Hướng dẫn học sinh lớp 12 phương pháp giải nhanh bài tập phần tán sắc ánh sáng

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓATRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG LÊ LỢI SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM HƯỚNG DẪN HỌC SINH PHƯƠNG PHÁP GIẢI MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP VỀ TÁN SẮC ÁNH SÁNG Người thực hiện: Ng

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA

TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG LÊ LỢI

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

HƯỚNG DẪN HỌC SINH PHƯƠNG PHÁP GIẢI MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP VỀ TÁN SẮC ÁNH SÁNG

Người thực hiện: Nguyễn Thị Đào

Chức vụ: Giáo viên

THANH HOÁ NĂM 2017

Mục lục

Trang

Phần I ĐẶT VẤN ĐỀ

Phần II NỘI DUNG

2 Tổ chức hoạt động hướng dẫn học sinh học tập theo hướng tích hợp 6

3 Tổ chức hoạt động hướng dẫn học sinh thiết lập sự liên hệ nội dung học

4 Tổ chức hoạt động hướng dẫn học sinh thông qua các tình huống giả định 6

2 Thực trạng lồng ghép kiến thức bảo vệ môi trường vào phần bản vẽ xây

1 Thực trạng sử dụng vật liệu xây dựng ở địa phương em hiện nay 7

2 Sự tác động đến môi trường và sức khỏe của ngành công nghiệp sản xuất

3 Tình trạng khai thác gỗ hiện nay và nguy cơ giảm diện tích rừng 9

B Kế hoạch dạy học 11

1 Mục tiêu 11 2 Chuẩn bị của giáo viên và học sinh 12 3 Tiến trình dạy học 12 4 Rút kinh nghiệm bài dạy 16 IV HIỆU QUẢ 16 Phần III KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I KẾT LUẬN 18

1 Kết quả đạt được 18

2 Bài học kinh nghiệm 18

II KIẾN NGHỊ 19

Tài liệu tham khảo 21

2

Trước tình hình đó nền giáo dục của nước ta phải đổi mới mạnh mẽ, sâusắc và toàn diện để tạo cho đất nước đội ngũ nhân lực có tri thức, có tay nghềvững vàng và đủ khả năng hội nhập, theo kịp yêu cầu của đất nước nói riêng vàthế giới nói chung Phát triển giáo dục, đào tạo là một trong những động lựcquan trọng thúc đấy sự nghiệp công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước, là điềukiện để phát huy nguồn lực con người, là yếu tố cơ bản để phát triển xã hội

Để đáp ứng được các đòi hỏi của xã hội ngành giáo dục phải đổi mới cảchương trình giáo dục, đổi mới phương pháp giảng dạy và cả đổi mới phươngpháp kiểm tra đánh giá cho phù hợp Nhà trường phổ thông không chỉ trang bịcho học sinh kiến thức, kĩ năng mà phải trang bị cho học sinh những năng lựcsáng tạo, những kiến thức được ứng dụng trong cuộc sống hàng ngày Chính vìvậy đòi hỏi người giáo viên phải giảng dạy nghiêm túc, chú ý nhiều đến khảnăng phân tích, tổng hợp, giải quyết vấn đề của học sinh Học sinh phải có ýthức học tập thật sự, xây dựng được động lực học đúng đắn, nắm bắt và giảiquyết vấn đề một cách nhanh chóng

Vật lý là một trong những môn học có hệ thống bài tập rất đa dạng vàphong phú Qúa trình giải bài tập có ý nghĩa hết sức quan trọng trong việc thựchiện nhiệm vụ dạy học vật lý ở nhà trường phổ thông Thông qua việc giải tốtcác bài tập vật lý sẽ giúp học sinh có được những kỹ năng so sánh, phân tích,tổng hợp do đó sẽ góp phần to lớn trong việc phát triển tư duy của học sinh.Đặc biệt giải bài tập vật lý giúp học sinh củng cố kiến thức có hệ thống cũngnhư vận dụng những kiến thức đã học vào việc giải quyết những tình huống cụthể làm cho bộ môn trở nên lôi cuốn, hấp dẫn các em hơn

