i2 – A 2. Tiến hành luyện tập
Hoạt động 2( 5phút):: Hướng dẫn giải bài toán 1:
GV: Giới thiệu bài toán 1( chiếu đầu bài lên màn ảnh)
Bài toán 1:
* Hướng dẫn HS tìm hiểu đầu bài:
? GV: Yêu cầu HS đọc đầu bài và cho biết bài toán yêu cầu gì?
• HS:
- Cài đã cho: A=300, i1 =450, n= 2
- Cái cần tìm: góc ló i2 và góc lệch D.
* Hướng dẫn HS giải bài toán:
GV: Áp dụng các công thức lăng kính để tìm lời giải bài toán.
? GV: Muốn tính được góc ló và góc lệch ta phải tìm được các đại lượng nào?
• HS: - Tính góc r1: sini1 =nsinr1 0 1 =30 ⇒r - Tính góc r2: r2 = 00. - Tính i2: sini2 =nsinr2 0 2 =0 ⇒i - Tính góc lệch D: 0 2 1+ − =15 =i i A D
Hoạt động 3( 10 phút): Hướng dẫn giải bài toán 2:
GV: Giới thiệu bài toán 2 (chiếu đầu bài lên màn ảnh)
Bài toán 2:
* Hướng dẫn HS tìm hiểu đầu bài (chỉ hướng dẫn tại lớp câu a,câu b tương tự yêu cầu HS về nhà làm):
? GV: Yêu cầu HS đọc đầu bài và cho biết bài toán yêu cầu gì?
• HS:
- Cài đã cho: A = 750, C = 600, n = 1,5. i1 = 300. - Cái cần tìm: Vẽ đường truyền của tia sáng.
* Hướng dẫn HS giải bài toán:
?GV: Nêu các bước giải toán vẽ đường đi của tia sáng qua lăng kính?
• HS: Cần phải xem có hiện tượng gì xảy ra tại các mặt của lăng kính. Chỉ có khúc xạ hay có thể có cả phản xạ toàn phần xảy ra?
?GV: Để biết được như vậy, ta phải làm như thế nào?
• HS:
- Tại mặt AB thì chỉ có hiện tượng khúc xạ ánh sáng:
- Tại mặt AC thì có thể có thêm hiện tượng phản xạ toàn phần.
?GV: Hãy vẽ đường truyền của tia sáng tại mặt AB
• HS: - Tính: sini1 =nsinr1 0 1 =19,5 ⇒r 0 2 =55.5 ⇒r
- Dùng thước đo độ, ta vẽ đường đi của tia sáng ở mặt thứ nhất
?GV: Tại mặt AC tia sáng truyền đi như thế nào?
• HS: Để biết được điều đó, ta phải đi tính được góc gới hạn phản xạ toàn phần igh của lăng kính và so sánh với góc tới tại hai mặt còn lại.
? GV: Hãy tính góc giới hạn phản xạ toàn phần của lăng kính?
• HS:
- Áp dụng công thức: sin =1 =11,5
n
igh igh ≈420
? GV:Hãy cho biết hiện tượng xảy ra ở mặt thứ hai AC.Vẽ hình
- Như vậy, r2 >igh ⇒Tại mặt AC có hiện tượng phản xạ toàn phần xảy ra.
?GV: Khi có hiện tượng phản xạ toàn phần xảy ra ở mặt bên thứ hai AC của lăng kính, tia sáng tiếp tục truyền đi như thế nào?Vẽ hình
• HS:
- Tia phản xạ đến gặp mặt đáy BC với góc tới i3 = 4,50
- Góc khúc xạ tại mặt BC: n sini3= sin r3→ r3 = 6,750
GV: GV nhận xét và chiếu hình vẽ toàn bài lên cho HS đối chiếu với kết quả
của mình
Hoạt động 4(20 phút ): Hướng dẫn giải bài toán 3:
GV: Giới thiệu bài toán 3( chiếu đầu bài lên màn ảnh)
Bài toán 3:
?GV: Hãy đọc kĩ đề bài và cho biết bài toán yêu cầu gì?
• HS:
- Cái đã cho: Lăng kính là tam giác cân; tia tới vuông góc AB, tia ló vuông góc với BC
- Cái cần tìm:a. Tính các góc A, B,C của lăng kính. b. Tìm điều kiện của chiết suất n.
* Hướng dẫn HS giải bài toán:
?GV: Chia lớp thành 10 nhóm (2 bàn một nhóm). Yêu cầu HS thảo luận theo nhóm để tìm ra lời giải cho bài toán.
• HS:
- Nhận nhiệm vụ học tập
- Ngồi theo nhóm và tìm lời giải
- Viết phương án giải vào phiếu học tập - Cử đại diện nhóm lên trình bày kết quả.
GV: Đối với các HS yếu , GV có thể hướng dẫn thêm như sau:
?GV: Trước hết, hãy vẽ đường đi của tia sáng thỏa mãn đầu bài?
• HS:
- Tại mặt AB tia sáng chiếu vuông góc nên truyền thẳng - Tại mặt AC xảy ra phản xạ toàn phần
- Tại mặt BC tia sáng truyền theo phương vuông góc với BC
?GV: Từ hình hẽ hãy tìm mối quan hệ giữa các góc A, B, C
• HS:
- ∆ABC cân tại A nên B = C - B = C = 2A
- Vận dụng: A+B+C = 1800
Suy ra A= 360; B = C = 720
b.
?GV: Nêu điều kiện để có phản xạ toàn phần tại J và K
B A C A J K 1 2 1 2
• HS:
- Để có phản xạ toàn phần xảy ra tại J thì J1 =A>igh
- Để có phản xạ toàn phần xảy ra tại K thì Kˆ =Bˆ >igh
1
?GV: Vậy từ hai điều kiện trên ta rút ra được điều kiện chung để có phản xạ toàn phần đồng thời tại J và K là gì?
• HS: Vì Bˆ=2Aˆ⇒Aˆ>igh(*)
?GV: Từ (*), hãy lập luận để tìm ra điều kiện của chiết suất n thỏa mãn điều kiện đầu bài? • HS: Từ (*), ta có: 1,7 ˆ sin 1 sin ˆ sin > ⇒ > ⇒n> A n i A gh
GV: Nhận xét kết quả của HS và chính xác hóa kết quả bài toán.
3. Hoạt động 5( 5 phút): Củng cố,giao nhiệm vụ về nhà:
GV:
- Nêu nhận xét chung về giờ luyện tập, đưa ra một số lưu ý về giải bài tập của chủ đề này:
+ Trước hết cần phân tích kĩ đề bài chỉ ra cái đã cho và cái cần tìm.
+ Phân tích kĩ đường truyền của tia sáng ở từng mặt của lăng kính xem có hiện tượng gì xảy ra?
+ Vẽ được đường đi của tia sáng, biết kết hợp từ hình vẽ với các định lí hình học cùng với các công thức lăng kính để giải bài toán một cách hiệu quả và nhanh nhất. - Bài tập về nhà: 1.9
- Đọc trước lý thuyết bài số 29
• HS: tiếp thu nhiệm vụ học tập.