XÂY DỰNG VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI HỆ THỐNG BÀI TẬP CHƯƠNG SÓNG ÁNH SÁNG VẬT LÍ 12 NHẰM BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC

BÀI TẬP CHƯƠNG SÓNG ÁNH SÁNG VẬT LÍ 12

vectorstock.com/28062424

Ths Nguyễn Thanh Tú eBook Collection

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 WORD VERSION | 2021 EDITION ORDER NOW / CHUYỂN GIAO QUA EMAIL TAILIEUCHUANTHAMKHAO@GMAIL.COM

Tài liệu chuẩn tham khảo Phát triển kênh bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đơn vị tài trợ / phát hành / chia sẻ học thuật : Nguyen Thanh Tu Group Hỗ trợ trực tuyến Fb www.facebook.com/DayKemQuyNhon Mobi/Zalo 0905779594

Ơ

N

O

PHẠM VĂN THỌ

FF IC IA L

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

XÂY DỰNG VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI HỆ THỐNG BÀI TẬP

H

CHƯƠNG SÓNG ÁNH SÁNG VẬT LÍ 12 NHẰM BỒI DƯỠNG

Q

U

Y

N

NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CHO HỌC SINH GIỎI

HÀ NỘI – 2015

D

ẠY

KÈ

M

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÍ

i

O

PHẠM VĂN THỌ

FF IC IA L

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

N

XÂY DỰNG VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI HỆ THỐNG BÀI TẬP CHƯƠNG SÓNG ÁNH SÁNG VẬT LÍ 12 NHẰM BỒI DƯỠNG

N

H

Ơ

NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CHO HỌC SINH GIỎI

Y

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÍ Mã số:60 14 01 11

Người hướng dẫn khoa học: GS. TS. Hà Huy Bằng

D

ẠY

KÈ

M

Q

U

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

HÀ NỘI – 2015

ii

LỜI CẢM ƠN

FF IC IA L

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, các thầy cô giáo và cán bộ trường

Đại học Giáo dục - Đại học Quốc gia Hà Nội đã giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập, công tác cũng như hoàn thành luận văn tốt nghiệp.

Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS.TS. Hà Huy Bằng, đã tận tình hướng dẫn, tạo mọi điều kiện tốt nhất giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu và và thực hiện luận văn này.

O

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo và các em học sinh trường

N

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

Ơ

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

Tôi cũng xin cảm ơn tới gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã động viên, giúp

Hà Nội, tháng 11 năm 2015

Q

U

Y

N

H

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

D

ẠY

KÈ

M

PHẠM VĂN THỌ

iii

Đối chứng

GQVĐ

Giải quyết vấn đề

GV

Giáo viên

HS

Học sinh

HSG

Học sinh giỏi

NL

Năng lực

Nxb

Nhà xuất bản

SGK

Sách giáo khoa

THPT

Trung học phổ thông

H

Ơ

N

O

ĐC

FF IC IA L

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Thực nghiệm

N

TN

Thực nghiệm sư phạm

D

ẠY

KÈ

M

Q

U

Y

TNSP

iv

DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ STT

Sơ đồ

Tên sơ đồ

Trang

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

9

2

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

10

3

Sơ đồ 1.3

18

4

Sơ đồ 2.1 Sơ đồ 2.1. Sơ đồ cấu trúc chương sóng ánh sáng

5

Sơ đồ 2.2 Sơ đồ 2.2. Sơ đồ hệ thống bài tập chương sóng ánh sáng 34

FF IC IA L

1

D

ẠY

KÈ

M

Q

U

Y

N

H

Ơ

N

O

Sơ đồ mô tả các bước của hoạt động GQVĐ

v

31

DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng

Tên bảng

Trang

1

Bảng 1.1

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

6

7

8

sinh

pha của hoạt động GQVĐ

O

Bảng liên hệ giữa các bước giải bài tập vật lí và các

Bảng khảo sát thực trạng dạy học bài tập vật lí ở trường phổ thông

N

6

Bảng 1.5

Kết quả đầu ra về năng lực giải quyết vấn đề của học

Bảng 3.1

Bảng thông tin về học sinh lớp TN và lớp ĐC

Bảng 3.2

Bảng Rubric cho bài tập vật lí của Jennifer Docktor

Bảng 3.3 Bảng 3.4

10

Bảng 3.5

Thống kê số HS hoàn thành các tiêu chí Rubric kiểm

12

Bảng 3.7

28

98 99101 103

104

Phân phối tần số, tần suất và tần suất luỹ tích bài kiểm

104

tra

Bảng giá trị các tham số đặc trưng.

104

Bảng thông tin điều tra ý kiến HS về hệ thống bài tập

107

chương sóng ánh sáng

D

ẠY

KÈ

23

Kết quả bài kiểm tra

Q

Bảng 3.6

M

11

20

tra.

U

9

Ơ

5

Bảng 1.4.

từ NL chung

H

4

Bảng 1.3

Bảng các NL chuyên biệt môn Vật lí được cụ thể hóa 15-17

N

3

Bảng 1.2.

Y

2

FF IC IA L

STT

vi

DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ STT

Tên đồ thị

Đồ thị

Trang

1

Đồ thị 3.1 Đường phân bố tần suất

2

Đồ thị 3.2 Đường phân bố tần suất tích lũy hội tụ lùi

D

ẠY

KÈ

M

Q

U

Y

N

H

Ơ

N

O

FF IC IA L

105

vii

105

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ STT

Hình

1

Hình 2.1

Hiện tượng tán sắc ánh sáng qua lăng kính

36

2

Hình 2.2.

Mô tả góc lệch của tia đỏ và tia tím so với tia tới

38

3

Hình 2.3.

Tán sắc qua lăng kính tiết diện tam giác đều

40

Hình 2.4.

Tán sắc qua lăng kính có góc lệch của tia màu lục đạt

42

FF IC IA L

4

Trang

Tên hình

Hình 2.5

Tán sắc qua lăng kính có tia tím phản xạ toàn phần

6

Hình 2.6

Tán sắc qua lăng kính có chùm ló là chùm song song

46

7

Hình 2.7

Hình vẽ của bài tập 2

47

8

Hình 2.8

Hình vẽ của bài tập 3

9

Hình 2.9.

Tán sắc ánh sáng qua lưỡng chất phẳng

49

10

Hình 2.10

Tán sắc ánh sáng qua lưỡng chất phẳng (ví dụ 3)

50

Hình 2.11

Tán sắc ánh sáng có gương phẳng

52

12

Hình 2.12

Tán sắc qua lưỡng chất phẳng có gương xoay

53

13

Hình 2.13

Tán sắc qua bản mặt song song

55

14

Hình 2.14

Tán sắc qua thấu kính hội tụ

56

15

Hình 2.15

Tán sắc qua thấu kính hội tụ (ví dụ 4)

57

Tán sắc qua thấu kính hội tụ - Vệt sáng trên màn chắn

58

N

Ơ

N

44

48

16

Hình 2.16

17

Hình 2.17

Hiện tượng khúc xạ qua giọt nước hình cầu

61

18

Hình 2.18

Tán sắc qua giọt nước hình cầu – Cầu vồng bậc 1

62

19

Hình 2.19

Tán sắc qua giọt nước hình cầu – Cầu vồng bậc 2

63

20

Hình 2.20

Sơ đồ thí nghiệm Y – âng về giao thoa ánh sáng

65

21

Hình 2.21

Mô tả vân giao thoa ánh sáng trắng.

68

22

Hình 2.22

Giao thoa có khe F dịch chuyển

70

KÈ ẠY D

Y

U

Q

M

11

O

5

H

giá trị cực tiểu

viii

Hình 2.23

Giao thoa có bản mỏng

72

24

Hình 2.24

Giao thoa với lưỡng lăng kính

76

25

Hình 2.25

Giao thoa với lưỡng gương Fre-nen

80

26

Hình 2.26

Giao thoa với lưỡng gương Fre-nen (Ví dụ 8)

81

27

Hình 2.27

Giao thoa với lưỡng thấu kính Biê

84

28

Hình 2.28

Giao thoa gương Lôi

29

Hình 2.29

Giao thoa gương Lôi (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

FF IC IA L

23

89

N

O

92

Ơ H N Y U Q M KÈ ẠY D

ix

88

93

94

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

FF IC IA L

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

O

1.

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

N

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

Ơ

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

H

5. Mục đích nghiên cứu. ..................................................................................................3

N

6. Khách thể và đối tượng nghiên cứu, đối tượng khảo sát .............................................3 7. Nhiệm vụ nghiên cứu...................................................................................................3

Y

8. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................................3

U

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

Q

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

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

M

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

KÈ

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

ẠY

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

D

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. Hướng dẫn hoạt động giải bài tập vật lí. ...............................................................8

x

1.1.3.1. Phương pháp giải bài tập vật lí. ..........................................................................8 1.1.3.2. Hướng dẫn giải bài tập vật lí ............................................................................11 1.2. NL GQVĐ và mối liên hệ với hoạt động giải bài tập vật lí. ..................................11

FF IC IA L

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

O

1.2.3. NL học tập của HS trung học phổ thông .............................................................15 1.2.3.1. NL chung ..........................................................................................................15

N

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

Ơ

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

H

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

1.2.4.2. Các bước của hoạt động GQVĐ .......................................................................18

N

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

Y

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

U

1.2.4.4. Những NL thành tố của NL GQVĐ trong hoạt động giải bài tập vật lí ..........19 1.2.4.5. Sự thống nhất giữa các bước giải bài tập vật lí và các bước của hoạt động

Q

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

M

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

KÈ

1.3.1.1. NL tiếp thu kiến thức........................................................................................23 1.3.1.2. NL suy luận, tư duy lô-gic...............................................................................24

ẠY

1.3.1.3. NL đặc biệt ......................................................................................................24 1.3.1.4. NL lao động sáng tạo........................................................................................24

D

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

xi

1.3.3. Một số biện pháp phát hiện, bồi dưỡng NL GQVĐ cho 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 dưỡng NL GQVĐ cho HSG. ..........26

FF IC IA L

1.3.3.3. Một số yêu cầu đối với HSG khi giải bài tập vật lí giúp bồi dưỡng 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 trường phổ thông .........................................28 1.4.2. Một số yếu tố ảnh hưởng đến NL GQVĐ của HS giỏi. ......................................28

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

O

1.4.2.2. Về phương pháp học tập của HS. .....................................................................29

1.4.2.3. Về phương pháp dạy học của thầy. ..................................................................30

N

Tiểu kết chương 1 ..........................................................................................................30

Ơ

CHƯƠNG 2. XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI BÀI

H

TẬP CHƯƠNG SÓNG ÁNH SÁNG VẬT LÍ 12 NHẰM BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CHO HỌC SINH GIỎI .........................................................31

N

2.1. Hệ thống nội dung chương sóng ánh sáng vật lí 12 ...............................................31

Y

2.1.1. Cấu trúc nội dung chương sóng ánh sáng............................................................31

U

2.1.2. Phân tích nội dung chương sóng ánh sáng. .........................................................31 2.1.3. Mục tiêu chương sóng ánh sáng. .........................................................................32

Q

2.2. Hệ thống bài tập chương sóng ánh sáng nhằm bồi dưỡng NL GQVĐ cho HS giỏi.

M

.......................................................................................................................................34 2.2.1. Bài tập tán sắc ánh sáng.......................................................................................35

KÈ

2.2.1.1. Tán sắc ánh sáng qua lăng kính. .......................................................................35 2.2.1.2. Tán sắc ánh sáng qua lưỡng chất phẳng. ..........................................................49

ẠY

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 nước hình cầu. ........................................60

D

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 giao thoa đặc biệt..................................................................................76

xii

Tiểu kết chương 2 ..........................................................................................................97 CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM..................................................................98

3.1. Mục đích của thực nghiệm sư phạm.......................................................................98

FF IC IA L

3.2. Nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm ......................................................................98 3.3. Phương pháp xử lí kết quả thực nghiệm sư phạm ..................................................98

3.3.1. Đánh giá NL GQVĐ theo tiêu chí Rubric ..........................................................98

3.3.2. Xử lí kết quả theo phương pháp thống kê toán học...........................................101

3.4. Kết quả thực nghiệm sư phạm ..............................................................................102 3.5. Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm ...............................................................105

O

3.5.1. Đánh giá định tính .............................................................................................105

3.5.2. Đánh giá định lượng ..........................................................................................107

N

Tiểu kết chương 3 ........................................................................................................109

Ơ

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

H

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

D

ẠY

KÈ

M

Q

U

Y

N

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

xiii

MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài.

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

FF IC IA L

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 trường hợp mặt dù người GV có trình bày tài liệu giáo khoa một

cách mạch lạc, hợp lôgíc, phát biểu định luật chính xác, làm thí nghiệm đúng quy trình và có kết quả chính xác thì đó chỉ là điều kiện cần chứ chưa đủ để HS hiểu sâu

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

O

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

N

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

Ơ

trình giải quyết các tình huống cụ thể do các bài tập vật lí đặt ra, HS phải sử dụng các thao tác tư duy như phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hóa, trừu tượng

H

hóa …để GQVĐ, từ đó mà NL tư duy của HS có điều kiện để phát triển. Vì vậy có

N

thể nói bài tập Vật lý là một phương tiện rất tốt để phát triển tư duy, óc tưởng tượng, khả năng độc lập trong suy nghĩ và hành động, ngoài ra còn rèn luyện cho học sinh

Y

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

U

Bài tập chương sóng ánh sáng Vật lí 12 là một trong những phần bài tập rất

Q

quan trọng, bài tập chương này không những giúp HS giải quyết những vấn đề gắn

M

với yêu cầu phát triển tư duy mà thông qua kiến thức về sóng ánh sáng HS còn có khả năng giải thích được định tính cũng như định lượng về một số hiện tượng tự

KÈ

nhiên về màu sắc ánh sáng như hiện tượng cầu vồng, hiện tượng màu sắc trên bong

bóng xà phòng hay váng dầu mỡ, màu sắc trên đĩa CD hoặc phương pháp vật lí đo

ẠY

chiết suất của môi trường trong suốt…Vì lẽ đó bài tập vật lí chương sóng ánh sáng

D

trở nên thú vị và có khả năng kích thích trí tò mò, ham hiểu biết của HS. Với HS giỏi vật lí, ngoài việc giải được những bài tập vật lí khó về mặt tư

duy còn phải phân tích các hiện tượng vật lí, biết xác định điểm then chốt để GQVĐ mà bài toán vật lí đặt ra, từ đó huy động những kiến thức có liên quan để xây dựng

1

lập luận nhằm GQVĐ của bài tập đó. Chính vì thế nghiên cứu hệ thống bài tập chương sóng ánh sáng sao cho khi HSG giải những bài tập đó có khả năng phát triển năng lực GQVĐ là một điều cần thiết.

FF IC IA L

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 nhưng thực hiện

việc cấu trúc lại hệ thống bài tập và phương pháp dạy học hệ thống bài tập đó nhằm hình thành kỹ năng phát hiện vấn đề, từ đó mà bồi dưỡng NL GQVĐ cho HS giỏi.

O

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

2. Lịch sử nghiên cứu của đề tài.

Ơ

gặp phải trong những tình huống cụ thể.

N

trong cuộc sống họ cũng có khả năng vận dụng những hiểu biết để GQVĐ mà họ

H

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

N

Vũ Quang, Bùi Quang Hân, Vũ Thanh Khiết, Nguyễn Quang Báu, Nguyễn Phú HS ôn thi HS giỏi.

Y

Đồng, Nguyễn Thành Tương....Đó là những cuốn sách rất có giá trị cho cả GV và

U

Về luận văn thạc sĩ gần đây có: Đỗ Thị Lần “Xây dựng hệ thống bài tập và

Q

hướng dẫn hoạt động giải bài tập chương sóng ánh sáng vật lý lớp 12, nhằm bồi

M

dưỡng HS giỏi và phát huy năng khiếu vật lý của HS trung học phổ thông chuyên”. ĐHGD, ĐHQG HN, 2012

KÈ

Tuy nhiên chưa có công trình nào mang 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

ẠY

vấn đề cho học sinh giỏi”

D

3. Câu hỏi nghiên cứu.

Bài tập chương sóng ánh sáng cần được xây dựng theo hệ thống như thế nào

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

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

2

4. Giả thuyết nghiên cứu.

Nếu thiết kế hệ thống bài tập chương sóng ánh sáng trên cơ sở những tình GQVĐ có khả năng bồi dưỡng NL GQVĐ cho HS giỏi.

5. Mục đích nghiên cứu.

FF IC IA L

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

Nghiên cứu xây dựng và hướng dẫn giải hệ thống bài tập chương sóng ánh sáng nhằm bồi dưỡng NL GQVĐ cho HS giỏi THPT.

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

O

6.1. Khách thể nghiên cứu.

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

N

6.2. Đối tượng nghiên cứu.

Ơ

Nội dung bài tập cơ bản và nâng cao chương sóng ánh sáng Vật lí 12 6.3. Đối tượng khảo sát.

N

7. Nhiệm vụ nghiên cứu

H

Nhóm HSG Vật lí lớp 12, Trường THPT Tô Hiến Thành, Nam Định.

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

Y

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

U

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

Q

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

M

7.2. Nghiên cứu xây dựng hệ thống bài tập chương sóng ánh sáng nhằm bồi dưỡng NL GQVĐ cho HS giỏi.

KÈ

7.3. Thực nghiệm sư phạm: Nhằm đánh giá tính hiệu quả và khả thi của hệ thống bài tập vừa xây dựng.

ẠY

8. Phương pháp nghiên cứu

D

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 học định hướng phát triển NL, các sách ôn thi và đề thi HSG. 8.2. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn

3

Phương pháp phỏng vấn: Phỏng vấn GV về dạy giải bài tập vật lí. Phỏng vấn HS về phương pháp giải bài tập vật lí.

Phương pháp thực nghiệm sư phạm.

FF IC IA L

9. Cấu trúc luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận, khuyến nghị, tài liệu tham khảo, phụ lục đề tài được trình bày trong 3 chương:

Chương 1: Cơ sở lý luận và thực tiễn về dạy học bài tập vật lí nhằm bồi dưỡng NL GQVĐ cho HS giỏi. sáng nhằm bồi dưỡng NL GQVĐ cho HS giỏi.

D

ẠY

KÈ

M

Q

U

Y

N

H

Ơ

N

Chương 3: Thực nghiệm sư phạm.

O

Chương 2: Xây dựng và hướng dẫn giải hệ thống bài tập chương sóng ánh

4

CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ DẠY HỌC BÀI TẬP VẬT LÍ NHẰM BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CHO 1.1. Bài tập Vật lí trong dạy học ở trường phổ thông.

FF IC IA L

HỌC SINH GIỎI 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

O

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

N

Trong các tài liệu giáo khoa cũng như các tài liệu về phương pháp dạy học

Ơ

bộ môn người ta thường hiểu bài tập vật lí là những bài luyện tập được lựa chọn một cách phù hợp với mục đích chủ yếu là nghiên cứu các hiện tượng vật lí, hình

N

kiến thức của HS vào thực tiễn.

H

thành các khái niệm, phát triển tư duy vật lí của HS và rèn luyện kỹ năng vận dụng Với định nghĩa trên, cả hai ý nghĩa khác nhau của bài tập vật lí là vận dụng

Y

kiến thức và hình thành kiến thức mới đều có mặt. Do đó, bài tập vật lí với tư cách

U

là một phương pháp dạy học giữ một vị trí đặc biệt quan trọng trong việc hoàn

Q

thành dạy học vật lí ở nhà trường phổ thông.

M

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 đào sâu, mở rộng kiến thức.

KÈ

- Bài tập vật lí có thể là 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

D

ẠY

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 tư duy sáng tạo của HS. - Giải bài tập vật lí để kiểm tra mức độ nắm vững kiến thức của HS

5

- 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 tự nhiên.

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

FF IC IA L

vận động, họ tin vào sức mạnh của mình, mong muốn đem tài năng và trí tuệ cải tạo

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 được kế hoạch sử dụng bài tập vật lí chúng ta cần:

O

Thứ nhất: Xác định rõ mục đích của việc sử dụng bài tập. Mục đích của bài

N

tập có thể là:

Ơ

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

- Dùng bài tập hình thành kiến thức mới.

H

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

N

- Lựa chọn những bài tập điển hình nhằm hướng dẫn HS vận dụng kiến thức đã học vào để giải bài tập, từ đó hình thành phương pháp giải chung cho loại bài tập

Y

đó.

U

- Dùng bài tập để kiểm tra, đánh giá chất lượng kiến thức của HS.

Q

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

M

và mục đích sử dụng trong tiến trình dạy học. Có thể sắp xếp theo bảng sau đây.

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

KÈ

STT bài ở Nội

tiết học

nhà

tại lớp Hình thành Củng kiến

thức kiến thức

mới

D

ẠY

SGK

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

6

cố

các

bài

tập đã ra về nhà

1.1.2.2. Phân loại bài tập vật lí.[10, tr. 12] Có nhiều cơ sở để phân loại bài tập vật lí. Tùy từng cách phân loại mà ta có a) Phân loại theo nội dung + Bài tập có nội dung lịch sử + Bài tập có nội dung cụ thể hoặc trừu tượng + Bài tập theo đề tài vật lí + Bài tập giáo dục kỹ thuật tổng hợp

O

b) Phân loại theo yêu cầu phát triển tư duy

FF IC IA L

thể có hệ thống bài tập khác nhau

+ Bài tập luyện tập kiến thức cũ

N

+ Bài tập sáng tạo

Ơ

c) Phân loại theo phương thức cho điều kiện và phương thức giải. + Bài tập định tính

Y

+ Bài tập thí nghiệm

N

+ Bài tập đồ thị

H

+ Bài tập định lượng

+ Bài tập trắc nghiệm khách quan.

U

1.1.2.3. Lựa chọn bài tập vật lí

Q

a) Căn cứ để lựa chọn bài tập vật lí.

M

- Lựa chọn theo mục đích sử dụng - Lựa chọn theo trình độ xuất phát của HS

KÈ

- Lựa chọn theo thời gian cho phép sử dụng

b) Các yêu cầu cần đáp ứng về số lượng và nội dụng bài tập được lựa chọn.

ẠY

- Phù hợp với mức độ nội dung các kiến thức cơ bản và các kỹ năng giải bài

D

tập.

- Hệ thống bài tập gồm nhiều thể loại.

- Chú ý số lượng và nội dung bài tập nhằm giúp HS vượt qua những khó

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

7

- Bài tập đưa ra phải có tính hệ thống.

- Bài tập phải đảm bảo vừa sức đối với HS đại trà, đồng thời có chú ý tới sự phân hóa HS.

FF IC IA L

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 quy trình sau đây.

Bước 1: Tìm hiểu đề bài

- Đọc đúng đề bài, phân biệt đâu là ẩn số, đâu là dữ kiện.

- Chuyển ngôn ngữ thông thường sang ngôn ngữ vật lí

O

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

N

hình để diễn đạt những điều kiện của đề bài vì nhiều khi hình vẽ giúp HS dễ nhận Bước 2: Phân tích hiện tượng.

Ơ

biết diễn biến của hiện tượng, mối quan hệ giữa các đại lượng vật lí.

H

Trước hết là nhận biết những dữ kiện cho trong đề bài có liên quan đến

N

những khái niệm nào, hiện tượng nào, quy tắc nào, định luật vật lí nào. Xác định các giai đoạn diễn biến của hiện tượng, mỗi giai đoạn liên quan đến đặc tính nào,

Y

định luật nào. Cần phải hình dung rõ toàn bộ diễn biến của hiện tượng và các định

U

luật chi phối ói trước khi xây dựng bài giải cụ thể. Có như vậy mới hiểu rõ được

M

thức.

Q

bản chất của hiện tượng, tránh được những sự mò mẫm máy móc áp dụng các công Bước 3: Xây dựng lập luận

KÈ

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

cho.

ẠY

* Với bài tập định tính giải thích hiện tượng:

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

D

sao hiện tượng lại xảy ra như thế.

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

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

8

Thực hiện phép suy luận lôgic, luận ba đoạn trong đó tiền đề thứ nhất là một đặc tính chung của sự vật hoặc định luật vật lí tổng quát, tiền đề thứ hai là những điều kiện cụ thể, kết luận về hiện tượng được nêu ra.

FF IC IA L

* Với bài tập định tính dự đoán hiện tượng:

Dự đoán hiện tượng thực chất là căn cứ vào những điều kiện cụ thể của bài,

xác định những định luật chi phối hiện tượng và dự đoán được hiện tượng gì xảy ra và xảy ra như thế nào.

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

đề thứ hai (phán đoán khẳng định riêng), cần phải tìm tiền đề thứ nhất (phán đoán

O

khẳng định chung) và kết luận (phán đoán khẳng định riêng).

N

- Trong trường hợp hiện tượng xảy ra phức tạp, ta phải xây dựng một chuỗi

Ơ

luận ba đoạn liên tiếp ứng với các giai đoạn diễn biến của hiện tượng. * Với bài tập định lượng: Đối với bài tập tổng hợp phức tạp, có hai phương

H

pháp xây dựng lập luận: Phương pháp phân tích và phương pháp tổng hợp

N

Phương pháp phân tích (Xem sơ đồ 1.1)

Y

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

U

Định luật 1 (Công thức 1) X = f(Y,Z) Định luật 4 (Công thức 4) Z = f(c)

M

Q

Định luật 2 (Công thức 2) Y = f(a,p) Định luật 3 (Công thức 3) p = f(b)

KÈ

Kết quả X= f(a,b,c)

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

D

ẠY

lượng cần tìm và một vài đại lượng khác chưa biết (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 thức 3 …) cho biết mối quan hệ giữa các đại lượng chưa biết với các đại lượng đã biết.

9

+ Cuối cùng tìm được một công thức chỉ chứa đại lượng cần tìm với đại lượng đã biết.

Phương pháp tổng hợp (Sơ đồ 1.2)

FF IC IA L

+ Từ những đại lượng đã cho ở đề bài. Dựa vào các định luật, quy tắc vật lí, tìm những công thức có chứa đại lượng đã cho với các đại lượng trung gian mà ta dự kiến có liên quan đến đại lượng cần tìm.

+ Suy luận toán học, đưa đến công thức chỉ chứa đại lượng phải tìm với các đại lượng đã cho.

O

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

Định luật 3 (Công thức 3) Z = f(c)

Ơ

N

Định luật 1 (Công thức 1) p = f(b)

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

N

H

Định luật 2 (Công thức 2) Y = f(a,p)

Cả hai phương pháp đều có giá trị như nhau, nhiều khi chúng bổ sung cho

Y

nhau. Tuy nhiên, trong giai đoạn đầu của quá trình vận dụng kiến thức để giải bài

U

tập thì phương pháp phân tích dễ thực hiện hơn đối với HS. Đối với những bài tập

Q

có tính khái quát cao đòi hỏi khả năng tư duy sáng tạo thì cần biết phối hợp cả hai phương pháp.

M

Bước 4: Biện luận.

KÈ

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

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

toán học nhưng lại không phù hợp với bản chất của hiện tượng vật lí thì phải loại bỏ.

ẠY

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

D

trình lập luận. Để tránh sự mò mẫm thì tất cả các loại bài tập đều trải qua bước 1 và bước 2

nhưng bước 3 có thể không hoàn toàn giống nhau.

10

1.1.3.2. Hướng dẫn giải bài tập vật lí a) Những công việc cần làm khi hướng dẫn HS giải một bài tập vật lí.

- Xác định những kiến thức dùng để giải bài tập

FF IC IA L

- Xác định mục đích sử dụng bài tập này - Phát hiện được những khó khăn mà HS có thể gặp khi giải bài tập đó.

- Soạn câu hỏi và phương án trả lời để giúp đỡ HS vượt qua khó khăn. b) Các kiểu hướng dẫn HS giải bài tập vật lí. * Hướng dẫn theo mẫu (Agorit).

- Là sự hướng dẫn chỉ rõ cho HS hành động cụ thể cần thực hiện và trình tự

N

- GV phải xây dựng được một agôrit giải.

O

thực hiện các hành động đó để đạt kết quả mong muốn.

Ơ

- Thường áp dụng khi hướng dẫn HS giải một dạng bài tập điển hình nào đó. * Định hướng khái quát chương trình hóa.

H

- Định hướng tư duy của HS theo đường lối khái quát của việc GQVĐ.

N

- Áp dụng khi có điều kiện hướng dẫn tiến trình hoạt động giải bài tập nhằm

Y

giúp HS tự giải được bài tập đã cho, đồng thời dạy cho HS cách suy nghĩ trong quá trình giải bài tập.

U

* Hướng dẫn tìm tòi

Q

- GV gợi mở để HS tự tìm cách giải quyết, tự xác định các hành động cần

M

thực hiện để đạt được kết quả.

