Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Xây dựng một số bài tập thí nghiệm Vật lí để tổ chức hoạt động dạy học phần quang hình - Vật lí lớp 11

Chia sẻ: Caphesuadathemhanh | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

30
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Hệ thống bài tập định hướng năng lực chính là công cụ để HS luyện tập nhằm hình thành năng lực và là công cụ để GV và các cán bộ quản lí giáo dục kiểm tra đánh giá năng lực của HS và biết được mức độ đạt chuẩn của quá trình dạy học. Mời các bạn cùng tham khảo bài viết dưới đây để nắm nội dung của sáng kiến kinh nghiệm!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Xây dựng một số bài tập thí nghiệm Vật lí để tổ chức hoạt động dạy học phần quang hình - Vật lí lớp 11

BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN I. Lời giới thiệu Đổi mới PPDH là một trọng tâm của đổi mới giáo dục. Luật giáo dục (điều 28) yêu cầu: “Phương pháp giáo dục phổ thông phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo của học sinh; phù hợp với đặc điểm của từng lớp học, môn học; bồi dưỡng phương pháp tự học, rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn, tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui, hứng thú học tập cho học sinh”. Sự xuất hiện nền kinh tế toàn cầu hóa và nền kinh tế tri thức đang đưa xã hội loài người tới một kỉ nguyên mới và nó cũng đòi hỏi một hệ thống giáo dục mới và phương pháp giáo dục mới sao cho thích nghi với môi trường xã hội thay đổi.Việt Nam không thể đứng ngoài xu thế đó. Đổi mới phương pháp dạy học (PPDH) là một trong những mục tiêu lớn được nghành giáo dục đào tạo đặt ra trong giai đoạn hiện nay và là mục tiêu chính đã được nghị quyết TW 2, khóa VIII chỉ ra rất rõ và cụ thể: “Đổi mới mạnh mẽ phương pháp giáo dục đào tạo, khắc phục lối truyền thụ một chiều, rèn luyện nếp tư duy sáng tạo của người học. Từng bước áp dụng các phương pháp tiên tiến và phương tiện hiện đại vào quá trình dạy học, đảm bảo điều kiện và thời gian tự học, tự nghiên cứu cho học sinh …” Giáo dục phổ thông nước ta hiện nay đang thực hiện bước chuyển từ chương trình giáo dục tiếp cận nội dung sang chương trình tiếp cận năng lực người học, nghĩa là từ chỗ quan tâm HS được học cái gì đến chỗ quan tâm HS vận dụng được cái gì qua việc học. Việc đổi mới giáo dục trung học dựa trên những đường lối quan điểm chỉ đạo giáo dục của nhà nước, đó là những định hướng quan trọng về chính sách và quan điểm trong việc phát triển và đổi mới giáo dục trung học. Việc đổi mới phương pháp dạy học, kiểm tra đánh giá cần phù hợp với những định hướng đổi mới chung của chương trình giáo dục trung học. Dạy học định hướng năng lực đòi hỏi việc thay đổi mục tiêu, nội dung, phương pháp dạy học và đánh giá, trong đó việc thay đổi quan niệm và cách xây dựng các nhiệm vụ học tập, câu hỏi và bài tập có vai trò quan trọng. Chương trình dạy học định hướng năng lực được xây dựng trên cơ sở chuẩn năng lực của môn học.Năng lực chủ yếu hình thành thông qua hoạt động của HS. Hệ thống bài tập định hướng năng lực chính là công cụ để HS luyện tập nhằm hình thành năng lực và là công cụ để GV và các cán bộ quản lí giáo dục kiểm tra đánh giá năng lực của HS và biết được mức độ đạt chuẩn của quá trình dạy học. Bài tập là một thành phần 1
quan trọng trong môi trường học tập mà người GV cần thực hiện.Vì vậy, trong quá trình dạy học, người GV cần biết xây dựng các bài tập định hướng năng lực. Xuất phát từ những lí do trên mà tôi chọn đề tài: “Xây dựng một số bài tập thí nghiệm Vật lí để tổ chức hoạt động dạy học phần quang hình Vật lí lớp 11” II. Tên sáng kiến: “Xây dựng một số bài tập thí nghiệm Vật lí để tổ chức hoạt động dạy học phần quang hình Vật lí lớp 11” III. Tác giả sáng kiến: Họ và tên: Lê Thị Thanh Bình Địa chỉ tác giả sáng kiến: Giáo viên trường THPT Nguyễn Thái Học Số điện thoại:0986623809. Email: thanhbinh2108@gmail.com IV. Chủ đầu tư: Không V. Lĩnh vực áp dụng sáng kiến: Dạy học môn vật lí 11 VI. Ngày sáng kiến được áp dụng lần đầu hoặc áp dụng thử: Ngày 28 tháng 2 năm 2019 VII. Mô tả bản chất của sáng kiến: A. Nội dung sáng kiến 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA THÍ NGHIỆM VẬT LÍ TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ 1.1. KHÁI NIỆM VỀ THÍ NGHIỆM 1.1.1. Khái niệm thí nghiệm Theo lý thuyết thông tin, thí nghiệm được coi là một hệ thông tin. Theo quan điểm này thí nghiệm bao gồm một thiết bị thí nghiệm (TBTN) tác động qua lại chặt chẽ với bộ phận thứ hai của hệ Đó là hiện thực khách quan (HTKQ) tức là đối tượng của thí nghiệm. 2
