Giáo án môn Vật lý 10 - Tiết 40: Sự khúc xạ ánh sáng

Giáo án: Tiết 40 Tên bài: Sự khúc xạ ánh sáng. Ngày soạn 1/12/2005 Ngày dạy: 6/12/2005 A. Mục đích yêu cầu 1. Kiến thức : Các khái niệm về hiện tượng khúc xạ ánh sáng, tia khúc xạ, góc khúc xạ, chiết suất tỷ đối , chiết suất tuyệt đối. Nội dung và biểu thức định luật khúc xạ ánh sáng. Hệ thức giữa chiết suất tỷ đối và chiết suất tuyệt đối, giữa chiết suất tuyệt đối và vận tốc truyền ánh sáng trong môi trường, ý nghĩa chiết suất tuyệt đối. 2. Kỹ năng tư duy: Vận dụng định luật khúc xạ ánh sáng giải những bài tập đơn giản lập luận suy luận từ thực nghiệm. 3. Giáo dục tư tưởng – KTTH: Thế giới quan duy vật biện chứng ánh sáng truyền qua mặt phân cách hai môi trường bị gẫy khúc. 4. Kiến thức trọng tâm: Hiện tượng và định luật khúc xạ ánh sáng, chiết suất tuyệt đối, tỷ đối và ý nghĩa của chiết suất tuyệt đối. B. Chuẩn bị, phương pháp: 1. Chuẩn bị của giáo viên: Thí nghiệm ( SGK ), bài tập củng cố. 2. Chuẩn bị của học sinh: Ôn lại định luật phản xạ ánh sáng. 3. Phương pháp: Thí nghiệm trực quan, vấn đáp, diễn dịch, phát huy tính tích cực của học sinh. C. Tiến trình lên lớp 1. Tổ chức: kiểm tra sĩ số 2. Kiểm tra bài cũ: Nhắc lại hiện tượng và định luật khúc xạ ánh sáng (2 phút) 3. Bài mới. T/g Ghi bảng Hoạt động của thầy và trò 4 3 5 7 2 8 8 Tiết 40: Sự khúc xạ ánh sáng 1. Hiện tượng khúc xạ ánh sáng a. Thí nghiệm (SGK) - Dụng cụ thí nghiệm (SGK) - Tiến hành thí nghiệm. - Kết quả: b. Định nghĩa (SGK) N KK (1) S i I r H20 (2) N! K - Chú ý: + IK là tia khúc xạ + = i: góc tới + = r: góc khúc xạ + Mặt phẳng chứa SI và pháp tuyến IN: Mặt phẳng tới 2. Định luật khúc xạ ánh sáng a. Các thí nghiệm: + Thí nghiệm 1: (SGK) Kết quả: Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới và ở phía bên kia pháp tuyến so với tia tới. + Thí nghiệm 2: (SGK) Kết quả: -Khi i tăng thì r tăng và ngược lại. - Đối với một cặp môi trường trong suốt nhất định thì: , hằng số này phụ thuộc vào bản chất hai môi trường. b. Định luật khúc xạ ánh sáng ( SGK). + Biểu thức là chiết suất tỉ đối của môi trường 2 chứa tia khúc xạ đối với môi trường 1 chứa tia tới. c. Chú ý + Nếu r < i môi trường 2 chiết quang hơn môi trường 1. + Nếu r > i môi trường 2 chiết quang kém hơn môi trường 1. + Nếu r = i hai môi trường là đồng tính. + Nếu i = 0 r = 0 tia sáng vuông góc với mặt phân cách thì truyền thẳng + Theo nguyên lý thuận nghịch: 3. Chiết suất tuyệt đối a. Định nghĩa: (SGK) nck = 1 - Vì nkk 1 coi chiết suất tuyệt đối của một môi trường là chiết suất của môi trường đó với không khí gọi là chiết suất (n1, n2,) b. Chiết suất tỷ đối: hoặc c. Quan hệ giữa chiết suất tuyệt đối và vận tốc truyền ánh sáng Nếu môi trường 1 là chân không thì , (m/s) hay + ý nghĩa chiết suất tuyệt đối (SGK) - Đặt vấn đề: Chúng ta biết rằng khi chiếu chùm tia sáng đến mặt phân cách giữa hai môi trường xảy ra hiện tượng: một phần tia sáng đổi hướng quay trở lại môi trường cũ nó tuân theo định luật phản xạ ánh sáng, phần còn lại chùm tia sáng đi qua mặt phân cách giữa hai môi trường. Vậy tia