giáo án về sóng ánh sáng vật lí 12

Hiện tượng này được gọi là hiện tượng tán sắc ánh sáng Dải màu từ đỏ đến tím gọi là quang phổ của ánh sáng Mặt Trời.. Thí nghiệm của Niu-tơn về ánh sáng đơn sắc: Kết quả thí nghiệm: -

Ngày soạn : 25/12/2009

Tiết : 57& 58

I MỤC TIÊU :

1 Kiến thức:

- Mô tả và giải thích được hiện tượng tán sắc ánh sáng

- Nắm vững khái niệm ánh sáng trắng, ánh sáng đơn sắc

2 Kỹ năng:

- Giải thích hiện tượng tán sắc ánh sáng xảy ra trong tự nhiên

- Giải thích màu sắc của các vật

- Ôn lại góc lệch tia sáng đơn sắc khi qua lăng kính (Vật lí 11)

III TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC:

A HOẠT ĐỘNG BAN ĐẦU

1 Ổn định tổ chức

2 Giới thiệu mục tiêu chương V: (5/)

3 Tạo tình huống học tập

B TIẾN TRÌNH BÀI HỌC

HĐ 1: Tìm hiểu hiện tượng tán sắc ánh sáng lăng kính

+ Nêu hiện tượng tán sắc ánhsáng và khái niệm quang phổ củaMặt Trời

1 Thí nghiệm về tán sắc ánh sáng:

a Sơ đồ thí nghiệm:

b Kết quả thí nghiệm:

Chùm sáng trắng của mặt trời,sau khi qua lăng kính đã bịphân tách thành các chùm sáng

có màu khác nhau từ đỏ đếntím Chùm sáng màu đỏ bị lệch

ít nhất, chùm sáng màu tím bịlệch nhiều nhất

Hiện tượng này được gọi là hiện tượng tán sắc ánh sáng Dải màu từ đỏ đến tím gọi là quang phổ của ánh sáng Mặt Trời.

HĐ 2: Nhận biết khái niệm ánh sáng đơn sắc và ánh sáng trắng

+ Đặt vấn đề: Vậy có phải lăng

kính thuỷ tinh đã làm đổi màuánh sáng trắng chiếu vào nó?

+ Tiến hành thí nghiệm của Niutơn về ánh sáng đơn sắc

2 Ánh sáng trắng và ánh sáng đơn sắc:

a Thí nghiệm của Niu-tơn về ánh sáng đơn sắc:

Kết quả thí nghiệm:

- Chùm sáng màu vàng không

bị tán sắc

CHƯƠNG VI: SÓNG ÁNH SÁNG BÀI 35: TÁN SẮC ÁNH SÁNG

Mặt Trời

G F P

Đỏ Tím

E

Thí nghiệm tổng hợp ánh sángtrắng để kiểm chứng.

+ Nêu kết luận

- Góc lệch của các chùm tia cómàu khác nhau khi truyền qualăng kính là khác nhau

 Ánh sáng đơn sắc là ánh

sáng không bị tán sắc mà chỉ

bị lệch khi đi qua lăng kính.

b Tổng hợp các ánh sáng đơn sắc thành ánh sáng trắng:

c Kết luận:

Ánh sáng trắng là hỗn hợp của nhiều ánh sáng đơn sắc, có màu từ đỏ đến tím

Anh sáng trắng là một trường hợp của ánh sáng phức tạp, hay ánh sáng đa sắc.

