Giáo án Vật lí Lớp 11 theo CV5512 - Chương 6: Khúc xạ ánh sáng

Nội dung text: Giáo án Vật lí Lớp 11 theo CV5512 - Chương 6: Khúc xạ ánh sáng

1. Giáo viên giảng dạy: Lớp dạy: Ngày soạn: Ngày dạy: Tiết 47, 48: CHỦ ĐỀ: KHÚC XẠ ÁNH SÁNG – PHẢN XẠ TOÀN PHẦN I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức - Thiết kế được phương án TN khảo sát hiện tượng khúc xạ ánh sáng - Phát biểu được định luật khúc xạ ánh sáng và viết được hệ thức của định luật này. - Nêu được chiết suất tuyệt đối, chiết suất tỉ đối là gì. - Mô tả được hiện tượng phản xạ toàn phần và nêu được điều kiện xảy ra hiện tượng này. - Nêu được một số ứng dụng của hiện tượng khúc xạ ánh sáng, phản xạ toàn phần 2. Năng lực a. Năng lực chung - Năng lực tự học và nghiên cứu tài liệu. - Năng lực trình bày và trao đổi thông tin. - Năng lực nêu và giải quyết vấn đề. - Năng lực hoạt động nhóm. b. Năng lực đặc thù môn học - Quan sát, bố trí, dự đoán kết quả từ thí nghiệm - Giải thích được một số hiện tượng trong thực tế dựa vào định luật khúc xạ ánh sáng và kiến thức về phản xạ toàn phần 3. Phẩm chất - Có thái độ hứng thú trong học tập. - Có ý thức tìm hiểu và liên hệ các hiện tượng thực tế liên quan. - Có tác phong làm việc của nhà khoa học. II. THIẾT BỊ DẠY HỌC VÀ HỌC LIỆU 1. Giáo viên a. Phiếu học tập và phiếu trợ giúp Phiếu học tập số 1 Khúc xạ ánh sáng là hiện tượng lệch phương của tia sáng khi truyền xiên góc qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt khác nhau Câu 1:Đề xuất phương án TN khảo sát hiện tượng khúc xạ ánh sáng: Câu 2: Đề xuất các dụng cụ TN cần có, đề xuất phương án TN Câu 3:Thay đổi góc tới, đọc giá trị góc khúc xạ và ghi vào bảng số liệu i r sin i sin r Sin i/ sin r - Vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của góc r vào góc i và đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của sin r vào sin i
2. Nhận xét: sin i - Tỉ số: sinr - Vị trí của tia khúc xạ so với tia tới Phiếu trợ giúp phiếu học tập số 1 Các dụng cụ TN cần có - Nguồn phát ánh sáng => Đèn Laze - Môi trường trong suốt thứ hai (ngoài môi trường không khí) =>Dùng khối bán trụ trong suốt - Khảo sát sự thay đổi góc khúc xạ theo góc tới => Dùng thước đo độ - Giá đỡ, nguồn điện Phương án TN: Chiếu ánh sáng từ môi trường không khí vào khối bán trụ. Thay đổi góc tới i, đọc giá trị góc r tương ứng Bố trí TN Phiếu học tập số 2 sin i Tỉ số không đổi trong hiện tượng khúc xạ gọi là chiết suất tỉ đối n của môi sinr 21 sin i trường 2 đối với môi trường 1 : n sinr 21 n21 So sánh góc Nhận xét về độ lệch so với pháp tuyến của tia khúc xạ i và r và tia tới n21 1 n21 1 Phiếu học tập số 3 Chiết suất tỉ đối của một môi trường đối với chân không gọi là chiết suất tuyệt đối (gọi tắt là chiết suất) của môi trường đó Câu 1: Xác định chiết suất của môi trường chân không, không khí Câu 2: Gọi n1 là chiết suất của môi trường 1, n2 là chiết suất của môi trường 2. Thiết lập mối liên hệ giữa chiết suất tỉ đối n21 và chiết suất tuyệt đối n1 , n2 Câu 3: Viết lại công thức định luật khúc xạ dưới dạng đối xứng Câu 4: Hoàn thành yêu cầu C1, C2, C3
3. Phiếu học tập số 4 Tiến hành lại TN với vòng tròn chia độ, sao ánh sáng đi theo chiều ngược lại. Quan sát TN và: Câu 1: Nhận xét kết quả thí nghiệm Câu 2: Tính thuận nghịch của sự truyền sáng là gì? 1 Câu 3:Xây dựng biểu thức n12 n21 Câu 4: Tính thuận nghịch của sự truyền sáng có biểu hiện ở sự truyền thẳng ánh sáng và phản xạ ánh sáng không? Phiếu học tập số 4 Bài toán:Chiếu một tia sáng đi từ nước có chiết suất là n = 4/3 tới mặt phân cách giữa nước và không khí. Tính góc khúc xạ trong hai trường hợp: a.Góc tới bằng 300 b.Góc tới bằng 600 Phiếu học tập số 5 Câu 1:Chiếu chùm tia sáng hẹp từ khối bán trụ trong suốt vào không khí.Nhận xét về hiện tượng quan sát được Câu 2:Tăng dần góc tới, quan sát chùm tia khúc xạ, tia phản xạ, nhận xét về hiện tượng quan sát được và hoàn thành bảng sau: Góc tới Chùm tia khúc xạ Chùm tia phản xạ (tăng dần) (Góc lệch, độ sáng) (Độ sáng) 0 Câu 3: Khi góc i tăng thì góc r cũng tăng, khi r đạt giá trị cực đại 90 thi i đạt giá trị igh gọi là góc giới hạn phản xạ toàn phần (còn gọi là góc tới hạn). Từ biểu thức định luật khúc xạ ánh sáng, hãy xác định giá trị của góc giới hạn phản xạ toàn phần igh ? Câu 4: Khi tăng tiếp tới i >igh thì có tia khúc xạ không? Vì sao? Phiếu học tập số 6 Câu 1: Thế nào là hiện tượng phản xạ toàn phần? Câu 2: Phân biệt hiện tượng phản xạ toàn phần với hiện tượng phản xạ thông thường
4. Câu 3: Điều kiện để có hiện tượng phản xạ toàn phần là gì? Phiếu học tập số 7 Quan sát các hình ảnh sau và trả lời câu hỏi: Câu 1:Tại sao lại thấy chiếc đũa gãy khúc khi để trong ly nước Câu 2:Bắn thế nào để mũi tên trúng con cá? Giải thích? Câu 3:Gấu nhìn thấy cá ở đâu so với vị trí thực tế và cá nhìn thấy gấu ở đâu so với vị trí thực tế? Giải thích Câu 4:Khi đi tắm hồ bơi, trẻ em thường bị hụt nước do thấy đáy hồ cạn hơn so với độ sâu thực. Hãy giải thích hiện tượng trên?
