2.2 Thiết kế hoạt động phần Khúc xạ ánh sáng
2.2.2. Thiết kế tiến trình dạy học theo phương pháp dạy học tích cực
KHÚC XẠ ÁNH SÁNG
HOẠT ĐỘNG 1: TÌNH HUỐNG XUẤT PHÁT
1. Mục đích: Quan sát hiện tƣợng khúc xạ ánh sáng, thiết lập mối liên
hệ giữa tia khúc xạ và tia tới; góc khúc xạ và góc tới
2. Nội dung:
a. Hiện tượng khúc xạ ánh sáng
Khúc xạ ánh sáng là hiện tƣợng lệch phƣơng (gãy) của các tia sáng khi truyền xiên góc qua mặt phân cách giữa hai môi trƣờng trong suốt khác nhau
b. Thí nghiệm về hiện tượng khúc xạ ánh sáng
* Chuẩn bị: Bộ dụng cụ thí nghiệm khảo sát định luật khúc xạ ánh sáng gồm:
+ Một tấm kính mờ
+ 2 bán trụ D bằng chất rắn trong suốt khác nhau: nhựa trong, thuỷ tinh + Vòng chia độ C
+ Nguồn sáng S * Cách tiến hành:
- Chiếu một tia sáng SI (điểm tới I là tâm của bán trụ) là là trên mặt phẳng tấm kính, đƣờng đi của ánh sáng có thể quan sát trên mặt phẳng này.
- Thí nghiệm cho thấy có tia khúc xạ đi trong khối bán trụ thuỷ tinh. Gọi tia khúc xạ đó là IR.
- Gọi NN’ là pháp tuyến tại I của mặt lƣỡng chất. Góc 𝑆𝐼𝑁 đƣợc gọi là góc tới i
Góc 𝑅𝐼𝑁′ đƣợc gọi là góc khúc xạ r
- Mặt phẳng tạo bởi tia tới với pháp tuyến đƣợc gọi là mặt phẳng tới - Thực hiện thí nghiệm nhiều lần với các góc tới khác nhau, sau đó đo các góc khúc xạ r tƣơng ứng, ghi lại kết quả các góc r
Lập tỉ số giữa sin i và sin r của các lần đo khác nhau, ta đƣợc cùng một kết quả
3. Kỹ thuật tổ chức hoạt động: * Giáo viên
- GV cho HS quan sát một hình ảnh bất kì liên quan đến hiện tƣợng
khúc xạ ánh sáng (hình ảnh chiếc đũa bị gãy trong cốc thuỷ tinh đựng nƣớc, hình ảnh đảo chiều của mũi tên khi nhìn mũi tên qua cốc nƣớc thuỷ tinh…). Sau đó GV tự khái quát lại khái niệm định luật khúc xạ ánh sáng để học sinh biết thêm về hiện tƣợng đó.