HĐ3: Giải thích hiện tượng tán sắc ánh sáng

+ Từ thí nghiệm về ánh sáng đơnsắc nhận xét góc lệch của các ánhsáng đơn sắc:

- Từ đó chiết suất của thuỷ tinh

có giá trị có như nhau đối với

ánh sáng đơn sắc có màu khácnhau không và so sánh chiết suấtthuỷ tinh đối với màu đỏ và đốivới màu tím

3 Giải thích hiện tượng tán sắc ánh sáng:

+ Ánh sáng trắng là hỗn hợpcủa nhiều ánh sáng đơn sắc, có

và lớn nhất đối với màu tím.+ Vì vậy chùm sáng sángtrắng, sau khi bị khúc xạ qualăng kính bị trải rộng ra thànhnhiều chùm ánh sáng đơn sắc,tạo thành quang phổ của ánhsáng trắng

4 Ứng dụng sự tán sắc ánh sáng:

- trong máy quang phổ

- giải thích hiện tượng cầuvồng…

C.- HOẠT ĐỘNG KẾT THÚC TIẾT HỌC

4 Củng cố kiến thức: (15/)

Sự tán sắc ánh sáng là sự phân tách một chùm ánh sáng phức tạp thành các chùm ánh sáng đơn sắc khácnhau

Giải bài tập mẫu: Một lăng kính thuỷ tinh có A = 450 Chiếu chùm tia sáng hẹp đa sắc SI gồm tập hợp 4tia đỏ, vàng, lục tím đến gặp mặt bên AB theo phương vuông góc, thì có những tia nào ló ra khỏi mặtAC? (Biết chiết suất của thuỷ tinh đối với ánh sáng màu vàng là 2 )

P2

E1 E2

Vàng

F1

………

Ngày soạn: 26/12/2009

Tiết thứ: 59

I MỤC TIÊU:

1 Kiến thức:

- Nêu được hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng là gì Nêu được mỗi ánh sáng đơn sắc có một bước sóng xác định trong chân không

- Trình bày được thí nghiệm Y-âng về sự giao thoa ánh sáng và nêu được điều kiện để xảy ra hiện tượng giao thoa ánh sáng

- Nêu được vân sáng, vân tối là kết quả của sự giao thoa ánh sáng

- Nêu được hiện tượng giao thoa ánh sáng chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng

2 Kĩ năng:

- Giải thích hiện tượng giao thoa ánh sáng và nhiễu xạ ánh sáng

3 Thái độ:

II CHUẨN BỊ:

1 Chuẩn bị của thầy:

- Sơ đồ mô tả thí nghiệm giao thoa ánh sáng, thí nghiệm giao thoa ánh sáng

- Một số hình vẽ 36.1, 36.3, 36.4 trong SGK

2 Chuẩn bị của trò:

- Ôn lại giao thoa của sóng cơ

III TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC:

A HOẠT ĐỘNG BAN ĐẦU

1 Ổn định tổ chức (2/)

2 Kiểm tra bài cũ : (8/)

1 Nêu hiện tượng tán sắc của ánh sáng trắng và giải thích

2 Thế nào là ánh sáng trắng và ánh sáng đơn sắc Chiết suất của một môi trường trong suốt phụ thuộc vào ánh sáng đơn sắc như thế nào?

3 Tạo tình huống học tập

B TIẾN TRÌNH BÀI HỌC

HĐ 1: Nhận biết hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng

15 - Hs đọc SGK mô tả thí

nghiệm

- HS ghi nhận kết quả thí

nghiệm và thảo luận để giải

thích hiện tượng

- Điều này chứng tỏ ánh sáng

không truyền thẳng khi qua lỗ

nhỏ

- HS thảo luận để trả lời

- Mô tả thí nghiệm hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng

- Kết quả: có vệt sáng ab Tuy nhiên đặt mắt ở M vẫn thấy O

+ Vậy ánh sáng truyền qua lỗ nhỏ

có còn tuân theo định luật truyền thẳng không?

- Nêu hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng Giải thích hiện tượng này như thế nào?

