SKKN Phân loại và hướng dẫn phương pháp giải bài tập trắc nghiệm phần sóng ánh sáng Lớp 12 cơ bản

SKKN Phân loại và hướng dẫn phương pháp giải bài tập trắc nghiệm phần sóng ánh sáng Lớp 12 cơ bản 1 MỤC LỤC PHẦN I ĐẶT VẤN ĐỀ I Lý do chọn đề tài 2 II Mục đích nghiên cứu của đề tài 2 III Đối tượng nghiên cứu 2 IV Các phương pháp nghiên cứu 2 V Giới hạn về không gian của đối tượng nghiên cứu 2 VI Phạm vi và kế hoạch nghiên cứu 2 PHẦN II NỘI DUNG I Cơ sở của việc lựa chọn sáng kiến 3 II Nội dung đề tài 3 II 1 Cơ sở lí thuyết 3 II 2 Phân loại và phương pháp giải 5 Dạng 1 Tán sắc ánh sáng 5 Dạng 2[.]

MỤC LỤC

PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ

I Lý do chọn đề tài 2

II Mục đích nghiên cứu của đề tài 2

III Đối tượng nghiên cứu 2

IV Các phương pháp nghiên cứu 2

V Giới hạn về không gian của đối tượng nghiên cứu 2

VI Phạm vi và kế hoạch nghiên cứu 2

PHẦN II NỘI DUNG I Cơ sở của việc lựa chọn sáng kiến 3

II Nội dung đề tài 3

II-1 Cơ sở lí thuyết 3

II-2 Phân loại và phương pháp giải 5

Dạng 1: Tán sắc ánh sáng ……… ….5

Dạng 2: Giao thoa ánh sáng đơn sắc…… 11

Dạng 3: Giao thoa với ánh sáng đa sắc, ánh sáng trắng………… ……23

III Kết quả thực hiện: ……… ……… …….…35

PHẦN III: KẾT LUẬN Kết luận… ………36

Nhận xét của tổ chuyên môn, Hội đồng nhà trường………37

Phiếu đăng kí viết Sáng kiến kinh nghiệm……… 38

Tài liệu tham khảo….……….……… ……… 39

PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ

I Lý do chọn đề tài

Trong các đề thi ĐH – CĐ môn Vật lí, nội dung kiến thức thuộc chương Sóng ánh sáng chiếm tỉ lệ không nhỏ, khoảng từ 6 đến 8 câu Trong quá trình hướng dẫn ôn tập cho học sinh ngoài ôn tập về lí thuyết thì việc hướng dẫn học sinh giải bài tập là không thể thiếu.Hơn nữa việc phân loại các dạng bài toán và tìm phương pháp giải cho mỗi dạng là rất cần thiết Thông qua đó không chỉ trang bị và củng cố kiến thức cho các em học sinh , mà còn rèn luyện kỹ năng để giúp các em có thể giải nhanh, chính xác các bài toán thuộc chủ đề này trong các bài thi trắc nghiệm từ đó có thể đạt điểm cao trong kì thi Đại học – Cao đẳng

Xuất phát từ những lý do nói trên nên tôi chọn đề tài “ Phân loại và

hướng dẫn phương pháp giải bài tập trắc nghiệm phần sóng ánh sáng lớp 12

cơ bản” để giúp học sinh ôn tập tốt chương này trong quá trình ôn thi ĐH –

CĐ

II Mục đích nghiên cứu của đề tài.

Phân dạng bài tập cho học sinh dễ học và có phương pháp giải nhanh, chính xác các bài tập trong chương Sóng ánh sáng – Vật lí lớp 12 – cơ bản

III Đối tượng nghiên cứu.

Giáo viên nhóm vật lí và học sinh lớp 12A1,2,5 trường THPT Triệu Thái

IV Các phương pháp nghiên cứu.

Đề tài sử dụng các phương pháp

- Phân tích, nghiên cứu các tài liệu liên quan đến đề tài

- Điều tra thực tiễn

- Thực nghiệm, đối chứng……

V Giới hạn về không gian của đối tượng nghiên cứu.

- Trường THPT Triệu Thái, Thị trấn Lập Thạch, huyện Lập Thạch, tỉnh Vĩnh Phúc

VI Phạm vi và kế hoạch nghiên cứu.