Trong việc đổi mới phương pháp kiểm tra đánh giá kết quả học tập củahọc sinh thì phương pháp trắc nghiệm khách quan là một phương án được BộGiáo dục - Đào tạo chọn lựa và đang áp dụng cho môn vật lý trong kỳ thi THPTquốc gia cho nên việc ra đề thi trắc nghiệm để kiểm tra quá trình học tập và đểrèn luyện cho học sinh tiếp cận phương pháp trắc nghiệm, cách làm bài tập trắcnghiệm là việc hết sức cần thiết đối với mỗi giáo viên

Với mong muốn tìm được phương pháp giải các bài toán trắc nghiệm mộtcách nhanh chóng và hiệu quả, đồng thời có khả năng trực quan hóa tư duy củahọc sinh và lôi cuốn được nhiều học sinh tham gia vào giải bài tập cũng nhưgiúp một số học sinh chưa yêu thích môn vật lý cảm thấy đơn giản hơn trong

việc giải các bài tập trắc nghiệm vật lý, tôi chọn đề tài: " Hướng dẫn học sinh

lớp 12 phương pháp giải nhanh bài tập phần tán sắc ánh sáng"

II, MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn của xã hội, môn Vật lý là một trong nhữngmôn học mà đa số học sinh ham mê học vì nó gắn liền với các hiện tượng thực

tế cũng như phục vụ cho việc chọn ngành nghề sau khi học xong chương trìnhphổ thông, nhưng khi làm các bài tập vật lí các em thường lúng túng trong việcđịnh hướng giải Một số học sinh khá giỏi rất có hứng thú tìm tòi cách giảinhưng phương pháp đại số thì rất dài và dễ sai xót nên không phù hợp vớiphương pháp kiểm tra đánh giá theo hình thức trắc nghiệm hiện nay

Hơn nữa nội dung cấu trúc chương trình sách giáo khoa mới hầu nhưkhông dành thời lượng cho việc hướng dẫn học sinh giải bài tập hay luyện tập,dẫn đến học sinh không có điều kiện bổ sung, mở rộng và nâng cao kiến thứccũng như rèn kỹ năng giải bài tập Vì vậy việc phân dạng bài tập trong cácchương của sách vật lý lớp 12 là việc làm thiết thực giúp cho học sinh biết vậndụng kiến thức vật lý để giải bài tập, biết sử dụng thành thạo các công cụ toánhọc trong việc giải bài tập

Cụ thể hơn khi hướng dẫn học sinh giải các bài tập phần tán sắc ánh sángtôi thấy kiến thức, bài tập rất đa dạng và liên quan nhiều đến kiến thức vật lý lớp

11 trong khi đó nhiều học sinh cho rằng thi THPT quốc gia chỉ thi chương trình

12 nên kiến thức vật lý 11 không được các em chú trọng vì vậy việc giải bài tậpphần tán sắc ánh sáng trở nên khó khăn với các em Hơn nữa, theo phân phốichương trình trong phần này rất ít tiết bài tập, nhất là các lớp không có tiết tựchọn Trong quá trình giảng dạy bộ môn Vật lí ở trường THPT tôi đã cố gắnghình thành cho học sinh phương pháp, kỹ năng giải bài tập Vật lí để các em đạtkết quả cao trong các kì thi

Vấn đề nữa đó là do tính chất đề thi trắc nghiệm rất rộng và rất dài với 50câu hỏi trắc nghiệm trải dài hết chương trình lớp 12 nên việc hình thành cáccông thức thu gọn và kĩ năng giải bài tập trắc nghiệm là hết sức cần thiết

Để khắc phục những tình trạng trên tôi chọn đề tài: “ Hướng dẫn học

sinh phương pháp giải một số dạng bài tập về tán sắc ánh sáng” Trong

khuôn khổ một sáng kiến kinh nghiệm tôi đã hệ thống lại lý thuyết (đặc biệt kiếnthức liên quan vật lý 11), chia thành các dạng bài tập nhỏ, mỗi dạng đưa raphương pháp giải và các bài tập ví dụ cụ thể phù hợp chương trình cải cách sáchgiáo khoa, phù hợp với trình độ học sinh phổ thông để từ đó giúp các em nắmđược kiến thức cơ bản, giải bài toán một cách rất dễ dàng và đạt hiệu quả cao

III ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

- Các bài tập phần tán sắc ánh sáng chương trình vật lý lớp 12

- Đối tượng sử dụng đề tài: Học sinh học lớp 12

IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Nghiên cứu lý thuyết

- Giải các bài tập vận dụng

4

- Xác định đối tượng học sinh áp dụng đề tài.

