9. Cấu trỳc luận văn
2.6. Thiết kế một số bài dạy học theo hướng Tổ chức hoạt động tự học thụng qua
qua việc sử dụng thớ nghiệm học sinh trong dạy học phần “ Quang hỡnh học”, Vật lớ 11 Ban cơ bản THPT
Với nội dung nghiờn cứu đó trỡnh bày ở trờn, chỳng tụi thiết kế một số giỏo ỏn như sau:
BÀI 47. LĂNG KÍNH I. Mục tiờu
1. Kiến thức
- Mụ tả được cấu tạo của lăng kớnh, lăng kớnh phản xạ toàn phần. - Nờu được tỏc dụng làm lệch tia sỏng khi đi qua lăng kớnh
- Vẽ được đường đi của tia sỏng qua lăng kớnh
- Viết và chứng minh được cỏc cụng thức của lăng kớnh và gúc lệch cực tiểu, giải được bài toỏn liờn quan đến lăng kớnh.
- Giải thớch được đặc điểm lăng kớnh phản xạ toàn phần;
2. Kĩ năng
- Quan sỏt, tiến hành được TN, đọc sgk rỳt ra kiến thức
- Vận dụng cụng thức để tớnh được gúc lệch, gúc lú, gúc chiết quang, chiết suất của chất làm lăng kớnh và gúc lệch cực tiểu;
- Ứng dụng lăng kớnh phản xạ toàn phần trong đời súng
3. Thỏi độ
- Cẩn thận, tỉ mĩ trong nghiờn cứu kiến thức mới
- Tớch cực, nghiờm tỳc trong sử dụng phối hợp TN và PTDH ở lớp cũng như ở
nhà và hứng thỳ với hoạt động tỡm hiểu kiến thức mới.
Cõu hỏi của bài học:
Hoạt động 2 :Tỡm hiểu cấu tạo của lăng kớnh
HS xem Lk kết hợp đọc SGK, trỡnh bày cấu tạo và chỉ ra cỏc yếu tố của lăng kớnh trờn hỡnh vẽ?
Hs trả lời, nhận xột cõu trả lời của bạn, kết luận của giỏo viờn về cấu tạo của lăng kớnh
Hs tiến hành TN với ỏnh sỏng đơn sắc và chỉ rừ đường đi của tia sỏng qua lăng kớnh?
Vẽ đường đi của tia sỏng qua lăng kớnh và xỏc định tờn cỏc gúc i, i’, A, D trờn hỡnh vẽ?
Hoạt động 4 : Xõy dựng cỏc cụng thức lăng kớnh
HS sử dụng cỏc mối quan hệ hỡnh học để tỡm mối liờn hệ giữa cỏc gúc A, r , r’ và gúc lệch D, từ đú chứng minh cụng thức?
Mối liờn hệ gúc tới i và r? Mối liờn hệ gúc tới r’ và i’? Mối liờn hệ D,A,i,i’,r,r’?
Hoạt động 5: Tỡm hiểu sự biến thiờn của gúc lệch theo gúc tới
Khi gúc tới i thay đổi thỡ cỏc gúc khỏc thay đổi như thế nào? tỡm hiểu xem trong sự thay đổi đú cú giỏ trị nào đặc biệt khụng?
Điều kiện để cú gúc lệch D = Dmin, chứng minh và rỳt ra cụng thức tớnh Dmin?
Hoạt động 6 :Tỡm hiểu lăng kớnh phản xạ toàn phần
Đặt lăng kớnh trong khụng khớ và chiếu tia sỏng vuụng gúc với mặt bờn AB, tia sỏng sẽ lú ra vuụng gúc với mặt AC. HS thảo luận nhúm , vận dụng cỏc kiến thức đó học để tớnh toỏn và giải thớch đường đi của tia sỏng đú? Kết luận về lăng kớnh phản xạ toàn phần?
HS vận dụng giải bài tập giải bài tập ở sgk?
