SKKN VE DUONG TRUYEN TIA SANG VL11

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (204.18 KB, 16 trang )

(1)<div class='page_container' data-page=1>

S ¸ n g k i Õ n k i n h n g h i ệ m

***************************************

Phơng pháp hớng dẫn học sinh

giải bài tập phần

V ng truyn

ỏnh sỏng

Của:

Vũ Xuân Lập

Tổ: Lý - Công nghệ

Trờng Trung học phổ thông Tiên Lữ.

Hng Yên Năm 2009

Phần I:

Mở đầu

</div>
(2)<div class='page_container' data-page=2>

cũng nh trong công việc. Nhiệm vụ của giảng dạy bộ môn vật lý ở bậc
trung học phổ thông là thực hiện đợc những mục tiêu giáo dục mà Bộ
Giáo dục và Đào tạo đã đề ra: Làm cho học sinh đạt dợc các yêu cầu sau:
- Nắm vững đợc kiến thức của bộ mơn.

- Có những kỹ năng cơ bản để vận dụng kiến thức của bộ môn.
- Có hứng thú học tập bộ mơn.

- Có cách học tập và rèn luyện kỹ năng hợp lý. đạt hiệu quả cao trong học
tập bộ mơn vật lý.

- Hình thành ở học sinh những kỹ năng t duy đặc trng của bộ môn.

Trong nội dung môn Vật lý lớp 11, phần Quang hình học có tác
dụng rất tốt, giúp học sinh phát triển t duy vật lý. Trong phần này thể
hiện rất rõ các thao tác cơ bản của t duy vật lý là từ trực quan sinh động
đến t duy trừu tợng, từ t duy trừu tợng đến thực tiễn khách quan, nh:
- Phân tích hiện tợng và huy động các kiến thức có liên quan để đa ra kết
quả của từng nội dung đợc đề cập.

- Sử dụng kiến thức tốn học có liên quan nh để thực hiện tính tốn đơn
giản hoặc suy luận tiếp trong các nội dung mà bài yêu cầu.

- Sử dụng kiến thức thực tế để suy luận, để biện luận kết quả của bài toán
(Xác nhận hay nêu điều kiện để bài tốn có kết quả) . Việc học tập phần
này đợc tập trung vào việc vận dụng kiến thức để giải các bài tập về vẽ
đ-ờng truyền của ánh sáng.

Vấn đề đặt ra là: Làm thế nào để học sinh có những kỹ năng giải
các bài tập về vẽ đờng truyền của ánh sáng mạch điện xoay chiều một
cách lơgíc, chặt chẽ, đặc biệt là làm thế nào để qua việc rèn luyện kỹ
năng vẽ đờng truyền ánh sáng là một nội dung cụ thể có thể phát triển t
duy Vật lý, và cung cấp cho học sinh cách t duy cũng nh cách học đặc
tr-ng của bộ môn Vật lý ở cấp trutr-ng học phổ thôtr-ng.

Trong những năm giảng dạy bộ môn Vật lý ở bậc trung học phổ
thông, tôi nhận thấy: ở mỗi phần kiến thức đều có yêu cầu cao về vận
dụng kiến thức đã học đợc vào giải bài tập Vật lý. Vì vậy ỏ mỗi phần

ng-ời giáo viên cũng cần đa ra đợc những phơng án hớng dẫn học sinh vận
dụng kiến thức một cách tối u để học sinh có thể nhanh chóng tiếp thu và
vận dụng dễ dàng vào giải các bài tập cụ thể:

Theo nhận thức của cá nhân tôi, trong việc hớng dẫn học sinh giải
bài tập cần phải thực hiện đợc mt s ni dung sau:

- Phân loại các bài tập của phần theo hớng ít dạng nhất.

- Hỡnh thnh cỏch thức tiến hành t duy, huy động kiến thức và thứ tự các
thao tác cần tiến hành.

- Hình thành cho học sinh cách trình bày bài giải đặc trng của phần kiến
thức đó.

Sau đây tơi nêu những suy nghĩ của cá nhân tôi trong việc hớng
dẫn học sinh giải bài tập về vẽ đờng truyền của ánh sáng (Phần Quang
hình học – Vật lý lớp 11) mà tôi đã áp dụng trong những năm qua để
đ-ợc tham khảo, rút kinh nghim v b xung.

Đối tợng nghiên cứu

- Kiến thức: Phần Quang hình học - nhận xét sự truyền ánh sáng tại mặt
phân cách giữa hai môi trờng trong suốt, và phơng pháp vận dụng kiến
thức trong việc giải các bài tập của phần này.

- i vi hc sinh trung bình, yếu: Yêu cầu nắm vững kiến thức cơ bản,
phơng pháp giải và giải các bài tập đơn giản.

</div>
(3)<div class='page_container' data-page=3>

Phần II:

Nội dung

A/ Kiến thức cơ bản:

I/ Các khái niệm cơ bản:

1/ Vật sáng:

- Ngun sỏng l nhng vật tự phát ra ánh sáng. Ví dụ: Mặt Trời. Các loại
đèn.

- Vật đợc chiếu sáng là những vật khi nhận đợc ánh sáng chiếu vào thì
phát ra ánh sáng. Ví dụ: Các vật mà mắt nhìn thấy khi có ánh sáng.

- Nguồn sáng và vật đợc chiếu sáng đợc gọi chung là vật sáng.

2/ M«i trêng truyền sáng (Môi trờng trong suốt) là môi trờng cho hầu hết
ánh sáng truyền qua.

3/ Mụi trng chn sỏng l môi trờng không cho ánh sáng truyền qua.
4/ Tia sáng: là đờng truyền của ánh sáng

Ký hiệu: Vẽ đờng truyền của ánh sáng trên có mũi tên chỉ chiều truyền
ánh sỏng.

5/ Chùm sáng: là tập hợp nhiều tia sáng.
Có 3 loại chùm sáng:

- Chùm sáng phân kỳ: là chùm sáng gồm các tia sáng xuất phát từ một
điểm.

