Chuyên đề: Hiện tượng phản xạ toàn phần vật lí 11

Tỉnh/TP: GIA LAI
Tên một số chuyên đề có thể xây dựng trong chương trình vật lý lớp 11 THPT.
1. Điện tích, điện trường.
5. Lực từ.
2. Dòng điện trong kim loại.
6. Cảm ứng điện từ.
3. Dòng điện trong chất điện phân.
7. Khúc xạ ánh sáng.
4. Dòng điện trong chất khí.
8. Phản xạ toàn phần.
CHUYÊN ĐỀ: HIỆN TƯỢNG PHẢN XẠ TOÀN PHẦN
VẬT LÍ 11
1. Xác định vấn đề cần giải quyết của chuyên đề.
	Chuyên đề này được xây dựng ở lớp 11 THPT. Những nội dung kiến thức về quang học HS đã được học ở bậc THCS là:
 	- Khi nào ta nhận biết được ánh sáng?
- Khi nào ta nhìn thấy một vật?
- Sự truyền thẳng ánh sáng trong một môi trường trong suốt và đồng tính.
- Hiện tượng phản xạ. Những ứng dụng của gương phẳng, gương cầu lõm, gương cầu lồi.
	- Hiện tượng khúc xạ là gì?
- Những ứng dụng của kính lúp, TKHT, TKPK, các tật của mắt,
	Các em đã biết khi tia sáng truyền đến mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt khác nhau thì xảy ra đồng thời hai hiện tượng: phản xạ và khúc xạ ánh sáng. Nhưng trong thực tế không phải lúc nào tia sáng truyền đến mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt khác nhau cũng tuân theo qui luật này.
	Chuyên đề: Hiện tượng phản xạ toàn phần ở lớp 11 THPT sẽ giúp HS hiểu sâu về cơ chế truyền sáng giữa các môi trường trong suốt và những ứng dụng trong thực tiễn.
2. Nội dung kiến thức cần xây dựng trong chuyên đề.
2.1. Sự truyền ánh sáng qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt.
- Ánh sáng truyền từ môi trường chiết quang kém sang môi trường chiết quang hơn .
+ Góc khúc xạ nhỏ hơn góc tới.
+ Luôn có tia khúc xạ.
- Ánh sáng truyền từ môi trường chiết quang hơn sang môi trường chiết quang kém .
+ Góc khúc xạ lớn hơn góc tới.
+ Khi thì không còn tia khúc xạ.
+ Xác định góc giới hạn phản xạ toàn phần (góc giới hạn): 
2.2. Hiện tượng phản xạ toàn phần.
- Định nghĩa.
- Điều kiện để có phản xạ toàn phần: 
2.3. Ứng dụng của hiện tượng phản xạ toàn phần. 
- Cáp quang.
+ Cấu tạo của cáp quang.
+ Công dụng của cáp quang.
- Các ứng dụng khác: Lăng kính phản xạ toàn phần, giải thích hiện tượng ảo ảnh trong không khí.
3. Chuẩn kiến thức, kĩ năng và một số năng lực có thể được phát triển
3.1. Kiến thức.
- Mô tả được hiện tượng phản xạ toàn phần và nêu được điều kiện xảy ra hiện tượng này.
- Viết và giải thích được ý nghĩa của các đại lượng trong biểu thức tính góc giới hạn phản xạ toàn phần.
- Mô tả được sự truyền ánh sáng trong cáp quang và nêu được ví dụ ứng dụng về cáp quang.
3.2. Kĩ năng.
- Vận dụng được công thức tính góc giới hạn phản xạ toàn phần trong bài toán.
- Giải thích được các hiện tượng quang học liên quan.
3.3. Thái độ.
- Tự lực, tự giác học tập, tham gia xây dựng kiến thức.
- Yêu thích khoa học, tác phong của nhà khoa học.
3.4. Năng lực có thể phát triển
- Bảng mô tả các năng lực có thể phát triển trong chủ đề 
Nhóm năng lực
Năng lực thành phần
Mô tả mức độ thực hiện 
trong chuyên đề
Nhóm NLTP liên quan đến sử dụng kiến thức vật lí
K1: Trình bày được kiến thức về các hiện tượng, đại lượng, định luật, nguyên lí vật lí cơ bản, các phép đo, các hằng số vật lí
- Nhắc lại hiện tượng phản xạ, hiện tượng khúc xạ, các khái niệm góc tới, góc phản xạ.
