SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
ĐỀ TÀI:
"PHƯƠNG PHÁP HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TẬP PHẦN
VẼ ĐƯỜNG TRUYỀN ÁNH SÁNG"
y
1
Phần I: MỞ ĐẦU
Vật lý là một môn khoa học cơ bản của chương trình giáo dục phổ thông, trong hệ
thống giáo dục phổ thông của nước ta. Học tập tốt bộ môn vật lý giúp con người nói
chung và học sinh nói riêng có kỹ năng tư duy sáng tạo, làm cho con người linh hoạt hơn,
năng động hơn trong cuộc sống cũng như trong công việc. Nhiệm vụ của giảng dạy bộ
môn vật lý ở bậc trung học phổ thông là thực hiện được những mục tiêu giáo dục mà Bộ
Giáo dục và Đào tạo đã đề ra: Làm cho học sinh đạt dược các yêu cầu sau:
- Nắm vững được kiến thức của bộ môn.
- Có những kỹ năng cơ bản để vận dụng kiến thức của bộ môn.
- Có hứng thú học tập bộ môn.
- Có cách học tập và rèn luyện kỹ năng hợp lý. đạt hiệu quả cao trong học tập bộ môn vật
lý.
- Hình thành ở học sinh những kỹ năng tư duy đặc trưng của bộ môn.
Trong nội dung môn Vật lý lớp 11, phần Quang hình học có tác dụng rất tốt, giúp học
sinh phát triển tư duy vật lý. Trong phần này thể hiện rất rõ các thao tác cơ bản của tư
duy vật lý là từ trực quan sinh động đến tư duy trừu tượng, từ tư duy trừu tượng đến thực
tiễn khách quan, như:
- Phân tích hiện tượng và huy động các kiến thức có liên quan để đưa ra kết quả của từng
nội dung được đề cập.
y
2
- Sử dụng kiến thức toán học có liên quan như để thực hiện tính toán đơn giản hoặc suy
luận tiếp trong các nội dung mà bài yêu cầu.
- Sử dụng kiến thức thực tế để suy luận, để biện luận kết quả của bài toán (Xác nhận hay
nêu điều kiện để bài toán có kết quả) . Việc học tập phần này được tập trung vào việc vận

Phần II: NỘI DUNG
A/ KIẾN THỨC CƠ BẢN:
I/ Các khái niệm cơ bản:
1/ Vật sáng:
- Nguồn sáng là những vật tự phát ra ánh sáng. Ví dụ: Mặt Trời. Các loại đèn.
- Vật được chiếu sáng là những vật khi nhận được ánh sáng chiếu vào thì phát ra ánh
sáng. Ví dụ: Các vật mà mắt nhìn thấy khi có ánh sáng.
- Nguồn sáng và vật được chiếu sáng được gọi chung là vật sáng.
y
4
2/ Môi trường truyền sáng (Môi trường trong suốt) là môi trường cho hầu hết ánh sáng
truyền qua.
3/ Môi trường chắn sáng là môi trường không cho ánh sáng truyền qua.
4/ Tia sáng: là đường truyền của ánh sáng
Ký hiệu: Vẽ đường truyền của ánh sáng
trên có mũi tên chỉ chiều truyền ánh sáng.
5/ Chùm sáng: là tập hợp nhiều tia sáng.
Có 3 loại chùm sáng:
- Chùm sáng phân kỳ: là chùm sáng gồm các tia sáng
xuất phát từ một điểm.
- Chùm sáng song song: là chùm sáng gồm các tia sáng đi
song song với nhau.
- Chùm sáng hội tụ: là chùm sáng gồm các tia sáng đi
đến đồng quy tại một điểm.
* Chú ý: Khi vẽ chùm sáng chỉ cần vẽ hai tia rìa.
II/ Các định luật về sự truyền của ánh sáng
y
5
1/ Định luật truyền thẳng ánh sáng: Trong một môi trường trong suốt và đồng tính, ánh
sáng truyền đi theo đường thẳng.

