ánh sáng
I. Mục tiêu
1. Về kiến thức
- Nêu được hiện tượng NXAS là gì, phất biểu được hiện tượng GTAS. Nêu được mỗi ánh sáng đơn sắc có một bước sóng xác định trong chân không.
- Trình bày được TN Y-âng về sự GTAS, giải thích được hiện tượng
GTAS, NXAS.
- Nêu được điều kiện để xảy ra hiện tượng giao thoa
- Nêu được hiện tượng giao thoa chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng
- Giải thích được một số hiện tượng quang học trong tự nhiên nhờ hiện tượng GTAS, hiện tượng NXAS
2. Về kĩ năng
- Rèn luyện các kĩ năng quan sát TN, nhận biết các hiện tượng GTAS,
NXAS.
- Biết sử dụng công thức tính vị trí vân sáng, vân tối, khoảng vân hiện tượng GTAS trong việc giải một số bài tập đơn giản.
3. Về thái độ
- Chủ động tích cực, hợp tác trong quá trình xây dựng kiến thức mới.
- Tỷ mỉ, khách quan trong làm TN
II.Chuẩn bị
1. Xác định mục tiêu nghiên cứu
Tổ chức tiến trình DH một số nội dung cơ bản của bài này xuất phát từ những QN hiểu biết trên, làm thay đổi QN sai phổ biến “Hiện tượng giao thoa chỉ xảy ra đối với sóng cơ học”. Từ đó thay đổi, phát triển những hiểu biết về hiện tượng GTAS.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
2. Dự kiến xây phƣơng án dạy học
* Về nội dung
- Kiến thức chỉ thông báo làm rõ cho HS: Khái niệm về cách tử nhiễu xạ - Kiến thức sẽ được tổ chức cho HS tự tìm hiểu xây dựng trên cơ sở
“Phối hợp các PP&PTDH theo hướng phát huy tính tích cực, sáng tạo của
HS” để hiểu rõ hiện tượng GTAS, NXAS và giải thích các hiện tượng đó.
* Về phương pháp
- Quá trình DH được tiến hành thông qua 7 hoạt động của GV và HS trong đó có 2 hoạt động sử dụng CNTT.
- Tổ chức cho HS thảo luận đánh giá ý kiến chia lớp thành 7 nhóm (mỗi nhóm có 6 – 7 em), có 2 TN do GV và HS cùng làm, 1 TN do HS tự làm theo nhóm.
3. Chuẩn bị thiết bị dạy học
* Đối với GV:
- Dụng cụ TN : 4 tấm bìa cứng có khoét một khe hẹp, 4 cặp khe Y-âng, 4 đền dây tóc, 4 chụp đèn hình trụ, kính lọc sắc (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Giáo án điện tử
- Phiếu học tập số 2, số 3
* Đối với HS (GV chuẩn bị cho HS)
- Các cặp khe Y-âng, nguồn sáng để quan sát hiện tượng GTAS, NXAS Phiếu số 2: - Nêu hiện tượng ánh sáng quan sát được trên màn khi ánh sáng chiếu qua khe hẹp?
……… ……… - Khi quan sát thấy hình ảnh ánh sáng trên màn nó thể hiện điều gì?
……… ……… …………
Phiếu số 3: - Có thể xảy ra hiện tượng GTAS khi có sự chồng chập của hai sóng kết hợp không?
……… - Hiện tượng GTAS xảy ra như thế nào nếu có kính lọc sắc và không có kính lọc sắc?
……… ……… …….
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
III. Sơ đồ tiến trình dạy học bài: Nhiễu xạ ánh sáng – Giao thoa ánh sáng 1. Hiện tƣợng nhiễu xạ ánh sáng
Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức nhiễu xạ ánh sáng
Phân tích khái quát. Đàm thoại,
rút ra kết luận Kết luận: - Hiện tượng ánh sáng không tuân theo định luật
truyền thẳng, ta quan sát được khi ánh sáng truyền qua khe hẹp, hoặc gần mép những vật trong suốt hoặc không trong suốt được
gọi là hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng.
PP dạy học PTDH Nêu vấn đề Thảo luận nhóm, quan sát TN ánh sáng chiếu qua khe hẹp và trả lời phiếu học tập số 2 Trong thực tế, hai người đứng ở hai bên bức tường cao,
dày,vẫn nghe thấy tiếng nói của nhau, tức là âm thanh không chỉ truyền theo đường thẳng mà có thể “vòng lên trên vật cản”. Đó là hiện tượng âm thanh bị bờ tường nhiễu
xạ.