- Phát biểu và viết biểu thức của định luật khúc xạ và định luật phản xạ ánh sáng.
K2: Trình bày được mối quan hệ giữa các kiến thức vật lí 
- Chỉ ra được mối quan hệ giữa tia tới và tia khúc xạ.
- Thấy được mối liên hệ giữa góc tới và góc khúc xạ khi thay đổi góc tới.
K3: Sử dụng được kiến thức vật lí để thực hiện các nhiệm vụ học tập
HS tiến hành thí nghiệm và vận dụng ĐL KXAS xác định đặc điểm của sự truyền sáng từ môi trường chiết quang kém sang môi trường chiết quang hơn và ngược lại. 
K4: Vận dụng (giải thích, dự đoán, tính toán, đề ra giải pháp, đánh giá giải pháp ) kiến thức vật lí vào các tình huống thực tiễn
- Vận dụng công thức tính góc giới hạn phản xạ toàn phần để giải được các bài tập.
- Giải thích được các hiện tượng quang học liên quan: cáp quang, lăng kính phản xạ toàn phần, hiện tượng ảo ảnh.
Nhóm NLTP về phương pháp (tập trung vào năng lực thực nghiệm và năng lực mô hình hóa)
P1: Đặt ra những câu hỏi về một sự kiện vật lí
Đặt ra những câu hỏi liên quan đến hiện tượng truyền sáng đến mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt: Hiện tượng phản xạ là gì? Hiện tượng khúc xạ là gì? Mối liên hệ giữa góc tới và góc phản xạ, góc khúc xạ như thế nào?
P2: Mô tả được các hiện tượng tự nhiên bằng ngôn ngữ vật lí và chỉ ra các quy luật vật lí trong hiện tượng đó
Mô tả được đường đi và sự thay đổi cường độ của tia sáng. 
P3: Thu thập, đánh giá, lựa chọn và xử lí thông tin từ các nguồn khác nhau để giải quyết vấn đề trong học tập vật lí
Các nguồn thông tin: SGK, sách tham khảo, các tạp chí, internet, để tìm hiểu về hiện tượng PXTP và ứng dụng của nó.
P4: Vận dụng sự tương tự và các mô hình để xây dựng kiến thức vật lí
P5: Lựa chọn và sử dụng các công cụ toán học phù hợp trong học tập vật lí.
ĐLKXAS: suy ra công thức tính 
P6: chỉ ra được điều kiện lí tưởng của hiện tượng vật lí
Hai môi trường phải trong suốt và đồng tính.
P7: đề xuất được giả thuyết; suy ra các hệ quả có thể kiểm tra được.
P8: xác định mục đích, đề xuất phương án, lắp ráp, tiến hành xử lí kết quả thí nghiệm và rút ra nhận xét. 
Phương ánTN:
- Cho một chùm tia sáng (Laze) hẹp đi từ không khí vào khối thủy tinh trong suốt hình bán trụ. Thay đổi góc tới i, quan sát chùm tia khúc xạ.
- Cho một chùm tia sáng (Laze) hẹp đi từ khối thủy tinh trong suốt hình bán trụ vào không khí Thay đổi góc tới i, quan sát chùm tia khúc xạ.. 
P9: Biện luận tính đúng đắn của kết quả thí nghiệm và tính đúng đắn các kết luận được khái quát hóa từ kết quả thí nghiệm này.
Nhóm NLTP trao đổi thông tin
X1: trao đổi kiến thức và ứng dụng vật lí bằng ngôn ngữ vật lí và các cách diễn tả đặc thù của vật lí 
Định luật phản xạ ánh sáng và định luật khúc xạ ánh sáng.
X2: phân biệt được những mô tả các hiện tượng tự nhiên bằng ngôn ngữ đời sống và ngôn ngữ vật lí (chuyên ngành) 
X3: lựa chọn, đánh giá được các nguồn thông tin khác nhau,
So sánh những nhận xét từ kết quả thí nghiệm của nhóm mình với nhóm khác và kết luận nêu ở SGK
X4: mô tả được cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của các thiết bị kĩ thuật, công nghệ
Mô tả được cấu tạo của sợi quang.
