Luận văn Thạc sĩ Sư phạm Vật lí: Xây dựng và hướng dẫn giải hệ thống bài tập chương Sóng ánh sáng Vật lí 12 nhằm bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh giỏi

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

PHẠM VĂN THỌ

XÂY DỰNG VÀ HƢỚNG DẪN GIẢI HỆ THỐNG BÀI TẬP

CHƢƠNG SÓNG ÁNH SÁNG VẬT LÍ 12 NHẰM BỒI DƢỠNG

NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CHO HỌC SINH GIỎI

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƢ PHẠM VẬT LÍ

HÀ NỘI – 2015

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC PHẠM VĂN THỌ

XÂY DỰNG VÀ HƢỚNG DẪN GIẢI HỆ THỐNG BÀI TẬP

CHƢƠNG SÓNG ÁNH SÁNG VẬT LÍ 12 NHẰM BỒI DƢỠNG

NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CHO HỌC SINH GIỎI

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƢ PHẠM VẬT LÍ

CHUYÊN NGÀNH: Lí luận và phƣơng pháp dạy học (bộ môn Vật lí)

Mã số:60 14 01 11

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: GS. TS. Hà Huy Bằng

HÀ NỘI – 2015

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn n Gi m hiệu, thầ gi o v n ộ trƣờng

Đại học Giáo dục - Đại học Quốc gia Hà Nội đã giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học

tập, ng t ũng nhƣ ho n th nh luận văn tốt nghiệp.

Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS.TS. Hà Huy Bằng, đã tận

tình hƣớng dẫn, tạo mọi điều kiện tốt nhất giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu và

và thực hiện luận văn n .

T i ũng xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo và các em họ sinh trƣờng

THPT Tô Hiến Thành, Trung tâm GDTX Hải Cƣờng, huyện Hải Hậu, tỉnh Nam

Định đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện để tôi hoàn thành luận văn n .

T i ũng xin ảm ơn tới gi đình, ạn è v đồng nghiệp đã động viên, giúp

đỡ tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận văn.

Hà Nội, tháng 11 năm 2015

iii

PHẠM VĂN THỌ

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ĐC Đối hứng

GQVĐ Giải qu ết vấn đề

GV Giáo viên

HS Họ sinh

HSG Họ sinh giỏi

NL Năng lự

Nxb Nh xuất ản

SGK Sách giáo khoa

THPT Trung họ phổ th ng

TN Thự nghiệm

TNSP Thự nghiệm sƣ phạm

STT

Sơ đồ

DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ Tên sơ đồ

Trang

1 Sơ đồ 1.1 Sơ đồ lập luận theo phƣơng ph p phân tí h.

9

2 Sơ đồ 1.2 Sơ đồ lập luận theo phƣơng ph p tổng hợp.

10

3 Sơ đồ 1.3

18 Sơ đồ mô tả ƣớc của hoạt động GQVĐ

4 Sơ đồ 2.1 Sơ đồ 2.1. Sơ đồ ấu trú hƣơng sóng nh s ng

31

5 Sơ đồ 2.2 Sơ đồ 2.2. Sơ đồ hệ thống bài tập hƣơng sóng nh s ng 34

STT

Bảng

DANH MỤC CÁC BẢNG Tên bảng

Trang

1 Bảng 1.1 Bảng lên kế hoạch sử dụng bài tập vật lí trong dạy học

6

2 ảng NL hu ên iệt m n Vật lí đƣợ ụ thể hó

15-17

ảng 1.2.

từ NL hung

3 Kết quả đầu r về năng lự giải qu ết vấn đề ủ họ

20 Bảng 1.3

sinh

4 ảng liên hệ giữ ƣớ giải i tập vật lí v

23 ảng 1.4.

ph ủ hoạt động GQVĐ

5 ảng khảo s t thự trạng dạ họ i tập vật lí ở trƣờng

28 ảng 1.5

phổ th ng

6 ảng 3.1 Bảng thông tin về học sinh lớp TN và lớp ĐC

98

7 99-

ảng 3.2 Bảng Rubric cho bài tập vật lí của Jennifer Docktor

101 Thống kê số HS hoàn thành các tiêu chí Rubric kiểm

8

103 ảng 3.3

tra.

9 ảng 3.4 Kết quả i kiểm tr

104 Phân phối tần số, tần suất v tần suất luỹ tí h i kiểm

10

104 ảng 3.5

tra

11 ảng 3.6 Bảng giá trị các tham số đặ trƣng.

104 Bảng th ng tin điều tra ý kiến HS về hệ thống bài tập

12

107 ảng 3.7

hƣơng sóng nh s ng

DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ

Tên đồ thị

STT Đồ thị

Trang

1 Đồ thị 3.1 Đƣờng phân bố tần suất

105 2 Đồ thị 3.2 Đƣờng phân bố tần suất tí h lũ hội tụ lùi

105

vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

STT

Hình

Trang

Tên hình

1

36 Hình 2.1 Hiện tƣợng tán sắ nh s ng qu lăng kính

2

38 Hình 2.2. M tả gó lệ h ủ ti đỏ v ti tím so với ti tới

3

40 Hình 2.3. Tán sắ qu lăng kính tiết diện t m gi đều

4 T n sắ qu lăng kính ó gó lệ h ủ ti m u lụ đạt

42 Hình 2.4.

gi trị ự tiểu

5

44 T n sắ qu lăng kính ó ti tím phản xạ to n phần

Hình 2.5

6

46 Hình 2.6 T n sắ qu lăng kính ó hùm ló l hùm song song

7

47 Hình 2.7 Hình vẽ ủ i tập 2

8

48 Hình 2.8 Hình vẽ ủ i tập 3

9

49

50 Hình 2.9. Tán sắ nh s ng qu lƣỡng chất phẳng 10 Hình 2.10 Tán sắc ánh s ng qu lƣỡng chất phẳng (ví dụ 3) 11

52 Hình 2.11 Tán sắ nh s ng ó gƣơng phẳng

53

55

56

57

58

61

62

63

65

68 Mô tả vân giao thoa ánh sáng trắng.

70 12 Hình 2.12 Tán sắ qu lƣỡng chất phẳng ó gƣơng xo 13 Hình 2.13 Tán sắc qua bản mặt song song 14 Hình 2.14 Tán sắc qua thấu kính hội tụ 15 Hình 2.15 T n sắ qu thấu kính hội tụ (ví dụ 4) 16 Hình 2.16 Tán sắc qua thấu kính hội tụ - Vệt sáng trên màn chắn 17 Hình 2.17 Hiện tƣợng khúc xạ qua giọt nƣớc hình cầu 18 Hình 2.18 T n sắ qu giọt nƣớ hình ầu – Cầu vồng ậ 1 19 Hình 2.19 Tán sắ qu giọt nƣớ hình ầu – Cầu vồng ậ 2 20 Hình 2.20 Sơ đồ thí nghiệm Y – âng về giao thoa ánh sáng 21 Hình 2.21 22 Hình 2.22 Giao thoa có khe F dịch chuyển

viii

72

76

80

81

84

89

88

92

93

94 23 Hình 2.23 Giao thoa có bản mỏng 24 Hình 2.24 Giao thoa với lƣỡng lăng kính 25 Hình 2.25 Giao thoa với lƣỡng gƣơng Fre-nen 26 Hình 2.26 Giao thoa với lƣỡng gƣơng Fre-nen (Ví dụ 8) 27 Hình 2.27 Giao thoa với lƣỡng thấu kính Biê 28 Hình 2.28 Gi o tho gƣơng L i 29 Hình 2.29 Gi o tho gƣơng L i (Bài tập 19) 30 Hình 2.30 Giao thoa qua bản mỏng 31 Hình 2.31 Vân giao thoa tạo bởi nêm. 32 Hình 2.32 Giao thoa với váng dầu

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN…………………………………………………………………………i

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT........................................iii

DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ…………………………………………………………….v DANH MỤC CÁC BẢNG…………………………………………………………….vi DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ..........................................................................................vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ......................................................................................viii MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1

1. Lí do chọn đề tài. ..................................................................................................... 1

2. Lịch sử nghiên cứu củ đề tài. .................................................................................... 2

3. Câu hỏi nghiên cứu. .................................................................................................... 2

4. Giả thuyết nghiên cứu. ................................................................................................ 3

5. Mụ đí h nghiên ứu. .................................................................................................. 3

6. Khách thể v đối tƣợng nghiên cứu, đối tƣợng khảo sát ............................................ 3

7. Nhiệm vụ nghiên cứu .................................................................................................. 3

8. Phƣơng ph p nghiên ứu ............................................................................................ 3

9. Cấu trúc luận văn ....................................................................................................... 4

CHƢƠNG 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ DẠY HỌC BÀI TẬP VẬT LÍ

NHẰM BỒI DƢỠNG NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CHO HỌC SINH GIỎI 5

1.1. Bài tập Vật lí trong dạy học ở trƣờng phổ thông. .................................................... 5

1.1.1. Bài tập vật lí và vai trò của nó trong dạy học Vật lí. ............................................ 5

1.1.1.1. Bài tập Vật lí. ..................................................................................................... 5

1.1.1.2. Tác dụng của bài tập vật lí trong dạy học vật lí ................................................. 5

1.1.2. Sử dụng bài tập vật lí trong dạy học môn Vật lí. .................................................. 6

1.1.2.1. Những yêu cầu chung trong dạy học bài tập vật lí............................................. 6

1.1.2.2. Phân loại bài tập vật lí. ....................................................................................... 7

1.1.2.3. Lựa chọn bài tập vật lí ........................................................................................ 7

1.1.3. Hƣớng dẫn hoạt động giải bài tập vật lí. ............................................................... 8

1.1.3.1. Phƣơng ph p giải bài tập vật lí. ......................................................................... 8

1.1.3.2. Hƣớng dẫn giải bài tập vật lí ............................................................................ 11

1.2. NL GQVĐ v mối liên hệ với hoạt động giải bài tập vật lí. .................................. 11

1.2.1. NL là gì? .............................................................................................................. 11

1.2.2. Tri thức, kỹ năng, kỹ xảo và mối liên hệ với NL ................................................ 12

1.2.2.1. Tri thức ............................................................................................................. 12

1.2.2.2. Kỹ năng ............................................................................................................ 13

1.2.2.3. Kỹ xảo .............................................................................................................. 14

1.2.2.4. Mối quan hệ của kỹ năng, kỹ xảo với NL ........................................................ 14

1.2.3. NL học tập của HS trung học phổ thông ............................................................. 15

1.2.3.1. NL chung .......................................................................................................... 15

1.2.3.2. Các NL chuyên biệt môn Vật lí đƣợc cụ thể hóa từ NL chung ....................... 15

1.2.4. NL GQVĐ trong dạy học bài tập vật lí ............................................................... 17

1.2.4.1. NL GQVĐ trong dạy học bài tập vật lí ............................................................ 17

1.2.4.2. C ƣớc của hoạt động GQVĐ ...................................................................... 18

1.2.4.3. Những hoạt động ơ ản trong dạy học vật lí giúp học sinh bộc lộ NL

GQVĐ….……………………………………………………………………….……..18

1.2.4.4. Những NL thành tố củ NL GQVĐ trong hoạt động giải bài tập vật lí ......... 19

1.2.4.5. Sự thống nhất giữ ƣớc giải bài tập vật lí v ƣớc của hoạt động

GQVĐ………… ........................................................................................................... 22

1.3. Những phẩm chất, NL cần có của HS giỏi ............................................................ 23

1.3.1. NL và phẩm chất cần có của HS giỏi nói chung ................................................. 23

1.3.1.1. NL tiếp thu kiến thức ....................................................................................... 23

1.3.1.2. NL suy luận, tƣ du l -gic .............................................................................. 24

1.3.1.3. NL đặc biệt ...................................................................................................... 24

1.3.1.4. NL l o động sáng tạo ....................................................................................... 24

1.3.1.5. NL kiểm chứng ............................................................................................... 24

1.3.1.6. NL thực hành ................................................................................................... 24

1.3.2. NL và phẩm chất cần có của HS giỏi Vật lý ....................................................... 24

1.3.3. Một số biện pháp phát hiện, bồi dƣỡng NL GQVĐ ho HS giỏi Vật lí. ............ 25

1.3.3.1. Một số biện pháp phát hiện HS giỏi vật lí........................................................ 25

1.3.3.2. Lựa chọn hệ thống bài tập góp phần bồi dƣỡng NL GQVĐ ho HSG. .......... 26

1.3.3.3. Một số yêu cầu đối với HSG khi giải bài tập vật lí giúp bồi dƣỡng NL

GQVĐ……... ................................................................................................................ 26

1.4. Cơ sở thực tiễn về dạy học bài tập vật lí cho HS giỏi ............................................ 28

1.4.1. Thực trạng dạy học bài tập vật lí ở trƣờng phổ thông ......................................... 28

1.4.2. Một số yếu tố ảnh hƣởng đến NL GQVĐ ủa HS giỏi. ...................................... 28

1.4.2.1. Về nội dung thi. ................................................................................................ 29

1.4.2.2. Về phƣơng ph p học tập của HS. ..................................................................... 29

1.4.2.3. Về phƣơng ph p dạy học của thầy. .................................................................. 30

Tiểu kết hƣơng 1 ......................................................................................................... 30

CHƢƠNG 2. XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ HƢỚNG DẪN GIẢI BÀI

TẬP CHƢƠNG SÓNG ÁNH SÁNG VẬT LÍ 12 NHẰM BỒI DƢỠNG NĂNG LỰC

GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CHO HỌC SINH GIỎI ......................................................... 31

2.1. Hệ thống nội dung hƣơng sóng nh s ng vật lí 12 ............................................... 31

2.1.1. Cấu trúc nội dung hƣơng sóng nh s ng ........................................................... 31

2.1.2. Phân tích nội dung hƣơng sóng nh s ng. ......................................................... 31

2.1.3. Mụ tiêu hƣơng sóng nh s ng. ......................................................................... 32

2.2. Hệ thống bài tập hƣơng sóng nh s ng nhằm bồi dƣỡng NL GQVĐ ho HS giỏi.

....................................................................................................................................... 34

2.2.1. Bài tập tán sắc ánh sáng. ..................................................................................... 35

2.2.1.1. Tán sắ nh s ng qu lăng kính. ...................................................................... 35

2.2.1.2. Tán sắ nh s ng qu lƣỡng chất phẳng. .......................................................... 49

2.2.1.3. Tán sắc ánh sáng qua thấu kính. ...................................................................... 55

2.2.1.4. Bài tập về tán sắc ánh sáng qua giọt nƣớc hình cầu......................................... 60

2.2.2. Bài tập giao thoa ánh sáng .................................................................................. 64

2.2.2.1. Giao thoa với hai khe Y – âng. ........................................................................ 64

2.2.2.2. Các hệ gi o tho đặc biệt ................................................................................. 76

xii

Tiểu kết hƣơng 2 ......................................................................................................... 97

CHƢƠNG 3. THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM ................................................................. 98

3.1. Mụ đí h ủa thực nghiệm sƣ phạm ...................................................................... 98

3.2. Nhiệm vụ của thực nghiệm sƣ phạm ...................................................................... 98

3.3. Phƣơng ph p xử lí kết quả thực nghiệm sƣ phạm .................................................. 98

3.3.1. Đ nh gi NL GQVĐ theo tiêu hí Ru ri .......................................................... 98

3.3.2. Xử lí kết quả theo phƣơng ph p thống kê toán học. ......................................... 101

3.4. Kết quả thực nghiệm sƣ phạm ............................................................................. 102

3.5. Đ nh gi kết quả thực nghiệm sƣ phạm ............................................................... 105

3.5.1. Đ nh gi định tính ............................................................................................. 105

3.5.2. Đ nh gi định lƣợng .......................................................................................... 107

Tiểu kết hƣơng 3 ....................................................................................................... 109

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ............................................................................. 111

TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 113

PHỤ LỤC....................................................................................................................114

xiii

MỞ ĐẦU

1. Lí do chọn đề tài.

Vật lí là một môn khoa học giúp HS nắm đƣợc qui luật vận động của thế giới

vật chất và bài tập vật lí giúp HS hiểu rõ những quy luật ấy, biết phân tích và vận

dụng những quy luật ấy vào thực tiễn.

Trong nhiều trƣờng hợp mặt dù ngƣời GV có trình bày tài liệu giáo khoa một

cách mạch lạc, hợp lôgíc, phát biểu định luật chính xác, làm thí nghiệm đúng qu

trình và có kết quả hính x thì đó hỉ l điều kiện cần chứ hƣ đủ để HS hiểu sâu

sắc kiến thức. Thông qua việc giải các bài tập vật lí dƣới hình thức này hay hình

thức khác nhằm tạo điều kiện cho HS vận dụng kiến thứ đã họ để giải quyết các

tình huống cụ thể thì kiến thứ đó mới trở nên sâu sắc và hoàn thiện. Trong quá

trình giải quyết các tình huống cụ thể do các bài tập vật lí đặt ra, HS phải sử dụng

th o t tƣ du nhƣ phân tí h, tổng hợp, so sánh, khái quát hóa, trừu tƣợng

hó …để GQVĐ, từ đó m NL tƣ du của HS ó điều kiện để phát triển. Vì vậy có

thể nói bài tập Vật lý là một phƣơng tiện rất tốt để phát triển tƣ du , ó tƣởng tƣợng,

khả năng độc lập trong su nghĩ v h nh động, ngoài ra còn rèn luyện cho học sinh

tính kiên trì, bền bỉ mỗi khi gặp khó khăn trong học tập ũng nhƣ trong cuộc sống.

Bài tập hƣơng sóng nh s ng Vật lí 12 là một trong những phần bài tập rất

quan trọng, bài tập chƣơng n kh ng những giúp HS giải quyết những vấn đề gắn

với yêu cầu phát triển tƣ du m th ng qu kiến thức về sóng ánh sáng HS còn có

khả năng giải thí h đƣợ định tính ũng nhƣ định lƣợng về một số hiện tƣợng tự

nhiên về màu sắ nh s ng nhƣ hiện tƣợng cầu vồng, hiện tƣợng màu sắc trên bong

bóng xà phòng hay váng dầu mỡ, màu sắ trên đĩ CD hoặ phƣơng ph p vật lí đo

chiết suất củ m i trƣờng trong suốt…Vì lẽ đó i tập vật lí hƣơng sóng nh s ng

trở nên thú vị và có khả năng kí h thí h trí tò mò, h m hiểu biết của HS.

Với HS giỏi vật lí, ngoài việc giải đƣợc những bài tập vật lí khó về mặt tƣ

duy còn phải phân tích các hiện tƣợng vật lí, biết x định điểm then chốt để GQVĐ

mà bài toán vật lí đặt ra, từ đó hu động những kiến thứ ó liên qu n để xây dựng

lập luận nhằm GQVĐ ủa bài tập đó. Chính vì thế nghiên cứu hệ thống bài tập

hƣơng sóng nh s ng s o ho khi HSG giải những bài tập đó ó khả năng ph t

triển năng lự GQVĐ l một điều cần thiết.

Vì những lí do trên đồng thời tiếp cận dạy học theo định hướng phát triển NL

[1], tôi thực hiện đề tài nghiên cứu “Xây dựng và hướng dẫn giải hệ thống bài tập

chương sóng ánh sáng vật lí 12 nhằm bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề cho

học sinh giỏi”. Đề tài không nghiên cứu phát hiện kiến thức mới nhƣng thực hiện

việc cấu trúc lại hệ thống bài tập v phƣơng ph p dạy học hệ thống bài tập đó nhằm

hình thành kỹ năng phát hiện vấn đề, từ đó m bồi dƣỡng NL GQVĐ cho HS giỏi.

HS biết hu động kiến thứ để giải quyết những vấn đề khi giải bài tập vật lí thì

trong cuộc sống họ ũng có khả năng vận dụng những hiểu biết để GQVĐ m họ

gặp phải trong những tình huống cụ thể.

2. Lịch sử nghiên cứu của đề tài.

Về sách bồi dƣỡng HSG môn Vật lí THPT có một số tác giả nổi tiếng nhƣ:

Vũ Qu ng, Bùi Quang Hân, Vũ Th nh Khiết, Nguyễn Quang Báu, Nguyễn Phú

Đồng, Nguyễn Th nh Tƣơng....Đó l những cuốn sách rất có giá trị cho cả GV và

HS ôn thi HS giỏi.

Về luận văn thạ sĩ gần đâ ó: Đỗ Thị Lần “Xây dựng hệ thống bài tập và

hướng dẫn hoạt động giải bài tập chương sóng ánh sáng vật lý lớp 12, nhằm bồi dưỡng HS giỏi và phát huy năng khiếu vật lý của HS trung học phổ thông chuyên”.

ĐHGD, ĐHQG HN, 2012

Tu nhiên hƣ ó ng trình n o m ng tên “Xây dựng và hướng dẫn giải hệ

thống bài tập chương sóng ánh sáng vật lí 12 nhằm bồi dưỡng năng lực giải quyết

vấn đề cho học sinh giỏi”

3. Câu hỏi nghiên cứu.

Bài tập hƣơng sóng nh s ng ần đƣợc xây dựng theo hệ thống nhƣ thế nào

để hoạt động giải hệ thống bài tập ấy có khả năng ồi dƣỡng NL GQVĐ cho HS

giỏi. Phải hăng những tình huống có vấn đề là một giải pháp?

4. Giả thuyết nghiên cứu.

Nếu thiết kế hệ thống bài tập hƣơng sóng nh s ng trên ơ sở những tình

huống có vấn đề thì khi hƣớng dẫn HS giải hệ thống bài tập ấy bằng những gợi ý

GQVĐ có khả năng ồi dƣỡng NL GQVĐ cho HS giỏi.

5. Mục đích nghiên cứu.

Nghiên cứu xây dựng v hƣớng dẫn giải hệ thống bài tập hƣơng sóng nh

sáng nhằm bồi dƣỡng NL GQVĐ cho HS giỏi THPT.

6. Khách thể và đối tƣợng nghiên cứu, đối tƣợng khảo sát

6.1. Khách thể nghiên cứu.

Quá trình dạy học bài tập vật lí cho HS giỏi lớp 12 THPT.

6.2. Đối tượng nghiên cứu.

Nội dung bài tập ơ ản v nâng o hƣơng sóng nh s ng Vật lí 12

6.3. Đối tượng khảo sát.

Nhóm HSG Vật lí lớp 12, Trƣờng THPT Tô Hiến Th nh, N m Định.

7. Nhiệm vụ nghiên cứu

7.1. Nghiên cứu cơ sở lí luận và thực tiễn có liên quan đến đề tài.

Nghiên cứu ơ sở lí luận của hoạt động dạy bài tập vật lí, NL GQVĐ cần

hình thành ở HS khi dạy học bài tập vật lí.

Khảo sát thực tiễn dạy giải bài tập vật lí ở trƣờng phổ thông.

7.2. Nghiên cứu xây dựng hệ thống bài tập chương sóng ánh sáng nhằm bồi

dưỡng NL GQVĐ cho HS giỏi.

7.3. Thực nghiệm sư phạm: Nhằm đ nh gi tính hiệu quả và khả thi của hệ thống

bài tập vừa xây dựng.

8. Phƣơng pháp nghiên cứu

8.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết.

Đọc, ghi chép, phân tích, tổng hợp, chọn lọc tài liệu về dạy học bài tập vật lí,

dạy họ định hƣớng phát triển NL, các s h n thi v đề thi HSG.

8.2. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn

Phƣơng ph p phỏng vấn: Phỏng vấn GV về dạy giải bài tập vật lí. Phỏng vấn

HS về phƣơng ph p giải bài tập vật lí.

Phƣơng pháp thực nghiệm sƣ phạm.

9. Cấu trúc luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận, khuyến nghị, tài liệu tham khảo, phụ lục đề tài

đƣợ trình trong 3 hƣơng:

Chƣơng 1: Cơ sở lý luận và thực tiễn về dạy học bài tập vật lí nhằm bồi

dƣỡng NL GQVĐ cho HS giỏi.

Chƣơng 2: Xâ dựng v hƣớng dẫn giải hệ thống bài tập hƣơng sóng nh

sáng nhằm bồi dƣỡng NL GQVĐ cho HS giỏi.

Chƣơng 3: Thực nghiệm sƣ phạm.

CHƢƠNG 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ DẠY HỌC BÀI TẬP

VẬT LÍ NHẰM BỒI DƢỠNG NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CHO

HỌC SINH GIỎI

1.1. Bài tập Vật lí trong dạy học ở trƣờng phổ thông.

1.1.1. Bài tập vật lí và vai trò của nó trong dạy học Vật lí.

1.1.1.1. Bài tập Vật lí.

Theo X.E. Camenetxki và V.P. Ôrêkhốp “Trong thực tế dạy học, bài tập vật

lí được hiểu là một số vấn đề được đặt ra mà trong trường hợp tổng quát đòi hỏi

người học phải giải quyết bằng những suy luận lôgic, những phép toán và thí

nghiệm dựa trên cơ sở các định luật và các phương pháp vật lí...”.

Trong các tài liệu gi o kho ũng nhƣ t i liệu về phƣơng ph p dạy học

bộ m n ngƣời t thƣờng hiểu bài tập vật lí là những bài luyện tập đƣợc lựa chọn

một cách phù hợp với mụ đí h hủ yếu là nghiên cứu các hiện tƣợng vật lí, hình

thành các khái niệm, phát triển tƣ du vật lí của HS và rèn luyện kỹ năng vận dụng

kiến thức của HS vào thực tiễn.

Với định nghĩ trên, ả h i ý nghĩ kh nh u ủa bài tập vật lí là vận dụng

kiến thức và hình thành kiến thức mới đều có mặt. Do đó, i tập vật lí với tƣ h

là một phƣơng ph p dạy học giữ một vị trí đặc biệt quan trọng trong việc hoàn

thành dạy học vật lí ở nh trƣờng phổ thông.

1.1.1.2. Tác dụng của bài tập vật lí trong dạy học vật lí [9, tr. 337- 340]

- Bài tập vật lí giúp cho việc ôn tập đ o sâu, mở rộng kiến thức.

- Bài tập vật lí có thể l điểm khởi đầu để dẫn dắt HS đến kiến thức mới.

- Giải bài tập vật lí rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo vận dụng lý thuyết vào thực

tiễn, rèn luyện thói quen vận dụng kiến thức khái quát.

- Giải bài tập vật lí là một trong những hình thức làm việc tự lực cao của HS.

- Giải bài tập vật lí góp phần làm phát triển tƣ du s ng tạo của HS.

- Giải bài tập vật lí để kiểm tra mứ độ nắm vững kiến thức của HS

- Bài tập vật lí góp phần xây dựng một thế giới quan duy vật biện chứng cho

HS, làm cho họ hiểu thế giới tự nhiên là thế giới vật chất, vật chất luôn ở trạng thái

vận động, họ tin vào sức mạnh của mình, mong muốn đem t i năng v trí tuệ cải tạo

tự nhiên.

1.1.2. Sử dụng bài tập vật lí trong dạy học môn Vật lí.

1.1.2.1. Những yêu cầu chung trong dạy học bài tập vật lí

Dự tính kế hoạch về việc sử dụng bài tập vật lí trong dạy học với từng đề tài,

từng tiết học.

Muốn lập đƣợc kế hoạch sử dụng bài tập vật lí chúng ta cần:

Thứ nhất: X định rõ mụ đí h ủa việc sử dụng bài tập. Mụ đí h ủa bài

tập có thể là:

- Dùng bài tập làm xuất hiện vấn đề trong nghiên cứu tài liệu mới.

- Dùng bài tập hình thành kiến thức mới.

- Dùng bài tập để củng cố bổ xung, hoàn thiện kiến thứ đã học.

- Lựa chọn những bài tập điển hình nhằm hƣớng dẫn HS vận dụng kiến thức

đã họ v o để giải bài tập, từ đó hình th nh phƣơng ph p giải chung cho loại bài tập

đó.

- Dùng bài tập để kiểm tr , đ nh gi hất lƣợng kiến thức của HS.

Thứ hai: Sắp xếp các bài tập đã họn thành một hệ thống, định rõ kế hoạch

và mụ đí h sử dụng trong tiến trình dạy học. Có thể sắp xếp theo bảng s u đâ .

Bảng 1.1. Bảng lên kế hoạch sử dụng bài tập vật lí trong dạy học

STT bài ở Nội dung Ra bài tập và giải ngay Bài tập về Giải ở lớp

SGK tiết học tại lớp nhà các bài

tập đã ra Hình thành Củng cố

về nhà kiến thức kiến thức

mới

1.1.2.2. Phân loại bài tập vật lí.[10, tr. 12]

Có nhiều ơ sở để phân loại bài tập vật lí. Tùy từng cách phân loại mà ta có

thể có hệ thống bài tập khác nhau

a) Phân loại theo nội dung

+ Bài tập có nội dung lịch sử

+ Bài tập có nội dung cụ thể hoặc trừu tƣợng

+ Bài tập theo đề tài vật lí

+ Bài tập giáo dục kỹ thuật tổng hợp

b) Phân loại theo yêu cầu phát triển tƣ du

+ Bài tập luyện tập kiến thứ ũ

+ Bài tập sáng tạo

c) Phân loại theo phƣơng thứ ho điều kiện v phƣơng thức giải.

+ Bài tập định tính

+ Bài tập định lƣợng

+ Bài tập đồ thị

+ Bài tập thí nghiệm

+ Bài tập trắc nghiệm khách quan.

1.1.2.3. Lựa chọn bài tập vật lí

a) Căn ứ để lựa chọn bài tập vật lí.

- Lựa chọn theo mụ đí h sử dụng

- Lựa chọn theo trình độ xuất phát của HS

- Lựa chọn theo thời gian cho phép sử dụng

b) Các yêu cầu cần đ p ứng về số lƣợng và nội dụng bài tập đƣợc lựa chọn.

- Phù hợp với mứ độ nội dung các kiến thứ ơ ản và các kỹ năng giải bài

tập.

- Hệ thống bài tập gồm nhiều thể loại.

- Chú ý số lƣợng và nội dung bài tập nhằm giúp HS vƣợt qua những khó

khăn hủ yếu, khắc phục những sai lầm phổ biến.

- Bài tập đƣ r phải có tính hệ thống.

- Bài tập phải đảm bảo vừa sứ đối với HS đại tr , đồng thời có chú ý tới sự

phân hóa HS.

