Phân loại, lựa chọn và hướng dẫn học sinh lớp 12 THPT giải hệ thống bài tập vật lý chương v sự phản xạ và khúc xạ ánh sáng nhằm nâng cao chất lượng học tập của học sinh

Thực tế dạy học vật lí trong nhà trường phổ thông cho thấy việc giải bài tập vật lí BTVL là một công việc diễn ra thường xuyên và không thể thiếu được.. Trong chương trình vật lí 12 THP

Mở đầu

1 Lý do chọn đề tài

Giáo dục - Đào tạo được xác định là quốc sách hàng đầu trong chiến lược phát triển của Đảng và Nhà nước ta Và hơn bao giờ hết, chất lượng giáo dục là một trong những vấn đề được xã hội quan tâm nhiều nhất hiện nay Theo nghị quyết TW Đảng lần thứ 2 (khoá VIII): “ Giáo dục đào tạo nước ta còn nhiều yếu kém bất cập nhất về chất lượng và hiệu quả, chưa đáp ứng kịp thời những đòi hỏi lớn và ngày càng cao về nhân lực và trong công cuộc CNH – HĐH đất nước” Trước ngưỡng cửa của thế kỷ XXI, giáo dục Việt Nam đang phải đối mặt với rất nhiều khó khăn và thách thức…

Để nâng cao phát triển giáo dục toàn diện phù hợp với yêu cầu trong giai đoạn hiện nay, cùng với hàng loạt chính sách đổi mới thì vấn đề đổi mới nội dung phương pháp dạy và học trong nhà trường phổ thông đang được quan tâm chú trọng Bởi vậy trong những nhiệm vụ chủ yếu của nhà trường phổ thông là cung cấp cho học sinh hệ thống kiến thức cơ bản, khoa học và hiện đại phù hợp với những yêu cầu thực tế của đất nước

Hiện nay, do sự phát triển không ngừng của khoa học và kỹ thuật Bên cạnh đó là sự đổi mới, cải tiến giáo trình học và SGK Trong nhiều môn học ở nhà trường phổ thông thì Vật lí học là môn đã và đang được cải tiến rõ rệt đặc biệt là việc giải bài tập

Thực tế dạy học vật lí trong nhà trường phổ thông cho thấy việc giải bài tập vật lí ( BTVL) là một công việc diễn ra thường xuyên và không thể thiếu được Nó có ý nghĩa trong việc củng cố, đào sâu, mở rộng, hoàn thiện kiến thức lý thuyết; nó tác động tích cực ở học sinh hoạt động trí tuệ, tự lực, sáng tạo Do vậy, có tác dụng tốt đối với quá trình giáo dục và sự phát triển tư duy học sinh Đồng thời là một trong những phương pháp kiểm tra, đánh giá thực chất sự nắm vững kiến thức bài giảng của học sinh Vì vậy, có thể nói môn

vật lí, trong đó BTVL có vị trí hết sức quan trọng, nó không chỉ giúp học sinh phát triển tư duy, hoàn thiện nhân cách mà còn là môn học có tính thực tiễn cao ở trường phổ thông

Trong chương trình vật lí 12 THPT thấy rằng chương V “Sự phản xạ và

sự khúc xạ ánh sáng” giữ một vai trò quan trọng trong việc cung cấp kiến thức lớp 12 THPT đối với học sinh Số lượng bài tập ở chương này trong SGK, sách bài tập và trong các sách tham khảo rất nhiều Hầu hết các bài tập của chương đều sử dụng các kiến thức của hình học nên học sinh rất lúng túng trong việc giải chúng Mặt khác, việc giảng dạy của giáo viên cho học sinh nhiều khi là chữa bài tập theo cách của giáo viên chứ không phải hướng dẫn học sinh tự lực, sáng tạo, tìm tòi lời giải

Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu đề tài: Phân loại, lựa chọn và hướng dẫn học sinh lớp 12 THPT giải hệ thống bàp tập chương V “Sự phản xạ và khúc xạ ánh sáng” nhằm nâng cao chất lượng học tập của học sinh