Trước hết hệ nhận một mệnh lệnh điều khiển từ ngoài vào (input) dưới dạng một thông tin Ii chuyển đến TBTN. Nhận lệnh này, TBTN tác động một thông tin mà nó mã hoá Im vào hiện thực khách quan (HTKQ). Nhờ tác động này HTKQ cung cấp trở lại cho thiết bị một thông tin đo lường Id. Thông tin này lập tức đuợc tế bào giãi mã thành một thông tin mới để chuyển nó ra ngoài hệ đó là Io (output). Nhà thực nghiệm thu lấy thông tin cuối cùng của thí nghiệm là Io. Nếu xét thí nghiệm là một quá trình thì hệ còn bao gồm cả nhà thực nghiệm thí nghiệm nữa. Như vậy thí nghiệm gồm hai bộ phận: a. Nhà thực nghiệm thí nghiệm giữ vai trò bộ phận điều khiển thí nghiệm. b. Bộ phận bị điều khiển thí nghiệm, tức là TBTN và HTKQ và theo lý thuyết thông tin quá trình thí nghiệm là một hệ điều khiển. Như vậy thí nghiệm là phương pháp nghiên cứu đối tượng và hiện tượng trong những điều kiện nhân tạo để tìm hiểu sâu hơn những mối nhân quả trong các đối tượng và hiện tượng. Ưu thế của thí nghiệm là nó cho phép tìm hiểu bản chất của các hiện tượng, tìm hiểu qui luật của chúng cùng những mối liên hệ nhân quả. 1.1.2. Vai trò của thí nghiệm Thí nghiệm là mô hình đại diện cho hiện thực khách quan, nó là cơ sở, điểm xuất phát cho quá trình học tập nhận thức của học sinh. Từ đây xuất phát quá trình nhận thức cảm tính của trò, để rồi sau đó diễn ra sự trừu tượng hoá và sự tiến lên từ trừu tượng đến cụ thể trong tư duy. Thí nghiệm là cầu nối giữa lý thuyết và thực tiễn. Vì vậy nó là phương tiện duy nhất giúp hình thành ở học sinh những kỹ năng, kỹ xảo thực hành và tư duy kỹ thuật. Thí nghiệm giúp học sinh đi sâu vào tìm hiểu bản chất của các hiện tượng vật lí, thí nghiệm còn là hình thức để học sinh vận dụng kiến thức vào đời sống hàng ngày, làm chủ kiến thức, gây được niềm tin sâu sắc cho bản thân, kết quả thu được càng làm tăng lòng say mê, hứng thú học tập. Thực hiện thí nghiệm vật lí sẽ đưa việc học tập của học sinh tiến gần đến cách nghiên cứu của các nhà khoa học, giúp học sinh hứng thú trong công việc. 3
Thí nghiệm do giáo viên biểu diễn phải mẫu mực về thao tác để qua đó học sinh học tập, bắt chước, để rồi sau đó khi học sinh làm thí nghiệm, học sinh sẽ học được cách thức làm thí nghiệm và từ đó rèn kỹ năng, kỹ xảo thực hành thí nghiệm. Thí nghiệm có thể được sử dụng để tổ chức hoạt động nhận thức của học sinh với các mức độ tích cực, tự lực và sáng tạo khác nhau: thông báo, tái hiện (bắt chước), tìm tòi bộ phận, nghiên cứu. Tóm lại: Thí nghiệm được sử dụng để học bài mới, để củng cố hoàn thiện kiến thức, để kiểm tra, đánh giá kiến thức. Thí nghiệm có thể do giáo viên biểu diễn hay do học sinh tự tiến hành. Thí nghiệm có thể tiến trình trên lớp, trong phòng thí nghiệm, ngoài trời hay tại nhà. 1.2.BÀI TẬP THÍ NGHIỆM TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ 1.2.1. Khái niệm bài tập thí nghiệm Bài tập thí nghiệm về cơ bản là phải làm thí nghiệm để đo đạc một đại lượng hoặc khảo sát một quá trình vật lí. Bài tập thí nghiệm là loại bài tập đòi hỏi cả lí thuyết và thực nghiệm, cả trí óc và tay chân…để thực hiện nhiệm vụ đặt ra. 1.2.2. Phân loại bài tập thí nghiệm Có nhiều cách để phân loại bài tập thí nghiệm. Tuy nhiên nếu dựa vào tính chất của bài tập thì gồm có hai loại là bài tập thí nghiệm định tính và bài tập thí nghiệm định lượng a) Bài tập thí nghiệm định tính Bài tập thí nghiệm định tính là loại bài tập thí nghiệm khi giải, HS không cần thực hiện các phép tính toán phức tạp mà chỉ cần thực hiện các suy luận, đưa ra các lập luận, không cần thao tác đo đạc lấy số liệu. Để giải bài tập loại này, HS cần thực hiện những phép suy luận logic dựa trên những khái niệm, quy luật, định luật và các quan sát thu được trong phòng thí nghiệm, vì vậy bài tập thí nghiệm định tính là phương tiện tốt để phát triển tư duy của HS. Việc giải bài tập loại này giúp HS hiểu rõ bản chất hiện tượng, quy luật vật lí. Bài tập thí nghiệm định tính có thể chia làm hai loại. Bài tập thí nghiệm quan sát và giải thích hiện tượng Câu hỏi của dạng bài tập này thường là “Cái gì xảy ra nếu …?” và “… Tại sao lại xảy ra như vậy?”. Với câu hỏi thứ nhất, HS cần thực hiện thí nghiệm, quan sát và mô tả hiện tượng. Bài tập thiết kế phương án thí nghiệm để giải quyết yêu cầu định tính của đề bài 4