- Chùm sáng song song: là chùm sáng gồm
các tia sáng đi song song víi nhau.

- Chùm sáng hội tụ: là chùm sáng gồm các
tia sáng đi đến đồng quy tại một điểm.

* Chú ý: Khi vẽ chùm sáng chỉ cần vẽ hai
tia r×a.

II/ Các định luật về sự truyền của ánh sáng

1/ Định luật truyền thẳng ánh sáng: Trong một môi trờng trong suốt và
đồng tính, ánh sáng truyền đi theo đờng thẳng.

* Chú ý: Trong một môi trờng trong suốt và đồng tính, tia sáng là đờng
thẳng.

2/ Nguyên lý thuận nghịch của chiều truyền ánh sáng: Nếu AB là một
đ-ờng truyền ánh sáng, thì trên AB có thể cho ánh sáng truyền từ A đến B
hoặc từ B đến A.

3/ Phản xạ ánh sáng:

a/ Hiện tợng phản xạ ánh sáng là hiện tợng tia sáng bị hắt trở lại môi
tr-ờng cũ khi gặp bề mặt nhẵn bóng.

- Bề mặt nhẵn bóng làm ánh sáng bị hắt trở lại gọi là mặt phản xạ.
b/ Các khái niệm:

- Tia tới: Phần ánh sáng tới.

- Điểm tới: Điểm tia tới gặp mặt phản
xạ.

- Tia phản xạ: Phần ánh sáng phản xạ.
- Pháp tuyến tại điểm tới: Đờng thẳng
vuông góc với mặt phản xạ tại điểm tới.

S R

I
N

</div>
(4)<div class='page_container' data-page=4>

- Mặt phẳng tới: Mặt phẳng chứa tia tới và pháp tuyến tại điểm tới.
- Góc tới: Góc hợp bởi tia tới và pháp tuyến tại điểm tới

- Góc phản xạ: Góc hợp bởi tia phản xạ và pháp tuyến tại điểm tới.
c/ Định luật phản xạ ánh sáng:

- Tia phản xạ nằm trong mặt phẳng tới, tia tới và tia phản xạ ở hai bên
pháp tuyến tại điểm tới.

- Góc phản xạ bằng góc tới.
d/ Cách vẽ tia phản x¹:

- Vẽ pháp tuyễn tại điểm tới và xác định mặt phẳng tới.
- Xác định góc tới.

- Vẽ về phía bên kia pháp tuyễn một góc bằng góc tới, ta c tia phn
x.

4/ Khúc xạ ánh sáng:

a/ Hin tng khỳc xạ ánh sáng là hiện tợng tia sáng bị gãy khúc (đổi
ph-ơng đột ngột) khi truyền qua mặt phân cách giữa hai mơi trờng truyền
sáng (hay trong suốt)

b/ C¸c khái niệm:

- Tia tới: Phần ánh sáng tới.

- Điểm tới: Điểm tia tới gặp mặt phân
cách giữa hai môi trờng truyền sáng
- Tia khúc xạ: Phần ánh sáng khúc xạ.

- Pháp tuyến tại điểm tới: Đờng thẳng vuông góc với mặt phân cách tại
điểm tới.

- Mặt phẳng tới: Mặt phẳng chứa tia tới và pháp tuyến tại điểm tới.
- Góc tới : Góc hợp bởi tia tới và pháp tuyến tại điểm tới

- Góc khúc xạ: Góc hợp bởi tia khúc xạ và pháp tuyến tại điểm tới.
c/ Định luật khúc xạ ánh sáng:

- Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới, tia tới và tia khúc xạ ở hai bên
pháp tuyến tại điểm tới.

- i vi mt cp mụi trờng trong suốt nhất định thì tỉ số sini

sinr=h »ng sè

. (i là góc tới, r là góc khúc xạ)
* Chiết suất tỉ đối:

Đối với một cặp môi trờng nhất định, tỉ số sini

sinr=n21 có giá trị xác định
đợc gọi là chiết suất tỷ đối của môi trờng (2) (chứa tia khúc xạ) đối với
môi trờng (1) chứa tia tới.

n21 > 1  i > r: Môi trờng (2) chiết quang hơn môi trờng (1)
S

I
N

</div>
(5)<div class='page_container' data-page=5>

hay m«i trêng (1) chiÕt quang kÐm m«i trêng (2)
n21 < 1  i < r: M«i trêng (2) chiÕt quang kÐm m«i trêng (1)

hay môi trờng (1) chiết quang hơn môi trờng (2)
* Chiết suất tuyệt đối:

Chiết suất tuyệt đối của một môi trờng là chiết suất của mơi trờng đó đối
với chân khơng (n)

Môi trờng (1) có chiết suất là n1.

Môi trờng (2) cã chiÕt suÊt lµ n2.

Chiết suất tỉ đối của môi trờng (2) đối với môi trờng (1) : n21=n2

n1
Chiết suất tỉ đối của môi trờng (2) đối với mơi trờng (1) : n12=n1
n2

Nh vËy: M«i trêng cã chiết suất lớn hơn thì chiết quang hơn.

Ngoi ra: Chit suất của môi trờng trong suốt tỉ lệ nghịch với tốc độ ánh
sáng trong mơi trờng đó.

v1
v2

=n2
n1

hayv=c

n (c: tốc độ ánh sáng trong chân không)

d/ C¸ch vÏ tia khóc:

- Vẽ pháp tuyến tại điểm tới và xác định mặt phẳng tới.
- Xác định góc tới.

- Tính góc khúc xạ rồi vẽ về phía bên kia pháp tuyến một góc bằng góc
khúc xạ, ta đợc tia khúc xạ.