X5: Ghi lại được các kết quả từ các hoạt động học tập vật lí của mình (nghe giảng, tìm kiếm thông tin, thí nghiệm, làm việc nhóm)
Ghi lại kết quả thí nghiệm của nhóm.
X6: trình bày các kết quả từ các hoạt động học tập vật lí của mình (nghe giảng, tìm kiếm thông tin, thí nghiệm, làm việc nhóm) một cách phù hợp
Đại diện nhóm trình bày kết quả hoạt động nhóm mình trước cả lớp. Cả lớp thảo luận để đi đến kết quả.
X7: thảo luận được kết quả công việc của mình và những vấn đề liên quan dưới góc nhìn vật lí 
- Thảo luận nhóm về kết quả thí nghiệm, rút ra nhận xét của nhóm .
- Thảo luận để xác định đường đi của tia sáng trong sợi quang.
X8: tham gia hoạt động nhóm trong học tập vật lí
Tham gia HĐ nhóm.
Nhóm NLTP liên quan đến cá nhân
C1: Xác định được trình độ hiện có về kiến thức, kĩ năng , thái độ của cá nhân trong học tập vật lí
- Xác định được trình độ hiện có về các kiến thức: KXAS, PXTP, sự truyền ánh sáng qua các môi trường thông qua các bài kiểm tra ngắn ở lớp, tự giải bài tập ở nhà.
- Đánh giá được kỹ năng về thí nghiệm, thái độ học tập và hoạt động nhóm thông qua phiếu đánh giá đồng đẳng.
C2: Lập kế hoạch và thực hiện được kế hoạch, điều chỉnh kế hoạch học tập vật lí nhằm nâng cao trình độ bản thân.
Lập kế hoạch và thực hiện được kế hoạch, điều chỉnh kế hoạch học tập trên lớp và ở nhà đối với toàn chủ đề sao cho phù hợp với điều kiện học tập.
C3: Chỉ ra được vai trò (cơ hội) và hạn chế của các quan điểm vật lí đối trong các trường hợp cụ thể trong môn Vật lí và ngoài môn Vật lí 
Chỉ ra được mâu thuẫn khi áp dụng định luật khúc xạ AS.
C4: So sánh và đánh giá được - dưới khía cạnh vật lí- các giải pháp kĩ thuật khác nhau về mặt kinh tế, xã hội và môi trường 
Nêu được ưu điểm về mặt kinh tế, môi trường và kĩ thuật của cáp quang so với cáp bằng đồng trong việc truyền thông tin; ứng dụng của cáp quang trong y học so với các thiết bị kỹ thuật khác cùng chức năng.
C5: Sử dụng được kiến thức vật lí để đánh giá và cảnh báo mức độ an toàn của thí nghiệm, của các vấn đề trong cuộc sống và của các công nghệ hiện đại 
- Cảnh báo về ảnh hưởng của ảo ảnh đến an toàn giao thông.
- Cảnh báo về an toàn khi làm thí nghiệm: Lựa chọn và đặt đúng vị trí của các tia sáng, điểm tới,...
C6: Nhận ra được ảnh hưởng vật lý lên các mối quan hệ xã hội và lịch sử.
Nhận ra được vai trò của hiện tượng PXTP đối với con người, khoa học và đời sống.
3. Chuẩn bị.
	- Dụng cụ thí nghiệm: Nguồn sáng (nguồn laze), khối thủy tinh hình bán trụ, thước đo độ (có dạng hình tròn).
	- Sợi cáp quang, video về nội soi.
	- Các phiếu học tập: PHT1, PHT2.
PHT1: Chiếu 1 tia sáng từ không khí vào 1 khối thủy tinh hình bán trụ. 
P1.1. So sánh độ lớn giữa góc tới và góc khúc xạ?
P1.2. Thay đổi góc tới i từ 0 đến 90o, quan sát và cho nhận xét về tia khúc xạ?
PHT2: Chiếu 1 tia sáng từ khối thủy tinh hình bán trụ vào môi trường không khí. 
P2.1. So sánh độ lớn giữa góc tới và góc khúc xạ?
