Bài giảng Môn Vật lý lớp 11 - Bài 05 - Lăng kính

Tiết : 	 
Bài 05 
LĂNG KÍNH
MỤC TIÊU : 
Cấu tạo lăng kính. ; Đường đi của tia sáng qua lăng kính
Các ông thức cơ bản của lăng kính ; Sự biến thiên của góc lệch của tia sáng qua lăng kính khi góc tới biến thiên.
Góc lệch cực tiểu và đương đi của tia sáng trong trường hợp này
Các trường hợp lăng kính phản xạ toàn phần.
Biết cách vẽ đường đi của tia s1ng qua lăng kính.
Biết ứng dụng định luật khúc xạ ánh sáng và phản xạ ánh sáng vào trường hợp lăng kính.
Vận dụng tốt các ông thức về lăng kính. ; Biết cách tính góc lệch của tia ló đối với tia tới.
II. PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY : Phương pháp thực nghiệm và nêu vấn đề ..
III. THIẾT BỊ , ĐỒ DÙNG DẠY HỌC : 
Lăng kính thủy tính tiết diện thẳng là một tam giác đều .
Lăng kính thủy tính tiết diện thẳng là một tam giác vuông cân
Nguồn sáng là một đèn bấm Laze .
IV. TIẾN TRÌNH GIẢNG DẠY Ê
Phân phối thời gian
Phần làm việc của Giáo Viên
Hoạt đông của học sinh
Ghi chú
Nội dung ghi bảng
Tổ chức ,điều khiển
10’
Định nghĩa sự khúc xạ ánh sáng
Phát biểu định luật khúc xạ ánh sáng 
Hãy kể lại một vài ứng dụng của hiện tương phản xạ toàn phần 
Bài tập 1, 2 , 3 SGK trang 24
Nêu câu hõi và đánh giá kết quả trả lời
Trả lới
5’
5’
10’
5
5’’
Cấu tạo lăng kính
Cấu tạo lăng kính
 Lăng kính là một khối trong suốt, đồng nhất, được giới hạn bởi hai mặt phẳng không song song.
Các yếu tố của lăng kính
Hai mặt phẳng giới hạn trên được gọi là mặt bên của lăng kính.
Cạnh của lăng kính: Giao tuyến của hai mặt bên 
Đáy của lăng kính : Mặt phẳng đối diện với cạnh.
Mặt phẳng tiết diện chính. : Mặt phẳng bất kì vuông góc với cạnh Trong thực tế, lăng kính là một khối lăng trụ có tiết diện là một tam giác. 
Góc A làm bởi hai mặt lăng kính được gọi là góc chiết quay hay góc ở đỉnh của lăng kính 
Đường đi của tia sáng qua lăng kính
Chiếu tới mặt bên AB của lăng kính một tia sáng đơn sắc SI 
Tia sáng này sẽ bị khúc xạ tại I và J khi đi qua các mặt bên, và ló ra theo tia JR.
 Đường đi của tia sáng SIJR nằm trong mặt phẳng tiết diện chính BAC. 
Gọi :
i : Góc tới của tia sáng đi tới lăng kính.. 
i’ : Góc ló của tia sáng đi qua lăng kính.
D : góc lệnh của tia sáng đi qua lăng kính (Làm bởi tia tới SI và tia ló và tia ló JR ). 
Các công thức lăng kính 
Gọi ;
r là góc khúc xạ tại I 
r’ là góc tới tại J. 
Định luật khúc xạ cho ta :
Xét tam giác IJM, ta có góc lệch
D = = (i – r) + (i’ – r’’) = i + i’ – (r + r ‘)
Mà r + r’= A (Xét tam giác IKJ) 
 è D = i + i’ - A
Các công thức của lăng kính : 
Biến thiên của góc lệnh theo góc tới 
Thí nghiệm 
Cho một chùm tia sáng hẹp song song đi qua đỉnh của lăng kính như trên hình vẽ Phần chùm tia không đi qua lăng kính cho một vệt sáng Ko trên màn E . Phần chùm tia đi qua lăng kính, bị lệch đi một góc là D, cho trên màn E một vệt sáng K.
Nhận xét
 Thí nghiệm cho biết, khi góc tới thay đổi thì góc lệnh cũng thay đổi và qua một giá trị cực tiểu (gọi là góc lệch cực tiểu), kí hiệu là Dm.
Ta có Dm = i + i’ –A 
Khi tia sáng có góc lệch cực tiểu, đường đi tia sáng đối xứng qua mặt phân giác của góc ở đỉnh A 
 Nên i’ = i = im (góc tới ứng với độ lệch cực tiểu )
Và (góc có cạnh tương ứng vuông góc)
Vậy Dm = 2 i – A
Hay 
==> 
Lăng kính phản xạ toàn phần 
Thí nghiệm
Bố trí thí nghiêm : như hình vẽ
Chiếu một chùm sáng song song tới vuông góc với mặt bên AB của một lăng kính bằng thủy tinh, có chiết suất n =1,5, tiết diện chính là một tam giác
 vuông cân. Lăng kính được đặt trong không khí.
 Thí nghiệm chứng tỏ tia sáng không ló ra ở mặt BC mà bị phản xạ toàn phần tại mặt này rồi ló ra ở mặt AC
Giải thích 
Tại mặt AB, góc tới i = 00 nên tia sáng đi thẳng vào lăng kính, tới mặt huyền tại J với góc tới là j = 450. Góc tới giới hạn trong trường hợp này là = 420
 è j > .
