Giáo án môn Vật lý 11 Bài 26: Khúc xạ ánh sáng

Chương 6: KHÚC XẠ ÁNH SÁNG Bài 26: Khúc xạ ánh sáng Mục tiêu Kiến thức: Nhắc lại được định nghĩa hiện tượng khúc xạ ánh sáng Phát biểu được định luật khúc xạ ánh sáng Nêu được khái niệm chiết suất tuyệt đối, viết được biểu thức và giải thích được các đại lượng Nêu được khái niệm chiết suất tuyệt đối Viết được hệ thức liên hệ giữa chiết suất tuyệt đối và chiết suất tỉ đối Nêu được tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng từ đó suy ra biểu thức Kĩ năng Làm được thí nghiệm khảo sát mối liên hệ giữa góc tới i và góc khúc xạ r Biết cách thu tập số liệu, xử lí số liệu trong thí nghiệm mối liên hệ giữa i và r từ đó rút ra nhận xét về mối quan hệ giữa góc tới i và góc khúc xạ r Rèn luyện được kĩ năng quan sát, nghiên cứu thí nghiệm về mối quan hệ giữa i và r, trao đổi thông tin để hình thành kiến thức mới về định luật khúc xạ ánh sáng Thái độ Tích cực, chủ động nghiên cứu, đưa ra ý kiến trao đổi, xây dụng bài Có tác phong cẩn thận tỉ mỉ khi làm thí nghiệm Năng lực định hướng hình thành và phát triển Năng lực giải quyết vấn đề: mối liên hệ giữa i và r Năng lực tính toán:tính sini, sinr, tỉ số sinisinr Năng lực thực nghiệm: từ giả thuyết i và r có mối quan hệ thuận với nhau=> làm thí nghiệm về mối quan hệ giữa i và r => khẳng định giả thuyết đúng=> định luật 2 khúc xạ ánh Chuẩn bị Giáo viên Thí nghiệm khảo sát mối quan hệ giữa góc i và góc r Chuẩn bị bảng phụ: i r Sini sinr sinisinr 20o 40o 60o Học sinh Xem lại các kiến thức hiện tượng khúc xạ ánh sáng( lớp 9) Tiến Trình dạy học Ổn định tổ chức lớp: giữ lớp ổn định, kiểm tra sĩ số lớp Giới thiệu chương mới: Trong quang hình học có 3 định luật cơ bản: Định luật truyền thẳng ánh sáng, định luật phản xạ ánh sáng, định luật khúc xạ ánh sáng. Trong chương này chúng ta sẽ nghiên cứu đầy đủ hơn về sự khúc xạ, đồng thời tìm hiểu thêm 1 hiện tượng liên quan: hiện tượng phản xạ toàn phần Giới thiệu bài mới: Khúc xạ ánh sáng là hiện tượng có nhiều ứng dụng trong cuộc sống, hôm nay chúng ta sẽ tìm hiểu kĩ hơn về nó qua bài 26: Khúc xạ ánh sáng Hoạt động 1: Tìm hiểu sự khúc xạ ánh sáng(15p) Mục tiêu: Nhắc lại được định nghĩa hiện tượng khúc xạ ánh sáng Phát biểu được định luật khúc xạ ánh sáng Làm được thí nghiệm khảo sát mối liên hệ giữa góc tới i và góc khúc xạ r Biết cách thu tập số liệu, xử lí số liệu trong thí nghiệm mối liên hệ giữa i và r từ đó rút ra nhận xét về mối quan hệ giữa góc tới i và góc khúc xạ r Rèn luyện được kĩ năng quan sát, nghiên cứu thí nghiệm về mối quan hệ giữa i và r, trao đổi thông tin để hình thành kiến thức mới về định luật khúc xạ ánh sáng Năng lực giải quyết vấn đề: mối liên hệ giữa i và r Năng lực tính toán:tính sini, sinr, tỉ số sinisinr Năng lực thực nghiệm: từ giả thuyết i và r có mối quan hệ thuận với nhau=> làm thí nghiệm về mối quan hệ giữa i và r => khẳng định giả