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

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

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 như

giúp 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 tán sắc ánh sáng"

II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU.

SKKN tập trung phân loại các dạng bài tập một cách có hệ thống, đề xuấtphương pháp giải nhanh từng dạng toán nhằm giúp học sinh tiếp cận dễ dàng,logic, đáp ứng tốt nhất yêu cầu thi trắc nghiệm THPT Quốc gia và luyện thi họcsinh giỏi

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 chuẩn bị thi THPT quốc gia

IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Khi tiến hành nghiên cức đề tài tôi sử dụng các phương pháp:

- Phương pháp điều tra khảo sát học sinh khối 12 khi học và vận dụng kiến thứcphần tán sắc ánh sáng Trên có sở đó thông kê và sử lý số liệu kết quả của họcsinh

- Xây dựng cơ sở lý thuyết

- Xây dựng các dạng toán và phương pháp giải

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

- Áp dụng cho học sinh khối 12 học theo phương pháp của đề tài và đánh giá kếtquả

- 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.

1 Lý luận dạy học Vật lí.

Vật lý phổ thông là môn khoa học thực nghiệm, nó có vai trò đặc biệtquan trọng trong việc hình thành và phát triển tư duy, kỹ năng, kỹ xảo học sinh;

là môn học có tính ứng dụng thực tế cao Chính vì vậy trong quá trình dạy họcvật lý thì bài tập vật lý đóng vai trò đặc biệt quan trọng:

Bài tập vật lý giúp học sinh củng cố và mở rộng kiến thức, rèn luyện kĩnăng, kĩ xảo vận dụng kiến thức vào thực tiễn

Bài tập Vật lí với tư cách là một phương pháp dạy học, nó có ý nghĩa hếtsức quan trọng trong việc thực hiện nhiệm vụ dạy học Vật lí ở nhà trường phổthông Thông qua việc giải tốt các bài tập Vật lí các học sinh sẽ có được những

kỹ năng so sánh, phân tích, tổng hợp … do đó sẽ góp phần to lớn trong việc pháttriển tư duy của học

2 Cơ sở lí thuyết

- 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

2.2 Một số khái niệm cơ bản.

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

sáng phức tạp thành các chùm sáng đơn sắc

* 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

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

tím

2.3 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 ta đã biết hệ thức giữa tốc độ truyền ánh 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

2.4 Ứng dụng của hiện tượng tán sắc ánh sáng

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

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

2.5 Các công thức liên quan:

n

gh  

+ 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 THỰC TRẠNG VẤN ĐỀ 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 và nắm vững dẫn đếnviệc giải bài tập phần tán sắc ánh sáng trở nên khó khăn Theo phân phốichương trình trong phần này rất ít tiết bài tập, nhất là các lớp không có tiết tựchọn Vì vậy trong quá trình giảng dạy bộ môn Vật lí ở trường THPT tôi đã cốgắng hệ thống lại kiến thức đặc biệt kiến thức vật lý lớp 11 có liên quan để từ

đó hình thành cho học sinh phương pháp, kỹ năng giải bài tập tán sắc ánh sáng

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

III GIẢI PHÁP

Để khắc phục thực trạng trên, tôi đã phân loại các dạng bài tập và đề xuấtphương pháp giải nhanh như sau:

Loại 1: BÀI TOÁN VỀ NGUYÊN NHÂN CỦA HIỆN TƯỢNG TÁN SẮC ÁNH SÁNG.

1 Phương pháp giải

- Định nghĩa: Sự tán sắc ánh sáng là sự phân tách một chùm sáng phức tạp thànhcác chùm sáng đơn sắc

- Hiện tượng tán sắc ánh sáng chỉ xảy ra khi chùm sáng phức tạp bị khúc xạ quamặt phân cách hai môi trường có chiết suất khác nhau

- Tia đỏ bị lệch ít nhất ( góc lệch nhỏ nhất, góc khúc xạ lớn nhất) và tia tím lệchnhiều nhất ( góc lệch lớn nhất, góc khúc xạ nhỏ nhất)

- 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

n ( và ,

 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

luc vang cam

n

1 1 1 1 1 1

v



10 4 5 , 1

10

Bài 2: Bước sóng trong chân không của ánh sáng đỏ là 0 , 75 mcủa ánh sáng tím

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  1

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  1

Giải

Trong chân không bước sóng của ánh sáng đỏ lớn hơn bước sóng của ánh sángtím Phát biểu C là sai

Chọn đáp án C

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

AB theo phương vuông góc cho tia ló đi là là trên mặt AC Tính chiết suất củachất làm lăng kính đối với tia màu lam Thay chùm tia màu lam bằng chùm tiasáng trắng gồm 5 màu đỏ, vàng, lục, lam, tím thì các tia ló ra khỏi mặt AC gồmnhững màu nào?  1

