Giáo án thực tập giảng dạy Vật lí 11 - Bài 27 - Phản xạ toàn phần

SỞ GD&ĐT TỈNH KHÁNH HÒA TRƯỜNG THPT HÀ HUY TẬP ---------™& ˜---------- GIÁO ÁN THỰC TẬP GIẢNG DẠY – NĂM HỌC 2012-2013 (Khóa 32, hệ đại học chính quy, Trường Đại học Quy Nhơn – Năm học 2011-2012) Họ tên GV hướng dẫn : TRƯƠNG THỊ NGỌC THANH Họ tên SV thực tập : PHAN THỊ HỒNG DIỄM SV trường đại học : QUY NHƠN Lớp TT giảng dạy :11 Buổi học : Sáng Bài 27 PHẢN XẠ TOÀN PHẦN I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức - Định nghĩa hiện tượng phản xạ toàn phần. Nêu được điều kiện để có hiện tượng phản xạ toàn phần. - Nêu được ứng dụng của hiện tượng phản xạ toàn phần: Sợi quang và cáp quang. 2. Kĩ năng - Rèn luyện kĩ năng quan sát, lập luận - Vận dụng hiện tượng phản xạ toàn phần giải thích các hiện tượng liên quan và làm bài tập. II. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên - Các thí nghiệm mô phỏng về hiện tượng phản xạ toàn phần và đường đi của tia sáng trong sợi quang học. - Các hình ảnh về ứng dụng của cáp quang và một số hiện tượng tự nhiên liên quan đến hiện tượng phản xạ toàn phần 2. Học sinh: Ôn lại các kiến thức về khúc xạ ánh sáng. III. TIẾN TRÌNH DẠY HỌC Hoạt động 1: Kiểm tra bài cũ, chuẩn bị điều kiện xuất phát (5 phút). Hoạt động của GV Hoạt động của HS * Kiểm tra bài cũ: Bài toán. Một tia sáng chiếu từ thuỷ tinh có chiết suất n1=2 ra môi trường không khí. Xác định góc khúc xạ trong các trường hợp góc tới i là: a) i = 30o b) i = 45o c) i = 60o - Vẽ đường truyền của tia sáng khi chiếu từ không khí vào thuỷ tinh, so sánh độ lớn của góc tới i và góc khúc xạ r. vì sao em lại vẽ được như vậy? * Đặt câu hỏi nêu vấn đề: - Tại sao khi tăng góc tới lên bằng 600 thì ta không tính được góc khúc xạ? - Ta đã biết một tia sáng khi tới mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt sẽ bị khúc xạ và đi vào môi trường thứ hai. Có phải lúc nào cũng xảy ra trường hợp này không? Vào những buổi trưa hè nắng nóng, khi di trên đường nhìn từ xa chúng ta thấy có những loáng nước nhưng khi lại gần thì mặt đường vẫn khô ráo? Vì sao vậy? Bài học hôm nay sẽ giúp các em giải thích hiện tượng này. Bài 27 PHẢN XẠ TOÀN PHẦN a) r = 45o b) r = 90o c) sin r > 1 ® không xác định được góc r Hoạt động 2: Tìm hiểu hiện tượng phản xạ toàn phần (25 phút). HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH NỘI DUNG GHI BẢNG - Xét trường hợp thứ nhất: n1 < n2 ở bài khúc xạ ánh sáng ta đã biết khi chiếu tia sáng từ môi trường có chiết suất nhỏ hơn sang môi trường có chiết suất lớn hơn ta luôn có tia khúc xạ đi vào môi trường thứ hai. Yêu cầu học sinh chứng minh. (2 phút) - Kết luận: Trong trường hợp ánh sáng đi từ môi trường có chiết suất nhỏ hơn sang môi trường có chiết suất lớn hơn, ta luôn có tia khúc xạ trong môi trường thứ 2. - Xét trường hợp thứ 2: n1 > n2 Quay lại hình vẽ kiểm tra bài cũ. Dựa vào tính thuận nghịch của chiều truyền ánh sáng nếu bây giờ cô chiếu tia sáng theo chiều ngược lại, tức là từ thuỷ tinh ra không khí thì r và i góc nào sẽ lớn hơn? Cho HS xem thí nghiệm về hiện tượng phản xạ toàn phần. - Chiếu qua thí nghiệm một lần cho học sinh quan sát. - Vì sao tia sáng từ không khí vào mặt cong của bán trụ thuỷ tinh theo phương bán kính lại truyền thẳng? Vì sao tia sáng truyền đến mặt phân cách thứ hai (mặt phẳng) của bán trụ và không khí lại bị gãy khúc? Quan sát hiện tượng xảy ra tại mặt phẳng của bán trụ. - Chiếu lại thí nghiệm cho học sinh quan sát. - Khi tia sáng tới mặt phân cách giữa hai môi trường xảy ra các hiện tượng gì? - Thông báo: Tia sáng tới mặt lưỡng