cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh trong học tập
* Dưới đây chỉ là một trong số các giáo án đã biên soạn, số giáo án còn lại: bài 27 và bài 31 để ở phụ lục
Bài 26 HIỆN TƯỢNG KHÚC XẠ ÁNH SÁNG
(Chương trình Vật lý 11 cơ bản)
I. Mục tiêu
1. Kiến thức
- Phát biểu được định luật khúc xạ ánh sáng.
- Nêu được khái niệm chiết suất tỉ đối, chiết suất tuyệt đối.
- Nêu được hệ thức giữa chiết suất tỉ đối và chiết suất tuyệt đối; mối liên hệ giữa chiết suất với tốc độ ánh sáng trong môi trường.
- Vẽ được ảnh của một vật tạo bởi sự khúc xạ ánh sáng qua lưỡng chất phẳng. - Nêu được tính chất thuận nghịch của sự truyền ánh sáng.
2. Kỹ năng
- Lắp ráp, quan sát, đo đạc và xử lý số liệu thí nghiệm - Làm việc nhóm.
- Vận dụng được định luật khúc xạ ánh sáng để giải các bài tập có liên quan. - Vận dụng được định luật khúc xạ ánh sáng vào thực tế cuộc sống.
- Giải thích được một số hiện tượng trong thực tế có liên quan đến hiện tượng
khúc xạ.
3. Thái độ
- Hứng thú quan sát các hiện tượng thiên nhiên có liên quan đến hiện tượng khúc xạ ánh sáng.
- Yêu thích mơn vật lý, có cái nhìn đúng đắn về thế giới khách quan.
II. Phương pháp
Sử dụng kết hợp nhiều phương pháp dạy học trong đó phương pháp nêu vấn đề đóng vai trị chủ đạo.
III. Chuẩn bị
* GV:
- Máy chiếu.
- Dụng cụ thí nghiệm: Bảng từ, đèn chiếu, bản bán trụ bằng thủy tinh, vịng trịn chia độ.
- Hình 26.1, 26.2, 26.6 SGK và một số đoạn video, tranh ảnh khác.
* HS:
- Ôn lại nội dung liên quan đến sự khúc xạ ánh sáng đã học ở lớp 9 và một số hiện tượng thực tế có liên quan.
IV. Nội dung ghi bảng
Bài 26: HIỆN TƯỢNG KHÚC XẠ ÁNH SÁNG I. Sự khúc xạ ánh sáng
1. Hiện tượng khúc xạ ánh sáng
Khúc xạ ánh sáng là hiện tượng lệch phương (gãy) của các tia sáng khi truyền xiên góc qua mặt phân cách giữa hai mơi trường trong suốt khác nhau.
2. Định luật khúc xạ ánh sáng(Hình 2.26)
+ Tia khúc xạ nằm trong mặt phẵng 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 luôn không
sin sin
i
r = hằng số
II. Chiết suất của môi trường
1. Chiết suất tỉ đối
Tỉ số không đổi sin sin
i
r trong hiện tượng khúc xạ được gọi là chiết suất tỉ đối n21 của môi trường 2 (chứa tia khúc xạ) đối với môi trường 1 (chứa tia tới):
sin sin
i r = n21
+ Nếu n21 > 1 thì r < I : Tia khúc xạ lệch lại gần pháp tuyến hơn. Ta nói mơi trường 2 chiết quang hơn môi trường 1.
+ Nếu n21 < 1 thì r > I : Tia khúc xạ lệch xa pháp tuyến hơn. Ta nói mơi trường 2 chiết quang kém môi trường 1.
2. Chiết suất tuyệt đối
Chiết suất tuyệt đối của một môi trường là chiết suất tỉ đối của mơi trường đó đối với chân khơng.
Mối liên hệ giữa chiết suất tỉ đối và chiết suất tuyệt đối: n21 = 2 1
n n .
Liên hệ giữa chiết suất và vận tốc truyền của ánh sáng trong các môi trường: 2 1 n n = 1 2 v v ; n = c v.
Công thức của định luật khúc xạ có thể viết dưới dạng đối xứng: n1sini = n2sinr.
III. Tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng
Ánh sáng truyền đi theo đường nào thì cũng truyền ngược lại theo đường đó.
Từ tính thuận nghịch ta suy ra: n12 = 21 1
V. Tổ chức hoạt động dạy học
* Hoạt động 1: Tạo vấn đề vào bài và nhắc lại định nghĩa về hiện tượng khúc xạ ánh sáng đã học ở lớp 9(10 phút)
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
+ Cho HS xem video clip thí nghiệm sau: rót dần nước vào một cái cốc đã có sẵn một cây bút chì.(mở video 2.8 )
Đặt câu hỏi: Cây bút chì (cái thìa, chiếc đũa,...) khi cắm vào nước thì dường như nó bị gãy khúc và nâng cao hơn, vì sao như vậy?
