TỪ CÁC THIẾT BỊ SẴN CÓ NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ DẠY HỌC NỘI DUNG GIAO THOA ÁNH SÁNG VÀ GIÚP HỌC SINH TÌM HIỂU THÊM VỀ MÀU SẮC ÁNH SÁNG

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO NGHỆ AN TRƢỜNG TRUNG HỌC PHỔ THƠNG THANH CHƢƠNG THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM TỪ CÁC THIẾT BỊ SẴN CÓ NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ DẠY HỌC NỘI DUNG GIAO THOA ÁNH SÁNG VÀ GIÚP HỌC SINH TÌM HIỂU THÊM VỀ MÀU SẮC ÁNH SÁNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM DẠY HỌC VẬT LÍ Giáo viên: Đặng Ngọc Tú Tổ: Khoa học tự nhiên Năm học 2021 - 2022 Số ĐT cá nhân: 0914 775 456 Thanh Chƣơng, tháng năm 2022 SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO NGHỆ AN TRƢỜNG TRUNG HỌC PHỔ THƠNG THANH CHƢƠNG THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM TỪCÁC THIẾT BỊ SẴN CÓ NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ DẠY HỌC NỘI DUNG GIAO THOA ÁNH SÁNG VÀ GIÚP HỌC SINH TÌM HIỂU THÊM VỀ MÀU SẮC ÁNH SÁNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM DẠY HỌC VẬT LÍ Giáo viên: Đặng Ngọc Tú Tổ: Khoa học tự nhiên Năm học 2021 - 2022 Số ĐT cá nhân: 0914 775 456 Thanh Chƣơng, tháng năm 2022 MỤC LỤC Trang A Mở đầu I Lý chọn đề tài II Mục đích nghiên cứu III Cấu trúc đề tài B Nội dung I Cơ sở lý thuyết thực tiễn 1.1 Lý thuyết màu sắc ánh sáng 1.2 Cơng nghệ tạo hình ảnh màu sắc cho máy chiếu projector 1.3 Các thiết bị sẵn có để thiết kế thí nghiệm giao thoa ánh sáng 12 II Thiết kế thí nghiệm giao thoa ánh sáng từ máy chiếu projector máy tính 12 2.1 Sử dụng thiết bị sẵn có 12 2.2 Chế tạo chắn có khe hẹp 13 2.3 Tiến hành thí nghiệm 14 2.4 Sử dụng thí nghiệm tiến trình dạy học tƣợng Giao thoa ánh sáng 17 III Thực nghiệm sư phạm 18 C Kết luận 21 Tài liệu tham khảo 23 A MỞ ĐẦU I LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trong dạy học phát triển chất lực học sinh, hoạt động dạy học hƣớng đến vật, tƣợng, trình giới tự nhiên, thực tiễn đời sống sản xuất ứng dụng khoa học công nghệ Đặc biệt dạy học mơn Vật lí, việc tìm tịi, thiết kế thí nghiệm trực quan với thiết bị, vật liệu sẵn có vơ quan trọng Việc tổ chức hoạt động dạy học chủ đề Giao thoa ánh sáng chƣơng trình Vật lí 12 - THPT hành có thí nghiệm tán sắc ánh sáng, giao thoa ánh sáng đơn sắc, giao thoa ánh sáng trắng Các thí nghiệm phần đáp ứng đƣợc yêu cầu tính trực quan, để học sinh tìm hiểu ánh sáng nhìn thấy, liên hệ bƣớc sóng màu sắc ánh sáng Tuy nhiên với việc đổi phƣơng pháp dạy học kiểm tra đánh giá nay, với xu đổi kì thi, đặc biệt kỳ thi đánh giá lực trƣờng Đại học Yêu cầu cao việc học sinh phải vận dụng sáng tạo, liên hệ kiến thức học đƣợc với thực tiễn Chƣơng trình mơn Vật lý chƣơng trình giáo dục phổ thơng 2018 có nội dung cần đến thí nghiệm giao thoa ánh sáng để nâng cao hiệu dạy học, nội dung Giao thoa sóng kết hợp lớp 11 với yêu cầu cần đạt: + Thực (hoặc mô tả) đƣợc thí nghiệm chứng minh giao thoa hai sóng kết hợp dụng cụ thực hành sử dụng sóng nƣớc (hoặc sóng ánh sáng); + Phân tích, đánh giá kết thu đƣợc từ thí nghiệm, nêu