- GV phân cơng cho 4 nhóm HS làm thí nghiệm (mỗi nhóm sử dụng một bộ thí nghiệm). Hai nhóm sử dụng bán trụ bằng thuỷ tinh và hai nhóm sử dụng bán trụ bằng nhựa trong suốt
- GV có thể thực hiện trƣớc thí nghiệm để HS quan sát và làm theo
? Nhiệm vụ:
+ Nêu cách làm thí nghiệm
+ Ghi lại số liệu thu được sau mỗi lần đo; nhận xét số liệu đó; tìm ra mối quan hệ giữa tia tới và tia khúc xạ; giữa góc tới và góc khúc xạ. Yêu cầu mỗi HS cần có số liệu và nhận xét của riêng mình
+ Thảo luận nhóm, đưa ra kết quả chung
+ Đại diện nhóm trình bày sản phẩm của mình trước lớp
* Học sinh
HS: quan sát hình ảnh, lắng nghe và tiếp thu kiến thức của GV về hiện
tƣợng khúc xạ ánh sáng
HS làm việc theo nhóm, thực hiện thí nghiệm và làm các yêu cầu của GV
Mỗi HS ghi lại kết quả thí nghiệm sau đó trao đổi, tranh luận với các
thành viên trong nhóm và đƣa ra sản phẩm chung cho cả nhóm
Mỗi nhóm hồn thiện sản phẩm của mình vào bảng phụ và trình bày - GV tổ chức các hoạt động cho HS một cách rõ ràng nhất có thể. Khi gọi đại diện các nhóm lên trình bày, GV cần có biên bản ghi lại q trình HS trình bày, nêu đầy đủ các ƣu điểm, khuyết điểm của HS để học sinh có thể tự đánh giá đƣợc bản thân và rút ra đƣợc những sản phẩm đúng đắn nhất cho nhóm mình
+ GV đƣa ra hiện tƣợng khúc xạ ánh sáng
+ GV nhận xét, tổng hợp các ý kiến của các nhóm. Từ đó chốt lại hai nội
dung của định luật khúc xạ ánh sáng
4. Sản phẩm học tập
* Trước khi tổ chức thảo luận nhóm
- Mỗi học sinh làm đƣợc thí nghiệm về hiện tƣợng khúc xạ ánh sáng, hiểu hơn đƣợc khái niệm hiện tƣợng khúc xạ ánh sáng đã nêu đƣợc ở đề bài
- Học sinh ghi lại đƣợc các bƣớc làm thí nghiệm và có thể lƣu ý đƣợc cách chiếu đèn laze vào bán trụ
- Vẽ đƣợc đƣờng đi của tia sáng khi nó đi qua bán trụ (có thể học sinh sẽ quan sát đƣợc cả tia phản xạ và khúc xạ
- Bảng số liệu của mỗi học sinh sau khi làm thí nghiệm với các góc tới khác nhau
- Tự nhận xét các số liệu thu đƣợc
* Sau khi tổ chức thảo luận nhóm
- Đƣa ra đƣợc nhận xét về mối quan hệ giữa tia tới và tia khúc xạ - Tính các số liệu sin i, sin r, và tìm ra mối quan hệ giữa các góc này - Kết luận: đƣa ra đƣợc định luật khúc xạ ánh sáng
HOẠT ĐỘNG 2: HÌNH THÀNH KIẾN THỨC MỚI 1. Mục đích:
- Tìm hiểu ngun nhân gây ra hiện tƣợng khúc xạ ánh sáng - Hình thành kiến thức mới về chiết suất của môi trƣờng
2. Nội dung
a. Thí nghiệm: vẫn sử dụng bộ thí nghiệm về hiện tƣợng khúc xạ ánh
sáng
b. Chiết suất của môi trường
Tỉ số không đổi sin 𝑖
sin 𝑟 đƣợc gọi là chiết suất tỉ đối n21 của môi trƣờng chứa tia khúc xạ (2) đối với môi trƣờng chứa tia tới (1)
+ n21> 1 thì r < i: tia khúc xạ bị lệch lại gần pháp tuyến hơn. Ta nói mơi trƣờng (2) chiết quang hơn môi trƣờng (1)
+ n21< 1 thì r > i: tia khúc xạ bị lệch xa pháp tuyến hơn, môi trƣờng (2) chiết quang kém hơn môi trƣờng (1)
* Chiết suất tuyệt đối
- Chiết suất tuyệt đối của một môi trƣờng là chiết suất tỉ đối của mơi trƣờng đó đối với mơi trƣờng chân khơng
- Chiết suất của chân không bằng 1
3. Kỹ thuật tổ chức hoạt động - GV giao nhiệm vụ cho HS ? Nhiệm vụ