sáng này truyền đi tuân theo quy luật nào. Trong tiết này thầy trò chúng ta cùng nghiên cứu. + GV: Để thấy hiện tượng khúc xạ ánh sáng thầy trò chúng ta cùng nhau làm thí nghiệm. + GV: Giới thiệu thí nghiệm (SGK). Nguồn phát ánh sáng cho ta chùm tia sáng hẹp coi là tia sáng. + GV: Sau đây thầy làm thí nghiệm cho các em quan sát hiện tượng xảy ra. + GV: Chiếu tia sáng vào mặt nước (tại điểm tới I) các em nhìn thấy một phần tia sáng đi vào trong nước. Hãy cho thầy biết phương truyền của tia sáng này so với tia sáng ngoài không khí? + HS: Tia sáng đi qua mặt nước đổi phương truyền so với phương ban đầu. + GV: Đó cũng là kết quả thí nghiệm. Tia sáng bị gãy khúc hay bị đổi hướng tại mặt phân cách. + GV: Kết quả thí nghiệm cũng xảy ra tương tự trường hợp nếu ta chiếu tia sáng qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt khác. Người ta gọi hiện tượng này là hiện tượng khúc xạ ánh sáng. + GV: Các em cho thầy biết thế nào là hiện tượng khúc xạ ánh sáng? +HS: Là hiện tượng tia sáng truyền qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt thì tia sáng bị gãy khúc. + GV: Hiện tượng có trong sách giáo khoa, gọi một học sinh đứng lên đọc. +GV: Hiện tượng xảy ra trong thí nghiệm thầy mô tả bằng hình vẽ trên bảng. Tia sáng đi vào trong nước bị lệc về phía đáy bể nước. +GV: Vẽ hình và giải thích các khái niệm. SI: là tia tới. I : là điểm tới (HS đã biết) IK: là tia khúc xạ Đường thẳng NN’ đi qua điểm I và vuông góc với mặt phân cách gọi là pháp tuyến. Mặt phẳng chứa SI và IN là mặt phẳng tới (mặt phẳng chứa tia tới và pháp tuyến của nó) GV: Như vậy chúng ta đã tìm hiểu về hiện tượng khúc xạ ánh sáng. Chúng ta sẽ đi tìm hiểu mối quan hệ giữa tia tới và tia khúc xạ. Chúng ta sang phần 2 và tiến hành làm các thí nghiệm sau: * Dụng cụ thí nghiệm (như trên) + GV: Trong thí nghiệm 1 chúng ta tìm mặt phẳng chứa tia khúc xạ và tia khúc xạ nằm ở phía bên nào pháp tuyến so với tia tới. * Thí nghiệm 1: + GV: Chiếu một tia tới là là mặt phẳng bảng vào điểm tới I trên mặt phân cách. Các em quan sát và cho thầy biết tia khúc xạ có nằm trong mặt phẳng bảng không? HS: Tia khúc xạ cũng nằm trong mặt phẳng bảng. +GV: Điều này khẳng định tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới và chúng ta còn thấy tia chúc xạ và tia tới nằm ở hai phía của pháp tuyến. +GV: Ta kiểm tra lại: Nếu thầy thay đổi tia tới sang phía bên kia pháp tuyến, các em quan sát cho biết khi đó tia khúc xạ ở phía bên nào pháp tuyến so với tia tới? +HS: Tia khúc xạ và tia tới nằm ở hai phía của pháp tuyến. +GV: Qua đây có kết quả thí nghiệm 1 và chuyển sáng thí nghiệm 2. +GV: Trong thí nghiệm 2 này chúng ta phải tìm mối quan hệ giữa góc khúc xạ r và góc tới i. +GV: Để thấy được mối quan hệ giữa i và r thầy làm thí nghiệm thay đổi góc tới để xem góc khúc xạ có thay đổi không và thây đổi như thế nào? - Chọn góc tới i = 300 thì r = ? HS: r = 220. GV: Chọn góc tới i = 600 thì r = ? HS: r = 400. GV: Chọn i = 450 thì r = ? HS: r = 320. +GV: Qua kết quả thí nghiệm hãy cho biết quan hệ giữa i và r. + HS: Khi i tăng