Luận văn Tổ chức hoạt động học tập theo tiến trình nhận thức khoa học phần quanh hình học vật lý 11-Nâng cao nhằm phát triển năng lực sáng tạo của học sinh

o hướng tích cực hóa hoạt động của học sinh, học sinh tự lực giải quyết vấn đề dưới sự hướng dẫn của giáo viên tạo được hứng thú, phát huy được khả năng sáng tạo của học sinh, đồng thời giúp học sinh nắm vững kiến thức hơn. Tuy nhiên để đạt được hiệu quả cao với phương pháp giảng dạy như trên đòi hỏi phải tốn nhiều thời gian và công sức vì: - Đối tượng dạy của giáo viên là học sinh, từ bé đã quen với cách học thụ động, ít chịu tự lực suy nghĩ, ngại phát biểu ý kiến. - Cách thức tổ chức lớp học như hiện nay vẫn chưa thích hợp với cách dạy sáng tạo - Nội dung SGK quá tải và phân phối chương trình chưa hợp lí, thời gian luyện tập trên lớp ít ỏi, nội dung kiểm tra chỉ đánh giá được kiến thức mang tính “mì ăn liền” 2.2.3.3 Hoạt động của học sinh Trong giờ học: học sinh chủ yếu là người nghe thầy cô giảng giải và trả lời các câu hỏi của giáo viên có nội dung là tái tạo kiến thức đã học. Việc vận dụng kiến thức, vốn kinh nghiệm đã có để xây dựng kiến thức mới là rất ít. Khi kiểm tra, phần đông các em đều học thuộc lòng phần ghi chép trong tập và giải những bài tập định lượng rất máy móc, không có ý nghĩa ứng dụng vào thực tiễn cuộc sống Học sinh không được tham gia vào hoạt động thực hành thí nghiệm và rất ít được quan sát giáo viên làm thí nghiệm biểu diễn, dẫn đến tâm lý nhàm chán, thụ động và dễ dàng chấp nhận kiến thức mới, không có khả năng vận dụng kiến thức mới vào thực tiễn Theo tìm hiểu của chúng tôi thì tình hình dạy học như trên rất phổ biến, nhằm đối phó với bệnh thành tích và phân phối chương trình nặng nề. Dạy và học nói chung, đặc biệt là môn vật lý, ngoài việc phải đảm bảo cho học sinh nắm vững kiến thức mà còn phải làm cho học sinh tích cực và tự lực tham gia vào quá trình xây dựng, chiếm lĩnh kiến thức, phát huy được khả năng sáng tạo của học sinh. Cách giảng dạy như thực tế hiện nay chưa đáp ứng được các mục tiêu giáo dục. Trong khuôn khổ luận văn, tôi xin đưa tiến trình dạy học một số bài trong phần quang hình học, tạo điều kiện cho học sinh trở thành chủ thể của hoạt động nhận thức, phát huy tối đa khả năng sáng tạo của học sinh. 2.3. Tiến trình dạy học từng bài cụ thể Dựa vào quy trình thiết kế hoạt động dạy học theo tiến trình nhận thức khoa học nhằm phát triển năng lực sáng tạo của học sinh, đặc điểm và tình hình dạy và học phần quang hình học ở trường THPT, chúng tôi soạn thảo tiến trình dạy học cụ thể một số bài trên cơ sở: - Vốn kiến thức, kinh nghiệm sẵn có và trình độ tư duy của học sinh - Tình hình trang thiết bị hiện có ở trường THPT và một số đồ dùng dạy học tự làm - Mục đích sư phạm cần đạt được sau khi dạy học 2.3.1 Bài KHÚC XẠ ÁNH SÁNG A. Nội dung kiến thức cần xây dựng - Mối liên hệ giữa góc tới và góc khúc xạ. B. Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức Chiếu tia sáng tới mặt phân cách giữa 2 môi trường trong suốt khác nhau thì tia sáng bị lệch phương. Hiện tượng này có tuân theo quy luật nào không ? - Kiến thức lớp 9: Hiện tượng khúc xạ ánh sáng: khi chiếu tia sáng từ không khí vào môi trường trong suốt rắn hay lỏng thì tia khúc xạ luôn nằm trong mặt phẳng tới và nằm phía bên kia pháp tuyến so với tia tới - Góc tới là góc hợp bởi tia tới và tia pháp tuyến, góc khúc xạ là góc hợp bởi tia khúc xạ và tia pháp tuyến. - 3 bảng số liệu về góc tới và góc khúc xạ ứng với 3 cặp môi trường khác nhau Từ bảng số liệu, lập tỉ số sin sin i r ứng với từng cặp góc tới i và r Nhận xét, đối với từng cặp môi trường thì tỉ số sin sin i r không đổi Các cặp môi trường khác nhau thì tỉ số này khác nhau Khi chiếu tia sáng tới mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt thì tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới và nằm phía bên kia pháp tuyến so với tia tới Tỉ số giữa sin góc tới và sin góc khúc xạ là hằng số. Hằng số này phụ thuộc vào môi trường tới và môi trường khúc xạ C. Mục tiêu 1. Kiến thức Trình bày được các nội dung: Nếu vận dụng kết quả trên thì có thể suy ra được điều gì khi chiếu tia sáng tới mặt phân cách giữa 2 môi trường trong suốt và kiểm tra kết quả đó bằng thực nghiệm như thế nào? Ta có sin sinsin sin i in r r r n     Lập bảng số liệu i 30o 45o 60o r - Chiếu tia sáng tới mặt phẳng của bản bán trụ. Đặt vòng tròn chia độ sao cho tâm của nó trùng với điểm tới, trục 0o vuông góc với mặt phân cách. - Đọc giá trị của góc khúc xạ ứng với các giá trị của góc tới 30o, 45o, 60o So sánh với kết quả tính toán bằng lý thuyết Làm thế nào đo được góc khúc xạ khi chiếu tia sáng hẹp từ không khí tới bản bán trụ bằng thủy tinh? Giới thiệu dụng cụ thí nghiệm: bản bán trụ bằng thủy tinh, nguồn sáng laze, vòng tròn chia độ 21 sin sin i n r  với n21 gọi là chiết suất tỉ đối của môi trường khúc xạ đối với môi trường tới. Chiết suất tỉ đối của thủy tinh đối không khí n=1,5 Định luật khúc xạ ánh sáng Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới và nằm phía bên kia pháp tuyến so với tia tới. Đối với 2 môi trường trong suốt, tỉ số giữa sin góc tới và sin góc khúc xạ là hằng số. Vận dụng Trả lời câu hỏi: một hòn sỏi đang ở độ sâu h so với mặt nước. Một người đứng trên bờ quan sát sẽ thấy hòn sỏi ở vị trí nào? i 30o 45o 60o r - Khái niệm hiện tượng khúc xạ ánh sáng. - Định luật khúc xạ ánh sáng. - Các khái niệm: chiết suất tỉ đối, chiết suất tuyệt đối, hệ thức giữa chiết suất tỉ đối và chiết suất tuyệt đối, vai trò của chiết suất trong hiện tượng khúc xạ ánh sáng. 2. Kỹ năng - Biết cách vẽ đường đi của tia sáng từ môi trường này sang môi trường khác. - Vận dụng được định luật khúc xạ ánh sáng để giải thích hiện tượng và giải các bài tập về khúc xạ ánh sáng. - Tiến hành các thao tác thí nghiệm chuẩn xác, thu thập và xử lí số liệu chính xác 3. Sáng tạo - Từ bảng số liệu về góc tới và góc khúc xạ, biết cách lập luận để đưa ra dự đoán sinr ~ sinr - Biết sử dụng các dụng cụ thí nghiệm để thiết kế phương án đo góc khúc xạ khi chiếu tia sáng từ không khí vào bản bán trụ. D. Phương tiện dạy học 1. Dụng cụ thí nghiệm - Nguồn sáng laze, vòng tròn chia độ, bản bán trụ, bản mặt song song bằng thủy tinh, bảng từ 2. Thí nghiệm kiểm chứng: đo góc khúc