+ So sánh kết quả của tỉ số 𝑠𝑖𝑛 𝑖
𝑠𝑖𝑛 𝑟 giữa 2 nhóm được phân cơng dùng bán trụ bằng thuỷ tinh và 2 nhóm dùng bán trụ bằng nhựa cứng
+ Tham khảo sách giáo khoa, giải thích sự khác biệt giữa hai kết quả đó
- Với hai nhiệm vụ đƣợc giao trên đây, các em đã tiến hành thực hiện nó nhƣ sau:
+ Để có thể so sánh đƣợc các kết quả giữa hai thí nghiệm với các dụng cụ khác nhau, đại diện của các nhóm đã trao đổi kết quả thí nghiệm với nhau. Sau đó các thành viên trong tổ tiếp tục thảo luận nhóm, đƣa ra các ý kiến , tổng hợp lại sự giống nhau và khác nhau của tỉ số 𝑠𝑖𝑛 𝑖
𝑠𝑖𝑛 𝑟
+ Các em so sánh một cách tƣơng đối tốt tỉ số này, tuy nhiên đa số các học sinh trong nhóm vẫn cịn loay hoay, chƣa giải thích đƣợc lí do vì sao có sự khác biệt đó
+ Từ những thắc mắc đó, học sinh bắt đầu tìm hiểu trong sách giáo khoa. Có hai nhóm đã có thể liên kết các kết quả thí nghiệm và lý thuyết trong sách
để tìm ra đƣợc nguyên nhân chính dẫn đến sự khác biệt về tỉ số 𝑠𝑖𝑛 𝑖
𝑠𝑖𝑛 𝑟 . Hai nhóm cịn lại sau một khoảng thời gian tìm hiểu, GV phải đƣa thêm ra các gợi ý để các em trong nhóm có thể đạt đƣợc kết quả dễ dàng hơn
+ Trong thời gian thảo luận, học sinh kết hợp cùng sách giáo khoa và các gợi ý của GV đƣa ra các câu trả lời cho nhiệm vụ đã giao, trình bày theo logic của nhóm vào bảng phụ
+ Đại diện hai nhóm của hai thí nghiệm khác nhau lên trình bày, các nhóm cịn lại nhận xét, tiếp thu và phản bác
- Trong quá trình thảo luận nhóm để thực hiện hai nhiệm vụ đã giao,GV quan sát tỉ mỉ quá trình làm việc của HS
- GV gộp hai nhóm có cùng một thí nghiệm thành một nhóm lớn, theo
dõi, đƣa ra các gợi ý phù hợp với việc thảo luận của các em
- Gọi đại diện của 2 nhóm lớn lên trình bày, chỉ ra những ý kiến hợp lí và chƣa hợp lí, đƣa ra các câu hỏi tạo mâu thuẫn dẫn đến kiến thức mới
- GV tổng hợp và chốt lại kiến thức mới của bài: chiết suất của môi
trƣờng
4. Sản phẩm học tập
- Học sinh sau khi thảo luận nhóm có thể đƣa ra đƣợc các khái niệm về chiết suất, phân biệt đƣợc chiết suất tỉ đối và chiết suất tuyệt đối
HOẠT ĐỘNG 3: LUYỆN TẬP 1. Mục đích
- Kiểm tra lại các kiến thức đã học của học sinh
- Củng cố lại các dạng bài tập, các cơng thức có liên quan
- Hình thành kiến thức mới về hiện tƣợng “phản xạ tồn phần” thơng qua việc giả một bài tập liên quan đến hiện tƣợng khúc xạ ánh sáng
- Rèn luyện các kĩ năng giải bài tập về các kiến thức đã học
2. Nội dung Cấp độ Mục tiêu Bài tập Nhận biết - Phát biểu đƣợc định nghĩa hiện tƣợng khúc xạ ánh sáng - Phát biểu đƣợc định luật khúc xạ ánh sáng, nêu đƣợc chiết suất tỉ đối, chiết suất tuyệt đối là gì?
Bài 1: Phân biệt các hiện tƣợng khúc xạ
và phản xạ ánh sáng
Bài 2: Phát biểu định luật khúc xạ ánh
sáng? Cho hai môi trƣờng 1 và 2, hãy viết hệ thức giữa các chiết suất tỉ đối n21 và n12
Thông hiểu - Hiểu và vẽ
đƣợc đƣờng đi của tia sáng khi tia sáng đi từ môi trƣờng trong suốt này sang môi
Bài 1:Chiếu một ánh sáng đơn sắc từ
chân khơng vào mơi trƣờng trong suốt khác với góc tới 45o thì góc khúc xạ là 300. Chiết suất tuyệt đối của môi trƣờng này là bao nhiêu?