(Chú ý: Vẽ đúng trờng hợp góc tới lớn hơn hay nhỏ hơn)

5/ Hiện tợng phản xạ toàn phần: Là hiện tợng toàn bộ tia sáng bị phản xạ
khi truyền đến mặt phân cách giữa hai môi trờng truyền sỏng (trong
sut),

Góc giới hạn phản xạ toàn phần: igh sinigh=

n2
n1
iu kin có phản xạ tồn phần:

- Tia sáng truyền từ mơi trờng chiết quang đến mặt phân cách với môi
tr-ờng chit quang kộm

- Góc tới lớn hơn góc giới hạn: i > igh

6/ Các trờng hợp đờng đi của tia sáng khi truyền đến mặt phân cách giữa
hai môi trờng trong suốt.

* Tia sáng truyền từ môi trờng chiết quang kém đến mặt phân cách với
môi trờng chiết quang hơn  Ln có tia khúc xạ và góc khúc xạ nhỏ
hơn góc tới.

* Tia sáng truyền từ mơi trờng chiết quang đến mặt phân cách với môi
trờng chiết quang kộm:

- Tính góc giới hạn phản xạ toàn phần: igh sinigh=

n2
n1

- Góc tới nhỏ hơn hoặc bằng góc giới hạn (i igh) Có tia khúc xạ và

góc khúc xạ lớn hơn góc tới.

- Gãc tíi lín h¬n (i > igh)  Phản xạ toàn phần, toàn bộ tia sáng bị

phản xạ.

* Góc lệch của tia sáng là góc hợp bëi híng cđa tia tíi víi híng cđa tia
s¸ng ci cïng ®i ra khái hƯ thèng quang häc ®ang xÐt.

</div>
(6)<div class='page_container' data-page=6>

* Tia sáng truyền từ mơi trờng có chiết suất nhỏ đến mặt phân cách
với mơi trờng có chiết suất lớn hơn  Ln có tia khúc xạ và góc khúc
xạ nhỏ hơn góc tới.

* Tia sáng truyền từ mơi trờng có chiết suất lớn đến mặt phân cách với
mơi trờng có chiết suất nhỏ hơn:

- Tính góc giới hạn phản xạ toàn phần: igh sinigh=

n2
n1

- Góc tới nhỏ hơn hoặc bằng gãc giíi h¹n (i  igh)  Cã tia khóc xạ và

góc khúc xạ lớn hơn góc tới.

- Góc tới lớn hơn (i > igh) Phản xạ toàn phần, toàn bộ tia sáng bị

phản xạ.)

Mt k năng quan trọng mà học sinh cần nắm đợc là nhận biết đợc
khi truyền đến mặt phân cách giữa hai mơi trờng trong suốt thì có bao
nhiêu trờng hợp có thể xảy ra. Các căn cứ để khẳng định đờng đi tiếp
theo của tia sáng. Để giúp học sinh giải quyết khó khăn này, tơi đã đa ra
nhận xét nh trên làm cơ sở khi xác định đờng đi tiếp của tia sáng. Sau đó
làm bài tập cụ thể có liên quan để khắc sâu.

7/ Mét sè kiÕn thøc hình học phẳng có liên quan.

II/ Phơng pháp giải bài tËp VËt lý: 4 bíc

Bớc 1: Tóm tắt đầu bài, đổi đơn vị, vẽ hình (nếu có)
Bớc 2: Phân tích đầu bài tìm cách giải.

Bớc 3: Thực hiện giải.
Bớc 4: Biện luận và đáp số.

B/ Thùc hiƯn ¸p dơng trong các bài toán cơ bản.

Vớ d 1: Cho mt lng kính phản xạ tồn phần có tiết diện thẳng là tam
giác vng cân ABC, có chiết suất n=√2 , đặt trong khơng khí có chiết
suất là 1. Một tia sáng đơn sắc SI nằm trong mặt phẳng tiết diện thẳng từ
khơng khí truyền đến mặt bên AB tại I ở gần B theo phơng song song với
mặt huyền BC. Hãy vẽ tiếp đờng đi của tia sáng và tính góc lệch của nó
khi qua lăng kính.

Gi¶i

Nhiệm vụ của bài toán là vẽ tiếp đờng truyền của một tia sáng cụ
thể. Trong một mơi trờng đồng tính tia sáng sẽ đi thẳng, tia sáng sẽ đổi
phơng khi gặp mặt của vật hoặc mặt phân cách giữa hai môi trờng
truyền sáng. Trớc hết ta cần phân tích xem phải vẽ hình nh thế nào cho
thuận lợi.

Vì tia khúc xạ, tia phản xạ, tia tới đều nằm trong mặt phẳng tới,
nên khi vẽ cần phân tích sao cho thể hiện đợc mặt phẳng tới là mặt
phẳng trang giấy thì thể hiện đợc các tia sáng và các đờng cần vẽ thuận
lợi nhất.

</div>
(7)<div class='page_container' data-page=7>

Đờng truyền của tia sáng sẽ gặp mặt của lăng kính là mặt phân
cách giữa hai môi trờng truyền sáng. Sử dụng nhận xét về đờng đi của tia
sáng trên tại từng điểm tới để khẳng định tại các điểm tới ta cần vẽ tia
nào. (Thơng thờng nếu có tia khúc xạ thì ta vẽ tia khúc xạ, nếu phản xạ
tồn phần thì ta vẽ tia phản xạ). Khi đã biết tại điểm tới đó ta cần vẽ tia

nào thì dùng cách vẽ tia sáng đó nh lý thuyết đã nêu. Để vẽ đợc tia khúc
xạ cần xác định đúng môi trờng 1, môi trờng 2 để sử dụng trong công
thức của định luật khúc xạ ánh sáng. Một việc quan trọng là cần xác
định điểm tới, tiếp theo thuộc mặt phân cách nào, tính góc tới tiếp theo,
trong việc này cần sử dụng đến những kiến thức hình học phẳng một
cách linh hoạt.

Lêi gi¶i cơ thĨ nh sau:

Tia tới SI song song với mặt huyền BC nên tia sáng đến mặt AB tại
I với góc tới i1=450

Tại I tia sáng truyền từ mơi trờng có chiết suất nhỏ đến mặt phân cách
với mơi trờng có chiết suất lớn hơn  Tại I có tia khúc xạ.

