Giáo án Vật lí 11 cơ bản - Chương VI - Khúc xạ ánh sáng - Trường THPT Thu Xà

Trường: THPT Thu Xà Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Văn Vỹ Giáo viên tập sự: Đỗ Thị Mỹ Tâm Ngày soạn: 1/ 3/ 2009 Ngày giảng: 3/ 3/ 2009 Lớp dạy: 11B10 Tiết: 51 CHƯƠNG VI KHÚC XẠ ÁNH SÁNG Bài 26 KHÚC XẠ ÁNH SÁNG I. Mục tiêu 1. Kiến thức - Phát biểu được khái niệm khúc xạ ánh sáng. - Phát biểu được nội dung định luật khúc xạ ánh sáng. - Trình bày được khái niệm chiết suất tuyệt đối và chiết suất tỉ đối. Viết được hệ thức giữa chiết suất tỉ đối và chiết suất tuyệt đối. - Phát biểu được nội dung về sự truyền thẳng ánh sáng. 2. Kỹ năng - Vẽ được đường truyền tia sáng qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt. - Giải được các bài toán liên quan đến hiện tượng khúc xạ ánh sáng. II. Chuẩn bị 1. Giáo viên - Thí nghiệm về hiện tượng khúc xạ ánh sáng - Chuẩn bị bài giảng - Chuẩn bị phấn màu, thước kẻ - Chuẩn bị bảng 26.1 2. Học sinh - Chuẩn bị bài mới III. Hoạt động dạy học Hoạt động 1: ổn định lớp, kiểm tra sỉ số Hoạt động 2: Đặt vấn đề nhận thức bài học Ở phần một các em đã được học về điện học, điện từ học. Hôm nay chúng ta qua phần hai: Quang hình học. Quang hình học là phần quang học nghiên cứu sự truyền ánh sáng qua các môi trường trong suốt và nghiên cứu sự tạo ảnh bằng phương pháp hình học. Quang hình học có ba định luật cơ bản đó là: + Định luật truyền thẳng ánh sáng + Định luật phản xạ ánh sáng + Định luật khúc xạ ánh sáng Ở THCS các em đã khảo sát sơ bộ về các định luật này. Và khúc xạ ánh sáng là hiện tượng quan trọng có nhiều ứng dụng. Trong chương này, chúng ta sẽ nghiên cứu đầy đủ hơn về sự khúc xạ. Hoạt động 3: Tìm hiểu về sự khúc xạ ánh sáng Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh + Cô tiến hành thí nghiệm như sau Dụng cụ thí nghiệm Đèn chiếu để tạo tia sáng hẹp Khối nhựa trong suốt hình bán trụ Bảng chia độ * Bây giờ cô chiếu một chùm tia sáng hẹp đến mặt phân cách giữa không khí và nhựa. Em có nhận xét gì về đường đi của tia sáng trong khối nhựa so với lúc đầu? + Hiện tượng mà các em vừa quan sát đó chính là hiện tượng khúc xạ ánh sáng. ? Vậy hiện tượng khúc xạ ánh sáng là hiện tượng như thế nào? + Một hiện tượng thoả mãn 2 điều kiện sau đây gọi là hiện tượng khúc xạ ánh sáng Ánh sáng phải được truyền xiên góc từ môi trường 1 (không khí) đến môi trường 2 (nhựa). Tại mặt phân cách tia sáng bị gãy khúc I N N’ R S S’ (2 ) (1 ) i i’ r + Thí nghiệm lúc nãy người ta đã chụp được ảnh của nó như sau Bây giờ ta gọi tên của các tia và các góc này. SI: là tia tới ? Thế nào là tia tới? I: điểm tới IR: là tia khúc xạ ? Thế nào là tia khúc xạ? NIN’: Pháp tuyến, là đường thẳng qua I vuông góc với mặt phân cách i: góc tới ? Thế nào là góc tới? r: góc khúc xạ ? Thế nào là góc khúc xạ? + Mp ( SI, NIN’): mặt phẳng tới + Trong hình học, 2 đường thẳng cắt nhau tạo thành mặt phẳng. Ở đây tia tới và pháp tuyến cắt nhau tạo thành một mặt phẳng. Vì mặt phẳng chứa tia tới SI nên còn gọi là mặt phẳng tới. + Nhìn lên hình vẽ em hãy cho biết ? Tia khúc xạ nằm ở đâu? ? Nó