Đây là những bài tập yêu cầu HS đề xuất phương án thí nghiệm theo yêu cầu của đề bài theo các mức độ khác nhau. Với bài tập loại này, HS cần trả lời được câu hỏi “Cần kiểm nghiệm kết luận nào?”, “Cần sử dụng những dụng cụ thí nghiệm nào?”, “Bố trí các dụng cụ ra sao?”, “Tiến hành thí nghiệm như thế nào?”, “Thu được những kết quả định tính và định lượng như thế nào?”… b) Bài tập thí nghiệm định lượng Bài tập thí nghiệm định lượng là loại bài tập thí nghiệm mà khi giải đòi hỏi HS phải tiến hành thí nghiệm, thu thập và xử lí số liệu để trả lời câu hỏi mà đề bài đặt ra. Các câu hỏi có thể là đo đạc một đại lượng vật lí hoặc tìm quy luật về mối liên hệ giữa các đại lượng vật lí. Bài tập định lượng có thể được xây dựng với các mức độ khác nhau. 1.2.3. Vai trò của bài tập thí nghiệm Bài tập thí nghiệm có nhiều tác dụng tốt cả về ba mặt giáo dưỡng, giáo dục và giáo dục kĩ thuật tổng hợp, đặc biệt chúng làm sáng tỏ mối quan hệ giữa lí thuyết và thực tiễn. Có thể kể đến các vai trò nổi bật của bài tập thí nghiệm như sau: a) Ôn tập, củng cố và mở rộng kiến thức Để giải được một bài tập thí nghiệm đòi hỏi HS cần phải vận dụng được những kiến thức đã học một cách linh hoạt. Qua đó mà những kiến thức này được khắc sâu, và có thể vận dụng được vào thực tiễn. Ngoài ra, trong quá trình làm thí nghiệm để giải bài tập sẽ phát sinh những tình huống không đúng như kiến thức lí thuyết đã được học(trường hợp lí tưởng). Do đó mà HS có thể thấy được phạm vi áp dụng của kiến thức, hoặc phát triển tiếp kiến thức theo hướng mới. b) Phát triển tư duy, trí tưởng tượng, khả năng sáng tạo thực tiễn; phát huy hứng thú học tập và phương pháp tư duy khoa học Trong quá trình giải bài tập thí nghiệm, HS cần vận dụng các kiến thức lí thuyết, tiến hành suy luận logicđể thu được hệ quả có thể kiểm tra được bằng thực nghiệm. Quá trình này sẽ giúp cho HS phát triển tư duy, tăng hứng thú trong học tập. c) Phát triển năng lực của HS Thông qua việc giải bài tập vật lí nói chung và bài tập thí nghiệm nói riêng, góp phần phát triển các kĩ năng như phân tích, so sánh, tổng hợp, khái quát hóa; kĩ năng lập kế hoạch giải quyết một vấn đề. Bài tập thí nghiệm còn là loại bài tập yêu cầu tính tự lực cao của HS trong quá trình giải. Chính vì thế mà các năng lực của HS đặc biệt là năng lực thực nghiệm được phát triển trong quá trình giải quyết một bài tập thí nghiệm. 5
d) Giúp HS làm quen với phương pháp nghiên cứu thực nghiệm Quá trình giải một bài tập thí nghiệm cũng cần trải qua các bước như xác định cơ sở lí thuyết để suy luận ra một hệ quả có thể kiểm tra được bằng thực nghiệm, xây dựng phương án thí nghiệm để kiểm tra tính đúng đắn của hệ quả, tiến hành thí nghiệm, thu thập, xử lí và trình bày kết quả. Đó cũng chính là cách để HS tiếp cận với phương pháp nghiên cứu thực nghiệm. e) Khai thác được các thiết bị thí nghiệm sẵn có Các bài tập thí nghiệm được xây dựng phải đảm bảo HS có thể thực hiện được với các thiết bị thí nghiệm sẵn có ở phòng thí nghiệm, các thiết bị cần chế tạo phải đơn giản, dễ tìm kiếm. Do đó khi ta sử dụng bài tập thí nghiệm trong dạy học sẽ tận dụng tối đa được các thiết bị thí nghiệm đã được cung cấp cho các trường phổ thông, làm cho HS được tiếp xúc nhiều với thiết bị thí nghiệm, góp phần nâng cao chất lượng của các tiết học thực hành chính khóa. 1.3. QUY TRÌNH XÂY DỰNG BÀI TẬP THÍ NGHIỆM Để xây dựng bài tập thí nghiệm ta sử dụng quy trình 4 bước và có thể tóm tắt như sau Bước 1: Nghiên cứu các nội dung Vật lí xem có thể đo đại lượng nào? Khảo sát quá trình gì? Xem xét khả năng xây dựng các thiết bị thí nghiệm từ phòng thí nghiệm hay từ đời sống. Bước 2: Xác lập các mục tiêu dạy bài tập thí nghiệm được xây dựng Bước 3: Viết đề bài theo cấu trúc: * Nội dung bài tập: Quá trình vật lí, hiện tượng vật lí, dữ kiện và yêu cầu xác lập mối quan hệ, giá trị một đại lượng vật lí, yêu cầu xác lập phương án thí nghiệm, yêu cầu về chế tạo, lựa chọn bố trí thí ngiệm, đo đạc và xử lí số liệu. * Dụng cụ thí nghiệm : Nêu rõ các dụng cụ thí nghiệm đã cho, cần xây dựng. Bước 4: Giáo viên tự giải bài tập để đánh giá bài tập, hoàn chỉnh đề bài. 1.4. QUY TRÌNH CHUNG ĐỂ HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TẬP THÍ NGHIỆM Việc giải bài tập thí nghiệm có thể tiến hành ở lớp, ở phòng thí nghiệm hay ở nhà theo nhóm hoặc cá nhân có thể quy về các bước sau: Bước 1: Tìm hiểu đề bài, xác định nhiệm vụ về mặt lí thuyết và thực nghiệm Bước 2: Tìm hiểu công thức hoặc suy luận logic để rút ra các công thức có thể kiểm nghiệm được bằng thí nghiệm 6
