SKKN Hướng dẫn học sinh lớp 12 cơ bản phân dạng và nắm được phương pháp giải bài tập phần giao thoa ánh sáng

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRƯỜNG THPT YÊN ĐỊNH SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM HƯỚNG DẪN HỌC SINH LỚP 12 CƠ BẢN PHÂN DẠNG VÀ NẮM ĐƯỢC PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP PHẦN GIAO THOA ÁNH SÁNG Người thực hiện: Lê Thị Liên Chức vụ: Giáo viên SKKN thuộc mơn: Vật lí THANH HỐ MỤC LỤC MỞ ĐẦU .2 1.1 Lí chọn đề tài 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Đối tượng nghiên cứu .3 1.4 Phương pháp nghiên cứu NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1 Cơ sở lí luận sáng kiến kinh nghiệm 2.1.1 Cơ sở việc dạy - học môn 2.1.2 Cơ sở kiến thức - kỹ 2.1.2.1 Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng 2.1.2.2 Hện tượng giao thoa ánh sáng 2.1.2.3 Khái niệm ánh sáng trắng 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 2.3 Phân dạng tập 2.3.1 DẠNG 1: XÁC ĐỊNH TỌA ĐỘ CÁC VÂN SÁNG, VÂN TỐI VÀ TÍNH CHẤT VÂN TẠI ĐIỂM M BIẾT TRƯỚC TỌA ĐỘ 2.3.2 DẠNG 2: TÍNH SỐ VÂN SÁNG HAY TỐI TRÊN TRƯỜNG GIAO THOA .8 2.3.3 DẠNG 3: BÀI TOÁN TRÙNG VÂN 10 2.3.4 DẠNG 4: GIAO THOA VỚI ÁNH SÁNG TRẮNG 12 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm 13 2.4.1 Những kết đạt 13 2.4.2 Một số mặt hạn chế .13 2.4.3 Bài học kinh nghiệm 13 KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ 14 3.1 Kết luận 14 3.2 Kiến nghị 14 PHỤ LỤC .15 TÀI LIỆU THAM KHẢO .21 1 MỞ ĐẦU 1.1 Lí chọn đề tài: - Từ vị trí mơn vật lí cấp học THPT nay: Mơn vật lí nhiều môn học khác xem môn khoa học bản, học vật lí cần phát triển lực tư duy, tính chủ động, độc lập, sáng tạo học sinh để tìm hiểu lĩnh hội tri thức khoa học Trong khuôn khổ nhà trường phổ thông, tập vật lí thường vấn đề khơng q phức tạp, giải suy luận lơgic, tính tốn thực nghiệm dựa sở qui tắc vật lí, phương pháp vật lí qui định chương trình học; tập vật lí khâu quan trọng trình dạy học vật lí Việc giải tập vật lí giúp củng cố đào sâu, mở rộng kiến thức giảng, xây dựng, củng cố kỹ năng, kỹ xảo vận dụng lí thuyết vào thực tiễn, biện pháp quý báu để phát triển lực tư học sinh, có tác dụng sâu sắc mặt giáo dục tư tưởng Vì giải tập vật lí việc tìm phương án tối ưu để giải nhanh, xác, chất vật lí điều vơ quan trọng - Đặc trưng mơn vật lí lớp 12 THPT: Chương trình vật lí lớp 12 THPT bao gồm cơ, quang, điên xoay chiều vật lí hạt nhân, kiến thức với em, lí thuyết dài, nhiều cơng thức phức tạp, nhiều số với đơn vị khó nhớ lại địi hỏi phải xác tuyệt đối Từ địi hỏi người giáo viên dạy mơn phải không ngừng nâng cao kiến thức, chuyên môn nghiệp vụ, phải có phương pháp tốt ơn tập kiểm tra -Từ thực tế việc học tập mơn: Nhiều học sinh có ý thức học mơn vât lí để thi khối A, A1, phương pháp cịn bị động, đối phó, trơng chờ, ỷ lại vào giáo viên -Từ yêu cầu ngày cao thi cử: Hiện nay, xu đổi ngành giáo dục phương pháp kiểm tra đánh giá kết giảng dạy thi tuyển trắc nghiệm khách quan trở thành phương pháp chủ đạo kiểm tra đánh giá chất lượng dạy học nhà trường THPT Điểm đáng lưu ý nội dung kiến thức kiểm tra đánh giá tương đối rộng đòi hỏi học sinh phải học kỹ nắm vững toàn kiến thức chương trình, tránh học tủ học lệch Đối với kỳ thi ĐH CĐ, học sinh phải nắm vững kiến thức mà đòi hỏi học sinh phản ứng nhanh dạng toán, đặc