có vị trí như thế nào so với tia tới? + Phát biểu vừa rồi chính là nội dung thứ nhất của định luật khúc xạ ánh sáng. + Người ta làm thí nghiệm: thay đổi góc tới thì thấy góc khúc xạ cũng thay đổi và người ta thu được bảng số liệu 26.1 io ro Sini Sinr Sini/ Sinr 20 13 0,342 0,225 40 25,5 0,643 0,431 60 35 0,866 0,574 80 41,5 0,985 0,663 + Yêu cầu học sinh lập tỉ số sini/ sinr. ? Em có nhận xét gì về tỉ số này? + Các tỉ số này gần bằng nhau tức là có sai lệch một chút ít. Nhưng sai lệch này là do phép đo, do dụng cụ thí nghiệm. ? Nếu người ta làm thí nghiệm thật chính xác thì tỉ số này như thế nào? + Đây chính là nội dung thứ hai của định luật khúc xạ ánh sáng. Tia sáng bị gãy tại mặt phân cách 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. Tia tới là tia sáng chiếu đến mặt phân cách giữa hai môi trường, nằm trong môi trường 1 Tia khúc xạ là tia sáng bị gãy khúc tại mặt phân cách giữa hai môi trường, nằm trong môi trường 2. góc tới là góc hợp bởi tia tới và pháp tuyến tại điểm tới. góc khúc xạ là góc hợp bởi tia khúc xạ và pháp tuyến tại điểm tới Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới Ở phía bên kia pháp tuyến so với tia tới Các tỉ số này gần bằng nhau Sini/Sinr là một hằng số I. Sự khúc xạ ánh sáng 1. 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. 2. Định luật khúc xạ ánh sáng I N N’ R S S’ (2 ) (1 ) i i’ r a. Tên gọi I: điểm tới SI: tia tới. Môi trường (1) IR: tia khúc xạ. Môi trường (2) NIN’: Pháp tuyến i: góc tới r: góc khúc xạ mp(SI,NIN’): mặt phẳng tới b. Nội dung định luật - Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới 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 không đổi. sini/sinr = hằng số (1) Hoạt động 4: Tìm hiểu về chiết suất của môi trường + Chiết suất của môi trường có hai loại: chiết suất tỉ đối và chiết suất tuyệt đối ? Tỉ số không đổi sini/sinr còn được gọi là gì? + sini/sinr = n21 (2) * n21 chiết suất tỉ đối của môi trường 2 (chứa tia khúc xạ) đối với môi trường 1 (chứa tia tới). ? n21 > 1. Độ lớn của góc khúc xạ và góc tới có quan hệ với nhau như thế nào? + Người ta nói môi trường (2) chiết quang hơn môi trường (1). ? Tương tự, n21 < 1. Độ lớn của góc khúc xạ và góc tới có quan hệ với nhau như thế nào? + Người ta nói môi trường (2) chiết quang kém môi trường (1). + Chiết suất tỉ đối của một môi trường nào đó đối với chân không được gọi là chiết suất tuyệt đối. + Chiết suất của môi trường chân không nck = 1 + Chiết suất của môi trường không khí nkh 1 + Yêu cầu học sinh xem bảng 26.2 chiết suất của một số môi trường trong suốt. Từ đó rút ra được kết luận gì? + Giữa chiết suất tuyệt đối và chiết suất tỉ đối có mối liên hệ với nhau. Người ta đã thiết lập cho các em biểu thức như sau: (3) * : chiết suất tuyệt đối của môi trường (1) * : chiết suất tuyệt đối của môi trường (2) ? Từ (2), (3) ta rút ra được biểu thức nào? + (4) chính là biểu thức định luật khúc xạ ánh sáng dạng đối xứng. ? Khi góc tới, góc khúc xạ <100 thì biểu thức của định luật khúc xạ ánh sáng dạng đối xứng được viết lại như thế nào? ? Khi