5. Phiếu học tập số 8a Quan sát đường đi của tia sáng trong kính tiềm vọng và trả lời câu hỏi: - Kính tiềm vọng hoặt động dựa vào hiện tượng quang học nào? - Ứng dụng của kính tiềm vọng? Phiếu học tập số 8b HIỆN TƯỢNG ẢO ẢNH QUANG HỌC Ảo ảnh sa mạc: Vào những ngày trời nắng nóng, khi đi trên sa mạc, người lữ hành bỗng thấy phía trước hồ nước trong mát, sóng lăn tăn phía trước, hoặc ốc đảo với bóng những hàng cây xanh ngắt. Nhưng khi đến gần thì hồ nước, ốc đảo biến mất, chỉ còn mặt cát khô cằn. Ảo ảnh này cũng quan sát được khi đi trên đường nhựa vào những ngày nắng nóng, nhìn từ xa ta thấy như có vũng nước trên mặt đường, thậm chí thấy cả bóng của chiếc ô tô đang in trên mặt nước. Ngày 6/10/2020, khoảnh khắc ảo ảnh ngoạn mục này cũng bất ngờ xuất hiện giữa sa mạc Kumtag thuộc khu tự trị Tân Cương, phía tây bắc Trung Quốc, đó là hình ảnh một hồ nước rộng lớn xuất hiện giữa sa mạc khô cằn, mang tới sự ngạc nhiên cho nhiều
6. đoàn khách tham quan. Ảo ảnh đại dương: Ngày 20/12/2006, hàng nghìn người đã đổ về bờ biển Penglai (Trung Quốc) vào năm 2006 để chứng kiến hiện tượng ảo ảnh kỳ lạ: từ trong lớp sương mù đặc quánh, một thành phố hiện đại với những tòa nhà chọc trời, đường sá thênh thang, xe cộ tấp nập dần dần lộ ra, thật và rõ đến ngỡ ngàng. Năm 1840, dân cư trên một hòn đảo nhỏ nước Anh đều nhìn thấy một tòa màu trắng rất đẹp sừng sững, ngạo nghễ đứng trong không trung, qua hiện tượng này mà cư dân nơi đây càng tin tưởng rằng thành phố pha lê trong truyện dân gian Hà Lan là có thật. 17 năm sau, cũng tại chính hòn đảo xa ngàn dặm này, cảnh tượng “thành phố pha lê của Hà Lan” trong truyền thuyết lại xuất hiện thêm một lần nữa và kéo dài tới 3 giờ đồng hồ. Những người đi biển thỉnh thoảng cũng thấy hình ảnh một con tàu đang lơ lửng phía xa trên bầu trời
7. Hãy giải thích các hiện tượng trên? Phiếu trợ giúp phiếu học tập số 8a HIỆN TƯỢNG ẢO ẢNH QUANG HỌC Ảo ảnh là một sự phản chiếu, chỉ có điều tấm gương ở đây không phải là kính, không phải là nước, mà chính là không khí. Nguyên nhân của các ảo ảnh quan sát được trong tự nhiên thường do sự chênh lệch nhiệt độ giữa các lớp không khí gây nên hiệu ứng khúc xạ và phản xạ toàn phần. Có hai loại ảo ảnh như thế: Ảo ảnh sa mạc: Ảo ảnh lộn ngược và nằm dưới vật thật thường được quan sát thấy ở sa mạc, hay trên đường nhựa vào những ngày trời nắng nóng. Nguyên nhân là do sự chênh lệch nhiệt độ của các lớp không khí: mặt đất hấp thụ nhiệt từ các tia sáng mặt trời và bức xạ ngược trở lại không khí khiến cho các lớp không khí ở sát mặt đất (hoặc sát mặt đường) nóng hơn các lớp không khí ở bên trên nó. Khi độ cao tăng nhiệt độ giảm, nên mật độ của lớp không khí bên trên sẽ đậm đặc hơn và độ chiết suất cũng cao hơn. Khi đó tia sáng từ vật qua các lớp không khí bị khúc xạ nhiều lần sẽ có đường đi cong, thoai thoải và hướng xuống dưới. Càng xuống gần mặt
8. đất, do bị khúc xạ, độ lớn của góc tới sẽ tăng dần và đến một lúc nào đó sẽ vượt qua giá trị của góc khúc xạ giới hạn làm xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần, tia sáng bị phản xạ, hướng lên trên, đi đến mắt người quan sát, khiến cho họ như trông thấy bóng của vật hiện lên trên mặt đất. Ví dụ, trời mùa hè nắng nóng, đi trên đường quốc lộ ta cảm thấy mặt đường lấp loáng như mặt nước soi bóng các phương tiện ôtô, xe máy, ; hay những người trên sa mạc thường ảo giác thấy trước mặt là một hồ nước. Ảo ảnh đại dương: là các bóng mờ của các vật thể lớn (như tàu thuyền, hay thậm chí là một dãy núi, một hòn đảo, một thành phố) hiện lên trên bầu trời, trên mặt biển gần bờ. Nguyên nhân của hiện tượng này là do có lớp không khí lạnh nằm sát mặt nước, trong khi các lớp không khí bên trên nó thì nóng hơn do được mặt trời sưởi ấm. Cơ chế xảy ra giống hệt loại thứ nhất, nhưng hướng của tia sáng thì ngược lại. Khi đó, tia sáng từ vật thể lớn, tỉ dụ như con thuyền, đi hướng lên trên, do khúc xạ mà thay vì truyền theo đường thẳng nó đi theo một đường cong với góc tới ngày càng lớn, đến khi lớn hơn góc khúc xạ giới hạn, nó bị phản xạ và hướng xuống đến mắt người quan sát, làm cho người đó như thấy cái bóng lộn ngược của con thuyền trên bầu trời. Phiếu học tập số 8c Giải thích tại sao kim cương lại có màu sắc lấp lánh, rực rỡ? Người ta tạo ra nhiều mặt cho viên kim cương để làm gì?