Do đó tia sáng bị phản xạ toàn phần tại J. Tia phản xạ vuông góc với mặt góc vuông AC nên ló thẳng ra ngoài không khí.
Ta cũng có thể chiếu chùm tia tới song song vuộng góc với mặt huyền BC. Chùm tia này sẽ phản xạ toàn phần tại hai mặt BA và CA của góc vuông và ló ra khỏi mặt huyền BC 
Lưu ý đến tác dụng đảo ngược hình trong trường hợp này.
Ưùng dụng 
Lăng kính phản xạ toàn phần có tác dụng như một gương phẳng 
Kính tiềm vọng 
Người ta dùng lăng kính phản xạ toàn phần trong các kính tiềm vọng ở các tàu ngầm để làm đổi phương truyền của tia sáng. 
GV : Nhắc lại một vài ý chính trong bài khúc xạ ánh sáng 
Cấu tạo lăng kính 
GV : 
Cho Hs xem các lăng kính và giới thiệu các yếu tố của lăng kính
Vẽ lăng kính và tiết diện chính .
Đường đi của tia sáng qua lăng kính
Tiến hành thí nghiệm
Chỉ rõ các đường đi của tia sáng khi qua lăng kính
Thông báo tên gọi các góc lệch của tia sáng khi qua lăng kính
Chú ý : Tiến hành thí nghiệm vơ ánh sáng đơn sắc 
Hướng dẫn HS tự lập công thức dựa vào định luật khúc xạ ánh sáng 
Cho bài tập áp dụng 
Lưu ý cho HS : 
Các công thức lăng kính chỉ áp dụng trong trường hợp lăng kính đặt trong không khí 
Các công thức lăng kính có thể áp dụng trong môi trường khác không khí nếu coi n là chiếc suất tỷ đối của lăng kính với môi trường ngoài .
Biến thiên của góc lệnh theo góc tới 
Thí nghiệm 
GV : Tiến hành thí nghiệm
Cho một chùm tia sáng hẹp song song đi qua đỉnh của lăng kính Hãy nhận xét đường di của các chùm tia
 GV : Cho góc tới thay đổi Hãy nhận xét khi góc tới thay đổi thì góc lệnh có thay đổi không ?
GV : Tiếp tuc cho góc tới thay đổi đến một giá trị nào đó thì D không thay đổi và đạt giá trị cực tiểu (gọi là góc lệch cực tiểu), kí hiệu là Dm.
Khi tia sáng có góc lệch cực tiểu, đường đi tia sáng đối xứng qua mặt phân giác của góc ở đỉnh A Tính chất này cũng có thẻ chứng minh bằng lí thuyết. 
Hướng dẫn HS CM
Lăng kính phản xạ toàn phần
Thí nghiệm
GV : Tiến hành thí nghiệm
Đặt một màn ành E đối diện với mặt huyền B . các em hãy nhận xét có phát hiện gì trên màn E ? 
GV : Bây giờ đặt màn E đối diện với mặt bên AC các em hãy nhận xét có phát hiện gì trên màn E ?, 
GVkết luận ; Thí nghiệm chứng tỏ tia sáng không ló ra ở mặt BC mà bị phản xạ toàn phần tại mặt này rồi ló ra ở mặt AC
Giải thích 
GV : Các em hãy tính các giá trị i , j và so sánh với góc tới giới hạn trong trường hợp này là 
GV : Sẽ xảy ra hiện tượng gì trên mặt BC .
GV : Khảo sát hiện tượng khi chiếu chùm tia tới song song vuộng góc với mặt huyền BC .
GV : Lưu ý đến tác dụng đảo ngược hình trong trường hợp này.
Ưùng dụng 
GV : Lăng kính phản xạ toàn phần có tác dụng giống như dụng cụ quang học nào?
GV thông báo SGK 
Quan sát và ghi nhớ
Quan sát và ghi nhớ 
HS tự lực
HS tự lực chứng minh 
Nếu các góc là nhỏ ta có thể dùng các công thức sau :
Quan sát va øtrả lời
Phần chùm tia không đi qua lăng kính cho một vệt sáng Ko trên màn E . Phần chùm tia đi qua lăng kính, bị lệch đi một góc là D, cho trên màn E một vệt sáng K
Hs : Góc lệnh cũng thay đổi
HS tự cm
Tự lực CM
Quan sát và nhận xét
HS : Không nhận ra được vệt sáng trên màn.
HS : ta thấy một vệt sáng xuất hiện trên màn E.
Tự lực xây dựng biểu thức HS: i = 00 ,j = 45 0 
==> = 42 0 Vậy j < 
Hs : Sẽ xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần trên mặt BC ==> xuất hiện tia ló vuông gòc với AC hướng vào E
Hs : Chùm tia này sẽ phản xạ toàn phần tại hai mặt BA và CA của góc vuông và ló ra khỏi mặt huyền BC (Tự Gthích) 
HS : Lăng kính phản xạ toàn phần có tác dụng như một gương phẳng.
Ghi nhớ
Yêu cầu HStrả lời câ hỏi H1
Củng cố bài giảng Dặn dò của học sinh
(5’)
Yêu cầu nhắc lại :
Câu tạo của lăng kính
Các công thức của lăng kính
Ưùng dụng của lăng kính
Nhấn mạnh các nội dung quan trọng .
Trả lời câu hỏi và làm bài tập 1,2,3,4,5 trang 32 SGK