Sini1
Sinr1

=nLK

nKK

→Sin 45

Sinr1

=√2→r1=300 (vÏ tia khóc x¹)

I gần B nên sau khi khúc xạ tia sáng đến mặt BC tại J với góc tới i2=750
(dùng hình học phẳng để tính i2)

Tại J tia sáng truyền từ mơi trờng có chiết suất lớn đến mặt phân cách với
mơi trờng có chiết suất nh.

Sinigh= 1

2igh=45

i2 > igh Tại J tia sáng phản xạ toàn phần (vẽ tia phản xạ)

Sau khi phản xạ tại J tia sáng đến mặt AC tại K với góc tới i3 = 300.

(Để xét đờng đi tiếp của tia sáng tại K ta dùng một trong hai cách sau)
Cách 1: Tại K tia sáng truyền từ mơi trờng có chiết suất lớn đến mặt phân
cách với mơi trờng có chiết suất nhỏ hơn.

I3 < igh T¹i K cã tia khóc x¹.

Sini3
Sinr3

=nKK
nLK

→Sin30

Sinr3

= 1

√2→ r3=45
0

(vÏ tia khúc xạ)

Cách 2: Tại I tồn tại tia sáng SIJ, theo nguyên lý thuận nghịch của chiều
truyền ánh sáng thì sẽ tồn tại tia sáng JIS, mà ta có i3 = i1. Nh vËy t¹i K

cã tia khóc x¹ và góc khúc xạ r3=i1=450 . (vẽ tia khúc x¹)

Ta thấy tia tới vat tia ló cùng hớng nên góc lệch của tia sáng bằng 0 (nói
cách khác: tia sáng khơng bị đổi phơng khi qua lăng kính)

Ví dụ 2: Cho một khối thuỷ tinh trong suốt có dạng khối lập phơng có
chiết suất n đặt trong khơng khí có chiết suất là 1. Chiếu một tia sáng đến
tâm mặt trên của khối lập phơng trên có góc tới là i1 có mặt phẳng tới

song song víi bªn.

I
i1

C
r1 i2 i2’ i3

</div>
(8)<div class='page_container' data-page=8>

a/ Với i1 = 450 và n=√2 . Hãy vẽ tiếp đờng

®i cđa tia s¸ng?

b/ Với i1 đã cho. Hãy tìm điều kiện của n để

sau khi khúc xạ ở mặt trên, tia sáng phản xạ
tồn phần ở mặt bên và ló ra ở mặt đáy?
Giải

Đờng truyền của tia sáng sẽ gặp mặt
của khối lập phơng là mặt phân cách giữa
hai môi trờng truyền sáng. Sử dụng nhận xét
về đờng đi của tia sáng trên tại từng điểm
tới để khẳng định tại các điểm tới ta cần vẽ
tia nào.

Tia tới và pháp tuyến tại điểm tới đều
nằm trong tiết diện thẳng của lăng kính,

nên mặt phẳng tiết diện thẳng là mặt phẳng
tới. Vì vậy tia khúc xạ hoặc tia phản xạ
cũng nằm trong mặt phẳng này. Và tia sáng
từ khơng khí truyền đến khối lập phơng, ta
nên vẽ hình nh sau:

Trong qu¸ trinhg giải bài tập cần 
h-ớng dẫn cho häc sinh c¸ch sư dơng kiÕn

thức hình học phẳng một cách linh hoạt để xác định điểm tới tiếp theo
của tia sáng thuộc mặt phân cách nào, xác định và tính góc tới tiếp theo
của tia sáng.

Lêi gi¶i cơ thĨ nh sau:

a/ Với i1 = 450 và n=√2 . Hãy vẽ tiếp đờng đi của tia sáng

Tia sáng đến mặt trên của khối lập phơng tại I với góc tới i1 = 450.

Sini1

Sinr1

=nLK
nKK

→Sin 45

Sinr1

=√2→r1=300 (vÏ tia khóc x¹)

(Để xác định sau khi khúc xạ vào khối lập phơng tia sáng đến mặt bên
hay mặt đáy có thể sử dụng một trong hai cách sau:

Cách 1: So sánh góc khúc xạ r1 với góc NIC,

Nếu r1 > NIC  tia sáng đến mặt bên BC

Nếu r1 < NIC  tia sáng đến mặt đáy DC

Nếu r1 = NIC  tia sáng đến C, vị trí giao của hai mặt phân cách.

ở bài này ta có r1 > NIC  tia sáng đến mặt bên BC

Cách 2: Gọi giao của tia khúc xạ tại I với đờng thẳng BC, là J.
Tính BJ rồi so sánh với BC

Nếu BJ < BC  tia sáng đến mặt bên BC
Nếu BJ > BC  tia sáng đến mặt đáy DC

Nếu BJ = BC  tia sáng đến C, vị trí giao của hai mặt phân cách.
Trong bài tốn này tơi trình bày chi tiết cách 2)

Gäi c¹nh của hình lập phơng là a.

Gi J l giao ca tia khúc xạ tại I với đờng thẳng BC.
Ta có BJ= a

2 tanr1

= a

2 tan 300=

a√3
2 <a

BJ < BC nên sau khi khúc xạ tia sáng đến mặt BC tại J với góc tới

i2=600 (dùng hình học phẳng để tính i2)

Tại J tia sáng truyền từ mơi trờng có chiết suất lớn đến mặt phân cách với
mơi trờng có chiết suất nhỏ.

K
i1

i2
i2’
i3
r3

A B

C
D

</div>
(9)<div class='page_container' data-page=9>

Sinigh= 1

√2→igh=45

i2 > igh Tại J tia sáng phản xạ toàn phần (vẽ tia phản xạ)

Sau khi phn x tại J tia sáng đến mặt DC tại K với góc tới i3 = 300.

(Để xét đờng đi tiếp của tia sáng tại K ta dùng một trong hai cách sau)
Cách 1: Tại K tia sáng truyền từ môi trờng có chiết suất lớn đến mặt phân
cách với mơi trờng có chiết suất nhỏ hơn.

I3 < igh T¹i K cã tia khóc x¹.