Bài 2:Một chùm tia sáng hẹp SI truyền
trƣờng trong suốt khác - Hiểu đƣợc nguyên nhân dẫn đến hiện tƣợng khúc xạ ánh sáng - Giải đƣợc một số bài tập đơn giản có liên quan đến bài học
góc của một khối thuỷ tinh có chiết suất n = 1,5 nhƣ hình vẽ (tam giác ABC vuông cân tại A; IC < IB). Tia SI truyền thẳng qua mặt BC và đến gặp mặt CA. Tính góc khúc xạ khi đó tại mặt CA? Vẽ tiếp đƣờng đi của tia sáng trong khối thuỷ tinh?
Bài 3: Tia sáng đi từ thuỷ tinh (n1 =
1,5) đến mặt phân cách với nƣớc (n2 = 4/3). Điều kiện của góc tới i để khơng có tia khúc xạ trong nƣớc là gì? Vận dụng - Vận dụng đƣợc hệ thức của định luật khúc xạ ánh sáng vào giải các bài tập có độ khó - Vận dụng vào giải
Bài 1: Tia sáng truyền từ nƣớc và khúc
xạ ra khơng khí. Tia khúc xạ và tia phản xạ ở mặt nƣớc vng góc với nhau. Nƣớc có chiết suất là 4
3. Tính góc tới của tia sáng?
Bài 2: Mắt ngƣời và cá cùng cách mặt
nƣớc 60cm, cùng nằm trên đƣờng thẳng vng góc với mặt nƣớc có chiết suất 4
3. Hỏi cá nhìn thấy ngƣời cách nó bao xa?
các bài tập về phản xạ tồn phần có độ khó - Phân tích đƣợc các hiện tƣợng trong tự nhiên nhƣ hiện tƣợng ảo ảnh, sự lấp lánh của kim cƣơng, cáp quang, kính tiềm vọng …
Bài 3: Một sợi quang hình trụ, lõi có
chiết suất n1=1,5; phần võ bọc có chiết suất n= 2.Chùm tia tới hội tụ ở mặt trƣớc của
sợi với góc 2 nhƣ hình vẽ.Xác định để các tia sáng của chùm truyền đƣợc đi trong ống.
3. Kỹ thuật tổ chức hoạt động
Cấp độ Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
Nhận biết
Giao các bài tập với các mục tiêu ở cấp độ nhận biết
Bài 1: Phân biệt các hiện
tƣợng khúc xạ và phản xạ ánh sáng
Bài 2: Phát biểu định luật
khúc xạ ánh sáng? Cho hai môi trƣờng 1 và 2, hãy viết hệ thức giữa các chiết suất tỉ đối n21 và n12
HS làm việc cá nhân.
HS xem lại các kiến thức đã
học, sử dụng các kiến thức đó làm bài tập giáo viên đã giao
Thông hiểu
- Giao một bài tập tính tốn liên quan đến định luật khúc xạ ánh sáng. Bài tốn có dạng đơn
giản, HS có thể dễ dàng làm đƣợc thông qua công thức liên quan đến định luật
Bài 1:Chiếu một ánh sáng
đơn sắc từ chân không vào môi trƣờng trong suốt khác với góc tới 45o thì góc khúc xạ là 300. Chiết suất tuyệt đối của môi trƣờng này là bao nhiêu?
