Giáo án chuyên môn GVHD: Nguyễn Văn Thụy GVHD: Nguyễn Văn Thụy Ngày soạn: 12/03/2010. GSTT : Nguyễn Thị Quỳnh Trang Ngày dạy : 16/03/2010. Lớp thực tập: 11TN2. Tiết 67: BÀI TẬP KHÚC XẠ ÁNH SÁNG I. Mục tiêu: - Học sinh làm quen với các dạng bài tập khác nhau về hiện tượng khúc xạ. - Vận dụng được định luật khúc xạ ánh sáng để giải các bài tập về hiện tượng khúc xạ, kể cả trong một số trường hợp tương đối phức tạp. II. Chuẩn bị: 1. Giáo viên: - Chuẩn bị một số dạng bài tập về định luật khúc xạ ánh sáng. Nội dung ghi bảng: Tiết 67: BÀI TẬP KHÚC XẠ ÁNH SÁNG I. Kiến thức cần nắm: 2 1 2 1 sin .sin .sin sin ni n n i n r r n = = ⇒ = n là hằng số. + 2 1 1n n n i r> ⇔ > ⇔ > : ánh sáng đi từ môi trường có chiết suất nhỏ hơn tới môi trường có chiết suất lớn hơn: tia khúc xạ đi gần pháp tuyến hơn tia tới. + 2 1 1n n n i r< ⇔ < ⇔ < : ánh sáng đi từ môi trường có chiết suất lớn hơn tới môi trường có chiết suất nhỏ hơn: tia khúc xạ đi xa pháp tuyến hơn tia tới. + i = 0 thì r = 0: tia sáng vuông góc với mặt phân cách, tia sáng truyền thẳng. II. Phân dạng bài tập: Dạng 1: Xác định ảnh của vật tạo bởi lưỡng chất phẳng. Dạng 2: Xác định ảnh của vật tạo bởi bản song song. Phương pháp giải sẽ được hướng dẫn trong bài tâp vận dụng cụ thể. Bài tập vận dụng: 2. Học sinh: Ôn lại kiến thức về hiện tượng khúc xạ ánh sáng. GSTH: Nguyễn Thị Quỳnh Trang Trang 1 Giáo án chuyên môn GVHD: Nguyễn Văn Thụy III. Thiết kế hoạt động dạy học Hoạt động 1: KIẾN THỨC CẦN NẮM Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh - Yêu cầu HS nhắc lại các kiến thức cần nắm. - Cách xác định ảnh của một vật? - HS trả lời câu hỏi của GV: + Công thức cần nhớ: 2 1 2 1 sin .sin .sin sin ni n n i n r r n ⇒ = = ⇒ = n là hằng số. + 2 1 1n n n i r> ⇔ > ⇔ > : ánh sáng đi từ môi trường có chiết suất nhỏ hơn tới môi trường có chiết suất lớn hơn: tia khúc xạ đi gần pháp tuyến hơn tia tới. + 2 1 1n n n i r< ⇔ < ⇔ < : ánh sáng đi từ môi trường có chiết suất lớn hơn tới môi trường có chiết suất nhỏ hơn: tia khúc xạ đi xa pháp tuyến hơn tia tới. + i = 0 thì r = 0: tia sáng vuông góc với mặt phân cách, tia sáng truyền thẳng. - Ảnh của một vật là giao điểm của đường kéo dài của tia khúc xạ. Hoạt động 2: PHÂN DẠNG VÀ BÀI TẬP ÁP DỤNG - Dạng 1: Xác định ảnh của vật tạo bởi lưỡng chất phẳng. - Giáo viên yêu cầu học sinh làm bài tập: Bài tập 1: Một cái bể sâu 1,2m chứa đầy nước. Trên pháp tuyến của mặt nước có mắt của người quan sát và mắt của con cá. Mắt người ở điểm S cao hơn mặt nước 0,6m còn mắt con cá ở điểm Q thấp hơn mặt nước 0,84m. 1) Người nhìn thấy cá cách mắt mình bao nhiêu? 2) Cá nhìn thấy người cách mắt cá bao GSTH: Nguyễn Thị Quỳnh Trang Trang 2 Giáo án chuyên môn GVHD: Nguyễn Văn Thụy nhiêu? 