- Vẽ về phía bên kia pháp tuyễn một góc bằng góc tới, ta được tia phản xạ.
4/ Khúc xạ ánh sáng:
a/ Hiện tượng khúc xạ ánh sáng là hiện tượng tia sáng bị gãy khúc (đổi phương đột ngột)
khi truyền qua mặt phân cách giữa hai môi trường truyền sáng (hay trong suốt)
b/ Các khái niệm:
- Tia tới: Phần ánh
sáng tới.
- Điểm tới: Điểm tia tới gặp mặt phân cách giữa hai môi trường truyền sáng
- Tia khúc xạ: Phần ánh sáng khúc xạ.
- Pháp tuyến tại điểm tới: Đường thẳng vuông góc với mặt phân cách tại điểm tới.
- Mặt phẳng tới: Mặt phẳng chứa tia tới và pháp tuyến tại điểm tới.
y
7
S
I
N
i
r
K
S
I
N
i
r
K
- Góc tới : Góc hợp bởi tia tới và pháp tuyến tại điểm tới
- Góc khúc xạ: Góc hợp bởi tia khúc xạ và pháp tuyến tại điểm tới.
c/ Định luật khúc xạ ánh sáng:
- Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới, tia tới và tia khúc xạ ở hai bên pháp tuyến tại
điểm tới.

Môi trường (2) có chiết suất là n
2
.
y
8
Chiết suất tỉ đối của môi trường (2) đối với môi trường (1) :
1
2
21
n
n
n =
Chiết suất tỉ đối của môi trường (2) đối với môi trường (1) :
2
1
12
n
n
n =
Như vậy: Môi trường có chiết suất lớn hơn thì chiết quang hơn.
Ngoài ra: Chiết suất của môi trường trong suốt tỉ lệ nghịch với tốc độ ánh sáng trong môi
trường đó.
n
c
vhay
n
n
v
v
1

trường trong suốt.
* Tia sáng truyền từ môi trường chiết quang kém đến mặt phân cách với môi trường
chiết quang hơn
→
Luôn có tia khúc xạ và góc khúc xạ nhỏ hơn góc tới.
* Tia sáng truyền từ môi trường chiết quang đến mặt phân cách với môi trường chiết
quang kém:
- Tính góc giới hạn phản xạ toàn phần: i
gh

1
2
gh
n
n
isin =
- Góc tới nhỏ hơn hoặc bằng góc giới hạn (i
≤
i
gh
)
→
Có tia khúc xạ và góc khúc xạ
lớn hơn góc tới.
- Góc tới lớn hơn (i > i
gh
)
→
Phản xạ toàn phần, toàn bộ tia sáng bị phản xạ.
* Góc lệch của tia sáng là góc hợp bởi hướng của tia tới với hướng của tia sáng cuối cùng

→
Phản xạ toàn phần, toàn bộ tia sáng bị phản xạ.)
Một kỹ năng quan trọng mà học sinh cần nắm được là nhận biết được khi truyền
đến mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt thì có bao nhiêu trường hợp có thể xảy
ra. Các căn cứ để khẳng định đường đi tiếp theo của tia sáng. Để giúp học sinh giải quyết
khó khăn này, tôi đã đưa ra nhận xét như trên làm cơ sở khi xác định đường đi tiếp của tia
sáng. Sau đó làm bài tập cụ thể có liên quan để khắc sâu.
7/ Một số kiến thức hình học phẳng có liên quan.
II/ Phương pháp giải bài tập Vật lý: 4 bước
Bước 1: Tóm tắt đầu bài, đổi đơn vị, vẽ hình (nếu có)
Bước 2: Phân tích đầu bài tìm cách giải.
Bước 3: Thực hiện giải.
Bước 4: Biện luận và đáp số.
B/ THỰC HIỆN ÁP DỤNG TRONG CÁC BÀI TOÁN CƠ BẢN.
Ví dụ 1: Cho một lăng kính phản xạ toàn phần có tiết diện thẳng là tam giác vuông cân
ABC, có chiết suất
2n =
, đặt trong không khí có chiết suất là 1. Một tia sáng đơn sắc SI
nằm trong mặt phẳng tiết diện thẳng từ không khí truyền đến mặt bên AB tại I ở gần B
theo phương song song với mặt huyền BC. Hãy vẽ tiếp đường đi của tia sáng và tính góc
lệch của nó khi qua lăng kính.
y
11
Giải
Nhiệm vụ của bài toán là vẽ tiếp đường truyền của một tia sáng cụ thể. Trong một
môi trường đồng tính tia sáng sẽ đi thẳng, tia sáng sẽ đổi phương khi gặp mặt của vật
hoặc mặt phân cách giữa hai môi trường truyền sáng. Trước hết ta cần phân tích xem
phải vẽ hình như thế nào cho thuận lợi.
Vì tia khúc xạ, tia phản xạ, tia tới đều nằm trong mặt phẳng tới, nên khi vẽ cần
phân tích sao cho thể hiện được mặt phẳng tới là mặt phẳng trang giấy thì thể hiện được