- Áp dụng khi cần giúp đỡ HS vượt qua khó khăn để giải được bài toán.

KÈ

- Các câu hỏi hướng dẫn phải hướng tư duy HS vào phạm vi cần và có thể

tìm tòi phát hiện cách giải quyết.

ẠY

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

D

1.2.1. NL là gì?

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

giới cũng như ở Việt Nam quan tâm và có khá nhiều cách hiểu về khái niệm “năng lực”. Khái niệm “năng lực” cũng được xác định khá rõ ràng qua các nghiên cứu của

11

Phạm Minh Hạc [13, tr.145], nhấn mạnh đến tính mục đích và nhân cách của NL tác giả đưa ra định nghĩa: “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

FF IC IA L

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 là các 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”.

O

Như vậy có thể phân NL thành 2 nhóm chính :

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

N

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

Ơ

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

H

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

N

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

Y

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

U

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

Q

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

M

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

KÈ

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

ẠY

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

D

1.2.2.1. Tri thức

12

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

FF IC IA L

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]

Các trình độ nắm vững tri thức theo thang phân loại của Bloom (chỉnh sửa năm 2001) được chia như sau:

+ Biết: Nhớ sự kiện, thuật ngữ dưới dạng được học

O

+ Hiểu: Người học không chỉ nhớ mà còn hiểu thấu đáo sự kiện, định nghĩa,

lí thuyết…thể hiện ở chỗ người học có thể diễn giải bằng ngôn ngữ của mình, đưa ra

N

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

Ơ

đạt khác nhau.

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

H

tương tự hoặc tình huống mới, diễn tả được tình huống thông thạo bằng ngôn ngữ

N

riêng của mình.

Y

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

U

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

Q

Tổng hợp thể hiện ở chỗ người học biết sắp xếp hợp nhất các bộ phận, thành phần khác nhau thành một tổng thể mới.

M

+ Đánh giá: Kiến thức thể hiện ở trình độ này thể hiện ở khả năng phán xét giá trị hoặc sử dụng thông tin theo những tiêu chí thích hợp. Để tìm phương án

KÈ

GQVĐ tối ưu người học phải biết phê phán, đánh giá kết quả và quá trình GQVĐ

ẠY

trước đó.

+ Sáng tạo: Ở trình độ này, người học phải có khả năng đưa ra suy nghĩ mới,

ý tưởng mới khác những suy nghĩ quen thuộc về vấn đề.

D

1.2.2.2. Kỹ năng

13

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 + Tính đúng đắn khi thực hiện hành động + Chất lượng kết quả của hành động + Tốc độ thực hiện và hiệu quả của hành động + Mức độ ít mệt mỏi khi thực hiện hành động + Cách thức tiến hành hành động.

FF IC IA L

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

Kỹ năng càng thành thạo thì tốc độ tiến hành hành động càng nhanh, độ chính

O

xác của hành động càng cao, phương thức tiến hành hành động càng đúng và càng ít

N

mệt mỏi.

Ơ

1.2.2.3. Kỹ xảo

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

N

tr. 79]. Biểu hiện của kỹ xảo:

H

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 hành động

Y

+ Tính bền vững của việc thực hiện hành động

U

+ Tốc độ và sự nhẹ nhàng, khéo léo khi thực hiện hành động

Q

+ Chất lượng của kết quả của hành động.

M

1.2.2.4. Mối quan hệ của kỹ năng, kỹ xảo với NL Như chúng ta thường nói người có NL tốt về một hoạt động nào đó là người

KÈ

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 chắc chắn người đó phải có kiến thức,

ẠY

kỹ năng, kỹ xảo về nó. Tuy nhiên, không thể nói ngược 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

D

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

14

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

FF IC IA L

Trên cơ sở phân tích về NL ở phần trên và theo quan điểm của các nhà giáo dục, HS THPT có hai nhóm NL: NL chung và NL chuyên biệt, cụ thể như sau: 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.

O

- 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,

N

NL sử dụng ngôn ngữ và NL tính toán.

Ơ

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

NL

Biểu hiện NL trong môn Vật lí

H

STT

N

chung

Nhóm NL làm chủ và phát triển bản thân

học

tự - Lập kế hoạch tự học và điều chỉnh, thực hiện kế hoạch có

Y

NL

hiệu quả

U

1

Q

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

D

ẠY

KÈ

M

các ứng dụng kĩ thuật.

- Đánh giá được mức độ chính xác của các nguồn thông tin - Đặt được câu hỏi về sự vật hiện tượng quanh ta - Tóm tắt được nội dung vật lí trọng tâm của văn bản - Tóm tắt thông tin bằng sơ đồ tư duy, bản đồ khái niệm, bảng biểu, sơ đồ khối - Tự đặt câu hỏi và thiết kế, tiến hành được phương án thí nghiệm để trả lời cho các câu hỏi đó.

15

2

NL

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

GQVĐ

về hiện tượng tự nhiên: Hiện tượng diễn ra như thế nào? Điều kiện diễn ra hiện tượng là gì? Các đại lượng trong hiện

FF IC IA L

tượng tự nhiên có mối quan hệ với nhau như thế nào? Các dụng cụ có nguyên tắc cấu tạo và hoạt động như thế nào?

- Đưa ra được 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

O

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

NL sáng - Thiết kế được phương án thí nghiệm để kiểm tra giả thuyết (hoặc dự đoán)

tạo

Ơ

3

N

- Đánh giá độ tin cậy của kết quả thu được.

H

- Lựa chọn được phương án thí nghiệm tối ưu

N

- Giải được bài tập sáng tạo - Lựa chọn cách thức GQVĐ một cách tối ưu.

Không có tính đặc thù

Y

NL quản

U

4

lí

NL giao - Sử dụng được ngôn ngữ vật lí để mô tả hiện tượng

M

5

Q

Nhóm NL về quan hệ xã hội

ẠY

KÈ

tiếp

D

6

- Lập được bảng và mô tả bẳng số liệu thực nghiệm - Vẽ được đồ thị từ bảng số liệu cho trước - Vẽ được sơ đồ thí nghiệm - Mô tả được sơ đồ thí nghiệm - Đưa ra được các lập luận lôgic, biện chứng

NL hợp - Tiến hành thí nghiệm theo nhóm tác

- Tiến hành thí nghiệm theo các khu vực khác nhau

16

Nhóm NL công cụ (Các NL này sẽ được hình thành trong quá trình hình thành các NL ở trên) NL

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

dụng

FF IC IA L

7

trình vật lí

công nghệ - Sử dụng phần mềm mô phỏng để mô tả đối tượng vật lí thông tin và truyền thông (ICT)

sử - Sử dụng ngôn ngữ khoa học để diễn tả quy luật vật lí

O

NL

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

dụng

9

NL

- Đọc hiểu được bảng biểu, đồ thị

Ơ

ngôn ngữ

N

8

tính - Mô hình hóa quy luật vật lí bằng công thức toán học - Sử dụng toán học để suy luận từ kiến thức đã biết rút ra hệ

H

toán

N

quả hoặc ra kiến thức mới

Y

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

U

Như đã phân tích ở trên, chúng ta thấy rằng NL không đơn thuần là khái

Q

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

M

Chẳng hạn NL chính trị thuộc về hoạt động chính trị và tâm lí của người làm chính trị, NL Văn học thuộc về hoạt động nghiên cứu và học tập môn Văn và tâm lí của

KÈ

người học văn…. Theo đó, NL GQVĐ trong hoạt động học bài tập vật lí của HS cũng gắn liền với hoạt động giải bài tập môn vật lí. Theo mục 1.1.3 chúng ta thấy

ẠY

rằng hoạt động giải một bài tập vật lí gắn liền với nhiều năng lực chuyên biệt trong bảng 1.2. Chẳng hạn như NL sử dụng ngôn ngữ, NL tính toán, NL giao tiếp, NL

D

sáng tạo, NL làm thí nghiệm....Hầu như tất cả các NL chuyên biệt một cách nào đó đều tác động đến NL GQVĐ. Ngược lại muốn GQVĐ thì cần có những NL chuyên

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

17

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

Các bước của hoạt động GQVĐ

FF IC IA L

Các bước của hoạt động GQVĐ có thể tuân theo Agorit chung như sơ đồ 1.3.

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

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

O

Bước 1- Phát hiện và làm rõ vấn đề

- Thu thập thông tin, kiến thức liên quan 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 ưu.

N

H

Ơ

N

Bước 2- Đề xuất và lựa chọn giải pháp

U

Y

Bước 3- GQVĐ

- Thực hiện giải pháp GQVĐ bằng con đường tối ưu 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

Q

- Đánh giá giải pháp (Tính khoa học, tính lô-gic, độ chính xác, độ tin cậy của kết quả) - Đề xuất kiến thức hay hệ quả mới (nếu có) hoặc vận dụng vào bài tập mới.

KÈ

M

Bước 4- Đánh giá giải pháp, kết luận, đề xuất vấn đề mới (nếu có)

D

ẠY

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 biểu thị bởi một hệ thống những mệnh đề, câu hỏi “chưa có phương pháp

có tính thuật toán để giải đáp câu hỏi hoặc thực hiện yêu cầu đặt ra”. Phương pháp GQVĐ là cách thức giải quyết VĐ đó. Phương pháp có thể được tích lũy trong quá

18

trình học tập, nghiên cứu và từ kinh nghiệm sống. Muốn thực hiện phương pháp này, HS bắt buộc phải tư duy về bài toán, mối liên hệ giữa các dữ kiện đồng thời phải có suy luận logic mới có thể phát hiện VĐ và đề xuất các giải pháp GQVĐ.

FF IC IA L

Với một vấn đề cụ thể, nếu có được tư duy và suy luận logic thì HS thuận lợi tiến hành nhiều hoạt động tìm tòi, khám phá phát hiện giải pháp GQVĐ. b) Hoạt động liên tưởng và tổng hợp kiến thức

Sự phát triển nhận thức là quá trình tích lũy các mối liên tưởng. Số lượng các mối liên tưởng và sự linh hoạt khi liên tưởng trong học vật lí là một trong những cơ

O

sở để phân định trình độ nhận thức, phân định năng lực GQVĐ của HS.

Trong Vật lí, sự liên tưởng giữa tình huống được xét và kho “lưu trữ” các

N

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

Ơ

liệu HS tích lũy được. Hoạt động liên tưởng các mối quan hệ, tổ chức tổng hợp kiến thức đã học trong tiến trình hoạt động nhằm phát hiện ra mối quan hệ giữa các dữ

H

kiện của bài toán để phát hiện giải pháp GQVĐ.

N

Quá trình học tập, HS đã tích lũy được vốn kiến thức, kĩ năng nhất định.

Y

Trước một VĐ cần giải quyết, HS cần tổng hợp kiến thức, kĩ năng đã tích lũy

U

được để GQVĐ đặt ra. Điều đó phụ thuộc nhiều vào khả năng chọn lọc của HS.

Q

Hoạt động liên tưởng và tổng hợp kiến thức của mỗi HS là khác nhau. Cùng giải quyết một VĐ, có người liên tưởng và tổng hợp được nhiều định luật, khái niệm, công thức,…và

M

nhiều thao tác tư duy giúp họ GQVĐ nhanh và tốt hơn. Trái lại, do NL yếu, kiến thức, kĩ năng tích lũy không được bao nhiêu, đối với những HS này, việc liên tưởng và tổng hợp kiến thức ít

KÈ

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

ẠY

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

D

được mô tả bởi bảng 1.3 Bảng 1.3. Kết quả đầu ra về năng lực giải quyết vấn đề của học sinh Chỉ số hành vi

Thành tố

19

Phát hiện và làm rõ vấn đề

Phân tích tình huống Phát hiện vấn đề Biểu đạt vấn đề Thu thập thông tin có liên quan đến vấn đề Đề xuất các giải pháp Lực chọn giải pháp phù hợp Thực hiện giải pháp

Thực hiện và đánh giá giải pháp giải quyết vấn đề

Đánh giá giải pháp

FF IC IA L

Đề xuất và lựa chọn giải pháp

O

Nhận thức và vận dụng phương pháp hành động vào bối cảnh mới

N

a) Phát hiện và làm rõ vấn đề

Ơ

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;…Phát hiện và làm rõ

H

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

N

quyết được VĐ vì không phát hiện và làm rõ được vấn đề.

- Phân tích tình huống và phát hiện vấn đề: Một tình huống đặt ra, trước

Y

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

U

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

Q

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

M

tập tìm tòi, hay bài tập thực thành,…

KÈ

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

vấn đề: Nêu được dữ kiện (giả thiết), yêu cầu (kết luận) của vấn đề, vẽ hình, viết điều kiện dưới dạng công thức (nếu cần). Biết tóm tắt vấn đề (đôi khi dùng hình vẽ,

D

ẠY

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 ra. Tuy nhiên để

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

20

dồi NL giải toán học: Chuyển đổi bài toán Vật lí về hình thức, đối tượng, hiện tượng của vấn đề có liên quan đến toán học. b) Đề xuất và lựa chọn giải pháp

FF IC IA L

NL đề xuất và lựa chọn giải pháp bao gồm các thành phần: Dự đoán và suy diễn; kết nối kiến thức, kĩ năng đã có và tri thức cần tìm để GQVĐ;…

- Dự đoán và suy diễn: Trong học Vật lí, HS GQVĐ năng lực dự đoán và suy diễn của họ được bộc lộ. Đứng trước một vấn đề, HS biết xem xét, nghiên cứu và dự đoán giải pháp GQVĐ. HS mò mẫm, thử một số trường hợp, từ đó hình thành dự

đoán. Dự đoán đó là cơ sở để HS suy diễn, phát hiện giải pháp GQVĐ. Tuy nhiên,

O

điều dự đoán không phải bao giờ cũng giải quyết đúng đắn vấn đề đặt ra. Để có được giải pháp đúng GQVĐ hoàn chỉnh, HS cần phải KT lại điều dự đoán tránh sa

N

vào “ngõ cụt” trong quá trình GQVĐ.

Ơ

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

H

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

N

tiến hành trích xuất, giải mã các thông tin sẽ tạo ra một số “sơ đồ” thích hợp trong bộ nhớ. HS kết nối các thông tin của vấn đề với các thông tin được lưu trữ trong sơ

Y

đồ hiện có, một số sơ đồ được lựa chọn. Nếu không tìm thấy được sơ đồ phù hợp,

U

một sơ đồ tổng quát hơn sẽ được kích hoạt. Bằng cách này, các tổ chức và cơ cấu

Q

của các sơ đồ được lưu trữ cho phép các kiến thức liên quan được tìm thấy trong bộ nhớ. Các em thực hiện các thao tác phân tích các yếu tố, tổng hợp các thông tin của

M

vấn đề; dự đoán, liên tưởng kết nối tri thức cần tìm với kiến thức, kĩ năng đã có. Đó có thể là vấn đề tương tự, vấn đề có liên quan, vấn đề tổng quát, vấn đề đặc biệt,…,

KÈ

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

ẠY

c) Thực hiện và đánh giá giải pháp giải quyết vấn đề NL thực hiện và ĐG giải pháp GQVĐ bao gồm các thành phần: Trình bày

D

giải pháp GQVĐ, phát hiện giải pháp khác, nhận thức và vận dụng phương pháp

hành động vào bối cảnh mới,…

- Trình bày giải pháp GQVĐ: Xác định quy trình để thực hiện giải pháp

21

GQVĐ bao gồm nội dung các công việc cần thực hiện và trình tự để thực hiện các công việc đó theo những quy tắc lôgic, rõ ràng. HS xác lập được quy trình thực hiện giải pháp GQVĐ đúng đắn, họ sẽ đi đúng hướng GQVĐ, không bỏ sót công việc

FF IC IA L

cần thiết, nhiều khi bỏ sót một công việc nào đó sẽ không giải quyết được vấn đề

hoặc giải quyết không đầy đủ các yêu cầu vấn đề đặt ra. Nếu không xác lập được quy trình thực hiện giải pháp GQVĐ; có thể dẫn đến GQVĐ luẩn quẩn, mất thời

gian, không đem lại hiệu quả. Trong khi diễn đạt giải pháp GQVĐ, HS tiến hành

kiểm tra tính lôgic, chặt chẽ và sự đúng đắn của mỗi bước, từng phép tính, từng chi tiết. Diễn đạt giải pháp GQVĐ một cách tương đối chi tiết, lôgic và chặt chẽ, ngắn

O

gọn, chính xác.

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

N

chưa? Giải pháp đã chọn là tối ưu hay còn hạn chế gì? Còn giải pháp nào hay hơn

Ơ

không? Trong quá trình GQVĐ, câu hỏi tự nhiên luôn nảy sinh là: vấn đề này có liên

H

quan đến một vấn đề nào khác hay không? Qua các hoạt động liên tưởng, chuyển hóa

N

đối tượng,…, làm rõ mối liên hệ giữa vấn đề cần giải quyết và vấn đề đã có giải pháp giải quyết. Từ đó, có thể sử dụng khía cạnh nào đó của vấn đề này, phát hiện giải pháp

Y

khác GQVĐ.

U

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

Q

đặt ra đã được giải quyết; nếu thay đổi, thêm, bớt điều kiện,…, có thể dẫn đến một vấn đề mới hay không? Câu hỏi này gợi ý cho HS ý tưởng sáng tạo. HS biết vận

M

dụng sáng tạo các tri thức thu nhận được để tìm ra vấn đề mới và giải quyết được vấn đề đó. Tìm được một bài toán vật lí mới vừa bổ ích lại vừa có thể giải được,

KÈ

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

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

ẠY

GQVĐ

Theo mục 1.1.1.1 chúng tôi đã trình bày: Bài tập vật lí được hiểu là những

D

vấn đề được đặt ra đòi hỏi người học phải giải quyết….Do đó, hoạt động giải bài

tập vật lí cũng chính là hoạt động GQVĐ và chúng có sự thống nhất được thể hiện theo bảng so sánh sau đây.

22

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

Các bước của hoạt động GQVĐ

Bước 1: Tìm hiểu đề bài

FF IC IA L

Các bước giải bài tập Vật lí

Bước 1- Phát hiện và làm rõ vấn đề

Bước 2- Đề xuất và lựa chọn

tượng

giải pháp

Bước 3: Xây dựng lập luận.

Bước 3- GQVĐ

N

O

Bước 2: Phân tích hiện

Bước 4: Biện luận.

Bước 4- Đánh giá giải pháp, kết có).

N

H

Ơ

luận, đề xuất vấn đề mới (nếu

Y

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

U

đều gắn với hoạt động GQVĐ. Tuy nhiên việc 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

Q

GQVĐ nào cũng liên quan đến bài tập vật lí, nhưng đã giải bài tập vật lí là GQVĐ.

M

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

KÈ

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

1-15]:

D

ẠY

1.3.1.1. NL tiếp thu kiến thức + Khả năng nhận thức vấn đề nhanh, rõ ràng + Luôn hứng thú trong các tiết học, đặc biệt là bài mới

23

+ Có ý thức tự bổ sung, hoàn thiện những tri thức đã thu được ngay từ dạng sơ khai 1.3.1.2. NL suy luận, tư duy lô-gic

FF IC IA L

+ Biết phân tích sự vật, hiện tượng qua các dấu hiệu đặc trưng của chúng + Biết thay đổi góc nhìn khi xem xét một sự vật hiện tượng

+ Biết cách tìm con đường ngắn nhất để đi đến một kết luận chính xác + Biết xét đủ các điều kiện cần thiết để kết luận được giả thuyết đúng + Biết quay lại điểm vừa xuất phát để tìm đường đi mới 1.3.1.3. NL đặc biệt

O

+Biết diễn đạt chính xác điều mình muốn trình bày

N

+ Sử dụng thành thạo hệ thống ký hiệu, các quy ước để diễn tả vấn đề

Ơ

+ Biết phân biệt thành thạo các kỹ năng đọc, viết và nói mô tả cho khái niệm sau

N

1.3.1.4. NL lao động sáng tạo

H

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

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

Y

đạt kết quả mong muốn

U

1.3.1.5. NL kiểm chứng

Q

+ Biết suy xét đúng sai từ một loạt sự kiện

M

+ Biết tạo ra các tương tự hay tương phản để khẳng định hoặc bác bỏmột đặc trưng nào đó trong sản phẩm do mình làm ra

KÈ

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

hiện một số lần kiểm nghiệm

D

ẠY

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 hoặc 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

24

Căn cứ 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

FF IC IA L

hiện tượng vật lý. Biết vận dụng linh hoạt, sáng tạo kiến thức cơ bản trong đó có các tình huống mới.

- Có NL tư duy tốt và sáng tạo, biết phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hóa, có khả năng sử dụng nhiều phương pháp để đi đến kết quả.

- Có kỹ năng thí nghiệm tốt, có NL về phương pháp nghiên cứu khoa học Vật lý. Biết nếu ra những lý luận cho những hiện tượng xảy ra trong thực tế, biết cách

O

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

N

hiện tượng đã được kiểm chứng..

Ơ

Tất cả các phẩm chất và NL nói trên nếu được bồi dưỡng thì sẽ góp phần bồi dưỡng NL GQVĐ cho HS giỏi

H

Như vậy đối với GV, khi đào tạo những HSG Vật lý, cần hướng HS học tập

N

để HS được trang bị những kiến thức, kỹ năng, giúp các em tự học hỏi, sáng tạo nhằm phát huy tối đa NL của mình.

Y

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

U

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

M

như:

Q

Một số biện pháp mà người GV thường áp dụng để phát hiện HS giỏi Vật lí + Kiểm tra – thi chọn HS giỏi: Đây là biện pháp hữu hiệu nhất mà GV

KÈ

thường làm. Thông qua điểm số cũng như cách làm bài kiểm tra của HS, thầy cô ít

nhiều đánh giá được NL kiến thức, kỹ năng kỹ xảo cũng như NL tư duy GQVĐ của

ẠY

HS.

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

D

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

trong quá trình học tập của HS. Đó là thái độ, hứng thú, tích cực với môn học: “Từ

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

25

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 luôn có thái độ nghiêm túc tự giác với môn học, luôn tích cực hoạt động chủ động đối với nhiệm vụ học tập, không bảo

FF IC IA L

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 khai thác kiến thức ở nhiều phần đã được học.

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

O

bị không tiêu chuẩn ngay cả khi chưa được làm thí nghiệm hành trên những thiết bị chuẩn.

N

- Giải những bài toán tổng hợp nhiều kiến thức đòi hỏi khả năng tư duy cao.

Ơ

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

H

thỏa mãn yêu cầu sau đây [9, tr. 363 – 365]:

N

1. Các bài tập phải đi từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức tạp, giúp HS nắm được phương pháp giải bài tập điển hình.

Y

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

U

phần nào đó vào việc củng cố, hoàn thiện và mở rộng kiến thức.

Q

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

M

nội dung không sát với thực tế) và bài tập có nội dung thực tế (liên quan đến đời sống và kỹ thuật), bài tập luyện tập (bài tập mẫu nhằm ghi nhớ kiến thức) và bài tập

KÈ

sáng tạo (giúp rèn luyện những thao tác tư duy và 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

ẠY

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 nào đó mà thôi.

D

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

GQVĐ.

26

1. Đọc kỹ đề bài, chuyển từ ngôn ngữ thông thường sang kí hiệu vật lí. Chỉ khi HS viết được tất cả các dữ kiện mà bài toán cho thông qua kí hiệu vật lí thì mới có khả năng giải được bài tập đó.

FF IC IA L

2. Sử dụng ngôn ngữ vật lí để mô tả hiện tượng 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 tượng, quá trình vật lí. Biết tìm điểm khởi đầu để bắt đầu giải một bài tập vật lí.

4. Phân tích mối liên hệ giữa đại lượng đã cho và đại lượng cần tìm bằng

cách trả lời câu hỏi như: đại lượng nào biến đổi, đại lượng nào bất biến, chúng liên

O

hệ với nhau bằng những phương trình toán học nào.... Biết phân tích hay tổng hợp

N

các mối liên hệ đó để đi đến kết quả.

Ơ

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

6. Ghi chép cẩn thận khi giải mỗi bài toán, lưu ý những vấn đề mới xuất hiện

H

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

N

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

Y

lí đơn giản về hiện tượng vật lí nhưng lại khó khăn trong biến đổi các phương trình toán học hoặc có những thí nghiệm vật lí phải tiến hành nhiều lần mới cho ra kết

U

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

Q

từng bước giải toán.

M

Muốn hướng dẫn HS tốt, GV cần xây dựng hệ thống câu hỏi khái quát cho bài toán. Câu hỏi khái quát thường bám vào dữ kiện then chốt hoặc bám vào đại

KÈ

lượng cần tìm. Câu hỏi khái quát thường không có câu trả lời ngay mà phải được

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

ẠY

tìm ra các mối liên hệ giữa các đại lượng trong bài toán. Do đó câu hỏi gợi ý không chung chung mà thường bám sát các dữ kiện đã cho hoặc hiện tượng vật lí xảy ra

D

trong bài. GV cần chuẩn bị tốt câu hỏi gợi ý và các phương án trả lời của HS có thể gồm cả phương án trả lời sai. Xây dựng hệ thống bài tập tăng cường phân hóa các cấp độ, thường từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức tạp, câu đơn giản là tiền đề của

27

câu phức tạp hoặc ngược lại câu phức tạp là vấn đề mở của câu 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.

FF IC IA L

Bồi dưỡng cho HS kiến thức toán học có liên quan đến đặc trưng của từng phần (như các công thức lượng 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 tưởng tượng 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

O

Qua khảo sát thực trạng hướng dẫn giải bài tập vật lí ở trường THPT bằng

N

phiếu điều tra (xem phụ lục) cả GV và HS ở trường THPT Tô Hiến Thành và

Ơ

Trung tâm GDTX Hải Cường – Nam Định, chúng tôi được kết quả như sau: Bảng 1.5. Bảng tổng hợp cách hướng dẫn HS giải bài tập vật lí.

H

Thỉnh

Hiếm

Không

xuyên

thoảng

khi

bao giờ

30,00%

50,00%

20,00%

10,00%

20,00%

40,00% 20,00% 10,00%

20,00%

20,00%

10,00% 20,00% 30,00%

xuyên

theo

U

dẫn

Agorit (Theo mẫu)

Hướng dẫn tìm tòi (gợi ý GQVĐ)

Hướng dẫn tự giải Chỉ giải ra kết quả

10,00% 10,00% 80,00%

KÈ

3

Thường

Thường

Y

Hướng

M

2

tập vật lí

Q

1

Rất

N

STT

Hướng dẫn giải bài

ẠY

4

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

phương pháp hướng dẫn HS giải bài tập, đa số GV áp dụng phối hợp các kiểu

D

hướng dẫn giải bài tập nhưng số đông là thường hướng dẫn HS giải bài tập theo mẫu. Tuy nhiên, việc sử dụng hệ thống câu hỏi gợi ý giúp HS GQVĐ còn hạn chế.

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

28

1.4.2.1. Về nội dung thi. Đa số nội dung thi HS giỏi hiện nay có nội dung rất tốt cho phát triển NL tư duy của HS, việc này góp phần rất tốt cho công tác bồi dưỡng HS giỏi trong nhiều

FF IC IA L

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

NL tư duy, điều này có thể tạo không khí học tập căng thẳng nếu GV không có những tình huống liên hệ thực tiễn.

1.4.2.2. Về phương pháp học tập của HS.

Với các trường tốp đầu hoặc các trường chuyên ở vùng nông thôn chất lượng

HS giỏi rất tốt, các em có đủ bản lĩnh, tính kiên trì bền bỉ khắc phục khó khăn trong

O

học tập để đạt kết quả cao. Phương pháp học tập của các em cũng khá đơn giản tự

N

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

Ơ

đề bài thì HS đã có phương án giải hoặc kết quả. Tuy nhiên, số lượng đó là không nhiều ở mỗi trường phổ thông.

H

Ở các trường tốp dưới không chuyên hoặc ngoài công lập (trừ một số trường

N

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

Y

vấn đề rất khó khăn. Phương pháp học tập của các em cũng rất thụ động, thường chỉ là giải theo mẫu và trong quá trình giải bài tập chỉ muốn nhanh chóng ra kết quả mà

U

ít có nhận xét đánh giá, trình bày lời giải nhiều khi thiếu lô gic chặt chẽ (đây cũng là

Q

nhược điểm của bài tập trắc nghiệm).

M

Như vậy, làm thế nào để bồi dưỡng được nhiều HSG vật lí? Có nhiều câu trả lời nhưng một phương án khả thi đó là dạy cho HS phương pháp tư duy lập luận

KÈ

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

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

ẠY

được sự hướng dẫn của thầy, kết hợp giữa học theo hướng dẫn với tự học, tự rèn luyện, tự đọc sách tham khảo để mỗi bài toán gặp phải là một tình huống xác định

D

nào đó cần giải quyết và có nhu cầu hứng thú giải quyết nó. Khi đã có nhu cầu giải quyết thì chắc chắn sẽ có sự tích cực và sự tích cực sẽ này sinh tư duy sáng tạo và vấn đề phức tạp cũng có khả năng trở thành đơn giản.