xạ - Đặt bản bán trụ bằng thủy tinh và vòng tròn chia độ lên bảng từ sao cho trục 0o vuông góc với mặt phẳng của bản bán trụ - Sử dụng nguồn sáng laze chiếu tia sáng nằm trong mặt phẳng bản tới tâm của vòng tròn chia độ. Sử dụng vòng tròn chia độ để đọc giá trị của góc tới và góc khúc xạ. - Thực hiện thí nghiệm nhiều lần với các góc tới khác nhau và đo các góc khúc xạ tương ứng. Lập bảng số liệu. E. Xây dựng tình huống vật lý 1. Tình huống mở đầu - GV cho HS xem hình ảnh que đũa cắm trong ly nước. HS thấy que đũa bị gãy khúc ngay tại mặt phân cách giữa không khí và nước. Từ đó GV đề xuất vấn đề: đây là hiện tượng gì? Có quy luật nào chi phối hiện tượng này không? 2. Tình huống cơ bản - Nếu HS vẫn không trả lời được đây là hiện tượng lệch phương của tia sáng, GV cần định hướng bằng 1 thí nghiệm đơn giản: chiếu tia sáng truyền qua bản bán trụ, yêu cầu HS so sánh phương truyền của tia ló với tia tới. HS dễ dàng nhận thấy hiện tượng lệch phương của tia sáng khi truyền từ môi trường này sang môi trường khác (hiện tượng khúc xạ ánh sáng). - Ở lớp 9, học sinh đã được học về hiện tượng khúc xạ ánh sáng và rút ra được một quy luật: tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới và nằm phía bên kia pháp tuyến so với tia tới. Do đó, nội dung kiến thức cần xây dựng là mối liên hệ giữa góc tới và góc khúc xạ - GV có thể định hướng tiếp theo bằng cách cung cấp thêm các điều kiện. 3. Bài toán - Góc tới là góc hợp bởi tia tới và tia pháp tuyến, góc khúc xạ là góc hợp bởi tia khúc xạ và tia pháp tuyến. - Cung cấp 3 bảng số liệu ứng với 3 cặp môi trường khác nhau. - i 6o 10o 20o 30o 60o r 3o 8o 13o 19o 34o Bảng 1: ánh sáng truyền từ không khí vào nhựa trong suốt - i 5o 10o 20o 30o 60o r 4o 8o 14o 21o 39o Bảng 2: ánh sáng truyền từ không khí vào nước - i 6o 10o 20o 30o 60o r 5o 9o 15o 22o 41o Bảng 3: ánh sáng truyền từ không khí vào rượu êtylic - Dựa vào bảng số liệu trên, hãy tìm mối liên hệ giữa góc tới i và góc khúc xạ r Việc tự lực thiết lập biểu thức liên hệ giữa i và r là quá sức đối với học sinh, nhưng đây là cơ hội để học sinh thể hiện khả năng sáng tạo của mình. Tuy nhiên do thời gian trên lớp ngắn, nếu học sinh không tự lực được thì giáo viên nên định hướng cho học sinh thiết lập biểu thức sin sin i r ứng với từng cặp giá trị của i và r và nhận xét giá trị của tỉ số này. 4. Phát hiện kiến thức mới - Khi chiếu tia sáng tới mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt thì tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới và nằm phía bên kia pháp tuyến so với tia tới - Tỉ số giữa sin góc tới và sin góc khúc xạ là hằng số. Hằng số này phụ thuộc vào môi trường tới và môi trường khúc xạ. 5. Tình huống kiểm chứng - Nếu vận dụng kết quả trên thì bằng cách nào xác định được tia khúc xạ khi tia sáng truyền qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt? Kiểm tra kết quả trên bằng thực nghiệm như thế nào? - Giáo viên có thể định hướng cụ thể hơn bằng cách nêu bài toán kiểm chứng: hãy đo góc khúc xạ khi chiếu tia sáng từ không khí đến bản bán trụ bằng thủy tinh - Đối tượng thí nghiệm: bản bán trụ bằng thủy