10. Cấu chúc luận văn
2.4.1. Xây dựng tình huống học tập khi dạy học chương “Khúc xạ ánh sáng”
2.4.1.1. Các đơn vị kiến thức cần xây dựng và câu hỏi đề xuất tương ứng chương “Khúc xạ ánh sáng”
Vấn đề 1: Hiện tượng khúc xạ ánh sáng và phản xạ toàn phần
Câu hỏi: Hiện tượng gì xảy ra ở mặt phân cách giữa hai môi trường khi tia sáng đi từ môi trường trong suốt này sang môi trường trong suốt khác?
Kết luận: Khi chiếu tia sáng qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt đồng tính xảy ra hiện tượng sau:
- Tia tới đi vuông góc với mặt phân cách thì truyền thẳng.
- Tia tới không vuông góc với mặt phân cách xảy ra một trong hai trường hợp sau:
+ Chùm sáng bị tách thành hai phần:Phần bị đổi hướng phản xạ trở lại
môi trường thứ nhất. Phần bị gãy khúc (đổi hướng đột ngột) đi vào môi trường thứ hai, người ta gọi đó là hiện tượng khúc xạ ánh sáng.
+ Toàn bộ ánh sáng phản xạ lại môi trường thứ nhất không có tia khúc
xạ đi vào môi trường hai người ta gọi đó là hiện tượng phản xạ toàn phần.
Vấn đề 2: Định luật khúc xạ ánh sáng
Câu hỏi: Vị trí tia khúc xạ phụ thuộc vào vị trí tia tới tương ứng như thế nào?
Kết luận:
-Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới (tạo bởi tia tới và pháp tuyến) 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 (sini) và
sin góc khúc xạ (sinr) luôn không đổi: = = =
1 2 21 sin sin n n n r i hằng số. + Nếu n2 > n1 → r < i môi trường 2 chiết quang hơn môi trường 1. + Nếu n2 < n1 → r > i môi trường 2 chiết quang kém hơn môi trường 1.
Vấn đề 3: Điều kiện xảy ra phản xạ toàn phần
Câu hỏi: Điều kiện để xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần là gì?
Kết luận: Điều kiện để có phản xạ toàn phần: + n2 < n1 + i ≥ igh với 1 2 sin n n igh =
2.4.1.2. Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức chương “Khúc xạ ánh sáng” Sơ đồ2.1: Ttiến trình xây dựng kiến thức chương “Khúc xạ ánh sáng”
Vấn đề 1: Hiện tượng khúc xạ ánh sáng và phản xạ toàn phần
* Tiến hành thí nghiệm: Chiếu tia sáng từ môi trường trong suốt này trong môi
trường trong suốt khác với các hướng chiếu khác nhau. Quan sát đường đi của tia
sáng, ghi nhận kết quả bằng hình vẽ để rút ra kết luận.
* Khi chiếu tia sáng qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt đồng tính xảy
ra hiện tượng sau:
- Tia tới đi vuông góc với mặt phân cách thì truyền thẳng.
- Tia tới không vuông góc với mặt phân cách xảy ra một trong hai trường hợp sau:
+ Chùm sáng bị tách thành hai phần: Phần bị đổi hướng phản xạ trở lại môi trường thứ nhất. Phần bị gãy khúc (đổi hướng đột ngột) đi vào môi trường thứ hai, người ta gọi đó là hiện tượng khúc xạ ánh sáng.
+ Toàn bộ ánh sáng phản xạ lại môi trường thứ nhất không có tia khúc xạ đi vào môi trường hai người ta gọi đó là hiện tượng phản xạ toàn phần.
Hiện tượng gì xảy ra ở mặt phân cách giữa
hai môi trường, khi tia sáng đi từ môi trường trong suốt này
sang môi trường trong suốt khác?
Trong môi trường trong suốt, đồng tính ánh sáng truyền thẳng.
* Thí nghiệm 1: Tia sáng đi từ không khí vào thủy tinh
Vấn đề 2: Định luật khúc xạ ánh sáng
Vị trí tia khúc xạ phụ thuộc vào vị trí tia tới tương ứng như thế nào?
* Trở lại các TN trên để khảo sát mối quan hệ giữa vị trí tia tới và vị trí tia khúc xạ. + CM tia khúc xạ và tia tới nằm trong cùng một mặt phẳng(mặt phẳng tới).
+ Để xác định vị trí tia tới và tia khúc xạ, chọn vật mốc(điểm tới I, pháp tuyến
tại điểm tới NN’
) → Đưa ra khái niệm góc tới i và góc khúc xạ r.
+ Đo góc i và r để tìm mối quan hệ giữa vị trí tia khúc xạ và vị trí tia tới.
* Quan sát TN đưa ra nhận xét về vị trí của tia khúc xạ so với tia tới. * Xử lý số liệu từ thí nghiệm từ đó đưa ra biểu thức mối liên hệ giữa i và r.
* TN: Chiếu ánh sáng từ thủy tinh vào không khí tại điểm I trên mặt phân cách.