II. Chuẩn bị
1. Giỏo viờn
- Phim TN về sự lệch của tia sỏng qua lăng kớnh, mỏy vi tinh, mỏy chiếu; - Dụng cụ TN về lăng kớnh 47.3 và 47.5 SGK,
2. Học sinh
- Thực hiện nhiệm vụ GV đó giao về nhà ở tiết trước (ễn lại kiến thức về khỳc xạ ỏnh sỏng và phản xạ toàn phần).
III. Kiến thức cơ bản, kiến thức trọng tõm III.1.Kiến thức cơ bản
III.1.1. Cấu tạo lăng kớnh
Lăng kớnh là một khối trong suốt, đồng chất được giới hạn bởi hai mặt phẳng khụng song song (hai mặt bờn của lăng kớnh), thường là khối lăng trụ tam giỏc.
Gúc giữa hai mặt bờn là gúc ở đỉnh (A), giao tuyến của hai mặt bờn là cạnh, mặt đối diện với cạnh là đỏy, mặt vuụng gúc với cạnh là mặt phẳng tiết diện chớnh.
III.1.2. Đường đi của tia sỏng qua lăng kớnh
a, Tỏc dụng tỏn sắc ỏnh sỏng trắng của lăng kớnh
Chựm ỏnh sỏng trắng qua lăng kớnh bị tỏn sắc thành dóy màu từ đỏ đến tớm. Do tớnh chất này nờn lăng kớnh được sử dụng trong mỏy quang phổ.
b, Đường đi của tia sỏng qua lăng kớnh
Tia sỏng đơn sắc truyền qua lăng kớnh bị lệch về phớa đỏy lăng kớnh, gúc giữa tia tới với tia lú khỏi lăng kớnh là gúc lệch (ký hiệu là D).
III.1.3. Cỏc cụng thức lăng kớnh sin sin sin ' sin ' ' ' i n r i n r r r A D i i A
n là chiết suất tỷ đối của chất làm lăng kớnh đối với mụi trường bờn ngoài.
III.1.4. Biến thiờn của gúc lệch theo gúc tới
Khi gúc tới thay đổi thỡ gúc lệch cũng thay đổi và qua một giỏ trị cực tiểu (gọi là gúc lệch cực tiểu), ký hiệu là Dm. Lỳc đú:
' ' 2 sin sin 2 2 m m i i i A r r D A A
III.1.5. Lăng kớnh phản xạ toàn phần
A
J D
S I
a, Đặc điểm
- Lăng kớnh phản xạ toàn phần là một lăng kớnh cú tiết diện chớnh là một tam giỏc vuụng cõn.
- Tia sỏng chiếu vuụng gúc tới một trong hai mặt vuụng gúc sẽ bị phản xạ toàn phần ở mặt huyền và lú ra ở mặt vuụng gúc cũn lại.
- Tia sỏng chiếu vuụng gúc tới mặt huyền sẽ phản xạ toàn phần hai lần ở hai mặt vuụng gúc và lú ra ở mặt huyền theo chiều ngược lại.
b, Ứng dụng
Lăng kớnh phản xạ toàn phần được dựng trong ống nhũm, kớnh tiềm vọng...
III.2.Kiến thức trọng tõm
+ Đường đi của tia sỏng qua lăng kớnh +Cỏc cụng thức lăng kớnh
+Biến thiờn của gúc lệch theo gúc tới
IV. Hoạt động dạy – học
Hoạt động 1 (5 phỳt): Ổn định lớp, kiểm tra bài cũ
Hoạt động của giỏo viờn Hoạt động của học sinh
- Ổn định lớp, kiểm tra bài cũ:
+ Phỏt biểu định luật khỳc xạ ỏnh sỏng? + Nờu điều kiện xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần?
