Giáo án Bài 15. Năng lượng ánh sáng. Tia sáng, vùng tối

Gợi nhu cầu học tập: HS nhận biết ánh sáng có năng lượng và đặt câu hỏi về đường truyền của ánh sáng, vùng không nhận ánh sáng.

HS quan sát GV chiếu đèn vào pin mặt trời gắn mô tơ (hoặc xem mô phỏng pin mặt trời làm mô tơ quay trong trang bài học NeoEdu). HS trả lời hai câu hỏi: (1) Vì sao mô tơ quay khi chỉ có ánh sáng chiếu vào pin? (2) Ánh sáng từ đèn đi theo đường nào tới pin? Phía sau tấm bìa đặt trước đèn có nhận được ánh sáng không?

• Dự kiến HS trả lời: mô tơ quay vì pin nhận ánh sáng, chuyển hóa quang năng thành điện rồi thành cơ năng; ánh sáng mang năng lượng.
• Dự kiến HS trả lời: ánh sáng đi theo đường thẳng từ đèn tới pin; phía sau bìa không nhận được ánh sáng trực tiếp.
• Vấn đề cần giải quyết được ghi lên bảng: Ánh sáng truyền đi theo đường nào, và vì sao phía sau vật cản có vùng không nhận được ánh sáng?

Nêu được khái niệm tia sáng và truyền thẳng; biểu diễn được đường truyền của ánh sáng bằng tia có mũi tên.

Cặp đôi quan sát mô phỏng NeoEdu (băng quang học, đèn nhỏ phát chùm phân kì). HS thực hiện: (a) Vẽ một tia sáng từ đèn tới màn và đánh dấu mũi tên chỉ hướng truyền. (b) Đặt ba tấm bìa có lỗ thẳng hàng (hoặc kéo tấm bìa trên băng quang học cho các lỗ thẳng hàng), quan sát ánh sáng có đi qua cả ba lỗ không. (c) Dịch một tấm bìa lệch khỏi đường thẳng, quan sát điều gì xảy ra. Câu hỏi: Tia sáng được biểu diễn như thế nào? Ánh sáng truyền theo đường thẳng khi nào?

• Tia sáng: đường có mũi tên mô tả hướng truyền ánh sáng; đèn nhỏ phát chùm phân kì gồm nhiều tia sáng.
• Truyền thẳng: ánh sáng truyền thẳng trong môi trường trong suốt đồng tính. Khi ba lỗ thẳng hàng, ánh sáng đi qua cả ba lỗ; khi lệch một lỗ, ánh sáng không đến được màn.
• HS ghi vào vở: Tia sáng là đường có mũi tên mô tả hướng truyền ánh sáng; ánh sáng truyền thẳng trong môi trường trong suốt đồng tính.
• Kết quả ghi trên Phiếu học tập số 1.

Nêu được khái niệm vùng tối; giải thích được vì sao bóng trên màn thay đổi khi khoảng cách từ bìa đến đèn thay đổi.

Nhóm 4 HS thực hiện trên mô phỏng NeoEdu (đèn nhỏ, tấm bìa tròn 10 cm, màn cách đèn 80 cm). Nhiệm vụ: (a) Đặt bìa cách đèn 40 cm, đo đường kính bóng trên màn. (b) Đẩy bìa về cách đèn 20 cm, đo lại đường kính bóng. (c) Dùng tia sáng sát mép bìa để chỉ ra vùng tối phía sau bìa. (d) Thay đèn nhỏ bằng đèn lớn 8 cm, quan sát vùng tối và vùng nửa tối. Câu hỏi thảo luận: Vùng tối là vùng nào? Vì sao bóng lớn hơn khi đưa bìa lại gần đèn? Bóng phía sau bìa có phải do bìa phát ra chất màu đen không? Ghi kết quả vào Phiếu học tập số 2.

