10. Cấu chúc luận văn
3.4.1. Chương “Khúc xạ ánh sáng”
Tiết 1: Hiện tượng khúc xạ ánh sáng và phản xạ toàn phần
Tình huống làm nảy sinh vấn đề
Để làm nảy sinh vấn đề cần nghiên cứu đó là tìm hiểu hiện tượng xảy
ra khi chiếu một tia sáng tới mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt,
GV yêu cầu HS thảo luận nhóm hoàn thành câu 1 và 2 trong phiếu học tập:
Câu 1: Vẽ tiếp đường đi của tia sáng đơn sắc từ không khí tới các bề mặt sau:
Câu 2: Nêu nhận xét
- Khi ánh sáng truyền trong môi trường trong suốt đồng tính thì:... - Khi ánh sáng tới gặp bề mặt bóng, nhẵn, sáng thì:... - Khi ánh sáng tới gặp bề mặt sù sì, gồ ghề, không trong suốt thì:... - Khi tia sáng truyền từ môi trường trong suốt này sang môi trường trong suốt khác thì:...
GV yêu cầu đại diện các nhóm trình bày kết quả thảo luận trả lời câu
hỏi (1) và (2). Nội dung trả lời của HS cho thấy: Các em có thể dễ dàng xác
Không khí Gương phẳng Tấm bìa
tối mầu Nước
định được đường đi của tia sáng trong 3 trường hợp đầu tiên, nhưng chưa xác định được câu trả lời chính xác trong trường hợp thứ tư.
GV bổ sung, xác nhận các ý kiến đúng trong trong 3 trường hợp đầu
tiên và đưa ra câu hỏi: Để hoàn thành nội dung của phiếu học tâp trên chúng ta phải đi tìm hiểu vấn đề gì?
HS đề xuất ngay được vấn đề cần ngiên cứu đó là tìm hiểu hiện tượng xảy
ra khi chiếu một tia sáng tới mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt.
Tình huống giải quyết vấn đề
Để giải quyết nhiệm vụ học tập đề ra, GV tiếp tục yêu cầu HS thảo luận
nhóm trả lời câu hỏi (3) trong phiếu học tập:
Câu 3: Hãy đề xuất phương án làm TN để quan sát được hiện tượng xảy ra, khi cho tia sáng đơn sắc đi qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt khác nhau?
a. Nêu các dụng cụ cần có?
b. Cách bố trí thí nghiệm (Vẽ hình)? c. Nêu cách làm thí nghiệm?
Do có động lực tìm hiểu nên các em rất hăng hái tham gia thảo luận.
Qua kết quả trình bảy của các nhóm chúng tôi nhận thấy:
+ Hầu hết các nhóm đều trình bày được các dụng cụ TN cần có, GV
gợi ý HS lựa chọn hai cặp môi trường trong suốt sẵn có là không khí và nhựa
trong suốt. Tuy nhiên GV cần bổ sung, để tạo ra một chùm sáng song song
(coi là một tia sáng) cần đặt đèn trong một hộp kín có một khe hẹp vừa đủ để
tạo chùm sáng song song, hoặc có thể thay thế bằng đèn chiếu tia laze.
+ Việc đề xuất cách bố trí TN sẽ dễ dàng hơn khi GV đưa cho HS các
dụng cụ TN đã đề xuất ở mục trên.
+ Với cách làm TN hầu hết các nhóm đều đề xuất được phải thay đổi hướng chiếu khi tiến hành TN, tuy nhiên GV cần lưu ý HS tiến hành TN chiếu tia sáng theo chiều ngược lại.
Tình huống rút ra nhận xét hoặt kết luận
Sau khi bổ sung, xác nhận các ý kiến đúng GV tiến hành giao dụng cụ
TN cho các nhóm và yêu cầu HS hoạt động nhóm hoàn thành câu hỏi (4)
trong phiếu học tập.
Câu 4: Hãy tiến hành TN theo phương án đã thiết kế.
a. Kết quả TN (mô tả bằng hình vẽ)?
b. Nhận xét về hiện tượng xảy ra ở mặt phân cách giữa hai môi trường: + Khi tia tới đi vuông góc với mặt phân cách?
+ Khi tia tới không vuông góc với mặt phân cách?
GV hướng dẫn HS làm TN, việc quan sát thấy hình ảnh tia phản xạ khi cho tia sáng đi từ không khí vào trong nhựa trong suốt là rất khó. Vì vậy, GV
có thể minh họa bằng flash cho HS xem.
GV yêu cầu các nhóm cử đại diện trình bày kết quả, nhận xét, bổ sung
và xác nhận ý kiến đúng.
Cuối cùng GV khái quát lại các kiến thức trong tiết học.