tinh - Tỉ số sin góc tới và sin góc khúc xạ 21sinsin i n r  với n21 gọi là chiết suất tỉ đối của môi trường 2 đối với môi trường 1. Khi tia sáng đi từ không khí vào thủy tinh thì n=1,5. - Chiếu sáng từ không khí đến bản bán trụ bằng thủy tinh. Dựa vào kiến thức vừa thiết lập, tính góc khúc xạ ứng với các giá trị góc tới 30o, 45o, 60o. - Hãy thiết kế phương án thí nghiệm kiểm chứng kết quả trên. 6. Hợp thức hóa kiến thức - GV kết luận, yêu cầu HS phát biểu định luật khúc xạ ánh sáng. 7. Vận dụng Yêu cầu HS vận dụng kiến thức mới để giải thích hiện tượng sau. - Tại sao khi đứng trên bờ quan sát, ta luôn thấy ao, hồ nông hơn so với thực tế. - Một người nhìn thấy con cá ở trong nước. Muốn đâm trúng con cá thì người đó phải phóng mũi lao vào chỗ nào? F. Soạn thảo tiến trình xây dựng kiến thức 1. Tình huống cơ bản GV: yêu cầu HS quan sát que đũa và giải thích hiện tượng Que đũa cắm trong ly thủy tinh chứa đầy nước HS Que đũa bị gãy khúc ngay tại mặt phân cách giữa không khí và nước Suy đoán tìm cách giải thích hiện tượng. GV: nếu HS không thể giải thích, GV có thể định hướng bằng cách làm thí nghiệm: chiếu một chùm tia sáng vào khối bán trụ bằng thủy tinh. Yêu cầu HS nhận xét đường truyền của chùm tia sáng HS: Ánh sáng khi truyền từ môi trường này sang môi trường khác thì một phần ánh sáng bị phản xạ lại môi trường tới, một phần ánh sáng bị lệch phương và đi vào môi trường 2. GV: hiện tượng tia sáng bị lệch phương khi truyền qua mặt phân cách gọi là khúc xạ ánh sáng. Hiện tượng này có tuân theo quy luật nào không? HS: suy đoán tìm câu trả lời Nhớ lại kiến thức ở lớp 9: khi tia sáng truyền từ không khí vào môi trường trong suốt rắn hay lỏng thì tia khúc xạ luôn nằm trong mặt phẳng tới và nằm phía bên kia so pháp tuyến so với tia tới. GV: nhận xét câu trả lời của học sinh và đề xuất vấn đề tiếp theo Góc tới là góc hợp bởi tia tới và tia pháp tuyến, góc khúc xạ là góc hợp bởi tia khúc xạ và tia pháp tuyến. Trong phiếu học tập có 3 bảng số liệu góc tới và góc khúc xạ ứng với 3 cặp môi trường khác nhau, hãy thiết lập hệ thức liên hệ giữa góc tới và góc khúc xạ ứng với từng cặp môi trường. Để tiết kiệm thời gian, giáo viên chia 2 nhóm làm một cặp môi trường. HS: dự đoán mối liên hệ giữa góc tới và góc khúc xạ GV: Nếu học sinh không thể tự lực hành động thì giáo viên có thể đưa ra gợi ý: hãy tính tỉ số sin sin i r và nêu nhận xét tỉ số này HS: tính tỉ số sin sin i r và nhận thấy tỉ số này bằng nhau GV: Yêu cầu các nhóm đọc giá trị sin sin i r Ta thấy cùng một cặp môi trường, khi i tăng thì r tăng nhưng tỉ số sin sin i r không đổi. Các cặp môi trường khác nhau có tỉ số sin sin i r khác nhau. Như vậy tỉ số này phụ thuộc vào cặp môi trường tới và môi trường khúc xạ gọi là chiết suất tỉ đối giữa hai môi trường. Theo lý thuyết về ánh sáng, chiết suất tỉ đối này bằng tỉ số giữa vận tốc v1 và v2 của ánh sáng khi truyền trong môi trường tới và khúc xạ 121 2 vn n v   . Khi nói chiết suất của 1 môi trường (chiết suất tuyệt đối) thì đó là chiết suất tỉ đối của môi trường đó với chân không 1 cn v  . Như vậy, chiết suất của chân không bằng 1, của các môi trường khác luôn lớn hơn 1. 