- Đưa ra một số công thức, ý kiến chưa ghi trong sách giáo khoa nhưngđược suy ra khi giải một số bài tập điển hình

- Kiểm tra sự tiếp thu của học sinh bằng các đề ôn luyện

- Đánh giá, đưa ra sự điều chỉnh, bổ sung cho phù hợp

- Cuối phần có các câu trắc nghiệm luyện tập

PHẦN II: NỘI DUNG ĐỀ TÀI

I CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

- Dải màu có 7 màu chính: Đỏ, da cam, vàng, lục, lam, chàm, tím

- Tia đỏ lệch ít nhất, tia tím lệch nhiều nhất

- Dải màu quan sát được là quang phổ của ánh sáng Mặt trời Ánh sáng Mặttrời là ánh sáng trắng

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

2 Một số khái niệm cơ bản.

a Hiện tượng tán sắc ánh sáng: Là hiện tượng lăng kính phân tách một chùm

sáng phức tạp thành các chùm sáng đơn sắc

b Ánh sáng đơn sắc: là ánh sáng không bị tán sắc khi truyền qua lăng kính

Mỗi ánh sáng đơn sắc có một màu duy nhất được gọi là màu đơn sắc, tương ứngcũng có một giá trị tần số xác định

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

tím

3 Nguyên nhân của hiện tượng tán sắc ánh sáng.

Nguyên nhân của hiện tượng tán sắc ánh sáng là do chiết suất của lăng

kính có giá trị khác nhau đối với ánh sắc đơn sắc khác nhau Chiết suất của ánhsáng tím lớn nhất, và với ánh sánh đỏ là nhỏ nhất Ánh sáng trắng là hỗn hợpcủa nhiều ánh sáng đơn sắc, có màu biến thiên liên tục từ đỏ đến tím do đó khi

đi qua lăng kính các ánh sáng đơn sắc sẽ bị lệch về đáy lăng kính với các góclệch khác nhau nên chúng không chồng chất lên nhau mà tách thành một dảigồm nhiều màu liên tục

Chú ý: Trong chương trình lớp 11 chúng tá đã biết hệ thức giữa tốc độ truyềnánh sáng trong một môi trường với chiết suất của môi trường n c 3.108

  , với v

là tốc độ truyền ánh sáng trong môi trường có chiết suất n Khi ánh sáng truyền

từ môi trường (1) sang môi trường (2) thì ta có 1 1 1 1

E

nđỏ  nda cam  nvàng nlục  nlam  nchàm ntím

4 Ứng dụng của hiện tượng tán sắc ánh sáng

- Ứng dụng trong máy quang phổ: Tách chùm sáng đa sắc thành các thành phầnđơn sắc

- Giải thích một số hiện tượng xảy ra trong tự nhiên như hiện tượng cầu vồngbảy sắc

5 Các công thức liên quan:

n

+ Công thức của lăng kính:

sini1 = nsinr1; sini2 = n sỉn2

n f

- n là chiết suất tỉ đối của vật liệu làm thấu kính đối với môi trường đặt thấukính

- R1, R2 là bán kính của các mặt cầu thấu kính

II PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI

Loại 1: BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN NGUYÊN NHÂN CỦA HIỆN

- Chiết suất của môi trường trong suốt phụ thuộc vào màu sắc của ánh sáng vàtăng dần từ màu đỏ đến màu tím:

T c v

c

 làbước sóng trong chân không và trong môi trường đó)

- Chiết suất phụ thuộc vào bước sóng: 2



B A

n  ( A, B là các hằng số phụ thuộcmôi trường và là bước sóng trong chân không)

*Chú ý: Hiện tượng phản xạ toàn phần chỉ xảy ra khi cả hai điều kiện sau đây được thỏa mãn:

+ Ánh sáng đi từ môi trường chiết suất hơn sang môi trường có chiết suất nhỏ hơn.