- Chúng ta chỉ có thể giải thích nếu thừa nhận ánh sáng có tính chất sóng, hiện tượng này tương tự như

1 Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng:

a) Thí nghiệm: SGK

Nhiễu xạ ánh sáng là hiện tượng ánh sáng không tuân theo định luật truyền thẳng, khi ánh sáng truyền qua lỗ nhỏ hoặc gần mép những vật trong suốt hoặc không trong suốt

b) Giải thích:

+ Thừa nhận ánh sáng có tính

chất sóng Khi đó mỗi khe nhỏ

hay lỗ nhỏ khi ánh sáng chiếu tới xem như một nguồn phát sóng ánh sáng

+ Mỗi chùm sáng đơn sắc là một chùm sáng có bước sóng

và tần số xác định

BÀI 36: NHIỄU XẠ ÁNH SÁNG GIAO THOA ÁNH SÁNG

M a b

+ /

n



 

hiện tượng nhiễu xạ của sóng trên mặt nước khi gặp vật cản

+ Công thức xác định bước sóng ánh sáng đơn sắc truyền trong môi trường trong suốt có chiết suất n?

+ Trong chân không c

f

  với c là tốc độ ánh sáng trong chân không

- Trong môi trường có chiết suất n: / v c

f n.f n



HĐ2: Nhận biết hiện tượng giao thoa

15 + Quan sát thí nghiệm và nêu

dụng cụ thí nghiệm:

Đ: nguồn sáng trắng

F: kính lọc sắc đỏ

S khe hẹp, S1,S2 là 2 khe hẹp

nằm gần nhau

+ Kết quả: trên E có những

vạch sáng đỏ và tối xen kẽ,

song song và cách đều nhau

+ C1: Tương tự có những vân

giao thoa

+ C2:  0

+ Giải thích:

Hai sóng kết hợp phát đi từ

S1, S2 gặp nhau trên E đã giao

thoa với nhau:

- Hai sóng gặp nhau tăng

cường lẫn nhau  vân sáng

- Hai sóng gặp nhau triệt tiêu

lẫn nhau  vân tối

+ Mô tả thí nghiệm I-âng

- Kết quả thí nghiệm?

C1: So sánh hình ảnh quan sát được với hình ảnh giao thoa của sóng cơ

- Từ kết quả thí nghiệm chứng tỏ

có hiện tượng giao thoa C1: So sánh hình ảnh quan sát được với hình ảnh giao thoa của sóng cơ

C2: Độ lệch pha của hai nguồn S1, S2

+ Giải thích kết quả thí nghiệm trên

+ Nêu hiện tượng giao thoa là một bằng chứng thực nghiệm chứng tó ánh sáng có tính chất sóng

2 Giao thoa ánh sáng:

a) Thí nghiệm: Sơ đồ SGK b) Kết quả thí nghiệm:

Trên màn E có vạch màu và tối xen kẽ, cách nhau đều đặn Gọi

là vân sáng, vân tối

c) Giải thích:

- Hiện tượng trên là hiện tượng giao thoa ánh sáng

- Sóng ánh sáng từ Đ tới 2 khe S1 và S2

- S1 và S2 là 2 nguồn kết hợp, phát ra 2 sóng kết hợp Tại vùng gặp nhau sẽ tạo ra giao thoa

- Hiện tượng giao thoa là bằng chứng thực nghiệm chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng.

- Điều kiện để xảy ra hiện tượng giao thoa ánh sáng là hai chùm sáng phải là hai chùm sáng kết hợp.

C.- HOẠT ĐỘNG KẾT THÚC TIẾT HỌC

Củng cố kiến thức: (5 / )

C3: Nếu thay hai khe hẹp S1, S2 bằng 2 lỗ hỏ thì sẽ quan sát thấy gì?

Vẫn có hình ảnh giao thoa nhưng vân giao thoa là các đường cong

C4: Khi chắn một trong hai khe thì quan sát thấy hiện tượng gì trên màn E?