Sini3
Sinr3

=nKK

nLK

→Sin300

Sinr3
= 1

√2→ r3=45

0 (vÏ tia khúc xạ)

Cách 2: Tại I tồn tại tia sáng SIJ, theo nguyên lý thuận nghịch của chiều
truyền ánh sáng thì sẽ tồn tại tia sáng JIS, mà ta có i3 = i1. Nh vậy tại K

có tia khúc xạ và gãc khóc x¹ r3=i1=45

0 . (vÏ tia khóc x¹)

Ta thÊy tia tíi vat tia lã cïng híng nªn gãc lƯch cđa tia s¸ng b»ng 900

b/ Với i1 đã cho. Hãy tìm điều kiện của n để sau khi khúc xạ ở mặt trên,

tia sáng phản xạ toàn phần ở mặt bên và ló ra ở mặt đáy

(đối với câu b cần hớng dẫn học sinh phân tích để đờng truyền của tia
sáng đợc nh yêu cầu thì ta cần có những điều kiện nào, điều kiện đó đợc
thể hiện nh thế nào. Cụ thể: để tia sáng phản xạ tồn phần ở mặt bên thì
tia sáng phải đến mặt bên BC và tại mặt bên BC góc tới của tia sáng
phải lớn hơn góc giới hạn. Khi đến mặt đáy CD để tia sáng ló ra nên sử
dụng nguyên lý về tính thuận nghịch của chiều truyến ánh sáng. Khi tia
sáng đi nh u cầu thì góc tới tại mặt đáy CD i3 ln bằng góc khúc xạ

tại mặt trên r1 vì vậy tại mặt đáy CD tia sáng sẽ ló ra ngồi. Ngồi ra

chó ý c¸ch so s¸nh các góc: có thể trực tiếp hoặc qua các hàm cña nã)

Tia sáng đến mặt trên AB tại I với gúc ti i1

Tại I có tia khúc xạ nên:

Sini1
Sinr1

=nsinr1=sini1
n

(Cần phân tích và chọn cách xác định điều kiện để tia sáng đến mặt bên
BC, sau đó phân tích để sở dụng đợc điều kiện đó ta cần tính những gì).

cosr1=

√

1−sin2r1=

√

n
2

−sin2i1

n →tanr1=

sinr1

cosr1

=sini1

√

n2−sin2i

1
Gọi J là giao của tia khúc xạ tại I với đờng thẳng BC
Ta có BJ=BI

tanr1

=a

√

n

2−sin2i
1

2sini1

Để tia sáng đến mặt bên BC thì BJ < BC →a

√

n

2−sin2i
1

2 sini1

<a → n<√5 sini1

Tia sáng đến mặt BC tại J với góc tới i2 có i2 + r1 = 900.

Tại J tia sáng truyền từ môi trờng có chiết suất lớn đến mặt phân cách với
mơi trờng có chiết suất nhỏ hơn

Ta cã Sinigh=

n

 §Ĩ có phản xạ toàn phần: i2 > igh sini2 > sinigh.

cosr1>sinigh→

√

n
2

−sin2i1
n >

n→n>

√

1+sin

2i
1

</div>
(10)<div class='page_container' data-page=10>

T¹i I tån t¹i tia sáng SIJ, theo nguyên lý thuận nghịch của chiều truyền
ánh sáng thì sẽ tồn tại tia sáng JIS, mà ta cã i3 = i1. Nh vËy t¹i K cã tia

khóc xạ và góc khúc xạ r3=i1 .

Nh vy sau khi khúc xạ ở mặt trên tia sáng phản xạ tồn phần ở mặt
bên và ló ra ở mặt đáy thì:

√

1+sin2i1<n<√5 sini1

Điều kiện để bài tốn có kết quả:

√

1+sin2i1≤√5 sini1→sini1≥1

2→i1≥30
0

Ví dụ 3: Cho hai khối chất rắn trong
suốt đợc ghép nh hình vẽ. Khối ADE là
một lăng kính có tiết diện thẳng là tam
giác vng cân AD = AE = a, có chiết
suất là √3 . Khối ABCD là một hình
lập phơng cạnh a và có chiết suất n, hệ
thống đặt trong khơng khí có chiết suất
là 1. Một tia sáng đơn sắc chiếu đến
mặt DE theo phơng vng góc với mặt
này tại I với IE < ID.

a/ Với n = 1,5. Hãy vẽ tiếp đờng i ca
tia sỏng?

b/ Cho IE=a6

4 . Để tia sáng ló ra tại
trung điểm của DC thì chiết suất n phải
là bao nhiêu?

Giải

a/ Vi n = 1,5. Hóy v tip đờng đi của
tia sáng.

Yêu cầu của đầu bài là vẽ tiếp đờng đi

của tia sáng SI. Ta cần xét tại từng điểm tới, tại đó có tia khúc xạ hay tia
phản xạ, rồi vận dụng quy tắc vẽ các tia tơng ứng để thực hiện yêu cầu
của bài. Vận dụng kiến thức hình học để xác định tia sáng đến mặt phân
cách nào và tính các góc tới tại các mặt phẳng mà tia sáng đến. Lu ý học
sinh các cách so sánh góc tới với góc giới hạn.

Lêi gi¶i cơ thĨ cđa bµi nh sau:

Tia sáng SI đến mặt DE theo phơng vng góc với mặt này nên tia sáng
đi thẳng.

Ta có IE < ID nên tia sáng đến mặt AE tại J với góc tới i1 = 450.

Tại J tia sáng truyền từ mơi trờng có chiết suất lớn đến mặt phân cách với
mơi trờng có chiết suất nhỏ hơn.

sinighJ= 1

√3<
1

√2=sini1

Nh vËy i1 > igh  Tại J tia sáng phản xạ

toàn phần. (vẽ tia phản xạ)
Nên i1 = i1 = 450.

Ta thy tia phn x // DE nên tia sáng
đến mặt AD tại K với góc tới i2 = 450.