29

1.4.2.3. Về phương pháp dạy học của thầy. Đa số GV có NL kiến thức và NL sư phạm tốt và có khả năng tham gia bồi dưỡng HS giỏi. Tuy nhiên một số GV do bận công việc riêng nên kiến thức chuyên

FF IC IA L

sâu dần bị mai một và giảm sút. Từ đó mà ít để ý đến việc sử dụng phương pháp

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

Nhiều khi những tiết dạy bài tập vật lí cho HS là những tiết học khô cứng và căng

thẳng, cũng có khi bài tập càng khó và càng đánh 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

O

mới kich thích được trí tò mò của HS, giúp HS nhận thức được tầm quan trọng của

Ơ

N

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

Tiểu kết chương 1

H

Trong chương này tác giả đã tổng quan cơ sở lý luận về dạy giải bài tập vật lí

N

ở trường phổ thông, những phẩm chất NL cần có của HS giỏi vật lí và sự tác động của nó đến NL GQVĐ. Chúng tôi thấy rằng giữa hoạt động giải bài tập vật lí và

Y

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

U

GQVĐ.

Q

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

M

THPT Tô Hiến Thành và Trung tâm GDTX Hải Cường - Nam Định. Trong đó còn một vài hạn chế trong đó có phương pháp học thụ động của HS và phương pháp dạy bài tập

KÈ

vật lí chưa bám sát thực tiễn của GV. Hoạt động này làm cơ sở để chúng tôi đề xuất hệ

D

ẠY

thống bài tập và hướng dẫn giải bài tập chương sóng ánh sáng Vật lí 12.

30

CHƯƠNG 2. XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP CHƯƠNG SÓNG ÁNH SÁNG VẬT LÍ 12 NHẰM BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CHO HỌC SINH GIỎI 2.1.1. Cấu trúc nội dung chương sóng ánh sáng

FF IC IA L

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

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

O

SÓNG ÁNH SÁNG

CÁC LOẠI QUANG PHỔ

THANG SÓNG ĐIỆN TỪ

Máy quang phổ lăng kính

H

Giao thoa ánh sáng

N

Nhiễu xạ ánh sáng

Các loại quang phổ

Tia hồng ngoại

Tia tử ngoại

Tia Rơn ghen

Y

Tán sắc ánh sáng

Ơ

N

TÍNH CHẤT CỦA SÓNG ÁNH SÁNG

U

2.1.2. Phân tích nội dung chương sóng ánh sáng.

Q

Về vấn đề này đã được trình bày rất rõ trong cuốn Sách GV Vật lí 12 Cơ bản và nâng cao. Trong luận văn này chúng tôi xin được không trình bày lại. Tuy nhiên

M

chúng tôi có những điểm cần lưu ý sau đây:

KÈ

Về hiện tượng tán sắc ánh sáng: Đây là hiện tượng rất quan trọng giúp chúng

ta giải thích được một số hiện tượng thực tiễn như hiện tượng cầu vồng, xóa bỏ

ẠY

quan niệm Thần thánh về cầu vồng trước đây.

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

D

gồm giao thoa ánh sáng đơn sắc, ánh sáng hỗn hợp, ánh sáng trắng, giao thoa của các hệ đặc biệt như: Lưỡng gương, lưỡng thấu kính, lưỡng lăng kính, gương Lôi, giao thoa với bản mỏng, nêm. Chúng tôi dừng lại ở xác định các vạch sáng gây ra

31

bởi hiện tượng giao thoa chứ không đi sâu đến các kiến thức chuyên như cường độ sáng, độ rọi…

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

FF IC IA L

tượng nhiễu xạ ta được các nguồn sáng thứ cấp (chẳng hạn như hai khe F1, F2 trong

hiện tượng giao thoa ánh sáng) chứ không đi sâu làm rõ bản chất của từng hiện tượng nhiễu xạ như nhiễu xạ lỗ tròn, nhiễu xạ cách tử…

Về các loại quang phổ và thang sóng điện từ: Do đặc điểm của các kỳ thi

HSG ít có liên quan đến bài tập định tính của phần này nên chúng tôi không đề cập 2.1.3. Mục tiêu chương sóng ánh sáng.

Nhận biết – thông Vận dụng

chủ

hiểu

Ơ

N

Tên

-

sáng

Đánh

giá,

Sáng tạo

N

tượng tán sắc ánh sáng, tính hiện tượng cầu lượng hiên tượng tán sắc qua thấu kính,

sáng trắng.

lăng

Y

ánh sáng đơn sắc, ánh vồng.

U

ánh

hợp,

Tổng

hiện - Giải thích được định - Tính toán định

nghĩa

- Sử dụng công thức

- Nêu được mối liên hệ định luật khúc xạ để

Q

sắc

Định

Phân tích,

H

đề

Tán

O

đến bài tập phần này.

M

giữa chiết suất và màu tính được góc lệch giữa

KÈ

sắc ánh sáng - Giải thích được thí

các tia sáng đơn sắc sau tán sắc.

kính,

lưỡng

chất phẳng,, bản mặt song song, giọt nước hình cầu, máy quang phổ lăng kính.

D

ẠY

nghiệm Niuton về hiện tượng tán sắc ánh sáng.

Giao

- Định nghĩa, giải thích - Giải các bài tập đơn - Giải thích định

thoa

định tính, định lượng giản như tính khoảng tính và tính toán

ánh

hiện tượng giao thoa vân, xác định vị trí vân định lượng đối với

32

ánh sáng.

sáng, vân tối tại một các giao thoa với

- Viết được công thức tính khoảng vân, hiệu

điểm trên trường giao ánh sáng hỗn hợp , các hệ giao thoa đặc

thoa.

đường đi, vị trí vân - Giải thích được hiện

tượng giao thoa ánh

sáng, vân tối.

- Nêu được ứng dụng của hiện tượng giao thoa ánh sáng. Suy ra

biệt như lưỡng lăng

FF IC IA L

sáng

sáng đối với ánh sáng

kính,

lưỡng

thấu

kính, lưỡng gương,

hỗn hợp, ánh sáng đa

bản mỏng, nêm.

sắc

- Tính toán định

lượng với màng xà

O

liên hệ giữa màu sắc và

phòng,

N

bước sóng ánh sáng.

váng

dầu

mỡ.

- Nêu được sơ đồ cấu - Dựa vào đặc điểm của Giải được bài tập về

loại

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

H

Ơ

Các

phổ

N

quang lăng kính, mô tả được thích được màu sắc của đường truyền của tia các nguồn nóng sáng

U

giống hoặc khác nhau.

Q

phổ.

Y

sáng qua máy quang phát ra ở các nhiệt độ

- Nêu được định nghĩa, - Dựa vào quang phổ

M

nguồn phát, tính chất, vạch giải thích được

KÈ

công dụng của các loại công dụng của phép

D

ẠY

quang phổ.

phân tích quang phổ: Nhanh, nhậy, từ xa, định lượng.

Thang - Nêu được định nghĩa, - Vẽ được thang sóng - So sánh được các sóng

nguồn phát, tính chất, điện từ và mô tả sự tăng phương pháp nghiên

điện

công dụng của tia hồng giảm của bước sóng và cứu cho từng loại

33

từ

sóng điện từ.

ngoại, tia tử ngoại, tia tần số.

Rơn ghen.

FF IC IA L

2.2. Hệ thống bài tập chương sóng ánh sáng nhằm bồi dưỡng NL GQVĐ cho HS giỏi.

Dựa trên mục tiêu, nội dung chương sóng ánh sáng nhằm đảm bảo hệ thống bài tập được bao quát chương trình bồi dưỡng HS giỏi, chúng tôi xây dựng sơ đồ hóa kiến thức bài tập như sau:

O

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

N

Tán sắc ánh sáng qua lăng kính

Tán sắc ánh sáng qua lưỡng chất phẳng

Ơ

Bài tập tán sắc ánh sáng

H

Tán sắc ánh sáng qua thấu kính

N

Tán sắc ánh sáng qua giọt nước hình cầu Giao thoa ánh sáng đơn sắc

U

Y

Bài tập chương sóng ánh sáng bồi dưỡng HSG

Giao thoa ánh sáng hốn hợp Giao thoa ánh sáng trắng Giao thoa có hệ vân dịch chuyển

Một số hệ giao thoa đặc biệt

Lưỡng lăng kính Frexnen Lưỡng thấu kính Biê Lưỡng gương Frexnen

ẠY

KÈ

M

Q

Bài tập giao thoa ánh sáng

Giao thoa ánh sáng qua khe Y - âng

Gương Lôi

D

Giao thoa với màng mỏng, nêm

34

Trên sơ đồ 2.2, chúng tôi xây dựng hệ thống bài tập trên cơ sở các tình huống có vấn đề. Các tình huống ở đây được sắp xếp từ đơn giản đến phức tạp, tình huống đơn giản có thể là vận dụng công thức để giải bài tập đã rõ hiện tượng vật lí, có thể

FF IC IA L

chỉ là thay số vào công thức nhưng lại làm nền tảng cho các tình huống phức tạp, tình huống phức tạp hơn có thể là phải biết phân tích một hiện tượng vật lí hay tổng

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

Giải quyết được xâu chuỗi các vấn đề từ cơ bản đến phức tạp trong một hay nhiều

bài toán vật lí sẽ góp phần hoàn thiện kiến thức, kỹ năng, kỹ xảo, giúp tư duy suy luận lôgic của HS phát triển. Điều đó nói nên NL GQVĐ của HS được bồi dưỡng

O

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

N

+ Thứ nhất (i) là tóm tắt lí thuyết và công thức cơ bản: Đây là phần tóm lược

Ơ

lí thuyết cơ bản được tóm tắt lại từ SGK Vật lí 12 cơ bản và nâng cao, kèm theo là với mục đích sử dụng bài tập.

H

hệ thống công thức dùng để giải bài tập, đồng thời cũng là phần kiến thức gắn liền

N

+ Thứ hai (ii) là bài tập có hướng dẫn: Các bài tập này được xây dựng nhằm vận dụng kiến thức đã học vào GQVĐ cụ thể trong từng bài toán vật lí. Bài toán đó

Y

có thể là định tính hoặc định lượng… nhưng đều mục đích là rèn luyện kỹ năng kỹ

U

xảo giúp phát triển tư duy lô- gic, trí tưởng tưởng phong phú của HS, từ đó góp

Q

phần bồi dưỡng NL GQVĐ cho HS đặc biệt là HS giỏi.

M

+ Thứ ba (iii) là bài tập rèn luyện tự giải: Đây là những bài tập tương tự những bài toán có hướng dẫn giải ở trên nhằm giúp HS khắc sâu và hoàn thiện kiến

KÈ

thức bằng hình thức tự giải tại lớp hoặc ở nhà, ngoài ra có những bài xuất hiện những vấn đề mới, những bài toán ngược hoặc giải quyết những tình huống thực

ẠY

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

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

D

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

35

* Lý thuyết về tán sắc: Hiện tượng ánh sáng trắng (Ánh sáng Mặt Trời) sau khi đi qua lăng kính thì bị phân tách thành các chùm sáng có màu sắc khác nhau. Chùm sáng đỏ lệch ít nhất,

FF IC IA L

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

Dải màu từ đỏ đến tím gọi là quang phổ của Mặt Trời gồm 7 màu chính: Đỏ,cam, vàng, lục, lam, chàm, tím

O

Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng có

Ơ

khi đi qua lăng kính ( chỉ bị lệch về

N

một màu nhất định mà không bị tán sắc phía đáy của lăng kính).

Ủ

H

Ánh sáng trắng là hỗn hợp của

thiên

liên

tục

đỏ

từ

N

nhiều ánh sáng đơn sắc có màu biến đến

Ặ

Ổ Ờ

Hình 2.1. Mô tả hiện tượng tán sắc ánh sáng qua lăng kính

tím

< 0, 76 m )

Y

( 0,38 m <

U

Chiết suất của môi trường trong suốt đối với các ánh sáng đơn sắc khác nhau

Q

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

M

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

KÈ

* Các công thức

D

ẠY

Với lăng kính chùm sáng qua lăng kính tuân theo công thức lăng kính:

sin i1 = n sin r1 ; A = r1 + r2 sin i2 = n sin r2 ; D = i1 + i2 - A

(2.1)

Với lăng kính có góc chiết quang đủ nhỏ sao cho sin A » A (rad ) , góc tới

sin i » i (rad ) ta có góc lệch giữa tia ló và tia tới:

36

D = (n - 1) A

(2.2)

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

FF IC IA L

rồi không giảm được nữa, khi đó góc lệch D giữa tia ló và tia tới đạt giá trị cực tiểu thỏa mãn:

sin i = sin

A Dmin + A = n sin 2 2

(2.3)

Với các công thức khi áp dụng cho hiện tượng tán sắc ánh sáng thì điều khác biệt với lớp 11 là sự phụ thuộc của chiết suất vào bước sóng ánh sáng theo công thức gần đúng:

O

B

(2.4)

2

N

n = A+

(2.3) gọi là công thức Cauchy về sự phụ thuộc của chiết suất vào bước sóng ánh

Ơ

sáng. Trong đó A, B là những hằng số. Do đó có thể nói rằng: bước sóng của ánh

H

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

N

Chú ý: Khi một ánh sáng truyền qua các môi trường trong suốt khác nhau thì tần số không đổi, tốc độ và bước sóng thay đổi theo nguyên lí Huy-ghen

Y

c ( > 1) (2.4), bước sóng v

U

Chiết suất n =

'=

n

(2.5)

Q

ii) Bài tập có hướng dẫn giải

Ví dụ 1. Một lăng kính có góc chiết quang A = 5o được coi là nhỏ, có chiết suất đối

M

với ánh sáng đỏ và ánh sáng tím lần lượt là nđ = 1,643 và nt = 1,685. Cho một chùm

KÈ

sáng trắng hẹp rọi vào mặt bên của lăng kính với góc tới i nhỏ sao cho chùm tia tới song song với mặt phẳng phân giác của góc A, một phần đi quan lăng kính, một phần không qua lăng kính tại góc A.

ẠY

1. Tính góc giữa tia tím và tia đỏ sau khi đi qua lăng kính.

D

2. Đặt màn quan sát sau lăng kính song song với mặt phẳng phân giác của góc A, cách A một khoảng h =1m. Tính bề rộng quang phổ liên tục quan sát được trên

màn.

37

NL thành tố cần

Luận giải

FF IC IA L

bồi dưỡng 1. Tính góc giữa tia tím và tia đỏ sau khi đi qua lăng kính

NL

- Hiện tượng tán sắc ánh sáng được mô tả bởi hình 2.2

Chùm tia sáng ngoài

hiểu

vấn

đề:

bị khúc xạ qua lăng

kính còn bị tán sắc thành dải màu liên tục

N

D

O

từ đỏ đến tím

tin: - Sử dụng công thức góc lệch của tia ló trong trường hợp góc

H Hình 2.2.

N

Ơ

T

NL thu thập thông

U

Y

- Với lăng kính có góc chiết quang A nhỏ, góc lệch giữa tia chiết quang A nhỏ. - Huy động kiến thức đỏ và tia tím so với tia tới: toán về hệ thức lượng

Q

Dd = (nd - 1) A

trong tam giác vuông.

M

Dt = (nt - 1) A

KÈ

- Góc lệch giữa tia màu đỏ và tia màu tím: DD = Dt - Dd = (nt - nd ) A

logic trong phép tính độ dài DT. *Một số câu hỏi gợi

ẠY

Thay số: DD = (1, 685 - 1, 643).5o = 0, 21o 2. Tính bề rộng quang phổ liên tục quan sát được trên màn

D

- Tư duy suy luận

- Xét tam giác vuông DHA và THA ta có:

38

ý GQVĐ. ?1 Hiện tượng vật lí nào đã xảy ra?

?2Công thức nào giúp

DH Þ DH = h.tan Dd ; h TH tan Dt = Þ TH = h.tan Dt , h tan Dd =

ta tính góc lệch D

FF IC IA L

giữa tia ló và tia tới. ?3 Quang phổ liên

- Chiều dài vệt sáng cho trên màn:

tục trên màn được thể

L = TH - DH = h(tan Dt - tan Dd )

- Vì D

hiện bởi độ dài nào?

nên ta cũng có tan D » D (rad ) . Do đó:

?2 Chiều dài TH và

L = h( Dt - Dd ) = h.DD(rad )

O

DH được tính như thế nào?

180

» 3, 7 mm

h hoàn toàn phù hợp với điều kiện đề bài và kết quả

A , L

N

thực nghiệm.

H

Kết quả: DD

Ơ

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

N

- Thay số: L = h( Dt - Dd ) = 1.0, 21 ´ o

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

Y

60o…) thì bài toán cần được giải quyết như thế nào?

U

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

Q

có góc chiết quang A = 60 0 . Chiết suất của lăng kính đối với tia đỏ và tia tím lần

M

lượt là nd = 1,5 và nt = 1,54 . Dùng một chùm tia sáng trắng hẹp chiếu tới mặt xiên

KÈ

góc qua A với góc tới i = 60o . Phía sau 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.

ẠY

2. Giữ nguyên điểm tới của chùm tia tại A, bây giờ thay đổi góc lệch của chùm sáng trắng chiếu vào lăng kính sao cho góc lệch của tia màu lục đạt cực tiểu (nl = 1,52).

D

Tính lại kết quả của câu 1.

39

3. Thay đổi góc tới thì thấy có vị trí của lăng kính mà tìa tím của quang phổ là là mặt phân cách AC. Tính góc tới khi đó và xác định lại kết quả câu 1.

4. Thay đổi góc tới của chùm sáng và vị trí tia tới trên AB thì có những khi toàn bộ

FF IC IA L

chùm sáng phản ló ra khỏi mặt đáy BC. Chứng tỏ chùm sáng ló ra khỏi BC là chùm song song.

Luận giải

NL thành tố cần bồi dưỡng

1. Góc lệch giữa tia ló với tia tới và chiều dài quang phổ liên NL hiểu vấn đề:

Bài toán xảy ra

tục trên màn chắn

O

hiện tượng tán sắc

Hiện tượng tán sắc được mô tả như hình 2.3

N

ánh sáng qua lăng

Ơ

M

60o

A

60o

H

Dđ

Y

D

I

giác

đều

nhưng trong nhiều i khác nhau.

NL huy động kiến

C

T

thức vật lí và toán học GQVĐ.

Hình 2.3.

* Các câu hỏi gợi

M

Q

U

60o

B

tam

trường hợp góc tới

Dt

N

S

H

kính có tiết diện

Tìm góc lệch giữa tia đỏ và tia tím

KÈ

ý:

ẠY

- Góc lệch Dd của tia màu đỏ với tia tới được xác định theo ?1 Vẽ đường công thức lăng kính: truyền của chùm

D

- Góc lệch Dt của tia màu tím với tia tới được xác định:

sáng kính.

sin i1 = nt sin r1t Þ sin r1t =

sin i1 sin 60o = Þ r1t » 34,22o nt 1,54

40

qua

lăng

A = r1t + r2t Þ r2t = A - r1t = 60o - 34, 22o = 25,78o

Dt = i1 + i2t - A = 60o + 42,05o - 60o = 42,05o - Góc lệch giữa tia màu đỏ với tia màu tím là:

DD = Dt - Dd = 42,05 - 38,88 = 3,17 o * Chiều dài quang phổ liên tục trên màn

O

- Gọi các điểm M, H, D, T như hình 2.3.

FF IC IA L

sin i2t = nt sin r2t = 1,54.sin 25,78o Þ i2t = 42,05o

N

- Nhìn hình 2.3 ta có M = SAI = 30o + 90o - i = 60o (vì hai

Ơ

góc ở vị trí trong cùng phía).

có góc chiết quang

H

lớn thì góc lệch

- Xét tam giác vuông AHM có MAH = 90o - 60o = 30o

N

?2 Với lăng kính

được

tính

theo

công thức nào?

- Xét tam giác vuông AHD có HD = h.tan( Dd - 30 )

Y

o

U

- Xét tam giác vuông AHT có HT = h.tan( Dt - 30o ) - Chiều dài quang phổ cho trên màn xác định bởi:

Q

tính o

KÈ

M

L = TH - DH = h éë tan( Dt - 30 ) - tan( Dd - 30 ) ùû o

Thay số:

ẠY

L = 1. ëé tan(40,05o - 30o ) - tan(38,88o - 30o ) ùû

D

L » 0,021m = 2,1cm

2. Tia màu lục đạt cực tiểu (nl = 1,52). Tính lại kết quả của

câu 1.

41

?3 Lập công thức chiều

dài

quang phổ liên tục trên màn chắn.

- Tia màu lục đạt cực tiểu được mô tả bởi hình 2.4

NL hiểu vấn đề: Điều kiện để xảy ra tia màu lục đạt

M Dđ

S

FF IC IA L

49,46

cực tiểu

70,54o

A o

H D

Dt

NL tìm kiếm giải

pháp GQVĐ: Từ

Lục

tia màu lục đạt cực

B

T

tiểu suy ra góc tới

C

I

i, sau đó tính lại

O

60

o

kết quả bài toán

N

Hình 2.4.

Ơ

Góc lệch giữa tia đỏ và tia tím.

* Một số câu hỏi gợi ý ?1 Tia màu lục đạt thỏa

- Với i » 49,46 ta có hình 2.4

Q

o

mãn

kiện gì?

M

- Góc lệch Dd của tia màu đỏ với tia tới được xác định theo

KÈ

công thức lăng kính:

ẠY

sin i1 sin49,46o = sin i1 = nd sin r1d Þsin r1d = Þ r1d » 30,44o 1,5 nd A = r1d + r2 d Þ r2 d = A - r1d = 60o - 30, 44o = 29,56o

D

thức lăng kính.

cực tiểu thì góc tới

U

Þ i » 49, 46o

N

Dl min + A 60o A = nl sin = 1,52.sin 2 2 2

Y

sin i = sin

H

- Khi góc lệch của tia màu lục đạt cực tiểu thì ta có

dựa vào các công

sin i2 d = nd sin r2 d = 1,5.sin 29,56o Þ i2d = 47,73o Dd = i1 + i2 d - A = 49,46o + 47,73o - 60o = 37,19o

42

điều

- Góc lệch Dt của tia màu tím với tia tới được xác định:

Þ r1t » 29,57

sin i1 sin 49, 46o = nt 1,54

?2 Tính góc lệch của tia màu đỏ và

FF IC IA L

sin i1 = nt sin r1t Þ sin r1t =

tia màu tím với tia

o

tới.

A = r1t + r2 t Þ r2t = A - r1t = 60 - 29,57 = 30,43 o

o

o

sin i2 t = nt sin r2t = 1,54.sin 30,43o Þ i2t » 51,26o

- Góc lệch giữa tia màu đỏ với tia màu tím là:

O

Dt = i1 + i2t - A = 49,46o + 51, 26o - 60o = 40,72o

Ơ

N

DD = Dt - Dd = 40,72 - 37,19 = 3,53o

H

* Chiều dài quang phổ liên tục trên màn

Y

(Hai góc trong cùng phía).

N

- Nhìn hình 2.4 ta thấy M = SAI = 120o - 49,46o = 70,54o

U

- Xét tam giác vuông AHM: MAH = 90o - 70,54o = 19, 46o

KÈ

L = TH - DH = h éë tan( Dt - 19,46o ) - tan( Dd - 19,46o )ùû

ẠY

L = 1. éë tan(40,72o - 19,46o ) - tan(37,19o - 19,46o ) ùû L » 0,069m = 6,9cm

D

?3 Lập công thức tính

chiều

dài

quang phổ liên tục

M

định bởi:

Q

Tương tự ở câu 1 ta có chiều dài quang phổ cho trên màn xác

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

43

trên màn.

đó.

NL hiểu vấn đề:

2.5

Tia tím là là mặt

FF IC IA L

Hiện tượng tia tím là là mặt phân cách được mô tả bởi hình

phân cách nghĩa là

Dđ

H Dt

60o

phần.

D

NL sử dụng kiến

thức GQVĐ: Từ

C

điều kiện phản xạ

O

B

bị phản xạ toàn

M

A

i S

toàn phần của tia

N

Hình 2.5

Ơ

T

tím ta tính được góc tới i, sau đó

H

- Khi tia màu tím là là mặt phân cách BC nghĩa là tia tím bắt tính toán tương tự

N

đầu xảy ra phản xạ toàn phần. Khi đó:

U

Y

ì i2 t = 90 o ìï i2 t = 90 o ï 1 1 Þí í o ï sin r2 t = n = 1,54 îï r2 t » 40, 49 t î

* Một số câu hỏi gợi ý GQVĐ

Q

?1 Tia màu tím là

- Sử dụng công thức lăng kính tính ngược lại ta có:

là mặt phân cách có ý nghĩa gì?

sin i = nt sin r1t = 1,54.sin19,50o

?2 Vẽ hình để mô

Þ i » 30,94o

tả tia tím là là mặt

KÈ

M

A = r1t + r2t Þ r1t = A - r2t = 60o - 40,50o = 19,50o

phân cách.

ẠY

- Góc lệch giữa tia màu đỏ với tia tới:

D

câu 2.

sin i1 sin30,94o sin i1 = nd sin r1d Þ sin r1d = = Þ r1d » 20,05o nd 1,5

44

A = r1d + r2d Þ r2 d = A - r1d = 60o - 20,05o = 39,95o sin i2 d = nd sin r2 d = 1,5.sin 39,95o Þ i2 d = 74,40o

- Góc lệch của tia màu tím so với tia tới:

= 90o - 60o + 30,94 = 60,94o - Góc lệch giữa tia tím và tia đỏ:

N

Ơ

* Tìm chiều dài vệt quang phổ liên tục.

O

?4 Tính góc lệch

DD = Dt - Dd = 60,94o - 45,34o = 15,6o

H N

Y

SAI = AMT = 30o + 90o - i = 120o - 30,94o = 89,06o

U

(vì hai góc trong cùng phía)

Q

- Xét tam giác vuông AHM có:

M

MAH = 90o - 89,06o = 0,94o

ẠY

KÈ

- Tương tự câu 1 ta có chiều dài DT

D

phản xạ toàn phần

là gì?

Dt = 180o - A - (90o - i ) = 90o - A + i

- Nhìn hình 2.4 ta có:

tia tím bắt đầu

FF IC IA L

Dd = i1 + i2 d - A = 30,94o + 74,40o - 60o = 45,34o

?3 Điều kiện để

L = TH - DH = h éë tan( Dt - 0,94o ) - tan( Dd - 0,94o ) ûù L = 1. éë tan(60,94o - 0,94o ) - tan(45,34o - 0,94o ) ùû L » 0,75m = 75cm

4. Chứng tỏ chùm sáng ló ra khỏi BC là chùm song song.

45

DD và chiều dài

DT tương tự câu 1.

- Muốn chứng minh chùm ló song song ta phải chứng minh NL hiểu vấn đề:

it' = id' .

Chùm tia ló song A

song thì góc ló của

- Do vị trí của tia tới

sáng phản xạ toàn phần

i

sắc khác nhau là

Jd

S

Jt

ở AC rồi ló ra khỏi BC B

nên điểm tới I không nhất thiết ở sát A, vì

id' rkt

it'

chất

thuận

nghịch về chiều truyền ánh sáng

thì góc ló ở BC phải bằng góc tới

N

Hình 2.6

Ơ

- Gọi các điểm và các

ở mặt AB * Một số câu hỏi

H

góc như trên hình vẽ.

tính

O

tượng bằng hình 2.6

bằng nhau. Theo

C

Kd Kt

vậy có thể mô tả hiện

FF IC IA L

chỉ cần thỏa mãn tia

các ánh sáng đơn

I

sin i sin i = nd ; = nt sin rd sin r

(1)

Y

lượt là i, rd , rt ta có:

N

- Tại I: gọi góc tới, góc khúc xạ đỏ và góc khúc xạ tím lần gợi ý GQVĐ ?1 Khi chùm ló là chùm song song

M

Q

U

- Tại Kd và Kt: gọi góc tới và góc ló lần lượt là: rd' , id' , rt' , it' thì góc ló và góc tới có mối liên hệ sin id' sin it' tương tự ta cũng có: (2) = nt = nd ; gì? sin rd' sin rt'

KÈ

- Tại Jd và Jt: Góc phản xạ bằng góc tới (theo định luật phản

ẠY

ìï rd = rd' xạ ánh sáng). Nhìn hình vẽ ta thấy: í ' ïî rt = rt

?2 Vẽ hình mô tả đường truyền của

Kết hợp (1), (2), (3) ta có: it' = id' = i

D

(3)

tia sang.