Liệu ánh sáng có còn truyền theo đường thẳng không khi đi qua lỗ nhỏ hoặc khe hẹp? Nếu không thì hiện tượng xảy ra như thế nào?
Giả thuyết 1: Ánh sáng vẫn truyền
Giả thuyết 2:Ánh sáng sẽ bị bẻ cong
Tiến hành TN về hiện tượng NXAS qua khe hẹp: Kết hợp quan sát hình ảnh minh họa và hiện tượng trong thực tế: Khi ta đứng trong một căn phòng có một khe hẹp trên cửa, ánh sáng chiếu qua lỗ nhỏ đó và ta đặt màn để hứng ánh sáng từ khe hẹp đó. Ta
sẽ quan sát thấy vệt sáng có hình dạng giống hình dạng của khe hẹp nhưng rộng hơn
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
2. Hiện tƣợng giao thoa ánh sáng
Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức giao thao ánh sáng
Khi nhìn ánh sáng Mặt Trời phản xạ trên bong bóng xà phòng, trên váng dầu ta thấy có câc vân màu sặc sỡ. Vì sao vậy?
Đối với “sóng cơ học” ta thấy có hiện tượng giao thoa khi có sự chồng chập của hai hay nhiều sóng kết hợp trong không gian.
Vậy trong GTAS hiện tượng sẽ xảy ra như thế nào? (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tiến hành TN: Khi có kính lọc sắc và không có kính lọc sắc Kết hợp với giả thuyết ánh
sáng có tính chất sóng
Kết luận:- Khi quan sát có kính lọc sắc: Các vạch sáng song song với hai khe S1, S2, xen kẽ với các vạch tối, gọi là các vân giao thoa. - Khi ánh sáng không có kính lọc sắc: Ở chính giữa là vân sáng trắng, hai bên là hệ thống vân có màu biến đổi, do mỗi ánh sáng đơn sắc cho một hệ thống vân giao thoa khác nhau.
Vậy hiện thượng giao thoa có thể xảy ra với ánh sáng: Có chỗ sóng được tăng cường nên sáng hơn. Có chỗ sóng triệt tiêu nên tối.
PP dạy học PTDH Quan sát hình ảnh ánh sáng mặt trời phản xạ trên bong bóng xà phòng Thảo luận nhóm, trả lời phiếu học tập số 3 Thực hiện TN, kết hợp mô hình CNTT về hiện tượng GTAS Phân tích khái quát. Đàm thoại, rút ra kết luận Đ F S S1 S2
Giả thuyết: Có thể xảy ra hiện tượng GTAS khi có sự chồng chập của hai sóng kết hợp (có chỗ hai sóng được tăng cường nên
sáng hơn, có chỗ hai sóng triệt tiêu nên sáng kém hơn)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
IV. Tiến trình dạy học cụ thể bài: Nhiễu xạ ánh sáng – Giao thoa ánh sáng. Phần 1: Hiện tƣợng nhiễu xạ ánh sáng
1. Đặt vấn đề:
GV: Chúng ta biết rằng khi hai người đứng ở hai bên bức tường cao, dày vẫn có thể nghe rõ tiếng nói của nhau, tức là âm thanh không chỉ truyền theo đường thẳng mà có thể vòng lên phía trên vật cản. Người ta nói âm thanh bị bờ tường nhiễu xạ. Liệu ánh sáng có tính chất này không?
2. Giải quyết vấn đề
Hoạt động 1: Thí nghiệm về sự nhiễu xạ ánh sáng
Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên
S O V M a b S O V M a b Hình 2.7. Sơ đồ về sự nhiễu xạ ánh sáng
HS1: Ta sẽ quan sát thấy hình ảnh của nguồn sáng.
HS2: Ta sẽ quan sát vệt sáng có hình dạng giống như hình dạng của khe hẹp. HS3: Ta sẽ quan sát thấy vệt sáng có hình dạng giống hình dạng của khe hẹp nhưng rộng hơn (vì ánh sáng sau khi đi qua khe hẹp sẽ bị loe ra).
GV: Dùng cả TN thật và TN mô phỏng
GV: Hãy dự đoán hình ảnh quan sát được trong TN như hình bên
GV: Chiếu hình ảnh nhiễu xạ qua lỗ tròn
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
HS: Thảo luận trả lời phiếu học tập số 2
HS: Tiến hành TN và quan sát
Hình 2.9. Kết quả TN về sự NXAS
HS: Khi khe hẹp đến một mức nào đó thì trên màn E không còn một vệt sáng mà đường bao quanh bởi tối nằm xen kẽ nhau. Ngay cả trong vùng tối hình học (ngoài phạm vi ab) ta cũng quan sát được các vân sáng, còn trong vùng sáng hình học (trong phạm vi ab) cũng có các vân tối. Đặc biệt nếu TN thay khe bởi lỗ
GV: Chúng ta sẽ làm TN để kiểm tra dự đoán.
GV: Hướng dẫn HS làm TN theo nhóm (Màn P là tấm bìa có khoét hình chữ nhật rộng khoảng 1-2 mm, ghép 2 lưỡi dao cạo ở giũa khe để có một khe rất hẹp).
GV:- Khi quan sát có kính lọc sắc (ánh sáng đơn sắc ta quan sát được một hệ thống các vạch sáng có màu của kính lọc sắc xen kẽ với các vạch tối, ở chính giữa là vạch sáng rộng nhất và sáng mạnh nhất. - Khi quan sát không có kính lọc sắc (ánh sáng trắng): Ở chính giữa là vạch sáng rộng, hai bên có các vạch sáng có màu biến đổi xen kẽ với các vạch tối.
GV: Nếu không đặt mắt hứng chùm sáng mà đặt một màn chắn E để quan sát ta có thể biểu diễn như hình 2.8. C a b E O
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
tròn thì tại C có thể sáng hay tối tùy theo kính thước của lỗ tròn. Như vậy các tia sáng bị lệch khỏi phương truyền thẳng.
HS: Ta trông thấy ánh sang trên mà bị loe rộng ra
GV: Trong thực tế khi ta đang ở trong phòng kín, có một lỗ nhỏ ở trên cửa, chiếu sáng qua lỗ nhỏ ấy và ta đang đứng ở điểm rất thấp so với lỗ nhỏ, đặt màn để hứng ánh sáng qua lỗ nhỏ ấy thì ta có thể trông thấy ánh sáng qua lỗ nhỏ trên màn có bị loe rộng ra không? GV: Đúng vậy ta có thể trông thấy ánh sáng trên màn bị loe rộng ra. Đây là một bằng chứng nữa chứng tỏ tia sáng đã bị lệch khỏi phương truyền thẳng.
Hoạt động 2: Giải thích sự nhiễu xạ ánh sáng
Hoạt động của học sinh Trợ giúp của giáo viên
HS: Tiếp thu kiến thức
GV: Để giải thích hiện tượng NXAS khi chúng ta thừa nhận sự tương tự giữa sự truyền ánh sáng và sự trền sóng cơ học (sóng âm, sóng nước…). Huy – Ghen (1629 – 1695) nhà Vật lý Hà lan, Fre – Nen (1788 – 1827) nhà Vật lý Pháp họ đã đề ra giả thuyết: Sự truyền ánh sáng là quá trình truyền sóng. Khe nhỏ (lỗ nhỏ) được chiếu sáng có vai trò như là một nguồn phát ánh sáng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hoạt động 3: Kết luận về sự nhiễu xạ ánh sáng
Hoạt động của học sinh Trợ giúp của giáo viên
HS: Tiếp thu ghi nhớ
GV: Kết luân: Nhiễu xạ ánh sáng là hiện tượng ánh sáng không tuân theo định luật truyền thẳng, quan sát được khi ánh sáng truyền qua lỗ nhỏ hoặc gần mép những vật trong suốt hoặc không trong suốt
Phần 2: Hiện tƣợng giao thoa ánh sáng 1. Đặt vấn đề:
GV: Khi nhìn ánh sáng mặt trời phản xạ trên bong bóng xà phòng, trên váng dầu ta thấy có các vân màu sặc sỡ. tại sao vây?
GV: Chiếu hình ảnh giao thoa trên váng dầu
HS: Quan sát
GV: Chúng ta đã biết trong sóng cơ học một hiện tượng đặc trưng cho tính chất Sóng là hiện tượng giao thoa. Vậy hiện tượng giao thoa có xẩy ra với ánh sáng không. Nếu có thì xảy ra như thế nào?
Hình 2.10. Hình ảnh giao thoa
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
2. Giải quyết vấn đề
Hoạt động của học sinh Trợ giúp của giáo viên
HS: Cần có sự chồng chập của hai sóng cơ học
HS: Ta có thể tiến hành làm TN
HS: Thảo luận và trả lời phiếu học tập số 3
HS: Dùng hai nguồn kết hợp và cho một phần ánh sáng từ hai nguồn đó chồng lên nhau. HS: Có thể chưa biết
GV: Để có sự giao thoa với sóng cơ học thì cần những yếu tố nào?