+ Góc tới i lớn hơn góc giới hạn i gh

cam

n

1 1 1 1 1

với bức xạ trên là 1,5 và tốc độ ánh sáng trong chân không bằng 3.108 m/s Bướcsóng của nó trong thủy tinh là:

v



10 4 5 , 1

10

là 0 , 4 m Tính bước sóng của các ánh sáng đỏ và ánh sáng tím trong thủy Biếtchiết suất của thủy tinh đối với tia đỏ là 1,5 và đối với tia tím là 1,54

T c v

c n

m n

t

t t đ

đ đ

4 , 0

50 , 0 5 , 1

75 , 0

, ,

Bài 3: Phát biểu nào sau đây là sai?

A.Trong chân không, mỗi ánh sáng đơn sắc có một bước sóng xác định

B.Trong chân không, các ánh sáng đơn sắc khác nhau truyền với cùng tốc độ.C.Trong chân không, bước sóng của ánh sáng đỏ nhỏ hơn bước sóng của ánhsáng tím

D.Trong ánh sáng trắng có vô số ánh sáng đơn sắc

Bài 4: Một lăng kính thủy tinh có tiết diện thẳng là một tam giác đều ABC đặt

trong không khí Một chùm tia sáng đơn sắc màu lam hẹp song song đến mặt ABtheo phương vuông góc cho tia ló đi là là trên mặt AC Tính chiết suất của chấtlàm lăng kính đối với tia màu lam Thay chùm tia màu lam bằng chùm tia sángtrắng gồm 5 màu đỏ, vàng, lục, lam, tím thì các tia ló ra khỏi mặt AC gồmnhững màu nào?

Giải:

Vì tia màu lam hẹp song song đến mặt AB theo phương vuông góc cho tia ló

đi là là trên mặt AC nên

Nhận thấy

tim lam luc vang

n

1 1 1 1 1

i 1

sin Chỉ có tia tím bị phản xạ toànphần Vậy các tia ló ra là: Đỏ, vàng, lục, lam

Bài tập vận dụng:

Bài 1: Chiếu chùm sáng hẹp đơn sắc song song màu lục theo phương vuông góc

với mặt bên của một lăng kính thì tia ló đi là là trên mặt bên thứ hai của lăngkính Nếu thay bằng chùm sáng bằng ba ánh sáng đơn sắc: Cam, chàm và tím thìcác tia ló ra khỏi lăng kính ở mặt bên thứ hai:

A Chỉ tia cam B Gồm tia chàm và tím.

C Chỉ có tia tím D Gồm tia cam và tím

suất của nước đối với ánh sáng đỏ là 4/3 Bước sóng của ánh sáng đỏ trong nướclà:

A. 0 , 546 m B 0 , 632 m C 0 , 445 m. D 0 , 5625 m Bài 3: Chiết suất của một môi trường trong suốt phụ thuộc bước sóng ánh sáng

trong chân không theo công thức 2

5

10 1 , 1

không khí sao cho không có hiện tượng phản xạ toàn phần Nhận định nào sauđây là đúng:

A Không xác định được sự khác nhau của các góc khúc xạ

B Tia vàng đi ra xa pháp tuyến hơn.

C Tia lam đi ra xa pháp tuyến hơn

D Cả hai tia cùng có góc khúc xạ như nhau

Bài 5: Một lăng kính thủy tinh có tiết diện thẳng là một tam giác ABC góc chiết

quang 450 đặt trong không khí Một chùm tia sáng đơn sắc màu lục hẹp songsong đến theo phương vuông góc với nó cho chùm tia ló ra ngoài nằm sát vớimặt bên AC Tính chiết suất của lăng kính đối với ánh sáng màu lục

A 1,41 B 1,42 C 1,43 D 1,44.

Loại 2: BÀI TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN TÁN SẮC ÁNH SÁNG.

Về loại bài tập này tôi đưa ra các dạng bài tập thường gặp:

Dạng 1: TÁN SẮC QUA LĂNG KÍNH.