Vậy chùm ló ra khỏi đáy BC là chùm song song.

46

* Nhận xét: Ở câu hỏi này cũng có thể áp dụng tính chất thuận nghịch của chiều truyền ánh sáng để suy ra giá trị

FF IC IA L

it' = id' = i . * Biện luận kết quả, đề xuất vấn đề mới.

Như vậy, tùy thuộc vào giá trị của góc tới và góc chiết quang A mà bài hiện

tượng tán sắc ánh sáng qua lăng kính cho các kết quả khác nhau. Do đó, khi giải bài tập cần linh hoạt phương án giải toán với những góc khác nhau. iii) Bài tập tự giải

O

Bài 1. Một HS làm thí nghiệm tán sắc ánh sáng qua 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

N

chùm tia sáng trắng tới mặt bên AB sao cho tia tới song song với mặt đáy BC, phía

Ơ

sau mặt AC đặt màn quan sát M sao cho vuông góc với phương truyền của tia tới.

H

HS thấy trên màn quan sát có dải màu cầu vồng từ đỏ đến tím nhưng đỏ lại ở dưới,

N

tím ở trên và chiều dài vệt sáng này không thay đổi khi di chuyển màn chắn lại gần hoặc ra xa lăng kính và HS này đã không giải thích được.

Y

Bằng kiến thức về hiện tượng tán sắc ánh sáng, hãy giải thích để HS đó hiểu

U

rõ bản chất của hiện tượng đó.

Q

Bài 2. Một lăng kính thủy tinh có góc chiết quang A=60 chiết suất của nó với tia tím và tia đỏ lần lượt là nt=1,6644 và nđ=1,6552. Chiếu một chùm tia

M

Đ

KÈ

sáng trắng, hẹp vào mặt bên AB của lăng kính qua A theo phương vuông góc với mặt phẳng phân giác

T

của góc A. Hứng chùm tia ló bằng màn E song

ẠY

song với mặt phân giác góc A và cách đó khoảng

Hình 2.7

D

1m. (Hình 2.7) 1) Tính góc hợp bởi hai tia đỏ và tím.

2) Tính khoảng cách giữa hai vệt sáng màu đỏ và màu tím trên màn.

47

ĐS: 1. DD = 0, 0552o ; 2. L = 0,96mm

A S

diện thẳng là tam giác ABC vuông cân tại A.

i1

Mặt huyền BC tiếp xúc với mặt nước. Chiếu tới

I

FF IC IA L

Bài 3. [4, tr. 68-69] Lăng kính thủy tinh có tiết

r1

B

mặt bên AB một chùm tia sáng song song hẹp, đơn sắc SI. Khi góc tới i ở mặt AB có giá trị

i1 = 24,5o thì tia khúc xạ là là ở mặt BC (Hình

i2

C

J

R

Hình 2.8

2.8). Góc tới tại BC khi đó là 61o. Tính chiết

O

suất của thủy tinh và nước. ĐS: ntt = 1,505; nnc = 1,32

N

Bài 4. [4, tr. 57-59] Cho một lăng kính tiết diện thẳng là một tam giác đều ABC,

Ơ

đáy BC ở dưới và góc chiết quang là A. Chiết suất thủy tính làm lăng kính phụ

H

thuộc bước sóng của ánh sáng theo công thức:

Y

N

ì a = 1, 26 ï b 2 -14 n = a + 2 với íb = 7,555.10 m ï (m) î

U

Chiếu một tia sáng trắng vào mặt bên AB của lăng kính sao cho tia tới nằm dưới lượt là

t

Q

pháp tuyến ở điểm tới I. Cho biết bước sóng của ánh sáng tím và ánh sáng đỏ lần = 0, 4 m ;

d

= 0,7 m

M

1. Xác định góc tới của tia sáng trên mặt AB sao cho tia tím có góc lệch cực tiểu.

KÈ

Tính góc lệch này.

2. Muốn cho tia đỏ có góc lệch cực tiểu thì phải quay lăng kính quanh cạnh AC

ẠY

một góc bao nhiêu? Theo chiều nào?

3. Góc tới của tia sáng trên mặt AB phải thỏa mãn điều kiện nào thì không có tia

D

nào trong chùm sáng trắng ló ra khỏi mặt AC? ĐS: 1. i » 60o ; 2. Lăng kính quay góc 15o theo ngược chiều kim đồng hồ.

3. i < 21o 28'

48

Bài 5. [3, tr. 11-12] Chiếu một tia sáng trắng vào một lăng kính có tiết diện thẳng là một tam giác đều với góc tới I = 45o. Do tán sắc, các tia sáng đơn sắc ló ra mặt bên thứ hai với các góc lệch khác nhau. Biết sự thay đổi của chiết suất lăng kính đối với

FF IC IA L

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 hai tia sáng đơn sắc ló ra khỏi lăng kính hợp với nhau một góc Di ' nhỏ..

Tính hiệu số chiết suất Dn của lăng kính đối với hai tia đơn sắc này. Áp dụng tính (Trích Đề thi chọn HSG quốc gia năm 2010)

Dn nếu biết Di ' = 2o .

O

ĐS: 1. Dv = 55,12o

2. Lấy đạo hàm hai vế phương trình sin i = n sin r và sin i ' = n sin r ' theo chiết sin A .Dn cos i '.cos( A - r ')

Ơ

N

suất, sau đó kết hợp với các công thức lăng kính ta được: Di ' = Áp dụng: Dn = 0, 012

N

i) Tóm tắt lí thuyết và công thức

H

2.2.1.2. Tán sắc ánh sáng qua lưỡng chất phẳng.

Y

Tại sao khi nhìn bể cá vàng có những khi ta nhận thấy nhiều màu sắc khác nhau mặc dù không

U

phải là ánh đèn điện?

Q

Hiện tượng tán sắc ánh sáng không chỉ xảy ra

i I

rt rd

M

với lăng kính mà còn xảy khi gặp mặt phân cách giữa

T D

hai môi trường trong suốt khác nhau (theo hình 2.9).

KÈ

Nhìn hình vẽ ta thấy rằng: Tia sáng trắng ngoài

Hình 2.9

bị khúc xạ lệch gần pháp tuyến còn bị phân tách thành dải màu từ đỏ đến tím, tím

ẠY

gần pháp tuyến nhất, đỏ xa pháp tuyến nhất. Mối liên hệ giữa các góc tuân theo

D

định luật khúc xạ ánh sáng.

ìsin i = nd sin rd í îsin i = nt sin rt

49

(2.8)

ì Dd = i - rd Góc lệch giữa tia đỏ và tia tím với tia tới: í î Dt = i - rt

(2.9)

Trong trường hợp ánh sáng chiếu từ môi trường chiết suất n1 sang môi

n2 n1

n=

trường 1:

FF IC IA L

trường chiết suất n2 thì ta có n là chiết suất tỉ đối của môi trường 2 đối với môi (2.10)

Ví dụ 3. Một cái bể sâu 1,2 m chứa đầy nước. Một tia sáng Mặt Trời rọi vào mặt

4 nước bể dưới góc tới i có tan i = . Cho biết chiết suất của nước với ánh sáng đỏ và 3

N

1. Tính độ dài vệt sáng tạo ở đáy bể.

O

ánh sáng tím lần lượt là nd = 1,328; nt = 1,343

Ơ

2. Người ta đặt một gương phẳng dưới đáy bể. Chùm tia bị tán sắc gặp mặt gương thì bị phản xạ ngược lại rồi ló ra khỏi mặt nước. Tính bề rộng chùm sáng khi

H

ló ra khỏi mặt nước.

N

3. Giữ nguyên điểm tới I, xoay gương phẳng một góc

. Góc

có giá trị

Y

bao nhiêu để không có tia sáng nào ló ra khỏi mặt nước?

NL thành tố cần bồi dưỡng

U

Luận giải

sáng trắng không

i

M

bể.

NL hiểu vấn đề: Tia

Q

1. Độ dài vệt sáng tạo ở đáy I

KÈ

Xảy ra hiện tượng tán sắc ánh sáng trong nước được mô tả

h

rt

bằng hình 2.10. Chiều dài vệt H

ẠY

sáng dưới đáy bể được xác

D

định bởi đoạn DT.

những bị khúc xạ lại gần pháp tuyến

rd T

mà còn bị tán sắc D

Hình 2.10. Tán sắc ánh sáng qua lưỡng chất phẳng

- Theo định luật khúc xạ ánh sáng:

ìsin i = nd sin rd í îsin i = nt sin rt

50

tương tự như khi đi qua lăng kính.

NL huy động kiến thức GQVĐ: vận

tan i =

-Theo bài ra:

dụng định luật khúc

4 4 Þ sin i = 3 5

xạ ánh sáng và hệ thức lượng trong

(theo hệ thức lượng trong tam giác vuông)

FF IC IA L

tam giác.

sin i 4 ì ïsin rd = n = 5.1,328 ì r = 37,04o ï ï d Þí d -Do đó: í o 4 ï rt = 36,56 ïsin r = sin i = î t ïî nt 5.1,343

* Các câu hỏi gợi ý:

?2 Chiều dài vệt

sáng được xác định

-Xét tam giác vuông HDI và HTI lần lượt ta có:

O

thế nào?

?4 Tính góc khúc

H

Ơ

N

DH ì tan r = d ìDH = h.tan rd ïï h Þí í îTH = h.tan rt ïtan r = TH t ïî h

N

-Chiều dài vệt sáng dưới đáy bể là:

Y

DT = HD - HT = h(tan rd - tan rt )

khúc xạ màu tím. ?5 Hãy tính đoạn DT bằng hệ thức lượng

trong

tam

giác.

U

DT = 1, 2.(tan 37,04o - tan 36,56o ) » 0,0157m

xạ màu đỏ và góc

Q

DT = 1,57cm

M

2. Bề rộng chùm sáng khi ló ra khỏi mặt nước khi đặt gương NL phát hiện vấn đề: tia sáng bị khúc

KÈ

phẳng ở dưới đáy bể.

Hiện tượng được mô tả như hình vẽ 2.11. Bề rộng cần

ẠY

tìm là d.

gương rồi khúc xạ lần hai ra không

* Chứng minh góc ló bằng góc tới

D

xạ phản xạ trên mặt

khí.

ìsin i = nd sin rd Tại I: Định luật khúc xạ ánh sáng: í îsin i = nt sin rt

51

?1 Nhắc lại định luật phản xạ ánh

sáng. ?2 Góc ló ra khỏi

d i

T2

I

id

mặt nước có liên hệ

FF IC IA L

it

i

gì với góc tới.

D2

h

rt

?3 Vẽ hình xác định

rd

khoảng cách d trên

G

hình vẽ.

H

T1

D1

O

Hình 2.11.

N

Do tính chất của mặt phẳng song song (mặt nước và

Ơ

mặt gương) nên góc tới tại D2 cũng bằng rd ; góc tới tại T2

H

cũng là rt . Vì vậy theo tính chất thuận nghịch của chiều

N

truyền ánh sáng (hoặc áp dụng lại định luật khúc xạ ánh

Y

sáng) ta có: it = id = i (thỏa mãn điều kiện ở câu 1:

Q

thức lượng trong tam

* Tìm D2T2.

KÈ

M

Từ hình 2.11 ta có: T2 D2 = ID2 - IT2 = 2 HD1 - 2 HT1

ẠY

ì HD1 = h.tan rd Trong đó theo câu 1 í î HT1 = h.tan rt

D

?4 Khoảng cách d có thể tính bằng hệ

U

4 sin i = ) 5

Suy ra: T2 D2 = 2h(tan rd - tan rt )

* Từ hình vẽ xét DJD2T2 ta có:

52

giác

được

không?

?5 Lập công thức tìm đoạn D2T2

d = T2 D2 .cos i Þ d = 2h(tan rd - tan rt ).cos i

FF IC IA L

4 = 2.1,2.(tan 37,04o - tan 36,56o ). » 0,025m 5 Þ d = 2,5cm 3. Giá trị của góc xoay

NL phát hiện vấn

M

để không có tia nào ló

đề: Muốn không có

ra khỏi mặt nước.

tia ló ra khỏi mặt

nước thì tia sáng

O

- Hiện tượng vật lí được

phải bị phản xạ

mô tả bởi hình 2.12.

- Muốn không có tia

i

nước thì toàn bộ các tia

H

rt rd

i

id

' d

D2

ighd

G

T1

Hình 2.12.

U

Y

nước. Theo điều kiện

Q

phản xạ toàn phần, tại D2 và T2 ta có ta có:

ìïid > ighd í ïîit > ight

tích

chiều

quay

được của

gương theo chiều từ bên trái.

* Một số câu hỏi gợi ý

M

Trong đó:

?1 Không có tia

1 1 = ; sin ight = nd nt

KÈ sin ighd

Phân

kim đồng hồ tính

N

xạ toàn phần tại mặt

T2

Ơ

I

sáng nào ló ra khỏi mặt sáng đơn sắc đều bị phản

N

toàn phần.

sáng nào ló ra khỏi mặt

nước

tương

D

ẠY

ìighd > ight đương với điều kiện Vì nt > nd Þ í . Do đó chỉ cần tia đỏ phản xạ toàn î rd > rt gì?

phần là các tia sáng đơn sắc còn lại chắc chắn phản xạ toàn phần.

53

Với tia đỏ ta có: sin ighd =

1 1 = Þ ighd » 48,85o nd 1,328

?2 Nhắc lại điều

FF IC IA L

o o o o kiện phản xạ toàn ïì D1ID2 = 90 - rd = 90 - 37,04 = 52,96 Xét DID1D2 có: í o o o o phần. ïî D1D2 I = 90 - ighd = 90 - 48,85 = 41,15

Þ ID1D2 = 180o - 41,15o - 52,96o = 85,89o

?3. Góc lệch

có

Tại điểm D1 theo định luật phản xạ ánh sáng thì góc phản xạ mối liên hệ như thế

O

bằng góc tới nên ta có: ID1D2 = 2id = 85,89o Þ id = 42,945o nào đối với góc giới

và M =

hạn phản xạ toàn phần của tia màu đỏ.

H

tương ứng vuông góc) nên

ighd = id +

(góc có cạnh

Ơ

ighd là góc ngoài của DMD1 D2

N

Gọi M là giao điểm của pháp tuyến tại D1 và D2, ta có góc

= ighd - id = 48,85o - 42,945o = 5,905o

N

Þ

Y

Vậy muốn không có tia nào ló ra không khí ở mặt nước thì

U

gương phẳng phải hợp với đáy bể một góc

> 5,905o

Q

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

M

Vấn đề mới: Nếu chùm sáng có một bề rộng đủ lớn nào đó thì bề rộng của chùm ló có thay đổi không?

KÈ

Nếu đáy bể trong suốt đối với mọi ánh sáng đơn sắc và bỏ qua gương phẳng

thì hiện tượng tiếp diễn như thế nào?

ẠY

iii) Bài tập tự giải

D

Bài 6. Một bể nước sâu 1,2m. Một chùm sáng mặt trời rọi vào mặt nước dưới góc i sao cho sini=

4 4 Chiết suất trung bình của nước là n= , và đối với ánh sáng đỏ 3 5

( = 700nm) và ánh sáng tím (

= 400 nm) lần lượt là: nđ=1,331 và nt=1,343.

54

1. Giả sử chùm sáng mặt trời là vô cùng hẹp. Hãy tính độ dài của dải quang phổ ở dưới đáy bể độ rộng của chùm sáng không được vượt quá bao nhiêu? ĐS: 1. L » 12, 27 mm ; 2. d » 7,362mm Bài 7. [4, tr. 59-60] Một bản thủy tinh hai mặt song song dày d = 3cm có chiết suất đối với bức xạ n1= 3 . Một chùm sáng song song, bước sóng

1

1

là

sau

O

khi truyền qua một khe có độ rộng a thì tới mặt trên

FF IC IA L

2. Để hai vệt sáng tạo bởi ánh sáng đỏ và tím ở đáy bể hoàn toàn tách dời nhau, thì

của bản với góc tới i=600 (mặt phẳng tới vuông góc

Hình 2.13

N

với khe) (hình 2.13).

1

và

2

(đối với bức xạ

H

2. Nếu chùm sáng chứa hai bức xạ

Ơ

1. Tính độ rộng của chùm sáng trong thủy tinh theo a.

N

n2 =1,725):

tạo bởi hai chùm tia khúc xạ ứng với

a) Coi góc

1

2

chiết suất thủy tinh là

,

2

là nhỏ. Tính 1

,

2

U

Y

b) Tính độ rộng lớn nhất của chùm sáng tới để hai chùm tia ló ứng với tách dời được hẳn nhau.

Q

ĐS: 1. d1 = a 3 ; 2. a)

» 8 ' ; b) 0,0047. 10-2 mm.

M

2.2.1.3. Tán sắc ánh sáng qua thấu kính. i) Tóm tắt lí thuyết và công thức

KÈ

Chúng ta biết rằng hiện tượng tán sắc ánh sáng xảy ra đối với lăng kính, với

ẠY

lưỡng chất phẳng. Vậy hiện tượng này có xảy ra đối với thấu kính không?

Nếu xét cấu tạo của thấu kính ta thấy rằng tác dụng làm lệch đường truyền

D

ánh sáng của thấu kính cũng tương tự lăng kính. Hình 2.14 dưới đây mô tả hiện tượng tán sắc qua lưỡng lăng kính và qua thấu kính đặt trong không khí.

55

Ánh sáng trắng

Fd Ft

Hình 2.14a. Tán sắc qua lưỡng lăng kính chung đáy

Fd Ft

FF IC IA L

Ánh sáng trắng

Hình 2.14b.

Tán sắc qua thấu kính hội tụ

Ánh sáng Fd trắng

Ánh sáng Fd trắng

Ft

H

Hình 2.14c. Tán sắc qua lưỡng lăng kính chung đỉnh

Ơ

N

O

Ft

Hình 2.14d.

Tán sắc qua thấu kính phân kỳ

N

Tuy nhiên, nếu đặt màn chắn sau lưỡng lăng kính và thấu kính rồi quan sát thì sự khác biệt cơ bản là hình ảnh quang phổ cho trên màn. Cụ thể là:

Y

+ Với lăng kính trên màn ta được hai vạch màu quang phổ liên tục (hình chữ

Q

quan sát

U

nhật) song song nhau hoặc liền nhau hoặc chồng lên nhau tùy thuộc vị trí đặt màn + Với thấu kính ta thu được quang phổ liên tục hình đĩa tròn hoặc hình vành

M

khuyên tùy thuộc vị trí đặt màn quan sát.

KÈ

Công thức thấu kính: Với thấu kính có chiết suất n, bán kính mặt cong là R1 và R2 được đặt trong

D

ẠY

không khí thì tiêu cự của thấu kính được cho bởi công thức:

1 = n -1 f

æ1 1 ö ç + ÷ è R1 R2 ø

(2.12)

với R > 0 khi mặt thấu kính lồi, R < 0 khi mặt thấu kính lõm.

56

Trong trường hợp thấu kính đặt trong môi trường có chiết suất nmt thì công

öæ 1 1 ö 1 æ n =ç - 1÷ç + ÷ f è nmt ø è R1 R2 ø

(2.13)

FF IC IA L

thức có dạng:

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 tia tím và tia đỏ lần lượt là 1,69 và 1,60.

1. Tính khoảng cách giữa tiêu điểm của các tia màu tím và tiêu điểm của các tia màu đỏ.

O

2. Đặt một màn ảnh vuông góc với trục chính và đi qua tiêu điểm của tia đỏ. Mô tả vệt sáng trên màn. Biết thấu kính có rìa là đường tròn đường kính d = 25cm .

N

3. Để cho tiêu điểm ứng với các tia màu tím trùng với tiêu điểm ứng với các tia màu

Ơ

đỏ, người ta ghép sát thấu kính hội tụ nói trên một thấu kính phân kỳ có hai mặt giống nhau và cũng có bán kính 10cm, nhưng thấu kính này làm bằng một loại thủy

H

tinh khác. Tìm hệ thức giữa chiết suất của thấu kính phân kỳ đối với ánh sáng tím

N

và chiết suất của nó đối với ánh sáng đỏ.

Y

Luận giải

Q

U

1. Khoảng cách giữa tiêu điểm đỏ và tiêu điểm tím - Hiện tượng tán sắc qua thấu kính được mô tả bởi hình 2.14

NL thành tố được bồi dưỡng NL phát hiện vấn đề: phát hiện ra hiện tượng tán sắc

M

Khoảng cách từ tiêu điểm đỏ đến tiêu điểm tím là ánh sáng qua thấu

đoạn Fd Ft

KÈ

kính

ẠY

Tiêu cự của ánh sáng đỏ và tím được tính theo công NL sử dụng công

æ1 1 1 ö = nd - 1 ç + ÷ fd è R1 R2 ø

thức tính tiêu cự của thấu kính

D

thức:

* Một số câu hỏi gợi ý:

57

?1 Khoảng cách

æ1 1 1 ö = nt - 1 ç + ÷ ft è R1 R2 ø

Ánh sáng trắng

Fd

nào trên hình vẽ?

Thay số ta được:

Hình 2.15.

?2 Thiết lập biểu

ì f d = 8,33cm í î f t » 7,25cm

thức tính fd, ft và

đoạn Fd Ft

O

Độ dài đoạn Fd Ft = f d - ft = 1,08cm 2. Độ rộng của vệt sáng trên màn đặt tại Fd

NL hiểu vấn đề:

H

sáng

trên

màn

M Fd

sáng sau khi tán

N

vệt sáng có dạng

Ft

sắc qua thấu kính,

U

đĩa tròn tâm là tiêu

Q

Hình 2.16. Tán sắc qua thấu kính hội tụ Vệt sáng trên màn chắn

điểm màu đỏ, rìa là vệt sáng màu tím.

M

- Vệt sáng trên màn được xác định bởi đoạn MN

KÈ

- Do thấu kính hình tròn đường kính d, màn chắn đặt song song với thấu kính tại tiêu điểm đỏ nên vệt sáng có dạng

ẠY

hình tròn đường kính là đoạn MN trên hình 2.16.

- Tâm của vệt sáng là màu đỏ, rìa của vệt sáng được giới hạn

D

Độ rộng của vệt

được tạo bởi chùm

Y

N

Ánh sáng trắng

Ơ

N

- Hiện tượng vật lí được mô tả bởi hình 2.16

d

xác định bởi đoạn

FF IC IA L

Ft

giữa Fd và Ft được

bởi màu tím, tính từ tâm ra đến rìa của vệt sáng hình tròn là

sự trải ra của quang phổ liên tục theo thứ tự từ đỏ đến tím.

58

NL sử dụng ngôn ngữ vật lí lập luận logic để đi đến kết quả * Một số câu hỏi gợi ý: ?1 Vệt sáng trên

- Do màn song song với thấu kính nên theo định lí Talet màn có dạng hình gì và xác định bởi

(hoặc tam giác đồng dạng) ta có tỉ số:

đoạn nào?

FF IC IA L

1,08 MN Fd Ft FF = Þ MN = d t .d = .25 = 3,72cm d ft ft 7,25

?2

Tính

đường

Vậy vệt sáng trên màn là hình đĩa tròn có màu quang phổ

kính của vệt sáng

liên tục, đỏ ở tâm, tím ngoài rìa và có đường kính 3,72cm.

hình tròn trên màn.

3. Ghép thấu kính phân kỳ để tiêu điểm đỏ và tiêu điểm màu NL hiểu vấn đề:

Muốn tiêu điểm đỏ

O

tím trùng nhau. Hệ thức chiết suất phải tìm.

- Muốn tiêu điểm của ánh sáng đỏ trùng với ánh sáng tím

N

Fd º Ft thì khả năng hội tụ của thấu kính hội tụ bao nhiêu thì

Ơ

khả năng phân kỳ ánh sáng của thấu kính phân kỳ là bấy

N

H

nhiêu Û Dd = Dt

- Độ tụ của hệ thấu kính được xác định bởi công thức:

Y

D = Dht + D pk .

hội tụ của thấu kính hội tụ bao nhiêu thì khả năng phân kỳ ánh sáng của thấu kính phân

U

Q

NL tái hiện và sử

KÈ

M

æ1 æ 1 1 ö 1 ö + Dt = (nt - 1) ç + ÷ + (n 't - 1) ç ÷ è R1 R2 ø è - R1 - R2 ø = (nt - nt ').20 = (1,69 - nt ').20

- Với ánh sáng đỏ:

ẠY

tím thì khả năng

kỳ là bấy nhiêu

- Với ánh sáng tím:

D

trùng với tiêu điểm

æ1 æ 1 1 ö 1 ö Dd = (nd - 1) ç + ÷ + (nd '- 1) ç + ÷ è R1 R2 ø è - R1 - R2 ø = (nt - nt ').20 = (1,60 - nt ').20

59

dung

công

thức

tính độ tụ của hệ thấu kính ghép sát.

- Từ điều kiện Dd = Dt

Þ (1,69 - nt ').20 = (1,60 - nd ').20

FF IC IA L

Þ nt ' = nd '+ 0,09

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

Vấn đề mới: Hiện tượng sẽ xảy ra thế nào nếu dịch chuyển màn chắn lại gần hoặc ra xa thấu kính?

O

Giả sử thấu kính phân kỳ đã biết rõ chiết suất với ánh sáng đỏ và ánh sáng tím thì khoảng cách giữa tiêu điểm đỏ và tiêu điểm tím là bao nhiêu?

N

iii) Bài tập tự giải

2

= 0, 4 m

= 0, 6 m , tới song song với trục chính của một thấu kính. Biết chiết suất của

H

và

1

Ơ

Bài 8. [5, tr. 11- 12] Một nguồn sáng S phát ra hai bước sóng ánh sáng

N

thủy tinh làm thấu kính thay đổi theo bước sóng ánh sáng theo quy luật: n = 1,550 +

0, 0096 2

(

tính ra m )

Y

1. Mô tả hiện tượng tán sắc của chùm tia ló

bức xạ

2

U

thấu kính có tiêu cự f1 = 0, 50m . Tìm tiêu cự của thấu kính ứng với

1. Có hai chùm ló hội tụ tại hai tiêu điểm khác nhau. 2. f 2 = 0,53m

M

ĐS:

1

Q

2. Với bức xạ

KÈ

2.2.1.4. Bài tập về tán sắc ánh sáng qua giọt nước hình cầu. i) Tóm tắt lí thuyết.

Trước khi có thí nghiệm lịch sử của Niutơn, người ta cho rằng cầu vồng là

ẠY

một hiện tượng huyền bí. Tuy nhiên đây là hiện tượng tự nhiên mà chúng ta hoàn

D

toàn giải thích được dựa theo lí thuyết tán sắc ánh sáng.

Cầu vồng là hiện tượng tán sắc của các ánh sáng từ Mặt Trời khi khúc

xạ và phản xạ qua các giọt nước mưa hình cầu. [12]

60

Tùy vào số lần phản xạ mà người ta phân ra làm cầu vồng bậc 1, bậc 2...

Trong đó cầu vồng bậc 1 là rõ nhất (chỉ có 1 lần phản xạ nên năng lượng sáng mạnh nhất). Thường cầu vồng nhìn thấy là cầu vồng bậc 1. Tuy nhiên đôi khi ta còn quan

FF IC IA L

sát thêm được cầu vồng bậc 2 mà trật tự màu sắc lại ngược lại với cầu vồng bậc 1 và cường độ sáng yếu hơn.

Do cầu vồng được nhìn bởi cùng 1 góc (gần 42o với cầu vồng bậc 1 và 53o với cầu vồng bậc 2), là góc mà cường độ sáng của tất cả các tia mặt trời qua các giọt nước là đạt cực đại, nên cầu vồng có dạng một cung tròn.

O

Dưới đây chúng ta sẽ tính toán định lượng qua bài tập.

N

ii) Bài tập có hướng dẫn.

Ơ

Ví dụ 5. Hiện tượng cầu vồng:

1. Một tia sáng đơn sắc SI rọi qua một giọt

H

nước hình cầu trong suốt, đồng tính chiết suất n

N

và khúc xạ trong khối cầu theo đường IJP rồi ló lệch D của tia sáng.

Y

ra ngoài theo đường PR (hình 2.17). Tính góc Hình 2.17

U

2. Một tia sáng Mặt Trời truyền trong mặt

Q

phẳng tiết diện đi qua tâm một giọt nước hình cầu trong suốt có chiết suất n với góc

M

tới i = 45 0 . Hãy xác định góc lệch D giữa tia ló và tia tới ứng với tia đỏ và tia tím.

Tính góc tạo bởi tia ló đỏ và tia ló màu tím. Biết chiết suất của nước đối với ánh

KÈ

sáng đỏ và ánh sáng tím lần lượt là n d = 1,32; nt = 1,35 .