chất có một phần bị phản xạ, phần kia bị khúc xạ vào môi trường 2. Hiện tượng phản xạ này gọi là phản xạ một phần. - Hãy nhận xét sự thay đổi của góc khúc xạ khi cô tăng dần góc tới. - Khi r = 900 thì góc tới i đạt một giá trị giới hạn gọi là góc giới hạn phản xạ toàn phần, và được kí hiệu là igh. Có nhận xét gì về cường độ tia khúc xạ và phản xạ? - Khi i = igh tia khúc xạ rất mờ và đi là là ở mặt phân cách còn tia phản xạ rất sáng. - Khi i > igh thì xảy ra hiện tượng gì? - Thông báo: Khi i > igh không thể quan sát thấy hiện tượng khúc xạ của tia sáng tại mặt phân cách hai môi trường trong suốt, toàn bộ tia sáng bị phản xạ, không có tia khúc xạ vào môi trường (2). Hiện tượng này được gọi là hiện tượng phản xạ toàn phần. - Từ thí nghệm và những nhận xét trên, các em hiểu thế nào là hiện tượng phản xạ toàn phần. - Yêu cầu hs phát biểu định nghĩa hiện tượng phản xạ toàn phần SGK. - Vậy hiện tượng phản xạ toàn phần xảy ra khi nào? - Thông báo: Khi i = igh , tia khúc xạ nằm sát với mặt phân cách giữa hai môi trường và có cường độ sáng rất yếu so với tia phản xạ. Đây được xem là trường hợp giới hạn và có thể coi là bắt đầu có hiện tượng phản xạ toàn phần. - Khi i = igh thì r = 900, hãy thiết lập biểu thức tính góc giới hạn phản xạ toàn phần. - Vậy điều kiện để xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần là gì? -Vận dụng: Câu 1: Hãy tính góc giới hạn phản xạ toàn phần trong các trường hợp sau: a) Khi tia sáng truyền từ nước (nnước = 1,33) vào không khí. b) Khi tia sáng truyền từ thủy tinh (ntt = 1,5) vào nước. Định luật KXAS: → Khi i = 90o thì r < 900 vậy khi n1 < n2 ta luôn có tia khúc xạ đi vào môi trường thứ hai. r > i - Quan sát thí nghiệm. - Khi i = 0o ® r = 0o ® tia sáng vuông góc với mặt phân cách giữa hai môi trường và truyền thẳng vào môi trường (2). Còn khi tia sáng truyền trong môi trường thuỷ tinh đến mặt phân cách của nó với không khí không vuông góc với mặt phân cách nên bị gãy khúc. + Tia sáng tới mặt lưỡng chất có một phần bị phản xạ, phần kia bị khúc xạ vào môi trường 2. + Tăng i thì r cũng tăng và i luôn nhỏ hơn r - Trả lời: Khi i = igh tia khúc xạ rất mờ còn tia phản xạ rất sáng. - Trả lời: Khi i > igh không thể quan sát thấy hiện tượng khúc xạ của tia sáng tại mặt phân cách hai môi trường trong suốt, toàn bộ tia sáng bị phản xạ, không có tia khúc xạ vào môi trường (2). -Là hiện tượng phản xạ toàn bộ tia sáng lại môi trường cũ. - HS phát biểu định nghĩa - Trả lời: Hiện tượng phản xạ toàn phần xảy ra khi tia sáng đi từ môi trường có chiết suất lớn sang môi trường có chiết suất bé hơn với góc tới lớn hơn góc tới giới hạn. - Áp dụng định luật KXAS n1sin igh = n2sin 900 ® - Trả lời: + Môi trường tới chiết quang hơn môi trường khúc xạ. + Góc tới lớn hơn hoặc bằng góc tới giới hạn: i ³ igh Với: -HS lên làm bài tập. a) igh = 48o36’ b) igh = 62o27’ 1. Hiện tượng phản xạ toàn phần a) Sự truyền ánh sáng vào môi trường chiết quang hơn ( n1 < n2 ) + Kết luận: trong trường hợp ánh sáng đi từ môi trường có chiết suất nhỏ hơn sang môi trường có chiết suất lớn hơn, ta luôn luôn có tia khúc xạ trong môi trường thứ hai. b) Sự truyền ánh sáng vào môi trường chiết quang kém hơn ( n1 > n2 ) + Khi i tăng thì r tăng, i < r. + Khi r = rmax = 900, góc tới i = igh gọi là góc tới giới hạn (góc giới hạn): tia khúc xạ rất mờ và đi là là trên mặt phân cách giữa hai môi trường. + Khi i > igh: Không có tia khúc xạ trong môi trường thứ hai, tia tới bị phản xạ hoàn toàn. Hiện tượng này được gọi là hiện tượng phản xa toàn phần. c. Định nghĩa: Phản xạ toàn phần là