2. Phát hiện kiến thức mới GV: từ kết quả trên, hiện tượng khúc xạ ánh sáng tuân theo quy luật gì? (nội dung của định luật khúc xạ ánh sáng) HS: hiện tượng khúc xạ ánh sáng tuân theo 2 quy luật: Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới, và ở phía bên kia pháp tuyến so với tia tới Tỉ số giữa sin góc tới và sin góc khúc xạ là không đổi. 3. Kiểm chứng GV: Nếu vận dụng kết quả trên thì bằng cách nào xác định được tia khúc xạ khi tia sáng truyền qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt? Kiểm tra kết quả trên bằng thực nghiệm như thế nào? Câu hỏi trên khá rộng nên học sinh khó có thể trả lời. Giáo viên có thể nêu rõ 2 vấn đề kiểm chứng: VĐ1: Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới, và ở phía bên kia pháp tuyến so với tia tới VĐ2: Tỉ số giữa sin góc tới và sin góc khúc xạ là không đổi Trong đó, vấn đề 1 dễ dàng nhận thấy là chính xác. Do đó, nhiệm vụ kiểm chứng vấn đề đòi hỏi HS phải phát huy khả năng sáng tạo để thiết kế phương án kiểm chứng, tiến hành thí nghiệm, thu thập số liệu. GV : Nếu vận dụng kết quả về quy luật của hiện tượng khúc xạ ánh sáng thì có thể tính được góc khúc xạ khi chiếu tia sáng từ không khí đến bản bán trụ bằng thủy tinh không? (cho biết bản bán trụ có chiết suất n=1,5) HS: Theo kết luận trên, ta có sin sinsin sin i in r r n    , từ đó suy ra r. GV: Bằng cách nào có thể kiểm tra giá trị này bằng thực nghiệm? HS: Chiếu tia sáng tới mặt phẳng của bản bán trụ, sử dụng vòng tròn chia độ để đọc giá trị góc khúc xạ và góc tới. Để dễ dàng đọc giá trị các góc thì ta đặt vòng tròn chia độ sao cho tâm của nó trùng với điểm tới, trục 0o vuông góc với mặt phân cách GV: Hãy tiến hành thí nghiệm kiểm chứng với kết quả lý thuyết. HS: tiến hành thí nghiệm GV: Kết quả thí nghiệm trên có sai số. Nguyên nhân sai số là chiết suất của lăng kính không phải có giá trị chẵn là 1,5, ngoài ra tia sáng laze qua mặt phân cách bị loe ra nên giá trị các góc đọc được trên thước đo độ không thật sự chính xác. Tuy nhiên, trong phạm vi sai số cho phép thì những kết luận trên là đúng. 4. Hợp thức hóa kiến thức GV: Hãy phát biểu định luật khúc xạ ánh sáng khi chiếu tia sáng đi qua mặt phân cách giữa hai môi trường trng suốt khác nhau? HS: Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới và nằm phía bên kia pháp tuyến so với tia tới Đối với hai môi trường trong suốt nhất định, tỉ số giữa sin góc tới và sin góc khúc xạ là một hằng số sin sin i const r  . Hằng số này gọi là chiết suất tỉ đối của môi trường khúc xạ đối với môi trường tới. 5. Vận dụng GV: Một hòn sỏi đang ở độ sâu h so với mặt nước. Một người đứng trên bờ quan sát sẽ thấy hòn sỏi ở vị trí nào? S’ S Định hướng: Vẽ 2 tia sáng xuất phát từ hòn sỏi, xác định giáo điểm của tia ló (ảnh) HS: vẽ hình, nhận xét vị trí của ảnh Nhận xét: ảnh nằm gần mặt nước hơn so với vị trí thật của nó GV: Như vậy, nếu ai không biết hiện tượng khúc xạ ánh sáng, họ thường ước lượng nhầm độ sâu của nước. Vì qua con mắt của chúng ta đáy ao, hồ, … thường nông hơn gần 1/3 độ sâu thực của nó. Nếu tin vào độ sâu nhìn thấy có