9. Phiếu trợ giúp phiếu học tập số 8c Chiết suất cao của kim cương, vào khoảng 2,417, lớn hơn so với 1,5 của các thủy tinh thông thường, và lớn hơn chiết suất không khí, khi ánh sáng chiếu vào chúng sẽ xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần liên tiếp bên trong vật. Lúc này, các tia sáng đi theo nhiều góc đến mắt người quan sát làm cho ta thấy chúng sáng lấp lánh. Người ta tạo ra nhiều mặt cho kim cương hay các vật bằng pha lê để làm cho chùm tia tới có nhiều khả năng phản xạ toàn phần dưới các góc tới khác nhau ứng với các mặt khác nhau, làm cho kim cương lóng lánh hơn. Phiếu học tập số 8d Cáp quang là gì? Nêu cấu tạo và một số ứng dụng của cáp quang? Phiếu trợ giúp phiếu học tập số 8d CÁP QUANG Là dây dẫn sáng ứng dụng phản xạ toàn phần để truyền tín hiệu 1. Cấu tạo: - Phần lõi: trong suốt, bằng thuỷ tinh siêu sạch, có chiết suất lớn n1 - Phần vỏ bọc: trong suốt, bằng thủy tinh, có chiết suất n2< n1
10. 2. Công dụng Làm đèn trang trí, đồ chơi Trong thông tin liên lạc: truyền thông tin bằng cáp quang Truyền thông tin bằng cáp quang dưới nước Dịch vụ Internet cáp quang Trong y học: Nội soi b. Các thí nghiệm: - Thí nghiệm phát hiện hiện tượng khúc xạ ánh sáng: cốc nước, que khuấy, hòn sỏi - Thí nghiệm về sự khúc xạ ánh sáng và phản xạ toàn phần: vòng tròn chia độ, khối nhựa bán trụ và chùm laze, nguồn điện, giá đỡ 2. Học sinh - Ôn lại kiến thức vềkhúc xạ ánh sáng đã học ở lớp 9.
11. - SGK, vở ghi bài, giấy nháp. III. TIẾN TRÌNH DẠY HỌC Hoạt động 1:Mở đầu: Làm nảy sinh và phát biểu vấn đề tìm hiểu về hiện tượng khúc xạ ánh sáng a. Mục tiêu: - Kiểm tra kiến thức cũ, chuẩn bị điều kiện xuất phát để nghiên cứu kiến thức mới - Từ kiến thức đã biết về hiện tượng khúc xạ đã học ở lớp 9, kích thích HS tìm hiểu mối quan hệ định lượng của hiện tượng khúc xạ ánh sáng b. Nội dung: Học sinh tiếp nhận vấn đề từ giáo viên c. Sản phẩm: ý kiến của các nhóm. d. Tổ chức thực hiện: Bước thực Nội dung các bước hiện Bước 1 GV tiến hành TN phát hiện hiện tượng khúc xạ ánh sáng, bằng cách cắm que khuấy vào một cốc nước trong. Yêu cầu HS quan sát hiện tượng và nêu nguyên nhân dẫn đến hiện tượng đó Bước 2 Cá nhân quan sát: - Hiện tượng: Que khuấy như bị gãy ở mặt nước - Nguyên nhân: Sự khúc xạ ánh sáng Bước 3 - GV đặt vấn đề: Trong chương trình lớp 9, ta đã bước đầu tìm hiểu hiện tượng khúc xạ ánh sáng. Nêu một vài những hiểu biết của em về hiện tượng khúc xạ ánh sáng? - Sử dụng kĩ thuật KLW + Đề nghị HS động não nhanh và ghi những hiểu biết về hiện tượng khúc xạ ánh sáng vào cột K Cả GV và HS cùng ghi nhận hoạt động này vào cột K. Hoạt động này kết thúc khi HS đã nêu tất cả các kiến thức đã biết về khúc xạ ánh sáng. GV tổ chức cho HS thảo luận về những gì các em đã ghi nhận +Nêu những điều các em muốn biết thêm về hiện tượng khúc xạ ánh sáng ở cột W + Cột L sẽ hoàn thành sau khi HS học xong bài học này K W L - Hiện tượng khúc - Mối quan hệ định xạ ánh sáng là hiện lượng giữa góc tới tượng tia sáng khi đi và góc khúc xạ? từ môi trường trong - Khi nào góc khúc suốt này sang môi xạ lớn hơn góc tới, trường trong suốt khi nào góc khúc xạ khác thì bị gãy khúc nhỏ hơn góc tới giữa mặt phân cách - Có phải cứ chiếu giữa hai môi trường ánh sáng từ môi - Khi tia sáng truyền trường này sang môi