đƣợc điều kiện cần thiết để quan sát đƣợc hệ vân giao thoa; + Vận dụng đƣợc biểu thức i = D/a cho giao thoa ánh sáng qua hai khe hẹp Mặt khác, trƣờng THPT nay, sẵn có thiết bị (máy tính, máy chiếu phịng học máy chiếu lƣu động) vật liệu dễ tìm để sử dụng cho việc thiết kế thí nghiệm trực quan nhiện tƣợng giao thoa ánh sáng Chính tơi nghiên cứu đề tài: “Thiết kế thí nghiệm từ thiết bị sẵn có nhằm nâng cao hiệu dạy học nội dung Giao thoa ánh sáng giúp học sinh tìm hiểu thêm màu sắc ánh sáng” Nội dung đề tài trình bày việc tìm hiểu thiết kế thí nghiệm biểu diễn có tính trực quan cao hơn, từ thiết bị sẵn có nhà trƣờng nhƣ máy vi tính, máy chiếu projector vệt liệu dễ tìm giúp cho hoạt động dạy học chƣơng Sóng ánh sáng chƣơng trình Vật lí 12 – THPT hành nội dung Giao thoa sóng kết hợp chƣơng trình Vật lý lớp 11 đƣợc hiệu Cũng qua đó, thiết kế nhiệm vụ học tập cho học sinh, giúp học sinh tìm hiểu thêm ánh sáng màu sắc ánh sáng II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Trong chƣơng trình Vật lí 12 hành, có thí nghiệm giao thoa ánh sáng: thí nghiệm với đèn laser khe hẹp có sẵn với giá thí nghiệm để đo bƣớc sóng ánh sáng (chƣơng trình chuẩn); thí nghiệm với ống hình trụ, đèn sợi đốt khe hẹp thấu kính hội tụ (chƣơng trình nâng cao) Tuy nhiên với thí nghiệm có hạn chế: phù hợp với thực hành, nhóm nhỏ học sinh thực đo bƣớc sóng ánh sáng sau tìm hiểu lý thuyết giao thoa ánh sáng trƣớc đó; thí nghiệm với ánh sáng đơn sắc Trong đề tài đề xuất thiết kế thí nghiệm trực quan biểu diễn lớp cách đơn giản, tiết học lý thuyết tiết tự chọn, ôn tập để toàn thể học sinh lớp quan sát rõ tƣợng giao thoa ánh sáng đơn sắc, giao thoa ánh sáng thành phần đơn sắc ánh sáng thành phần đơn sắc Học sinh đƣợc quan sát trực tiếp tƣợng mà không nghe đọc lý thuyết Qua giúp học sinh học tập, tự học có hiệu hơn, có hội để tìm hiểu thêm ánh sáng màu sắc, liên hệ tƣợng tự nhiên, thiết bị ứng dụng khoa học công nghệ tạo màu sắc hình ảnh thực tiễn thơng qua nhiệm vụ mà giáo viên giao: tìm hiểu thêm màu sắc ánh sáng công nghệ tạo màu sắc, hình ảnh loại hình TV, máy tính, smartphone ánh sáng từ máy chiếu projector III CẤU TRÚC CỦA ĐỀ TÀI A MỞ ĐẦU B NỘI DUNG I CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THỰC TIỄN 1.1 Lý thuyết màu sắc ánh sáng 1.2 Cơng nghệ tạo hình ảnh màu sắc cho máy chiếu projector 1.3 Các thiết bị sẵn có để thiết kế thí nghiệm giao thoa ánh sáng II THIẾT KẾ CÁC THÍ NGHIỆM GIAO THOA ÁNH SÁNG TỪ MÁY CHIẾU PROJECTOR VÀ MÁY TÍNH 2.1 Sử dụng thiết bị sẵn có: 2.2 Chế tạo chắn có khe hẹp: 2.3 Tiến hành thí nghiệm: 2.4 Sử dụng thí nghiệm cho hoạt động dạy học tƣợng Giao thoa ánh sáng III THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM 3.1 Tiến hành thực nghiệm sƣ phạm 3.2 Kết thực nghiệm sƣ phạm 3.3 Nhận xét kết TNSP C KẾT LUẬN B NỘI DUNG I CƠ SỞ LÍ THUYẾT VÀ THỰC TIẾN 1.1 Lý thuyết màu sắc ánh sáng [4] Ánh sáng đến từ Mặt Trời gồm phổ xạ điện từ gần nhƣ liên tục, với đa số lƣợng tập trung vùng bƣớc sóng nằm 220 3200 nanomét Khi chúng truyền qua bầu khí Trái Đất, đa phần sóng ánh sáng 