vẽ tia khúc xạ, nếu phản xạ toàn phần thì ta vẽ tia phản xạ). Khi đã biết tại điểm tới đó ta
cần vẽ tia nào thì dùng cách vẽ tia sáng đó như lý thuyết đã nêu. Để vẽ được tia khúc xạ
cần xác định đúng môi trường 1, môi trường 2 để sử dụng trong công thức của định luật
khúc xạ ánh sáng. Một việc quan trọng là cần xác định điểm tới, tiếp theo thuộc mặt
phân cách nào, tính góc tới tiếp theo, trong việc này cần sử dụng đến những kiến thức
hình học phẳng một cách linh hoạt.
Lời giải cụ thể như sau:
Tia tới SI song song với mặt huyền BC nên tia sáng đến mặt AB tại I với góc tới
0
1
45i =
Tại I tia sáng truyền từ môi trường có chiết suất nhỏ đến mặt phân cách với môi trường
có chiết suất lớn hơn → Tại I có tia khúc xạ.
0
1
1
0
KK
LK
1
1
30r2
Sinr
45Sin
n
n
Sinr
Sini
=→=→=
(vẽ tia khúc xạ)

Cách 1: Tại K tia sáng truyền từ môi trường có chiết suất lớn đến mặt phân cách với môi
trường có chiết suất nhỏ hơn.
I
3
< i
gh
→ Tại K có tia khúc xạ.
0
3
3
0
LK
KK
3
3
45r
2
1
Sinr
30Sin
n
n
Sinr
Sini
=→=→=
(vẽ tia khúc xạ)
Cách 2: Tại I tồn tại tia sáng SIJ, theo nguyên lý thuận nghịch của chiều truyền ánh sáng
thì sẽ tồn tại tia sáng JIS, mà ta có i
3
= i

đi của tia sáng trên tại từng điểm tới để khẳng
định tại các điểm tới ta cần vẽ tia nào.
Tia tới và pháp tuyến tại điểm tới đều nằm
trong tiết diện thẳng của lăng kính, nên mặt
phẳng tiết diện thẳng là mặt phẳng tới. Vì vậy tia
khúc xạ hoặc tia phản xạ cũng nằm trong mặt
phẳng này. Và tia sáng từ không khí truyền đến
khối lập phương, ta nên vẽ hình như sau:
Trong quá trinhg giải bài tập cần hướng dẫn cho học sinh cách sử dụng kiến thức
hình học phẳng một cách linh hoạt để xác định điểm tới tiếp theo của tia sáng thuộc mặt
phân cách nào, xác định và tính góc tới tiếp theo của tia sáng.
Lời giải cụ thể như sau:
a/ Với i
1
= 45
0
và
2n =
. Hãy vẽ tiếp đường đi của tia sáng
Tia sáng đến mặt trên của khối lập phương tại I với góc tới i
1
= 45
0
.
0
1
1
0
KK
LK

i
3
r
3
A
B
C
D
S
N
Nếu r
1
> NIC
→
tia sáng đến mặt bên BC
Nếu r
1
< NIC
→
tia sáng đến mặt đáy DC
Nếu r
1
= NIC
→
tia sáng đến C, vị trí giao của hai mặt phân cách.
ở bài này ta có r
1
> NIC
→
tia sáng đến mặt bên BC