Tại K tia sáng truyền từ mơi trờng có
chiết suất lớn đến mặt phân cách với mơi
trờng có chiết suất nhỏ hơn.

B
C

I
S

A
I

J
K

</div>
(11)<div class='page_container' data-page=11>

sinighK= n

√3=
1,5

√3=

√3

2 →ighK=60
0

i2 < ighK  t¹i K cã tia khóc x¹

Sini2
Sinr2

= n

√3=

√3

2 →sinr2=√

√3 (vÏ tia khóc x¹)
cosr2=

√

1−sin2r2= 1

√3

r2 > 450 Tia sáng đến mặt DC tại M với góc tới i3 có i3 + r2 = 900.

Tại M tia sáng truyền từ mơi trờng có chiết suất lớn đến mặt phân cách
với mơi trờng có chiết suất nhỏ hơn.

sinighM=

n=

√2>
1

√3=cosr2=sini3

Nh vËy i3 < ighM nên tại J có tia khúc xạ

Sini3
Sinr3

n=

1,5sinr3=

3 sini3

2 =

2 → r3=60

0 (vÏ tia khóc x¹)
b/ Cho IE=a√6

4 . Để tia sáng ló ra tại trung điểm của DC thì chiết suất n
phải là bao nhiêu?

Yờu cu ca đầu bài là tìm điều kiện của chiết suất n để tia sáng ló ra tại
trung điểm của DC. Trớc hết hãy xét vị trí của điểm I là trờng hợp nào.
Ta có: DE=a√2 và a√6

4 <

a√2

2 . Nh vËy ta vÉn cã IE < ID nªn trong

khối ADE tia sáng vẫn đi nh trong câu a đến mặt AD tại K.

Hớng dẫn học sinh xác định để tia sáng ló ra tại trung điểm M của DC
thì cần những điều kiện nào, điều kiện đó thể hiện nh thế nào.

Dễ thấy để tia sáng ló ra tại trung điểm M của DC thì tại K tia sáng phải
khúc xạ, đến mặt DC tại M và tại M tia sáng phải khúc xạ.

Cần hớng dẫn học sinh tìm cách để thực hiện điều kiện này. Tìm điều
kiện

để có khúc xạ khi chiết suất một môi trờng cha biết là một việc phức tạp,
nên hớng dẫn học sinh cho rằng đã đợc điều đó, tìm giá trị của n và thử
lại nếu phù hợp thì giá trị đó của n đợc nhận là kết quả của bài, nếu dẫn
đến một trờng hợp nào đó vơ lý thì giá trị đó của n khơng thể nhận là kết
quả của bài.

Ta cã DE=AD√2=a√2 vµ a√6
4 <

a√2

2 nªn IE < ID

Nh vậy tia sáng vẫn đi theo đờng SIJK và đến mặt AD với góc tới i2 =450

Giả sử chiết suất n thoả mãn để tia sáng ló ra ở trung điểm M của DC.
Khi đó tại K có tia khúc xạ.

JE=IE√2=a√6√2
4 =

a√3
2
JK // DE →DK=JE=a√3

2
KM=

√

DK2+DM2=

√

(

a√3
2

)

2
+

(

a

)

2
=a
Sinr2=DK

KM=√
3

2  r2 = 60

0.

Tại K có khúc xạ ánh sáng. áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng ta có:

</div>
(12)<div class='page_container' data-page=12>

sini2

sinr2

= n

√3→
1

√2.
2

√3=

n

√3→ n=√2

Với n=√2 Tại K tia sáng truyền từ mơi trờng có chiết suất lớn đến mặt
phân cách với mơi trờng có chiết suất nhỏ hơn.

SinighK=√2

√3>

√2

2 =sini2→ i2<ighK  Tại K có tia khúc xạ và r2 > i2 = 450.

Nh vậy tia sáng đến mặt DC tại M với góc tới i3 với i3 + r2 = 900 i3 = 300.
Tại M tia sáng truyền từ môi trờng có chiết suất lớn đến mặt phân cách
với mơi trờng có chiết suất nhỏ hơn.

SinighM=1

n=

√2→ ighM=45

i3 < ighM  Tại M có tia sáng ló ra.

Nh vậy với n=2 thì thoả mÃn điều kiện đầu bài nên n=2 là kết quả
của bài toán.

Ví dụ 4: (Đề thi Đại học Quốc gia Hà Nội năm 1996)

Cho một khối thuỷ tinh hình bán cầu trong suốt có tâm O, bán kính R, có
chiết suất n=√2 đặt trong khơng khí có chiết suất là 1. Chiếu một chùm
sáng song song rộng vào toàn bộ mặt phẳng của bán cầu theo phơng
vng góc với mặt phẳng đó.

a/ Tính góc giới hạn phản xạ tồn phần đối với một tia sáng từ thuỷ tinh
ra khơng khí?

b/ Vẽ đờng đi của tia sáng (1) cách tia sáng đi qua tâm O một khoảng

R2 vµ tÝnh gãc lƯch cđa tia này khi đi ra khỏi khối thuỷ tinh.

c/ V đờng đi của tia sáng (2) cách tia sáng đi qua tâm O một khoảng

R√3
2

d/ Xác định vùng trên mặt cầu có tia sáng ló ra?

e/ Chøng minh r»ng: kho¶ng cách từ O tới giao điểm G của tia sáng
không đi qua tâm O ló ra ngoài với tia sáng đi qua tâm O phụ thuộc vào
góc tới i của tia sáng trên mặt cầu.

Giải

õy cng l bi toỏn v tiếp đờng truyền của tia sáng khi truyền
tới mặt phân cách giữa hai môi trờng truyền sáng. Giáo viên cũng hớng
dẫn học sinh giải bài này nh các ví dụ trên. Tuy nhiên cần củng cố thêm
cho học sinh một vài kiến thức có liên quan.

- Pháp tuyến của mặt phân cách là mặt cầu tại một điểm trùng với bán
kính tại điểm đó.