chiếu tia tới vuông góc với mặt phân cách (i = 0) thì hiện tượng xảy ra như thế nào? ? Khi chiếu tia sáng từ môi trường có chiết suất n1 vào môi trường có chiết suất n2 (n1 = n2) thì hiện tượng xảy ra như thế nào? + Ý nghĩa vật lý của chiết suất: Chiết có nghĩa là gãy, suất là mức độ. Chiết suất là đại lượng dùng để chỉ mức độ bẻ gãy ánh sáng của môi trường này so với môi trường khác. Chiết suất càng lớn thì ánh sáng bị bẽ gãy càng nhiều, nghĩa là sự chênh lệch giữa góc tới và góc khúc xạ càng lớn. Tỉ số sini/sinr gọi là chiết suất tỉ đối n21 > 1 sini > sinr i > r Tia khúc xạ lệch gần pháp tuyến hơn so với tia tới. n21 < 1 sini < sinr i < r Tia khúc xạ lệch xa pháp tuyến hơn. Mọi môi trường trong suốt khác đều có chiết suất tuyệt đối lớn hơn 1. sini/sinr = sini = sinr (4) i, r < 100 + sini i + sinr r n1i = n2r i = 0 r = 0 tia sáng truyền thẳng Tia sáng truyền thẳng II. Chiết suất của môi trường 1. Chiết suất tỉ đối sini/sinr = n21 (2) * n21 chiết suất tỉ đối của môi trường 2 (chứa tia khúc xạ) đối với môi trường 1 (chứa tia tới). * n21 > 1 i > r Tia khúc xạ lệch gần pháp tuyến hơn . Môi trường (2) chiết quang hơn môi trường (1). * n21 < 1 i < r Tia khúc xạ lệch xa pháp tuyến hơn. Môi trường (2) chiết quang kém môi trường (1). 2. Chiết suất tuyệt đối a. Định nghĩa Chiết suất tuyệt đối của một môi trường là chiết suất tỉ đối của môi trường đó đối với chân không. b. Chú ý + Chiết suất của môi trường chân không: nck = 1 + Chiết suất của môi trường không khí: nkh 1 + Mọi môi trường trong suốt khác đều có chiết suất tuyệt đối lớn hơn 1. c. Quan hệ giữa chiết suất tuyệt đối và chiết suất tỉ đối (3) * : chiết suất tuyệt đối của môi trường (1) * : chiết suất tuyệt đối của môi trường (2) d. Biểu thức định luật khúc xạ ánh sáng dạng đối xứng sini = sinr (4) * Chú ý + Khi góc tới, góc khúc xạ <100 thì biểu thức của định luật khúc xạ ánh sáng dạng đối xứng được viết dưới dạng: n1i = n2r + Khi chiếu tia tới vuông góc với mặt phân cách (i = 0): tia sáng truyền thẳng + Khi n1 = n2: tia sáng truyền thẳng Hoạt động 5: Tìm hiểu tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng A B I S S’ ? Từ phân tích trên ta rút ra kết luận gì? + Đó chính là tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng. Chứng minhI S i r sinr/sini = + Tính thuận nghịch cũng đúng cho sự truyền thẳng và sự phản xạ. + Theo dõi bài giảng của giáo viên + Ánh sáng truyền đi theo đường nào thì cũng truyền ngược lại theo đường đó. III. Tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng + Ánh sáng truyền đi theo đường nào thì cũng truyền ngược lại theo đường đó. + Tính thuận nghịch cũng đúng cho sự truyền thẳng và sự phản xạ. Hoạt động 6: Củng cố - Dặn dò - Hướng dẫn tiết học sau + Yêu cầu học sinh làm ví dụ sau: Tia sáng truyền từ một chất trong suốt có chiết suất n tới mặt phân cách với môi trường không khí. Góc khúc xạ trong không khí là 600. Tia phản xạ ở mặt phân cách có phương vuông góc với tia khúc xạ. Tính chiết suất n. HD: Tính i i = i’ mà i’ + r = 900 i’ = 900 – r = 900 -600 = 300 = i * Về nhà + Học