3) Ở đáy bể có một gương phẳng nằm ngang. Hỏi: - Người quan sát thấy ảnh mình ở cách anh ta bao nhiêu? - Cá nhìn thấy ảnh người đó cách mắt nó bao nhiêu? Bài giải: 1) Đây là dạng bài tập người nhìn cá. - Giáo viên gợi ý học sinh vẽ hình và làm bài tập. + Trường hợp này cá là vật, ở dưới bể nước. + Tia tới QN vuông góc với mặt phân cách, vẽ tia ló qua mặt phân cách? Gọi HS lên vẽ. + Tia tới QI hợp với tia pháp tuyến của mặt phân cách góc tới i, tia khúc xạ như thế nào so với tia pháp tuyến? + Gọi HS vẽ tia khúc xạ IR? Xác định - HS tóm tắt bài và giải bài tập. - HS chú ý nghe GV hướng dẫn và thực hiện. + QN vuông góc với mặt phân cách, nên QN truyền thẳng, vẽ tia ló NS vuông GSTH: Nguyễn Thị Quỳnh Trang Q’ N I i r Q S Trang 3 Giáo án chuyên môn GVHD: Nguyễn Văn Thụy góc khúc xạ r. + Giao điểm của đường kéo dài hai tia ló chính là ảnh Q’ của Q. + Q’ là ảnh của cá mà mắt người nhìn thấy. + Vậy bài toán cần tìm chính là đoạn SQ’. + Muốn tìm được đoạn SQ’ ta phải tính được đoạn nào? + Tính NQ’ bằng cách nào? + Xác định các góc bằng nhau? + Tìm SQ’ với công thức? 2) Đây là dạng bài toán Cá nhìn người: góc với mặt phân cách. + Vì tia sáng đi từ môi trường chiết quang hơn tới môi trường kém chiết quang, tức n 2 < n 1 hay n < 1 thì i < r, tức là tia khúc xạ xa pháp tuyến hơn so với tia tới. + HS lên bảng vẽ tia khúc xạ IR, xác định góc khúc xạ. + HS kéo dài tia khúc xạ và cắt tia NQ tại Q’. + Ta phải tìm được đoạn NQ’. + Do tính chất sole trong: góc (NQ’I ) = r; (Q’QI) = i. Ta có: tan ' NI r NQ = ; tan NI i NQ = Ta xét i, r rất nhỏ nên: tan sin ;tan sin .i i i r r r≈ ≈ ≈ ≈ 2 1 tan sin . tan sin ni i i n r r r n ⇒ ≈ ≈ ≈ ≈ (1) Mà 2 1 tan ' 1 tan ni NQ r NQ n n = = = 1 3 ' .0,84 0,63 . 4 NQ NQ m n ⇒ = = = + Vậy: SQ’ = NQ’ + NS = 0,63 + 0,6 = 1,23(m). GSTH: Nguyễn Thị Quỳnh Trang Trang 4 Giáo án chuyên môn GVHD: Nguyễn Văn Thụy - Giáo viên gợi ý học sinh vẽ hình và làm bài tập. + Trường hợp này người là vật, ở môi trường không khí. + Tia tới SN vuông góc với mặt phân cách, vẽ tia ló qua mặt phân cách? Gọi HS lên vẽ. + Tia tới SI hợp với tia pháp tuyến của mặt phân cách góc tới i, tia khúc xạ như thế nào so với tia pháp tuyến? + Gọi HS vẽ tia khúc xạ IR? Xác định góc khúc xạ r. + Giao điểm của đường kéo dài hai tia ló chính là ảnh S’ của S. + S’ là ảnh của người mà mắt cá nhìn thấy. + Vậy bài toán cần tìm chính là đoạn QS’. + SN vuông góc với mặt phân cách, nên SN truyền thẳng, vẽ tia ló NQ vuông góc với mặt phân cách. + Vì tia sáng đi từ môi trường kém chiết quang tới môi trường chiết quang hơn, tức n 2 > n 1 hay n > 1 thì i > r, tức là tia khúc xạ gần pháp tuyến hơn so với tia tới. + HS lên bảng vẽ tia khúc xạ IR, xác định góc khúc xạ. + HS kéo dài tia khúc xạ và cắt tia NS tại S’. GSTH: Nguyễn Thị Quỳnh