12. từ không khí sang trường kia là xảy ra nước, góc khúc xạ hiện tượng khúc xạ nhỏ hơn góc tới không? Nếu không - Khi tia sáng truyền xảy ra hiện tượng từ nước sang không khúc xạ ánh sáng thì khí, góc khúc xạ lớn xảy ra hiện tượng hơn góc tới gì? Bước 4 GV đặt vấn đề: Ở lớp 9, các em đã tìm hiểu hiện tượng khúc xạ ánh sáng về mặt định tính. Trong bài học này, ta sẽ khảo sát đầy đủ hơn hiện tượng này về mặt định lượng Hoạt động 2: Hình thành kiến thức Hoạt động 2.1: Khảo sát định lượng hiện tượng khúc xạ ánh sáng. Xây dựng định luật khúc xạ ánh sáng a. Mục tiêu: - Thiết kế được phương án TN khảo sát hiện tượng khúc xạ ánh sáng - Phát biểu được định nghĩa hiện tượng khúc xạ ánh sáng - Xây dựng định luật khúc xạ ánh sáng b. Nội dung: Học sinh thực hiện nhiệm vụ theo nhóm hoàn thành yêu cầu dựa trên gợi ý của giáo viên c. Sản phẩm: Sự khúc xạ ánh sáng a. 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 môi trường trong suốt khác nhau. b. Định luật khúc xạ ánh sáng 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 đổi: sin i = hằng số sin r d. Tổ chức thực hiện: Bước thực Nội dung các bước hiện Bước 1 - GV định nghĩa hiện tượng khúc xạ ánh sáng: Khúc xạ ánh sáng là hiện tượng lệch phương của tia sáng khi truyền xiên góc qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt khác nhau - Giới thiệu các khái niệm cơ bản của hiện tượng khúc xạ ánh sáng: SI: Tia tới I: Điểm tới N’IN: pháp tuyến với mặt phân cách tại I IR: Tia khúc xạ
13. IS’: Tia phản xạ i: Góc tới i’: Góc phản xạ. r: Góc khúc xạ Bước 2 - GV giao nhiệm vụ: yêu cầu HS hoàn thành phiếu học tập số 1 - HS thực hiện nhiệm vụ theo nhóm. Trong quá trình hoạt động, HS có thể sử dụng các phiếu trợ giúp hoặc yêu cầu sự trợ giúp của giáo viên nếu thấy cần thiết - GV quan sát và lựa chọn hai nhóm: chính xác nhất, sai sót nhiều nhất, để trình bày trước lớp. - HS các nhóm khác thảo luận, nhận xét, bổ sung và sữa lỗi về câu trả lời của nhóm đại diện. Bước 3 - GV đánh giá kết quả thực hiện nhiệm vụ học tập của học sinh. Tổng kết nội dung kiến thức chính cần nắm: Từ kết quả TN trên, và nhiều thí nghiệm khác, đều thu được kết quả sau đây, gọi là định luật khúc xạ ánh sáng:  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 đổi: sin i = hằng số sin r Hoạt động 2.2: Tìm hiểu về chiết suất tuyệt đối, chiết suất tỉ đối, tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng a. Mục tiêu: - Tìm hiểu về chiết suất tuyệt đối, chiết suất tỉ đối, tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng b. Nội dung: Học sinh thực hiện nhiệm vụ theo nhóm hoàn thành yêu cầu dựa trên gợi ý của giáo viên c. Sản phẩm: Chiết suất của môi trường a. Chiết suất tỉ đối sin i Tỉ số không đổi trong hiện tượng khúc xạ được gọi là chiết suất tỉ đối n của môi sin r 21 trường 2 (chứa tia khúc xạ) đối với môi trường 1 (chứa tia tới): sin i = n sin r 21 Nếu n21> 1 thì r i : Tia khúc xạ lệch xa pháp tuyến hơn. Ta nói môi trường 2 chiết quang kém môi trường 1. b. Chiết suất tuyệt đối Chiết suất tuyệt đối của một môi trường là chiết suất tỉ đối của môi trường đó đối với chân không.