+ Nếu cú khối thủy tinh dạng hỡnh khối lăng trụ tam giỏc, chiết suất n đặt trong khụng khớ (cho HS quan sỏt), chiếu tia sỏng nằm trong mặt phẳng vuụng gúc với đường biờn và tạo với bề mặt một gúc tới i, vẽ tiếp đường đi của tia sỏng một cỏch gần đỳng? - Hướng dẫn: vẽ khối lăng trụ tam giỏc, tia tới và gợi ý HS vận dụng định luật khỳc xạ ỏnh sỏng
- Yờu cầu cỏc HS cũn lại vẽ vào giấy và nhận xột cõu trả lời của bạn
- Nhận xột, ghi điểm HS
- Lờn bảng trả lời cỏc cõu hỏi của GV + Định luật khỳc xạ ỏnh sỏng
+ Điều kiện xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần
- Cú thể dựa vào gợi ý của GV để biết gúc khỳc xạ ở mặt thứ nhất nhỏ hơn gúc tới ban đầu vỡ n > 1 và gúc khỳc xạ ở mặt thứ hai lớn hơn gúc tới thứ hai và vẽ tia sỏng góy khỳc
- Vẽ vào giấy và theo dừi hỡnh vẽ trờn bảng của bạn để nhận xột
A
J D
S I
- Ghi nhận kết luận của GV
Hoạt động 2 (6 phỳt): Đặt vấn đề, tỡm hiểu cấu tạo của lăng kớnh
(HS mụ tả được cấu tạo của lăng kớnh)
Hoạt động của giỏo viờn Hoạt động của học sinh
- Vật mà chỳng ta vừa quan sỏt gọi là lăng kớnh. Hụm nay chỳng ta học qua một chương mới về cỏc dụng cụ quang, cấu tạo và hoạt động của mắt. Bài học hụm nay núi về cấu tạo lăng kớnh, mối quan hệ giữa cỏc gúc khi tia sỏng truyền qua lăng kớnh và ứng dụng của lăng kớnh
- Gv phỏt lăng kớnh cho học sinh nghiờn cứu cõỳ tạo
- Yờu cầu HS xem Lk kết hợp đọc SGK, trỡnh bày cấu tạo và chỉ ra cỏc yếu tố của lăng kớnh trờn hỡnh vẽ
- Nhận xột cõu trả lời của HS như mục III.1 và hỡnh vẽ
Kết luận của Gv cấu tạo của lăng kớnh
- Xỏc định được vấn đề cần nghiờn cứu -Nhúm hs theo bàn học tỡm hiểu lăng kớnh
-Xem Lk, Đọc SGK và nờu cấu tạo của lăng kớnh, vẽ hỡnh và chỉ ra cỏc yếu tố của lăng kớnh như SGK
-Nhúm hs trỡnh bày
- Theo dừi nhận xột của GV
Hoạt động 3 (7phỳt): Tỡm hiểu đường đi của tia sỏng qua lăng kớnh
(HS nờu được tỏc dụng làm lệch tia sỏng về phớa đỏy của lăng kớnh)
Hoạt động của giỏo viờn Hoạt động của học sinh
-Gv cho hs nghiờn cứu đường đi của tia sỏng qua lăng kớnh bằng TN( Tn giao cho nhúm hs), hs làm việc theo phiếu học tập
- Hs quan sỏt và tiến hành TN theo gợi ý của GV và rỳt ra nhận xột về đường đi của tia
sỏng qua lăng kớnh A Cạnh Đỏy Mặt bờn Tiết diện chớnh Gúc ở đỉnh
- Tiến hành TN với ỏnh sỏng đơn sắc và chỉ rừ đường đi của tia sỏng qua lăng kớnh
- Vẽ lại hỡnh và yờu cầu HS gọi tờn cỏc gúc trong hỡnh vẽ
- TN thực với ỏnh sỏng trắng và giới thiệu về tỏc dụng tỏn sắc ỏnh sỏng trắng của lăng kớnh thành dóy màu liờn tục
Kết luận GV về đường đi của tia
sỏng qua lăng kớnh
- Quan sỏt TN kiểm tra đường đi của tia sỏng - Vẽ đường đi của tia sỏng qua lăng kớnh và xỏc định tờn cỏc gúc trong hỡnh vẽ