GV có thể gợi ý cách làm
cho HS, đặc biệt chú ý tới việc
yêu cầu HS xác định chính xác
đâu là môi trƣờng chứa tia tới (môi trƣờng tới) và đâu là môi trƣờng chứa tia khúc xạ (môi trƣờng khúc xạ)
- GV giao cho HS một bài
tốn để HS tính góc khúc xạ, tuy
nhiên bài toán này khơng có tia khúc xạ. Từ đó hình thành nên kiến thức mới về hiện tƣợng phản xạ toàn phần
Bài 2:Một chùm tia sáng
hẹp SI truyền từ khơng khí vào mặt phẳng tiết diện vng góc của một khối thuỷ tinh có chiết suất n = 1,5 nhƣ hình vẽ (tam giác ABC vuông cân tại A; IC < IB). Tia SI truyền thẳng qua mặt BC
HS đọc yêu cầu của đề
bài, chỉ rõ các môi trƣờng tới và môi trƣờng khúc xạ. Từ đó xác định chính xác đƣợc chiết suất của từng môi trƣờng
HS đọc kĩ yêu cầu của
đề bài, chỉ ra môi trƣờng tới, môi trƣờng khúc xạ, góc tới.
HS áp dụng định luật
khúc xạ ánh sáng, tính góc khúc xạ theo yêu cầu của đề bài
HS thấy sự vơ lý khi tính
sin góc khúc xạ có giá trị lớn hơn 1
và đến gặp mặt CA. Tính góc khúc xạ khi đó tại mặt CA? Vẽ tiếp đƣờng đi của tia sáng trong khối thuỷ tinh?
=> Kết luận: Hiện tƣợng ở trên gọi là hiện tƣợng phản xạ toàn phần (hiện tƣợng khơng có tia khúc xạ tại mặt phân cách)
+ Yêu cầu học sinh tìm hiểu sách giáo khoa để tìm điều kiện xảy ra hiện tƣợng này
+ Yêu cầu học sinh tiếp tục giải bài toán đã cho trên cơ sở đã biết các kiến thức về hiện tƣợng phản xạ toàn phần
- Dựa vào các kiến thức vừa học ở bài tập trê, GV đƣa thêm
một bài toán nữa về định luật phản xạ ánh sáng để HS luyện tập
Bài 3: Tia sáng đi từ thuỷ
tinh (n1 = 1,5) đến mặt phân cách với nƣớc (n = 4/3). Điều kiện
của góc tới i để khơng có tia khúc xạ trong nƣớc là gì?
HS đọc bài, áp dụng các
kiến thức vừa học để giải bài toán
Vận dụng
- Giao một số bài tập mang tính chất nâng cao và yêu cầu HS suy nghĩ, làm bài và trình bày vào tiết hơm sau
Bài 1: Tia sáng truyền từ
nƣớc và khúc xạ ra khơng khí. Tia khúc xạ và tia phản xạ ở mặt nƣớc vng góc với nhau. Nƣớc có chiết suất là 4 3. Tính góc tới của tia sáng? Bài 2: Mắt ngƣời và cá cùng cách mặt nƣớc 60cm, cùng nằm trên đƣờng thẳng vng góc với mặt nƣớc có chiết suất 4 3. Hỏi cá nhìn thấy ngƣời cách nó bao xa?
Bài 3: Một sợi quang hình
trụ, lõi có chiết suất n1=1,5; phần võ bọc có chiết suất n= 2.Chùm tia tới hội tụ ở mặt trƣớc của sợi
với góc 2 nhƣ hình vẽ.Xác định
để các tia sáng của chùm truyền đƣợc đi trong ống.
HS ghi chép các bài tập
và về nhà làm bài
4. Sản phẩm
- Học sinh làm các bài tập ở hai phần nhận biết và thơng hiểu, trình bày các bài tập vào vở. Dự kiến các bài tập có lời giải nhƣ sau:
Cấp độ Bài tập Lời giải
Nhận biết
Bài 1: Phân biệt
các hiện tƣợng khúc xạ và phản xạ ánh sáng
Bài 2: Phát biểu
định luật khúc xạ ánh sáng? Cho hai môi trƣờng 1 và 2, hãy viết hệ thức giữa các chiết suất tỉ đối n21 và n12 Bài 1: Hiện tƣợng phản xạ ánh sáng Hiện tƣợng khúc xạ ánh sáng - Tia tới gặp mặt phân cách giữa hai môi trƣờng bị hắt lại môi trƣờng trong suốt cũ - Góc phản xạ bằng góc tới