Bước 3: Tìm hiểu hoặc xây dựng phương án thí nghiệm, lựa chọn dụng cụ hay tìm hiểu dụng cụ thí nghiệm(chế tạo thiết bị nếu cần), lập kế hoạch thực hiện Bước 4: Tiến hành thí nghiệm, thu thập, xử lí số liệu Bước 5: Rút ra nhận xét, kết luận. Biện luận sai số, đề xuất cải tiến thí nghiệm Bước 6: Vận dụng, liên hệ, phát hiện vấn đề mới. 2. CƠ SỞ THỰC TIỄN CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Hiện nay phần lớn giáo viên vẫn thực hiện áp dụng các phương pháp dạy học truyền thống để giảng dạy, chưa tạo được môi trường tích cực để học sinh hoạt động, chủ động trong việc chiếm lĩnh tri thức, kĩ năng, kĩ xảo, thái độ, phát triển năng lực. Mặt khác, việc đưa các vấn đề tích hợp, liên môn vào bài dạy còn hạn chế, chưa hiệu quả đặc biệt là các môn tự nhiên. Nắm được những mặt hạn chế trong phương pháp dạy học truyền thống, một số giáo viên cũng vận dụng phương pháp dạy học tích cực, hiện đại: dạy học theo góc, dạy theo dự án, dạy theo hợp đồng… kết hợp với các kĩ thuật: tia chớp, công não, sơ đồ tư duy…Tuy bước đầu cũng đã tạo ra được môi trường học tập mới, tạo ra sự hứng thú cho các em học sinh. Nhưng do kinh nghiệm để dạy học theo các phương pháp hiện đại còn thiếu, điều kiện áp dụng còn hạn chế, đặc biệt do đặc điểm về thời gian phân phối cho tiết học nên kết quả chưa thực sự như mục tiêu đặt ra. Khi tiến hành thực hiện dạy học có sử dụng bài tập thí nghiệm tạo ra động cơ, hứngthú học tập cho học sinh. Học sinh được tăng cường vận dụng kiến thức tổng hợp vào giải quyết các tình huống thực tiễn và đặc biệt là kỹ năng thực hành được nâng cao. Từ những suy nghĩ trên tôi thấy rằng một trong những nội dung đổi mới phương pháp dạy học môn vật lý để kích thích gây hứng thú cho học sinh học tập là việc nghiên cứu khai thác các thí nghiệm trong các giờ học, đó là điều kiện rất thuận lợi để có thể nâng cao hơn nữa hiệu quả trong việc tiếp thu kiến thức của học sinh. Tổ chức dạy học có sử dụng bài tập thí nghiệm chưa được áp dụng nhiều ở chương trình phổ thông. Nhưng nếu được áp dụng một cách sâu, rộng đồng thời kết hợp với các phương pháp và kĩ thuật dạy học hiện đại khác sẽ rất tôt để phát triển năng lực của học sinh. 3. XÂY DỰNG MỘT SỐ BÀI TẬP THÍ NGHIỆM VẬT LÍ PHẦN QUANG HÌNH VẬT LÍ 11. 3.1. Nội dung kiến thức 3.1.1. Nội dung kiến thức kĩ năng cơ bản 7
a) Ví trí, tầm quan trọng kiến thức trong chương trình vật lí THPT Phần kiến thức khúc xạ ánh sáng, lăng kính và thấu kínhthuộc chương thứ sáu và thứ bảytrong chương trình Vật lí 11. Nhìn chung, các kiến thức của phần này được xây dựng trên cơ sở kế thừa và phát triển từ chương trình vật lí trung học cơ sở. Các khái niệm về phản xạ, khúc xạ, phản xạ toàn phần, lăng kính,thấu kinh, kính lúp…. đã được học ở chương trình Vật lí lớp 7 và lớp 9 nhưng ở mức độ nhận thức đơn giản, chưa yêu cầu cao về kiến thức cũng như kỹ năng cần đạt. Tuy nhiên đó cũng là những kiến thức nền, giúp HS có thể học tốt phần “Quang hình” ở chương trình Vật lí 11. Ở phần này, các kiến thức nêu trên được mở rộng, nâng cao hơn, đặt ra những yêu cầu cao hơn về kiến thức cũng như kĩ năng, thái độ của HS. Đây là phần nối tiếp kiến thức chương “Cảm ứng điện từ”, đồng thời là nền tảng để nghiên cứu các phần khác trong chương trình Vật lí phổ thông như: Sóng ánh sáng Vật lí 12. Phần lớn các kiến thức của chương rất gần gũi và có nhiều ứng dụng trong đời sống và kỹ thuật. Khúc xạ ánh sángdùng để giải thích nhiều hiện tượng quang học trong thực tế, phản xạ toàn phần, lăng kính và thấu kính có nhiều ứng dụng trong thực tế: Ánh sáng trong các lễ hội, Cáp quang dùng trong y học hay trong truyền tải thông tin, các dụng cụ quang học bổ trợ cho mắt…. Đó là những đặc tính nổi của ánh sáng, có tầm quan trọng đặc biệt, nhờ đó mà các ứng dụng về ánh sáng các dụng cụ quang học được sử dụng rộng rãi trong đời sống và kỹ thuật. Các thiết bị quang dùng trong thực tế là tương đối phức tạp, hầu hết các thiết bị đều dựa trên các định luật về ánh sáng các thấu kính lăng kinh của các chất khác nhau.Hệ thống bài tập rất đa dạng và phong phú, phù hợp với những trình độ khác nhau của HS. b) Kiến thức, kĩ năng cần đạt được Ngoài những kiến thức nền được học ở THCS các em cần hiểu và vận dụng tốt các kiến thức sau: Định luật khúc xạ ánh sáng. Chiết suất. Tính chất thuận nghịch của sự truyền ánh sáng Hiện tượng phản xạ toàn phần. Cáp quang. Lăng kính. Công dụng của lăng kính. Thấu kính. Tính chất ảnh tạo bởi thấu kính. Công thức thấu kính. 3.1.2. Phân tích một số nội dung kiến thức a) Nội dung “Khúc xạ ánh sáng” Ở bài này, ta cần làm rõ thêm một số vấn đề sau: + Định luật khúc xạ ánh sáng: 8
Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới. Tia tới và tia khúc xạ nằm ở hai bên pháp tuyến tại điểm tới. Đối với hai môi trường trong suốt nhất định, tỉ số giữa sin của góc tới (sini) và sin của góc khúc xạ (sinr) là một hằng số : = n hay sin i = nsin r Hằng số n tuỳ thuộc vào môi trường khúc xạ (môi trường chứa tia khúc xạ) và môi trường tới (môi trường chứa tia tới). Nếu n > 1 thì sini > sinr hay i > r, môi trường khúc xạ chiết quang hơn môi trường tới. Nếu n