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

3.1 Nghiên cứu một số vấn đề lí luận về BTVL

3.2 Xác định mức độ yêu cầu nắm vững kiến thức cơ bản của chương V “ Sự phản xạ và khúc xạ ánh sáng”

3.3 Phân loại, đề ra phương pháp giải từng loại bài tập trong chương V “Sự phản xạ và khúc xạ ánh sáng”

3.4 Lựa chọn hệ thống bài tập chương V “Sự phản xạ và khúc xạ ánh sáng” và đề ra cách hướng dẫn học sinh giải chúng

4 Đối tượng nghiên cứu

Hoạt động giải bài tập về sự phản xạ và khúc xạ ánh sáng qua các quang cụ trong chương V “Sự phản xạ và khúc xạ ánh sáng” trong SGK vật lí

12 THPT

5 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp chủ yếu được sử dụng trong khoá luận này là phân tích lí luận

Nội dung

1 Một số vấn đề lý luận BTVL

1.1 Quan niệm

Theo XF Camenetxki – VP Ôrêkhôv

- Trong thực tiễn dạy học BTVL là một vấn đề không lớn mà trong trường hợp tổng quát được giải quyết nhờ những suy luận logic, những phép toán và lí luận trên cơ sở các định luật và phương pháp vật lí

- Trong Sgk và tài liệu lí luận dạy học từng môn thì BTVL được hiểu là những bài luyện tập được lựa chọn một cách phù hợp với mục đích chủ yếu là: Nghiên cứu các hiện tượng vật lí, hình thành các khái niệm, phát triển tư duy vật lí của học sinh và rèn luyện kỹ năng vận dụng các kiến thức của họ vào thực nghiệm

- Hiểu theo nghĩa rộng thì sự tư duy định hướng tích cực luôn luôn là việc giải bài tập, về thực chất mỗi một vấn đề mới do nghiên cứu tài liệu Sgk trong các tiết học vật lí chính là các bài tập đối với học sinh ( Phạm Hữu Tòng – Phương pháp dạy bài tập vật lí – NXB Giáo dục 1989)

1.2 Vai trò tác dụng trong dạy học

- Giúp cho học sinh hiểu sâu hơn những quy luật vật lí, biết phân tích

và vận dụng chúng vào thực nghiệm, vào việc tính toán kỹ thuật

- Là phương tiện nghiên cứu tài liệu mới đảm bảo cho học sinh nắm được kiến thức mới một cách sâu sắc và chắc chắn

- Là phương tiện rất tốt để phát triển tư duy, óc tưởng tượng, tính độc lập trong việc phán đoán, tính kiên trì trong việc khắc phục khó khăn

- Giúp củng cố, đào sâu và mở rộng những kiến thức của bài giảng

- Là một phương tiện rất có hiệu lực để kiểm tra và đánh giá sự nắm vững kiến thức vật lý

1.3 Phân loại

3.1.1 Bài tập định tính

- Định nghĩa: Bài tập định tính về vật lí là những BTVL mà việc giải chúng không đỏi hỏi một phép tính nào cả hoặc chỉ làm những phép tính đơn giản có thể nhẩm được Chúng thường được giải bằng những suy luận logic dựa trên kiến thức vật lí mà học sinh đã học

- Tác dụng:

+ Nhờ đưa lý thuyết vừa học vào đời sống nên làm tăng thêm hứng thú của học sinh với môn học tạo điều kiện phát triển về sau

+ Phát triển tư duy học sinh

+ Rèn luyện cho sinh hiểu rõ bản chất của các hiện tượng vật lí và các quy luật của chúng, biết áp dụng kiến thức vào thực tiễn, giáo dục cho học sinh có thái độ đúng đắn với bài tập có tính toán, tập cho họ có thói quen khi bắt đầu giải chúng phải bắt đầu từ việc phân tích hiện tượng, nội dung vật lí của nó

Kết luận về mặt phương pháp: việc luyện tập của học sinh theo tài liệu của đề tài vừa học nên bắt đầu từ việc giải những bài tập, câu hỏi không liên quan đến các công thức

- Phân loại:

+ Loại đơn giản: là những bài tập định tính mà việc giải chúng chỉ dựa vào một khái niệm, một quy tắc, một định luật vật lý mà lối suy luận ở đây tương đối đơn giản

+ Loại phức tạp: là việc tổng hợp những bài tập đơn giản, việc giải chúng phải dựa vào những khái niệm, quy tắc hoặc định luật vật lí; còn chuỗi suy luận thì phức tạp và dài

- Sử dụng:

+ Ngay sau khi học lý thuyết

+ Xem xét trong quá trình trình bày tài liệu mới để minh hoạ những ứng dụng của các hiện tượng vật lí trong đời sống

+ Kiểm tra miệng cũng như kiểm tra viết kiến thức của học sinh

+ Luyện tập các đề tài của chương trình chỉ nghiên cứu về mặt định tính

+ Lập kế hoạch giảng và giải

+ Kiểm tra câu trả lời hay giải bằng cách khác, phân tích sự phù hợp giữa câu trả lời và câu hỏi của bài tập vào với thực tiễn

1.3.2 Bài tập định lượng:

- Định nghĩa: Bài tập định lượng về vật lí là những BTVL mà việc giải chúng đòi hỏi thực hiện một loạt các phép tính, phải xác định mối liên hệ phụ thuộc về lượng phải tìm và nhận một câu trả lời dưới dạng một công thức hay một số xác định

- Tác dụng:

+ Là cực kỳ cần thiết khi nghiên cứu những đề tài của chương trình bao gồm những định luật định lượng

+ Nhiều bài tập định lượng có thể dùng để chuẩn bị cho học sinh nghiên cứu một loạt các hiện tượng vật lí hay hình thành kiến thức mới

- Phân loại:

+ Bài tập tập dượt: Là bài tập định lượng đơn giản mà việc giải nó chỉ cần vận dụng một khái niệm, một công thức, một định luật vật lí vào học Có tác dụng giúp cho học sinh nhớ công thức và nhớ đơn vị đo lường hay ý nghĩa của đại lượng vật lý có trong công thức hay biểu thức của đại lượng vật lí

+ Bài tập tổng hợp: Là bài tập định lượng mà việc giải nó phải vận dụng nhiều khái niệm, nhiều công thức, nhiều định luật vật lí trong những bài thậm chí trong nhiều phần khác nhau của chương trình Có tác dụng ôn luyện tài liệu học, mở rộng và đào sâu kiến thức cho biết thấy rõ nhiều mối quan hệ khác nhau giữa các kiến thức khác nhau của chương trình môn học Rèn luyện cho học sinh lựa chọn các kiến thức cần vận dụng trong số những kiến thức đã học để giải quyết vấn đặt ra

1.3.3 Bài tập thí nghiệm:

- Định nghĩa: là bài tập đòi hỏi phải làm thí nghiệm hay tiến hành quan sát để kiểm chứng lời giải lý thuyết hoặc để tìm các dữ kiện số liệu cần thiết cho việc giải bài tập

+ Từ sự phân tích đồ thị cho trong đề bài ta thu được dữ kiện để giải bài tập

+ Việc giải dựa trên cơ sở vẽ đồ thị

+ Theo đồ thị xác định được các giá trị

+ Dựa vào sự biểu diễn bằng độ thị giữa các hệ trục toạ độ này để biểu diễn quá trình đó trong hệ toạ độ khác

- Tác dụng:

+ Giúp học sinh hiểu đầy đủ và cụ thể mối quan hệ giữa các đại lượng vật lí, nắm được phương pháp trực quan, biểu diễn mỗi quan hệ hàm số ấy tạo điều kiện làm sáng tỏ một cách sâu sắc bản chất của quá trình và hiện tượng vật lý

+ Tạo điều kiện cho học sinh tiếp thu một cách có ý thức các khái niệm

đa dạng về phương thức, phương pháp giải và nội dung của nó; đồng thời các bài tập phải sắp xếp từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức tạp về số lượng nội dung kiến thức phần vận dụng

- Số lượng bài tập trong hệ thống phải phù hợp với thì gian quy định của chương trình học với thời gian tự học ở nhà của học sinh

- Hệ thống bài tập phải góp phần khắc phục những khó khăn chủ yếu, những sai lầm phổ biến của học sinh trong học tập Mỗi bài tập phải góp phần nào đó vào việc nắm vững kiến thức và rèn luyện kỹ năng kỹ xảo, thói quen vận dụng kiến thức đã chiếm lĩnh được, phát triển được năng lực của học sinh

trong việc giải quyết các vấn đề học tập và thực tiễn Mỗi bài tập phải đem lại cho học sinh một điều mới lạ nhất định và một khó khăn vừa sức đồng thời việc giải bài tập trước là sơ sở cho việc giải bài tập sau