Tiết 2: Định luật khúc xạ ánh sáng
Tình huống làm nảy sinh vấn đề
Để làm nảy sinh vấn đề cần nghiên cứu là tìm cách xác định sự phụ
thuộc của vi trí tia tới vào vị trí tia khúc xạ GV phát cho mỗi HS môt phiếu
học tập số 2 yêu cầu trả lời câu hỏi (1) trên phiếu học tập.
PHIẾU HỌC TẬP SỐ 2
Câu 1: Vẽ đường đi của tia khúc xạ IJ trong các trường hợp sau:
Không khí Nước Không khí Không khí Nước Thủy tinh Không khí Thủy tinh Không khí Nước S S S S S I I I I I
GV gọi vài HS lên trình bày kết quả trả lời của mình, yêu cầu một số
HS nhận xét. Phần trình bày của HS cho nhiều kết quả khác nhau. Khi đó GV
đưa ra câu hỏi:
- Theo các em làm thế nào để vẽ được chính xác đường đi của tia khúc
xạ khi đã biết tia tới và cặp môi trường trong suốt?
- Khi đó HS có thể dễ dàng đưa ra câu trả lời về vấn đề cần nghiên cứu:
Tìm sự phụ thuộc của vị trí tia khúc xạ vào vị trí tia tới.
Tình huống giải quyết vấn đề
Để giả quyết vấn đề đặt ra GV yêu cầu HS thảo luận nhóm trả lời câu
hỏi số 2 trong phiếu học tập.
Câu 2: Đề xuất phương án khảo sát sự phụ thuộc của vị trí tia khúc xạ vào vị trí tia tới tương ứng?
a. Trong TN tiến hành ở tiết trước tia tới và tia khúc xạ có đồng phẳng không? Nếu có, hãy tìm cách chứng minh?
b. Để xác định vị trí tia khúc xạ và vị trí tia tới một cách định lượng ta phải đo đại lượng nào? Nêu cách đo?
c. Có thể dùng các TN đã làm ở bài trước để khảo sát mối quan hệ định lượng giữa vị trí tia tới và vị trí tia khúc xạ được không? Nếu được, cách tiến hành như thế nào? Khi đó, ta cần bổ sung thêm dụng cụ gì?
Ở câu hỏi (a) hầu hết các nhóm dự đoán được các tia đồng phẳng nhưng gặp khó khăn trong việc chứng minh. GV có thể gợi ý dùng thêm một
tờ giấy để chứng minh điều đó (làm cách nào chứng minh được các tia sáng
nằm cùng một mặt phẳng là tờ giấy? cách đặt tờ giấy thế nào? ). Từ đó GV
đưa ra khái niệm “mặt phẳng tới”
Ở câu hỏi (b) tôi nhận thấy HS gặp nhiều khó khăn khi trả lời. GV có
thể đưa ra gợi ý bằng những câu hỏi sau: Để xác định vị trí một vật bước đầu
tiên phải làm gì? Khi ta thay đổi các hướng chiếu khác nhau, phải chọn vật
mốc thế nào để xác định vị trí của tia tới và tia khúc xạ?
- Sau khi nghe gợi ý của GV các nhóm đều đưa ra được phương án trả
lời: phải đo góc tạo bởi pháp tuyến, tia tới và góc tạo bởi pháp tuyến, tia khúc
- Các nhóm đều đưa ra được câu trả lời về cách đo: “đó là dùng thước đo độ”.
Ở câu hỏi (c) hầu hết các nhóm đều đưa ra biện pháp tiến hành TN là
thay đổi độ lớn của góc tới i và đo góc khúc xạ tương ưng từ đó nhận ra dụng
cụ cần bổ sung thêm là thước đo độ.
GV yêu cầu các nhóm cử đại diện lên trình bày kết quả đưa ra nhận xét,
bổ sung và xác nhận các ý kiến đúng.
Tình huống rút ra nhận xét hoặt kết luận
GV giao cho các nhóm dụng cụ TN và yêu cầu các nhóm hoàn thành
câu hỏi số (3), (4) trong phiếu học tập.
Câu 3: Hãy tiến hành thí nghiệm theo phương án đã thiết kế
a. Nghiệm lại tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới, ở bên kia pháp tuyến so với tia tới. b. Đo các giá trị của i và r tương ứng và ghi vào bảng sau:
i 00 300 450 600
r
c. Dựa vào bảng số liệu đã cho dự đoán mối quan hệ giữa i và r?
Câu 4: Vị trí tia khúc xạ phụ thuộc vào vị trí tia tới tương ứng theo quy luật nào? -Hai tia có đồng phẳng không, mặt phẳng đó được xác định như thế nào?
- Vị trí tia khúc xạ và tia tới so với pháp tuyến NN’? - Biểu thức định lượng mối quan hệ giữa i và r?
Ở câu hỏi 3 các yêu cầu (a) và (b) các nhóm đều thực hiện được. Tuy
nhiên ở yêu cầu (c), các nhóm đều dự đoán i và r tỉ lệ thuận, GV hướng dẫn
HS kiểm tra dư đoán đó bằng cách xét thương số i/r = hằng số. Và yêu cầu HS
khảo sát tỉ số sini và sinr.
