H 2.5: ình ảnh giao thoa AS trên lông công; vỏ bào ngư; ngọc mắt mèo
H.2.7: Thí nghiệm về ánh sáng đơn sắc
Làm TN với các màu khác nhau: đỏ, vàng, tím. HS quan sát các tia ló ra của lăng kính thứ 2 từ đó đưa ra nhận xét gì ?
HS: - Các tia sáng chỉ bị lệch và không đổi màu khi đi qua lăng kính thứ 2. - Các màu khác nhau thì góc lệch khác nhau.
GV: Vậy ta có nhận xét gì? HS:
+ Giả thuyết 1: lăng kính làm đổi màu của ánh sáng tới là không đúng.
+ Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng không bị tán sắc mà chỉ bị lệch khi đi qua lăng kính.
GV: Giả thuyết thứ nhất đã bị bác bỏ vậy làm thế nào để kiểm tra xem giả thuyết thứ hai đưa ra có đúng hay không ?
- Hãy suy nghĩ phương án thí nghiệm để kiểm tra xem ánh sáng trắng có phải là tập hợp của nhiều ánh sáng đơn sắc hay không ?
HS: Tìm phương án để cho nhiều màu đơn sắc chồng chập lên nhau xem ở đó có thành màu trắng hay không ?
GV: Mô tả và trình chiếu TN tổng hợp AS trắng của Niuton. HS quan sát và nhận xét kết quả của TN.
GV: Dùng video hoặc máy chiếu để mô tả TN trộn ba màu cơ bản vào nhau. HS Nhận xét vùng ba màu gặp nhau có màu trắng.
KL: Ánh sáng trắng là tập hợp của vô số các ánh sáng đơn sắc có màu từ đỏ đến tím. Ánh sáng trắng là một trường hợp của ánh sáng đa sắc.
Hoạt động 4 (7 phút): Giải thích hiện tượng tán sắc ánh sáng
GV: Qua các TN đã tiến hành ở trên em hãy giải thích hiện tượng tán sắc ánh sáng?
HS: Ánh sáng trắng (AS của mặt trời, AS của đèn sợi đốt ….) là hỗn hợp của vô số ánh sáng màu đơn sắc từ đỏ đến tím. Khi đi qua lăng kính chúng bị lệch khác nhau nên không gặp nhau trên màn và tạo ra các màu thu được trên màn.
GV: Với chùm sáng tới hẹp, ta coi như các tia đơn sắc có cùng góc tới. Vậy
dựa vào công thức góc lệch của lăng kính học ở VL 11 chung ta có kết luận gì về chiết suất của môi trường trong suốt?
HS: Dựa vào kết quả của TN tia đỏ lệch ít nhất, tia tím lệch nhiều nhất và
công thức góc lệch của lăng kính học ở VL 11: D = (n - 1).A
Có thể khẳng định chiết suất của một môi trường trong suốt có giá trị khác nhau với các ánh sáng màu đơn sắc khác nhau. Giá trị nhỏ nhất ứng với màu đỏ, lớn nhất ứng với màu tím.
Chính vì có chiết suất khác nhau dẫn đến góc lệch khác nhau vì vậy chùm ló ra khỏi LK gồm vô số màu như ta quan sát thấy ở TN.
GV: Sự tán sắc ánh sáng là sự phân tách một chùm sáng đa sắc thành các chùm sáng đơn sắc khác nhau.
Hoạt động 5 (5 phút): Ứng dụng của hiện tượng tán sắc ánh sáng:
GV: Hiện tượng tán AS ứng dụng trong máy quang phổ: Phân tích chùm sáng phức tạp do vật phát ra thành các đơn sắc khác nhau.
- HS làm bài trong phiếu học tập do GV chuẩn bị và phát cho.
Hoạt động 6: giao công việc về nhà
Chia HS của lớp thành 4 nhóm để về nhà làm bài tiểu luận với chủ đề
Tìm hiểu về hiện tượng cầu vồng trong tự nhiên
Các nhóm HS làm tiểu luận dưới dạng tệp tin trình chiếu trên máy.In 01 bản đóng quyển nộp cho GV sau thời gian 14 ngày.
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Bài soạn 2: NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG - GIAO THOA ÁNH SÁNG I. Mục tiêu:
1/ kiến thức:
*Trước và trong giờ học:
- Ôn tập kiến thức về sóng cơ học: nhiễu xạ sóng cơ, hiện tượng giao thoa sóng cơ.Điều kiện có vân cực đại, vân cực tiểu trong giao thoa sóng cơ. Điều kiện để 2 sóng cơ giao thoa được với nhau.
- Tham gia thiết kế phương án TN tán sắc, TN giao thoa ánh sáng - Tiến hành các TN, trình bày các kết quả TN.