14. n2 Mối liên hệ giữa chiết suất tỉ đối và chiết suất tuyệt đối: n21 = . n1 Công thức của định luật khúc xạ có thể viết dưới dạng đối xứng: n1sini = n2sinr. d. Tổ chức thực hiện: Bước thực Nội dung các bước hiện Bước 1 - GV đặt vấn đề mới cần tìm hiểu: yêu cầu HS hoàn thành phiếu học tập số 2 - Học sinh thực hiện nhiệm vụ theo nhóm - Báo cáo kết quả và thảo luận + Đại diện 1 nhóm trình bày. + Học sinh các nhóm khác thảo luận, nhận xét, bổ sung và sữa lỗi về câu trả lời của nhóm đại diện. - Giáo viên đánh giá kết quả thực hiện nhiệm vụ học tập của học sinh và đưa ra kiến thức chính: sin i Tỉ số không đổi trong hiện tượng khúc xạ được gọi là chiết sin r suất tỉ đối n21 của môi trường 2 (chứa tia khúc xạ) đối với môi trường 1 (chứa tia tới): sin i = n sin r 21  Nếu n21> 1 thì r i : Tia khúc xạ lệch xa pháp tuyến hơn. Ta nói môi trường 2 chiết quang kém môi trường 1. Bước 2 - GV giao nhiệm vụ mới: yêu cầu HS hoàn thành phiếu học tập số 3 - HS thực hiện nhiệm vụ theo nhóm. - GV quan sát và lựa chọn hai nhóm: chính xác nhất, sai sót nhiều nhất, để trình bày trước lớp: - HS các nhóm khác thảo luận, nhận xét, bổ sung và sữa lỗi về câu trả lời của nhóm đại diện. - GV đánh giá kết quả thực hiện nhiệm vụ học tập của học sinh. Tổng kết kiến thức chính: Chiết suất tuyệt đối của một môi trường là chiết suất tỉ đối của môi trường đó đối với chân không. n2 Mối liên hệ giữa chiết suất tỉ đối và chiết suất tuyệt đối: n21 = . n1
15. Công thức của định luật khúc xạ có thể viết dưới dạng đối xứng: n1sini = n2sinr. C1. Viết công thức của định luật khúc xạ với các góc nhỏ ( sinr = 0 và r = 0 Kết luận: Tia sáng truyền vuông góc với mặt phân cách giữa hai môi trường thì truyền thẳng, không bị gãy khúc (tức không bị khúc xạ). C3. Hãy áp dụng công thức của định luật khúc xạ cho sự khúc xạ liên tiếp vào nhiều môi trường có chiết suất n 1, n2, nn và có các mặt phân cách song song với nhau. Nhận xét. Xét ánh sáng truyền lần lượt từ môi trường (1) sang (2), sang (3) cuối cùng là n. Với môi trường (1) và (2): n1sini1 = n2sini2 Với môi trường (2) và (3): n2sini2 = n3sini3 Với môi trường (n – 1) và (n): n(n-1)sini(n-1) = nnsinin Cuối cùng ta được: n1sini1 = n2sini2 = n3sini3 = nnsinin. Nhận xét: Có thể viết tổng quát: nsini = hằng số. về hình thức, cách viết này giống với cách viết của các định luật bảo toàn Tia sáng bị bẻ cong khi truyền liên tiếp qua các môi trường trong suốt khác nhau có chiết suất tăng dần Bước 3 - GV vẽ lại đường truyền của tia sáng trong thí nghiệm khảo sát định luật khúc xạ ánh sáng và GV tiến hành lại TN với vòng tròn chia độ, sao ánh sáng đi theo chiều ngược lại. Yêu cầu HS quan sát TN và về nhà hoàn thành phiếu học tập số 4 - HS hoàn thành phiếu học tập ở nhà Hoạt động 2.3: Tìm hiểu về hiện tượng phản xạ toàn phần a. Mục tiêu:
16. - Mô tả được hiện tượng phản xạ toàn phần và nêu được điều kiện xảy ra hiện tượng này. b. Nội dung: Học sinh thực hiện nhiệm vụ theo nhóm hoàn thành yêu cầu dựa trên gợi ý của giáo viên c. Sản phẩm: Hiện tượng phản xạ toàn phần a. Định nghĩa Phản xạ toàn phần là hiện tượng phản xạ toàn bộ ánh sáng tới, xảy ra ở mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt. b. Điều kiện để có phản xạ toàn phần Ánh sáng truyền từ một môi trường tới một môi trường chiết quang kém hơn. n2  i igh với sinigh = . n1 d. Tổ chức thực hiện: Bước thực Nội dung các bước hiện Bước 1 GV yêu cầu HS hoàn thành bài tập trong phiếu học tập số 4 HS thực hiện nhiệm vụ theo nhóm và báo cáo kết quả: Theo định luật khúc xạ ánh sáng: n1sini =n2sinr n 4 a. i=300: Sinr 1 sini Sinr sin 300 2/3 r 41,800 n2 3 n 4 b. i=600:Sinr 1 sini Sinr sin 600 1,155. Vô lý n2 3 GV đặt vấn đề: Tại sao ta không thể tính được góc khúc xạ ở câu b? Có phải đã không xảy ra hiện tượng khúc xạ ánh sáng ở trường hợp này. Ở tiết trước ta đã khảo sát hiện tượng khúc xạ ánh sáng khi chiếu ánh sáng từ không khí vào khối bán trụ thủy tinh. Khi thay đổi góc tới, ta luôn thu được tia khúc xạ. Bây giờ ta sẽ tiến hành chiếu ánh sáng từ khối bán trụ ra ngoài không khí. Yêu cầu các nhóm làm TN và hoàn thành phiếu học tập số 5 Bước 2 - GV quan sát và lựa chọn hai nhóm: chính xác nhất, sai sót nhiều nhất, để trình bày trước lớp. Dự kiến câu trả lời của HS: Câu 1: Khi chiếu tia sáng tới mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt thì một phần tia sáng bị hắt ngược trở lại (tuân theo định luật phản xạ ánh sáng) và một phần truyền sang môi trường kia (tuân theo định luật khúc xạ ánh sáng) Câu 2: Khi tăng dần góc tới thì góc khúc xạ cũng tăng dần, đến một giá trị nhất định thì thấy tia khúc xạ bị đột ngột đổi hướng, hắt ngược trở lại môi trường chứa tia tới (không còn tia khúc xạ)