60i =
(dùng hình
học phẳng để tính i
2
)
Tại J tia sáng truyền từ môi trường có chiết suất lớn đến mặt phân cách với môi trường có
chiết suất nhỏ.
0
ghgh
45i
2
1
Sini =→=

i
2
> i
gh
→ Tại J tia sáng phản xạ toàn phần (vẽ tia phản xạ)
y
16
Sau khi phản xạ tại J tia sáng đến mặt DC tại K với góc tới i
3
= 30
0
.
(Để xét đường đi tiếp của tia sáng tại K ta dùng một trong hai cách sau)
Cách 1: Tại K tia sáng truyền từ môi trường có chiết suất lớn đến mặt phân cách với môi
trường có chiết suất nhỏ hơn.
I

13
45ir ==
. (vẽ tia khúc xạ)
Ta thấy tia tới vat tia ló cùng hướng nên góc lệch của tia sáng bằng 90
0

b/ Với i
1
đã cho. Hãy tìm điều kiện của n để sau khi khúc xạ ở mặt trên, tia sáng phản xạ
toàn phần ở mặt bên và ló ra ở mặt đáy
(đối với câu b cần hướng dẫn học sinh phân tích để đường truyền của tia sáng được như
yêu cầu thì ta cần có những điều kiện nào, điều kiện đó được thể hiện như thế nào. Cụ
thể: để tia sáng phản xạ toàn phần ở mặt bên thì tia sáng phải đến mặt bên BC và tại mặt
bên BC góc tới của tia sáng phải lớn hơn góc giới hạn. Khi đến mặt đáy CD để tia sáng
ló ra nên sử dụng nguyên lý về tính thuận nghịch của chiều truyến ánh sáng. Khi tia sáng
đi như yêu cầu thì góc tới tại mặt đáy CD i
3
luôn bằng góc khúc xạ tại mặt trên r
1
vì vậy
tại mặt đáy CD tia sáng sẽ ló ra ngoài. Ngoài ra chú ý cách so sánh các góc: có thể trực
tiếp hoặc qua các hàm của nó)
Tia sáng đến mặt trên AB tại I với góc tới i
1
y
17
Tại I có tia khúc xạ nên:
n
isin
rsinn

rsin
rtan
−
==→
Gọi J là giao của tia khúc xạ tại I với đường thẳng BC
Ta có
1
1
22
1
isin2
isinna
rtan
BI
BJ
−
==
Để tia sáng đến mặt bên BC thì BJ < BC
1
1
1
22
isin5na
isin2
isinna
<→<
−
→
Tia sáng đến mặt BC tại J với góc tới i
2

n
1
n
isinn
isinrcos +>→>
−
→>
Sau khi phản xạ toàn phần ở mặt bên tia sáng BC đến mặt đáy DC tại K với góc tới i
3
=
r
1
.
y
18
Tại I tồn tại tia sáng SIJ, theo nguyên lý thuận nghịch của chiều truyền ánh sáng thì sẽ tồn
tại tia sáng JIS, mà ta có i
3
= i
1
. Như vậy tại K có tia khúc xạ và góc khúc xạ
13
ir =
.
Như vậy để sau khi khúc xạ ở mặt trên tia sáng phản xạ toàn phần ở mặt bên và ló ra ở
mặt đáy thì:
11
2
isin5nisin1
<<+

E
A
BC
I
S
Yêu cầu của đầu bài là vẽ tiếp đường đi của tia sáng SI. Ta cần xét tại từng điểm tới, tại
đó có tia khúc xạ hay tia phản xạ, rồi vận dụng quy tắc vẽ các tia tương ứng để thực hiện
yêu cầu của bài. Vận dụng kiến thức hình học để xác định tia sáng đến mặt phân cách
nào và tính các góc tới tại các mặt phẳng mà tia sáng đến. Lưu ý học sinh các cách so
sánh góc tới với góc giới hạn.
Lời giải cụ thể của bài như sau:
Tia sáng SI đến mặt DE theo phương vuông góc với mặt này nên tia sáng đi thẳng.
Ta có IE < ID nên tia sáng đến mặt AE tại J với góc tới i
1
= 45
0
.
Tại J tia sáng truyền từ môi trường có chiết suất lớn đến mặt phân cách với môi trường có
chiết suất nhỏ hơn.
1ghJ
isin
2
1
3
1
isin =<=
Như vậy i
1
> i
gh