Trang Q S S’ N I i r Trang 5 i r Giáo án chuyên môn GVHD: Nguyễn Văn Thụy + Muốn tìm được đoạn QS’ ta phải tính được đoạn nào? + Tính NS’ bằng cách nào? + Xác định các góc bằng nhau? 3) Khoảng cách giữa người và ảnh của người: - Hướng dẫn HS vẽ hình: - Vẽ các tia ló khi đi qua mặt phân cách của lưỡng chất phẳng: S qua lưỡng chất phẳng cho ảnh S 1 . Vẽ ảnh S 1 ? + Tia tới SN vuông góc với mặt phân cách, vẽ tia ló qua mặt phân cách? Gọi HS lên vẽ. + Tia tới SI hợp với tia pháp tuyến của mặt phân cách góc tới i, tia khúc xạ như thế nào so với tia pháp tuyến? + Ta phải tìm được đoạn NS’. + Theo tính chất sole trong: Góc (ISN) = i, (NS’I) = r. Khi đó: 'NS NI tgr = ; NS NI tgi = do đó: 'tgi NS tgr NS = Từ công thức (1) câu 1: Suy ra: 2 1 4 ' .0,6 0,8 . 3 n NS NS m n = = = Do đó: QS’= NS’ + NQ = 0,8 + 0,84 = 1,64m. + SN vuông góc với mặt phân cách, nên SN truyền thẳng, vẽ tia ló NQ vuông góc với mặt phân cách. + Vì tia sáng đi từ môi trường kém chiết quang tới môi trường chiết quang hơn, tức n 2 > n 1 hay n > 1 thì i > r, tức là tia khúc xạ gần pháp tuyến hơn so với tia tới. GSTH: Nguyễn Thị Quỳnh Trang Trang 6 Giáo án chuyên môn GVHD: Nguyễn Văn Thụy + Gọi HS vẽ tia khúc xạ IR? Xác định góc khúc xạ r. + Giao điểm của đường kéo dài hai tia ló chính là ảnh S 1 của S. - S 1 là vật khi qua gương phẳng và S 2 là ảnh của S 1 khi qua gương phẳng. Vẽ S 2 ? + Tia tới S 1 H vuông góc với gương, vẽ tia ló? + Tia tới S 1 K tới gương phẳng thì sẽ có hiện tượng gì? Có tia khúc xạ không? + Sự tạo thành ảnh S 2 ? + HS lên bảng vẽ tia khúc xạ IR, xác định góc khúc xạ. + HS kéo dài tia khúc xạ và cắt tia NS tại S 1 . + Tia SH sẽ truyền thẳng. + Sẽ bị phản xạ theo phương cũ với góc tới bằng góc phản xạ và bằng góc r. + Kéo dài tia phản xạ và tia S 1 H ta được giao điểm S 2 . S 2 là ảnh của S 1. GSTH: Nguyễn Thị Quỳnh Trang S 1 S I N S 2 M K H S 3 Trang 7 Giáo án chuyên môn GVHD: Nguyễn Văn Thụy + Ảnh qua gương phẳng đối xứng với vật nên S 1 H = HS 2. - Ảnh S 2 sẽ là vật khi qua lưỡng chất phẳng. + Tia tới S 2 N vuông góc với mặt phân cách, vẽ tia ló qua mặt phân cách? Gọi HS lên vẽ. + Tia tới S 2 M hợp với tia pháp tuyến của mặt phân cách góc tới i, tia khúc xạ như thế nào so với tia pháp tuyến? + Gọi HS vẽ tia khúc xạ? Xác định góc khúc xạ r. + Giao điểm của đường kéo dài hai tia ló chính là ảnh S 3 của S 2 . + Vậy S 3 là ảnh cuối cùng của hệ. - Bài toán cần tìm SS 3. - Muốn tìm được đoạn SS 3 ta phải tính được đoạn nào? + Tính NS 3 bằng cách nào? + HS 2 =? + S 2 N vuông góc với mặt phân cách, nên SN truyền thẳng, vẽ tia ló vuông góc với mặt phân cách + Vì tia sáng đi từ môi trường chiết quang tới môi trường kém chiết quang hơn, tức n 2 < n 1 hay n < 1 thì i < r, tức là tia khúc xạ xa pháp