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 sin i 1n

Nhận thấy

tim lam luc vang

n

1 1 1 1 1

Bài 5 : Lăng kính có tiết diện là tam giác cân ABC, góc chiết quang A = 1200,chiết suất của lăng kính đối với mọi ánh sáng đều lớn hơn 2 Chiếu tia sángtrắng tới mặt bên AB của lăng kính theo phương song song với BC sao cho toàn

bộ chùm khúc xạ ở mặt AB truyền xuống BC Tại BC chùm sáng sẽ :

A Một phần chùm sáng phản xạ và một phần khúc xạ

B Phản xạ toàn phần lên AC rồi ló ra ngoài theo phương song song BC

C Ló ra ngoài theo phương song song AB

D Ló ra ngoài theo phương song song AC  1

 góc tới tại mặt BC i i2  gh tia sáng phản xạ toàn phần ở mặt BC và ló ra khỏi

BC theo phương song song với BC Chọn B

3 Bài tập vận dụng:  1

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 lăng

kính 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

Bài 2: Bước sóng của ánh sáng màu đỏ trong không khí là 0,75m Biết chiếtsuất của nước đối với ánh sáng đỏ là 4/3 Bước sóng của ánh sáng đỏ trong nướclà:

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 với

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 VỀ 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.

 r1 = r2 sin 2 sin 2

A n A

R

i1

r1 r

2 I2

A r

r

n r i

) 1 (

2 1

2 2

+ 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 1

2 2

1 1

+ Đối với tia tím: 

i D

r r

A

r n

i

r n

i

t t

t t

t t

t

t t

) (

s in sin

sin sin

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 chiết

suất 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  1

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

6 0 (

) (

7 6 ,

2 4

7 8 ,

15 sin

5 4 ,

1 sin

sin sin

7 8 ,

1 5

2 2 ,

34 50

22 ,

3 4

5 4 , 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 ,

3 7 50

) 1 , 27 60

( )

(

1 , 27 76

, 16 sin

5 8 ,

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

Bài 2: Một lăng kính có góc chiết quang 600, chiếu một tia sáng đơn sắc màu

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:  1

0 0

2

0 2

0 2

2 2

0 0

0 1

2 2

1

0 1

0 1

1 1

24 , 21

6 0 )

2 4 ,

36 45

( )

(

24 , 36 76

, 27 sin

3 , 1

si n

si n

si n

0 5 , 27

9 5 ,

3 2 60

95 , 32 3

, 1 45 sin

sin sin

si n

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 kính

đối với ánh sáng đỏ là 2và đối với ánh sáng tím là 1,696 Giả sử lúc đầu lăng

kính 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?

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= ,

1

1 i

i 

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: 2

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

Giải:

Ta có:

0 0 0 0

30 sin 532 , 1 sin sin

sinA i  i   i   D i  A  

0 0

0 0

0 52 , 5 52 , 5 30 22 , 5 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 (

Độ rộng quang phổ lúc này là:

DT= IO(tanD t - tanD đ ) IO.(D t -D đ )=IO.(n t - n đ )A.

Bài 5: Chiếu một chùm tia sáng trắng, song song hẹp vào mặt bên của một lăng

kính thủy tinh có góc chiết quang 5,730, theo phương vuông góc với mặt phẳngphân giác P của góc chiết quang Sau lăng kính đặt một màn ảnh song song vớimặt phẳng P và cách P 1,5 (m) Tính chiều dài của quang phổ từ tia đỏ đến tiatím Cho biết chiết suất của lăng kinh đối với tia đỏ là 1,50 và đối với tia tím là1,54  2

0 0

0942 , 3 73 , 5 ).

1 54 , 1 ( ).

1 (

865 , 2 73 , 5 ).

1 50 , 1 ( ).

1 (

A n

D

A n

D

t t

đ đ

DT=IO.(tanDt - tanDđ) = 1500.(tan3,09420 - tan2,8650)= 6mm

sin sin

sin

t đ

t đ t

t đ đ

r r

IO

DT

r r r

n r n

- Nếu ở dưới đáy bể đặt gương phẳng thì chùm tán sắc phản xạ lên mặt nước có

độ rộng D,T,  2DT , rồi ló ra ngoài với góc ló đúng bằng góc i nên độ rộngchùm ló là: , , sin( 90 0 )

i T

D

2 Bài tập ví dụ:

Bài 1: Chiếu một tia sáng trắng hẹp đi từ không khí vào một bể nước rộng dưới

góc tới 600 Chiều sâu bể nước 1(m) Tìm độ rộng của chùm màu sắc chiếu lênđáy bể Biết chiết suất của nước đối với tia đỏ và tia tím lần lượt là: 1,33 và 1,34

26 , 40 63 , 40 sin

34 , 1 sin

33 , 1 60

sin

t đ t

đ

r

r r

) ( 1 , 1 ) tan (tan

