VIII. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
2.3.1.5. Tổ chức hoạt động dạy học bài"Khúc xạ ánh sáng”
► Thu và kiểm tra sơ bộ việc chuẩn bị phiếu học tập ở nhà.
►Giáo viên đặt vấn đề vào bài bằng thí nghiệm nhỏ: nhúng một cái bút chì vào cốc thủy tinh chứa nước.
Yêu cầu học sinh quan sát và giải thích hiện tượng quan sát được. HS: Cái bút chì như bị gãy ở mặt nước nhưng không biết cách giải thích.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Δ Sở dĩ các em chưa thể giải thích được vì các em chưa được học kỹ về một hiện tượng đặc biệt có tên gọi"khúc xạ ánh sáng” (đã được biết ở chương trình vật lý lớp 9 trung học cơ sở), đó chính là tên bài học hôm nay.
a. Hiện tượng khúc xạ ánh sáng
► Sử dụng phương pháp đàm thoại để ôn lại định nghĩa hiện tượng khúc xạ ánh sáng.
Hãy so sánh hiện tượng xảy ra khi các tia sáng truyền đến mặt gương phẳng và đến mặt nước!
HS: Khi các tia sáng truyền đến mặt gương phẳng, chúng sẽ bị hắt ngược lại. Hiện tượng đó gọi là hiện tượng phản xạ ánh sáng.
Khi các tia sáng truyền đến mặt nước, một số tia sáng đó sẽ đi qua mặt nước theo phương khác, hiện tượng đó gọi là gọi là hiện tượng khúc xạ ánh sáng. ► Với dụng cụ thí nghiệm đã chuẩn bị sẵn, học sinh các nhóm thực hiện kiểm tra kết luận trên.
▼ Học sinh các nhóm chắc sẽ không gặp khó khăn khi thực hiện thí nghiệm kiểm chứng hiện tượng này, do các em đã biết ở lớp 9. Qua đó rèn cho học sinh kỹ năng liên hệ thực tế ở mức độ 1.
Sau khi quan sát xong thí nghiệm trên hãy yêu cầu học sinh phát biểu lại định nghĩa hiện tượng khúc xạ ánh sáng.
HS: là hiện tượng ánh sáng bị đổi phương khi gặp mặt phân cách.
► Có khi nào ánh sáng không bị lệch phương khi truyền qua mặt phân cách giữa hai môi trường không? Làm thí nghiệm kiểm chứng và định nghĩa lại đầy đủ, chính xác hiện tượng khúc xạ ánh sáng sau khi kiểm chứng xong trường hợp trên: là hiện tượng lệch phương (gãy) của các tia sáng khi truyền xiên góc qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt khác nhau.
▼ Yêu cầu học sinh trở lại thí nghiệm ban đầu và giải thích nó.
HS: các tia sáng truyền từ phần bút chì ở trong nước khi đến mặt phân cách giữa nước và không khí sẽ bị lệch phương (gãy), mắt người quan sát lại ở ngoài không khí nên sẽ thấy cái bút chì như bị gãy ở mặt phân cách.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
HS giải thích được thí nghiệm này là đạt được mức độ 1 về rèn luyện kỹ năng liên hệ thực tế .
Δ Giải thích rõ hơn bằng hình vẽ
▼ Để HS có điều kiện rèn luyện thêm kỹ năng này ở mức độ cao hơn, yêu cầu các nhóm tiến hành, và giải thích một thí nghiệm khác (nếu thấy thời gian cho phép, nếu không thì đây được xem là bài tập về nhà): Đặt chén lên bàn, đặt đồng xu vào đáy chén, quan sát đồng xu và lùi chầm chậm về sau cho đến khi không còn trông thấy đồng xu nữa, làm thế nào để có thể thấy được đồng xu trong chén lần nữa khi mà ta vẫn đứng ở vị trí này? Trong tình huống này, nếu học sinh tự lực tìm ra được phương án giải quyết thì có nghĩa là học sinh đã có được kỹ năng liên hệ thực tế, nếu học sinh không tìm ra được phương án giải quyết thì giáo viên hãy gợi ý để học sinh thấy được sự giống nhau giữa vị trí của đầu bút chì trong thí nghiệm trước và đồng xu, rồi áp dụng những hiểu biết ở thí nghiệm trên mà tìm cách để có thể nhìn thấy đồng xu trong chén lần nữa.