P2.2. Thay đổi góc tới i từ 0 đến 90o, quan sát và cho nhận xét về tia khúc xạ?
P2.3. Xác định biểu thức của góc tới i khi tia khúc xạ là là ở mặt phân cách giữa 2 môi trường theo n1 và n2.
4. Tiến trình dạy học
	4.1. Nội dung 1: Sự truyền ánh sáng qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt.
	4.1.1. Hoạt động 1: Tìm hiểu đường đi của tia sáng từ môi trường có chiết suất bé sang môi trường có chiết suất lớn. 
- Dự kiến thời gian thực hiện: 7 phút
- Chuẩn bị phương tiện cần thiết: Bộ thí nghiệm khúc xạ; phiếu học tập (PHT1)
- Mục tiêu hoạt động: Các năng lực có thể phát triển thông qua hoạt động này: K1, K2, K3; P1, P2, P6, P8; X1, X5, X6, X7, X8; C1.
- Tiến trình thực hiện hoạt động (theo 4 bước sau): 
STT
Bước
Nội dung
1
Chuyển giao nhiệm vụ
Giáo viên nêu vấn đề ở PHT1: Chiếu 1 tia sáng từ không khí vào 1 khối thủy tinh hình trụ. 
- So sánh độ lớn giữa góc tới và góc khúc xạ?
- Thay đổi góc tới i từ 0 đến 90o, quan sát và cho nhận xét về tia khúc xạ?
2
Thực hiện nhiệm vụ
Làm thí nghiệm và hoàn thành PHT1 theo nhóm
3
Báo cáo, thảo luận
GV tổ chức cho các nhóm học sinh báo cáo, thảo luận kết quả của từng nhóm theo PHT1
4
Kết luận hoặc Nhận định hoặc Hợp thức hóa kiến thức
Khi ánh sáng truyền từ môi trường chiết quang kém sang môi trường chiết quang hơn .
+ Góc khúc xạ nhỏ hơn góc tới.
+ Luôn có tia khúc xạ.
	4.1.2. Hoạt động 2: Tìm hiểu đường đi của tia sáng từ môi trường có chiết suất lớn sang môi trường có chiết suất bé
- Dự kiến thời gian thực hiện: 15 phút
- Chuẩn bị phương tiện cần thiết: Bộ thí nghiệm khúc xạ; phiếu học tập (PHT2)
- Mục tiêu hoạt động: Các năng lực có thể phát triển thông qua hoạt động này: K1, K2, K3; P1, P2, P6, P7, P8; X1, X2, X3, X4, X5, X6, X7, X8; C1.
- Tiến trình thực hiện hoạt động (theo 4 bước sau): 
STT
Bước
Nội dung
1
Chuyển giao nhiệm vụ
Giáo viên nêu vấn đề ở PHT2: Chiếu 1 tia sáng từ khối thủy tinh hình bán trụ vào môi trường không khí. 
- So sánh độ lớn giữa góc tới và góc khúc xạ?
- Thay đổi góc tới i từ 0 đến 90o, quan sát và cho nhận xét về tia khúc xạ?
- Xác định biểu thức của góc tới i khi tia khúc xạ là là ở mặt phân cách giữa 2 môi trường theo n1 và n2. 
2
Thực hiện nhiệm vụ
Làm thí nghiệm và hoàn thành PHT2 theo nhóm
3
Báo cáo, thảo luận
GV tổ chức cho các nhóm học sinh báo cáo, thảo luận kết quả của từng nhóm theo PHT2
4
Kết luận hoặc Nhận định hoặc Hợp thức hóa kiến thức
Khi ánh sáng truyền từ môi trường chiết quang hơn sang môi trường chiết quang kém n2>n1.
+ Góc khúc xạ lớn hơn góc tới.
+ Khi thì không còn tia khúc xạ.
+ Xác định góc giới hạn phản xạ toàn phần (góc giới hạn): 
	4.2. Nội dung 2: Hiện tượng phản xạ toàn phần.
	4.2.1. Hoạt động: Định nghĩa phản xạ toàn phần và điều kiện có PXTP.
- Dự kiến thời gian thực hiện: 5 phút
- Chuẩn bị phương tiện cần thiết: 
- Mục tiêu hoạt động: Các năng lực có thể phát triển thông qua hoạt động này: K3; P5, P8; X1, X2, X3, X4, X5, X6, X7, X8; C1.