+ Đặt tờ giấy phẳng sau bản thủy tinh → thấy hình
ảnh tia tới và tia khúc xạ trên tờ giấy.
+ Gập đôi tờ giẫy phần phía tia khúc xạ → không
quan sát thấy hình ảnh tia khúc xạ trên tờ giấy. → Tia khúc xạ và tia tới cùng nằm trong mặt
phẳng chứa tờ giấy (mặt phẳng tới).
+ Để xác định vị trí tia tới và tia khúc xạ chọn vật
mốc là pháp tuyến NN’
qua điểm I → vị trí của SI
, IR được xác định bởi (i,r) và SI và IR ở hai phía của pháp tuyến NN’ + Thay đổi i ghi nhận các cặp giá trị (i,r ) ghi vào bảng. Xử lí kết quả TN
bằng cách xét tỉ số sini/sinr ta có: = r i sin sin hằng số.
* Làm TN với các cặp môi trường trong suốt khác cho KQ tương tự.
* Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới (tạo bởi tia tới và pháp tuyến) 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 (sini) va sin góc
khúc xạ (sinr) luôn không đổi: = = = 1 2 21 sin sin n n n r i hằng số
+ Nếu n2 > n1→ r < i môi trường 2 chiết quang hơn môi trường 1. + Nếu n2 < n1→ r > i môi trường 2 chiết quang kém hơn môi trường 1.
Hiện tượng khúc xạ sánh sáng là hiện tượng lệch phương của các tia sáng khi truyền
xiên góc qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt khác nhau.
r i N’ N R S I
Vấn đề 3: Điều kiện xảy ra phản xạ toàn phần
Hiện tượng phản xạ toàn phần là hiện tượng phản xạ toàn bộ tia sáng tới, xảy ra ở mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt.
Lập luận từ biểu thức của định luật khúc xạ ánh sáng sau đó so sánh với kết quả TN đã làm ở vấn đề 1.
Điều kiện để xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần là gì?
* Điều kiện để có phản xạ toàn phần:
+ Ánh sáng truyền từ một môi trường tới môi trường chiết quang kém hơn:
n2 < n1
+ Góc tới lớn hơn hoặc bằng góc giới hạn: i ≥ igh với
1 2 sin n n igh = * Từ : n1sini=n2sinr
+ n1 < n2 : Khi i tăng r cũng tăng và i luôn lớn hơn r → với mọi
giá trị của i luôn xác định được r → vẫn có tia khúc xạ, hiện tượng
PXTP không xảy ra.
+ n1 > n2 : Khi i tăng thì r cũng tăng và i luôn nhỏ hơn r, khi i đạt giá trị igh, r đạt giá trị cực đại 900
, khi i > igh không xác định được r → Xảy ra hiện tượng PXTP.
* Khi khi i đạt giá trị igh, r đạt giá trị cực đại 900 ta có:
1 2 0
2
1sin sin90 sin
n n i n i n gh = Þ gh =
2.4.1.3. Mục tiêu quá trình dạy học
Vấn đề 1: Hiện tượng khúc xạ ánh sáng và phản xạ toàn phần
- Đề xuất được phương án làm thí nghiệm khảo sát đường truyền của tia sáng
đi qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt.
- Nêu được các hiện tượng xảy ra trong thí nghiệm khảo sát.
Vấn đề 2: Định luật khúc xạ ánh sáng
- Đề xuất được phương án khảo sát sự phụ thuộc của vị trí tia khúc xạ vào vị trí tia tới.
- Từ việc quan sát thí nghiệm và xử lý số liệu lấy được từ thực nghiệm đưa ra nội dung của định luật khúc xạ ánh sáng.
Vấn đề 3: Điều kiện xảy ra phản xạ toàn phần
- Từ biểu thức của định luận khúc xạ ánh sáng HS thảo luận đưa ra được điều kiện xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần, xây dựng được biểu thức tính góc giới hạn phản xạ toàn phần.
2.4.1.4. Xây dựng các tình huống học tập chương “Khúc xạ ánh sáng”
Tiết 1: Hiện tượng khúc xạ ánh sáng và phản xạ toàn phần
* Chuẩn bị của GV và HS Giáo viên:
- Bốn bộ thí nghiệm về hiện tượng khúc xạ ánh sáng. - Phiếu học tập số 1:
PHIẾU HỌC TẬP SỐ 1.
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 dồng 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:...
Không khí Gương phẳng Tấm bìa tối mầu Nước Không khí
- Khi tia sáng truyền từ môi trường trong suốt này sang môi trường trong suốt khác thì:...
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? ... ... ...
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?
... ... ... ... ...
Học sinh: Ôn tập lại các nội dung sau: - Định luậttruyền thẳng của ánh sáng. - Định luật phản xạ ánh sáng. - Cách vẽ tia sáng. Tình huống làm nảy sinh vấn đề (10 phút) Hoạt động của GV Hoạt động của HS * Phát phiếu học tập số 1 và để nghị HS làm việc nhóm thực hiện nhiệm vụ (1) và (2) * Đề nghị các nhóm cử đại diện trả lời câu hỏi (1) và (2) trên phiếu học tập.