1.1.3. Hướng dẫn hoạt động giải bài tập vật lí.

1.1.3.1. Phương pháp giải bài tập vật lí. [9, tr. 347 - 360]

Muốn giải tốt bài tập vật lí cần tuân theo qu trình s u đâ .

Bƣớc 1: Tìm hiểu đề bài

- Đọ đúng đề bài, phân biệt đâu l ẩn số, đâu l dữ kiện.

- Chuyển ngôn ngữ th ng thƣờng sang ngôn ngữ vật lí

- Dùng kí hiệu để tóm tắt đề bài cho gọn, trong trƣờng hợp cần thiết phải vẽ

hình để diễn đạt những điều kiện củ đề bài vì nhiều khi hình vẽ giúp HS dễ nhận

biết diễn biến của hiện tƣợng, mối quan hệ giữ đại lƣợng vật lí.

Bƣớc 2: Phân tích hiện tƣợng.

Trƣớc hết là nhận biết những dữ kiện ho trong đề i ó liên qu n đến

những khái niệm nào, hiện tƣợng nào, quy tắ n o, định luật vật lí n o. X định

gi i đoạn diễn biến của hiện tƣợng, mỗi gi i đoạn liên qu n đến đặc tính nào,

định luật nào. Cần phải hình dung rõ toàn bộ diễn biến của hiện tƣợng v định

luật chi phối ói trƣớc khi xây dựng bài giải cụ thể. Có nhƣ vậy mới hiểu rõ đƣợc

bản chất của hiện tƣợng, tr nh đƣợc những sự mò mẫm máy móc áp dụng các công

thức.

Bƣớc 3: Xây dựng lập luận

Thực chất củ ƣớc này là tìm quan hệ giữa ẩn số phải tìm với các dữ kiện đã

cho.

* Với bài tập định tính giải thích hiện tượng:

Giải thích hiện tƣợng thực chất là cho biết một hiện tƣợng và lí giải xem vì

sao hiện tƣợng lại xả r nhƣ thế.

Trong các bài tập vật lí này, bắt buộc phải thiết lập đƣợc mối quan hệ giữa

hiện tƣợng cụ thể với một số đặc tính của sự vật hay với một số định luật vật lí.

Thực hiện phép suy luận lôgic, luận đoạn trong đó tiền đề thứ nhất là một

đặc tính chung của sự vật hoặ định luật vật lí tổng quát, tiền đề thứ hai là những

điều kiện cụ thể, kết luận về hiện tƣợng đƣợc nêu ra.

* Với bài tập định tính dự đoán hiện tượng:

Dự đo n hiện tƣợng thực chất l ăn ứ vào những điều kiện cụ thể của bài,

x định những định luật chi phối hiện tƣợng và dự đo n đƣợc hiện tƣợng gì xảy ra

và xả r nhƣ thế nào.

- Ta thực hiện suy luận lôgic, thiết lập luận đoạn, trong đó r mới biết tiền

đề thứ h i (ph n đo n khẳng định riêng), cần phải tìm tiền đề thứ nhất (ph n đo n

khẳng định chung) và kết luận (ph n đo n khẳng định riêng).

- Trong trƣờng hợp hiện tƣợng xảy ra phức tạp, ta phải xây dựng một chuỗi

luận đoạn liên tiếp ứng với gi i đoạn diễn biến của hiện tƣợng.

* Với bài tập định lượng: Đối với bài tập tổng hợp phức tạp, ó h i phƣơng

pháp xây dựng lập luận: Phƣơng ph p phân tí h v phƣơng ph p tổng hợp

Phương pháp phân tích (Xem sơ đồ 1.1)

Sơ đồ 1.1. Sơ đồ lập luận theo phương pháp phân tích.

Định luật 1 (Công thức 1) X = f(Y,Z)

Định luật 2 (Công thức 2) Y = f(a,p)

Định luật 4 (Công thức 4) Z = f(c)

Định luật 3 (Công thức 3) p = f(b)

Kết quả X= f(a,b,c)

+ Tìm một định luật, một quy tắc diễn đạt bằng một công thức có chứ đại

lƣợng cần tìm và một v i đại lƣợng kh hƣ iết (Định luật 1 – Công thức 1)

+ Tiếp tục tìm những định luật, công thức khác (Định luật 2 – Công thức 2;

Định luật 3 – Công thứ 3 …) cho biết mối quan hệ giữ đại lƣợng hƣ iết

với đại lƣợng đã iết.

+ Cuối ùng tìm đƣợc một công thức chỉ chứ đại lƣợng cần tìm với đại

lƣợng đã iết.

Phương pháp tổng hợp (Sơ đồ 1.2)

+ Từ những đại lƣợng đã ho ở đề bài. Dự v o định luật, quy tắc vật lí,

tìm những công thức có chứ đại lƣợng đã ho với đại lƣợng trung gian mà ta

dự kiến ó liên qu n đến đại lƣợng cần tìm.

+ Suy luận toán họ , đƣ đến công thức chỉ chứ đại lƣợng phải tìm với các

đại lƣợng đã ho.

Sơ đồ 1.2. Sơ đồ lập luận theo phương pháp tổng hợp.

Định luật 1 (Công thức 1) p = f(b)

Định luật 3 (Công thức 3) Z = f(c)

Định luật 2 (Công thức 2) Y = f(a,p)

Định luật 5 (Công thức 4) X = f(Y,Z)=f(a,b,c)

Cả h i phƣơng ph p đều có giá trị nhƣ nh u, nhiều khi chúng bổ sung cho

nhau. Tu nhiên, trong gi i đoạn đầu của quá trình vận dụng kiến thứ để giải bài

tập thì phƣơng ph p phân tí h dễ thực hiện hơn đối với HS. Đối với những bài tập

ó tính kh i qu t o đòi hỏi khả năng tƣ du s ng tạo thì cần biết phối hợp cả hai

phƣơng ph p.

Bƣớc 4: Biện luận.

Sau khi giải bài tập ra kết quả cuối cùng cần xem xét kết quả đó ó phù hợp

với hiện tƣợng trong thực tiễn hay không. Có những kết quả vẫn thỏa mãn về măt

toán họ nhƣng lại không phù hợp với bản chất của hiện tƣợng vật lí thì phải loại bỏ.

Đ i khi nhờ biện luận này mà HS có thể tự phát hiện ra những sai lầm trong quá

trình lập luận.

Để tránh sự mò mẫm thì tất cả các loại bài tập đều trải qu ƣớ 1 v ƣớc 2

nhƣng ƣớc 3 có thể không hoàn toàn giống nhau.

1.1.3.2. Hướng dẫn giải bài tập vật lí

a) Những công việc cần l m khi hƣớng dẫn HS giải một bài tập vật lí.

- X định mụ đích sử dụng bài tập này

- X định những kiến thức dùng để giải bài tập

- Phát hiện đƣợc những khó khăn m HS có thể gặp khi giải bài tập đó.

- Soạn câu hỏi và phƣơng n trả lời để giúp đỡ HS vƣợt qu khó khăn.

b) Các kiểu hƣớng dẫn HS giải bài tập vật lí.

* Hƣớng dẫn theo mẫu (Agorit).

- Là sự hƣớng dẫn chỉ rõ cho HS h nh động cụ thể cần thực hiện và trình tự

thực hiện h nh động đó để đạt kết quả mong muốn.

- GV phải xây dựng đƣợc một agôrit giải.

- Thƣờng áp dụng khi hƣớng dẫn HS giải một dạng bài tập điển hình n o đó.

* Định hƣớng kh i qu t hƣơng trình hó .

- Định hƣớng tƣ du ủa HS theo đƣờng lối khái quát của việc GQVĐ.

- Áp dụng khi ó điều kiện hƣớng dẫn tiến trình hoạt động giải bài tập nhằm

giúp HS tự giải đƣợc bài tập đã ho, đồng thời dạy cho HS h su nghĩ trong qu

trình giải bài tập.

* Hƣớng dẫn tìm tòi

- GV gợi mở để HS tự tìm cách giải quyết, tự x định h nh động cần

thực hiện để đạt đƣợc kết quả.

- Áp dụng khi cần giúp đỡ HS vƣợt qu khó khăn để giải đƣợc bài toán.

- Các câu hỏi hƣớng dẫn phải hƣớng tƣ du HS vào phạm vi cần và có thể

tìm tòi phát hiện cách giải quyết.

1.2. NL GQVĐ và mối liên hệ với hoạt động giải bài tập vật lí.

1.2.1. NL là gì?

Từ lâu vấn đề NL đã đƣợc nhiều nhà khoa học, trong nhiều lĩnh vực trên thế

giới ũng nhƣ ở Việt Nam quan tâm và có khá nhiều cách hiểu về khái niệm “năng

lự ”. Kh i niệm “năng lự ” ũng đƣợ x định khá rõ ràng qua các nghiên cứu của

Phạm Minh Hạc [13, tr.145], nhấn mạnh đến tính mụ đí h v nhân h ủa NL tác

giả đƣ r định nghĩ : “Năng lực chính là một tổ hợp các đặc điểm tâm lí của một

con người còn gọi là tổ hợp thuộc tính tâm lí của một nhân cách), tổ hợp đặc điểm

này vận hành theo một mục đích nhất định tạo ra kết quả của một hoạt động nào

đấy”. Khi viết về mục tiêu học tập có tính tổng hợp, đó l mục tiêu về NL, Lâm

Quang Thiệp cho rằng: “Thật ra năng lực nào đó của một con người thường là tổng

hòa của kiến thức, kĩ năng, tình cảm - thái độ được thể hiện trong một hành động và

tình huống cụ thể”.

Nhƣ vậy có thể phân NL thành 2 nhóm chính :

- Nhóm lấy dấu hiệu tố chất tâm lí để định nghĩ , ví dụ: "Năng lực là một

thuộc tính tích hợp nhân cách, là tổ hợp các đặc tính tâm lí của cá nhân phù hợp

với những yêu cầu của một hoạt động xác định, đảm bảo cho hoạt động đó có kết

quả".

- Nhóm lấy dấu hiệu về các yếu tố tạo thành khả năng h nh động để định

nghĩ , ví dụ: "Năng lực là khả năng vận dụng kiến thức, kinh nghiệm, kĩ năng, thái

độ và hứng thú để hành động một cách phù hợp và có hiệu quả trong những tình

huống đa dạng của cuộc sống" hoặc "Năng lực là khả năng làm chủ những hệ thống

kiến thức, kĩ năng, thái độ và vận hành (kết nối) chúng một cách hợp lí vào thực

hiện thành công nhiệm vụ hoặc giải quyết hiệu quả vấn đề đặt ra của cuộc sống".

Theo GS.TS. Đỗ Hƣơng Tr [11, tr. 8], NL là một cấu trúc tâm lí của nhân

cách phù hợp với những yêu cầu đòi hỏi đặc trưng của từng loại hoạt động, làm cho

hoạt động đạt kết quả cao trong những điều kiện nhất định. NL gắn liền với hoạt

động, được hình thành và phát triển thông qua hoạt động. NL được tính bằng hiệu

quả của hoạt động, không đạt hiệu quả cao thì không gọi là có NL.

1.2.2. Tri thức, kỹ năng, kỹ xảo và mối liên hệ với NL

1.2.2.1. Tri thức

Là hệ thống kiến thức kinh nghiệm về thế giới tự nhiên, xã hội và tư duy

đã được chọn lọc, sắp xếp hợp lí theo mục đích nhất định cho từng loại, từng lứa

tuổi HS từ kho tàng tri thức của nhân loại. Tri thức có được thông qua hoạt động

học tập, qua hoạt động học tập có chủ đích tri thức không ngừng được tăng lên,

hệ thống tri thức không ngừng được tinh giản và có sự phân hóa cao [11, tr. 74]

C trình độ nắm vững tri thức theo thang phân loại của Bloom (chỉnh sửa

năm 2001) đƣợc hi nhƣ s u:

+ Biết: Nhớ sự kiện, thuật ngữ dƣới dạng đƣợc học

+ Hiểu: Ngƣời học không chỉ nhớ mà còn hiểu thấu đ o sự kiện, định nghĩ ,

lí thuyết…thể hiện ở chỗ ngƣời học có thể diễn giải bằng ngôn ngữ củ mình, đƣ r

đƣợc các ví dụ minh họa, nhận biết và phân biệt đƣợc kiến thức qua các cách diễn

đạt khác nhau.

+ Áp dụng: Ngƣời học không chỉ hiểu mà còn áp dụng vào các tình huống

tƣơng tự hoặc tình huống mới, diễn tả đƣợc tình huống thông thạo bằng ngôn ngữ

riêng của mình.

+ Phân tích – Tổng hợp: Phân tích thể hiện ở chỗ ngƣời học biết tách vấn đề

thành bộ phận và biết rõ sự liên hệ giữa các thành phần đó v thuộc tính của chúng.

Tổng hợp thể hiện ở chỗ ngƣời học biết sắp xếp hợp nhất các bộ phận, thành phần

khác nhau thành một tổng thể mới.

+ Đánh giá: Kiến thức thể hiện ở trình độ này thể hiện ở khả năng ph n xét

giá trị hoặc sử dụng thông tin theo những tiêu chí thích hợp. Để tìm phƣơng n

GQVĐ tối ƣu ngƣời học phải biết phê ph n, đ nh gi kết quả và quá trình GQVĐ

trƣớ đó.

+ Sáng tạo: Ở trình độ n , ngƣời học phải có khả năng đƣ r su nghĩ mới,

ý tƣởng mới khác những su nghĩ quen thuộc về vấn đề.

1.2.2.2. Kỹ năng

Là tổng hợp những thao tác, cử chỉ phối hợp một các hợp lí nhằm đảm bảo

hành động đạt kết quả cao với sự tiêu hao năng lượng tinh thần và cơ bắp ít nhất

trong những điều kiện nhất định [11, tr. 75]. Những biểu hiện của kỹ năng l :

+ Tính đúng đắn khi thực hiện h nh động

+ Chất lƣợng kết quả củ h nh động

+ Tố độ thực hiện và hiệu quả củ h nh động

+ Mứ độ ít mệt mỏi khi thực hiện h nh động

+ Cách thức tiến h nh h nh động.

Kỹ năng ng th nh thạo thì tố độ tiến h nh h nh động ng nh nh, độ chính

xác củ h nh động ng o, phƣơng thức tiến h nh h nh động ng đúng v ng ít

mệt mỏi.

1.2.2.3. Kỹ xảo

Là sự thực hiện một cách tự động hóa một vài phần của hành động hay toàn

tr. 79]. Biểu hiện của kỹ xảo:

hành động. Kỹ xảo đạt được bởi sự lặp lại nhiều lần những hành động tương tự [11,

+ Tính chính xác của việc thực hiện h nh động

+ Tính bền vững của việc thực hiện h nh động

+ Tố độ và sự nhẹ nhàng, khéo léo khi thực hiện h nh động

+ Chất lƣợng của kết quả củ h nh động.

1.2.2.4. Mối quan hệ của kỹ năng, kỹ xảo với NL

Nhƣ húng t thƣờng nói ngƣời có NL tốt về một hoạt động n o đó l ngƣời

hoàn thành rất tốt các nhiệm vụ của hoạt động đó một cách nhanh nhất, hiệu quả

nhất. Muốn hoàn thành tốt hoạt động đó thì hắc chắn ngƣời đó phải có kiến thức,

kỹ năng, kỹ xảo về nó. Tuy nhiên, không thể nói ngƣợc lại có kiến thức kỹ năng, kỹ

xảo là có NL. Do đó, “NL gắn liền với kỹ năng, kỹ xảo trong lĩnh vực hoạt động

tương ứng. Song kỹ năng kỹ xảo liên quan đến việc thực hiện một lớp hành động

hẹp, chuyên biệt, đến mức thành thạo, tự động hóa, máy móc. Còn NL chứa đựng

yếu tố mới mẻ, linh hoạt trong hành động, có thể giải quyết nhiệm vụ thành công

trong nhiều tình huống khác nhau, trong một lĩnh vực rộng hơn” [11, tr. 128 – 129].

1.2.3. NL học tập của HS trung học phổ thông

Trên ơ sở phân tích về NL ở phần trên v theo qu n điểm của các nhà giáo

dục, HS THPT có hai nhóm NL: NL chung và NL chuyên biệt, cụ thể nhƣ s u:

1.2.3.1. NL chung

- Nhóm NL làm chủ và phát triển bản thân bao gồm: NL tự học, NL GQVĐ,

NL sáng tạo và NL tự quản lí.

- Nhóm NL về quan hệ xã hội gồm: NL giao tiếp và NL hợp tác.

- Nhóm NL công cụ gồm: NL sử dụng công nghệ thông tin và truyền thông,

NL sử dụng ngôn ngữ và NL tính toán.

Bảng 1.2. Bảng các NL chuyên biệt môn Vật lí được cụ thể hóa từ NL chung [1, tr. 43 – 45].

1.2.3.2. Các NL chuyên biệt môn Vật lí được cụ thể hóa từ NL chung

STT NL Biểu hiện NL trong môn Vật lí

chung

Nhóm NL làm chủ và phát triển bản thân

1 tự - Lập kế hoạch tự họ v điều chỉnh, thực hiện kế hoạch có NL

học hiệu quả

- Tìm kiếm thông tin về nguyên tắc cấu tạo, hoạt động của

các ứng dụng kĩ thuật.

- Đ nh gi đƣợc mứ độ chính xác của các nguồn thông tin

- Đặt đƣợc câu hỏi về sự vật hiện tƣợng quanh ta

- Tóm tắt đƣợc nội dung vật lí trọng tâm củ văn ản

- Tóm tắt thông tin bằng sơ đồ tƣ du , ản đồ khái niệm,

bảng biểu, sơ đồ khối

- Tự đặt câu hỏi và thiết kế, tiến h nh đƣợ phƣơng n thí

nghiệm để trả lời cho các câu hỏi đó.

2 NL - Đặc biệt quan trọng là NL thực nghiệm: Đặt đƣợc câu hỏi

GQVĐ về hiện tƣợng tự nhiên: Hiện tƣợng diễn r nhƣ thế nào?

Điều kiện diễn ra hiện tƣợng l gì? C đại lƣợng trong hiện

tƣợng tự nhiên có mối quan hệ với nh u nhƣ thế nào? Các

dụng cụ có nguyên tắc cấu tạo và hoạt động nhƣ thế nào?

- Đƣ r đƣợc cách thức tìm ra câu trả lời cho các câu hỏi đã

đặt ra

- Tiến hành thực hiện các cách thức tìm câu trả lời bằng suy

luận lí thuyết hoặc khảo sát thực nghiệm

- Khái quát hóa rút ra kết luận từ kết quả thu đƣợc

- Đ nh gi độ tin cậy của kết quả thu đƣợc.

3 NL sáng - Thiết kế đƣợ phƣơng n thí nghiệm để kiểm tra giả thuyết

tạo (hoặc dự đo n)

- Lựa chọn đƣợ phƣơng n thí nghiệm tối ƣu

- Giải đƣợc bài tập sáng tạo

- Lựa chọn cách thứ GQVĐ một cách tối ƣu.

4 NL quản Kh ng ó tính đặc thù

lí

Nhóm NL về quan hệ xã hội

5 NL giao - Sử dụng đƣợc ngôn ngữ vật lí để mô tả hiện tƣợng

tiếp - Lập đƣợc bảng và mô tả bẳng số liệu thực nghiệm

- Vẽ đƣợ đồ thị từ bảng số liệu ho trƣớc

- Vẽ đƣợ sơ đồ thí nghiệm

- Mô tả đƣợ sơ đồ thí nghiệm

- Đƣ r đƣợc các lập luận lôgic, biện chứng

6 NL hợp - Tiến hành thí nghiệm theo nhóm

tác - Tiến hành thí nghiệm theo các khu vực khác nhau

Nhóm NL công cụ (Các NL này sẽ đƣợc hình thành trong quá trình

hình thành các NL ở trên)

7 NL sử - Sử dụng một số phần mềm chuyên dụng để mô hình hóa quá

dụng trình vật lí

công nghệ - Sử dụng phần mềm mô phỏng để mô tả đối tƣợng vật lí

thông tin

và truyền

thông

(ICT)

8 NL sử - Sử dụng ngôn ngữ khoa họ để diễn tả quy luật vật lí

dụng - Sử dụng bảng biểu đồ thị để diễn tả quy luật vật lí

ngôn ngữ - Đọc hiểu đƣợc bảng biểu, đồ thị

9 NL tính - Mô hình hóa quy luật vật lí bằng công thức toán học

toán - Sử dụng toán họ để suy luận từ kiến thứ đã iết rút ra hệ

quả hoặc ra kiến thức mới

1.2.4. NL GQVĐ trong dạy học bài tập vật lí

1.2.4.1. NL GQVĐ trong dạy học bài tập vật lí

Nhƣ đã phân tí h ở trên, chúng ta thấy rằng NL kh ng đơn thuần là khái

niệm chung chung mà gắn liền với thuộc tính tâm lí và hoạt động GQVĐ n o đó.

Chẳng hạn NL chính trị thuộc về hoạt động chính trị và tâm lí củ ngƣời làm chính

trị, NL Văn học thuộc về hoạt động nghiên cứu và học tập m n Văn v tâm lí ủa

ngƣời họ văn…. Theo đó, NL GQVĐ trong hoạt động học bài tập vật lí của HS

ũng gắn liền với hoạt động giải bài tập môn vật lí. Theo mục 1.1.3 chúng ta thấy

rằng hoạt động giải một bài tập vật lí gắn liền với nhiều năng lực chuyên biệt trong

bảng 1.2. Chẳng hạn nhƣ NL sử dụng ngôn ngữ, NL tính toán, NL giao tiếp, NL

sáng tạo, NL làm thí nghiệm....Hầu nhƣ tất cả các NL chuyên biệt một h n o đó

đều t động đến NL GQVĐ. Ngƣợc lại muốn GQVĐ thì ần có những NL chuyên

biệt. Vì vậy có thể nói hoạt động giải bài tập vật lí là sự tích hợp của nhiều NL

chuyên biệt. Do đó kh ng thể tách rời hoạt động giải bài tập vật lí với hoạt động

GQVĐ.

Các bước của hoạt động GQVĐ

C ƣớc của hoạt động GQVĐ ó thể tuân theo Agorit hung nhƣ sơ đồ 1.3.

Sơ đồ 1.3. Sơ đồ mô tả các bước của hoạt động GQVĐ

ƣớc 1- Phát hiện và làm rõ vấn đề

- Phát hiện vấn đề - Biếu đạt vấn đề bằng ngôn ngữ, kí hiệu vật lí - Phát biểu đƣợc vấn đề cần giải quyết (phát biểu câu hỏi cần trả lời)

ƣớc 2- Đề xuất và lựa chọn giải pháp

ƣớc 3- GQVĐ

- Thu thập thông tin, kiến thức liên qu n đến vấn đề - Mô tả quá trình vật lí bằng mô hình, hình ảnh trực quan (nếu có) - Đề xuất các giải pháp nhằm GQVĐ. Lựa chọn giải pháp tối ƣu. - Thực hiện giải ph p GQVĐ ằng on đƣờng tối ƣu nhất (có thể là suy luận lí thuyết hoặc khảo sát thực nghiệm) - Trình bày vấn đề chính xác, khoa học, lô-gic, ngắn gọn nhất

ƣớc 4- Đ nh gi giải pháp, kết luận, đề xuất vấn đề mới (nếu có)

- Đ nh gi giải pháp (Tính khoa học, tính lô-gi , độ hính x , độ tin cậy của kết quả) - Đề xuất kiến thức hay hệ quả mới (nếu có) hoặc vận dụng vào bài tập mới.

Những hoạt động cơ bản trong dạy học vật lí giúp học sinh bộc lộ NL GQVĐ

a) Hoạt động tư duy, suy luận logic

VĐ iểu thị bởi một hệ thống những mệnh đề, câu hỏi “ hƣ ó phƣơng ph p

có tính thuật to n để giải đ p âu hỏi hoặc thực hiện yêu cầu đặt r ”. Phƣơng ph p

GQVĐ l h thức giải quyết VĐ đó. Phƣơng ph p ó thể đƣợc tí h lũ trong qu

trình học tập, nghiên cứu và từ kinh nghiệm sống. Muốn thực hiện phƣơng ph p

này, HS bắt buộc phải tƣ du về bài toán, mối liên hệ giữa các dữ kiện đồng thời

phải có suy luận logic mới có thể phát hiện VĐ v đề xuất các giải ph p GQVĐ.

Với một vấn đề cụ thể, nếu ó đƣợ tƣ du v su luận logic thì HS thuận lợi tiến

hành nhiều hoạt động tìm tòi, khám phá phát hiện giải ph p GQVĐ.

b) Hoạt động liên tưởng và tổng hợp kiến thức

Sự phát triển nhận thứ l qu trình tí h lũ mối liên tƣởng. Số lƣợng các

mối liên tƣởng và sự linh hoạt khi liên tƣởng trong học vật lí là một trong những ơ

sở để phân định trình độ nhận thứ , phân định năng lự GQVĐ ủa HS.

Trong Vật lí, sự liên tƣởng giữa tình huống đƣợ xét v kho “lƣu trữ”

“dữ liệu” đã ó ở HS phụ thuộc vào cấu trúc của tình huống và khối lƣợng các dữ

liệu HS tí h lũ đƣợc. Hoạt động liên tƣởng các mối quan hệ, tổ chức tổng hợp kiến

thứ đã học trong tiến trình hoạt động nhằm phát hiện ra mối quan hệ giữa các dữ

kiện củ i to n để phát hiện giải ph p GQVĐ.

Quá trình học tập, HS đã tí h lũ đƣợc vốn kiến thứ , kĩ năng nhất định.

Trƣớc một VĐ ần giải quyết, HS cần tổng hợp kiến thứ , kĩ năng đã tí h lũ

Hoạt động liên tƣởng và tổng hợp kiến thức của mỗi HS là khác nhau. Cùng giải quyết

một VĐ, ó ngƣời liên tƣởng và tổng hợp đƣợc nhiều định luật, khái niệm, công thứ ,…v

nhiều th o t tƣ du giúp họ GQVĐ nh nh v tốt hơn. Tr i lại, do NL yếu, kiến thứ , kĩ năng

tí h lũ kh ng đƣợ o nhiêu, đối với những HS này, việ liên tƣởng và tổng hợp kiến thức ít

thậm chí là không có, tất nhiên họ sẽ gặp nhiều khó khăn khi GQVĐ.

đƣợ để GQVĐ đặt r . Điều đó phụ thuộc nhiều vào khả năng họn lọc của HS.

Những NL thành tố của NL GQVĐ trong hoạt động giải bài tập vật lí

NL GQVĐ trong dạy học bài tập vật lí phụ thuộc vào những NL thành tố

đƣợc mô tả bởi bảng 1.3

Bảng 1.3. Kết quả đầu ra về năng lực giải quyết vấn đề của học sinh

Th nh tố Chỉ số h nh vi

Phân tí h tình huống Ph t hiện v l m rõ Ph t hiện vấn đề vấn đề iểu đạt vấn đề

Thu thập th ng tin ó liên qu n đến vấn đề

Đề xuất giải ph p Đề xuất v lự họn giải ph p Lự họn giải ph p phù hợp

Thự hiện giải ph p

Đ nh gi giải ph p

Thự hiện v đ nh gi giải ph p giải qu ết vấn đề Nhận thứ v vận dụng phƣơng ph p h nh động v o ối ảnh mới

a) Phát hiện và làm rõ vấn đề

NL phát hiện và làm rõ vấn đề gồm các NL thành phần: Phân tích tình huống

và phát hiện vấn đề; biểu đạt vấn đề, toán học hóa vấn đề;…Ph t hiện và làm rõ

đƣợc vấn đề có vai trò rất quan trọng trong quá trình GQVĐ. Nhiều HS không giải

quyết đƣợ VĐ vì kh ng ph t hiện v l m rõ đƣợc vấn đề.

- Phân tích tình huống và phát hiện vấn đề: Một tình huống đặt r , trƣớc

hết HS phải phát hiện tình huống đó đối với mình có phải là vấn đề hay không

bằng cách phân tích tình huống đó. Một số kiểu tình huống có vấn đề nhƣ: Tình

huống đột biến, tình huống bất ngờ, tình huống xung đột, tình huống bác bỏ, tình

huống lựa chọn,... Nếu là vấn đề thì nó thuộc dạng nào là bài tập chứng minh, bài

tập tìm tòi, hay bài tập thự th nh,…

- Biểu đạt vấn đề: S u khi đã nhận dạng HS phải nghiên cứu kĩ để biểu đạt

vấn đề: Nêu đƣợc dữ kiện (giả thiết), yêu cầu (kết luận) của vấn đề, vẽ hình, viết

điều kiện dƣới dạng công thức (nếu cần). Biết tóm tắt vấn đề (đ i khi dùng hình vẽ,

mô hình).

- Toán học hóa vấn đề Vật lí: Các bài tập Vật lí luôn luôn gắn kết chặt chẽ

với thực tiễn và giải quyết các vấn đề do thực tiễn cuộc sống đặt r . Tu nhiên để

giải các bài toán Vật lí này không những HS phải có tri thức Vật lí mà HS cần trau

dồi NL giải toán học: Chuyển đổi bài toán Vật lí về hình thứ , đối tƣợng, hiện

tƣợng của vấn đề ó liên qu n đến toán học.

b) Đề xuất và lựa chọn giải pháp

NL đề xuất và lựa chọn giải pháp bao gồm các thành phần: Dự đo n v su

diễn; kết nối kiến thứ , kĩ năng đã ó v tri thức cần tìm để GQVĐ;…

- Dự đoán và suy diễn: Trong học Vật lí, HS GQVĐ năng lực dự đo n v su

diễn của họ đƣợc bộc lộ. Đứng trƣớc một vấn đề, HS biết xem xét, nghiên cứu và

dự đo n giải ph p GQVĐ. HS mò mẫm, thử một số trƣờng hợp, từ đó hình th nh dự

đo n. Dự đo n đó l ơ sở để HS suy diễn, phát hiện giải ph p GQVĐ. Tu nhiên,

điều dự đo n kh ng phải bao giờ ũng giải quyết đúng đắn vấn đề đặt r . Để có

đƣợc giải ph p đúng GQVĐ ho n hỉnh, HS cần phải KT lại điều dự đo n tr nh s

v o “ngõ ụt” trong qu trình GQVĐ.