- Tham gia tích cực chủ động sáng tạo vào tiến trình xây dựng kiến thức mới.
* Sau khi học:
- Nắm được: Hiện hiện nhiễu xạ ánh sáng là gì. Mỗi ánh sáng đơn sắc có một bước sóng xác định trong chân không.
- TN Y - âng về giao thoa ánh sáng. Vân sáng, vân tối là kết quả của sự giao thoa ánh sáng.
- Nêu được điều kiện để có hiện tượng giao thoa ánh sáng.
- Giải thích được một số hiện tượng xẩy ra trong tự nhiên là kết quả của sự giao thoa ánh sáng.
2/ Kỹ năng:
- HS có được các kỹ năng thao tác TN, kỹ năng quan sát và phân tích hiện tượng giao thoa ánh sáng.
3/ Thái độ tình cảm:
Trung thực, khách quan, khả năng hợp tác nhóm tốt, biết lắng nghe ý kiến người khác và tham gia tích cực chủ động vào tiến trình xây dựng kiến thức mới.
II. Chuẩn bị:
1/ Giáo viên:
- Bộ đồ thí nghiệm nhiễu xạ ánh sáng và giao thoa ánh sáng.
- Máy tính, máy chiếu các hình ảnh về giao thoa ánh sáng trong tự nhiên, các thí nghiệm mô phỏng về nhiễu xạ ánh sáng và giao thoa ánh sáng.
- Phiếu học tập dùng cho HS (Xem phụ lục)
2/ Học sinh:
- Ôn tập các kiến thức về phần nhiễu xạ và giao thoa sóng cơ:
Các công thức về hiện tượng giao thoa sóng cơ học: vân cực đại, vân cực tiểu ĐK để có hiện tượng giao thoa sóng cơ học.
III/ Tiến trình xây dựng bài giảng:
1/ Kiến thức cần xây dựng:
* Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng:
- Nhiễu xạ AS là hiện tượng ánh sáng không tuân theo định luật truyền thẳng, quan sát được khi ánh sáng truyền qua lỗ nhỏ hoặc gần mép những vật trong suốt hoặc không trong suốt.
- Mỗi chùm sáng đơn sắc (chùm bức xạ đơn sắc) là một chùm sáng có bước sóng và tần số xác định. Trong chân không bước sóng được xác định theo công thức:
λ= c/f
Với: c là tốc độ ánh sáng trong chân không (c = 3.108 m/s) f là tần số của ánh sáng.
* Hiện tượng giao thoa ánh sáng:
TN về giao thoa ánh sáng của Y - âng và những kết quả quan sát được từ TN. Giải thích được hiện tượng giao thoa ánh sáng: Tại vùng giao thoa (Hai nguồn sóng kết hợp gặp nhau) thì:
+ Vân sáng (cực đại giao thoa) có được là do hai sóng kết hợp gặp nhau chúng đồng pha nên cường độ sáng được tăng cường.
+ Vân tối (cực tiểu giao thoa) có được là do hai sóng kết hợp gặp nhau chúng ngược pha nên cường độ sáng bị giảm bớt.
- Hiện tượng giao thoa ánh sáng là một bằng chứng thực nghiệm quan trọng khẳng định rằng ánh sáng có tính chất sóng.
- Điều kiện để hai sóng ánh sáng giao thoa được khi gặp nhau là chúng thỏa mãn là hai nguồn sóng kết hợp: có cùng tần số và độ lệch pha không thay đổi theo thời gian.
Tiến trình xây dựng kiến thức bài “Nhiễu xạ ánh sáng - giao thoa ánh sáng” Phần I: Nhiễu xạ ánh sáng
Sơ đồ 2.3: Tiến trình xây dựng kiến thức phần nhiễu xạ ánh sáng
Câu hỏi nêu vấn đề
Trong thực tế hai người đứng hai bên bức tường cao và dày vẫn nghe thấy tiếng của nhau, tức là âm thanh không chỉ truyền theo đường thẳng mà còn có thể “ quành ra sau vật cản ”. Đó là hiện tượng sóng âm bị bờ tường nhiễu xạ.
Liệu rằng ánh sáng có còn truyền theo đường thẳng khi đi qua khe hẹp hoặc lỗ tròn nhỏ hay không ? Hiện tượng gì sẽ xẩy ra ?
Thí nghiệm thực tế
Giả thuyết 1:
Ánh sáng truyền thẳng Ánh sáng không truyền thẳngGiả thuyết 2
Thảo luận hoạt động nhóm
Tiến hành TN về hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng: Quan sát ánh sáng lỗ tròn nhỏ trong một phòng kín
TN thực kết hợp với máy chiếu
KL: Nhiễu xạ là hiện tượng AS không tuân theo ĐL truyền thẳng, quan sát được khi AS truyền qua lỗ nhỏ hoặc gần mép những vật trong suốt hoặc không trong suốt.
