KỈ YẾU HỘI NGHỊ SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NĂM HỌC 2013-2014
61
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM VỀ
TÍNH CHẤT SÓNG – HẠT CỦA ÁNH SÁNG
DÙNG TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ LỚP 12 TRƢỜNG THPT
Vũ Thị Nguyệt Ánh, Đỗ Thị Huệ, Trần Việt Hùng Lớp K60A,
Hoàng Ngọc Cầm, Đặng Thị Thu Hiền, Lớp K61A, Khoa Vật lí
GVHD: TS. Nguyễn Văn Biên, TS. Dương Xuân Quý,
TS. Nguyễn Anh Thuấn
Tóm tắt: Trong dạy học Bộ môn vật lí ở trường THPT, một số kiến thức hiện đại về quang học được
trình bày ở lớp 12 giúp tạo nên bức tranh trọn vẹn về Ánh sáng cho học sinh. Đây là kiến thức về sự
truyền ánh sáng theo quy luật sóng với bản chất là sóng điện từ và tính chất lượng tử của ánh sáng
với mô hình photon thể hiện tính chất lưỡng tính sóng- hạt ánh sáng. Thực tế dạy học phần kiến thức
này, hầu hết là sự truyền thụ một chiều, học sinh tiếp thu kiến thức một cách thụ động do thiếu thiết bị
thí nghiệm (hiện chỉ có 03 thiết bị thí nghiệm dùng thực hiện được 03 thí nghiệm dành cho việc dạy
học 2 chương này). Do đó không tạo điều kiện để thực hiện việc dạy học theo định hướng phát triển
hoạt động học tích cực sáng tạo của học sinh. Đề tài: “Thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm về tính
chất sóng – hạt của ánh sáng dùng trong dạy học vật lí lớp 12 trường THPT…” đã chế tạo được một
bộ thiết bị thí nghiệm để thực hiện được 10 thí nghiệm dùng trong dạy học các kiến thức về tính chất
sóng – hạt của ánh sáng. Cụ thể: Khảo sát hiện tượng giao thoa ánh sáng; khảo sát hiện tượng nhiễu
xạ ánh sáng qua khe hẹp; khảo sát hiện nhiễu xạ ánh sáng qua lỗ tròn; khảo sát hoạt động của quang
trở; khảo sát hiện tượng phân cực ánh sáng đối với ánh sáng LED trắng và LASER, nghiệm lại biểu
thức của định luật Malus; xác định độ lưỡng chiết của mica mỏng; khảo sát sự phụ thuộc góc quay
của mặt phẳng phân cực vào nồng độ dung dịch đường; xác định hằng số Planck nhờ đèn LED và ánh
sáng của dây tóc bóng đèn đốt nóng; khảo sát ba định luật quang điện ngoài.
Việc thực hiện các thí nghiệm này tạo điều kiện cho học sinh chiếm lĩnh được kiến thức xuyên suốt, sâu
sắc về tính chất sóng- hạt của ánh sáng và tạo cơ hội phát triển năng lực thực nghiệm, năng lực hoạt
động sáng tạo của học sinh.
Thiết bị thí nghiệm được chế tạo từ các linh kiện, vật liệu có sẵn trên thị trường Việt Nam với giá
thành rẻ có thể sản xuất hàng loạt để cung cấp cho các trường phổ thông (kể cả các trường chuyên)
trên toàn quốc.
Từ khóa: Phân cực, giao thoa, nhiễu xạ, ánh sáng, hằng số Planck, định luật Malus.
I. MỞ ĐẦU
Trong dạy học Bộ môn vật lí ở trƣờng THPT, một số kiến thức hiện đại về quang học
đƣợc trình bày ở lớp 12 giúp tạo nên bức tranh trọn vẹn về Ánh sáng cho học sinh. Đây là
kiến thức về sự truyền ánh sáng theo quy luật sóng với bản chất là sóng điện từ và tính chất
lƣợng tử của ánh sáng với mô hình photon thể hiện tính chất lƣỡng tính sóng- hạt ánh sáng.
Thực tế dạy học phần kiến thức này, hầu hết là sự truyền thụ một chiều, học sinh tiếp thu
kiến thức một cách thụ động do thiếu thiết bị thí nghiệm (hiện chỉ có 03 thiết bị thí nghiệm
dùng thực hiện đƣợc 03 thí nghiệm dành cho việc dạy học 2 chƣơng này). Do đó không tạo
điều kiện để thực hiện việc dạy học theo định hƣớng phát triển hoạt động học tích cực sáng
tạo của học sinh.
KỈ YẾU HỘI NGHỊ SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NĂM HỌC 2013-2014
62
II. NỘI DUNG
1. Mục tiêu của công trình
Chế tạo đƣợc thiết bị thí nghiệm về lƣỡng tính sóng hạt của ánh sáng để sử dụng
trong dạy học vật lí 12 THPT nhằm nâng cao chất lƣợng kiến thức và phát triển năng lực
hoạt động thực nghiệm và năng lực sáng tạo của học sinh.
2. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Phƣơng pháp nghiên cứu lí thuyết: nghiên cứu các giáo trình, tài liệu khoa học về
ánh sáng; nghiên cứu chƣơng trình SGK, sách giáo viên, sách bài tập vật lí lớp 12 THPT
và các tài liệu liên quan đến việc khai thác và sử dụng thí nghiệm trong dạy học vật lí.
- Phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm: nghiên cứu thử nghiệm chế tạo thiết bị và
tiến hành các thí nghiệm tƣơng ứng trong phòng thí nghiệm.
3. Nội dung nghiên cứu
3.1. Chức năng của thiết bị thí nghiệm
Thiết bị thí nghiệm đƣợc sử dụng để tiến hành các thí nghiệm về tính chất sóng và
tính chất hạt của ánh sáng trong chƣơng trình vật lí lớp 12 THPT.
3.2. Các bộ phận của thiết bị thí nghiệm
Hình 1. Dụng cụ thí nghiệm “Thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm về tính chất sóng –
hạt của ánh sáng dùng trong dạy học vật lí lớp 12 trường THPT”
KỈ YẾU HỘI NGHỊ SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NĂM HỌC 2013-2014
63
1: Ống đồng trục
2. Ống ngắm
3. Đĩa gắn lỗ tròn
4. Đĩa có gắn khe hẹp
5: Đĩa tròn có thấu kính hội tụ
6: Các lỗ tròn, khe hẹp và khe giao thoa
7: Ống trụ rỗng
8: Bộ điều khiển đèn
9: Đèn LED có jack cắm
10: Đèn LASER có jack cắm
11: Dây nối
12: Ống gắn đèn
13: Kính phân cực và kính phân tích
14: Bản mica mỏng
15: Màn chắn có gắn quang trở
16: Ống đựng dung dịch đƣờng
17: Nguồn sáng (LED + LASER)
18: Giá quang học
19: Đƣờng glucose
20: Bình chia độ
21 + 22: Chân đỡ
23: Biến áp nguồn
24: Dây nối que đo
25: Cân điện tử
26: Đế gắn bóng đèn, kính lọc sắc và
quang trở
27: Kính lọc sắc
28: Kính xám
29: Biến trở
30: Đồng hồ đo điện đa năng hiện số
31: Nắp hộp
32: Bảng mạch LED
33: Các bóng đèn LED
34: Kẹp LED
35: Điện trở
36: Nguồn sáng đơn sắc
37: Hộp thí nghiệm hiện tƣợng quang điện
3.3. Các thí nghiệm có thể tiến hành với thiết bị
1. Thí nghiệm khảo sát hiện tượng giao thoa ánh sáng và xác định bước sóng của
ánh sáng
2. Thí nghiệm khảo sát hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng qua lỗ tròn nhỏ
3. Thí nghiệm khảo sát hiện tượng nhiễu xạ qua một khe hẹp
4. Thí nghiệm khảo sát hoạt động của quang trở
5. Thí nghiệm khảo sát hiện tượng phân cực của ánh sáng trắng và LASER
6. Thí nghiệm kiểm nghiệm định luật Malus
7. Thí nghiệm xác định độ lưỡng chiết của mica mỏng
8. Thí nghiệm xác định hằng số Planck nhờ đèn LED
9. Thí nghiệm xây dựng thiết bị thí nghiệm đo hằng số Planck nhờ ánh sáng của dây
tóc bóng đèn đốt nóng
10. Thí nghiệm xác định hằng số Planck bằng phương pháp tĩnh điện
III. KẾT LUẬN
KỈ YẾU HỘI NGHỊ SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NĂM HỌC 2013-2014
64
Thiết bị thí nghiệm đƣợc chế tạo từ các linh kiện, vật liệu có sẵn trên thị trƣờng Việt
Nam với giá thành rẻ có thể sản xuất hàng loạt để cung cấp cho các trƣờng phổ thông (kể
cả các trƣờng chuyên) trên toàn quốc.
Bộ thiết bị thí nghiệm này có thể đƣợc chúng tôi nghiên cứu để tiến hành thêm một
số thí nghiệm khác.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Bộ Giáo dục và Đào tạo, Danh mục tối thiểu thiết bị dạy học môn Vật lí – trường
trung học phổ thông chuyên, Thông tƣ số 38/2011/TT-BGDĐT ngày 29/8/2011.
[2] Bộ Giáo dục và Đào tạo, Chương trình chuyên sâu trung học phổ thông Chuyên –
môn Vật lí, tháng 12 năm 2009.
[3] Đặng Thị Mai, Quang học, NXB Giáo dục, 1999.
[4] Nguyễn Thế Khôi, Vũ Thanh Khiết, Vật lí 12 nâng cao, NXB Giáo dục, 2008.
[5] Dƣơng Xuân Quý, Vấn đề sử dụng thiết bị thí nghiệm trong dạy học vật lí ở trường
phổ thông: Thực trạng và giải pháp, Tạp chí Thiết bị giáo dục, số 61, 34, 2010.
[6] Cao Long Vân, Vật lí đại cương tập 2, NXB Giáo dục, 2012.
[7] Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm Vật lí phổ thông, Khoa Vật lí, Trƣờng Đại học Sƣ
phạm Hà Nội.
[8] Planck’s constant in the light of an in candescent lamp, 36th IPhO Salamanca
(Espana), 2005.
[9] International young physicists’ tournament, Edited by Izadi and llya Martchenko,
2010-2011.
[10] Web: http://www.scielo.org.mx/pdf/rmfe/v56n1/v56n1a17.pdf .