* Khoảng vân và vị trí vân giao thoa
- Sóng ánh sáng đi qua S2 cùng pha với sóng đi qua S1 vì hai sóng này là những phần của một sóng duy nhất được truyền đến màn B. Tuy nhiên, sóng đến P từ S2 không cùng pha với sóng đến P từ S1 vì sóng thứ hai phải đi qua một quãng đường dài hơn sóng thứ nhất để đến P (r2 > r1). Hiệu quang trình của hai sóng đến một điểm xác định hiệu số pha của những sóng đến điểm ấy.
+ Nếu như hiệu quang trình bằng khơng hoặc bằng một bội số ngun của bước sóng thì các sóng tới sẽ cùng pha với nhau và khi đó giao thoa sẽ tăng cường nhau: , tại đó có vân sáng.
+ Nếu như hiệu quang trình bằng một bội số lẻ của nửa bước sóng thì các sóng tới sẽ ngược pha với nhau, khi đó, giao thoa sẽ triệt tiêu nhau:
, tại đó có vân tối
.
Hình 2.8. Xác định tính chất vân giao thoa
Để thể hiện quang trình này trong, chúng ta tìm một điểm O trên tia xuất phát từ S2 sao cho quang trình từ O đến P bằng quang trình từ S1 đến P. Như vậy, hiệu quang trình giữa hai tia là: r2 – r1 = S1O
Với điều kiện khoảng cách D giữa hai màn khá lớn so với khoảng cách a của hai khe, ta có thể xem gần đúng các tia r1 và r2 song song với nhau. Góc hợp bởi hai tia r1 và r2 với trục chính đều bằng .
Khi D>>a ta có thể xem gần đúng các tia r1,r2 song song với nhau Hiệu quang trình giữa hai tia là S1Oasin .
Để có vân sáng thì S1O = asin = k với k = 0, 1, 2, 3…
Các giá trị của k có thể được dùng để đặt tên cho các cực đại giao thoa (vân sáng).
+ Khi k = 0, = 0. Như vậy, có một vân sáng chính giữa nằm tại giao điểm của trục chính với màn quan sát. Cực đại chính giữa này là nơi mà sóng từ các khe đến với hiệu số pha bằng không.
+ Khi giá trị của k lớn dần, có những vân sáng ứng với những giá trị của lớn dần, cả phía trên và phía dưới của cực đại chính giữa. Ánh sáng từ các khe đến với hiệu số pha là k tương ứng với một góc arcsin k
a
ở phía trên và phía dưới
trục chính.
- Để có vân tối thì sin 2 1
2
k
với k = 0, 1, 2,…
Các giá trị của k bây giờ được dùng để đặt tên cho những cực tiểu giao thoa (vân tối). Vân tối thứ nhất ứng với k = 0 có hiệu số pha là
2 tương ứng với góc arcsin 2a
nằm phía trên và phía dưới trục chính. Đối với những giá trị lớn
dần của k, sẽ có những giá trị lớn dần của góc . - Vị trí vân giao thoa
Vì góc bé nên có thể áp dụng công thức gần đúng: sin tan, suy ra: r2 – r1 = S1O a tan a y
D
Từ điều kiện cực đại, cực tiểu giao thoa và tính được vị trí các vân sáng và vân tối:
+ Vị trí các vân sáng: xs k D a
với k 0; 1; 2;...
+ Vị trí các vân tối: 2 1
2 t D x k a với k 0; 1; 2;...
- Khoảng vân (i)là khoảng cách giữa hai vân sáng hoặc hai vân tối liên tiếp. 1 k k D x x a
- Nếu nguồn sáng S1 và S2 phát ánh sáng trắng gồm mọi ánh sáng đơn sắc có bước
sóng 0,38 0,76 mthì mỗi ánh sáng đơn sắc sẽ cho một hệ vân giao thoa có màu sắc riêng và độ rộng i khác nhau. Tại vị trí chính giữa của miền giao thoa, mọi ánh sáng đơn sắc đều cho cực đại nên vân cực đại giữa là một vân sáng trắng trung tâm.