biệt dạng tốn mang tính chất khảo sát mà em thường học - Kết bồi dưỡng HSG học sinh vào trường ĐH – CĐ: Trong q trình giảng dạy thân khơng ngừng học hỏi, tích lũy nhiều kinh nghiệm hay để áp dụng thực tế Việc bồi dưỡng học sinh giỏi có kết định Trong kỳ thi vào ĐH – CĐ hàng năm có nhiều học sinh đạt điểm cao 1.2 Mục đích nghiên cứu Tôi nghiên cứu đề tài nhằm: + Giúp học sinh lớp 12 ban học tự chọn mơn vật lí có thêm kiến thức kỹ ôn tập phần “Giao thoa ánh sáng”,giúp em ơn lun lí thuyết, phân dạng tập có phương pháp tối ưu để giải tập phần + Tìm cho phương pháp để tạo phương pháp giảng dạy phù hợp với đối tượng học sinh nơi cơng tác, tạo khơng khí hứng thú lôi nhiều học sinh tham gia giải tập, giúp em đạt kết cao kỳ thi + Được nghe lời nhận xét góp ý từ đồng nghiệp, đồng môn + Nâng cao chất lượng học tập mơn, góp phần nhỏ bé vào cơng CNH – HĐH đất nước + Mong muốn HĐKH cấp nhận xét, đánh giá, ghi nhận kết qủa nỗ lực thân giúp cho tơi có nhiều động lực hoàn thành tốt nhiệm vụ giao Đề tài sử dụng vào việc: - Ôn tập khóa ơn thi tốt nghiệp ( phụ ) - Ôn thi HSG CĐ – ĐH ( ) - Giáo viên hướng dẫn học sinh ơn tập sở: ơn tập lí thuyết, phân dạng tập, giải tập mẫu, tập ơn luyện có đáp án để học sinh tự làm 1.3 Đối tượng nghiên cứu Là học sinh lớp 12C1, 12C2 trường THPT Yên Định Tham khảo cho học sinh lớp 12 Ban KHTN - Thuận lợi: + Học sinh cuối cấp, có ý thức mục tiêu rõ ràng việc chọn nghề, chọn trường, chọn khối + Học sinh nơng thơn, tệ nạn xã hội, có ý thức vươn lên để khỏi đói nghèo + Một số học sinh có lực, có nguyện vọng thi vào trường ĐH, trường cao đẳng… - Khó khăn: + Số học sinh thực học có ý thức tốt vào ban KHTN, số khác vào lớp 12C7 + Số học sinh ban học tự chọn vật lí lớp 12C1, 12C2 có: 25% có nhu cầu thực sự: có học lực TB tâm học để theo khối A, A1 40% học để thi tốt nghiệp theo khối (vì khối có nhiều ngành nghề để lựa chọn), số có học lực TB 35% khơng thể thi khối khác (vì xác định không đậu đại học, cao đẳng học nghề mơn vật lí cần thiết học tâp xét tuyển sau này), số có học lực yếu, ý thức Sách giáo khoa vật lí 12 nâng cao, sách giáo viên, chuyên đề, đề thi đáp án hàng năm, tài liệu từ internet… 1.4 Phương pháp nghiên cứu: Thực ôn tập cho học sinh lớp 12 dạy vào tự chọn - Phương pháp áp dụng vào việc: + Ơn tập khóa ơn thi tốt nghiệp (chỉ phụ) + Ôn thi học sinh giỏi ôn thi vào đại học – cao đẳng (là ) NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1 Cơ sở lí luận sáng kiến kinh nghiệm 2.1.1 Cơ sở việc dạy - học môn: Dạy học trình tác động chiều giáo viên học sinh, học sinh chủ thể q trình nhận thức, cịn giáo viên người tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh Nếu giáo viên có phương pháp tốt học sinh nắm kiến thức cách dễ dàng ngược lại 2.1.2 Cơ sở kiến thức - kỹ năng: + Về mặt kiến thức: Sau học xong, học sinh phải nhớ được, hiểu kiến thức chương trình sách giáo khoa Đó tảng vững để phát triển lực cho học sinh cấp cao 2.1.2.1 Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng - Hiện tượng truyền sai lệch so với truyền thẳng ánh sáng gặp vật cản gọi tượng nhiễu xạ ánh sáng - Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng giải thích thừa nhận ánh sáng có tính chất sóng Hiện tượng tương tự tượng nhiễu xạ sóng mặt nước gặp vật cản Mỗi chùm sáng đơn sắc coi chùm sóng có bước