Giáo án Vật lý 11 - Tiết 55, Bài 28 - Lăng kính

Ngày soạn: 14/03/2013 Ngày dạy: ./03/2013 Tiết PPCT: Tiết 55 Bài 28 LĂNG KÍNH I. MỤC TIÊU: 1. Về kiến thức: Nêu được cấu tạo của lăng kính, công dụng của lăng kính. Trình bày được cấu hai tác dụng của lăng kính: tán sắc ánh sáng và làm lệch về đáy một chùm tia sáng đơn sắc. Viết được công thức lăng kính. Nêu được các ứng dụng của lăng kính trong khoa học và kỹ thuật. 2. Về kỹ năng: Vẽ đường truyền ánh sáng qua lăng kính. Vận dụng các công thức lăng kính để giải một số bài tập liên quan. 3. Về thái độ: - Có sự nhìn nhận sâu sắc về hiện tượng một số hiện tượng tự nhiên có liên quan đến tán sắc ánh sáng và các thiết bị có sử dụng lăng kính. II. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên: - Các thí nghiệm minh họa về tán sắc ánh sáng tráng và khảo sát đường truyền của tia sáng qua lăng kính, bao gồm: +) Lăng kính tam giác đều. +) Một màn chắn, trên có khoét một khe hẹp. +) Một đèn phát ra ánh sáng trắng (tốt nhất là đèn ống). +) Một bộ các tấm lọc màu. - Một số loại lăng kính tự tạo (ví dụ: có thể dùng hộp nhựa trong đựng nước làm lăng kính), - Các tranh, ảnh về quang phổ, máy quang phổ, máy ảnh, 2. Học sinh: - Ôn tập về sự khúc xạ ánh sáng và sự phản xạ toàn phần. III. TIẾN TRÌNH DẠY - HỌC Ổn định lớp (1 phút) Kiểm tra bài cũ (không kiểm tra) Vào bài (3 phút) Ở chương VI các em đã được học về hiện tượng khúc xạ ánh sáng và phản xạ toàn phần. Vậy 2 hiện tượng này được ứng dụng trong những dụng cụ nào? Để biết được điều này chúng ta chuyển sang học chương VII: MẮT, CÁC DỤNG CỤ QUANG. Trong chương này, ta sẽ tìm hiểu một số dụng cụ quang thường dùng như: lăng kính, thấu kính, kính lúp, kính hiển vi, kính thiên văn. Đầu tiên, chúng ta đi tìm hiểu BÀI 28: LĂNG KÍNH Tiến trình dạy Hoạt động 1: Tìm hiểu về cấu tạo của lăng kính (5 phút) Hoạt động cả giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung ghi bảng Cho hs quan sát lăng kính và hỏi: Góc chiết quang Mặt đáy của lăng kính. Cạnh của lăng kính Mặt bên của lăng kính. - Lăng kính có màu hay trong suốt? - Lăng kính có hình gì? - Thông báo cho hs lăng kính chỉ được làm từ một chất có thể là thủy tinh, nhựa, - Y/c 1 hs nêu cấu tạo của lăng kính. - Thông báo: Khi sử dụng lăng kính, chùm tia sáng hẹp được chiếu truyền qua lăng kính trong một mặt phẳng vuông góc với cạnh của khối lăng trụ. Do đó, lăng kính được biểu diễn bằng tam giác tiết diện thẳng.(chỉ trên lăng kính) - Lăng kính có những phần tử nào ? - GV nhận xét, bổ xung. + Cạnh là giao tuyến của 2 mặt bên. + hai mặt bên là hai mặt trong suốt khi ta chiếu ánh sáng vào. + Đáy là mặt còn lại, thường không được sử dụng và được bôi đen. - Về phương diện quang học, một lăng kính được đặc trưng bởi: + Góc chiết quang A là góc ngụy diện của hai mặt bên. + Chiết suất n là chiết suất tỉ đối của chất làm lăng kính với chiết suất của môi trường bên ngoài. - Thông thường ở THPT ta thường xét với lăng kính đặt trong không khí, mà không khí có chiết suất là 1. Do đó chiết suất tỉ đối trùng với chiết suất tuyệt đối của chất làm lăng kính. Vậy đường truyền của tia sáng đi qua lăng kính ntn chúng ta chuyển sang phần II. ĐƯỜNG TRUYỀN CỦA TIA SÁNG QUA LĂNG KÍNH. - Quan sát lăng kính - Lăng kính trong suốt. - Có hình lăng trụ tam giác. - Lắng nghe. - Nêu cấu tạo của lăng kính. - Các phần tử của lăng kính gồm: cạnh, đáy, hai mặt bên - Quan sát, lắng nghe và ghi nhớ. CHƯƠNG