1.5 Hướng dẫn học sinh giải BTVL

1.5.1 Hướng dẫn theo mẫu (Hướng dẫn Algorit)

- Hướng dẫn Algorit là sự hướng dẫn chỉ rõ cho học sinh cách thao tác (hay hành động sơ cấp) được học sinh hiểu một cách đơn giá và nắm vững cần thực hiện và trình tự thực hiện các thao tác ấy để đạt được kết quả mong muốn

- Thường áp dụng cho học sinh khi cần dạy cho họ từng loại bài tập cơ bản điển hình và luyện tập cho họ kỹ năng giải bài tập dựa trên cơ sở học sinh

đã nắm được Algorit giải

- Ưu điểm: đảm bảo cho học sinh giải được bài tập một cách chắc chắn

và rèn kỹ năng giải bài tập cho học sinh

- Hạn chế: ít có tác dụng rèn cho học sinh khả năng tìm tòi sáng tạo

1.5.2 Hướng dẫn tìm tòi ( hướng dẫn Ơrixtic)

- Là kiểu hướng dẫn mang tính chất gợi ý cho học sinh suy nghĩ tìm tòi phát hiện cách giải quyết Tự xác định hoạt động cần thực hiện để thu được kết quả

- Được áp dụng khi cần giúp đỡ học sinh vượt qua khó khăn, để giải được bài tập đồng thời vẫn đảm bảo yêu cầu phát triển tư duy và rèn luyện học sinh tự lực tìm tòi cách giải bài tập

- Ưu điểm: Tránh tình trạng giáo viên giải thay bài tập ho học sinh

- Hạn chế: Không phải bao giờ cũng đảm bảo cho học sinh giải được bài tập một cách chắc chắn

1.5.3 Định hướng khái quát chương trình hoá

- Cũng là kiểu hướng dẫn học sinh tìm tòi cách giải quyết nhưng giáo viên định hướng hoạt động tư duy của học sinh theo đường lối khái quát của việc giải quyết vấn đề, ngay từ những định hướng ban đầu đã đòi hỏi học sinh

tự lực tìm cách giải quyết Nếu học sinh không đáp ứng được thì sự giúp đỡ của giáo viên lại cụ thể hoá thêm một bước, bằng cách gợi ý thêm cho họ để thu hẹp hơn phạm vi phải tìm tòi giải quyết cho vừa sức học sinh Nếu học sinh không tìm tòi giải quyết được thì sự hướng dẫn của giáo viên chuyển dần thành hướng dẫn theo mẫu để đảm bảo cho học sinh hoàn thành yêu cầu một bước Sau đó tiếp tục yêu cầu học sinh tự lực tìm tòi giải quyết bước tiếp theo, nếu cần thì giáo viên giúp đỡ thêm Cứ như vậy giải quyết được bài tập đã ra

- Được áp dụng khi có điều kiện hướng dẫn toàn bộ tiến trình giải bài tập cho học sinh giúp cho họ tự lực giải được bài tập đã cho, đồng thời dạy cho các em cách suy nghĩ trong quá trình giải bài tập và tự rút ra phương pháp giải một loại bài tập nào đó

- Ưu điểm: rèn luyện tư duy học sinh trong quá trình giả bài tập và đảm bảo cho học sinh giải được bài tập đã ra

-Hạn chế: đòi hỏi sự hướng dẫn phải theo sát tiến trình giải bài tập của học sinh nghĩa là không chỉ dựa vào những lời hướng dẫn đã soạn sẵn mà phải kết hợp với trình độ học sinh để điều chỉnh sự giúp đỡ cho phù hợp

2 Mức độ yêu cầu nắm vững cơ bản chương V “ Sự phản xạ và sự khúc

- Tia phản xạ nằm trong mặt phẳng tới và ở phía bên kia của pháp tuyến so với tia tới (mặt phẳng tới là mặt phẳng xác định bởi tia tới và pháp tuyến kẻ từ điểm tới)

- Góc phản xạ bằng góc tới: i’ = i

2.1.3 Nguyên lý ngược chiều ánh sáng:

Nếu cho tia tới đi theo phương của tia phản xạ thì tia phản xạ đi theo phương của tia tới ban đầu

2.2 Gương phẳng

2.2.1 Định nghĩa:

- Gương phẳng là một phần của mặt phẳng có tính chất phản xạ ánh sáng chiếu tới nó