sóng xác định 2.1.2.2 Hện tượng giao thoa ánh sáng a Thí nghiệm I- âng giao thoa ánh sáng Chiếu ánh sáng từ đèn D, qua kính lọc sắc K đến nguồn S Từ nguồn S ánh sáng chiếu đến hai khe hẹp S S2 quan sát phía sau hai khe hẹp thu hệ gồm vân sáng, vân tối xen kẽ đặn Hiện tượng gọi tượng giao thoa ánh sáng Hình Hình ảnh quan sát tượng giao thoa ánh sáng Hình Hình ảnh quan sát vân sáng, vân tối b Điều kiện để có giao thoa ánh sáng - Nguồn S phát sóng kết hợp, ánh sáng từ khe hẹp S1 S2 thỏa sóng kết hợp giao thoa với Kết trường giao thoa xuất xen kẽ miền sáng, miền tối Cũng sóng có sóng ánh sáng kết hợp tạo tượng giao thoa - Khoảng cách hai khe hẹp phải nhỏ so với khoảng cách từ quan sát đến hai khe c Xác định vị trí vân giao thoa Để xét xem điểm M quan sát vân sáng hai vân tối cần xét hiệu quang lộ từ M đến hai nguồn (giống sóng học) c.1 Vị trí vân sáng - Tại M vân sáng d2 - d1 = kλ → = kλ  xs = (1) Công thức (1) cho phép xác định tọa độ vân sáng Với k = 0, M ≡ O vân sáng trung tâm Với k =  M vân sáng bậc Với k =  M vân sáng bậc 2… c.2 Vị trí vân tối - Tại M vân tối d2 - d1 = (2k+1) → = (2k+1)  xt = (2) Công thức (2) cho phép xác định tọa độ vân tối Với k = k = –1 M vân tối bậc Với k = k = –2 M vân tối bậc 2… - Khoảng vân (i): Là khoảng cách hai vân sáng hai vân tối gần Ta có i = xs(k +1) - xs(k) = - = →i= (3) (3) công thức cho phép xác định khoảng vân i Hệ : - Từ cơng thức tính khoảng vân i = → - Theo cơng thức tính tọa độ vân sáng, vân tối khoảng vân ta có - Giữa N vân sáng có (n – 1) khoảng vân, biết khoảng cách L N vân sáng khoảng vân i tính cơng thức i = Chú ý: - Trong công thức xác định tọa độ vân sáng giá trị k dương cho tọa độ vân sáng chiều dương quan sát, giá trị k âm cho tọa độ chiều âm Tuy nhiên tọa độ có khoảng cách đến vân trung tâm Tọa độ vân sáng bậc k x =  k.i Vân sáng gần cách vân trung tâm khoảng khoảng vân i - Tương tự, công thức xác định tọa độ vân tối giá trị k dương cho tọa độ vân sáng chiều dương quan sát, giá trị k âm cho tọa độ chiều âm Vân tối bậc k xét theo chiều dương ứng với giá trị (k – 1) xét theo chiều âm ứng với giá trị âm k, khoảng cách gần từ vân tối bậc đến vân trung tâm i/2 2.1.2.3 Khái niệm ánh sáng trắng: - Ánh sáng trắng biết tập hợp vô số ánh sáng đơn sắc Mỗi ánh sáng đơn sắc cho hệ vân tương ứng, nên có vị trí mà vân sáng, vân tối ánh sáng đơn sắc bị trùng - Bước sóng ánh sáng trắng dao động khoảng 0,38 (μm) ≤ λ ≤ 0,76 (μm) + Về kỹ năng: Học sinh biết vận dụng kiến thức học để trả lời câu hỏi lí thuyết, vận dụng lí thuyết giải tập Việc bồi dưỡng kiến thức kỹ phải dựa sở lực, trí tuệ học sinh mức độ từ đơn giản đến phức tạp Như vậy, việc dạy lớp cung cấp kiến thức cho học sinh Học sinh muốn có kiến thức, kỹ phải thơng qua q trình khác: Đó q trình ôn tập Trong mức độ nhận thức, ý đến mức độ là: Mức độ vận dụng mức độ sáng tạo Mức độ vận dụng mức độ học sinh vận dụng kiến thức học để giải đươc dạng BT áp dụng cơng thức thay số tính tốn Cịn mức độ sáng tạo u cầu học sinh phải biết tổng hợp lại, xếp lại, thiết kế lại thơng tin có để đưa dạng BT bổ sung thông tin từ nguồn tài liệu khác để phân thành dạng BT nêu phương pháp giải cho phù hợp với kiến thức học 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm: - Việc học tập học sinh nhằm mục đích: Học để biết học để thi Nếu học để