VII: MẮT. CÁC DỤNG CỤ QUANG BÀI 28: LĂNG KÍNH CẤU TẠO CỦA LĂNG KÍNH - Cấu tạo: SGK/176 - Các phần tử của lăng kính: cạnh, đáy, hai mặt bên - Lăng kính được đặc trưng bởi: + Góc chiết quang A; + Chiết suất n. Hoạt động 2: Khảo sát đường truyền các tia sáng qua lăng kính (20 phút) Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung ghi bảng - Ở lớp 9, ta đã biết ánh sáng trắng gồm nhiều màu và lăng kính có tác dụng phân tích chùm ánh sáng truyền qua nó thành nhiều chùm sáng khác nhau. - Cho hs quan sát TN tán sác ánh sáng trắng. Mục đích TN: Quan sát sự tán sắc ánh sáng trắng qua lăng kính. Dụng cụ TN gồm: + 1 lăng kính tam giác đều. + 1 màn chắn trên có khoét một khe hẹp. + 1 đèn phát ra ánh sáng trắng. + 1 bộ các tấm lọc màu. Tiến hành TN: Chiếu ánh sáng trắng vào lăng kính. - Có nhận xét gì về màu sắc của ánh sáng chiếu vào và màu sắc của ánh sánh ló ra khỏi lăng kính? - Gv nhận xét câu trả lời, bổ sung và kết luận. - Hiện tượng ánh sáng bị tách thành nhiều chùm sáng màu như trên gọi là sự tán sắc ánh sáng bởi lăng kính, hiện tượng này do Newton khám phá ra năm 1669. - Dưới đây, ta chỉ xét sự chuyền của một chùm tia sáng đơn sắc (có một màu nhất định) qua một lăng kính. Vậy đường truyền của tia sáng đơn sắc đi qua lăng kính như thế nào? Chúng ta cùng chuyển sang phần 2: Đường truyền của tia sáng qua lăng kính. - GV tiến hành TN đường truyền của tia sáng qua lăng kính như ở hình: 28.4 SGK/177. A Góc lệch D I H J n r2 i2 i1 r1 - Xét một lăng kính có tiết diện thẳng là ABC, có góc chiết quang là A, chiết xuất là n, chiếu một chùm tia sáng hẹp đơn sắc SI tới mặt bên của lăng kính thứ nhất theo hướng từ đáy đi lên trên. - Có nhận xét gì về đường truyền của tia sáng tại điểm I tại mặt lăng kính thứ nhất. - C1: Tại sao khi ánh sáng truyền từ không khí vào lăng kính luôn có sự khúc xạ và tia khúc xạ lệch gần pháp tuyến hơn so với tia tới? - GV nhận xét, bổ sung: - Tương tự có nhận xét gì về đường truyền của tia sáng tại điểm J tại mặt lăng kính thứ 2? (chú ý: Ở mặt lăng kính thứ nhất, tia IJ đóng vai trò là tia khúc xạ, ở mặt thứ hai tia IJ lại đóng vai trò là tia tới). - GV nhận xét, bổ sung: Tương tự như vậy, khi ánh sáng truyền từ lăng kính ra ngoài không khí (tức là truyền vào môi trường kém chiết quang) thì r2 tia khúc xạ lệch xa pháp tuyến hơn so với tia tới (GV dùng hình 28.4 để minh họa điều này). - Tại J, ở đây có thể xảy ra những hiện tượng gì? - GV nhận xét: Ta giả sử góc tới i nhỏ hơn góc igh nên trong trường hợp này chỉ có thể xảy ra hiện tượng khúc xạ ánh sáng. - Vậy khi có tia ló ra khỏi lăng kính thì tia ló bao giờ cũng lệch về phía đáy lăng kính so với tia tới. - Góc tạo bởi tia tới SI và tia ló IJr gọi là góc lệch D của tia sáng khi chuyền qua lăng kính (GV chỉ rõ góc lệch D trên hình vẽ). - Vậy để xác định góc lệch D hay các góc tới, góc phản xạ chúng ta phải dùng công thức nào? - Ánh sáng chiếu vào lăng kính là ánh sáng màu trắng và ánh sáng ló ra khỏi lăng kính bị tách thành những giải màu khác nhau - Tại I: Tia khúc xạ lệch gần pháp tuyến, nghĩa là lệch về phía đáy của lăng kính (do tia tới truyền từ môi trường có chiết xuất nhỏ hơn sang môi trường có chiết xuất lớn hơn => góc khúc xạ lớn hơn góc tới) - Khi ánh sáng truyền từ không khí vào lăng kính thì tức là truyền vào môi trường chiết quang hơn, khi đó i1 > r1 => tia khúc xạ lệch gần pháp tuyến hơn so với tia tới. - Tại J tia khúc xạ lệch