Mỗi chùm sáng đơn sắc là một sóng có bước sóng vàtần số xác định.
+ Môi trường chân không: λ= c/f
(c = 300 000 km/s tốc độ AS trong chân không)
Thảo luận nhóm
Phần II: Giao thoa ánh sáng
Sơ đồ 2.4: Tiến trình xây dựng kiến thức phần giao thoa ánh sáng
Nêu vấn đề
Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào bong bóng xà phòng, váng dầu mỡ trên mặt nước thì ta thấy màu sắc sặc sỡ rất đẹp tại sao vậy ?
Phương tiện dạy học
Làm TN, quan sát, kết hợp máy chiếu
Đối với sóng cơ thì hiện tượng giao thoa khi có sự gặp nhau của hai nguồn kết hợp: điểm cùng pha thì cường độ sóng tăng cường. điểm ngược pha thì cường độ giảm bớt.
Giả thuyết: Có thể xẩy ra GTAS khi có sự chồng chập của hai nguồn sóng AS kết hợp.
Những điểm sáng hơn là do cường độ sáng tăng cường Những điểm tối là do cường độ sáng giảm bớt.
Thảo luận Trao đổi nhóm
TN giao thoa AS Y- âng
Nguồn sáng đơn sắc lade. Các màn chắn có khe hẹp Kết hợp với giả thuyết ánh sáng là sóng Tiến hành TN với AS đơn sắc và TN với AS trắng
TN thực kết hợp với máy chiếu CNTT
Kết luận: Khi TN với AS đơn sắc quan sát thấy các vạch sáng màu đơn sắc đan xen các vạch tối đều đặn gọi là các vân giao thoa.
Khi TN với AS trắng thì thấy chính giữa là một vân sáng trắng hai bên có dải màu cầu vồng đỏ ngoài tím trong.
Vậy hiện tượng giao thoa có xẩy ra với ánh sáng: Vân sáng là do ánh sáng tăng cường nhau. Vân tối là do ánh sáng triệt tiêu nhau.
Trao đổi thảo luận nhóm
IV. Tiến trình dạy học cụ thể:
GV đặt câu hỏi có vấn đề vào bài:
Yêu cầu HS nhắc lại hiện tượng nhiễu xạ sóng cơ học. GV chiếu hình ảnh nhiễu xạ sóng cơ cho HS quan sát.
GV: Vấn đề đặt ra liệu rằng ánh sáng có hiện tượng này hay không ?
TL Hoạt động
của HS Hoạt động của GV Kiến thức
Tiết 1: Nhận biết hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng
20 + HS trao đổi và nêu lại hiện tượng nhiễu xạ sóng cơ học: +Hiện tượng sóng khi gặp vật cản thì đi lệch khỏi phương truyền thẳng của sóng và đi vòng qua vật cản gọi là hiện tượng nhiễu xạ sóng.
+ Em hãy mô tả lại hiện tượng nhiễu xạ của sóng cơ học đã được nghiên cứu ở chương II từ đó nhắc lại hiện tượng nhiễu xạ sóng cơ là gì ?
+ Chiếu hình ảnh hiện tượng nhiễu xạ sóng trên máy chiếu. +Mô tả thí nghiệm hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng qua lỗ tròn nhỏ. Dùng máy chiếu để mô tả TN: Người đứng ở góc của căn phòng kín và rộng có một lỗ tròn nhỏ. kết quả nhìn thấy ánh sáng từ lỗ tròn.
1. Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng:
a) Thí nghiệm:
Hình vẽ mô tả
TL Hoạt động
của HS Hoạt động của GV Kiến thức
20 - quan sát theo dõi thí nghiệm. *Kết quả TN +Đứng trong vùng AB ta nhìn thấy lỗ tròn. Ánh sáng truyền thẳng từ lỗ tròn đến miền AB + Đứng tại điểm M ta vẫn quan sát thấy lỗ tròn. + thảo luận nhóm để giải thích hiện tượng. -Ta nhìn thấy một vật là do AS từ vật đó đã truyền đến mắt ta. - Ta đứng tại điểm M mà vẫn nhìn thấy lỗ tròn tại sao vậy ?
(Hãy liên hệ với các hiện tượng của sóng cơ)
+ Vậy ánh sáng truyền qua lỗ nhỏ có còn tuân theo định luật truyền thẳng không?
+ Giải thích hiện tượng này như thế nào?
+ Chúng ta chỉ có thể giải thích nếu thừa nhận ánh sáng có tính chất sóng, hiện tượng này tương tự như hiện tượng nhiễu xạ của sóng trên mặt nước khi gặp vật cản.