- Tổng hợp kiến thức, kĩ năng đã có và tri thức cần tìm để GQVĐ

Sau khi tìm hiểu kĩ vấn đề, HS phân tích và xử lí các thông tin của vấn đề;

tiến hành trích xuất, giải mã các thông tin sẽ tạo ra một số “sơ đồ” thí h hợp trong

bộ nhớ. HS kết nối các thông tin của vấn đề với th ng tin đƣợ lƣu trữ trong sơ

đồ hiện có, một số sơ đồ đƣợc lựa chọn. Nếu không tìm thấ đƣợ sơ đồ phù hợp,

một sơ đồ tổng qu t hơn sẽ đƣợc kích hoạt. Bằng cách này, các tổ chứ v ơ ấu

củ sơ đồ đƣợ lƣu trữ cho phép các kiến thứ liên qu n đƣợc tìm thấy trong bộ

nhớ. Các em thực hiện các thao tác phân tích các yếu tố, tổng hợp các thông tin của

vấn đề; dự đo n, liên tƣởng kết nối tri thức cần tìm với kiến thứ , kĩ năng đã ó. Đó

có thể là vấn đề tƣơng tự, vấn đề có liên quan, vấn đề tổng quát, vấn đề đặc biệt,…,

của vấn đề cần giải quyết. Dùng suy luận vật lí, biến đổi toán học (nếu cần thiết) HS

phát hiện đƣợc giải ph p GQVĐ.

c) Thực hiện và đánh giá giải pháp giải quyết vấn đề

NL thực hiện v ĐG giải ph p GQVĐ o gồm các thành phần: Trình bày

giải ph p GQVĐ, ph t hiện giải pháp khác, nhận thức và vận dụng phƣơng ph p

h nh động vào bối cảnh mới,…

- Trình bày giải pháp GQVĐ: X định qu trình để thực hiện giải pháp

GQVĐ o gồm nội dung các công việc cần thực hiện và trình tự để thực hiện các

công việ đó theo những quy tắc lôgic, rõ ràng. HS xác lập đƣợc quy trình thực hiện

giải ph p GQVĐ đúng đắn, họ sẽ đi đúng hƣớng GQVĐ, kh ng ỏ sót công việc

cần thiết, nhiều khi bỏ sót một công việ n o đó sẽ không giải quyết đƣợc vấn đề

hoặc giải quyết kh ng đầ đủ các yêu cầu vấn đề đặt ra. Nếu không xác lập đƣợc

quy trình thực hiện giải ph p GQVĐ; ó thể dẫn đến GQVĐ luẩn quẩn, mất thời

gi n, kh ng đem lại hiệu quả. Trong khi diễn đạt giải ph p GQVĐ, HS tiến hành

kiểm tra tính lôgic, chặt chẽ và sự đúng đắn của mỗi ƣớc, từng phép tính, từng chi

tiết. Diễn đạt giải ph p GQVĐ một h tƣơng đối chi tiết, lôgic và chặt chẽ, ngắn

gọn, chính xác.

- Phát hiện giải pháp khác: ĐG việc chọn lựa giải pháp, công cụ phù hợp hay

hƣ ? Giải ph p đã họn là tối ƣu h òn hạn chế gì? Còn giải ph p n o h hơn

kh ng? Trong qu trình GQVĐ, âu hỏi tự nhiên luôn nảy sinh là: vấn đề này có liên

qu n đến một vấn đề nào khác hay không? Qua các hoạt động liên tƣởng, chuyển hóa

đối tƣợng,…, l m rõ mối liên hệ giữa vấn đề cần giải quyết và vấn đề đã ó giải pháp

giải quyết. Từ đó, ó thể sử dụng khía cạnh n o đó ủa vấn đề này, phát hiện giải pháp

kh GQVĐ.

- Nhận thức và vận dụng phương pháp hành động vào bối cảnh mới: vấn đề

đặt r đã đƣợc giải quyết; nếu th đổi, thêm, bớt điều kiện,…, ó thể dẫn đến một

vấn đề mới hay không? Câu hỏi này gợi ý ho HS ý tƣởng sáng tạo. HS biết vận

dụng sáng tạo các tri thức thu nhận đƣợ để tìm ra vấn đề mới và giải quyết đƣợc

vấn đề đó. Tìm đƣợc một bài toán vật lí mới vừa bổ ích lại vừa có thể giải đƣợc,

không phải là việc dễ, cần phải có kinh nghiệm, sở trƣờng, may mắn.

1.2.4.5. Sự thống nhất giữa các bước giải bài tập vật lí và các bước của hoạt động

GQVĐ

Theo mụ 1.1.1.1 húng t i đã trình : i tập vật lí đƣợc hiểu là những

vấn đề đƣợ đặt r đòi hỏi ngƣời học phải giải quyết….Do đó, hoạt động giải bài

tập vật lí ũng hính l hoạt động GQVĐ và chúng có sự thống nhất đƣợc thể hiện

theo bảng so s nh s u đâ .

Bảng 1.4. Bảng liên hệ giữa các bước giải bài tập vật lí và các pha của hoạt

động GQVĐ.

Các bước giải bài tập Vật lí Các bước của hoạt động GQVĐ

ƣớc 1: Tìm hiểu đề bài ƣớc 1- Phát hiện và làm rõ vấn

đề

ƣớc 2: Phân tích hiện ƣớc 2- Đề xuất và lựa chọn

tƣợng giải pháp

ƣớc 3: Xây dựng lập luận. ƣớc 3- GQVĐ

ƣớc 4: Biện luận. ƣớc 4- Đ nh gi giải pháp, kết

luận, đề xuất vấn đề mới (nếu

có).

Ta thấy rằng, hoạt động giải mỗi bài tập vật lí ho dù đơn giản hay phức tạp

đều gắn với hoạt động GQVĐ. Tuy nhiên việ đồng nhất hoạt động GQVĐ với hoạt

động giải bài tập vật lí lại là cách hiểu không chính xác vì không phải hoạt động

GQVĐ n o ũng liên qu n đến bài tập vật lí, nhƣng đã giải bài tập vật lí l GQVĐ.

1.3. Những phẩm chất, NL cần có của HS giỏi

1.3.1. NL và phẩm chất cần có của HS giỏi nói chung

Một HS giỏi đƣợc thể hiện qua một số NL và phẩm chất quan trọng sau [2, tr.

1-15]:

1.3.1.1. NL tiếp thu kiến thức

+ Khả năng nhận thức vấn đề nhanh, rõ ràng

+ Luôn hứng thú trong các tiết họ , đặc biệt là bài mới

+ Có ý thức tự bổ sung, hoàn thiện những tri thứ đã thu đƣợc ngay từ dạng

sơ kh i

1.3.1.2. NL suy luận, tư duy lô-gic

+ Biết phân tích sự vật, hiện tƣợng qua các dấu hiệu đặ trƣng ủa chúng

+ Biết th đổi góc nhìn khi xem xét một sự vật hiện tƣợng

+ Biết h tìm on đƣờng ngắn nhất để đi đến một kết luận chính xác

+ Biết xét đủ điều kiện cần thiết để kết luận đƣợc giả thuyết đúng

+ Biết quay lại điểm vừa xuất ph t để tìm đƣờng đi mới

1.3.1.3. NL đặc biệt

+Biết diễn đạt hính x điều mình muốn trình bày

+ Sử dụng thành thạo hệ thống ký hiệu, qu ƣớ để diễn tả vấn đề

+ Biết phân biệt thành thạo các kỹ năng đọc, viết và nói

+ Biết thu gọn các vấn đề và trật tự hóa các vấn đề để dùng khái niệm trƣớc,

mô tả cho khái niệm sau

1.3.1.4. NL lao động sáng tạo

Biết tổ hợp các yếu tố, các thao t để thiết kế một dãy các hoạt động nhằm

đạt kết quả mong muốn

1.3.1.5. NL kiểm chứng

+ Biết su xét đúng s i từ một loạt sự kiện

+ Biết tạo r tƣơng tự h tƣơng phản để khẳng định hoặc bác bỏmột đặc

trƣng n o đó trong sản phẩm do mình làm ra

+ Biết chỉ ra một cách chắc chắn các dữ liệu cần phải kiểm nghiệm khi thực

hiện một số lần kiểm nghiệm

1.3.1.6. NL thực hành

+ Biết thực hiện dứt khoát một số động tác trong khi làm thí nghiệm

+ Biết kiên trì, kiên nhẫn trong quá trình làm sáng tỏ một số vấn đề lý thuyết

qua TN hoặ đi đến một vấn đề lý thuyết mới dựa trên TN

1.3.2. NL và phẩm chất cần có của HS giỏi Vật lý

Căn ứ vào nguyên tắc chung về phẩm chất của một HS giỏi, chúng tôi xin

trình bày NL và phẩm chất của một HS giỏi Vật lý.

- Có kiến thức Vật lý vững vàng, sâu sắc, hệ thống, hiểu rõ bản chất của các

hiện tƣợng vật lý. Biết vận dụng linh hoạt, sáng tạo kiến thứ ơ ản trong đó ó

các tình huống mới.

- Có NL tƣ du tốt và sáng tạo, biết phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát

hóa, có khả năng sử dụng nhiều phƣơng ph p để đi đến kết quả.

- Có kỹ năng thí nghiệm tốt, có NL về phƣơng ph p nghiên ứu khoa học Vật

lý. Biết nếu ra những lý luận cho những hiện tƣợng xảy ra trong thực tế, biết cách

dùng TN để kiểm chứng lại lý luận và biết cách dùng lý thuyết để giải thích những

hiện tƣợng đã đƣợc kiểm chứng..

Tất cả các phẩm chất và NL nói trên nếu đƣợc bồi dƣỡng thì sẽ góp phần bồi

dƣỡng NL GQVĐ ho HS giỏi

Nhƣ vậ đối với GV, khi đ o tạo những HSG Vật lý, cần hƣớng HS học tập

để HS đƣợc trang bị những kiến thức, kỹ năng, giúp em tự học hỏi, sáng tạo

nhằm phát huy tối đ NL của mình.

1.3.3. Một số biện pháp phát hiện, bồi dưỡng NL GQVĐ cho HS giỏi Vật lí.

1.3.3.1. Một số biện pháp phát hiện HS giỏi vật lí

Một số biện ph p m ngƣời GV thƣờng áp dụng để phát hiện HS giỏi Vật lí

nhƣ:

+ Kiểm tra – thi chọn HS giỏi: Đâ l iện pháp hữu hiệu nhất mà GV

thƣờng làm. Th ng qu điểm số ũng nhƣ h l m i kiểm tra của HS, thầy cô ít

nhiều đ nh gi đƣợc NL kiến thức, kỹ năng kỹ xảo ũng nhƣ NL tƣ du GQVĐ ủa

HS.

+ Quan sát hành vi – hứng thú – tính tích cực học tập của HS: Phát hiện HS

giỏi không chỉ dự v o điểm số của bài kiểm tra mà còn dựa vào nền tảng tâm lí

trong quá trình học tập của HS. Đó l th i độ, hứng thú, tích cực với môn họ : “Từ

tính tích cực sẽ sản sinh tư duy độc lập, tư duy độc lập là cơ sở để hình thành tư

duy phê phán và tư duy phê phán là mầm mống của sự sáng tạo” [11, tr. 85] HS

giỏi nói chung và HS giỏi vật lí nói riêng lu n ó th i độ nghiêm túc tự giác với

môn học, luôn tích cực hoạt động chủ động đối với nhiệm vụ học tập, không bảo

thủ, ỷ lại.

+ Thử sức HS qua những bài tập khó đòi hỏi khả năng tư duy cao như:

- Hệ thống bài tập tổng hợp nhằm bộc lộ khả năng liên hệ, khả năng kh i th

kiến thức ở nhiều phần đã đƣợc học.

- Thiết kế các bài thực hành và thực hiện các bài thực hành bằng những thiết

bị không tiêu chuẩn ngay cả khi hƣ đƣợc làm thí nghiệm hành trên những thiết bị

chuẩn.

- Giải những bài toán tổng hợp nhiều kiến thứ đòi hỏi khả năng tƣ du o.

1.3.3.2. Lựa chọn hệ thống bài tập góp phần bồi dưỡng NL GQVĐ cho HSG.

Trong dạy học bất kỳ một đề tài nào, GV cần phải lựa chọn hệ thống bài tập

thỏa mãn yêu cầu s u đâ [9, tr. 363 – 365]:

1. Các bài tập phải đi từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức tạp, giúp HS nắm

đƣợc phƣơng ph p giải bài tập điển hình.

2. Mỗi bài tập phải là một mắt xích trong hệ thống bài tập, đóng gips một

phần n o đó v o việc củng cố, hoàn thiện và mở rộng kiến thức.

3. Hệ thống bài tập phải bao gồm nhiều thể loại bài tập: Bài tập giả tạo (có

nội dung không sát với thực tế) và bài tập có nội dung thực tế (liên qu n đến đời

sống và kỹ thuật), bài tập luyện tập (bài tập mẫu nhằm ghi nhớ kiến thức) và bài tập

sáng tạo (giúp rèn luyện những th o t tƣ du v kiến thức sâu sắc), bài tập cho

thừa hoặc thiếu dữ kiện, bài tập mang tính chất ngụy biện và nghịch lí, bài tập có

nhiều cách giải khác nhau và bài tập có nhiều lời giải tùy theo những điều kiện cụ

thể của bài tập mà GV không nêu lên hoặc chỉ nêu lên một điều kiện n o đó m th i.

1.3.3.3. Một số yêu cầu đối với HSG khi giải bài tập vật lí giúp bồi dưỡng NL

GQVĐ.

1. Đọc kỹ đề bài, chuyển từ ngôn ngữ th ng thƣờng sang kí hiệu vật lí. Chỉ

khi HS viết đƣợc tất cả các dữ kiện mà bài toán cho thông qua kí hiệu vật lí thì mới

có khả năng giải đƣợc bài tập đó.

2. Sử dụng ngôn ngữ vật lí để mô tả hiện tƣợng vật lí đề ra trong bài toán.

Diễn đạt vấn đề của bài toán theo những cách khác nhau.

3. Sử dụng kí hiệu, hình vẽ để mô tả hiện tƣợng, quá trình vật lí. Biết tìm

điểm khởi đầu để bắt đầu giải một bài tập vật lí.

4. Phân tích mối liên hệ giữ đại lƣợng đã ho v đại lƣợng cần tìm bằng

cách trả lời câu hỏi nhƣ: đại lƣợng nào biến đổi, đại lƣợng nào bất biến, chúng liên

hệ với nhau bằng những phƣơng trình to n học nào.... Biết phân tích hay tổng hợp

các mối liên hệ đó để đi đến kết quả.

5. Tìm những cách giải khác nhau cho cùng một bài toán.

6. Ghi chép cẩn thận khi giải mỗi i to n, lƣu ý những vấn đề mới xuất hiện

trong cùng một chủ đề bài tập ghi chép vào mục chú ý riêng.

7. Rèn luyện nghị lực kiên trì cho việc giải toán vật lí. Có những bài toán vật

lí đơn giản về hiện tƣợng vật lí nhƣng lại khó khăn trong iến đổi phƣơng trình

toán học hoặc có những thí nghiệm vật lí phải tiến hành nhiều lần mới cho ra kết

quả. Điều đó đòi hỏi ở HS nghị lực kiên trì, bền bỉ, th i độ cẩn thận chính xác trong

từng ƣớc giải toán.

Muốn hƣớng dẫn HS tốt, GV cần xây dựng hệ thống câu hỏi khái quát cho

bài toán. Câu hỏi kh i qu t thƣờng bám vào dữ kiện then chốt hoặ m v o đại

lƣợng cần tìm. Câu hỏi kh i qu t thƣờng không có câu trả lời ngay mà phải đƣợc

giải quyết thông qua các câu hỏi gợi ý. Hệ thống câu hỏi gợi ý sẽ giúp HS lần lƣợt

tìm ra các mối liên hệ giữ đại lƣợng trong i to n. Do đó âu hỏi gợi ý không

chung chung mà thƣờng bám sát các dữ kiện đã ho hoặc hiện tƣợng vật lí xảy ra

trong bài. GV cần chuẩn bị tốt câu hỏi gợi ý v phƣơng n trả lời của HS có thể

gồm cả phƣơng n trả lời sai. Xây dựng hệ thống bài tập tăng ƣờng phân hóa các

cấp độ, thƣờng từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức tạp, âu đơn giản là tiền đề của

câu phức tạp hoặ ngƣợc lại câu phức tạp là vấn đề mở củ âu đơn giản, gắn bài

tập với những tình huống thực tiễn giúp HS khắc sâu kiến thức. Sau mỗi bài tập ví

dụ có bài tập rèn luyện và bài tập phát triển.

Bồi dƣỡng cho HS kiến thức toán học có liên qu n đến đặ trƣng ủa từng

phần (nhƣ các công thứ lƣợng giác, đạo hàm, tích phân...) giúp HS giải quyết

những khó khăn về mặt toán học. Khuyến khích HS đặt câu hỏi nêu vấn đề cho bài

toán, khích lệ tính tò mò, trí tƣởng tƣợng phong phú của HS.

1.4. Cơ sở thực tiễn về dạy học bài tập vật lí cho HS giỏi

1.4.1. Thực trạng dạy học bài tập vật lí ở trường phổ thông

Qu khảo s t thự trạng hƣớng dẫn giải bài tập vật lí ở trƣờng THPT ằng

phiếu điều tr (xem phụ lụ ) ả GV và HS ở trƣờng THPT T Hiến Th nh và

Trung tâm GDTX Hải Cƣờng – N m Định, húng t i đƣợ kết quả nhƣ s u:

Bảng 1.5. Bảng tổng hợp cách hướng dẫn HS giải bài tập vật lí.

Rất Hƣớng dẫn giải bài Thƣờng Thỉnh Hiếm Không Thƣờng STT tập vật lí xuyên thoảng khi bao giờ xuyên

Hƣớng dẫn theo 30,00% 50,00% 20,00% 1 Agorit (Theo mẫu)

Hƣớng dẫn tìm tòi (gợi 10,00% 20,00% 40,00% 20,00% 10,00% 2 ý GQVĐ)

20,00% 20,00% 10,00% 20,00% 30,00% 3 Hƣớng dẫn tự giải

10,00% 10,00% 80,00% 4 Chỉ giải ra kết quả

Kết quả điều tra trong bảng 1.5 cho thấy GV đã ó sự phối hợp các

phƣơng ph p hƣớng dẫn HS giải bài tập, đ số GV áp dụng phối hợp các kiểu

hƣớng dẫn giải bài tập nhƣng số đ ng l thƣờng hƣớng dẫn HS giải bài tập theo

mẫu. Tuy nhiên, việc sử dụng hệ thống câu hỏi gợi ý giúp HS GQVĐ òn hạn chế.

1.4.2. Một số yếu tố ảnh hưởng đến NL GQVĐ của HS giỏi.

1.4.2.1. Về nội dung thi.

Đ số nội dung thi HS giỏi hiện nay có nội dung rất tốt cho phát triển NL tƣ

duy của HS, việc này góp phần rất tốt cho công tác bồi dƣỡng HS giỏi trong nhiều

năm n . Tuy nhiên, có những khi GV lại quá lạm dụng bài toán giúp bồi dƣỡng

NL tƣ du , điều này có thể tạo không khí học tập ăng thẳng nếu GV không có

những tình huống liên hệ thực tiễn.

1.4.2.2. Về phương pháp học tập của HS.

Với trƣờng tốp đầu hoặ trƣờng chuyên ở vùng nông thôn chất lƣợng

HS giỏi rất tốt, em ó đủ bản lĩnh, tính kiên trì ền bỉ khắc phụ khó khăn trong

học tập để đạt kết quả o. Phƣơng ph p học tập củ em ũng kh đơn giản tự

học, tự đọc tài liệu, tự rèn luyện là chính, có những HS khi thầy giáo vừ đọc xong

đề bài thì HS đã ó phƣơng n giải hoặc kết quả. Tuy nhiên, số lƣợng đó l kh ng

nhiều ở mỗi trƣờng phổ thông.

Ở trƣờng tốp dƣới không chuyên hoặc ngoài công lập (trừ một số trƣờng

điểm ở thành phố), việc lựa chọn đƣợc một đội tuyển HS giỏi có chất lƣợng là một

vấn đề rất khó khăn. Phƣơng ph p học tập củ em ũng rất thụ động, thƣờng chỉ

là giải theo mẫu và trong quá trình giải bài tập chỉ muốn nhanh chóng ra kết quả mà

ít có nhận xét đ nh gi , trình lời giải nhiều khi thiếu lô gic chặt chẽ (đâ ũng l

nhƣợ điểm của bài tập trắc nghiệm).

Nhƣ vậy, làm thế n o để bồi dƣỡng đƣợc nhiều HSG vật lí? Có nhiều câu trả

lời nhƣng một phƣơng n khả thi đó l dạy cho HS phƣơng ph p tƣ du lập luận

GQVĐ thông qua giải các bài tập vật lí. Muốn vậy HS cần nhuần nhuyễn phƣơng

pháp giải bài tập vật lí, trong đó nhấn mạnh việc học theo hệ thống bài tập l gi đã

đƣợc sự hƣớng dẫn của thầy, kết hợp giữa họ theo hƣớng dẫn với tự học, tự rèn

luyện, tự đọc sách tham khảo để mỗi bài toán gặp phải là một tình huống x định

n o đó ần giải quyết và có nhu cầu hứng thú giải quyết nó. Khi đã ó nhu ầu giải

quyết thì chắc chắn sẽ có sự tích cực và sự tích cực sẽ n sinh tƣ du s ng tạo và

vấn đề phức tạp ũng ó khả năng trở th nh đơn giản.

1.4.2.3. Về phương pháp dạy học của thầy.

Đ số GV có NL kiến thức và NL sƣ phạm tốt và có khả năng tham gia bồi

dƣỡng HS giỏi. Tuy nhiên một số GV do bận công việc riêng nên kiến thức chuyên

sâu dần bị mai một và giảm sút. Từ đó m ít để ý đến việc sử dụng phƣơng ph p

giải bài tập nhƣ thế nào cho phù hợp với từng thể loại bài, từng đối tƣợng HS.

Nhiều khi những tiết dạy bài tập vật lí cho HS là những tiết học khô cứng v ăng

thẳng, ũng ó khi i tập ng khó v ng đ nh đố HS mà không phù hợp với

thực tiễn. Theo chúng tôi việc mà GV cần làm là tạo không khí nhẹ nhàng trong

những tiết bài tập, muốn vậy mỗi bài tập nên trở thành những tình huống có vấn đề

mới ki h thí h đƣợc trí tò mò của HS, giúp HS nhận thứ đƣợc tầm quan trọng của

bài tập vật lí đối với thực tiễn và từ đó hình th nh hứng thú trong học tập.

Tiểu kết chƣơng 1

Trong hƣơng n tác giả đã tổng qu n ơ sở lý luận về dạy giải bài tập vật lí

ở trƣờng phổ thông, những phẩm chất NL cần có của HS giỏi vật lí và sự t động

củ nó đến NL GQVĐ. Chúng tôi thấy rằng giữa hoạt động giải bài tập vật lí và

hoạt động GQVĐ ó sự thống nhất, hoạt động giải bài tập vật lí chính là hoạt động

GQVĐ.

Tác giả ũng đã tìm hiểu thực trạng của việc dạy học bài tập Vật lí ở trƣờng

THPT Tô Hiến Thành và Trung tâm GDTX Hải Cƣờng - N m Định. Trong đó òn một

vài hạn chế trong đó ó phƣơng ph p học thụ động của HS v phƣơng ph p dạy bài tập

vật lí hƣ m s t thực tiễn của GV. Hoạt động n l m ơ sở để húng t i đề xuất hệ

thống bài tập v hƣớng dẫn giải bài tập hƣơng sóng nh s ng Vật lí 12.

CHƢƠNG 2. XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ HƢỚNG DẪN GIẢI

BÀI TẬP CHƢƠNG SÓNG ÁNH SÁNG VẬT LÍ 12 NHẰM BỒI DƢỠNG

NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CHO HỌC SINH GIỎI

2.1. Hệ thống nội dung chƣơng sóng ánh sáng vật lí 12

Sơ đồ 2.1. Sơ đồ cấu trúc nội dung chương sóng ánh sáng. [7, tr. 30]

2.1.1. Cấu trúc nội dung chương sóng ánh sáng

SÓNG ÁNH SÁNG

TÍNH CHẤT CỦA SÓNG ÁNH SÁNG

CÁC LOẠI QUANG PHỔ

THANG SÓNG ĐIỆN TỪ

Tia tử ngoại

Tia hồng ngoại

Tia Rơn ghen

Tán sắc ánh sáng

Nhiễu xạ ánh sáng

Giao thoa ánh sáng

Các loại quang phổ

Máy quang phổ lăng kính

2.1.2. Phân tích nội dung chương sóng ánh sáng.

Về vấn đề n đã đƣợc trình bày rất rõ trong cuốn Sách GV Vật lí 12 Cơ ản

và nâng cao. Trong luận văn n húng t i xin đƣợc không trình bày lại. Tuy nhiên

chúng tôi có những điểm cần lƣu ý s u đâ :

Về hiện tƣợng tán sắc ánh sáng: Đâ l hiện tƣợng rất quan trọng giúp chúng

ta giải thí h đƣợc một số hiện tƣợng thực tiễn nhƣ hiện tƣợng cầu vồng, xóa bỏ

quan niệm Thần thánh về cầu vồng trƣớ đâ .

Về hiện tƣợng giao thoa ánh sáng: Chúng tôi xây dựng hệ thống bài tập bao

gồm gi o tho nh s ng đơn sắc, ánh sáng hỗn hợp, ánh sáng trắng, giao thoa của

các hệ đặc biệt nhƣ: Lƣỡng gƣơng, lƣỡng thấu kính, lƣỡng lăng kính, gƣơng L i,

giao thoa với bản mỏng, nêm. Chúng tôi dừng lại ở x định các vạch sáng gây ra

bởi hiện tƣợng giao thoa chứ kh ng đi sâu đến các kiến thứ hu ên nhƣ ƣờng độ

s ng, độ rọi…

Về hiện tƣợng nhiễu xạ ánh sáng: Chúng tôi chỉ sử dụng kết quả của hiện

tƣợng nhiễu xạ t đƣợc các nguồn sáng thứ cấp (chẳng hạn nhƣ h i khe F1, F2 trong

hiện tƣợng giao thoa ánh sáng) chứ kh ng đi sâu l m rõ ản chất của từng hiện

tƣợng nhiễu xạ nhƣ nhiễu xạ lỗ tròn, nhiễu xạ cách tử…

Về các loại quang phổ v th ng sóng điện từ: Do đặ điểm của các kỳ thi

HSG ít ó liên qu n đến bài tập định tính của phần này nên chúng tôi kh ng đề cập

đến bài tập phần này.

2.1.3. Mục tiêu chương sóng ánh sáng.

Tên Nhận biết – thông Vận dụng Phân tích, Tổng

hợp, Đánh giá, chủ hiểu

Sáng tạo đề

- Định nghĩ hiện - Giải thí h đƣợ định - Tính to n định

tƣợng tán sắc ánh sáng, tính hiện tƣợng cầu lƣợng hiên tƣợng tán Tán nh s ng đơn sắc, ánh vồng. sắc qua thấu kính, sắc sáng trắng. lăng kính, lƣỡng ánh - Sử dụng công thức chất phẳng,, bản mặt sáng - Nêu đƣợc mối liên hệ định luật khúc xạ để song song, giọt nƣớc giữa chiết suất và màu tính đƣợc góc lệch giữa hình cầu, máy quang sắc ánh sáng ti s ng đơn sắc sau phổ lăng kính. tán sắc. - Giải thí h đƣợc thí

nghiệm Niuton về hiện

tƣợng tán sắc ánh sáng.

Giao - Định nghĩ , giải thích - Giải các bài tập đơn - Giải thí h định

thoa định tính, định lƣợng giản nhƣ tính khoảng tính và tính toán

ánh hiện tƣợng giao thoa vân, x định vị trí vân định lƣợng đối với

sáng ánh sáng. sáng, vân tối tại một các giao thoa với

điểm trên trƣờng giao ánh sáng hỗn hợp , - Viết đƣợc công thức thoa. các hệ gi o tho đặc tính khoảng vân, hiệu biệt nhƣ lƣỡng lăng đƣờng đi, vị trí vân - Giải thí h đƣợc hiện kính, lƣỡng thấu sáng, vân tối. tƣợng giao thoa ánh kính, lƣỡng gƣơng, s ng đối với ánh sáng - Nêu đƣợc ứng dụng bản mỏng, nêm. hỗn hợp, nh s ng đ của hiện tƣợng giao sắc - Tính to n định thoa ánh sáng. Suy ra lƣợng với màng xà liên hệ giữa màu sắc và phòng, váng dầu ƣớc sóng ánh sáng. mỡ.

Các - Nêu đƣợ sơ đồ cấu - Dự v o đặ điểm của Giải đƣợc bài tập về

loại tạo của máy quang phổ quang phổ liên tục giải máy quang phổ

quang lăng kính, m tả đƣợc thí h đƣợc màu sắc của

phổ đƣờng truyền của tia các nguồn nóng sáng

sáng qua máy quang phát ra ở các nhiệt độ

phổ. giống hoặc khác nhau.

- Nêu đƣợ định nghĩ , - Dựa vào quang phổ

nguồn phát, tính chất, vạch giải thí h đƣợc

công dụng của các loại công dụng của phép

quang phổ. phân tích quang phổ:

Nhanh, nhậy, từ xa,

định lƣợng.

Thang - Nêu đƣợ định nghĩ , - Vẽ đƣợc thang sóng - So s nh đƣợc các

sóng nguồn phát, tính chất, điện từ và mô tả sự tăng phƣơng ph p nghiên

điện công dụng của tia hồng giảm củ ƣớc sóng và cứu cho từng loại

từ ngoại, tia tử ngoại, tia tần số. sóng điện từ.

Rơn ghen.

2.2. Hệ thống bài tập chƣơng sóng ánh sáng nhằm bồi dƣỡng NL GQVĐ cho

HS giỏi.