< i
ghK
→ tại K có tia khúc xạ
y
20
D
E
A
BC
I
S
J
K
M
i
1
i
1
’
i
2
r
2
i
3
r
3
3
2
rsin

.
Tại M tia sáng truyền từ môi trường có chiết suất lớn đến mặt phân cách với môi trường
có chiết suất nhỏ hơn.
32ghM
isinrcos
3
1
2
1
n
1
isin ==>==
Như vậy i
3
< i
ghM
nên tại J có tia khúc xạ
0
3
3
3
3
3
60r
2
3
2
isin3
rsin
5,1

Cần hướng dẫn học sinh tìm cách để thực hiện điều kiện này. Tìm điều kiện
để có khúc xạ khi chiết suất một môi trường chưa biết là một việc phức tạp, nên hướng
dẫn học sinh cho rằng đã được điều đó, tìm giá trị của n và thử lại nếu phù hợp thì giá
trị đó của n được nhận là kết quả của bài, nếu dẫn đến một trường hợp nào đó vô lý thì
giá trị đó của n không thể nhận là kết quả của bài.
Ta có
2a2ADDE ==
và
2
2a
4
6a
<
nên IE < ID
Như vậy tia sáng vẫn đi theo đường SIJK và đến mặt AD với góc tới i
2
=45
0
Giả sử chiết suất n thoả mãn để tia sáng ló ra ở trung điểm M của DC.
Khi đó tại K có tia khúc xạ.
2
3a
4
26a
2IEJE ===
JK // DE
2
3a
JEDK ==→
a

2
==
→ r
2
= 60
0
.
Tại K có khúc xạ ánh sáng. áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng ta có:
2n
3
n
3
2
.
2
1
3
n
rsin
isin
2
2
=→=→=
y
22
Với
2n =
Tại K tia sáng truyền từ môi trường có chiết suất lớn đến mặt phân cách với
môi trường có chiết suất nhỏ hơn.
ghK22ghK

45i
2
1
n
1
Sini =→==
i
3
< i
ghM
→ Tại M có tia sáng ló ra.
Như vậy với
2n =
thì thoả mãn điều kiện đầu bài nên
2n =
là kết quả của bài toán.
Ví dụ 4: (Đề thi Đại học Quốc gia Hà Nội năm 1996)
Cho một khối thuỷ tinh hình bán cầu trong suốt có tâm O, bán kính R, có chiết suất
2n =
đặt trong không khí có chiết suất là 1. Chiếu một chùm sáng song song rộng vào
toàn bộ mặt phẳng của bán cầu theo phương vuông góc với mặt phẳng đó.
a/ Tính góc giới hạn phản xạ toàn phần đối với một tia sáng từ thuỷ tinh ra không khí?
b/ Vẽ đường đi của tia sáng (1) cách tia sáng đi qua tâm O một khoảng
2
R
và tính góc
lệch của tia này khi đi ra khỏi khối thuỷ tinh.
c/ Vẽ đường đi của tia sáng (2) cách tia sáng đi qua tâm O một khoảng
2
3R

R
và tính góc lệch
của tia này khi đi ra khỏi khối thuỷ tinh.
y
24
O
I
i
r
Tại mặt phẳng bán cầu tia sáng (1) có góc tới bằng 0 nên đi thẳng tới mặt cầu tại I với
góc tới i
0
30i
2
1
isin =→=
Tại I tia sáng (1) truyền từ môi trường có chiết suất lớn đến mặt phân cách với môi
trường có chiết suất nhỏ hơn
Có i < i
gh
nên tại I có tia khúc xạ
0
0
45r
2
1
rsin
30sin
n
1

gh
→ tại I
1
tia sáng phản xạ toàn phần và đến mặt cầu tại I
2
với góc tới i
2
= 60
0
và
I
2
là giao của đường thẳng qua O với mặt cầu. Tại I
2
tia sáng (2) truyền từ môi trường có
chiết suất lớn đến mặt phân cách với môi trường có chiết suất nhỏ hơn
y
25
O
I
3
I
2
I
1
i
3
’
i
3