- Xỏc nhận: i: gúc tới, r: gúc khỳc xạ tại I, r’: gúc tới tại J, i’: gúc lú, A: gúc ở đỉnh và D là gúc lệch
-ghi nhận tỏc dụng tỏn sắc ỏnh sỏng trắng của lăng kớnh
-Ghi nhận kết luận gv
Hoạt động 4 (10 phỳt): Xõy dựng cỏc cụng thức lăng kớnh
(HS viết được cỏc cụng thức lăng kớnh )
Hoạt động của giỏo viờn Hoạt động của học sinh
-Tổ chức cho hs làm việc theo gợi ý của phiếu ht
Gv gợi ý cho hs Xõy dựng cỏc cụng thức lăng
kớnh
+ Yờu cầu HS viết biểu thức định luật khỳc xạ ỏnh sỏng cho hai lần khỳc xạ tại mặt bờn của lăng kớnh
+Yờu cầu HS sử dụng cỏc mối quan hệ hỡnh học để tỡm mối liờn hệ giữa cỏc gúc A, r và r’, từ đú chứng minh cụng thức:
D = i + i’ – A
+ Gợi ý: dựng quan hệ gúc cú cạnh tương ứng
-Làm việc theo phiếu học tập xõy
dựng cỏc cụng thức lăng kớnh
- Viết biểu thức định luật khỳc xạ ỏnh sỏng cho hai lần khỳc xạ:
sini = n.sinr nsinr' = sini’
- Dựa vào mối quan hệ gúc cú cạnh tương ứng vuụng gúc và gúc ngoài của tam giỏc IKJ xỏc định được:
A = K = r + r’
vuụng gúc, gúc ngoài của tam giỏc và gúc đối đỉnh
- Chuẩn xỏc cõu trả lời của HS theo PHT3 và lưu ý trong biểu thức là chiết suất tỷ đối của chất làm lăng kớnh đối với mụi trường ngoài chứ khụng phải chiết suất tuyệt đối của chất làm lăng kớnh.
Kết luận GV cỏc cụng thức lăng kớnh Chiếu đoạn phim TN để HS xem và ghi nhớ
của tam giỏc IJM xỏc định được: D = i – r + i’ – r’ = i + i’ - A
- Ghi nhận lưu ý của GV để phục vụ cho việc vận dụng sau này
Hoạt động 5 (7 phỳt): Tỡm hiểu sự biến thiờn của gúc lệch theo gúc tới
(HS vận dụng được cụng thức lăng kớnh để xõy dựng cụng thức gúc lệch cực tiểu)
Hoạt động của giỏo viờn Hoạt động của học sinh
Gv tổ chức cho Hs tỡm hiểu sự biến
thiờn của gúc lệch theo gúc tới
- Cỏc gúc cú quan hệ với nhau như vậy, khi gúc tới i thay đổi thỡ cỏc gúc khỏc thay đổi như thế nào, chỳng ta sẽ tỡm hiểu xem trong sự thay đổi đú cú giỏ trị nào đặc biệt khụng
- Phỏt PHT, yờu cầu HS đọc và giao nhiệm vụ theo nhúm 4, đồng thời GV chuẩn bị TN hỡnh 47.3 SGK cú một số bổ sung như PHT
- Giới thiệu với HS về mục đớch và dụng cụ TN
+ Mục đớch: khảo sỏt sự thay đổi của gúc lệch theo gúc tới và xỏc định giỏ trị gúc lú để xõy dựng cụng thức tớnh gúc lệch cực tiểu và hoàn thành PHT + Dụng cụ: đốn laser, lăng kớnh, kớnh mờ cú vẽ thước đo gúc - Tiến hành TN, tăng dần i từ 0 đến 90o - Xỏc định vấn đề cần nghiờn cứu
- Xỏc định nhúm, đọc lướt qua và giao nhiệm vụ trong nhúm để quan sỏt TN tốt hơn
- Theo dừi mục đớch TN, quan sỏt dụng cụ và đối chiếu với PHT để xỏc định cỏc yếu tố cần quan quan sỏt
- Tập trung quan sỏt TN theo nhiệm vụ đó phõn cụng và ghi chộp kết quả cần thiết theo PHT
rồi giảm dần về 0 để HS quan sỏt được 2 lần, sau đú dừng lại ở giỏ trị gúc lệch cực tiểu để HS xỏc định gúc lú