D

A r r

nr i

nr i

) 1 (

2 1

2 2

1 1

+ Đối với tia đỏ:

i D

r r A

r n i

r n i

đ đ

đ đ

đ đ đ

đ đ

) (

sin sin

sin sin

2

2 1

2 2

1 1

+ Đối với tia tím:

r r A

r n i

r n i

t t

t t

t t t

t t

) (

sin sin

sin sin

2

2 1

2 2

1 1

+ Góc hợp bởi tia ló đỏ và tia ló tím

đ t đ

Bài 1: Chiếu một chùm tia sáng trắng hẹp song song coi như một tia sáng vào

mặt bên AB của lăng kính có góc chiết quang 500, dưới góc tới 600 Chùm tia ló

ra khỏi mặt AC gồm nhiều màu sắc biến thiên liên tục từ đỏ đến tím Biết chiếtsuất của chất làm lăng kính đối với tia đỏ và tia tím lần lượt là: 1,54 và 1,58.Hãy xác định góc hợp bởi tia đỏ và tia tím ló ra khỏi lăng kính

+ Đối với tia đỏ:

0 0

2

0 2

0 2

2 2

0 0

0 1

2 2 1

0 1

0 1

1 1

76 , 34 50 ) 76 , 24 60 ( )

(

76 , 24 78

, 15 sin 54 , 1 sin sin

sin

78 , 15 22 , 34 50

22 , 34 54

, 1

60 sin sin

sin sin

A i

i D

i i

r n i

r A r r r A

r r

r n i

đ đ

đ đ

đ đ đ

đ đ

đ đ

đ đ

đ đ

+ Đối với tia tím:

0 0

2

0 2

0 2

2 2

0 0

0 1 2

2 1

0 1

0 1

1 1

1 , 37 50 ) 1 , 27 60 ( )

(

1 , 27 76

, 16 sin 58 , 1 sin sin

sin

76 , 16 24 , 33 50

24 , 33 58

, 1

60 sin sin

sin sin

A i

i D

i i

r n i

r A r r r A

r r

r n i

đ đ

t t

t t t

t t

t t

t t

t t

+ Góc hợp bởi tia ló đỏ và tia ló tím

0 0

0 2

cam tới mặt bên AB của lăng kính với góc tới i thì cho tia ló ra khỏi mặt AC với góc lệch cực tiểu bằng 300 Nếu thay bằng ánh sáng đơn sắc khác có chiếu suất 1,3 thì góc lệch của tia ló so với tia tới là:

0 0

2

0 2

0 2

2 2

0 0

0 1 2

2 1

0 1

0 1

1 1

24 , 21 60 ) 24 , 36 45 ( )

(

24 , 36 76

, 27 sin 3 , 1 sin sin

sin

05 , 27 95 , 32 60

95 , 32 3

, 1

45 sin sin

sin sin

A i i D

i i

r n i

r A r r r

A

r r

r n i

Chọn đáp án B

Bài 3: Một lăng kính có tiết diện thẳng là một tam giác đều ABC, chiếu một

chùm tia sáng trắng hẹp vào mặt bên AB đi từ đáy lên Chiết suất của lăng kínhđối với ánh sáng đỏ là 2và đối với ánh sáng tím là 1,696 Giả sử lúc đầu lăngkính ở vị trí mà góc lệch D của tia tím là cực tiểu, thì phải quay lăng kính mộtgóc bằng bao nhiêu để tới phiên góc lệch của tia đỏ cực tiểu?

A 450 B 160 C 150 D 130

Giải:

0 1

0 1

0 1

45 30

sin 2 2 sin sin

58 30

sin 696 , 1 2 sin sin

, ,

i

A n i

i

A n i

1

, 1

1 1

2 sin sin

2 sin sin

i

A n i

i

A n

i

 Góc quay= i 1 i1,

Bài 4: Chiếu một chùm tia sáng trắng hẹp song song coi như một tia sáng vào

mặt bên AB ( gần A) của lăng kính có góc chiết quang 300, theo phương vuônggóc Biết chiết suất của chất làm lăng kính đối với tia đỏ và tia tím lần lượt là:1,532 và 1,5867 Sau lăng kính 1(m) đặt một màn ảnh song song với mặt AB.Khoảng cách giữa hai vệt sáng đỏ và tím trên màn là:

A 50mm B 1,2mm C 45mm D 44mm

Giải:

Ta có:

0 0 0 0

30 sin 532 , 1 sin sin

0 0

0 0

30 sin 5867 , 1 sin sin

D

i A

i A n đ đ

i A n t t

A n

D

đ t đ t t

t

đ

) 1 (

) 1 (