- Phạm vi đề tài áp dụng trong quá trình giảng dạy chương Sóng ánh sáng

- Thực nghiệm và đối chứng ở các lớp 12A1, 12A2,12A5 trường THPT Triệu Thái năm học 2017 - 2018.Trong đó lớp thực nghiệm 12A1,2 lớp đối chứng 12A5

- Thời gian nghiên cứu từ tháng 9 năm 2017 đến tháng 5 năm 2018

Phần II NỘI DUNG I- Cơ sở của việc lựa chọn sáng kiến

1 Cơ sở lí luận:

Để nâng cao chất lượng giáo dục thì việc đổi mới phương pháp dạy học là rất cần thiết.Trong quá trình đổi mới phải lấy học sinh làm trung tâm Để thúc đẩy quá trình nhận thức, phát triển tư duy sáng tạo, rèn luyện kĩ năng tự học cho học sinh thì việc tìm tòi và sử dụng phương pháp dạy học phù hợp là rất cần thiết.Vì khi có phương pháp dạy học khoa học sẽ kích thích sự hứng thú học tập của học sinh, từ đó mang lại hiệu quả cao trong quá trình dạy học

2 Cơ sở thực tiễn:

Hình thức kiểm tra đánh giá, thi ĐH - CĐ môn Vật lí là trắc nghiệm, đòi hỏi học sinh không những phải hiểu sâu rộng kiến thức mà còn phải có phương pháp giải nhanh, chính xác các bài toán Vật lí.Vì vậy trong quá trình giảng dạy việc phân dạng và đưa ra phương pháp giải nhanh cho học sinh là rất cần thiết

II Nội dung đề tài

II -1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1 Tán sắc ánh sáng

- Chiếu một chùm sáng trắng song song hẹp vào lăng kính, kết quả là chùm sáng không những bị lệch về phía đáy lăng kính mà còn bị phân tách ra thành nhiều chùm sáng đơn sắc có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím.Hiện tượng này gọi là hiện tượng tán sắc ánh sáng

- Nguyên nhân chính của hiện tượng tán sắc ánh sáng là do:

Thứ nhất: Ánh sáng trắng là tập hợp của vô số các ánh sáng đơn sắc có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím

Thứ hai: Chiết suất của môi trường trong suốt ( lăng kính) đối với các ánh sáng có màu khác nhau là khác nhau, nhỏ nhất với ánh sáng màu đỏ, lớn nhất với ánh sáng màu tím

2.Giao thoa ánh sáng

- Khi hai chùm sáng kết hợp gặp nhau chúng sẽ giao thoa với nhau cho hình ảnh vân sáng, vân tối xen kẽ

- Thực hiện giao thoa với ánh sáng trắng thì thu được một vạch sáng trắng chính giữa, xung quanh có dải màu như màu sắc cầu vồng

- Giao thoa là bằng chứng thực nghiệm khẳng định ánh sáng có tính chất sóng

- Mỗi ánh sáng đơn sắc đều có một tần số và màu sắc xác định

- Một ánh sáng trong chân không có bước sóng thì trong môi trường có chiết suất n sẽ có bước sóng là '

n



 

II- 2 PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI

DẠNG 1- TÁN SẮC ÁNH SÁNG

A Tóm tắt lí thuyết

- Định luật khúc xạ ánh sáng:

với

- Hiện tượng phản xạ toàn phần

Điều kiện để có phản xạ toàn phần:

Ánh sáng đị từ môi trường chiết quang hơn ra môi trường kém chiết quang(n1 n2)

Góc tới lớn hơn hoặc bằng góc giới hạn phản xạ toàn phần ii gh

Trong đó : 2

1

sini gh n

n



- Lăng kính:

- Khi góc tới i và A đều nhỏ thì D = (n-1)A

- Khi góc lệch là cực tiểu D = Dmin thì tia ló và tia tới đối xứng nhau qua mặt phân giác của góc chiết quang Khi đó

i1 = i2 = im

r1 = r2 = A/2

Dmin = 2im - A

Tiêu cự - Độ tụ của thấu kính

- Tiêu cự là trị số đại số f của khoảng cách từ quang tâm O đến các tiêu điểm chính với quy ước:

f > 0 với thấu kính hội tụ

f < 0 với thấu kính phân kì (|f| = OF = OF’)

- Khả năng hội tụ hay phân kì chùm tia sáng của thấu kính được đặc trưng bởi

độ tụ D xác định bởi :