2000nm (các bƣớc sóng hồng ngoại) bị hấp thụ cacbon dioxit, nƣớc, ozon đa số chƣa đến đƣợc mặt đất Các sóng tử ngoại ngắn bị hấp thụ lớp ozon Hiệu ứng lọc lựa bầu khí làm giới hạn phổ ánh sáng đến đƣợc mặt đất có bƣớc sóng 320 2000nm Mắt ngƣời nhạy cảm với dải hẹp xạ điện từ nằm vùng bƣớc sóng 400 700nm, thƣờng đƣợc gọi phổ ánh sáng khả kiến, nguồn màu sắc Khi kết hợp với nhau, tất bƣớc sóng có mặt ánh sáng khả kiến, khoảng phần ba tồn dải phân bố phổ truyền qua đƣợc bầu khí Trái Đất, hình thành nên ánh sáng trắng khơng màu bị khúc xạ tán sắc thành màu thành phần cách sử dụng lăng kính Các màu đỏ, lục, lam đƣợc xem màu chúng sở cho nhìn cảm nhận màu sắc ngƣời Mắt ngƣời chứa quan thụ quang tế bào hình nón gắn hố nhỏ võng mạc đƣợc điều chỉnh nhằm phản ứng với bƣớc sóng nằm ba vùng (đỏ, lục, lam) với protein sắc tố chuyên biệt Tất màu phổ ánh sáng khả kiến, từ tím tới đỏ, đƣợc tạo cách cộng trừ kết hợp khác ba màu Ánh sáng đƣợc ngƣời nhận thức trắng ba loại tế bào hình nón bị kích thích đồng thời lƣợng ánh sáng đỏ, lục, lam Vì cộng ba màu mang lại ánh sáng trắng, nên màu đỏ, lục, lam đƣợc gọi màu cộng Khi có hai loại tế bào hình nón bị kích thích, vùng màu sắc cảm nhận đƣợc bị giới hạn Ví dụ, dải hẹp ánh sáng lục (540 đến 550nm) đƣợc dùng để kích thích tất tế bào hình nón, có tế bào có chứa quan thụ quang lục phản ứng lại, tạo cảm giác nhìn thấy màu lục Sự cảm nhận màu cộng không bản, ví dụ nhƣ màu vàng, phát sinh theo hai cách: tế bào hình nón đỏ lục bị kích thích đồng thời với ánh sáng vàng đơn sắc có bƣớc sóng 580nm, quan thụ quang tế bào hình nón phản ứng hầu nhƣ ngang chồng lấn phổ hấp thụ chúng xấp xỉ nhƣ vùng phổ ánh sáng khả kiến; kích thích tế bào hình nón đỏ lục với hỗn hợp bƣớc sóng đỏ lục riêng biệt chọn lựa từ vùng thuộc phổ hấp thụ quan thụ quang khơng có chồng lấn đáng kể Kết quả, hai trƣờng hợp, kích thích đồng thời tế bào hình nón đỏ lục, tạo cảm giác màu vàng, đƣợc tạo hai chế khác Khả cảm nhận màu sắc khác yêu cầu kích thích một, hai, ba loại tế bào hình nón đến mức độ khác với bƣớc sóng thích hợp Nếu nhƣ phần ánh sáng lục lam đƣợc cộng với nhau, màu thu đƣợc đƣợc gọi màu lục lam Tƣơng tự nhƣ vậy, phần ánh sáng lục đỏ tạo màu vàng, phần ánh sáng đỏ lam mang lại màu đỏ tƣơi Các màu lục lam, đỏ tƣơi, vàng thƣờng đƣợc gọi màu bù, phần bù thuộc màu hỗn hợp ánh sáng trắng Màu vàng (đỏ cộng với lục) phần bù màu lam hai màu cộng với ánh sáng trắng đƣợc tạo Tƣơng tự, màu lục lam (lục cộng với lam) phần bù màu đỏ, màu đỏ tƣơi (đỏ cộng với lam) phần bù ánh sáng lục “Cộng” màu “Trừ” màu Hình 1: “Cộng trừ” màu theo Kenneth R.Spring, Michael Davidson Các màu bù (lục lam, vàng, đỏ tƣơi) đƣợc gọi màu trừ màu hình thành cách trừ màu cộng (đỏ, lục, lam) từ ánh sáng trắng Ví dụ, ánh sáng vàng đƣợc quan sát thấy toàn ánh sáng lam bị tách khỏi ánh sáng trắng, màu đỏ tƣơi đƣợc hình thành màu lục bị lấy đi, màu lục lam đƣợc tạo màu đỏ bị tách Màu sắc quan sát thấy cách trừ màu khỏi ánh sáng trắng thu đƣợc não cộng gộp màu lại để tạo phần bù màu trừ tƣơng ứng Hình minh họa vòng màu chồng