thuyết đúng=> định luật 2 khúc xạ ánh Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung ghi bảng - Đưa ra 1 số hình ảnh về hiện tượng khúc xạ ánh sáng. Lời dẫn: trên đây là một số hình ảnh rất quen thuộc.Dựa vào kiến thức đã học hãy cho biết đây là hiện tượng gì. - Yêu cầu HS nhắc lại định nghĩa khúc xạ ánh sáng, vẽ hình mô tả lại định nghĩa khúc xạ ánh sáng và nhắc lại khái niệm tia tới, pháp tuyến, tia khúc xạ, góc tới và góc khúc xạ - Lời dẫn: Khi thay đổi góc tới i thì góc r cũng thay đổi, sự thay đổi giữa i và r có tỉ lệ với nhau hay không? - Đưa ra thí nghiệm về mối quan hệ giữa i và r - Giới thiệu dụng cụ, cách tiến hành thí nghiệm - Treo bảng phụ , mời 2 học sinh cùng lên làm thí nghiệm, yêu cầu HS dưới lớp hoàn thiện nhanh bảng số liệu - Yêu cầu Hs nhận xét: + mối quan hệ gữa i và r + tỉ số sinisinr giữa các lần thí nghiệm khác nhau - yêu cầu HS rút ra định luật khúc xạ ánh sánh - Quan sát hình ảnh - Trả lời: Đây là hiện tượng khúc xạ ánh sáng -Khúc xạ ánh sáng là hiện tượng tia sáng bị lệch phương tại mặt phân cách giữa 2 môi trường trong suốt khác nhau. -Lên bảng vẽ hình mô tả định nghĩa khúc xạ ánh sáng - Tập trung lắng nghe và trả lời câu hỏi - 2 HS lên bảng làm thí nghiệm - HS dưới lớp quan sát, hoàn thành bảng số liệu - Nhận xét: + khi i tăng thì r cũng tăng + trong nhiều lần thí nghiệm khác nhau thì sinisinr=hằng số - Rút ra định luật khúc xạ ánh sáng 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 2 môi trường trong suốt khác nhau. - Hình 26.2 2. Định luật khúc xạ ánh sáng - Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới( tạo bởi tia tới và pháp tuyến và ở bên kia pháp tuyến so với tia tới. - Với 2 môi trường trong suốt nhất định, tỉ số giữa sin góc tới( sini) và sin góc khúc xạ( sinr) luôn không đổi sinisinr=hằng số Sản phẩm hoạt động: làm được thí nghiệm về mối quan hệ giữa i và r, bảng số liệu thí nghiệm, các nhận xét, định luật khúc xạ ánh sáng. Hoạt động 2: Tìm hiểu chiết suất của môi trường.(10p) Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung ghi bảng -Giới thiệu khái niệm chiết suất tỉ đối và biểu thức. + Ở phần khúc xạ ánh sáng ta có tỉ số sinisinr bằng một số không đổi trong hiện tượng khúc xạ và người ta gọi tỉ số này là chiết suất tỉ đối của môi trường (2) (chứa tia khúc xạ) đối với môi trường (1) (chứa tia tới) + Biểu thức của chiết suất tỉ đối là: sin góc tới i trên sin góc khúc xạ r bằng n21.Trong đó:i: góc tới, r: góc khúc xạ, n21: chiết suất tỉ đối của môi trường (2) đối với môi trường (1). -Chú ý cho HS mối liên hệ giữa chiết suất tỉ đối và vận tốc truyền sáng trong các môi trường. Ý nghĩa v1, v2 trong công thức. -Biện luận các giá trị của n21. ( Do có hiện tượng khúc xạ ánh sáng nên góc tới i sẽ khác giá trị của góc khúc xạ r do đó sinisinr=n21 có thể lớn hơn 1 hoặc là nhỏ hơn 1) - Giới thiệu khái niệm chiết suất tuyệt đối. - Giới