HS: Trong tình huống này sự hổ trợ của các bạn cùng nhóm là hết sức cần thiết: một bạn sẽ cho nước từ từ vào chén sứ, đến một lúc ta sẽ nhìn thấy được đồng xu trong chén lần nữa. Nguyên nhân là do khi không có nước
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
trong chén ánh sáng từ đồng xu truyền thẳng vào mắt nếu ta đứng cạnh nó, và không truyền vào mắt khi ta lùi ra xa nó. Khi cho nước vào chén ánh sáng từ đồng xu bị khúc xạ (gãy) khi truyền từ trong nước ra không khí nên có thể đi thẳng vào mắt người quan sát.
▼ Điều này cần phải được lưu ý khi đi bơi: vì do sự khúc xạ ánh sáng mà tất cả những vật bị dìm trong nước hình như được nâng lên cao hơn so với vị trí thực của nó. Đáy sông, hồ qua con mắt của chúng ta hình như nông hơn gần 1/3 độ sâu thực sự của nó. Vì thế nếu tin vào sự nông cạn huyền ảo đó, thì người ta thường lâm vào tình trạng nguy hiểm. Về điểm này trẻ em và những người thấp bé cần hết sức chú ý để tránh nguy hiểm cho tính mạng.
b. Định luật khúc xạ ánh sáng
Δ Chúng ta đều biết hiện tượng phản xạ thì tuân theo định luật phản xạ, liệu hiện tượng khúc xạ có tuân theo định luật nào không? Định luật đó thế nào? Muốn biết chúng ta cùng trở lại với thí nghiệm về hiện tượng khúc xạ.
Δ Biểu diễn sự truyền ánh sáng đó bằng hình vẽ, rồi gọi tên tia tới, góc tới (góctạo bởi tia tới và pháp tuyến), tia khúc xạ, góc khúc xạ (góc tạo bởi tia khúc xạ và pháp tuyến), mặt phẳng tới (là mặt phẳng chứa tia tới và pháp tuyến).
►Từng bước hướng dẫn học sinh phát biểu định luật khúc xạ ánh sáng. Yêu cầu học sinh nhận xét về tia khúc xạ.
HS: tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới.
Δ Khẳng định kết luận của học sinh và có thể hướng dẫn học sinh kiểm chứng thêm kết luận đó bằng cách quan sát tia khúc xạ khi đổi phương tia tới. Còn góc khúc xạ thì sao? Có gì đặc biệt?
HS: khi góc tới tăng thì góc khúc xạ cũng tăng và ngược lại, có thể là chúng tỉ lệ thuận với nhau.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Δ Phân biệt lại hai khái niệm toán học: tỉ lệ thuận và đồng biến. Giả sử có hàm số y = f(x).
+ Nếu x tăng thì y tăng và ngược lại thì có y là hàm đồng biến.
+ Nếu x tăng (giảm) n lần thì y cũng tăng (giảm) n lần, thì có y và x tỉ lệ thuận với nhau.
Yêu cầu học sinh tự tìm cách kiểm tra lại kết luận của mình.
HS: lần lượt cho góc tới tăng hai, ba lần; quan sát thấy góc khúc xạ cũng tăng nhưng không phải tăng hai, ba lần như góc tới. Vậy góc khúc xạ đồng biến với góc tới.
► Để tìm được mối liên hệ cụ thể hơn giữa góc khúc xạ và góc tới chúng ta sẽ sử dụng số liệu thu được ở bảng 26.1 trang 163 sách giáo khoa để vẽ hai đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của r theo i và sự phụ thuộc của sinr theo sini. Yêu cầu hai học sinh vẽ hai đồ thị này trên hai mẫu giấy đã chuẩn bị sẵn, các học sinh khác thực hiện thao tác vẽ đồ thị này theo nhóm vào phiếu học tập. Rút ra nhận xét về hình dạng đồ thị để suy ra dạng hàm số biểu diễn cho đồ thị đó.
HS: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của sinr theo sini là đường thẳng đi qua góc tọa độ, vì vậy có thể biểu biễn mối liên hệ giữa chúng như sau: sinr = n sini (với n là hằng số) hay sinr tỉ lệ thuận với sini.
Với những gì rút ra từ quan sát và suy luận ở trên hãy phát biểu nội dung định luật khúc xạ ánh sáng (bao gồm tia khúc xạ và góc khúc xạ).
HS: - Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới.
- Khi ánh sáng truyền qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt, thì sin góc khúc xạ tỉ lệ thuận với sin góc tới.
Δ Nhận xét phát biểu của học sinh, tuy nhiên để tìm hiểu thêm vè hằng số tỉ lệ này chúng ta biến đổi mối liên hệ giữa sin góc khúc xạ và sin góc tới thành sin
sin
i
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
c. Chiết suất của môi trường
Liệu hằng số n này phụ thuộc gì? Được xác định như thế nào? Có tên gọi là gì?