Qua việc trả lời câu hỏi 3 các nhóm có thể dẽ dàng đưa ra câu trả lời
cho câu hỏi số (4)
GV yêu cầu đại diện các nhóm trình bày kết quả. Nhận xét, bổ sung và
xác nhận ý kiến đúng. Sau đó thông báo để HS biết: Làm thí nghiệm với các
cặp môi trường trong suốt khác đều cho kết quả tương tự, nhưng hằng số
nhau là khác nhau. Tiếp theo GV trình bày về ý nghĩa của hằng số đó để đưa
ra các khái niệm chiết suất tuyệt đối, chiết suất tương đối, biểu thức dạng đối
xứng của định luật khúc xạ ánh sáng.
Tiết 3: Điều kiện xảy ra phản xạ toàn phần
Tình huống làm nẩy sinh vấn đề
Để làm nảy sinh vấn đề cần nghiên cứu GV phát phiếu học tập số 3 và
yêu cầu HS hoàn thành câu hỏi số 1
Câu 1: Tìm góc khúc xạ tương ứng với các góc tới bằng 300
, 450, 600 khi cho: a. Ánh sáng truyền từ không khí vào thủy tinh?
b. Ánh sáng truyền từ thủy tinh vào không khí?
Biết chiết suất của thủy tinh là 2. Nêu nhận xét qua việc giải bài tập trên?
Khi gặp trường hợp tia sáng đi từ thủy tinh vào không khí với i = 600,
HS không tính được r. Khi đó GV đưa ra vấn đề cần nghiên cứu: Bài tập vừa
rồi cho thấy khi ảnh sáng đi từ thủy tinh vào không khí, nghĩa là truyền từ môi trường vào một môi trường chiết quang hơn thì không phải lúc nào cũng có
tia khúc xạ. Vậy khi đó xảy ra hiện tượng gì? Theo các em chúng ta phải làm
gì để trả lời câu hỏi trên?
HS dễ dàng trả lời được câu hỏi trên: Phải tiến hành TN khảo sát hiện
tượng gì xảy ra trong các trường hợp trên.
Tình huống giải quyết vấn đề
GV yêu cầu HS hoàn thành câu 2 trong phiếu học tập:
Câu 2: Làm thí nghiệm kiểm tra kết quả của bài tập trên. Nhận xét về độ sáng của tia phản
xạ và tia khúc xạ trong các trường hợp sau:
Góc tới Độ sáng tia khúc xạ Độ sáng tia phản xạ
100 ÷ 450
≈450
GV hướng dẫn HS làm TN lưu ý các em làm không chỉ làm TN với các số liệu trong bài toán, mà theo các số liệu trong phiếu học tập.
Tình huống rút ra nhận xét hoặc kết luận
Từ bảng số liệu thu được ở câu 2 học sinh có thể dẽ dàng đưa ra dự đoán điều kiện xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần bằng cách trả lời câu 3
trong phiếu học tập
Câu 3: Dựa vào bảng kết quả thí nghiệm cho biết:
* Khi nào xảy ra phản xạ toàn phần?
* Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng để chứng minh điều kiện xảy ra phản xạ toàn phần là đúng.
* Tính góc giới hạn phản xạ toàn phần?
Nhận thấy các nhóm gặp khó khăn trong việc phân tích biểu thức của định luật khúc xạ ánh sáng để tìm điều kiện xảy ra phản xạ toàn phần, GV gợi ý cho HS xét hai trường hợp là n1 > n2 và n1 < n2. Và dùng các câu hỏi gợi ý sau:
- Khi góc i tăng góc r thay đổi như thế nào? - Độ lớn của i so với r khi đó?
- Góc i và r có thể nhận những giá trị nào?
GV yêu cầu các nhóm cử đại diện lên trình bày kết quả đưa ra nhận xét,
bổ sung và xác nhận các ý kiến đúng.
Sau khi tìm được điều kiện để xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần GV
yêu cầu HS tiếp tục hoạt động nhóm để tính góc igh .
- Để tính góc igh GV gợi ý HS trở lại lập luận ở câu hỏi trước khi i = igh
thì r có giá trị nào, thay vào biểu thức của định luật khúc xạ ánh sáng ta sẽ
tính được igh.
Để tìm hiểu ứng dụng của định luật khúc xạ ánh sáng GV yêu cầu HS
trả lời câu 4 trong phiếu học tập.
Với câu hỏi này rất ít HS trả lời được. Khi đó GV phải trình bày cho HS sau đó yêu cầu HS quan sát sơ đồ cấu tạo của sợi quang và vận dụng hiện tượng phản xạ toàn phần để giải thích nguyên tắc hoạt động của sợi quang.