Hiện tượng nhiễu xạ qua khe hẹp

Hướng dẫn trả lời bài tập SGK

Bài tập về nhà : Đọc phần em có biết

IV: RÚT KINH NGHIỆM

………

………

………

………

………

………

A B

O L

E

S 1

S 2 S

F

A O

d 1

d 2 I

- Nắm chắc điều kiện để có vân sáng, điều kiện để có vân tối

- Nắm chắc và vận dụng được công thức xác định vị trí vân sáng, vị trí vân tối, khoảng vân

- Biết được cỡ lớn của bước sóng ánh sáng, mối liên hệ giữa bước sóng ánh sáng và màu sắc ánhsáng

- Biết được mối quan hệ giữa chiết suất và bước sóng ánh sáng

2 Kỹ năng:

- Xác định được vị trí các vân giao thoa, khoảng vân

- Nhận biết được tương ứng màu sắc ánh với bước sóng ánh sáng

3 Thái độ:

II CHUẨN BỊ :

1 Giáo viên :

- Hình vẽ xác định vị trí vân giao thoa, hình vẽ giao thoa với ánh sáng trắng

- Một số câu hỏi trắc nghiệm theo nội dung của bài

2 Học sinh :

- Ôn hiện tượng giao thoa sóng cơ Để tại một điểm A có vân giao thoa cực đại, cực tiểu thì hiệu

đường đi phải thoã mãn điều kiện gì

III TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC:

A HOẠT ĐỘNG BAN ĐẦU

1 Ổn định tổ chức (2/)

2 Kiểm tra bài cũ: (8/)

1 Thế nào là hiện tượng nhiễu xạ? Cho ví dụ?

2 Nêu kết quả thí nghiệm giao thoa ánh sáng và giải thích từ đó rút ra kết luận về bản chất ánh sáng

đi phải thoã mãn điều kiện gì?

+ Công thức xác định vị trí vânsáng, vân tối?

1 Xác định vị trí các vân giao thoa và khoảng vân

a) Vị trí các vân giao thoa

+ Để tại A là vân tối thì:

BÀI 37: KHOẢNG VÂN BƯỚC SÓNG VÀ MÀU SẮC ÁNH SÁNG

độ Ox

+ Để chứng tỏ các khoảng cáchvân sáng (vân tối) cách đềunhau, ta đi xác định khoảngcách giữa hai vân sáng liên tiếp

là hằng số

+ Nêu cách xác định bước sóngánh sáng bằng phương phápgiao thoa?

Dia



 (4)

2 Đo bước sóng ánh sáng bằng phương pháp giao thoa.

(4)  ai

D

  (5)

Đo i, a, D sẽ suy ra được 

HĐ 2: Tìm hiểu mối quan hệ giữa bước sóng và màu sắc ánh sáng

xạ, ta chỉ có thể ước lượngphỏng chừng bước sóng củachúng Vì vậy , trong miền ánhsáng nhìn thấy, người ta phânđịnh phỏng chừng khoảng bướcsóng của bảy màu chính trênquang phổ Mặt trời như ở bảng37.1

3 Bước sóng và màu sắc

+ Mỗi ánh sáng đơn sắc có mộtbước sóng (tần số) xác định.+ Mọi ánh sáng đơn sắc mà tanhìn thấy (ánh sáng khả kiến) cóbước sóng trong chân không:  từ0,38m (ánh sáng tím)0,76m(ánh sáng đỏ)

Chú ý tần số của một ánh sáng đơn sắc có giá trị như nhau trong mọi môi trường, nhưng bước sóng thì thay đổi theo môi trường

4 Chiết suất của môi trường và bước sóng ánh sáng

Chiết suất của môi trường trongsuốt có giá trị phụ thuộc vào tần

số và bước sóng ánh sáng

Đối với môi trường nhất định, chiết suất ứng với ánh sáng có bước sóng càng dài thì có giá trị càng nhỏ hơn chiết suất ứng với ánh sáng có bước sóng ngắn.

