Giáo án Vật Lí Lớp 11 - Bài 26: Khúc xạ ánh sáng

PHẦN II. QUANG HÌNH HỌC CHƯƠNG VI: KHÚC XẠ ÁNH SÁNG BÀI 26: KHÚC XẠ ÁNH SÁNG I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức: - Trả lời được câu hỏi: Hiện tượng khúc xạ là gì? Nhận ra trường hợp giới hạn i = 00. - Phát biểu được định luật khúc xạ ánh sáng. - Hiểu được các khái niệm chiết suất của môi trường. Phân biệt chiết suất tuyệt đối và chiết suất tỉ đối. Viết được hệ thức giữa chiết suất tỉ đối và chiết suất tuyệt đối. 2. Kỹ năng: - Viết và vận dụng các công thức của định luật khúc xạ ánh sáng để giải các bài tập liên quan. 3. Thái độ: - Có thái độ yêu thích môn học, có ý thức học tâp tốt, tham gia phát biểu xây dựng bài. II. CHUẨN BỊ: 1. Giáo viên: - Tranh vẽ sẵn về khúc xạ ánh sáng. - Các thí nghiệm hiện tượng khúc xạ ánh sáng: cốc nước, que khuấy, hòn sỏi. - Các thí nghiệm về sự khúc xạ ánh sáng: các thiết bị của hộp quang học ( vòng tròn chia độ, khối nhựa bán trụ và chùm laze). 2. Học sinh: - Ôn lại kiến thức khúc xạ ánh sáng đã học ở THCS III. TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC: Hoạt động 1 (5 phút): Ổn định lớp, kiểm tra bài, vào bài. 1. Kiểm tra bài cũ: Không kiểm tra 2. Giới thiệu chương VI: Ánh sáng là đối tượng nghiên cứu của Quang hình học và 3 định luật cơ bản của quang hình học là: Định luật truyền thẳng ánh sáng, khúc xạ ánh sáng, phản xạ ánh sáng. Nhờ những nghiên cứu về Quang hình học người ta đã chế tạo ra nhiều dụng cụ quang cần thiết cho khoa học và đời sống. VD: Internet (cáp quang) + Giới thiệu bài mới: Chúng ta cùng tìm hiểu một trong ba định luật cơ bản của Quang hình học đó là định luật khúc xạ ánh sáng. 3. Dạy bài mới: Hoạt động 2 (15 phút) : Tìm hiểu sự khúc xạ ánh sáng. Hoạt động của học sinh Trợ giúp của giáo viên Kiến thức cơ bản - Que khuấy như bị gãy tại mặt nước. - Học sinh ghi nhận. - Học sinh ghi nhận. - Học sinh quan sát. - Quan sát thí nghiệm. - Nhận xét về mối kiên hệ giữa góc tới và góc khúc xạ. - Cùng tính toán và nhận xét kết quả. Ghi nhận định luật. - Học sinh ghi nhận. - Chiếu sáng, sưởi ấm, diệt vi khuẩn, chống bệnh còi xương ở trẻ em. - Ngăn các tia bức xạ đến Trái đất, gây nguy hiểm đến người và sinh vật. - Quan sát hình 26.1 và cho biết hiện tượng gì xãy ra khi nhúng que khuấy vào trong ly nước? - Thực chất que khuấy không bị gãy, nhưng ta lại nhìn thấy que khuấy như bị gãy tại mặt nước. Để giải thích hiện tượng này ta cùng đi hiểu mục I. - Vẽ hình 26.2. Giới thiệu tên gọi các tia trong hình vẽ. - Tiến hành thí nghiệm hình 26.3. - Cho học sinh nhận xét về sự thay đổi của góc khúc xạ r khi tăng góc tới i. - Tính tỉ số giữa sin góc tới và sin góc khúc xạ trong một số trường hợp. Giới thiệu định luật khúc xạ. - Điền vào bảng 26.1. - Lồng ghép GDMT: Từ các kiến thức sinh học, địa lý và liên hệ thực tiễn. Hãy cho biết: + Tác dụng của ánh sáng mặt trời đối với Trái đất? ð Có thể nói được là chúng ta sống trong bóng tối nếu không có ánh sáng mặt trời chiếu vào Trái đất. Ánh sáng được coi là yếu tố sinh thái vừa có tác dụng giới hạn, vừa có tác dụng điều chỉnh đối với đời sống sinh vật, đặc biệt là thực vật. Ánh sáng trắng trực tiếp tham gia vào quá trình quang hợp, tổng hợp vitamin D. Một trong những lợi ích chính của như ánh nắng mặt trời, và nhiều tia cực tím đặc biệt hơn là việc tạo ra vitamin D. Vitamin D còn được gọi là vitamin như ánh nắng mặt trời vì nó được hình thành ngay bên trong cơ thể chúng ta khi ánh sáng của tia cực tím chạm vào da. Vì chúng ta sợ như ánh nắng mặt trời và ung thư da, người ta ước tính có đến 70% người Mỹ thiếu vitamin D. Điều này quan trọng vì vitamin D ảnh hưởng đến sức khỏe chúng ta về nhiều phương diện. + Ánh sáng khúc xạ qua tầng ôzôn và tác dụng của tầng ôzôn? ð Tầng ôzôn nằm ở ngoài cùng khí quyển, có tác dụng ngăn những tia sáng độc hại phát ra từ mặt trời hoặc các vì sao khác đồng thời tầng ô zôn cũng như 1 cái kính 2 mặt, 1 mặt là thủy tinh trong và 1 mặt là gương để giữ lại ánh sáng mặt trời khi ánh