17. Câu 3: Xác định giá trị của góc giới hạn phản xạ toàn phần igh : Góc tới Chùm tia khúc xạ Chùm tia (tăng dần) (Góc lệch, độ sáng) phản xạ (Độ sáng) Nhỏ - Lệch xa pháp tuyến so với tia - Rất mờ tới - Rất sáng Có giá trị - Gần như sát mặt phân cách - Rất sáng đặc biệt - Rất mờ igh Có giá trị - Không còn - Rất sáng lớn hơn igh 0 n2 Khi r = 90 : n1 sin igh n2 sin 90 n2 sin gh n1 n1 Câu 4: Khi i igh :sinr sin i 1, điều này là vô lý nên không có n2 tia khúc xạ - HS các nhóm khác thảo luận, nhận xét, bổ sung và sữa lỗi về câu trả lời của nhóm đại diện. Bước 3 - GV đánh giá kết quả thực hiện nhiệm vụ học tập của học sinh và tổng kết nội dung kiến thức chính: Khi i igh , toàn bộ tia sáng tới bị phản xạ ở mặt phân cách. Hiện tượng đó gọi là hiện tượng phản xạ toàn phần Bước 4 - GV giao nhiệm vụ: yêu cầu HS hoàn thành phiếu học tập số 6 - HS thực hiện nhiệm vụ theo nhóm. - GV quan sát và lựa chọn hai nhóm: chính xác nhất, sai sót nhiều nhất, để trình bày trước lớp. - HS các nhóm khác thảo luận, nhận xét, bổ sung và sữa lỗi về câu trả lời của nhóm đại diện. Bước 5 - GV đánh giá kết quả thực hiện nhiệm vụ học tập của học sinh. Tổng kết nội dung kiến thức chính cần nắm: Phản xạ toàn phần là hiện tượng phản xạ toàn bộ ánh sáng tới, xảy ra ở mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt.  Điều kiện để có phản xạ toàn phần + Ánh sáng truyền từ một môi trường tới một môi trường chiết quang kém hơn. n2 + i igh với sinigh = . n1 Hoạt động 3: Luyện tập a. Mục tiêu:
18. HS hệ thống hóa kiến thức chính của bài học b. Nội dung: Học sinh thực hiện nhiệm vụ theo nhóm hoàn thành yêu cầu dựa trên gợi ý của giáo viên c. Sản phẩm: Kiến thức được hệ thống và hiểu sâu hơn các định nghĩa. d. Tổ chức thực hiện: Bước thực Nội dung các bước hiện Bước 1 GV yêu cầu HS: - Hoàn thành bảng KWL ở đầu bài - Các nhóm hoàn thành phiếu học tập số 7 và phiếu học tập số 8 (mỗi nhóm hoàn thành 1 trong 4 phiếu 8a, 8b, 8c, 8d) để tìm hiểu ứng dụng của hiện tượng khúc xạ và phản xạ toàn phần Bước 2 Học sinh thực hiện nhiệm vụ theo nhóm, có thể sử dụng phiếu trợ giúp khi cần thiết Bước 3 GV theo dõi cá nhân và các nhóm học sinh, quan sát vở ghi để phát hiện khó khăn của HS trong quá trình học tập, ghi vào sổ theo dõi những trường hợp cần lưu ý (nếu cần). Bước 4 - GV quan sát và lựa chọn hai nhóm: chính xác nhất, sai sót nhiều nhất, để trình bày trước lớp. Bước 5 - HS các nhóm khác thảo luận, nhận xét, bổ sung và sữa lỗi về câu trả lời của nhóm đại diện. Bước 6 Giáo viên tổng kết đánh giá kết quả thực hiện nhiệm vụ học tập của học sinh Hoạt động 4: Vận dụng a. Mục tiêu: - Giúp học sinh tự vận dụng, tìm tòi mở rộng các kiến thức trong bài học và tương tác với cộng đồng. Tùy theo năng lực mà các em sẽ thực hiện ở các mức độ khác nhau. b. Nội dung: Học sinh thực hiện nhiệm vụ ở nhà theo nhóm hoặc cá nhân c. Sản phẩm: Bài tự làm vào vở ghi của HS. d. Tổ chức thực hiện: Nội dung: - Tìm hiểu thêm một số ứng dụng của hiện tượng khúc xạ và phản xạ Vận dụng kiến toàn phần thức - Làm bài tập trong SGK V. ĐIỀU CHỈNH, THAY ĐỔI, BỔ SUNG (NẾU CÓ)
19. Giáo viên giảng dạy: Lớp dạy: Ngày soạn: Ngày dạy: Tiết 49: BÀI TẬP I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức - Củng cố lại các kiến thức liên quan đến hiện tượng khúc xạ ánh sáng, phản xạ toàn phần 2. Năng lực a. Năng lực chung - Năng lực tự học và nghiên cứu tài liệu. - Năng lực trình bày và trao đổi thông tin. - Năng lực nêu và giải quyết vấn đề. - Năng lực hoạt động nhóm. b. Năng lực đặc thù môn học - Làm được một số bài tập khúc xạ ánh sáng, phản xạ toàn phần - Rèn luyện kĩ năng tính toán và suy luận cho học sinh 3. Phẩm chất - Có thái độ hứng thú trong học tập. - Có ý thức tìm hiểu và liên hệ các hiện tượng thực tế liên quan. - Có tác phong làm việc của nhà khoa học. II. THIẾT BỊ DẠY HỌC VÀ HỌC LIỆU 1. Giáo viên - Game powerpoint: Cùng chăm sóc cây với 12 câu hỏi trắc nghiệm - Phiếu học tập Phiếu học tập Bài tập 1: Một người nhìn xuống đáy một dòng suối thấy hòn sỏi cách mặt nước 0,5m. Hỏi độ sâu thực sự của dòng suối là bao nhiêu nếu người đó nhìn hòn sỏi dưới góc 4 700 so với pháp tuyến của mặt nước. Biết nước có n = 3