- Gương phẳng thông thường là tấm kim loại phẳng nhẵn hoặc tấm kính

có một mặt tráng bạc

2.2.2 Đường đi của tia sáng của gương phẳng

Tuân theo định luật phản xạ ánh sáng: i’ = i, nếu i = 0 thì i’ = 0

2.2.3 Sự tạo ảnh qua gương phẳng

a Khái niệm vật thật, vật ảo:

i i'G

- Vật thật ở phía trước gương, chùm sáng phát ra từ vật tới gương là chùm phân kỳ

- Vật ảo ở phía sau gương, chùm sáng tới gương hội tụ tại vật nếu không bị gương chắn

b Khái niệm ảnh thật, ảnh ảo:

- ảnh là thật ở phía trước gương, là sự gặp nhau của tia phản xạ thật, hứng được trên màn

- ảnh là ảo ở phía sau gương, là sự gặp nhau của tia phản xạ kéo dài

c Đặc điểm của ảnh cho bởi gương phẳng

- Vật thật trước gương cho ảnh ảo ở sau gương Vật ảo ở sau gương cho ảnh thật trước gương

- ảnh bằng vật và đối xứng với vật qua gương

d Cách vẽ ảnh qua gương phẳng: lấy ảnh đối xứng với vật qua gương

2.2.4 Các công thức

+ d’ = - d d là khoảng cách từ vật tới gương

d’ là khoảng cách từ ảnh tới gương

2.2.5 Gương phẳng quay

- Tia tới cố định, gương quay góc a , tia phản xạ quay cùng chiều góc 2a

- Vật cố định gương quay góc a , ảnh quay cùng chiều góc 2

2.2.6 Thị trường của gương

- Định nghĩa: Thị trường của gương đối với điểm O là vùng không gian khi đặt mắt ở O vật đặt trong không gian đó sẽ quan sát được ảnh qua gương

- Cách xác định: lấy O’ là ảnh của O qua gương, từ O’ kẻ các đoạn thẳng tới mép gương, vùng không gian giới hạn bởi mặt phẳng gương và các đoạn thẳng kéo dài là thị trường của gương

- Đỉnh của chỏm cầu là đỉnh O của gương

- Đường thẳng qua tâm và đỉnh gương gọi là trục chính của gương, còn các đường khác đi qua tâm C gọi trục phụ

- Bất kỳ mặt phẳng nào chứa trục chính của gương đều gọi là tiết diện thẳng của gương

- Góc tạo bởi hai trục phụ đi qua hai mép của gương cùng nằm trong một tiết diện thẳng gọi là góc mở j của gương (chỉ xét đường đi của các tia sáng nằm trong tiết diện thẳng của gương)

- Chùm tia sáng tới song song với trục chính OC của gương cầu:

Đối với gương cầu lõm chùm tia phản xạ hội tụ tại điểm F trên trục chính Đối với gương cầu lồi chùm tia phản xạ phân kỳ có đường kéo dài cắt nhau tại F trên trục chính

F gọilà tiêu điểm chính của gương cầu

- Khoảng cách từ đỉnh đến tiêu điểm chính của gương gọi là tiêu cự của

- Giao của mặt phẳng tiêu diện với trục phụ gọi là tiêu điểm phụ Fp

- Vành gương có dạng hình tròn, kích thước của vành tròn gọi là kích thước của vành gương

- Giới hạn xét: gương có góc mở j nhỏ, góc tới của các tia sáng trên mặt gương nhỏ để ảnh của một điểm là một điểm chứ không phải một vết

2.3.2.Đường đi của tia sáng qua gương cầu

Tuân theo định luật phản xạ ánh sáng và hệ quả của nó

- Tia tới (hoặc đường kéo dài tia tới) đi qua tâm C của gương, khi gặp gương tia phản xạ quay ngược trở lại theo đường cũ

- Tia tới song song với trục chính cho tia phản xạ (hoặc đường kéo dài tia phản xạ) đi qua tiêu điểm chính

- Tia tới (hoặc đường kéo dài tia tới) đi qua tiêu điểm chính F cho tia phản xạ song song với trục chính

- Tia đi qua đỉnh O của gương cho tia phản xạ đối xứng với tia tới qua trục chính