* Từ thí nghiệm ta có đường

cong tán sắc (biểu diễn sự phụ

thuộc n của các môi trường trong

suốt vào  của ánh sáng trong chân không) có dạng gần đúng với hyberbol bậc 2:

2

B

n A 

 Với A, B phụ thuộc bản chất của môi trường

Biết đường cong tán sắc, từ phép

đo chiết suất, ta suy ra được bước sóng ánh sáng

C.- HOẠT ĐỘNG KẾT THÚC TIẾT HỌC

4 Củng cố kiến thức: (20/)

Củng cố tiết 1:

Trong thí nghiệm Young về giao thoa ánh sáng (được chiếu sáng bởi ánh sáng đơn sắc), khoảng cách giữa hai khe a = 1mm, khoảng cách từ hai khe đến màn D = 1m, khoảng cách từ vân sáng thứ tư đến vân sáng thứ mười ở cùng một bên của vân sáng trung tâm là 2,4mm

a) Tính bước sóng và ánh sáng đơn sắc đó màu gì?

b) Nếu thay ánh sáng đơn sắc bằng ánh sáng trắng có từ 0,4 m đến 0,75m Tính khoảng cách giữa vân sáng bậc 3 màu đỏ và vân sáng bậc 3 màu tím ở cùng một bên so với vân trung tâm (bề rộng quang phổ bậc 3)

Củng cố tiết 2:

Câu hỏi trắc nghiệm và bài tập trang197/SGK

Dặn dò: Làm bài tập trong tài liệu ôn tập Đọc bài tập bài 38

IV: RÚT KINH NGHIỆM

………

………

………

………

………

………

………

- Nắm được cách tạo ra hai nguồn kết hợp.

- Xác định khoảng cách hai nguồn sáng, xác định miền giao thoa và số vân quan sát

3 Thái độ:

- Tình cảm: ý thức tự học

II CHUẨN BỊ:

1 Chuẩn bị của thầy: - Tranh vẽ 38.2; 38.3; 36.5

2 Chuẩn bị của trò: - Làm bài ở nhà

III TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC:

A HOẠT ĐỘNG BAN ĐẦU

1 Ổn định tổ chức

2 Kiểm tra bài cũ Kết hợp trong hướng dẫn giải bài tập

3 Tạo tình huống học tập: ( SGK)

B TIẾN TRÌNH BÀI HỌC

TIẾT 1: Hoạt động 1: Vận dụng công thức về giao thoa ánh sáng đơn sắc và ánh sáng trắng Bài 1: Trong 1 thí nghiệm Iâng về giao thoa ánh sáng, 2 khe cách nhau 2mm, màn cách 2 khe 1m

1 Nguồn là ánh sáng đơn sắc có bước sóng = 0,4m Xác định

a) Khoảng vân

b) Vị trí vân sáng bậc 3

c) Vị trí vân tối thứ 3 kể từ vân sáng trung tâm

d) Khoảng cách từ vân sáng thứ 3 đến vân sáng thứ 10 cùng về một phía vân sáng trung tâme) Điểm M, N cách vân sáng trung tâm lần lượt là 0,7mm; 1,4mm là vân gì? Thứ mấy kể từ vânsáng trung tâm

f) Bề rộng vùng giao thoa trên màn là 3,5mm Trên màn có bao nhiêu vân sáng, vân tối?

2) Thay bức xạ trên bằng ánh sáng trắng có  từ 0,4 m đến 0,75m

a) Tính bề rộng quang phổ bậc 2 Nhận xét quang phổ bậc càng cao như thế nào?

b) Tại vị trí vân sáng bậc 4 của ánh sáng đỏ (=0,75m) có bao nhiêu đơn sắc khác cũng cho vânsáng

c) Tại điểm N cách vân sáng trung tâm 1,4mm có những đơn sắc nào cho vân tối

40 + Hs trả lời các câu hỏi theo sự

+ Công thức tính khoảng vân?

+ Công thức xác định vị trí vânsáng vân tối?

+ Thành lập công thức tổng quáttính khoảng cách từ vân sángbậc m đến vân sáng bậc n(n>m), cùng về một phía củaVSTT

+ Từ công thức xác định vị trívân sáng, vân tối hãy nêu cáchxác định điểm M trên vùng giaothoa là vân sáng hay vân tối?

+ Nêu cách xác định số vânsáng, vân tối trong miền giaothoa?