2.2.2. Cấu trúc nội dung chương “Sóng ánh sáng” – Vật lí 12
Chương “Sóng ánh sáng” giúp cho HS có được những hiểu biết cần thiết về tính chất sóng của ánh sáng. Bản chất của ánh sáng, các tính chất và ứng dụng của nó luôn là đề tài hấp dẫn mà từ lâu các nhà Vật lí đã quan tâm nghiên cứu. Trải qua rất nhiều quá trình nghiên cứu, qua các sự thay đổi nhận thức, nhìn ra sai lầm và sửa chữa các nhà Vật lí mới tìm ra tiếng nói chung về bản chất của ánh sáng. Hiện nay, các vấn đề liên quan ánh sáng vẫn đang được tiếp tục nghiên cứu và những hiểu biết của con người về ánh sáng không ngừng được bổ sung và sâu sắc hơn.
Kiến thức trong chương gồm những kiến thức hiện đại và tương đối trừu tượng với học sinh, các kiến thức này có liên quan chặt chẽ đến các kiến thức trong các chương khác như: quang hình, sóng cơ, dao động cơ, sóng điện từ,…Ngoài ra nó là tiền đề để nghiên cứu các kiến thức khác như tính chất hạt của ánh sáng hay Vật lí hạt nhân,…Chính vì vậy việc HS nắm bắt được những kiến thức kĩ năng cơ bản trong chương “Sóng ánh sáng” đóng vai trị quan trọng trong chương trình Vật lí 12 nói riêng và chương trình Vật lí phổ thơng nói riêng.
Kiến thức trong chương được trình bày một cách hợp lí, lơgic các kiến thức trước sẽ là cơ sở để nghiên cức các các kiến thức sau tiếp. Nội dung các kiến thức trong chương có cấu trúc được mô tả ở sơ đồ sau.
Sơ đồ 2.1.Cấu trúc nợi dung các kiến thức chương tính chất sóng ánh sáng
2.3. Mục tiêu dạy học chƣơng “Sóng ánh sáng” – Vật lí 12
2.3.1. Mục tiêu kiến thức và cấp độ nhận thức
Cấp độ nhận thức Nội dung kiến thức
Nhận biết Thông hiểu Vận dụng
Tán sắc ánh sáng
+ Nêu được hiện tượng tán sắc ánh sáng.
+ Lấy được các ví dụ về tán sắc ánh sáng trong tự nhiên và trong thí nghiệm.
+ Vẽ được đường đi của tia sáng qua lăng kính, lưỡng chất phẳng.
+ Nêu được nguyên nhân gây ra hiện tượng tán sắc ánh sáng: là do “Chiết suất của các chất trong suốt đối với các ánh sáng đơn sắc có màu khác nhau là khác
+ Giải thích được sự tán sắc ánh sáng qua lăng kính, thấu kính.
+ Giải thích sự tán sắc ánh sáng khi ánh sáng truyền từ môi trường trong suốt này sang môi trường trong suốt khác.
+ Kết hợp với định luật khúc xạ ánh sáng để giải các bài toán Máy quang phổ Các loại quang phổ Tia hồng ngoại Tia tử ngoại Tia X Tán sắc ánh sáng
Quang phổ
TÍNH CHẤT SĨNG CỦA ÁNH SÁNG
Giao thoa ánh sáng
Ánh sáng đơn sắc – Ánh sáng trắng Giao thoa ánh sáng trắng Giao thoa ánh sáng đơn sắc. Các bức xạ khơng nhìn thấy Ánh sáng nhìn thấy
nhau và tăng dần từ đỏ đến tím”.
ánh sáng truyền qua lăng kính về mặt định lượng.
Nhiễu xạ ánh sáng
+ Nêu được hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng.
+ Giải thích được sự xuất hiện hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng.