bài, làm bài tập 1 đến 10 trang 166-167. + Đọc mục “Em có biết” trong SGK + Chuẩn bị các bài tập về khúc xạ ánh sáng. R N 900 600 N’ I S S’ Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng sini = sinr với n1 = n; n2 = 1 nsini = sinr n = sinr/sini = sin60/sin30 = 1,73 Hoạt động 7: Bổ sung – Rút kinh nghiệm Trường: THPT Thu Xà Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Văn Vỹ Giáo viên tập sự: Đỗ Thị Mỹ Tâm Ngày soạn: 10/ 3/ 2009 Ngày giảng: 13/ 3/ 2009 Lớp dạy: 11B9 Tiết: 53 Bài 27 PHẢN XẠ TOÀN PHẦN I. Mục tiêu 1. Kiến thức - Phát biểu được hiện tượng phản xạ toàn phần là gì? - Nêu được điều kiện để có phản xạ toàn phần - Viết và giải thích được ý nghĩa của các đại lượng trong biểu thức tính góc gới hạn phản xạ toàn phần - Nêu được một số ứng dụng của hiện tượng phản xạ toàn phần 2. Kỹ năng - Giải được các bài tập đơn giản về phản xạ toàn phần II. Chuẩn bị 1. Giáo viên - Dụng cụ để làm thí nghiệm hình 27.1, hình 27.2 - Phấn màu, thước kẻ - Chuẩn bị bài giảng 2. Học sinh - Chuẩn bị bài mới III. Hoạt động dạy học Hoạt động 1: ổn định lớp, kiểm tra sỉ số Hoạt động 2: Đặt vấn đề nhận thức bài học Ngày nay, mọi người đều biết đến cáp quang dùng trong công nghệ thông tin, trong y học. Hiện tượng cơ bản được áp dụng trong cáp quang là phản xạ toàn phần. Vậy phản xạ toàn phần là gì? Khi nào xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần? Phản xạ toàn phần có những ứng dụng gì? Hoạt động 3: Tìm hiểu về sự truyền ánh sáng từ môi trường chiết quang hơn sang môi trường chiết quang kém Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh + Mục đích của thí nghiệm: nghiên cứu khi ánh sáng truyền từ môi trường chiết quang hơn sang môi trường chiết quang kém thì hiện tượng xảy ra như thế nào? ? Điều kiện để tiến hành thí nghiệm là gì? + Dụng cụ thí nghiệm gồm: Đèn chiếu để tạo tia sáng hẹp Khối nhựa trong suốt hình bán trụ Thước đo độ + Thí nghiệm được tiến hành như sau: cô chiếu một chùm tia sáng hẹp truyền từ khối nhựa trong suốt hình bán trụ đến mặt phân cách giữa nhựa và không khí dưới góc tới i nhỏ. Tại mặt phân cách giữa nhựa và không khí có hiện tượng gì xảy ra? ? Hiện tượng xảy ra như thế nào? Gợi ý ? Tia tới và tia khúc xạ có vị trí như thế nào so với pháp tuyến? ? Độ sáng của tia phản xạ và tia khúc xạ trong trường hợp này như thế nào? ? Tăng dần góc tới yêu cầu học sinh quan sát hiện tượng xảy ra như thế nào? ? Bây giờ tăng góc tới đến một giá trị đặt biệt gọi là igh (i = igh ). Hiện tượng xảy ra như thế nào? ? Tiếp tục tăng góc tới i > igh. Em dự đoán hiện tượng xảy ra như thế nào? + Các em quan sát khi cô tăng góc tới i > igh thì hiện tượng xảy ra như thế nào? Có đúng với điều mà các em đã dự đoán không? n1 > n2 + Tại mặt phân cách xảy ra hiện tượng phản xạ, khúc xạ. + Suy nghĩ, trả lời Tia khúc xạ lệch xa pháp tuyến so với tia tới Tia khúc xạ rất sáng, tia phản xạ rất mờ Tia khúc xạ đi xa pháp tuyến dần đến mặt phân cách, độ sáng yếu dần; tia phản xạ sáng hơn, rõ hơn. Tia khúc xạ gần như sát mặt phân cách, rất mờ; tia phản xạ rất sáng. Dự đoán hiện