thể sẽ gặp nguy hiểm 2.3.2 Bài PHẢN XẠ TOÀN PHẦN A. Nội dung kiến thức cần xây dựng - Mô tả được hiện tượng phản xạ toàn phần - Nêu được điều kiện để có phản xạ toàn phần B. Sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức Một tia sáng khi tới mặt phân cách giữa hai môi trường sẽ bị khúc xạ và đi vào môi trường 2. Có thể xảy ra trường hợp tia sáng không đi vào môi trường 2 hay không? Nếu có thì tia sáng sẽ truyền như thế nào khi tới mặt phân cách? Chiếu tia sáng đi từ môi trường 1 có chiết suất n1 sang môi trường 2 có chiết suất n2<n1. Dựa vào định luật khúc xạ ánh sáng để khảo sát sự tồn tại của góc khúc xạ r theo góc tới i. Theo định luật khúc xạ ánh sáng: n2i. Khi góc tới tăng thì góc khúc xạ cũng tăng, do đó khi góc tới tăng đến một giá trị giới hạn thì góc khúc xạ r=90o. ( 2 1 sin gh ni n  ). Nếu tiếp tục tăng i thì r>90o (vô lý) nên không có tia khúc xạ. Lúc này tia sáng phản xạ lại môi trường tới Điều kiện để không có tia khúc xạ: n1>n2 và i>igh ( 2 1 sin gh ni n  ) Khi ánh sáng tới mặt phân cách giữa 2 môi trường mà n1>n2 và i>igh ( 2 1 sin gh ni n  ) thì ánh sáng không bị khúc xạ vào môi trường 2 mà bị phản xạ lại môi trường 1 gọi là hiện tượng phản xạ toàn phần. C. Mục tiêu 1. Kiến thức Trình bày được các nội dung: Vận dụng kết quả trên để tìm điều kiện để xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần khi ánh sáng đi từ môi trường 1 sang môi trường 2? Làm thế nào để kiểm tra bằng thực nghiệm? Khi tia sáng đi từ không khí vào bản bán trụ: n1<n2: luôn có tia khúc xạ Khi tia sáng đi từ bản bán trụ ra không khí: n1>n2 Nếu i<igh thì có tia khúc xạ Nếu i>igh thì không có tia khúc xạ, tia sáng bị phản xạ lại môi trường 1 Chiếu tia sáng từ không khí vào bản bán trụ, quay bản bán trụ quan sát luôn thấy có tia khúc xạ Chiếu tia sáng tới mặt cong theo phương qua tâm bản bán trụ, tia sáng truyền thẳng vào bản bán trụ. Quan sát tia ló ra ngoài không khí, quay bản bán trụ cho tới khi không còn tia khúc xạ. Ghi nhận góc tới giới hạn (ứng với tia khúc xạ nằm trên mặt phân cách) Chiết suất của thủy tinh n=1,52 thì 41oghi  41oghi  Hãy tìm điều kiện để không có tia khúc xạ tại mặt phân cách giữa thủy tinh và không khí? Làm thế nào để kiểm tra bằng thực nghiệm? Đối tượng thí nghiệm là bản bán trụ bằng thủy tinh (n=1,52). Khi ánh sáng đi từ môi trường có chiết suất lớn 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 tia sáng đều bị phản xạ lại môi trường tới Vận dụng Sợi quang là một ống có lõi làm bằng thủy tinh hoặc chất dẻo có chiết suất n1, được bao quanh bằng một lớp vỏ có chiết suất n2 nhỏ hơn n1. Hãy xác định đường truyền của tia sáng trong sợi quang. Qua đó nêu ứng dụng của sợi quang - Khái niệm hiện tượng phản xạ toàn phần. - Điều kiện để xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần - Ứng dụng của hiện tượng phản xạ toàn phần vào thực tiễn 2. Kỹ năng - Vận dụng được hiện tượng phản xạ toàn phần để giải thích hiện tượng và giải các bài tập đơn giản. - Tiến hành các thao tác thí nghiệm chuẩn xác, thu thập và xử lí số liệu chính xác. 3. Sáng tạo - Biết vận dụng định luật khúc xạ ánh sáng để