+ Lấy ví dụ về hiện tượng nhiễu xạ trong tự nhiên.
+ Giải thích các hiện tượng vật lí liên quan đến hiện tượng nhiễu xạ.
Giao thoa ánh sáng
+ Nêu được điều kiện để có hiện tượng giao thoa của ánh sáng đơn sắc.
+ Nêu được khái niệm và công thức xác định khoảng vân.
+ Nêu được ứng dụng của hiện tượng giao thoa ánh sáng đơn sắc.
+ Nêu được hình ảnh tròn giao thoa của ánh sáng trắng.
+ Giải thích được hiện tượng giao thoa của ánh sáng đơn sắc.
+ Giải thích được hiện tượng giao thoa của ánh sáng trắng.
+ Mô tả được hình ảnh trong giao thoa của ánh sáng đơn sắc qua hình vẽ.
+ Sử dụng các cơng thức tính khoảng vân, bước sóng ánh sáng, xác định vị trí vân sáng, vân tối để giải một số bài tập định lượng.
Ánh sáng đơn sắc
+ Nêu được định nghĩa ánh sáng đơn sắc.
+ Phân biệt được ánh sáng đơn sắc với ánh sáng một màu trong thực tế.
+ Chỉ ra được cách phát hiện ánh sáng chiếu có phải là ánh sáng đơn sắc hay không.
+ Nêu được giá trị của bước sóng ứng với vùng màu ánh sáng nhìn thấy.
+ Hiểu được tần số của ánh sáng đơn sắc không thay đổi theo môi trường truyền sóng.
+ Sử dụng công thức
v f
để giải bài toán
biết hai đại lượng tìm đại lượng cịn lại. + Lí giải sự khơng thay đổi màu đơn sắc theo môi trường truyền sóng.
Ánh sáng trắng
+ Nêu được định nghĩa ánh sáng trắng.
+ Phân biệt ánh sáng trắng với ánh sáng phức tạp.
+ Chỉ ra được cách trộn ánh sáng để có ánh sáng trắng.
C1: Trộn ánh sáng đỏ, lục, lam với nhau.
C2: Trộn các ánh sáng có màu lần lượt từ đỏ đến tím.
Quang phổ
+ Nêu được định nghĩa máy quang phổ lăng kính.
+ Nêu được cấu tạo của máy quang phổ lăng kính.
+ Lấy được một số ví dụ về cơng dụng của máy quang phổ lăng kính.
+ Hiểu được nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của máy quang phổ lăng kính là dựa trên hiện tượng tán sắc ánh sáng.
+ Vẽ được đường đi của một tia sáng qua máy quang phổ lăng kính.
+ Nêu được định nghĩa các loại quang phổ: quang phổ liên tục, quang phổ vạch phát xạ, quang phổ vạch hấp thụ.
+ So sánh được các loại quang phổ về nguồn phát, tính chất và cơng dụng của chúng.
+ Giải thích được mối quan hệ giữa quang phổ vạch phát xạ và quang phổ vạch hấp thụ của cùng một nguyên tố.
+ Phán đoán được vị trí vạch quang phổ trên quang phổ vạch phát xạ và quang phổ vạch hấp thụ khi biết một số vạch quang phổ khác. Các bức xạ khơng nhìn thấy + Nêu được định nghĩa tia hồng ngoại, tia tử ngoại và tia X.
+ Phân biệt các bức xạ khơng nhìn thấy theo nguồn phát, tính chất và công dụng.
+ Hiểu được các sóng điện từ có tính chất khác nhau vì bước sóng hay tần số khác nhau.
+ Sử dụng công
thức c
f
để giải
bài toán tìm bức xạ thuộc vùng nào của thang sóng điện từ.
2.3.2. Mục tiêu kĩ năng
- Có được các kĩ năng thực hành thí nghiệm: thiết kế phương án thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm và quan sát thí nghiệm.