ra pháp tuyến, tức là cũng lệch về đáy lăng kính (do tia tới truyền từ môi trường có chiết xuất lớn hơn sang môi trường có chiết xuất nhỏ hơn => góc khúc xạ nhỏ hơn góc tới). - Tại J có thể xảy ra hiện tượng khúc xạ hoặc phản xạ toàn phần. Do không khí chiết quang kém hơn chất làm lăng kính. - HS tiếp thu, ghi nhớ II. ĐƯỜNG TRUYỀN CỦA TIA SÁNG QUA LĂNG KÍNH 1. Tác dụng của tán sắc ánh sáng. - Lăng kính có tác dụng làm tán sắc ánh sáng. 2. Đường truyền của tia sáng qua lăng kính. A Góc lệch D I H J n r2 i2 i1 r1 - Tại I: Tia khúc xạ lệch gần pháp tuyến, nghĩa là lệch về phía đáy lăng kính. - Tại J: Tia khúc xạ lệch xa pháp tuyến tức là cũng lệch về đáy lăng kính. Hoạt động 3 (tìm hiểu các công thức lăng kính 7 phút). Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung ghi bảng - Xét đường truyền của tia sáng qua lăng kính như hình 28.4. - Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng và một số định lý hình học về góc, ta thiết lập được các công thức lăng kính sau đây: * TH1: Góc i1 và góc chiết quang A lớn: *TH2: Góc i1và góc chiết quang A nhỏ (<10o): - Y/c: học sinh về nhà hoàn thành câu C2. - Y/c học sinh làm bài tập ví dụ SGK/177. - Vậy trong thực tế, lăng kính được ứng dụng trong những trường hợp cụ thể nào, để biết được điều đó chúng ta cùng chuyển sang phần IV. - HS ghi các công thức vào vở để áp dụng làm bài tập. - HS nhận nhiệm vụ học tập. - HS lên bảng giải ví dụ. III. CÁC CÔNG THỨC LĂNG KÍNH. * TH1: Góc i1 và góc chiết quang A lớn: *TH2: Góc i1và góc chiết quang A nhỏ (<10o): Hoạt động 4: Tìm hiểu công dụng của lăng kính (5 phút). Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung ghi bảng - Y/c HS đọc sách giáo khoa để tìm hiểu công dụng của lăng kính. - GV nhận xét bổ sung. - Ứng dụng ngoài thực tế: Máy quang phổ dùng trong các nghành công nghiệp hóa học, sinh học, công nghệ thực phẩm, đồ uống cũng như môi trường. - Thông báo: + Lăng kính phản xạ toàn phần là lăng kính thuỷ tinh có tiết diện thẳng là một tam giác vuông cân được sử dụng để tạo ảnh thuận chiều, có tác dụng như một gương phẳng. Người ta dùng lăng kính phản xạ toàn phần trong các kính tiềm vọng ở các tàu ngầm để làm đổi phường truyền của tia sáng. Nhờ kính tiềm vọng, thủy thủ ở dưới tàu ngầm có thể quan sát được các hoạt động diễn ra trên mặt biển. + Trong ống nhòm, người ta dùng 2 lăng kính phản xạ toàn phần có các cạnh vuông góc với nhau để làm đổi chiều của ảnh. Tương tự với máy ảnh lăng kính phản xạ toàn phần để tạo ảnh thuận chiều (cho học sinh quan sát máy ảnh thực tế). - HS đọc sách giáo khoa. - HS lắng nghe, ghi nhớ. - HS lắng nghe, ghi nhớ. - HS quan sát. IV. CÔNG DỤNG CỦA LĂNG KÍNH. Máy quang phổ. Lăng kính phản xạ toàn phần. Hoạt động 5: Vận dụng, củng cố (5 phút). Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung ghi bảng - Nhắc lại cấu tạo và công dụng của lăng kính. - Chú ý cho HS: Tính chất lệch về đáy so với tia tới. - Hoàn thành bài tập 4,5 SGK/179. - Giao nhiệm vụ về nhà: Hoàn thành các bài tập 6,7 SGK/179. - Ôn lại kiến thức về thấu kính. - Ôn lại kiến thức về khúc xạ ánh sáng, lăng kính. - Đọc mục: Em có biết? - Đọc trước phần I, II của bài 29. THẤU KÍNH MỎNG. - HS nhắc lại cấu tạo và công dụng của lăng kính. - Trả lời các câu hỏi 4,5 SGK. - Cá nhân nhận nhiệm vụ học tập. IV. RÚT KINH NGHIỆM TIẾT DẠY GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC TẬP Nguyễn Tiến Tùng Trần Thị Hồng Thơ