3. Chứng minh rằng khi i biến thiên thì góc lệch D có một giá trị cực tiểu Dm. Tính

D

ẠY

Dm ấy. Lấy chiết suất trung bình của nước với ánh áng trắng là 1,333 Luận giải

NL thành tố được bồi dưỡng NL phát hiện vấn đề:

1. Góc lệch D

61

Tia sáng bị khúc xạ

Ta vẽ lại hình 2.17.

lần thứ nhất tại I,

- Tại J góc phản xạ

phản xạ toàn phần

bằng góc tới

FF IC IA L

tại J, khúc xạ lần thứ hai qua mặt phân

- Tại P: theo tính chất thuận nghịch của chiều

cách và ló ra ngoài

Hình 2.17

tại P.

truyền ánh sáng thì góc ló ở P bằng góc tới tại I.

NL huy động kiến

thức: Định luật khúc

- Tại tâm O ta có góc

O

xạ ánh sáng và phản

xạ toàn phần.

D = 2i + 180 - 4r

(2.13)

N

H

o

Ơ

- Góc D là góc ngoài của DDIP nên

N

IOP = 4r Þ OIP + OPI = 180o - 4r

2. Góc tạo bởi tia ló đỏ và tia ló màu tím.

NL tư duy: xác định

góc lệch D theo góc tới i và góc khúc xạ r.

Y

NL phát hiện vấn

U

Đường đi của tia đỏ và tia tím qua giọt nước được mô tả bởi đề: Ánh sáng trắng chiếu

i

D

ẠY

KÈ

M

I

O

giọt

sắc.

Jd Jt

D d Dt

NL tính toán bằng phương pháp tương

P i

vào

nước cũng bị tán

Q

hình 2.18

i

tự.

P Hình 2.18.

- Tại I: Góc khúc xạ đỏ: sin rd =

* Một số câu hỏi

sin i Þ rd = 32,39o nd

62

gợi ý: ?1 Vẽ hình biểu

Góc khúc xạ tím: sin rt =

diễn đường đi của

sin i Þ rt = 31,59o nt

tia sáng.

Sử dụng công thức (2.13) ta có:

?2 Tính góc khúc xạ

FF IC IA L

- Với tia đỏ góc lệch

của tia đỏ và tia tím.

Dd = 2i + 180o - 4rd = 2.45o + 180o - 4.32,39o = 140,44o - Với tia tím góc lệch

?3 Góc nào là góc

Dd = 2i + 180o - 4rd

lệch giữa tia đỏ, tia

= 2.45 + 180 - 4.31,59 = 143,64 o

o

o

tím so với tia tới.

O

o

Mặc dù góc ló của tia đỏ và tia tím bằng nhau nhưng vì điểm Góc này liên hệ với

Ơ

hợp bởi tia ló màu đỏ và tia ló màu tím là

N

ló khác nhau nên tia chùm ló không là chùm song song. Góc góc tới và góc ló như thế nào?

H

DD = Dt - Dd = 143,64o - 140,44o = 3,2o

N

3. Góc lệch cực tiểu Dm khi góc tới i biến thiên. dD dr = 2-4 di di

Y

Lấy đạo hàm D theo I ta có:

Q

U

Từ công thức định luật khúc xạ ánh sáng ta có: sin i = n sin r

M

Þ cos i.di = n.cos r.dr Þ

KÈ

Þ

cos i n. 1 -

sin 2 i n2

Đạo hàm này triệt tiêu khi 2 -

D

=

cos i n 2 - sin 2 i

Þ sin im =

Khi thay đổi góc tới thì góc lệch D cũng thay đổi và có một giá trị nào đó của góc tới i để góc lệch đạt cực tiểu.

NL sử dụng công

dD 4.cos i = 2di n 2 - sin 2 i

ẠY

Và

dr = di

cos i dr = di n.cos r

NL hiểu vấn đề:

cụ 4.cos i n2 - sin2 i

=0

4 - n2 3

(2.14)

63

toán

học:

phương pháp đạo hàm

Ta thấy rằng khi I tăng từ 0 đến 90o thì

dD biến đổi từ âm, NL suy luận lô-gic di

về mối liên hệ giữa

bằng không khi i = im rồi dương. Tức là Dm khi i = im

FF IC IA L

Với n = 1,333 thay vào (2.14) ta được.

4 - 1, 3332 » 0,86066 3 Þ im = 59 o 23' Þ rm = 40o5'

sin imd =

Þ Dm = 2im + 180o - 4rm = 2.59o 23'+ 180o - 4.40o5' Þ Dm » 138o 26 '

O

* Biện luận, đề xuất vấn đề mới

góc ló và góc tới.

Trong ví dụ 5 kết quả thu được cho ta cầu vồng bậc 1. Trong thực tế cầu

N

vồng bậc 1 có góc trông khoảng 42°, khá sát với kết quả tính toán của chúng ta.

Ơ

Ngoài ra còn có cầu vồng bậc 2 do hai lần phản xạ trong giọt nước nhưng không rõ

H

nét bằng cầu vồng bậc 1. Vậy kết quả của cầu vồng bậc 2 với góc trông khoảng 53°

N

được tính toán như thế nào? iii) Bài tập tự giải

Y

Bài 9. Trong ví dụ 5, giả sử khi tới J tia sáng bị phản xạ thêm một lần nữa tại K rồi

U

mới ló ra ngoài ở P. Tính lại kết quả của bài toán. ĐS: 1. Góc lệch giữa tia ló và tia tới: D ' = 2i + 180 - 6r

Q

o

2. Góc lệch giữa tia đỏ và tia tím: DD ' = 4,8o ; 3. D 'min » 51o

M

2.2.2. Bài tập giao thoa ánh sáng

KÈ

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 tượng hai sóng ánh sáng kết hợp gặp

ẠY

nhau tạo nên hệ thống vân sáng - tối xen kẽ song song cách đều nhau gọi là hiện

D

tượng giao thoa ánh sáng Ý nghĩa: Hiện tượng giao thoa ánh sáng là bằng chứng thực nghiệm quan

trọng chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng

64

Điều kiện giao thoa: hai sóng ánh sáng kết hợp cùng tần số, bước sóng và hiệu số pha không đổi theo thời gian. Ứng dụng: Đo bước sóng ánh sáng a

F

màu bong bóng xà phòng, vết dầu loang,

F2

đo chiết suất của chất lỏng – chất khí

N

(2.15)

O

+ Hiệu đường đi :

D a

Ơ

+ Khoảng vân: i =

E

Hình 2.20. Sơ đồ thí nghiệm Y – âng về giao thoa ánh sáng

sáng đơn sắc trong thí nghiệm Y –âng.

a.x D

O

d2

D

Các công thức về giao thoa ánh

= d 2 - d1 =

FF IC IA L

F1

bằng phương pháp giao thoa. Giải thích

x

d1

(2.16)

H

+ Vị trí vân sáng: xs = ki với k Î Z , k là bậc của vân sáng

N

1 + Vị trí vân tối: xt = (k + )i 2

(2.17)

Y

với k Î Z (k không là bậc của vân tối)

U

+ Trên bề rộng trường giao thoa L có vân trung tâm ở chính giữa, số vân

Q

sáng và số vân tối được cho bởi công thức:

M

éLù N s = 2 ê ú + 1; ë 2i û

é L 1ù Nt = 2 ê + ú ë 2i 2 û

(2.18)

KÈ

Dấu ngoặc vuông là lấy phần nguyên.

ii) Bài tập có hướng dẫn.

Ví dụ 6. Người ta thực hiện giao thoa ánh sáng bằng khe Y- âng, ánh sáng từ khe F

ẠY

được chiếu vào hai khe F1 và F2, khoảng cách giữa hai khe là a = F1F2=1mm, màn

D

quan sát đặt song song với mặt phẳng chứa hai khe và cách hai khe khoảng D=2m, bề rộng trường giao thoa là L = 5cm.

65

1. Chiếu sáng hai khe bằng ánh sáng có bước sóng

1

= 0, 6 m . Tính

1

và

khoảng vân và số vân sáng và vân tối quan sát được trên màn.

2

= 0, 5 m .

FF IC IA L

2. Nếu chiếu đồng thời 2 ánh sáng đơn sắc có bước sóng

Phân tích hiện tượng xảy ra. Trên trường giao thoa có bao nhiêu vị trí hai bức xạ cho vân sáng trùng nhau.

3. Chiếu sáng hai khe bằng ánh sáng trắng (có bước sóng từ 0,38 m đến

0,76 m . Phân tích hiện tượng xảy ra. Tính bề rộng quang phổ bậc 1, bậc 2. Trên trường giao thoa ta thu được mấy bậc quang phổ rõ nét đủ các màu từ đỏ đến tím.

O

4. Trở lại thí nghiệm giao thoa ánh sáng đơn sắc ở câu 1. Người ta tịnh tiến

khe F một đoạn nhỏ dọc theo mặt phẳng chứa hai khe một đoạn b = 2mm về phía

N

khe F1. Hệ vân trên màn dịch chuyển như thế nào, một đoạn bằng bao nhiêu? Cho

Ơ

khoảng cách từ khe F đến mặt phẳng chứa hai khe là r = 0,25m.

H

5. Giữ nguyên hiện tượng giao thoa ánh sáng đơn sắc ở câu 1. Đặt sau khe F1

N

một bản mặt song song có bề dày e =15 m làm bằng chất trong suốt chiết suất n = 1,5 với ánh sáng đơn sắc nói trên. Hệ vân trên màn dịch chuyển như thế nào? Từ đó

Y

hãy nêu cách xác định độ dày của bản thủy tinh rất mỏng bằng phương pháp giao

Q

U

thoa.

NL thành tố được bồi dưỡng

= 0, 656 m

M

1. Với

Luận giải

KÈ

Khoảng vân: i1 =

NL sử dụng công

D 0, 6 ´ 2 = = 1, 2 mm a 1

1

số vân sáng, vân

é 50 ù éLù Số vân sáng: N s = 2 ê ú + 1 = 2 ê ú + 1 = 41 vân ë 2i û ë 2.1,2 û

tối giải bài tập

1ù é 50 é L 1ù Số vân tối: N s = 2 ê + ú = 2 ê + ú = 42 vân ë 2i 2 û ë 2.1,2 2 û

không quy chuẩn

ẠY D

thức khoảng vân,

66

thay số với đơn vị quốc tế SI

2. Khi chiếu đồng thời hai bức xạ 2

1

= 0,5 m .

= 0, 6 m và NL hiểu vấn đề: Khi chiếu hai ánh sáng đơn sắc thì trên màn quan sát

FF IC IA L

* Phân tích hiện tượng: Với mỗi bức xạ đơn sắc sẽ cho một

hệ vân giao thoa, vì vậy trên màn xuất hiện hai hệ vân giao

thoa của hai bức xạ. Trong đó ở vị trí vân trung tâm là kết quả của hai bức xạ cho vân sáng trùng nhau, ở hai bên có những điểm vân sáng của hai bức xạ tách rời nhau xen lẫn nhau, nhưng cũng có những vị trí vân sáng của hai bức xạ lại trùng nhau.

1

=

5 6

- Vị trí trùng nhau gần vân trung tâm nhất thỏa mãn:

D 0, 6.2 = 5. = 6mm a 1

Y

x = xs1 = xs 2 = k1

lôgic:

Vì

bước

sóng khác nhau

nên khoảng vân

O Ơ

2

H

k1 = k2

(2.19)

2

N

Û

= k2

N

- Điều kiện trùng nhau của hai bức xạ là: xs1 = xs 2 1

thoa. NL suy luận

khác nhau dẫn đến

* Tính toán định lượng:

Û k1

có hai hệ vân giao

vân

chồng

khít

không nên

nhau. Vì thế sẽ có vị trí cho vân sáng hoặc vân tối của hai bức xạ trùng nhau.

U

1

hệ

é L ù é 50 ù k = ê ú = ê ú = 4 (Dấu “ ë 2 x û ë 2.6 û

hai vân tối của hai ” là lấy phần nguyên)

M

mãn:

Q

- Số vị trí trùng nhau ở mỗi bên của vân sáng trung tâm thỏa Hai vân sáng hoặc bức xạ trùng nhau

KÈ

Suy ra hai bên vân trung tâm có 8 vân trùng cộng với vân khi tọa độ của trung tâm nữa. Vậy tất cả có 9 vân trùng trên trường giao chúng bằng nhau. thoa.

ẠY

* Chú ý: Cũng có thể suy luận theo cách sau:

D

Bề rộng trường 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 được mô tả bởi bảng sau:

67

k1

0

± 5 ± 10 ± 15 ± 20

± 25

x

0

± 6 ± 12 ± 18 ± 24

± 30 (loại vì > 25)

(mm)

FF IC IA L

Ta thấy trên trường 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

3. Với ánh sáng trắng 0, 38 m <

NL hiểu vấn đề:

< 0, 76 m .

* Phân tích hiện tượng vật lí:

Khi

chiếu

ánh

- Ánh sáng trắng là tập hợp của vô số ánh sáng đơn sắc nên sáng trắng thì có trên màn ảnh xuất hiện hệ vân giao thoa của vô số ánh sáng vô số hệ vân giao đơn sắc có bước sóng 0,38 m £

thoa trên màn bởi

O

£ 0, 76 m . Do đó:

Ơ

N

+ Ở vị trí trung tâm có tất cả các ánh sáng đơn sắc, tập hợp vì ánh sáng trắng là tập hợp của của chúng trở thành vân sáng trắng (vân trắng trung tâm)

H

+ Ở hai bên của vân trắng trung tâm có các vân sáng của các nhiều thành phần bức xạ từ đỏ đến tím. Tuy nhiên chúng không chồng khít lên đơn sắc. nhau bởi vì các ánh sáng đơn sắc có bước sóng

N

khác nhau NL suy luận lô-

D khác nhau. Vì thế khoảng vân gic: a 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). Người ta gọi lần lượt những dải màu đó là là tập hợp của vô quang phổ bậc 1, bậc 2, bậc 3….(hình 2.21)

D

ẠY

KÈ

M

Q

U

Y

thì cho khoảng vân i =

số ánh sáng đơn

…bậc 2 bậc 1 trung tâm bậc 1 bậc 2…

sắc có màu biến thiên từ đỏ đến tím.

Đ2

T2 Đ1

T1 Trắng T1 Đ1 T2

Đ2

Hình 2.21. Mô tả vân giao thoa ánh sáng trắng.

Ở hai bên vân trung tâm có các dải màu từ đỏ đến

68

* Tính toán định lượng:

tím do ánh sáng

- Quang phổ bậc k được xác định bởi hiệu tọa độ vân sáng đơn sắc khác nhau màu đỏ với vân sáng màu tím.

-

d

d

(2.20)

t

NL sử dụng công

thức xác định vị

+ Quang phổ bậc 1:

D a

d

-

2 0,76 - 0,38 = 0,76mm 1

=

t

d

-

t

= 2.

2 0,76 - 0,38 = 1,52mm 1

Ơ

D a

N

+ Quang phổ bậc 2:

Dx2 = 2

H

- Xác định số bậc quang phổ.

d

= 0,76 m và

N

Xét tia màu đỏ và tia màu tím có bước sóng

= 0,76 m

Y

t

U

+ Khoảng vân của ánh sáng đỏ: id =

Q

+ Khoảng vân của ánh sáng tím: it =

D 0,76.2 = = 1,52mm a 1

d

D 0,38.2 = = 0,76mm a 1 t

M

+ Số vân sáng màu đỏ trên màn cho bởi công thức:

KÈ

é L ù é 50 ù N sd = 2 ê ú + 1 = 2 ê ú + 1 = 33 vân 2 2.1,52 i ë û ë dû

ẠY

+ Số vân sáng màu tím trên màn cho bởi công thức:

D

trí vân sáng vân tối.

O

Dx1 = 1

FF IC IA L

D a

khác nhau.

D D -k t a a

Dxk = xdk - xtk = k Dxk = k

cho khoảng vân

éLù é 50 ù Nts = 2 ê ú + 1 = 2 ê ú + 1 = 65 vân i 2 2.0,76 ë û ë tû

- Ta thấy, số vân sáng của ánh sáng đỏ và ánh sáng tím không bằng nhau do đó các bậc quang phổ có sự chồng chéo lên

69

nhau. Như 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

FF IC IA L

vân trung tâm: + Xét quang phổ bậc 1 và bậc 2 ta có:

Dxc = xd 1 - xt 2 = id - 2it = 1,52 - 2.0,76 = 0

suy

ra

quang phổ bậc 1 và bậc 2 vừa tiếp xúc nhau, không chồng nên nhau. Vì thế quang phổ bậc 1 đủ màu từ đỏ đến tím.

O

+ Xét quang phổ bậc 2 và bậc 3 ta có:

Dxc = xd 2 - xt 3 = 2id - 3it = 2.1,52 - 3.0,76 = 0,76mm

N

+ Ta thấy, từ quang phổ bậc 2 đã bị quang phổ bên ngoài nó

Ơ

chồng lên một phần (hoặc toàn phần tùy thuộc vào bậc quang

H

phổ) nên không còn đủ các màu từ đỏ đến tím. Phần bị chồng nên kết hợp với nhau thành một màu khác.

N

Vậy bậc quang phổ rõ nét mà đầy đủ các màu từ đỏ đến tím

Y

chỉ có quang phổ bậc 1(hình 2.21)

U

4. Hệ vân dịch chuyển thế nào khi khe F dịch chuyển đoạn b. NL hiểu vấn đề:

M

Q

- Sự dịch chuyển của khe F được mô tả bởi hình vẽ 2.22

D

ẠY

KÈ

F r1

chuyển song song x

d1

F1 r2

cũng có sự dịch O

F2 r

D Hình 2.22.

với mặt phẳng hai khe thì hệ vân

d2

a

b

Khi khe F dịch

chuyển vì bản chất là hai nguồn sáng

E

không

còn

dao

động

cùng

pha

- Trước khi F dịch chuyển hai nguồn F1 và F2 dao động cùng nữa. Cần phải xác

70

pha, hiệu đường đi tính bằng công thức: d 2 - d1 =

định chính xác sự ax , x là tọa D dịch chuyển tương

độ xác định trên màn tính từ O.

ứng đó.

FF IC IA L

- Sau khi F dịch chuyển hiệu đường đi phải tính lại từ F đến

tọa độ x. Gọi khoảng cách từ F đến F1 và F2 lần lượt là r1 và

NL

sử

dụng

phương pháp ax r2. Theo hình 2.22 tính gần đúng như hiệu d 2 - d1 = ta tương tự: Tính lại D hiệu đường đi, xác ab có: r2 - r1 = định vị trí vân r

= d 2 + r2 - (d1 + r1 )

sáng trung tâm. Từ

O

- Hiệu đường đi mới:

đó suy ra độ dịch

N

= d 2 - d1 + r2 - r1

=k

với k Î Z

H

- Điều kiện để có vân sáng là

Ơ

ax ab + = D r

D .b r

(2.21)

Y

Þx=-

N

- Vân sáng trung tâm thỏa mãn k = 0

U

(Dấu “-” thể hiện sự dịch chuyển ngược chiều)

Q

- Ta thấy khi khe F dịch chuyển một đoạn b thì vị trí vân

M

trung tâm dịch chuyển một đoạn x =

D .b theo chiều ngược r

KÈ

lại. Do đó hình 2.22 vẽ chưa chính xác về chiều dịch chuyển.

- Thay số với b = 2mm, r = 0,25m ta có

ẠY

x=

D 2 .2 = 16mm .b = r 0,25

D

- Vậy khi khe F dịch chuyển đoạn b = 2mm thì hệ vân dịch chuyển theo chiều ngược lại đoạn x = 16mm.

71

chuyển của hệ vân giao màn.

thoa

trên

5. Hệ vân trên màn dịch chuyển thế nào khi có bản mặt song NL hiểu vấn đề: Ánh sáng đi trong

song?

bản mặt song song

- Tốc độ ánh sáng

chậm hơn trong

trong

bản

F1

mỏng chậm hơn tốc độ

truyền

trong

không khí nên hệ vân giao thoa trên

a d2

F2

không khí và được

O

màn cũng bị dịch chuyển. Bản chất

D

tính theo công thức: Hình 2.23.

c (với c là tốc n

E

của vấn đề ở đây

là hai nguồn sáng không còn cùng

N

v=

x

d1

O

truyền

e

FF IC IA L

* Tính hiệu đường đi mới (Xem hình 2.23)

Ơ

độ ánh sáng trong chân không, n là chiết suất của bản mỏng) - Vì ánh sáng từ khe F1 phải qua bản mỏng nên truyền chậm

H

hơn nên hai dao động của hai nguồn truyền tới O không còn

N

cùng pha nữa tức là vân sáng trung tâm sẽ lệch khỏi O. Do đó ta phải tính lại hiệu đường đi. Ta hãy tính lại d1.

Y

- Gọi t là thời gian ánh sáng truyền qua bản mỏng thì

Q

U

e n.e t= = v c

pha nữa NL

sử

phương tương

dụng pháp

tự:

Tính

hiệu đường đi mới từ đó suy ra vị trí vân trung tâm mới

M

- Cũng trong thời gian t đó ánh sáng truyền trong không khí NL suy luận lôgic:

KÈ

được quãng đường: s = c.t = c.

n.e = n.e c

Thời

gian

ánh

sáng đi trong bản

- Vì trong bản mỏng truyền chậm hơn ngoài không khí nên thủy tinh chậm dường như quãng đường d1 dài thêm đoạn hơn trong không

D

ẠY

s - e = n.e - e = ( n - 1).e trở thành d1* . Vì vậy

d1* = d1 + (n - 1).e

khí nên dường như đường đi bị kéo dài thêm. Vì vậy

- Hiệu đường đi mới:

mà vân sáng trung

72

= d 2 - d1* = d 2 - d1 + (n - 1).e

khe đặt bản mỏng.

ax + ( n - 1).e D

- Điều kiện cực đại giao thoa là:

=k

FF IC IA L

=

Þ

tâm lệch về phía

Với vân sáng trung tâm k = 0

Þx=

(n - 1)e.D a

(2.22)

(1,5 - 1).15.10-6.2 Thay số ta được x = = 15mm 1.10-3

O

Vậy hệ vân dịch chuyển cùng chiều F1 so với hệ vân cũ một

Ơ

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

N

đoạn x = 15mm

H

( n - 1)e.D ta suy ra phương pháp đo bề dày e hoặc chiết a

N

Từ công thức x =

iii) Bài tập tự giải.

Y

suất môi trường trong suốt khi biết một trong hai thông số đó.

U

Bài 10. Trong thí nghiệm Y-âng về giao thoa ánh sáng, các khe S1, S2 được chiếu

Q

sáng bởi ánh sáng 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

M

liên tiếp là i=1,5mm.

KÈ

1. Tìm bước sóng của ánh sáng tới.

2. Xác 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

ẠY

song bề dày e = 10 m , ta thấy hệ thống vân dịch chuyển trên màn quan sát một

D

khoảng x0 =1,5cm. Tìm chiết suất của chất làm bản mỏng. ĐS: 1.

= 0,5 m ; 2. xs 3 = 4,5 mm , xt 4 = 5, 25mm ; 3. n = 1,5

73

Bài 11. Trong thí nghiệm giao thoa khe Iang các khe S1, S2 được chiếu bởi nguồn S. Khoảng cách từ hai khe đến màn D = 1m. = 0, 6 m . Lần lượt

FF IC IA L

1. Nguồn sáng S phát ánh sáng đơn sắc có bước sóng

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 giữa chúng có 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 làm đường đi của tia sáng ló dài thêm một đoạn e(n-1).

1

= 0, 4 m;

2

= 0,5 m;

3

O

2. Bỏ bản mỏng đi và nguồn S phát ba ánh sáng đơn sắc có các bước sóng

= 0, 6 m . Xác định khoảng cách giữa hai vân sáng có

N

màu giống như màu ánh sáng quan sát được tại O.

Ơ

ĐS: 1. a) a = 1,2mm. b) n = 1,6. 2. x trùng = 5mm

Bài 12. [5, tr. 33-34] Thực hiện giao thoa ánh sáng đơn sắc có bước sóng

H

= 0,65 m bằng khe Y-âng. Biết S1S2=a = 0,65mm. SI = d =1m; IO=D =1m

N

1. Tính khoảng vân và vị trí các vân sáng, vân tối trên màn.

Y

2. Khoét tại vị trí vân trung tâm một khe hẹp và đặt mắt tại đấy. Khi dịch

U

chuyển khe S một đoạn 3,5mm theo phương S1S2 thì mắt thấy được gì?

3. Một bản rung làm cho khe S chuyển động theo phương S1S2 với phương

M

mỗi chu kì?

Q

trình xS=2sin t (mm). Mắt đặt tại khe khoét trên màn sẽ quan sát được gì trong

KÈ

ĐS: 1. i = 1mm ; xs = k (mm) , xs = (k + 0, 5) (mm) , với k Î Z 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

ẠY

ngươc lại

D

Bài 13. [5, tr. 25 -26] Một khe hẹp S phát ánh sáng đơn sắc có bước sóng

= 0,5 m 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

74

2. Tịnh tiến khe S theo phương S1S2 một đoạn b bằng bao 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.

FF IC IA L

3. Không tịnh tiến khe S mà mở rộng dần khe S. Tính độ rộng của khe S để hệ vân biến mất. (Điều kiện độ rộng của khe hẹp để không xảy ra giao thoa) ĐS: 1. i = 1mm ; 2. x =

i Þ b = 0, 25 mm ; 3. 0,25 mm 2

Bài 14. Trong thí nghiệm Y-âng, người ta chiếu một chùm sáng đơn sắc song song

vào hai khe hẹp S1 và S2 song song với nhau trên một màn chắn sáng. Khoảng cách

O

giữa hai khe là 0,5mm. Vân giao thoa được 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

Ơ

1. Tính bước sóng của ánh sáng

N

nhau là 1,2cm.

H

2. Thay chùm sáng đơn sắc bằng chùm sáng trắng. Tính chiều rộng của

N

quang phổ bậc 1 và quang phổ bậc hai trên màn ảnh. Bước sóng của ánh sáng tím là

0, 4 m và của ánh sáng đỏ là 0.75 m .

Y

3. Lại dùng chùm sáng đơn sắc nói trên. Chắn sau khe S1 bằng một tấm thủy

U

tinh phẳng rất mỏng, có chiết suất n = 1,5. Ta thấy vân sáng chính giữa bị dịch

Q

chuyển đến vị trí của vân sáng bậc 20 cũ. Tính chiều dày bản thủy tinh? ĐS: 1.

= 0, 6 m ; 2. 1,4mm và 2,8mm; 3. e = 24 m

M

Bài 15. [5, tr. 55] Để đo chiết suất của khí Clo, người ta làm thí nghiệm sau: Trên

KÈ

đường đi của chùm tia sáng do một trong hai khe của máy giao thoa của Young phát ra, người ta đặt một ống thủy tinh dài e=1cm, có đáy phẳng và song song với nhau.

Lúc đầu trong ống chứa không khí sau đó thay không khí bằng khí Clo, người ta

ẠY

quan sát thấy hệ thống vân dịch chuyển đi một đoạn bằng 10 lần khoảng cách giữa

D

hai vân sáng liên tiếp. Toàn bộ thí nghiệm được thực hiện trong buồng yên tĩnh và giữ ở một nhiệt độ không đổi. Máy giao thoa được chiếu bằng ánh sáng có bước sóng

= 0,589 m chiết suất của không khí n =1,000276. Tìm chiết suất của khí Clo?

75

ĐS : n’ = 1,000865

2.2.2.2. Các hệ giao thoa đặc biệt i) Kiến thức cơ bản [8, tr. 22]

FF IC IA L

a) Giao thoa với lưỡng lăng kính Fre-nen A

Làm thế nào để đo góc chiết quang A rất nhỏ của lăng kính ? Giao

M

S1 S S2

thoa có phải là một biện pháp ?

O N

Hai lăng kính có góc chiết quang A nhỏ, có chiết suất n, đáy

d

được dán với nhau tạo thành một

A’ d’

O

Hình 2.24

N

lưỡng lăng kính Fre-nen (Hình 2.24)

Một khe sáng đơn sắc hẹp được đặt trong mặt phẳng đáy chung của hai lăng

H

ta được hai ảnh ảo S1 và S2 của S.

Ơ

kính song song với các cạnh và cách hai lăng kính một khoảng d. Qua hai lăng kính

N

Hai chùm sáng ló ra khỏi hai lăng kính tựa như được phát ra từ hai nguồn sáng kết hợp S1 và S2. Trong phần giao nhau của hai chùm sáng (phần gạch chéo

Y

trên hình 2.24) có hiện tượng giao thoa ánh sáng. Vân giao thoa được hứng trên

U

màn ảnh E đặt vuông góc với SO và tại O, cách lưỡng lăng kính đoạn d’.