• Kết quả: bìa cách đèn 40 cm cho bóng 20 cm; bìa cách đèn 20 cm cho bóng 40 cm. Ghi vào phiếu số 2.
• Vùng tối: vùng phía sau vật cản không nhận ánh sáng trực tiếp từ nguồn đang xét. Bóng phía sau bìa không phải do bìa phát chất đen, mà do bìa cản ánh sáng.
• Giải thích: đưa bìa gần đèn hơn thì chùm tia phân kì bị chắn ở gần nguồn, các tia mở rộng nhiều hơn trước khi tới màn nên bóng trên màn lớn hơn; cần giữ bìa song song màn.
• Với đèn lớn 8 cm: vùng tối nhỏ lại, xung quanh có vùng nửa tối (nhận ánh sáng từ một phần nguồn).

Củng cố khái niệm tia sáng, truyền thẳng, vùng tối; nhận diện và sửa quan niệm sai về bóng tối.

HS làm các bài tập sau, trình bày nhanh trên bảng con hoặc vở:

1. Trong bài này, tia sáng có đặc điểm nào? A. đường có mũi tên mô tả hướng truyền ánh sáng; B. vật chất có thể cầm nắm; C. mọi đường cong bất kì.
2. Trong bài này, truyền thẳng có đặc điểm nào? A. ánh sáng chỉ truyền khi có không khí; B. ánh sáng truyền thẳng trong môi trường trong suốt đồng tính; C. ánh sáng luôn đi cong trong không khí đồng tính.
3. Ghép khái niệm với đặc điểm tương ứng: Tia sáng; Truyền thẳng; Vùng tối (với ba đặc điểm: đường có mũi tên mô tả hướng truyền ánh sáng; ánh sáng truyền thẳng trong môi trường trong suốt đồng tính; vùng phía sau vật cản không nhận ánh sáng trực tiếp từ nguồn đang xét).
4. Nhận định "Bóng tối phía sau bìa là do bìa phát ra chất màu đen" đúng hay sai?
5. Điền thuật ngữ: “vùng phía sau vật cản không nhận ánh sáng trực tiếp từ nguồn đang xét” mô tả {{1}}.

Đáp án:

• Câu 1: A. Tia sáng là đường có mũi tên mô tả hướng truyền ánh sáng.
• Câu 2: B. Ánh sáng truyền thẳng trong môi trường trong suốt đồng tính.
• Câu 3: Tia sáng – đường có mũi tên mô tả hướng truyền ánh sáng; Truyền thẳng – ánh sáng truyền thẳng trong môi trường trong suốt đồng tính; Vùng tối – vùng phía sau vật cản không nhận ánh sáng trực tiếp từ nguồn đang xét.
• Câu 4: Sai. Bìa chỉ cản ánh sáng; vùng phía sau nhận ít hoặc không nhận tia trực tiếp, không có chất đen phát ra.
• Câu 5: Vùng tối.
  HS tự chấm và ghi số câu đúng vào vở.

Vận dụng sự truyền thẳng và vùng tối để giải thích một tình huống mới; bác bỏ lập luận sai bằng lí do khoa học.

Tình huống 1: Đèn điểm, bìa chắn và màn đặt thẳng hàng. Đưa bìa gần đèn hơn trong khi màn cố định thì bóng thường thế nào? Giải thích bằng tia sáng.
Tình huống 2: Một bạn khẳng định: "Bóng tối phía sau bìa là do bìa phát ra chất màu đen." Em hãy bác bỏ bằng một lí do khoa học, chỉ ra một hệ quả của cách hiểu sai và viết lại kết luận đúng.
Tình huống 3 (về nhà): Vì sao pin mặt trời gắn mô tơ có thể chứng minh ánh sáng mang năng lượng?

• Tình huống 1: Bóng trên màn lớn hơn vì chùm tia phân kì bị chắn ở gần nguồn; cần giữ bìa song song màn.
• Tình huống 2: Lí do: bìa cản ánh sáng, vùng phía sau nhận ít hoặc không nhận tia trực tiếp, không có chất đen phát ra. Hệ quả của cách hiểu sai: không giải thích được vì sao bóng thay đổi khi dịch nguồn sáng hoặc vật chắn. Kết luận đúng: Bóng tối phía sau bìa là vùng tối, do bìa cản ánh sáng trực tiếp từ đèn.
• Tình huống 3: Khi chiếu sáng phù hợp, pin cung cấp điện làm mô tơ quay; có chuyển hóa quang năng thành điện rồi cơ năng, nên ánh sáng mang năng lượng. Không dùng laser chiếu vào mắt.