lấn màu cộng trừ Những vùng chồng lấn cho biết màu đƣợc tạo cách cộng trừ kết hợp khác màu Khi hai màu trừ đƣợc cộng lại, chúng tạo màu cộng Ví dụ, cộng màu đỏ tƣơi màu lục lam với tạo màu lam, cộng màu vàng màu đỏ tƣơi với tạo màu đỏ Tƣơng tự, cộng màu vàng với màu lục lam tạo màu lục Khi ba màu trừ đƣợc cộng lại, ba màu cộng bị lấy khỏi ánh sáng trắng, để lại màu đen (khơng có màu nào) Màu trắng khơng thể tạo kết hợp màu trừ bản, lí chủ yếu khơng có hỗn hợp nƣớc sơn mực in dùng để in màu trắng Mắt ngƣời nhạy cảm với chênh lệch nhỏ màu sắc có khả phân biệt 8-12 triệu sắc thái màu khác Đa số màu sắc chứa số phần toàn bƣớc sóng phổ khả kiến Cái thực thay đổi từ màu sang màu khác phân bố bƣớc sóng màu cho trƣớc Bƣớc sóng chiếm ƣu xác định sắc thái màu sắc Tỉ số bƣớc sóng ƣu bƣớc sóng khác xác định độ bão hịa màu vật xem trơng bão hịa nhạt hay đậm Cƣờng độ màu hệ số phản xạ vật đƣợc quan sát xác định độ sáng màu (ví dụ, màu lam tối lam nhạt) Điều đƣợc minh họa dƣới Cây màu Munsell, màu đƣợc biểu diễn vị trí riêng (Hình 2) Giá trị màu đƣợc biểu diễn đặt đƣờng tròn, độ bão hòa đƣợc biểu diễn khoảng cách ngang màu tính từ trục giữa, độ sáng đƣợc biểu diễn vị trí đứng thân Hình 2: Cây màu Munsell 1.2 Cơng nghệ tạo hình ảnh màu sắc cho máy chiếu projector [6] Trong máy chiếu, hình ảnh từ nguồn (PC, tablet, smartphone ) muốn chiếu cho xem chúng phải trả qua giai đoạn biến đổi quang học kết hợp với điều khiển điện tử Hiện thực tế có ba cơng nghệ phổ biến để làm việc * Công nghệ DLP: Hệ thống DLP (Digital Light Processing – xử lí ánh sáng kỹ thuật số) có tâm điểm chip bán dẫn quang học mang tên DLP, đƣợc phát minh tiến sĩ Larry Hornbeck hãng Texas Instruments vào năm 1987 Ngồi linh kiện điện tử khác, có vùng hình chữ nhật chứa triệu gƣơng siêu nhỏ (digital microscopic mirrors - DMD), gƣơng nhỏ 1/5 độ dày sợi tóc ngƣời Khi chip DLP đƣợc định hƣớng nguồn tín hiệu hình ảnh, nguồn sáng ống kính (của máy chiếu), gƣơng phản xạ hình ảnh lên hình bề mặt Các gƣơng chip DLP có hai trạng thái ON (lật để hƣớng nguồn sáng) OFF (lật hƣớng khỏi nguồn sáng) Điều tạo nên pixel màu sáng tối bề mặt chiếu video Tín hiệu hình ảnh lệnh cho gƣơng lật sang trạng thái ON OFF hàng nghìn lần giây Khi chế độ ON xuất nhiều OFF, phản xạ pixel màu xám nhạt, OFF nhiều ON, pixel có màu xám đậm Nhờ vậy, máy chiếu dùng DLP hiển thị tối đa 1024 sắc độ xám Trƣớc đến gƣơng siêu nhỏ, ánh sáng qua lọc màu hình đĩa có màu bản: đỏ, lục lam qua Khi ánh sáng qua bánh xe màu, tia sáng màu đỏ, lục lam xuất lần lƣợt bề mặt DMD Sự xoay chuyển gƣơng nhƣ tỷ lệ thời gian gƣơng hoạt động hay không hoạt động đƣợc phối hợp để hiển thị màu hệ thống xử lý hình ảnh não ngƣời tổng hợp màu sắc cho ngƣời cảm nhận đƣợc hình ảnh với màu sắc trung thực Hình 3: Sơ đồ hệ thống DLP Bộ lọc màu quay liên tục * Công nghệ 3LCD: Công nghệ 3LCD (Liquid Crystal Display - hiển thị tinh thể lỏng) đƣợc phát triển Epson vào năm 1980 Sau đến năm 1988, hãng bắt đầu cấp quyền sử dụng 3LCD cho hãng bên năm sau đó, máy chiếu 3LCD đời: Epson VPJ-700 Hiện có hãng