- Giải thích sơ qua một cách định tính là do hiện tượng khúc xạ ánh sáng.
- Yêu cầu HS nhắc lại định nghĩa hiện tượng khúc xạ ánh sáng đã học
- Đưa ra (hình 2.27) giới thiệu tên gọi các chùm tia, lưỡng chất phẳng, mặt lưỡng chất như SGK.
- Tiến hành một thí nghiệm (chiếu video
3).
- Khi góc tới i tăng (giảm) thì góc khúc xạ r thay đổi thế nào?
- Như vậy, giữa i và r tồn tại một mối quan hệ. Ta sẽ đi tìm mối quan hệ định lượng của i và r.
- HS lúng túng không thể trả lời được hoặc trả lời chưa chính xác
- Nhắc lại định nghĩa hiện tượng khúc xạ ánh sáng.
- Ghi khái niệm hiện tượng khúc xạ ánh sáng và vẽ hình vào vở
- Ghi nhớ, tiếp thu.
- i tăng (giảm) thì r tăng (giảm) theo
- Suy nghĩ để tìm ra vấn đề.
V i d e o c l i p 2 . 8
* Hoạt động 2: Xây dựng định luật khúc xạ ánh sáng (20 phút)
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
* HS làm việc theo nhóm.
- Yêu cầu HS dự đoán xem mối quan hệ giữa i và r.
- Với các dụng cụ thí nghiệm (đã bố trí như hình 26.3 SGK) yêu cầu HS đưa ra phương án thí nghiệm để kiểm tra.
- Lựa chọn phương án thí nghiệm và cho HS tiến hành thí nghiệm.
- Trình chiếu video clip 2.100 thí nghiệm GV đã làm trước, yêu cầu HS ghi kết quả vào bảng, xử lí số liệu, so sánh với các số liệu của nhóm làm và nhận xét
i 200 300 450 600
r 130 200 300 350
i/r 1.54 1.46 1.41 1.51
- Dự đốn khơng chính xác. Vậy phải
tìm một biểu thức tốn học khác biểu diễn mối quan hệ giữa i và r.
- Yêu cầu HS lập tỉ số sin sin
i
r và nhận xét? - Đặt vấn đề ngược lại, nếu chiếu tia sáng từ thủy tinh vào khơng khí thì có thu được kết quả như vậy hay khơng?
- Lúc này, đâu là góc tới i, đâu là góc khúc xạ r?
i tỉ lệ thuận với r, tức là i
r= const
- Phương án thí nghiệm: chiếu tia sáng từ khơng khí vào thủy tinh, thay đổi góc tới i thu được các góc khúc xạ r tương ứng
→ xét xem i
r = const hay khơng.
- Tiến hành thí nghiệm, thu thập và xử lí số liệu. - Ghi chép, xử lí số liệu và nhận xét: tỉ số i r không bằng hằng số. - Lập tỉ số sin sin i r và kết luận sin sin i r = const - HS lúng túng. - Xác định i và r trên hình vẽ
- Thơng báo, làm thí nghiệm tương tự người ta cũng thu được kết quả sin
sin
i
r = const nhưng hằng số này khác với hằng số ở trên.
- Biểu thức vừa tìm được chính là biểu thức của định luật khúc xạ ánh sáng. GV thông báo nội dung định luật như trong SGK.
Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới. Tia tới và tia khúc xạ nằm ở hai bên pháp tuyến tại điểm tới.
Đối với hai môi trường trong suốt nhất định, tỉ số giữa sin góc tới và sin góc khúc xạ là một hằng số: sin
sin
i r = n
Hằng số n phụ thuộc tùy thuộc vào môi trường chứa tia tới và môi trường chứa tia khúc xạ.
+ n > 1 môi trường khúc xạ chiết quang hơn môi trường tới.
+ n < 1 môi trường khúc xạ kém chiết quang hơn môi trường tới.
GV đưa ra ( tương tự như hình 44.2 SGK nhưng tia sáng chiếu ngược lại từ thủy tinh và khơng khí).
- HS tiếp thu
- Ghi nội dung kiến thức vào vở
* Hoạt động 3: Tìm hiểu chiết suất của mơi trường(5 phút)
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
- Nhắc lại, đối với các cặp môi trường trong suốt khác nhau tỉ số sini/sinr sẽ như thế nào?