HS: Có khả năng hằng số này phụ thuộc vào bản chất hai môi trường (tới và khúc xạ), nhưng cũng có khả năng phụ thuộc vào cách chiếu chùm ánh sáng tới.
HS khác nhận xét: hằng số này không thể phụ thuộc vào cách chiếu chùm ánh sáng tới vì theo bảng số liệu 26.1 trang 163 SGK thì khi thay đổi cách chiếu chùm ánh sáng tới (thay đổi i) thì chùm tia khúc xạ cũng đổi phương của nó(thay đổi r), nhưng sin
sin
i
r = số không đổi.
Đúng, nhưng làm gì để kiểm chứng được nhận xét thứ nhất.
► Yêu cầu các nhóm bàn bạc để đưa ra phương án thí nghiệm kiểm chứng. HS: đưa ra phương án thí nghiệm: lần lượt thay đổi môi trường tới hoặc môi trường khúc xạ), đo góc khúc xạ dưới cùng góc tới. Nếu sin góc khúc xạ trong các trường hợp là khác nhau thì có nghĩa là tỉ số sin
sin
i
r phụ thuộc vào bản chất hai môi trường.
Δ Đồng ý với phương án thí nghiệm và cho các nhóm đồng lọat thực hiện việc kiểm chứng trên. Sau khi đã cùng đi đến kết luận chung có thể nói thêm: hằng số này gọi là chiết suất tỉ đối của hai môi trường (môi trường khúc xạ và môi trường tới), ký hiệu là n21, đồng thời định nghĩa thêm: chiết suất tỉ đối của một môi trường đối với chân không gọi là chiết suất tuyệt đối của môi trường trong suốt đó hay gọi tắt là chiết suất.
▼ Hướng học sinh vào việc so sánh định nghĩa chiết suất tỉ đối giữa hai môi trường với chiết suất tuyệt đối của một môi trường trong suốt mà cho biết chiết suất của chân không, chiết suất của môi trường trong suốt có giá trị thế nào?
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
HS: chiết suất của chân không bằng 1, chiết suất của môi trường bất kỳ luôn lớn hơn 1.
Δ Từ đó thiết lập được hệ thức n21 = 2 1
n n
với n1, n2 lần lượt là chiết suất môi trường 1 và môi trường 2. Do vậy biểu thức của định luật cũng có thể được viết dưới dạng khác gọi là dạng đối xứng: n1sini = n2sinr.
Thấy được gì khi n1 > n2 và n2 > n1?
► Hướng dẫn học sinh cách hình thành câu trả lời. HS: Áp dụng biểu thức của định luật khúc xạ.
Khi n21 < 1 n1 > n2 i < r: tia khúc xạ lệch xa pháp tuyến hơn. Khi n21 > 1 n1 < n2 i > r: tia khúc xạ lệch lại gần pháp tuyến Δ Khi n21 < 1 n1 > n2: môi trường 1 chiết quang hơn môi trường 2. Khi n21 >1 n1 < n2: môi trường 2 chiết quang hơn môi trường 1.
d. Tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng
Δ Có thể biến đổi , 2 21 , , 1 1 12 , 2 1 1 sin 1 s inr sin s inr sin sin n i n n i n n i n r
Như vậy khi i’ = r thì dễ dàng suy ra r’ = i.
Các em dự đoán được điều gì từ kết quả trên? Tính chất đó gọi là gì? Tính chất đó đúng cho những trường hợp nào?
► Cho học sinh tự lực làm việc.
HS: Nếu ban đầu ánh sáng truyền theo đường SIR, thì khi truyền ngược lại từ R, ánh sáng sẽ đi theo đường RIS. Điều này còn đúng cho cả trường hợp phản xạ ánh sáng và sự truyền thẳng của ánh sáng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
S
I
Phát biểu tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng?
HS: Ánh sáng truyền đi theo đường nào thì cũng truyền ngược lại theo đường đó.
e. Củng cố
Phân biệt hiện tượng phản xạ và khúc xạ ánh sáng (định nghĩa và định luật)
► Tia sáng truyền từ nước có chiết suất 4/3 ra ngoài không khí thì bị khúc xạ với góc 600 . Góc tới là:
a. 450.b. 600c. 40,50.d. 300.
▼ Cho học sinh xem tranh con cá trong hồ nước. Bắn mũi lao vào chỗ nào để trúng con cá: ngay chỗ nhìn thấy con cá hay dưới hay trên chỗ ấy? Giải thích.
f. Dặn dò
► Làm bài tập 6, 7, 8, 9/166 SGK. ▼ Giải bài toán ví dụ trang 165 SGK.
► Phát phiếu học tập ở nhà bài"Phản xạ toàn phần” R
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn