A) MỤC TIÊU
- Rèn kĩ năng sử dụng các thiết bị quang: nguồn sáng có khe chắn, bản bán nguyệt, thấu kính, màn hứng ảnh…
- Tiến hành được thí nghiệm biểu diễn khảo sát sự khúc xạ ánh sáng để rút ra định luật khúc xạ ánh sáng, thí nghiệm về hiện tượng phản xạ toàn phần để đưa ra định nghĩa và điều kiện xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần
- Tiến hành được thí nghiệm thực hành xác định tiêu cự của thấu kính để kiểm nghiệm lại sự tạo ảnh của vật qua thấu kính.
- Vận dụng được những kiến thức đã học trong học phần Lí luận dạy học vật lí để xác định được thí nghiệm cần tiến hành, hình thức và phương án tiến hành thí nghiệm.
- Có kĩ năng soạn thảo đoạn bài học có sử dụng thí nghiệm trong bài: “Bài 26. Khúc xạ ánh sáng” và “Bài 27. Hiện tượng phản xạ toàn phần” (SGK vật lí 11 theo chương trình chuẩn) hoặc “Bài 44. Khúc xạ ánh sáng” và “Bài 45. Phản xạ toàn phần” (SGK vật lí 11 nâng cao).
- Có kĩ năng hướng dẫn học sinh trong bài thực hành thí nghiệm ở trường phổ thông và kĩ năng giảng dạy một tiết học có thí nghiệm biểu diễn của giáo viên ở trường phổ thông.
- Rèn kĩ năng sử dụng phối hợp các phương pháp dạy học trong quá trình tập giảng đoạn bài học.
B) NỘI DUNG
1. Thí nghiệm 1: Khảo sát định luật khúc xạ ánh sáng
1.1. Mục đích của thí nghiệm
Khảo sát mối quan hệ giữa góc tới và góc khúc xạ để rút ra nội dung định luật khúc xạ ánh sáng.
1.2. Cơ sở lí thuyết
- 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, sin i const
sin r =
1.3. Hướng dẫn thực hành
a. Dụng cụ thí nghiệm
- Bản giấy ép nhựa (1) có thước đo góc
- Đèn 12 V – 10 W (2) có kính tụ quang và tấm chắn sáng có khe. Bản bán nguyệt (3).
b. Tiến trình thí nghiệm
- Chiếu tia sáng từ không khí vào tâm của bản bán nguyệt thủy tinh, quan sát phương của tia tới và tia khúc xạ.
- Lần lượt thay đổi góc tói và đọc góc khúc xạ tương ứng. Tính tỉ số sin i
sin r và ghi vào bảng số liệu 21. - Rút ra nhận xét về mối quan hệ giữa tia tới và tia khúc xạ, góc tới và góc khúc xạ.
1.4. Nội dung báo cáo
1
2 3
Hình 17. Bộ thí nghiệm khảo sát định luật khúc xạ ánh sáng và hiện tượng
KHẢO SÁT ĐỊNH LUẬT KHÚC XẠ ÁNH SÁNG Họ và tên:...Lớp:...Nhóm:... Ngày làm thực hành:... 1. Mục đích 2. Tóm tắt lí thuyết 3. Kết quả thí nghiệm
Bảng 12.1. Mối quan hệ giữa góc tới và góc khúc xạ
Lần đo i (0) r(0) sin i
sin r 1
2 ...
- Nhận xét về mối quan hệ giữa góc tới và góc khúc xạ, giữa tia tới và tia khúc xạ. 4. Trả lời câu hỏi: Trả lời các câu hỏi và bài tập 1, 2, 3, 4 (trang 40).
2. Thí nghiệm 2: Khảo sát hiện tượng phản xạ toàn phần
2.1. Mục đích thí nghiệm
Khảo sát hiện tượng phản xạ toàn phần để đưa ra định nghĩa và điều kiện để xảy ra hiện tượng này.
2.2. Cơ sở lí thuyết
- Phản xạ toàn phần là hiện tượng phản xạ toàn bộ tia sáng tới mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt.
- Điều kiện để xảy ra phản xạ toàn phần: ánh sáng truyền từ môi trường chiết quang hơn tới môi trường chiết quang kém hơn (n1>n2) và góc tới i i≥ 0(góc giới hạn phản xạ toàn phần).
2.3. Hướng dẫn thực hành
a. Dụng cụ thí nghiệm:
Dụng cụ thí nghiệm giống như trong thí nghiệm mục 1, hình 17.
b. Tiến trình thí nghiệm
- Chiếu tia sáng từ thủy tinh ra không khí bằng cách chiếu đèn vào tâm của bản bán nguyệt bằng cách rọi đèn vào phần cong của bản. Tăng dần góc tới, quan sát độ sáng của tia phản xạ, tia khúc xạ. Đọc các giá trị góc tới i, góc phản xạ i’, góc khúc xạ r trên bảng chia độ để đưa ra định nghĩa và điều kiện để xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần.
- Xác định góc giới hạn phản xạ toàn phần.
2.4. Nội dung báo cáo
KHẢO SÁT HIỆN TƯỢNG PHẢN XẠ TOÀN PHẦN
Họ và tên:...Lớp:...Nhóm:... Ngày làm thực hành:...
1. Mục đích
2. Tóm tắt lí thuyết 3. Kết quả thí nghiệm
Bảng 12.2. khảo sát độ sáng của các tia khúc xạ, phản xạ phụ thuộc vào góc tới i
Góc tới i Tia khúc xạ Tia phản xạ
Nhỏ Bằng i0 Lớn hơn i0
- Rút ra nhận xét về khái niệm và điều kiện phản xạ toàn phần.
Bảng 12.3. Giá trị của góc giới hạn i0
Lần đo i0 sini0
1 2 ...
- Từ bảng 12.3 tính chiết suất tuyệt đối của chất làm bản bán nguyệt. 4. Trả lời câu hỏi: Trả lời các câu hỏi và bài tập 5, 6, 7 (trang 40).
3. Thí nghiệm 3: Xác định tiêu cự của thấu kính phân kì.
3.1. Mục đích thí nghiệm
Xác định tiêu cự của thấu kính phân kì bằng phương pháp ghép hệ thấu kính đồng trục.
3.2. Cơ sở lí thuyết
a. Theo sách giáo khoa chương trình nâng cao:
Để xác định tiêu cự của thấu kính phân kì, ta ghép nó đồng trục với thấu kính hội tụ sao cho vị trí ảnh thật A1B1 của vật AB cho bởi thấu kính hội tụ nằm ở phía sau thấu kính phân kì và nằm trong tiêu cự vật của thấu kính phân kì. Khi đó ta thu được ảnh thật A2B2 trên màn. Tiêu cự của thấu kính phân kì được xác định theo công thức: f dd '
d d '
= +
b. Theo sách giáo khoa chương trình cơ bản
- Đặt vật AB tại vị trí (1) trước thấu kính hội tụ L0 để thu được ảnh thật A’B’ rõ nét nhất trên màn M. Giữ cố định vị trí của L0 và M.
- Ghép thấu kính phân kì L đồng trục với thấu kính hội tụ L0 thành hệ thấu kính. Di chuyển vật AB đến vị trí (2) sao cho ảnh ảo A B1 1′ ′ tạo bởi thấu kính phân kì L được coi là vật thật
đối với thấu kính hội tụ L0, khi đó L0 tạo ra một ảnh thật A B′ ′2 2 rõ nét nhất trên màn M. Khi đó, vị trí của ảnh ảo A B1 1′ ′ trùng với vị trí (1) của vật AB.
- Nếu đo khoảng cách d từ vị trí (2) của vật AB và khoảng cách d ' từ vị trí (1) của vật đến thấu kính L, ta xác định được tiêu cự của thấu kính phân kì theo công thức: f dd '
d d '
= +
3.3. Hướng dẫn thực hành
a. Dụng cụ thí nghiệm
- Băng quang học (1) dài 75 cm, có 5 đế trượt (2) trên băng. - Đèn (3): 12 V – 10 W có kính tụ quang.
Hình 18. Bộ thí nghiệm xác định tiêu cự của thấu kính phân kì
1 2 3 4 5 6 7
- Màn có khe hình số 1 (vật thật) được gắn kính mờ (4) - Màn hứng ảnh (5)
- Các thấu kính: thấu kính hội tụ (6) có tiêu cự là 25cm, thấu kính hội tụ (7) có tiêu cự 10 cm, thấu kính hội tụ (8) có tiêu cự 5 cm, thấu kính phân kì (9) có tiêu cự là -7 cm.
- Các đoạn dây nối có chốt cắm.
b. Tiến trình thí nghiệm
* Phương án 1: Theo sách giáo khoa chương trình nâng cao
- Bố trí đèn, vật, thấu kính hội tụ và màn hứng ảnh sao cho thu được trên màn ảnh rõ nét nhất của vật và có độ lớn nhỏ hơn vật. Đánh dấu vị trí của ảnh trên băng quang học.
- Đặt thấu kính phân kì vào giữa thấu kính hội tụ và màn, cách màn một khoảng 5 cm đến 6 cm. Dịch dần màn ra xa thấu kính phân kì tới vị trí thu được ảnh rõ nét nhất trên màn. Đo các khoảng cách d và d’. Ghi các giá trị vào bảng và tính tiêu cự của thấu kính phân kì theo công thức: f dd '
d d '
= +
- Lặp lại bước thí nghiệm 2 lần với các giá trị d gần với giá trị d ở trên và tính f trong từng lần thí nghiệm.
- Tính f ; f∆
* Phương án 2: Theo sách giáo khoa chương trình chuẩn
- Bố trí đèn và vật sáng, thấu kính hội tụ và màn hứng ảnh sao cho thu được trên màn ảnh A’B’ rõ nét nhất của vật, độ lớn lớn hơn vật. Đánh dấu vị trí (1) này của vật.
- Giữ cố định vị trí của thấu kính hội tụ và màn ảnh, dịch vật ra xa thấu kính thêm 5 cm đến vị trí (2). Đặt thấu kính phân kì vào khoảng giữa vật và thấu kính hội tụ. Dịch chuyển thấu kính phân kì cho tới khi thu được ảnh thật A B′ ′2 2, nhỏ hơn vật AB và hiện rõ nét nhất trên màn.
- Ghi các giá trị d (khoảng cách từ vị trí (2) của vật đến thấu kính phân kì) và khoảng cách d ' (từ vị trí (1) của vật đến thấu kính phân kì).
- Lặp lại các bước thí nghiệm trên 2 lần với cùng giá trị d đã chọn. - Xác định tiêu cự của thấu kính phân kì theo công thức: f dd '
d d '
= +
3.4. Nội dung báo cáo
XÁC ĐỊNH TIÊU CỰ CỦA THẤU KÍNH PHÂN KÌ
Họ và tên:...Lớp:...Nhóm:... Ngày làm thực hành:...
1. Mục đích
2. Tóm tắt lí thuyết 3. Kết quả thí nghiệm
Bảng 12.4. Xác định tiêu cự thấu kính phân kì theo phương án 1
Lần đo d (cm) d’(cm) f (cm) 1 2 - Tính: f1 f2 f 3 f 3 + + = fmax fmin f 2 − ∆ = f = ± ∆f f - Nhận xét kết quả thí nghiệm
Bảng 12.5. Xác định tiêu cự thấu kính phân kì theo phương án 2 Vị trí (1) của vật AB: ...mm Lần đo d (mm) d ' f (mm) ∆f (mm) 1 2 Trung bình f ∆f
4. Trả lời câu hỏi: Trả lời các câu hỏi và bài tập 8, 9 ,10, 11, 12 (trang 40).
C) TÀI LIỆU HỌC TẬP
1. Nguyễn Xuân Thành, Giáo trình hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lí phổ thông, giáo
trình điện tử của khoa Vật lí, trường đại học sư phạm Hà Nội.
2. Sách giáo khoa Vật lí lớp 10, 11, 12, NXB giáo dục.
3. Nguyễn Sỹ Đức (chủ biên) - Nguyễn Ngọc Hưng - Đặng Thị Oanh - Dương Tiến Sĩ, Lắp
đặt, sử dụng, bảo quản, bảo dưỡng các thiết bị dạy học ở trường THPT, NXB Giáo dục Việt
Nam, Hà Nội, 2009.
D) CÂU HỎI, BÀI TẬP, NỘI DUNG ÔN TẬP VÀ THẢO LUẬN
1. Điều gì trong thí nghiệm chứng tỏ tia khúc xạ nằm trong cùng mặt phẳng tới? 2. Tại sao trong thí nghiệm lại phải chiếu tia sáng vào tâm của bản bán nguyệt?
3. Xét một tia sáng đi từ môi trường trong suốt này sang môi trường trong suốt khác. Chiết suất tỉ đối giữa hai môi trường cho ta biết gìvề đường đi của tia sáng qua mặt lưỡng chất?
4. Soạn giáo án đoạn bài học có sử dụng thí nghiệm trên trong bài: “Bài 26. Khúc xạ ánh sáng” (SGK vật lí 11 theo chương trình chuẩn) hoặc “Bài 44. Khúc xạ ánh sáng” (SGK vật lí 11 nâng cao). 5. Tại sao ở mặt cong của bán nguyệt, chùm tia tới hẹp truyền theo phương bán kính lại truyền thẳng? 6. Nếu trong thí nghiệm ta chiếu ánh sáng vào vị trí bất kì trên mặt cong của bản bán nguyệt thì kết quả có giống như trong thí nghiệm đã tiến hành không? Vẽ hình minh họa trường hợp này. 7. Soạn giáo án đoạn bài học có sử dụng thí nghiệm trên trong bài: “Bài 27. Hiện tượng phản xạ toàn phần” (SGK vật lí 11 theo chương trình chuẩn) hoặc “Bài 45. Phản xạ toàn phần” (SGK vật lí 11 nâng cao).
8. Cho biết trong phương án 2 cách xác định đúng vị trí ảnh rõ nét của một vật hiện trên màn ảnh đặt ở phía sau của một thấu kính hoặc một hệ thấu kính.
9. Những nguyên nhân có thể gây nên sai số ngẫu nhiên của phép đo tiêu cự của thấu kính phân kì trong phần này.
10. Trong phương án 1 tại sao phải tìm được vị trí của màn cho ảnh rõ nét nhất của vật?
11. Muốn thấu kính hội tụ cho ảnh thật lớn hơn vật thì cần phải chọn các khoảng cách từ vật và từ màn ảnh đến thấu kính hội tụ phải thỏa mãn điều kiện gì so với tiêu cự của nó?
12. Muốn ảnh cuối cùng của vật tạo bởi hệ thấu kính bố trí như trong phương án 2 thì khoảng cách giữa thấu kính phân kì và thấu kính hội tụ phải lớn hơn hay nhỏ hơn tiêu cự của thấu kính hội tụ? Giải thích tại sao?
Bài 13. Giao thoa ánh sáng