20. Bài tập 2: Có ba môi trường (1); (2) và (3). Với cùng góc tới, nếu ánh sáng đi từ (1) vào(2) thì góc khúc xạ là 300, nếu ánh sáng đi từ (1) vào (3) thì góc khúc xạ là 450 a. Hai môi trường (2) và (3) thì môi trường nào chiết quang hơn? b. Tính góc giới hạn phản xạ toàn phần giữa (2) và (3) 2. Học sinh - Ôn lại công thức về khúc xạ ánh sáng, phản xạ toàn phần - SGK, vở ghi bài, giấy nháp III. TIẾN TRÌNH DẠY HỌC Hoạt động 1: Mở đầu: Ôn tập lại kiến thức cũ a. Mục tiêu: Giúp HS nhớ lại công thức, kiến thức của bài học trước để làm các bài tập liên quan b. Nội dung: Học sinh tiếp nhận vấn đề từ giáo viên c. Sản phẩm: d. Tổ chức thực hiện: Bước thực Nội dung các bước hiện Bước 1 GV yêu cầu HS phát biểu định luật khúc xạ ánh sáng và điều kiện xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần Bước 2 HS trả lời câu hỏi để ôn tập lại kiến thức cũ Hoạt động 2: Hình thành kiến thức Hoạt động 2.1: Giải một số bài tập trắc nghiệm thông qua trò chơi: Cùng chăm sóc cây a. Mục tiêu: - Giải một số bài tập trắc nghiệm thông qua trò chơi: Cùng chăm sóc cây b. Nội dung: Học sinh thực hiện nhiệm vụ theo nhóm hoàn thành yêu cầu dựa trên gợi ý của giáo viên c. Sản phẩm: CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM Câu 1. Chiết suất của nước và của thủy tinh đối với một ánh sáng đơn sắc có giá trị lần lượt là 1,333 và 1,532. Chiết suất tỉ đối của nước đối với thủy tinh ứng với ánh sáng đơn sắc này là A. 0,199B. 0,870C. 1,433D. 1,149 Lời giải: nnuoc 1,333 + nnuoc _ thuy tinh 0,870 n thuy tinh 1,532 Chọn đáp án B Câu 2. Chiếu một tia sáng đơn sắc từ không khí tới mặt nước với góc tới 60°, tia khúc xạ đi vào trong nước với góc khúc xạ là r. Biết chiết suất của không khí và của nước đối với ánh sáng đơn sắc này lần lượt là 1 và 1,333. Giá trị của r là A. 37,97°. B. 22,03°. C. 40,52°. D. 19,48°. Lời giải: 0 0 + n1 sin i n2 sinr 1.sin 60 1,333sin r r 40,52 Chọn đáp án C Câu 3. Tia sáng đi từ nước có chiết suất n 1 = 4/3 sang thủy tinh có chiết suất n 2 = 1,5 với góc tới i = 30°. Góc khúc xạ và góc lệch D tạo bởi tia khúc xạ và tia tới lần lượt là A. 27,20 và 2,80 B. 24,20 và 5,80 C. 2,23.108m/sD. 1,5.10 8m/s
21. Lời giải: r n D n1 2 + n1 sin i n2 sin r r arcsin sin i n2 n1 i 4 / 3 0 0 0 0 r arcsin sin 30 D i r 30 26,4 3,6 1,5 Chọn đáp án D Câu 4. Tia sáng truyền trong không khí tới gặp mặt thoáng của chất lỏng có chiết suất n = 3 . Nếu tia phản xạ và tia khúc xạ vuông góc với nhau thì góc tới bằng A. 30°.B. 60°. C. 75°. D. 45°. Lời giải: r 900 i 0 i i/ + n1 sin i n2 sin r  sin i 3 sin 90 i n n1 1;n2 3 1 0 i 60 n2 Chọn đáp án B r Câu 5. Nếu tia phản xạ và tia khúc xạ vuông góc với nhau, mặt khác góc tới là 30° thì chiết suất tỉ đối n21 gần giá trị nào nhất sau đây? A. 0,58. B. 0,71 C. 1,7 D. 1,8 Lời giải: i i/ 0 n sin i + n sin i n sin r r 30  n 2 1 2 r 900 i 600 21 n n1 sin r 1 0 sin 30 n2 n 0,577 r 21 sin 600 Chọn đáp án A Câu 6. Tia sáng truyền trong không khí tới gặp mặt thoáng của chất lỏng có chiết suất n = 1,6. Nếu tia phản xạ và tia khúc xạ hợp với nhau một góc 100° thì góc tới bằng A. 36°. B. 60°. C. 72°. D. 51°. Lời giải: 0 r 180 i 0 i i/ + n1 sin i n2 sin r n 1,n 1,6 sin i 1,6sin 80 i 1 2 n1 0 i 50,96 0 n 100 Chọn đáp án D 2 r Câu 7. Chiếu một tia sáng đơn sắc từ trong nước tới mặt phân cách với không khí. Biết chiết suất của nước và của không khí đối với ánh sáng đơn sắc này lần lượt là 1,333 và 1. Góc giới hạn phản xạ toàn phần ở mặt phân cách giữa nước và không khí đối với ánh sáng đơn sắc này là A. 41,40°. B. 53,12°. C. 36,88°. D. 48,61°. Lời giải: nnho 1 0 + sin igh igh 48,61 nlon 1,333 Chọn đáp án D Câu 8. Biết chiế suất của thủy tinh là 1,5, của nước là 4/2. Góc giới hạn phản xạ toàn phần khi ánh sáng truyền từ thủy tinh sang nước: A. 46,80 B. 72,50 C. 62,70 D. 41,80 Lời giải: nnho 4 / 3 0 + sin igh igh 62,7 nlon 1,5 Chọn đáp án C