tượng xảy ra Tia khúc xạ không còn, tia phản xạ rất sáng 1. Thí nghiệm về sự truyền ánh sáng từ môi trường chiết quang hơn sang môi trường chiết quang kém (n1 > n2) + Dụng cụ thí nghiệm Đèn chiếu để tạo tia sáng hẹp Khối nhựa trong suốt hình bán trụ Thước đo độ + Tiến hành - Kết quả * Khi góc tới i nhỏ + Tia khúc xạ: lệch xa pháp tuyến (so với tia tới) Rất sáng + Tia phản xạ: Rất mờ * Khi góc tới i = igh + Tia khúc xạ: gần như sát mặt phân cách (r = 900) Rất mờ + Tia phản xạ: Rất sáng * Khi góc tới i > igh + Tia khúc xạ không còn nữa + Toàn bộ tia tới bị phản xạ + Tia phản xạ rất sáng Hoạt động 4: Tìm hiểu về hiện tượng phản xạ toàn phần + Từ thí nghiệm các em thấy khi tăng góc tới i > igh thì tia khúc xạ không còn nữa, toàn bộ tia tới bị phản xạ, tia phản xạ rất sáng. Hiện tượng đó người ta gọi là hiện tượng phản xạ toàn phần. ? Hiện tượng phản xạ toàn phần là hiện tượng như thế nào? + Một hiện tượng thoả mãn 2 điều kiện sau đây gọi là hiện tượng phản xạ toàn phần: Toàn bộ tia tới bị phản xạ. Xảy ra ở mặt phân cách giữa hai môi trường. + Khi i tăng đến igh (i = igh) thì hiện tượng phản xạ toàn phần bắt đầu xảy ra. Vì vậy người ta đặt tên igh là góc giới hạn phản xạ toàn phần. Góc giới hạn phản xạ toàn phần là góc như thế nào và được xác định bằng công thức nào? + Khi góc tới i tăng thì góc khúc xạ tăng (r > i). Khi i = igh thì r = 900, igh được gọi là góc giới hạn phản xạ toàn phần. ? Góc như thế nào được gọi là góc giới hạn phản xạ toàn phần? + Ta có: sini/sinr = Khi i = igh thì r = 900 ? Nếu môi trường (2) là không khí (n2 = 1) thì công thức sinigh được tính như thế nào? + Để biết hiện tượng phản xạ toàn phần xảy ra khi nào ta qua mục c. Điều kiện để có phản xạ toàn phần. + Lúc nãy khi tăng góc tới i > igh thì tia khúc xạ không còn nữa, toàn bộ tia tới bị phản xạ, tia phản xạ rất sáng. Hiện tượng đó là hiện tượng phản xạ toàn phần. + Nhưng khi i = igh, tia khúc xạ gần như sát mặt phân cách (r = 900), rất mờ; tia phản xạ rất sáng thì bắt đầu xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần rồi. ? Điều cô vừa nói kết hợp với điều kiện thí nghiệm em cho cô biết điều kiện để xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần là gì? + Dấu “ = ” là trường hợp bắt đầu xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần. ? Phản xạ toàn phần và phản xạ một phần khác nhau như thế nào? + Phản xạ toàn phần: toàn bộ tia sáng tới phản xạ hết. + Phản xạ một phần: tia tới đến mặt phân cách chỉ có một phần phản xạ, còn lại một phần đi vào môi trường (2): khúc xạ. + 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 khác nhau. Góc giới hạn phản xạ toàn phần là góc tới ứng với góc khúc xạ r = 900. sinigh = + Ánh sáng truyền từ môi trường chiết quang hơn sang môi trường chiết quang kém (n1 >n2). + i igh. + Phản xạ một phần: vừa có tia phản xạ, vừa có tia khúc xạ. + Phản xạ toàn phần chỉ có tia phản xạ. 2. Hiện tượng phản xạ toàn phần a. 