Epson, Panasonic, Sony, Sharp sản xuất máy chiếu công nghệ 3LCD Hình 4: Sơ đồ hệ thống 3LCD Bắt đầu từ nguồn sáng trắng phát từ bóng đèn máy chiếu, qua kính lọc sắc khác nhau, ánh sáng trắng đƣợc tách chùm sáng với dải tần số ánh sáng thành phần khác nhau: đỏ , xanh lục, xanh lam Sau chùm sáng qua LCD khác Mỗi LCD có hàng trăm ngàn điểm ảnh nhỏ li ti, số điểm ảnh độ phân giải máy chiếu, nhiều điểm ảnh độ phân giải cao Mỗi điểm ảnh chứa phân tử tinh thể lỏng, tinh thể lỏng đóng mở cho ánh sáng qua với mức độ nhiều hay nhờ điện áp điều khiển đặt vào nó, điện áp đƣợc đƣa chip, chip điều khiển LCD Sau thành phần màu đƣợc “tái hợp” lăng kính lƣỡng sắc, hội tụ hệ thống thầu kính hội tụ chiếu lên Ở sơ đồ mô tả công nghệ 3LCD, ba LCD đƣợc sử dụng phần trung tâm hệ thống, có tên 3LCD Quy trình tạo hình ảnh cơng nghệ chia làm ba giai đoạn: - Tạo màu từ chùm sáng trắng: Ánh sáng từ nguồn gƣơng lƣỡng sắc, ánh sáng bị tách thành hai chùm: chùm đỏ chùm pha lam với lục Khi đến gƣơng lƣỡng sắc thứ hai, ánh sáng tiếp tục bị tách thành lam lục Vậy có ba chùm bản: đỏ, lục, lam - Tạo hình ảnh LCD: Ba chùm sáng nói tiếp tục đến khu vực trung tâm có lăng kính ba LCD bao xung quanh Mỗi pixel LCD đƣợc bao phủ tinh thể lỏng thay đổi điện áp, pixel dần đen lại đen hoàn toàn sáng dần suốt (để toàn ánh sáng qua tạo màu trắng) Còn để tạo nhiều sắc độ xám khác nhau, ngƣời ta tinh chỉnh điện áp để có đƣợc mức độ suốt tƣơng ứng tinh thể Quá trình giống nhƣ đồng hồ điện tử, lúc pin cịn đầy kí tự rõ ràng đen đậm, nhƣng pin yếu chúng nhạt dần Nhƣ vậy, 10 độ sáng pixel đƣợc điều khiển cách xác để tạo hình ảnh theo yêu cầu - Kết hợp hình ảnh chiếu ngồi: sau màu đƣợc lọc LCD, chùm sáng đƣợc kết hợp lại lăng kính lƣỡng sắc để tạo hình ảnh cuối cùng, sau đƣa hệ thống thấu kính chiếu ngồi cho xem * Công nghệ LCoS: Công nghệ LCoS (Liquid crystal on silicon – tinh thể lỏng silicon) sử dụng cách thức phản xạ ánh sáng giống nhƣ DLP, nhiên sử dụng tinh thể lỏng thay cho nhiều gƣơng siêu nhỏ Những tinh thể đƣợc đặt trực tiếp lên bề mặt chip silicon vốn đƣợc tráng lớp nhôm cộng thêm số lớp hóa chất khác có tính phản xạ cao Nếu so sánh với máy chiếu 3LCD, LCoS sử dụng tinh thể lỏng nhƣng để phản xạ ánh sáng cho phép ánh sáng xuyên qua Nói cách khác, coi LCoS kết hợp 3LCD DLP Hình 5: Sơ đồ hệ thống LCoS Hình sơ đồ đƣờng ánh sáng hệ thống LCoS Ánh sáng từ đèn đến gƣơng lƣỡng sắc, đƣợc tách màu tiếp đến LCoS Ở tinh thể lỏng này, màu sắc đƣợc tạo tùy theo độ sáng, sắc độ hình ảnh Sau đó, chùm màu lại tiếp tục đƣợc qua lăng kính để tổng hợp thành hình ảnh trƣớc chiếu cho xem Tóm lại: dù cơng nghệ thấy hình ảnh màu sắc tạo từ màu bản: đỏ, lục lam Nghĩa ánh sáng phát từ máy chiếu dù chiếu hình ảnh có thành phần trong màu đỏ, lục lam 11 1.3 Các thiết bị sẵn có để thiết kế thí nghiệm giao thoa ánh sáng Trên sở trình bày, kết hợp máy chiếu với máy tính để tạo các nguồn sáng cho thí nghiệm giaoa thoa ánh sáng nhƣ sau: - Hình ảnh có màu máy tính (đỏ lục lam), kết nối máy chiếu chiếu lên ảnh xem chùm sáng màu đơn sắc; - Hình ảnh máy tính có màu (đỏ, lục, lam), kết nối máy chiếu chiếu lên ảnh xem chùm sáng màu đơn sắc - Hình ảnh máy tính có màu (đỏ, lục, lam), kết nối máy chiếu chiếu lên ảnh xem chùm sáng màu đơn sắc Điều kiện kết hợp cho tƣợng giao thoa ánh sáng tƣơng tự nhƣ thí nghiệm lịch sử Young, ánh sáng đƣợc tạo từ nguồn sáng trắng có kích thƣớc nhỏ màu đơn sắc đƣợc tạo từ kính lọc sắc Ở máy chiếu phổ thơng nay, nguồn sáng bóng đèn UHP sử dụng thủy ngân với điện cực có kích thƣớc nhỏ, nhƣng có cơng suất lớn, phát ánh sáng có cƣờng độ cao nên dễ dàng quan sát ảnh Trong tƣơng lai, với phát triển công nghệ LED LASER, giá thành phù hợp để đƣợc sử dụng cho máy chiếu phổ thông, màu đƣợc phát trực tiếp từ nguồn độc lập, đƣợc tạo với độ đơn sắc cao hơn, tính kết hợp đƣợc đảm bảo tốt thí nghiệm có kết rõ ràng trực quan II THIẾT KẾ CÁC THÍ NGHIỆM GIAO THOA ÁNH SÁNG TỪ MÁY CHIẾU PROJECTOR VÀ MÁY TÍNH 2.1 Sử dụng thiết bị sẵn có: Thực thí nghiệm cần: máy chiếu hoạt động đƣợc máy tính (PC LAPTOP kết nối máy chiếu) Nhƣ trình bày, ánh sáng từ máy chiếu đƣợc sử dụng nguồn sáng cho thí nghiệm Việc tạo nguồn sáng gồm một, hai hay ba thành phần đơn sắc cần có máy tính (PC LAPTOP) Khi cần ánh sáng đơn sắc màu đỏ, ta chiếu hình ảnh có màu đỏ, tạo hình chữ nhật tạo màu đỏ cho Word PowerPoint Khi cần ánh sáng có đơn sắc (màu đỏ màu lam), ta chiếu hình ảnh gồm hình chữ nhật đƣợc tơ màu tƣơng ứng đặt cạnh (trong Word PowerPoint) Khi cần ánh sáng có đơn sắc (màu đỏ, lục màu lam), ta chiếu hình ảnh gồm hình chữ nhật đƣợc tô màu tƣơng ứng đặt cạnh Word PowerPoint (Hình 6) Hoặc hình ảnh màu trắng nghĩa màu trộn lẫn 12 Hình 6: Hình ảnh để tạo nguồn sáng có thành phần 2.2 Chế tạo chắn có khe hẹp: Có nhiều phƣơng pháp để tạo chắn có khe hẹp (khe Young): dùng lƣỡi dao cạo (lƣỡi lam) bẻ dọc, dán lên bìa cho hai mép song song gần dùng dây đồng nhỏ dán giữa; hay đơn giản dùng dao rọc giấy vạch đƣờng song song gần bìa mỏng… Ở chúng tơi trình bày cách tạo chắn có khe hẹp từ nhơm mỏng dây đồng có đƣờng kính 0,40 mm - Dây đồng đƣợc lấy từ cuộn dây cuộn cảm thiết bị điện tử hỏng (rất sẵn có rẻ) - Cắt đoạn nhơm hình hộp rỗng kích thƣớc 40mm x 20mm, khoét mặt diện tích lớn thành khe rộng (Hình 7) Hình Hình - Dùng dây đồng quấn liên tiếp sát che kín hai khe rộng hai phía đối diện Dùng keo 502 dán cố định sợi dây đồng mặt diện tích nhỏ (Hình 8) - Sau cắt hộp nhơm thành phần theo đƣờng mặt bên, gấp mép cắt vào phía Nhƣ ta có chắn, ta tách dây đồng bên dây ta có chắn có khe hẹp Khoảng cách khe hẹp đƣờng kính dây (Bằng cách tạo đƣợc cách tử nhiều xạ tách bỏ để lại sợi dây đồng xe kẽ nhau) 13 Dán miếng băng dán màu xanh để che phần sợi đồng hai bên để dán lên trƣớc ống kính máy chiếu (Hình 9) Hình 9: Màn chắn có khe hẹp Sử dụng dây đồng nhỏ ta có khe hẹp khoảng cách khe nhỏ, nhiên cƣờng độ sáng yếu nên khó quan sát Dùng băng dán (đen xanh) để gắn chắn có khe hẹp vào vị trí trƣớc ống kính máy chiếu 2.3 Tiến hành thí nghiệm: Trƣớc tiến hành thí nghiệm, cần tạo slide Powerpoint gồm: hình chữ nhật màu đó; hai hình chữ nhật màu đỏ lam; hình chữ nhật đỏ, lục, lam; slide trống (để trắng) Lƣu ý, tiến hành thí nghiệm cần đóng kín phịng, tắt bóng đèn chiếu sáng để dễ quan sát kết Thí nghiệm 1: Giao thoa ánh sáng thành phần đơn sắc - Chiếu hình ảnh có màu đỏ từ máy tính qua máy chiếu lên hình; - Gắn chắn có hai khe hẹp vào vị trí trƣớc ống kính máy chiếu; - Quan sát hình ảnh thu đƣợc ta thấy nhƣ hình 10 Khi chưa gắn khe Young Khi gắn khe Young Hình 10: Hình ảnh thí nghiệm 14 - Nhận xét: xuất vạch có độ sáng cực đại (vân sáng) xen kẽ vạch có độ sáng cực tiểu (vân tối) - Ở khơng xuất vân hồn tồn tối ngun nhân chính: + Nguồn sáng khơng hồn toàn nguồn điểm, dẫn đến điều kiện kết hợp sóng từ hai khe khơng hồn tồn đƣợc đảm bảo nhƣ lý thuyết; + Ánh sáng khơng hồn tồn đơn sắc mà giải bƣớc sóng vùng màu đỏ + Hai khe có bề rộng khơng nhỏ, nên vạch sáng có bề rộng vùng cƣờng độ thấp chiếm chỗ vị trí đáng vạch tối Tuy vậy, với việc xuất vạch sáng vạch sáng cách rõ rệt đủ đáp ứng đƣợc yêu cầu thí nghiệm định tính cho tƣợng giao thoa ánh sáng dạy học THPT Thí nghiệm 2: Giao thoa ánh sáng thành phần đơn sắc - Chiếu hình ảnh hình chữ nhật cạnh nhau, hình màu đỏ hình màu lam; - Gắn chắn có hai khe hẹp vào vị trí trƣớc ống kính máy chiếu; - Qua sát hình ảnh thu đƣợc ta thấy nhƣ hình 11 Khi chưa gắn khe Young Khi gắn khe Young Hình 11:Hình ảnh thí nghiệm - Nhận xét: Trên có hệ vân giao thoa ứng với ánh sáng màu đỏ màu lam Khoảng vân màu đỏ lớn khoảng vân màu lam Thí nghiệm 3: Giao thoa ánh sáng thành phần đơn sắc - Chiếu hình ảnh hình chữ nhật cạnh nhau, có màu lần lƣợt đỏ, lục, lam - Gắn chắn có hai khe hẹp vào vị trí trƣớc ống kính máy chiếu; - Quan sát hình ảnh thu đƣợc ta thấy nhƣ hình 12 15 Khi chưa gắn khe Young Khi gắn khe Young Hình 12: Hình ảnh chưa chắn chắn có khe hẹp - Nhận xét: Trên có hệ vân giao thoa ứng với ánh sáng màu đỏ, màu lục màu lam Khoảng vân màu đỏ lớn khoảng vân màu lam nhỏ Thí nghiệm 4: Giao thoa ánh sáng trắng (chồng chất thành phần bản) - Chiếu hình ảnh màu trắng từ máy tính qua máy chiếu lên hình - Gắn chắn có hai khe hẹp vào vị trí trƣớc ống kính máy chiếu; - Qua sát hình ảnh thu đƣợc ta thấy nhƣ hình 13 Khi chưa gắn khe Young Khi gắn khe Young Hình 13:Hình ảnh chưa chắn chắn có khe hẹp - Nhận xét: Quan sát kỹ, thấy có hệ vân giao thoa ứng với ánh sáng màu đỏ, màu lục màu lam vùng giao thoa Có vị trí vạch sáng trắng, hai bên hệ vân giao thoa với vị trí vân sáng lần lƣợt từ lam, lục đến đỏ Khoảng vân màu đỏ lớn khoảng vân màu lam nhỏ Càng xa có chồng lấn hệ vân nên quan sát đƣợc hệ vân có màu phức tạp 16 2.4 Sử dụng thí nghiệm tiến trình dạy học tƣợng Giao thoa ánh sáng Việc sử dụng thí nghiệm vào q trình dạy học chƣơng Sóng ánh sáng tùy vào việc phân bổ tiết học việc xây dựng chủ đề dạy học nhà trƣờng Tuy nhiên thí nghiệm đƣợc sử dụng hiệu cho hoạt động dạy học số tiết Tại trƣờng THPT Thanh Chƣơng việc dạy thử nghiệm thực nghiệm sƣ phạm áp dụng đề tài đƣợc thực nhƣ sau: 2.4.1 Sử dụng thí nghiệm Thí nghiệm đƣợc sử dụng làm thí nghiệm biểu diễn cho hoạt động khởi động Giao thoa ánh sáng: - Chiếu hình ảnh màu đỏ (hoặc lục, lam) lên ảnh; - Cho học