- Thu thập thơng tin từ quan sát thực tế, thí nghiệm, sưu tầm tài liệu, tìm hiểu trên SGK, sách tham khảo và các phương tiện học tập khác.
- Xử lí thơng tin: Phân tích thí nghiệm, so sánh, tổng hợp, suy luận tương tự, khái quát hóa,.. để rút ra kết luận.
- Vận dụng để giải thích các hiện tượng thực tế và giải các bài tập có liên quan. - Truyền đạt thông tin: tổ chức thảo luận, báo cáo kết quả.
- Hợp tác làm việc, trình bày, thảo luận, bảo vệ ý kiến, lắng nghe thảo luận và rút ra kết luận chung.
- Có được các kĩ năng trình bày, vẽ hình.
2.3.3. Mục tiêu tình cảm, thái độ
- Khơi dậy niềm say mê, hứng thú học tập mơn Vật lí nói riêng và các môn khoa học khác nói chung.
- Hình thành tác phong làm việc khoa học, tính trung thực, nghiêm túc, thận trọng trong học tập và nghiên cứu.
- Thúc đẩy tinh thần nỗ lực cá nhân, đoàn kết, hợp tác để hoàn thành nhiệm vụ được giao trong học tập.
- Xây dựng ý thức tự học và học hỏi bạn khác
2.4. Thiết kế các phƣơng án dạy học chƣơng “ Sóng ánh sáng” Vật lí 12 theo định hƣớng phát triển năng lực
Bài 1. Tán sắc ánh sáng
1. Mục tiêu bài học
* Mục tiêu kiến thức
- Nêu được hiện tượng tán sắc ánh sáng. Lấy được các ví dụ về tán sắc ánh sáng
trong tự nhiên và trong thí nghiệm.
- Phát biểu được định nghĩa ánh sáng đơn sắc và ánh sáng trắng.
- Nêu được nguyên nhân gây ra hiện tượng tán sắc ánh sáng. Giải thích được sự tán sắc ánh sáng qua lăng kính.
* Mục tiêu kĩ năng
- Vẽ được đường đi của tia sáng đơn sắc và ánh sáng trắng qua lăng kính .
- Kết hợp kiến thức tán sắc ánh sáng với định luật khúc xạ ánh sáng để giải các bài toán ánh sáng truyền qua lăng kính về mặt định lượng.
- Thực hiê ̣n thí nghiê ̣m và mô tả được kết quả thí nghiê ̣m bằng hình vẽ
- GV: + 4 bộ thí nghiệm , mỡi bơ ̣ gồm : 2 lăng kính, 1 nguồn ánh sáng trắng, 1 gương phẳng, 2 khe hẹp, 2 màn chắn.
+ Phiếu học tập số 1 và số 2
- HS : + Ôn lại kiến thức về khúc xạ ánh sáng qua lăng kính của ánh sáng đơn sắc + Đọc tài liệu ở nhà để trả lời các câu hỏi trên phiếu học tập số 1. Các tài liệu cần đọc:Vật lí 11 nâng cao –Nxb Giáo dục – 2013 (Bài 47, từ trang 230 đến 234), Vật lí 12 –Nxb Giáo dục – 2013 (Bài 24, từ trang 122 đến 127), Vật lí 12 nâng cao – Nxb giáo dục – 2013 (Bài 35, từ trang 186 đến 189).
PHIẾU HỌC TẬP SỐ 1
Nhiê ̣m vụ 1: Thực hiê ̣n thí nghiê ̣m chiếu ánh sáng trắng qua lăng kính.
Nhiê ̣m vụ 2: Trả lời các câu hỏi sau.
Câu 1: Mô tả kết quả thí nghiê ̣m bằng hình vẽ?
…………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………
Câu 2: Dải màu thu được trên màn hứng ánh sáng ở thí nghiệm trên g ọi là quang
phở của ánh sáng trắng. Hãy mơ tả hình ảnh quang phổ của ánh sáng trắng ? …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………
Câu 3: Hiên tươ ̣ng thu được ở thí nghiê ̣m trên go ̣i là hiê ̣n tượng tán sắc ánh sáng. Vâ ̣y tán sắc ánh sáng là gì?