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 khác nhau. b. Góc giới hạn phản xạ toàn phần * Định nghĩa: Góc giới hạn phản xạ toàn phần là góc tới ứng với góc khúc xạ r = 900. * Công thức: (1) + Nếu môi trường (2) là không khí (n2 = 1) sinigh = c. Điều kiện để có phản xạ toàn phần + Ánh sáng truyền từ môi trường chiết quang hơn sang môi trường chiết quang kém (n1 > n2). + Góc tới lớn hơn hoặc bằng góc gới hạn i igh * Chú ý: Dấu “ = ” là trường hợp bắt đầu xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần. Hoạt động 5: Tìm hiểu về ứng dụng của hiện tượng phản xạ toàn phần + Yêu cầu cả lớp đọc SGK, xem ứng dụng của hiện tượng phản xạ toàn phần đối với sợi quang, cáp quang. + Trước tiên ta tìm hiểu về cấu tạo ? Sợi quang được cấu tạo như thế nào? ? Cáp quang được cấu tạo như thế nào? ? Sợi quang có công dụng gì? I1 I2 I3 n1 n2 n2 ? Trong sợi quang hiện tượng phản xạ toàn phần xảy ra ở đâu? + Tia sáng tới mặt phân cách giữa lõi (n1) và vỏ (n2) tại I1 dưới góc tới lớn hơn góc tới giới hạn và n1 > n2 nên bị phản xạ toàn phần. Hiện tượng phản xạ như vậy được lặp đi, lặp lại liên tiếp tại các điểm I2, I3, Nên ánh sáng truyền đi được theo sợi quang. ? Cáp quang có công dụng gì? ? Cáp quang có những ưu điểm gì so với cáp bằng đồng? + Sợi quang gồm 2 phần chính: Phần lõi (n1) Phần võ (n2) + Cáp quang là bó sợi quang + Dẫn sáng + Hiện tượng phản xạ toàn phần xảy ra ở mặt phân cách giữa lõi và vỏ. + Truyền thông tin, nội soi trong y học. + Dung lượng tín hiệu lớn. + Nhỏ và nhẹ, dễ vận chuyển, dễ uốn. + Không bị nhiếu bởi các bức xạ điện từ bên ngoài, bảo mật tốt. + Không có rủi ro cháy. 3. Ứng dụng của hiện tượng phản xạ toàn phần: Sợi quang, Cáp quang a. Cấu tạo * Sợi quang + Mỗi sợi quang là một dây trong suốt + Sợi quang gồm 2 phần chính: Phần lõi trong suốt bằng thuỷ tinh siêu sạch có chiết suất lớn (n1). Phần vỏ bọc cũng trong suốt, bằng thuỷ tinh có chiết suất n2 nhỏ hơn phần lõi. * Cáp quang + Cáp quang là một bó nhiều sợi quang + Ngoài cùng là một số lớp vỏ bọc bằng nhựa dẻo để tạo cho cáp độ bền và độ dai cơ học. b. Công dụng + Sợi quang: dẫn sáng + Cáp quang: truyền thông tin, nội soi trong y học c. Ưu điểm của cáp quang so với cáp đồng + Dung lượng tín hiệu lớn. + Nhỏ và nhẹ, dễ vận chuyển, dễ uốn. + Không bị nhiếu bởi các bức xạ điện từ bên ngoài, bảo mật tốt. + Không có rủi ro cháy. Hoạt động 6: Củng cố - Dặn dò - Hướng dẫn tiết học sau + Yêu cầu học sinh nhắc lại Hiện tượng phản xạ toàn phần Điều kiện xảy ra phản xạ toàn phần Góc giới hạn phản xạ toàn phần + Về nhà Làm các bài tập trong SGK Học bài Chuẩn bị bài tập về phản xạ toàn phần Nhận nhiệm vụ Hoạt động 7: Bổ sung – Rút kinh nghiệm Trường THPT Thu Xà Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Văn Vỹ Giáo viên tập sự: Đỗ Thị Mỹ Tâm Ngày soạn: 15/ 3/ 2009 Ngày giảng: 17/ 3/ 2009 Lớp dạy: 11B10 Tiết: 55 CHƯƠNG VII MẮT. CÁC DỤNG CỤ QUANG Bài 28 LĂNG KÍNH I. Mục tiêu 1. Kiến thức - Nêu được cấu tạo của lăng kính - Trình bày được 2 tác dụng của lăng kính + Tán sắc chùm ánh sáng trắng + Làm lệch về phía đáy một chùm tia sáng đơn sắc - Viết được các công thức về lăng kính và vận dụng được công thức ấy để giải bài tập - Nêu được các