- Tiến trình thực hiện hoạt động (theo 4 bước sau): 
STT
Bước
Nội dung
1
Chuyển giao nhiệm vụ
Giáo viên nêu định nghĩa hiện tượng phản xạ toàn phần. 
Giáo viên đặt câu hỏi: Từ các kết quả quan sát và tính toán được ở PHT2. Nêu điều kiện để có phản xạ toàn phần? 
2
Thực hiện nhiệm vụ
Từng cá nhân học sinh vận dụng kiến thức ở phần trên để suy ra kết quả theo yêu cầu.
3
Báo cáo, thảo luận
Học sinh phát biểu ý kiến cá nhân
4
Kết luận hoặc Nhận định hoặc Hợp thức hóa kiến thức
Hiện tượng phản xạ toàn phần.
- Định nghĩa.
- Điều kiện để có phản xạ toàn phần: 
4.3. Nội dung 3: Ứng dụng của hiện tượng phản xạ toàn phần.
	4.3.1. Hoạt động 1: Tìm hiểu cấu tạo và công dụng của cáp quang 
 - Dự kiến thời gian thực hiện: 5 phút
 - Chuẩn bị phương tiện cần thiết: Mẫu sợi cáp quang, hình ảnh về ứng dụng cáp quang. 
 - Mục tiêu hoạt động: Các năng lực có thể phát triển thông qua hoạt động này: K1, K3, K4; P1, P6; X1, P4; C4.
 - Tiến trình thực hiện hoạt động (theo 4 bước sau): 
STT
Bước
Nội dung
1
Chuyển giao nhiệm vụ
Yêu cầu cá nhân học sinh làm việc trong 5 phút và trả lời các câu hỏi(SGK, thực tế):
 + Nêu những điều hiểu biết về cấu tạo của cáp quang
 + Cáp quang được ứng dụng vào những lĩnh vực nào trong đời sống.
 + So sánh ưu điểm của cáp quang so với cáp đồng.
2
Thực hiện nhiệm vụ
Học sinh làm việc cá nhân (đọc tài liệu trang 171 SGK)
3
Báo cáo, thảo luận
GV gọi một số học sinh trình bày phần chuẩn bị theo yêu cầu
4
Kết luận hoặc Nhận định hoặc Hợp thức hóa kiến thức
- Thể chế hóa kiến thức
- Minh họa ví dụ (phim về nội soi)
	4.3.2. Hoạt động 2: Giải thích một số hiện tượng thực tế (ảo ảnh) 
 - Dự kiến thời gian thực hiện: 10 phút
 - Chuẩn bị phương tiện cần thiết: Hình ảnh về hiện tượng ảo ảnh.
 - Mục tiêu hoạt động: Các năng lực có thể phát triển thông qua hoạt động này: K4; P6; X4; C4.
 - Tiến trình thực hiện hoạt động (theo 4 bước sau): 
STT
Bước
Nội dung
1
Chuyển giao nhiệm vụ
GV đua ra hiện tượng và gợi ý giải thích hiện tượng: Lúc trưa nắng, mặt đường nhựa khô ráo, nhưng nhìn từ xa có vẻ như ướt nước.
GV chia nhóm và giao nhiệm vụ: Vận dụng kiến thức đã học về KX và PXTP để giải thích hiện tượng trên.
2
Thực hiện nhiệm vụ
Hoạt động nhóm thảo luận và trả lời câu hỏi (10 phút
GV gợi ý: 
- Xem xét các lớp không khí sát mặt đường theo các thông số là nhiệt độ, chiết suất có quan hệ thế nào? 
- Mối quan hệ giữa chiết suất và nhiệt độ.
3
Báo cáo, thảo luận
GV hướng dẫn thảo luận nhóm
Mỗi nhóm cử đại diện báo cáo
Xác nhận ý kiến đúng và giải thích 
4
Kết luận hoặc Nhận định hoặc Hợp thức hóa kiến thức
Kết luận nội dung giải thích
	4.3.3. Hoạt động 3: Củng cố - Hướng dẫn về nhà 
- Dự kiến thời gian thực hiện: 3 phút
	- Củng cố: HS nắm được: Điều kiện xảy ra hiện tượng PXTP, cách tính góc giới hạn phản xạ toàn phần, ứng dụng hiện tượng PXTP.