Dựa trên mục tiêu, nội dung hƣơng sóng nh s ng nhằm đảm bảo hệ thống

bài tập đƣợ o qu t hƣơng trình bồi dƣỡng HS giỏi, chúng tôi xây dựng sơ đồ

Sơ đồ 2.2. Sơ đồ hóa hệ thống bài tập chương sóng ánh sáng

Tán sắc ánh s ng qu lăng kính

Tán sắ nh s ng qu lƣỡng chất phẳng

Tán sắc ánh sáng qua thấu kính

Bài tập tán sắc ánh sáng

Tán sắc ánh sáng qua giọt nƣớc hình cầu

Gi o tho nh s ng đơn sắc

Giao thoa ánh sáng hốn hợp

hóa kiến thức bài tập nhƣ s u:

Bài tập chƣơng sóng ánh sáng bồi dƣỡng HSG

Giao thoa ánh sáng qua khe Y - âng

Giao thoa ánh sáng trắng

Giao thoa có hệ vân dịch chuyển

Bài tập giao thoa ánh sáng

Lƣỡng lăng kính Frexnen

Một số hệ giao tho đặc biệt

Lƣỡng thấu kính Biê

Lƣỡng gƣơng Frexnen

Gƣơng Lôi

Giao thoa với màng mỏng, nêm

Trên sơ đồ 2.2, chúng tôi xây dựng hệ thống bài tập trên ơ sở các tình huống

có vấn đề. Các tình huống ở đâ đƣợc sắp xếp từ đơn giản đến phức tạp, tình huống

đơn giản có thể là vận dụng công thứ để giải bài tập đã rõ hiện tƣợng vật lí, có thể

chỉ là thay số vào công thức nhƣng lại làm nền tảng cho các tình huống phức tạp,

tình huống phức tạp hơn ó thể là phải biết phân tích một hiện tƣợng vật lí hay tổng

hợp nhiều kiến thức vật lí và toán họ để giải quyết một vấn đề của bài toán vật lí.

Giải quyết đƣợc xâu chuỗi các vấn đề từ ơ ản đến phức tạp trong một hay nhiều

bài toán vật lí sẽ góp phần hoàn thiện kiến thức, kỹ năng, kỹ xảo, giúp tƣ du su

luận lôgic của HS phát triển. Điều đó nói nên NL GQVĐ ủa HS đƣợc bồi dƣỡng

và phát triển. Dƣới đâ ứng với mỗi dạng bài tập chúng tôi có 3 phần:

+ Thứ nhất (i) là tóm tắt lí thuyết và công thứ ơ ản: Đâ l phần tóm lƣợc

lí thuyết ơ ản đƣợc tóm tắt lại từ SGK Vật lí 12 ơ ản và nâng cao, kèm theo là

hệ thống công thứ dùng để giải bài tập, đồng thời ũng l phần kiến thức gắn liền

với mụ đí h sử dụng bài tập.

+ Thứ hai (ii) là bài tập ó hƣớng dẫn: Các bài tập n đƣợc xây dựng nhằm

vận dụng kiến thứ đã họ v o GQVĐ ụ thể trong từng bài toán vật lí. i to n đó

có thể l định tính hoặ định lƣợng… nhƣng đều mụ đí h l rèn luyện kỹ năng kỹ

xảo giúp phát triển tƣ du l - gi , trí tƣởng tƣởng phong phú của HS, từ đó góp

phần bồi dƣỡng NL GQVĐ ho HS đặc biệt là HS giỏi.

+ Thứ ba (iii) là bài tập rèn luyện tự giải: Đâ l những bài tập tƣơng tự

những i to n ó hƣớng dẫn giải ở trên nhằm giúp HS khắc sâu và hoàn thiện kiến

thức bằng hình thức tự giải tại lớp hoặc ở nhà, ngoài ra có những bài xuất hiện

những vấn đề mới, những i to n ngƣợc hoặc giải quyết những tình huống thực

tiễn. Các bài tập này giúp kỹ năng kỹ xảo của HS nhuần nhuyễn bồi dƣỡng NL

phản ứng nhanh với các tình huống của bài tập đặt ra.

2.2.1. Bài tập tán sắc ánh sáng.

2.2.1.1. Tán sắc ánh sáng qua lăng kính.

i) Tóm tắt lí thuyết và công thức

* Lý thuyết về tán sắc:

Hiện tƣợng ánh sáng trắng (Ánh sáng Mặt Trời) s u khi đi qu lăng kính thì

bị phân tách thành các chùm sáng có màu sắ kh nh u. Chùm s ng đỏ lệch ít nhất,

chùm sáng tím lệch nhiều nhất (Hình 2.1). Hiện tƣợng này gọi là hiện tượng tán sắc

ánh sáng.

Dải màu từ đỏ đến tím gọi là

E

quang phổ của Mặt Trời gồm 7 màu

F

hính: Đỏ,cam, vàng, lục, lam, chàm,

P

tím

Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng có

một màu nhất định mà không bị tán sắc

khi đi qu lăng kính ( hỉ bị lệch về

phí đ ủ lăng kính).

QUANG PHỔ CỦA MẶT TRỜI

Ánh sáng trắng là hỗn hợp của

Hình 2.1. Mô tả hiện tƣợng tán sắ nh s ng qu lăng kính

nhiều nh s ng đơn sắc có màu biến

thiên liên tục từ đỏ đến tím

( )

Chiết suất củ m i trƣờng trong suốt đối với nh s ng đơn sắc khác nhau

thì khác nhau, giá trị nhỏ nhất đối với nh s ng đỏ, lớn nhất đối với ánh sáng tím.

Vậy: sự tán sắc ánh sáng là sự phân tách một chùm sáng phức tạp thành các

chùm ánh sáng đơn sắc khác nhau.

* Các công thức

Với lăng kính hùm s ng qu lăng kính tuân theo ng thứ lăng kính:

;

; (2.1)

Với lăng kính ó gó hiết qu ng đủ nhỏ s o ho , gó tới

t ó gó lệ h giữ ti ló v ti tới:

(2.2)

Th đổi góc tới thì thấ độ dài vệt sáng trên màn giảm đến giá trị cực tiểu

rồi không giảm đƣợc nữ , khi đó gó lệch D giữa tia ló và tia tới đạt giá trị cực tiểu

thỏa mãn:

(2.3)

Với các công thức khi áp dụng cho hiện tƣợng tán sắc ánh s ng thì điều khác

biệt với lớp 11 là sự phụ thuộc của chiết suất v o ƣớc sóng ánh sáng theo công

thức gần đúng:

(2.4)

(2.3) gọi là công thức Cauchy về sự phụ thuộc của chiết suất v o ƣớc sóng ánh

s ng. Trong đó A, l những hằng số. Do đó ó thể nói rằng: bước sóng của ánh

sáng đơn sắc nào thì chiết suất của ánh sáng đó và góc tương ứng với nó.

Chú ý: Khi một ánh sáng truyền qu m i trƣờng trong suốt khác nhau thì

tần số không đổi, tố độ v ƣớ sóng th đổi theo nguyên lí Huy-ghen

Chiết suất (2.4), ƣớc sóng (2.5)

ii) Bài tập có hướng dẫn giải Ví dụ 1. Một lăng kính ó gó hiết qu ng A = 5o đƣợ oi l nhỏ, ó hiết suất đối

với nh s ng đỏ v nh s ng tím lần lƣợt l nđ = 1,643 và nt = 1,685. Cho một hùm

s ng trắng hẹp rọi v o mặt ên ủ lăng kính với gó tới i nhỏ s o ho hùm ti tới

song song với mặt phẳng phân gi ủ gó A, một phần đi qu n lăng kính, một

phần kh ng qu lăng kính tại gó A.

1. Tính gó giữ ti tím v ti đỏ s u khi đi qu lăng kính.

2. Đặt m n qu n s t s u lăng kính song song với mặt phẳng phân gi ủ gó A,

cách A một khoảng h =1m. Tính ề rộng qu ng phổ liên tụ qu n s t đƣợ trên

màn.

Luận giải NL thành tố cần

bồi dƣỡng

1. Tính góc giữa tia tím và tia đỏ sau khi đi qua lăng kính NL hiểu vấn đề:

Chùm tia sáng ngoài - Hiện tƣợng tán sắ nh s ng đƣợc mô tả bởi hình 2.2 ị khú xạ qu lăng

kính òn ị t n sắ

A

H

th nh dải m u liên tụ

từ đỏ đến tím

NL thu thập th ng

D T

tin:

- Sử dụng ng thứ

Hình 2.2.

gó lệ h ủ ti ló

trong trƣờng hợp gó

hiết qu ng A nhỏ. - - - Với lăng kính ó gó hiết quang A nhỏ, góc lệch giữa tia

Hu động kiến thứ đỏ và tia tím so với tia tới:

to n về hệ thứ lƣợng

trong tam giác vuông.

- Tƣ du su luận - Góc lệch giữa ti m u đỏ và tia màu tím: logic trong phép tính

độ d i DT.

*Một số âu hỏi gợi Thay số:

ý GQVĐ. 2. Tính bề rộng quang phổ liên tục quan sát được trên màn

?1 Hiện tƣợng vật lí - Xét tam giác vuông DHA và THA ta có: n o đã xả r ?

?2C ng thứ n o giúp

t tính gó lệ h D

giữ ti ló v ti tới.

- Chiều dài vệt sáng cho trên màn: ?3 Qu ng phổ liên

tụ trên m n đƣợ thể

hiện ởi độ d i n o?

- Vì nên t ũng ó . Do đó: ?2 Chiều d i TH v

DH đƣợ tính nhƣ thế

nào?

- Thay số:

* Biện luận kết quả, đề xuất vấn đề mới.

Kết quả: , hoàn toàn phù hợp với điều kiện đề bài và kết quả

thực nghiệm.

Vấn đề mới: Trong trƣờng hợp góc chiết quang A đủ lớn (Ví dụ A = 30o,

60o…) thì bài toán cần đƣợc giải quyết nhƣ thế nào?

Ví dụ 2. Làm thí nghiệm với một lăng kính ó tiết diện thẳng là tam giác ABC đều

có góc chiết quang . Chiết suất củ lăng kính đối với ti đỏ và tia tím lần

lƣợt là và . Dùng một chùm tia sáng trắng hẹp chiếu tới mặt xiên

góc qua A với góc tới . Phí s u lăng kính đặt màn chắn M song song với

mặt phẳng phân giác của góc A., cách A một khoảng h = 1m.

1. Tính góc lệch giữa tia ló với tia tới và chiều dài quang phổ liên tục trên màn chắn.

2. Giữ ngu ên điểm tới của chùm tia tại A, bây giờ th đổi góc lệch của chùm sáng

trắng chiếu v o lăng kính s o ho gó lệch của tia màu lụ đạt cực tiểu (nl = 1,52).

Tính lại kết quả của câu 1.

3. Thay đổi góc tới thì thấy có vị trí củ lăng kính m tìa tím của quang phổ là là

mặt phân cách AC. Tính góc tới khi đó v x định lại kết quả câu 1.

4. Th đổi góc tới của chùm sáng và vị trí tia tới trên AB thì có những khi toàn bộ

chùm sáng phản ló ra khỏi mặt đ C. Chứng tỏ chùm sáng ló ra khỏi BC là chùm

song song.

Luận giải

NL thành tố cần bồi dƣỡng

1. Góc lệch giữa tia ló với tia tới và chiều dài quang phổ liên NL hiểu vấn đề:

tục trên màn chắn i to n xả r

hiện tƣợng t n sắ Hiện tƣợng tán sắ đƣợc mô tả nhƣ hình 2.3 nh s ng qu lăng

kính ó tiết diện

60o

Dđ

t m gi đều

nhƣng trong nhiều

trƣờng hợp gó tới

60o

i khác nhau.

M H D T

B I C

NL hu động kiến

thứ vật lí v to n

Hình 2.3.

họ GQVĐ.

* C âu hỏi gợi

Tìm góc lệch giữ ti đỏ và tia tím ý:

- Góc lệch củ ti m u đỏ với tia tới đƣợ x định theo ?1 Vẽ đƣờng

công thứ lăng kính: tru ền ủ hùm

s ng qu lăng - Góc lệch của tia màu tím với tia tới đƣợ x định:

kính.

- Góc lệch giữ ti m u đỏ với tia màu tím là:

* Chiều dài quang phổ liên tục trên màn

- Gọi điểm M, H, D, T nhƣ hình 2.3.

?2 Với lăng kính

(vì hai - Nhìn hình 2.3 ta có ó gó hiết qu ng

góc ở vị trí trong cùng phía). lớn thì gó lệ h

đƣợ tính theo - Xét tam giác vuông AHM có

ng thứ n o?

- Xét tam giác vuông AHD có

- Xét tam giác vuông AHT có ?3 Lập ng thứ

tính hiều d i - Chiều dài quang phổ cho trên m n x định bởi:

qu ng phổ liên tụ

trên m n hắn.

Thay số:

2. Tia màu lục đạt cực tiểu (nl = 1,52). Tính lại kết quả của

câu 1.

- Tia màu lụ đạt cực tiểu đƣợc mô tả bởi hình 2.4 NL hiểu vấn đề:

Điều kiện để xả

70,54o

r ti m u lụ đạt

Dđ

49,46o

ự tiểu

NL tìm kiếm giải

ph p GQVĐ: Từ

60o

M H D Lục T

ti m u lụ đạt ự

tiểu su r gó tới

Hình 2.4.

i, s u đó tính lại

kết quả i to n

dự v o ng

Góc lệch giữ ti đỏ và tia tím. thứ lăng kính.

- Khi góc lệch của tia màu lụ đạt cực tiểu thì ta có * Một số âu hỏi

gợi ý

?1 Ti m u lụ đạt

ự tiểu thì gó tới

thỏ mãn điều

- Với ta có hình 2.4 kiện gì?

- Góc lệch củ ti m u đỏ với tia tới đƣợ x định theo

công thứ lăng kính:

- Góc lệch của tia màu tím với tia tới đƣợ x định:

?2 Tính gó lệ h

ủ ti m u đỏ v

ti m u tím với ti

tới.

- Góc lệch giữ ti m u đỏ với tia màu tím là:

* Chiều dài quang phổ liên tục trên màn

- Nhìn hình 2.4 ta thấy

(Hai góc trong cùng phía).

- Xét tam giác vuông AHM:

?3 Lập ng thứ Tƣơng tự ở câu 1 ta có chiều dài quang phổ cho trên màn xác tính hiều d i định bởi: quang phổ liên tụ

trên màn.

3. Tìm góc tới để tia tím là là mặt phân cách. Tính góc lệch

giữa tia đỏ với tia tím và chiều dài quang phổ liên tục khi

đó.

Hiện tƣợng tia tím là là mặt phân h đƣợc mô tả bởi hình NL hiểu vấn đề:

2.5 Ti tím l l mặt

phân h nghĩ l

i

Dđ

ị phản xạ to n

phần.

NL sử dụng kiến

60o

thứ GQVĐ: Từ

điều kiện phản xạ

Hình 2.5

to n phần ủ ti

H D T

tím t tính đƣợ

gó tới i, s u đó

- Khi tia màu tím là là mặt phân h C nghĩ l ti tím ắt tính to n tƣơng tự

đầu xảy ra phản xạ toàn phần. Khi đó: câu 2.

* Một số âu hỏi

gợi ý GQVĐ

?1 Tia màu tím là

- Sử dụng ng thứ lăng kính tính ngƣợ lại t ó:

l mặt phân ch

ó ý nghĩ gì?

?2 Vẽ hình để m

tả ti tím l l mặt

phân cách. - Góc lệch giữ ti m u đỏ với tia tới:

?3 Điều kiện để

ti tím ắt đầu

phản xạ to n phần

- Góc lệch của tia màu tím so với tia tới: là gì?

- Góc lệch giữ ti tím v ti đỏ: ?4 Tính gó lệ h

và hiều d i

DT tƣơng tự âu

* Tìm chiều dài vệt quang phổ liên tục. 1.

- Nhìn hình 2.4 ta có:

(vì hai góc trong cùng phía)

- Xét tam giác vuông AHM có:

- Tƣơng tự câu 1 ta có chiều dài DT

4. Chứng tỏ chùm sáng ló ra khỏi BC là chùm song song.

- Muốn chứng minh chùm ló song song ta phải chứng minh NL hiểu vấn đề:

Chùm tia ló song .

song thì gó ló ủ

- Do vị trí của tia tới các ánh s ng đơn

chỉ cần thỏa mãn tia

i

sắ kh nh u l

sáng phản xạ toàn phần ằng nh u. Theo

ở AC rồi ló ra khỏi BC tính hất thuận

nên điểm tới I không nghị h về hiều

Kd Kt

nhất thiết ở sát A, vì tru ền nh s ng

vậy có thể mô tả hiện

rkt

thì gó ló ở C

Hình 2.6

tƣợng bằng hình 2.6 phải ằng gó tới

ở mặt A - Gọi điểm và các

gó nhƣ trên hình vẽ. * Một số âu hỏi

gợi ý GQVĐ - Tại I: gọi góc tới, góc khúc xạ đỏ và góc khúc xạ tím lần

?1 Khi chùm ló là lƣợt là ta có: (1)

chùm song song

thì góc ló và góc - Tại Kd và Kt: gọi góc tới và góc ló lần lƣợt là:

tới ó mối liên hệ

tƣơng tự t ũng ó: (2) gì?

- Tại Jd và Jt: Góc phản xạ bằng góc tới (theo định luật phản

xạ ánh sáng). Nhìn hình vẽ ta thấy: (3)

?2 Vẽ hình m tả

đƣờng tru ền ủ Kết hợp (1), (2), (3) ta có:

tia sang.

Vậy chùm ló ra khỏi đ C l hùm song song.

* Nhận xét: Ở câu hỏi n ũng ó thể áp dụng tính chất

thuận nghịch của chiều truyền nh s ng để suy ra giá trị

* Biện luận kết quả, đề xuất vấn đề mới.

Nhƣ vậy, tùy thuộc vào giá trị của góc tới và góc chiết quang A mà bài hiện

tƣợng tán sắ nh s ng qu lăng kính ho kết quả kh nh u. Do đó, khi giải bài

tập cần linh hoạt phƣơng n giải toán với những góc khác nhau.

iii) Bài tập tự giải

Bài 1. Một HS làm thí nghiệm tán sắ nh s ng qu lăng kính phản xạ toàn phần có

tiết diện thẳng là tam giác ABC vuông cân tại A, chiết suất n = 1,5. HS này chiếu

chùm tia sáng trắng tới mặt bên AB sao cho tia tới song song với mặt đ C, phí

sau mặt AC đặt màn quan sát M sao cho vuông góc với phƣơng tru ền của tia tới.

HS thấy trên màn quan sát có dải màu cầu vồng từ đỏ đến tím nhƣng đỏ lại ở dƣới,

tím ở trên và chiều dài vệt s ng n kh ng th đổi khi di chuyển màn chắn lại gần

hoặ r x lăng kính v HS n đã kh ng giải thí h đƣợc.

Bằng kiến thức về hiện tƣợng tán sắc ánh sáng, hãy giải thí h để HS đó hiểu

rõ bản chất của hiện tƣợng đó.

A

E

Bài 2. Một lăng kính thủy tinh có góc chiết quang A=60 chiết suất của nó với ti tím v ti đỏ lần lƣợt

là nt=1,6644 và nđ=1,6552. Chiếu một chùm tia

Đ T

sáng trắng, hẹp vào mặt bên AB củ lăng kính qua

A theo phƣơng vu ng gó với mặt phẳng phân giác

của góc A. Hứng chùm tia ló bằng màn E song

Hình 2.7

song với mặt phân giác gó A v h đó khoảng

1m. (Hình 2.7)

1) Tính góc hợp bởi h i ti đỏ và tím.

2) Tính khoảng cách giữa hai vệt s ng m u đỏ và màu tím trên màn.

; 2.

ĐS: 1.

Bài 3. [4, tr. 68-69] Lăng kính thủy tinh có tiết

diện thẳng là tam giác ABC vuông cân tại A.

Mặt huyền BC tiếp xúc với mặt nƣớc. Chiếu tới

mặt bên AB một chùm tia sáng song song hẹp,

đơn sắc SI. Khi góc tới i ở mặt AB có giá trị

Hình 2.8

thì tia khúc xạ là là ở mặt BC (Hình

2.8). Góc tới tại C khi đó l 61o. Tính chiết

suất của thủ tinh v nƣớc.

ĐS:

Bài 4. [4, tr. 57-59] Cho một lăng kính tiết diện thẳng là một t m gi đều ABC,

đ C ở dƣới và góc chiết quang là A. Chiết suất thủy tính làm lăng kính phụ

thuộ ƣớc sóng của ánh sáng theo công thức:

với

Chiếu một tia sáng trắng vào mặt bên AB củ lăng kính s o ho ti tới nằm dƣới

pháp tuyến ở điểm tới I. Cho biết ƣớc sóng của ánh sáng tím v nh s ng đỏ lần

lƣợt là

1. X định góc tới của tia sáng trên mặt AB sao cho tia tím có góc lệch cực tiểu.

Tính góc lệch này.

2. Muốn ho ti đỏ có góc lệch cực tiểu thì phải qu lăng kính qu nh ạnh AC

một góc bao nhiêu? Theo chiều nào?

3. Góc tới của tia sáng trên mặt AB phải thỏ mãn điều kiện nào thì không có tia

nào trong chùm sáng trắng ló ra khỏi mặt AC?

ĐS: 1. ; 2. Lăng kính quay góc 15o theo ngược chiều kim đồng hồ.

Bài 5. [3, tr. 11-12] Chiếu một tia sáng trắng vào một lăng kính ó tiết diện thẳng là một t m gi đều với góc tới I = 45o. Do tán sắ , ti s ng đơn sắc ló ra mặt bên

thứ hai với các góc lệch khác nhau. Biết sự th đổi của chiết suất lăng kính đối với

các tia từ đỏ đến tím là rất chậm, chiết suất đối với ta màu vàng là nv = 1,653.

1. Tính góc lệch Dv của tia vàng sau khi ló ra khỏi lăng kính.

2. Biết h i ti s ng đơn sắc ló ra khỏi lăng kính hợp với nhau một góc nhỏ..

Tính hiệu số chiết suất củ lăng kính đối với h i ti đơn sắc này. Áp dụng tính

nếu biết . (Trích Đề thi chọn HSG quốc gia năm 2010)

ĐS: 1.

2. Lấy đạo hàm hai vế phương trình và theo chiết

suất, sau đó kết hợp với các công thức lăng kính ta được:

Áp dụng:

2.2.1.2. Tán sắc ánh sáng qua lưỡng chất phẳng.

i) Tóm tắt lí thuyết và công thức

Tại sao khi nhìn bể cá vàng có những khi ta

nhận thấy nhiều màu sắc khác nhau mặc dù không

phải l nh đèn điện?

Hiện tƣợng tán sắc ánh sáng không chỉ xảy ra

T D

với lăng kính m òn xảy khi gặp mặt phân cách giữa

Hình 2.9

h i m i trƣờng trong suốt khác nhau (theo hình 2.9).

Nhìn hình vẽ ta thấy rằng: Tia sáng trắng ngoài

bị khúc xạ lệch gần pháp tuyến còn bị phân tách thành dải màu từ đỏ đến tím, tím

gần pháp tuyến nhất, đỏ xa pháp tuyến nhất. Mối liên hệ giữa các góc tuân theo

định luật khúc xạ ánh sáng.

(2.8)

Góc lệch giữ ti đỏ và tia tím với tia tới: (2.9)

Trong trƣờng hợp ánh sáng chiếu từ m i trƣờng chiết suất n1 sang môi

trƣờng chiết suất n2 thì ta có n là chiết suất tỉ đối củ m i trƣờng 2 đối với môi

trƣờng 1: (2.10)

Ví dụ 3. Một cái bể sâu 1,2 m chứ đầ nƣớc. Một tia sáng Mặt Trời rọi vào mặt

nƣớc bể dƣới góc tới i có . Cho biết chiết suất củ nƣớc với nh s ng đỏ và

ánh sáng tím lần lƣợt là

1. Tính độ dài vệt sáng tạo ở đ ể.

2. Ngƣời t đặt một gƣơng phẳng dƣới đ ể. Chùm tia bị tán sắc gặp mặt

gƣơng thì ị phản xạ ngƣợc lại rồi ló ra khỏi mặt nƣớc. Tính bề rộng chùm sáng khi

ló ra khỏi mặt nƣớc.

3. Giữ ngu ên điểm tới I, xo gƣơng phẳng một góc . Góc có giá trị

o nhiêu để không có tia sáng nào ló ra khỏi mặt nƣớc?

Luận giải

NL thành tố cần bồi dƣỡng

1. Độ dài vệt sáng tạo ở đáy NL hiểu vấn đề: Tia

bể. sáng trắng không

I

những bị khúc xạ Xảy ra hiện tƣợng tán sắc ánh lại gần pháp tuyến s ng trong nƣớ đƣợc mô tả

h

H T D

Hình 2.10. Tán sắc ánh sáng qu lƣỡng chất phẳng

mà còn bị tán sắc bằng hình 2.10. Chiều dài vệt tƣơng tự nhƣ khi đi s ng dƣới đ ể đƣợc xác qua lăng kính. định bởi đoạn DT.

NL hu động kiến

- Theo định luật khúc xạ ánh sáng: thứ GQVĐ: vận

dụng định luật khúc -Theo bài ra: xạ ánh sáng và hệ

thứ lƣợng trong (theo hệ thứ lƣợng trong tam giác vuông)

tam giác.

* Các câu hỏi gợi ý:

-Do đó:

?2 Chiều dài vệt

s ng đƣợ x định

thế nào? -Xét tam giác vuông HDI và HTI lần lƣợt ta có:

?4 Tính góc khúc

xạ m u đỏ và góc

khúc xạ màu tím.

?5 Hã tính đoạn -Chiều dài vệt sáng dƣới đ ể là: DT bằng hệ thức

lƣợng trong tam

giác.

2. Bề rộng chùm sáng khi ló ra khỏi mặt nước khi đặt gương NL phát hiện vấn

phẳng ở dưới đáy bể. đề: tia sáng bị khúc

xạ phản xạ trên mặt Hiện tƣợng đƣợc mô tả nhƣ hình vẽ 2.11. Bề rộng cần gƣơng rồi khúc xạ tìm là d. lần hai ra không

* Chứng minh góc ló bằng góc tới khí.

?1 Nhắc lại định Tại I: Định luật khúc xạ ánh sáng:

luật phản xạ ánh

sáng.

?2 Góc ló ra khỏi

mặt nƣớc có liên hệ

gì với góc tới.

?3 Vẽ hình x định

h

khoảng cách d trên

hình vẽ.

G

Hình 2.11.

Do tính chất của mặt phẳng song song (mặt nƣớc và

mặt gƣơng) nên gó tới tại D2 ũng ằng ; góc tới tại T2

ũng l . Vì vậy theo tính chất thuận nghịch của chiều

truyền ánh sáng (hoặc áp dụng lại định luật khúc xạ ánh

sáng) ta có: (thỏ mãn điều kiện ở câu 1: ?4 Khoảng cách d

) có thể tính bằng hệ

thứ lƣợng trong

* Tìm D2T2. t m gi đƣợc

không? Từ hình 2.11 ta có:

Trong đó theo âu 1 ?5 Lập công thức

tìm đoạn D2T2 Suy ra:

* Từ hình vẽ xét ta có:

3. Giá trị của góc xoay NL phát hiện vấn

M

để không có tia nào ló đề: Muốn không có

tia ló ra khỏi mặt ra khỏi mặt nước.

nƣớc thì tia sáng - Hiện tƣợng vật lí đƣợc phải bị phản xạ mô tả bởi hình 2.12. toàn phần.

Hình 2.12.

- Muốn không có tia Phân tí h đƣợc sáng nào ló ra khỏi mặt chiều quay của nƣớc thì toàn bộ các tia gƣơng theo hiều s ng đơn sắ đều bị phản kim đồng hồ tính xạ toàn phần tại mặt từ bên trái. nƣớ . Theo điều kiện

phản xạ toàn phần, tại D2 và T2 ta có ta có:

* Một số câu hỏi

gợi ý Trong đó:

?1 Không có tia

sáng nào ló ra khỏi

mặt nƣớ tƣơng

đƣơng với điều kiện Vì . Do đó hỉ cần ti đỏ phản xạ toàn

gì?

phần là các tia s ng đơn sắc còn lại chắc chắn phản xạ toàn

phần.

Với ti đỏ ta có:

?2 Nhắc lại điều

kiện phản xạ toàn

Xét có: phần.

?3. Góc lệch có

Tại điểm D1 theo định luật phản xạ ánh sáng thì góc phản xạ mối liên hệ nhƣ thế

bằng góc tới nên ta có: n o đối với góc giới

hạn phản xạ toàn Gọi M l gi o điểm của pháp tuyến tại D1 và D2, ta có góc phần của tia màu

là góc ngoài của và (góc có cạnh đỏ.

tƣơng ứng vuông góc) nên

Vậy muốn không có tia nào ló ra không khí ở mặt nƣớc thì

gƣơng phẳng phải hợp với đ ể một góc

* Biện luận kết quả, đề xuất vấn đề mới.

Vấn đề mới: Nếu chùm sáng có một bề rộng đủ lớn n o đó thì ề rộng của chùm ló

ó th đổi không?

Nếu đ ể trong suốt đối với mọi ánh s ng đơn sắc và bỏ qu gƣơng phẳng

thì hiện tƣợng tiếp diễn nhƣ thế nào?

iii) Bài tập tự giải

Bài 6. Một bể nƣớc sâu 1,2m. Một chùm sáng mặt trời rọi vào mặt nƣớ dƣới góc i

sao cho sini= Chiết suất trung bình củ nƣớc là n= , v đối với nh s ng đỏ

( = 700nm) và ánh sáng tím ( = 400 nm) lần lƣợt là: nđ=1,331 và nt=1,343.

1. Giả sử chùm sáng mặt trời là vô cùng hẹp. Hã tính độ dài của dải quang phổ ở

dƣới đ ể

2. Để hai vệt sáng tạo bởi nh s ng đỏ và tím ở đ ể hoàn toàn tách dời nhau, thì

độ rộng củ hùm s ng kh ng đƣợ vƣợt quá bao nhiêu?

ĐS: 1. ; 2.