  (f : mét (m); D: điốp (dp)) Với quy ước: R > 0 : mặt cầu lồi

R < 0 : mặt cầu lõm

2 21 1

sin

sin r

kx

t

n n i

n

n n

n v

n v

inr inr

sini ns sini ns







  



   



min

sin  nsin



R = : mặt phẳng

B Các dạng bài tập và phương pháp giải:

Ví dụ 1: Một cái bể sâu 1,5m chứa đầy nước Một tia sáng Mặt Trời rọi vào mặt

nước bể dưới góc tới i, có tani = 4/3 Biết chiết suất của nước đối với ánh sáng

đỏ và ánh sáng tím lần lượt là nđ = 1,328 và nt = 1,343 Bề rộng của quang phổ

do tia sáng tạo ra ở đáy bể bằng:

A 19,6mm B 14,64mm C 12,86mm D 16,99mm

Hướng dẫn giải

3

+ Áp dụng định luật khúc xạ tại I:

0

0

0

0

0

sin 53,13

1, 328

sin 53,13

1, 343

+ Độ rộng của vệt sáng: DT OD OT h tgr d tgr t

Ví dụ 2: Trong một thí nghiệm người ta chiếu một chùm ánh sáng đơn sắc song

song hẹp vào cạnh của một lăng kính có góc chiết quang A = 80 theo phương vuông góc với mặt phẳng phân giác của góc chiết quang Sử dụng ánh sáng vàng, chiết suất của lăng kính là 1,65 thì góc lệch của tia sáng là

Hướng dẫn giải

ADCT: D = (n-1)A =( 1,65 – 1)*8 = 5,20

Chọn đáp án B

Ví dụ 3: Chiếu một tia sáng trắng tới vuông góc với mặt bên của một lăng kính

có góc chiết quang A = 40 Chiết suất của lăng kính đối với ánh sáng đỏ và ánh sáng tím lần lượt là nđ = 1,643 và nt = 1,685 Góc giữa các tia ló màu đỏ và màu tím là

A 1,66rad B 2,93.103 rad C 2,93.10-3rad D.3,92.10-3rad Hướng dẫn giải

Tia sáng tới vuông góc với mặt bên

của lăng kính sẽ truyền thẳng, khi tới

mặt bên thứ hai dưới góc tới i = A

Do góc A nhỏ nên góc i cũng nhỏ,ta áp

dụng công thức gần đúng:

I

H

Đ A

n i t r n i t; d r d

Góc giữa các tia ló màu đỏ và màu tím là

3

=> Chọn đáp án C

Ví dụ 4: Một lăng kính thủy tinh có góc chiết quang A= 50, được coi là nhỏ, có chiết suất đối với ánh sáng đỏ và tím lần lượt là nđ = 1,578 và nt = 1,618 Cho một chùm sáng trắng hẹp rọi vào mặt bên của lăng kính theo phương vuông góc với mặt phẳng phân giác của góc chiết quang Góc tạo bởi tia đỏ và tia tím sau khi ló ra khỏi lăng kính là

Hướng dẫn giải

Tia sáng đi vuông góc với mặt phân giác

của góc chiết quang A nên góc i nhỏ(

2

A

i )

ADCT: D (n 1).A ta có:

Góc lệch giữa tia đỏ và tia tím sau khi qua lăng kính là:

0

DD D  n n A

 Chọn C

Ví dụ 5: Một lăng kính có góc chiết quang nhỏ A = 60 và có chiết suất n = 1,62 đối với màu lục Chiếu một chùm tia tới song song hẹp, màu lục vào cạnh của lăng kính theo phương vuông góc với mặt phẳng phân giác của góc chiết quang

A sao cho một phần của chùm tia sáng không qua lăng kính, một phần đi qua lăng kính và bị khúc xạ Khi đó trên màn M, song song với mặt phẳng phân giác của góc A và cách nó 1m có hai vết sáng màu lục

a Tính khoảng cách giữa hai vết sáng đó ?

A 5,6cm B 5,6mm C 6,5cm D 6,5mm

b Nếu chùm tia sáng nói trên là chùm ánh sáng trắng, với chiết suất của chất làm lăng kính đối với ánh sáng đỏ và tím lần lượt là nđ = 1,61 và nt = 1,68 thì chiều rộng của quang phổ liên tục trên màn là bao nhiêu?