…………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……Câu 4: Nguyên nhân nào gây ra hiê ̣n tượng tán sắc ánh sáng ?
…………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………
Câu 5: Ánh sáng đơn sắc là gì?
…………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………
Câu 6: Ánh sáng trắng là gì?
…………………………………………………………………………………… …
3. Tổ chƣ́c hoa ̣t đô ̣ng da ̣y ho ̣c
Hoạt động 1: Tìm hiểu về hiện tượng tán sắc ánh sáng
Ý tưởng sư phạm : Tổ chức da ̣y ho ̣c theo hướng hoa ̣t đô ̣ng nhóm và sử du ̣ng PPDH phát hiê ̣n và giải quyết vấn đề , xây dựng kiến thức về hiê ̣n tượng tán sắc ánh sáng bằng phương pháp thực nghiệm.
Hoạt đông của giáo viên Hoạt động của học sinh
* Chiếu video về hình ảnh cẩu vồng sau cơn mưa.
? Mô tả màu sắc quan sát được của cầu vồng.
? Tại sao cầu vồng có màu sắc như vậy. * Ghi nhâ ̣n kiến thức của ho ̣c sinh về nguyên nhân gây màu sắc ở cầu vồng.
* Đề xuất vấn đề nghiên cứu : Tìm hiểu về bản chất ánh sáng.
Ghi đề mu ̣c chương, tên bài.
* Giới thiê ̣u nô ̣i dung chính của bài.
* Chia nhóm : Lớp được chia làm 4 nhóm, mỗi nhóm 8 học sinh.
* Hướng dẫn cả lớp về thí nghiê ̣m tán sắc ánh sáng.
* Quan sát video.
* Trả lời. * Ghi nhâ ̣n.
* Chia nhóm, cử nhóm trưởng , thư ký.
* Lắng nghe.
PHIẾU HỌC TẬP SỐ 2:
Câu 1: Vẽ đường đi của tia sáng đơn sắc qua lăng kính.
Câu 2: Góc lệch của tia sáng qua lăng kính
là góc nào? (Đánh dấu trên hình vẽ). Viết công thức tính góc lê ̣ch.
……………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………
Câu 3: Góc ló là góc nào ? Đánh dấu trên hình vẽ . Độ lớn của góc ló phụ thuộc vào yếu tố nào?
……………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………
Câu 4: Góc ló của các tia sáng đơn sắc từ đỏ đến tím ở thí nghiệm chiếu sáng
trắng qua lăng kính ở trên có bằng nhau không? Tại sao?
Quan sát đường truyền của tia sáng và dải màu thu được trên màn hứng.
* Đề nghi ̣ các nhóm nhâ ̣n du ̣ng cu ̣ thí nghiê ̣m, thực hiê ̣n thí nghiê ̣m và trả lời các câu hỏi từ câu 1 đến câu 4 theo hướng dẫn ở phiếu ho ̣c tâ ̣p số 1.
* Quan sát hoa ̣t đô ̣ng của các nhóm , giúp học sinh vượt qua khó khăn.
* Đề nghi ̣ các nhóm báo cáo kết quả.
* Hướng dẫn thảo luâ ̣n từ câu 1 đến câu 3 ở phiếu ho ̣c tâ ̣p số 1.
* Thể chế hóa kiến thức.
* Làm việc nhóm,
* Nhờ sự giúp đỡ của GV nếu gă ̣p khó khăn
* Báo cáo kết quả , tham gia thảo luâ ̣n.
* Ghi nhâ ̣n:
- Khi đi qua lăng kính , chùm sáng trắng khơng những bị khúc xạ về phía đáy lăng kính mà cịn bị trải dài thành mợt dải màu có màu sắc khác