+ Hãy cho biết sóng cơ học khi truyền từ môi trường này sang môi trường khác thì đại lượng gì không thay đổi, đại lượng gì thay đổi ?
Hình ảnh nhiễu xạ qua lỗ tròn nhỏ
b/Kết luận: Nhiễu xạ ánh sáng là hiện tượng ánh sáng không tuân theo định luật truyền thẳng, khi ánh sáng truyền qua lỗ nhỏ hoặc gần mép những vật trong suốt hoặc không trong suốt.
c) Giải thích:
+ Thừa nhận ánh sáng có tính chất sóng. Khi đó mỗi khe nhỏ hay lỗ nhỏ khi ánh
TL Hoạt động
của HS Hoạt động của GV Kiến thức
+Điều này chứng tỏ ánh sáng không truyền thẳng khi qua lỗ nhỏ. + HS thảo luận nhóm để trả lời câu hỏi + Sóng âm khi truyền từ môi trường này sang môi trường khác thì tần số không đổi vận tốc truyền sóng thay đổi dẫn đến bước sóng thay đổi. + Công thức xác định bước sóng của ánh sáng + Công thức xác định bước sóng ánh sáng đơn sắc truyền trong môi trường trong suốt có chiết suất n?
sáng chiếu tới xem như một nguồn phát sóng ánh sáng + Mỗi chùm sáng đơn sắc là một chùm sáng có bước sóng và tần số xác định
+ Trong chân không c
f
với c là tốc độ ánh sáng trong chân không.
+ Trong môi trường có chiết suất n:
/ v c
f n.f n
TL Hoạt động
của HS Hoạt động của GV Kiến thức
đơn sắc trong một môi trường trong suốt: / n Trong đó: λ :là bước sóng của ánh sáng đơn sắc trong môi trường chân không n: là chiết suất tuyệt đối của môi trường trong suốt mà ánh sáng truyền qua.
Củng cố cuối giờ:
+ Yêu cầu HS nhắc lại các nội dung quan trọng cơ bản của giờ học: - Hiện tượng nhiễu xạ của ánh sáng.
- Coi ánh sáng có tính chất sóng thì mỗi chùm ánh sáng đơn sắc có một bước sóng và tần số xác định.
- Ánh sáng từ môi trường trong suốt này truyền sang môi trường trong suốt khác thì bước sóng thay đổi.
TL Hoạt động
của HS Hoạt động của GV Kiến thức
Tiết 2: Nhận biết hiện tượng giao thoa
20
+ HS trao đổi thảo luận nhắc lại hiện tượng giao thoa sóng cơ học + Trong miền gặp nhau của hai sóng ta thấy một họ đường hypebol mà tại đó biên độ sóng được tăng mạnh gọi là cực đại giao thoa đó là do hai sóng thành phần tại đó cùng pha.Đan xen là họ đường hypebol mà
- Em hãy mô tả lại TN giao thoa sóng cơ học và các kết quả quan sát được từ TN ?
Hình ảnh giao thoa sóng cơ
+Tiến hành thí nghiệm I-âng với bộ đồ thí nghiệm sử dụng nguồn sáng đơn sắc lade.
+ Chiếu TN giao thoa ánh sáng Y - âng trên máy chiếu với các đơn sắc khác nhau: đỏ - vàng - tím. - Kết quả thí nghiệm?
- Quan sát TN mô tả trên máy chiếu với các AS đơn sắc khác nhau nhận xét kết quả ? 2. Giao thoa ánh sáng: a) Thí nghiệm: - Dụng cụ TN gồm: Đèn lade phát ra ánh sáng đơn sắc đỏ. Màn chắn có khe hẹp S Màn chắn có hai khe hẹp rất gần nhau S1 và S2 Màn chắn sáng. Hình vẽ mô tả TN A B O L E S 1 S 2 S F
TL Hoạt động
của HS Hoạt động của GV Kiến thức
tại đó biên độ sóng giảm bớt gọi là cực tiểu giao thoa,nguyên nhân là do hai sóng thành phần tại đó ngược pha. HS quan sát thí nghiệm và hình ảnh thu được trên màn hứng. + Kết quả: trên E có những vạch sáng đỏ và tối xen kẽ, song song và cách đều nhau. C1: So sánh hình ảnh quan sát được với hình ảnh giao thoa của sóng cơ
C2: Độ lệch pha của hai nguồn S1, S2
+ Giải thích kết quả thí nghiệm trên.
Tại sao trong miền giao thoa có những vạch sáng (Vân sáng)
Tại sao trên màn quan sát ta thấy những vạch tối (Vân tối)
+ Nêu hiện tượng giao thoa là một bằng chứng TN chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng.
Hình ảnh quan sát TN
b) Kết quả thí nghiệm:
Trên màn E có vạch màu và tối xen kẽ, cách nhau đều