22. Câu 9. Một chùm tia sáng hẹp SI truyền trong mặt phẳng tiêt diện vuông góc của một khối trong suốt, đặt trong không khí, tam giác ABC vuông tại A với AB = 1,2AC, như hình vẽ. Tia sáng phản xạ toàn phần ở mặt AC. Trong điều kiện đó, chiết suất n của khối trong suốt có giá trị như thế nào? A. n > l,4. B. n 1,3. Lời giải: AB + tan 1,2 50,190 AC + Vì SI  BC nên tia sáng truyền thẳng đện với góc tới I = 50,190 nnho 1 + Vì tại J phản xạ toàn phần nên: sin sinigh nlon n 1 1 n 1,3 sin i sin 50,190 Chọn đáp án D Câu 10. Một khối bán trụ trong suốt có chiết suất n = 1,414, đặt trong không khí. Một chùm tia sáng hẹp nằm trong một mặt phẳng của tiết diện vuông góc, chiếu tới khối bán trụ như hình vẽ. Chọn phương án đúng. A. khi α = 60° thì tia khúc xạ ra ngoài không khí với góc khúc xạ 30°. B. khi α = 45° thì tia khúc xạ ra ngoài không khí với góc khúc xạ 60°. C. khi α = 60° thì tia khúc xạ đi là là trên mặt phân cách. D. khi α = 30° thì xảy ra hiện tượng phản xạ toàn tại 0. Lời giải: sin i n + 2 sin r 1,414sin 900 sin r n1 600 r 44,990 0 0 + 45 r 89 0 30 r Chọn đáp án D d. Tổ chức thực hiện: Bước thực Nội dung các bước hiện Bước 1 GV chia lớp thành 2 đội và thông qua luật chơi: Có 10 câu hỏi trắc nghiệm. Mỗi câu hỏi đưa ra, đội nào giơ tay giành quyền trả lời trước sẽ được trả lời, nếu câu trả lời đúng sẽ thực hiện được 1 nhiệm vụ chăm sóc cây và cây sẽ phát triển cành là, nếu trả lời sai đội còn lại được quyền trả lời, sau hai lượt mà không có đội trả lời đúng thì GV đưa ra đáp án đúng và chuyển sang câu hỏi khác. Sau 10 câu trắc nghiệm, cây của đội nào tốt hơn là đội chiến thắng. Bước 2 Các đội chơi lần lượt trả lời các câu hỏi Bước 3 Sau mỗi câu hỏi, GV giải thích nhanh đáp án cho HS. Bước 4 Kết thức 10 câu hỏi, GV thông báo đội giành chiến thắng và có hình
23. thức tuyên dương, khen thưởng (tuyên dương trước lớp, một tràng pháo tay, điểm cộng, ) Hoạt động 2.2: Giải bài tập tự luận về khúc xạ ánh sáng và phản xạ toàn phần a. Mục tiêu: b. Nội dung: Học sinh thực hiện nhiệm vụ theo nhóm hoàn thành yêu cầu dựa trên gợi ý của giáo viên c. Sản phẩm: CÂU HỎI TỰ LUẬN Bài tập 1: Một người nhìn xuống đáy một dòng suối thấy hòn sỏi cách mặt nước 0,5m. Hỏi độ sâu thực sự của dòng suối là bao nhiêu nếu người đó nhìn hòn sỏi dưới góc 700 so 4 với pháp tuyến của mặt nước. Biết nước có n = 3 Lời giải: Xét trường hợp trên khi người này nhìn thep phương vuông góc mặt nước - Tia sáng truyền như hình vẽ: Ánh sáng từ S đến mặt nước và khúc xạ vào mắt => mắt thấy S’ là ảnh của hòn sỏi S * Khi r 700 thì HS’ = 0,5m Theo định luật khúc xạ ánh sáng ta có: sin i n HI kk = ¾ => i = 450 Ta lại có: tanS = tani = sin r nnuoc HS HI tan i HS ' HS '.tan r Và tanS’ = tanr = => HS = 1,37m HS ' tan r HS tan i Vậy hòn sỏi cách mặt nước 1,37m * Khi nhìn vuông góc sin i i n 3 tan i i HS ' Ta có: kk (1) Và (2) sin r r nnuoc 4 tan r r HS Từ (1) và (2) => HS = nHS’ = 0,667m Bài tập 2: Có ba môi trường (1); (2) và (3). Với cùng góc tới, nếu ánh sáng đi từ (1) vào(2) thì góc khúc xạ là 300, nếu ánh sáng đi từ (1) vào (3) thì góc khúc xạ là 450 a. Hai môi trường (2) và (3) thì môi trường nào chiết quang hơn? b. Tính góc giới hạn phản xạ toàn phần giữa (2) và (3) Lời giải: a. 0 - Ánh sáng truyền từ 1 sang 2: n1 sini n2 sin30 2 n sin 450 - Ánh sáng truyền từ (1) sang (3) n sin i n sin 450 => 2 2 2 1 3 0 1 n3 sin 30 2 => (2) chiết quang hơn (3) 0 sin30 1 0 b. Góc giới hạn phản xạ toàn phần: sin i =>igh 45 gh sin450 2 d. Tổ chức thực hiện: Bước thực Nội dung các bước hiện Bước 1 GV yêu cầu HS hoàn thành phiếu học tập số 2 Bước 2 Học sinh thực hiện nhiệm vụ theo nhóm Bước 3 GV quan sát, theo dõi, hỗ trợ HS khi cần thiết
24. Bước 4 - GV quan sát và lựa chọn hai nhóm: chính xác nhất, sai sót nhiều nhất, để trình bày trước lớp. - HS các nhóm khác thảo luận, nhận xét, bổ sung và sữa lỗi về câu trả lời của nhóm đại diện. Bước 5 GV tổng kết đánh giá kết quả thực hiện nhiệm vụ học tập của HS Hoạt động 4: Vận dụng a. Mục tiêu: - Tự mình có thể dựng một bài tập đơn giản để đố các bạn và tự mình đưa ra hướng giải cho các bạn. - Giúp học sinh tự vận dụng, tìm tòi mở rộng các kiến thức trong bài học và tương tác với cộng đồng. Tùy theo năng lực mà các em sẽ thực hiện ở các mức độ khác nhau. b. Nội dung: Học sinh thực hiện nhiệm vụ ở nhà theo nhóm hoặc cá nhân c. Sản phẩm: Bài tự làm vào vở ghi của HS. d. Tổ chức thực hiện: Nội dung : Từ nội dung bài tập và phương pháp giải bài tập ở phiếu học tập số 2, Rèn khả năng hay tự ra đề 1 bài tập tương ứng cùng dạng với bài tập đó (kèm ra đề hướng giải) V. ĐIỀU CHỈNH, THAY ĐỔI, BỔ SUNG (NẾU CÓ)