Q

Khoảng vân giao thoa được tính theo công thức (2.2) trong đó:

M

Khoảng cách từ hai khe đến màn: D = d + d ' Khoảng cách giữa hai khe: a = 2d .D = 2d (n - 1) A

(2.23a) (2.23b)

KÈ

(với A tính bằng đơn vị rad)

ii) Bài tập có hướng dẫn

ẠY

Ví dụ 7. Hai lăng kính có cùng góc ở đỉnh là A = 20’, làm bằng thủy tinh chiết suất n =1,5 có đáy gắn chung với nhau tạo thành lưỡng lăng kính. Một nguồn sáng điểm

D

S phát ra ánh sáng đơn sắc có bước sóng

76

= 0, 5 m đặt trên mặt phẳng của đáy

chung và cách hai lăng kính một khoảng d = 50cm. Đặt một màn E cách một khoảng d’ = 200cm phía sau lưỡng lăng kính. Cho 1’=3.10-4 rad 1. Tính khoảng cách giữa hai ảnh S1S2 tạo bởi lưỡng lăng kính. Tính khoảng

FF IC IA L

cách giữa hai vân sáng liên tiếp và số vân quan sát được trên màn.

2. Khoảng cách giữa các vân và số vân sáng quan sát được sẽ thay đổi thế nào nếu: - Thay nguồn sáng S bằng nguồn S’ phát bức xạ

' = 0, 45 m

- Nguồn S’ dịch chuyển dần ra xa dần lưỡng lăng kính theo phương vuông

O

góc với màn E.

3. Dịch chuyển khe S song song với chính nó trong mặt phẳng chứa khe một

N

khoảng nhỏ b=2,1mm. Hệ vân trên màn có gì thay đổi. Vị trí vân trung tâm cũ có

Ơ

đặc điểm gì?

H

Luận giải

NL thành tố được bồi dưỡng

N

1. Tính khoảng cách giữa ảnh S1S2. Khoảng cách giữa hai NL hiểu vấn đề:

Y

vân sáng liên tiếp và số vân quan sát được trên màn

U

- Sơ đồ thí nghiệm giao thoa được mô tả bởi hình 2.25

hiện

tượng giao thoa ánh

sáng

với

Q

* Một số câu hỏi

M KÈ ẠY

ra

lưỡng lăng kính

A

D

Xảy

gợi ý GQVĐ

S1 S S2

O

?1 Viết công thức d

A’

tính khoảng vân

d’

cho trường hợp Hình 2.25

- giao

Khoảng cách giữa hai ảnh tính theo công thức (2.24b)

77

thoa

với

lưỡng lăng kính?

S1S2 = a = 2d ( n - 1) A = 2.0,5.(1,5 - 1).20.3.10-4

?2 Tính bề rộng

a = 3,0mm

trường giao thoa

i=

D (d + d ').

(2 + 0,5).0,5 = = » 0,42mm 3,0 a a

- Bề rộng trường giao thoa:

d '.a 2,0.3,0 = = 12,0mm 0,5 d

- Số vân sáng quan sát được trên màn.

' = 0, 45 m .

Ơ

2. Thay ánh sáng đơn sắc

N

é 12 ù éLù Ns = ê ú + 1 = ê ú + 1 = 29 vân ë 2i û ë 2.0,42 û

O

L=

FF IC IA L

L theo a, d và d’.

- Khoảng vân:

H

- Khoảng vân:

'D '.(d + d ') 0,45.(2 + 0,5) = = = 0,375mm 3,0 a a

N

i' =

Y

- Số vân sáng quan sát được trên màn:

Q

U

é 12 ù éLù Ns = ê ú + 1 = ê ú + 1 = 33 vân 2.0,375 ë 2i ' û ë û

- Nếu dịch chuyển nguồn S’ ra xa thì d tăng ta có:

M

'.(d + d ') ' '.d ' 'D = = + a 2d ( n - 1) A 2( n - 1) A 2d (n - 1) A

KÈ

i' =

ẠY

- Khi S’ dịch chuyển ra xa thì d ® ¥ , do đó

imin =

' 0,45 = = 0,075mm 2( n - 1) A 2(1,5 - 1).20.3.10 -4

D

Suy ra số vân sáng có thể quan sát được tối đa là:

é 12 ù éLù Ns = ê ú + 1 = ê ú + 1 = 161 vân ë 2i ' û ë 2.0,075 û

78

NL hiểu vấn đề: Nguồn chuyển

S ra

dịch xa

Chú ý: Trong thực tế ta không quan sát được hệ vân này trên nghĩa là d ® ¥ . màn do khoảng cách hai ảnh rất lớn và bề rộng trường giao Khi đó khoảng vân i sẽ thay đổi

FF IC IA L

thoa thu hẹp.

NL hiểu vấn đề:

3. Khe S dịch chuyển song song với chính nó

- Khi S dịch chuyển một đoạn b thì hai ảnh S1 và S2 cũng Khe

S

dịch

dịch chuyển theo cùng chiều nhưng khoảng cách giữa chúng chuyển song song không thay đổi. Theo (2.7) hệ vân trên màn dịch chuyển với chính nó thì

d' 2,0 = 2,1. = 8,4mm 0,5 d

F

dịch

chuyển

song song với xo 8, 4 = = 20 là vân i 0, 42 mặt phẳng hai

Ơ

- Tại vị trí vân trung tâm cũ thỏa mãn

khe.

H

sáng bậc 20.

như bài toán khe

N

x0 = OO ' = b.

bài toán tương tự

O

ngược chiều một đoạn

N

*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

Y

thoa với lưỡng lăng kính. Chỉ khác giá trị của a và D cần tính toán và chú ý đổi đơn

U

vị.

Q

Ứng dụng đặc biệt của bài toán giao thoa với lưỡng lăng kính giúp ta đo góc chiết quang A rất nhỏ mà không thể đo được bằng phương pháp thông thường.

M

Trong một số trường hợp cũng dùng để đo chiết suất n của lăng kính.

KÈ

iii) Bài tập tự giải Bài 16. [4, tr. 16] Để xác định độ lớn của góc rất tù

(gần 1800) của một lăng kính

ẠY

người ta bố trí sơ đồ giao thoa lưỡng lăng kính (như hình 2.24). Bức xạ đơn sắc có

= 633nm được rọi lên khe hẹp S tạo ra một chùm sáng phân kì sau khe. Chùm

D

này rọi lên đáy lăng kính. Trong khoảng rộng giao thoa MN =L = 3,8mm trên màn cách lăng kính d’=1,2m quan sát được 8 vân tối, đồng thời tại chính M và N là hai vân tối.

79

1. Giải thích hiện tượng 2. Tính góc

của lăng kính, biết khe S cách lăng kính một khoảng d=30cm,

chiết suất thủy tinh ứng với

1

là n1=1,5

2

FF IC IA L

3. Giữ nguyên cách bố trí thí nghiệm, rọi lên khe S chùm sáng đơn sắc có

= 515nm , thì thu được hệ vân có độ rộng i2 =0,4mm. Xác định chiết suất n2 của

thủy tinh làm lăng kính đối với bức xạ này. ĐS: 2.

» 179o15' ; 3. n =1,48

b) Giao thoa với lưỡng gương Fre-nen

O

i) Tóm tắt lí thuyết và công thức. [8, tr.22]

rất nhỏ. Một khe sáng đơn

Hai gương phẳng G1 và G2 hợp nhau một góc

Hai chùm sáng phản xạ trên hai

E

H

gương tựa như phát ra từ hai nguồn

Ơ

S trong hai gương là S1 và S2 (Hình 2.25).

N

sắc S song song với giao tuyến O của hai gương và cách O một khoảng r. Ảnh của

A

N

kết hợp S1 và S2. Vùng có gạch chéo

O

AIB trên hình 2.25 là vùng chung của

Y

B S

U

hai chùm sáng,

G1

Q

tại đó xảy ra hiện tượng giao thoa ánh sáng.

d r

S1

M

Vân giao thoa được hứng trên

a

KÈ

màn ảnh E, đặt vuông góc với trung trực của S1S2 và cách O một khoảng

G2

I S2 Hình 2.25. Giao thoa với lưỡng gương Fre-nen

D

ẠY

OI = d.

Khoảng vân trên màn vẫn được tính bằng công thức (2.15) trong đó:

Khoảng cách giữa hai khe a = 2 r

(2.24a)

Khoảng cách từ hai khe đến màn D = r + d

(2.24b)

Chú ý: Phải chắn ánh sáng trực tiếp từ nguồn sáng S tới màn E

80

ii) Bài tập có hướng dẫn Ví dụ 8: Thí nghiệm giao thoa ánh sáng với lưỡng gương Frexnen gồm 2 gương phẳng tạo với nhau một góc

rất nhỏ. Nguồn sáng S và màn E quan sát vân giao

Nguồn sáng S phát ra ánh sáng đơn sắc có bước sóng vân đo được trên màn là i = 0,64mm.

1. Vẽ sơ đồ thí nghiệm minh họa. Tính góc

FF IC IA L

thoa cách giao tuyến của hai gương những khoảng lần lượt là r = 0,5m và d =1,5m.

= 0, 48 m . Khoảng cách

tạo bởi hai gương

2. Tính số vân sáng, vân tối quan sát được trên màn trong vùng giao thoa.

O

3. Nếu đưa nguồn sáng S ra xa dần giao tuyến hai gương thì số vân quan sát được trên màn thay đổi như thế nào?

N

4. Hệ vân trên màn thay đổi như thế nào nếu dịch khe S một đoạn s=1mm

Ơ

trên cung tròn bán kính r, tâm I (tâm I nằm trên giao tuyến của hai gương). Khi đó

H

vân trung tâm O là vân sáng hay vân tối.

Câu hỏi gợi ý

N

Luận giải

1. Vẽ sơ đồ thí nghiệm. Tính góc hợp bởi hai gương.

M KÈ ẠY D

NL hiểu vấn đề:

E

Bài toán xảy ra

A

Q

U

Y

* Sơ đồ thí nghiệm được mô tả trên hình 2.26.

hiện tượng giao O

thoa ánh sáng với B

d

S

G1

lưỡng

nhưng yêu cầu

r

tím góc S1 a

gương .

G2

I

NL sử dụng công thức và biến đổi

S2

công thức để tìm

Hình 2.26.

góc

* Tính góc

81

- Theo (2.26a,b) khoảng vân i =

=

( r + d ) 0,48.10-6.(0,5 + 1,5) = = 1,5.10-3 ( rad ) -3 2ir 2.0,64.10 .0,5

2. Số vân sáng và số vân tối trên trường giao thoa - Gọi L là bề rộng trường giao thoa ta có:

d d L = AB = .a = .2 r = 2d = 4,5.10-3 m = 4,5mm r r

FF IC IA L

Þ

D (r + d ) = a 2 r

N

é 4,5 ù éLù Ns = 2 ê ú + 1 = 2 ê ú + 1 = 7 vân ë 2i û ë 2.0,64 û

tính được số vân sáng vân tối ta

phải tính được bề

O

- Số vân sáng và vân tối quan sát được trên màn lần lượt là:

NL tư duy: Muốn

Ơ

1ù é 4,5 é L 1ù Nt = 2 ê + ú = 2 ê + ú = 8 vân ë 2i 2 û ë 2.0,64 2 û

rộng trường giao thoa.

NL hiểu vấn đề:

- Ta có khi r tăng và r ® ¥ thì

Khi dịch chuyển

N

H

3. Dịch chuyển nguồn sáng ra xa giao tuyến của hai gương không đổi.

- Khoảng vân:

nguồn ra xa giao tuyến

Y

- Bề rộng trường giao thoa: L = 2d

Q

U

(r + d ) D d = = + = + 0 » 0,021mm i= 2 r 2 2 r 2 a

M

é 4,5 ù éLù - Số vân sáng: N s = 2 ê ú + 1 = 2 ê ú + 1 = 215 vân ë 2i û ë 2.0,021û

của

hai thì

gương

r ® ¥ khoảng vân sẽ thay đổi. Cần phải tính toán sự thay đổi đó.

KÈ

* Nhận xét: Khi dịch chuyển S ra xa dần giao tuyến I thì

khoảng vân giảm dần nên số vân sáng trên màn tăng dần. NL đánh giá vấn

ẠY

Tuy nhiên đến một giới hạn nào đó ta sẽ không quan sát được hệ vân giao thoa nữa

D

- Khi r ® ¥ , trên bề rộng L = 4,5mm mà có 215 vân sáng chỉ là tính toán lí thuyết. Trong thực tế ta không quan sát

82

đề khi kết quả

không phù hợp với thực tiễn. Có thể làm

thí

nghiệm

chứng tỏ sự không

được hệ vân giao thoa này.

phù hợp đó.

4. Dịch chuyển S trên cung tròn tâm I, bán kính r.

NL hiểu vấn đề: dịch

chuyển

FF IC IA L

Ta thấy khi S dịch chuyển đoạn s = 1mm thì hai ảnh S1 và S2 S

cũng dịch chuyển một đoạn như vậy trên đường tròn (I,r). trên cung tròn thì

Khi đó đường OI là trung trực của S1S2 như là đòn bẩy tựa hệ vân thay đổi

trên điểm cố định I (xem hình 2.26). Vì vậy theo (2.21) vân tương tự như bài sáng trung tâm O sẽ dịch chuyển đến O’ ngược chiều với toán dịch chuyển chiều dịch chuyển của S1S2 một đoạn:

với mặt phẳng hai khe.

x0 3 = = 4,6875 . Do đó vị trí vân trung i 0,64

N

Ta thấy:

O

1,5 d .s = .1 = 3mm 0,5 r

Ơ

x0 =

khe F song song

tâm cũ gần vân tối thứ 5.

N

khe sáng S một đoạn nhỏ

H

* Nhận xét: Với lưỡng gương Fre-nen, sự dịch chuyển của

Y

trên cung tròn bán kính r cũng tương tự như sự dịch chuyển

U

của khe F song song với mặt phẳng hai khe F1 và F2 trong

Q

thí nghiệm giao thoa với hai khe Y –âng.

M

iii) Bài tập tự giải

KÈ

Bài 17. [6, tr. 228-229] Hai gương Frexnen làm với nhau góc

. Một khe hẹp F đặt

song song với cạnh chung O của hai gương cách O một khoảng d phát ánh sáng đơn sắc có bước sóng

. Hệ vân giao thoa được đặt trên màn M vuông góc với các

D

ẠY

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 thấy thay đổi như thế nào khi

khe F tịnh tiến ra xa dần hai gương.

83

= 10 '; = 0, 6 m d = 20cm; D = 0,8m ; 1’ = 3.10-4 rad.

Áp dụng số

ĐS: 1. i = 0, 5mm; N s = 9 vân; 2. i giảm dần và imin = 0,1mm; N s = 48 vân

FF IC IA L

c) Giao thoa với lưỡng 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 thoa ánh sáng được không?

Cắt một thấu kính hội tụ tiêu cự f ra làm đôi theo một mặt phẳng chứa trục

chính D của thấu kính rồi đưa hai nửa ra xa nhau một khoảng e rất nhỏ. Như vậy

O

quang tâm của hai nửa thấu kính sẽ nằm đối xứng nhau ở hai bên trục D và cách nhau một khoảng O1O2=e.

N

Đặt một khe sáng S đơn sắc hẹp nằm trong mặt phẳng trung trực của O1O2 và

Ơ

vuông góc với mặt phẳng tạo bởi trục D và O1O2, cách O1O2 một khoảng d > f

H

(Hình 2.26).

N

E

O1

Y

S

U

O2

D

I

O

S2

d’

B

L

Q

d

A

S1

M

Hình 2.27. Giao thoa với lưỡng thấu kính Biê

KÈ

Qua hai nửa thấu kính ta được hai ảnh thật S1 và S2 nằm cách O1O2 một

khoảng d’ được tính bởi công thức thấu kính: d ' =

df . S1 và S2 trở thành hai d- f

ẠY

nguồn sáng thỏa mãn điều kiện kết hợp. Trong vùng chung của hai chùm sáng này

D

(phần gạch chéo trên hình 2.27) có hiện tượng giao thoa ánh sáng.

Dùng một màn ảnh E để hứng vân giao thoa.

Khoảng cách vân vẫn được tính bằng công thức (2.15) trong đó:

84

Khoảng cách giữa hai khe: a = S1S2 =

d +d' .e d

(2.26a)

Khoảng cách từ hai khe đến màn: D = L - d '

FF IC IA L

ii) Bài tập có hướng dẫn

(2.26b)

Ví dụ 9. Một thấu kính O có tiêu cự f = 20cm bán kính R = 1,5cm, được của làm đôi theo một đường kính. Sau đó, hai nửa thấu kính được kéo cho xa nhau một

khoảng e = 2mm. Một khe sáng hẹp S song song với đường chia hai nửa thấu kính,

đặt cách đường ấy một khoảng d = 60cm. Khe S phát ánh sáng đơn sắc có bước sóng

= 0, 546 m .Vân giao thoa được quan sát trên màn E đặt cách hai nửa thấu

O

kính khoảng l.

N

1. Muốn quan sát được vân giao thoa thì l tối thiểu phải bằng bao nhiêu?

Ơ

2. Cho l =1,8m tính khoảng cách hai vân sáng liên tiếp và số vân quan sát được trên màn.

H

3. Giữ cho O và E cố định, cho khe S tịnh tiến xa dần thấu kính. Hệ vân thay

N

đổi thế nào?

U

Hướng dẫn giải:

Y

Bài 7/230 – Một số phương pháp giải toán vật lí sơ cấp2 NL thành tố được bồi dưỡng

Q

Luận giải

1. Khoảng cách l tối thiểu để quan sát được hệ vân giao NL hiểu vấn đề: Xảy

Hiện tượng giao thoa được mô tả bởi hình 2.28

tượng giao thoa

KÈ

M

thoa.

ánh

ra

sáng

hiện

với

ẠY

lưỡng thấu kính.

Muốn quan sát được hệ vân giao

D

thoa thì chiều dài l phải vượt qua

85

E L1

A

của

hai

khi khúc xạ qua

FF IC IA L

d

nhau

chùm sáng sau

S1 O1 O H O2 S2 L2 d’

S

phần bắt đầu giao

D

I

B

l Hình 2.28.

thấu kính

- Phần chùm sáng được giới hạn bởi phần gạch chéo trên hình vẽ xảy ra hiện tượng giao thoa.

O

* Một số câu hỏi

- Muốn quan sát được hiện tượng giao thoa thì màn chắn gợi ý GQVĐ

N

phải được đặt sau điểm I. Khi đó l > OI , trong đó OI =

Ơ

d’+OH

H

- Với d’ là khoảng cách từ ảnh S1S2 đến lưỡng thấu kính ta có:

O1O2 d = S1S2 d + d '

U

DS1 S2 S Þ

Q

Xét DO1O2 S

Y

N

60.20 df d'= = = 30cm d - f 60 - 20

O1O2 .( d + d ') e.( d + d ') = = 3mm d d

M

Þ a = S1S2 =

KÈ

Xét DS1S 2 I

IH + d ' L1 L2 DL1 L2 I Þ = IH S1S 2

gần nhất ở đâu để quan

sát

được

hiện tượng giao thoa. ?3 Tính khoảng cách OI trên hình vẽ. ?4

Có thể sử

dụng

tam giác

đồng dạng được không.

ẠY

d '.a 0,3.0,003 Þ IH = = » 0,033m = 3,3cm 2 R - a 2.0,015 - 0,003

?2 Màn phải đặt

Vậy khoảng cách l tối thiểu là 30+3,3=33,3cm

D

2. Với l = 1,8m . Tìm khoảng cách giữa hai vân sáng và số NL sử dụng và

vân sáng quan sát được.

vận

86

dụng

linh

- Khoảng cách giữa hai vân sáng liên tiếp là một khoảng vân hoạt nên

các

công

thức giao thoa

(l - d ') 0,546.(1,8 - 0,333) D = = » 0,27 mm a a 3

- Bề rộng trường giao thoa là đoạn AB trên hình 2.28 Xét DO1O2 S

d O1O2 = AB l + d '

e(l + d ) 2.(1,8 + 0,6) = = 8mm 0,6 d

- Số vân sáng quan sát được trên màn

N

é 8 ù é AB ù Ns = 2 ê +1= 2ê ú + 1 = 29 vân ú ë 2i û ë 2.0,27 û

O

Þ AB =

DABS Þ

FF IC IA L

i=

H

kính. Hệ vân thay đổi thế nào?

Ơ

3. Giữ cho O và E cố định, cho khe S tịnh tiến xa dần thấu ?1 Khi khe S tịnh

N

- Khi S ra xa thấu kính thì d tăng dần

tiến ra xa thấu kính thì các đại

- Khi d ® ¥ thì d ' ® f , hai ảnh S1 và S2 cách nhau một lượng khác thay

Y

đoạn a ® e = 2mm . Khoảng cách từ hai ảnh đến màn đổi như thế nào?

U

D ® l - d ' = l - f = 1,8 - 0,2 = 1,6mm . Khi đó khoảng vân

Q

D 0,546.1,6 = » 0,44mm a 2

M

giới hạn: ilim =

- Bề rộng trường giao thoa

KÈ

e(l + d ) el = + e = 0 + e = e khi d ® ¥ AB = d d

D

ẠY

- Số vân sáng quan sát được trên màn:

?2 Khi S ra xa vô cùng thì d, d’, a, D, i, AB lần lượt được

xác định

như thế nào? ?3 Tính số vân

é 2 ù éeù Ns = 2 ê ú + 1 = 2 ê ú + 1 = 5 vân ë 2i û ë 2.0,44 û

iii) Bài tập tự giải

87

sáng được.

quan

sát

Bài 18. [4, tr. 25-28] Một thấu kính hội tụ tiêu cự f=15cm được cưa đôi theo mặt

d1

d2

phẳng chứa quang trục chính và vuông góc với tiết diện của thấu kính, rồi hớt đi mỗi nửa một lớp dày h=1,25mm tính từ quang

FF IC IA L

O1

O2

tâm, xong dán lại thành lưỡng thấu kính. (trong đó O1 như quang tâm vốn có của nó của nửa thấu kính trên, O2 của nửa dưới),

Hình 2.29

xem hình 2.29. Một nguồn sáng điểm S phát ra ba bức xạ đơn sắc thuộc vùng đỏ,

O

vùng lục, vùng lam, bước sóng được kí hiệu lần lượt là

1

,

2

,

3

được đặt trên trục

)

Ơ

f không phụ thuộc vào

N

đối xứng của lưỡng thấu kính, cách lưỡng thấu kính một khoảng d1=7,5cm(coi rằng 1. Xác định khoảng cách a giữa hai ảnh S1, S2 của S qua lưỡng thấu kính. Vẽ

H

đường đi của các tia sáng qua lưỡng thấu kính.

N

2. Đặt sau lưỡng thấu kính một màn hứng ảnh vuông góc với trục đối xứng

Y

của lưỡng thấu kính và cách lưỡng thấu kính một khoảng d2=235cm. Che nguồn lần

U

lượt bởi kính đỏ và kính lục (để lọt bức xạ đỏ hoặc bức xạ lục) và dùng kính lúp sẽ quan sát được hai hệ vân giao thoa tương ứng có độ rộng i1=0,64mm và i2=0,54mm.

Q

Xác định bước sóng của hai bức xạ đó.

M

3. Do thiếu kính lọc màu lam nên phải dùng một kính lọc để lọt đồng thời hai bức xạ đỏ và lam. Khi ấy quan sát được các cực đại giao thoa cả hai loại màu, đỏ và

KÈ

lam, trên màn. Đồng thời các vân số 0, 3, 6 của hệ vân đỏ thấy có sự trùng khít với

vân sáng màu lam. Xác định bước sóng màu lam, biết rằng màu lam tương ứng với

D

ẠY

dải bước sóng từ 0,46 m đến 0,5 m 4. Mô tả hiện tượng khi không dùng kính lọc nào. Hãy tính xem trong trường

giao thoa có cả thảy bao nhiêu vệt sáng trắng, đó là cực đại thứ bao nhiêu của hệ

88

vân đỏ? Cho biết ba bức xạ mà bước sóng tính được trong bài này khi chồng chập lên nhau cho ta cảm giác sáng trắng. ĐS: 1. a=2,5mm; 2.

1

= 0, 64 m ,

2

= 0,54 m ; 3.

3

= 0, 48 m ;

FF IC IA L

4. Có 3 vạch sáng trắng. Với bức xạ màu đỏ: k = 0; k = 0; ±27

d) Giao thoa với gương Lôi (Loyd) Ánh sáng tới và phản xạ trên

E

gương có thể giao thoa được không?

Một khe sáng hẹp đơn sắc S, đặt

M

S

song song với một gương phẳng G và

H

O

màn ảnh E vuông góc với mặt gương

S’

G

Hình 2.27. Giao thoa gương Lôi

N

rất gần mặt gương (Hình 2.27). Đặt một

I

Ơ

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 gương.

H

Đó là kết quả của sự giao thoa giữa sóng ánh sáng đi trực tiếp từ nguồn S đến

N

màn ảnh và sóng phản xạ trên gương truyền đến. Sóng phản xạ tựa như được phát

Y

ra từ nguồn S’ là ảnh của S trong gương.

U

Khoảng vân giao thoa vẫn được tính bằng công thức i =

D trong đó D là a

Q

khoảng cách từ S đến màn còn a = SS ' . Điều đặc biệt là tại H xuất hiện một vân tối, mặc dù SH = S’H. Điều đó

M

chứng tỏ là tại H sóng phản xạ ngược pha với sóng tới (tương tự như sự phản xạ

KÈ

sóng cơ trên vật cản cố định). Như vậy hiệu quang trình (hiệu đường đi) đến H phải

æ ö = SH - ç S ' H ± ÷ 2ø è

(2.27)

ẠY

là

ii) Bài tập có hướng dẫn

D

Ví dụ 10. Một khe hẹp đơn sắc S đặt trên mặt một gương phẳng G, cách mặt gương

1mm. Trên màn ảnh E đặt vuông góc với mặt gương, song song với khe S và cách

89

khe S một khoảng 2m, người ta thấy có những vạch tối và vạch sáng xen kẽ nhau một cách đều đặn.

2. Tìm vị trí những điểm cho vân sáng, vân tối.

FF IC IA L

1. Giải thích hiện tượng xảy ra 3. Biết rằng trên màn quan sát được 26 vạch sáng, hai vạch ngoài cùng cách nhau 14,5mm. Tính bước sóng dùng trong thí nghiệm.

Hướng dẫn giải Luận giải

NL thành tố

O

được bồi dưỡng

1. Giải thích hiện tượng.

N

NL suy luận logic

- Trên màn quan sát E xảy ra hiện tượng giao thoa giữa hai

GQVĐ định tính

H

và sóng phản xạ trên gương đến màn.

Ơ

chùm sáng đơn sắc: Sóng tới từ S truyền trực tiếp đến màn

N

- Hai chùm ánh sáng này thỏa mãn điều kiện kết hợp vì cùng

Y

xuất phát từ nguồn S nên chúng giao thoa với nhau. Những

U

vạch sáng tối trên màn xen kẽ nhau là các vân giao thoa.

NL hiểu vấn đề:

Q

2. Vị trí vân sáng

E

KÈ

M

vân tối trên màn

S

S’

x I

G

Hình 2.28. Giao thoa gương Lôi

ẠY

tìm

hiệu

M

đường đi để xác

H

định điều kiện cho vân sáng vân tối vì chưa có

- Gọi x = HM. Ta có:

D

Phải

công thức vị trí 2

2

aö aö æ æ SM = ç x - ÷ + D 2 và S ' M 2 = ç x + ÷ + D 2 2ø 2ø è è 2

vân sáng vân tối áp

dụng

gương Lôi

Suy ra: S ' M 2 - SM 2 = 2ax

90

cho

Với S ' M + SM » 2 D vì S rất gần G nhưng rất xa E

Þ S ' M - SM =

* Một số câu hỏi gợi ý GQVĐ:

ax D

?1. Lập công

tiếp từ S đến màn nên hiệu đường đi

thức tính hiệu

FF IC IA L

Do sóng phản xạ trên gương G ngược pha với sóng tới trực

đường đi tại điểm

ax = S ' M - - SM = D 2 2 +Điều

kiện

M trên màn quan

đại sát.

cực

ax D D - =k Þx= +k D 2 2a a

O

=k Þ

(2. 28)

?2. Điều kiện cực

N

1ö æ Þ xs = ç k + ÷ i (với k Î Z ) 2ø è

đại, cực tiểu giao

Ơ

Ta thấy những điểm cho vân sáng trên màn cách H một số thoa là gì?

1 1 ax = (k + ) Þ - = (k + ) 2 2 D 2

N

+ Điều kiện cực tiểu

H

nửa nguyên lần khoảng vân.