Bài 7. [4, tr. 59-60] Một bản thủy tinh hai mặt song

a

song dày d = 3cm có chiết suất đối với bức xạ là

600

. Một hùm s ng song song, ƣớc sóng sau n1=

d

Hình 2.13

khi truyền qua một khe ó độ rộng a thì tới mặt trên của bản với góc tới i=600 (mặt phẳng tới vuông góc

với khe) (hình 2.13).

1. Tính độ rộng của chùm sáng trong thủy tinh theo a.

2. Nếu chùm sáng chứa hai bức xạ (đối với bức xạ chiết suất thủy tinh là

n2 =1,725):

a) Coi góc tạo bởi hai chùm tia khúc xạ ứng với là nhỏ. Tính

) Tính độ rộng lớn nhất của chùm sáng tới để hai chùm tia ló ứng với

ĐS: 1.

; 2. a)

; b) 0,0047. 10-2 mm.

tách dời đƣợc hẳn nhau.

2.2.1.3. Tán sắc ánh sáng qua thấu kính.

i) Tóm tắt lí thuyết và công thức

Chúng ta biết rằng hiện tƣợng tán sắc ánh sáng xả r đối với lăng kính, với

lƣỡng chất phẳng. Vậy hiện tƣợng này có xả r đối với thấu kính không?

Nếu xét cấu tạo của thấu kính ta thấy rằng tác dụng làm lệ h đƣờng truyền

ánh sáng của thấu kính ũng tƣơng tự lăng kính. Hình 2.14 dƣới đâ m tả hiện

tƣợng tán sắ qu lƣỡng lăng kính v qu thấu kính đặt trong không khí.

Ánh sáng trắng

Hình 2.14a. Tán sắ qu lƣỡng lăng kính hung đ

Hình 2.14b. Tán sắc qua thấu kính hội tụ

Ánh sáng trắng

Hình 2.14d. Tán sắc qua thấu kính phân kỳ

Hình 2.14c. Tán sắ qu lƣỡng lăng kính hung đỉnh

Tuy nhiên, nếu đặt màn chắn s u lƣỡng lăng kính v thấu kính rồi quan sát

thì sự khác biệt ơ ản là hình ảnh quang phổ cho trên màn. Cụ thể là:

+ Với lăng kính trên m n t đƣợc hai vạch màu quang phổ liên tục (hình chữ

nhật) song song nhau hoặc liền nhau hoặc chồng lên nhau tùy thuộc vị trí đặt màn

quan sát

+ Với thấu kính t thu đƣợc quang phổ liên tục hình đĩ tròn hoặc hình vành

khuyên tùy thuộc vị trí đặt màn quan sát.

Công thức thấu kính:

Với thấu kính có chiết suất n, bán kính mặt cong là R1 và R2 đƣợ đặt trong

không khí thì tiêu cự của thấu kính đƣợc cho bởi công thức:

(2.12)

với khi mặt thấu kính lồi, khi mặt thấu kính lõm.

Trong trƣờng hợp thấu kính đặt trong m i trƣờng có chiết suất thì công

thức có dạng: (2.13)

ii) Bài tập có hướng dẫn giải.

Ví dụ 4. Một thấu kính hội tụ có hai mặt cầu bán kính cùng bằng 10cm, chiết suất

của thấu kính đối với ti tím v ti đỏ lần lƣợt là 1,69 và 1,60.

1. Tính khoảng cách giữ tiêu điểm củ ti m u tím v tiêu điểm của các tia

m u đỏ.

2. Đặt một màn ảnh vuông góc với trụ hính v đi qu tiêu điểm củ ti đỏ. Mô tả

vệt sáng trên màn. Biết thấu kính ó rì l đƣờng tròn đƣờng kính .

3. Để ho tiêu điểm ứng với các tia màu tím trùng với tiêu điểm ứng với các tia màu

đỏ, ngƣời ta ghép sát thấu kính hội tụ nói trên một thấu kính phân kỳ có hai mặt

giống nh u v ũng ó n kính 10 m, nhƣng thấu kính này làm bằng một loại thủy

tinh khác. Tìm hệ thức giữa chiết suất của thấu kính phân kỳ đối với ánh sáng tím

và chiết suất củ nó đối với nh s ng đỏ.

Luận giải

NL thành tố đƣợc bồi dƣỡng

1. Khoảng cách giữa tiêu điểm đỏ và tiêu điểm tím NL phát hiện vấn

đề: phát hiện ra - Hiện tƣợng tán sắc qua thấu kính đƣợc mô tả bởi hình 2.14 hiện tƣợng tán sắc

Khoảng cách từ tiêu điểm đỏ đến tiêu điểm tím là ánh sáng qua thấu

đoạn kính

NL sử dụng công Tiêu cự củ nh s ng đỏ v tím đƣợc tính theo công

thức tính tiêu cự thức: của thấu kính

* Một số câu hỏi

gợi ý:

?1 Khoảng cách

Ánh sáng trắng

giữa Fd và Ft đƣợc

x định bởi đoạn

Hình 2.15.

nào trên hình vẽ? Thay số t đƣợc:

?2 Thiết lập biểu

thức tính fd, ft và

đoạn

Độ d i đoạn

NL hiểu vấn đề: 2. Độ rộng của vệt sáng trên màn đặt tại Fd

Độ rộng của vệt - Hiện tƣợng vật lí đƣợc mô tả bởi hình 2.16 sáng trên màn

đƣợc tạo bởi chùm

Ánh sáng trắng

sáng sau khi tán

M Fd N

sắc qua thấu kính,

vệt sáng có dạng

đĩ tròn tâm l tiêu

Hình 2.16. Tán sắc qua thấu kính hội tụ - Vệt sáng trên màn chắn

điểm m u đỏ, rìa là

vệt sáng màu tím.

NL sử dụng ngôn - Vệt s ng trên m n đƣợ x định bởi đoạn MN

ngữ vật lí lập luận - Do thấu kính hình tròn đƣờng kính d, màn chắn đặt song logi để đi đến kết song với thấu kính tại tiêu điểm đỏ nên vệt sáng có dạng quả hình tròn đƣờng kính l đoạn MN trên hình 2.16.

* Một số câu hỏi - Tâm của vệt s ng l m u đỏ, rìa của vệt s ng đƣợc giới hạn gợi ý: bởi màu tím, tính từ tâm r đến rìa của vệt sáng hình tròn là

?1 Vệt sáng trên sự trải ra của quang phổ liên tục theo thứ tự từ đỏ đến tím.

- Do màn song song với thấu kính nên theo định lí Talet màn có dạng hình

(hoặc t m gi đồng dạng) ta có tỉ số: gì v x định bởi

đoạn nào?

?2 Tính đƣờng

kính của vệt sáng Vậy vệt s ng trên m n l hình đĩ tròn ó m u qu ng phổ hình tròn trên màn. liên tụ , đỏ ở tâm, tím ngo i rì v ó đƣờng kính 3,72cm.

3. Ghép thấu kính phân kỳ để tiêu điểm đỏ và tiêu điểm màu NL hiểu vấn đề:

tím trùng nhau. Hệ thức chiết suất phải tìm. Muốn tiêu điểm đỏ

trùng với tiêu điểm - Muốn tiêu điểm củ nh s ng đỏ trùng với ánh sáng tím tím thì khả năng thì khả năng hội tụ của thấu kính hội tụ bao nhiêu thì hội tụ của thấu khả năng phân kỳ ánh sáng của thấu kính phân kỳ là bấy kính hội tụ bao nhiêu nhiêu thì khả năng

phân kỳ ánh sáng - Độ tụ của hệ thấu kính đƣợ x định bởi công thức:

của thấu kính phân . kỳ là bấy nhiêu

- Với ánh sáng tím: NL tái hiện và sử

dung công thức

tính độ tụ của hệ

thấu kính ghép sát.

- Với nh s ng đỏ:

- Từ điều kiện

*Biện luận kết quả, đề xuất vấn đề mới.

Vấn đề mới: Hiện tƣợng sẽ xảy ra thế nào nếu dịch chuyển màn chắn lại gần

hoặc ra xa thấu kính?

Giả sử thấu kính phân kỳ đã iết rõ chiết suất với nh s ng đỏ và ánh sáng

tím thì khoảng cách giữ tiêu điểm đỏ v tiêu điểm tím là bao nhiêu?

iii) Bài tập tự giải

Bài 8. [5, tr. 11- 12] Một nguồn s ng S ph t r h i ƣớc sóng ánh sáng

và , tới song song với trục chính của một thấu kính. Biết chiết suất của

thủy tinh làm thấu kính th đổi theo ƣớc sóng ánh sáng theo quy luật:

(

tính ra

)

1. Mô tả hiện tƣợng tán sắc của chùm tia ló

2. Với bức xạ thấu kính có tiêu cự . Tìm tiêu cự của thấu kính ứng với

ĐS: 1. Có hai chùm ló hội tụ tại hai tiêu điểm khác nhau. 2.

bức xạ

2.2.1.4. Bài tập về tán sắc ánh sáng qua giọt nước hình cầu.

i) Tóm tắt lí thuyết.

Trƣớc khi có thí nghiệm lịch sử củ Niutơn, ngƣời ta cho rằng cầu vồng là

một hiện tƣợng huyền bí. Tuy nhiên đâ l hiện tƣợng tự nhiên mà chúng ta hoàn

toàn giải thí h đƣợc dựa theo lí thuyết tán sắc ánh sáng.

Cầu vồng là hiện tƣợng tán sắc của các ánh sáng từ Mặt Trời khi khúc

xạ và phản xạ qua các giọt nước mưa hình cầu. [12]

Tùy vào số lần phản xạ m ngƣời ta phân ra làm cầu vồng bậc 1, bậc 2...

Trong đó ầu vồng bậc 1 là rõ nhất (chỉ có 1 lần phản xạ nên năng lƣợng sáng mạnh

nhất). Thƣờng cầu vồng nhìn thấy là cầu vồng bậ 1. Tu nhiên đ i khi t òn qu n

s t thêm đƣợc cầu vồng bậc 2 mà trật tự màu sắc lại ngƣợc lại với cầu vồng bậc 1

v ƣờng độ sáng yếu hơn.

Do cầu vồng đƣợc nhìn bởi cùng 1 góc (gần 42o với cầu vồng bậc 1 và 53o

với cầu vồng bậ 2), l gó m ƣờng độ sáng của tất cả các tia mặt trời qua các giọt

nƣớc l đạt cự đại, nên cầu vồng có dạng một cung tròn.

Dƣới đâ húng t sẽ tính to n định lƣợng qua bài tập.

ii) Bài tập có hướng dẫn.

Ví dụ 5. Hiện tƣợng cầu vồng:

1. Một ti s ng đơn sắc SI rọi qua một giọt

nƣớc hình cầu trong suốt, đồng tính chiết suất n

và khúc xạ trong khối cầu theo đƣờng IJP rồi ló

r ngo i theo đƣờng PR (hình 2.17). Tính góc

Hình 2.17

lệch D của tia sáng.

2. Một tia sáng Mặt Trời truyền trong mặt

phẳng tiết diện đi qu tâm một giọt nƣớc hình cầu trong suốt có chiết suất n với góc

tới . Hã x định góc lệch D giữa tia ló và tia tới ứng với ti đỏ và tia tím.

Tính góc tạo bởi ti ló đỏ và tia ló màu tím. Biết chiết suất củ nƣớ đối với ánh

s ng đỏ và ánh sáng tím lần lƣợt là .

3. Chứng minh rằng khi i biến thiên thì góc lệch D có một giá trị cực tiểu Dm. Tính

Dm ấy. Lấy chiết suất trung bình củ nƣớc với ánh áng trắng là 1,333

Luận giải NL thành tố đƣợc

NL phát hiện vấn đề:

bồi dƣỡng

1. Góc lệch D

Tia sáng bị khúc xạ

lần thứ nhất tại I,

Ta vẽ lại hình 2.17.

phản xạ toàn phần

- Tại J góc phản xạ

tại J, khúc xạ lần thứ

hai qua mặt phân

bằng góc tới

cách và ló ra ngoài

Hình 2.17

- Tại P: theo tính chất

tại P.

thuận nghịch của chiều

truyền ánh sáng thì góc

NL hu động kiến

thức: Định luật khúc

ló ở P bằng góc tới tại I.

xạ ánh sáng và phản

xạ toàn phần.

NL tƣ du : x định

- Tại tâm O ta có góc

góc lệch D theo góc

tới i và góc khúc xạ

- Góc D là góc ngoài của nên

(2.13)

2. Góc tạo bởi tia ló đỏ và tia ló màu tím. NL phát hiện vấn

Đƣờng đi ủ ti đỏ và tia tím qua giọt nƣớ đƣợc mô tả bởi đề: Ánh sáng trắng

chiếu vào giọt hình 2.18

nƣớ ũng ị tán

Dd Dt

sắc.

Jd Jt

NL tính toán bằng

phƣơng ph p tƣơng

P t i

P d

Hình 2.18.

tự.

* Một số câu hỏi

gợi ý: - Tại I: Góc khúc xạ đỏ:

?1 Vẽ hình biểu

diễn đƣờng đi ủa Góc khúc xạ tím: tia sáng.

Sử dụng công thức (2.13) ta có: ?2 Tính góc khúc xạ - Với ti đỏ góc lệch củ ti đỏ và tia tím.

- Với tia tím góc lệch ?3 Góc nào là góc

lệch giữ ti đỏ, tia

tím so với tia tới.

Mặc dù góc ló củ ti đỏ và tia tím bằng nh u nhƣng vì điểm Góc này liên hệ với

ló khác nhau nên tia chùm ló không là chùm song song. Góc góc tới và góc ló

hợp bởi ti ló m u đỏ và tia ló màu tím là nhƣ thế nào?

3. Góc lệch cực tiểu Dm khi góc tới i biến thiên. NL hiểu vấn đề:

Khi th đổi góc Lấ đạo hàm D theo I ta có:

tới thì góc lệch D

Từ công thứ định luật khúc xạ ánh sáng ta có: ũng th đổi và có

một giá trị n o đó

của góc tới i để góc

lệ h đạt cực tiểu.

NL sử dụng công

Và cụ toán học:

phƣơng ph p đạo Đạo hàm này triệt tiêu khi hàm

(2.14)

NL suy luận lô-gic Ta thấy rằng khi I tăng từ 0 đến 90o thì biến đổi từ âm,

về mối liên hệ giữa

bằng không khi rồi dƣơng. Tức là Dm khi góc ló và góc tới.

Với n = 1,333 th v o (2.14) t đƣợc.

* Biện luận, đề xuất vấn đề mới

Trong ví dụ 5 kết quả thu đƣợc cho ta cầu vồng bậc 1. Trong thực tế cầu

vồng bậc 1 có góc trông khoảng 42°, khá sát với kết quả tính toán của chúng ta.

Ngoài ra còn có cầu vồng bậc 2 do hai lần phản xạ trong giọt nƣớ nhƣng kh ng rõ

nét bằng cầu vồng bậc 1. Vậy kết quả của cầu vồng bậc 2 với góc trông khoảng 53°

đƣợ tính to n nhƣ thế nào?

iii) Bài tập tự giải

Bài 9. Trong ví dụ 5, giả sử khi tới J tia sáng bị phản xạ thêm một lần nữa tại K rồi

ĐS: 1. Góc lệch giữa tia ló và tia tới:

2. Góc lệch giữa tia đỏ và tia tím:

; 3.

mới ló ra ngoài ở P. Tính lại kết quả của bài toán.

2.2.2. Bài tập giao thoa ánh sáng

2.2.2.1. Giao thoa với hai khe Y – âng.

i) Tóm tắt lí thuyết và công thức

Hiện tượng giao thoa ánh sáng: Hiện tƣợng hai sóng ánh sáng kết hợp gặp

nhau tạo nên hệ thống vân sáng - tối xen kẽ song song h đều nhau gọi là hiện

tƣợng giao thoa ánh sáng

Ý nghĩa: Hiện tƣợng giao thoa ánh sáng là bằng chứng thực nghiệm quan

trọng chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng

Điều kiện giao thoa: hai sóng ánh sáng kết hợp cùng tần số, ƣớc sóng và

hiệu số ph kh ng đổi theo thời gian.

Ứng dụng: Đo ƣớc sóng ánh sáng

bằng phƣơng ph p gi o tho . Giải thích

màu bong bóng xà phòng, vết dầu loang,

đo hiết suất của chất lỏng – chất khí

Các công thức về giao thoa ánh

Hình 2.20. Sơ đồ thí nghiệm Y – âng về giao thoa ánh sáng

s ng đơn sắc trong thí nghiệm Y –âng.

+ Hiệu đƣờng đi :

(2.15)

+ Khoảng vân: (2.16)

+ Vị trí vân sáng: với , k là bậc của vân sáng

+ Vị trí vân tối: (2.17)

với (k không là bậc của vân tối)

+ Trên bề rộng trƣờng giao thoa L có vân trung tâm ở chính giữa, số vân

sáng và số vân tối đƣợc cho bởi công thức:

; (2.18)

Dấu ngoặc vuông là lấy phần nguyên.

ii) Bài tập có hướng dẫn.

Ví dụ 6. Ngƣời ta thực hiện giao thoa ánh sáng bằng khe Y- âng, ánh sáng từ khe F

đƣợc chiếu vào hai khe F1 và F2, khoảng cách giữa hai khe là a = F1F2=1mm, màn

qu n s t đặt song song với mặt phẳng chứa hai khe và cách hai khe khoảng D=2m,

bề rộng trƣờng giao thoa là L = 5cm.

1. Chiếu sáng hai khe bằng nh s ng ó ƣớc sóng . Tính

khoảng vân và số vân sáng và vân tối qu n s t đƣợc trên màn.

2. Nếu chiếu đồng thời 2 nh s ng đơn sắ ó ƣớc sóng và .

Phân tích hiện tƣợng xảy ra. Trên trƣờng giao thoa có bao nhiêu vị trí hai bức xạ

cho vân sáng trùng nhau.

3. Chiếu sáng hai khe bằng ánh sáng trắng ( ó ƣớc sóng từ đến

. Phân tích hiện tƣợng xảy ra. Tính bề rộng quang phổ bậc 1, bậc 2. Trên

trƣờng gi o tho t thu đƣợc mấy bậc quang phổ rõ nét đủ các màu từ đỏ đến tím.

4. Trở lại thí nghiệm giao thoa ánh sáng đơn sắc ở âu 1. Ngƣời ta tịnh tiến

khe F một đoạn nhỏ dọc theo mặt phẳng chứa hai khe một đoạn về phía

khe F1. Hệ vân trên màn dịch chuyển nhƣ thế nào, một đoạn bằng bao nhiêu? Cho

khoảng cách từ khe F đến mặt phẳng chứa hai khe là r = 0,25m.

5. Giữ nguyên hiện tƣợng giao thoa nh s ng đơn sắc ở câu 1. Đặt sau khe F1

một bản mặt song song có bề dày e =15 làm bằng chất trong suốt chiết suất n =

1,5 với nh s ng đơn sắc nói trên. Hệ vân trên màn dịch chuyển nhƣ thế nào? Từ đó

hã nêu h x định độ dày của bản thủy tinh rất mỏng bằng phƣơng ph p gi o

thoa.

Luận giải thành tố

NL đƣợc bồi dƣỡng

NL sử dụng công 1. Với

thức khoảng vân,

Khoảng vân: số vân sáng, vân

tối giải bài tập Số vân sáng: vân thay số với đơn vị

không quy chuẩn Số vân tối: vân quốc tế SI

NL hiểu vấn đề: 2. Khi chiếu đồng thời hai bức xạ và

Khi chiếu hai ánh . s ng đơn sắc thì * Phân tích hiện tƣợng: Với mỗi bức xạ đơn sắc sẽ cho một trên màn quan sát hệ vân giao thoa, vì vậy trên màn xuất hiện hai hệ vân giao có hai hệ vân giao thoa của hai bức xạ. Trong đó ở vị trí vân trung tâm là kết quả thoa. NL suy luận của hai bức xạ cho vân sáng trùng nhau, ở hai bên có những l gi : Vì ƣớc điểm vân sáng của hai bức xạ tách rời nhau xen lẫn nhau, sóng khác nhau nhƣng ũng ó những vị trí vân sáng của hai bức xạ lại trùng nên khoảng vân nhau. khác nhau dẫn đến * Tính to n định lƣợng: hệ vân không - Điều kiện trùng nhau của hai bức xạ là: chồng khít nên

(2.19) nhau. Vì thế sẽ có

vị trí cho vân sáng

hoặc vân tối của - Vị trí trùng nhau gần vân trung tâm nhất thỏa mãn: hai bức xạ trùng

nhau.

Hai vân sáng hoặc - Số vị trí trùng nhau ở mỗi bên của vân sáng trung tâm thỏa

hai vân tối của hai mãn: (Dấu “ ” l lấy phần nguyên) bức xạ trùng nhau

khi tọ độ của Suy ra hai bên vân trung tâm có 8 vân trùng cộng với vân

chúng bằng nhau. trung tâm nữa. Vậy tất cả ó 9 vân trùng trên trƣờng giao

thoa.

* Chú ý: Cũng ó thể suy luận theo cách sau:

Bề rộng trƣờng giao thoa L = 50 mm nên mỗi bên của vân sáng

trung tâm có bề rộng 25cm, số vị trí trùng nhau thỏa mãn các

giá trị của k1 đƣợc mô tả bởi bảng sau:

0

5

10

15

20

25 k1

x

0

6

12

18

24 30 (loại

(mm)

vì > 25)

Ta thấ trên trƣờng giao thoa có tất cả 9 vị trí cho vân sáng của

hai bức xạ trùng nhau ứng với k1 = 0; 5; 10; 15; 20

NL hiểu vấn đề: 3. Với ánh sáng trắng .

Khi chiếu ánh * Phân tích hiện tƣợng vật lí:

sáng trắng thì có - Ánh sáng trắng là tập hợp của vô số nh s ng đơn sắc nên

vô số hệ vân giao trên màn ảnh xuất hiện hệ vân giao thoa của vô số ánh sáng

thoa trên màn bởi đơn sắ ó ƣớc sóng . Do đó:

vì ánh sáng trắng + Ở vị trí trung tâm có tất cả nh s ng đơn sắc, tập hợp

là tập hợp của của chúng trở thành vân sáng trắng (vân trắng trung tâm)

nhiều thành phần + Ở hai bên của vân trắng trung tâm có các vân sáng của các

đơn sắc. bức xạ từ đỏ đến tím. Tuy nhiên chúng không chồng khít lên

nhau bởi vì nh s ng đơn sắ ó ƣớc sóng khác nhau NL suy luận lô-

gic: thì cho khoảng vân khác nhau. Vì thế khoảng vân

Tại vị trí vân trung tăng dần từ tím đến đỏ dẫn đến ở hai bên vân trung tâm có

tâm có ánh sáng những dải màu từ tím đến đỏ (tím gần trung tâm nhất, đỏ ở xa

trắng là do tại đó trung tâm nhất). Ngƣời ta gọi lần lƣợt những dải m u đó l

là tập hợp của vô quang phổ bậc 1, bậc 2, bậ 3….(hình 2.21)

… ậc 2 bậc 1 trung tâm bậc 1 bậ 2…

số nh s ng đơn

sắc có màu biến

thiên từ đỏ đến

tím.

Đ2 T2 Đ1 T1 Trắng T1 Đ1 T2 Đ2

Ở hai bên vân

Hình 2.21. Mô tả vân giao thoa ánh sáng trắng.

trung tâm có các

dải màu từ đỏ đến

* Tính to n định lƣợng: tím do ánh sáng

- Quang phổ bậ k đƣợ x định bởi hiệu tọ độ vân sáng đơn sắc khác nhau

m u đỏ với vân sáng màu tím. cho khoảng vân

khác nhau.

(2.20) NL sử dụng công

+ Quang phổ bậc 1: thứ x định vị

trí vân sáng vân

tối.

+ Quang phổ bậc 2:

- X định số bậc quang phổ.

Xét ti m u đỏ v ti m u tím ó ƣớc sóng và

+ Khoảng vân củ nh s ng đỏ:

+ Khoảng vân của ánh sáng tím:

+ Số vân s ng m u đỏ trên màn cho bởi công thức:

vân

+ Số vân sáng màu tím trên màn cho bởi công thức:

vân

- Ta thấy, số vân sáng củ nh s ng đỏ và ánh sáng tím không

bằng nh u do đó ậc quang phổ có sự chồng chéo lên

nh u. Nhƣ thế càng ra xa vân sáng trung tâm, các bậc quang

phổ càng không rõ. Vậy có những bậc quang phổ nào rõ nét

nhất? Ta hãy xem sự chồng lên nhau của bậc quang phổ gần

vân trung tâm:

+ Xét quang phổ bậc 1 và bậc 2 ta có:

suy ra

quang phổ bậc 1 và bậc 2 vừa tiếp xúc nhau, không chồng nên

nhau. Vì thế quang phổ bậ 1 đủ màu từ đỏ đến tím.

+ Xét quang phổ bậc 2 và bậc 3 ta có:

+ Ta thấy, từ quang phổ bậ 2 đã ị quang phổ bên ngoài nó

chồng lên một phần (hoặc toàn phần tùy thuộc vào bậc quang

phổ) nên kh ng òn đủ các màu từ đỏ đến tím. Phần bị chồng

nên kết hợp với nhau thành một màu khác.

Vậy bậc quang phổ rõ nét m đầ đủ các màu từ đỏ đến tím

chỉ có quang phổ bậc 1(hình 2.21)

4. Hệ vân dịch chuyển thế nào khi khe F dịch chuyển đoạn b. NL hiểu vấn đề:

- Sự dịch chuyển củ khe F đƣợc mô tả bởi hình vẽ 2.22 Khi khe F dịch

chuyển song song

với mặt phẳng hai

khe thì hệ vân

ũng ó sự dịch

chuyển vì bản chất

là hai nguồn sáng

Hình 2.22.

không còn dao

động cùng pha

- Trƣớc khi F dịch chuyển hai nguồn F1 và F2 d o động cùng nữa. Cần phải xác

định chính xác sự pha, hiệu đƣờng đi tính ằng công thức: , x là tọa dịch chuyển tƣơng

độ x định trên màn tính từ O. ứng đó.

- Sau khi F dịch chuyển hiệu đƣờng đi phải tính lại từ F đến NL sử dụng tọ độ x. Gọi khoảng cách từ F đến F1 và F2 lần lƣợt là r1 và phƣơng ph p

ta r2. Theo hình 2.22 tính gần đúng nhƣ hiệu tƣơng tự: Tính lại

hiệu đƣờng đi, x

có: định vị trí vân

sáng trung tâm. Từ - Hiệu đƣờng đi mới:

đó su r độ dịch

chuyển của hệ vân

giao thoa trên

màn. - Điều kiện để có vân sáng là với

- Vân sáng trung tâm thỏa mãn

(2.21)

(Dấu “-” thể hiện sự dịch chuyển ngƣợc chiều)

- Ta thấy khi khe F dịch chuyển một đoạn b thì vị trí vân

trung tâm dịch chuyển một đoạn theo chiều ngƣợc

lại. Do đó hình 2.22 vẽ hƣ hính x về chiều dịch chuyển.

- Thay số với b = 2mm, r = 0,25m ta có

- Vậy khi khe F dịch chuyển đoạn b = 2mm thì hệ vân dịch

chuyển theo chiều ngƣợc lại đoạn x = 16mm.

5. Hệ vân trên màn dịch chuyển thế nào khi có bản mặt song NL hiểu vấn đề:

song? Ánh s ng đi trong

* Tính hiệu đƣờng đi mới (Xem hình 2.23) bản mặt song song

- Tố độ ánh sáng chậm hơn trong

truyền trong bản không khí nên hệ

mỏng chậm hơn tốc vân giao thoa trên

độ truyền trong m n ũng ị dịch

kh ng khí v đƣợc chuyển. Bản chất

Hình 2.23.

tính theo công thức: của vấn đề ở đâ

là hai nguồn sáng (với c là tốc không còn cùng

độ ánh sáng trong chân không, n là chiết suất của bản mỏng) pha nữa

- Vì ánh sáng từ khe F1 phải qua bản mỏng nên truyền chậm NL sử dụng hơn nên h i d o động của hai nguồn truyền tới O không còn phƣơng ph p cùng pha nữa tức là vân sáng trung tâm sẽ lệch khỏi O. Do đó tƣơng tự: Tính ta phải tính lại hiệu đƣờng đi. T hã tính lại d1. hiệu đƣờng đi mới - Gọi t là thời gian ánh sáng truyền qua bản mỏng thì từ đó su r vị trí

vân trung tâm mới

- Cũng trong thời gi n t đó nh s ng tru ền trong không khí NL suy luận lôgic:

Thời gian ánh đƣợ quãng đƣờng:

s ng đi trong ản

- Vì trong bản mỏng truyền chậm hơn ngo i kh ng khí nên thủy tinh chậm

dƣờng nhƣ quãng đƣờng d i thêm đoạn d1 hơn trong kh ng

trở thành . Vì vậy khí nên dƣờng nhƣ

đƣờng đi ị kéo

dài thêm. Vì vậy - Hiệu đƣờng đi mới:

mà vân sáng trung

tâm lệch về phía

khe đặt bản mỏng.

- Điều kiện cự đại giao thoa là:

Với vân sáng trung tâm k = 0

(2.22)

Thay số t đƣợc

Vậy hệ vân dịch chuyển cùng chiều F1 so với hệ vân ũ một

đoạn

* Biện luận kết quả, đề xuất vấn đề mới.

Từ công thức t su r phƣơng ph p đo bề dày e hoặc chiết

suất m i trƣờng trong suốt khi biết một trong hai thông số đó.

iii) Bài tập tự giải.

Bài 10. Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, các khe S1, S2 đƣợc chiếu

sáng bởi nh s ng đơn sắc. Khoảng cách giữa hai khe a=1mm. Khoảng cách giữa

mặt phẳng chứa hai khe và màn quan sát là D=3m. Khoảng cách giữa hai vân sáng

liên tiếp là i=1,5mm.

1. Tìm ƣớc sóng của ánh sáng tới.

2. X định vị trí của vân sáng bậc 3 và vân tối bậc bốn.

3. Đặt ngay sau một trong hai khe sáng một bản mỏng phẳng có hai mặt song

song bề dày , ta thấy hệ thống vân dịch chuyển trên màn quan sát một

ĐS: 1.