- Tia xiên bất kỳ cho tia phản xạ (hoặc có đường kéo dài) qua tiêu điểm phụ Fp Fp là giao của mặt phẳng tiêu diện với trục phụ song song với tia bất

kỳ

(Phần ở trong ngoặc đơn phát biểu co gương cầu lồi)

2.3.3 Sự tạo ảnh qua gương cầu

a Khái niệm vật thật, vật ảo

- Vật thật ở phía trước gương, chùm sáng phát ra từ vật tới gương là chùm phân kỳ

- Vật ảo ở phía sau gương, chùm sáng tới gương là chùm hội tụ tại vật nếu không bị gương chắn

b Khái niệm ảnh thật, ảnh ảo

- ảnh là thật ở phía trước gương là sự gặp nhau của các tia phản xạ thật, hứng được trên màn, chùm phản xạ là chùm hội tụ

- ảnh là ảo ở phía sau gương, là sự gặp nhau của các tia phản xạ kéo dài, đặt mắt trước gương đón tia phản xạ nhìn được ảnh ảo

c Cách xác định ảnh

* Cách xác định ảnh của một điểm sáng:

- Dùng hai trong năm tia sáng trên xuất phát từ vật nếu là thật và có đường kéo dài qua vật nếu là ảo; cho hai tia phản xạ tương ứng cắt nhau là ảnh thật, cắt nhau kéo dài là ảnh ảo

- Nếu vật nằm trên trục chính ta vẽ hai tia sau:

Tia trùng trục chính cho tia phản xạ trùng trục chính

Tia tới song song với một trục phụ bất kỳ cho tia phản xạ (hoặc đường kéo dài tia phản xạ) đi qua tiêu điểm phụ nằm trên trục phụ đó

ảnh của nó cũng là một đoạn thẳng nhỏ A’B’

cũng vuông góc với trục chính Do vậy, ta chỉ cần xác định ảnh B’ của đầu mút B rồi hạ vuông góc với trục chính tại B’ ta thu được ảnh A’B’

2.3.4 Vị trí và tính chất của vật và ảnh

Vật thật - Vật ở vô cực: cho ảnh thật, rất

nhỏ so với vật, ở tại tiêu diện

- Vật thật ở ngoài tâm C: cho ảnh

thật, ngược chiều, nhỏ hơn vật

- Vật thật tại tâm C: cho ảnh thật,

ngược chiều và bằng vật tại C

- Vật thật ở trong khoảng CF cho

ảnh thật, ngược chiều, lớn hơn vật

- Vật thật ở tại F: cho ảnh ở vô cực

- Vật thật trong OF: cho ảnh ảo

cùng chiều, lớn hơn vật

Luôn luôn cho ảnh ảo, cùng chiều, nhỏ hơn vật ( khi vật

ở vô cực cho ảnh ảo, rất nhỏ

so với vật, ở tại tiêu diện)

Vật ảo Luôn luôn cho ảnh thật, cùng

chiều, nhỏ hơn vật

- Vật ảo có d> 2F: cho ảnh

ảo, ngược chiều nhỏ hơn vật

- Vật ảo d= 2f : cho ảnh ảo ngược chiều và bằng vật

- Vật ảo có f < d < 2f: cho

ảnh ảo, ngược chiều, lớn hơn vật

- Vật ảo tại F: cho ảnh ở vô cực

- Vật ảo trong OF: cho ảnh thật, cùng chiều, lớn hơn vật

2.3.5 Công thức gương cầu

d f

íïï =

ïïïï

íïïïïìïïïïî

k > 0 ảnh cùng chiều với vật

k < 0 ảnh ngược chiều với vật

* Quy ước:

- Gương cầu lõm: R > 0; f > 0

- Gương cầu lồi: R < 0 ; f < 0

- Vật thật d > 0 ; vật ảo d < 0; d = ¥ chùm tới song song

- ảnh thật d’ > 0 , ảnh ảo d’ < 0; d’ = ¥ chùm phản xạ song song

2.3.6 Các hệ quả

- Hệ quả 1: Từ 1 1 1

d+ d' = f hoán vị trí của d và d’ cho nhau tức là đổi

vị trí của vật và ảnh tuân theo nguyên lý ngược chiều ánh sáng

- Hệ quả 2: Khoảng cách giữa vật và ảnh: L = d' - d

2.4 Sự khúc xạ ánh sáng và hiện tượng phản xạ toàn phần

2.4.1 Hiện tượng khúc xạ ánh sáng

Hiện tượng khi ánh sáng chiếu qua

một mặt phân cách giữa hai môi trường

trong suốt, tia sáng bị đổi hướng đột ngột

ở mặt phân cách gọi là hiện tượng khúc

xạ ánh sáng

2.4.2 Định luật khúc xạ ánh sáng

- Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới và ở phía bên kía pháp tuyến so với tia tới (mặt phẳng tới là mặt phẳng được xác định bởi tia tới và pháp tuyến)