biết học sinh cần “đọc” “nhớ” Còn học để thi học sinh phải có kỹ cao hơn: Nhớ kiến thức -> Trình bày kiến thức -> Vận dụng kiến thức -> Sáng tạo thêm từ kiến thức có -> Kết học tập - Trong đề thi ĐH - CĐ HSG gần đây: Mỗi đề thi thường có số câu hỏi khó (câu hỏi nâng cao) mà hoc sinh vận dụng công thức SGK khơng thể làm Ví dụ :Chương Sóng ánh sáng SGK lớp 12 có Bài 35: Giao thoa ánh sáng; kiến thức lý thuyết nói chung chung, không sâu vào vấn đề cụ thể dạng tập đưa kỳ thi ĐH CĐ lại phức tạp Với kiến thức SGK học sinh ban khơng thể giải đề thi ĐH CĐ phần Hơn nữa, “ Giao thoa ánh sáng” với học sinh THPT thật phức tạp nguốn sáng nguồn đơn sắc, nguồn gồm hai, ba nguồn sáng đơn sắc nguồn ánh sáng trắng Trong trình giảng dạy nhận thấy học sinh thường biết làm tập đơn giản thay vào công thức có sẵn, cịn tập u cầu phải có khả phân tích đề tư kết Để giúp học sinh nắm vận dụng phương pháp để giải tập đề thi phần: giao thoa với nguồn sáng gồm hai, ba nguồn đơn sắc giao thoa với nguồn ánh sáng trắng, chọn đề tài: “Huớng dẫn học sinh lớp 12 ban phân dạng nắm phương pháp giải tập phần: Giao thoa ánh sáng” Trong đề tài này, tơi tóm tắt phần lý thuyết bản, đưa dạng tập phương pháp giải, tập tự luyện nhằm giúp em ơn tập lí thuyết, phân dạng tập có phương pháp giải dạng tập 2.3 Phân dạng tập 2.3.1 DẠNG 1: XÁC ĐỊNH TỌA ĐỘ CÁC VÂN SÁNG, VÂN TỐI VÀ TÍNH CHẤT VÂN TẠI ĐIỂM M BIẾT TRƯỚC TỌA ĐỘ Cách giải: - Tọa độ vân sáng bậc k: - Tọa độ vân tối thứ k: Để xác định M vân sáng hay tối ta lập tỉ số - Nếu = k  Z M vân sáng bậc k - Nếu = k + 0,5, (k  Z) M vân tối thứ (k+1) Ví dụ 1: Trong giao thoa vớí khe I-âng có a = 1,5 (mm), D = (m), người ta đếm có tất vân sáng mà khoảng cách hai vân sáng (mm) Xác định tọa độ vân sáng bậc 4, vân tối thứ HƯỚNG DẪN Theo bài, khoảng cách vân sáng (mm), mà vân sáng có khoảng vân, 6.i = (mm) → i = 1, (mm) → = 0,75.10-6 (m) = 0,75 (μm) Tọa độ vân sáng bậc xs(4) =  4i =  (mm) Vị trí vân tối thứ theo chiều dương ứng với k = 2, nên có x t(2) =  (2 + 0,5)i =  3,75 (mm) Khi tọa độ vân tối thứ x =  3,75 (mm) HƯỚNG DẪN Ví dụ 2: Trong thí nghiệm I-âng giao thoa ánh sáng, hai khe cách a = 0,8 (mm) cách D = 1,2 (m) Chiếu ánh sáng đơn sắc bước sóng λ = 0,75 (μm) vào khe Điểm M cách vân trung tâm 2,8125 (mm) vân sáng hay vân tối ? Bậc vân M ? HƯỚNG DẪN Ta có khoảng vân i = tỉ số = = 1,125.10-3 (m) = 1,125 (mm) = + 0,5 →k = Vậy M vân tối thứ Ví dụ 3: Trong thí nghiệm I-âng giao thoa ánh sáng, dùng bước sóng đơn sắc có bước sóng λ= 0,5 (μm) a) Xác định vân sáng bậc vân tối thứ b) Tại điểm M N cách vân sáng trung tâm 5,75 (mm) (mm) vân sáng hay vân tối ? Nếu có, xác định bậc vân M N HƯỚNG DẪN a) Tọa độ vân sáng bậc hai (có k = 2) vân tối thứ năm (ứng với k = 4) là: b) Tại điểm M có Tại điểm N có = 11,5 = 11 + 0,5 Vậy M vân tối thứ 12 = 14 nên N vân sáng bậc 14 2.3.2 DẠNG 2: TÍNH SỐ VÂN SÁNG HAY TỐI TRÊN TRƯỜNG GIAO THOA TH1: Trường giao thoa đối xứng Một trường giao thoa đối xứng vân trung tâm O nằm trường giao thoa Gọi L độ dài trường giao thoa, nửa trường giao thoa có độ dài L/2 Cách giải tổng quát: Xét điểm M trường giao thoa, điểm M vân sáng hay vân tối tọa độ M ln thỏa mãn:  Số giá trị k thỏa mãn hệ phương trình số vân sáng, vân tối có trường giao thoa Cách giải nhanh: Lấy (n phần nguyên phần thập phân) NS= 2n+1 Nt = Ns-