khảo sát sự tồn tại của góc khúc xạ r, từ đó suy ra điều kiện để xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần - Biết sử dụng các dụng cụ thí nghiệm có sẵn để thiết kế phương án thí nghiệm kiểm chứng điều kiện xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần D. Phương tiện dạy học 1. Dụng cụ thí nghiệm - Nguồn sáng laze, vòng tròn chia độ, bản bán trụ bằng thủy tinh, bảng từ 2. Thí nghiệm: kiểm chứng điều kiện xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần Chiếu tia sáng từ không khí tới mặt phẳng của bán bán trụ. Quay bản bán trụ để tăng góc tới và quan sát tia khúc xạ vào trong bản bán trụ, nhận thấy luôn có tia khúc xạ. Chiếu tia sáng tới mặt cong theo phương qua tâm của bản bán trụ. Quay bản bán trụ để tăng góc tới và quan sát tia sáng từ bản bán trụ ló ra ngoài không khí. Nhận thấy khi góc tới đạt tới một giá trị giới hạn thì sẽ không còn tia khúc xạ nữa. Ghi nhận góc tới giới hạn. E. Xây dựng tình huống vật lý 1. Tình huống cơ bản - GV đề xuất vấn đề: “Một tia sáng khi tới mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt sẽ bị khúc xạ và đi vào môi trường 2. Có thể xảy ra trường hợp tia sáng không đi vào môi trường 2 hay không?” - Để giải quyết vấn đề này đòi hỏi học sinh phải sử dụng kiến thức hiện tượng khúc xạ ánh sáng để tìm tòi và dự đoán câu trả lời - Nếu học sinh không thể tự lực trả lời câu hỏi này thì giáo viên có thể định hướng bằng cách cung cấp bài toán 2. Bài toán - Chiếu tia sáng đi từ môi trường 1 có chiết suất n1 sang môi trường 2 có chiết suất n2<n1. Dựa vào định luật khúc xạ ánh sáng, hãy khảo sát sự tồn tại của góc khúc xạ r theo góc tới i. - Theo định luật khúc xạ ánh sáng thì r>i do n1>n2. Ngoài ra khi tăng góc tới thì góc khúc xạ cũng tăng, do đó khi tăng góc tới i tới một giá trị giới hạn thì góc khúc xạ r=90o. Nếu ta tiếp tục tăng i thì góc khúc xạ lớn hơn 90o(vô lý), do đó không còn tia khúc xạ. - Trong thí nghiệm bài khúc xạ ánh sáng, khi chiếu tia sáng từ không khí vào bản bán trụ thì ta quan sát thấy đồng thời tia phản xạ và tia khúc xạ. Trong trường hợp trên nếu không còn tia khúc xạ thì tia sáng sẽ phản xạ lại môi trường tới 3. Phát hiện kiến thức mới - Điều kiện để xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần: n1>n2 và i>igh với 2 1 sin gh ni n  4. Tình huống kiểm chứng - Vận dụng kết quả trên để tìm điều kiện để xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần khi tia sáng đi từ môi trường 1 sang môi trường 2? Làm thế nào để kiểm tra bằng thực nghiệm? - Đối tượng thí nghiệm là bản bán trụ bằng thủy tinh. Xác định điều kiện để xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần tại mặt phân cách giữa thủy tinh và không khí. - Thí nghiệm này đòi hỏi học sinh khảo sát tia sáng đi từ bản bán trụ ra ngoài và phải đo được góc tới và góc khúc xạ. Vấn đề này đòi hỏi học sinh phải vận dụng linh hoạt kiến thức cũ và có óc sáng tạo để đưa ra giải pháp chiếu tia sáng tới mặt cong của bản bán trụ theo phương qua tâm, khi đó tia sáng truyền thẳng tới tâm, đặt vòng tròn chia độ tại đó, ta dễ dàng đo được góc tới và góc khúc xạ. 5. Hợp thức