- Đối với mỗi cặp môi trường trong suốt nhất định thì tỷ số giữa sin của góc tới ( sini ) và sin của góc khúc xạ (sinr) luôn luôn là một số không đổi Số không đổi này phụ thuộc vào bản chất của hai môi trường và gọi là chiết suất

tỷ đối của hai môi trường chứa tia khúc xạ (môi trường 2) đối với môi trường tía tia tới (môi trường 1)

I

S

P

R

2.4.3 Chiết suất

a Chiết suất tỉ đối

Chiết suất tỉ đối của môi trường 2 đối với môi trường 1 được xác định

bằng tỷ số giữa sini

sinr khi ánh sáng truyền từ môi trường 1 đến môi trường 2

b Chiết suất tuyệt đối

Chiết suất tuyệt đối của môi trường là chiết suất của nó đối với chân không

* Chú ý: Chiết suất tuyệt đối của môi trường trong suốt cho biết vận

tốc ánh sáng c truyền trong chân không lớn hơn vận tốc ánh sáng v truyền

trong môi trường đó n lần: n = c

v; vậy n > 1

- Đối với chân không và không khí : nck ; nkk ; 1

c Mối liên hệ giữa chiết suất tuyệt đối và vận tốc ánh sáng Định luật khúc xạ viết theo chiết suất tuyệt đối

v1: Vận tốc ánh sáng trong môi trường 1

V2: Vận tốc ánh sáng trong môi trường 2

Chiết suất tuyệt đối giữa môi trường tỷ lệ nghịch với vận tốc ánh sáng

* Định luật khúc xạ:

sinisinr = n21 =

2 1

n

n Û n1 sini = n2 sinr n21 > 1 Û n2 > n1 : môi trường 2 chiết quang hơn môi trường 1

n21 < 1 Û n2 < n1 : môi trường 2 kém chiết quang hơn môi trường 1

2.4.4 Các hệ quả

- Hệ quả 1: i = 0 Þ sini = 0 Þ sinr = 0 Þ r = 0 tia tới cho tia khúc xạ truyền thẳng

- Hệ quả 2: n2 > n1 Þ sinr < sini Þ r < i tia khúc xạ gần pháp tuyến hơn tia tới

- Hệ quả 3: Từ n1 sini = n2sinr

Nếu n1 > n2 Û sinr > sini Û r > i có thể có tia khúc xạ hoặc không, tia khúc xạ luôn ở xa pháp tuyến hơn tia tới

+ i < igh có tia khúc xạ và góc khúc xạ r < 900

+ i = igh Þ r = 900

tia khúc xạ đi là là mặt phân cách

+ i > igh không có tia khúc xạ, toàn bộ ánh sáng quay trở lại môi trường ban đầu gọi là phản xạ toàn phần

igh là góc giới hạn xẩy ra hiện tượng phản xạ toàn phần khi ánh sáng đi

từ môi trường chiết quang sang môi trường chiết quang kém

n1 sinigh = n2sin 900 Þ sinigh= 2

1

n

n ( n2 < n1)

2.4.5 Hiện tượng phản xạ toàn phần

Là hiện tượng khi ánh sáng truyền từ môi trường chiết quang sang môi trường kém chiết quang với góc tới i > igh, toàn bộ ánh sáng quay trở lại môi trường đầu được gọi là hiện tượng phản xạ toàn phần

* Điều kiện để có phản xạ toàn phần

Hiện tượng phản xạ toàn phần chỉ có thể xảy ra trên mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt khi tia sáng truyền theo chiều từ môi trường chiết quang hơn sang môi trường chiết quang kém ( n1 > n2)

Góc tới của tia sáng trên mặt phân cách phải lớn hơn hoặc bằng góc giới hạn phản xạ toàn phần khi i ³ igh thì hiện tượng phản xạ toàn phần bắt đầu xảy ra