	- Giao nhiệm vụ về nhà: Hãy đề xuất phương án đo chiết suất của một khối chất trong suốt và đồng tính đặt trong không khí dựa vào hiện tượng phản xạ toàn phần (bài tập 9).
5. Kiểm tra, đánh giá trong quá trình dạy học.
5.1. Hình thức kiểm tra, đánh giá:
- Đánh giá tích tích cực, tự lực của HS.
- Đánh giá khả năng sáng tạo, phát hiện và giải quyết vấn đề của HS.
5.2. Dự kiến thời gian: 45 phút.
5.3. Công cụ kiểm tra, đánh giá: Hệ thống câu hỏi/bài tập kiểm tra, đánh giá năng lực
STT
Câu hỏi/bài tập
Cấp độ
Đánh giá năng lực
1
Thế nào là hiện tượng phản xạ toàn phần? Điều kiện để có hiện tượng phản xạ toàn phần?
Nhận biết
K1
2
So sánh phản xạ toàn phần và phản xạ thông thường. 
Hiểu
K1, K3
3
Giải thích tại sao kim cương và pha lê sáng lóng lánh. Người ta tạo ra nhiều mặt cho viên kim cương hay các vật bằng pha lê để làm gì? 
Vận dụng và vận dụng cao
K3, K4
4
Người ngồi trên ô tô đi trên đường nhựa lúc trời nắng, có lúc ta thấy ở phía trước trên đường hình như có “nước” nhưng xe lại gần thì nước biến mất. 
 Chọn phát biểu đúng về việc giải thích hiện tượng ảo ảnh trên mặt đường khi trời nắng?
A. do tia sáng Mặt Trời gặp mặt đường nhựa rồi bị hắt trở lại.
B. do tia sáng Mặt Trời bị khúc xạ tại lớp không khí gần mặt đường.
C. do mặt đường phía trước có nhựa láng bóng.
D. do tia sáng Mặt Trời bị phản xạ toàn phần ở lớp không khí gần mặt đường. 
Vận dụng cao
K1, K2, K3, K4, P2, X2, X3
5
Cáp quang là gì? Hãy nêu cấu tạo của cáp quang. 
Hiểu
K1, X4
6
Có hai tia sáng song song nhau, truyền trong nước. Tia (1) gặp mặt thoáng của nước. Tia (2) gặp mặt một bản thủy tinh hai mặt song song, đặt sát mặt nước () . Nếu tia (1) phản xạ toàn phần thì tia 2 sẽ
A. ló ra không khí.
B. phản xạ toàn phần tại mặt phân cách giữa nước và bản thủy tinh.
C. phản xạ toàn phần tại mặt phân cách giữa thủy tinh và không khí, sau đó khúc xạ vào trong nước.
D. ló ra không khí hoặc không ló ra không khí tùy thuộc vào chiết suất của bản thủy tinh.
Vận dụng
K3
7
Có ba môi trường trong suốt, với cùng góc tới: Nếu tia sáng truyền từ (1) vào (2) thì góc khúc xạ là 300; nếu tia sáng truyền từ (1) vào (3) thì góc khúc xạ là 450. Góc giới hạn phản xạ toàn phần ở mặt phân cách (2) và (3) có giá trị như thế nào (tính tròn số)
A. 300.	B. 420.	C. 450.	 D. 600 
Vận dụng
K3, K4, P5
8
n1
R
K
n2
I
S
Một tia sáng trong thủy tinh đến mặt phân cách giữa thủy tinh 
và không khí dưới góc tới i = 300 , tia phản xạ và tia khúc xạ 
vuông góc với nhau.
a). Tính chiết suất của thủy tinh .
b). Tính góc tới để không có tia sáng ló ra không khí .
Vận dụng cao
K4, P5
9
Hãy đề xuất phương án đo chiết suất của một khối chất trong suốt và đồng tính đặt trong không khí dựa vào hiện tượng phản xạ toàn phần.
Vận dụng cao
K3, K4, P5, P8, P9, X5, X6