* Tổ chức thảo luận, nhận xét, bổ
sung, xác nhận ý kiến đúng.
* Đề nghị một HS phát biểu vấn đề cần nghiên cứu.
Qua việc trả lời phiếu học tập trên
theo em chúng ta cần tìm hiểu vấn đề
gì trong bài hôm nay?
* Vận dụng kiến thức đã học, thảo luận nhóm trả lời câu hỏi (1) và (2) của GV trên phiếu học tập
* Cử đại diện trả lời câu hỏi (1) và (2) trên phiếu học tập.
* Câu trả lời mong đợi:
- Ánh sáng truyền thẳng trong môi
trường trong suốt, đồng tính.
- Ánh sáng bị phản xạ khi gặp bề mặt
nhẵn, bóng, sáng.
- Khi gặp bề mặt sù sì, gồ ghề... một
phần ánh sáng bị hấp thụ, một phần bị tán xạ.
- Khi tia sáng qua mặt phân cách giữa
hai môi trường trong suốt: (Câu trả
lời có thể là bất kì)
* Chữa bài trên phiếu học tập.
* Câu trả lời mong đợi:
Tìm hiểu hiện tượng gì xảy ra khi chiếu tia sáng tới mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt.
Tình huống giải quyết vấn đề (15 phút)
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
* Đề nghị HS làm việc nhóm trả lời câu hỏi số (3) trên phiếu học tập. * Đề nghị các nhóm cử đại diện trả lời câu hỏi (3) trên phiếu học tập. * Tổ chức thảo luận, nhận xét, bổ
sung, xác nhận ý kiến đúng.
* Thảo luận nhóm trả lời câu hỏi (3) của GV trên phiếu học tập.
* Cử đại diện trả lời câu hỏi (3) trên phiếu học tập.
* Câu trả lời mong đợi:
- Các dụng cụ cần có: Đèn trong hộp
kín, có một khe hẹp để tạo chùm sáng
song song (có thể coi là tia sáng); hai
môi trường trong suốt (không khí và thủy tinh).
- Cách bố trí TN:
- Cách làm TN: Thay đổi hướng chiếu
và quan sát hiện tượng xảy ra khi
chiếu ánh sáng từ không khí vào thủy tinh và ngược lại.
Tình huống rút ra nhận xét hoặc kết luận (15 phút)
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
* Phát dụng cụ TN và đề nghị HS làm
việc nhóm trả lời câu hỏi số (4) trên phiếu học tập.
* Đề nghị các nhóm cử đại diện trả lời câu hỏi (4) trên phiếu học tập.
* Tổ chức thảo luận, nhận xét, bổ
sung, xác nhận ý kiến đúng.
* Thảo luận nhóm trả lời câu hỏi (4) của GV trên phiếu học tập.
* Cử đại diện trả lời câu hỏi (4) trên phiếu học tập.
* Câu trả lời mong đợi: a. Kết quả TN:
- Tia sáng đi từ không khí vào thủy tinh
- Tia sáng đi từ thủy tinh vào không khí
b. Nhận xét: Khi chiếu tia sáng qua mặt
phân cách giữa hai môi trường trong suốt đồng tính xảy ra hiện tượng sau: - Tia tới đi vuông góc với mặt phân cách thì truyền thẳng.
- Tia tới không vuông góc với mặt
phân cách xảy ra một trong hai trường
hợp sau:
+ Chùm sáng bị tách thành hai phần: Phần bị đổi hướng phản xạ trở lại môi trường thứ nhất. Phần bị gãy khúc (đổi
* Khái quát hóa kiến thức.
hướng đột ngột) đi vào môi trường thứ hai.
+ Toàn bộ ánh sáng phản xạ lại môi trường thứ nhất không có tia khúc xạ đi vào môi trường hai.
* Chữa bài trên phiếu học tập. * Ghi nhận.
Tiết 1: HIỆN TƯỢNG KHÚC XẠ ÁNH SÁNG VÀ PHẢN XẠ TOÀN PHẦN
* Khi chiếu tia sáng qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt đồng tính
xảy ra hiện tượng sau:
- Tia tới đi vuông góc với mặt phân cách thì truyền thẳng.
- Khúc xạ ánh sáng: Là hiện tượng lệch
phương (gãy) của tia sáng khi truyền xiên góc qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt khác nhau.
+ Tia SI gọi là tia tới. + Tia IJ gọi là tia khúc xạ.
- Phản xạ toàn phần: Là hiện tượng phản xạ toàn bộ tia sáng chiếu tới, xảy ra ở mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt.
+ SI gọi là tia tới. + IJ’ gọi là tia phản xạ.
Vấn đề 2: Định luật khúc xạ ánh sáng
* Chuẩn bị của GV và HS Giáo viên:
- Bốn bộ thí nghiệm về hiện tượng khúc xạ ánh sáng. - Phiếu học tập số 2 S I J’ S J I I S J
PHIẾU HỌC TẬP SỐ 2
Câu 1: Vẽ đường đi của tia khúc xạ IJ trong các trường hợp sau:
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?
... ... ...
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?
... 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
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’?