- Các cách chứng minh một đại lợng phụ thuộc vào đại lợng khác. ở đây
ta sử dụng cách tìm biểu thức của đại lợng y theo đại lợng x, nếu trong
biểu thức có đại lợng x thì khẳng định đợc y phụ thuộc vào x, nếu trong
biểu thức khơng có đại lợng x thì khẳng định đợc y không phụ thuộc vào
x,

- Mét sè kiÕn thøc hình học có liên quan.

Lời giải cụ thể của bài nh sau:

a/ Tính góc giới hạn phản xạ tồn phần đối với một tia sáng từ thuỷ tinh

ra khơng khí

</div>
(13)<div class='page_container' data-page=13>

sinigh=1

n=

√2→ igh=45

b/ Vẽ đờng đi của tia sáng (1) cách tia sáng đi qua tâm O một khoảng

R2 và tính góc lệch của tia này khi đi ra khỏi khối thuỷ tinh.

Tại mặt phẳng bán cầu tia sáng (1) có góc tới bằng 0 nên đi thẳng tới mặt
cầu tại I với góc tới i

sini=1

2i=30

Ti I tia sáng (1) truyền từ
mơi trờng có chiết suất lớn đến
mặt phân cách với mơi trờng có
chiết suất nhỏ hơn

Cã i < igh nên tại I có tia khóc

x¹

sini

sinr=

n→

sin 300
sinr =

√2→ r=45

0 (vÏ tia khúc xạ)
Góc lệch của tia sáng: = r – i = 450.

c/ Vẽ đờng đi của tia sáng (2) cách tia sáng đi qua tâm O một khoảng

R√3
2

T¹i mặt phẳng bán cầu, tia sáng (2) có
góc tíi b»ng 0 nªn tia s¸ng (2) đi
thẳng tới mặt phẳng bán cầu tại I1 với

góc tíi i1 Cã sini1=√

2 → i1=60
0

T¹i I1 tia sáng (2) truyền từ môi trờng

cú chit sut ln n mặt phân cách
với mơi trờng có chiết suất nhỏ hơn
Mà i1 > igh  tại I1 tia sáng phản xạ

toàn phần và đến mặt cầu tại I2 với

góc tới i2 = 600 và I2 là giao của đờng

th¼ng qua O với mặt cầu. Tại I2 tia sáng

(2) truyn t mụi trờng có chiết suất
lớn đến mặt phân cách với mơi trờng
có chiết suất nhỏ hơn

Mà i2 > igh  tại I2 tia sáng phản xạ toàn phần và đến mặt cầu tại I3 với

gãc tíi i3= 600

Tại I3 tia sáng (2) truyền từ mơi trờng có chiết suất ln n mt phõn

cách với môi trờng có chiết suất nhá h¬n

Mà i3 > igh  tại I2 tia sáng phản xạ toàn phần và đến mặt phẳng bán cu

tại theo pgơng vuông góc với mặt này nên tại mặt phảng bán cầu tia sáng
(2) đi thẳng ra ngoài.

d/ Xác định vùng trên mặt cầu có tia sáng ló ra?

Các tia sáng đến mặt phẳng bán cầu theo phơng vng góc với mặt này
nên đi thẳng tới mặt cầu. Tại mặt cầu các tia sáng truyền từ môi trờng có
chiết suất lớn đến mặt phân cách với mơi trờng có chiết suất nhỏ hơn, tia
nào có góc tới nhỏ hơn hoặc bằng
igh thì có tia khúc xạ và ló ra

O 2I

</div>
(14)<div class='page_container' data-page=14>

ngồi, các tia sáng có góc tới lớn hơn góc giói hạn thì tại mặt cầu sẽ phản
xạ tồn phần, khơng ló đợc ra ngồi. Nh vậy vùng trên mặt cầu là một
chỏm cầu nhận đờng thẳng qua tâm O làm trục đối xứng và có góc tõm
l 900.

e/ Chứng minh rằng: khoảng cách từ O tới giao điểm G của tia sáng
không đi qua tâm O ló ra ngoài với tia sáng đi qua tâm O phụ thuộc vào
góc tới i của tia sáng trên mặt cầu.

Tia sáng ló ra ngoài

ỏp dng nh lut khỳc xạ ánh sáng: sini
sinr=

n=

√2→sinr=√2 sini
cosr=

√

1−sin2r=

√

1−2sin2i

XÐt OIG cã

Gãc IOG = i, gãc OIG = 1800 – r nªn sin(OIG) = sinr =

√2sini

vµ gãc IGO = r – i



sin IGO=sin(r −i)=sinrcosi −cosrsini=√2 sinicosi −sini

√

1−2 sin2i
OG

sin(OIG)=
OI

sin(IGO) →OG=

R(√2sinicosi−sini

√

1−2sin2i)

√2sini
→OG=R(√2cosi−

√

1−2 sin

i)
√2

Nh vËy OG phụ thuộc vào góc tới i của tia sáng trên mặt cầu.

Phần III:

Kết luận

1/Kt qu thc hin ti:

I
2

</div>
(15)<div class='page_container' data-page=15>

Trớc một thực trạng trong học sinh khi học ở THCS, việc học bộ
môn vật lý vẫn cha đợc coi trọng (coi là môn phụ, đặc biệt là từ khi bỏ thi
tót nghiệp THCS) nên học sinh khi bớc vào cấp THPT, tỷ lệ học sinh biết
cách học tập bộ môn vật lý rất thấp, Việc vận dụng kiến thức tốn học
vào học tập bộ mơn vật lý nói chung và giải các bài tập vật lý nói riêng
gặp rất nhiều khó khăn, Kỹ năng thực hiện các thao tác t duy đặc trng
trong học tập vật lý rất kém. Tôi đã suy nghĩ là làm sao giúp cho học sinh