; 2.

; 3.

khoảng x0 =1,5cm. Tìm chiết suất của chất làm bản mỏng.

Bài 11. Trong thí nghiệm giao thoa khe Iang các khe S1, S2 đƣợc chiếu bởi nguồn S.

Khoảng cách từ hai khe đến màn D = 1m.

1. Nguồn s ng S ph t nh s ng đơn sắ ó ƣớc sóng . Lần lƣợt

che hai khe bằng một bản mỏng trong suốt, ta thấy vân sáng chính giữa có những vị

trí mới là O1, O2 khoảng cách O1O2=3,0cm và giữ húng ó đúng 60 khoảng vân.

a) Tính khoảng cách giữa hai khe S1, S2

b) Bản mỏng có chiều dày e=0,03mm. Tính chiết suất của bản mỏng, biết

rằng bản mỏng l m đƣờng đi ủa tia sáng ló dài thêm một đoạn e(n-1).

2. Bỏ bản mỏng đi v nguồn S ph t nh s ng đơn sắc có các bƣớc sóng

. X định khoảng cách giữa hai vân sáng có

ĐS: 1. a) a = 1,2mm. b) n = 1,6. 2. x trùng = 5mm

màu giống nhƣ m u nh s ng qu n s t đƣợc tại O.

Bài 12. [5, tr. 33-34] Thực hiện gi o tho nh s ng đơn sắ ó ƣớc sóng

bằng khe Y-âng. Biết S1S2=a = 0,65mm. SI = d =1m; IO=D =1m

1. Tính khoảng vân và vị trí các vân sáng, vân tối trên màn.

2. Khoét tại vị trí vân trung tâm một khe hẹp v đặt mắt tại đấy. Khi dịch

chuyển khe S một đoạn 3,5mm theo phƣơng S1S2 thì mắt thấ đƣợc gì?

3. Một bản rung làm cho khe S chuyển động theo phƣơng S1S2 với phƣơng

(mm). Mắt đặt tại khe khoét trên màn sẽ qu n s t đƣợc gì trong trình xS=2sin

ĐS: 1.

;

, với

2. Mắt nhìn thấy một vân tối

3. Mắt thấy 8 vân sáng chạy qua trong một chu kỳ, 4 vân chiều này, 4 vân theo chiều

ngươc lại

mỗi chu kì?

Bài 13. [5, tr. 25 -26] Một khe hẹp S phát nh s ng đơn sắ ó ƣớc sóng

chiếu sáng hai khe hẹp S1 và S2 song song với khe S. Hai khe cách nhau

a=0,5mm. Mặt phẳng chứa hai khe cách màn quan sát D=1m

1. Tính khoảng vân

2. Tịnh tiến khe S theo phƣơng S1S2 một đoạn b bằng o nhiêu để vân tối

đến chiếm hết chỗ của một vân sáng kề nó. Biết khoảng cách từ S đến mặt phẳng

chứa hai khe S1S2 là d=50cm.

3. Không tịnh tiến khe S mà mở rộng dần khe S. Tính độ rộng củ khe S để

ĐS: 1.

; 2.

; 3. 0,25 mm

hệ vân biến mất. (Điều kiện độ rộng của khe hẹp để không xảy ra giao thoa)

Bài 14. Trong thí nghiệm Y-âng, ngƣời ta chiếu một hùm s ng đơn sắc song song

vào hai khe hẹp S1 và S2 song song với nhau trên một màn chắn sáng. Khoảng cách

giữ h i khe l 0,5mm. Vân gi o tho đƣợc hứng trên màn ảnh E đặt cách mặt

phẳng của hai khe một khoảng là 2m. Khoảng cách giữa 6 vân sáng liên tiếp cạnh

nhau là 1,2cm.

1. Tính ƣớc sóng của ánh sáng

2. Th hùm s ng đơn sắc bằng chùm sáng trắng. Tính chiều rộng của

quang phổ bậc 1 và quang phổ bậc hai trên màn ảnh. ƣớc sóng của ánh sáng tím là

và củ nh s ng đỏ là 0.75 .

3. Lại dùng hùm s ng đơn sắc nói trên. Chắn sau khe S1 bằng một tấm thủy

tinh phẳng rất mỏng, có chiết suất n = 1,5. Ta thấy vân sáng chính giữa bị dịch

ĐS: 1.

; 2. 1,4mm và 2,8mm; 3.

chuyển đến vị trí của vân sáng bậ 20 ũ. Tính hiều dày bản thủy tinh?

Bài 15. [5, tr. 55] Để đo hiết suất củ khí Clo, ngƣời ta làm thí nghiệm sau: Trên

đƣờng đi ủa chùm tia sáng do một trong hai khe của máy giao thoa của Young phát

r , ngƣời t đặt một ống thủ tinh d i e=1 m, ó đ phẳng và song song với nhau.

Lú đầu trong ống chứ kh ng khí s u đó th kh ng khí ằng khí Clo, ngƣời ta

quan sát thấy hệ thống vân dịch chuyển đi một đoạn bằng 10 lần khoảng cách giữa

hai vân sáng liên tiếp. Toàn bộ thí nghiệm đƣợc thực hiện trong buồng ên tĩnh v

giữ ở một nhiệt độ kh ng đổi. Má gi o tho đƣợc chiếu bằng nh s ng ó ƣớc

sóng chiết suất của không khí n =1,000276. Tìm chiết suất của khí Clo?

ĐS : n’ = 1,000865

2.2.2.2. Các hệ giao thoa đặc biệt

a) Giao thoa với lƣỡng lăng kính Fre-nen

E

i) Kiến thức cơ bản [8, tr. 22]

Làm thế n o để đo gó hiết

quang A rất nhỏ củ lăng kính ? Giao

S1 S S2

M O N

thoa có phải là một biện pháp ?

d’

A’

H i lăng kính ó gó hiết

Hình 2.24

quang A nhỏ, có chiết suất n, đ

đƣợc dán với nhau tạo thành một

lƣỡng lăng kính Fre-nen (Hình 2.24)

Một khe s ng đơn sắc hẹp đƣợ đặt trong mặt phẳng đ hung ủ h i lăng

kính song song với các cạnh v h h i lăng kính một khoảng d. Qu h i lăng kính

t đƣợc hai ảnh ảo S1 và S2 của S.

Hai chùm sáng ló ra khỏi h i lăng kính tự nhƣ đƣợc phát ra từ hai nguồn

sáng kết hợp S1 và S2. Trong phần giao nhau của hai chùm sáng (phần gạch chéo

trên hình 2.24) có hiện tƣợng gi o tho nh s ng. Vân gi o tho đƣợc hứng trên

màn ảnh E đặt vuông góc với SO và tại O, cách lƣỡng lăng kính đoạn d’.

Khoảng vân gi o tho đƣợc tính theo công thức (2.2) trong đó:

Khoảng cách từ h i khe đến màn: (2.23a)

Khoảng cách giữa hai khe: (2.23b)

(với A tính bằng đơn vị rad)

ii) Bài tập có hướng dẫn

Ví dụ 7. H i lăng kính ó ùng gó ở đỉnh l A = 20’, l m ằng thủy tinh chiết suất

n =1,5 ó đ gắn chung với nhau tạo th nh lƣỡng lăng kính. Một nguồn s ng điểm

S ph t r nh s ng đơn sắ ó ƣớc sóng đặt trên mặt phẳng củ đ

chung v h h i lăng kính một khoảng d = 50cm. Đặt một màn E cách một khoảng d’ = 200 m phí s u lƣỡng lăng kính. Cho 1’=3.10-4 rad

1. Tính khoảng cách giữa hai ảnh S1S2 tạo bởi lƣỡng lăng kính. Tính khoảng

cách giữa hai vân sáng liên tiếp và số vân qu n s t đƣợc trên màn.

2. Khoảng cách giữa các vân và số vân s ng qu n s t đƣợc sẽ th đổi thế

nào nếu:

- Thay nguồn sáng S bằng nguồn S’ ph t ức xạ

- Nguồn S’ dịch chuyển dần ra xa dần lƣỡng lăng kính theo phƣơng vu ng

góc với màn E.

3. Dịch chuyển khe S song song với chính nó trong mặt phẳng chứa khe một

khoảng nhỏ b=2,1mm. Hệ vân trên m n ó gì th đổi. Vị trí vân trung tâm ũ ó

đặ điểm gì?

Luận giải

NL thành tố đƣợc bồi dƣỡng

NL hiểu vấn đề: 1. Tính khoảng cách giữa ảnh S1S2. Khoảng cách giữa hai

vân sáng liên tiếp và số vân quan sát được trên màn Xảy ra hiện

tƣợng giao thoa - Sơ đồ thí nghiệm gi o tho đƣợc mô tả bởi hình 2.25 ánh sáng với

lƣỡng lăng kính

E

* Một số câu hỏi

S1 S S2

gợi ý GQVĐ

A’

d’

?1 Viết công thức

tính khoảng vân

Hình 2.25

cho trƣờng hợp

giao thoa với -

lƣỡng lăng kính? Khoảng cách giữa hai ảnh tính theo công thức (2.24b)

?2 Tính bề rộng

trƣờng giao thoa

L theo a, d và d’. - Khoảng vân:

- Bề rộng trƣờng giao thoa:

- Số vân s ng qu n s t đƣợc trên màn.

vân

. 2. Thay ánh sáng đơn sắc

- Khoảng vân:

- Số vân s ng qu n s t đƣợc trên màn:

vân

- Nếu dịch chuyển nguồn S’ ra xa thì d tăng t ó:

- Khi S’ dịch chuyển ra xa thì , do đó

NL hiểu vấn đề: Suy ra số vân sáng có thể qu n s t đƣợc tối đ l :

Nguồn S dịch

vân chuyển ra xa

Chú ý: Trong thực tế t kh ng qu n s t đƣợc hệ vân này trên nghĩ l .

màn do khoảng cách hai ảnh rất lớn và bề rộng trƣờng giao Khi đó khoảng

thoa thu hẹp. vân i sẽ th đổi

3. Khe S dịch chuyển song song với chính nó NL hiểu vấn đề:

Khe S dịch - Khi S dịch chuyển một đoạn b thì hai ảnh S1 và S2 ũng

dịch chuyển theo cùng chiều nhƣng khoảng cách giữa chúng chuyển song song

kh ng th đổi. Theo (2.7) hệ vân trên màn dịch chuyển với chính nó thì

ngƣợc chiều một đoạn i to n tƣơng tự

nhƣ i to n khe

F dịch chuyển

song song với - Tại vị trí vân trung tâm ũ thỏa mãn là vân mặt phẳng hai

sáng bậc 20. khe.

*Biện luận kết quả, đề xuất vấn đề mới.

Mọi công thức giao thoa với hai khe Y –âng đều áp dụng cho bài toán giao

thoa với lƣỡng lăng kính. Chỉ khác giá trị của a và D cần tính to n v hú ý đổi đơn

vị.

Ứng dụng đặc biệt của bài toán giao thoa với lƣỡng lăng kính giúp t đo gó

chiết quang A rất nhỏ mà không thể đo đƣợc bằng phƣơng ph p th ng thƣờng.

Trong một số trƣờng hợp ũng dùng để đo hiết suất n củ lăng kính.

iii) Bài tập tự giải

Bài 16. [4, tr. 16] Để x định độ lớn của góc rất tù (gần 1800) của một lăng kính

ngƣời ta bố trí sơ đồ gi o tho lƣỡng lăng kính (nhƣ hình 2.24). ức xạ đơn sắc có

đƣợc rọi lên khe hẹp S tạo ra một chùm sáng phân kì sau khe. Chùm

này rọi lên đ lăng kính. Trong khoảng rộng giao thoa MN =L = 3,8mm trên màn

h lăng kính d’=1,2m qu n s t đƣợc 8 vân tối, đồng thời tại chính M và N là hai

vân tối.

1. Giải thích hiện tƣợng

2. Tính góc củ lăng kính, iết khe S h lăng kính một khoảng d=30cm,

chiết suất thủy tinh ứng với là n1=1,5

3. Giữ nguyên cách bố trí thí nghiệm, rọi lên khe S hùm s ng đơn sắc có

, thì thu đƣợc hệ vân ó độ rộng i2 =0,4mm. X định chiết suất n2 của

ĐS: 2.

; 3. n =1,48

thủy tinh l m lăng kính đối với bức xạ này.

b) Giao thoa với lƣỡng gƣơng Fre-nen

i) Tóm tắt lí thuyết và công thức. [8, tr.22]

rất nhỏ. Một khe s ng đơn H i gƣơng phẳng G1 và G2 hợp nhau một góc

sắc S song song với giao tuyến O củ h i gƣơng v h O một khoảng r. Ảnh của

S trong h i gƣơng l S1 và S2 (Hình 2.25).

Hai chùm sáng phản xạ trên hai

E

gƣơng tự nhƣ ph t r từ hai nguồn

kết hợp S1 và S2. Vùng có gạch chéo

AIB trên hình 2.25 là vùng chung của

hai chùm sáng,

tại đó xảy ra hiện tƣợng giao thoa ánh

sáng.

Vân gi o tho đƣợc hứng trên

màn ảnh E, đặt vuông góc với trung

S2 Hình 2.25. Giao thoa với lƣỡng gƣơng Fre-nen

trực của S1S2 và cách O một khoảng

OI = d.

Khoảng vân trên màn vẫn đƣợc tính bằng công thức (2.15) trong đó:

Khoảng cách giữa hai khe (2.24a)

Khoảng cách từ h i khe đến màn (2.24b)

Chú ý: Phải chắn ánh sáng trực tiếp từ nguồn sáng S tới màn E

ii) Bài tập có hướng dẫn

Ví dụ 8: Thí nghiệm giao thoa ánh sáng với lƣỡng gƣơng Frexnen gồm 2 gƣơng

phẳng tạo với nhau một góc rất nhỏ. Nguồn sáng S và màn E quan sát vân giao

thoa cách giao tuyến củ h i gƣơng những khoảng lần lƣợt là r = 0,5m và d =1,5m.

Nguồn sáng S phát ra ánh sáng đơn sắ ó ƣớc sóng . Khoảng cách

vân đo đƣợc trên màn là i = 0,64mm.

1. Vẽ sơ đồ thí nghiệm minh họa. Tính góc tạo bởi h i gƣơng

2. Tính số vân sáng, vân tối qu n s t đƣợc trên màn trong vùng giao thoa.

3. Nếu đƣ nguồn sáng S ra xa dần giao tuyến h i gƣơng thì số vân quan sát

đƣợ trên m n th đổi nhƣ thế nào?

4. Hệ vân trên màn th đổi nhƣ thế nào nếu dịch khe S một đoạn s=1mm

trên cung tròn bán kính r, tâm I (tâm I nằm trên giao tuyến của hai gƣơng). Khi đó

vân trung tâm O là vân sáng hay vân tối.

Luận giải Câu hỏi gợi ý

1. Vẽ sơ đồ thí nghiệm. Tính góc hợp bởi hai gương.

* Sơ đồ thí nghiệm đƣợc mô tả trên hình 2.26. NL hiểu vấn đề:

E

Bài toán xảy ra

hiện tƣợng giao

thoa ánh sáng với

lƣỡng gƣơng

nhƣng êu ầu

tím góc .

NL sử dụng công

Hình 2.26.

thức và biến đổi

công thứ để tìm

góc * Tính góc

- Theo (2.26a,b) khoảng vân

2. Số vân sáng và số vân tối trên trường giao thoa

- Gọi L là bề rộng trƣờng giao thoa ta có: NL tƣ du : Muốn

tính đƣợc số vân

sáng vân tối ta - Số vân sáng và vân tối qu n s t đƣợc trên màn lần lƣợt là: phải tính đƣợc bề

vân rộng trƣờng giao

thoa.

NL hiểu vấn đề:

vân

Khi dịch chuyển

3. Dịch chuyển nguồn sáng ra xa giao tuyến của hai gương

nguồn ra xa giao

- T ó khi r tăng v thì

tuyến

của

hai

- Bề rộng trƣờng giao thoa: kh ng đổi.

gƣơng

thì

khoảng vân

sẽ th đổi. Cần

- Khoảng vân:

phải tính toán sự

th đổi đó.

- Số vân sáng: vân

NL đ nh gi vấn

* Nhận xét: Khi dịch chuyển S ra xa dần giao tuyến I thì

đề khi kết quả

khoảng vân giảm dần nên số vân s ng trên m n tăng dần.

không phù hợp với

Tu nhiên đến một giới hạn n o đó t sẽ không quan sát

thực tiễn. Có thể

đƣợc hệ vân giao thoa nữa

làm

thí nghiệm

- Khi , trên bề rộng L = 4,5mm mà có 215 vân sáng

chứng tỏ sự không

chỉ là tính toán lí thuyết. Trong thực tế ta không quan sát

phù hợp đó.

đƣợc hệ vân giao thoa này.

4. Dịch chuyển S trên cung tròn tâm I, bán kính r. NL hiểu vấn đề:

S dịch chuyển Ta thấy khi S dịch chuyển đoạn s = 1mm thì hai ảnh S1 và S2

ũng dịch chuyển một đoạn nhƣ vậ trên đƣờng tròn (I,r). trên cung tròn thì

hệ vân th đổi Khi đó đƣờng OI là trung trực của S1S2 nhƣ l đòn ẩy tựa

trên điểm cố định I (xem hình 2.26). Vì vậy theo (2.21) vân tƣơng tự nhƣ i

sáng trung tâm O sẽ dịch chuyển đến O’ ngƣợc chiều với toán dịch chuyển

khe F song song chiều dịch chuyển của S1S2 một đoạn:

với mặt phẳng

hai khe.

Ta thấy: . Do đó vị trí vân trung

tâm ũ gần vân tối thứ 5.

* Nhận xét: Với lƣỡng gƣơng Fre-nen, sự dịch chuyển của

khe sáng S một đoạn nhỏ

trên ung tròn n kính r ũng tƣơng tự nhƣ sự dịch chuyển

của khe F song song với mặt phẳng hai khe F1 và F2 trong

thí nghiệm giao thoa với hai khe Y –âng.

iii) Bài tập tự giải

Bài 17. [6, tr. 228-229] H i gƣơng Frexnen l m với nhau góc . Một khe hẹp F đặt

song song với cạnh chung O củ h i gƣơng h O một khoảng d ph t nh s ng đơn

sắ ó ƣớc sóng . Hệ vân gi o tho đƣợ đặt trên màn M vuông góc với các

chùm sáng giao thoa, cách O một khoảng D

1. Tính khoảng cách giữa hai vân sáng liên tiếp và số vân sáng nhìn thấy.

2. Khoảng cách giữa các vân và số vân nhìn thấ th đổi nhƣ thế nào khi

khe F tịnh tiến ra xa dần h i gƣơng.

ĐS: 1.

vân; 2. i giảm dần và

vân

Áp dụng số d = 20cm; D = 0,8m ; 1’ = 3.10-4 rad.

c) Giao thoa với lƣỡng thấu kính Biê (Billet)

i) Tóm tắt lí thuyết và công thức. [8, tr. 23]

Thấu kính hội tụ ngoài tác dụng hội tụ chùm sáng có thể có tác dụng giao

tho nh s ng đƣợc không?

Cắt một thấu kính hội tụ tiêu cự f r l m đ i theo một mặt phẳng chứa trục

chính của thấu kính rồi đƣ h i nửa ra xa nhau một khoảng e rất nhỏ. Nhƣ vậy

quang tâm của hai nửa thấu kính sẽ nằm đối xứng nhau ở hai bên trục và cách

nhau một khoảng O1O2=e.

Đặt một khe s ng S đơn sắc hẹp nằm trong mặt phẳng trung trực của O1O2 và

vuông góc với mặt phẳng tạo bởi trục và O1O2, cách O1O2 một khoảng

O1 O2

S1 S2

d d’

E A O B

Hình 2.27. Giao thoa với lƣỡng thấu kính Biê

(Hình 2.26).

Qua hai nửa thấu kính t đƣợc hai ảnh thật S1 và S2 nằm cách O1O2 một

khoảng d’ đƣợc tính bởi công thức thấu kính: . S1 và S2 trở thành hai

nguồn sáng thỏ mãn điều kiện kết hợp. Trong vùng chung của hai chùm sáng này

(phần gạch chéo trên hình 2.27) có hiện tƣợng giao thoa ánh sáng.

Dùng một màn ảnh E để hứng vân giao thoa.

Khoảng cách vân vẫn đƣợc tính bằng công thức (2.15) trong đó:

Khoảng cách giữa hai khe: (2.26a)

Khoảng cách từ h i khe đến màn: (2.26b)

ii) Bài tập có hướng dẫn

Ví dụ 9. Một thấu kính O có tiêu cự f = 20cm bán kính R = 1,5cm, đƣợc của làm

đ i theo một đƣờng kính. S u đó, h i nửa thấu kính đƣợc kéo cho xa nhau một

khoảng e = 2mm. Một khe sáng hẹp S song song với đƣờng chia hai nửa thấu kính,

đặt h đƣờng ấy một khoảng d = 60cm. Khe S ph t nh s ng đơn sắ ó ƣớc

sóng .Vân gi o tho đƣợ qu n s t trên m n E đặt cách hai nửa thấu

kính khoảng l.

1. Muốn qu n s t đƣợc vân giao thoa thì l tối thiểu phải bằng bao nhiêu?

2. Cho l =1,8m tính khoảng cách hai vân sáng liên tiếp và số vân quan sát

đƣợc trên màn.

3. Giữ cho O và E cố định, cho khe S tịnh tiến xa dần thấu kính. Hệ vân thay

đổi thế nào?

Bài 7/230 – Một số phương pháp giải toán vật lí sơ cấp2

Hƣớng dẫn giải:

Luận giải

NL thành tố đƣợc bồi dƣỡng

1. Khoảng cách l tối thiểu để quan sát được hệ vân giao NL hiểu vấn đề:

thoa. Xảy ra hiện

Hiện tƣợng gi o tho đƣợc mô tả bởi hình 2.28 tƣợng giao thoa

ánh sáng với

lƣỡng thấu kính.

Muốn quan sát

đƣợc hệ vân giao

thoa thì chiều dài

l phải vƣợt qua

phần bắt đầu giao

nhau của hai

chùm sáng sau

S1 H S2

khi khúc xạ qua

L1 O1 O O2

E A B

d L2 d’ l

Hình 2.28.

thấu kính

- Phần chùm s ng đƣợc giới hạn bởi phần gạch chéo trên

hình vẽ xảy ra hiện tƣợng giao thoa. * Một số câu hỏi

- Muốn qu n s t đƣợc hiện tƣợng giao thoa thì màn chắn gợi ý GQVĐ

phải đƣợ đặt s u điểm I. Khi đó , trong đó OI = ?2 Màn phải đặt d’+OH gần nhất ở đâu để - Với d’ l khoảng cách từ ảnh S1S2 đến lƣỡng thấu kính ta qu n s t đƣợc có: hiện tƣợng giao

thoa.

?3 Tính khoảng Xét cách OI trên hình

vẽ.

?4 Có thể sử

Xét dụng tam giác

đồng dạng đƣợc

không.

Vậy khoảng cách l tối thiểu là 30+3,3=33,3cm

NL sử dụng và 2. Với . Tìm khoảng cách giữa hai vân sáng và số

vận dụng linh vân sáng quan sát được.

- Khoảng cách giữa hai vân sáng liên tiếp là một khoảng vân hoạt các công

nên thức giao thoa

- Bề rộng trƣờng gi o tho l đoạn AB trên hình 2.28

Xét

- Số vân s ng qu n s t đƣợc trên màn

vân

3. Giữ cho O và E cố định, cho khe S tịnh tiến xa dần thấu ?1 Khi khe S tịnh

kính. Hệ vân thay đổi thế nào? tiến ra xa thấu

- Khi S ra xa thấu kính thì d tăng dần kính thì đại

- Khi thì , hai ảnh S1 và S2 cách nhau một lƣợng khác thay

đổi nhƣ thế nào? đoạn . Khoảng cách từ hai ảnh đến màn

. Khi đó khoảng vân ?2 Khi S ra xa vô

ùng thì d, d’, , giới hạn:

D, i, AB lần lƣợt - Bề rộng trƣờng giao thoa đƣợ x định

khi nhƣ thế nào?

?3 Tính số vân - Số vân s ng qu n s t đƣợc trên màn:

sáng quan sát vân đƣợc.

iii) Bài tập tự giải

Bài 18. [4, tr. 25-28] Một thấu kính hội tụ

E

tiêu cự f=15 m đƣợ ƣ đ i theo mặt

phẳng chứa quang trục chính và vuông góc

với tiết diện của thấu kính, rồi hớt đi mỗi

O

h

S

nửa một lớp dày h=1,25mm tính từ quang

tâm, xong dán lại thành lƣỡng thấu kính.

Hình 2.29

(trong đó O1 nhƣ qu ng tâm vốn có của nó

của nửa thấu kính trên, O2 của nử dƣới),

xem hình 2.29. Một nguồn s ng điểm S phát ra ba bức xạ đơn sắc thuộ vùng đỏ,

vùng lụ , vùng l m, ƣớ sóng đƣợc kí hiệu lần lƣợt là đƣợ đặt trên trục

đối xứng củ lƣỡng thấu kính, h lƣỡng thấu kính một khoảng d1=7,5cm(coi rằng

f không phụ thuộc vào )

1. X định khoảng cách a giữa hai ảnh S1, S2 củ S qu lƣỡng thấu kính. Vẽ

đƣờng đi ủa các tia s ng qu lƣỡng thấu kính.

2. Đặt s u lƣỡng thấu kính một màn hứng ảnh vuông góc với trụ đối xứng

củ lƣỡng thấu kính v h lƣỡng thấu kính một khoảng d2=235cm. Che nguồn lần

lƣợt bởi kính đỏ và kính lụ (để lọt bức xạ đỏ hoặc bức xạ lục) và dùng kính lúp sẽ

qu n s t đƣợc hai hệ vân gi o tho tƣơng ứng ó độ rộng i1=0,64mm và i2=0,54mm.

X định ƣớc sóng của hai bức xạ đó.

3. Do thiếu kính lọc màu lam nên phải dùng một kính lọ để lọt đồng thời hai

bức xạ đỏ và lam. Khi ấ qu n s t đƣợc các cự đại giao thoa cả hai loại m u, đỏ và

l m, trên m n. Đồng thời các vân số 0, 3, 6 của hệ vân đỏ thấy có sự trùng khít với

vân s ng m u l m. X định ƣớc sóng màu lam, biết rằng m u l m tƣơng ứng với

dải ƣớc sóng từ đến

4. Mô tả hiện tƣợng khi không dùng kính lọ n o. Hã tính xem trong trƣờng

giao thoa có cả thảy bao nhiêu vệt sáng trắng, đó l ự đại thứ bao nhiêu của hệ

vân đỏ? Cho biết ba bức xạ m ƣớ sóng tính đƣợc trong bài này khi chồng chập

ĐS: 1. a=2,5mm; 2.

; 3.

;

4. Có 3 vạch sáng trắng. Với bức xạ màu đỏ: k = 0;

lên nhau cho ta cảm giác sáng trắng.

d) Giao thoa với gƣơng Lôi (Loyd)

Ánh sáng tới và phản xạ trên

E M

gƣơng ó thể gi o tho đƣợc không?

Một khe sáng hẹp đơn sắ S, đặt

S S’

song song với một gƣơng phẳng G và

Hình 2.27. Gi o tho gƣơng L i

rất gần mặt gƣơng (Hình 2.27). Đặt một

màn ảnh E vuông góc với mặt gƣơng

và song song với khe sáng. Trên màn ảnh sẽ xuất hiện hệ vân giao thoa nằm song

song với giao tuyến H giữa màn ảnh và mặt gƣơng.

Đó l kết quả của sự giao thoa giữ sóng nh s ng đi trực tiếp từ nguồn S đến

màn ảnh và sóng phản xạ trên gƣơng tru ền đến. Sóng phản xạ tự nhƣ đƣợc phát

ra từ nguồn S’ l ảnh củ S trong gƣơng.

Khoảng vân giao thoa vẫn đƣợc tính bằng công thức trong đó D l

khoảng cách từ S đến màn còn .

Điều đặc biệt là tại H xuất hiện một vân tối, mặc dù SH = S’H. Điều đó

chứng tỏ là tại H sóng phản xạ ngược pha với sóng tới (tƣơng tự nhƣ sự phản xạ

sóng ơ trên vật cản cố định). Nhƣ vậy hiệu quang trình (hiệu đƣờng đi) đến H phải

là (2.27)

ii) Bài tập có hướng dẫn

Ví dụ 10. Một khe hẹp đơn sắ S đặt trên mặt một gƣơng phẳng G, cách mặt gƣơng

1mm. Trên màn ảnh E đặt vuông góc với mặt gƣơng, song song với khe S và cách

khe S một khoảng 2m, ngƣời ta thấy có những vạch tối và vạch sáng xen kẽ nhau

một h đều đặn.

1. Giải thích hiện tƣợng xảy ra

2. Tìm vị trí những điểm cho vân sáng, vân tối.

3. Biết rằng trên m n qu n s t đƣợc 26 vạch sáng, hai vạch ngoài cùng cách

nh u 14,5mm. Tính ƣớc sóng dùng trong thí nghiệm.

Hƣớng dẫn giải

Luận giải NL thành tố

đƣợc bồi dƣỡng

NL suy luận logic 1. Giải thích hiện tƣợng.

GQVĐ định tính - Trên màn quan sát E xảy ra hiện tƣợng giao thoa giữa hai

hùm s ng đơn sắc: Sóng tới từ S truyền trực tiếp đến màn

và sóng phản xạ trên gƣơng đến màn.

- Hai chùm ánh sáng này thỏ mãn điều kiện kết hợp vì cùng

xuất phát từ nguồn S nên chúng giao thoa với nhau. Những

vạch sáng tối trên màn xen kẽ nhau là các vân giao thoa.