Y

Þ xt = k ' i (với k ' Î Z + )

?3 Có thể nhận xét gì về vị trí

Q

U

Ta thấy những điểm cho vân tối trên màn cách H một số vân sáng vân tối trên màn. nguyên lần khoảng vân. Đặc biệt tại H là vân tối đầu tiên (k’=0) mặc dù SH = S’H

M

3. Tính bước sóng ánh sáng.

KÈ

- Giữa 26 vạch sáng liên tiếp có 25 khoảng vân nên ta có:

25i = 14,5 Þ i = 0,58mm =

ai 2.0,58 = = 0,58 m 2 D

D

ẠY

- Bước sóng:

91

iii) Bài tập tự giải.

Bài 19: Người ta chiếu ánh sáng đơn sắc có bước

E

= 0, 64 m vào gương Lôi (hình 2.29). Hỏi tại S

điểm M trên màn quan sát sẽ quan sát được vân sáng hay vân tối.

S’

Cho SM = r = 2 (m) , SI=IM, IH = a = 0,55(m)

H

M

I

G

FF IC IA L

sóng

Hình 2.29.

ĐS: Vân sáng

e) Giao thoa với màng mỏng, nêm i) Tóm tắt lí thuyết và công thức [8, tr. 24-26]

O

Tại sao nhìn vào bề mặt của các váng dầu mỡ, bong bóng xà phòng, ta

N

thường thấy có những quầng màu rực rỡ? Có thể giải thích bằng hiện tượng tán sắc hay giao thoa ánh sáng?

Ơ

Đó là những vân giao thoa trên các bản mỏng. Các vân này chỉ xuất hiện trên

H

bề mặt các bản mỏng gọi là vân định xứ.

N

* Ta hãy giải thích sự giao thoa của các váng dầu với ánh sáng đơn sắc. Coi váng dầu tương tự bản mặt song song.

Y

Một vùng rất nhỏ quanh điểm C coi

S

R

U

như một bản mặt song song có bề dày d. Các

Q

tia tới 1 và 2 coi như song song với nhau, góc tới là i. Hai tia đi vào mắt coi như trùng

M

nhau (Hình 2.30)

KÈ

Xét hai tia đơn sắc SABCR (1) và

ẠY

SCR (2), hiệu quang trình giữa hai tia là:

= ( AB + BC ) - ( HC + ) 2

H

A

C

d B Hình 2.30. Giao thoa qua bản mỏng

(1)

D

Trong đó, sóng phản xạ trên tại C ngược pha với sóng tới nên bị lệch nửa bước sóng.

AB = BC =

d cosr

(2)

92

HC = 2d .tan r.sin i

(3)

sin i = n.sin r

(4)

sin r cos r

(5)

Mặt khác: tan r =

FF IC IA L

The định luật khúc xạ

Từ (1), (2), (3), (4), (5).

= 2d n2 - sin 2 i -

Þ + Nếu

=k

+ Nếu

1ö æ = çk + ÷ 2ø è

(2.29)

2

O

thì tại C có cực đại giao thoa. thì tại C có cực tiểu giao thoa.

N

* Bây giờ nếu coi váng dầu không bằng phẳng thì khi thay đổi điểm quan sát

Ơ

C bề dày d và góc tới i sẽ thay đổi chậm, do đó vùng cực đại giao thoa chiếm một

H

khoảng tương đối rộng

N

* Áp dụng hai mặt phẳng lí tưởng giao nhau (tạo thành nêm hình 2.31) thì cực đại giao thoa có dạng dải sáng màu nằm song song với cạnh nêm, xen kẽ là các

Y

các vạch tối tương ứng với cực tiểu giao thoa cách đều nhau một cách đều đặn.

U

Nếu quan sát theo phương vuông góc với cạnh

Q

nêm thì khoảng cách giữa hai vân tối liên tiếp là:

2n

(2.30)

M

l=

KÈ

Biết

và n, đo được l sẽ tính được

. Đây là

Hình 2.31

một phương pháp thường dùng để xác định góc nhỏ

ẠY

giữa hai mặt của các lớp mỏng.

Nếu nguồn phát ra ánh sáng trắng thì trên mặt nêm sé xuất hiện những màu

D

sặc sỡ tương đối rộng. Do đó các bản mỏng là dụng cụ tiện lợi cho việc nghiên cứu màu sắc ánh sáng. ii) Bài tập có hướng dẫn

93

Ví dụ 11. 1. Nhìn váng dầu trên mặt nước 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 tượng trên.

FF IC IA L

2. Nếu nhìn một váng dầu trên mặt nước theo phương gần là là mặt nước thì thấy váng dầu có màu tro xám. Tăng dần góc giữa phương nhìn với mặt nước, ta thấy:

- Nếu nhìn theo phương làm với mặt nước góc 30°, váng dầu có màu da cam sẫm (

dc

= 0,6 m )

- Nếu nhìn theo phương làm với mặt nước góc 60°, váng dầu có màu đỏ (

= 0,7 m ).

O

d

Xác định bề dày của váng dầu và chiết suất của dầu.

Ơ

1. Giải thích hiện tượng.

N

Luận giải

H

S

Màu sắc ta quan sát thấy

N

trên váng dầu là những cực đại

Y

giao thoa của các sóng ánh sáng

d

K

i

Hình 2.32

Q

Xảy

ra

hiện

tượng giao thoa phản xạ hai lần ở

J

của váng dầu (Hình 2.32).

NL hiểu vấn đề:

của chùm tia sáng r

U

phản xạ ở mặt trên và mặt dưới

I

R

Câu hỏi gợi ý

Chùm sáng Mặt Trời từ rất

mặt trên và mặt dưới

của

váng

dầu mỡ.

M

xa nên ta coi như chùm sáng song song. Xét một chùm tia rất

KÈ

hẹp đến bản mỏng SI, ta có một phần chùm sáng được phản xạ ở mặt trên của váng dầu tạ K, một phần phản xạ ở mặt NL suy luận lôgic

dưới tại J rồi gặp nhau, giao nhau tại K. Vì IK rất nhỏ nên có GQVĐ định tính

ẠY

thể coi như mặt trên và mặt dưới của bản tại đó song song

D

với nhau. Chùm tia phản xạ KR đi theo một phương vào mắt người quan sát.

Do với mỗi ánh sáng đơn sắc khác nhau thì bước sóng

94

khác nhau nên hiệu đường đi

= 2d n 2 - sin 2 i -

2

khác

nhau. Vì vậy ứng với các ánh sáng đơn sắc muốn quan sát

2. Tính bề dày và chiết suất của váng dầu.

NL sử dụng công

- Ta có hiệu đường đi được tính theo công thức (2.29)

= 2d n2 - sin 2 i -

FF IC IA L

được vân sáng thì góc nhìn của mắt cũng phải khác nhau.

thức hiệu đường đi của hiện tượng

2

giao

mảng mỏng.

Ơ

N

=k

1ö æ Þ 2d n 2 - sin 2 i = ç k + ÷ 2ø è

thỏa mãn:

do

O

- Điều kiện cực đại giao thoa của bước sóng

thoa

2

N

2d n 2 - sin 2 i =

H

- Vân sáng đầu tiên quan sát được khi k= 0 nên

Y

- Khi nhìn theo phương là là mặt nước thì i » 90o từ đó

U

r ® 90o Þ cos r » 0 ta có thể biến đổi

Q

2d n 2 - sin 2 i = 2dn 1 - sin 2 r = 2dn cos r » 0 - Ta thấy khi nhìn là là mặt phân cách thì hiệu đường đi

nhìn là là mặt nước ta quan sát

với mọi ánh sáng đơn sắc. Ta không quan sát được hệ được vân tối.

M

<

?2 Giải thích khi

2

KÈ

vân giao thoa thỏa mãn với yêu cầu đề bài.

- Khi i = 60o quan sát được cực đại ánh sáng da cam có

D

ẠY

bước sóng

dc

= 0,6 m ta có:

3 0,6.10-6 2d n - sin 60 = Û 2d n - = m 2 4 2 2

2

o

2

(1)

?3 Lập phương trình

95

khi

nhìn

- Khi i = 30o quan sát được cực đại ánh sáng đỏ có bước thấy sóng

d

= 0,7 m ta có:

màu

cam và tia màu

3 0,7.10-6 2d n - sin 30 = Û 2d n - = m 2 4 2 o

đỏ.

2

(2) Giải hệ (1) và (2) ta được: d = 1,31.10 -7 m; n = 1, 46 * Biện luận, đề xuất vấn đề mới

FF IC IA L

2

2

vân

Trong thực tế chúng ta còn quan sát được những màu sắc sặc sỡ khi nhìn vào

O

bong bóng xà phòng hoặc chồng hai tấm kính phẳng lên nhau. Hiện tượng đó cũng xuất phát từ hiện tượng giao thoa màng mỏng và nêm.

(1)

N

iii) Bài tập tự giải

(2)

Ơ

Bài 20. [4, tr. 22] Hai bản thủy tinh, đặt song song, cách

H

nhau một lớp không khí mỏng bề dày d. Mặt trong của hai tấm thủy tinh được phủ một lớp kim loại rất mỏng.

N

Chùm tia sáng = 600nm chiếu tới chúng theo phương d

Y

vuông góc sẽ có một phần được phản xạ giữa hai mặt

U

trong như hình 2.33. Hãy tính ba giá trị đầu của lớp

Q

không khí để sự giao thoa giữa hai tia phản xạ (1) và (2) a) Cho vân sáng

M

ĐS: a) d cho vân sáng: d = k

Hình 2.33

b) Cho vân tối.

2

. Ba giá trị nhỏ nhất: 0, 300nm, 600nm

D

ẠY

KÈ

1 b) d cho vân tối: d = (k + ) . Ba giá trị nhỏ nhất: 150nm, 450nm, 750nm 2 2

96

Tiểu kết chương 2 Như vậy, căn cứ vào nội dung mục tiêu kiến thức chương sóng ánh sáng Vật

FF IC IA L

lí 12 THPT, căn cứ vào cơ sở lí luận về dạy giải bài tập vật lí nhằm bồi dưỡng NL GQVĐ, trong chương 2 này chúng tôi đã nghiên cứu những vấn đề sau đây:

Đã phân tích mục tiêu chương sóng ánh sáng theo chuẩn kiến thức – kỹ năng

trong chương trình, từ đó thiết kế sơ đồ hệ thống bài tập chương sóng ánh sáng trên cơ sở bồi dưỡng HSG THPT.

Đã xây dựng hệ thống bài tập chương sóng ánh sáng vật lí 12 bao gồm hệ

O

thống kiến thức, bài tập có hướng dẫn (gồm 11 ví dụ) và bài tập tự giải gồm 20 bài.

Trong đó phần bài tập có hướng dẫn được người dạy hướng dẫn HS thông qua hệ

N

thống các câu hỏi gợi ý nhằm giúp HS phát hiện vấn đề của bài toán, từ đó xây

Ơ

dựng chiến thuật giải cho từng bài. Sau mỗi ví dụ là phần nhận xét hoặc phát triển

H

vấn đề, gợi mở vấn đề mới mà phần bài tập tự giải HS sẽ phải tự tìm tòi giải quyết.

N

Phần bài tập tự giải vừa giúp HS nâng cao kỹ năng kỹ xảo, vừa giúp HS rèn luyện năng lực tư duy và va chạm với hiện tượng vật lí mới nhằm giúp các em tự phát

D

ẠY

KÈ

M

Q

U

học, tự bồi dưỡng.

Y

hiện ra vấn đề khác so với bài tập đã giải, từ đó mà HS cũng hứng thú với việc tự

97

CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 3.1. Mục đích của thực nghiệm sư phạm Đánh giá tính khả thi, tính phù hợp và hiệu quả của sử dụng hệ thống bài tập

FF IC IA L

chương sóng ánh sáng Vật lí 12 nhằm bồi dưỡng NL GQVĐ cho HS giỏi.

3.2. Nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm

Chọn đối tượng để tổ chức thực nghiệm sư phạm: Hai nhóm HSG Vật lí 12,

Trường THPT Tô Hiến Thành - Nam Định có kết quả học tập môn Vật lí tương ứng như nhau: Sĩ số

Điểm TB kiểm tra

Khoảng điểm

Nhóm TN

20

7,12

Từ 6,0 đến 8,0

Nhóm ĐC

20

Từ 6,0 đến 8,0

O

Thông tin

N

Bảng 3.1. Bảng thông tin về học sinh thực nghiệm (TN) và đối chứng (ĐC)

Ơ

7,15

H

Nội dung bài tập thực nghiệm: Hệ thống bài tập đã được xây dựng trong chương

N

2 của luận văn.

Chuẩn bị bài kiểm tra, đánh giá và kết quả: Một đề kiểm tra (xem phụ lục 1)

U

Y

Điều tra ý kiến, nhận xét của GV và HS về hiệu quả hệ thống bài tập đã xây dựng.

Q

Thực nghiệm dạy học ở lớp TN và lớp ĐC: Lớp TN dạy hệ thống bài tập

M

trong chương 2 đã xây 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

KÈ

đánh giá tính khả thi của hệ thống bài tập.

3.3. Phương pháp xử lí kết quả thực nghiệm sư phạm

ẠY

3.3.1. Đánh giá NL GQVĐ theo tiêu chí Rubric [1, tr. 65-67] Rubric chính là bảng thang điểm chi tiết mô tả đầy đủ các tiêu chí mà người

D

học cần phải đạt được. Nó là một công cụ đánh giá chính xác mức độ đạt chuẩn của HS và cung cấp thông tin phản hồi để HS tiến bộ không ngừng. Một tiêu chí tốt cần có đặc trưng: Được phát biểu rõ ràng; Ngắn gọn; Quan sát được; Mô tả hành vi;

98

Được viết sao cho HS hiểu được. Hơn nữa phải chắc chắn rằng mỗi tiêu chí là riêng biệt, đặc trưng cho dấu hiệu của bài kiểm tra.

Nội dung của Rubric là một tập hợp các tiêu chí liên hệ với mục tiêu học tập

FF IC IA L

và được sử dụng để đánh giá 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 được gọi là tiêu chí,

thang đánh giá được gọi là mức độ và định nghĩa được gọi là thông tin mô tả. Nên giới hạn số tiêu chí ³ 3 và £ 10 .

Tác giả Jennifer Docktor đã xây dựng Rubric cho bài tập vật lí gồm 5 tiêu chí.

O

+ Diễn đạt đầy đủ (sử dụng ngôn ngữ vật lí để diễn tả hiện tượng vật lí, có

N

thể là hình vẽ)

Ơ

+ Con đường tiếp cận vật lí (hay phương pháp giải bài tập vật lí) + Vận dụng cụ thể của vật lí (Sử dụng các công thức, định lí, định luật vật lí

H

có phù hợp hay không)

N

+ Quá trình tính toán (tính toán xử lí số liệu có đơn giản, chính xác và đến

Y

kết quả cuối cùng)

+ Tiến trình chung logic (hay tiến trình giải bài)

U

Mức độ đánh giá theo từng tiêu chí thể hiện trong bảng 3.2

M

Mức độ

Q

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

5

4

3

2

1

0

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

nhưng

tả không

không

không

chứa

hữu ích,

hữu ích

hữu ích

đựng một

đựng lỗi

chứa

chứa

hoặc chứa mô tả nào

nhỏ

đựng

đựng

đựng

D

ẠY

KÈ

Tiêu chí

và đầy đủ chứa

99

cần thiết

nhiều lỗi

nhiều lỗi

nhiều lỗi

Hầu hết

Tất cả các Phương

2. Con

Phương

Phương

Một vài

đường

pháp giải

pháp giải

khái niệm phương

tiếp cận

hợp lí và

hợp lí

và

pháp giải tắc được

hoàn toàn

vật lí

đầy đủ

nhưng

nguyên

là thiếu

chọn là

không

chứa

tắc của

xót và

không

cần thiết

đựng lỗi

phương

không

phù hợp

cho bài

nhỏ

pháp giải

phù hợp

pháp giải

FF IC IA L

là thiếu

nguyên

toán hoặc

O

cho HS

xót và

N

không

Áp dụng

Áp dụng

dụng cụ

cụ thể

thể của vật lí

Toàn bộ

Lời giải

cụ thể của phần áp

các phần

áp dụng

không chỉ

của vật lí

vật lí có

dụng của

của vật lí

cụ thê của ra áp

là phù

vài lỗi

vật lí

thiếu xót, vật lí là

dụng cụ

hợp và

thiếu xót,

và chứa

không

thể của

chứa vài

lỗi

phù hợp

vật lí

N

H

Hầu hết

nhỏ

M

Q

U

đầy đủ

4. Quá

lỗi

và chứa lỗi

Quá trình Quá trình

Một số

Hầu hết

Toàn bộ

Không có

các phần

phần tính

bằng

tính toán

phần tính

toán

phù họp

toán thiếu tính toán

toán thiếu chứng

xót và

thiếu xót

xót và

quá trình

chứa vài

chứa vài

và chứa

chứa lỗi

tính toán

lỗi

lỗi

lỗi

KÈ

trình tính tính toán phù hợp

và đầy đủ nhưng

D

ẠY

Một số

Y

3. Vận

Ơ

phù hợp

vào chúng là

100

cần thiết 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

đúng

và chứa

không rõ

ràng,

không rõ

quá trình

trọng

những lỗi

ràng,

không

ràng,

tính toán

tâm, kết

nhỏ

không

đúng

không

hợp lí và

đúng

trọng

đúng

chúng là

cấu hợp lí

FF IC IA L

5. Tiến

và mâu thuẫn

O

trọng tâm tâm, mâu trọng tâm cần thiết thuẫn

và mâu

* Một số lưu ý khi sử dụng Rubric

Ơ

N

thuẫn

H

- GV nên xác định tiêu chí cùng HS và mục tiêu của đánh giá.

N

- Việc lựa chọn tiêu chí nào đưa vào Rubric phụ thuộc vào mong đợi của HS

Y

- Rubric cần thể hiện rõ chức năng, không những đánh giá kiến thức kỹ năng

U

mà còn đánh giá NL thực hiện và các NL khác nhau của HS.

Q

Từ bảng đánh giá theo tiêu chí, khi đánh giá kết quả TNSP, chúng tôi xây

M

dựng bảng tiêu chí và các mức độ nhằm đánh giá NL GQVĐ cho HS trong đề kiểm tra tự luận (xem phụ lục 1). Chấm bài kiểm tra rồi đem xử lí thống kê toán học.

KÈ

3.3.2. Xử lí kết quả theo phương pháp thống kê toán học.

Các bước xử lí kết quả TNSP theo phương pháp thống kê toán học.

D

ẠY

Bước 1. Lập các bảng tần số, tần suất, tần suất lũy tích

Bước 2. Vẽ đồ thị các đường lũy tích.

Bước 3. Lập bảng tổng hợp phân loại kết quả học tập.

Bước 4. Tính các tham số thống kê đặc trưng.

a) Tính trung bình cộng:

101

1 N

X=

n

ån X i

i

i =1

ni : tần số của các giá trị X i ;

N: Số HS tham gia thực nghiệm

FF IC IA L

b) Phương sai S2 và độ lệch chuẩn S

Phương sai S2 là đại lượng dung để đánh gia mức độ phân tán hay tập trung các giá trị của biến ngẫu nhiên Xi chung quanh giá trị trung bình X n

S = 2

ån (X i

i

- X)

1

N -1

O

Độ lệch chuẩn S là đại lượng biểu thị mức độ phân tán của các số liệu quanh giá trị trung bình của mẫu: S = S 2

N

c) Hệ số biến thiên V: để so sánh độ phân tán trong trường hợp 2 bảng phân phối có S .100% X

H

V=

Ơ

giá trị trung bình cộng khác nhau hoặc 2 mẫu có quy mô rất khác nhau.

N

+ Nếu V trong khoảng 0 - 10%: Độ dao động nhỏ nên độ tin cậy cao.

Y

+ Nếu V trong khoảng 10 - 30%: Độ dao động trung bình.

U

+ Nếu V trong khoảng 30 - 100%: Độ dao động lớn nên không đáng tin cậy

Q

d) Tần suất và tần suất tích lũy Tần suất để X=Xi tức là xác suất để học sinh đạt điểm Xi được xác định bởi

KÈ

M

công thức:

Wi =

ni .100% N

Tần suất tích lũy là xác suất học sinh có điểm nhỏ hơn hoặc bằng Xi được xác định

D

ẠY

bởi công thức: Wj =

nj N

.100%

với nj là số bài kiểm tra đạt điểm nhỏ hơn hoặc bằng Xi.

3.4. Kết quả thực nghiệm sư phạm

102

3.4.1. Kết quả theo thang tiêu chí Rubric Phân tích kết quả của bài kiểm tra, đối chiếu kỹ năng sử dụng công thức, kỹ năng tính toán, trình bày diễn đạt vấn đề, quá trình chung lôgic của HS so sánh với

FF IC IA L

đáp án theo từng bước phát hiện và giải quyết vấn đề mà chúng tôi đã xây dựng

(xem phụ lục 1), chúng tôi thu được bảng thống kê với 5 tiêu chí và 4 mức độ như sau:

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

đầy đủ)

nhưng có

(Phù hợp

(Không

nhưng có lỗi

phù hợp)

O

Mức độ

lỗi nhỏ)

TN

ĐC

TN

ĐC

0

2

0

0

0

0

15

2

4

0

1

0

0

19

15

1

4

0

1

0

0

7

5

7

8

3

3

3

4

6

5

8

6

3

5

3

4

N

2. Con đường tiếp cận vật lí

18

H

20

(đề xuất giải pháp)

TN

N

1. Diễn tả hữu ích (hiểu vấn đề)

ĐC

lớn)

ĐC

TN

Ơ

Tiêu chí

18

Y

3. Vận dụng cụ thể của vật lí

U

(công thức, định luật, định lí)

Q

4. Quá trình tính toán (xử lí số liệu, đáp án)

M

5. Tiến trình chung lôgic

KÈ

(lời giải chặt chẽ, lôgic, có đề

xuất vấn đề mới)

D

ẠY

3.4.2. Kết quả thống kê điểm số Sau khi thống kê theo tiêu chí Rubric, chúng tôi tiến hành chấm điểm cho

từng bài theo thang điểm 10, chúng tôi thu được kết quả về điểm số như sau.

103

Bảng 3.4. Kết quả bài kiểm tra Điểm X i

Lớp

X

N

0

1

2

3

4

5

6

7

TN

20

0

0

0

0

0

2

3

5

6

3

1

7,4

ĐC

20

0

0

0

0

2

3

4

6

4

1

0

6,5

9

10

FF IC IA L

8

Bảng 3.5. Phân phối tần số, tần suất và tần suất luỹ tích bài kiểm tra Số HS đạt điểm Xi

0

0

1

0

0

0

2

0

0

3

0

0

4

0

2

5

2

6

3

7

O

TN

ĐC

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

10

0

10

3

10

15

10

25

4

15

20

25

45

5

6

25

30

50

75

6

4

30

20

80

95

Q

N

0

ĐC

H

Ơ

0

lũy Wj %)

N

TN

xuống (Tần suất tích

Y

ĐC

U

TN

8 9

3

1

15

5

95

100

10

1

0

5

0

100

100

KÈ ẠY

(Tần suất Wi %)

% HS đạt điểm Xi trở

M

Điểm Xi

D

% HS đạt điểm Xi

Bảng 3.6. Bảng giá trị các tham số đặc trưng.

Tham số

Đối tượng

X

S2

S

V (%)

Nhóm TN

7,4

1,83

1,35

18,24

104

Nhóm ĐC

6,5

1,95

1,40

21.54

FF IC IA L

Dưới đây là đường phân bố tần suất và đường phân bố tần suất tích lũy hội tụ

N

O

lùi.

Ơ

Điểm Xi

U

Y

N

H

Đồ thị 3.1. Đường phân bố tần suất

Điểm Xi

Đồ thị 3.2. Đường phân bố tần suất tích lũy hội tụ lùi

D

ẠY

KÈ

M

Q

ĐC

3.5. Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm

3.5.1. Đánh giá định tính

105

Căn cứ 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: Ban đầu khi nhắc lại kiến thức cơ bản

FF IC IA L

phần lí thuyết, HS còn chưa hiểu rõ lí thuyết, chẳng hạn như về hiện tượng tán sắc

ánh sáng, HS mới chỉ biết sơ lược hiện tượng tán sắc ánh sáng như SGK mà chưa có kiến thức về tán sắc qua lưỡng chất phẳng hay thấu kính hoặc giải thích hiện

tượng thực tế. Tuy nhiên khi đặt vấn đề mở rộng thêm hiện tượng 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

O

tối thì có HS hỏi rằng “Tính đi tính lại để làm gì” và nản chí. Tuy nhiên về mặt tư

N

duy thì những bài toán như vậy thật sự có ý nghĩa cho việc rèn luyện các thao tác tư

Ơ

duy, nhưng khi HS được biết một số ứng dụng quan trọng của bài toán giao thoa ánh sáng như đo bước sóng ánh sáng bằng phương pháp giao thoa hoặc đo chiết

H

suất của môi trường trong suốt hay tính toán được với bài toán vết loang dầu mỡ thì

N

bài toán trở nên hấp dẫn và làm cho các em thích học và cảm thấy việc giải bài tập vật lí thật sự có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Qua điều tra khảo sát thì chúng tôi

Y

nhận thấy đa số HS hứng thú với các bài tập có tính thực tiễn.

U

Về năng lực tư duy GQVĐ: Trong khi giải quyết vấn đề của bài toán vật lí,

Q

HS cũng gặp không ít các khó khăn như là đọc đề bài xong nhưng không biết bắt

M

đầu xuất phát giải toán từ đâu, nhưng khi có sự gợi ý của GV bằng hệ thống câu hỏi thì các bước giải toán cứ được hé mở dần. Bằng việc hướng dẫn HS lập sơ đồ giải

KÈ

toán, GV dạy cho HS phương pháp giải bài tập bằng cách lập sơ đồ cho từng bài

toán cụ thể. Từ đó, chúng tôi nhận thấy rằng HS càng tích cực giải bài tập hơn đặc

ẠY

biệt là HS biết tìm “điểm then chốt” để giải toán. Sự phát hiện ra “điểm then chốt”

D

của bài toán là yếu tố đầu tiên và quan trọng nhất giúp HS GQVĐ của bài toán.

Về hoạt động tự học: Chúng tôi cũng nhận thấy rằng, những HS khác nhau có

các bước tư duy về cùng một bài toán không hoàn toàn giống nhau. Ở đây chúng tôi

cũng nhấn mạnh yếu tố cá thể và sự hoạt động độc lập trong quá trình giải toán.

106

Chính vì thế hệ thống bài tập tự giải là một phần quan trọng để HS tự rèn luyện kỹ năng kỹ xảo và các thao tác tư duy góp phần bồi dưỡng 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

FF IC IA L

giải bài tập mỗi khi được GV giao bài về nhà, các phương án giải bài tập và kết quả bài tập về nhà của HS.

Căn cứ kết quả điều tra GV: có đa số GV cho rằng người soạn đã thiết kế hệ thống bài tập chương song ánh sáng, nhiệm vụ học tập phù hợp với nội dung dành cho HSG, trong đó đảm bảo tính thiết thực, hiệu quả và khả thi, có độ phân hóa giữa các đối tượng HS, những câu hỏi gợi ý cũng giúp HS lập được sơ đồ chiến

O

thuật giải toán làm tiền đề góp phần bồi dưỡng NL GQVĐ cho HSG.

N

Căn cứ kết quả phiếu điều tra HS: Chúng tôi đã thu được 20 phiếu phản hồi

Ơ

từ HS sau khi tiến hành thực nghiệm sư phạm chúng tôi thu được bảng sau đây Bảng 3.7. Bảng thông tin điều tra HS về hệ thống bài tập chương sóng ánh sáng.

H

Ý kiến của HS về việc học hệ thống bài tập chương sóng ánh

N

sáng nhằm bồi dưỡng NL GQVĐ cho HSG

Y

Rất thích

Bình thường

Tỉ lệ %

8

40

8

40

4

20

0

0

M

Q

Không thích

U

Thích

Số HS

3.5.2. Đánh giá định lượng

KÈ

* 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. Đa

ẠY

số HS của lớp TN và ĐC đều hoàn thành 3 tiêu chí đầu tiên tốt ở cả ba bài tập của

đề kiểm tra. Hai tiêu chí còn lại có số HS hoàn thành phù hợp và đầy đủ có hạn chế.

D

Quan sát lại bài kiểm tra thì chúng tôi thấy rằng, những HS hoàn thành tiêu chí 4 và

5 bị mắc lỗi đều ở ý 2 của bài tập 1 và ở bài tập 2 trong phần tính toán ra kết quả

107

cuối cùng. Điều này cũng dễ hiểu vì đây là bài toán ngược đòi hỏi tư duy và độ chính xác cao.