hóa kiến thức - GV kết luận, yêu cầu HS phát biểu điều kiện xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần khi tia sáng truyền từ môi trường 1 sang môi trường 2 6. Vận dụng - Giới thiệu cấu tạo của sợi quang, yêu cầu học sinh xác định đường truyền của tia sáng qua sợi quang - Qua đó nêu ứng dụng của sợi quang trong thực tiễn F. Soạn thảo tiến trình xây dựng kiến thức 1. Kiểm tra bài cũ GV: Thế nào là hiện tượng khúc xạ ánh sáng? HS: Hiện tượng khúc xạ ánh sáng là hiện tượng tia sáng bị lệch phương khi truyền qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt khác nhau GV: Hiện tượng khúc xạ ánh sáng tuân theo quy luật như thế nào? HS: Định luật khúc xạ ánh sáng: tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới và nằm phía ben kia pháp tuyến so với tia tới. Đối với hai môi trường trong suốt nhất định, tỉ số giữa sin góc tới và sin góc khúc xạ là một hằng số GV: Xét một tia sáng đi từ môi trường này sang môi trường khác. Chiết suất tỉ đối giữa hai môi trường cho ta biết điều gì? HS:Nếu n21>1 (n2>n1) thì r<i: tia khúc xạ nằm gần pháp tuyến hơn Nếu n21n2) thì r>i: tia khúc xạ nằm xa pháp tuyến hơn 2. Tình huống cơ bản GV: Như vậy 1 tia sáng đi tới mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt sẽ bị khúc xạ và đi vào môi trường 2. Vậy có thể xảy ra trường hợp tia sáng không đi vào môi trường 2 hay không? 3. Bài toán GV: Chiếu 1 tia sáng đi từ môi trường 1 có chiết suất n1 sang môi trường 2 có chiết suất n2<n1. Dựa vào định luật khúc xạ ánh sáng, hãy khảo sát sự tồn tại của góc khúc xạ r theo góc tới i? HS: Do n2 r>i . Khi tăng i thì r tăng. Khi i đạt tới một giá trị giới hạn thì góc khúc xạ r=90o ( 2 1 sin gh ni n  ). Nếu tiếp tục tăng i thì r không thể tăng nữa, tia khúc xạ không tồn tại. GV:Trong trường hợp này đường truyền của tia sáng như thế nào? HS: Khi chiếu tia sáng tới mặt phân cách 2 môi trường trong suốt, ta thấy đồng thời tia phản xạ và tia khúc xạ. Trong trường hợp này không có tia khúc xạ, ánh sáng đã bị phản xạ vào môi trường tới. GV: Đúng rồi. Hiện tượng này được gọi là hiện tượng phản xạ toàn phần. 4. Phát hiện kiến thức mới GV: Hãy nêu điều kiện xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần HS: Hiện tượng phản xạ toàn phần xảy ra khi n1>n2 và i>igh với sinigh=n2/n1 5. Kiểm chứng GV: Từ kết quả trên có thể suy ra được điều gì khi chiếu tia sáng tới mặt phân cách giữa 2 môi trường trong suốt và kiểm tra kết quả đó bằng thực nghiệm như thế nào? Đối tượng thí nghiệm của chúng ta là bản bán trụ bằng thủy tinh (n=1,52) Hãy kiểm tra điều kiện để xảy ra hiện tượng toàn phần tại mặt phân cách giữa không khí và thủy tinh. HS: Đối với bản bán trụ bằng thủy tinh, khi tia sáng đi từ không khí vào bản bán trụ luôn có tia khúc xạ vào trong. Để xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần cần phải tạo điều kiện để tia sáng đi từ bản bán trụ ra ngoài với góc tới lớn hơn góc giới hạn (sinigh=1/n => igh=41o). GV: Làm thế nào để kiểm chứng kết luận trên bằng thực nghiệm HS: Khảo sát tia sáng đi từ bản bán trụ ra ngoài không khí. Thay đổi giá trị của góc tới cho đến khi xảy