sáng mặt trời phản chiếu từ biển trở lại vì thế nó cũng đồng thời giữ luôn nhiệt lượng mà các ánh sáng đó mang theo. Môi trường đang bị ô nhiễm tác động vào tầng ô zôn làm cho nhiệt lượng trái đất tăng cao dẫn đến làm tan chảy băng ở 2 cực. Khoảng 90% lượng ôzôn trong khí quyển của chúng ta tập trung ở tầng bình lưu. Tầng ozon rất quan trọng đối với sự sống trên Trái đất vì nó hấp thụ phần lớn tia cực tím của bức xạ mặt trời, không cho các tia này đến được Trái đất. Nếu tầng ozon bị suy giảm, bức xạ UV sẽ đến Trái đất nhiều hơn và làm tăng bệnh ung thư da, đục nhân mắt (cataract), làm giảm sản lượng lương thực, ảnh hưởng đến hệ sinh thái biển.  I. Sự khúc xạ ánh sáng 1. Hiện tượng khúc xạ ánh sáng ĐN: 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. Bảng 26.1: Kết quả đo góc tới i và góc khúc xạ r i r sini sinr 00 100 200 300 400 500 600 700 800 00 6,50 130 19,50 25,50 310 350 390 41,50 0 0,174 0,342 0,500 0,643 0,766 0,866 0,940 0,985 0 0,113 0,225 0,334 0,413 0,515 0,574 0,629 0,663 2. Định luật khúc xạ ánh sáng SI: tia tới; I: điểm tới I’S: tia phản xạ IR: tia khúc xạ NN’: pháp tuyến của mặt phân cách i: góc tới, i’: góc tới (i=i’) r: góc khúc xạ + Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới (tạo bởi tia tới và pháp tuyến) 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 luôn không đổi: = hằng số Hoạt động 3 (15 phút): Tìm hiểu chiết suất của môi trường. Hoạt động của học sinh Trợ giúp của giáo viên Kiến thức cơ bản - Nếu n21 > 1 thì r < i : Tia khúc xạ lệch lại gần pháp tuyến hơn. - Nếu n21 i : Tia khúc xạ lệch xa pháp tuyến hơn. - Học sinh ghi nhận. - Từ k.n chiết suất tuyệt đối, ta có: - hực hiện trả lời C1, C2 và C3. - Giới thiệu k.n chiết suất tuyệt đối của một môi trường. - Từ biểu thức của chiết suất tuyệt đối, dẫn dắt hs đến hai nhận xét. - Giới thiệu k.n chiết suất tỉ đối của một môi trường. - Em hãy tìm mối liên hệ giữa chiết suất tỉ đối của hai môi trường với vận tốc ánh sáng truyền trong hai môi trường đó. - Yêu cầu học sinh thực hiện C1, C2 và C3. II. Chiết suất của môi trường 1. Chiết suất tỉ đối Tỉ số không đổi trong hiện tượng khúc xạ được gọi là chiết suất tỉ đối n21 của môi trường 2 (chứa tia khúc xạ) đối với môi trường 1 (chứa tia tới): = n21 + Nếu n21 > 1 thì r < i: Tia khúc xạ lệch lại gần pháp tuyến hơn. Ta nói môi trường 2 chiết quang hơn môi trường 1. + Nếu n21 i: Tia khúc xạ lệch xa pháp tuyến hơn. Ta nói môi trường 2 chiết quang kém môi trường 1. 2. Chiết suất tuyệt đối Chiết suất tuyệt đối của một môi trường là chiết suất tỉ đối của môi trường đó đối với chân không. Mối liên hệ giữa chiết suất tỉ đối và chiết suất tuyệt đối: n21 = . Công thức của định luật khúc xạ có thể viết dưới dạng đối xứng: n1sini = n2sinr. C1: n1i = n2r hay C2: i = 00 →r = 00: tia sáng truyền thẳng. Đây là trường hợp giới hạn của sự khúc xạ. C3: n1.sini1=n2.sini2== nn.sinin Đây là công thức của định luật bảo toàn. Hoạt động 4 (5 phút) : Tìm hiểu tính thuận nghịch của sự truyền ánh sáng. Hoạt động của học sinh Trợ giúp của giáo viên Kiến thức cơ bản - Học sinh ghi nhận. - Phát biểu nguyên lí thuận nghịch. - Chứng minh công thức: - Theo thực nghiệm, ở hình 26.2, nếu đảo chiều, cho ánh sáng truyền từ nước ra không khí theo tia RI thì nó khúc xạ vào không khí theo tia IS. Đây là tính chất thuận nghịch của ánh sáng. - Yêu cầu học sinh phát biểu nguyên lí thuận nghịch. - Em hãy chứng minh ct (26.5) n12 = III. 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 = Chứng minh công thức: Ta có: Hoạt động 5 (5 phút) : Củng cố, giao nhiệm vụ về nhà. Hoạt động của học sinh Trợ giúp của giáo viên Kiến thức cơ bản - Tóm tắt những kiến thức cơ bản. + = n21== hằng số hay n1sini = n2sinr. + n21 = = và n = . + Ánh sáng truyền đi theo đường nào thì cũng truyền ngược lại theo đường đó. - Ghi các bài tập về nhà. - Cho học sinh nhắc lại: + Định nghĩa khúc xạ. + Chiết suất của môi trường. + Nguyên lý thuận nghịch. - Yêu cầu học sinh về nhà làm các bài tập SGK.