hiện tượng phản xạ toàn bộ tia sáng tới, xảy ra ở mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt. d) Điều kiện xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần n1 > n2, i ≥ igh với sinigh= n2/n1 Hoạt động 3: Tìm hiểu một số ứng dụng của hiện tượng phản xạ toàn phần (10 phút). Đặt vấn đề: hiện tượng phản xạ toàn phần được ứng dụng rất nhiều trong đời sống và kĩ thuật, một trong những ứng dụng quan trọng nhất của hiện tượng này là việc chế tạo ra sợi quang. Để biết sợi quang có cấu tạo như thế nào và được dùng để làm gì chúng ta qua phần 2. ứng dụng của hiện tượng phản xạ toàn phần. HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HOC SINH NỘI DUNG GHI BẢNG - Sợi quang là một loại dây trong suốt có tính dẫn sáng nhờ hiện tượng phản xạ toàn phần. - Cho HS xem các hình ảnh của sợi quang và mô hình mặt cắt ngang của sợi quang. - giới thiệu cấu tạo sợi quang. - Cho HS xem mô phỏng về đường truyền của tia sáng trong sợi quang học. - Đặt câu hỏi: Ánh sáng được dẫn qua sợi quang nhờ hiện tượng nào? - Đặt câu hỏi: Để xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần bên trong lõi sợi quang thì các chiết suất n1 và n2 phải thõa mãn điều kiện gì? - Đặt câu hỏi: Ánh sáng được truyền như thế nào trong sợi quang? (mô tả đường đi của tia sáng trong sợi quang) - Đánh giá và hoàn chỉnh câu trả lời của HS. - Thông báo: Nhiều sợi quang như vậy được ghép với nhau tạo thành những bó. Những bó này lại được ghép và hàn nối với nhau tạo thành những cáp quang. Có thể có tới 3 000 sợi trong một tiết diện chỉ khoảng 1 cm2. + Trong y học cáp quang được dùng để quan sát các bộ phận bên trong cơ thể. Đó là phương pháp nội soi. + Trong CNTT cáp quang được dùng để truyền dẫn các dữ liệu. So với cáp kim loại thì cáp quang có nhiều ưu điểm nổi trội như: + Truyền được dung lượng tín hiệu rất lớn. + Ít bị nhiễu bởi trường điện từ ngoài. - Thông báo: Ngoài ra dựa vào hiện tượng phản xạ toàn phần có thể giải thích một số hiện tượng trong thực tế. - Cho học sinh xem một số hình ảnh về hiện tượng ảo ảnh và yêu cầu học sinh giải thích. - Tiếp thu ghi nhớ. - Trả lời: + Nhờ hiện tượng phản xạ toàn phần. + n1 > n2 + Tia SI khúc xạ vào lõi sợi quang, tia khúc xạ tới mặt tiếp xúc giữa lõi và vỏ tại I1 dưới góc tới i lớn hơn góc tới giới hạn và bị phản xạ toàn phần. Hiện tượng như vậy được lặp lại nhiều lần liên tiếp tại các điểm I2 , I3 ... Sau một loạt phản xạ như vậy, tia sáng được dẫn qua sợi quang mà cường độ ánh sáng bị giảm không đáng kể. - Quan sát và liên hệ thực tế và giải thích. 2. Ứng dụng hiện tượng phản xạ toàn phần a) Sợi quang Cấu tạo: Gồm hai phần chính: + Lõi: Làm bằng thủy tinh siêu sạch hoặc chất dẻo trong suốt có chiết suất n1. + Vỏ: có chiết suất n2 bao bọc quanh lõi. b) Cáp quang: là những bó sợi quang ghép nối, hàn gắn với nhau mà thành. + Trong y học:Cáp quang dùng trong phép nội soi + Trong công nghệ thông tin: Dùng để truyền tin tức. Ưu điểm: Dung lượng tín hiệu lớn. Ít bị nhiễu bởi các điện từ trường ngoài. Hoạt động 4: Củng cố bài học và giao nhiệm vụ học tập (5 phút). Hoạt động của GV Hoạt động của HS - hãy giải thích tại sao trong trường hợp c) phần kiểm tra bài cũ ta không xác định được góc khúc xạ. - Giao nhiệm vụ về nhà: + Bài tập SGK + Bài tập trong SBT. + Ôn tập lại các kiến thức về khúc xạ và phản xạ toàn phần để chuẩn bị cho bài sau. - Do i = 60o > igh nên tia sáng bị phản xạ toàn phần, do đó không có tia khúc xạ đi vào môi trường 2 - Nhận nhiệm vụ học tập. Nha Trang, ngày 4 tháng 3 năm 2013 Giáo viên hướng dẫn Trương Thị Ngọc Thanh