hoặc bằng góc giới hạn igh (i igh), thì sẽ xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần, trong đó mọi tia sáng đều bị phản xạ, không có tia khúc xạ. + Biết nhận dạng các trường hợp xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần của tia sáng khi qua mặt phân cách. + Sợi quang có lõi làm bằng thuỷ tinh hoặc chất dẻo trong suốt có chiết suất n1, được bao quanh bằng một lớp vỏ có chiết suất n2 nhỏ hơn n1. Một tia sáng truyền vào một đầu của sợi quang. Trong sợi quang, tia sáng bị phản xạ toàn phần nhiều lần tại mặt tiếp xúc giữa lõi và vỏ và ló ra đầu kia. Sau nhiều lần phản xạ như vậy, tia sáng được dẫn qua sợi quang mà cường độ sáng bị giảm không đáng kể. Nhiều sợi quang ghép với nhau thành bó. Các bó được ghép và hàn nối với nhau tạo thành cáp quang. Ứng dụng của cáp quang :Trong công nghệ thông tin, cáp quang được dùng để truyền thông tin (dữ liệu) dưới dạng tín hiệu ánh sáng. Cáp quang có ưu điểm hơn so với cáp kim loại là truyền được lượng dữ liệu rất lớn, không bị nhiễu bởi trường điện từ bên ngoài. c) Nội dung “Lăng kính” Sau kiến thức về khúc xạ ánh sáng và phản xạ toàn phần các em sẽ tìm hiểu về các dụng cụ quang học cụ thể phần này em em sẽ tìm hiểu về lăng kính: + Lăng kính là một khối trong suốt, đồng chất, được giới hạn bởi hai mặt phẳng không song song. Trong thực tế, lăng kính thường là một khối lăng trụ tam giác. Góc A hợp bởi hai mặt bên của lăng kính gọi là góc chiết quang hay góc ở đỉnh của lăng kính. + Đường truyền của tia sáng qua lăng kính : Xét tia sáng nằm trong mặt phẳng tiết diện chính và ánh sáng là đơn sắc.Tia ló ra khỏi lăng kính bao giờ cũng lệch về phía đáy lăng kính so với tia tới. + Gọi i là góc tới, r là góc khúc xạ ở mặt bên thứ nhất, r’ là góc tới, i’ gọi là góc ló của tia sáng ở mặt bên thứ hai. Góc tạo bởi tia ló ra khỏi lăng kính và tia tới đi vào lăng kính, gọi là góc lệch D của tia sáng khi truyền qua lăng kính. Ta có các công thức sau: trong đó, n là chiết suất của chất làm lăng kính. d) Nội dung “Thấu kính”: Yêu cầu HS cần nắm được những nội dung sau đây: + Thấu kính mỏng là thấu kính có bề dày ở tâm rất nhỏ. + Đường đi của các tia sáng qua thấu kính: 10
Tia tới song song với trục chính thì cho tia ló (hoặc đường kéo dài của nó) đi qua tiêu điểm ảnh chính. Tia tới (hoặc đường kéo dài của nó) qua tiêu điểm vật chính cho tia ló tương ứng song song với trục chính. Tia tới qua quang tâm thì truyền thẳng.\ Tia tới bất kì cho tia ló (hoặc đường kéo dài của nó) đi qua tiêu điểm ảnh phụ tương ứng (là giao điểm của trục phụ song song với tia tới và tiêu diện ảnh). + Độ tụ của thấu kính là đại lượng được đo bằng nghịch đảo tiêu cự: Với thấu kính hội tụ, D > 0, với thấu kính phân kì , D 0 đối với các mặt lồi, R1, R2 0 với vật thật, d’ > 0 với ảnh thật, d’ 0 với thấu kính hội tụ, f 0. Nếu ảnh và vật ngược chiều k
thực tế đời sống. Các thiết bị thí nghiệm phải đơn giản, dễ tìm, dễ chế tạo hoặc có sẵn ở phòng thí nghiệm. Các thao tác thí nghiệm phù hợp với HS. 3.2.2. Phương pháp biên soạn Để xây dựng được các bài tập thí nghiệm, tôi tìm hiểu, nghiên cứu nội dung phấn “Quang hình” Vật lí 11 trong Sách giáo khoa cơ bản, sách giáo khoa nâng cao. Sau đó, tìm ra những nội dung có thể xây dựng được thành bài tập thí nghiệm. Đồng thời có sưu tầm thêm các bài tập trong các đề thi của các tỉnh. 3.2.3.Hệ thống bài tập thí nghiệm Bài tập 1: Cắm nghiêng 1 chiếc đũa vào cốc. Đặt mắt nhìn dọc theo chiếc đũa trong 2 trường hợp: cốc không có nước và cốc có nước. Mô tả hiện tượng quan sát được. Giải thích. Mục đích của bài tập: Ôn tập lại kiến thức về khúc xạ ánh sáng đã được học ở THCS. Qua đó, rèn luyện năng lực thực nghiệm: bố trí và tiến hành thí nghiệm theo mô tả ở đề bài, quan sát, giải thích hiện tượng. Dự kiến cách sử dụng: Sử dụng ở phần mở đầu bài “ Khúc xạ ánh sáng”. Lời giải tóm tắt:Hiện tượng: Khi nhìn dọc theo đũa trong trường hợp cốc không có nước thấy đũa vẫn như cũ, không có gì thay đổi. Khi nhìn theo hướng từ trên xuống trong trường hợp cốc có nước thấy đũa như bị gãy tại mặt phân cách giữa nước và không khí. Giải thích: Trường hợp cốc không có nước thì ánh sáng truyền theo đường thẳng nên ta thấy đũa không có gì thay đổi.Trường hợp trong cốc có nước thì ánh sáng bị khúc xạ tại mặt phân cách giữa nước và không khí nên ta thấy đũa như bị gãy khúc tại mặt phân cách đó. Bài tập 2: Cho các dụng cụ sau: 1 cây kim, 1 chiếc hộp hình chữ nhật có thành trong suốt, 1 cuộn chỉ, 1 đèn laze, 1 chiếc compa, 1 tấm xốp mỏng phẳng hình chữ nhật, vài chiếc tăm, nước, kéo, bút bi, thước thẳng chia đến mm, thước đo góc. Hãy lựa chọn các dụng cụ thí nghiệm để kiểm nghiệm lại định luật khúc xạ ánh sáng. Từ đó hãy xác định chiết suất của nước. Mục đích của bài tập: Kiểm nghiệm lại định luật khúc xạ ánh sáng.Qua đó, rèn luyện năng lực thực nghiệm: Biết lựa chọn các dụng cụ thí nghiệm và sử dụng chúng. Thiết kế phương án thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm kiểm tra tính khả thi của phương án đã lựa chọn. Biết cách tạo ra mặt phẳng tới, xác định góc tới, góc 12