2. Vị trí vân sáng NL hiểu vấn đề:

E M

vân tối trên màn Phải tìm hiệu

đƣờng đi để xác

định điều kiện

S S’ Hình 2.28. Gi o tho gƣơng L i

cho vân sáng vân

- Gọi x = HM. Ta tối vì hƣ ó

có: công thức vị trí

vân sáng vân tối và áp dụng cho

gƣơng L i Suy ra:

vì S rất gần G nhƣng rất xa E * Một số câu hỏi Với

gợi ý GQVĐ:

?1. Lập công Do sóng phản xạ trên gƣơng G ngƣợc pha với sóng tới trực

thức tính hiệu tiếp từ S đến màn nên hiệu đƣờng đi

đƣờng đi tại điểm

(2. 28) M trên màn quan

sát. +Điều kiện đại cự

?2. Điều kiện cực (với ) đại, cực tiểu giao

thoa là gì? Ta thấy những điểm cho vân sáng trên màn cách H một số

nửa nguyên lần khoảng vân.

+ Điều kiện cực tiểu ?3 Có thể nhận

xét gì về vị trí (với )

vân sáng vân tối Ta thấy những điểm cho vân tối trên màn cách H một số

trên màn. nguyên lần khoảng vân.

Đặc biệt tại H là vân tối đầu tiên (k’=0) mặ dù SH = S’H

3. Tính bước sóng ánh sáng.

- Giữa 26 vạch sáng liên tiếp có 25 khoảng vân nên ta có:

- ƣớc sóng:

iii) Bài tập tự giải.

v o gƣơng L i (hình 2.29). Hỏi tại

Bài 19: Ngƣời ta chiếu nh s ng đơn sắ ó ƣớc

E M

điểm M trên màn quan sát sẽ quan sát đƣợc vân sáng

hay vân tối.

S S’

Cho

, SI=IM,

Hình 2.29.

ĐS: Vân sáng

sóng

e) Giao thoa với màng mỏng, nêm

i) Tóm tắt lí thuyết và công thức [8, tr. 24-26]

Tại sao nhìn vào bề mặt của các váng dầu mỡ, bong bóng xà phòng, ta

thƣờng thấy có những quầng màu rực rỡ? Có thể giải thích bằng hiện tƣợng tán sắc

hay giao thoa ánh sáng?

Đó l những vân giao thoa trên các bản mỏng. Các vân này chỉ xuất hiện trên

bề mặt các bản mỏng gọi là vân định xứ.

* Ta hãy giải thích sự giao thoa của các váng dầu với nh s ng đơn sắc. Coi

váng dầu tƣơng tự bản mặt song song.

Một vùng rất nhỏ qu nh điểm C coi

nhƣ một bản mặt song song có bề dày d. Các

tia tới 1 v 2 oi nhƣ song song với nhau,

góc tới l i. H i ti đi v o mắt oi nhƣ trùng

nhau (Hình 2.30)

Hình 2.30. Giao thoa qua bản mỏng

Xét h i ti đơn sắc SABCR (1) và

SCR (2), hiệu quang trình giữa hai tia là:

(1)

Trong đó, sóng phản xạ trên tại C ngƣợc pha với sóng tới nên bị lệch nử ƣớc sóng.

(2)

(3)

The định luật khúc xạ

(4)

Mặt khác: (5)

Từ (1), (2), (3), (4), (5).

(2.29)

+ Nếu thì tại C có cự đại giao thoa.

+ Nếu thì tại C có cực tiểu giao thoa.

* Bây giờ nếu coi váng dầu không bằng phẳng thì khi th đổi điểm quan sát

C bề dày d và góc tới i sẽ th đổi chậm, do đó vùng ự đại giao thoa chiếm một

khoảng tƣơng đối rộng

* Áp dụng hai mặt phẳng lí tƣởng giao nhau (tạo thành nêm hình 2.31) thì

cự đại giao thoa có dạng dải sáng màu nằm song song với cạnh nêm, xen kẽ là các

các vạch tối tƣơng ứng với cực tiểu giao thoa h đều nhau một h đều đặn.

Nếu qu n s t theo phƣơng vu ng gó với cạnh

nêm thì khoảng cách giữa hai vân tối liên tiếp là:

Hình 2.31

(2.30)

Biết v n, đo đƣợc l sẽ tính đƣợc . Đâ l

một phƣơng ph p thƣờng dùng để x định góc nhỏ

giữa hai mặt của các lớp mỏng.

Nếu nguồn phát ra ánh sáng trắng thì trên mặt nêm sé xuất hiện những màu

sặc sỡ tƣơng đối rộng. Do đó ản mỏng là dụng cụ tiện lợi cho việc nghiên cứu

màu sắc ánh sáng.

ii) Bài tập có hướng dẫn

Ví dụ 11. 1. Nhìn váng dầu trên mặt nƣớc với các góc nhìn khác nhau ta thấy váng

dầu có những màu khác nhau. Vận dụng kiến thức giao thoa với màng mỏng hãy

giải thích hiện tƣợng trên.

2. Nếu nhìn một váng dầu trên mặt nƣớ theo phƣơng gần là là mặt nƣớc thì thấy

váng dầu ó m u tro x m. Tăng dần góc giữ phƣơng nhìn với mặt nƣớc, ta thấy:

- Nếu nhìn theo phƣơng l m với mặt nƣớc góc 30°, váng dầu có màu da cam

sẫm ( )

- Nếu nhìn theo phƣơng l m với mặt nƣớc góc 60°, váng dầu ó m u đỏ

( ).

Xá định bề dày của váng dầu và chiết suất của dầu.

Luận giải Câu hỏi gợi ý

1. Giải thích hiện tượng. NL hiểu vấn đề:

Hình 2.32

Xảy ra hiện Màu sắc ta quan sát thấy tƣợng giao thoa trên váng dầu là những cự đại của chùm tia sáng giao thoa của các sóng ánh sáng phản xạ hai lần ở phản xạ ở mặt trên và mặt dƣới mặt trên và mặt của váng dầu (Hình 2.32). dƣới của váng

Chùm sáng Mặt Trời từ rất dầu mỡ.

x nên t oi nhƣ hùm s ng song song. Xét một chùm tia rất

hẹp đến bản mỏng SI, ta có một phần hùm s ng đƣợc phản

xạ ở mặt trên của váng dầu tạ K, một phần phản xạ ở mặt NL suy luận lôgic

dƣới tại J rồi gặp nhau, giao nhau tại K. Vì IK rất nhỏ nên có GQVĐ định tính

thể oi nhƣ mặt trên và mặt dƣới của bản tại đó song song

với nhau. Chùm tia phản xạ KR đi theo một phƣơng v o mắt

ngƣời quan sát.

Do với mỗi nh s ng đơn sắ kh nh u thì ƣớc sóng

khác nhau nên hiệu đƣờng đi khác

nhau. Vì vậy ứng với nh s ng đơn sắc muốn quan sát

đƣợc vân sáng thì góc nhìn của mắt ũng phải khác nhau.

2. Tính bề dày và chiết suất của váng dầu. NL sử dụng công

- Ta có hiệu đƣờng đi đƣợc tính theo công thức (2.29) thức hiệu đƣờng

đi ủa hiện tƣợng

giao thoa do

- Điều kiện cự đại giao thoa củ ƣớc sóng thỏa mãn: mảng mỏng.

- Vân s ng đầu tiên qu n s t đƣợc khi k= 0 nên

- Khi nhìn theo phƣơng l l mặt nƣớc thì từ đó

ta có thể biến đổi

?2 Giải thích khi

nhìn là là mặt - Ta thấy khi nhìn là là mặt phân cách thì hiệu đƣờng đi nƣớc ta quan sát

với mọi nh s ng đơn sắ . T kh ng qu n s t đƣợc hệ đƣợc vân tối.

vân giao thoa thỏa mãn với yêu cầu đề bài.

- Khi qu n s t đƣợc cự đại ánh sáng da cam có

ƣớc sóng ta có:

?3 Lập phƣơng

(1) trình khi nhìn

thấy vân màu qu n s t đƣợc cự đại nh s ng đỏ ó ƣớc - Khi

cam và tia màu sóng ta có:

đỏ.

(2)

Giải hệ (1) v (2) t đƣợc:

* Biện luận, đề xuất vấn đề mới

Trong thực tế húng t òn qu n s t đƣợc những màu sắc sặc sỡ khi nhìn vào

bong bóng xà phòng hoặc chồng hai tấm kính phẳng lên nhau. Hiện tƣợng đó ũng

xuất phát từ hiện tƣợng giao thoa màng mỏng và nêm.

(2)

(1)

iii) Bài tập tự giải

Bài 20. [4, tr. 22] Hai bản thủ tinh, đặt song song, cách

nhau một lớp không khí mỏng bề dày d. Mặt trong của

hai tấm thủ tinh đƣợc phủ một lớp kim loại rất mỏng.

Chùm tia sáng chiếu tới húng theo phƣơng

vuông góc sẽ có một phần đƣợc phản xạ giữa hai mặt

trong nhƣ hình 2.33. Hãy tính ba giá trị đầu của lớp

Hình 2.33

kh ng khí để sự giao thoa giữa hai tia phản xạ (1) và (2)

ĐS: a) d cho vân sáng:

. Ba giá trị nhỏ nhất: 0, 300nm, 600nm

b) d cho vân tối:

. Ba giá trị nhỏ nhất: 150nm, 450nm, 750nm

a) Cho vân sáng b) Cho vân tối.

Tiểu kết chƣơng 2

Nhƣ vậy, căn ứ vào nội dung mục tiêu kiến thứ hƣơng sóng nh s ng Vật

lí 12 THPT, ăn ứ v o ơ sở lí luận về dạy giải bài tập vật lí nhằm bồi dƣỡng NL

GQVĐ, trong hƣơng 2 n chúng tôi đã nghiên ứu những vấn đề s u đâ :

Đã phân tí h mụ tiêu hƣơng sóng nh s ng theo huẩn kiến thức – kỹ năng

trong hƣơng trình, từ đó thiết kế sơ đồ hệ thống bài tập hƣơng sóng nh s ng trên

ơ sở bồi dƣỡng HSG THPT.

Đã xâ dựng hệ thống bài tập hƣơng sóng nh s ng vật lí 12 bao gồm hệ

thống kiến thức, bài tập ó hƣớng dẫn (gồm 11 ví dụ) và bài tập tự giải gồm 20 bài.

Trong đó phần bài tập ó hƣớng dẫn đƣợ ngƣời dạ hƣớng dẫn HS thông qua hệ

thống các câu hỏi gợi ý nhằm giúp HS phát hiện vấn đề của bài toán, từ đó xâ

dựng chiến thuật giải cho từng bài. Sau mỗi ví dụ là phần nhận xét hoặc phát triển

vấn đề, gợi mở vấn đề mới mà phần bài tập tự giải HS sẽ phải tự tìm tòi giải quyết.

Phần bài tập tự giải vừa giúp HS nâng cao kỹ năng kỹ xảo, vừa giúp HS rèn luyện

năng lự tƣ du v v hạm với hiện tƣợng vật lí mới nhằm giúp các em tự phát

hiện ra vấn đề khác so với bài tập đã giải, từ đó m HS ũng hứng thú với việc tự

học, tự bồi dƣỡng.

CHƢƠNG 3. THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM

3.1. Mục đích của thực nghiệm sƣ phạm

Đánh giá tính khả thi, tính phù hợp và hiệu quả của sử dụng hệ thống bài tập

chương sóng ánh sáng Vật lí 12 nhằm bồi dưỡng NL GQVĐ cho HS giỏi.

3.2. Nhiệm vụ của thực nghiệm sƣ phạm

Chọn đối tƣợng để tổ chức thực nghiệm sƣ phạm: Hai nhóm HSG Vật lí 12,

Trƣờng THPT Tô Hiến Thành - N m Định có kết quả học tập môn Vật lí tƣơng ứng

nhƣ nh u:

Bảng 3.1. Bảng thông tin về học sinh thực nghiệm TN) và đối chứng ĐC)

Thông tin Sĩ số Điểm TB kiểm tra Khoảng điểm

Nhóm TN 20 7,12 Từ 6,0 đến 8,0

Nhóm ĐC 20 7,15 Từ 6,0 đến 8,0

Nội dung bài tập thực nghiệm: Hệ thống bài tập đã đƣợc xây dựng trong hƣơng

2 của luận văn.

Chuẩn bị bài kiểm tra, đ nh gi v kết quả: Một đề kiểm tra (xem phụ lục 1)

Điều tra ý kiến, nhận xét của GV và HS về hiệu quả hệ thống bài tập đã xâ

dựng.

Thực nghiệm dạy học ở lớp TN và lớp ĐC: Lớp TN dạy hệ thống bài tập

trong hƣơng 2 đã xâ dựng, lớp ĐC dạy hệ thống bài tập khác, chúng tôi tiến hành

cho HS làm bài kiểm tra trong thời gian 60 phút, đem kết quả kiểm tra so sánh và

đ nh gi tính khả thi của hệ thống bài tập.

3.3. Phƣơng pháp xử lí kết quả thực nghiệm sƣ phạm

3.3.1. Đánh giá NL GQVĐ theo tiêu chí Rubric [1, tr. 65-67]

Rubric chính là bảng th ng điểm chi tiết mô tả đầ đủ tiêu hí m ngƣời

học cần phải đạt đƣợc. Nó là một công cụ đ nh gi hính x mứ độ đạt chuẩn của

HS và cung cấp thông tin phản hồi để HS tiến bộ không ngừng. Một tiêu chí tốt cần

ó đặ trƣng: Đƣợc phát biểu rõ ràng; Ngắn gọn; Qu n s t đƣợc; Mô tả hành vi;

Đƣợc viết sao cho HS hiểu đƣợ . Hơn nữa phải chắc chắn rằng mỗi tiêu chí là riêng

biệt, đặ trƣng ho dấu hiệu của bài kiểm tra.

Nội dung của Rubric là một tập hợp các tiêu chí liên hệ với mục tiêu học tập

v đƣợc sử dụng để đ nh gi hoặc thông báo về sản phẩm, NL thực hiện hoặc quá

trình thực hiện nhiệm vụ học tập.

Rubric bao gồm một hoặc nhiều khía cạnh, các khía cạnh đƣợc gọi là tiêu chí,

th ng đ nh gi đƣợc gọi là mứ độ v định nghĩ đƣợc gọi là thông tin mô tả. Nên

giới hạn số tiêu chí và .

Tác giả Jennifer Do ktor đã xâ dựng Rubric cho bài tập vật lí gồm 5 tiêu chí.

+ Diễn đạt đầ đủ (sử dụng ngôn ngữ vật lí để diễn tả hiện tƣợng vật lí, có

thể là hình vẽ)

+ Con đƣờng tiếp cận vật lí (h phƣơng ph p giải bài tập vật lí)

+ Vận dụng cụ thể của vật lí (Sử dụng các công thứ , định lí, định luật vật lí

có phù hợp hay không)

+ Quá trình tính toán (tính toán xử lí số liệu ó đơn giản, hính x v đến

kết quả cuối cùng)

+ Tiến trình chung logic (hay tiến trình giải bài)

Mứ độ đ nh gi theo từng tiêu chí thể hiện trong bảng 3.2

Mức độ

Bảng 3.2. Bảng Rubric cho bài tập vật lí của Jennifer Docktor

5 4 3 2 1 0

Tiêu chí

1. Diễn Mô tả Mô tả Một số Hầu hết Toàn bộ Lời giải

tả hữu hữu ích, hữu ích phần mô mô tả là mô tả không

ích phù hợp nhƣng tả không không không chứa

v đầy đủ chứa hữu ích, hữu ích hữu ích đựng một

đựng lỗi chứa chứa hoặc chứa mô tả nào

nhỏ đựng đựng đựng cần thiết

nhiều lỗi nhiều lỗi nhiều lỗi

2. Con Phƣơng Phƣơng Một vài Hầu hết Tất cả các Phƣơng

đƣờng pháp giải pháp giải khái niệm phƣơng nguyên pháp giải

tiếp cận hợp lí và hợp lí và pháp giải tắ đƣợc hoàn toàn

vật lí đầ đủ nhƣng nguyên là thiếu chọn là không

chứa tắc của xót và không cần thiết

đựng lỗi phƣơng không phù hợp cho bài

nhỏ pháp giải phù hợp toán hoặc

cho HS là thiếu

xót và

không

phù hợp

3. Vận Áp dụng Áp dụng Một số Hầu hết Toàn bộ Lời giải

dụng cụ cụ thể cụ thể của phần áp các phần áp dụng không chỉ

thể của của vật lí vật lí có dụng của của vật lí cụ thê của ra áp

vật lí là phù vài lỗi vật lí thiếu xót, vật lí là dụng cụ

hợp và nhỏ thiếu xót, và chứa không thể của

đầ đủ chứa vài lỗi phù hợp vật lí

lỗi và chứa

lỗi

4. Quá Quá trình Quá trình Một số Hầu hết Toàn bộ Không có

trình tính tính toán tính toán phần tính các phần phần tính bằng

toán phù hợp phù họp toán thiếu tính toán toán thiếu chứng

v đầ đủ nhƣng xót và thiếu xót xót và quá trình

chứa vài chứa vài và chứa chứa lỗi tính toán

lỗi lỗi lỗi vào

100

chúng là

cần thiết

5. Tiến Toàn bộ Bài giải Một số Hầu hết Toàn bộ Không có

trình bài giải đúng phần của bài giải pphanr bằng

chung rõ ràng, trọng tâm bài giải không rõ bài giải chứng về

lôgic và chứa không rõ ràng, không rõ quá trình đúng

trọng những lỗi ràng, không ràng, tính toán

tâm, kết nhỏ không đúng không hợp lí và

cấu hợp lí đúng trọng đúng chúng là

trọng tâm tâm, mâu trọng tâm cần thiết

và mâu thuẫn và mâu

thuẫn thuẫn

* Một số lƣu ý khi sử dụng Rubric

- GV nên x định tiêu chí cùng HS

- Việc lựa chọn tiêu hí n o đƣ v o Ru ric phụ thuộ v o mong đợi của HS

và mục tiêu củ đ nh gi .

- Rubric cần thể hiện rõ chứ năng, kh ng những đ nh gi kiến thức kỹ năng

m òn đ nh gi NL thực hiện và các NL khác nhau của HS.

Từ bảng đ nh gi theo tiêu hí, khi đ nh gi kết quả TNSP, chúng tôi xây

dựng bảng tiêu chí và các mứ độ nhằm đ nh gi NL GQVĐ ho HS trong đề kiểm

tra tự luận (xem phụ lục 1). Chấm bài kiểm tra rồi đem xử lí thống kê toán học.

3.3.2. Xử lí kết quả theo phương pháp thống kê toán học.

C ƣớc xử lí kết quả TNSP theo phƣơng ph p thống kê toán học.

ƣớc 1. Lập các bảng tần số, tần suất, tần suất lũ tí h

ƣớc 2. Vẽ đồ thị đƣờng lũ tí h.

ƣớc 3. Lập bảng tổng hợp phân loại kết quả học tập.

ƣớc 4. Tính các tham số thống kê đặ trƣng.

101

a) Tính trung bình cộng:

; N: Số HS tham gia thực nghiệm

ni : tần số của các giá trị ) Phƣơng s i S2 v độ lệch chuẩn S

Phƣơng s i S2 l đại lƣợng dung để đ nh gi mứ độ phân tán hay tập trung

các giá trị của biến ngẫu nhiên Xi chung quanh giá trị trung bình

Độ lệch chuẩn S l đại lƣợng biểu thị mứ độ phân tán của các số liệu quanh

giá trị trung bình của mẫu:

c) Hệ số biến thiên V: để so sánh độ phân t n trong trƣờng hợp 2 bảng phân phối có

giá trị trung bình cộng khác nhau hoặc 2 mẫu có quy mô rất khác nhau.

+ Nếu V trong khoảng 0 - 10%: Độ d o động nhỏ nên độ tin cậy cao.

+ Nếu V trong khoảng 10 - 30%: Độ d o động trung bình.

+ Nếu V trong khoảng 30 - 100%: Độ d o động lớn nên kh ng đ ng tin ậy

d) Tần suất và tần suất tí h lũ

Tần suất để X=Xi tức là xác suất để họ sinh đạt điểm Xi đƣợ x định bởi

công thức:

Tần suất tí h lũ l x c suất họ sinh ó điểm nhỏ hơn hoặc bằng Xi đƣợ x định

bởi công thức:

với nj là số bài kiểm tr đạt điểm nhỏ hơn hoặc bằng Xi.

102

3.4. Kết quả thực nghiệm sƣ phạm

3.4.1. Kết quả theo thang tiêu chí Rubric

Phân tích kết quả của bài kiểm tr , đối chiếu kỹ năng sử dụng công thức, kỹ

năng tính to n, trình diễn đạt vấn đề, quá trình chung lôgic của HS so sánh với

đ p n theo từng ƣớc phát hiện và giải quyết vấn đề m húng t i đã xâ dựng

(xem phụ lục 1), húng t i thu đƣợc bảng thống kê với 5 tiêu chí và 4 mức độ nhƣ

Bảng 3.3. Thống kê số HS hoàn thành các tiêu chí Rubric kiểm tra tự luận.

3 (2 điểm) 2 (1 điểm) 1(0,5điểm) 0(0 điểm)

(Phù hợp và

(Phù hợp

(Không

Mứ độ

đầy đủ)

nhƣng có

nhƣng có lỗi

phù hợp)

lỗi nhỏ)

lớn)

Tiêu chí TN ĐC TN ĐC TN ĐC TN ĐC

1. Diễn tả hữu ích

(hiểu vấn đề) 20 18 0 2 0 0 0 0

2. Con đƣờng tiếp cận vật lí

(đề xuất giải pháp) 18 15 2 4 0 1 0 0

3. Vận dụng cụ thể của vật lí

(công thứ , định luật, định lí) 19 15 1 4 0 1 0 0

4. Quá trình tính toán

7 (xử lí số liệu, đ p n) 7 5 8 3 3 3 4

5. Tiến trình chung lôgic

8 (lời giải chặt chẽ, lôgic, ó đề 6 5 6 3 5 3 4

xuất vấn đề mới)

3.4.2. Kết quả thống kê điểm số

S u khi thống kê theo tiêu hí Ru ri , húng t i tiến h nh hấm điểm ho

103

từng i theo th ng điểm 10, chúng t i thu đƣợ kết quả về điểm số nhƣ s u.

Bảng 3.4. Kết quả bài kiểm tra

Điểm Lớp

N 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

20 0 0 0 0 0 2 3 5 6 3 1 7,4 TN

20 0 0 0 0 2 3 4 6 4 1 0 6,5

ĐC

Bảng 3.5. Phân phối tần số, tần suất và tần suất luỹ tích bài kiểm tra

% HS đạt điểm Xi trở % HS đạt điểm Xi xuống (Tần suất tích Số HS đạt điểm Xi (Tần suất Wi %) Điểm Xi lũ Wj %)

TN ĐC TN ĐC TN ĐC

0 0 0 0 0 0 0

1 0 0 0 0 0 0

2 0 0 0 0 0 0

3 0 0 0 0 0 0

4 0 2 10 0 10 0

5 2 3 15 10 25 10

6 3 4 20 25 45 15

7 5 6 30 50 75 25

8 6 4 20 80 95 30

9 3 1 5 95 100 15

10 1 0 0 100 100 5

Bảng 3.6. Bảng giá trị các tham số đặc trưng.

Tham số

Đối tƣợng

104

7,4 1,83 1,35 18,24 Nhóm TN

6,5 1,95 1,40 21.54 Nhóm ĐC

Dƣới đâ l đƣờng phân bố tần suất v đƣờng phân bố tần suất tí h lũ hội tụ

lùi.

3.5. Đánh giá kết quả thực nghiệm sƣ phạm

105

3.5.1. Đánh giá định tính

Căn ứ vào hoạt động dạy học, quan sát hành vi hứng thú, tính kiên trì bền bỉ

của HS trong suốt quá trình lên lớp chúng tôi nhận thấy:

Về hành vi, hứng thú trong học tập: n đầu khi nhắc lại kiến thứ ơ ản

phần lí thuyết, HS òn hƣ hiểu rõ lí thuyết, chẳng hạn nhƣ về hiện tƣợng tán sắc

ánh sáng, HS mới chỉ biết sơ lƣợc hiện tƣợng tán sắ nh s ng nhƣ SGK m hƣ

có kiến thức về tán sắ qu lƣỡng chất phẳng hay thấu kính hoặc giải thích hiện

tƣợng thực tế. Tu nhiên khi đặt vấn đề mở rộng thêm hiện tƣợng tán sắc ánh sáng

thì các em hào hứng, tích cực học tập tìm tòi GQVĐ. Hoặc khi giải bài tập về giao

thoa ánh sáng, nếu chỉ dừng lại ở bài toán tìm khoảng vân hay số vân sáng hay vân

tối thì có HS hỏi rằng “Tính đi tính lại để l m gì” v nản chí. Tuy nhiên về mặt tƣ

duy thì những i to n nhƣ vậy thật sự ó ý nghĩ ho việc rèn luyện th o t tƣ

du , nhƣng khi HS đƣợc biết một số ứng dụng quan trọng của bài toán giao thoa

nh s ng nhƣ đo ƣớc sóng ánh sáng bằng phƣơng ph p gi o tho hoặ đo hiết

suất củ m i trƣờng trong suốt h tính to n đƣợc với bài toán vết loang dầu mỡ thì

bài toán trở nên hấp dẫn và làm cho các em thích học và cảm thấy việc giải bài tập

vật lí thật sự ó ý nghĩ kho học và thực tiễn. Qu điều tra khảo sát thì chúng tôi

nhận thấ đ số HS hứng thú với các bài tập có tính thực tiễn.

Về năng lực tư duy GQVĐ: Trong khi giải quyết vấn đề của bài toán vật lí,

HS ũng gặp kh ng ít khó khăn nhƣ l đọ đề i xong nhƣng kh ng iết bắt

đầu xuất phát giải toán từ đâu, nhƣng khi ó sự gợi ý của GV bằng hệ thống câu hỏi

thì ƣớc giải toán cứ đƣợc hé mở dần. Bằng việ hƣớng dẫn HS lập sơ đồ giải

toán, GV dạ ho HS phƣơng ph p giải bài tập bằng cách lập sơ đồ cho từng bài

toán cụ thể. Từ đó, húng t i nhận thấy rằng HS càng tích cực giải bài tập hơn đặc

biệt là HS biết tìm “điểm then chốt” để giải toán. Sự phát hiện r “điểm then chốt”

của bài toán là yếu tố đầu tiên và quan trọng nhất giúp HS GQVĐ ủa bài toán.

Về hoạt động tự học: Chúng t i ũng nhận thấy rằng, những HS khác nhau có

ƣớ tƣ du về cùng một bài toán không hoàn toàn giống nhau. Ở đâ húng tôi

106

ũng nhấn mạnh yếu tố cá thể và sự hoạt động độc lập trong quá trình giải toán.

Chính vì thế hệ thống bài tập tự giải là một phần quan trọng để HS tự rèn luyện kỹ

năng kỹ xảo v th o t tƣ du góp phần bồi dƣỡng NL GQVĐ. Sự hiệu quả

của hệ thống bài tập tự giải thể hiện ở chỗ HS tích cực trong hoạt động tự học, tự

giải bài tập mỗi khi đƣợc GV giao bài về nh , phƣơng n giải bài tập và kết quả

bài tập về nhà của HS.

Căn cứ kết quả điều tra GV: ó đ số GV cho rằng ngƣời soạn đã thiết kế hệ

thống bài tập hƣơng song nh s ng, nhiệm vụ học tập phù hợp với nội dung dành

ho HSG, trong đó đảm bảo tính thiết thực, hiệu quả và khả thi, ó độ phân hóa

giữ đối tƣợng HS, những câu hỏi gợi ý ũng giúp HS lập đƣợ sơ đồ chiến

thuật giải toán làm tiền đề góp phần bồi dƣỡng NL GQVĐ ho HSG.

Căn cứ kết quả phiếu điều tra HS: Chúng t i đã thu đƣợc 20 phiếu phản hồi

từ HS sau khi tiến hành thực nghiệm sƣ phạm húng t i thu đƣợc bảng s u đâ

Bảng 3.7. Bảng thông tin điều tra HS về hệ thống bài tập chương sóng ánh sáng.

Ý kiến của HS về việc học hệ thống bài tập hƣơng sóng nh Số HS Tỉ lệ % sáng nhằm bồi dƣỡng NL GQVĐ ho HSG

8 40 Rất thích

8 40 Thích

4 20 ình thƣờng

0 0 Không thích

3.5.2. Đánh giá định lượng

* Đánh giá chung về NL GQVĐ theo tiêu chí Rubric: Nhìn bảng số liệu chúng tôi

thấy rằng, kết quả số HS thực hiện được các tiêu chí ở lớp TN cao hơn lớp ĐC. Đ

số HS của lớp TN v ĐC đều ho n th nh 3 tiêu hí đầu tiên tốt ở cả ba bài tập của

đề kiểm tra. Hai tiêu chí còn lại có số HS hoàn thành phù hợp v đầ đủ có hạn chế.

Quan sát lại bài kiểm tra thì chúng tôi thấy rằng, những HS hoàn thành tiêu chí 4 và

107

5 bị mắc lỗi đều ở ý 2 của bài tập 1 và ở bài tập 2 trong phần tính toán ra kết quả

cuối ùng. Điều n ũng dễ hiểu vì đâ l i to n ngƣợ đòi hỏi tƣ du v độ

chính xác cao.

Với ý 2 của bài tập 1: Phần lớn HS lập luận và chứng minh đƣợc chùm ló là chùm

song song v x định đƣợ đại lƣợng cần tìm, tuy nhiên khi tính toán lại có phần

lúng túng trong tƣ du to n học.

Với bài tập 2: chúng tôi thấy rằng, đ số HS giải đƣợ ƣớ đầu tiên: x định đƣợc

điều kiện trùng nhau củ 3 nh s ng đơn sắc và cho ra tỉ số

, nhƣng đến khi khai thác dữ kiện “trong khoảng giữ

h i vân s ng liên tiếp ó m u giống vân trung tâm t thấ ó h i vạ h s ng l sự

trùng nh u ủ h i vân s ng ủ v , ốn vạ h s ng l sự trùng nh u ủ h i

vân s ng ủ v ” thì có một số HS gặp khó khăn ở cả lớp TN và lớp ĐC.

* Đánh giá dựa vào thống kê toán học.