- Thông báo:
+ Trong biểu thức của định luật khúc xạ ánh sáng, n là chiết suất tỉ đối của môi trường 2 (môi trường chứa tia khúc xạ) với môi trường 1 (môi trường chứa tia tới).
- Tỉ số sini/ sinr đối với các cặp môi trường trong suốt khác nhau là khác nhau.
+ Theo lý thuyết về ánh sáng, chiết suất tỉ đối này bằng tỉ số giữa tốc độ v1 và v2 của ánh sáng khi đi trong môi trường 1 và
môi trường 2. n = n =21 1 2
v v
- Yêu cầu HS nêu ý nghĩa của chiết suất tỉ đối từ biểu thức định nghĩa trên.
- Đưa ra định nghĩa chiết suất tuyệt đối và gợi ý để HS viết biểu thức chiết suất tuyệt đối của môi trường 1 (n1) và môi trường 2 (n2) nếu gọi c là vận tốc của ánh sáng trong chân không.
- Vậy ý nghĩa của chiết tuyệt đối là gì? - Đưa ra nhận xét của SGK: chiết suất tuyệt đối của mọi chất đều lớn hơn 1.
- Yêu cầu HS tìm biểu thức biểu diễn mối liên hệ giữa chiết suất tỉ đối của hai môi trường 1 và 2 và chiết suất tuyệt đối của hai mơi trường đó.
- Phân tích lại hai trường hợp n21> 1 và n21< 1 để biết vì sao gọi mơi trường khúc xạ là môi trường chiết quang hơn, hay môi trường chiết quang kém hơn môi trường tới.
- Đặt i = i1; r = i2. Hãy viết lại biểu thức định luật khúc xạ ánh sáng dưới dạng đối xứng.
- Nêu chú ý trong SGK: khi nói chiết suất của mơi trường là n.. ta hiểu đây là chiết
- Nêu ý nghĩa chiết suất tỉ đối dựa vào biểu thức trên
- Cho biết mức độ gãy khúc của tia sáng khi đi qua hai mặt ngăn cách hai môi trường.
- Cho biết tốc độ của ánh sáng truyền trong chân không lớn hơn bao nhiêu so với tốc độ ánh sáng truyền trong mơi trường đó.
n1 = 1 c v ; n2 = 2 c v => n21 = 1 2 2 1 = v n v n
- HS tiếp thu, ghi nhớ.- Biểu thức: n1sini1 = n2sini2
- Yêu cầu HS làm bài tập ví dụ và trả lời câu C1 trong SGK.
* Hoạt động 4: Vẽ ảnh của một vật được tạo bởi sự khúc xạ ánh sáng qua mặt phân cách hai môi trường và vận dụng giải thích (10 phút )
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
- Bây giờ các em tìm hiểu trường hợp sau:
Khi chậu thau đựng đầy nước, nhìn nghiêng từ bên cạnh, độ sâu từ mặt nước tới đáy chậu có vẻ như trở thành nơng hơn. (hình
2.28)
Hiện tượng kì lạ này, rốt cuộc đã xảy ra như thế nào? - Gợi ý HS vẽ quá trình tạo ảnh của vật qua quá trình khúc xạ ánh sáng - Vừa hướng dẫn HS vẽ ảnh, vừa giải thích (hình 2.29) - Lúng túng.
- Tiếp thu, ghi nhớ và vẽ ảnh
- HS dựa vào hình vẽ để giải thích hiện tượng.
* Hoạt động 5: Tìm hiểu tính thuận nghịch của chiều truyền ánh sáng
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
H ì n h 2 . 2 9
- Chiếu lại cho HS xem lại video clip 2.
10 (ở phần sau)
-Yêu cầu HS phát biểu tính thuận nghịch của chiều truyền ánh sáng.
- Chú ý xem video clip và phát biểu tính thuận nghich của chiều truyền ánh sáng.
* Hoạt động 6: Củng cố và dặn dò(5 phút)
* Củng cố
- Yêu cầu HS nhắc lại định luật khúc xạ ánh sáng, biểu thức của định luật. - Yêu cầu HS nhắc lại biểu thức liên hệ giữa các loại chiết suất với với tốc độ ánh sáng truyền trong các môi trường.
-Yêu cầu HS về nhà trả lời một số câu hỏi và bài tập SGK, SBT. * Bài tập về nhà: Một con mèo
phía trên bể đang nhìn một con cá trong bể nước (n=1,33)(Hình 2.30). Hỏi con mèo sẽ thấy ảnh con cá cách mặt thống bao nhiêu? Biết rằng lúc đó con cá cách mặt thống là 2,4m và gócθ =i 300
* Dặn dò: Học bài, làm bài tập và chuẩn bị bài mới.