khúc xạ, biết vận dụng định luật khúc xạ ánh sáng để cắm các chiếc tăm thẳng hàng. Dự kiến cách sử dụng: Có 2 hướng sử dụng:Một là sử dụng để nghiên cứu hiện tượng khúc xạ ánh sáng: Xem vị trí của tia tới và tia khúc xạ liên hệ với nhau như thế nào? Nếu sử dụng để nghiên cứu thì câu hỏi của đề bài phải thay đổi, không là kiểm nghiệm nữa mà là: Hãy lựa chọn dụng cụ và tiến hành thí nghiệm để tìm mối liên hệ giữa vị trí của tia tới và tia khúc xạ? Hai là sử dụng để kiểm nghiệm hiện tượng khúc xạ ánh sáng: Đã biết định luật, dùng để kiểm tra. Lời giải tóm tắt: Phương án thí nghiệm 1: Lựa chọn các dụng cụ: 1 cây kim, 1 chiếc hộp hình chữ nhật có thành trong suốt, 1 cuộn chỉ, 1 đèn laze, 1 chiếc compa (thước đo góc), 1 tấm xốp mỏng phẳng hình chữ nhật, nước, kéo, bút bi, thước thẳng chia đến mm. Luồn chỉ vào kim, nối 2 đầu chỉ thành một mặt phẳng vuông góc với 2 đáy của hộp. Đổ nước vào hộp sao cho một phần của kim nằm trong nước. Chiếu ánh sáng vào một vị trí chỉ nằm ở đáy trên và giao điểm của kim và mặt nước. Quan sát vị trí của vết sáng ở đáy dưới. Dùng bút và thước vẽ 2 đường thẳng vuông góc trên tấm xốp. Dùng băng dính dính xốp vào thành hộp sao cho mực nước ngang với đường thẳng nằm ngang trên xốp. Đánh dấu vị trí bất kì trên xốp ở ngoài không khí. Chiếu sáng từ vị trí đánh dấu đến giao điểm của 2 đường thẳng vuông góc. Xác định điểm trên đường truyền của tia khúc xạ. Lấy xốp ra, dùng thước hoặc compa xác định được tỉ số giữa sin góc khúc xạ và góc tới. Phương án thí nghiệm 2: Lựa chọn các dụng cụ: 1 chiếc hộp hình chữ nhật có thành trong suốt, 1 chiếc compa, 1 tấm xốp mỏng phẳng hình chữ nhật, vài chiếc tăm, nước, kéo, bút bi, thước thẳng chia đến mm, thước đo góc Kẻ một đường thẳng nằm ngang trên xốp. Cắm tăm 1 ở một vị trí trên xốp dưới đường nằm ngang. Dán xốp vào thành hộp. Đổ nước vào hộp sao cho mức nước ngang vạch trên xốp. Cắm tăm 2 ở vị trí trên đường nằm ngang. Đặt mắt từ ngoài không nhìn vào tăm 2, thay đổi hướng nhìn cho đến khi thấy tăm 2 che khuất 13
ảnh của tăm 1. Cắm tăm 3 vuông góc lên miếng xốp sao cho: tăm 3, tăm 2 và ảnh của tăm 1 thẳng hàng. Dùng thước hoặc compa xác định tỉ số sin góc tới và góc khúc xạ. Dự kiến khó khăn của HS: Không kiểm nghiệm hết các nội dung của định luật khúc xạ ánh sáng (chỉ kiểm nghiệm tỉ số giữa sin góc tới và góc khúc xạ là một hằng số). Không đề xuất được phương án thí nghiệm. Định hướng tư duy: Cần kiểm nghiệm những nội dung gì của định luật khúc xạ ánh sáng? Với các dụng cụ đã cho làm như thế nào để kiểm nghiệm lại nội dung của định luật khúc xạ ánh sáng? Có những cách nào để tạo ra mặt phẳng tới? Làm thế nào để xác định được tia tới nếu biết trước tia khúc xạ ở trong nước? Bài tập 3: Một khối bán trụ trong suốt có chiết suất n = 1,41 = . Một tia sáng hẹp trong một mặt phẳng của tiết diện vuông góc được chiếu tới bán trụ như trong hình vẽ. Xác định đường đi của tia sáng với các giá trị sau đây của góc : a. b. c. d. Hiện tượng gì đã xảy ra ở câu c? Làm thế nào để kiểm nghiệm ? Cho các dụng cụ: 1 khối bán trụ, một đèn laze. e. Khi nào thì xảy ra hiện tượng giống như câu c? Làm thế nào để kiểm nghiệm lại điều đó? Mục đích của bài tập: Nghiên cứu hiện tượng phản xạ toàn phần. Qua đó, rèn luyện năng lực thực nghiệm: đưa ra các dự đoán: khi chiếu tia sáng vào khối bán trụ với góc = 300 thì toàn bộ tia sáng bị phản xạ lại không có tia khúc xạ. Biết bố trí, tiến hành thí nghiệm để kiểm tra dự đoán. Suy luận lý thuyết khi bắt đầu xảy ra 14
hiện tượng phản xạ toàn phần thì góc khúc xạ bằng 900 để tìm ra được điều kiện xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần. Dự kiến cách sử dụng: Ba ý đầu a, b, c để đặt vấn đề cho bài phản xạ toàn phần. Hai ý cuối d, e để nghiên cứu hiện tượng phản xạ toàn phần. Lời giải tóm tắt: Áp dụng định luật khúc xạ ánh sáng tìm được: Với = 600 r = , với = 450  r = 900, với = 300 không tìm được góc khúc xạ. Để kiểm tra xem trong trường hợp này vì sao không tìm được tia khúc xạ cần phải làm thí nghiệm. Chiếu ánh sáng từ đèn laze vào khối bán trụ với góc tới = 600, kết quả thấy không có tia khúc xạ mà chỉ có tia phản xạ. Để kiểm nghiệm lại điều kiện xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần ta phải thay đổi góc tới cho đến khi nó bằng góc giới hạn phản xạ toàn phần khi đó thấy tia khúc xạ đi sát mặt phân cách giữa bán trụ và không khí (phía mặt phẳng). Dự kiến khó khăn của HS: Không biết khi nào thì xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần. Định hướng tư duy của HS: Khi bắt đầu xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần thì góc khúc xạ bằng bao nhiêu? Khi đó góc i tới hạn được tính như thế nào? Sin của một góc nằm trong giới hạn nào? Từ đó suy ra điều kiện xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần là gì? Bài tập 4: Cho các dụng cụ sau: các tấm xốp mỏng, phẳng, hình vuông, 1 tăm, 1 thước thẳng chia đến mm, 1 hộp nước. Hãy trình bày và tiến hành một phương án đo chiết suất của nước. Mục đích của bài tập: Xác định chiết suất của nước. Qua đó, rèn luyện năng lực thực nghiệm: Vận dụng điều kiện xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần, bố trí, tiến hành, xử lí kết quả thí nghiệm. Dự kiến cách sử dụng: Sau khi đã học xong hiện tượng phản xạ toàn phần ở phần ôn tập, củng cố kiến thức. Lời giải tóm tắt: Để đo chiết suất của nước trong trường hợp này ta dựa vào góc giới hạn phản xạ toàn phần. 15
Tiến hành thí nghiệm: Cắm tăm vào tâm hình vuông. Đặt mắt là là mặt thoáng của nước và quan sát. Đẩy tăm vào nước cho đến khi bắt đầu thấy đầu A của tăm thì dừng lại. Đánh dấu vị trí mặt thoáng nước lúc đó lên tăm và rút tăm ra, đo chiều dài phần tăm OA ngập trong nước. Có: sin igh = 1/n Dự kiến khó khăn của HS: HS không đưa ra được phương án thí nghiệm. Định hướng tư duy: Có thể sử dụng kiến thức đã học nào để xác định chiết suất của nước trong trường hợp này không? Khi cắm tăm xuyên qua tấm xốp và đặt mắt là là mặt nước, có phải ta luôn thấy đầu tăm không? Tại sao khi ấn tăm chưa đủ sâu, quan sát như thế ta không thể nhìn thấy đầu tăm? Có thể xác định được góc giới hạn phản xạ toàn phần của nước không? Bài tập 5: Dùng một chiếc cốc trong suốt đựng nước đặt lên trên một đồng xu. Hiện tượng gì sẽ xảy ra nếu quan sát đồng xu theo hai hướng: nhìn từ thành cốc vào và nhìn từ trên mặt thoáng xuống. Làm thí nghiệm kiểm tra. Mục đích của bài tâp: Nhận biết khi nào xảy ra hiện tượng khúc xạ, khi nào xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần.Qua đó, rèn luyện năng lực thực nghiệm: bố trí và tiến hành thí nghiệm theo môt tả ở đề bài, quan sát, giải thích hiện tượng. Dự kiến cách sử dụng: Sau khi đã học xong hiện tượng khúc xạ và phản xạ toàn phần. Lời giải tóm tắt: Đặt mắt theo hướng nhìn từ trên mặt thoáng xuống, mắt nhận được các tia sáng khúc xạ (1) nên thấy đồng xu ở đáy cốc như được nâng lên cao hơn. Mắt cũng nhận được các tia sáng phản xạ toàn phần trên thành cốc (2) nên thấy có một đồng xu ở trên thành cốc. Đặt mắt nhìn đồng xu theo hướng từ thành cốc vào (hướng 3), không có tia sáng đến mắt nên ta không thể thấy đồng xu. Dự kiến khó khăn của HS: Không xác định được hiện tượng phản xạ toàn phần xảy ra tại đâu ở mặt phân cách giữa hai môi trường nào? Định hướng tư duy:Vẽ đường đi của các tia sáng từ vật. Khi ánh sáng đi tới mặt phân cách giữa hai môi trường nào thì có thể xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần? 16
Bài tập 6: a. Bằng các dụng cụ sau: 1 tấm bóng kính, 1 chiếc kéo, 1 cuộn băng dính 2 mặt, 1 lọ 502, 1 thước thẳng chia mm, nước. Hãy chế tạo ra một lăng kính nước (để hở đáy trên), có tiết diện thẳng là một tam giác đều cạnh 6 cm, chiều cao của lăng kính 5cm. b. Cho thêm các dụng cụ sau: 1 tấm xốp phẳng, 4 chiếc tăm, 1 đèn laze, 1 compa, 1 thước đo góc, 1 chiếc bút chì. Hãy trình bày và tiến hành một phương án thí nghiệm để đo chiết suất của lăng kính nước trên. c. Đổ nước trong lăng kính đi. Dùng băng dính gắn chặt lăng kính vào chiếc hộp hình chữ nhật có thành trong suốt. Đổ nước vào hộp (không đổ vào lăng kính) sao cho nước không ngập lăng kính. Dùng đèn laze chiếu tia sáng từ đáy lăng kính. Dự đoán đường truyền của tia sáng trong trường hợp này. Làm thí nghiệm kiểm tra. Giải thích hiện tượng quan sát được. Mục đích của bài tập: Chế tạo lăng kính từ những vật liệu đơn giản.Xác định chiết suất của chât làm lăng kính.Quan sát đường truyền của ánh sáng qua lăng kính không khí đặt trong nước. Qua đó, rèn luyện năng lực thực nghiệm: chế tạo dụng cụ thí nghiệm từ những vật liệu đơn giản, thiết kế các phương án thí nghiệm, bố trí và tiến hành thí nghiệm, xử lí số liệu để được kết quả, quan sát và giải thích hiện tượng. Dự kiến cách sử dụng: Ôn tập, củng cố, mở rộng kiến thức.Phần a, cho về nhà làm trước, các phần còn lại tiến hành trên lớp. Lời giải tóm tắt a. Chế tạo lăng kính từ dụng cụ đơn giản. Hình bên đề cập đến 1 cách. b. Xác định chiết suất của lăng kính nước. Dựa vào định luật khúc xạ ánh sáng: Dùng đèn laze 17