công dụng của lăng kính 2. Kỹ năng - Vẽ được đường truyền của tia sáng qua lăng kính - Giải được các bài tập cơ bản về lăng kính II. Chuẩn bị 1. Giáo viên - Chuẩn bị lăng kính - Chuẩn bị thí nghiệm hình 28.4 đường truyền của tia sáng qua lăng kính - Các hình vẽ 28.1, 28.2, 28.3 trên giấy khổ lớn - Chuẩn bị phấn màu, thước kẻ - Chuẩn bị bài giảng 2. Học sinh - Chuẩn bị bài mới III. Hoạt động dạy học Hoạt động 1: ổn định lớp, kiểm tra sỉ số Hoạt động 2: Đặt vấn đề nhận thức bài học Lăng kính là bộ phận chính của máy quang phổ, một dụng cụ dùng để phân tích ánh sáng. Lăng kính được cấu tạo như thế nào, đường truyền của tia sáng qua lăng kính như thế nào và lăng kính có công dụng gì? Để hiểu rõ vấn đề này ta qua bài 28. Lăng kính Hoạt động 3: Tìm hiểu về cấu tạo của lăng kính Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh + Yêu cầu học sinh quan sát lăng kính và nêu định nghĩa lăng kính. ? P A B C A1 B1 C1 A’ B’ C’ Lăng kính gồm các phần tử nào? + Lăng kính có hai mặt bên ABB’A’, ACC’A’. Góc tạo bởi hai mặt bên là góc chiết quang A. + n: chiết suất tỉ đối của chất làm lăng kính đối với môi trường trong đó đặt lăng kính. Gọi tắt là chiết suất của lăng kính. * Cô dùng một mặt phẳng vuông góc với cạnh sẽ cắt lăng kính theo một tiết diện thẳng (A1B1C1). Do đó lăng kính được biểu diễn bằng một tam giác tiết diện thẳng. ? Theo em, lăng kính được đặc trưng bởi những đại lượng nào? + Chúng ta chỉ khảo sát đường đi của tia sáng nằm trong tiết diện thẳng của lăng kính. + Chỉ nghiên cứu lăng kính đặt trong không khí. + Lăng kính là một khối chất trong suốt, đồng chất (thuỷ tinh, nhựa,) thường có dạng lăng trụ tam giác. + Gồm cạnh, đáy, hai mặt bên + Góc chiết quang A, chiết suất n. 1. Cấu tạo của lăng kính a. Cấu tạo Lăng kính là một khối chất trong suốt, đồng chất (thuỷ tinh, nhựa,) thường có dạng lăng trụ tam giác. b. Các phần tử của lăng kính + Hai mặt bên: ABB’A’, ACC’A’ được mài phẳng nhẵn + Mặt đáy: BCC’B’ được mài nhám hoặc bôi đen + Cạnh AA’: giao tuyến của hai mặt bên + Góc chiết quang A: là góc tạo bởi hai mặt bên + n: Chiết suất tỉ đối của chất làm lăng kính đối với môi trường trong đó đặt lăng kính. Gọi tắt là chiết suất của lăng kính. + Tiết diện thẳng A1B1C1 là mặt phẳng vuông góc với cạnh và cắt lăng kính. Lăng kính được biểu diễn bằng một tam giác tiết diện thẳng. A Mặt bên Mặt bên Đáy n c. Hai đại lượng vật lý đặc trưng cho lăng kính + Góc chiết quang A. + Chiết suất n d. Chú ý + Chúng ta chỉ khảo sát đường đi của tia sáng nằm trong tiết diện thẳng của lăng kính. + Chỉ nghiên cứu lăng kính đặt trong không khí. Hoạt động 4: Tìm hiểu về đường truyền của tia sáng qua lăng kính + Ta chỉ xét trường hợp lăng kính đặt trong không khí, các tia sáng đều nằm trong mặt phẳng vuông góc với cạnh của khối lăng trụ. Đường truyền của tia sáng qua lăng kính như thế nào? Để biết được vấn đề này ta qua mục 2. + Người ta làm thí nghiệm như sau * Dụng cụ thí nghiệm gồm: - 1 lăng kính - 1 nguồn ánh sáng trắng ( ánh sáng trắng là ánh sáng ban ngày gồm nhiều ánh sáng màu khác nhau). - 1 