+ Nêu cách xác định bề rộngquang phổ bậc n và nhận xét?

+ Nêu phương pháp xác định tạiđiểm M trên màn có bao nhiêuđơn sắc (của ánh sáng trắng)cho vân sáng ở đó?

c) Vị trí vân sáng thứ 3 kể từvân sáng trung tâm ứng với k

3 đến vân sáng thứ 10 cùng vềmột phía vân sáng trung tâm

s10 s3

   = 10i -3i = 7i = 1,4mm

e)M

3,5

i 0, 2 

M là vân tối ứng k = 3 Vậy M

là vân tối thứ 3 kể từ vân sángtrung tâm

Gọi M vị trí vân sáng bậc 4 củaánh sáng đơn sắc đỏ:

d M

axD

(1)&(2)  M

axkD

Ứng với các giá trị của k là số

đơn sắc cho vân sáng ở M

với k Z Ứng với các giá trị

của k là số đơn sắc cho vân tối

ở M

+ Nêu phương pháp xác định tạiđiểm M trên màn có bao nhiêuđơn sắc (của ánh sáng trắng)cho vân sáng ở đó?

Ánh sáng trắng:   t d(1)&(2)  M

axkD

Vậy k = 4,5,6,7 với k = 4 ứngvới vân sáng đỏ nên có 3 đơnsắc khác cùng cho vân sáng tạiM

c) N là vân tối nên:

N N

(1)&(2)

N

ax1D(k+ )2

TIẾT 2: Hoạt động 2: Bài toán giao thoa đối với ánh sáng đa sắc

Bài 2: Trong thí nghiệm giao thoa Iâng Biết khoảng cách S1S2 = a =1,5mm, khoảng cách từ hai khe đến

+ Khoảng cách giữa hai vân

sáng cùng màu liên tiếp như

nhau và bằng khoảng cách từ

+ Công thức xác định vị trí vânsáng của 1 và 2

+ Ở vị trí hai vân sáng trùngnhau thì toạ độ của chúng nhưthế nào Từ đó tìm mối liên hệ k

và 

+ Khoảng cách giữa hai vânsáng cùng màu liên tiếp như thếnào?

1

a) Vị trí vân sáng trùng nhau khi: x1 = x2  k1 1 k22

 1 2

kk





 = 0,6 3

0, 4 2 ( 3

2là phân số tối giản)

Để k1, k2 Z thì k1 = n.3 ; k2 = n.2 với n Z

Với n = 0  k1 = 0; k2 = 0

 x = 0 Ở O (VSTT) hai vân

+ Trên đoạn MN có bao nhiêuvân sáng của1?

+ Trên đoạn MN có bao nhiêuvân sáng của 2?

+ Trên đoạn MN có bao nhiêuvân trùng?

3 vân sáng của 2 ứng với k2 =2,

3, 4

Vậy số vân sáng trên đoạn MN

sẽ là 5 (vì ở M, N hai vân sáng trùng nhau)

2 Tổng số cực đại của 1 và 2

là 9 +3 =12

Số cực đại của 1: 3, 2

0,8+1 = 5Vậy số cực đại của 2: 12-5 =7Khoảng vân của 2:

TIẾT 3: Hoạt động 3: Bài toán giao thoa đối với lưỡng lăng kính

Bài 3 Hai lăng kính A1, A2 thuỷ tinh n = 1,5 có góc chiết quang nhỏ A = 20/được ghép sát có đáy B chung(tạo thành lưỡng lăng kính Fresnel) Một nguồn sáng điểm S đặt trong mặt phẳng của đáy B cách hai lăng kính một khoảng d = 50 cm phat ánh sáng đơn sắc, bước sóng = 600nm Một màn E cách hai lăng kính một khoảng d/ = 70cm

1 Chứng minh rằng, trên màn E ta quan sát được một hệ vân giao thoa

2 Tính khoảng cách I giữa hai vân sáng liên tiếp và số vân có thể quan sát được Cho 1/  3,10-4rad