Dùng tăm Xác định góc lệch cực tiểu trước rồi tính n. Cơ sở lí thuyết: Khi xảy ra góc lệch cực tiểu thì tia tới và tia ló đối xứng nhau qua mặt phẳng phân giác của góc chiết quang. Dùng đèn laze Dùng tăm 18
Biết được Dm sử dụng công thức dưới tìm được c. Quan sát đường truyền của tia sáng qua lăng kính không khí đặt trong nước.Tia sáng không lệch về đáy mà lệch về đỉnh. Vì: Tia đi từ nước sang không khí, nên góc tới tại mặt bên đầu tiên của lăng kính sẽ nhỏ hơn góc khúc xạ trong lăng kính, tại mặt bên còn lại tia đi từ không khí ra nước lên góc khúc xạ lớn hơn góc tới, kết quả là bị lệch về đỉnh. Hoặc xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần: Tia sáng tới lăng kính bị phản xạ, không có tia sáng nào truyền qua lăng kính không khí. Dự kiến khó khăn của HS: Không đề xuất được phương án thí nghiệm trong câu b, dự đoán sai hiện tượng trong câu c là tia sáng sẽ lệch về đáy của lăng kính. Định hướng tư duy: b. Trong các công thức lăng kính có thể sử dụng công thức nào để xác định chiết suất của lăng kính? Nếu sử dụng công thức sin i 1 = nsinr1 hay (chiếu ánh sáng từ không khí vào lăng kính nước) thì cần phải đo những đại lượng nào? làm như thế nào để đo đai lượng đó? Từ đó phải bố trí và tiến hành thí nghiệm như thế nào để xác định được chiết suất của lăng kính? c. Hiện tượng sẽ như thế nào nếu truyền tia sáng từ nước vào lăng kính không khí (sao cho tia sáng đi từ đáy lăng kính lên)? Vẽ đường truyền của một tia sáng đi từ nước vào lăng kính không khí (tia sáng đi từ đáy lăng kính lên), khi đó có nhận xét gì về tia ló ra khỏi lăng kính? Bài tập 7: Cho các dụng cụ sau: 1 chiếc đèn laze, một chiếc thước thẳng có chia đến mm, một tờ giấy trắng, một chiếc bút chì, vài chiếc tăm, một tấm xốp phẳng, các thấu kính 2 mặt lồi, 2 mặt lõm. 1 mặt phẳng và 1 mặt lồi. Hãy lựa chọn dụng cụ và tiến hành thí nghiệm xác định tiêu cự. Mục đích của bài tập: Xác định tiêu cự và chiết suất của chất làm thấu kính. Qua đó, rèn luyện năng lực thực nghiệm: Vẽ các tia đặc biệt qua thấu kính, vận dụng công thức thấu kính để tìm được chiết suất của nó khi đã biết các đại lượng còn lại. Biết cách cắm tăm sao cho khi nhìn qua thấu kính thì ta thấy các chiếc tăm nằm trên một đường thẳng. Dự kiến cách sử dụng: Xác định tiêu cự có thể dùng trong tiết học, ngay sau khi học mục “tiêu điểm. Tiêu diện. Tiêu cự”. Xác định chiết suất dùng sau khi học xong mục “ độ tụ”. Lời giải tóm tắt: Xác định f 19
Cách 1: Dùng đèn laze: Đặt thấu kính lên giấy, dùng bút vẽ đường bao quanh thấu kính. Dùng đèn chiếu qua lăng kính sao cho đường truyền qua là một đường thẳng, đánh dấu 2 điểm trên đường này, 1 trước, 1 sau thấu kính. Bỏ thấu kính ra, nối 2 điểm này ta được trục chính của thấu kính.Dùng đèn chiếu vệt song song với trục chính qua thấu kính, đánh dấu trên đường truyền của tia ló 2 điểm, bỏ thấu kính ra, nối 2 điểm trên, kéo dài cắt trục chính tại đâu thì đó chính là tiêu điểm F’. Dùng thước xác định tâm O, đo khoảng cách từ O đến F’ được f. Căn cứ vào hình vẽ để lấy dấu của f. Cách 2: Dùng tăm: Đặt thấu kính lên tấm xốp, dùng bút vẽ đường bao bên ngoài. Vẽ trục chính của thấu kính. Kiểm tra lại bằng cách cắm một tăm ở trước thấu kính, trên trục chính, sau thấu kính cắm 1 tăm cũng trên trục chính, nhìn vào thấu kính thấy 2 tăm này thẳng trùng nhau.Kẻ một đường song song với trục chính, trước thấu kính, cắm 1 tăm trên đường này. Quan sát qua thấu kính, tìm vị trí căm tăm 2, và tăm 3 sao cho 3 tăm cùng nằm trên một đường thẳng. Đánh dấu các vị trí này, bỏ thấu kính ra, dùng bút và thước nối các vị trí này với thấu kính, kéo dài cắt trục chính tại đâu đó chính là tiêu điểm F’. Việc còn lại giống ở trên.Sử dụng công thức: , (f đã biết, cần tìm R1, R2. Với mặt phẳng R = , mặt lõm R 0).Xác định R, căn cứ vào: qua 3 điểm chỉ có một đường tròn,3 điểm tạo thành tam giác, đường tròn ngoại tiếp tam giác có tâm là giao của 3 đường trung trực. Dự kiến khó khăn của HS: không đưa ra được phương án thí nghiệm. Định hướng tư duy: Tiêu cự của thấu kính được xác định như thế nào thông qua các tia đặc biệt? Với các dụng cụ đã cho làm như thế nào để xác định được tiêu cự của thấu kính? Làm như thế nào để xác bán kính của các mặt cầu của thấu kính? Bài tập 8: Không sờ vào thấu kính làm thế nào để phân biệt được đâu là thấu kính hội tụ đâu là thấu kính phân kì? Với các dụng cụ: thấu kính hội tụ, thấu kính phân kì hãy tiến hành tiến hành thí nghiệm chỉ ra thấu kính nào là thấu kính hội tụ, thấu kính nào là thấu kính phân kì. Nói rõ cách làm và giải thích vì sao làm được như vậy. 20