sinh quan sát hình ảnh mà chiếu chƣa chắn khe hẹp quan sát chắn có khe hẹp; - Cho học sinh dán khe vào trƣớc ống kính máy chiếu để chắn chùm sáng từ máy chiếu lên ảnh; - Yêu cầu học sinh quan sát giải thích xuất vạch sáng cực đại vạch sáng cực tiểu Học sinh gặp khó khăn việc giải thích, từ đó, giáo viên nêu liên hệ với cực đại cực tiểu tƣợng giao thoa sóng mặt nƣớc để gợi ý cho hoạt động tìm hiểu kiến thức lý thuyết giao thoa sóng ánh sáng 2.4.2 Sử dụng thí nghiệm 3: Thí nghiệm đƣợc sử dụng cho phần minh họa sau học sinh tìm hiểu lý thuyết giao thoa ánh sáng, biết công thức khoảng vân - Giáo viên hỏi: loại ánh sáng đơn sắc đỏ, lục lam ánh sáng có bƣớc sóng lớn nhất, nhỏ ? Học sinh trả lời Vậy so sánh khoảng vân giao thoa loại ánh ? Học sinh thảo luận trả lời Giáo viên lần lƣợt chiếu hình ảnh thí nghiệm 3, học sinh quan sát, nhận xét khoản vân hệ vân, nhận thấy hoàn tồn phù hợp với lý thuyết 2.4.3 Sử dụng thí nghiệm Thí nghiệm đƣợc sử dụng vào tiết tập tự chọn Sau học giao thoa ánh sáng, bƣớc sóng máu sắc ánh sáng, giáo viên giao nhiệm vụ nhà cho nhóm học sinh: Tìm hiểu chế cảm nhận màu sắc ngƣời cơng nghệ tạo hình ảnh màu sắc loại hình TV, máy tính, smartphone, máy chiếu (có thể coi dự án học tập tích hợp liên mơn Vật lý, Cơng nghệ Sinh học) 17 Gợi ý: học sinh tìm hiểu từ Internet Sau làm báo cáo theo nhóm trình chiếu, thuyết trình trƣớc lớp Sau nhóm trình bày, giáo viên phân tích, tổng hợp nhận xét, đánh giá Sau tiến hành thí nghiệm để học sinh quan sát, nhận xét hình ảnh quan sát đƣợc Giáo viên thực thêm thí nghiệm chiếu hình ảnh màu vàng (chồng chất hai màu đỏ lam); hình ảnh màu vàng (chồng chất màu đỏ lục); màu lục lam (chồng chất hai màu lục lam) Cho học sinh quan sát nhận xét, liên hệ thực tiễn III THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM 3.1 Tiến hành thực nghiệm sƣ phạm - Trong năm học 2021 - 2022, tiến hành thực nghiệm sƣ phạm (TNSP) lớp khối 12, chọn lớp thực nghiệm (TN), lớp đối chứng (ĐC) Các lớp nhóm có số học sinh tƣơng đƣơng nhau, có lực học tập tƣơng đƣơng theo Ở lớp TN tơi đƣa vào thí nghiệm hoạt động dạy học, giao thêm nhiệm vụ học tập nhà Ở lớp ĐC tổ chức hoạt động dạy học phù hợp với phƣơng tiện học liệu sẵn có, có giao thêm nhiệm vụ học tập nhà Ở cuối chƣơng Sóng ánh sáng tiến hành cho HS làm kiểm tra tiết theo hình thức trắc nghiệm khách quan chấm điểm, thu thập số liệu Bên cạch tơi quan sát, theo dõi tinh thần, thái độ, ý thức HS nhận thực nhiệm vụ học tập tiết học Tôi chọn lớp sau: lớp TN: 12A3 lớp ĐC 12A2 3.2 Kết thực nghiệm sƣ phạm Sau kiểm tra chấm điểm, thống kê điểm đại lƣợng thống kê nhƣ sau: Bảng 3.1 Thống kê điểm số lớp TN ĐC Điểm Số Lớp HS KT 10 12A3 36 0 0 11 12A2 36 0 10 14 0 Một số đại lượng thống kê (f = ∞) Lớp TB ( x ) Si2 v(%) m S2 t (tính) t (p=0.01,f) TN ĐC 7.0 5.8 1.91 1.34 19.77 19.99 0.23 0.20 1.64 3.92 2.58 18 Tỷ lệ % theo điểm số Đồ thị đường luỹ tích TN 12A3 ĐC 12A2 Thống kê điểm theo loại Loại TN ĐC TN ĐC Tần số Tần suất (%) Giỏi Điểm 9, 10 11.1 0.00 Khá Điểm 7, 19 52.78 22.22 TB Điểm 5,6 10 24 27.78 66.67 Yếu, điểm