thiệu biểu thức liên hệ giữa chiết suất tuyệt đối và tốc độ ánh sáng - Biện luận và đưa ra kết luận chiết suất trong chân không, không khí và chiết suất của các môi trường trong suốt. + Từ công thức trên ta có thể suy ra chiết suất của chân không là 1 vì c chia c bằng 1 + Chiết suất của không khí là 1,000293 nhưng trong một số bài tập ta có thể lấy bằng 1. + Dựa vào biểu thức trên, ta đã biết tốc độ của ánh sang truyền đi trong các môi trường bao giờ cũng nhỏ hơn tốc độ ánh sang trong chân không (v < c) nên chiết suất tuyệt đối của mọi chất đều lớn hơn 1. -Từ biểu thức liên hệ chiết suất và tốc độ ánh sáng để suy ra hệ thức liên hệ giữa chiết suất tỉ đối và chiết suất tuyệt đối. Ta có n1= cv1 n2= cv2 n2n1=v1v2=n21 -Từ biểu thức chiết suất tỉ đối, hệ thức liên hệ giữa chiết suất tỉ đối và chiết suất tuyệt đối viết định luật khúc xạ dạng đối xứng. Ta có: sinisinr=n21 n2n1=n21 => n1sini=n2sinr - Yêu cầu HS trả lời câu hỏi C1,C2,C3 - Nhận xét và kết luận. -Lắng nghe và ghi chép. -Ghi nhận. -Lắng nghe và ghi nhận. -Lắng nghe và ghi nhận. -Lắng nghe -Quan sát, lắng nghe và ghi nhận -Lắng nghe, quan sát và cùng GV biến đổi. -Lắng nghe, quan sát. - Suy nghĩ và trả lời +C1:Nếu i và r nhỏ hơn 10o thì sini ≈ i (rad), sinr ≈ r (rad). Do đó ta được n1i=n2r ir=n2n1 +C2: Khi i = 00 => r = 0o => tia sáng truyền thẳng => không xảy ra hiện tượng khúc xạ ánh sáng. Kết luận: Hiện tượng khúc xạ ánh sáng chỉ xảy ra khi ánh sáng truyền xiên góc qua mặt phân cách giữa hai môi trường (i ≠ 0o) +C3: n1sini1=n2sini2 ==nnsinin II. Chiết suất của môi trường 1.Chiết suất tỉ đối sinisinr=n21 Trong đó: i: góc tới r: góc khúc xạ n21: chiết suất tỉ đối của môi trường (2) đối với môi trường (1) *Chú ý: v1: vận tốc ánh sáng trong môi trường (1) v2: vận tốc ánh sáng trong môi trường (1) n21 = v1v2 -Nếu n21 > 1 => r môi trường (2) chiết quang hơn môi trường (1). - Nếu n21 r > i: Tia khúc xạ bị lệch xa pháp tuyến hơn => môi trường (2) chiết quang kém hơn môi trường (1). 2. Chiết suất tuyệt đối Chiết suất tuyệt đối (thường gọi tắt là chiết suất) của một môi trường là chiết suất tỉ đối của môi trường đó đối với chân không. -Gọi c : tốc độ ánh sáng trong chân không. v: tốc độ ánh sáng trong môi trường. cv=n c = 3.108 m/s -Chiết suất của chân không bằng 1 - Chiết suất của không khí là 1,000293 - Mọi môi trường trong suốt đều có chiết suất tuyệt đối lớn hơn 1. - Hệ thức liên hệ giữa chiết suất tỉ đối và chiết suất tuyệt đối. n2n1=n21 Trong đó: n1 là chiết suất (tuyệt đối) của môi trường (1). n2 là chiết suất (tuyệt đối) của môi trường (2) - Định luật khúc xạ dạng đối xứng. n1sini=n2sinr -C1 - C2 - C3 Hoạt động 3: Tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng(10p) Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung ghi bảng -Đặt vấn đề: Ở mục I, khi ta chuyền ánh sáng từ môi trường có chiết suất n1 vào môi trường có chiết