thì r cũng tăng và ngược lại. + GV: Nếu để ý ta thấy quan hệ r và i không phải là quan hệ tỉ lệ. Hãy lập cho thầy tỉ số: và dùng máy tính bấm ứng với i = 300 và r = 220, i = 600 thì r = 400. + HS: , +GV: Từ thí nghiệm đo chính xác góc i và r, và lập tỉ số giữa từng lần làm thí nghiệm thì ta thấy: . Bỏ qua sai số thì + GV: Nhiều thí nghiệm chính xác khác cho thấy một kết quả tương tự. Nếu ta thay cặp môi trường trong suốt khác thì nhưng số không đổi này khác đối với cặp môi trường trong suối khác, tức là số không đổi này có phụ thuộc vào bản chất của hai môi trường. +GV: Thực ra các thí nghiệm này được tiến hành từ rất xa xưa dựa vào kết quả đo chính xác góc tưói và góc khúc xạ và chứng minh bằng lý thuyết các nhà khoa học đã rút ra định luật: khúc xạ ánh sáng ánh sáng. Định luật gồm hai phần tương ứng với hai kết quả thí nghiệm. + GV: Hãy phát biểu định luật khúc xạ ánh sáng? +HS: Trả lời. +GV: Nội dung định luật trong sách giáo khoa. Gọi một học sinh đọc. Giáo viên nhắc lại nội dung định luật. +GV: Từ kết quả thí nghiệm và định luật khúc xạ ánh sáng của một số cặp môi trường: VD1: ánh sáng truyền từ không khí vào nước thì: nnước – không khí = 1,3333 VD2: (SGK) +GV: Qua nội dung định luật khúc xạ ánh sáng ta có một số chú ý sau: +GV: Khi một góc thì sin là hàm số đồng biến. Nếu > 1,em hãy so sánh ivà r? +HS: > 1 thì r < i +GV:Nếu < 1, em hãy so sánh i và r? +HS: < 1 thì r < i +GV: Khi = 1 thì i = r hai môi trường là đồng chất Khi i = 0 tức là tia tới vuông góc với mặt phân cách giữa hai môi trường. Thầy làm thí nghiệm các em quan sát và nhận xét góc r. +HS: r = 0 và tia sáng truyền thẳng +GV: Giả sử ta chiếu tia tới theo đường KI. Dựa vào nguyên lý thuận nghịch chiều truyền ánh sáng cho thầy biết tia khúc xạ đi theo đường nào, góc khúc xạ bằng bao nhiêu. +HS: Tia khúc xạ đi theo đường SI và góc khúc xạ bằng i khi góc tới bằng r. +GV: Các em hãy lập biểu thức định luật khúc xạ ánh sáng trong trường hợp này. +HS: +GV: Thầy trò chúng ta tiếp tục nghiên cứu phần 3. +GV: Định nghĩa có trong SGK, gọi một học sinh đọc. +GV: Dưới đây ta có ghi chiết suất của một số chất, trong đó nkhông khí cho nên trong thực tế các phép tính không cần độ chính xác cao, coi chiết suất tuyệt đối của một môi trường là chiết suất của nó đối với không khí. +GV: Ngoài ra còn có khái niệm chiết suất tỉ đối. +GV: Dựa vào bản chất của ánh sáng Huyghen chứng minh được chiết suất tuyệt đối tỉ lệ nghịch với vận tốc truyền ánh sáng trong môi trường đó. +GV: Nếu môi trường 1 là chân không , . Dựa vào biểu thức trên hãy tìm theo và c và nêu ý nghĩa của chiết suất tuyệt đối. +HS: cho biết là lần. +GV: Vì vận tốc ánh sáng trong chân không là lớn nhất . +HS: Đọc ý nghĩa trong SGK 4. Củng cố: ( 6 phút ) - Giáo viên nhắc lại cho học sinh: + Hiện tượng khúc xạ ánh sáng, định luật khúc xạ ánh sáng. + Chiết suất tỷ đối, tuyệt đối, hệ thức giữa hai chiết suất này. + Hệ thức chiết suất và vận tốc ánh sáng, ý nghĩa của chiết suất tuyệt đối. - Bài tập trắc nghiệm. 5. Hướng dẫn về nhà: Bài tập 6 / 125. D. Rút kinh nghiệm