Kết quả thực nghiệm sư phạm: Dựa trên các kết quả TNSP và thông qua việc

xử lý số liệu thực nghiệm thu đƣợc, chúng tôi nhận thấy chất lƣợng học tập của HS

ở các lớp TN o hơn ở các lớp ĐC. Điều n đƣợc thể hiện ở mục 3.4 cụ thể nhƣ

Đường phân bố tần suất lệch sang bên phải, trong đó số HS đạt điểm khá

giỏi của lớp TN nhiều hơn lớp ĐC thể hiện ở đồ thị 3.1, điều này chứng tỏ chất

lƣợng lớp TN tốt hơn su r NL GQVĐ ủa HS của lớp TN tốt hơn lớp ĐC.

Đồ thị các đường lũy tích của lớp TN nằm bên phải v phí dƣới đƣờng

luỹ tích của lớp ĐC (Đồ thị 3.2), điều đó ho thấy chất lƣợng học tập của các lớp

TN tốt hơn lớp ĐC.

Các tham số đặ trƣng:

Điểm trung bình ở lớp TN l 7,4 o hơn lớp ĐC l 6,5 (Bảng 3.4) chứng

tỏ HS các lớp TN nắm vững và vận dụng kiến thức, kỹ năng tốt hơn HS lớp ĐC.

Độ lệch chuẩn S ở lớp TN nhỏ hơn ở lớp ĐC, hứng tỏ số liệu của lớp TN ít

108

phân t n hơn so với lớp ĐC (Bảng 3.6).

Hệ số biến thiên V của lớp TN nhỏ hơn lớp ĐC (Bảng 3.6) đã hứng minh độ phân

tán quanh giá trị trung bình cộng của lớp TN nhỏ hơn, tức là chất lƣợng lớp TN đồng đều

hơn lớp ĐC. Mặt khác, giá trị V thực nghiệm đều nằm trong khoảng từ 10% đến

20% ( ó độ d o động thấp). Do vậy, kết quả thu đƣợc rất đ ng tin ậy.

Tiểu kết chƣơng 3

Trong hƣơng n húng t i đã tiến hành thực nghiệm sƣ phạm và xử lí kết

quả thực nghiệm theo PP thống kê toán học v đ nh gi theo tiêu chí Rubric. Theo

kết quả củ phƣơng n thực nghiệm giúp húng t i ƣớ đầu có thể kết luận rằng

HS ở lớp TN có kết quả o hơn ở lớp ĐC đồng nghĩ với NL GQVĐ ở lớp TN tốt

hơn lớp ĐC

Kết quả điều tra ý kiến của HSG cho thấ đ số em đều hứng thú khi học

hệ thống bài tập và đặc biệt với bài toán vật lí gắn với hiện tƣợng thực tiễn. Việc tạo

đƣợc hứng thú học tập cho HSG làm tiền đề để kh i th tính tò mò su nghĩ ó

tƣởng tƣợng phong phú, góp phần vào việc bồi dƣỡng năng lực phát hiện v GQVĐ

cho HS.

Kết quả điều tra ý kiến củ GV ũng thấy rằng: Hệ thống bài tập cụ thể cho

từng hƣơng phần là rất quan trọng trong hoạt động dạy học bài tập vật lí và còn

quan trọng hơn là xây dựng đƣợc hệ thống bài tập kí h thí h đƣợc trí tò mò ham

hiểu biết của họ sinh đặc biệt l đối tƣợng HSG. Hệ thống bài tập càng sâu sắc và

đầ đủ thì HS càng có cái nhìn bao quát và toàn diện về môn họ hơn. HSG giải

quyết đƣợc những vấn đề khó khăn ủa bài tập vật lí ũng giúp em rèn lu ện ý

chí, nghị lực kiên trì trong hoạt động thực tiễn. Tiêu hí đ nh gi kết quả kiểm tra

Ru ri ũng đƣợ đ số giáo viên tán thành và cho rằng việ đ nh gi qu trình

trong hoạt động giải bài tập vật lí thì chi tiết, đầ đủ và sâu sắ hơn so với chỉ đ nh

giá bằng điểm số. Việc sử dụng tiêu hí Ru ri đ nh gi NL GQVĐ ủa HS sẽ đạt

hiệu quả không chỉ trong hoạt động giải bài tập vật lí mà còn có khả năng p dụng

109

cho những nội dung dạy học khác, môn học khác nữa.

110

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ

1. Kết luận

Sau một thời gian tiến hành tìm hiểu, nghiên cứu húng t i đã thực hiện các

nhiệm vụ đề ra, cụ thể là:

Đã tổng qu n ơ sở lí luận về bài tập vật lí, vai trò của bài tập vật lí trong dạy

học môn vật lí, phƣơng ph p giải bài tập vật lí v năng lực giải quyết vấn đề trong dạy

học bài tập vật lí có sự chi phối năng lự kh v ngƣợc lại.

Đã tiến h nh điều tra về thực trạng dạy học bài tập vật lí nói chung và bài tập

vật lí hƣơng sóng nh s ng nói riêng ở cả GV v HS h i trƣờng THPT Tô Hiến Thành

và Trung tâm GDTX Hải Cƣờng, Huyện Hải Hậu, Tỉnh N m Định và thấy rằng bài tập

vật lí gắn với năng lực giải quyết vấn đề củ HS l điều tất yếu nhƣng ít đƣợc GV và

HS chú trọng.

Đã ấu trúc lại nội dung bài tập hƣơng sóng nh s ng theo mục tiêu dành cho

đối tƣợng HSG. Từ đó xâ dựng hệ thống bài tập hƣơng sóng ánh sáng nhằm bồi

dƣỡng NL GQVĐ ho HSG. Trong đó ó i tập vừ đ p ứng yêu cầu ghi nhớ

kiến thức, vừa rèn luyện kỹ năng kỹ xảo. Sự thành thạo trong th o t tƣ du sẽ dẫn

đến ngƣời học trở nên ó NL để giải quyết các vấn đề của bài họ ũng nhƣ trong thực

tiễn.

Đã tiến hành thực nghiệm sƣ phạm hệ thống bài tập đã xâ dựng tại Trƣờng

THPT Tô Hiến Thành - N m Định. Kết quả thực nghiệm sƣ phạm đã đƣợc đ nh gi

theo thang tiêu chí Rubric và xử lí theo phƣơng ph p thống kê toán học trong đó thu

đƣợc kết quả ở lớp TN o hơn lớp ĐC. Kết quả nghiên cứu đã lãnh đạo nh trƣờng

lƣu trữ là sáng kiến kinh nghiệm tại trƣờng v đề nghị làm sáng kiến kinh nghiệm cấp

sở trong năm học tới.

Kết quả thực nghiệm sƣ phạm chứng tỏ đề tài “Xây dựng và hướng dẫn giải

hệ thống bài tập chương sóng ánh sáng vật lí 12 nhằm bồi dưỡng năng lực giải

111

quyết vấn đề cho học sinh giỏi” là cần thiết, góp phần nâng cao khả năng nhận thức,

năng lự tƣ du ũng nhƣ rèn lu ện kỹ năng kỹ xảo, tính tích cực, tự gi , độc lập và

sáng tạo trong học tập góp phần bồi dƣỡng NL GQVĐ của HSG.

Riêng đối với bản thân t i ũng sáng tỏ hơn nhiều kiến thức về lí luận

phƣơng ph p dạy học bài tâp vật lí, những ơ sở lí luận về năng lực học tập của HS

và biện pháp bồi dƣỡng NL GQVĐ ho HS.

2. Khuyến nghị

Qua quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài chúng tôi có một vài khuyến

nghị:

1. Có nhiều cách thứ để xây dựng hệ thống bài tập vì thế không nên tuyệt

đối hóa một hệ thống bài tập n o đó. Tùy thuộc từng yêu cầu v đối tƣợng học sinh

mà chúng ta nên có những hệ thống bài tập vật lí sao cho phù hợp v đạt hiệu quả.

2. Dạy họ định hƣớng phát triển năng lực là một vấn đề mới và cần nghiên

cứu nhiều hơn nữa. Làm sao cho kiến thức mà học sinh họ đƣợc có ích cuộc sống

và sự phát triển củ đất nƣớc.

3. Đ nh giá NL nói chung và NL GQVĐ nói riêng nên áp dụng phƣơng ph p

đ nh gi theo tiêu hí Ru ri . Phƣơng ph p n ó thể giúp húng t đ nh gi kết

quả của HS toàn diện hơn.

Trên đâ l những nghiên cứu của tôi về mảng đề tài này, chắc chắn không

thể tránh đƣợc những thiếu sót. Tôi kính mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp

112

của các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp để tiếp tục phát triển đề tài.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Bộ Giáo Dục và Đào Tạo. Tài liệu hướng dẫn dạy học và kiểm tra đánh giá định

hướng phát triển NL cho HS. Hà Nội, 2014

2. Phạm Kim Chung. Bài giảng chuyên đề phương pháp dạy học Vật lý. Đại học

Giáo dục, 2011.

3. Nguyễn Phú Đồng (Chủ biên). Bồi dưỡng HS giỏi Vật lí 12, tập 3 quang lí và

vật lí hạt nhân. Nxb tổng hợp TP Hồ Chí Minh, 2012

4. Bùi Quang Hân - Đào Văn Cƣ - Hồ Văn Huyết - Nguyễn Thành Tƣơng. Giải

toán Vật lí, tập 3. Nx Gi o Dụ

5. Vũ Thanh Khiết (Chủ biên). 121 Bài toán quang lí và vật lí hạt nhân (T i ản

lần 3). Nx tổng hợp Đồng N i, 2005.

6. Vũ Thanh Khiết. Một số phương pháp chọn lọc giải các bài toán Vật lí sơ cấp,

tập 2. Nx Gi o Dụ ,1999.

7. Đỗ Thị Lần. Xây dựng hệ thống bài tập và hướng dẫn hoạt động giải bài tập

chương sóng ánh sáng, vật lý lớp 12, nhằm bồi dưỡng HS giỏi và phát huy năng khiếu vật lý của HS trung học phổ thông chuyên. ĐHGD, ĐHQG HN, 2012.

8. Vũ Quang. Bồi dưỡng HS giỏi trung học phổ thông Quang học 2. Nxb Giáo Dục

Việt Nam, 2009.

9. Nguyễn Đức Thâm (Chủ biên) – Nguyễn Ngọc Hƣng – Phạm Xuân Quế.

Phương pháp dạy học vật lí ở trường phổ thông. Nxb Đại học sƣ phạm, 2003.

10. Phạm Hữu Tòng. Bài tập về phương pháp dạy bài tập vật lí. Nxb Giáo dục.

11. Đỗ Hƣơng Trà. Các kiểu tổ chức dạy học hiện đại trong dạy học Vật lí ở

trường phổ thông. Nx Đại học Sƣ phạm, 2012.

12. https://vi.wikipedia.org/wiki/Cầu_vồng

113

13. Phạm Minh Hạc. Một số vấn đề tâm lí học, Nxb Giáo dục, Hà Nội 1992.

PHỤ LỤC

Phụ lục 1. ĐỀ KIỂM TRA VÀ ĐÁP ÁN

1. ĐỀ KIỂM TRA VẬT LÍ LỚP 12 CHƢƠNG SÓNG ÁNH SÁNG

Thời gian kiểm tra 60 phút, hình thức tự luận và trả lời theo từng tiêu chí)

Bài 1. (4 điểm) Một lăng kính ằng thủ tinh tiết diện thẳng l một t m gi

vu ng ân A C ân ở A, đƣợ đặt trong kh ng khí. Một ti s ng trắng rọi theo

phƣơng song song với đ C ủ lăng kính v đập v o mặt A tại điểm I tù ý.

Cho iết hiết suất ủ thủ tinh đối với nh s ng đỏ v nh s ng tím lần lƣợt l

,

, ạnh A = 10 m.

Chứng tỏ rằng mọi ti s ng đơn sắ đều ị phản xạ to n phần trên C.

Chứng minh rằng hùm ti ló song song với đ C ủ lăng kính. Tính ề rộng

hùm ló r khỏi lăng kính.

Bài 2. (4 điểm) Trong thí nghiệm gi o tho nh s ng với khe Y-âng, ngƣời t

dùng đồng thời nh s ng đơn sắ ó ƣớ sóng

,

= 560nm, = 420 nm

trong đó 560 nm < < 760 nm. Trên m n qu n s t trong khoảng giữ h i vân

s ng liên tiếp ó m u giống vân trung tâm t thấ ó h i vạ h s ng l sự trùng

nh u ủ h i vân s ng ủ

v

, ốn vạ h s ng l sự trùng nh u ủ h i vân

s ng ủ

v

. Tìm

.

Bài 3. (2 điểm) Chiết suất ủ một dung dị h x phòng l n = 1,38 đối với nh

sáng màu vàng

, ngƣời t qu n s t ti phản xạ theo hƣớng vu ng gó

với ti một m ng x phòng thì thấ nó trở nên tối đen. Giải thí h? Tính ề d

ủ lớp x phòng khi đó.

114

2. PHIẾU HƢỚNG DẪN TRẢ LỜI BÀI KIỂM TRA

MÔN........................

Thời gi n:............... ................................................

Họ v tên họ sinh: .................................................

Lớp .........................................................................

I. Phần i l m

1. Tiêu hí 1: Diễn tả vấn đề - Hiểu vấn đề (Em ghi rõ em hiểu vấn đề trong đề i nhƣ

thế n o, nêu rõ đâ l dạng i n o, dữ kiện đã ho l gì v i to n êu ầu gì)?

....................................................................................................................................

........ .................................................................................................................................

2. Tiêu hí 2: Con đƣờng tiếp ận vật lí - Giải ph p thự hiện (Em nêu rõ ƣớ v

những kiến thứ dùng để giải qu ết vấn đề trong đề i trên)?

....................................................................................................................................

........ .................................................................................................................................

3. Tiêu hí 3: Vận dụng ụ thể ủ vật lí (Em hã viết ng thứ hoặ định luật,

định lí vật lí sử dụng để giải i tập)?

....................................................................................................................................

........ .................................................................................................................................

4. Tiêu chí 4: Quá trình tính toán – Luận giải (Em hã trình lời giải hi tiết ho i

toán)?

....................................................................................................................................

........ .................................................................................................................................

5. Tiêu hí 5: Em nêu nhận xét về i l m ủ mình v hã nêu một v i vấn đề tƣơng

tự vấn đề trên v h giải qu ết nếu ó)?

....................................................................................................................................

.................................................................................................................................

115

3. ĐÁP ÁN – THANG ĐIỂM THEO TIÊU CHÍ

Điểm

theo

Tiêu

Nội dung đáp án

chí

tiêu chí

Hiểu và diễn đạt vấn đề: Ti s ng s u khi gặp A vừ ị t n sắ , vừ ị

Bài 1.

khú xạ về phí đ lăng kính. Ti khú xạ gặp mặt C ị phản xạ to n

Diễn

phần tại C rồi khú xạ lần thứ h i tại AC s u đó ló r ngo i

tả hữu

Vẽ hình m tả m u sắ hùm ló r khỏi lăng kính

ích

2. Con

Thứ tự xâ dựng thuật giải ủ i to n.

đƣờng

1. Tính gó khú xạ ủ ti đỏ v ti tím ở I

2. Tính gó giới hạn phản xạ to n phần ủ lăng kính

tiếp

3. Tính gó tới tại mặt đ C v hứng minh ti s ng ị phản xạ to n

ận

vật lí

phần ở J

4. Chứng minh hùm ló song song với hùm ti tới ( ó h i phƣơng n:

Dùng ngu ên lí thuận nghị h hiều tru ền nh s ng hoặ tính trự tiếp r

số đo ủ gó ló)

5. Tìm khoảng h d

Bước 1 và 2 có thể đảo chỗ cho nhau.

3.Vận C ng thứ định luật khú xạ nh s ng

116

dụng

;

ụ thể

C ng thứ điều kiện phản xạ to n phần

ủ

;

vật lí.

Ngu ên lí thuận nghị h hiều tru ền nh s ng.

Vận dụng to n: Hệ thứ lƣợng trong t m gi vu ng.

4. Quá

Gọi kí hiệu gó v điểm nhƣ hình vẽ:

trình

Góc giới hạn màu đỏ và màu tím:

tính

;

toán

Tại I ta có: Gó tới

- Gó khú xạ m u đỏ:

-Gó khú xạ màu tím:

Tại J ta có:

- Gó tới m u đỏ:

- Gó tới m u tím:

Vậy tất cả các ánh sáng đơn sắc khi gặp BC đều bị phản xạ toàn phần

M u sắ hùm s ng ló r khỏi lăng kính:

- Do sự đối xứng về ấu tạo ủ hệ v lăng kính l t m gi vu ng ân

nên theo ngu ên lí thuận nghị h ủ hiều tru ền nh s ng hùm ló ở mặt

AC song song với hùm ti tới. Do đó,

HS có thể tính toán cụ thể)

T ó độ rộng d ủ hùm ló đƣợ tính theo KdKt

117

Kẻ thêm hình v lấ điểm H, N, M t ó:

Do t m gi IHN vu ng tại H nên t ó

- Vì t m gi A C vu ng ân tại A nên IH = AC=10 m

- Vậ

5. Tiến

Phù hợp theo tiêu hí 4.

trình

Vấn đề mới: Điều gì sẽ xả r nếu dị h hu ển điểm tới I hoặ th đổi

logic

gó tới I

chung

M tả hiện tƣợng vật lí:

Bài 2

Xả r hiện tƣợng gi o tho ủ 3 nh s ng đơn sắ . Trong đó đã iết 2

Diễn

ứ xạ, tìm ứ xạ thứ nhất

tả hữu

ích

2. Con

1. Vận dụng điều kiện trùng nh u

đƣờng

2. Xử lí điều kiện trùng nh u ủ ứ xạ λ2 v λ3, tìm r gi trị ủ k2

tiếp

và k3 tƣơng ứng với vị trí trùng nh u ủ ả 3 ứ xạ.

ận

3. Xử lí điều kiện trùng nh u ủ λ2 v λ1, tìm gi trị ủ k1 v k 2 tƣơng

vật lí

ứng với 2 vạ h trùng nh u. Từ đó su r gi trị ủ ứ xạ òn lại λ1

Điều kiện trùng nh u ủ ả 3 ứ xạ: k1.λ1 = k2.λ2 = k3.λ3

dụng

Điều kiện trùng nh u ủ λ2 v λ3:

ụ thể

ủ

Điều kiện trùng nh u ủ ủ λ1 v λ2:

vật lí

Giải ất phƣơng trình kép

4. Quá

Để vân s ng trùng nh u tại M thì ƣớ sóng ủ th nh phần đơn

trình

sắ phải thỏ mãn k1.λ1 = k2.λ2 = k3.λ3

tính

Tại những vị trí m vân s ng ủ nh s ng λ2 trùng với nh s ng λ3 thì

118

3. Vận

toán

Vân s ng trung tâm l một vân trùng nh u ủ ả 3 th nh phần đơn sắ

ứng với k1 = k2 = k3 = 0 thì vị trí trùng nh u tiếp theo ủ ả 3 th nh phần

đơn sắ ứng k2 = 15

C vị trí trùng nh u ủ λ1 v λ2 thì

Giữ 2 vân trùng nh u liên tiếp ủ ả 3 th nh phần đơn sắ ó 2 vân

trùng nh u ủ λ1 v λ2 nên vị trí trùng nh u thứ 2 ủ ả 3 th nh phần

đơn sắ ứng với vân ậ 3(k1)min ủ λ1

Vì

và nên

Vây (k1)min = 4

Với (k1)min = 4 thì

Vậ λ1 = 0,7 μm.

5. Tiến

Phù hợp nhƣ tiêu hí 4.

trình

Vấn đề mới: i to n ó thể ho trƣớ λ1 v λ2, êu ầu tìm λ3 ó đƣợ

logic

không?

chung

i to n sẽ xả r thế n o nếu ho 4, 5 ứ xạ đơn sắ .

Xả r hiện tƣợng gi o tho nh

Bài 3

sáng qua màng xà phòng, chùm

Diễn

phản xạ ở mặt trên v mặt dƣới ủ

tả hữu

m ng x phòng thỏ mãn điều kiện

ích

kết hợp nên gi o tho với nh u. Vẽ

đƣợ hình m tả hiện tƣợng nhƣ

hình vẽ

Qu n s t thấ tối đen l qu n s t

thấ vân tối

2. Con 1. Phân tí h h i nguồn thỏ mãn điều kiện kết hợp nên gi o tho với nh u

119

đƣờng

2. Giải thí h qu n s t ho vân tối l qu n s t thỏ mãn điều kiện ự tiểu

gi o tho khi hiệu đƣờng đi ằng lẻ lần nử ƣớ sóng.

tiếp

3. Từ điều kiện ự tiểu tính ề d d ủ m ng x phòng.

ận

vật lí

4. Quá

Giải thí h: Xét một m ng mỏng x phòng ó ề d kh ng đổi d, hiết

trình

suất n. Một hùm s ng v ng song song gặp m ng mỏng sẽ t h th nh h i

phần: Một phần phản xạ ng mặt trên ủ m ng òn một phần đi v o

tính

m ng mỏng, phản xạ ở măt dƣới, đi lên rồi ló r ngo i.

toán

- H i ti phản xạ ló r kh ng khí song song v thỏ mãn l h i ti kết hợp

nên húng gi o tho với nh u.

- Hiện tượng ta quan sát được màu đen là cực tiểu giao thoa vân tối)

Hiệu qu ng trình l :

Điều kiện để M trở nên tối đen (vân tối) l :

ề d tối thiểu khi k = 0, su r :

Th số:

t đƣợ :

5. Tiến

Phù hợp nhƣ tiêu hí 4

trình

Vấn đề mới: i to n ó thể ho ề d dmin hỏi ƣớ sóng hoặ hiết

logic

suất hoặ gó tới đƣợ kh ng?

chung

Với nh s ng trắng thì t tính to n nhƣ thế n o?

Chú ý : Sau khi tính điểm theo tiêu chí của từng bài, ta nhân với hệ số điểm của từng

bài rồi cộng vào sẽ ra điểm của toàn bài. Ví dụ bài 1 được 8 điểm theo tiêu chí nhân với 0,4

bằng 3,2 điểm.

Điểm làm tròn: điểm >= 0,5 làm tròn lên 1,0.

Riêng tiêu chí vấn đề mới có thể nêu ít nhất là một vấn đề phù hợp là được.

120

Phụ lục 2. PHIẾU ĐIỀU TRA GIÁO VIÊN VÀ HỌC SINH

1. PHIẾU ĐIỀU TRA THỰC TRẠNG DẠY HỌC BÀI TẬP VẬT LÍ Ở TRƢỜNG THPT

VÀ THAM KHẢO Ý KIẾN GV

Kính chào quý thầy cô

Hiện n , húng t i đ ng thự hiện đề t i nghiên ứu “Xây dựng và hƣớng dẫn giải

hệ thống bài tập chƣơng sóng ánh sáng vật lí 12 nhằm bồi dƣỡng năng lực giải quyết vấn

đề cho học sinh giỏi”.

Những th ng tin m quý thầ ung ấp trong phiếu khảo s t n sẽ giúp húng t i

đ nh gi thự trạng dạ họ i tập vật lí ở trƣờng phổ th ng.

Chúng t i xin đảm ảo mọi th ng tin quý thầ ung ấp sẽ hỉ đƣợ sử dụng nhằm

mụ đí h kho họ ủ đề t i n m kh ng đƣợ sử dụng v o mụ đí h kh . Xin hân th nh

ảm ơn sự giúp đỡ ủ quý thầ !

* Xin quý thầy cô vui lòng cho biết một số thông tin cá nhân:

Họ tên:……………………………………..Điện thoại:………….( ó thể ghi hoặ kh ng)

Cơ qu n ng t …………………………………………………………………………...

Tỉnh/TP:……………….........................................................................................................

Thâm niên giảng dạ :………………………………………………………………………

Xin quý thầy/cô vui lòng đánh dấu “X” vào ô phù hợp với lựa chọn của mình:

1. Phƣơng ph p dạ họ v mứ độ m quý thầ thƣờng sử dụng trong khi i tập vật lí:

Rất

Hƣớng dẫn giải bài tập

Thƣờng

Thỉnh

Không

STT

Hiếm khi

Thƣờng

vật lí

xuyên

thoảng

bao giờ

xuyên

Hƣớng dẫn theo Agorit

1

(Theo mẫu)

Hƣớng dẫn tìm tòi

2

(gợi ý GQVĐ)

Hƣớng dẫn tự giải

3

Chỉ ần giải r kết quả

kh ng hú ý đến phƣơng

4

pháp.

121

2. Thầ / ho iết mứ độ ần thiết ủ việ p xâ dựng v sử dụng hệ thống i tập l m

ho HS tí h ự hơn trong dạ họ i tập vật lí?

 Kh ng ần thiết

 Cần thiết

 ình thƣờng

 Rất ần thiết

3. Trong i dạ quý thầ / ó hú ý đên việ họn i tập phù hợp với khả năng nhận thứ

ủ từng đối tƣợng HS kh ng?

 Rất hú ý

 Tù theo i họ

 Cũng ó hú ý đến

 Không chú ý

4. Quý thầ thƣờng họn v sử dụng nguồn i tập n o ho HSG:

 Sách giáo khoa

 S h i tập

 S h th m khảo

 i tập tự iên soạn

5. Quý thầ thƣờng họn i tập vật lí ho HSG dự trên ơ sở phân loại n o:

 Theo nội dung (Phân theo dạng i)

 Theo trình độ ủ HS (Giỏi – Khá – TB – Yếu – Kém)

 Theo năng lự nhận thứ ( iết - Hiểu - Vận dụng – Vận dụng s ng tạo)

 i tập hung ho ả lớp kh ng phân iệt đối tƣợng

 i tập trên ơ sở những tình huống ó vấn đề.

6. Theo thầ / để nâng o hiệu quả dạ họ i tập vật lí ho HSG ần hú trọng xâ dựng

hệ thống i tập v hƣớng dẫn giải i tập theo h thứ n o?

 Sử dụng i tập vật lí ở mứ độ nhận thứ kh nh u

 Sử dụng hệ thống i tập theo dạng i

 Sử dụng hệ thống i tập v gợi ý ph t hiện v giải qu ết vấn đề

 Sử dụng phối hợp h thứ dạ họ kh nh u

7. Thầ / thƣờng hấm điểm hất lƣợng i kiểm tr ằng h n o s u đâ ?

 Chấm điểm theo từng ƣớ giải ủ i

 Chấm điểm theo kết quả ủ i

 Chấm điểm theo từng ƣớ ph t hiện v giải qu ết vấn đề ủ i to n

Xin chân thành cảm ơn sự hợp tác của quý thầy cô!

122

2. PHIẾU ĐIỀU TRA Ý KIẾN HỌC SINH VỀ HỆ THỐNG BÀI TẬP

CHƢƠNG SÓNG ÁNH SÁNG

Ý kiến ủ HS về việ họ hệ thống i tập hƣơng sóng nh s ng

Số HS

Tỉ lệ %

nhằm ồi dƣỡng NL GQVĐ ho HSG

Rất thí h

Thích

ình thƣờng

Không thích

123

Luận văn Thạc sĩ Sư phạm Vật lí: Xây dựng và hướng dẫn giải hệ thống bài tập chương Sóng ánh sáng Vật lí 12 nhằm bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh giỏi

Mục đích nghiên cứu của luận văn là nghiên cứu cơ sở lí luận và thực tiễn có liên quan đến đề tài. Nghiên cứu xây dựng hệ thống bài tập chương sóng ánh sáng nhằm bồi dưỡng NL GQVĐ cho HS giỏi. Mời các bạn cùng tham khảo!

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

PHẠM VĂN THỌ

XÂY DỰNG VÀ HƢỚNG DẪN GIẢI HỆ THỐNG BÀI TẬP

CHƢƠNG SÓNG ÁNH SÁNG VẬT LÍ 12 NHẰM BỒI DƢỠNG

NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CHO HỌC SINH GIỎI

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƢ PHẠM VẬT LÍ

HÀ NỘI – 2015

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC PHẠM VĂN THỌ

XÂY DỰNG VÀ HƢỚNG DẪN GIẢI HỆ THỐNG BÀI TẬP

CHƢƠNG SÓNG ÁNH SÁNG VẬT LÍ 12 NHẰM BỒI DƢỠNG

NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CHO HỌC SINH GIỎI

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƢ PHẠM VẬT LÍ

CHUYÊN NGÀNH: Lí luận và phƣơng pháp dạy học (bộ môn Vật lí)

Mã số:60 14 01 11

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: GS. TS. Hà Huy Bằng

HÀ NỘI – 2015

STT

Sơ đồ

DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ Tên sơ đồ

Trang

1

Sơ đồ 1.1 Sơ đồ lập luận theo phƣơng ph p phân tí h.

9

2

Sơ đồ 1.2 Sơ đồ lập luận theo phƣơng ph p tổng hợp.

10

3

Sơ đồ 1.3

18

Sơ đồ mô tả ƣớc của hoạt động GQVĐ

4

Sơ đồ 2.1 Sơ đồ 2.1. Sơ đồ ấu trú hƣơng sóng nh s ng

31

5

Sơ đồ 2.2 Sơ đồ 2.2. Sơ đồ hệ thống bài tập hƣơng sóng nh s ng 34

STT

Bảng

DANH MỤC CÁC BẢNG Tên bảng

Trang

1

Bảng 1.1 Bảng lên kế hoạch sử dụng bài tập vật lí trong dạy học

6

2

ảng NL hu ên iệt m n Vật lí đƣợ ụ thể hó

15-17

ảng 1.2.

từ NL hung

3

Kết quả đầu r về năng lự giải qu ết vấn đề ủ họ

20

Bảng 1.3

sinh

4

ảng liên hệ giữ ƣớ giải i tập vật lí v

23

ảng 1.4.

ph ủ hoạt động GQVĐ

5

ảng khảo s t thự trạng dạ họ i tập vật lí ở trƣờng

28

ảng 1.5

phổ th ng

6

ảng 3.1 Bảng thông tin về học sinh lớp TN và lớp ĐC

98

7

99-

ảng 3.2 Bảng Rubric cho bài tập vật lí của Jennifer Docktor

101

Thống kê số HS hoàn thành các tiêu chí Rubric kiểm

8

103

ảng 3.3

tra.

9

ảng 3.4 Kết quả i kiểm tr

104

Phân phối tần số, tần suất v tần suất luỹ tí h i kiểm