có kỹ năng học tập bộ mơn, phất triển đợc t duy vật lý, làm học sinh say
mê với bộ môn vật lý là bộ môn khoa học rất có giá trị cho bản thân các
học sinh sau này trong t duy, suy luận các vấn đề của cuộc sống một cách
khoa học, và logíc, giúp mỗi con ngời thực hiện nhiệm vụ của bản thân
với sự say mê, có đợc sáng tạo có lợi và đạt đợc năng suất, chất lợng cao.
Từng phần, từng chơng tôi luôn suy nghĩ và đa ra nhứng giải pháp giúp
học sinh thực hiện nhiệm vụ học tập một cách thuận lợi, tránh cho học
sinh có cảm giác sợ bộ mơn vật lý. Trên cơ sở đó tạo cho học sinh sự say
mê học tập và học tập tốt bộ môn vật lý. Sau nhiều năm thực hiện đề tài
này ở các lớp học sinh tại trờng THPT Tiên Lữ. Tôi nhận thấy việc học
tập bộ môn Vật lý sôi nổi hơn và học sinh có khả năng vận dụng kiến
thức Vật lý nói chung và việc giải các bài tốn về vẽ đờng truyền của ánh
sáng khá thuần thục. T duy vật lý của học sinh đợc nâng cao một bớc,
việc kết hợp kiến thức toán học vào giải bài tập vật lý khơng cịn là khó
khăn cho học sinh. Các thao tác t duy đặc trng trong học tập bộ mơn vật
lý nói chung đợc học sinh tiến hành thuận lợi và linh hoạt. Vì vậy kết quả
học tập của học sinh lớp 11 của trờng đạt khá cao:

Thống kê kết quả triển khai đề tài qua các nm hc:

Năm học: 2004 2005

Ni dung thng kờ Lp chọn Lớp đại trà
Tỷ lệ HS biết cách nhận xét về đờng đi tiếp của tia

sáng khi tới mặt phân cách giữa 2 môi trờng 100% 100%
Tỷ lệ HS biết cách vẽ và vẽ đợc đờng đi của các

tia sáng trong các trờng hợp cơ bản của chơng 100% 85%
Tỷ lệ HS vận dụng cách giải trên vào các bài toán

nâng cao 85% 60%

T l hc sinh vn dng đợc cách giải trên trong

ph¸t triĨn t duy VËt lý 50% 20%

Năm học: 2005 2006

Ni dung thng kờ Lớp chọn Lớp đại trà
Tỷ lệ HS biết cách nhận xét về đờng đi tiếp của tia

sáng khi tới mặt phân cách giữa 2 môi trờng 100% 100%
Tỷ lệ HS biết cách vẽ và vẽ đợc đờng đi của cỏc

tia sáng trong các trờng hợp cơ bản của chơng 100% 80%
Tỷ lệ HS vận dụng cách giải trên vào các bài toán

nâng cao 80% 62%

T l hc sinh vn dụng đợc cách giải trên trong

ph¸t triĨn t duy VËt lý 45% 22%

Năm học: 2006 2007

</div>
(16)<div class='page_container' data-page=16>

Tỷ lệ HS biết cách nhận xét về đờng đi tiếp của tia

sáng khi tới mặt phân cách giữa 2 môi trờng 100% 100%
Tỷ lệ HS biết cách vẽ và vẽ đợc đờng đi của các

tia s¸ng trong c¸c trờng hợp cơ bản của chơng 100% 87%
Tỷ lệ HS vận dụng cách giải trên vào các bài toán

nâng cao 88% 62%

Tỷ lệ học sinh vận dụng đợc cách giải trờn trong

phát triển t duy Vật lý 55% 24%

Năm häc: 2008 – 2009

Nội dung thống kê Lớp chọn Lớp đại trà
Tỷ lệ HS biết cách nhận xét về đờng đi tiếp của tia

sáng khi tới mặt phân cách giữa 2 môi trờng 100% 100%
Tỷ lệ HS biết cách vẽ và vẽ đợc đờng đi của các

tia s¸ng trong các trờng hợp cơ bản của chơng 100% 88%
Tỷ lệ HS vận dụng cách giải trên vào các bài toán

nâng cao 86% 65%

Tỷ lệ học sinh vận dụng đợc cách giải trên trong

ph¸t triĨn t duy VËt lý 60% 30%

2/ Lêi b×nh:

Qua những năm vận dụng phơng pháp hớng dẫn học sinh giải bài

tập và rèn luyện kỹ năng vẽ đờng truyền của ánh sáng chiều nh trên, tơi
nhận thấy với mỗi giáo viên có tâm huyết với giáo dục nói chung, và với
những giáo viên Vật lý nói riêng cần phải tìm tịi, suy nghĩ về nghiệp vụ
s phạm, sáng tạo đợc ít nhiều trong cơng việc của bản thân. Việc đó đã
đóng góp rất nhiều cho sự nghiệp giáo dục của tỉnh nhà và của đất nớc.
Muốn đạt đợc thì cần phải có sự u nghề, tâm huyết với bộ môn đã
chọn. Đặc biệt cần phải có sự lao động bền bỉ, say sa để có thể làm nảy
sinh những sáng tạo đáng kể cho bản thân và có giá trị cho sự nghiệp
giáo dục và đào tạo những thế hệ mới là tơng lai của đát nớc.

3/ Hớng phát triển của đề tài:

+ Đề tài này đã tạo ra những định hớng cho sự nhận biết các trờng hợp
của sự truyền ánh sáng đến mặt phân cách giữa hai môi trờng truyền sáng
và cung cấp cho ngời học những thao tác chính của việc suy nghĩ, t duy
trong từng công việc cụ thể để giải quyết từng nhiệm vụ của dạng bài
toán này. Trong thời gian tới tôi sẽ tiếp tục nghiên cứu để vận dụng cách
hớng dẫn học sinh nh trên vào các loại bài toán nâng cao, chuyên sâu,
yêu cầu sự vận dụng kiến thức phức tạp.

+ Trên đây là những suy nghĩ của cá nhân tôi về một vấn đề cụ thể, ít
nhiều cũng mang tính chủ quan và khơng thể tránh khỏi những sai sót.
Rất mong đợc sự đánh giá, góp ý của các đồng nghip.

Tiên Lữ, ngày 15 tháng 05 năm 2009
Ngêi viÕt

</div>