A 0,73cm B 0,73mm C 0,37cm D 0,37mm

Hướng dẫn giải

a Vì góc A,i nhỏ nên ADCT

Từ hình vẽ: xd tanD (n 1).A rad.d

Thay số ta được x 6, 5cm

Đ T A

A

L

L d

x

Chọn C

b Từ hình vẽ ta thấy :

  x x t x d

Theo kết quả phần a ta có :

  x x t x d  (n t n d).A rad.d

Thay số ta được

 x 0, 73cm => chọn A

Ví dụ 6(ĐH 2011): Chiếu từ nước ra không khí một chùm tia sáng song song rất

hẹp (coi như một tia sáng) gồm 5 thành phần đơn sắc: tím, lam, đỏ, lục, vàng Tia ló đơn sắc màu lục đi là là mặt nước (sát với mặt phân cách giữa hai môi trường) Không kể tia đơn sắc màu lục, các tia ló ra ngoài không khí là các tia đơn sắc màu:

A lam, tím B đỏ, vàng, lam C đỏ, vàng D tím, lam, đỏ Hướng dẫn giải

Theo bài, tia ló màu lục đi là là mặt nước

khi đó góc tới i của các tia sáng bằng

góc giới hạn phản xạ toàn phần của tia lục

sini gh

n

 ; n d n v n luc  n l n t

ght ghl ghluc ghv ghd

Như vậy, ngoài tia màu lục,các tia ló ra ngoài không khí là tia màu đỏ và vàng

 Chọn C

Ví dụ 7: Một thấu kính hội tụ có hai mặt cầu, bán kính cùng bằng 20cm Chiết

suất của thấu kính đối với tia tím là 1,69 và đối với tia đỏ là 1,60, đặt thấu kính trong không khí Độ biến thiên độ tụ của thấu kính đối tia đỏ và tia tím là

Hướng dẫn giải

ADCT:

Thay số: D t  6, 9dp D; d  6dp   D D t D d  0, 9dp

 Chọn D

A

Đ

d

d

x

T

t

x

Lục i

Ví dụ 8: Chiếu vào mặt bên của một lăng kính có góc chiết quang A=60omột chùm ánh sáng trắng hẹp Biết góc lệch của tia màu vàng đạt giá trị cực tiểu Tính góc lệch của tia màu tím Biết chiết suất của lăng kính đối với ánh sáng vàng bằng 1,52 và ánh sáng tím bằng 1,54

A 40,720 B 51,2o C 60o D 29,6o

Hướng dẫn giải

Góc lệch của tia màu vàng đạt giá trị cực tiểu:

0

2

v

A

Tia tím đến lăng kính dưới góc tới bằng góc tới của tia vàng

0

i  i

0

sini t n tsinr t r t  29, 57

0

0

sini t n tsinr t i t  51, 25

Góc lệch của tia tím: 0

=> Chọn A

C Bài tập vận dụng

Câu 1: Góc chiết quang của lăng kính bằng 80 Chiếu một tia sáng trắng vào mặt bên của lăng kính, theo phương vuông góc với mặt phẳng phân giác của góc chiết quang Đặt một màn quan sát, sau lăng kính, song song với mặt phẳng phân giác của lăng kính và cách mặt phân giác này một đoạn 1,5m Chiết suất của lăng kính đối với tia đỏ là nđ = 1,50 và đối với tia tím là nt = 1,54 Độ rộng của quang phổ liên tục trên màn quan sát bằng

Câu2:( ĐH 2009) Chiếu xiên một chùm sáng hẹp gồm hai ánh sáng đơn sắc là

vàng và lam từ không khí tới mặt nước thì

A chùm sáng bị phản xạ toàn phần

B so với phương tia tới, tia khúc xạ vàng bị lệch ít hơn tia khúc xạ lam

C tia khúc xạ chỉ là ánh sáng vàng, còn tia sáng lam bị phản xạ toàn phần

D so với phương tia tới, tia khúc xạ lam bị lệch ít hơn tia khúc xạ vàng

Câu 3: Cho một lăng kính có góc chiết quang A đặt trong không khí Chiếu chùm tia sáng hẹp gồm ba ánh sáng đơn sắc: da cam, lục, chàm, theo phương vuông góc mặt bên thứ nhất thì tia lục ló ra khỏi lăng kính nằm sát mặt bên thứ hai Nếu chiếu chùm tia sáng hẹp gồm bốn ánh sáng đơn sắc: đỏ, lam, vàng, tím vào lăng kính theo phương như trên thì các tia ló ra khỏi lăng kính ở mặt bên thứ hai:

A chỉ có tia màu lam B gồm hai tia đỏ và vàng

C gồm hai tia vàng và lam D gồm hai tia lam và tím

Câu 4(ĐH 2011): Một lăng kính có góc chiết quang A = 60 (coi là góc nhỏ) được đặt trong không khí Chiếu một chùm ánh sáng trắng song song, hẹp vào

mặt bên của lăng kính theo phương vuông góc với mặt phẳng phân giác của góc chiết quang, rất gần cạnh của lăng kính Đặt một màn ảnh E sau lăng kính, vuông góc với phương của chùm tia tới và cách mặt phẳng phân giác của góc chiết quang 1,2 m Chiết suất của lăng kính đối với ánh sáng đỏ là nđ = 1,642 và đối với ánh sáng tím là nt = 1,685 Độ rộng từ màu đỏ đến màu tím của quang phổ liên tục quan sát được trên màn là

A 5,4 mm B 36,9 mm C 4,5 mm D 10,1 mm

Câu 5: Một lăng kính có góc chiết quang A = 300 và có chiết suất n = 1,62 đối với màu lục Chiếu một chùm tia sáng trắng song song, hẹp tới mặt bên dưới góc tới i = 450 Biết chiết suất của lăng kính đối với tia sáng màu vàng là nv = 1,52 Góc lệch của tia sáng màu vàng so với tia sáng màu lục là:

A 4,280 B 20 C 30 D 7,720

Câu 6: Một lăng kính thuỷ tinh có góc chiết quang A = 80 Chiết suất của thuỷ tinh làm lăng kính đối với ánh sáng màu đỏ và ánh sáng màu tím lần lượt là nđ = 1,6444 và nt = 1,6852 Chiếu một chùm ánh sáng trắng rất hẹp, coi như một tia sáng, vào mặt bên của lănh kính theo phương vuông góc với mặt đó Góc tạo bởi tia ló màu đỏ và màu tím là

A 0,057rad B 0,57rad C 0,0057rad D 0,0075rad

Câu 7: Một thấu kính thuỷ tinh, có hai mặt cầu lồi giống nhau, bán kính mỗi mặt bằng 20cm Chiết suất của thấu kính đối với tia đỏ là nđ = 1,50 và đối với tia tím là nt = 1,54 Khoảng cách giữa tiêu điểm đối với tia đỏ và tiêu điểm đối với tia tím bằng bao nhiêu ?

Câu 8: Chiếu một tia sáng trắng vào mặt bên của một lăng kính có tiết diện thẳng là tam giác đều sao cho tia tím có góc lệch cực tiểu Chiết suất của lăng kính đối với tia tím là nt=3 Để cho tia đỏ có góc lệch cực tiểu thì góc tới phải giảm 150 Chiết suất của lăng kính đối với tia đỏ có giá trị gần nhất là

Dạng 2- GIAO THOA ÁNH SÁNG ĐƠN SẮC:

A.Tóm tắt lí thuyết

Vị trí vân sáng bậc k : x k D(k 0; 1; 2 )

a



Vị trí vân tối thứ k+1: 1

2

D

a



Khoảng vân: D

i a



 (3)

Chú ý: Trong phần giải bài tập giao thoa ánh sáng,để tính toán thuận tiện và cho kết quả nhanh chúng ta quy ước đơn vị của các đại lượng tương ứng như sau:

Các đại lượng: a,x,i đơn vị là mm

Các đại lượng: e, đơn vị là  m

Đại lượng D đơn vị là m

B Các dạng bài tập và phương pháp giải

2.1-Xác định vị trí vân sáng,vân tối,khoảng vân

Phương pháp ADCT (1) hoặc (2) hoặc(3)

Ví dụ 1: Khoảng cách giữa hai khe và khoảng cách từ màn ảnh đến hai khe

trong thí nghiệm giao thoa Young là: a = 2mm và D = 2m Chiếu bằng ánh sáng đơn sắc có bước sóng là 0,64m thì vân tối thứ 3 cách vân sáng trung tâm một

khoảng là:

A 1,6mm B 1,2mm C 0,64mm D 6,4mm

Hướng dẫn giải

ADCT ( 1)

2

D

a



Thay k = 3 - 1 = 2 vào ta được: x = 1,6mm => Chọn A

D

S1

S2

A

O

E

x

d 1

d 2

S