- Yờu cầu HS thảo luận nhúm hoàn thành PHT trong thời gian 5 phỳt. Lưu ý HS khụng được sử dụng SGK
- Gọi nhúm trả lời, nhúm bổ sung - GV nhận xột và nờu đỏp ỏn PHT, bổ sung thụng tin: khi D = Dm thỡ đường đi của tia sỏng đối xứng qua mặt phõn giỏc của gúc ở đỉnh A theo hỡnh vẽ
- Giải đỏp thắc mắc của HS
hoàn thành PHT sau 5 phỳt
- Trỡnh bày kết quả và bổ sung theo yờu cầu của GV
- Cú thể nờu thắc mắc về đỏp ỏn của GV
Hoạt động 6 (5 phỳt): Tỡm hiểu lăng kớnh phản xạ toàn phần
(HS giải thớch được đặc điểm của lăng kớnh phản xạ toàn phần)
Hoạt động của giỏo viờn Hoạt động của học sinh
- Cho HS quan sỏt một lăng kớnh cú tiết diện chớnh là tam giỏc ABC vuụng cõn tại A, chiết suất n=1,5
- Đặt lăng kớnh trong khụng khớ và chiếu tia sỏng vuụng gúc với mặt bờn AB, tia sỏng sẽ lú ra vuụng gúc với mặt AC - Yờu cầu HS thảo luận nhúm 4, vận dụng cỏc kiến thức đó học để tớnh toỏn và giải thớch đường đi của tia sỏng đú
- Quan sỏt và ghi nhận đặc điểm của lăng kớnh
- Quan sỏt TN để xỏc định đường đi của tia sỏng
- Thảo luận nhúm, vận dụng cỏc kiến thức đó học để tớnh gúc tới, gúc khỳc xạ, cú thể khụng tỡm được gúc lú và gặp khú khăn
- Gợi ý (nếu tất cả HS đều gặp khú khăn trong việc tỡm gúc lú): vận dụng hiện tượng phản xạ toàn phần
- Gọi đại diện một nhúm trỡnh bày kết quả và cỏc nhúm khỏc bổ sung
- Chuẩn xỏc kết quả của HS: khi chiếu tia sỏng vuụng gúc với mặt bờn AB nú đi thẳng vào lăng kớnh với gúc i = r = 0 và r’ = 45o; vỡ sinigh = 1/1,5 => igh = 41o48’ nờn r’> igh, tia sỏng phản xạ toàn phần tại mặt BC, tia phản xạ vuụng gúc với mặt bờn AC nờn lú thẳng ra ngoài khụng khớ - Kết luận: những lăng kớnh như vậy gọi là lăng kớnh phản xạ toàn phần, và nếu chiếu tia sỏng vuụng gúc với mặt huyền BC thỡ nú cũng phản xạ hai lần trờn mặt AB và AC rồi lú thẳng ra ở mặt huyền BC theo chiều ngược lại
- Giới thiệu: với đặc điểm như vậy, lăng kớnh phản xạ toàn phần được ứng dụng trong kớnh tiềm vọng và ống nhũm - Giải đỏp thắc mắc của HS và chuyển sang hoạt động cuối cựng
- Cũng cú nhúm biết tớnh gúc giới hạn phản xạ toàn phần để xỏc định đường đi của tia sỏng
- Nghe bạn trỡnh bày và bổ sung kết quả - Hoàn thiện cõu trả lời dựa vào nhận xột của GV
- Ghi nhận thụng tin của GV
- Theo dừi và ghi bài, đặt ra cõu hỏi nếu cũn thắc mắc
Hoạt động 7 (5 phỳt) : Củng cố, giao nhiệm vụ về nhà
(HS vận dụng được cụng thức lăng kớnh để tớnh gúc lú, gúc lệch và xỏc định được nhiệm vụ về nhà)
Hoạt động của giỏo viờn Hoạt động của học sinh
- Yờu cầu HS vận dụng giải bài tập 5a/234 SGK
Cho Hs sử dụng mỏy chiếu qua đầu và giấy trong
- Nhận xột bài làm của HS và giao bài
- Vận dụng giải bài tập 5a/234 SGK sin30o = 1,5.sinr
=> r = 19o28’
Do đú: r’ = A – r = 40o32’