Với ý 2 của bài tập 1: Phần lớn HS lập luận và chứng minh được chùm ló là chùm

FF IC IA L

song song và xác định được đại lượng cần tìm, tuy nhiên khi tính toán lại có phần lúng túng trong tư duy toán học.

Với bài tập 2: chúng tôi thấy rằng, đa số HS giải được bước đầu tiên: xác định được điều kiện trùng nhau của 3 ánh sáng đơn sắc k1. 1 = k2 . 2 = k3 .

3

và cho ra tỉ số

k 2 l3 3 6 9 12 15 , nhưng đến khi khai thác dữ kiện “trong khoảng giữa = = = = = = k 3 l 2 4 8 12 16 20

2

và

3

và

2

, bốn vạch sáng là sự trùng nhau của hai

” thì có một số HS gặp khó khăn ở cả lớp TN và lớp ĐC.

Ơ

vân sáng của

1

N

trùng nhau của hai vân sáng của

O

hai vân sáng liên tiếp có màu giống vân trung tâm ta thấy có hai vạch sáng là sự

* Đánh giá dựa vào thống kê toán học.

H

Kết quả thực nghiệm sư phạm: Dựa trên các kết quả TNSP và thông qua việc

N

xử lý số liệu thực nghiệm thu được, chúng tôi nhận thấy chất lượng học tập của HS

Y

ở các lớp TN cao hơn ở các lớp ĐC. Điều này được thể hiện ở mục 3.4 cụ thể như

U

sau:

Đường phân bố tần suất lệch sang bên phải, trong đó số HS đạt điểm khá

Q

giỏi của lớp TN nhiều hơn lớp ĐC thể hiện ở đồ thị 3.1, điều này chứng tỏ chất

M

lượng lớp TN tốt hơn suy ra NL GQVĐ của HS của lớp TN tốt hơn lớp ĐC. Đồ thị các đường lũy tích của lớp TN nằm bên phải và phía dưới các đường

KÈ

luỹ tích của lớp ĐC (Đồ thị 3.2), điều đó cho thấy chất lượng học tập của các lớp TN tốt hơn các lớp ĐC.

ẠY

Các tham số đặc trưng: Điểm trung bình X ở lớp TN là 7,4 cao hơn lớp ĐC là 6,5 (Bảng 3.4) chứng

D

tỏ HS các lớp TN nắm vững và vận dụng kiến thức, kỹ năng tốt hơn HS các lớp ĐC. Độ lệch chuẩn S ở lớp TN nhỏ hơn ở lớp ĐC, chứng tỏ số liệu của lớp TN ít

phân tán hơn so với lớp ĐC (Bảng 3.6).

108

Hệ số biến thiên V của lớp TN nhỏ hơn lớp ĐC (Bảng 3.6) đã chứng minh độ phân tán quanh giá trị trung bình cộng của lớp TN nhỏ hơn, tức là chất lượng lớp TN đồng đều hơn lớp ĐC. Mặt khác, giá trị V thực nghiệm đều nằm trong khoảng từ 10% đến

Tiểu kết chương 3

FF IC IA L

20% (có độ dao động thấp). Do vậy, kết quả thu được rất đáng tin cậy.

Trong chương này chúng tôi đã tiến hành thực nghiệm sư phạm và xử lí kết

quả thực nghiệm theo PP thống kê toán học và đánh giá theo tiêu chí Rubric. Theo kết quả của phương án thực nghiệm giúp chúng tôi bước đầu có thể kết luận rằng

O

HS ở lớp TN có kết quả cao hơn ở lớp ĐC đồng nghĩa với NL GQVĐ ở lớp TN tốt

N

hơn lớp ĐC

Ơ

Kết quả điều tra ý kiến của HSG cho thấy đa số các em đều hứng thú khi học hệ thống bài tập và đặc biệt với bài toán vật lí gắn với hiện tượng thực tiễn. Việc tạo

H

được hứng thú học tập cho HSG làm tiền đề để khai thác tính tò mò suy nghĩ óc

N

tưởng tượng phong phú, góp phần vào việc bồi dưỡng năng lực phát hiện và GQVĐ cho HS.

Y

Kết quả điều tra ý kiến của GV cũng thấy rằng: Hệ thống bài tập cụ thể cho

U

từng chương phần là rất quan trọng trong hoạt động dạy học bài tập vật lí và còn

Q

quan trọng hơn là xây dựng được hệ thống bài tập kích thích được trí tò mò ham

M

hiểu biết của học sinh đặc biệt là đối tượng HSG. Hệ thống bài tập càng sâu sắc và đầy đủ thì HS càng có cái nhìn bao quát và toàn diện về môn học hơn. HSG giải

KÈ

quyết được những vấn đề khó khăn của bài tập vật lí cũng giúp các em rèn luyện ý chí, nghị lực kiên trì trong hoạt động thực tiễn. Tiêu chí đánh giá kết quả kiểm tra

ẠY

Rubric cũng được đa số giáo viên tán thành và cho rằng việc đánh giá quá trình trong hoạt động giải bài tập vật lí thì chi tiết, đầy đủ và sâu sắc hơn so với chỉ đánh

D

giá bằng điểm số. Việc sử dụng tiêu chí Rubric đánh giá NL GQVĐ của HS sẽ đạt

hiệu quả không chỉ trong hoạt động giải bài tập vật lí mà còn có khả năng áp dụng cho những nội dung dạy học khác, môn học khác nữa.

109

110

D

ẠY M

KÈ Y

U

Q H

N Ơ N

FF IC IA L

O

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 1. Kết luận Sau một thời gian tiến hành tìm hiểu, nghiên cứu chúng tôi đã thực hiện các

FF IC IA L

nhiệm vụ đề ra, cụ thể là:

Đã tổng quan cơ sở lí luận về bài tập vật lí, vai trò của bài tập vật lí trong dạy học môn vật lí, phương pháp giải bài tập vật lí và năng lực giải quyết vấn đề trong dạy học bài tập vật lí có sự chi phối các năng lực khác và ngược lại.

Đã tiến hành điều tra về thực trạng dạy học bài tập vật lí nói chung và bài tập

vật lí chương sóng ánh sáng nói riêng ở cả GV và HS hai trường THPT Tô Hiến Thành

O

và Trung tâm GDTX Hải Cường, Huyện Hải Hậu, Tỉnh Nam Định và thấy rằng bài tập

N

vật lí gắn với năng lực giải quyết vấn đề của HS là điều tất yếu nhưng ít được GV và

Ơ

HS chú trọng.

Đã cấu trúc lại nội dung bài tập chương sóng ánh sáng theo mục tiêu dành cho

H

đối tượng HSG. Từ đó xây dựng hệ thống bài tập chương sóng ánh sáng nhằm bồi

N

dưỡng NL GQVĐ cho HSG. Trong đó có các bài tập vừa đáp ứng yêu cầu ghi nhớ kiến thức, vừa rèn luyện kỹ năng kỹ xảo. Sự thành thạo trong thao tác tư duy sẽ dẫn

Y

đến người học trở nên có NL để giải quyết các vấn đề của bài học cũng như trong thực

U

tiễn.

Q

Đã tiến hành thực nghiệm sư phạm hệ thống bài tập đã xây dựng tại Trường

M

THPT Tô Hiến Thành - Nam Định. Kết quả thực nghiệm sư phạm đã được đánh giá theo thang tiêu chí Rubric và xử lí theo phương pháp thống kê toán học trong đó thu

KÈ

được kết quả ở lớp TN cao hơn lớp ĐC. Kết quả nghiên cứu đã lãnh đạo nhà trường lưu trữ là sáng kiến kinh nghiệm tại trường và đề nghị làm sáng kiến kinh nghiệm cấp

ẠY

sở trong năm học tới.

Kết quả thực nghiệm sư phạm chứng tỏ đề tài “Xây dựng và hướng dẫn giải

D

hệ thống bài tập chương sóng ánh sáng vật lí 12 nhằm bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh giỏi” là cần thiết, góp phần nâng cao khả năng nhận thức,

111

năng lực tư duy cũng như rèn luyện kỹ năng kỹ xảo, tính tích cực, tự giác, độc lập và sáng tạo trong học tập góp phần bồi dưỡng NL GQVĐ của HSG. Riêng đối với bản thân tôi cũng sáng tỏ hơn nhiều kiến thức về lí luận

FF IC IA L

phương pháp dạy học bài tâp vật lí, những cơ sở lí luận về năng lực học tập của HS và biện pháp bồi dưỡng NL GQVĐ cho 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 thức để xây dựng hệ thống bài tập vì thế không nên tuyệt

O

đối hóa một hệ thống bài tập nào đó. Tùy thuộc từng yêu cầu và đối tượng học sinh

N

mà chúng ta nên có những hệ thống bài tập vật lí sao cho phù hợp và đạt hiệu quả.

Ơ

2. Dạy học định hướng phát triển năng lực là một vấn đề mới và cần nghiên và sự phát triển của đất nước.

H

cứu nhiều hơn nữa. Làm sao cho kiến thức mà học sinh học được có ích cuộc sống

N

3. Đánh giá NL nói chung và NL GQVĐ nói riêng nên áp dụng phương pháp đánh giá theo tiêu chí Rubric. Phương pháp này có thể giúp chúng ta đánh giá kết

Y

quả của HS toàn diện hơn.

U

Trên đây là những nghiên cứu của tôi về mảng đề tài này, chắc chắn không

Q

thể tránh được những thiếu sót. Tôi kính mong nhận được những ý kiến đóng góp

D

ẠY

KÈ

M

của các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp để tiếp tục phát triển đề tài.

112

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 Giáo dục, 2011.

FF IC IA L

2. Phạm Kim Chung. Bài giảng chuyên đề phương pháp dạy học Vật lý. Đại học

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 Cư - Hồ Văn Huyết - Nguyễn Thành Tương. Giải toán Vật lí, tập 3. Nxb Giáo Dục

O

5. Vũ Thanh Khiết (Chủ biên). 121 Bài toán quang lí và vật lí hạt nhân (Tái bản

N

lần 3). Nxb tổng hợp Đồng Nai, 2005.

Ơ

6. Vũ Thanh Khiết. Một số phương pháp chọn lọc giải các bài toán Vật lí sơ cấp, tập 2. Nxb Giáo Dục,1999.

H

7. Đỗ Thị Lần. Xây dựng hệ thống bài tập và hướng dẫn hoạt động giải bài tập

N

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.

U

Việt Nam, 2009.

Y

8. Vũ Quang. Bồi dưỡng HS giỏi trung học phổ thông Quang học 2. Nxb Giáo Dục

Q

9. Nguyễn Đức Thâm (Chủ biên) – Nguyễn Ngọc Hưng – Phạm Xuân Quế.

M

Phương pháp dạy học vật lí ở trường phổ thông. Nxb Đại học sư phạm, 2003.

10. Phạm Hữu Tòng. Bài tập về phương pháp dạy bài tập vật lí. Nxb Giáo dục.

KÈ

11. Đỗ Hương Trà. Các kiểu tổ chức dạy học hiện đại trong dạy học Vật lí ở trường phổ thông. Nxb Đại học Sư phạm, 2012.

ẠY

12. https://vi.wikipedia.org/wiki/Cầu_vồng

D

13. Phạm Minh Hạc. Một số vấn đề tâm lí học, Nxb Giáo dục, Hà Nội 1992.

113

PHỤ LỤC

FF IC IA L

Phụ lục 1. ĐỀ KIỂM TRA VÀ ĐÁP ÁN 1. ĐỀ KIỂM TRA VẬT LÍ LỚP 12 CHƯƠNG 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 bằng thủy tinh tiết diện thẳng là một tam giác

vuông cân ABC cân ở A, được đặt trong không khí. Một tia sáng trắng rọi theo

O

phương song song với đáy BC của lăng kính và đập vào mặt AB tại điểm I tùy ý.

Cho biết chiết suất của thủy tinh đối với ánh sáng đỏ và ánh sáng tím lần lượt là

N

nd = 2 , nd = 3 , cạnh AB = 10 cm.

Ơ

Chứng tỏ rằng mọi tia sáng đơn sắc đều bị phản xạ toàn phần trên BC.

H

Chứng minh rằng chùm tia ló song song với đáy BC của lăng kính. Tính bề rộng

N

chùm ló ra khỏi lăng kính.

Bài 2. (4 điểm) Trong thí nghiệm giao thoa ánh sáng với khe Y-âng, người ta

Y

dùng đồng thời ba ánh sáng đơn sắc có bước sóng

1

,

2

= 560nm,

3

= 420 nm

U

trong đó 560 nm < 1 < 760 nm. Trên màn quan sát trong khoảng giữa hai vân

Q

sáng liên tiếp có màu giống vân trung tâm ta thấy có hai vạch sáng là sự trùng

M

nhau của hai vân sáng của 2

và

KÈ

sáng của

3

. Tìm

1

1

và

2

, bốn vạch sáng là sự trùng nhau của hai vân

.

Bài 3. (2 điểm) Chiết suất của một dung dịch xà phòng là n = 1,38 đối với ánh sáng màu vàng

= 589,3 nm , người ta quan sát tia phản xạ theo hướng vuông góc

ẠY

với tia một màng xà phòng thì thấy nó trở nên tối đen. Giải thích? Tính bề dày

D

của lớp xà phòng khi đó.

114

2. PHIẾU HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI BÀI KIỂM TRA MÔN........................

FF IC IA L

Thời gian:................................................................

Họ và tên học sinh: .................................................

Lớp ..........................................................................

I. Phần bài làm

1. Tiêu chí 1: Diễn tả vấn đề - Hiểu vấn đề (Em ghi rõ em hiểu vấn đề trong đề bài như thế nào, nêu rõ đây là dạng bài nào, các dữ kiện đã cho là gì và bài toán yêu cầu gì)? ....................................................................................................................................

O

....... .................................................................................................................................

2. Tiêu chí 2: Con đường tiếp cận vật lí - Giải pháp thực hiện (Em nêu rõ các bước và

N

những kiến thức dùng để giải quyết vấn đề trong đề bài trên)?

Ơ

....................................................................................................................................

H

....... .................................................................................................................................

3. Tiêu chí 3: Vận dụng cụ thể của vật lí (Em hãy viết các công thức hoặc định luật,

N

định lí vật lí sử dụng để giải bài tập)?

Y

....................................................................................................................................

U

....... ................................................................................................................................. toán)?

Q

4. Tiêu chí 4: Quá trình tính toán – Luận giải (Em hãy trình bày lời giải chi tiết cho bài

M

.................................................................................................................................... ....... .................................................................................................................................

KÈ

5. Tiêu chí 5: Em nêu nhận xét về bài làm của mình và hãy nêu một vài vấn đề tương tự vấn đề trên và cách giải quyết nếu có)? .................................................................................................................................

D

ẠY

....................................................................................................................................

115

3. ĐÁP ÁN – THANG ĐIỂM THEO TIÊU CHÍ Điểm

theo

FF IC IA L

Nội dung đáp án

Tiêu

tiêu

chí

chí

Bài 1.

Hiểu và diễn đạt vấn đề: Tia sáng sau khi gặp AB vừa bị tán sắc, vừa bị

1.

khúc xạ về phía đáy lăng kính. Tia khúc xạ gặp mặt BC bị phản xạ toàn

Diễn

phần tại BC rồi khúc xạ lần thứ hai tại AC sau đó ló ra ngoài

tả hữu

Vẽ hình mô tả màu sắc chùm ló ra khỏi lăng kính

ích

i2t

Kt

i1 = 45o I

r1t

Ơ

S

N

O

A

H

B

i2d

Kd

r1t

C

Jd

Y

N

Jt

2 d

Rt

N M

U

H

Thứ tự xây dựng thuật giải của bài toán.

đường

1. Tính góc khúc xạ của tia đỏ và tia tím ở I

tiếp

2. Tính góc giới hạn phản xạ toàn phần của lăng kính

M

Q

2. Con

cận

Rd

phần ở J

2

KÈ

vật lí

3. Tính góc tới tại mặt đáy BC và chứng minh tia sáng bị phản xạ toàn

4. Chứng minh chùm ló song song với chùm tia tới (có hai phương án:

D

ẠY

Dùng nguyên lí thuận nghịch chiều truyền ánh sáng hoặc tính trực tiếp ra

3.Vận

số đo của góc ló) 5. Tìm khoảng cách d Bước 1 và 2 có thể đảo chỗ cho nhau.

Công thức định luật khúc xạ ánh sáng

116

dụng

sin i1 = nd sin r1d ; sin i1 = nt sin r1t

cụ thể

Công thức điều kiện phản xạ toàn phần

vật lí.

2

1 1 ; sin ight = nd nt

sin ighd =

Nguyên lí thuận nghịch chiều truyền ánh sáng.

Vận dụng toán: Hệ thức lượng trong tam giác vuông.

Gọi kí hiệu các góc và điểm như hình vẽ:

trình

Góc giới hạn màu đỏ và màu tím:

toán

sin ighd =

1 1 = Þ ighd = 45o ; nd 2

sin ight =

1 1 = Þ ight = 35o15' nt 3

N

tính

O

4. Quá

FF IC IA L

của

Tại I ta có: Góc tới i1 = 45

Ơ

o

- Góc khúc xạ màu đỏ:

N

-Góc khúc xạ màu tím:

H

sin i1 = nd sin r1d Þ sin 45o = 2.sin r1d Þ r1d = 30o

U

Tại J ta có:

Y

sin i1 = nt sin r1t Þ sin 45o = 3.sin r1t Þ r1t » 24,10o

Q

- Góc tới màu đỏ: id = 90o - (180o - 45o - 120o ) = 75o > ighd - Góc tới màu tím: id = 90o - (180o - 45o - 110,9o ) = 54,10o > ight

M

Vậy tất cả các ánh sáng đơn sắc khi gặp BC đều bị phản xạ toàn phần

KÈ

Màu sắc chùm sáng ló ra khỏi lăng kính: - Do sự đối xứng về cấu tạo của hệ và lăng kính là tam giác vuông cân

D

ẠY

nên theo nguyên lí thuận nghịch của chiều truyền ánh sáng chùm ló ở mặt

AC song song với chùm tia tới. Do đó, i2 t = i2 d = i1 = 45 . o

(HS có thể tính toán cụ thể) Ta có độ rộng d của chùm ló được tính theo KdKt d=

K d Kt = K d Kt . 2 sin 45o

117

2

Kẻ thêm hình và lấy các điểm H, N, M ta có: MN = K d Kt = HN - HM MN = IH (tan rd - tan rt )

FF IC IA L

Do tam giác IHN vuông tại H nên ta có

- Vì tam giác ABC vuông cân tại A nên IH = AC=10cm - Vậy MN = 10(tan 30o - tan 24,10o ) = 1,30cm 5. Tiến Phù hợp theo tiêu chí 4.

2

trình

Vấn đề mới: Điều gì sẽ xảy ra nếu dịch chuyển điểm tới I hoặc thay đổi

logic

góc tới I

O

chung Mô tả hiện tượng vật lí:

1.

Xảy ra hiện tượng giao thoa của 3 ánh sáng đơn sắc. Trong đó đã biết 2

Diễn

bức xạ, tìm bức xạ thứ nhất

N

H

ích

2

Ơ

tả hữu

N

Bài 2

1. Vận dụng điều kiện trùng nhau

đường

2. Xử lí điều kiện trùng nhau của bức xạ λ2 và λ3, tìm ra các giá trị của k2

tiếp

và k3 tương ứng với vị trí trùng nhau của cả 3 bức xạ.

cận

3. Xử lí điều kiện trùng nhau của λ2 và λ1, tìm giá trị của k1 và k 2 tương

vật lí

ứng với 2 vạch trùng nhau. Từ đó suy ra giá trị của bức xạ còn lại λ1

2

Q

U

Y

2. Con

M

3. Vận Điều kiện trùng nhau của cả 3 bức xạ: k1.λ1 = k2.λ2 = k3.λ3 dụng

KÈ

cụ thể

Điều kiện trùng nhau của λ2 và λ3:

của

k 2 l3 = k3 l2

Điều kiện trùng nhau của của λ1 và λ2:

D

ẠY

vật lí

l1 k 2 = l 2 k1

Giải bất phương trình kép 0,56 < l1 £ 0, 76

4. Quá

Để các vân sáng trùng nhau tại M thì bước sóng của các thành phần đơn

trình

sắc phải thỏa mãn

tính

Tại những vị trí mà vân sáng của ánh sáng λ2 trùng với ánh sáng λ3 thì

k1.λ1 = k2.λ2 = k3.λ3

118

2

k 2 l3 3 6 9 12 15 = = = = = = k 3 l 2 4 8 12 16 20

toán

Vân sáng trung tâm là một vân trùng nhau của cả 3 thành phần đơn sắc ứng với k1 = k2 = k3 = 0 thì vị trí trùng nhau tiếp theo của cả 3 thành phần

FF IC IA L

đơn sắc ứng k2 = 15 Các vị trí trùng nhau của λ1 và λ2 thì

2

l1 k 2 = l 2 k1

Giữa 2 vân trùng nhau liên tiếp của cả 3 thành phần đơn sắc có 2 vân

trùng nhau của λ1 và λ2 nên vị trí trùng nhau thứ 2 của cả 3 thành phần đơn sắc ứng với vân bậc 3(k1)min của λ1

O

Vì 0, 56 < l1 £ 0, 76 và nên

N

15.0,56 15.0, 56 £ 3(k1 )min < Û 3, 68 £ (k1 )min < 5 0, 76 0,56

H

Vậy λ1 = 0,7 µm.

15l 2 15.0,56 = = 0, 7 mm.

3(k1 )min 12

N

Với (k1)min = 4 thì l1 =

Ơ

Vây (k1)min = 4

Y

5. Tiến Phù hợp như tiêu chí 4.

Vấn đề mới: Bài toán có thể cho trước λ1 và λ2, yêu cầu tìm λ3 có được

logic

không?

chung

Bài toán sẽ xảy ra thế nào nếu cho 4, 5 bức xạ đơn sắc.

Bài 3

Xảy ra hiện tượng giao thoa ánh

1.

sáng qua màng xà phòng, chùm

Q

M

2

phản xạ ở mặt trên và mặt dưới của

KÈ

Diễn

màng xà phòng thỏa mãn điều kiện

ích

kết hợp nên giao thoa với nhau. Vẽ

D

ẠY

tả hữu

2. Con

2

U

trình

d

được hình mô tả hiện tượng như

hình vẽ Quan sát thấy tối đen là quan sát thấy vân tối 1. Phân tích hai nguồn thỏa mãn điều kiện kết hợp nên giao thoa với nhau

119

đường

2. Giải thích quan sát cho vân tối là quan sát thỏa mãn điều kiện cực tiểu

tiếp

giao thoa khi hiệu đường đi bằng lẻ lần nửa bước sóng.

cận

3. Từ điều kiện cực tiểu tính bề dày d của màng xà phòng.

FF IC IA L

vật lí

2

4. Quá

Giải thích: Xét một màng mỏng xà phòng có bề dày không đổi d, chiết

trình

suất n. Một chùm sáng vàng song song gặp màng mỏng sẽ tách thành hai

tính

phần: Một phần phản xạ ngay mặt trên của màng còn một phần đi vào

toán

màng mỏng, phản xạ ở măt dưới, đi lên rồi ló ra ngoài.

2

- Hai tia phản xạ ló ra không khí song song và thỏa mãn là hai tia kết hợp nên chúng giao thoa với nhau.

= 2d n 2 - sin 2 i -

2

N

Hiệu quang trình là:

O

- Hiện tượng ta quan sát được màu đen là cực tiểu giao thoa (vân tối)

= 2k + 1

2

= 2k + 1

N

Þ 2 d n 2 - sin 2 i -

2

H

Ơ

Điều kiện để M trở nên tối đen (vân tối) là:

2

Y

Bề dày tối thiểu khi k = 0, suy ra:

U

2 d min n 2 - sin 2 i -

Q

Thay số: n = 1, 38;

2

=

2

Þ d min =

2. n 2 - sin 2 i

= 589, 3.10-9 m; i » 90o ta được:

d min » 214nm

5. Tiến Phù hợp như tiêu chí 4

M

2

Vấn đề mới: Bài toán có thể cho bề dày dmin hỏi bước sóng hoặc chiết

logic

suất hoặc góc tới được không?

chung

Với ánh sáng trắng thì ta tính toán như thế nào?

ẠY

KÈ

trình

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

D

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 TRƯỜNG THPT Kính chào quý thầy cô

FF IC IA L

VÀ THAM KHẢO Ý KIẾN GV

Hiện nay, chúng tôi đang 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”.

Những thông tin mà quý thầy cô cung cấp trong phiếu khảo sát này sẽ giúp chúng tôi đánh giá thực trạng dạy học bài tập vật lí ở trường phổ thông.

O

Chúng tôi xin đảm bảo mọi thông tin quý thầy cô cung cấp sẽ chỉ được sử dụng nhằm

mục đích khoa học của đề tài này mà không được sử dụng vào mục đích khác. Xin chân thành

N

cảm ơn sự giúp đỡ của quý thầy cô!

Ơ

* Xin quý thầy cô vui lòng cho biết một số thông tin cá nhân:

Họ tên:……………………………………..Điện thoại:………….(có thể ghi hoặc không)

H

Cơ quan công tác …………………………………………………………………………...

N

Tỉnh/TP:……………….........................................................................................................

Thâm niên giảng dạy:………………………………………………………………………

Y

Xin quý thầy/cô vui lòng đánh dấu “X” vào ô phù hợp với lựa chọn của mình:

U

1. Phương pháp dạy học và mức độ mà quý thầy cô thường sử dụng trong khi bài tập vật lí:

Q vật lí

M

STT

Hướng dẫn giải bài tập

Thường xuyên

Hướng dẫn theo Agorit

KÈ

1

Rất

D

ẠY

2 3

(Theo mẫu) Hướng dẫn tìm tòi (gợi ý GQVĐ)

Hướng dẫn tự giải Chỉ cần giải ra kết quả

4

không chú ý đến phương pháp.

121

Thường

Thỉnh

xuyên

thoảng

Hiếm khi

Không bao giờ

2. Thầy/ cô cho biết mức độ cần thiết của việc áp xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập làm cho HS tích cực hơn trong dạy học bài tập vật lí? ¨ Cần thiết

¨ Bình thường

¨ Rất cần thiết

FF IC IA L

¨ Không cần thiết

3. Trong bài dạy quý thầy/ cô có chú ý đên việc chọn bài tập phù hợp với khả năng nhận thức của từng đối tượng HS không? ¨ Rất chú ý

¨ Tùy theo bài học

¨ Cũng có chú ý đến

¨ Không chú ý

4. Quý thầy cô thường chọn và sử dụng nguồn bài tập nào cho HSG: ¨ Sách bài tập

¨ Sách tham khảo

¨ Bài tập tự biên soạn

O

¨ Sách giáo khoa

5. Quý thầy cô thường chọn bài tập vật lí cho HSG dựa trên cơ sở phân loại nào:

N

¨ Theo nội dung (Phân theo các dạng bài)

Ơ

¨ Theo trình độ của HS (Giỏi – Khá – TB – Yếu – Kém)

¨ Theo năng lực nhận thức (Biết - Hiểu - Vận dụng – Vận dụng sáng tạo)

H

¨ Bài tập chung cho cả lớp không phân biệt đối tượng

N

¨ Bài tập trên cơ sở những tình huống có vấn đề.

6. Theo thầy/cô để nâng cao hiệu quả dạy học bài tập vật lí cho HSG cần chú trọng xây dựng

Y

hệ thống bài tập và hướng dẫn giải bài tập theo cách thức nào?

U

¨ Sử dụng bài tập vật lí ở các mức độ nhận thức khác nhau

Q

¨ Sử dụng hệ thống bài tập theo dạng bài ¨ Sử dụng hệ thống bài tập và gợi ý phát hiện và giải quyết vấn đề

M

¨ Sử dụng phối hợp các cách thức dạy học khác nhau

KÈ

7. Thầy/cô thường chấm điểm chất lượng bài kiểm tra bằng cách nào sau đây? ¨ Chấm điểm theo từng bước giải của bài ¨ Chấm điểm theo kết quả của bài

Xin chân thành cảm ơn sự hợp tác của quý thầy cô!

D

ẠY

¨ Chấm điểm theo từng bước phát hiện và giải quyết vấn đề của bài toán

122

2. PHIẾU ĐIỀU TRA Ý KIẾN HỌC SINH VỀ HỆ THỐNG BÀI TẬP CHƯƠNG SÓNG ÁNH SÁNG

Số HS

Tỉ lệ %

FF IC IA L

Ý kiến của HS về việc học hệ thống bài tập chương sóng ánh sáng nhằm bồi dưỡng NL GQVĐ cho HSG Rất thích Thích Bình thường

D

ẠY

KÈ

M

Q

U

Y

N

H

Ơ

N

O

Không thích

123