tuyến hơn so với tia tới. + HS lên bảng vẽ tia khúc xạ, xác định góc khúc xạ. + HS kéo dài tia khúc xạ và cắt tia NS 2 tại S 3 . + Ta phải tìm đoạn NS 3 :  3 NS NM tgi = ; 2 NS NM tgr = do đó: 2 3 NStgi tgr NS = Từ (1) câu 1 suy ra : 1 1 3 2 2 2 2 ( ) n n NS NS NH HS n n = = + + S 2 H = S 1 H = NH + NS 1 = 1,2 + 0,8 = 2m 3 3 (1,2 2) 2,4 4 NS m= + = Vì vậy: SS 3 = NS + NS 3 = 0,6 + 2,4 = 3m QS 3 = NS 3 - NQ = 2,4 - 0,84 = 1,56m GSTH: Nguyễn Thị Quỳnh Trang Trang 8 Giáo án chuyên môn GVHD: Nguyễn Văn Thụy Dạng 2: Xác định ảnh của vật tạo bởi bản song song. - Bài tập: Một vật AB thẳng cao 5cm được đặt song song với một bản thủy tinh hai mặt song song, chiết suất 1,5 bề dày là 12cm. Vật AB cách bản 24cm. a) Vẽ đường đi của một tia sáng xuất phát từ đỉnh A của vật, tới bản dưới góc tới 60 0 và đi qua bản. b) Xác định vị trí và độ lớn của ảnh A’B’ của AB cho bởi bản song song. - Vẽ ảnh A’ của A thế nào? - Tương tự cho học sinh vẽ ảnh của B và - Tia tới là AI, tia khúc xạ tương ứng là IJ. Từ định luật khúc xạ ánh sáng ta suy ra: 577,0 5,1 60sinsin sin 0 === n i r r = 35 0 15’ -Tia tới IJ tới mặt thứ hai của bản tại J với góc tới r’= r. - Tia sáng ló ra ngoài theo tia JR với góc ló i’= i. Từ đó suy ra tia ló JR song song với tia tới AI. - Từ A vẽ thêm tia sáng AH vuông góc với bản. Giao điểm của 2 tia ló là ảnh A’ của A. - Tương tự từ B vẽ các tia tới song song với các tia tới từ A, các tia ló tương ứng cắt nhau tại B’. Ta thấy ảnh A’B’ của AB song song với AB và có độ lớn GSTH: Nguyễn Thị Quỳnh Trang n A I J r R H A’ K M Trang 9 Giáo án chuyên môn GVHD: Nguyễn Văn Thụy cho nhận xét A’B’ và AB có quan hệ thế nào? - Muốn xác định được vị trí của A’B’ chỉ cần xác định được vị trí của điểm nào? A’B’= AB = 5cm. Từ hình vẽ ta có: JK = IK.tanr = MK tani. Suy ra MK= r/i. IK. (vì i, r rất nhỏ). Mặt khác i = nr nên MK= 1/n.IK = e/n r Với e = IK là độ dày của bản mỏng. Suy ra khoảng cách vật ảnh là: AA’= IM = IK - MK Hay AA’= e - e/n = e(n - 1)/n = 4cm. Vậy ảnh A’B’ cách bản là: A’H = 24 – 4 = 20cm. IV. Rút kinh nghiệm: ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… GSTH: Nguyễn Thị Quỳnh Trang Trang 10 . sáng đi từ môi trường có chiết suất lớn hơn tới môi trường có chiết suất nhỏ hơn: tia khúc xạ đi xa pháp tuyến hơn tia tới. + i = 0 thì r = 0: tia sáng vuông góc với mặt phân cách, tia sáng truyền. sáng đi từ môi trường có chiết suất lớn hơn tới môi trường có chiết suất nhỏ hơn: tia khúc xạ đi xa pháp tuyến hơn tia tới. + i = 0 thì r = 0: tia sáng vuông góc với mặt phân cách, tia sáng truyền. tới môi trường kém chiết quang, tức n 2 < n 1 hay n < 1 thì i < r, tức là tia khúc xạ xa pháp tuyến hơn so với tia tới. + HS lên bảng vẽ tia khúc xạ IR, xác định góc khúc xạ. + HS kéo