khe để tạo chùm tia sáng hẹp - 1 màng chắn ? Các em quan sát trên hình vẽ và cho cô biết khi chiếu ánh sáng trắng vào lăng kính thì hiện tượng xảy ra như thế nào? + Hiện tượng này người ta gọi là hiện tượng tán sắc ánh sáng. ? Hiện tượng tán sắc ánh sáng là hiện tượng như thế nào? + Bây giờ ta chỉ xét sự truyền của một chùm tia sáng hẹp đơn sắc qua một lăng kính. ? Một em nhắc lại cho cô điều kiện để có hiện tượng phản xạ toàn phần là gì? + Chiếu đến mặt bên của lăng kính một chùm tia sáng hẹp đơn sắc SI. ? Tại I hiện tượng xảy ra như thế nào? + Do ánh sáng truyền từ không khí đến mặt phân cách giữa không khí và lăng kính tức là truyền từ môi trường chiết quang kém sang môi trường chiết quang hơn nên tại I không thể xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần mà tại I xảy ra hiện tượng khúc xạ ánh sáng và tia khúc xạ lệch gần pháp tuyến hơn so với tia tới. Do đó cô vẽ góc khúc xạ nhỏ hơn góc tới. ? Tia IJ gặp mặt bên thứ 2 hiện tượng xảy ra như thế nào? HD: ? Tại J có thể xảy ra những hiện tượng nào? + Tại J tia sáng truyền từ môi trường chiết quang hơn sang môi trường chiết quang kém. Nên tại J có thể xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần, khi góc tới lớn hơn hoặc bằng góc giới hạn và có thể có tia ló ra khỏi J. Nhưng ở đây ta xét trường hợp thứ 2 là có tia ló ra khỏi J. + Đối với mặt bên thứ 2 thì tia IJ đóng vai trò là tia tới, vì ánh sáng đi từ môi trường chiết quang hơn sang môi trường chiết quang kém nên tia khúc xạ (tia ló) lệch xa pháp tuyến hơn so với tia tới tức là góc khúc xạ lớn hơn góc tới. + Áp dụng nguyên lí thuận nghịch của chiều truyền ánh sáng: nếu cô chiếu tia sáng (tia tới) theo phương RJ thì tia khúc xạ theo phương JI. Do đó góc này là góc tới cô kí hiệu i2, góc này là góc khúc xạ cô kí hiệu là r2. ? Tia sáng đi như thế nào so với đáy của lăng kính? ? Em so sánh tia tới và tia ló, tia nào lệch về phía đáy lăng kính nhiều hơn? + Kéo dài hướng của tia tới và tia ló ta được góc lệch D. + Theo dõi bài giảng của giáo viên + Khi chiếu ánh sáng trắng vào lăng kính thì ánh sáng trắng bị phân tích thành các màu khác nhau. + Hiện tượng chùm ánh sáng trắng sau khi qua lăng kính bị phân tích thành nhiều màu khác nhau gọi là hiện tượng tán sắc ánh sáng. + n1 > n2. + i igh. + Tia sáng bị gãy khúc và lệch về phía đáy lăng kính. + Suy nghĩ trả lời + Hiện tượng phản xạ toàn phần; có tia ló + Tia sáng lệch về phía đáy của lăng kính. + Tia ló lệch về phía đáy nhiều hơn 2. Đường truyền của tia sáng qua lăng kính a. Tác dụng tán sắc ánh sáng trắng A I J H K S R i1 r1 r2 i2 D Hiện tượng chùm ánh sáng trắng sau khi qua lăng kính bị phân tích thành nhiều màu khác nhau gọi là hiện tượng tán sắc ánh sáng. b. Đường truyền của tia sáng qua lăng kính Ra khỏi lăng kính, tia ló bị lệch về phía đáy lăng kính nhiều hơn so với tia tới. * Góc lệch D: góc tạo bởi tia ló và tia tới Hoạt động 5: Thiết lập các công thức về lăng kính + Khi giải các bài toán về lăng kính thì ta sử dụng những công thức nào? Để biết điều này ta qua mục 3. ? Định luật khúc xạ ánh sá