- Góc nhị diện A tạo bởi hai mặt bên là góc chiết quang của lăng kính

- Một mặt phẳng (P) vuông góc với cạnh sẽ cắt lăng kính theo một tiết diện thẳng A1B1C1

- Chỉ xét những tia sáng khi đi qua lăng kính nằm trong một tiết diện thẳng nhất định là chiết suất tỷ đối n của chất làm lăng kính đối với môi trường ngoài đặt lăng kính n > 1 Vì vậy, khi vẽ lăng kính ta chỉ vẽ tiết diện thẳng

2.5.2 Đường đi của tia sáng qua lăng kính Góc lệch

- Tuân theo định luật khúc xạ ánh sáng và hệ quả của nó Tia sáng đơn sắc từ dưới đáy gặp mặt bên cho tia ló khỏi lăng kính khúc xạ lệch về phía đáy

- Góc hợp bởi phương của tia tới SI và tia ló JR gọi là góc lệch D

- Vật thật qua lăng kính cho ảnh ảo bị đẩy dịch lên phía trên góc chiết quang

- Khi các tia sáng truyền trong lăng kính tới các mặt với i > igh thì xảy

ra hiện tượng phản xạ toàn phần tại mặt đó Lăng kính phản xạ toàn phần được chế tạo bằng thuỷ tinh có igh< 450

thường là tam giác vuông cân

- Vẽ đường đi của tia sáng tức là đi xác định góc tới và góc khúc xạ ở các mặt

- Nếu lăng kính có một mặt nào đó được mạ bạc thì mặt đó có tác dụng như gương phẳng

- Đường thẳng đi qua tâm của hai chỏm cầu gọi là trục chính của thấu kính Tất cả các đường thẳng khác đi qua quang tâm gọi là trục phụ của thấu kính

- ở phần giữa của thấu kính nằm giữa hai đỉnh của chỏm cầu coi như một bản mỏng có hai mặt song song, hai đỉnh của chỏm cầu coi như trùng ở phần này và tia sáng đi qua điểm này sẽ truyền thẳng, điểm đó gọi là quang tâm O của thấu kính

- Chiếu một chùm tia sáng tới song song với trục chính, chùm ló khỏi thấu kính hội tụ tại điểm F trên trục chính, F được gọi là tiêu điểm ảnh chính

của thấu kính hội tụ (TKHT) Nếu chùm ló phân kỳ có đường kéo dài cắt nhau ở F trên trục chính thì F là tiêu điểm ảnh chính ảo của thấu kính phân kỳ (TKPK)

- Khoảng cách từ tiêu điểm chính tới quang tâm O gọi là tiêu cự:

OF = f

- Mặt phẳng vuông góc với trục chính qua tiêu điểm gọi là mặt phẳng tiêu diện Giao của mặt phẳng tiêu diện với trục phụ gọi là tiêu điểm phụ Fp Đĩa kính có dạng hình tròn, đường kính của hình tròn đó là kích thước của đĩa kính

2.6.2 Đường đi của tia sáng qua thấu kính

Đường đi của tia sáng qua thấu kính tuân theo định luật khúc xạ ánh sáng và hệ quả của nó

- Tia tới song song với trục chính, tia ló (hoặc đường kéo dài tia ló) đi qua tiêu điểm chính

- Tia tới đi qua quang tâm cho tia ló truyền thẳng

- Tia tới ( hoặc đường kéo dài tia tới) đi qua tiêu điểm chính cho tia ló song song với trục chính

- Tia xiên bất kỳ cho tia ló (hoặc đường kéo dài tia ló) qua tiêu điểm phụ Fp, Fp là giao của mặt phẳng tiêu diện với trục phụ và song song với tia xiên

Tia tới qua tiêu điểm vật phụ (hoặc hướng tới) cho tia ló song song với trục phụ

2.6.3 Sự tạo ảnh qua thấu kính

a Khái niệm vật thật, vật ảo:

- Vật thật (vật sáng) là vật ở phía trước thấu kính, chùm sáng phát ra từ vật tới thấu kính là chùm phân kỳ

- Vật ảo là vật ở phía sau thấu kính, chùm sáng tới thấu kính hội tụ tại vật nếu không bị thấu kính chắn