suất n2, ta thấy rằng ánh sáng truyền theo tia SI và nó khúc xạ theo tia IR, vậy nếu đảo chiều, cho ánh sáng truyền theo tia RI thì nó có khúc xạ ra tia IS không ? Để trả lời cho câu hỏi này ta đi vào thí nghiệm. -Tiến hành :Đầu tiên , chiếu ánh sáng từ không khí vào bản thủy tinh, sẽ thấy ánh sáng truyền theo tia SI và bị khúc xạ vào bản thủy tinh theo tia IR, đánh dấu đường truyền . Sau đó chiếu ánh sáng từ bản thủy tinh vào không khí với tia tới RI, nhận xét đường truyền của tia khúc xạ - Kết quả : nếu đảo chiều, cho ánh sáng truyền từ bản thủy tinh vào không khí theo tia RI thì nó sẽ khúc xạ vào không khí theo tia IS. => Như vậy, ánh sáng truyền đi theo đường nào thì cũng truyền ngược lại theo đường đó. Đó là tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng. Từ tính thuận nghịch ta suy ra: n12 = Yêu cầu học sinh chứng minh. Lưu ý :Tính thuận nghịch này cũng biểu hiện ở sự truyền thẳng và sự phản xạ HS :lắng nghe, suy nghĩ HS: chú ý quan sát , đưa ra nhận xét HS: Tia khúc xạ thu được trùng với tia IS HS : Ghi nhận và chép vào vở Chứng minh công thức: -Khi ánh sáng truyền theo chiều SIR ta có: n1sini = n2sinr hay = n₂n₁=n21 -Khi ánh sáng truyền theo chiều RIS, theo tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng, ta có: sinrsini = n₁n₂=n12 n12 = n₁n₂=n₁n₁n₂n₁=1n₂₁ III ,Tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng -Tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng: ánh sáng truyền đi theo đường nào thì cũng truyền ngược lại theo đường đó. Từ tính thuận nghịch ta suy ra: n12 = Lưu ý :Tính thuận nghịch này cũng biểu hiện ở sự truyền thẳng và sự phản xạ Hoạt động 5: Củng cố, luyện tập(5p) Hoạt động của GV Hoạt động của học sinh Nhấn mạnh, hệ thống hóa lại các kiến thức trọng tâm trong bài: Hiện tượng khúc xạ ánh sáng là gì? Nội dung của định luật khúc xạ ánh sáng Nắm được 2 khái niệm chiết suất tỷ đối và chiết suất tuyệt đối Sự truyền ánh sáng luôn có tính thuận nghịch. Bài tập củng cố: Câu 1: hiện tượng khúc xạ ánh sáng là hiện tượng : A: Ánh sáng bị giảm cường độ khi truyền qua mặt phân cách giữa 2 môi trường trong suốt. B: Ánh sáng bị hắt lại môi trường cũ khi truyền qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt C: Ánh sáng bị gãy khúc khi truyền qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt D: Ánh sáng bị thay đổi màu sắc khi truyền qua hai môi trường trong suốt. Câu 2 : Biểu thức của định luật khúc xạ: A: sin i =n₁n₂sin r B: sin r .n1 =sin i .n2 C: sin i.sin r = n1 .n2 D: n1 sin i=n2. sin r Ghi nhận HS: đọc và chọn đáp án Hoạt động 5 : Bài tập về nhà -Làm các bài tập trong SGK và SBT Giải bài tập : chiếu một tia sáng từ đi từ nước có chiết suất nn =4/3 vào mặt phân cách giữa nước và không khí , tính góc khúc xạ trong trường hợp i= 60o ( khi đó không xảy xa hiện tượng khúc xạ, tạo tính hướng vào bài cho bài học sau ) IV.Rút kinh nghiệm