GV: Để biết được liệu hiện tượng giao thoa có xảy ra với ánh sáng hay không ta làm thế nào?
GV: Trước khi làm TN GV yêu cầu học sinh trả lời phiếu học tập số 3
GV: Vậy ta có thể tiến hành TN như thế nào? (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
GV: Làm thế nào để tạo ra hai nguồn sáng kết hợp và ánh sáng từ hai nguồn đó có phần chồng lên nhau?
GV: Có thể đưa ra các phương án: Lưỡng lăng kính Fresnel, Gương Frexnen và TN Y-âng tuy nhiên các TN Lưỡng lăng kính Fresnel và Gương phắng Frexnen rất khó thực hiện đồng loạt trên lớp và rất khó quan sát, còn TN Y-âng về hiện tượng GTAS rất dễ thực hiện đồng loạt trên lớp. Do HS có thể chính mắt nhìn thấy vân giao thoa mà không phải tưởng tượng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hoạt động 3: Thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng
Hoạt động của học sinh Trợ giúp của giáo viên
HS: Dùng kính lọc sắc
Hình 2.11. Sơ đồ TN về hiện tượng giao thoa ánh sáng
GV: Lưu ý cách bố trí TN
GV: Ta dùng đèn chiếu sáng chiếu vào khe S, sau đó ánh sáng từ khe này sẽ chiếu đến hai khe hep lưu ý hai khe này nằm trên màn M2 phải song song với màn M1 chứa S và hai khe này phải rất sát nhau. GV: Thông thường bóng đèn tròn sẽ phát ra ánh sáng trắng, muốn có ánh sáng đơn sắc ta làm thế nào? GV: Có thể dùng kính lọc sắc hoặc giấy bóng kính màu chắn sau đèn.
GV: Đưa sơ đồ TN như hình 2.10.
Trong đó: Đ là đèn sợi đốt. F là kính màu (kính lọc sắc). Hai khe S1, S2 trên màn M2
Song song với khe trên màn M1.
GV: Để quan sát kết quả TN ta có thể đặt mắt hứng hai chùm tia phát ra từ S1, S2, hoặc dùng một màn chắn hứng sau chùm tia sáng S1, S2 và quan sát hình ảnh trên màn. Có thể dùng kính lúp để quan sát dễ dàng hơn. Đ F S S1 S2 S1
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
HS: Các nhóm HS quan sát theo sự hướng dẫn của GV, thảo luận nhóm và đại diện các nhóm trình bày kết quả TN nhóm mình quan sát được.
HS: Nhận xét:
+ Khi quan sát với ánh sáng đơn sắc: Mắt ta quan sát được một vùng sáng hẹp trong đó có những vạch sáng là màu của ánh sáng đơn sắc và các vạch tối xen kẽ nhau một cách đều đặn, song song với khe S.
+ Khi quan sát với ánh sáng trắng: Chính giữa là một vân sáng trắng, hai bên có những dải màu như cầu vồng, tím ở trong đỏ ở ngoài.
GV: Hướng dẫn học sinh làm theo nhóm, chú ý đặt hai khe S1, S2 trước mắt sao cho chúng song song với khe S. Đầu tiên quan sát với ánh sáng đơn sắc sau đó quan sát với ánh sáng trắng.
GV: Nhận xét và nêu kết luận về hiện tượng GTAS.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hoạt động 4: Giải thích hiện tƣợng Giao thoa ánh sáng
Hoạt động của học sinh Trợ giúp của giáo viên
HS giải thích:
+ Hiện tượng giao thoa với ánh sáng đơn sắc: Vì hai khe S1, S2 được chiếu bởi cùng một nguồn sáng S, nên hai nguồn S1, S2 là hai nguồn kết hợp có cùng tần số, hai sóng do chúng phát ra có độ lệch pha không đổi. Do đó hai sóng ánh sáng do S1, S2 phát ra là hai sóng kết hợp có bước sóng xác định. Tại vùng không gian hai sóng đó chồng lên nhau gọi là vùng giao thoa, chúng giao thoa với nhau và tạo nên hình ảnh như đã quan sát. Các vạch sáng, tối xen kẽ nhau được gọi là các vân giao thoa. + Hiện tượng giao thoa với ánh sáng trắng
Do ánh sáng trắng gồm nhiều màu đơn sắc, khi hai chùm sáng trắng gặp nhau mỗi ánh sáng đơn sắc đã cho một hệ