Giáo án Vật lý 11 - Tiết 68 - Phản xạ toàn phần

Tiết 68 Bài PHẢN XẠ TOÀN PHẦN. I. Mục tiêu: - Phân biệt được 2 trường hợp : góc khúc xạ giới hạn và góc tới giới hạn. - Biết được trong trường hợp nào thì xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần. - Nêu được tính chất của sự phản xạ toàn phần. - Giải thích được một số ứng dụng của hiện tượng phản xạ toàn phần: sợi quang và cáp quang. II. PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY : Phương pháp thực nghiệm . III. Chuẩn bị: * Giáo viên: - Một hộp có vách ngăn trong suốt bằng thủy tinh hay mica. - Một đèn bấm laze. - Dự kiến nội dung ghi bảng: . * Học sinh: - Cần nắm vững hiện tượng khúc xạ ánh sáng với 2 trường hợp: môi trường tới chiết quang hơn môi trường khúc xạ và ngược lại. IV. THIẾT BỊ , ĐỒ DÙNG DẠY HỌC . Một hộp có vách ngăn trong suốt hình hộp chữ nhật ( bằng thủy tinh hay mica ) Một đèn bấm Laze IV. TIẾN TRÌNH GIẢNG DẠY 1/ Kiểm tra bài cũ: Phát biểu định luật khúc xạ ánh sáng, nêu công thức và cho biết ý nghĩa của hằng số n trong công thức ? Trình bày các trường hợp n > 1 và n < 1. Xét một tia sáng đi từ môi trường này sang môi trường khác. Chiết suất tỉ đối giữa 2 môi trường cho ta biết điều gì về đường đi tia sáng qua mặt lưỡng chất ? 2/ Bài mới: *HOẠT ĐỘNG 1:* Hiện tượng phản xạ toàn phần – Góc khúc xạ giới hạn. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung Ta đã biết một tia sáng khi tới mặt ngăn cách hai môi trường trong suốt sẽ bị khúc xạ và đi vào môi trường thứ 2. Có thể xảy ra trường hợp tia sáng không đi vào môi trường thứ 2 hay không ? Giáo viên vẽ hình 45.1 Viết biểu thức định luật khúc xạ: Làm thí nghiệm với tia sáng chiếu từ không khí vào môi trường môi trường trong suốt: nước, mica. Đặt câu hỏi: + Chiếu thẳng (vuông góc với mặt lưỡng chất) tia sáng từ không khí vào mica, em có nhận xét gì ? + Tăng góc tới i, hãy nhận xét hiện tượng ? + Tăng góc tới i = 900, nhận xét trường hợp này ? + Nhận xét về chiết suất của 2 môi trường và có thể đưa ra được kết luận như thế nào ? - Học sinh quan sát thí nghiệm và hình vẽ trong mỗi trường hợp: + Khi n1 < n2 cho góc tới tăng dần từ 0 đến 900. + Học sinh trả lời các câu hỏi do giáo viên đặt ra. + Học sinh tổng hợp và rút ra nhận xét theo sự hướng dẫn của giáo viên. + Học sinh đưa ra được kết luận: Trong trường hợp ánh sáng đi từ môi trường có chiết suất nhỏ sang môi trường có chiết suất lớn hơn, ta luôn có tia khúc xạ trong môi trường thứ hai. + Học sinh sử dụng công thức: cho trường hợp tia tới trùng với mặt lưỡng chất ( i = 900) để rút ra được công thức: với igh được gọi là góc giới hạn khúc xạ. Hiện tượng phản xạ toàn phần Góc khúc xạ giới hạn Thí nghệm Định luật khúc xạ cho ta : n1sini = n2sinr Nếu n1 r. Góc i có thể lấy giá trị từ 0o tới 90o. n1 n2 N S1 R1 S2 R2 S3 R3 igh r i I Cho góc i tăng dần thì góc khúc xạ r cũng tăng dần. Khi i đạt giá trị lớn nhất là 90o thì r đạt giá trị lớn nhất làt, được tính như sau : n1.sin 900 = n 2.sin với i gh : góc khúc xạ giới hạn Kết luận Trong trường hợp ánh sáng đi từ môi trường có chiết suất nhỏ sang môi trường có chiết xuất lớn hơn, ta luôn luôn có tia khúc xạ trong môi trường thứ hai. HOẠT ĐỘNG 3: Hiện tượng phản xạ toàn phần – Sự phản xạ toàn phần. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung Nêu định nghĩa về hiện tượng phản xạ toàn phần. - Phân biệt phản xạ toàn phần với phản xạ một phần. - Từ thí nghiệm cho học sinh rút ra được hai kết luận về điều kiện để có phản xạ toàn phần. + Cho nước vào đầy khối chữ nhật. Chiếu một chùm sáng laze từ phía dưới lên mặt thoáng của nước. Giảm dần góc nghiêng của đèn để tăng dần góc tới i của tia sáng tới mặt thoáng của nước. Khi góc này lớn hơn góc khúc xạ giới hạn igh, ta được một vệt sáng trên bàn P. Vệt sáng này do chùm sáng laze bị phản xạ toàn phần tại mặt nước hắt xuống. Đèn chiếu P - Quan sát, tổng hợp và ghi chép các thông tin. - Phân tích kết quả của các thông tin. Þ kết luận hiện tượng phản xạ toàn phần: Khi ánh sáng đi từ môi trường có chiết suất lớn hơn sang môi trường có chiết suất nhỏ hơn và có góc tới i lớn hơn góc giới hạn igh thì sẽ xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần, trong đó mọi tia sáng đều bị phản xạ, không có tia khúc xạ. - Học sinh theo dõi và tiếp thu đồng thời ghi vào vở. - Nhận xét được phản xạ toàn phần và phản xạ một phần. - Học sinh có thể đưa ra được kết luận về điều kiện để có hiện tượng phản xạ toàn phần: n1 > n2 và i ≥ igh. Sự phản xạ toàn phần Thí nghiệm Xét tia sáng đi từ môi trường có chiết suất n1sang một môi trường có chiết xuất n2 nhỏ hơn. Chứng minh tương tự ta có :r > i Cho góc tới i tăng dần thì góc khúc xạ r cũng tăng dần và luôn luôn lớn hơn i. Khi r đạt giá trị lớn nhất 900 thì góc tới i cũng có giá trị lớn nhất . Ta có: n1.sin = n2.sin 900 = n2 Thí nghiệm cho thấy Nếu i < igh è Toàn bộ ánh sáng sẽ bị phản xạ, phần kia bị khúc xạ đi vào môi trường thứ hai Nếu 900 > i > igh è toàn bộ ánh sáng sẽ bị phản xạ, không có tia khúc xạ vào môi trường thứ hai Hiện tượng này được gọi là hiện tượng phản xạ toàn phần igh được gọi là góc giới hạn . Kết luận Khi ánh sáng đi từ môi trường có chiết suất lớn hơn sang môi trường có chiết suất nhỏ hơn và có góc tới i lớn hơn góc giới hạn igh, thì sẽ xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần , trong đó mọi tia sáng đều bị phản xạ, không có tia khúc xạ. *HOẠT ĐỘNG 4: Ứng dụng hiện tượng phản xạ toàn phần. Cáp quang dẫn sáng do phản xạ toàn phần, được ứng dụng trong công nghệ thông tin và y học... Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung - GV trình bày sơ lược cấu tạo, công dụng của cáp quang (chú ý đến hiện tượng quang học): + Sợi quang có lõi làm bằng thủy tinh hoặc chất dẻo trong suốt có chiết suất n1, được bao quanh bằng một lớp vỏ có chiết suất n2 < n1. + Nhiều sợi quang 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 3000 sợi trong tiết diện khoảng 1 cm2). - Nêu một số ứng dụng của hiện tượng phản xạ toàn phần trong các dụng cụ quang học hoặc phép nội soi trong y học: + Trong y học người ta dùng bó sợi quang để quan sát các bộ phận ở trong cơ thể . + Trong công nghệ thông tin, cáp quang được dùng để truyền các dữ liệu. - Cho HS đọc để tìm hiểu cdụng của sợi quag học. HS tiếp nhận thông tin về sợi cáp quang và ứng dụng của nó. - Trả lời các câu hỏi của giáo viên về cấu tạo cũng như công dụng của sợi quang. + Lõi sợi cáp quang làm bằng thủy tinh siêu sạch có chiết suất lớn hơn chiết suất của vỏ cũng làm bằng thủy tinh khác nên mọi tia sáng truyền trong đó khi gặp thành lõi sợi dây sẽ bị phản xạ toàn phần. Sợi quang học đóng vai trò như ống dẫn sáng + Tín hiệu truyền đi được biến đổi thành dạng ánh sáng sẽ truyền đi với tốc độ và chất lượng rất cao. Ưng dụng hiện tượng phản xạ toàn phần Sợi quang (SGK) Cáp quang (SGK) V. CỦNG CỐ : - Nắm nội dung tóm tắt về hiện tượng phản xạ toàn phần - Nhấn mạnh về hiện tượng phản xạ toàn phần và điều kiện để có phản xạ toàn phần - Các ứng dụng cùa hiện tượng , đặc biệt là hiện tượng xảy ra trong sợi cáp quang và ứng dụng trong công nghệ thông tin. - Củng cố bằng các câu hỏi trắc nghiệm: 1/ Một tia sáng hẹp phát ra từ một bóng đèn đặt ở đáy một bể bơi chiếu đến mặt phân cách Nước- Không khídưới một góc i ≠ 0 . Nếu tăng góc tới lên hai lần thì : A. Góc khúc xạ tăng lên gấp hai lần. B. Góc khúc xạ tăng gần gấp hai lần. C. Góc khúc xạ tăng lên hơn hai lần hoặc xảy ra hiện tượng phản xạ toản phần,nếu 2i > igh ( igh _ là góc giới hạn ). D. Xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần , nếu 2i < igh 2/ Khi chiếu một tia sáng vào mặt phẳng phân cách giũa hai môi trường 1 và 2 . Gọi v1 và v2 là vận tốc lan truyền sóng điện từ trong hai môi trường đó với v1 < v2 .Có thể xác định giá trị của góc giới hạn igh từ hệ thức nào dưới đây? A. sin igh = B. sin igh = C. tg igh = D. C. tg igh = 3/ Hiện tượng phản xạ toàn phần xảy ra khi: A. Ánh sáng gặp bề mặt rất nhẵn. B. Ánh sáng đi từ môi trường chiết quang hơn sang môi trường chiết quang kém. C. Góc tới lớn hơn góc giới hạn. D. Góc tới nhỏ hơn góc giới hạn. 4/ Một tia sáng hẹp truyền từ một môi trường có hciết suất n1 = vào một môi trường khác có chiết suất n2 chưa biết. Để khi tia sáng tới gặp mặt phân cách hai môi trường dưới góc tới a ≤ 600 sẽ xáy ra hiện tượng phản xạ toàn phần thì n2 phải thỏa mãn điều kiện: A. n2 ≤ B. n2 ≤ 1,5 C. n2 ≥ D. n2 ≥ 1,5 VI. Bài tập về nhà: Giải bài tập SGK trang 222 và sách bài tập. Tìm một số ví dụ thực tế về ứng dụng định luật phản xạ toàn phần để giải thích hiện tượng này. Đọc thêm về ảo ảnh và phân biệt sự phản xạ và phản xạ toàn phần trong hiện tượng này.